JPS5854787A - 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】 本発明は固体撮像装置 グ現象防止に用いて好適な固体虚像装置に関するもので
ある。

周知の如く、固体撮像装置は半導体基板トに設けられた
互に独立する感光画素から、尤゛亀変換され蓄積された
信号電荷を何んらかの手段によシ前記基板に設けられた
出力部より取り出すものである０ ところが、局所的に強い光のあたった感光画素から信号
電荷が隣接画素へ拡散し誤動作を招くブルーミング現象
が生じていた。固体撮像装置の解像度を高めるためには
このブルーミング現象の防止は不可欠であった。このブ
ルーミング現象の防止策として以下に説明する方法が従
来行なわれていた。

まず、従来の基板内での偽信号によるブルーミングを防
止する固体撮像装置を図面に従い説明する。第１図は従
来の固体撮像装置を示す平面概略図である。第１図にお
いて、半導体基板（］）トに複数個の感光画素列（２ａ
）〜（２ｇ）が設けられており、この感光画素列（２ａ
）〜（２ｇ）に浴ってシフトゲート（３）、ＣＣＤシフ
トレジスタ（４）が形成されており、光信号によって発
生した電気信号を順次転送し、ＣＯＤシフトレジスタ出
力端子（５）によって信号を出力している。第２図は第
１図のＡ　−Ａ’線に浴つだ断面概略図である。第１図
と同一箇所は同一符号を付１−で説明する。半導体基板
例えばＰ型シリコン茫板（１）には光信号に応じて電気
信号を発生する感光画素（２ｄ）が前記基板（１）と逆
導電型の不純物領域として形成されている。この感光画
素（２ｄ）に隣接してシフトゲ−臼３）、ＣＣＤシフト
レジスタの転送電極（６）が順に絶縁膜（７）を介して
設けられており、これら電極（３）　、　（６）と感光
画素（２ｄ）の両側には前記半導体基板（１，）と同じ
導電型のチャネルストップス領域（８）が形成されてい
る。さらに絶縁膜（７）を介して感光画素（２ｄ）以外
の領域に光シールド膜（９）が形成されている。また前
記半導体基板（１）にはこの基板と逆導電型の不純物を
含む半導体領域αυが設けられており、端子０□□□は
半導体領域Ｏｌへの電圧印加端子である。

次にこの固体逢（象素子の動作について説明する。

光シールド膜（９）におち・われでいない感光画素（２
ａ）〜（２ｇ）に光が入射１〜、光電変換によって信号
電荷を発生する。一定時間積分ののちシフトゲート（３
）を開いてその電荷をＣＣＤレジスタ（４）に転送後、
順次クロックパルスを印加して端子（５）から出力信号
として読み出す。

この固体撮像装置のブルーミング防止策は以下のとおり
である。即ち、半導体基板（１）は、接地電位、半導体
領域０υは、フローティング、接地電位あるいは前記基
板（１）と逆バイアス状態に設定する。

感光画素（２ｄ）より光が入射し、基板深部で信号電荷
が発生する場合、半導体領域（ｌυより一ドの領域では
（例えばＡ、ａ）、基板（１）と半導体領域（１１１間
のｐｎ接合によって表面側へ拡散する事が防がれる。ま
た基板（１）の領域では（例えばＢ　４　）、同じく基
板（１）と半導体領域（１１１間のｐｎ接合（この場合
は逆バイアスされていることが必要である。）が発生し
た信号電荷を吸いとり、ブルーミングを防止する。

次に、感光画素に蓄積される電荷が増えで、画素分離領
域をこえて隣接画素に流入する事に起因するブルーミン
グを防ぐ事に主眼をおいた従来の固体撮像装置を図面に
従い説明する。

第３図は従来の固体撮像装置を示す平面概略図である。

第１図と同一箇所は同一符号を付し、説明は便宜上省略
する。第１図と相違する点は、感光画素（２ａ）〜（２
ｇ）に治って、シフトレジスタ（３）と反対側にオーバ
ーフローコントロールゲート（３１）オーバーフロード
レインＣ（２）を設けたことである。

第４図は第３図の１３−　Ｂ’線に沿った断面概略図で
ある。＠２図と同一箇所は同一符号を付して説明は便宜
上省略する。第４図において第２図と相違する点は、半
導体領域（１１１が設けられていないことと、感光画素
（２ｄ）に隣接してオーバフローコントロールゲート（
３１）が絶縁層（力を介して形成されており、次いでオ
ーバフロードレイン（３２）が形成されていることであ
る。

この固体撮像装置の動作は光電変換から信号読み出しま
では第１図、第２図で説明した固体撮像装置と同様であ
る。この固体撮像装置のブルーミング防止方法はゲート
（３１）に印加される電圧によってその直下の表面ポテ
ンシャルをコントロールし、感光画素（２ｄ）が飽和し
て過剰電荷が隣接画素へ拡散していく前に、過剰の電荷
をドレイン（３２）に捨てることによって行なう０ ところが以上説明した従来の固体撮像装［ｄでは以下に
示す欠点を有している○即ら、 （Ａ）第１図、第２図に示す固体撮像装［置では、従来
の第３図、第４図で示す固体撮像装置で対策されたブル
ーミング発生機構に無力である。

（Ｈ）第３図、第４図に示す装置では、従来例の第１図
、第２図で示す装置で対策されたブルーミング発生機構
に無力である。

特に第２図においてＢ屯に右柱する電荷のうち一定割合
い隣接画素に流入する。第２図で感光画素（２ｄ）が信
号電荷で飽オ゛１１すると、Ｂ薇での電荷も感光画素か
ら拡販してきて増加し、隣接画素へ流入する電荷量も増
力口しブルーミングを発生させる。

本発明は上紀薇に鑑みなされたもので、半導体基板表面
内に、光イざ号によｐ発生１〜た信号電荷を蓄積する感
光画素列と、この感光画素列に蓄積された信号電荷を順
次読み出す雪、段と・前記感光画素に近接して配置され
、前記線光画素周辺の過剰電荷を除去するだめに前記半
導体基板内に埋め込まれた電荷処理領域と、前記感光画
素に近接して配置され前記感光画素に蓄積される最大電
荷量を制限するために設けられた最大電荷量制限手段と
を具備することによって、従来に比べ大ｄコにブルーミ
ングを防止できる固体撮像装置を提供することを目的と
するものである。

以下、図面を参照して本発明を実施例に基き詳細に説明
する。

第５図は本発明を説明するだめの断面概略図である。尚
１本発明における平面図は第３図と同一であるため省略
し、第５図は第３図のＢ　−Ｂ’線に浴った断面概略図
である。また第１図乃全第４図と同一箇所は同一符号を
付して説明する。

ｐ形シリコン基板ｆｌｊ上に複数個の感光画素列（２ａ
）〜（２ｇ）が設けられている。第５図の断面図にはそ
のうちの１つ（２ｄ）が示されている。この感光画素（
２ｄ）はＮ形不純物領域により形成されておりシリコン
基板（１）の上部より入射する光信号に応じて電荷を発
生する。この感光画素列（２ａ）〜（２ｇ）に浴っだ一
方のシリコン基板（１）上に、８ｉ０２絶縁膜（力を介
してポリシリコンで形成されたシフトゲート（３）とＣ
ＣＤシフトレジスタの転送厄＃Ａｆ６）が順に設けられ
ている。また絶縁膜（７）上の前記感光画素列（２ａ）
〜（２ｇ）に光が入射する部分以外にはＭの光シールド
膜（９）が形成されている。また７リコン基板（１）上
の電荷転送性なわれない部分、例えば感光画素列（２ａ
）〜（２ｇ）と転送電極（６）で囲まれた領域の外側部
分には、チャンネルストラプス領域（８）が設けられて
いる。チャンネルス（・ツブス領域は、隣接する感光画
素列（２ａ）〜（２ｇ）の電荷が住いに混ざらないよう
に／フトゲート（３）の下にも設けらり、でいるが、第
５図には示されていない１、以上の構成は固体撮像素子
の基本的な構成である。

本発明の実施例では、ブルーミンダ防止のためにさらに
以下のような構成が設けられている。

まず、シリコン基板（１）はその厚さ方向の中間部分が
基板（１）と逆導電形で高濃度のＮ１−影領域αυとな
っている。そしてこの領域（１］）に接続された端子に
より基板（１）のＰ影領域（接地電位）との間が逆バイ
アスになるような電圧が印加されている。しかし、この
領域住υはフローティング状態にしておいてもよい。尚
、上記中間部分を高濃度のＮ゛形領領域形成したが、と
れに限定されず、不要電荷（電子）を引っばるボテンン
ヤルを有するものであれば良い。例えばｌ形、を形、・
Ｎ形の不純物領域であってもよい。またシリコン基板（
１）上の前記感光画素列（２ａ）〜（２ｇ）に沿ってシ
フトゲート（３）と反対側にポリシリコンで形成された
オーバーフローコントロールゲート（３１）とＮ形不純
物領域により形成されたオーバーフロードレイン（ｉ（
２）が設けられている。このゲート（３］）とドレイン
Ｃ（２）は感光画素（２ｄ）のＮ形不純物領域をソース
としてＮチャンネルＭＯ８形電界効果トランジスタを構
成している。ドレイン（３２）に接続された電極（３３
）とゲート（３１）は基板（１）に対して止にバイアス
されている。

以上のような構成による本実施例の固体撮像装置の動作
を説明する。シリコン基板（１）の表面上に入射する光
信号は絶縁膜（７）を通して感光画素（２ｄ）が形成さ
れた基板（１）中に達してキャリアを励起する。光信号
が達する深さは、その波長に依存し。

感光画素（２ｄ）のＮ形領域中とは限らず、それより深
い部分にも及ぶ。感光画素部（２ｄ）のｌ）　−Ｎ接合
部には、このキャリアが蓄ｆ′ｊｌされていき、一定時
間積分したところでシフトゲ−１・（３）を開いてソフ
トレジスタ（６）にこのキャリアを転送する。シフトレ
ジスタ（６）は感光画素列（２ａ）〜（２ｄ）に各々対
応した電極の集りであり、クロックパルスを印加するこ
とにより前記ンフトレジスタ（６）より転送されてきた
キャリアを順次隣接する電極に転送ｌ〜出力端子（５）
より外部に信号を与える。

以上の動作は従来通りのものであるが、この動作中、本
実施例ではブルーミング発生の可能性を極めて小さくす
ることができる。すなわち、この効果は以下のようにま
とめられる。

（Ａ）感光画素（２ｄ）に蓄積されるギヤリアがあふれ
て画素分離領域をこえて隣接画素（２Ｃ）あるいは（２
ｅ）に流入するブルーミングに対しては、ゲート（，３
］）により適当なバイアスを与えることによりＭＯＳト
ランジスタを導通させてそのチャージをドレイン（’：
（２）に吸収してしまい、ブルーミングを防止できる。

（Ｂ）基板（１）の深部で生成したギヤリアによって生
じるブルーミングに対Ｉ〜では、基板（］）中に形成さ
れた高濃度１形領域（１１）によってこれを吸収するこ
とによってブルーミングを防止できる。

（Ｃｊ感元１面素（２ｄ）からあふれて基板の深部、例
えば第５図のＣ蛾に達してから隣接画素（２ｃ）や（２
ｅ）に流入するブルーミングに対してもオーバーフロー
ドレインＣ（２）と、Ｎ＋領域σ１）によってギヤリア
を吸収してこれを防ぐことができる。

このように本実施例の効果の（Ａ、）および（Ｅ）は、
それぞれ従来装置が有するものであるが、（Ｃ）の効果
については、オーバーフロードレイン（、（２）と耐領
域ａυの両方の構成によりはＬ゛めて可能となったもの
である。すなわちＣ点での電荷量の一定割合はだとえＮ
＋領域α■を設けていても、不可避的に隣接画素に流入
するが、本実施例ではオーバーフロードレイン（３２）
を設け、画素（２ｄ）からＣ屯への電荷の拡散を防ぐこ
とによってＣ蛾での電荷量の増加を防いで゛いる。

次に本発明の他の実施例を説明する。

第６図は、その＠面図である。前述した第一の実施例と
ほとんど同じ構造であるが、オーバーフロードレイン（
３３）が、基板中の高濃度頑領域（１３）と連続して一
体化して形成されている。このような構造にすることに
より前述した（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）の効果を
より完全にすることができる。牛たオーバーフロードレ
イン（：（２）と高濃度継領賊α１）とを１つの電極（
３３）でバイアスできるので配線が簡単になるという利
但を有す。

次に第３の実施例を図面を参照してｈ；ａ明する。

第７図はその断面図である。第５図に示した第一の実施
例と比較して、オーバーフローコントロール用のチャン
ネル部、すなわち感光画素（２ｄ）を構成するＮ形領１
ｔと、オーバーフローコントロールドレイン（：（２）
との間に半導体領域例えばＮ形不純物領域（：（４）を
形成しておく。この不純物濃度を適当に加減することに
より感光画素（２ｄ）を構成するＮ影領域のポテンシャ
ルの閾値を制御することがでキル。この時オーバーフロ
ーコントロールゲート（３１）は接地電位にしておいて
よいので配線が簡単になるという利点がある。また、必
要に応じ前記半導体領域をＰ形不純物領域で形成するこ
ともある。また前述した（Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）の効果
ももちろん有している。

なお、第６図に示１−１た第２の実施例に、この第３の
実施例を組み合わせて、オーバーフロー用のチャンネル
を形成１〜でおくことも可能である。また、本実施例の
シフトレジスタは表面チャ／ネルで示したが埋め込みチ
ャンネルにすることも可能である。また本実施例では一
次元のリニアセンサで説明したが、感光画素が２次元の
マトリクス状に配置されるエリアイメージセンサに適用
することも可能である。更に、本発明の実施例及び変形
例において基板下端の半導体領域（すなわち第５図での
（ＩＩＪＯ下、第６図での旧）の下、第７図ノ（ｉｌｌ
）下）は、いづれも省略可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置を示す平面概略図第２図は
第１図のＡ　−Ａ’線に削った断面概略図、第３図は従
来の固体撮像装置を示す平面概略図、第４図は第３図の
Ｂ　−Ｂ’線に浴っだ断面概略図、第５図乃至第７図は
本発明を説明するだめのそれぞれの実施例を示す断面概
略図である。図において、 １・・半導体基板、　　２ａ〜２ｇ・・・感光画素列、
３　シフトゲート、　　４　シフトレジスタ、５　／フ
トレジスタ出力端子、 ６・・転送電極、　　　　７・・絶縁膜、９・・・尤シ
ールド膜、　ｌ】−半導体領域、１３−・端　子、 ３１　　オーバーフローコントロールゲート、℃・オー
バーフロードレイノ１ ．３３　　電　極、　　　　　３４　　Ｎ形不純物領域
。 第１図 ７２図 第３図 第４図 Ｙ　ば

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面内に、光信号により発生した信号
   電荷を蓄積する感光画素列と、この感光画素列に蓄積さ
   れた信号電荷を順次読み出す手段と、前記感光画素に近
   接して配置され、前記感光画素周辺の過剰電荷を除去す
   るために前記半導体基板内に埋め込まれた電荷処理領域
   と、前記感光画素に近接して配置され前記感光画素に蓄
   積される最大電荷量を制限するために設けられた最大電
   荷量制限手段とを具備したことを特徴とする固体撮像装
   置。
2. （２）前記電荷処理領域が前記半導体基板と逆導電型の
   不純物を含むことを特徴とする特許の範囲第１項記載の
   固体撮像装置。
3. （３）前記電荷処理領域が前記半導体基板に対し逆バイ
   アス、零バイアスあるいはフローティングに設定されて
   いることを特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の
   固体虚像装置。
4. （４）前記最大電荷量制限手段が前記感光画素に隣接１
   〜で配設された制Ｉ１電極と、この制御電極に隣接して
   設けられ、前記半導体基板と逆導電型の不純物を含み、
   かつ前記半導体基板と逆バイアス状態に設定された半導
   体領域とよりなることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項乃至第３項記載の固体撮像装置。
5. （５）前記電荷処理領域と前記半導体領域が一体形成さ
   れていることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項乃
   至第４項記載の固体虚像装置。
6. （６）前記制御′醒極下の前記半導体基板表面に前記最
   大電荷量を制萌ｌする半導体領域を有することを特徴と
   する前記特許請求の範囲第４項記載の固体撮像装置、、