JP2679659B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2679659B2 JP7014844A JP1484495A JP2679659B2 JP 2679659 B2 JP2679659 B2 JP 2679659B2 JP 7014844 A JP7014844 A JP 7014844A JP 1484495 A JP1484495 A JP 1484495A JP 2679659 B2 JP2679659 B2 JP 2679659B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関し、特
に暗電流防止用電圧を印加するバックバイアス生成回路
を含む固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置内に負電圧を印加すること
により残像の低減を行う技術が特開平6―216363
号公報に開示されている。この従来技術について図4及
び図5を参照して説明する。
【0003】図4は従来の固体撮像装置の構成を示す断
面図である。図において、従来の固体撮像装置は、P型
シリコン基板1の表面部に選択的に形成されたN型領域
3と、P+型領域4を有し、入射光に応じて信号電荷を
発生する光電変換部12を含んで構成されている。
【0004】また従来の固体撮像装置は、P+型領域4
に隣接するN型領域3上にゲート絶縁膜6―1を介して
設けられ負電圧Vstが印加される蓄積ゲート電極7を有
し、光電変換部12からの信号電荷を受取って蓄積する
電荷蓄積部13を含んで構成されている。
【0005】さらにまた従来の固体撮像装置は、電荷蓄
積部13に隣接してN型領域3の表面部に選択的に形成
されたP−型領域5と、このP−型領域5上にゲート絶
縁膜6―2を介して設けられ所定のクロックパルスφTG
が印加されるトランスファゲート電極8とを有し、所定
のタイミングで電荷蓄積部13から信号電荷を受取るト
ランスファゲート部14を含んで構成されている。
【0006】さらにまた従来の固体撮像装置は、トラン
スファゲート部14のP−型領域5に隣接するN型領域
3上にゲート絶縁膜6―3を介して設けられ所定のクロ
ックパルスφ1が印加されるゲート電極9―1aを有
し、トランスファゲート電極8に高電圧を印加すること
でトランスファゲート部14からの信号電荷を受取る電
荷転送部54を含んで構成されている。
【0007】なお、図中の1はP型シリコン基板、2は
P+型不純物層、10は層間絶縁膜、11は光電変換部
12上に開口を有する光シールドのためのアルミニウム
層である。
【0008】かかる構成において、光電変換部12に光
が照射されると、その入射光に応じて信号電荷が発生
し、電荷蓄積部13に蓄積される。この電荷が蓄積され
ているときクロックパルスφTGが印加されると、トラン
スファゲート部14がオン状態になり、電荷蓄積部13
に蓄積されている電荷が電荷転送部54に転送される。
この電荷転送部54は、CCD(Charge Cou
pled Device)レジスタの構成になってお
り、図示せぬ出力回路の方向に電荷が順次転送される。
【0009】この従来技術を用いたデュアルチャネル型
のラインセンサの構成が図5(a)のブロック図に示さ
れている。
【0010】同図(a)において、中央部に設けられた
光電変換アレイ110は、図4に示されている光電変換
部12に対応し、蓄積ゲート電極7A―1は図4に示さ
れている蓄積ゲート電極7に対応する。また、同図
(a)において、トランスファ電極8A―1は図4に示
されている蓄積ゲート電極8に対応し、CCDレジスタ
54―1は図4に示されている電荷転送部54に対応す
る。つまり、これら光電変換アレイ110、蓄積ゲート
電極7A―1、トランスファ電極8A―1及びCCDレ
ジスタ54―1は、図4の構成を列状に配置した構成に
なっている。
【0011】また同図(a)において、光電変換アレイ
110を中心として反対側には蓄積ゲート電極7A―
2、トランスファ電極8A―2及びCCDレジスタ54
―2が設けられており、これら光電変換アレイ110、
蓄積ゲート電極7A―2、トランスファ電極8A―2及
びCCDレジスタ54―2も、図4の構成を列状に配置
した構成になっている。
【0012】以上により、同図(a)の構成は、通常の
デュアルチャネル型のラインセンサと同等の構成とな
る。なお、図中の53は読出しゲート、51は出力回路
である。
【0013】ここで、蓄積ゲート電極7A―1及び7A
―2に印加される電圧VSTは負電圧発生回路52より供
給される。この負電圧発生回路52の構成例が同図
(b)に示されている。
【0014】図において、負電圧発生回路52は、キャ
パシタCと、縦続接続されたMOS(Metal Ox
ide Semiconductor)トランジスタM
1とを含んで構成されている。そして、各トランジスタ
に接続されたキャパシタCに対して、1つおきにクロッ
クパルスφ1、φ2が交互に印加されている。これらク
ロックパルスφ1及びφ2は、図6に示されているよう
に互いに逆相であるため、この負電圧発生回路52は回
路構成上バケツリレー素子(BBD;Bucket B
rigade Device)と同一のチャージポンプ
回路として動作する。
【0015】したがって、図中の接地点から電荷が抽出
され、5個のトランジスタM1によるチャージポンプ動
作によってその電荷量が大きくなっていく。そして、こ
の負電圧発生回路52の出力である電圧VSTは、蓄積ゲ
ート電極7A―1及び7A―2に印加されるのである。
なお、MOSトランジスタM2は逆流防止用であり、必
ずしも設けなくても良い。
【0016】クロックパルスφ1、φ2はCCD駆動回
路用の2相クロックであり、このようにもともと入力さ
れている信号を利用すれば、固体撮像装置全体としては
特別な外部入力負電圧が必要ないので、好都合である。
【0017】同図(a)に戻り、かかる構成において光
電変換アレイ110に光が照射されると、その入射光に
応じて信号電荷が発生する。光電変換アレイ110で発
生した電荷は、夫々蓄積ゲート電極7A―1、7A―2
の下の電荷蓄積部に蓄積される。この電荷が蓄積されて
いるとき図6に示されているようなクロックパルスφTG
が印加されると、トランスファゲート電極8A―1、8
A―2の下のトランスファゲート部がオン状態になり、
電荷蓄積部に蓄積されている電荷がCCDレジスタ54
―1、54―2に夫々転送される。CCDレジスタ54
―1、54―2に夫々転送された信号電荷は、クロック
パルスφ1及びφ2により出力回路51の方向に電荷が
順次転送され、読出しゲート53を通って出力回路51
により外部へ取出される。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体撮
像装置の負電圧発生回路では、発生した負電圧は電荷蓄
積電極に供給されるのみであるため、外部から印加され
るクロックパルスφ1、φ2にノイズ等が乗ることで一
時的に負の過電圧が発生すると、電流パスがないので電
荷蓄積部13の蓄積ゲート電極7は過電圧に保持された
ままになる。よって、蓄積ゲート電極7には負の過電圧
が印加されたままの状態になる。すると、蓄積ゲート電
極7下のゲート絶縁膜6―1にリーク電流が発生し、固
体撮像装置としては暗時出力不良となる。
【0019】例えば、電荷蓄積電極下の酸化膜厚を80
0Åとし、Nウェル濃度を1×1016/cm3 、深さを
1μmとした場合、暗時出力不良は、蓄積ゲート電極に
−12Vより低い電圧が印加されたときに発生する。
【0020】また、蓄積ゲート電極に印加される電圧V
STは、暗電流を低減するために動作上蓄積ゲート電極直
下の半導体表面にホールを蓄積した状態にする値にする
必要があり、このためには蓄積ゲート電極に−6V以下
の電圧を印加しなければならない。
【0021】以上により、負電圧発生回路は−6Vから
−12Vまでの範囲の電圧を出力するように動作しなけ
ればならない。このように従来例の固体撮像装置では、
入力クロックノイズに対して弱く、暗時出力電圧が大き
くなるという欠点がある。
【0022】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は暗時出力電圧
を有効に防ぐことのできる固体撮像装置を提供すること
である。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、入力光に応じて発生した電荷を蓄積する電荷蓄積
手段と、この電荷蓄積手段に暗電流防止用電圧を印加す
る電圧印加手段とを含む固体撮像装置であって、前記暗
電流防止用電圧の値を所定範囲に制限する電圧制限手段
を含むことを特徴とする。
【0024】
【作用】入力光に応じて発生した電荷を電荷蓄積部に蓄
積する。この電荷蓄積部に暗電流防止用電圧を印加す
る。この暗電流防止用電圧の値を所定範囲に制限する。
【0025】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0026】図1は本発明による固体撮像装置の一実施
例の構成を示すブロック図であり、図5(a)と同等部
分は同一符号により示されている。
【0027】図において、本実施例の固体撮像装置が図
5(a)のものと異なる点は、負電圧発生回路52の出
力端に電圧制御回路55が設けられている点である。
【0028】かかる構成において、負電圧発生回路52
より供給される電圧VSTは、電圧制御回路55を介して
蓄積ゲート電極7A―1、7A―2に印加される。
【0029】この電圧制御回路55の一構成例が図2に
示されている。この図2において、図5(b)と同等部
分は同一符号により示されており、その部分の説明は省
略する。
【0030】図2には、負電圧発生回路52と電圧制御
回路55とが示されており、負電圧発生回路52の出力
端に、トランジスタM3を含む電圧制御回路55が接続
されている構成である。本例では、閾値電圧が7Vのト
ランジスタM3を使って、負電圧が−7V以下の場合こ
のトランジスタが働いて蓄積ゲート電極に印加される電
圧を−7Vに固定するように制御する。
【0031】この閾値電圧7VのトランジスタM3は、
例えばボロンを2×1013/cm3イオン注入したゲー
ト酸化膜800ÅのMOSトランジスタによって実現す
ることができる。また、このイオン注入は固体撮像装置
セル内部の素子分離領域に使われるボロンと同一工程に
て行える。
【0032】以上のように、電圧制御回路55を設けて
おけば、入力信号のノイズによって負電圧発生回路52
で生成された負の大きな電圧は、トランジスタM3によ
る電圧制御回路55を介して印加されることになり、そ
の値が制御されるのである。したがって、蓄積ゲート電
極には異常な電圧が印加されることがなく、よって暗時
出力の増大による不良は発生しないのである。
【0033】また、電圧制御回路55の他の構成例が図
3に示されている。この図3において、図2及び図5
(b)と同等部分は同一符号により示されており、その
部分の説明は省略する。
【0034】図3における電圧制御回路55は、図2の
構成と異なり、閾値電圧1VのトランジスタM4を複数
直列に縦続接続された構成である。これにより、蓄積ゲ
ート電極に印加される電圧を最適に制御することができ
る。縦続接続するトランジスタM4の個数は、図に示さ
れている3個に限らず、制御すべき電圧範囲に応じてそ
の個数を増減すれば良い。
【0035】図1に戻り、かかる構成において、通常ク
ロックパルスφ1、φ2の最大電圧(図6中のV1)
は、5Vである。このとき、蓄積ゲート電極7A―1、
7A―2には約−7Vの電圧が印加される。
【0036】ここで、クロックパルスφ1、φ2の最大
電圧として8V程度の電圧が印加されると、蓄積ゲート
電極には、−12V以下の電圧が印加されようとする。
【0037】この場合、従来の構成(図5(b))では
この電圧が直接蓄積ゲート電極に印加され、暗時出力不
良となる。しかし、本実施例の構成によれば、トランジ
スタM3又はM4が働き、蓄積ゲート電極に印加される
電圧は約−7Vまでに制限され、それ以下の電圧になる
ことはないのである。
【0038】すなわち、クロックパルスによる電圧の値
が変化することで、一定であるはずの負の電圧が大きな
負の電圧になろうとするのを、トランジスタM3又はM
4による電圧制御回路55で防いでいるのである。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、負電圧発
生回路の出力端に電圧を制限する回路を設けることによ
り、暗時出力電圧の増加を防ぐことができ、高SN比の
固体撮像装置を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による固体撮像装置の構成を示
すブロック図である。
【図2】図1中の負電圧発生回路及び電圧制御回路の一
構成例を示す回路図である。
【図3】図1中の負電圧発生回路及び電圧制御回路の他
の構成例を示す回路図である。
【図4】従来の固体撮像装置の主要部の構成を示す断面
図である。
【図5】(a)は従来の固体撮像装置の構成を示すブロ
ック図、(b)は負電圧発生回路の構成を示す回路図で
ある。
【図6】固体撮像装置に印加されるクロックパルスの例
を示す波形図である。
【符号の説明】
7A―1、7A―2 蓄積ゲート電極 8A―1、8A―2 トランスファゲート電極 52 負電圧発生回路 54―1、54―2 CCDレジスタ 55 電圧制御回路 110 光電変換アレイ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力光に応じて発生した電荷を蓄積する
    電荷蓄積手段と、この電荷蓄積手段に暗電流防止用電圧
    を印加する電圧印加手段とを含む固体撮像装置であっ
    て、前記暗電流防止用電圧の値を所定範囲に制限する電
    圧制限手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記電圧制限手段は、前記所定範囲に対
    応する閾値電圧値を有するMOSトランジスタであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記電圧制限手段は、N段(Nは2以上
    の整数)縦属接続され各閾値電圧値の合計値が前記所定
    範囲に応じて定められているN個のMOSトランジスタ
    であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
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