(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003592772.tif 000002
【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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