JPH10209425A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH10209425A
JPH10209425A JP9011392A JP1139297A JPH10209425A JP H10209425 A JPH10209425 A JP H10209425A JP 9011392 A JP9011392 A JP 9011392A JP 1139297 A JP1139297 A JP 1139297A JP H10209425 A JPH10209425 A JP H10209425A
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Motoyuki Chiyomori
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インターライン転送方式のCCD固体撮像素
子において、電圧降下に基因したホール電流の増加によ
るニー(KNEE)特性の抑制を図る。 【解決手段】 マトリックス状に配列された受光素子3
2を有し、受光素子32に接するチャネルストップ領域
34が設けられてなる固体撮像素子において、撮像領域
の垂直方向の両端に対応するチャネルストップ領域の両
端にグランド(GND)電位を印加した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子、特
にCCD固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、インターライン転送方式のCC
D固体撮像素子の概略的構成を示す。このCCD固体撮
像素子1は、画素となる複数の受光素子2がマトリック
ス状に配列され、各受光素子列の一側にCCD構造の垂
直転送レジスタ3が設けられ、各垂直転送レジスタ3の
終端に接続するCCD構造の水平転送レジスタ4が設け
られて成る。
【0003】図6は、図5のA−A線上の断面、即ち受
光素子2及び垂直転送レジスタ3を含む部分の断面構造
を示す。この例では、n型シリコン半導体基板11に第
1のp型半導体ウエル領域12が形成され、この第1の
p型半導体ウエル領域12内に受光素子2の構成要素と
なるn型不純物拡散領域13と垂直転送レジスタ3を構
成するn型転送チャネル領域14並びにp型のチャネル
ストップ領域15が形成され、n型不純物拡散領域13
上にp型の正電荷蓄積領域16が、n型の転送チャネル
領域14の直下に第2のp型半導体ウエル領域17が夫
々形成されている。p型の正電荷蓄積領域16はp型の
チャネルストップ領域15に電気的に接して形成され
る。
【0004】ここで、第1のp型半導体ウエル領域12
と、n型不純物拡散領域13と、p型の正電荷蓄積領域
16とによってHAD(ホール・アキュミュレイテッド
・ダイオード)センサと呼ばれる受光素子2が構成され
る。
【0005】垂直転送レジスタ3を構成する転送チャネ
ル領域14、チャネルストップ領域15及び読み出しゲ
ート部7上にゲート絶縁膜18を介して第1層及び第2
層の多結晶シリコンからなる転送電極19が形成され、
転送チャネル領域14、ゲート絶縁膜18及び転送電極
19により、垂直転送レジスタ3が構成される。さら
に、層間絶縁膜20を介して、受光素子2を除く垂直転
送レジスタ3等の他部に例えばAl膜による遮光膜21
が被着形成される。
【0006】チャネルストップ領域15はその撮像領域
の上端に対応する端部においてコンタクトされてグラン
ド(GND)電位が印加される。
【0007】このCCD固体撮像素子1では、受光素子
2で発生した信号電荷が読み出しゲート部7を通して垂
直転送レジスタ3に読み出された後、垂直転送レジスタ
3内を垂直方向に転送され、更にその信号電荷が水平転
送レジスタ4に転送され、水平転送レジスタ4内を水平
方向に転送されて、出力回路5を通して出力されるよう
になされる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のCCD固体撮像
素子1において、光電変換で発生した信号電荷(即ち電
子)のうち、受光素子毎の規定量QS 以上の電荷(電
子)は、図7のポテンシャル図で示すように、オーバー
フローバリアOFBを超えて基板電圧Vsub が印加され
た基板11に掃き捨てられるが、掃き捨て電荷量の増加
に伴いオーバーフローバリアのポテンシャルが浅くな
り、即ち、φOFB からφOFBdへと浅くなり、前記規定量
S がQSdに増えてしまう。
【0009】増加後の受光素子毎の規定量をQSdとする
と、QSd−QS がニー(KNEE)成分と言われるもの
である。
【0010】受光素子に入射される光量(いわゆる像面
照度)と、規定の電荷量QS の増加分、即ちニー成分の
関係を図9に示す。入射光量、即ち像面照度が大になる
に従って、ニー成分が増加する。
【0011】上述では単体の受光素子での問題を考えた
場合であり、受光素子が2次元的に配列されている場合
は、更に別の要素が働く。即ち、光電変換されたことに
よって発生した他方の電荷、即ちホール(正孔)は、正
電荷蓄積領域16からチャネルストップ領域15を介し
て排出される。このホールの排出の際に、チャネルスト
ップ領域16のグランド(GND)電位が印加されたコ
ンタクト端部(即ち、通常、有効画素領域の上端に対応
する端部)から垂直方向に離れた場所の受光素子では、
図8のポテンシャル図に示すように、電圧降下があるた
め、受光素子2のミニマムポテンシャルφSENSが深くな
ってしまうことに起因してQSdが更に上昇し(QSd1
Sd2 )、ニー成分としても増えることになる。
【0012】図10は、図5のK−K′線上に関するグ
ランド(GND)からの距離と受光素子の正電荷蓄積領
域16の電位との関係を示す。図10において、R1
配線等の内部抵抗、R2 は1画素当たりの抵抗を示す。
GND電位が与えられる上端からの距離に応じて電圧降
下によって漸次電位が増加する。
【0013】上述のニー成分の増加は、信号電荷の初期
規定量QS の抑制を招き、ダイナミックレンジ、リニア
リティを阻害し、またブルーミングを発生させる等の不
都合を生じる。
【0014】本発明は、上述の点に鑑み、特に、電圧降
下に起因するニー成分を抑制することができる固体撮像
素子を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、受光素子に接するチャネルストップ領域の撮像領
域の垂直方向の両端に対応する両端にグランド電位を印
加する構成とする。
【0016】この構成によれば、チャネルストップ領域
の垂直方向の両端にグランド電位を印加することによ
り、ホール電流が2方向に流れ、電圧降下が半分に抑え
られる。これによって電圧降下に起因するニー成分が抑
制される。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明に係る固体撮像素子は、マ
トリックス状に配列された受光素子を有し、この受光素
子に接するチャネルストップ領域が設けられてなる固体
撮像素子において、撮像領域の垂直方向の両端に対応す
るチャネルストップ領域の両端にグランド電位を印加し
た構成とする。
【0018】本発明は、上記固体撮像素子において、チ
ャネルストップ領域の一方の端は遮光膜を介してグラン
ド電位が印加された構成とする。
【0019】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
【0020】図1は、本発明に係るインターライン転送
方式のCCD固体撮像素子の概略的構成を示す。このC
CD固体撮像素子31は、画素となる複数の受光素子3
2がマトリックス状に配列され、各受光素子列の一側に
CCD構造の垂直転送レジスタ33が設けられ、各受光
素子列の他側及び垂直方向に隣り合う受光素子間に受光
素子32に接するようにチャネルストップ領域34が形
成され、撮像領域の有効画素領域35を除いて遮光膜3
6が形成され、さらに各垂直転送レジスタ33の終端に
接続するCCD構造の水平転送レジスタ37が設けられ
て成る。38は水平転送レジスタ37の出力端に接続さ
れた出力回路を示す。
【0021】図1において、39は絵画素領域を示し、
この絵画素領域39は、有効画素領域35と、遮光膜3
6で覆われた光学的黒を決めるいわゆるオプティカルブ
ラック領域40とを含む。そして、遮光膜36で覆われ
るも、絵画素領域39に含まれない領域41が、ダミー
ビット領域と呼ばれる領域である。
【0022】図2は、図1のB−B線上の断面、即ち受
光素子32及び垂直転送レジスタ33を含む部分の断面
構造を示す。本例では、第1導電型、例えばn型のシリ
コン半導体基板51に第1の第2導電型、例えばp型の
半導体ウエル領域52が形成され、この第1のp型半導
体ウエル領域52内に受光素子32の構成要素となるn
型不純物拡散領域53と垂直転送レジスタ33を構成す
るn型転送チャネル領域54並びにp型のチャネルスト
ップ領域34が形成され、n型不純物拡散領域53上に
p型の正電荷蓄積領域56が、n型の転送チャネル領域
54の直下に第2のp型半導体ウエル領域57が夫々に
形成されている。p型の正電荷蓄積領域56は、p型の
チャネルストップ領域15に電気的に接して形成され
る。
【0023】ここで、第1のp型半導体ウエル領域52
と、n型不純物拡散領域53とp型の正電荷蓄積領域5
6とによってHAD(ホール・アキュミュレイテッド・
ダイオード)センサと呼ばれる受光素子32が構成され
る。
【0024】垂直転送レジスタ33を構成する転送チャ
ネル領域54、チャネルストップ領域34及び読み出し
ゲート部43上にゲート絶縁膜58を介して第1層及び
第2層の多結晶シリコンからなる転送電極59が形成さ
れ、転送チャネル領域54、ゲート絶縁膜58及び転送
電極59により、垂直転送レジスタ33が構成される。
さらに、層間絶縁膜60を介して受光素子32を除く垂
直転送レジスタ33等の他部に例えばAl膜による遮光
膜61が被着形成されて成る。
【0025】尚、図示せざるも、更にその上に平坦化膜
を介してオンチップカラーフィルター層及びオンチップ
マイクロレンズが形成される。
【0026】しかして、本実施例においては、特に、チ
ャネルストップ領域34の上端及び下端、即ち撮像領域
の上下両端、従って有効画素領域35の上下両端に対応
する上端及び下端に、コンタクトをとってグランド(G
ND)電位を印加するようになす。
【0027】この場合、チャネルストップ領域34の下
端では、Al遮光膜36を介してグランド(GND)電
位を印加することができる。この為、例えば図3(図1
のC−C線上の断面)に示すように、ダミービット領域
41の画素部(受光部に相当する)において、その正電
荷蓄積領域56に直接Al遮光膜36を接続し、このA
l遮光膜36にグランド(GND)電位を印加すること
ができる。これによって、Al遮光膜36及びp型の正
電荷蓄積領域56を通してp型のチャネルストップ領域
34の下端にグランド電位が印加される。
【0028】この実施例のCCD固体撮像素子31で
は、受光素子で発生した信号電荷(この例では電子)が
読み出しゲート部43を通して垂直転送レジスタ33に
読み出され、垂直転送レジスタ33内を垂直方向に転送
された後、水平転送レジスタ37に転送され、さらに水
平転送レジスタ37内を水平方向に転送されて、出力回
路38を通して出力される。
【0029】一方、光電変換で発生した他方の電荷、即
ちホール(正孔)は、正電荷蓄積領域56からグランド
電位のチャネルストップ領域34を通して排出される。
このとき、チャネルストップ領域34の垂直方向の両端
にコンタクトをとってグランド電位が印加されているの
で、いわゆるホール電流はチャネルストップ領域34の
両端に向かって流れる。これによって、チャネルストッ
プ領域34での電圧降下、従ってグランド電位の端部か
ら離れた受光素子のp型の正電荷蓄積領域56での電圧
降下が抑制され、ニー特性が抑制される。
【0030】即ち、今、撮像領域の垂直方向の中央の受
光素子に着目する。ホール電流がチャネルストップ領域
34の両端に向かって同じだけ流れる様な理想的なモデ
ルを想定した場合には、簡単なオームの法則から数1、
数2が導き出せる。
【0031】
【数1】 V=I×R =I×(ρ×L/S) =4×(0.5×I)×〔ρ×(0.5×L)/S〕 但し、Vは電圧、Iは電流、Rは抵抗、ρは比抵抗、L
は長さ、Sは断面積を示す。
【0032】
【数2】従って、 V/4=(0.5×I)×〔ρ×(0.5×L)/S〕
【0033】数2で明らかなように、電圧降下は1/4
に抑えることができる。
【0034】図4は、図1のK−K′線上の各受光素子
の正電荷蓄積領域での電位関係を示す。この図4から明
らかなように電圧降下が抑制されるのが理解できる。
【0035】上述したように、本実施例によれば、ホー
ル電流を2方向に流すことで電圧降下を抑えることがで
き、ホール電流の増加によるニー特性を抑制することが
できる。これによって、信号電荷の初期規定量であるQ
S を多く取ることが出来、ダイナミックレンジ、リニア
リティの高いCCD固体撮像素子を設計できる。
【0036】また、大きな光量が撮像領域に当たった
際、基板側にオーバーフローせずに垂直転送レジスタ側
にオーバーフローする、いわゆるブルーミングに対する
マージンを大きく取ることができる。
【0037】チャネルストップ領域34の下端にAl遮
光膜36を介してグランド電位を与えるときは、配線等
を不要として簡潔にチャネルストップ領域34の下端へ
のグランド電位の印加を容易にする。
【0038】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像素子によれば、ニ
ー成分を抑制することができる。これによって、受光素
子における信号電荷の初期規定量を多く取ることがで
き、ダイナミックレンジ、リニアリティの高い固体撮像
素子を得ることができる。
【0039】また、ブルーミングに対するマージンを大
きく取ることができ、大きな光量が撮像領域に入射され
た際にも、ブルーミングの発生を阻止することができ
る。
【0040】チャネルストップ領域の一方の端に遮光膜
を介してグランド電位を印加するときは、配線等を不要
にして簡潔にチャネルストップ領域の一方端にグランド
電位を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像素子の実施例を示す構成
図である。
【図2】図1のB−B線上の断面図である。
【図3】図1のC−C線上の断面図である。
【図4】本発明に係るグランド(GND)からの距離と
受光素子内のグランド(GND)電位の変化の関係を示
すグラフである。
【図5】従来のインターライン転送方式の固体撮像素子
の構成図である。
【図6】図5のA−A線上の断面図である。
【図7】オーバーフローバリアの変化によるQS 変化を
示すポテンシャル図である。
【図8】受光素子内のグランド電位の変化によるQSd
化を示すポテンシャル図である。
【図9】ニー(KNEE)特性の説明に供するグラフで
ある。
【図10】従来例に係るグランド(GND)からの距離
と受光素子内のグランド(GND)電位変化の関係を示
すグラフである。
【符号の説明】
31 インターライン転送方式のCCD固体撮像素子、
32 受光素子、33垂直転送レジスタ、34 チャネ
ルストップ領域、36 遮光膜、39 画素領域、41
ダミービット領域、56 正電荷蓄積領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリックス状に配列された受光素子を
    有し、該受光素子に接するチャネルストップ領域が設け
    られてなる固体撮像素子において、 撮像領域の垂直方向の両端に対応する前記チャネルスト
    ップ領域の両端にグランド電位を印加して成ることを特
    徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 前記チャネルストップ領域の一方の端は
    遮光膜を介してグランド電位が印加されて成ることを特
    徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007189022A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Fujifilm Corp Ccd型固体撮像素子及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007189022A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Fujifilm Corp Ccd型固体撮像素子及びその製造方法

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