JP2724995B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JP2724995B2 JP8200952A JP20095296A JP2724995B2 JP 2724995 B2 JP2724995 B2 JP 2724995B2 JP 8200952 A JP8200952 A JP 8200952A JP 20095296 A JP20095296 A JP 20095296A JP 2724995 B2 JP2724995 B2 JP 2724995B2
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は固体撮像素子に関
し、特に垂直電荷転送(VCCD)領域が形成されるウ
ェルと水平電荷転送(HCCD)領域が形成されるウェ
ルとの重畳部分が水平転送ゲートの下側にのみ形成され
るようにして信号電荷の転送効率を高めた固体撮像素子
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、添付されている図面を参照して従
来の固体撮像素子について説明する。図1は従来の固体
撮像素子のレイアウト図であり、図2aは図1A−A′
線による断面図であり、図2bは図1A−A′線による
ポテンシャルプロファイル図である。
【0003】従来固体撮像素子は、レイアウト図である
図1に示すように、半導体基板にマトリックスの形態に
配列されて光の信号を電気的な映像信号電荷に変換する
複数個のフォトダイオード(PD)と、そのフォトダイ
オード(PD)の間に形成されて、フォトダイオードか
ら生成された映像信号電荷を転送ゲート(VG1 −VG
4 )により出力側に転送する複数個の垂直電荷転送(V
CCD)領域1と、その領域の出力側に形成されてVC
CD領域1から転送された映像信号電荷を出力に向けて
転送する1つの水平電荷転送(HCCD)域領2とから
構成される。
【0004】図1に示したように、固体撮像素子のVC
CD領域1の上側に4つの垂直転送ゲート(VG1、V
2、VG3、VG4)が形成され、4相クロックにより
それらのポテンシャルレベルを順次可変させ、フォトダ
イオード(PD)からの映像信号電荷を出力側に転送す
る。これらのゲート(VG1−VG4)には垂直クロック
信号(Vφ1、Vφ2、Vφ3、Vφ4)がそれぞれ印加さ
れる。一方、HCCD領域2の上側にも2つの水平転送
ゲート(HG1、HG2)が形成され、2相クロックによ
りそれらのポテンシャルレベルを順次可変させ、VCC
D領域1から映像信号電荷をHCCD領域の出力に向け
て転送する。これらのゲート(HG1 、HG2 )にはク
ロック信号(HO1,HO2)がそれぞれ印加される。
【0005】上記HCCD領域2とVCCD領域1は互
いに異なるポテンシャルレベルを有する2つのP型ウェ
ル4、5内にそれぞれ形成されている。このVCCD領
域1と水平電荷転送領域2は基板3の表面から内側に形
成されるので2つともBCCDと呼ばれることもある。
従来では、図1に示すように、2つのウェル4、5は製
造工程の中で拡散工程により互いに重なる部分、重畳領
域6が形成される。その重畳領域6は最終垂直転送ゲー
ト(VG4 )と水平転送ゲート(HG1、HG2)の下側
に双方にまたがって形成される。
【0006】図2aは図1のA−A′線による断面図を
示している。n型基板3の表面から内側にP型ウェル4
とP型ウェル5が形成され、P型ウェル4の表面部にn
型VCCD領域1、P型ウェル5表面部にn型HCCD
領域2が形成される。図2aに示したように、ウェル4
とウェル5は前述した如く、製造工程中の拡散工程によ
り互いに重畳される領域6がどうしてもできる。図2a
におけて特徴的な事項は、その重畳された領域6が最終
垂直転送ゲート(VG4 )と水平転送ゲート(HG1
HG2)とにまたがるように形成されるということであ
る。
【0007】前記のように構成された固体撮像素子によ
ると、図3に示したように、各フォトダイオード(P
D)から生成された映像信号電荷は、垂直転送用クロッ
ク信号(Vφ1、Vφ2、Vφ3、Vφ4)に基づいてポテ
ンシャルレベルが順次に変化するVCCD領域1を介し
てHCCD領域2に転送される。前記のVCCD領域1
により転送された映像信号電荷は水平転送クロック信号
(HO1,HO2)によりポテンシャルレベルが順次に変
化するHCCD領域(HCCD)2を介してセンス増幅
器7に転送され、センス増幅器7は転送された映像信号
電荷を所定利得を有するように増幅して出力する。しか
し、図1のA−A′線による電位プロファイル図である
図2bに示したように、従来の固体撮像素子においては
VCCD領域1が形成されるウェル4とHCCD領域2
が形成されるウェル5との境界部における重畳領域6の
P型濃度が高くなるので、その重畳領域6の中心部分で
ポテンシャル障壁8が発生して電荷転送効率(CTE)
が低下するという問題点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】即ち、映像信号電荷の
一部は図2bのポテンシャル障壁8によりHCCD領域
2に転送されずに、図3に示したように、VCCD領域
1とHCCD領域2との間の領域に止まることがある。
このように、従来固体撮像素子の構造のよると、映像信
号電荷が効率的に転送されず、画面上にブラックライン
が発生する欠陥が発生しやすかった。
【0009】図2bのポテンシャル障壁8はその重畳領
域6のP型濃度が増加された場合を例に取ったが、その
重畳領域6のP型濃度よりVCCD領域1とHCCD領
域2のn型濃度がずっと大きい場合、重畳領域6はn導
電型を有するようになり、従って、その中心部分でポテ
ンシャル障壁の代わりにポテンシャルポケットが発生す
ることになる。この場合も電荷転送効率を落とす要因に
なる。
【0010】本発明は、前記のような従来の問題点を解
決するために案出したもので、VCCD領域を形成する
ためのウェルとHCCD領域を形成するためのウェルと
の重畳領域によって転送効率が低下するのを防ぐことが
できる固体映像素子を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記重畳領域
を従来のように垂直転送ゲートと水平転送ゲートとの間
の部分に形成させずに、水平転送ゲートの下側のみに形
成されるようにしたことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付されている図面を参考
して本発明による固体撮像素子について詳細に説明す
る。図4は本発明による固体撮像素子のレイアウト図で
あり、図5aは図4のBーB′線による断面図であり、
図5bは図4のBーB′線によるポテンシャルプロファ
イル図である。
【0013】レイアウト図である図4に示したように、
本発明による固体撮像素子は、従来同様、半導体基板の
表面内にマトリックス形態に配列されて光の信号を電気
的な映像信号電荷に変換する複数個のフォトダイオード
(PD)を有する。このマトリックス形態に配列された
フォトダイオード(PD)の間にVCCD領域11が形
成され、さらにVCCDの端部にHCCD領域12が形
成されている。上記構成で、フォトダイオード(PD)
で生成された映像信号電荷をVCCD領域に転送し、垂
直転送ゲート(VG5−VG8)によりHCCD領域11
に転送し、さらに、VCCD領域11から転送された映
像信号電荷をHCCD領域12から出力させている。
【0014】図4に示したように、固体撮像素子のVC
CF領域11の上側には、4相クロックによりフォトダ
イオード(PD)から転送された映像信号電荷をHCC
D領域側に向けて転送するように内部のポテンシャルレ
ベルを順次に可変させる4つの垂直転送ゲート(V
5、VG6、VG7、VG8)が形成されている。これの
らのゲート(VG5、VG6、VG7、VG8)には垂直ク
ロック信号(Vφ5、Vφ6、Vφ7、Vφ8)がそれぞれ
印加される。
【0015】さらに、HCCD領域12の上側には、2
相クロックによりVCCD領域11から転送された映像
信号電荷を出力側に向けて転送するように順次にポテン
シャルレベルを可変させる2つの水平転送ゲート(HG
3、HG4)が形成されている。これらのゲート(H
3、HG4)には水平クロック信号(Hφ3、Hφ4)が
それぞれ印加される。HCCD領域12とVCCD領域
11は互いに異なるポテンシャルレベルを有する2つの
P型ウェル13、14内にそれぞれ形成されている。
【0016】上記した点は、従来の固体撮像素子の構造
と格別異なることはない。以下に従来の固体撮像素子と
本発明による固体撮像素子の差異点を説明する。図4に
おいて、2つのウェル14、15は製造工程中の拡散工
程によって素子のドライブ・イン工程後に重畳領域16
が形成されるが、その重畳領域16は従来の固体撮像素
子の構造とは異なるり、水平転送ゲート(HG3、H
4)の下側にのみ形成されている。
【0017】図5aは図4のBーB′線による断面図を
示したものであり、n型基板13にはn型ウェル14と
P型ウェル15とが形成され、ウェル14表面部には複
数個のn型VCCD領域11が形成され、ウェル15内
には1つのn型HCCD領域12が形成される。先行技
術で予め言及したように、素子の製造工程中行われる拡
散工程等によって素子のドライブ・イン工程後にウェル
14とウェル15は互いに重畳領域16を不可避的に有
するようになる。
【0018】図4において説明したように、本発明によ
る固体撮像素子の特徴は、この重畳領域が従来の固体撮
像素子とは異なるように、水平転送ゲート(HG3、H
4)の下側、即ちHCCD領域12内にのみ形成され
るということである。
【0019】上述のように構成された本発明の固体撮像
素子の動作を映像信号電荷の流れを示す図6を参照して
説明する。フォトダイオード(PD)から生成された映
像信号電荷は垂直転送ゲート(VG5−VG8)にそれぞ
れ印加された垂直クロック信号(Vφ5−Vφ8)に基づ
いてポテンシャルレベルが順次に変化されるVCCD領
域11を介してHCCD領域12に向けて転送される。
VCCD領域11から転送された映像信号電荷は、水平
転送クロック信号(Hφ3、Hφ4)によってポテンシャ
ルレベルが順次に変化するHCCD領域12を通ってセ
ンス増幅器17に転送される。センス増幅器17は感知
された映像信号電荷を所定利得を有するように増幅して
出力する。
【0020】従来技術のところで説明したように、ウェ
ル14とウェル15との重畳領域16のP型濃度はウェ
ル14、15に比べて高くなるので、図5aに示したよ
うに重畳領域16の中心部分でポテンシャル障壁18が
発生する。しかし、このポテンシャル障壁18は、図2
bに示した従来固体撮像素子におけるポテンシャル障壁
8とは異なり、映像信号電荷の流れを示す図6に示した
ように、水平転送ゲート(HG3、HG4)の下側にのみ
存在するので、固体撮像素子の電荷転送効率を落とす要
因にならない。
【0021】即ち、ポテンシャル障壁18がHCCD領
域12内だけに形成されるので、映像信号電荷はポテン
シャル障壁18により分けられても、結局HCCD領域
12の出力側で出会うことになると共にセンス増幅器1
7に伝達される。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
双方のウエルの境界に重畳領域16が形成されて、それ
によりポテンシャル障壁18が形成されるても、そのポ
テンシャル障壁18はHCCD領域12内のみにあるの
で、水平電荷転送ゲート(HG3、HG4)の下側にのみ
発生することになり、映像信号電荷は損失無しにセンス
増幅器17に向いて転送される。従って、従来の固体撮
像素子の場合に表れるブラックラインのような欠陥を防
止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来固体撮像素子のレイアウト図である。
【図2】 図1のA−A′線による断面図(a)と図1
のA−A′線によるポテンシャルプロファイル図(b)
である。
【図3】 従来固体撮像素子における映像信号電荷の流
れを示す説明図である。
【図4】 本発明による固体撮像素子のレイアウト図で
ある。
【図5】 図3のBーB′線による断面図(a)と、図
3のBーB′線によるポテンシャルプロファイル図
(b)である。
【図6】 本発明による固体撮像素子における映像信号
電荷の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
PD :フォトダイオード 11 :VCCD領域 12 :HCCD領域 13 :n型半導体基板 14、15 :P型ウェル 17 :センス増幅器 18 :ポテンシャル障壁

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型半導体基板と、 前記第1導電型半導体基板に形成される複数個のフォト
    ダイオードと、 前記第1導電型半導体基板に形成される第2導電型第1
    ウェルと、 前記第1導電型半導体基板に一部が第1ウェルと重畳領
    域を有するように形成された第2導電型の第2ウェル
    と、 前記第2導電型を有する第1ウェル領域の表面部に形成
    されて前記フォトダイオードから生成された信号電荷を
    外部から印加される垂直転送用クロック信号に基づいて
    転送する第1導電型を有する複数個の垂直電荷転送領域
    と、 前記複数個の垂直電荷転送領域上に形成され前記外部か
    らの垂直転送用クロック信号を印加する垂直転送ゲート
    と、 前記第2導電型を有する第2ウェル領域内に形成され、
    前記垂直電荷転送領域から転送された映像信号電荷を外
    部からの水平転送用クロック信号に基づいて出力に転送
    する第1導電型を有する水平電荷転送領域と、 前記水平電荷転送領域上に形成され、前記水平転送用ク
    ロック信号を印加する複数個の水平転送ゲートとを具備
    した固体撮像素子であって、 前記垂直電荷転送領域が形成される第1ウェルと前記水
    平電荷転送領域が形成される第2ウェルとの重畳領域
    が、前記水平電荷転送領域内における水平転送ゲートの
    下側にのみ形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
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