JP3592772B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【産業の利用分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、カラー画像読み取り装置に適したCCDリニアイメージセンサの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
リニアイメージセンサは、カラー複写機やカラースキャナに広く利用されている。図4は、カラーリニアイメージセンサの平面的な構成例を概略的に示している。
【0003】
同図において、光像を電気信号に変換する複数の光電変換素子による画素列1が行方向に形成されている。画素列1上には、色フィルタ6、例えば、赤色フィルタの膜が形成される。この画素列1には、図示しない原稿の走査機構によって、原稿像が投影される。画素列1に隣接しかつ画素列1と平行にCCDレジスタ2が配置される。画素列1の個々の光電変換素子に発生した信号電荷は、隣接するCCDレジスタ2に転送される。CCDレジスタ2は、例えば、2相クロックによって駆動され、信号電荷を水平方向に出力端まで順次に転送する。CCDレジスタ2から出力される信号電荷は出力部3のアンプによって増幅され、画像信号Rとして出力される。
【0004】
CCDレジスタ2に平行してオーバフロー制御部4が設けられている。オーバフロー制御部4は、光電変換素子に過剰に発生した信号電荷を、CCDレジスタ2においてオーバフロードレイン5にバイパスし、過剰電荷によるノイズの発生や画質の低下を防止し、S/Nの向上を図っている。オーバフロードレイン5は安定化された電源の所定基準電位に接続されており、過剰電荷を吸収する。
【0005】
このように構成されたリニアセンサがカラー画像の読み取りのために、更に、2列形成される。追加される第2列及び第3列の画素列上には、例えば、緑色フィルタ及び青色フィルタの膜が夫々形成される。その結果、各出力部3のアンプから三色分解されたカラーの画像信号、すなわち、赤色画像信号R、緑色画像信号G及び青色画像信号Bが得られる。
【0006】
図5は、CCDレジスタ2、オーバフロー制御部4、オーバフロードレイン5等からなり、過剰な信号電荷の電荷の一部を除去する過剰電荷排出の役割を担う部分を概略的に示している。同図において、21はCCDレジスタ2の転送チャネル(表面チャネル又は埋込チャネル)を形成するN型不純物領域であり、例えば、P型シリコン基板中にN型不純物(例えばリン)が注入されて形成される。22は転送チャネル上に、電荷転送方向に配列される第1群の転送電極、23は転送電極22を駆動クロック/φが供給される信号線26に接続するコンタクトである。ここで、/φは、信号φの反転信号を意味する。24は電荷転送方向に配列される第2群の転送電極、25は転送電極24を駆動クロックφが供給される信号線27に接続するコンタクトである。転送電極22及び23は交互に配置される。駆動クロックφ及び/φは互いに相補的に変化する2相クロックである。41はN型不純物領域21に隣接して形成されたN型若しくはより低濃度のN型不純物領域、42はCCDレジスタ2に沿って配置されて、転送チャネルの壁の高さを調整して、CCDレジスタの過剰な信号電荷をオーバフロードレイン51にバイパスするオーバフロー制御電極である。オーバフロー制御電極42はコンタクト43を介して制御電圧CNTが供給される信号線44に接続される。制御電圧CNTのレベルを適当に設定することによってオーバフローの閾値を設定することが出来る。オーバフロードレイン51は、定電圧源によって一定電位OFに維持される信号線52に接続される。オーバフロードレイン51は、信号線との接続のために高濃度不純物拡散層N+ によって形成される。
【0007】
図6は、図5に示されるA−A’方向における断面図を示しており、同図において図5に示される部分と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。N型不純物領域21は、不純物が(1〜3)×1016cm3 程度注入される。N型不純物領域41は、不純物が0.5×1016cm3 〜1016cm3 程度注入される。N型不純物領域51は、不純物が1018cm3 〜1022cm3 程度注入される。不純物としては、例えば、P型シリコン基板に対応してリンが用いられる。不純物領域21及び41の両側には素子分離領域のフィールド酸化膜103が形成される。フィールド酸化膜103の下部には隣接領域と電気的に分離するためにP型不純物が高濃度で拡散されている。
【0008】
図7は、CCDレジスタにおける電荷転送の様子を説明する説明図である。2相の駆動パルスφ、/φが転送電極22及び24に夫々供給されると、CCDレジスタ2の転送チャネルのエネルギレベルは同図のa及びbの間で変化し、信号電荷を紙面に対して垂直な方向に転送する。エネルギギャップによる転送チャネルの壁の高さは、N型領域41の不純物濃度とオーバフロー制御電極42への印加電圧CNTによって転送チャネルのエネルギレベルとは独立に定まる。高輝度の光像が照射されて光電変換素子1に発生した過剰な信号電荷がCCDレジスタ2に転送されると、図7のcに示すように、余分な信号電荷が壁をのりこえてオーバフロードレインに流れ込み、排除される。これにより、隣接する画素への過剰電荷による影響が回避される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来構成では、CCDレジスタを画素列間に設けているため、画素列間に一定の間隔を確保する必要がある。そのため、画像読取装置側では、読取り位置のずれを補償する必要がある場合には、ラインメモリが必要となる。ラインメモリを減らすために画素列間の距離を極力小さくすることが要求される。従来構成では、オーバーフロードレイン領域の占める面積が大きいため、画素列間距離を狭めるのが困難である。
すなわち、図4及び5に示されるように、CCDレジスタ2に隣接する領域4、5に、転送電極24、オーバーフロー制御電極42、オーバフロードレイン51、オーバーフロー制御電極42を接続する信号線44、オーバフロードレイン51を接続する信号線52を配置するため、当該隣接領域部分の面積を小さくすることが出来ない。
【0010】
よって、本発明は、CCDレジスタに隣接して過剰電荷を排出する機能部分を有し、複数の画素列を並列に配置するCCDリニアイメージセンサにおいて、画素列相互間の間隔を狭め得る構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換素子からなる、光電変換素子列と、上記光電変換素子列に隣接しかつ上記光電変換素子列に平行に配置され、上記光電変換素子列に発生した複数の信号電荷を第1の不純物濃度を有する第1の不純物拡散層によって形成される転送チャネルに取込み、上記転送チャネル中を順次に転送する、CCDレジスタと、上記第1の不純物拡散層に沿って上記光電変換素子列とは反対の側に形成されたフィールド酸化膜と、上記第1の不純物拡散層に沿って上記フィールド酸化膜の下に配設され、上記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度で形成された第2の不純物拡散層からなり、上記転送チャネルから排出すべき過剰な信号電荷を所定ノードに排出するオーバフロードレインと、上記第1及び第2の不純物拡散層相互間に設けられ、かつ、上記第1の不純物濃度よりも低い第3の不純物濃度で形成された第3の不純物拡散層からなる、オーバフロー調整層と、を備え、上記第1の不純物濃度と上記第3の不純物濃度との濃度差は、上記過剰な信号電荷のレベルに対応して設定される。
【0012】
【作用】
転送チャネルの第1の不純物拡散層及びオーバフロー調整層の第3の不純物拡散層相互間の不純物の濃度差を、転送チャネルから排出すべき過剰な信号電荷のレベルに対応して設定する。この不純物の濃度差により、信号電荷をガイドする転送チャネルの壁の高さ(エネルギギャップ)が設定される。過剰な信号電荷が発生すると、転送チャネルから所定レベルを超える信号電荷がオーバフロー調整層をのり超えてオーバフロードレインに流入する。この結果、オーバフロー制御電極を用いずとも、所定レベルを超える過剰な信号電荷を排出することが可能となる。
【0013】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例を示しており、図5に対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。また、図2は、図1のA−A’方向における断面図であり、図6と対応する部分には同一符号を付している。
【0014】
本実施例では、図4に示されるオーバフロー制御部4及びオーバフロードレイン5は、転送電極24を配線27に接続するコンタクト25部分を絶縁する素子分離領域のフィールド酸化膜103の下部に、オーバフロー調整層101及びオーバフロードレイン102によって夫々形成される。オーバフロー制御部42に相当する機能を担うオーバフロー調整層101は、埋込チャネル領域21に沿って形成され、この領域21よりも不純物濃度の低い、例えば、不純物濃度(0.5〜3)×1016cm3 程度のN− 型不純物拡散層で形成される。オーバフロードレイン102は、不純物拡散層101に隣接して、例えば、不純物濃度が1018cm3 〜1022cm3 程度の高濃度不純物拡散層102によって形成される。N+ 不純物拡散層102は図示しない適当な場所で一定電位のノードに接続される。オーバフロー調整層101及びオーバフロードレイン102は、過剰電荷排出部を形成し、前述したオーバフロー制御部4及びオーバフロードレイン5と同様に過剰電荷を排除する役割を担う。
【0015】
この構造では、過剰電荷排出部が、転送電極24の接続領域の下部に配置され、従来構成におけるオーバフロー制御電極42、コンタクト43、信号線44、信号線52は除かれている。このため、隣接する画素列相互間を狭く形成することが可能となる。
【0016】
図3は、CCDレジスタの転送チャネルにおける電荷転送の様子を説明する説明図である。転送電極22及び23に駆動パルスが交互に供給されると、CCDレジスタ2の転送チャネル21のエネルギレベルは同図のa及びbの間で変化し、信号電荷を紙面に対して垂直な方向に転送する。転送チャネルとオーバフロードレイン間に形成される転送チャネルの壁の高さは、N− 型領域101の不純物濃度によって定められる。この壁は転送電極への駆動パルスの印加に応じて転送チャネルと同様にエネルギレベルが変動する。
【0017】
高輝度の光像が照射されて光電変換素子1に発生した過剰な信号電荷がCCDレジスタ2に転送されると、図3のcに示すように、余分な信号電荷が不純物濃度差によって設定された転送チャネルの壁をのりこえてオーバフロードレイン102に流れ込む。前述したようにオーバフロードレイン102は適当な場所で一定電位、例えば接地電位のノード接続されているので、過剰電荷は排除される。これにより、従来と同様、隣接する画素への過剰電荷による影響が回避される。
【0018】
このように、本発明の構成では、過剰電荷がのりこえる転送チャネルの壁(エネルギギャップ)の高さを、制御電極に印加するバイアス電圧のレベルにより設定するのではなく、転送チャネル21とこのチャネル層21に隣接するオーバフロー調整層101相互間の不純物濃度差によって設定するので、転送チャネル21から過剰電荷をオーバフロードレイン102に排出する機能を簡単な構造で実現することが可能となる。
【0019】
なお、実施例ではP型半導体基板にN型不純物を用いて不純物層101及び102を形成しているが、勿論、N型半導体基板にP型不純物を用いて不純物層101及び102を形成しても良い。また、各不純物層の不純物濃度は実施例に限定されるものではなく、適宜に設定することが可能である。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置では、CCDレジスタからの過剰電荷を排出する過剰電荷排出部を不純物拡散層によって形成するため、過剰電荷排出部を転送電極と配線との接続領域部分の下部に設けることができる。このため、隣接する画素列相互間を狭く配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す、CCDリニアイメージセンサの過剰電荷排出を行う部分を説明する図である。
【図2】図1のA−A’方向における断面図である。
【図3】実施例の動作を説明する説明図である。
【図4】カラーリニアイメージセンサの概略構成をしめす説明図である。
【図5】CCDリニアイメージセンサの過剰電荷排出を行う部分を説明する図である。
【図6】図5のA−A’方向における断面図である。
【図7】CCDチャネルの動作とオーバフロー制御を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 画素列
2 CCDレジスタ
3 出力部
4 オーバフロー制御部
5 オーバフロードレイン
6 色フィルタ
101 オーバフロー調整層
102 オーバフロードレイン
Claims (3)
- 入射光量に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換素子からなる、光電変換素子列と、
前記光電変換素子列に隣接しかつ前記光電変換素子列に平行に配置され、前記光電変換素子列に発生した複数の信号電荷を第1の不純物濃度を有する第1の不純物拡散層によって形成される転送チャネルに取込み、前記転送チャネル中を順次に転送する、CCDレジスタと、
前記第1の不純物拡散層に沿って前記光電変換素子列とは反対の側に形成されたフィールド酸化膜と、
前記第1の不純物拡散層に沿って前記フィールド酸化膜の下に配設され、前記第1の不純物濃度よりも高い第2の不純物濃度で形成された第2の不純物拡散層からなり、前記転送チャネルから排出すべき過剰な信号電荷を所定ノードに排出するオーバフロードレインと、
前記第1及び第2の不純物拡散層相互間に設けられ、かつ、前記第1の不純物濃度よりも低い第3の不純物濃度で形成された第3の不純物拡散層からなる、オーバフロー調整層と、
を備え、
前記第1の不純物濃度と前記第3の不純物濃度との濃度差は、前記過剰な信号電荷のレベルに対応して設定される、
固体撮像装置。 - 前記光電変換素子列、前記CCDレジスタ、前記オーバフロー調整層、前記オーバフロードレイン及び前記フィールド酸化膜を順番に繰り返して複数組配列し、複数の画像信号を得る、ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 各組の光電変換素子列各々の上に色分解のための色フィルタ層が形成される、ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
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