(57)【要約】【課題】センサ部表面のピニングを強化して暗電流を減少させ、暗時のキズ（いわゆる白キズ）を低減し、高品質な固体撮像素子を得る。【解決手段】センサ部１４で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部１４上に開口部４２を設けて該センサ部１４側の非光電変換領域を被覆する遮光膜４１を備えた固体撮像素子１であって、前記遮光膜４１は直流電源５１もしくはパルス発生電源に接続されるものである。【選択図】        図１
2004303902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上に開口部を設けて該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光膜は直流電源に接続される
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を設けて前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつ直流電源に接続される
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】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上に開口部を形成し該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光膜はパルス発生電源に接続される
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を設けて前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつパルス発生電源に接続される
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第２遮光膜は読み出し電極側に形成される
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項６】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上を開口して該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
前記固体撮像素子の読み出し時に前記遮光膜に直流電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつ直流電圧が印加される
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上に開口部を形成して該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
前記固体撮像素子の読み出し時に前記遮光膜にパルス電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつパルス電圧が印加される
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１０】
前記第２遮光膜は読み出し電極側に形成されている
ことを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１１】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上に開口部を形成して該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光膜は直流電源に接続され、
前記センサ部は前記固体撮像素子の読み出しゲートおよび隣接する画素とのチャネルストップ層との間にオフセット領域が設けられている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１２】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつ直流電源に接続される
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上に開口部を形成して該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光膜はパルス発生電源に接続され、
前記センサ部は前記固体撮像素子の読み出しゲートおよび隣接する画素とのチャネルストップ層との間にオフセット領域が設けられている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１４】
前記遮光膜は複数の層に形成されていて、
前記複数の層の第１遮光膜は、前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、
前記複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成されていてかつパルス発生電源に接続される
ことを特徴とする請求項１３記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記第２遮光膜は読み出し電極側に形成される
ことを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので、
前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備え、前記遮光膜は直流電源に接続される固体撮像素子の製造方法であって、
前記センサ部を形成する工程は、
読み出しゲートと隣接する画素の電荷結合素子のチャネルストップ層との間にｎ型拡散層を形成する工程と、
前記読み出しゲート側および前記隣接する画素とのチャネルストップ層側の前記ｎ型拡散層をオフセット領域として、イオン注入法により前記ｎ型拡散層の上層にｐ型拡散層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記遮光膜は、
前記センサ部側の非光電変換領域に絶縁膜を介して覆う第１遮光膜を形成した後、前記センサ部上の前記第１遮光膜に開口部を形成する工程と、
前記第１遮光膜上に絶縁膜を介して第２遮光膜を前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項１６記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので、
前記センサ部上に開口部を形成して前記センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備え、前記遮光膜はパルス発生電源に接続される固体撮像素子の製造方法であって、
前記センサ部を形成する工程は、
読み出しゲートと隣接する画素の電荷結合素子のチャネルストップ層との間にｎ型拡散層を形成する工程と、
前記読み出しゲート側および前記隣接する画素のチャネルストップ層側の前記ｎ型拡散層をオフセット領域として、イオン注入法により前記ｎ型拡散層の上層にｐ型拡散層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記遮光膜は、
前記センサ部側の非光電変換領域に絶縁膜を介して覆う第１遮光膜を形成した後、前記センサ部上の前記第１遮光膜に開口部を形成する工程と、
前記第１遮光膜上に絶縁膜を介して第２遮光膜を前記第１遮光膜の開口部の一辺側より前記センサ部に張り出して形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項１８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２遮光膜は読み出し電極側に形成する
ことを特徴とする請求項１９記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、その駆動方法およびその製造方法に関し、詳しくは遮光膜を有する固体撮像素子、その駆動方法およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ（インターライン）型の固体撮像素子では、光電変換部の開口を除く全面に、スミア抑制のため、アルミニウム等による金属製の遮光膜が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。その遮光膜は通常グランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４５４３７号公報（第３−４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固体撮像素子の単位画素サイズが小さくなると、センサ部を構成する例えばホールアキュムレーティッドダイオード（正孔蓄積型ダイオード、以下、ＨＡＤと略記する）のｐ＋層を形成する際に、イオン注入方法や熱処理方法等の影響で、上記ｐ＋層がセンサ開口を形成する読み出し電極下方や転送電極下方に拡散する。このことが、センサ特性に悪影響を及ぼす。例えば、図１２に示すように、上記センサ部１１４のｐ＋層１１６が電極１１２（読み出し電極１１２Ｒ）下方（読み出しゲート１２１）に拡散した場合は、読み出し電圧が上昇し、駆動電圧に対する動作マージンが減少する。また、上記ｐ＋層１１６が水平方向の隣接画素側における垂直レジスタの電極１１２（転送電極１１２Ｔ）下方に拡散した場合には、垂直レジスタ１３１の実効領域を減少させ、垂直レジスタ１３１の取り扱い電荷量が減少する。
【０００５】
その対策として、ｐ＋層１１６を形成する際のイオン注入時に、マスク等を用いてセンサ部１４の開口端から離すようにｐ型不純物をイオン注入した場合には、センサ部１４表面のピニングが弱くなり暗電流が増加して、暗時のキズ（いわゆる白キズ）が増加する。したがって、ｐ＋層１１６は読み出し電極および転送電極からなる電極１１２の下方に入り込むように形成せず、電極１１２端に接するように形成したいが、ｐ型不純物が拡散し易いために現実は難しい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた固体撮像素子、その駆動方法およびその製造方法である。
【０００７】
本発明の固体撮像素子は、センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上を開口して該センサ部側の非光電変換部を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子であって、前記遮光膜は直流電源に接続されるものである。もしくは、前記遮光膜はパルス発生電源に接続されるものである。
【０００８】
上記固体撮像素子では、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。さらに、遮光膜が直流電源に接続されることから、センサ部表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。特に、パルス電圧を印加する遮光膜は、特に読み出し電極側に配置することが有効である。
【０００９】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上を開口して該センサ部側の非光電変換領域の全面を被覆する遮光膜を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、前記固体撮像素子の読み出し時に前記遮光膜に直流電圧を印加するという駆動方法である。もしくは、前記固体撮像素子の読み出し時に前記遮光膜にパルス電圧を印加するという駆動方法である。
【００１０】
上記固体撮像素子の駆動方法では、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。さらに、固体撮像素子の読み出し時に、遮光膜に直流電圧を印加することから、センサ部表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また、固体撮像素子の読み出し時に、遮光膜にパルス電圧を印加する駆動方法では、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。特に、パルス電圧を印加する遮光膜が、特に読み出し電極側に配置されていることが有効である。
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので該センサ部上を開口して該センサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備え、前記遮光膜は直流電源に接続され、前記センサ部は前記固体撮像素子の読み出し電極および隣接する画素の転送電極との間にオフセット領域が設けられている。もしくは、前記遮光膜はパルス発生電源に接続され、前記センサ部は前記固体撮像素子の読み出し電極および隣接する画素の転送電極との間にオフセット領域が設けられているものである。
【００１２】
上記固体撮像素子では、センサ部は固体撮像素子の読み出しゲートおよび隣接する画素のチャネルストップ層との間にオフセット領域が設けられていることから、上記センサ部のｐ型層が読み出しゲート側に拡散することがなくなるので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンが広がる。また、上記ｐ型層が水平方向の隣接画素側における垂直レジスタの転送電極下方（チャネルストップ層側）に拡散することがなくなるので、垂直レジスタの実効領域が確保され、垂直レジスタの取り扱い電荷量が確保される。また遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。さらに、遮光膜が直流電源に接続されることから、センサ部表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。特に、パルス電圧を印加する遮光膜は、特に読み出し電極側に配置することが有効である。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、センサ部で光電変換して得られた電気的信号を電荷結合素子により転送するもので、前記センサ部上を開口して前記固体撮像素子のセンサ部側の非光電変換領域を被覆する遮光膜を備え、前記遮光膜は直流電源もしくはパルス発生電源に接続される固体撮像素子の製造方法であって、前記センサ部を形成する工程は、読み出しゲートと隣接する画素の電荷結合素子のチャネルストップ層との間にｎ型拡散層を形成する工程と、前記読み出しゲート側および前記隣接する画素のチャネルストップ層側の前記ｎ型拡散層をオフセット領域として、イオン注入法により前記ｎ型拡散層の上層にｐ型拡散層を形成する工程とを備えている。
【００１４】
上記固体撮像素子の製造方法では、読み出しゲート側および隣接する画素のチャネルストップ層側のｎ型拡散層をオフセット領域として、イオン注入法によりｎ型拡散層の上層にｐ型拡散層を形成することから、形成されるｐ型拡散層は読み出しゲートおよび隣接する画素のチャネルストップ層からオフセット領域分だけ離れた状態に形成される。このため、上記センサ部のｐ型層が読み出しゲート側に拡散することがなくなるので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンが広がる。また、上記ｐ型層が水平方向の隣接画素側における垂直レジスタの転送電極下方（チャネルストップ層側）に拡散することがなくなるので、垂直レジスタの実効領域が確保され、垂直レジスタの取り扱い電荷量が確保される。さらに、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、遮光膜が直流電源に接続されることから、センサ部表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。特に、パルス電圧を印加する遮光膜は、特に読み出し電極側に配置することが有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第１実施の形態を、図１によって説明する。図１（１）は固体撮像素子の要部概略構成断面図であり、図１（２）は固体撮像素子の要部構成図である。なお、固体撮像素子は多数の画素で構成されるがこの図１では代表しておよそ１画素を示した。
【００１６】
図１（１）に示すように、固体撮像素子１は、半導体基板１１上に読み出し電極兼転送電極となる電極１２が絶縁膜１３を介して形成されている。電極１２の読み出し電極となる部分下方の上記半導体基板１１には読み出しゲート２１が形成されている。また電極１２の転送電極となる部分下方の上記半導体基板１１には電荷結合素子で構成される垂直レジスタ３１が形成されている。さらに、電極１２と隣接する画素の電極１２との間にはセンサ部１４が形成されている。このセンサ部１４は、例えばＨＡＤからなり、例えばｐｎ接合を構成するようにｎ型拡散層１５が形成され、その上部にｐ型拡散層１６が形成されている。すなわち、センサ部１４の表面側にｐ型拡散層が形成されている。また、センサ部１４と隣接する画素領域との間にはチャネルストップ層１７が形成されている。したがって、１画素を水平転送方向にみた場合、チャネルストップ層１７、垂直レジスタ３１、読み出しゲート２１、センサ部１４が順に配置されている。
【００１７】
さらに、電極１２、センサ部１４等を覆う絶縁膜１８を介して上記センサ部１４上に開口部４２を設けた遮光膜４１が形成されている。
【００１８】
図１（２）に示すように、上記遮光膜４１は、例えばタングステンで形成され、直流電源５１に接続されている。直流電源５１は、例えば直流電圧を供給する電源部５２と電圧を所望の電圧に変換する電圧変換部５３とから構成されている。上記遮光膜４１に覆われた固体撮像素子１のセンサ部１４は、光電変換により受光した光を電気信号に変換し、読み出しクロックを受けてその信号をドライバ一体転送ゲート６１へ送る。またドライバ一体転送ゲート６１は垂直転送クロックを受けて、信号を垂直方向に転送する。さらにドライバ一体転送ゲート６１は読み出しクロックを受けて遮光膜４１への直流電圧の印加を指示する。
【００１９】
図２に示すように、上位固体撮像素子１では、読み出しクロックの読み出しパルスが得られた際に、その読み出しパルスに基づいて遮光膜印加クロックの直流電圧ＶｄｃをＯＮ状態にして、遮光膜４１に、例えば−０．１Ｖ〜−１０Ｖ、好ましくは、−０．５Ｖ〜−５Ｖの直流電圧Ｖｄｃを印加する。上記直流電圧Ｖｄｃが−０．１Ｖよりも低い場合には、直流電圧Ｖｄｃを印加してもセンサ部表面のピニングの強化が不十分となる。また、−１０Ｖを超える直流電圧Ｖｄｃの場合には固体撮像素子本体の耐圧に問題を生じる可能性が高くなる。したがって、直流電圧Ｖｄｃは上記範囲に設定される。
【００２０】
上記固体撮像素子１では、遮光膜４１に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。さらに、遮光膜４１が直流電源５１に接続されることから、センサ部１４表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲート２１のポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。
【００２１】
次に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第２実施の形態を、図３によって説明する。図３（１）は固体撮像素子の要部概略構成断面図であり、図３（２）は固体撮像素子の要部構成図である。なお、固体撮像素子は多数の画素で構成されるがこの図３では代表しておよそ１画素を示した。
【００２２】
図３（１）に示すように、固体撮像素子２は、半導体基板１１上に読み出し電極兼転送電極となる電極１２が絶縁膜１３を介して形成されている。電極１２の読み出し電極となる部分下方の上記半導体基板１１には読み出しゲート２１が形成されている。また電極１２の転送電極となる部分下方の上記半導体基板１１には電荷結合素子で構成される垂直レジスタ３１が形成されている。さらに、電極１２と隣接する画素の電極１２との間にはセンサ部１４が形成されている。このセンサ部１４は、例えばＨＡＤからなり、例えばｐｎ接合を構成するようにｎ型拡散層１５が形成され、その上部にｐ型拡散層１６が形成されている。すなわち、センサ部１４の表面側にｐ型拡散層が形成されている。また、センサ部１４と隣接する画素領域との間にはチャネルストップ層１７が形成されている。したがって、１画素を水平方向にみた場合、チャネルストップ層１７、垂直レジスタ３１、読み出しゲート２１、センサ部１４が順に配置されている。
【００２３】
さらに、電極１２、センサ部１４等を覆う絶縁膜１８を介して上記センサ部１４上に開口部４２を設けた遮光膜４１が形成されている。
【００２４】
図３（２）に示すように、上記遮光膜４１は、例えばタングステンで形成され、パルス発生電源５５に接続されている。パルス発生電源５５は、例えば交流電圧を供給する交流電源部５６と所望の電圧のパルスに変換するパルス調整回路５７とから構成されている。上記遮光膜４１に覆われた固体撮像素子１のセンサ部１４は、光電変換により受光した光を電気信号に変換し、読み出しクロックを受けてその信号をドライバ一体転送ゲート６１へ送る。またドライバ一体転送ゲート６１は垂直転送クロックを受けて、信号を垂直方向に転送する。さらにドライバ一体転送ゲート６１は読み出しクロックを受けて遮光膜４１へのパルス電圧の印加を指示する。
【００２５】
図４に示すように、固体撮像素子２では、読み出しクロックの読み出しパルスが得られた際に、その読み出しパルスに基づいて遮光膜印加クロックのパルス電圧ＶｐをＯＮ状態にして、遮光膜に、例えば０．１Ｖ〜１５Ｖ、好ましくは、０．５Ｖ〜５Ｖのパルス電圧Ｖｐを印加する。上記パルス電圧Ｖｐが０．１Ｖよりも低い場合には、パルス電圧Ｖｐを印加しても読み出しを十分に補助できず、高い読み出し電圧が必要となる。また、１５Ｖを超えるパルス電圧Ｖｐの場合には固体撮像素子本体の耐圧に問題を生じる可能性が高くなる。したがって、パルス電圧Ｖｐは上記範囲に設定される。
【００２６】
また、上記パルス電圧Ｖｐの印加は、直流電圧Ｖｄｃの印加を併用することも可能である。例えば、直流電圧Ｖｄｃを印加し、その上にパルス電圧Ｖｐを重ねあわせればよい。この場合には、直流電圧印加による効果とパルス電圧印加による効果の両方を同時に得ることができる。
【００２７】
上記固体撮像素子２では、遮光膜４１に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。さらに、遮光膜４１がパルス発生電源５５に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜４１に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。
【００２８】
次に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第３実施の形態を、図５によって説明する。図５（１）は固体撮像素子の要部レイアウト図であり、図５（２）は固体撮像素子の要部構成図である。この第３実施の形態は前記第１実施の形態の固体撮像素子において、遮光膜の構成が変更となる。その他の構成は前記図１（１）によって説明したのと同様である。なお、固体撮像素子は多数の画素で構成されるがこの図５では代表しておよそ１画素を示した。
【００２９】
図５（１）に示すように、固体撮像素子３は、遮光膜４１は複数の層（ここでは、一例として２層）に形成されている。第１遮光膜４１１は、センサ部１４上を開口して固体撮像素子１のセンサ部１４側の非光電変換領域全面を被覆しかつアースＧＮＤに接続されている。第２遮光膜４１２は、この第２遮光膜４１２より下層の第１遮光膜４１１上に絶縁膜（図示せず）を介して形成され、第１遮光膜４１１の開口部４２の一辺側（例えば読み出しゲート２１側）よりセンサ部１４側に張り出して形成されていてかつ直流電源（図示せず）に接続されている。この第２遮光膜４１２は、読み出しゲート２１側に形成されることが好ましい。
【００３０】
図５（２）に示すように、上記第１遮光膜４１１は、例えばタングステンで形成され、センサ部１４上を開口してセンサ部１４側の非光電変換領域全面を被覆しかつアースＧＮＤに接続されている。上記第２遮光膜１４２は、例えばタングステンで形成され、直流電源５１に接続されている。直流電源５１は、例えば直流電圧を供給する電源部５２と電圧を所望の電圧に変換する電圧変換部５３とから構成されている。上記固体撮像素子３のセンサ部１４は、光電変換により受光した光を電気信号に変換し、読み出しクロックを受けてその信号をドライバ一体転送ゲート６１へ送る。またドライバ一体転送ゲート６１は垂直転送クロックを受けて、信号を垂直方向に転送する。さらにドライバ一体転送ゲート６１は読み出しクロックを受けて第２遮光膜４１２への直流電圧の印加を指示する。
【００３１】
図６に示すように、固体撮像素子３では、読み出しクロックの読み出しパルスが得られた際に、その読み出しパルスに基づいて遮光膜印加クロックの直流電圧ＶｄｃをＯＮ状態にして、遮光膜（第２遮光膜）に、例えば−０．１Ｖ〜−１０Ｖ、好ましくは、−０．５Ｖ〜−５Ｖの直流電圧Ｖｄｃを印加する。上記直流電圧Ｖｄｃが−０．１Ｖよりも低い場合には、直流電圧Ｖｄｃを印加してもセンサ部表面のピニングの強化が不十分となる。また、−１０Ｖを超える電圧の場合には固体撮像素子本体の耐圧に問題を生じる可能性が高くなる。したがって、直流電圧Ｖｄｃは上記範囲に設定される。
【００３２】
上記固体撮像素子３では、第２遮光膜４１２に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、第２遮光膜４１２が直流電源５１に接続されることから、センサ部１４表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲート２１のポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。
【００３３】
次に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第４実施の形態を、図７の概略構成図によって説明する。図７（１）は固体撮像素子の要部レイアウト図であり、図７（２）は固体撮像素子の要部構成図である。この第４実施の形態は前記第２実施の形態の固体撮像素子において、遮光膜の構成が変更となる。その他の構成は前記図３（１）によって説明したのと同様である。なお、固体撮像素子は多数の画素で構成されるがこの図７では代表しておよそ１画素を示した。
【００３４】
図７（１）に示すように、遮光膜４１は複数の層（ここでは、一例として２層）に形成されている。第１遮光膜４１１は、センサ部１４上を開口して固体撮像素子１のセンサ部側の非光電変換領域を被覆しかつアースＧＮＤに接続されている。第２遮光膜４１２は、この第２遮光膜４１２より下層の第１遮光膜４１１上に絶縁膜（図示せず）を介して形成され、第１遮光膜４１１の開口部４２の一辺側（例えば読み出しゲート２１側）よりセンサ部１４側に張り出して形成されていてかつパルス発生電源（図示せず）に接続されている。この第２遮光膜４１２は、読み出しゲート２１側に形成されることが好ましい。
【００３５】
図７（２）に示すように、上記第１遮光膜４１１は、例えばタングステンで形成され、センサ部１４上を開口してセンサ部１４側の非光電変換領域全面を被覆しかつアースＧＮＤに接続されている。上記第２遮光膜４１２は、例えばタングステンで形成され、パルス発生電源５５に接続されている。パルス発生電源５５は、例えば交流電圧を供給する交流電源部５６と所望の電圧のパルスに変換するパルス調整回路５７とから構成されている。上記固体撮像素子４のセンサ部１４は、光電変換により受光した光を電気信号に変換し、読み出しクロックを受けてその信号をドライバ一体転送ゲート６１へ送る。またドライバ一体転送ゲート６１は垂直転送クロックを受けて、信号を垂直方向に転送する。さらにドライバ一体転送ゲート６１は読み出しクロックを受けて第２遮光膜４１２へのパルス電圧の印加を指示する。
【００３６】
図８に示すように、固体撮像素子４では、読み出しクロックの読み出しパルスが得られた際に、その読み出しパルスに基づいて遮光膜印加クロックのパルス電圧ＶｐをＯＮ状態にして、遮光膜に、例えば０．１Ｖ〜１５Ｖ、好ましくは、０．５Ｖ〜５Ｖのパルス電圧Ｖｐを印加する。上記パルス電圧Ｖｐが０．１Ｖよりも低い場合には、パルス電圧Ｖｐを印加しても読み出しを十分に補助できず、高い読み出し電圧が必要となる。また、１５Ｖを超えるパルス電圧Ｖｐの場合には固体撮像素子本体の耐圧に問題を生じる可能性が高くなる。したがって、パルス電圧Ｖｐは上記範囲に設定される。
【００３７】
上記固体撮像素子４では、第２遮光膜４１２に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。第２遮光膜４１２がパルス発生電源５５に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを第２遮光膜４１２に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。このことから、パルス電圧を印加する第２遮光膜４１２は、特に読み出しゲート２１上の電極１２側、すなわち読み出し電極１２Ｒ側に配置することが有効である。
【００３８】
また、上記パルス電圧の印加は、直流電圧の印加を併用することも可能である。例えば、直流電圧を印加し、その上にパルス電圧を重ねあわせればよい。この場合には、直流電圧印加による効果とパルス電圧印加による効果の両方を同時に得ることができる。
【００３９】
本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第５実施の形態を、図９の概略構成図によって説明する。
【００４０】
図９に示すように、遮光膜４１は前記第３，第４実施の形態と同様に２層に形成されている。そして、第１遮光膜４１１には直流電圧が印加されるように、第２遮光膜４１２にはパルス電圧が印加されるように、電源５９に接続されている。すなわち、電源５９は、個々に直流電圧とパルス電圧とを発生するものからなる。この場合の駆動方法は、前記第３、第４実施の形態の動作を組み合わせたものとなる。
【００４１】
次に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第６実施の形態を、図１０の概略構成断面図によって説明する。
【００４２】
図１０に示すように、固体撮像素子６は、半導体基板１１上に読み出し電極兼転送電極となる電極１２が絶縁膜１３を介して形成されている。電極１２の読み出し電極となる部分下方の上記半導体基板１１には読み出しゲート２１が形成されている。また電極１２の転送電極となる部分下方の上記半導体基板１１には電荷結合素子で構成される垂直レジスタ３１が形成されている。さらに、電極１２と隣接する画素の電極１２との間にはセンサ部１４が形成されている。このセンサ部１４は、例えばＨＡＤからなり、例えばｐｎ接合を構成するようにｎ型拡散層１５が形成され、その上部にｐ型拡散層１６が形成されている。また、センサ部１４と隣接する画素領域との間にはチャネルストップ層１７が形成されている。したがって、１画素を水平方向にみた場合、チャネルストップ層１７、垂直レジスタ３１、読み出しゲート２１、センサ部１４が順に配置されている。
【００４３】
上記ｐ型拡散層１６は、読み出しゲート２１側およびチャネルストップ層１７側にｎ型拡散層１５を残した状態に形成される。この残されたｎ型拡散層部分がオフセット領域７１となる。
【００４４】
さらに、電極１２、センサ部１４等を覆う絶縁膜１８を介して上記センサ部１４上に開口部４２を設けた遮光膜４１が形成されている。
【００４５】
上記遮光膜の構成は、前記第１乃至第５実施の形態で説明した遮光膜の構成を用いることができる。すなわち、前記第１実施の形態で説明したように、直流電圧が印加されるように直流電源に接続されるものを用いることができる。もしくは、前記第２実施の形態で説明したように、パルス電圧が印加されるようにパルス発生電源に接続されるものを用いることができる。もしくは、前記第３実施の形態で説明したように、遮光膜は複数の層に形成されていて、複数の層の第１遮光膜は、センサ部上を開口して固体撮像素子のセンサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、第１遮光膜の開口の一辺側よりセンサ部に張り出して形成されていてかつ直流電源に接続されるものを用いることができる。もしくは、前記第４実施の形態で説明したように、遮光膜は複数の層に形成されていて、複数の層の第１遮光膜は、センサ部上を開口して固体撮像素子のセンサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ接地されていて、複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、第１遮光膜の開口の一辺側よりセンサ部に張り出して形成されていてかつパルス発生電源に接続されるものを用いることができる。上記第２遮光膜は読み出し電極側に形成されることが好ましい。もしくは、前記第５実施の形態で説明したように、遮光膜は複数の層に形成されていて、複数の層の第１遮光膜は、センサ部上を開口して固体撮像素子のセンサ部側の非光電変換領域を被覆しかつ直流電圧が印加されていて、複数の層の第２遮光膜は、この第２遮光膜より下層の遮光膜上に絶縁膜を介して形成され、第１遮光膜の開口の一辺側よりセンサ部に張り出して形成されていてかつパルス電圧が印加されるものを用いることができる。上記第２遮光膜は読み出し電極側に形成されることが好ましい。なお、図１０では一例として、単層の遮光膜を示した。また、直流電圧もしくはパルス電圧を遮光膜に印加する方法は前記第１〜第４実施の形態で説明したのと同様である。
【００４６】
上記固体撮像素子６では、センサ部１４は固体撮像素子６の読み出しゲート２１および隣接する画素のチャネルストップ層１７との間にオフセット領域７１が設けられていることから、上記センサ部１４のｐ型層１６が読み出しゲート２１側に拡散することがなくなるので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンが広がる。また、上記ｐ型層１６が水平方向の隣接画素側における垂直レジスタ３１の転送電極下方（チャネルストップ層１７側）に拡散することがなくなるので、隣接する画素の垂直レジスタ３１の実効領域が確保され、垂直レジスタ３１の取り扱い電荷量が確保される。遮光膜４１に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、遮光膜４１が直流電源５１に接続されることから、センサ部１４表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲート２１のポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜４１がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜４１に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。特に、パルス電圧を印加する遮光膜４１は、特に読み出し電極側に配置することが有効である。
【００４７】
また、上記パルス電圧の印加は、直流電圧の印加を併用することも可能である。例えば、直流電圧を印加し、その上にパルス電圧を重ねあわせればよい。この場合には、直流電圧印加による効果とパルス電圧印加による効果の両方を同時に得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法として、２層の遮光膜を形成する一実施の形態を以下に説明する。なお、前述の各実施の形態で説明した構成部品と同様な構成部品には同一符号を付与して説明する。
【００４９】
既知の固体撮像素子の製造方法によって、半導体基板１１に読み出しゲート２１、垂直レジスタ３１、チャネルストップ層１７等を形成し、半導体基板１１上に絶縁膜を介して電荷読み出し電極および電荷転送電極となる電極１２を形成する。さらにセンサ部１４となる領域にｎ型拡散層１５、その表層にｐ型拡散層１６を形成しておく。また、電極１２およびセンサ部１４上を被覆する層間絶縁膜１８を形成する。
【００５０】
その後、層間絶縁膜１８上に第１遮光膜４１１を形成した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術によって、センサ部１４上の第１遮光膜４１１に開口部４２を形成する。その後、上記第１遮光膜４１１上に絶縁膜を介して第２遮光膜４１２を上記第１遮光膜４１１の開口部４２の一辺側より上記センサ部１４側に張り出して形成する。その結果、前記図５（１）もしくは前記図７（１）によって説明したような構成の遮光膜４１が形成される。
【００５１】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法としてセンサ部にオフセット領域を有する固体撮像素子の製造方法に係る一実施の形態を、図１１の概略構成断面図によって説明する。センサ部１４のｐ型層１６以外は従来の製造方法と同様であるので、ここでは発明の特徴となるｐ型層１６の製造方法を説明する。
【００５２】
図１１（１）に示すように、既知の製造方法によって、半導体基板１１に読み出しゲート２１、垂直レジスタ３１、チャネルストップ層１７等を形成し、半導体基板１１上に絶縁膜を介して電荷読み出し電極および電荷転送電極となる電極１２を形成する。さらにセンサ部１４となる領域にｎ型拡散層１５を形成しておく。また、電極１２およびセンサ部１４上を被覆する層間絶縁膜１８を形成する。
【００５３】
その後、レジスト塗布技術およびリソグラフィー技術によって、上記ｎ型拡散層１５の読み出しゲート２１側およびチャネルストップ層１７側を被覆するように上記ｎ型拡散層１５上を開口したレジストマスク８１を形成する。次いでこのレジストマスク８１をイオン注入マスクに用いて、通常のイオン注入法によりｐ型不純物を上記ｎ型拡散層１５の表層にドーピングする。その後上記レジストマスク８１を除去してから、所望熱工程を行うことで、ｎ型拡散層１５上にホールアキュムレーション層となるｐ型拡散層１６を形成する。その結果、読み出し電極（読み出しゲート２１）側および隣接する画素の転送電極（隣接する画素を分離するチャネルストップ層１７）側の前記ｎ型拡散層１５が残され、その残された領域がオフセット領域７１となる。このようにして、オフセット構造を形成する。その後、前記第１〜第５実施の形態で説明した遮光膜を形成する。その際、遮光膜は、直流電源もしくはパルス発生電源に接続されるように、電源接続端子（図示せず）を設けるように形成される。この遮光膜の形成は上記熱工程の前に形成してもよい。
【００５４】
上記製造方法では、読み出しゲート２１側および隣接する画素のチャネルストップ層１７側のｎ型拡散層１５をオフセット領域７１として、通常のイオン注入法によりｎ型拡散層１５の上層にｐ型拡散層１６を形成することから、形成されるｐ型拡散層１６は読み出しゲート２１および隣接する画素のチャネルストップ層１７からオフセット領域７１分だけ離れた状態に形成される。このため、その後の熱工程によって、上記センサ部１４のｐ型層が読み出しゲート２１側に拡散することがなくなるので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンが広がる。また、上記ｐ型拡散層１６が水平方向の隣接画素側における垂直レジスタ３１の転送電極下方（チャネルストップ層１７側）に拡散することがなくなるので、垂直レジスタ３１の実効領域が確保され、垂直レジスタ３１の取り扱い電荷量が確保される。また、この製造方法では、イオン注入方向、角度等の制御が不要で、かつ拡散の影響も軽減できるため、ｐ型拡散層１６に隣接する素子への影響を軽減でき、センササイズをより縮小できる。
【００５５】
もしくは、ｐ型拡散層１６を以下のように形成してもよい。図１１（２）に示すように、既知の製造方法によって、半導体基板１１に読み出しゲート２１、垂直レジスタ３１、チャネルストップ層１７等を形成し、半導体基板１１上に絶縁膜を介して電荷読み出し電極および電荷転送電極となる電極１２を形成する。さらにセンサ部１４となる領域にｎ型拡散層１５を形成しておく。また、電極１２およびセンサ部１４上を被覆する層間絶縁膜１８を形成する。
【００５６】
その後、電極１２および層間絶縁膜１８等をイオン注入マスクにした通常の斜めイオン注入法により、ｐ型不純物を上記ｎ型拡散層１５の表層にドーピングする。その際、読み出しゲート２１側が電極１２および層間絶縁膜１８の陰になるように、イオン注入方向を設定する。その後所望熱工程を行うことで、ｎ型拡散層１５上にホールアキュムレーション層となるｐ型拡散層１６を形成する。その結果、読み出し電極（読み出しゲート２１）側の前記ｎ型拡散層１５が残され、その残された領域がオフセット領域７１となる。このようにして、オフセット構造を形成する。その後、前記第１〜第５実施の形態で説明した遮光膜を形成する。その際、遮光膜は、直流電源もしくはパルス発生電源に接続されるように、電源接続端子（図示せず）を設けるように形成される。この遮光膜の形成は上記熱工程の前に形成してもよい。
【００５７】
上記製造方法では、読み出しゲート２１側のｎ型拡散層１５をオフセット領域７１として、斜めイオン注入法によりｎ型拡散層１５の上層にｐ型拡散層１６を形成することから、形成されるｐ型拡散層１６は読み出しゲート２１からオフセット領域７１分だけ離れた状態に形成される。このため、その後の熱工程によって上記センサ部１４のｐ型拡散層１６が読み出しゲート２１側に拡散することがなくなるので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンが広がる。また、この製造方法では、イオン注入の拡散の影響も軽減できるため、ｐ型拡散層１６に隣接する素子への影響を軽減でき、センササイズをより縮小できる。
【００５８】
さらに、遮光膜が直流電源に接続されるように形成する製造方法では、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、センサ部表面のピニングが強化される。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるように形成する製造方法では、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるようになるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の固体撮像素子によれば、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、遮光膜が直流電源に接続されるので、センサ部表面のピニングを強化することができる。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。よって、暗電流の発生を防止し、キズの発生のない高品質な固体撮像素子を提供できる。また、垂直レジスタ実効面積の拡大ができる。
【００６０】
本発明の固体撮像素子の駆動方法によれば、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、固体撮像素子の読み出し時に、遮光膜に直流電圧を印加することから、センサ部表面のピニングを強化することができる。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また、固体撮像素子の読み出し時に、遮光膜にパルス電圧を印加する駆動方法では、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。よって、暗電流の発生を防止し、キズの発生のない高品質な固体撮像素子の駆動方法を提供できる。
【００６１】
本発明の固体撮像素子によれば、センサ部は固体撮像素子の読み出しゲートおよび隣接する画素のチャネルストップ層との間にオフセット領域が設けられているので、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンを広げることができる。また、垂直レジスタの実効領域が確保でき、垂直レジスタの取り扱い電荷量が確保できる。さらに、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、遮光膜が直流電源に接続されることから、センサ部表面のピニングを強化することができる。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しパルスに同期させたパルスを遮光膜に印加することができるので、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。また、垂直レジスタ実効面積の拡大ができる。
【００６２】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、読み出しゲート側および隣接する画素のチャネルストップ層側のｎ型拡散層をオフセット領域として、イオン注入法によりｎ型拡散層の上層にｐ型拡散層を形成するので、ｐ型拡散層を読み出しゲートおよび隣接する画素のチャネルストップ層からオフセット領域分だけ離れた状態に形成できる。このため、読み出し電圧を低く抑えることができ、駆動電圧に対する動作マージンを広げることができる固体撮像素子を製造することができる。また、垂直レジスタの実効領域が確保でき、垂直レジスタの取り扱い電荷量が確保できる。さらに、遮光膜に電圧を印加することによりノイズの発生を抑えることができる。また、遮光膜が直流電源に接続されることから、センサ部表面のピニングを強化することができる。また、電荷転送時においてマイナスに電圧を印加することによって読み出しゲートのポテンシャル障壁を高く設定することが可能になり、ブルーミング特性の向上が可能である。また遮光膜がパルス発生電源に接続されるものでは、読み出しを補助し、読み出し電圧を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第１実施の形態を示し、（１）は固体撮像素子の要部概略構成断面図であり、（２）は固体撮像素子の要部構成図である。
【図２】読み出しクロックの読み出しパルスと遮光膜印加クロックの直流電圧Ｖｄｃとの関係図である。
【図３】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第２実施の形態を示し、（１）は固体撮像素子の要部概略構成断面図であり、（２）は固体撮像素子の要部構成図である。
【図４】読み出しクロックの読み出しパルスと遮光膜印加クロックのパルス電圧Ｖｐとの関係図である。
【図５】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第３実施の形態を示し、（１）は固体撮像素子の要部レイアウト図であり、（２）は固体撮像素子の要部構成図である。
【図６】読み出しクロックの読み出しパルスと遮光膜印加クロックの直流電圧Ｖｄｃとの関係図である。
【図７】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第４実施の形態を示し、（１）は固体撮像素子の要部レイアウト図であり、（２）は固体撮像素子の要部構成図である。
【図８】読み出しクロックの読み出しパルスと遮光膜印加クロックのパルス電圧Ｖｐとの関係図である。
【図９】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１０】本発明の固体撮像素子およびその駆動方法に係る第６実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１１】本発明の固体撮像素子の製造方法としてセンサ部にオフセット領域を有する固体撮像素子の製造方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１２】従来の固体撮像素子の課題を説明する概略構成断面図である。
【符号の説明】
１…固体撮像素子、１４…センサ部、４１…遮光膜、４２…開口部、５１…直流電源
【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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【図１２】
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