JP2010182888A - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号電荷を生成する受光部と、信号電荷を蓄積保持する蓄積容量部とを有する全画素CCD型固体撮像装置において、電子シャッタ調整層を形成する。この電子シャッタ層は、基板内の受光部に対向する領域であって、蓄積容量部から所望のオフセット領域だけ離した領域に形成された領域に形成されるものである。また、受光期間において、第1の電位を基板に印加し、非受光期間において、第2の電位を基板に印加する基板電圧電源を有する。これにより、受光期間において、受光部で生成された信号電荷が垂れ流し的に蓄積容量部に蓄積される。
【選択図】図2
Description
受光部は、基板表面側に形成されるものであり、受光した光に応じて信号電荷を生成する。蓄積容量部は、受光部に隣接する領域に形成され、基板に第1の電位が印加されたときに、受光部で生成された信号電荷が転送され、前記信号電荷を蓄積保持するものである。
暗電流抑制部は、受光部及び蓄積容量部に形成されるものである。
電子シャッタ調整層は、基板内の受光部に対向する領域であって、蓄積容量部から所望のオフセット領域だけ離した領域に形成された層である。また、この電子シャッタ調整層は、基板に第2の電位が印加されたときに受光部で生成された信号電荷が基板の裏面側に掃き出されるように基板の電位分布を調整する層である。
読み出しゲート部は、第1の露光期間後、及び第2の露光期間後に、蓄積容量部に蓄積された信号電荷を読み出すものである。
垂直転送レジスタは読み出しゲート部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送するものである。
1.第1の実施形態:固体撮像装置の例
1.1固体撮像装置全体の構成
1.2固体撮像装置の断面構成
1.3固体撮像装置の製造方法
1.4固体撮像装置の駆動方法
2.第2の実施形態:固体撮像装置の例
3.第3の実施形態:電子機器の例
[1.1 固体撮像装置全体の構成]
図1に本発明の第1の実施形態に係るCCD型の固体撮像装置の概略構成図を示す。図1に示すように、本実施形態例の固体撮像装置1は、基板6に形成された複数の受光部2と、それぞれの受光部2に隣接して形成された蓄積容量部8と、垂直転送レジスタ3と、水平転送レジスタ4とを有して構成されている。そして、1つの受光部2及び蓄積容量部8と、その蓄積容量部8に隣接する垂直転送レジスタ3とにより単位画素7が構成されている。本実施形態例の固体撮像装置1の転送方式は、受光部2と垂直転送レジスタ3で構成される転送部を分けて形成したIT(Interline Transfer)方式で、読み出し方式は、全画素で同時に読み出す、全画素読み出し方式とする。
図2に、本実施形態例の固体撮像装置1における1画素分の概略断面構成を示す。本実施形態例では、本発明における第1導電型をN型とし、第2導電型をP型として説明する。
図4,図5を用いて、以上の構成を有する固体撮像装置の製造方法を説明する。図4において、図2に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
次に、本実施形態例の固体撮像装置1の駆動方法について説明する。まず、本実施形態例の固体撮像装置1における実際の駆動に先立ち、受光部2及び蓄積容量部8における信号電荷の生成、蓄積の原理を、図3Aを用いて説明する。
図7に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図7において、図2に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
以下に、本発明の固体撮像装置を用いた電子機器について説明する。
図9に本発明の第3の実施形態に係る電子機器200の概略構成を示す。
本実施形態例の電子機器200は、上述した本発明の第1の実施形態における固体撮像装置1をカメラに用いた場合の実施形態を示す。
駆動回路212は、固体撮像装置1の転送動作信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行なう。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。この信号処理回路213では、図示しないが、短秒露光で得られた信号電荷と、長秒露光で得られた信号電荷により、広ダイナミックレンジ信号を出力するための演算処理回路が構成されている。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
2・・受光部
3・・垂直転送レジスタ
4・・水平転送レジスタ
5・・出力回路
6・・基板
7・・画素
8・・蓄積容量部
12・・半導体基板
13・・半導体ウェル層
14・・電子シャッタ調整層
15・・チャネルストップ部
16・・P−領域
17・・N−領域
18・・第1の暗電流抑制部
19・・受光部
20・・蓄積容量部
21・・P+領域
22・・N領域
23・・第2の暗電流抑制部
24・・オフセット領域
25・・垂直転送チャネル
26・・読み出しゲート部
27・・読み出しチャネル
28・・垂直転送電極
29・・ゲート絶縁膜
30・・層間絶縁膜
31・・遮光膜
Claims (18)
- 基板と、
露光期間の異なる第1の露光期間と第2の露光期間とを含む受光期間に前記基板に第1の電位を印加し、非受光期間に前記基板に第2の電位を印加する基板電圧電源と、
前記基板の表面側に形成され、受光した光に応じた信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に隣接して形成され、前記基板に第1の電位が印加されたときに、前記受光部で生成された信号電荷が転送され、前記信号電荷を蓄積保持する蓄積容量部と、前記受光部と前記蓄積容量部に形成された暗電流抑制部と、前記基板内の前記受光部に対向する領域であって、前記蓄積容量部から所定のオフセット領域だけ離した領域に形成され、前記基板に第2の電位が印加されたときに前記受光部で生成された信号電荷が前記基板の裏面側に掃き出されるように基板の電位分布を調整する電子シャッタ調整層と、前記蓄積容量部に蓄積された信号電荷を第1の露光期間後、及び第2の露光期間後に読み出す読み出しゲート部と、前記読み出しゲート部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタと、を含んで構成される複数の画素と、
を含む固体撮像装置。 - 前記基板は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体ウェル層から構成され、
前記受光部は、第1導電型の不純物領域と第2導電型の不純物領域との接合面を有して前記半導体ウェル層に形成され、
前記蓄積容量部は、第1導電型の不純物領域と第2導電型の不純物領域との接合面を有して構成され、
前記電子シャッタ調整層は、前記半導体基板と前記半導体ウェル層との間に、第1導電型の不純物領域により形成される
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記蓄積容量部の静電ポテンシャルは、前記受光部の静電ポテンシャルよりも深く形成される
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記オフセット領域上部の、前記受光部と前記蓄積容量部の間の領域の静電ポテンシャルは、前記受光期間と、前記非受光期間とで、略等しい値を維持する
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記蓄積容量部の光入射側上部に遮光膜を有し、前記遮光膜の端部は前記受光部側に張り出した張り出し部を有する
請求項4記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、さらに、前記垂直転送レジスタ部上部にも形成されている
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記受光部の開口領域を除く領域を覆って形成される
請求項6記載の固体撮像装置。 - 前記受光部及び前記蓄積容量部の前記暗電流抑制部は、前記受光部及び前記蓄積容量部の光入射側表面に形成された第2導電型の不純物領域により構成される
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記受光部の前記暗電流抑制部は、前記受光部の光入射側表面に形成された第2導電型の不純物領域により構成され、
前記電荷蓄積容量部の前記暗電流抑制部は、前記電荷蓄積容量部の光入射側上部に形成された暗電流抑制電極と、前記暗電流抑制電極に直流電圧を印加する直流電圧電源により構成される
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記暗電流抑制電極は、前記遮光膜と電気的に接続される
請求項9記載の固体撮像装置。 - 前記第1の露光期間後、及び第2の露光期間後の信号電荷の読み出しは、全画素同時に行われる
請求項1記載の固体撮像装置。 - 第1導電型の半導体基板を準備する工程、
前記半導体基板上に第2導電型の半導体ウェル層を形成する工程、
前記半導体ウェル層の表面側に、受光部、受光部に隣接する蓄積容量部、及び読み出しチャネルを介して前記蓄積容量部に隣接する垂直転送チャネルを形成する工程、
前記半導体ウェル層を形成する前、又は後に、前記半導体基板と前記半導体ウェル層との間の、前記受光部に対向する領域であって、前記蓄積容量部から所望のオフセット領域だけ離した領域に第1導電型からなる電子シャッタ調整層を形成する工程、
前記蓄積容量部及び受光部上部の光入射側に暗電流抑制部を形成する工程、
前記基板に、受光期間と、非受光期間とで異なる電位を印加する基板電圧電源を接続する工程、
前記読み出しチャネル上部に読み出し電極を形成し、第1の露光期間後及び、第1の露光期間とは異なる露光期間を有する第2の露光期間後に読み出しパルスを印加する電極配線を形成する工程、
を有する固体撮像装置の製造方法。 - 前記半導体ウェル層は、前記半導体基板上に形成された第2導電型のエピタキシャル成長層により構成される
請求項12記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記半導体ウェル層は、前記半導体基板上に第1導電型のエピタキシャル成長層を形成した後、前記エピタキシャル成長層の所望の領域に、第2導電型の不純物をイオン注入して形成される
請求項12記載の固体撮像装置。 - 基板と、
露光期間の異なる第1の露光期間と第2の露光期間とを含む受光期間に前記基板に第1の電位を印加し、非受光期間に前記基板に第2の電位を印加する基板電圧電源と、
前記基板の表面側に形成され、受光した光に応じた信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に隣接して形成され、前記基板に第1の電位が印加されたときに、前記受光部で生成された信号電荷が転送され、前記信号電荷を蓄積保持する蓄積容量部と、前記受光部と前記蓄積容量部に形成された暗電流抑制部と、前記基板内の前記受光部に対向する領域であって、前記蓄積容量部から所定のオフセット領域だけ離した領域に形成され、前記基板に第2の電位が印加されたときに前記受光部で生成された信号電荷が前記基板の裏面側に掃き出されるように基板の電位分布を調整する電子シャッタ調整層と、前記蓄積容量部に蓄積された信号電荷を第1の露光期間後、及び第2の露光期間後に読み出す読み出しゲート部と、前記読み出しゲート部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタと、を含んで構成される複数の画素と、
を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記基板電圧電源により、前記基板に第1の電位を印加することにより、前記受光部で生成された信号電荷の前記蓄積容量部への転送を開始することにより第1の露光期間を開始し、
前記読み出しゲート部により前記第1の露光期間で蓄積された前記蓄積容量部を読み出すことにより、前記第1の露光期間を終了し、引き続き第2の露光期間を開始し、
前記基板電圧電源により、前記基板に第2の電位を印加することで、前記第2の露光期間を終了し、前記受光部で生成された信号電荷を前記基板に掃き出す
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記受光期間開始、終了、及び、蓄積容量部からの信号電荷の読み出しは、前記基板に形成された全画素の受光部において同時刻になされる
請求項15記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 光学レンズと、
露光期間の異なる第1の露光期間と第2の露光期間とを含む受光期間に前記基板に第1の電位を印加し、非受光期間に前記基板に第2の電位を印加する基板電圧電源と、
前記基板の表面側に形成され、受光した光に応じた信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に隣接して形成され、前記基板に第1の電位が印加されたときに、前記受光部で生成された信号電荷が転送され、前記信号電荷を蓄積保持する蓄積容量部と、前記受光部と前記蓄積容量部に形成された暗電流抑制部と、前記基板内の前記受光部に対向する領域であって、前記蓄積容量部から所定のオフセット領域だけ離した領域に形成され、前記基板に第2の電位が印加されたときに前記受光部で生成された信号電荷が前記基板の裏面側に掃き出されるように基板の電位分布を調整する電子シャッタ調整層と、前記蓄積容量部に蓄積された信号電荷を第1の露光期間後、及び第2の露光期間後に読み出す読み出しゲート部と、前記読み出しゲート部により読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタと、を含んで構成され、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。 - 前記第1の露光期間後に蓄積された信号電荷と、前記第2の露光期間後に蓄積された信号電荷とにより、広ダイナミックレンジの演算を行う演算処理回路を有する
請求項17記載の固体撮像装置。
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