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JP2917361B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JP2917361B2
JP2917361B2 JP2037011A JP3701190A JP2917361B2 JP 2917361 B2 JP2917361 B2 JP 2917361B2 JP 2037011 A JP2037011 A JP 2037011A JP 3701190 A JP3701190 A JP 3701190A JP 2917361 B2 JP2917361 B2 JP 2917361B2
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JP
Japan
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region
optical black
section
light receiving
conductivity type
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JP2037011A
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JPH03240379A (ja
Inventor
秀夫 神戸
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH03240379A publication Critical patent/JPH03240379A/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は有効撮像領域とオプティカルブラック領域を
有した固体撮像素子に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の
形成される第2導電型のウェル領域と、ウェル領域に設
けられ、表面に発生する電流を抑える第2導電型の正孔
蓄積層と、正孔蓄積層の下部のウェル領域に設けられ、
電荷を蓄積するポテンシャル井戸を形成するための第1
導電型の不純物領域とを有する信号電荷を取り出す有効
撮像領域と、ウェル領域に設けられ、表面に発生する電
流を抑える第2導電型の正孔蓄積層を有する暗電流基準
信号を取り出すオプティカルブラック領域とを備え、有
効撮像領域の信号電荷は、ポテンシャル井戸に蓄積さ
れ、オプティカルブラック領域で発生した電荷は、半導
体基板に掃き出される構成にすることにより、確実な暗
電流基準信号を得るものである。
〔従来の技術〕
通常、CCD固体撮像素子においては、暗電流基準信号
を得るためのオプティカルブラック(光学的黒)領域が
形成され、有効撮像領域からの信号は、そのオプティカ
ルブラック領域からの信号を基準に演算処理される。
第6図と第7図は従来のインターライン転送型の固体
撮像素子の要部断面を示しており、第6図が有効撮像領
域の断面構造であり、第7図がオプティカルブラック領
域の断面構造である。第6図に示すように有効撮像領域
は、シリコン基板100の表面にn+型の不純物拡散領域10
1が形成され、このn+型の不純物拡散領域101が形成さ
れた領域が受光部として機能する。n+型の不純物拡散
領域101に隣接して、読み出し部102が形成され、その読
み出し部102に隣接してチャンネル層103が形成される。
このチャンネル層103は、電荷を転送するためのもので
あり、その上の転送電極104により駆動される。そし
て、この有効撮像領域では、受光部を構成するn+型の
不純物拡散領域101上が開口しており、遮光膜105はn+
型の不純物拡散領域101上に形成されない。これに対し
て、第7図に示すように、オプティカルブラック領域で
は、全面に遮光膜105が形成されている。すなわち、同
じ構造にそれぞれ形成されたn+型の不純物拡散領域10
1,読み出し部102,チャンネル層103,転送電極104等の各
部は全て遮光膜105の下部に形成され、特にオプティカ
ルブラック領域ではn+型の不純物拡散領域101上にも遮
光膜105が存在する。そして、信号出力時には、遮光膜1
05にマスクされた領域の電荷が読み出し部102を介して
チャンネル層103に転送され、それが黒レベルの基準と
なる暗電流基準信号として読みだされる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上述の如きオプティカルブラック領域を有
する固体撮像素子では、オプティカルブラック領域の遮
光膜105に光透過を生ずるような欠陥がある場合に、そ
の光透過によって発生したキャリアの電流が暗電流成分
に加わることになる。このため黒レベル等の基準が透過
した光によって変動し、その影響を受けて正確な暗電流
基準信号が得られないでいた。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、光透過
等が生じた場合でも確実な暗電流基準信号を得るような
固体撮像素子の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子
は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の形成され
る第2導電型のウェル領域と、ウェル領域に設けられ、
表面に発生する電流を抑える第2導電型の正孔蓄積層
と、正孔蓄積層の下部のウェル領域に設けられ、電荷を
蓄積するポテンシャル井戸を形成するための第1導電型
の不純物領域とを有する信号電荷を取り出す有効撮像領
域と、ウェル領域に設けられ、表面に発生する電流を抑
える第2導電型の正孔蓄積層を有する暗電流基準信号を
取り出すオプティカルブラック領域とを備える。そし
て、有効撮像領域の信号電荷は、ポテンシャル井戸に蓄
積され、オプティカルブラック領域で発生した電荷は、
半導体基板に掃き出される。
ここで、オプティカルブラック領域において発生した
電荷を掃き出す構造としては、基板の深さ方向へポテン
シャルが傾き、且つピークが存在しない構造とすればよ
い。例えば有効撮像領域にn型の半導体基板にp型のウ
ェル領域を形成し、有効撮像領域としてウェル領域にn
型の不純物領域を形成し、不純物領域上にp+型の正孔
蓄積層を形成したp+npn構造の縦型オーバーフロードレ
イン構造の素子では、オプティカルブラック領域は、n
型の半導体基板に形成されたp型のウェル領域にp+
の正孔蓄積層を形成したp+pn構造とされる。すなわ
ち、オプティカルブラック領域では、有効撮像領域と異
なり、不純物領域は形成されない。なお、遮光膜は、有
効撮像領域のみを開口した構成としてもよく、また、有
効撮像領域とオプティカルブラック領域の両方を開口し
た構成としてもよい。すなわち、オプティカルブラック
領域では、電荷が掃き出されることから、遮光膜の有無
に関係なく、確実な暗電流基準信号を得ることができ
る。
〔作用〕
一般に、暗電流成分は、受光部の暗電流、垂直レジス
タ部の暗電流、及び水平レジスタ部の暗電流からなる
が、本発明の固体撮像素子のオプティカルブラック領域
の受光部では、電荷が蓄積されずに半導体基板に掃き出
されるため、受光部の暗電流成分は加算されず、レジス
タ部の暗電流成分が基準信号として用いられる。また、
有効撮像領域及びオプティカルブラック領域には、正孔
蓄積層が形成されることから、表面に発生する電流が抑
えられる。従って、遮光膜を透過する光が発生したとき
でも、暗電流基準信号が変動するような弊害が防止され
る。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
本実施例は、インターライン転送型のCCDイメージャ
の例であり、そのオプティカルブラック領域では、常時
半導体基板に電荷が掃きだされる構造とされる。
第5図は本実施例のCCDイメージャのチップ50上の有
効撮像部51とオプティカルブラック部(OPB部)52の関
係を示す平面図である。図中、斜線領域で示すオプティ
カルブラック部52は、有効撮像部51の周囲を囲むように
配設され、水平(H)方向の両端に合わせて20〜50画素
程度,垂直(V)方向の両端に合わせて10〜20画素程度
配設される。
本実施例のCCDイメージャは、n型のシリコン基板に
p型のウェル領域を形成した構造を有している。
第1図は、その有効撮像部の断面構造であり、n型の
シリコン基板1上にp型のウェル領域2が形成されてい
る。その受光部3には、ウェル領域2の表面にp+型の
不純物領域からなる正孔蓄積層4が形成されている。こ
の正孔蓄積層4により受光部3の表面の発生電流が抑え
られる。この正孔蓄積層4の下部には、センサーとして
機能するためのn型の不純物領域5が形成される。この
ように受光部3はp+npn構造とされ、電荷はn型の不純
物領域5に対応したポテンシャル井戸に蓄積される。そ
して、シリコン基板1には所要の基板電圧Vsubが供給さ
れており、その基板電圧Vsubの制御によって過剰な電荷
の掃き出しや電子シャッター動作が可能である。この受
光部3の上部には絶縁膜6が形成され、その絶縁膜6の
上層のアルミニウム膜からなる遮光膜7は開口されてい
る。従って、遮光膜7の開口部8から入射した光が受光
部3で光電変換され、信号電荷として読み出される。
p型のウェル領域2には、垂直レジスタとして電荷転
送するためのn型のチャンネル層9が形成される。この
n型のチャンネル層9の底部には、低スミア化を図るた
めのp型の第2のウェル領域10が形成され、他の垂直列
との間にはp+型の不純物領域からなるチャンネルスト
ッパー領域11が形成されている。このn型のチャンネル
層9は、受光部3と離間しており、その離間した領域が
読み出し部12とされる。転送電極13は、チャンネル層9
とその読み出し部12上に絶縁膜6を介して形成されてい
る。この転送電極13は、図中省略しているが実際は複数
層からなり、且つ多相のクロックが供給される。この転
送電極13は3値クロックによって駆動され、転送電極13
に供給される信号が最も高い時、読み出し部12のポテン
シャルによって受光部3からの電荷がチャンネル層9に
転送される。
同様に、オプティカルブラック部の断面構造は、第2
図に示す構造とされる。オプティカルブラック部の受光
部23は、n型のシリコン基板1上にウェル領域2が形成
され、そのウェル領域2の表面に正孔蓄積層4が形成さ
れているが、電荷を蓄積するポテンシャルを形成するた
めのn型の不純物領域は形成されない。この受光部23の
構造はp+pn構造となる。そして、この受光部23以外の
構造は、有効撮影部とオプティカルブラック部では同一
の構造である。すなわち、受光部23に離間して読み出し
部12を有し、その読み出し部12に接して各垂直列毎にn
型の不純物領域からなるチャンネル層9が形成される。
このチャンネル層9を基板の底部及び他の垂直列側で囲
むように、第2のウェル領域10とチャンネルストッパー
領域11が形成されている。基板上の構造も同一であり、
転送電極13上には、受光部23で開口した遮光膜7が形成
される。
第3図は有効撮像部の受光部3におけるポテンシャル
図であり、第4図はオプティカルブラック部の受光部23
におけるポテンシャル図である。第3図に示すように、
有効撮像部のポテンシャルは、n型の不純物領域5に応
じたポテンシャル井戸が存在するため、そこに信号電荷
を蓄積することが可能である。また、基板電圧Vsubを変
化させることにより、オーバーフロードレインや電子シ
ャッター動作が可能である。ところが、第4図に示すよ
うに、オプティカルブラック部のポテンシャルは、表面
の正孔蓄積層から徐々にポテンシャルが深くなり、全く
ピークの無い状態でn型のシリコン基板1のポテンシャ
ルとなる。従って、受光部23に入射した光によって生ず
る電荷は、定常的に基板の深い部分に掃き出され、オプ
ティカルブラック部の受光部23で電荷が蓄積されること
はない。
このような構造の本実施例のCCDイメージャでは、オ
プティカルブラック部からの暗電流基準信号は垂直レジ
スタと水平レジスタにおける暗電流成分だけとなる。す
なわち、本実施例のCCDイメージャでは、n型のシリコ
ン基板1とp型のウェル領域2の組合せから、基板から
の拡散によって流れ込む電流成分が低減されており、且
つ、正孔蓄積層4を採用するために、受光部表面の発生
電流も抑えられている。従って本実施例のCCDイメージ
ャでは受光部からの暗電流成分自体が十分に小さい。こ
のように受光部からの暗電流が極めて小さいことから、
有効撮像部のみが受光部からの暗電流成分を含み且つオ
プティカルブラック部は受光部からの暗電流成分を含ま
ないものとしても、黒レベルの基準のための演算処理に
際し、受光部からの暗電流成分が問題とならないことに
なる。勿論、オプティカルブラック部からの信号は光透
過等の影響を受けないために、確実な暗電流基準信号が
得られることになる。
また、本実施例のCCDイメージャでは、オプティカル
ブラック部の受光部23は電荷を基板に掃きだす構造であ
るため、オプティカルブラック部も有効撮像部と同様
に、その遮光膜7が開口される。このためオプティカル
ブラック部のみを全面的に覆った従来の素子では、覆う
ことによる微妙な素子のばらつき等が生じていたが、本
実施例のCCDイメージャでは、遮光膜7の構造はオプテ
ィカルブラック部と有効撮像部とで同一であり、素子の
微妙なばらつき等は生じない。
なお、本実施例のCCDイメージャでは、オプティカル
ブラック部にn型の不純物領域5を形成しない構造とし
ているが、オプティカルブラック部のポテンシャルのピ
ークをなくすために、一旦形成したn型の不純物領域5
に反対導電型の不純物を打ち込んでコンペンセートする
ようにしても良い。また、インターライン転送型に限定
されず、フレームインターライン転送型であっても同様
である。
〔発明の効果〕 本発明の固体撮像素子では、オプティカルブラック領
域の受光部において、電荷が蓄積されずに半導体基板に
掃き出されるため、受光部の暗電流成分は加算されず、
レジスタ部の暗電流成分が基準信号として用いられる。
また、有効撮像領域及びオプティカルブラック領域に
は、正孔蓄積層が形成されることから、表面に発生する
電流が抑えられる。従って、遮光膜を透過する光が発生
したときでも、暗電流基準信号が変動するような弊害が
防止される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像素子の一例の有効撮像部の構
造を示す断面図、第2図はその一例のオプティカルブラ
ック部の構造を示す断面図、第3図は上記有効撮像部の
ポテンシャル図、第4図は上記オプティカルブラック部
のポテンシャル図、第5図は上記一例のチップの平面図
である。また、第6図は従来の固体撮像素子の一例の有
効撮像部の構造を示す断面図、第7図は従来の固体撮像
素子の一例のオプティカルブラック部の構造を示す断面
図である。 1……シリコン基板 2……ウェル領域 3,23……受光部 4……正孔蓄積層 5……不純物領域 9……チャンネル層 13……転送電極 51……有効撮像部 52……オプティカルブラック部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 上記半導体基板の形成される第2導電型のウェル領域
    と、 上記ウェル領域に設けられ、表面に発生する電流を抑え
    る第2導電型の正孔蓄積層と、上記正孔蓄積層の下部の
    上記ウェル領域に設けられ、電荷を蓄積するポテンシャ
    ル井戸を形成するための第1導電型の不純物領域とを有
    する信号電荷を取り出す有効撮像領域と、 上記ウェル領域に設けられ、表面に発生する電流を抑え
    る第2導電型の正孔蓄積層を有する暗電流基準信号を取
    り出すオプティカルブラック領域とを備え、 上記有効撮像領域の信号電荷は、上記ポテンシャル井戸
    に蓄積され、上記オプティカルブラック領域で発生した
    電荷は、上記半導体基板に掃き出されることを特徴とす
    る固体撮像素子。
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