(57)【要約】【課題】複数の固体撮像素子を用いたカラー撮像装置における白点の発生確率を低減し、歩留まりを向上させる。【解決手段】入射光を３色分離プリズム１によって、それぞれ波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂの３色に分離し、それぞれＲ，Ｇ，Ｂ用の固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂに入射して読み取る。Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂは、信号電荷蓄積層２６に適正な信号電荷量を蓄積し、過剰な信号電荷をＮ型半導体基板２０へオーバーフローするためのオーバーフローバリアの役割を担うＰウエル領域２１の位置をＢ，Ｇ，Ｒ用の順に深くしたものであり、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるとともに、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響が少なくなる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、
色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、
前記各色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置が、固体撮像素子単位で異なる
ことを特徴とするカラー撮像装置。
【請求項２】
前記色分離プリズムは、前記入射光を、赤、緑および青の３色に分離するものであり、
前記オーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を、前記各色に対応する固体撮像素子で青、緑、赤の順に深くした
ことを特徴とする請求項１記載のカラー撮像装置。
【請求項３】
複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、
色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、
前記各色に対応する固体撮像素子のセンサ部およびオーバーフローバリア部をそれぞれ形成する不純物層の不純物濃度が、固体撮像素子単位で異なる
ことを特徴とするカラー撮像装置。
【請求項４】
複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、
色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、
前記各色に対応する固体撮像素子の基板深さ方向の空乏層領域の幅が、固体撮像素子単位で異なる
ことを特徴とするカラー撮像装置。
【請求項５】
前記色分離プリズムは、前記入射光を、赤、緑および青の３色に分解するものであり、
前記空乏層領域の幅を、前記各色に対応する固体撮像素子で青、緑、赤の順に狭くした
ことを特徴とする請求項４記載のカラー撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ方式の固体撮像素子を備えたカラー撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を用いたビデオカメラやデジタルカメラなどのカラー撮像装置として、ＣＣＤの画素を縦横に配列させたＣＣＤエリアセンサ（固体撮像素子）を３個用いた３板式のものが知られている。３板式の撮像装置では、３色分離プリズムを用いて入射光をＲＧＢの３色に分解し、色ごとにＣＣＤエリアセンサで読み取ることによって撮像する。
【０００３】
このように、３板式のカラー撮像装置では入射光を各色に分解してから読み取るため、ＣＣＤエリアセンサは３個とも同じものが用いられている。また、各ＣＣＤエリアセンサは、どのＣＣＤ画素も同じセンサ部構造を有しており、そのポテンシャルの深さや、深さ方向の位置は、各画素間で等しくなるように形成されているのが通例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＣＣＤ方式の固体撮像素子において、画像点欠陥の一つである白点は、歩留まりに影響を及ぼす重要な問題である。ここで白点とは、原子の格子欠陥が原因で発生した暗電荷が、再生画面上に白い点となってみえる現象をいう。
【０００５】
特に、基板深部で発生した暗電荷は、本来基板表面側に流れるものであるが、ポテンシャルが深かったり、表面からオーバーフローバリアまでの空乏層領域の幅が深さ方向に長かったりすると、暗電荷はセンサ部（信号電荷蓄積層）に取り込まれやすくなるため、白点発生率が高くなる。
【０００６】
前述のように、３板式のカラー撮像装置では、ポテンシャル条件等が等しいＣＣＤエリアセンサを３個使用しているため、暗電荷による白点が、すべての画素および個々のＣＣＤエリアセンサにおいて等しい確率で発生することになる。そのため、カラー撮像装置の歩留まりに大きな影響を及ぼしてしまう。
【０００７】
そこで、本発明においては、複数の固体撮像素子を用いたカラー撮像装置における白点の発生確率を低減し、歩留まりを向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラー撮像装置は、複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、各色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置が、固体撮像素子単位で異なることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、各色に対応する固体撮像素子において、それぞれのオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を各色に対して適正な位置として、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになるとともに、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くすることで基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができる。
【００１０】
本発明のカラー撮像装置は、複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、各色に対応する固体撮像素子のセンサ部およびオーバーフローバリア部をそれぞれ形成する不純物層の不純物濃度が、固体撮像素子単位で異なることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、各色に対応する固体撮像素子において、それぞれのセンサ部およびオーバーフローバリア部をそれぞれ形成する不純物層の不純物濃度を変えることにより、それぞれの空乏層領域の幅を各色に対応して適正な幅とすることができる。これにより、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになるとともに、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くして、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができる。
【００１２】
本発明のカラー撮像装置は、複数のＣＣＤ方式の固体撮像素子と色分離プリズムとを備え、色分離プリズムにより入射光を色分離して各色に対応する固体撮像素子でそれぞれ読み取るカラー撮像装置において、各色に対応する固体撮像素子の基板深さ方向の空乏層領域の幅が、固体撮像素子単位で異なることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、各色に対応する固体撮像素子において、それぞれの基板深さ方向の空乏層領域の幅を各色に対応して適正な幅として、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになるとともに、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くして、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における３板式カラー撮像装置の光学系を示す概略断面図である。
本実施形態における３板式カラー撮像装置は、図１に示すように、入射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３色に分離する３色分離プリズム１およびＲ，Ｇ，Ｂの各色にそれぞれ対応したＣＣＤ方式の固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂを備える。
【００１５】
図２は図１の固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂのユニットセル断面図である。
図２において、固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂは、Ｎ型半導体基板２０中のＰウエル（ｗｅｌｌ）領域２１にセンサ部２２と垂直電荷転送部２３とが形成されている。センサ部２２と垂直電荷転送部２３との間は、センサ部２２で光電変換され、蓄積された電荷を垂直電荷転送部２３へ読み出す読み出しゲート部２４を構成する。
【００１６】
センサ部２２は、Ｎ型半導体基板２０の表面側にＰ＋型不純物を、その下にＮ型不純物を注入することによってＨＡＤ（Ｈｏｌｅ−Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｉｏｄｅ：登録商標）構造としたものである。ＨＡＤ構造では、それぞれＰ＋型不純物層領域が正孔蓄積層２５、Ｎ型不純物層領域が信号電荷蓄積層２６となり、正孔蓄積層２５は０Ｖに固定され、信号電荷はその下の信号電荷蓄積層２６に蓄積される。
【００１７】
また、その下のＰウエル領域２１は、信号電荷蓄積層２６に適正な信号電荷量を蓄積し、過剰な信号電荷をＮ型半導体基板２０へオーバーフローするためのオーバーフローバリアの役割を担う。なお、図２において、垂直電荷転送部２３は、Ｎ型不純物を注入することによって信号電荷転送領域２７を形成したものである。信号電荷転送領域２７の基板２０表面側には、転送電極２８を備える。
【００１８】
図３は図２のＸ−Ｘ’断面におけるポテンシャルの模式図であって、それぞれ（ａ）はＲ用固体撮像素子２ｒを、（ｂ）はＧ用固体撮像素子２ｇを、（ｃ）はＢ用固体撮像素子２ｂを示している。図３の縦方向はポテンシャルの深さを、横方向は正孔蓄積層２５・信号電荷蓄積層２６・オーバーフローバリア部を構成するＰウエル領域２１の位置関係を、それぞれ示している。
【００１９】
Ｎ型半導体基板２０の深部で発生した暗電荷による白点の発生は、センサ部２２のＸ−Ｘ’断面部分の構造に依存する。ポテンシャルの深さは、センサ部２２のＮ型不純物の濃度が大きく関係する。また、Ｎ型半導体基板２０の表面からオーバーフローバリア部までの空乏層領域の幅は、Ｐウエル領域２１のＰ型不純物の注入エネルギや濃度に関係する。
【００２０】
ＨＡＤ構造を持つセンサ部２２においては、Ｐウエル領域２１の深さ方向の位置を調整することによって、オーバーフローバリア部の位置（ポテンシャルプロファイル）、すなわちＮ型半導体基板２０表面からの空乏層領域の幅（基板深さ方向の幅）を変えることができる。従来、このＰウエル領域２１の深さ方向の位置は、近赤外領域に感度のあるＣＣＤを除いて、可視光領域で最も感度の高いＧを基準としてポテンシャルプロファイルを設定し、これと同じものをＲ，Ｂにも適用することが通例となっている。
【００２１】
これに対して本実施形態におけるカラー撮像装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色用の固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂ単位で、それぞれのセンサ部２２およびオーバーフローバリア部を形成する不純物層（正孔蓄積層２５・信号電荷蓄積層２６・Ｐウエル領域２１）の不純物濃度を変えることによって、異なるポテンシャルプロファイルを設定する。
【００２２】
例えば、長波長光であるＲ光（赤色光）に対応する固体撮像素子２ｒでは、図３（ａ）に示すようにオーバーフローバリア部を深い位置（基板深部）に形成する。これにより、基板表面からオーバーフローバリア部までの空乏層領域の幅が広くなる。すなわち、信号電荷蓄積層２６が基板深さ方向に延びるため、このような固体撮像素子２ｒでは、基板深さ方向のより深い位置で光電変換ができるようになる。したがって、長波長光であるＲ光を効率良く取り込むことが可能となる。
【００２３】
Ｇ光（緑色光）およびＢ光（青色光）にそれぞれ対応する固体撮像素子２ｇ，２ｂは、Ｒ光に対応する固体撮像素子２ｒのように信号電荷蓄積層２６を基板深部に形成する必要はない。そこで、固体撮像素子２ｇ，２ｂに関しては、図３（ｂ），（ｃ）に示すようにオーバーフローバリア部を浅い位置（基板浅部）に形成する。但し、Ｇ光よりも波長の短いＢ光に対応する固体撮像素子２ｂのオーバーフローバリア部は、Ｇ光に対応する固体撮像素子２ｇのそれよりも浅い位置に形成する。
【００２４】
これにより、基板表面からオーバーフローバリア部までの空乏層領域の幅が狭くなる。すなわち、信号電荷蓄積層２６が、基板深さ方向のより浅い位置（基板表面側により近い位置）に形成されるため、それぞれ短波長光であるＧ光およびＢ光を効率良く取り込むことが可能となる。また、Ｂ用の固体撮像素子２ｂでは、信号電荷蓄積層２６がＲ，Ｇ用の固体撮像素子２ｒ，２ｇよりも基板浅部にあるため、基板深部で発生した暗電荷による白点の影響を受けにくくなる。
【００２５】
上記構成の３板式カラー撮像装置では、図１に示すように、入射光は３色分離プリズム１によって、それぞれ波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂの３色に分離され、それぞれＲ，Ｇ，Ｂ用の固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂに入射する。各固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂに入射した各Ｒ，Ｇ，Ｂ光は、各固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂで効率良く光電変換が行われるとともに、Ｂ光用の固体撮像素子２ｂでは基板深部で発生する暗電荷による白点の影響が少なくなる。
【００２６】
なお、Ｇ光用の固体撮像素子２ｇにおいても、Ｇ光を効率良く取り込むとともに基板深部で発生する暗電荷による白点の影響が少なくなるようにオーバーフローバリア部の位置を適正な位置に調整することによって、白点を防止することが可能となる。
【００２７】
以上のように、本実施形態における３板式カラー撮像装置では、各色に対応する固体撮像素子２ｒ，２ｇ，２ｂのセンサ部およびオーバーフローバリア部を構成する不純物層の不純物濃度を変えることによって、空乏層領域の幅をＢ，Ｇ，Ｒの順に狭く、すなわちオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置をＢ，Ｇ，Ｒの順に深くしたことで、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになるとともに、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくして白点の発生確率を低減し、歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏することができる。
【００２９】
（１）各色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置が、固体撮像素子単位で異なることにより、オーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を各色に対して適正な位置として、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになる。また、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くして、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができるため、白点の発生確率が低減し、歩留まりが向上する。
【００３０】
（２）各色に対応する固体撮像素子のセンサ部およびオーバーフローバリア部をそれぞれ形成する不純物層の不純物濃度が、固体撮像素子単位で異なることにより、空乏層領域の幅を各色に対応して適正な幅として、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになる。また、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くして、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができるため、白点の発生確率が低減し、歩留まりが向上する。
【００３１】
（３）各色に対応する固体撮像素子の基板深さ方向の空乏層領域の幅が、固体撮像素子単位で異なることにより、基板深さ方向の空乏層領域の幅を各色に対応して適正な幅として、波長の異なる各色をそれぞれ効率良く光電変換できるようになる。また、波長の短い色に対応する固体撮像素子のオーバーフローバリア部の基板深さ方向の位置を浅くして、基板深部で発生する暗電荷による白点の影響を少なくすることができるため、白点の発生確率が低減し、歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における３板式カラー撮像装置の光学系を示す概略図である。
【図２】図１の固体撮像素子のユニットセル断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ’断面におけるポテンシャルの模式図であって、（ａ）はＲ用固体撮像素子を示す図、（ｂ）はＧ用固体撮像素子を示す図、（ｃ）はＢ用固体撮像素子を示す図である。
【符号の説明】
１　３色分離プリズム
２ｒ，２ｇ，２ｂ　固体撮像素子
２０　Ｎ型半導体基板
２１　Ｐウエル領域
２２　センサ部
２３　垂直電荷転送部
２４　読み出しゲート部
２５　正孔蓄積層
２６　信号電荷蓄積層
２７　信号電荷転送領域
２８　転送電極
【図１】
2004088644.tif 000003
【図２】
2004088644.tif 000004
【図３】
2004088644.tif 000005