JP3321787B2

JP3321787B2 - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP3321787B2
Application number: JP10491994A
Authority: JP
Inventors: 哲也飯塚; 耕一原田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH0799300A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、光等の空間的な分
布を、画像として表示し得る電気信号に変換するための
固体撮像素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、ＣＣＤ撮像素子の第１従来例を
示している。この第１従来例では、図６（ａ）に示す様
に、有効画素群が配列されている有効画素領域１１の周
辺を、光学的黒（オプティカルブラック、ＯＰＢ）画素
群が配列されている光学的黒画素領域１２が取り囲んで
いる。図６（ｂ）（ｃ）は、有効画素領域１１中の有効
画素１３と光学的黒画素領域１２中の光学的黒画素１４
とを夫々示している。

【０００３】図６（ｂ）に示す有効画素１３では、Ｎ型
の半導体基板１５中にＰウェル１６が形成されており、
有効画素１３を構成している不純物構造がＰウェル１６
上の半導体層１７に形成されている。即ち、入射光を光
電変換して電荷を蓄積するセンサ部２１が、Ｐ⁺領域２
２とＮ⁺領域２３とで形成されている。また、電荷を垂
直転送する垂直ＣＣＤレジスタ２４が、Ｎ領域２５と半
導体基板１５の表面の絶縁膜２６上の多結晶Ｓｉ膜２７
とで形成されている。なお、Ｎ領域２５下にもＰウェル
２８が形成されている。

【０００４】多結晶Ｓｉ膜２７はＰ⁺領域２２とＮ領域
２５との間の領域の上方にも位置しており、この領域
が、センサ部２１から垂直ＣＣＤレジスタ２４への電荷
の読み出しを制御する読み出しゲート３１になってい
る。また、画素間の素子分離を行うチャネルストップ３
２が、Ｐ⁺領域３３で形成されている。

【０００５】多結晶Ｓｉ膜２７を覆っている絶縁膜３４
上には遮光膜としてのＡｌ膜３５が形成されており、垂
直ＣＣＤレジスタ２４へ光が入射してこの垂直ＣＣＤレ
ジスタ２４内で光電変換されるのを防止している。一
方、Ａｌ膜３５のうちでセンサ部２１上の部分には開口
３６が形成されており、センサ部２１へ入射した光は光
電変換され、その電荷がＮ⁺領域２３に蓄積される。そ
して、保護膜等である上層膜３７がＡｌ膜３５等を覆っ
ている。

【０００６】図６（ｃ）に示す光学的黒画素１４は、Ａ
ｌ膜３５に開口３６が形成されていないことを除いて、
図６（ｂ）に示した有効画素１３と実質的に同様の構成
を有しており、従って撮像機能を有しておらず、撮像機
能を有している有効画素１３に対して基準電圧を与える
ためのものである。

【０００７】ところが、有効画素１３と光学的黒画素１
４とでＡｌ膜３５の構造が上述の様に異なっているの
で、Ａｌ膜３５よりも上層にある上層膜３７の膜厚が、
図６（ｄ）に模式的に示す様に、有効画素領域１１の中
心部と光学的黒画素領域１２に近い周辺部とで異なって
いる。このため、図６に示した第１従来例では、有効画
素領域１１の中心部と周辺部とで感度に差が生じてい
た。

【０００８】しかも、近年においては、感度を向上させ
るために上層膜３７にマイクロレンズを設ける構造が一
般的になってきているが、上層膜３７の膜厚が異なると
マイクロレンズの焦点位置がずれるので、有効画素領域
１１の中心部と周辺部とで感度に差が生じる現象が顕著
になってきている。

【０００９】この問題を解決するために、感度差を予め
考慮して、図７（ａ）に示す様に、有効画素領域１１を
第１従来例よりも大きめに形成し、この有効画素領域１
１内において、実際に信号として使用する使用画素領域
４１の周辺に、実際には信号として使用しないが垂直Ｃ
ＣＤレジスタ２４から信号が出力されるダミー画素領域
４２を配した第２従来例が考えられている。

【００１０】この第２従来例では、図７（ｂ）からも明
らかな様に、使用画素領域４１と光学的黒画素領域１２
とにおける上層膜３７の膜厚の差がダミー画素領域４２
によって吸収されており、使用画素領域４１では中心部
と周辺部とで上層膜３７の膜厚の差が少ないので、この
使用画素領域４１の中心部と周辺部とにおける感度の差
も少ない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この第２従
来例では、ダミー画素領域４２中のダミー画素も使用領
域４１中の有効画素１３と全く同じ構成を有しており、
このダミー画素からも信号が出力されることから、以下
の様な問題が生じている。

【００１２】まず、図８（ａ）は、高精細度テレビジョ
ン方式におけるフレームインターライン転送型のＣＣＤ
撮像素子に適用した上述の第２従来例の具体例を示して
いる。このＣＣＤ撮像素子では、テレビジョン信号とし
て寄与する使用画素領域４１が垂直方向に１０３５画素
を有しており、この使用画素領域４１の垂直方向の両側
に隣接して、感度差を抑制するための１０画素ずつのダ
ミー画素領域４２が配されている。

【００１３】一方のダミー画素領域４２に接して蓄積領
域４３が配されており、この蓄積領域４３に接して水平
ＣＣＤレジスタ４４が配されている。ダミー画素領域４
２と蓄積領域４３との間には、図７に示した様に光学的
黒画素領域１２が配されているが、以下の説明には影響
がないので図示を省略した。

【００１４】このＣＣＤ撮像素子におけるフレーム読み
出しの場合は、使用画素領域４１の垂直方向の両側に配
されている１０画素ずつのダミー画素領域４２のうちか
ら、１フィールドに５画素ずつの信号が出力される。高
精細度テレビジョン方式では１フィールド間での垂直帰
線期間（Ｖ−ＢＬＫ）は４５ラインの水平走査期間
（Ｈ）分あるが、図８（ｂ）に示す様に、このうちの１
０ライン分でダミー画素からの信号が出力される。

【００１５】このため、残りの３５ライン分でフレーム
インターライン転送に必要な掃き出し転送とフレーム転
送とを行う必要がある。この結果、４５／３５≒１．３
倍の転送速度つまり転送周波数が掃き出し転送とフレー
ム転送とに要求され、この効果はダミー画素の数が多く
なるにつれて顕著になる。従って、ＣＣＤ撮像素子自体
の設計・製造やカメラの設計等が著しく困難になる。

【００１６】また、上述の第２従来例では、ダミー画素
のセンサ部２１も有効画素１３のセンサ部２１と全く同
じ構成を有しているので、ダミー画素のセンサ部２１に
欠陥が存在していると、この欠陥から発生した電荷が信
号出力として現れる。このため、欠陥が大きい場合は、
欠陥信号がサンプルホールド等の後段の回路のダイナミ
ックレンジを超えるという悪影響が生じるので、歩留り
が低い。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像素子
は、センサ部２１上に開口３６を有する遮蔽膜３５を半
導体基板１５上に備えると共に、前記センサ部２１の電
荷蓄積機能と前記センサ部２１及び電荷転送部２４間の
電荷読み出し機能と前記電荷転送部２４の電荷転送機能
とを有する不純物構造を前記半導体基板１５に備える第
１の画素１３群と、この第１の画素１３群の周辺の少な
くとも一部に配されており、センサ部２１上に開口３６
を有する遮蔽膜３５を前記半導体基板１５上に備えると
共に、前記センサ２１部の電荷蓄積機能と前記センサ部
２１及び電荷転送部２４間の電荷読み出し機能と前記電
荷転送部２４の電荷転送機能とのうちの少なくとも一つ
の機能を有しない不純物構造を前記半導体基板１５に備
える第２の画素４６群と、この第２の画素４６群の周辺
の少なくとも一部に配されており、センサ部２１上を覆
う遮蔽膜３５を前記半導体基板１５上に備えると共に、
前記センサ部２１の電荷蓄積機能と前記センサ部２１及
び電荷転送部２４間の電荷読み出し機能と前記電荷転送
部２４の電荷転送機能とを有する不純物構造を前記半導
体基板１５に備える光学的黒画素１４領域１２とを具備
することを特徴としている。

【００１８】請求項２の固体撮像素子は、請求項１の固
体撮像素子において、前記第２の画素４６における前記
不純物構造が、前記電荷転送機能を有するが、前記電荷
蓄積機能を有しないことを特徴としている。

【００１９】請求項３の固体撮像素子は、請求項１の固
体撮像素子において、前記第２の画素４６における前記
不純物構造が、前記電荷蓄積機能と前記電荷転送機能と
を有するが、前記電荷読み出し機能を有しないことを特
徴としている。

【００２０】請求項４の固体撮像素子は、請求項１の固
体撮像素子において、前記第２の画素４６における前記
不純物構造が、前記電荷蓄積機能を有するが、前記電荷
転送機能を有しないことを特徴としている。

【００２１】請求項５の固体撮像素子は、請求項１〜４
の何れかの固体撮像素子において、フレームインターラ
イン転送型であることを特徴としている。

【００２２】請求項６の固体撮像素子は、請求項１〜５
の何れかの固体撮像素子において、前記第１及び第２の
画素１３、４６において、前記不純物構造を除く構造が
同一で且つ形状も同一であることを特徴としている。

【００２３】請求項７の固体撮像素子は、請求項５の固
体撮像素子において、前記第２の画素４６の信号以外の
電荷の少なくとも一部が、掃き出し転送とフレーム転送
とによって垂直転送部２４外へ掃き出されることを特徴
としている。

【００２４】請求項８の固体撮像素子は、センサ部２１
上に開口３６を有する遮蔽膜３５を半導体基板１５上に
備えると共に、前記センサ部２１の電荷蓄積機能と前記
センサ部２１及び電荷転送部２４間の電荷読み出し機能
と前記電荷転送部２４の電荷転送機能とを有する不純物
構造を前記半導体基板１５に備える第１の画素１３群
と、この第１の画素１３群の周辺の少なくとも一部に配
されており、センサ部２１上に開口３６を有する遮蔽膜
３５を前記半導体基板１５上に備えると共に、前記セン
サ部２１の電荷蓄積機能と電荷転送部２４の電荷転送機
能とを有し、前記センサ部２１及び前記電荷転送部２４
間の電荷読み出し機能を有しない不純物構造を前記半導
体基板１５に備える第２の画素４６とを具備することを
特徴としている。

【００２５】請求項９の固体撮像素子は、センサ部２１
上に開口３６を有する遮蔽膜３５を半導体基板１５上に
備えると共に、前記センサ部２１の電荷蓄積機能と前記
センサ部２１及び電荷転送部２４間の電荷読み出し機能
と前記電荷転送部２４の電荷転送機能とを有する不純物
構造を前記半導体基板１５に備える第１の画素１３群
と、この第１の画素１３群の周辺の少なくとも一部に配
されており、センサ部２１上に開口３６を有する遮蔽膜
３５を前記半導体基板１５上に備えると共に、前記セン
サ部２１の電荷蓄積機能を有し、電荷転送部２４の電荷
転送機能を有しない不純物構造を前記半導体基板１５に
備える第２の画素４６とを具備することを特徴としてい
る。

【００２６】

【作用】請求項１〜４の固体撮像素子では、光学的黒画
素１４領域１２によって第１の画素１３に基準電圧を与
えることができるが、第１の画素１３と同様に遮蔽膜３
５がセンサ部２１上に開口３６を有している第２の画素
４６が第１の画素１３群の周辺と光学的黒画素１４領域
１２との間の少なくとも一部に配されているので、撮像
機能を有する第１の画素１３群の中心部と周辺部とで保
護膜等の上層膜３７の膜厚の差が少ない。

【００２７】しかも、第２の画素４６の不純物構造が電
荷蓄積機能と電荷読み出し機能と電荷転送機能とのうち
の少なくとも一つの機能を有していないので、第２の画
素４６のセンサ部２１に欠陥が存在していてもこの欠陥
は信号出力に現れない。

【００２８】請求項２の固体撮像素子では、第２の画素
４６の不純物構造が電荷転送機能を有しているので、第
１の画素１３で生成された電荷の転送に支障を生じな
い。一方、第２の画素４６の不純物構造が電荷蓄積機能
を有していないので、第２の画素４６のセンサ部２１に
欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力に現れない。

【００２９】請求項３の固体撮像素子では、第２の画素
４６の不純物構造が電荷蓄積機能を有しているので、第
２の画素４６のセンサ部２１で生成された電荷が電荷転
送部２４にまで拡散することによるブルーミングを防止
することができ、第１の画素１３群のポテンシャルの周
期性を保持して電荷蓄積容量を均一にすることもでき
る。

【００３０】また、第２の画素４６の不純物構造が電荷
転送機能を有しているので、第１の画素１３で生成され
た電荷の転送に支障を生じない。一方、第２の画素４６
の不純物構造が電荷読み出し機能を有していないので、
第２の画素４６のセンサ部２１に欠陥が存在していても
この欠陥は信号出力に現れない。

【００３１】請求項４の固体撮像素子では、第２の画素
４６の不純物構造が電荷蓄積機能を有しているので、第
２の画素４６のセンサ部２１で生成された電荷が電荷転
送部２４にまで拡散することによるブルーミングを防止
することができ、第１の画素１３群のポテンシャルの周
期性を保持して電荷蓄積容量を均一にすることもでき
る。一方、第２の画素４６の不純物構造が電荷転送機能
を有していないので、第２の画素４６のセンサ部２１に
欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力に現れない。

【００３２】請求項５の固体撮像素子では、フレームイ
ンターライン転送型において第２の画素４６の不純物構
造が電荷蓄積機能と電荷読み出し機能と電荷転送機能と
のうちの少なくとも一つの機能を有していないので、第
２の画素４６で生成された電荷の転送のための時間を確
保する必要がない。このため、フレームインターライン
転送に必要な掃き出し転送とフレーム転送とに垂直方向
の転送時間の総てを使用することができ、転送周波数を
増加させる必要がない。

【００３３】請求項６の固体撮像素子では、第１及び第
２の画素１３、４６において不純物構造を除く構造が同
一で且つ形状も同一であるので、第１の画素１３群の中
心部と周辺部とで保護膜等の上層膜３７の膜厚の差が更
に少ない。

【００３４】請求項７の固体撮像素子では、スミア成分
や暗電流等の信号以外の電荷が第２の画素４６に存在し
ていても、この電荷の少なくとも一部が掃き出し転送と
フレーム転送とによって垂直転送部２４外へ掃き出され
るので、雑音が少ない。

【００３５】請求項８、９の固体撮像素子では、第１の
画素１３と同様に遮蔽膜３５がセンサ部２１上に開口３
６を有している第２の画素４６が第１の画素１３群の周
辺の少なくとも一部に配されているので、撮像機能を有
する第１の画素１３群の中心部と周辺部とで保護膜等の
上層膜３７の膜厚の差が少ない。

【００３６】また、第２の画素４６の不純物構造が電荷
蓄積機能を有しているので、第２の画素４６のセンサ部
２１で生成された電荷が電荷転送部２４にまで拡散する
ことによるブルーミングを防止することができ、第１の
画素１３群のポテンシャルの周期性を保持して電荷蓄積
容量を均一にすることもできる。

【００３７】請求項８の固体撮像素子では、第２の画素
４６の不純物構造が電荷転送機能を有しているので、第
１の画素１３で生成された電荷の転送に支障を生じな
い。一方、第２の画素４６の不純物構造が電荷読み出し
機能を有していないので、第２の画素４６のセンサ部２
１に欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力に現れな
い。

【００３８】請求項９の固体撮像素子では、第２の画素
４６の不純物構造が電荷転送機能を有していないので、
第２の画素４６のセンサ部２１に欠陥が存在していても
この欠陥は信号出力に現れない。

【００３９】

【実施例】以下、ＣＣＤ撮像素子に適用した本願の発明
の第１及び第２実施例を、図１〜５を参照しながら説明
する。なお、図６〜８に示した第１及び第２従来例と対
応する構成部分には、同一の符号を付してある。

【００４０】図１〜３が、第１実施例を示している。こ
の第１実施例では、図１（ａ）に示す様に、図６に示し
た第１従来例における有効画素領域１１と同じ大きさの
有効画素領域１１の周辺をダミー画素領域４５が取り囲
んでおり、このダミー画素領域４５の周辺を光学的黒画
素領域１２が取り囲んでいる。但し、ダミー画素領域４
５の４方向の周囲のうちの一部または全部に光学的黒画
素領域１２が設けられていなくてもよい。

【００４１】図１（ｂ）は、ダミー画素領域４５中のダ
ミー画素４６を示しており、このダミー画素４６は、セ
ンサ部２１にＮ⁺領域２３が設けられていないことを除
いて、有効画素１３と同じ構造及び形状を有している。
従って、図１（ｃ）に示す様に、有効画素領域１１と光
学的黒画素領域１２とにおける上層膜３７の膜厚の差が
ダミー画素領域４５によって吸収されており、有効画素
領域１１では中心部と周辺部とで上層膜３７の膜厚の差
が少ないので、この有効画素領域１１の中心部と周辺部
とにおける感度の差も少ない。

【００４２】一方、この第１実施例のダミー画素４６で
は、第２従来例におけるダミー画素領域４２中のダミー
画素と異なり、光電変換されて本来ならばＮ⁺領域２３
に蓄積されるべき電荷が、Ｐウェル１６を介して半導体
基板１５に捨てられる。

【００４３】従って、この第１実施例のダミー画素４６
では、読み出しゲート３１に電荷読み出し機能を有する
と共に垂直ＣＣＤレジスタ２４にも電荷転送機能を有す
るがセンサ部２１には電荷蓄積機能を有しない不純物構
造になっている。このため、ダミー画素４６のセンサ部
２１に欠陥が存在していてこの欠陥から電荷が発生して
も、この欠陥が信号出力として現れず、この第１実施例
は歩留りが高い。

【００４４】図２（ａ）は、高精細度テレビジョン方式
におけるフレームインターライン転送型のＣＣＤ撮像素
子に適用した第１実施例の具体例を示している。このＣ
ＣＤ撮像素子では、テレビジョン信号として寄与する有
効画素領域１１が垂直方向に１０３５画素を有してお
り、この有効画素領域１１の垂直方向の両側に隣接し
て、感度差を抑制するための１０画素ずつのダミー画素
領域４５が配されている。

【００４５】このＣＣＤ撮像素子におけるフレーム読み
出しの場合は、ダミー画素領域４５のダミー画素４６か
ら信号が出力されないので、図２（ｂ）に示す様に、フ
レームインターライン転送に必要な掃き出し転送とフレ
ーム転送とに、垂直帰線期間の４５ライン分の水平走査
期間の総てを使用することができる。従って、転送周波
数を増加させる必要がなく、ＣＣＤ撮像素子自体の設計
・製造やカメラの設計等が困難になることはない。

【００４６】ところで、以上の第１実施例では、図１
（ｂ）から明らかな様に、Ｐ⁺領域２２、３３が一体的
になって、センサ部２１の領域も実質的にチャネルスト
ップ３２になっている。図３（ａ）（ｂ）は、この第１
実施例と実質的に同様な構造を有するＣＣＤ撮像素子と
その半導体基板１５中におけるポテンシャル５１とを夫
々示している。

【００４７】ところが、図３（ｂ）からも明らかな様
に、第１実施例では、センサ部２１にＮ⁺領域２３が設
けられていないので、センサ部２１のＰウェル１６には
空乏層が形成されておらず、このＰウェル１６は中性状
態になっている。このため、Ｐウェル１６と読み出しゲ
ート３１とでポテンシャル５１が同程度になっており、
図３（ｂ）中に示す様に、光電変換によってセンサ部２
１で生成された電子５２が垂直ＣＣＤレジスタ２４に到
達し易くて、ブルーミングが発生し易い。

【００４８】また、Ｐ⁺領域３３にも空乏層が形成され
ておらず、このＰ⁺領域３３も中性状態になっているの
で、Ｐ⁺領域３３では電子５２の拡散長が非常に長い。
しかも、センサ部２１にＮ⁺領域２３が設けられていな
いので、Ｐ⁺領域３３から半導体基板１５へ向かう電界
も存在していない。このため、図３（ｂ）中に示す様
に、光電変換によってセンサ部２１で生成された電子５
２が、Ｐ⁺領域３３内を拡散して垂直ＣＣＤレジスタ２
４に到達し易くて、ブルーミングが発生し易い。

【００４９】図４、５は、フレームインターライン転送
型のＣＣＤ撮像素子において上述の問題を解決した第２
実施例を示している。この第２実施例でも、第１実施例
における図１（ａ）の様に、有効画素領域１１の周辺を
ダミー画素領域４５が取り囲んでおり、このダミー画素
領域４５の周辺を光学的黒画素領域１２が取り囲んでい
る。但し、ダミー画素領域４５の４方向の周囲のうちの
一部または全部に光学的黒画素領域１２が設けられてい
なくてもよい。また、第１実施例の具体例における図２
（ａ）の様に、ダミー画素領域４５の垂直方向に接して
蓄積領域４３が配されている。

【００５０】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第２実施例の
うちで、図１（ａ）中における有効画素領域１１の夫々
上部、左側部及び下部におけるダミー画素領域４５との
境界部近傍を示している。なお、有効画素領域１１の右
側部におけるダミー画素領域４５との境界部近傍は、図
示してはいないが、左側部におけるダミー画素領域４５
との境界部近傍と実質的に同様な構造を有している。

【００５１】図４（ａ）（ｂ）に示す様に、有効画素領
域１１よりも上方及び左側方のダミー画素領域４５にお
けるダミー画素４６でも、有効画素１３と同様に、Ｎ領
域５３から成るセンサ部２１が形成されている。しか
し、垂直ＣＣＤレジスタ２４のゲート電極である多結晶
Ｓｉ膜２７の下方の半導体基板１５にＮ領域２５が形成
されておらず、Ｐ⁺領域３３から成るチャネルストップ
３２がセンサ部２１の水平方向における両側部に接して
形成されている。

【００５２】従って、有効画素領域１１よりも上方及び
左側方のダミー画素領域４５におけるダミー画素４６で
は、センサ部２１に電荷蓄積機能を有するが読み出しゲ
ート３１に電荷読み出し機能を有さず垂直ＣＣＤレジス
タ２４にも電荷転送機能を有しない不純物構造になって
いる。

【００５３】一方、図４（ｃ）に示す様に、有効画素領
域１１よりも下方のダミー画素領域４５におけるダミー
画素４６では、垂直ＣＣＤレジスタ２４を構成している
Ｎ領域２５も、Ｐ⁺領域３３から成るチャネルストップ
３２も、有効画素１３と同じパターンで形成されてい
る。しかし、Ｎ領域５３から成るセンサ部２１が形成さ
れているものの、図５（ａ）にも示す様に、Ｎ領域５３
は多結晶Ｓｉ膜２７から水平方向へ離間している。

【００５４】この様にＮ領域５３を多結晶Ｓｉ膜２７か
ら水平方向へ離間させるためには、Ｎ領域５３を形成す
るための不純物のイオン注入に際して、端縁を多結晶Ｓ
ｉ膜２７の端縁から水平方向へオフセットさせたマスク
（図示せず）を用いる。

【００５５】従って、有効画素領域１１よりも下方のダ
ミー画素領域４５におけるダミー画素４６では、センサ
部２１に電荷蓄積機能を有すると共に垂直ＣＣＤレジス
タ２４にも電荷転送機能を有するが読み出しゲート３１
に電荷読み出し機能を有しない不純物構造になってい
る。

【００５６】以上の様な第２実施例では、図４（ａ）
（ｂ）（ｃ）に夫々示した有効画素領域１１よりも上
方、左側方及び下方の何れのダミー画素領域４５におけ
るダミー画素４６も、センサ部２１に電荷蓄積機能を有
している。つまり、図５（ｂ）に示す様に、半導体基板
１５中におけるポテンシャル５１がセンサ部２１におい
て深く、このため、光電変換によってセンサ部２１で生
成された電子５２が拡散によって垂直ＣＣＤレジスタ２
４にまで到達する確率が低く、蓄積された電子５２は半
導体基板１５に捨てられる確率が高い。

【００５７】また、図４（ｂ）に示した様に、有効画素
領域１１の左端の有効画素１３に隣接しているダミー画
素４６がセンサ部２１に電荷蓄積機能を有しているの
で、左端の有効画素１３においてもポテンシャル５１の
周期性が保持されている。つまり、ダミー画素４６では
チャネルストップ３２としてのＰ⁺領域３３がセンサ部
２１にまで形成されている場合の様に、左端の有効画素
１３における垂直ＣＣＤレジスタ２４やセンサ部２１の
ポテンシャル５１が、他の有効画素１３に比べて浅くな
ることがない。

【００５８】このため、左端の有効画素１３における垂
直ＣＣＤレジスタ２４やセンサ部２１の電荷蓄積容量が
他の有効画素１３に比べて少なくなることがなく、この
ことによっても、有効画素領域１１の中心部と周辺部と
における感度の差が少ない。

【００５９】また、図４（ｃ）に示した様に、有効画素
領域１１よりも下方のダミー画素領域４５におけるダミ
ー画素４６がセンサ部２１に電荷蓄積機能を有している
ので、下方のダミー画素領域４５においてもポテンシャ
ル５１の周期性が保持されている。従って、下方のダミ
ー画素領域４５のダミー画素４６における垂直ＣＣＤレ
ジスタ２４やセンサ部２１のポテンシャル５１が、有効
画素１３に比べて浅くなることがない。

【００６０】このため、有効画素領域１１よりも下方の
ダミー画素領域４５におけるダミー画素４６でも、垂直
ＣＣＤレジスタ２４やセンサ部２１の電荷蓄積容量が有
効画素１３に比べて少なくなることがなく、有効画素領
域１１の感度が有効画素領域１１よりも下方のダミー画
素領域４５におけるダミー画素４６によって実質的に低
下するということがない。

【００６１】一方、有効画素領域１１よりも上方、左側
方及び下方の何れのダミー画素領域４５におけるダミー
画素４６でも、読み出しゲート３１に電荷読み出し機能
を有していない。このため、多結晶Ｓｉ膜２７に読み出
しパルスが印加されても、ダミー画素４６のセンサ部２
１に蓄積されている電子５２が垂直ＣＣＤレジスタ２４
まで読み出されることがない。

【００６２】なお、有効画素領域１１の上方及び左側方
のダミー画素領域４５におけるダミー画素４６では、垂
直ＣＣＤレジスタ２４に電荷転送機能をも有していない
が、有効画素領域１１の上方及び左側方では電荷を転送
する必要がないので、垂直ＣＣＤレジスタ２４が電荷転
送機能を有していなくても支障はない。

【００６３】

【発明の効果】請求項１〜４の固体撮像素子では、光学
的黒画素領域によって第１の画素に基準電圧を与えるこ
とができるが、撮像機能を有する第１の画素群の中心部
と周辺部とで保護膜等の上層膜の膜厚の差が少ないの
で、第１の画素群の中心部と周辺部とで感度の差が少な
いにも拘らず、第１の画素群の周辺の少なくとも一部に
配されている第２の画素のセンサ部に欠陥が存在してい
てもこの欠陥は信号出力に現れないので、歩留りが高
い。

【００６４】請求項２の固体撮像素子では、第１の画素
で生成された電荷の転送に支障を生じないにも拘らず、
第２の画素のセンサ部に欠陥が存在していてもこの欠陥
は信号出力に現れないので、歩留りが高い。

【００６５】請求項３の固体撮像素子では、第１の画素
で生成された電荷の転送に支障を生じないにも拘らず、
第２の画素のセンサ部で生成された電荷が電荷転送部に
まで拡散することによるブルーミングを防止することが
できると共に第１の画素群のポテンシャルの周期性を保
持して電荷蓄積容量を均一にすることもできるので、高
品質の画像を得ることができ、また、第２の画素のセン
サ部に欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力に現れ
ないので、歩留りが高い。

【００６６】請求項４の固体撮像素子では、第２の画素
のセンサ部で生成された電荷が電荷転送部にまで拡散す
ることによるブルーミングを防止することができると共
に第１の画素群のポテンシャルの周期性を保持して電荷
蓄積容量を均一にすることもできるので、高品質の画像
を得ることができ、また、第２の画素のセンサ部に欠陥
が存在していてもこの欠陥は信号出力に現れないので、
歩留りが高い。

【００６７】請求項５の固体撮像素子では、転送周波数
を増加させる必要がないので、固体撮像素子自体の設計
・製造やカメラの設計等が困難になっていないにも拘ら
ず、第１の画素群の中心部と周辺部とで感度の差が少な
く且つ歩留りが高い。

【００６８】請求項６の固体撮像素子では、第１の画素
群の中心部と周辺部とで保護膜等の上層膜の膜厚の差が
更に少ないので、第１の画素群の中心部と周辺部とで感
度の差が更に少ない。

【００６９】請求項７の固体撮像素子では、スミア成分
や暗電流等の信号以外の電荷が第２の画素に存在してい
ても雑音が少ないので、高品質の画像を得ることができ
る。

【００７０】請求項８、９の固体撮像素子では、撮像機
能を有する第１の画素群の中心部と周辺部とで保護膜等
の上層膜の膜厚の差が少ないので、第１の画素群の中心
部と周辺部とで感度の差が少ないにも拘らず、第１の画
素群の周辺の少なくとも一部に配されている第２の画素
のセンサ部に欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力
に現れないので、歩留りが高い。

【００７１】また、第２の画素のセンサ部で生成された
電荷が電荷転送部にまで拡散することによるブルーミン
グを防止することができると共に第１の画素群のポテン
シャルの周期性を保持して電荷蓄積容量を均一にするこ
ともできるので、高品質の画像を得ることができる。

【００７２】請求項８の固体撮像素子では、第１の画素
で生成された電荷の転送に支障を生じないにも拘らず、
第２の画素のセンサ部に欠陥が存在していてもこの欠陥
は信号出力に現れないので、歩留りが高い。

【００７３】請求項９の固体撮像素子では、第２の画素
のセンサ部に欠陥が存在していてもこの欠陥は信号出力
に現れないので、歩留りが高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の第１実施例を示しており、（ａ）
は平面図、（ｂ）はダミー画素の拡大側断面図、（ｃ）
は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う位置における模式的な側断面
図である。

【図２】フレームインターライン転送型のＣＣＤ撮像素
子に適用した第１実施例の具体例を示しており、（ａ）
は平面図、（ｂ）は出力波形である。

【図３】第１実施例と等価のダミー画素を示しており、
（ａ）は側断面図、（ｂ）はその半導体基板中における
ポテンシャルのグラフである。

【図４】本願の発明の第２実施例を示しており、（ａ）
（ｂ）（ｃ）は有効画素領域の夫々上部、左側部及び下
部におけるダミー画素領域との境界部近傍の平面図であ
る。

【図５】第２実施例のダミー画素を示しており、（ａ）
は側断面図、（ｂ）はその半導体基板中におけるポテン
シャルのグラフである。

【図６】本願の発明の第１従来例を示しており、（ａ）
は平面図、（ｂ）は有効画素の拡大側断面図、（ｃ）は
光学的黒画素の拡大側断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ
線に沿う位置における模式的な側断面図である。

【図７】本願の発明の第２従来例を示しており、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う位置におけ
る模式的な側断面図である。

【図８】フレームインターライン転送型のＣＣＤ撮像素
子に適用した第２従来例の具体例を示しており、（ａ）
は平面図、（ｂ）は出力波形である。

【符号の説明】

１３有効画素１５半導体基板２１センサ部２４垂直ＣＣＤレジスタ３５Ａｌ膜３６開口４６ダミー画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/148 H04N 5/335

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ部上に開口を有する遮蔽膜を半導
体基板上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能
と前記センサ部及び電荷転送部間の電荷読み出し機能と
前記電荷転送部の電荷転送機能とを有する不純物構造を
前記半導体基板に備える第１の画素群と、この第１の画素群の周辺の少なくとも一部に配されてお
り、センサ部上に開口を有する遮蔽膜を前記半導体基板
上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能と前記
センサ部及び電荷転送部間の電荷読み出し機能と前記電
荷転送部の電荷転送機能とのうちの少なくとも一つの機
能を有しない不純物構造を前記半導体基板に備える第２
の画素群と、この第２の画素群の周辺の少なくとも一部に配されてお
り、センサ部上を覆う遮蔽膜を前記半導体基板上に備え
ると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能と前記センサ部
及び電荷転送部間の電荷読み出し機能と前記電荷転送部
の電荷転送機能とを有する不純物構造を前記半導体基板
に備える光学的黒画素領域とを具備することを特徴とす
る固体撮像素子。
【請求項２】前記第２の画素における前記不純物構造
が、前記電荷転送機能を有するが、前記電荷蓄積機能を
有しないことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
子。
【請求項３】前記第２の画素における前記不純物構造
が、前記電荷蓄積機能と前記電荷転送機能とを有する
が、前記電荷読み出し機能を有しないことを特徴とする
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記第２の画素における前記不純物構造
が、前記電荷蓄積機能を有するが、前記電荷転送機能を
有しないことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
子。
【請求項５】フレームインターライン転送型であるこ
とを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固体
撮像素子。
【請求項６】前記第１及び第２の画素において、前記
不純物構造を除く構造が同一で且つ形状も同一であるこ
とを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の固体
撮像素子。
【請求項７】前記第２の画素の信号以外の電荷の少な
くとも一部が、掃き出し転送とフレーム転送とによって
垂直転送部外へ掃き出されることを特徴とする請求項５
記載の固体撮像素子。
【請求項８】センサ部上に開口を有する遮蔽膜を半導
体基板上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能
と前記センサ部及び電荷転送部間の電荷読み出し機能と
前記電荷転送部の電荷転送機能とを有する不純物構造を
前記半導体基板に備える第１の画素群と、この第１の画素群の周辺の少なくとも一部に配されてお
り、センサ部上に開口を有する遮蔽膜を前記半導体基板
上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能と電荷
転送部の電荷転送機能とを有し、前記センサ部及び前記
電荷転送部間の電荷読み出し機能を有しない不純物構造
を前記半導体基板に備える第２の画素とを具備すること
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】センサ部上に開口を有する遮蔽膜を半導
体基板上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能
と前記センサ部及び電荷転送部間の電荷読み出し機能と
前記電荷転送部の電荷転送機能とを有する不純物構造を
前記半導体基板に備える第１の画素群と、この第１の画素群の周辺の少なくとも一部に配されてお
り、センサ部上に開口を有する遮蔽膜を前記半導体基板
上に備えると共に、前記センサ部の電荷蓄積機能を有
し、電荷転送部の電荷転送機能を有しない不純物構造を
前記半導体基板に備える第２の画素とを具備することを
特徴とする固体撮像素子。