JPS63224356A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的黒信号を得る様にした固体撮像装置に関
する。

〔発明の概要〕

本発明は光学的黒信号を得る様にした固体撮像装置であ
って、半導体基板に有効画素部と共に光学的黒信号形成
用画素部を設ける様にした固体撮像装置において、半導
体基板のサイズを光学的黒信号形成用画素部のうちクラ
ンプすべき光学的黒信号を得るための光学的黒信号形成
用画素部が半導体基板の端部に入射する光の影響を受け
ない大きさとなる様にしたことにより、クランプミスを
防止し、常に良好な黒レベルクランプを行うことができ
る様にしたものである。

〔従来の技術〕

従来、水平ライン毎に光学的黒信号を得ることができる
様になされた固体撮像装置として第２図にその要部の断
面を概略的に示す様なものが提案されている。

この固体撮像装置は、インターライン転送方式を採用す
るものであって、Ｐ型シリコン基板＋１１の一生面側に
有効画素部（２１（２１・・・（２）、光学的黒信号形
成用画素部＋３１　（３１・・・（３）、垂直レジスタ
部＋４１　（４１・・・（４）、水平レジスタ部（図示
せず）及び電荷検出部（図示せず）を設けて構成される
。この場合、有効画素部ｆ２＋　（２）・・・（２）及
び光学的黒信号形成用画素部＋３１　（３１・・・（３
）はＰ型シリコン基板ｆｌｌの一生面側にＮ型領域（５
１（５１・・・（５）を形成してなるホトｌダイオード
によって構成される。また、この場合、光学的黒信号形
成用画素部＋３１　（３１・・・（３）の上方にはＰ型
シリコン基板ｆｌｌの端部（ＩＡ）にわたるアルミニウ
ムよりなる遮光Ｎ（６）が設けられる。また垂直レジス
タ部＋４１　＋４１・・・（４）は、Ｐ型シリコン基板
ｆｌ）の−主面側にＮ型領域からなる電荷転送領域１７
＋　＋７１・・・（７）を設けると共に所定の転送電極
（図示せず）を設けることによって構成される。尚、水
平レジスタ部及び電荷転送部は図示せずも、従来、周知
の様に構成される。

斯る固体撮像装置においては、有効画素部１２１　（２
１・・・（２）に被写体光に応じた信号電荷が蓄積され
ると共に光学的黒信号形成用画素部＋３１　＋３１・・
・（３）に光学的黒信号を形成するための光学的黒信号
形成用電荷が蓄積される。そして、これら有効画素部＋
２１１２１・・・（２）に蓄積された信号電荷及び光学
的黒信号形成用画素部！３１　＋３１・・・（３）に蓄
積された光学的黒信号形成用電荷は夫々垂直レジスタ部
＋４１　（４１・・・（４）及び水平レジスタ部を介し
て電荷検出部に転送され、電荷検出部より導出された出
力端子に映像信号及び光学的黒信号が得られる。

従って、斯る固体撮像装置においては、光学的黒信号の
所定位置をクランプすることによって黒レベル信号を得
ることができ、この黒レベル信号によって映像信号の黒
レベルを設定するとかできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、斯る従来の固体撮像装置においては、強
い光、例えば太陽光ＢがＰ型シリコン基板ｉｌ＋の端部
（ＩＡ）に照射されると、クランプミスが生じ、画面が
見苦しくなるという不都合があった。

本発明者による実験、研究の結果、斯る不都合は、Ｐ型
シリコン基板ｆｌ＋の端部（１八）に光Ｂが照射される
と、この光Ｂがこの端部（１八）から、Ｐ型シリコン基
板（１１内に入り込み、電子を発生さ辻てしまい、この
電子が光学的黒信号形成用画素部（３１（３１・・・（
３）に蓄積されてしまうために生ずることが判明した。

更にこの点につき説明するに、一般に斯る固体撮像装置
は、Ｐ型シリコン・ウェーハに複数個同時に形成された
後、スクライブ装置を用いて分割（スクライブ）されて
、夫々に単体化される。具体的にはダイヤモンドツール
を用いてＰ型シリコン・ウェーハに傷をつけて分割され
る。この場合遮光層をなすアルミニウム層（６）の上方
からダイヤモンドツールを滑らせてＰ型シリコン・ウェ
ーハに傷をつけようとすると、このアルミニウム層（６
）が？、Ｉｌｔ！ｉｌしてしまう場合がある。そこで通
常は、ダイヤモンドツールを滑らせる部分のアルミニウ
ム層を予じめ除去し、その後、スクライブを行う様にし
ている。このため斯る固体撮像装置においては、Ｐ型シ
リコン基板ｆｉ＋の一生面側の端部（１八）が露出され
てしまう。従って、この端部（１八）に光Ｂが照射され
ると、この先ＢはＰ型シリコン基板ｆｉｌの内部に入り
込むことになり上述の様な不都合を招来することになる
。

この場合、このＰ型シリコン基板＋１１の端部（ＩＡ）
に黒い塗料を塗布したり、第３図に示す様にこの固体撮
像装置（８）を収納する収納体（９）に遮光板、所謂ア
ンチフレヤ板αのを設けることによって斯る不都合を解
消することが可能となる。しかしながら、この場合には
、価格の上昇を招いたり、或いは製品毎に特性上のバラ
ツキが生じてしまうという不都合があった。

本発明は、斯る点に鑑み、簡単な構成で良好な黒レベル
クランプを行うことができる様にした固体撮像装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明に依る固体撮像装置は、例えば第１図に示す様に
、半導体基板（１１に有効画素部＋２１　＋２１・・・
（２）と共に光学的黒信号形成用画素部（３ＡＩ）　（
３Ａｚ）・・・（３Ａ２゜）を設ける様にした固体撮像
装置において、半導体基板（１１のサイズを光学的黒信
号形成用画素部（３ＡＩ）（３Ａり・・・（３Ａ！。）
のうちクランプすべき光学的黒信号を得るための光学的
黒信号形成用画素部（３Ａ＋ｚ）が半導体基板ｆｌ＋の
端部（ＩＡ）に入射する光の影響を受けない大きさとな
る様にしたものである。

〔作　用〕

斯る本発明においては、半導体基板（１）のサイズを光
学的黒信号形成用画素部（３Ａｔ）（３Ａｘ）・・・（
３Ａ２゜）のうちクランプすべき光学的黒信号を得るた
めの光学的黒信号形成用画素部（３Ａ　＋　ｓ）が半導
体基板＋１１の端部（１八）に入射する光Ｂの影響を受
けない大きさとなる様にされているので、良好な光学的
黒信号が得られ、良好な黒レベルクランプが行われる。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して本発明固体撮像装置の一実施例
につき説明しよう。尚、この第１図において、第２図に
対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省
略する。

本例においては、第１図に示す様に、Ｐ型シリコン基板
（１）の−主面側に第２図例と同様にホトダイオードか
らなる有効画素部１２１　（２１・・・（２）、同じく
ホトダイオードからなる光学的黒信号形成用画素部（３
＾１）（３＾り・・・（３Ａｔａ）、電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）からなる垂直レジスタ部＋４１　＋４）・・・（
４）、同じく電荷結合素子（ＣＣＤ）からなる水平レジ
スタ部（図示せず）及びフローティング・ディフユージ
ッン・アンブリファイヤからなる電荷検出部（図示せず
）を設けると共に光学的黒信号形成用画素部（３ＡＩ）
（３Ａり・・・（３Ａ！。）上方にＰ型シリコン基板＋
１１の端部（ＩＡ）にわたるアルミニウムよりなる遮光
層（６）を設ける。

また本例においては、水平方向に２０ビツト配する様に
光学的黒信号形成用画素部（３Ａｌ）　（３ＡＺ）・・
・（３Ａ２゜）を形成すると共に垂直レジスタ部（４）
を含めた１ビット分の幅Ｘ、を１７μ鋼とし、有効画素
部側から数えて第１３ビツト目の光学的黒信号形成用画
素部（３Ａ＋ｚ）に得られる光学的黒信号をクランプす
る様にする。

この様にするときは有効画素部＋２１　（２１・・・（
２）における標準設定レベルＶ、　　（例えば１５０ｓ
＋Ｖ）の１倍（例えば２４０００倍）の光Ｂ′がこの有
効画素部側から入射したとしても、この入射光Ｂ′によ
る第１３ビツト目の光学的黒信号形成用画素部（３Ａ、
、）の浮き上がりΔＶ、をＶ、の１／１００　、即ちＤ
＝　−２０ｌｏｇ　Ｖ、／Δｖ、　−−４０（ｄＢ）と
することができ、この入射光Ｂ′による影響をほとんど
受けない様にできる。以下、この点につき更に説明する
。

今、有効画素部（２）を通して光学的黒信号形成用画素
部領域０υの端部（ＩＩＡ）にＩｖ、ボルト分の光Ｂ′
が入射したとすると、この入射光Ｂ′による第ｆｌｅＬ
ビット目の光学的黒信号形成用画素部（３Ａ−ｃＬ）の
浮き上がりΔＶ、は、 ＬｓｘＡ と表わすことができる。但し、ここでに０は比例係数、
Ｌ□、は有効画素部側からのスミア電荷拡散長である。

従って、有効画素部＋２１１２１・−・（２）における
標準設定レベルＶ、と第１３ビツト目の光学的黒信号形
成用画素部（３＾□、）の浮き上がりΔν、とのデシベ
ル比は、 となり、これを変形整理すると 入ｐ が得られる。ここに本例においては、実験よりＬｓｘＡ
−３０μ輸、ｋｔ、ｓ　−１０，５とおくことができる
。

従って、目標値をＤ−−４０（ｄＢ）と設定したいとき
は、これらの値を＋１１式に代入してを得ることができ
る。

勿論ｎｃＩを１４以上とすることによって口・−２０ｌ
ｏｇ　Ｖｓ／ΔＶ、を更に小さくすることができるが、
本例の様に標準設定レベルＶ、を例えば１５０ｍＶとす
るときには、ｎｏ・１３としても、このＶ、に対して２
４０００倍の強さをもつ光、例えば太陽光Ｂ′が光学的
黒信号形成用画素部領域αυの有効画素部側端部（１１
＾）に入射したとしても、使用上、不都合なりランプミ
スは生じない。

また本例においては、最終ピント目、即ち、第２０ビツ
ト目の光学的黒信号形成用画素部（３Ａ８゜）の端部（
１１Ｂ）から遮光７３　＋６１の一方の端部（６Ａ）の
下方の半導体基板＋１１までの距離ＸＣｔが約１１５０
μ―となる様にする。

この様にするときは、有効画素部１２１　（２１・・・
（２）における標準設定レベルｖ、（例えば１５０　ｏ
＋Ｖ）の１倍（例えば２４０００倍）の光Ｂが半導体基
板（１１の端部（ＩＡ）に入射したとしても、この入射
光Ｂによる第１３ビツト目の光学的黒信号形成用画素部
（３＾１３）の浮き上がり、■、をｖｌの１／１００　
、即ちＤ＝　−２０ｌｏｇ　ｖ、／ΔＶ、＝　−４０（
ｄＢ）とすることができ、この入射光Ｂによる影響をほ
とんど受けない様にできる。以下、この点につき更に説
明する。

今、半導体基板１１１の端部（ＩＡ）にＩＶ、ボルト分
の光Ｂが入射したとすると、この入射光Ｂによる第ｎｃ
Ｌビット目の光学的黒信号形成用画素部（３Ａ＋ｓ）の
浮き上がりΔＶ、は、 と表わすことができる。但し、ここでｋｃＬは比例係数
、Ｌｓｃｔは半導体基板ｉｌｌの端部（ＩＡ）からのス
ミア電荷拡散長である。

従って、有効画素部＋２１　＋２１・・・（２）におけ
る標準設定レベルＶ、と、第ｎｃＬビット目の光学的黒
信号形成用画素部（３Ａｌｌｃｔ）の浮き上がりΔＶ、
とのデシベル比は、 Ｖ。

Ｄ”　　２０１ｏｇ　− ΔＶ。

Ｘｃ！＝Ｌｓ。ら（ｋｃｔ　・Ｉ　・１０−　、：）＋
（ｎｅｔ　−ｎ＊ｏ）Ｌ　　・・−＋２１を得ることが
できる。ここに本例においては、実験よりＬｓｃｔ　−
１０８μ−１ｋｃｘ　・Ｉ＝１．２２Ｘ１０”　とおく
ことができる。従ってＤ−−４０（ｄＢ）と設定し、且
つ、上述の様にｎｅｔ・１３とするときには、これらの
値を（２）式に代入して Ｘｃｔ−１０８Ｘ１０−’Ａｍ（１，２２ｘｌｏ”ｘｌ
Ｏ”　）十（１３−２０）　ｘ　１７　ｘ　１０−　’
＃１１５０ｘ１０−” ＝１１５０Ｃμ−〕 を得ることができる。

以上述べたことから明らかな様に、本例においてｎｃ＋
＝１３とし、Ｘｃｚ−１１５０（μ鋼〕とするときは、
半導体基板（１）の端部（ＩＡ）に標準設定レベルＶ。

の１倍の光Ｂが入射したとしても、第１３ビツト目の光
学的黒信号形成用画素部（３ＡＩ３）の浮き上がりΔｖ
１と標準設定レベルＶｓとのデシベル比ロー　２０　ｌ
ｏｇ　Ｖｓ　／ΔＶ＠を−４０（ｄＢ）とすることがで
きる、勿論、ＸＣｔを１１５０以上とするときは、Ｄを
更に小さくすることができるが、Ｄ＝　−４０（ｄＢ）
とするときは、使用上不都合なりランプミスが生じない
ことは上述した通りである。

従って、本実施例に依れば、光学的黒信号形成用画素部
領域ａυの有効画素部側端部（１１＾）に太陽光等の強
い光が入射したとしても、或いは半導体基板ｆｌｌの端
部（１＾）に太陽光等の強い光が入射したとしても、こ
れらによっτ使用上不都合なりランプミスは生ぜず、良
好な黒レベルクランプを行うことができるという利益が
ある。

尚、上記実施例においては、本発明をインターライン転
送方式を採用する固体撮像装置に適用した場合につき述
べたが、この代わりに、フレーム転送方式を採用する固
体撮像装置に適用することもでき、この場合にも、上述
同様の作用効果を得ることができる。

また本発明は上述実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱
することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、良好な光学的黒信号が得られる様にな
されているので、良好な黒レベルクランプを行うことが
できるという利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明固体描像装置の一実施例の要部を概略的
に示す断面図、第２図は従来の固体撮像装置の要部を概
略的に示す断面図、第３図は本発明の説明に供する線図
である。 ＋１１はＰ型シリコン基板、（２）は有効画素部、（３
）。 （３Ａ　＋　）　、　（３Ａよ）、・・・（３Ａｔｏ）
は夫々光学的黒信号形成用画素部、（６）は遮光層であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板に有効画素部と共に光学的黒信号形成用画素
   部を設ける様にした固体撮像装置において、 上記半導体基板のサイズを上記光学的黒信号形成用画素
   部のうちクランプすべき光学的黒信号を得るための光学
   的黒信号形成用画素部が上記半導体基板の端部に入射す
   る光の影響を受けない大きさとなる様にしたことを特徴
   とする固体撮像装置。