(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素部と、前記画素部から素子外部に電気信号を出力するための駆動信号を出力する走査回路とを基板上に有する固体撮像素子において、
前記走査回路は、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエルを有し、且つ、一つの水平走査回路と二つの垂直走査回路とからなり、
前記画素部を挟んで前記水平走査回路の配置される逆側には、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエル層からなるダミー拡散が配置され、
前記ダミー拡散は、前記ダミー拡散の両側に配置される前記垂直走査回路の前記ウエルの端部まで延在し、
前記走査回路及び前記ダミー拡散は、前記画素部を取り囲むように配置されることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記ダミー拡散は、前記水平走査回路の前記埋込層と同じ条件で形成される埋込層、及び、前記水平走査回路の前記ウエルと同じ条件で形成されるウエルとを有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
画素部と、前記画素部から素子外部に電気信号を出力するための駆動信号を出力する走査回路とを基板上に有する固体撮像素子において、  
前記走査回路は、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエルを有し、且つ、垂直走査回路と水平走査回路からなり、
前記垂直走査回路及び前記水平走査回路は、前記画素部の四辺を取り囲むように各々２個ずつ配置され、
前記垂直走査回路及び前記水平走査回路のうちの一方の走査回路における前記埋込層及び前記ウエルは、前記一方の走査回路が配置される前記画素部の辺とは異なる辺に沿って、他方の前記走査回路のウエルの一部を取り囲むように延在することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記一方の走査回路は垂直走査回路であり、前記他方の走査回路は水平走査回路であることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に関するものであり、詳しくは、黒レベルの変動を低減し、ノイズの生成を低減する固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型やＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。これは、受光部を有する画素がマトリクス状に複数配置されて画素部を形成している。各画素に入射した光は、受光部にて光電変換され信号電荷を生成する。生成された信号電荷は、ＣＣＤや信号線（垂直・水平信号線）を介して外部に出力される。
【０００３】
図５は、従来の固体撮像素子であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’部の断面図、（ｃ）はそのＢ−Ｂ’部の断面図である。従来の固体撮像素子５０は、光を入射して信号電荷を生成する有効画素領域５２ａと、黒レベルの基準信号を出力するオプチカルブラック５２ｂを有する。近年、微細化が進み、有効画素数は１００万程度が一般的であり、さらに高画素数の固体撮像素子が開発されている。しかし、画素部の基本的な構成は図５に示した固体撮像素子５０と同じであり、入射した光を光電変換して信号電荷を生成するための画素（有効画素）の領域（有効画素領域５２ａ）と、黒レベルの基準信号を出力する画素の領域（オプチカルブラック）を有している。
【０００４】
有効画素領域５２ａの周囲に配置されるオプチカルブラック５２ｂは、一般に画素部５２の上下左右に配置される。オプチカルブラック５２ｂに配置される画素は、受光部上に遮光膜を配置されて常に入射光を遮断した状態で信号を出力する。この状態の信号は黒レベルの信号と称される。有効画素からの光信号は、この黒レベルの信号を基準として補正される。これにより、周辺温度の変化によるノイズの変動を除去している。
【０００５】
オプチカルブラック５２ｂの周囲にはガードリング５４が配置される。これは、画素部５２（有効画素領域５２ａとオプチカルブラック５２ｂ）の周囲で生成した電荷が画素部５２に拡散されるのを防止する。なお、画素部５２とガードリング５４の間には、半導体基板５１に電源を与えるためのＮ+拡散領域５５を配置することがある。
【０００６】
ガードリング５４の周囲には走査回路５３が配置される。走査回路５３は、各画素や垂直・水平信号線（図示せず）に接続され、画素部５２から光信号や黒レベルの信号を外部に出力するための駆動信号が出力される。
【０００７】
一般に走査回路５３は、垂直走査回路５３ａ、水平走査回路５３ｂに分かれている。前者は各画素から信号を水平信号線まで出力させ、後者はこの信号を水平信号線から固体撮像素子５０の外部に出力させる。走査回路５３は、ＣＭＯＳトランジスタからなる。従って、ＰＭＯＳトランジスタを配置させるためのＮウエル５７と、ＮＭＯＳトランジスタを配置させるためのＰウエル５６が設置される。また、基板５１と同じ導電型のウエル（ここではＮウエル５７）を基板５１と電気的に分離するため基板５１とは反対導電型（ここではＰ型）の埋込層５８が設けられる。
【０００８】
なお、ここでは、垂直走査回路５３ａ、水平走査回路５３ｂをそれぞれ二個ずつ配置させているが、水平走査回路５３ｂが一つのものや、それぞれ一つずつ配置させたものもある。また、基板５１と分離する必要の無い固体撮像素子は上記埋込層５８を設置する必要が無い。その他、図示しないが走査回路５３の周辺に出力アンプや駆動パルスのバッファが配置される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像素子は、強い光（即ち、光量の大きな光）が入射すると、例え各受光部が飽和前であってもオプチカルブラックから出力される黒レベルの信号が変動したり、或いは、有効画素領域においてノイズ信号が生じてしまった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、強い光が入射したときの黒レベルの変動や有効画素によるノイズ信号の生成を低減する固体撮像素子を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記原因の追求を試みた。まず、有効画素領域を完全に遮光して強い光を入射させたところ、驚くべきことに、このように遮光しても黒レベルの変動やノイズ信号の発生が確認されたのである。更に追求したところ、上記の現象を発生させるのは、有効画素部に入射する光ではなく、走査回路の外周周辺に照射された光であることを突き止めた。
【００１２】
即ち、従来の固体撮像素子は、ガードリングを有していても走査回路周辺にて光電変換された電荷がガードリングを通り越して拡散し、画素部にまで達していたのである。図５（ｄ）は、これを説明する従来の固体撮像素子平面図である。走査回路の外周周辺部（例えば符号５９）に強い光が入射すると、個々で発生した電荷は、垂直走査回路５３ａと水平走査回路５３ｂの間を通り抜け、更に、ガードリングを通り越して画素部５２にまで到達してしまうのである。
【００１３】
そこで、請求項１の固体撮像素子は、画素部と、前記画素部から素子外部に電気信号を出力するための駆動信号を出力する走査回路とを基板上に有する固体撮像素子において、 前記走査回路は、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエルを有し、且つ、一つの水平走査回路と二つの垂直走査回路とからなり、前記画素部を挟んで前記水平走査回路の配置される逆側には、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエル層からなるダミー拡散が配置され、前記ダミー拡散は、前記ダミー拡散の両側に配置される前記垂直走査回路の前記ウエルの端部まで延在し、前記走査回路及び前記ダミー拡散は、前記画素部を取り囲むように配置されることを特徴とする。
【００１４】
水平走査回路を一つ配置された固体撮像素子は、ダミーの拡散を配置して走査回路と合わせて画素部を取り囲めば、走査回路周辺で発生した電荷は画素部にまで拡散されることがない。このため、黒レベルの変動が低減され、また、有効画素のノイズも低減される。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の固体撮像素子において、前記ダミー拡散は、前記水平走査回路の前記埋込層と同じ条件で形成される埋込層、及び、前記水平走査回路の前記ウエルと同じ条件で形成されるウエルとを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３の発明は、画素部と、前記画素部から素子外部に電気信号を出力するための駆動信号を出力する走査回路とを基板上に有する固体撮像素子において、 前記走査回路は、前記基板とは反対導電型の埋込層及びウエルを有し、且つ、垂直走査回路と水平走査回路からなり、前記垂直走査回路及び前記水平走査回路は、前記画素部の四辺を取り囲むように各々２個ずつ配置され、前記垂直走査回路及び前記水平走査回路のうちの一方の走査回路における前記埋込層及び前記ウエルは、前記一方の走査回路が配置される前記画素部の辺とは異なる辺に沿って、他方の前記走査回路のウエルの一部を取り囲むように延在することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の固体撮像素子において、前記一方の走査回路は垂直走査回路であり、前記他方の走査回路は水平走査回路であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ’部における断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ’部における断面図である。なお、本図は、簡略化のため基板１２の半導体内部のみ図示し、酸化膜や金属膜などは省略している。本実施形態の固体撮像素子１は、有効画素領域２ａ及びオプチカルブラック２ｂを有する画素部２と、走査回路３が設置される。また、その間にはガードリング４及び基板１２に電源を印加するためのＮ+拡散部５が配置される。
【００２１】
走査回路３は、二つの垂直走査回路３ａ及び二つの水平走査回路３ｂからなる。また、走査回路３は、ＣＭＯＳトランジスタからなり、ＮＭＯＳトランジスタを配置させるためのＰウエル６と、ＰＭＯＳトランジスタを配置させるためのＮウエル７が設置される。Ｐウエル６はＰ型の埋込層８まで延在し、これと電気的に接続されている。これによって、Ｎウエル７は基板と分離されている。
【００２２】
垂直走査回路３ａのＰウエル６及び埋込層８は、図に示した如く水平走査回路３ｂにおけるウエルの端部９まで延在する。垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂの間は１０μm隔てられている。画素部２は、１０μmの境目４箇所を除き基板とは反対導電型のＰウエル６及び埋込層８で囲まれる。このため、走査回路周辺部（例えば符号１０）に強い光が入射しても、ここで発生する電荷は、走査回路３のＰウエル６又は埋込層８によって吸収される確率が極めて高くなる。従って、画素領域２まで拡散する可能性は極小さくなる。
【００２３】
ところで、画素部２は有効画素領域２ａとオプチカルブラック２ｂを有している。上記のように走査回路周辺部で生成される電荷が画素部２にまで拡散する率が少なくなると、この電荷がオプチカルブラックに達する確率も小さくなる。従って、オプチカルブラック２ｂから出力される黒レベルの信号は、変動することなく安定する。
【００２４】
また、上記の電荷が画素部２に拡散する率が少なくなると、この電荷が有効画素領域２ａにまで到達する確率も小さくなる。従って、有効画素領域２ａにおけるノイズ信号も低減される。
【００２５】
垂直走査回路３ａのＰウエル６及び埋込層８は、水平走査回路３ｂにおけるウエルの端部９まで延在させている。しかし、それに限らず他方の端部（本図の符号１１）より長くすれば、上記の効果が得られる。また、垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂの間隔は、ここでは１０μmとしたが、この間隔は狭い方が本発明の効果をより向上させる。但し、この間隔は、垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂとの電気的耐圧（詳しくは、Ｐウエル間の耐圧）を決定する因子の一つである。つまり、この間隔を極端に狭くすると、上記耐圧が低下して素子特性を悪化させる。本実施形態の固体撮像素子１は、この間隔を１０μmとしたが耐圧の悪化は見られない。
【００２６】
ここでは、垂直走査回路３ａのＰウエル６及び埋込層８を延ばして画素部２を取り囲むように配置させた。しかし、これに限らず水平走査回路３ｂのＰウエルや埋込層を延在させても構わない。本実施形態の固体撮像素子１は、Ｎ基板を使用している。この場合において、各走査回路における各ウエルや埋込層の電位が異なるなら、電位の低い方を延在させる方が好ましい。なぜなら、光により発生する電荷は低い電位の方に向かうので、この電荷をより吸収することが可能となるためである。
【００２７】
なお、ここでは埋込層を配置させたが、これに限らず、Ｐ型の不純物を十分深く拡散することにより十分深いＰウエルを形成しても良い。
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ’部における断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ’部における断面図である。第１実施形態の固体撮像素子と異なる点は、延在させるＰウエル６及び埋込層８の形状にあり、その他の点は同じであるので説明を省略する。
【００２８】
この固体撮像素子２０は、図に示した如く駆動パルス用のバッファ２１を垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂの間に有している。そして、本固体撮像素子２０は、このバッファを避けるようにＰウエル６及び埋込層８を延在させる。延在されるＰウエル６及び埋込層８の幅は１０μmとしている。垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂとの間隔は、第１実施形態と同様１０μmである。
【００２９】
このような形状であっても、実施形態１の固体撮像素子１と同様な効果が得られる。本実施形態において垂直走査回路３ａの延在させる幅は１０μmとしたが、この幅は走査回路周辺で発生した電荷を吸収するのに十分な幅である。
【００３０】
図３は、本実施形態の応用例における固体撮像素子３０であり、垂直走査回路３ａのＰウエル及び埋込層が水平走査回路３ｂのＰウエルを取り囲むように延在させている。このような形状にすれば、走査回路周辺で発生した電荷がＰウエル又は埋込層に吸収される確率はさらに向上する。
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子である。本固体撮像素子４０は、走査回路３が一つの水平走査回路３ｂと二つの垂直走査回路３ａからなる。画素部２を挟んで水平走査回路３ｂが配置される逆の領域には、水平走査回路が配置されない。しかし、ダミー拡散部４１を配置する。これは水平走査回路３ｂに配置する埋込層８及びＰウエル６と同じ条件で形成される埋込層８とＰウエル６で構成されている。ダミー拡散４１の端部は、垂直走査回路３ａにおけるＰウエルの端部４２まで延在させている。また、垂直走査回路３ａと水平走査回路３ｂの間は１４μm隔てられている。画素部２は、１４μmの境目４箇所を除き基板とは反対導電型のＰウエル６及び埋込層８で囲まれる。このため、走査回路周辺部（例えば符号４３）に強い光が入射しても、ここで発生する電荷は、走査回路のＰウエル又は埋込層によって吸収される確率が極めて高くなる。従って、画素部２まで拡散する可能性は極小さくなる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の固体撮像素子は、二種類の走査回路（垂直、水平）の一方における拡散部を他方の走査回路に向けて延在させたので、走査回路の周辺で発生した電荷は、これに吸収されて画素部にまで達しない。このため、この電荷はオプチカルブラックや有効画素まで到達することができず、黒レベルの変動と有効画素部のノイズが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ’部における断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ’部における断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ’部における断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ’部における断面図である。
【図３】第２実施形態の応用例における固体撮像素子
【図４】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子である。
【図５】従来の固体撮像素子であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ‘部の断面図、（ｃ）はそのＢ−Ｂ’部の断面図、（ｄ）は固体撮像素子の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０，５０…固体撮像素子
２，５２…画素部
３，５３…走査回路
４，５４…ガードリング
５，５５…基板電源用Ｎ+拡散
６，５６…Ｐウエル
７，５７…Ｎウエル
８，５８…埋込層
１２，５１…基板
２１…バッファ
４１…ダミー拡散
【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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