(57)【要約】【課題】短秒露光と長秒露光との間の時間間隔を縮小し、広ダイナミックレンジ信号が好適に得られるＣＣＤ型の固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び固体撮像装置の駆動方法を提供する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。【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
2010182888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、並びに固体撮像装置の駆動方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置において、ダイナミックレンジの広い撮像機能を実現するために種々の方法が採られてきた。その中でも、最も多く使われている方式として、短秒露光と長秒露光とを行うことにより、露光時間の異なる低感度信号と高感度信号とを演算により合成して広ダイナミックレンジ信号を得る方式がある（特許文献１参照）。
【０００３】
図１１に、従来の露光時間の異なる複数の信号を用いた固体撮像装置の駆動時のタイミングチャートを示す。図１１に示すタイミングチャートは、転送方式がＩＴ（Interline Transfer）方式で、読み出し方式が全画素読み出し方式のＣＣＤ型固体撮像装置に適用されるタイミングチャートである。
【０００４】
図１１に示すように、基板シャッタパルスが印加されることにより、短秒露光が開始され（図１１のａ）、読み出しパルスが印加されることにより、短秒露光で生成された信号電荷が垂直ＣＣＤに読み出される（図１１のｂ）。その後、垂直ＣＣＤでは、垂直転送パルスにより、短秒露光で得られた信号電荷が垂直方向に転送される（図１１のｃ）。この短秒露光で生成された信号電荷が垂直ＣＣＤを転送されている間、基板シャッタパルスが印加され、長秒露光が開始されている（図１１のｄ）。そして、短秒露光で生成された信号電荷が垂直ＣＣＤにより転送し終わった後に、読み出しパルスが印加され（図１１のｅ）、長秒露光で生成された信号電荷が垂直ＣＣＤに読み出され、垂直転送パルスにより垂直方向に転送される（図１１のｆ）。
【０００５】
ところで、このような従来の固体撮像装置の駆動では、長秒露光の長さがフィールド期間より短い場合に、長秒露光の終了は、図１１のｅに示す読み出しパルスのタイミングで決まってしまう。すなわち、短秒露光によって生成された信号電荷を垂直ＣＣＤにて転送終了後に、長秒露光で生成された信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出すための読み出しが可能であるため、図１１のｅに示す読み出しパルスのタイミングの位置は固定される。
【０００６】
そうすると、長秒露光の開始は基板シャッタパルスで決まるが、短秒露光の後、図１１のｅに示す読み出しパルスに合わせて、基板シャッタパルスが印加され、図１１のｄに示すように長秒露光が開始される。これにより、短秒露光と長秒露光との間に、時間間隔が生ずることになり、この場合、動きのある被写体の撮像は演算上好ましくない。すなわち、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔は、動きのある被写体では広ダイナミックレンジ信号の演算に支障を来す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の点に鑑み、本発明は、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔を縮小し、広ダイナミックレンジ信号が好適に得られるＣＣＤ型の固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び固体撮像装置の駆動方法を提供する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固体撮像装置は、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と、非受光期間とで異なる電位を基板に印加する基板電圧電源を有する、全画素型撮像素子である。基板には、受光部、蓄積容量部、暗電流抑制部、読み出しゲート部、垂直転送レジスタを含んで構成される複数の画素が形成される。
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。
【００１０】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板を準備する工程、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を有する。さらに、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、及び読み出しゲート部を介して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を有する。さらに、半導体ウェル層を形成する前、又は後に、半導体基板と半導体ウェル層との間の、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を有する。さらに、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を有する。さらに、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を有する。また、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。
【００１１】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、上述した本発明の固体撮像装置において、基板電圧電源により、基板に第１の電位を印加することにより、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。そして、基板電圧電源により、半導体基板に第２の電位を印加することにより、受光部で生成された信号電荷の蓄積容量部への転送を終了することを可能にするとともに、受光部で生成された信号電荷を前記基板裏面側に掃き出す。
【００１２】
本発明の固体撮像装置及びその駆動方法では、受光部では、信号電荷の蓄積がなされず、随時、蓄積容量部へ転送されるか、基板側に掃き出される。また、基板電圧を変えることで、受光部で生成された信号電荷の蓄積容量部への垂れ流し転送、及び基板側への掃き出しがなされる。
【００１３】
本発明の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路とを含んで構成される。この、本発明の電子機器では、上述した本発明の固体撮像装置が適用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、短長の露光時間間隔を狭めることで、動きのある被写体を撮像した場合でも質の高い広ダイナミックレンジ画像を取得できる固体撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成図である。
【図３】Ａ，Ｂ  本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の基板の電位である。
【図４】Ａ〜Ｃ  本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その１）である。
【図５】Ｄ〜Ｆ  本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その２）である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動時のタイミングチャートである。
【図７】Ａ，Ｂ  本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動時における信号電荷の転送の様子を示した図（その１）である。
【図８】Ａ，Ｂ  本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動時における信号電荷の転送の様子を示した図（その２）である。
【図９】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図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の駆動時のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器の一例を、図１〜図１０を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
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
【００１７】
〈１．第１の実施形態〉
［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。
【００１８】
受光部２は、光電変換素子、すなわちフォトダイオードにより構成されるものであり、信号電荷を生成するものである。本実施形態例では、受光部２は、基板６の水平方向及び垂直方向に、複数個、マトリクス状に形成されている。
【００１９】
蓄積容量部８は、各受光部２に隣接して構成されており、それぞれの受光部２で生成された信号電荷を蓄積するものである。
【００２０】
垂直転送レジスタ３は、ＣＣＤ構造とされ、垂直方向に配列される受光部２及び蓄積容量部８毎に、垂直方向に複数形成される。この垂直転送レジスタ３は、蓄積容量部８に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送するものである。本実施形態例の垂直転送レジスタ３が形成されている転送ステージは、図示しない転送駆動パルス回路から印加される転送駆動パルスにより、例えば、４相駆動される構成とされている。また、垂直転送レジスタ３の最終段では、転送駆動パルスが印加されることにより、最終段に保持されていた信号電荷は、水平転送レジスタ４に転送される構成とされている。垂直転送レジスタは、全画素読み出し対応であって、すなわち、全画素分の画素信号を同時に転送できる垂直転送レジスタを有している。つまり、１画素に対し１ｂｉｔの転送機構を有している。
【００２１】
水平転送レジスタ４は、ＣＣＤ構造とされ、垂直転送レジスタ３の最終段の一端に形成されるものである。この水平転送レジスタ４が形成されている転送ステージは、垂直転送レジスタ３により垂直転送されてきた信号電荷を、一水平ライン毎に水平方向に転送するものである。
【００２２】
出力回路５は、水平転送レジスタ４により水平転送された信号電荷を電荷電圧変換することにより、映像信号として出力するものである。
【００２３】
以上の構成を有する固体撮像装置１においては、受光部２に蓄積された信号電荷は、垂直転送レジスタ３により、垂直方向に転送されて、水平転送レジスタ４内に転送される。そして、水平転送レジスタ４内に転送されてきた信号電荷は、水平転送レジスタ４内の信号電荷は、それぞれ水平方向に転送され、出力回路５を介して映像信号として出力される。
【００２４】
［１．２  固体撮像装置の断面構成］
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。
【００２５】
本実施形態例の固体撮像装置１は、半導体基板１２と、半導体ウェル層１３と、図示しない基板電圧電源とを含んで構成されている。また、半導体ウェル層１３には、画素７を構成する受光部２、蓄積容量部８、読み出しゲート部２６、垂直転送レジスタ３、電子シャッタ調整層１４、第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３が形成されている。
【００２６】
半導体基板１２は、例えばシリコンからなるＮ型のＣＺ基板により構成されている。また、半導体基板１２には、図示しない基板電圧電源が接続されている。基板電圧電源は、受光部２における受光期間と、蓄積容量部８から垂直転送レジスタ３への信号電荷の読み出し、及び垂直転送レジスタ３による信号電荷の転送期間とで、異なる基板電圧Ｖｓｕｂを半導体基板１２に供給する。この基板電圧電源は素子の外部に持つことができるが、固体撮像装置１内部に基板電圧発生回路として持つ構成も可能である。
【００２７】
半導体ウェル層１３は、半導体基板１２上に形成されたＰ−型のエピタキシャル層により構成されている。本実施形態例では、半導体ウェル層１３の、半導体基板１２に面する側とは反対側の面が、受光面とされる。
【００２８】
受光部２は、Ｎ型の低濃度不純物領域（Ｎ−領域）１７と、Ｐ型の低濃度不純物領域（Ｐ−領域）１６とから構成されている。Ｎ−領域１７は、半導体ウェル層１３の受光面側に形成されている。Ｐ−領域１６は、Ｎ−領域１７に対して受光面とは反対側の領域に、Ｎ−領域に接するように形成されている。すなわち、本実施形態例の受光部２は、Ｎ−領域１７と後述する上部の暗電流抑制部１８および下部のＰ−領域１６との接合面を有して構成されるフォトダイオードから構成されている。受光部２では、受光面から入射した光が接合面によって光電変換し、光量に応じた信号電荷が生成される。
【００２９】
蓄積容量部８は、Ｎ型の不純物領域（Ｎ領域）２２とＰ型の高濃度不純物領域（Ｐ＋領域）２１とから構成されており、半導体ウェル層１３に形成された受光部２に隣接して形成されている。Ｎ領域２２は、半導体ウェル層１３の受光面側であって、受光部２を構成するＮ−領域１７に対して水平方向に隣接する領域に形成されている。Ｐ＋領域２１は、Ｎ領域２２に対して受光面とは反対側の領域に、Ｎ領域２２に接するように形成されている。すなわち、Ｎ領域２２と後述する上部の暗電流抑制部２３および下部のＰ＋領域２１との接合により電位の井戸が形成され、受光部２において生成された信号電荷が、このＮ領域２２において蓄積される。ここで、蓄積容量部８の静電ポテンシャルは、受光部２の静電ポテンシャルよりも深くなるように構成されている。
【００３０】
第１の暗電流抑制部１８は、半導体ウェル層１３に形成された受光部２の受光面側の最表面に形成されている。また、第２の暗電流抑制部２３は、蓄積容量部８の受光面側の最表面に形成されている。この第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３は、Ｐ型の高濃度不純物領域からなり、受光部２から蓄積容量部８に渡り一体に形成されている。第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３では、受光面の界面で発生する暗電流をＰ型の高濃度不純物領域の多数キャリアである正孔により抑制する。すなわち、本実施形態例の受光部２及び蓄積容量部８では、ＨＡＤ（Hole-Accumulation Diode  ＨＡＤ：登録商標）構造、いわゆる埋め込みフォトダイオードが構成されている。
【００３１】
電子シャッタ調整層１４は、半導体基板１２の、半導体ウェル層１３に面する側の受光部２に対向する領域に、Ｎ型の高濃度不純物領域により形成されている。また、この電子シャッタ調整層１４は、蓄積容量部８が形成された領域から、受光部２側へ、水平方向に所定のオフセット領域２４だけ離して形成されている。このオフセット領域２４は、後述するように、半導体基板１２、及び半導体ウェル層１３の電位分布が最適化されるように決定されるものである。
【００３２】
読み出しゲート部２６は、読み出しチャネル２７と、読み出し電極２８ａとから構成される。読み出しチャネル２７は、半導体ウェル層１３表面に形成された蓄積容量部８に隣接する領域に、Ｐ型またはＮ型の低濃度不純物領域により形成されている。また、読み出し電極２８ａは、読み出しチャネル２７上部にゲート絶縁膜２９を介して形成されている。
【００３３】
垂直転送レジスタ３は、垂直転送チャネル２５と、垂直転送電極２８とから構成されている。垂直転送チャネル２５は、読み出しチャネル２７に隣接する領域に、Ｎ型の不純物領域により構成されている。これらの垂直転送チャネル２５下には、Ｐ型の不純物領域により構成された転送部半導体ウェル層３３が形成されている。
【００３４】
垂直転送電極２８は、半導体ウェル層１３に形成された垂直転送チャネル２５上部に、ゲート絶縁膜２９を介して形成されている。図示しないが、垂直転送電極２８は水平方向に複数本形成されており、蓄積容量部８に隣接する部分では、読み出し電極２８ａを兼ねるように形成されている。垂直転送レジスタ３では、読み出しゲート部２６により垂直転送チャネル２５に読み出された信号電荷は、水平方向に形成された複数本の垂直転送電極２８に、例えば４相の垂直転送パルスが印加されることにより、垂直方向に転送される。
【００３５】
本実施形態例では、ゲート絶縁膜２９は、半導体ウェル層１３上部全面に共通に形成されている。そして、これらの画素７を構成する受光部２、蓄積容量部８、垂直転送レジスタ３を囲む領域には、Ｐ型の高濃度不純物領域により、隣接する画素を分離するチャネルストップ部１５が形成されている。
【００３６】
遮光膜３１は、垂直転送電極２８等の電極を含む半導体ウェル層１３上部の、受光部２の開口領域を除く面を、層間絶縁膜３０を介して被覆するように形成されている。すなわち、読み出しゲート部２６や垂直転送レジスタ３も遮光膜３１によって覆われている。このとき、蓄積容量部８上部の遮光膜３１の端部は、受光部２側に所定の領域だけ張り出した張り出し部３１ａを有して形成されている。
【００３７】
次に、図３Ａを用いて、本実施形態例の固体撮像装置１が有するポテンシャルプロファイルについて説明する。以下の説明において、半導体基板１２と半導体ウェル層１３を区別せずに説明する場合には「基板」と総称する。
【００３８】
図３Ａは、図２のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’線上に沿う基板の電位を示した電位分布図である。Ａ−Ａ’は、受光部２と電子シャッタ調整層１４を含む、基板の垂直方向における電位分布で、Ｂ−Ｂ’は受光部２と、オフセット領域２４を含む、基板の垂直方向における電位分布である。また、Ｃ−Ｃ’は、蓄積容量部８を含む、基板の垂直方向における電位分布である。
【００３９】
図３Ａで示す一点鎖線は、基板電圧Ｖｓｕｂを第１の電位（以下、Ｌｏｗ）に設定したときの、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｌである。また、図３Ａで示す二点鎖線は、基板電圧Ｖｓｕｂを第１の電位よりも高い電位である第２の電位（以下、Ｈｉｇｈ）に設定したときの、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｈである。また、図３Ａに示す破線は、基板電圧ＶｓｕｂをＨｉｇｈに設定したときのＢ−Ｂ’線上に沿う電位Ｖｂｈである。また、図３Ａに示す実線は、Ｃ−Ｃ’線上に沿う蓄積容量部８の電位Ｖｃである。
【００４０】
図３ＡＡに示すように、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗに設定されている場合には、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｌは、受光部２を構成するＮ−領域１７における電位がＰ−領域１６や半導体ウェル層１３よりも深くなるように構成されている。すなわち、受光部２のＮ−領域１７において、浅い電位の井戸が形成されている。このＮ−領域１７の不純物濃度は、従来用いられている一般的なＨＡＤ構造を有する受光部よりも１Ｖ程度浅いポテンシャルに設定されている。
【００４１】
また、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗの場合、図示しないが、Ｂ−Ｂ’線上に沿う電位も、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｌと同様とされる。図３Ａでは、受光部２を構成するＰ−領域１６下部の半導体ウェル層１３の電位が、一部ニュートラル（空乏化していない）状態に描かれているが、空乏化していてもよい。ただし、オーバーフロードレイン型のＣＣＤ型固体撮像装置では空乏化させることで信号電荷を基板側に溢れさせるため、通常は図３Ｂに示すように空乏化させる。ニュートラルである場合は、過剰な光による過剰な電荷が横方向に広がり、垂直転送レジスタに流れ込み、所謂ブルーミング画像となるおそれがある。このため、Ｐ−領域１６下部の半導体ウェル層１３の電位は、空乏化していることが好ましい。
【００４２】
次に、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈに設定されている場合には、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｈは、Ｎ型の高濃度不純物領域からなる電子シャッタ調整層１４の効果で、全体的に深い方に引っ張られる。そして、半導体基板１２側に向けてより深くなるように、電位Ｖａｈが変化される。また、Ｂ−Ｂ’線上では、オフセット領域２４により電子シャッタ調整層１４が形成されていないので、半導体基板１２側で若干電位が深くなるのみで、受光部２付近における電位Ｖｂｈは、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗのときと略等しい値に維持される。
【００４３】
また、Ｃ−Ｃ’線上に沿う電位Ｖｃは、蓄積容量部８を構成するＮ領域２２と、比較的不純物濃度の濃いＰ＋領域２１および第２の暗電流抑制部２３との接合面の効果により、受光部２よりも深い電位の井戸が形成されるような構成とされている。このような構成では、第２の暗電流抑制部２３がゼロ電位で、Ｎ領域２２の電位を表面方向で浅くなるように吊り上げている。電気的容量もＮ領域２２に対して、上部と下部のＰ＋領域（第２の暗電流抑制部２３と、Ｐ＋領域２１）があることで二つの容量の和となるので、電気的容量は増加する。
【００４４】
［１．３  固体撮像装置の製造方法］
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。
【００４５】
まず、図４Ａに示すように、例えばＣＺ基板等のＮ型の半導体基板１２を準備し、その半導体基板１２上部の所定の位置に、Ｎ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、電子シャッタ調整層１４を形成する。
【００４６】
次に、図４Ｂに示すように、エピタキシャル成長法を用いて、Ｐ−型のエピタキシャル層からなる半導体ウェル層１３を形成する。
【００４７】
次に、図４Ｃに示すように、半導体ウェル層１３の垂直転送レジスタ３が形成される領域の所定の深さに、Ｐ型の不純物をイオン注入することにより、転送部半導体ウェル層３３を形成する。転送部半導体ウェル層３３上の所定の領域に、Ｎ型の不純物をイオン注入することにより、垂直転送チャネル２５を形成する。また、垂直転送チャネル２５に隣接する領域に、Ｐ型の不純物をイオン注入することにより、チャネルストップ部１５を形成する。
【００４８】
次に、図５Ｄに示すように、半導体ウェル層１３表面の所定に位置に、Ｐ型の不純物、及びＮ型の不純物を低濃度にイオン注入することにより、Ｐ−領域１６及びＮ−領域１７からなる受光部２を形成する。また、半導体ウェル層１３表面の所定の位置に、Ｐ型の不純物を高濃度にイオン注入し、Ｎ型の不純物をイオン注入することにより、Ｐ＋領域２１及びＮ領域２２からなる蓄積容量部８を形成する。そして、蓄積容量部８及び受光部２が形成された領域の半導体ウェル層１３最表面に、Ｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３を形成する。そして、蓄積容量部８が形成された領域と、垂直転送チャネル２５が形成された領域との間の領域が、読み出しゲート部２６を構成する読み出しチャネル２７とされる。
【００４９】
次に、図５Ｅに示すように、半導体ウェル層１３上部にゲート絶縁膜２９を形成し、ゲート絶縁膜２９上に、垂直転送電極２８を形成する。垂直転送電極２８は、垂直転送チャネル２５上部に、複数水平方向に複数本形成する。また、図５Ｅに示すように、読み出しチャネル２７に隣接する垂直転送チャネル２５上部の垂直転送電極２８は、読み出しチャネル２７上部にまで延長して形成する。これにより、垂直転送電極２８が読み出し電極２８ａを兼ねる構成とすることができる。
【００５０】
そして、所望の電極が形成された後、受光部２を除く領域に、層間絶縁膜３０を介して遮光膜３１を形成する。この遮光膜３１は、所望の配線層を兼ねる構成としてもよい。そして、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。また、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。このようにして、図２に示す固体撮像装置１が形成される。
【００５１】
その他、図示しないが、遮光膜３１の上層には、所望の配線層や、平坦化膜、カラーフィルタ、オンチップレンズ等、従来の固体撮像装置と同様の層が形成され、本実施形態例の固体撮像装置１が完成する。
【００５２】
本実施形態例では、半導体ウェル層１３を、Ｐ−型のエピタキシャル成長層より構成する例としたが、Ｎ−型のエピタキシャル成長層で構成してもよい。その場合には、前記Ｎ−型のエピタキシャル成長層内に、マトリックス状に配置された複数の画素７を含むようにＰ型の不純物をイオン注入してＰウエル（半導体ウェル層１３に相当する）を形成する。さらに、受光部２を構成するＰ−領域のプロファイルを機能実現上、本実施形態例と異なるようにする必要がある。
【００５３】
また、電子シャッタ調整層１４は、半導体ウェル層１３を形成した後、Ｎ型の不純物を高エネルギーで高濃度にイオン注入することにより形成してもよい。また、本実施形態例では、電子シャッタ調整層１４は、半導体基板１２側に埋め込んで形成したが、半導体基板１２に接するように形成してもよい。
【００５４】
また、本実施形態例では、第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３を一度に形成する例としたが、分けて形成してもよく、また、垂直転送電極２８が形成された後に形成してもよい。
【００５５】
また、本実施形態例では、ゲート絶縁膜２９を、半導体ウェル層１３全面に形成する例としたが、垂直転送チャネル２５及び読み出しチャネル２７上部のゲート絶縁膜２９と、受光部２や、蓄積容量部８上に形成される他の絶縁膜を別々に形成してもよい。
【００５６】
また、受光部２や、蓄積容量部８は、図５Ｅに示す工程の後に形成してもよい。
【００５７】
［１．４  固体撮像装置の駆動方法］
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。
【００５８】
図３Ａに示すように、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗに設定されている場合には、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｌは、Ｎ−領域１７における電位がＰ−領域１６や半導体ウェル層１３よりも深くなっている。また、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗの場合、図示しないが、Ｂ−Ｂ’線上に沿う電位も、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｌと略同様になる。また、Ｃ−Ｃ’線上に沿う電位Ｖｃは、蓄積容量部８を構成するＮ領域２２とＰ＋領域２１との接合面の効果で、受光部２よりも深い電位の井戸が形成されている。
【００５９】
このため、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗに設定されているとき受光部２で生成された信号電荷は、受光部２に蓄積されることなく、垂れ流し的に蓄積容量部８に転送され、蓄積容量部８で蓄積保持される。本実施形態例では、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗのときを「受光期間」とする。
【００６０】
次に、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈに設定されている場合には、Ａ−Ａ’線上に沿う基板の電位Ｖａｈは、Ｎ型の高濃度不純物領域により電子シャッタ調整層１４が形成されているので、電位は全体的に深い方に引っ張られる。また、Ｂ−Ｂ’線上では、電子シャッタ調整層１４が形成されていないので、半導体基板１２側で若干電位が深くなるのみで、受光部付近における電位Ｖｂｈは、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗのときと変わらない。
【００６１】
このため、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈに設定されているとき、受光部２で生成された信号電荷は、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｈが、Ｂ−Ｂ’線上に沿う電位Ｖｂｈよりも深く形成されるので、蓄積容量部８に転送されない。また、Ａ−Ａ’線上に沿う電位Ｖａｈは、電子シャッタ調整層１４の効果で、Ｐ−型の半導体ウェル層１３のバリアーが押し下げられ、半導体基板１２側に向けて深くなっている。このため、受光部１９で生成された信号電荷は半導体基板１２側に掃き出される。すなわち、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈに設定されている場合には、受光部２で光電変換された信号電荷は、蓄積容量部８に流れ込まず、半導体基板１２側に掃き出される。本実施形態例では、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈのときを「非受光期間」とする。
【００６２】
さらに、このとき、Ｂ−Ｂ’線上に沿う電位Ｖｂｈのうち、受光部２付近における電位がオフセット領域２４の効果により、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗのときと近い値に維持される。これにより、蓄積容量部２０に蓄積保持された信号電荷が、受光部１９側に逆流することがない。また、これにより、蓄積容量部８に蓄積された信号電荷は、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈになっても、受光部２における電位Ｖｃの浅い位置付近までの信号電荷量を保持することができる。
【００６３】
以上の信号電荷の生成、蓄積の原理に基づいて、本実施形態例の固体撮像装置の駆動方法を図６〜図８を用いて説明する。図６は、本実施形態例の固体撮像装置１の駆動時のタイミングチャートである。また、図７及び図８は、本実施形態例の固体撮像装置１における、１画素分の、受光部２、蓄積容量部８、読み出しゲート部２６、垂直転送レジスタ３における電位の井戸を概略的に示し、信号電荷の転送の様子を概略的に示したものである。図７，図８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。
【００６４】
まず、基板電圧ＶｓｕｂをＬｏｗにし、受光期間を開始する。受光期間が開始されると共に、受光部２では第１の露光期間Ｔの短秒露光が開始される。短秒露光では、図７Ａに示すように、光Ｌが受光部２に入射し光電変換することで生成された信号電荷３２ａは、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗであるので、垂れ流し的に蓄積容量部８に転送され、蓄積保持される。これにより、固体撮像装置１の全画素において、同時刻に受光部２で光電変換された信号電荷３２ａが、蓄積容量部８に蓄積保持される。
【００６５】
次に、読み出し電極２８ａに読み出しパルスφＶｔを印加することにより、短秒露光を終了する。読み出しパルスφＶｔの印加により、短秒露光時に蓄積容量部８に蓄積された信号電荷３２ａは、図７Ｂに示すように全画素同時に垂直転送チャネル２５に読み出される。読み出しパルスのＯＦＦの後、垂直転送電極２８への垂直転送パルスφＶの印加により、全画素の信号電荷が同時に垂直方向に転送される。また、このとき、基板電圧Ｖｓｕｂは、Ｌｏｗのままであるから、短秒露光の終了と同時に第２の露光期間２Ｔ（＞Ｔ）の長秒露光が開始される。図８Ｃに示すように、長秒露光時に、光Ｌの光電変換により生成された信号電荷３２ｂは、蓄積容量部８に垂れ流し的に転送されている。すなわち、基板電圧ＶｓｕｂがＬｏｗである場合は、随時受光部２で生成された信号電荷３２ｂは蓄積容量部８に転送される。このため、短秒露光によって生成された信号電荷３２ａを読み出すための読み出しパルスφＶｔを印加する１μｓ程度の期間後すぐに長秒露光が開始される。
【００６６】
その後、基板電圧ＶｓｕｂをＨｉｇｈにすることにより、長秒露光を終了し、非受光期間を開始する。基板電圧ＶｓｕｂをＨｉｇｈにすることにより、図８Ｄに示すように、非受光期間に受光部２で生成された信号電荷３２は、半導体基板１２側に掃き出されて蓄積容量部８には転送されない。つまり、基板電圧ＶｓｕｂをＨｉｇｈにすることにより、非受光期間が開始されると共に、全画素同時刻で長秒露光が終了する。
【００６７】
そして、短秒露光で生成された信号電荷３２ａがすべて垂直転送を終了された後に、読み出しパルスφＶｔが印加され、図８Ｅに示すように、長秒露光で生成された信号電荷３２ｂが全画素同時に垂直転送チャネル２５に読み出される。そして、垂直転送パルスφＶの印加により、信号電荷３２ｂは全画素同時に垂直方向に転送される。
【００６８】
本実施形態例では、長秒露光で生成された信号電荷３２ｂは、短秒露光終了後から長秒露光で生成された信号電荷３２ｂを読み出すための読み出しパルスφＶｔを印加するまでの期間ａ（図６）において、信号電荷を蓄積容量部に蓄積、保持している。そして、短秒露光で生成された信号電荷３２ａがすべて垂直転送を終了した後に、読み出しパルスφＶｔを印加することにより、長秒露光で生成された信号電荷３２ｂが垂直転送チャネル２５に読み出される。すなわち、短秒露光で生成された信号電荷３２ａの垂直転送が終了するタイミングが、長秒露光が終了するタイミングよりも遅くても、長秒露光で生成された信号電荷３２ｂは蓄積容量部８で蓄積保持されることとなる。
【００６９】
垂直転送レジスタ３により垂直方向に転送された信号電荷３２ａ，３２ｂは、水平転送レジスタ４により水平方向に転送され、出力回路５を介して映像信号となって出力される。また、本実施形態例では、短秒露光で生成された信号電荷の垂直転送と水平転送が１水平ラインごとに順次的に行われる。このため、短秒露光による信号電荷の出力部での読み出し終了後に、長秒露光による信号電荷が垂直転送チャネルに読み出され、垂直転送や水平転送が行われる。
【００７０】
本実施形態例の固体撮像装置１において動画を撮影する場合には、再度基板電圧ＶｓｕｂをＬｏｗにし、次のフィールドの短秒露光、長秒露光を繰り返し行う。
【００７１】
本実施形態例の固体撮像装置１では、短秒露光及び長秒露光によって得られた信号を演算することにより、広ダイナミックレンジの信号が得られる。
【００７２】
従来の固体撮像装置では、図１１で示したように、長秒露光の終了は、読み出しパルスの印加によって決定されるため、読み出しパルスが印加されるタイミング似合わせて長秒露光がなされ、長秒露光が１フィールド期間より短い場合に短秒露光と長秒露光との間の時間間隔が大きくなっていた。本実施形態例では、長秒露光の終了後、次の読み出しパルスが印加されるまでの期間ａだけ、長秒露光で得られた信号電荷は、蓄積容量部８に蓄積保持される。このため、長秒露光を行うタイミングを読み出しパルスのタイミングに合わせて行う必要がない。
【００７３】
本実施形態例の固体撮像装置１では、短秒露光及び長秒露光が行われる期間中、基板電圧ＶｓｕｂをＬｏｗに設定しておくことにより、受光部２によって生成された信号電荷を垂れ流し的に蓄積容量部８に転送することができる。そして、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔を、短秒露光後の読み出しパルスが印加される数μｓとすることができる。すなわち、従来の固体撮像装置に比較すると、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔を、蓄積容量部で信号電荷を蓄積保持する期間ａ分だけ縮小することが可能となる。この読み出しパルスが印加される間にも、基板電圧ＶｓｕｂはＬｏｗであるために受光部２で生成された信号電荷は蓄積容量部８に転送されているため、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔は実効的に無くなる。このため、動く被写体を撮影する場合にも画像のずれが低減され、広ダイナミックレンジ信号の演算を好適に行うことができる。
【００７４】
また、図７Ａ，図８Ｃで示したように、受光部２で生成された信号電荷３２ａ，３２ｂは、蓄積容量部８に垂れ流し的に転送されるため、受光部２と蓄積容量部８間に転送電極が必要なく、構造が簡易である。このため、受光部２の開口や、蓄積容量部８等の面積を大きくとることができ、感度やダイナミックレンジの増大が可能となる。また、受光部２と蓄積容量部８間に転送電極が無いため、信号電荷の転送中に、シリコンからなる基板界面が空乏化されないので、暗電流の増加を抑制できる。
【００７５】
また、受光部２は、分光感度特性を確保するために、空乏層をのばす必要があり、静電ポテンシャルの深い位置が基板表面から深めの位置に設定されやすい。ところが、蓄積容量部８は、信号電荷の蓄積・保持に特化できるので、静電ポテンシャルの一番深い位置を、基板表面から浅い位置に設定可能で、これにより、読み出し電圧の低電圧化が行いやすい。
【００７６】
また、従来の固体撮像装置では、受光部において、信号電荷の生成と蓄積が行われていた。本実施形態例の固体撮像装置１によれば、受光部２で信号電荷の蓄積を行わないため、受光部２の静電ポテンシャルを、従来のような、受光部において蓄積も行う受光部の静電ポテンシャルに比較して数ボルト浅く形成することができる。これにより、受光部２の最大電界を低減できる。これにより、電界起因の暗電流増を低減することができる。
【００７７】
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、受光部２及び蓄積容量部８には、ＨＡＤ構造による第１及び第２の暗電流抑制部１８，２３が形成されており、表面が常に正孔でみたされている。このため、基板を構成するシリコンや、ゲート絶縁膜２９等を構成する酸化膜界面から発生する暗電流を抑制できる。
【００７８】
また、本実施形態例によれば、蓄積容量部８は遮光膜３１により遮光されている。これにより、図６，図７に示すように、受光期間中、及び受光前後の期間においても、光Ｌが蓄積容量部８に透過し、光電変換することを防いでいる。
【００７９】
また、本実施形態例によれば、遮光膜３１が、蓄積容量部８から受光部２側に張り出し部３１ａを有するように形成されている。このため、基板電圧ＶｓｕｂがＨｉｇｈとなって、受光期間が終了した後も、入射する光Ｌのうち、蓄積容量部８近傍に入射した光が、蓄積容量部８に一種のスミアとして入り込むことが抑制される。
【００８０】
また、本実施形態例によれば、図２に示すように蓄積容量部８を構成するＮ領域２２の下部に、比較的高濃度のＰ＋領域２１を有することで、Ｎ領域２２とＰ＋領域２１の接合面に形成される空乏層容量を増大することができる。またこれにより、蓄積容量部８へのスミアの混入が抑制される。
【００８１】
〈２．第２の実施形態〉
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。
【００８２】
本実施形態例の固体撮像装置４１は、第１の実施形態における固体撮像装置の、第２の暗電流抑制部の構成を一部変更した例である。
【００８３】
本実施形態例では、蓄積容量部８における第２の暗電流抑制部４４が、暗電流抑制電極４２と直流電圧電源４３とで構成されている。暗電流抑制電極４２は、半導体ウェル層１３の蓄積容量部８上部に、ゲート絶縁膜２９を介して形成されている。
【００８４】
この固体撮像装置４１においても、図７のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’線上に沿う基板の電位は、第１の実施形態で説明した図３Ａと同様のプロファイルを有するものである。
【００８５】
また、固体撮像装置４１における第２の暗電流抑制部４４は、第１の実施形態で示した製造方法において、図５Ｅに示す工程で第２の暗電流抑制部２３を形成せずに、図５Ｆに示す工程で、暗電流抑制電極４２を形成することにより形成することができる。その他の製造工程は、第１の実施形態と同様である。
【００８６】
本実施形態例の固体撮像装置４１では、暗電流抑制電極４２に直流電圧電源４３により、常時負電圧のバイアス電圧が印加されることで、蓄積容量部８を構成するＮ領域２２の表面が反転し、正孔で満たされる。これにより、蓄積容量部８の界面で発生する暗電流が、正孔にて再結合を受けるので、蓄積容量部８における暗電流を抑制することができる。本実施形態例では、暗電流抑制電極４２に負電圧のバイアス電圧を印加する構成としたが、暗電流抑制電極４２と、遮光膜３１とを電気的に接続し、暗電流抑制電極４２と、遮光膜３１とに負電圧を印加する構成としてもよい。これにより、各画素に負電圧を加えるための配線を簡略化することが可能となる。
【００８７】
本実施形態例の固体撮像装置４１においても、第１の実施形態における固体撮像装置１と同様の駆動方法で駆動することができる。本実施形態例においても、短秒露光と長秒露光との間の時間間隔を縮小できる。このため、動く被写体を撮影する場合にも画像のずれが低減され、広ダイナミックレンジ信号の演算を好適に行うことができる。その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型として説明したが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型として構成してもよい。その場合は、固体撮像装置に印加される所望のパルスは、上述の例とは逆極性のパルスが印加される。
【００８９】
本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
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。
【００９０】
〈３．第３の実施形態〉
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。
【００９１】
図９に、本実施形態例に係る電子機器２００の概略断面構成を示す。本実施形態に係る電子機器２００は、静止画撮影が可能なデジタルスチルカメラを例としたものであるが、スチル画像に特定するものではない。
【００９２】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。
【００９３】
光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
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。
【００９４】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置において、短秒露光及び長秒露光によって得られた信号により、広ダイナミックレンジの画像を得ることができる。また、短秒露光及び長秒露光の間の時間間隔が縮小されているので、動く被写体を撮影する場合にも、広ダイナミックレンジ信号の演算が好適に行われ、画質の向上が図られる。
【００９５】
固体撮像装置１を適用できる電子機器としては、デジタルスチルカメラに限られるものではなく、デジタルカメラ、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの静止画および動画の撮像装置に適用可能である。
【００９６】
本実施形態例においては、固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２の実施形態における固体撮像装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１・・固体撮像装置
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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