JP2003298102A - 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置 - Google Patents
光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数層のフォトダイオードからの信号読み出
し時に、混色を抑えた、色分離性の高い信号を読み出す
こと。 【解決手段】 第１導電型の領域と、前記第１導電型と
逆の導電型である第２導電型の領域を交互に複数積層し
て成り、前記第１導電型及び第２導電型の領域の各接合
面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変
換するために適した深さとなるように形成し、各波長帯
域毎の信号を出力する光電変換素子であって、表面に最
も近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域と逆の導
電型の領域で覆った。
し時に、混色を抑えた、色分離性の高い信号を読み出す
こと。 【解決手段】 第１導電型の領域と、前記第１導電型と
逆の導電型である第２導電型の領域を交互に複数積層し
て成り、前記第１導電型及び第２導電型の領域の各接合
面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変
換するために適した深さとなるように形成し、各波長帯
域毎の信号を出力する光電変換素子であって、表面に最
も近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域と逆の導
電型の領域で覆った。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に関し、特
にビデオカメラやデジタルスチルカメラ、更にスキャナ
等の画像入力装置に広範に用いられる光電変換素子及び
固体撮像装置に関する。
にビデオカメラやデジタルスチルカメラ、更にスキャナ
等の画像入力装置に広範に用いられる光電変換素子及び
固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、デジタルカメラ等の撮像装置で用
いられる固体撮像素子において、解像度の向上及び撮像
装置の小型化を実現するために様々な提案がされてい
る。そのような固体撮像素子の一つとして、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各色成分を各画素から同時に取得可能なＭＯＳ型の撮
像素子の構成が米国特許第5,965,875号に開示されてい
る。以下、当該撮像装置の概略を説明する。
いられる固体撮像素子において、解像度の向上及び撮像
装置の小型化を実現するために様々な提案がされてい
る。そのような固体撮像素子の一つとして、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各色成分を各画素から同時に取得可能なＭＯＳ型の撮
像素子の構成が米国特許第5,965,875号に開示されてい
る。以下、当該撮像装置の概略を説明する。
【０００３】図１１は、米国特許第5,965,875号に開示
された固体撮像素子の構成を示す図であり、各画素のフ
ォトダイオードをトリプルウエル構造で形成した、３層
構造のフォトダイオードを示している。同図において、
１００はｐ形のシリコン基板、１０２はシリコン基板１
００上に形成されたｎウェル、１０４はｎウェル１０２
上に形成されたｐウェル、１０６はｎ形領域である。１
０８は光電流センサで、赤（Ｒ）成分の電流を検出する
電流計１１０と、緑（Ｇ）成分の電流を検出する電流計
１１２と、青（Ｂ）成分の電流を検出する電流計１１４
とを有する。
された固体撮像素子の構成を示す図であり、各画素のフ
ォトダイオードをトリプルウエル構造で形成した、３層
構造のフォトダイオードを示している。同図において、
１００はｐ形のシリコン基板、１０２はシリコン基板１
００上に形成されたｎウェル、１０４はｎウェル１０２
上に形成されたｐウェル、１０６はｎ形領域である。１
０８は光電流センサで、赤（Ｒ）成分の電流を検出する
電流計１１０と、緑（Ｇ）成分の電流を検出する電流計
１１２と、青（Ｂ）成分の電流を検出する電流計１１４
とを有する。
【０００４】図１１に示すように、フォトダイオードは
ｐ型シリコン基板表面から順次拡散される、ｎ型層、ｐ
型層、ｎ型層をこの順に深く形成することで、ｐｎ接合
ダイオードがシリコンの深さ方向に３層形成される。ダ
イオードに表面側から入射した光は波長の長いものほど
深く侵入し、入射波長と減衰係数はシリコン固有の値を
示すので、３層構造のフォトダイオードを可視光の各波
長帯域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をカバーするようにｐｎ接合の深
さを設計し、上記３層のフォトダイオードから別々に電
流を検出することで、異なる波長帯の光信号を検出する
ことができる。
ｐ型シリコン基板表面から順次拡散される、ｎ型層、ｐ
型層、ｎ型層をこの順に深く形成することで、ｐｎ接合
ダイオードがシリコンの深さ方向に３層形成される。ダ
イオードに表面側から入射した光は波長の長いものほど
深く侵入し、入射波長と減衰係数はシリコン固有の値を
示すので、３層構造のフォトダイオードを可視光の各波
長帯域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をカバーするようにｐｎ接合の深
さを設計し、上記３層のフォトダイオードから別々に電
流を検出することで、異なる波長帯の光信号を検出する
ことができる。
【０００５】図１２は図１１に示す３層構造のフォトダ
イオードのポテンシャル図であり、横軸が深さを、縦軸
が電位を表している。なお、深さＡ〜Ｄは、図１１に示
す深さＡ〜Ｄに対応している。
イオードのポテンシャル図であり、横軸が深さを、縦軸
が電位を表している。なお、深さＡ〜Ｄは、図１１に示
す深さＡ〜Ｄに対応している。
【０００６】３層構造のフォトダイオードの表面から入
射する光は、波長の長いものほど深くまで到達するた
め、上記構成では、表面Ｏ〜深さＡ間に主に波長の短い
Ｂ成分の光による電子が蓄積され、表面Ｏ〜深さＢ間に
主に中間の波長であるＧ成分の光による正孔が蓄積さ
れ、深さＡ〜Ｄ間に主に波長の長いＲ成分の光による電
子が蓄積される。
射する光は、波長の長いものほど深くまで到達するた
め、上記構成では、表面Ｏ〜深さＡ間に主に波長の短い
Ｂ成分の光による電子が蓄積され、表面Ｏ〜深さＢ間に
主に中間の波長であるＧ成分の光による正孔が蓄積さ
れ、深さＡ〜Ｄ間に主に波長の長いＲ成分の光による電
子が蓄積される。
【０００７】また、図１３は図１１に示す３層構造のフ
ォトダイオードから電荷を読み出すための読み出し回路
を示しており、（ａ）は読み出し回路を概念的に示す
図、（ｂ）はその等価回路図である。この読み出し回路
により、各フォトダイオードに蓄積された電荷が読み出
される。また、図１４は、図１１に示す３層構造のフォ
トダイオードから電荷を読み出すための読み出し回路の
別の例を示している。
ォトダイオードから電荷を読み出すための読み出し回路
を示しており、（ａ）は読み出し回路を概念的に示す
図、（ｂ）はその等価回路図である。この読み出し回路
により、各フォトダイオードに蓄積された電荷が読み出
される。また、図１４は、図１１に示す３層構造のフォ
トダイオードから電荷を読み出すための読み出し回路の
別の例を示している。
【０００８】そして、読み出された３つの信号を演算処
理し、色信号分離することにより、画像を再生すること
ができる。
理し、色信号分離することにより、画像を再生すること
ができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、表面Ｏ〜深さＢ間で発生する正孔、すなわち、
表面に近い、浅い領域で発生するＢ成分の光に起因する
正孔と、少し深い領域で発生するＧ成分の光に起因する
正孔とが混ざり合い、混色が起きてしまう。
成では、表面Ｏ〜深さＢ間で発生する正孔、すなわち、
表面に近い、浅い領域で発生するＢ成分の光に起因する
正孔と、少し深い領域で発生するＧ成分の光に起因する
正孔とが混ざり合い、混色が起きてしまう。
【００１０】図１５（ａ）は、図１１に示す３層構造の
フォトダイオードを光照射した場合に得られる信号値の
シミュレーションを示す図であり、実線は出力回路から
直接得られる出力を、破線は得られた信号を演算処理す
ることで色信号分離を行って得られる信号値を示す。な
お、ＤＮ出力は最上層のフォトダイオードからの出力
を、ＰＷＬ出力は中央のフォトダイオードからの出力
を、ＮＷＬ出力は最下層のフォトダイオードからの出力
を示している。
フォトダイオードを光照射した場合に得られる信号値の
シミュレーションを示す図であり、実線は出力回路から
直接得られる出力を、破線は得られた信号を演算処理す
ることで色信号分離を行って得られる信号値を示す。な
お、ＤＮ出力は最上層のフォトダイオードからの出力
を、ＰＷＬ出力は中央のフォトダイオードからの出力
を、ＮＷＬ出力は最下層のフォトダイオードからの出力
を示している。
【００１１】上述したように、中央のフォトダイオード
からのＰＷＬ出力にはＧ成分にＢ成分が混ざっているた
め、ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力をＧ成分信号（破線Ｇで示し
ている）とすることで、Ｇ成分を分離する。このとき、
ＰＷＬ出力は正孔であり、ＤＮ出力は電子であるため、
ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力＝ＰＷＬ正孔数−ＤＮ電子数とな
り、実質的には引き算となる。しかし、出力同士の演算
であるため、読み出し回路のノイズが√２倍に増加した
ノイズがＧ成分信号含まれてしまう。またＤＮ出力には
暗電流によるノイズが多いため、この影響を受けて重要
なＧ成分信号のノイズはさらにひどくなる。
からのＰＷＬ出力にはＧ成分にＢ成分が混ざっているた
め、ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力をＧ成分信号（破線Ｇで示し
ている）とすることで、Ｇ成分を分離する。このとき、
ＰＷＬ出力は正孔であり、ＤＮ出力は電子であるため、
ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力＝ＰＷＬ正孔数−ＤＮ電子数とな
り、実質的には引き算となる。しかし、出力同士の演算
であるため、読み出し回路のノイズが√２倍に増加した
ノイズがＧ成分信号含まれてしまう。またＤＮ出力には
暗電流によるノイズが多いため、この影響を受けて重要
なＧ成分信号のノイズはさらにひどくなる。
【００１２】同様に、ＮＷＬ出力をそのままＲ成分信号
とするにはやはり色分離が悪いため、ＮＷＬ出力＋ＰＷ
Ｌ出力＋ＤＮ出力をＲ成分信号とすることで、図１５の
破線Ｒに示す分光特性を得ることができる。しかしなが
ら、この演算により読み出し回路のノイズが√３倍に増
加したノイズがＲ成分信号含まれてしまう。加えて、Ｄ
Ｎ出力には暗電流によるノイズが多いため、この影響を
受けてＲ成分信号のノイズはさらにひどくなる。
とするにはやはり色分離が悪いため、ＮＷＬ出力＋ＰＷ
Ｌ出力＋ＤＮ出力をＲ成分信号とすることで、図１５の
破線Ｒに示す分光特性を得ることができる。しかしなが
ら、この演算により読み出し回路のノイズが√３倍に増
加したノイズがＲ成分信号含まれてしまう。加えて、Ｄ
Ｎ出力には暗電流によるノイズが多いため、この影響を
受けてＲ成分信号のノイズはさらにひどくなる。
【００１３】図１５（ｂ）は、赤外カットフィルタを挿
入した上で得られるＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力
を用いて、上述したようにＢ成分信号＝ＤＮ出力＝ＤＮ
電子数、Ｇ成分信号＝ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力＝｜ＰＷＬ
正孔数ーＤＮ電子数｜、Ｒ成分信号＝ＮＷＬ出力＋ＰＷ
Ｌ出力＋ＤＮ出力＝｜ＮＷＬ電子数ーＰＷＬ正孔数＋Ｄ
Ｎ電子数｜を演算し、ゲインを調整して得られる分光特
性である。
入した上で得られるＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力
を用いて、上述したようにＢ成分信号＝ＤＮ出力＝ＤＮ
電子数、Ｇ成分信号＝ＰＷＬ出力＋ＤＮ出力＝｜ＰＷＬ
正孔数ーＤＮ電子数｜、Ｒ成分信号＝ＮＷＬ出力＋ＰＷ
Ｌ出力＋ＤＮ出力＝｜ＮＷＬ電子数ーＰＷＬ正孔数＋Ｄ
Ｎ電子数｜を演算し、ゲインを調整して得られる分光特
性である。
【００１４】上記の通り、３層構造のフォトダイオード
は、ｐｎ接合の深さを異ならせることにより、異なる波
長帯域の光を検出できるが、得られる３つの信号は互い
に光電変換する波長帯域の重複が大きい。たとえば、真
ん中の層のフォトダイオードのピーク感度をＧ色(545n
m)付近に設計した場合、このフォトダイオードではＲ色
(630nm)付近の光信号も、Ｂ色(450nm)付近の光信号も数
十％以上の割合で光電変換してしまう。このように混色
の大きい信号を演算処理すると、色再現性が悪くなり、
ノイズの影響を受けやすい。
は、ｐｎ接合の深さを異ならせることにより、異なる波
長帯域の光を検出できるが、得られる３つの信号は互い
に光電変換する波長帯域の重複が大きい。たとえば、真
ん中の層のフォトダイオードのピーク感度をＧ色(545n
m)付近に設計した場合、このフォトダイオードではＲ色
(630nm)付近の光信号も、Ｂ色(450nm)付近の光信号も数
十％以上の割合で光電変換してしまう。このように混色
の大きい信号を演算処理すると、色再現性が悪くなり、
ノイズの影響を受けやすい。
【００１５】また、各フォトダイオードのゲイン、すな
わち、単位電荷量により発生するダイオードの電圧変化
量は、そのフォトダイオードのｐｎ接合容量Ｃに反比例
する。３つのダイオードの面積は必然的に異なる上に、
単位面積あたりのｐｎ接合容量は各拡散層の濃度にも依
存するので、３つのフォトダイオードの容量を一致させ
ることは困難である。したがって読み出された３つの光
信号はそれぞれ異なるゲインを有するので、信号演算上
扱いづらいものになってしまう。
わち、単位電荷量により発生するダイオードの電圧変化
量は、そのフォトダイオードのｐｎ接合容量Ｃに反比例
する。３つのダイオードの面積は必然的に異なる上に、
単位面積あたりのｐｎ接合容量は各拡散層の濃度にも依
存するので、３つのフォトダイオードの容量を一致させ
ることは困難である。したがって読み出された３つの光
信号はそれぞれ異なるゲインを有するので、信号演算上
扱いづらいものになってしまう。
【００１６】更に、３つのフォトダイオードの内、上下
方向に隣接している２つのフォトダイオードはｐｎ接合
を通じて互いに容量結合している。また、光電変換によ
り発生した電荷がフォトダイオードに蓄積されるにつ
れ、フォトダイオードの容量が変化してゆく。そのた
め、ある層のフォトダイオードの電位は、他の層のフォ
トダイオードに蓄積されている電荷量にも影響を受ける
ことになる。このため、フォトダイオードの線形性がく
ずれたり、色により線形性が変化してしまう。
方向に隣接している２つのフォトダイオードはｐｎ接合
を通じて互いに容量結合している。また、光電変換によ
り発生した電荷がフォトダイオードに蓄積されるにつ
れ、フォトダイオードの容量が変化してゆく。そのた
め、ある層のフォトダイオードの電位は、他の層のフォ
トダイオードに蓄積されている電荷量にも影響を受ける
ことになる。このため、フォトダイオードの線形性がく
ずれたり、色により線形性が変化してしまう。
【００１７】具体的に説明すると、図１３に示すよう
に、ｎ形領域１０６、ｐウェル１０４、ｎウェル１０２
には中性領域が存在し、接合部にそれぞれＣ１、Ｃ２、
Ｃ３の容量が存在する。加えて、図１３に示すような従
来の読み出し回路で電圧信号を読み出す場合、読み出し
回路の寄生容量Ｃ１’、Ｃ２’ 、Ｃ３’が付く。この
結果読み出される電圧は、各出力ともＣ１〜Ｃ３、
Ｃ１’〜Ｃ３’を含み、ＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ
出力が互いに影響合う複雑な電圧として読み出されてし
まう。即ち、各出力からの読出しゲインが異なり、更に
は他の出力の影響も受ける。具体的に言えば、仮にＮＷ
Ｌ電子数が０であっても、ＤＮ電子数が発生してしまう
とＮＷＬ出力は０ではなく、ＤＮ電荷／（Ｃ１＋
Ｃ１’）という値が出力される。
に、ｎ形領域１０６、ｐウェル１０４、ｎウェル１０２
には中性領域が存在し、接合部にそれぞれＣ１、Ｃ２、
Ｃ３の容量が存在する。加えて、図１３に示すような従
来の読み出し回路で電圧信号を読み出す場合、読み出し
回路の寄生容量Ｃ１’、Ｃ２’ 、Ｃ３’が付く。この
結果読み出される電圧は、各出力ともＣ１〜Ｃ３、
Ｃ１’〜Ｃ３’を含み、ＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ
出力が互いに影響合う複雑な電圧として読み出されてし
まう。即ち、各出力からの読出しゲインが異なり、更に
は他の出力の影響も受ける。具体的に言えば、仮にＮＷ
Ｌ電子数が０であっても、ＤＮ電子数が発生してしまう
とＮＷＬ出力は０ではなく、ＤＮ電荷／（Ｃ１＋
Ｃ１’）という値が出力される。
【００１８】図１４に示すような読み出し回路により電
圧信号を読み出す場合も、ｎ形領域１０６、ｐウェル１
０４、ｎウェル１０２の接合部の容量Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ３、及び読み出し回路の寄生容量Ｃ１’〜Ｃ３’が存
在するために、ＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力が互
いに影響し合い、且つ、読出しゲインも異なるものにな
ってしまう。
圧信号を読み出す場合も、ｎ形領域１０６、ｐウェル１
０４、ｎウェル１０２の接合部の容量Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ３、及び読み出し回路の寄生容量Ｃ１’〜Ｃ３’が存
在するために、ＤＮ出力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力が互
いに影響し合い、且つ、読出しゲインも異なるものにな
ってしまう。
【００１９】このようにして読み出された信号値を用い
た場合、上述した図１５（ａ）の破線Ｇ及びＲを得るた
めの演算を行っても、高品質の信号値Ｇ及びＲを得るこ
とはできない。
た場合、上述した図１５（ａ）の破線Ｇ及びＲを得るた
めの演算を行っても、高品質の信号値Ｇ及びＲを得るこ
とはできない。
【００２０】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
であり、複数層のフォトダイオードからの信号読み出し
時に、混色を抑えた、色分離性の高い信号を読み出すこ
とを第１の目的とする。
であり、複数層のフォトダイオードからの信号読み出し
時に、混色を抑えた、色分離性の高い信号を読み出すこ
とを第１の目的とする。
【００２１】また、各色信号の読み出し時のゲイン差を
縮小することを第２の目的とする。
縮小することを第２の目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の光電変換素子は、第１導電型の領域
と、前記第１導電型と逆の導電型である第２導電型の領
域を交互に複数積層して成り、前記第１導電型及び第２
導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長
帯域の光を主に光電変換するために適した深さとなるよ
うに形成し、各波長帯域毎の信号を出力し、表面に最も
近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域と逆の導電
型の領域で覆ったことを特徴とする。
るために、本発明の光電変換素子は、第１導電型の領域
と、前記第１導電型と逆の導電型である第２導電型の領
域を交互に複数積層して成り、前記第１導電型及び第２
導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長
帯域の光を主に光電変換するために適した深さとなるよ
うに形成し、各波長帯域毎の信号を出力し、表面に最も
近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域と逆の導電
型の領域で覆ったことを特徴とする。
【００２３】また、上記第２の目的を達成するために、
積層された上記第１導電型及び第２導電型の領域の濃度
が、所定の電位にリセットすることにより空乏状態とな
る濃度にする。
積層された上記第１導電型及び第２導電型の領域の濃度
が、所定の電位にリセットすることにより空乏状態とな
る濃度にする。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。
の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】＜第１の実施形態＞図１は、本発明の第１
の実施形態における３層フォトダイオード構造を有する
１画素の断面の概略図である。
の実施形態における３層フォトダイオード構造を有する
１画素の断面の概略図である。
【００２６】図１において、１０はｐ形の基板、１１は
ｐ基板１０上に形成されたｎ形領域（ｎウェル）、１２
はｎウェル１１上に形成されたｐ形領域（ｐウェル）、
１３はｐウェル１２上に形成されたｎ形領域（ｎウェ
ル）、１４はｎウェル１３上に形成されたｐ形領域であ
る。
ｐ基板１０上に形成されたｎ形領域（ｎウェル）、１２
はｎウェル１１上に形成されたｐ形領域（ｐウェル）、
１３はｐウェル１２上に形成されたｎ形領域（ｎウェ
ル）、１４はｎウェル１３上に形成されたｐ形領域であ
る。
【００２７】図２は、図１に示す構造を有する画素のポ
テンシャル図であり、横軸が深さを、縦軸が電位を表し
ている。なお、深さＡ〜Ｄは、図１に示す深さＡ〜Ｄに
対応している。
テンシャル図であり、横軸が深さを、縦軸が電位を表し
ている。なお、深さＡ〜Ｄは、図１に示す深さＡ〜Ｄに
対応している。
【００２８】画素表面から入射する光は、波長の長いも
のほど深くまで到達するため、上記構成では、表面Ｏ〜
深さＢ間に主に波長の短いＢ成分の光による電子が蓄積
され、深さＡ〜Ｃ間に主に中間の波長であるＧ成分の光
による正孔が蓄積され、深さＢ〜Ｄ間に主に波長の長い
Ｒ成分の光による電子が蓄積される。そして、それぞれ
に蓄積された電荷が読み出される。
のほど深くまで到達するため、上記構成では、表面Ｏ〜
深さＢ間に主に波長の短いＢ成分の光による電子が蓄積
され、深さＡ〜Ｃ間に主に中間の波長であるＧ成分の光
による正孔が蓄積され、深さＢ〜Ｄ間に主に波長の長い
Ｒ成分の光による電子が蓄積される。そして、それぞれ
に蓄積された電荷が読み出される。
【００２９】図２から分かるように、図１のように画素
表面にｐ層を設け、表面の電位を高くしておくことで、
表面付近で発生した正孔、すなわち主にＢ成分の光に起
因して発生した正孔及び暗電流を表面Ｏ〜深さＡ間にト
ラップすることができる。これにより、深さＡ〜Ｃ間に
蓄積されるＧ成分の光に起因する正孔とＢ成分の光に起
因して発生した正孔及び暗電流とが混ざり合うことを防
ぐことができる。一方、表面のｐ層でＢ成分の光に起因
して発生した電子は表面Ｏ〜深さＡ間に蓄積されるの
で、Ｂ成分の出力信号は、従来と同様のレベルに保たれ
る。
表面にｐ層を設け、表面の電位を高くしておくことで、
表面付近で発生した正孔、すなわち主にＢ成分の光に起
因して発生した正孔及び暗電流を表面Ｏ〜深さＡ間にト
ラップすることができる。これにより、深さＡ〜Ｃ間に
蓄積されるＧ成分の光に起因する正孔とＢ成分の光に起
因して発生した正孔及び暗電流とが混ざり合うことを防
ぐことができる。一方、表面のｐ層でＢ成分の光に起因
して発生した電子は表面Ｏ〜深さＡ間に蓄積されるの
で、Ｂ成分の出力信号は、従来と同様のレベルに保たれ
る。
【００３０】図３は、図１において、Ａ〜Ｃのそれぞれ
の深さをＡ＝0.5μm、Ｂ＝1.0μm、Ｃ＝1.2μmに設定し
た場合の分光特性を示す。図３から分かるように、従来
のように読み出された３つの信号を演算処理をしなくて
も、良好な色分離を実現することができる。
の深さをＡ＝0.5μm、Ｂ＝1.0μm、Ｃ＝1.2μmに設定し
た場合の分光特性を示す。図３から分かるように、従来
のように読み出された３つの信号を演算処理をしなくて
も、良好な色分離を実現することができる。
【００３１】また、演算を行わず、各出力を単純ゲイン
調整して得られたのが図４に示す分光特性である。この
ように、読み出し系及び暗電流のノイズが重畳されない
低ノイズの信号を得ることが可能となる。
調整して得られたのが図４に示す分光特性である。この
ように、読み出し系及び暗電流のノイズが重畳されない
低ノイズの信号を得ることが可能となる。
【００３２】なお、上記説明では３層構造のフォトダイ
オードを説明したがこれに限るものではなく、２層構造
や、４層構造など、任意の複数のフォトダイオードを形
成することが可能である。また、表面にｐ領域を構成し
たが、最上部のフォトダイオードの表面側の領域と伝導
型と反対の伝導型を有する領域を、当該フォトダイオー
ドの表面に構成することが重要である。従って、最上部
のフォトダイオードの表面型の領域がｐ型であれば、表
面領域はｎ型により構成する必要がある。
オードを説明したがこれに限るものではなく、２層構造
や、４層構造など、任意の複数のフォトダイオードを形
成することが可能である。また、表面にｐ領域を構成し
たが、最上部のフォトダイオードの表面側の領域と伝導
型と反対の伝導型を有する領域を、当該フォトダイオー
ドの表面に構成することが重要である。従って、最上部
のフォトダイオードの表面型の領域がｐ型であれば、表
面領域はｎ型により構成する必要がある。
【００３３】図５は図１に示す３層構造のフォトダイオ
ード１画素と、その読み出し回路を説明するための回路
図であり、図１に示す光電変換部の平面構造を模式的に
表し、読出し等価回路を合わせて記載したものである。
図１のものと同様の構成には同じ参照番号を付し、説明
を省略する。また、３１〜３３は電極、３４はＤＮ出力
線、３５はＰＷＬ出力線、３６はＮＷＬ出力線である。
ード１画素と、その読み出し回路を説明するための回路
図であり、図１に示す光電変換部の平面構造を模式的に
表し、読出し等価回路を合わせて記載したものである。
図１のものと同様の構成には同じ参照番号を付し、説明
を省略する。また、３１〜３３は電極、３４はＤＮ出力
線、３５はＰＷＬ出力線、３６はＮＷＬ出力線である。
【００３４】図５に示す構成において、ｎウェル１３、
ｐウェル１２、ｎウェル１１を、所定のリセット電圧を
かけることで空乏化するような濃度設定にし、各領域に
引き出し電極３１〜３３を設け、所定のリセット電位を
かけると、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウェル１１
が空乏化し、各接合部の容量は限りなく小さい値にな
る。これにより、図１３に示すような、接合面に生じる
容量Ｃ１〜Ｃ３が極めて小さくすることができ、ＤＮ出
力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力が相互に影響しなくなる。
ｐウェル１２、ｎウェル１１を、所定のリセット電圧を
かけることで空乏化するような濃度設定にし、各領域に
引き出し電極３１〜３３を設け、所定のリセット電位を
かけると、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウェル１１
が空乏化し、各接合部の容量は限りなく小さい値にな
る。これにより、図１３に示すような、接合面に生じる
容量Ｃ１〜Ｃ３が極めて小さくすることができ、ＤＮ出
力、ＰＷＬ出力、ＮＷＬ出力が相互に影響しなくなる。
【００３５】上記構成において、たとえば、ＤＮ出力線
３４、ＰＷＬ出力線３５、ＮＷＬ出力線３６をそれぞれ
Ｖ１＝３Ｖ、Ｖ２＝１Ｖ、Ｖ３＝３Ｖにリセットし、逆
バイアス0.5Ｖで空乏化するよう設計すると、少なくと
もＣ’×0.5（Ｃ＝Ｃ１’＝Ｃ２’＝ Ｃ３’）を良好に
読み出すことができる。
３４、ＰＷＬ出力線３５、ＮＷＬ出力線３６をそれぞれ
Ｖ１＝３Ｖ、Ｖ２＝１Ｖ、Ｖ３＝３Ｖにリセットし、逆
バイアス0.5Ｖで空乏化するよう設計すると、少なくと
もＣ’×0.5（Ｃ＝Ｃ１’＝Ｃ２’＝ Ｃ３’）を良好に
読み出すことができる。
【００３６】なお、ＤＮ出力線３４、ＰＷＬ出力線３
５、ＮＷＬ出力線３６のリセット電圧は３Ｖ、１Ｖ、３
Ｖに限るものではなく、適宜調整可能であることは言う
までもない。
５、ＮＷＬ出力線３６のリセット電圧は３Ｖ、１Ｖ、３
Ｖに限るものではなく、適宜調整可能であることは言う
までもない。
【００３７】この結果、完全な電荷転送は困難であるも
のの、発生した電荷の殆どを設計された外部容量に読み
出すことが可能となる。なお、各領域に電極があるが、
これも最終的には空乏層を介し接地するため影響はな
い。また、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウェル１１
の接合容量とは関係なく設計された容量Ｃ１’〜Ｃ３’
に読み出すことが可能となるため、各信号の読出しゲイ
ンを概ねそろえて出力することができる。
のの、発生した電荷の殆どを設計された外部容量に読み
出すことが可能となる。なお、各領域に電極があるが、
これも最終的には空乏層を介し接地するため影響はな
い。また、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウェル１１
の接合容量とは関係なく設計された容量Ｃ１’〜Ｃ３’
に読み出すことが可能となるため、各信号の読出しゲイ
ンを概ねそろえて出力することができる。
【００３８】なお、上述したようにｎウェル１３、ｐウ
ェル１２、ｎウェル１１を、所定のリセット電圧をかけ
ることで空乏化するような濃度設定にし、所定のリセッ
ト電位をかけると、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウ
ェル１１が空乏化するような構成を、図１４に示すよう
な転送スイッチによる読み出し回路構成と組み合わせる
ようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
ェル１２、ｎウェル１１を、所定のリセット電圧をかけ
ることで空乏化するような濃度設定にし、所定のリセッ
ト電位をかけると、ｎウェル１３、ｐウェル１２、ｎウ
ェル１１が空乏化するような構成を、図１４に示すよう
な転送スイッチによる読み出し回路構成と組み合わせる
ようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】＜変形例＞図６は、本発明の３層フォトダ
イオード構造の別の構成を示す断面の概略図であり、図
１と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略す
る。図６では、表面のｐ形領域１４’と、ｐウェル１
２’とが一部繋がっているところが、図１の構造と異な
る。
イオード構造の別の構成を示す断面の概略図であり、図
１と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略す
る。図６では、表面のｐ形領域１４’と、ｐウェル１
２’とが一部繋がっているところが、図１の構造と異な
る。
【００４０】上記構成でも、第１の実施形態と同様の効
果を得ることができる。
果を得ることができる。
【００４１】＜第２の実施形態＞上記第１の実施形態で
は３層構造のフォトダイオードについて説明したが、３
層に限るものではなく、２層構造にしても良い。本第２
の実施形態では、２層構造のフォトダイオードを２次元
アレイに接続する場合（エリアセンサを構成する場合）
について説明する。
は３層構造のフォトダイオードについて説明したが、３
層に限るものではなく、２層構造にしても良い。本第２
の実施形態では、２層構造のフォトダイオードを２次元
アレイに接続する場合（エリアセンサを構成する場合）
について説明する。
【００４２】図７（ａ）及び（ｂ）は２層構造のフォト
ダイオードを用いたエリアセンサの内、４画素分の配列
を示すもので、水平及び垂直方向に任意の数だけ繰り返
し構成される。
ダイオードを用いたエリアセンサの内、４画素分の配列
を示すもので、水平及び垂直方向に任意の数だけ繰り返
し構成される。
【００４３】図７（ａ）は、１画素において同時にＢ及
びＧ成分の光（可視光の内、短〜中波長光）を主に光電
変換するように設定された画素（以下Ｂ／Ｇ画素）と、
Ｇ及びＲ成分の光（可視光の内、中〜長波長光）を主に
光電変換するように設定された画素（以下Ｇ／Ｒ画素）
とを市松状に配列した例を示す。但し、両画素がそれぞ
れ中波長光を主に光電変換する分光感度は必ずしも同じ
ではない。Ｂ／Ｇ画素の表面には、Ｒ成分の光をカット
するようにＣｙフィルタを、Ｇ／Ｒ画素の表面には、Ｂ
成分の光をカットするようにＭｇフィルタを配置する。
図７（ａ）に示す配列では、各画素から輝度信号となる
Ｇ信号を得ることができるので、解像度を維持すること
ができる。
びＧ成分の光（可視光の内、短〜中波長光）を主に光電
変換するように設定された画素（以下Ｂ／Ｇ画素）と、
Ｇ及びＲ成分の光（可視光の内、中〜長波長光）を主に
光電変換するように設定された画素（以下Ｇ／Ｒ画素）
とを市松状に配列した例を示す。但し、両画素がそれぞ
れ中波長光を主に光電変換する分光感度は必ずしも同じ
ではない。Ｂ／Ｇ画素の表面には、Ｒ成分の光をカット
するようにＣｙフィルタを、Ｇ／Ｒ画素の表面には、Ｂ
成分の光をカットするようにＭｇフィルタを配置する。
図７（ａ）に示す配列では、各画素から輝度信号となる
Ｇ信号を得ることができるので、解像度を維持すること
ができる。
【００４４】このように、２層構造のフォトダイオード
とフィルタとを組み合わせることにより、各画素毎に目
的の２色成分の信号を得ることができる。このようにし
て得られた各画素２色成分の信号には公知の演算を施し
画素間で補間することで、結果的に各画素３色の信号を
得ることができる。
とフィルタとを組み合わせることにより、各画素毎に目
的の２色成分の信号を得ることができる。このようにし
て得られた各画素２色成分の信号には公知の演算を施し
画素間で補間することで、結果的に各画素３色の信号を
得ることができる。
【００４５】また、図７（ｂ）は、画素上にＧフィルタ
を配置し、Ｇ成分の光を主に光電変換する１層構造のフ
ォトダイオード（以下Ｇ画素）と、画素上にＹｅフィル
タを配置し、Ｂ及びＲ成分の光を主に光電変換するよう
に設定された２層構造のフォトダイオード（以下Ｂ／Ｒ
画素）とを市松状に配列した例を示す。
を配置し、Ｇ成分の光を主に光電変換する１層構造のフ
ォトダイオード（以下Ｇ画素）と、画素上にＹｅフィル
タを配置し、Ｂ及びＲ成分の光を主に光電変換するよう
に設定された２層構造のフォトダイオード（以下Ｂ／Ｒ
画素）とを市松状に配列した例を示す。
【００４６】このように構成することで、図１及び図７
（ａ）に示す構成により解像度は劣るものの、より簡易
な構造で１層構造のフォトダイオードを使う場合に比べ
て、解像度の高い画像を得ることができる。
（ａ）に示す構成により解像度は劣るものの、より簡易
な構造で１層構造のフォトダイオードを使う場合に比べ
て、解像度の高い画像を得ることができる。
【００４７】なお、図７（ａ）に示す構成では、２層構
造のフォトダイオードとカラーフィルタとを組み合わせ
た構成について説明したが、カラーフィルタを必ずしも
用いる必要はない。その場合、隣接する画素の信号を用
いることにより色分離を行うことができる。
造のフォトダイオードとカラーフィルタとを組み合わせ
た構成について説明したが、カラーフィルタを必ずしも
用いる必要はない。その場合、隣接する画素の信号を用
いることにより色分離を行うことができる。
【００４８】＜第３の実施形態＞次に、図８を参照し
て、上記第１及び第２実施形態で説明した撮像装置を用
いた撮像システムについて説明する。
て、上記第１及び第２実施形態で説明した撮像装置を用
いた撮像システムについて説明する。
【００４９】図８において、４０１はレンズのプロテク
トとメインスイッチを兼ねるバリア、４０２は被写体の
光学像を固体撮像素子４０４に結像させるレンズ、４０
３はレンズ４０２を通った光量を可変制御するための絞
り、４０４はレンズ４０２により結像された被写体光学
像を画像信号として取り込むための固体撮像素子、４０
５は、固体撮像素子４０４から出力される画像信号を増
幅するゲイン可変アンプ部及びゲイン値を補正するため
のゲイン補正回路部等を含む撮像信号処理回路、４０６
は固体撮像素子４０４より出力される画像信号のアナロ
グーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、４０７はＡ／
Ｄ変換器４０６より出力された画像データに各種の補正
を行ったりデータを圧縮する信号処理部、４０８は固体
撮像素子４０４、撮像信号処理回路４０５、Ａ／Ｄ変換
器４０６、信号処理部４０７に、各種タイミング信号を
出力するタイミング発生部、４０９は各種演算とスチル
ビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、４１０
は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、４１１
は記録媒体に記録または読み出しを行うための記録媒体
制御インターフェース部、４１２は画像データの記録ま
たは読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体、４１３は外部コンピュータ等と通信する為のイ
ンターフェース部である。
トとメインスイッチを兼ねるバリア、４０２は被写体の
光学像を固体撮像素子４０４に結像させるレンズ、４０
３はレンズ４０２を通った光量を可変制御するための絞
り、４０４はレンズ４０２により結像された被写体光学
像を画像信号として取り込むための固体撮像素子、４０
５は、固体撮像素子４０４から出力される画像信号を増
幅するゲイン可変アンプ部及びゲイン値を補正するため
のゲイン補正回路部等を含む撮像信号処理回路、４０６
は固体撮像素子４０４より出力される画像信号のアナロ
グーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、４０７はＡ／
Ｄ変換器４０６より出力された画像データに各種の補正
を行ったりデータを圧縮する信号処理部、４０８は固体
撮像素子４０４、撮像信号処理回路４０５、Ａ／Ｄ変換
器４０６、信号処理部４０７に、各種タイミング信号を
出力するタイミング発生部、４０９は各種演算とスチル
ビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、４１０
は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、４１１
は記録媒体に記録または読み出しを行うための記録媒体
制御インターフェース部、４１２は画像データの記録ま
たは読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体、４１３は外部コンピュータ等と通信する為のイ
ンターフェース部である。
【００５０】また図９は、固体撮像素子４０４の詳細構
成を示す図であり、各画素は、上記第１又は２の実施形
態で説明した構成のいずれかを有していてもよいが、こ
こでは図５に示す構成を有するものとする。以下、図９
の構成及びその動作について、図１０のタイミングチャ
ートを参照しながらその動作を説明する。
成を示す図であり、各画素は、上記第１又は２の実施形
態で説明した構成のいずれかを有していてもよいが、こ
こでは図５に示す構成を有するものとする。以下、図９
の構成及びその動作について、図１０のタイミングチャ
ートを参照しながらその動作を説明する。
【００５１】５０１は画素に蓄積された電荷を転送する
行を選択する垂直走査回路、５０２は各画素から転送さ
れた信号電荷及び各画素をリセットした時のノイズ成分
を各色毎に一時保持する保持回路である。この時、ノイ
ズ成分とはリセットした時のリセットランダムノイズや
読出し回路が持つ固定パターンノイズなどを示す。図９
には保持回路５０２は１組しか示していないが、実際に
は各列に対応するように複数構成される。また、５０３
は保持回路５０２に蓄積された電荷を信号出力部５０４
に順次転送するための水平走査回路である。信号処理出
力部５０４では転送された信号電荷からノイズ成分をそ
れぞれ差分処理して、各色信号を出力する。
行を選択する垂直走査回路、５０２は各画素から転送さ
れた信号電荷及び各画素をリセットした時のノイズ成分
を各色毎に一時保持する保持回路である。この時、ノイ
ズ成分とはリセットした時のリセットランダムノイズや
読出し回路が持つ固定パターンノイズなどを示す。図９
には保持回路５０２は１組しか示していないが、実際に
は各列に対応するように複数構成される。また、５０３
は保持回路５０２に蓄積された電荷を信号出力部５０４
に順次転送するための水平走査回路である。信号処理出
力部５０４では転送された信号電荷からノイズ成分をそ
れぞれ差分処理して、各色信号を出力する。
【００５２】次に、固体撮像素子４０４の動作として、
画素Ｐ(1,1)から電荷を読み出す場合について説明す
る。
画素Ｐ(1,1)から電荷を読み出す場合について説明す
る。
【００５３】まず、ｔ1において、ＲＥＳ１〜ＲＥＳｍ
をＨにして、各フォトダイオードの各領域を空乏状態に
する。その後固体撮像素子４０４を所定時間露光し、ま
ずｔ 2で信号ＰＣＴＲをハイ（Ｈ）として、保持回路５
０２内の容量ＣＴＮＲ、ＣＴＳＲ、ＣＴＮＧ、ＣＴＳ
Ｇ、ＣＴＮＢ、ＣＴＳＢをリセットする。リセット後、
ｔ3でＲＯＷＲ１及びＰＴＳＲをＨにし、最下部のフォ
トダイオードにより得られた電荷を容量ＣＴＳＲに転送
する。次に、ｔ4でＲＯＷＧ１及びＰＴＳＧ、そしてｔ5
でＲＯＷＢ１及びＰＴＳＢをＨにして、それぞれ容量Ｃ
ＴＳＧ及びＣＴＳＢに中央及び最上部のフォトダイオー
ドにより得られた電荷をそれぞれ読み出す。
をＨにして、各フォトダイオードの各領域を空乏状態に
する。その後固体撮像素子４０４を所定時間露光し、ま
ずｔ 2で信号ＰＣＴＲをハイ（Ｈ）として、保持回路５
０２内の容量ＣＴＮＲ、ＣＴＳＲ、ＣＴＮＧ、ＣＴＳ
Ｇ、ＣＴＮＢ、ＣＴＳＢをリセットする。リセット後、
ｔ3でＲＯＷＲ１及びＰＴＳＲをＨにし、最下部のフォ
トダイオードにより得られた電荷を容量ＣＴＳＲに転送
する。次に、ｔ4でＲＯＷＧ１及びＰＴＳＧ、そしてｔ5
でＲＯＷＢ１及びＰＴＳＢをＨにして、それぞれ容量Ｃ
ＴＳＧ及びＣＴＳＢに中央及び最上部のフォトダイオー
ドにより得られた電荷をそれぞれ読み出す。
【００５４】次にｔ6でＲＥＳ１を再びＨにし、Ｈにし
たままの状態で、ＲＯＷＲ１、ＰＴＮＲ（ｔ7）、ＲＯ
ＷＧ１、ＰＴＮＧ（ｔ8）、ＲＯＷＢ１、ＰＴＮＢ
（ｔ9）を順次Ｈにすることで、ノイズ成分をＣＴＮ
Ｒ、ＣＴＮＧ、ＣＴＮＢにそれぞれ読み出す。
たままの状態で、ＲＯＷＲ１、ＰＴＮＲ（ｔ7）、ＲＯ
ＷＧ１、ＰＴＮＧ（ｔ8）、ＲＯＷＢ１、ＰＴＮＢ
（ｔ9）を順次Ｈにすることで、ノイズ成分をＣＴＮ
Ｒ、ＣＴＮＧ、ＣＴＮＢにそれぞれ読み出す。
【００５５】そして、ｔ10でＨ１をＨにして容量ＰＴＳ
ＲとＰＴＮＲ、ＰＴＳＧとＰＴＮＧ、ＰＴＳＢとＰＴＮ
Ｂの電荷を信号処理部５０４の対応する差動アンプに転
送し、露光により蓄積された電荷から、ノイズ成分の電
荷を差し引き、出力する。
ＲとＰＴＮＲ、ＰＴＳＧとＰＴＮＧ、ＰＴＳＢとＰＴＮ
Ｂの電荷を信号処理部５０４の対応する差動アンプに転
送し、露光により蓄積された電荷から、ノイズ成分の電
荷を差し引き、出力する。
【００５６】以降、Ｈ２〜Ｈｎを順次Ｈにし、その間に
ＰＣＨＲをＨにすることによって、信号処理部５０４へ
の配線を所定電位にリセットしながら、１行分の電荷を
順次差動アンプに転送して、差分を出力する。また、ｔ
2以降の動作を行数分繰り返すことで、１フレーム分の
画像信号を読み出すことができる。
ＰＣＨＲをＨにすることによって、信号処理部５０４へ
の配線を所定電位にリセットしながら、１行分の電荷を
順次差動アンプに転送して、差分を出力する。また、ｔ
2以降の動作を行数分繰り返すことで、１フレーム分の
画像信号を読み出すことができる。
【００５７】次に、前述の構成における撮影時のスチル
ビデオカメラの動作について説明する。
ビデオカメラの動作について説明する。
【００５８】バリア４０１がオープンされるとメイン電
源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更
にＡ／Ｄ変換器４０６などの撮像系回路の電源がオンさ
れる。
源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更
にＡ／Ｄ変換器４０６などの撮像系回路の電源がオンさ
れる。
【００５９】その後、露光量を制御する為に、全体制御
・演算部４０９は絞り４０３を開放にし、固体撮像素子
４０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器４０６で変換
された後、信号処理部４０７に入力される。全体制御・
演算部４０９は、信号処理部４０７により所定の信号処
理がされたデータを基に測光を行い、その結果により明
るさを判断し、露出の演算を行う。そして得られた露出
に応じて絞り４０３を制御する。
・演算部４０９は絞り４０３を開放にし、固体撮像素子
４０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器４０６で変換
された後、信号処理部４０７に入力される。全体制御・
演算部４０９は、信号処理部４０７により所定の信号処
理がされたデータを基に測光を行い、その結果により明
るさを判断し、露出の演算を行う。そして得られた露出
に応じて絞り４０３を制御する。
【００６０】次に、固体撮像素子４０４から出力された
信号を基に、全体制御・演算部４０９は高周波成分を取
り出し被写体までの距離の演算を行う。その後、レンズ
を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断
した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、合
焦が確認された後に本露光を始める。
信号を基に、全体制御・演算部４０９は高周波成分を取
り出し被写体までの距離の演算を行う。その後、レンズ
を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断
した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、合
焦が確認された後に本露光を始める。
【００６１】露光が終了すると、固体撮像素子４０４か
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器４０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部４０７を通り全体制御・演算部４０
９によりメモリ部４１０に書き込まれる。
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器４０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部４０７を通り全体制御・演算部４０
９によりメモリ部４１０に書き込まれる。
【００６２】その後、メモリ部４１０に蓄積されたデー
タは、全体制御・演算部４０９の制御により記録媒体制
御Ｉ／Ｆ部４１１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体４１２に記録される。
タは、全体制御・演算部４０９の制御により記録媒体制
御Ｉ／Ｆ部４１１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体４１２に記録される。
【００６３】また、外部Ｉ／Ｆ部４１３を通して直接コ
ンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
ンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００６４】なお、上記複数層のフォトダイオードを用
いた固体撮像素子は、スチルビデオカメラに限らず、エ
リアセンサを用いる撮像装置に適用することができる。
更には１次元に配列してラインセンサを構成することに
より、スキャナやファクシミリなどの画像読み取り装置
に適用可能である。上記以外にも、固体撮像素子を用い
る様々な公知の装置に広く適用可能であることは、当業
者であれば容易に理解できるであろう。
いた固体撮像素子は、スチルビデオカメラに限らず、エ
リアセンサを用いる撮像装置に適用することができる。
更には１次元に配列してラインセンサを構成することに
より、スキャナやファクシミリなどの画像読み取り装置
に適用可能である。上記以外にも、固体撮像素子を用い
る様々な公知の装置に広く適用可能であることは、当業
者であれば容易に理解できるであろう。
【００６５】
【発明の効果】上記の通り本発明によれば、複数層のフ
ォトダイオードからの信号読み出し時に、混色を抑え
た、色分離性の高い信号を読み出すことができ、色分離
のための演算を減らすか、もしくは、不要にすることが
でき、より演算時のノイズ成分を抑圧することができ
る。
ォトダイオードからの信号読み出し時に、混色を抑え
た、色分離性の高い信号を読み出すことができ、色分離
のための演算を減らすか、もしくは、不要にすることが
でき、より演算時のノイズ成分を抑圧することができ
る。
【００６６】また、各色信号の読み出し時のゲインを概
ねそろえて出力することができ、簡単な処理で良好な画
像を得ることができる。
ねそろえて出力することができ、簡単な処理で良好な画
像を得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態における３層フォトダ
イオード構造を有する１画素の断面を示す概略図であ
る。
イオード構造を有する１画素の断面を示す概略図であ
る。
【図２】図１に示す３層構造のフォトダイオードのポテ
ンシャル図である。
ンシャル図である。
【図３】図１に示す３層構造のフォトダイオードから読
み出される信号出力を示す図である。
み出される信号出力を示す図である。
【図４】図３に示す信号出力にゲイン調整して得られる
信号出力を示す図である。
信号出力を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における３層構造のフ
ォトダイオード１画素と、その読み出し回路を説明する
ための図である。
ォトダイオード１画素と、その読み出し回路を説明する
ための図である。
【図６】本発明の変形例における３層フォトダイオード
構造を有する１画素の断面を示す概略図である。
構造を有する１画素の断面を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における複数層のフォ
トダイオードを用いたエリアセンサの内、４画素分の配
列例を示す図である。
トダイオードを用いたエリアセンサの内、４画素分の配
列例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における撮像システム
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示す固体撮像素子の詳細構成例を示す図
である。
である。
【図１０】図９の固体撮像素子を駆動するためのタイミ
ングチャートを示す図である。
ングチャートを示す図である。
【図１１】従来の３層構造のフォトダイオードの断面を
示す図である。
示す図である。
【図１２】図１１に示す３層構造のフォトダイオードの
ポテンシャル図である。
ポテンシャル図である。
【図１３】図１１に示す３層構造のフォトダイオードか
ら電荷を読み出すための読み出し回路を示す図である。
ら電荷を読み出すための読み出し回路を示す図である。
【図１４】図１１に示す３層構造のフォトダイオードか
ら電荷を読み出すための別の読み出し回路を示す図であ
る。
ら電荷を読み出すための別の読み出し回路を示す図であ
る。
【図１５】従来の３層構造のフォトダイオードを光照射
した場合に得られる信号値のシミュレーションを示す図
である。
した場合に得られる信号値のシミュレーションを示す図
である。
１０ ｐ形の基板
１１ ｎ形領域（ｎウェル）
１２ ｐ形領域（ｐウェル）
１３ ｎ形領域（ｎウェル）
１４ ｐ形領域
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ａ
Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA14 CA02 CA03
CA04 CA09 CA18 CA27 DD12
FA06 FA33 FA42 GC07
5C024 BX00 BX01 CX04 DX01 EX52
GX03 GY31 GY41 GZ00 HX18
HX29
5F049 MA02 NA04 NA10 NB05 QA07
QA17 RA03 SS02 UA01 WA03
Claims (15)
- 【請求項１】 第１導電型の領域と、前記第１導電型と
逆の導電型である第２導電型の領域を交互に複数積層し
て成り、前記第１導電型及び第２導電型の領域の各接合
面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変
換するために適した深さとなるように形成し、各波長帯
域毎の信号を出力する光電変換素子であって、 表面に最も近い接合面の表面側領域の表面を、当該領域
と逆の導電型の領域で覆ったことを特徴とする光電変換
素子。 - 【請求項２】 前記表面の領域を、その他の領域と異な
る電極に接続したことを特徴とする請求項１に記載の光
電変換素子。 - 【請求項３】 前記表面の領域と、当該領域の最も近い
導電型の領域とが電気的に接続されていることを特徴と
する請求項１に記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 前記積層された前記第１導電型及び第２
導電型の領域の濃度が、所定の電位にリセットすること
により空乏状態となる濃度であることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 前記積層された前記第１導電型及び第２
導電型の各領域が空乏状態となるように各領域を所定の
電位にリセットするリセット手段を更に有することを特
徴とする請求項４に記載の光電変換素子。 - 【請求項６】 複数の光電変換素子を配列して成る固体
撮像装置であって、前記各光電変換素子が請求項１乃至
３のいずれかに記載の光電変換素子の構成を有すること
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項７】 請求項１又は２に記載の光電変換素子の
構成を有し、それぞれ異なる複数の波長帯域の信号を出
力する第１及び第２の光電変換素子をそれぞれ複数配列
して成る固体撮像装置であって、 前記第１の光電変換素子は、第１及び第２の波長帯域の
光を主に光電変換し、 前記第２の光電変換素子は、第３及び第４の波長帯域の
光を主に光電変換することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項８】 前記第１の光電変換素子は前記第１及び
第２の波長帯域以外の光を遮光するフィルタを有し、前
記第２の光電変換素子は前記第３及び第４の波長帯域以
外の光を遮光するフィルタを有することを特徴とする請
求項７に記載の固体撮像装置。 - 【請求項９】 第１の波長帯域の光を主に光電変換する
第１の光電変換素子と、 請求項１又は２に記載の光電変換素子の構成を有し、第
２及び第３の波長帯域の光を主に光電変換する第２の光
電変換素子とをそれぞれ複数配列して成ることを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項１０】 前記第１の光電変換素子は表面に前記
第１の波長帯域以外の光を遮光するフィルタを有し、前
記第２の光電変換素子は表面に前記第１の波長帯域の光
を遮光するフィルタを有することを特徴とする請求項９
に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１１】 前記積層された前記第１導電型及び第
２導電型の領域の濃度が、所定の電位にリセットするこ
とにより空乏状態となる濃度であることを特徴とする請
求項６乃至１０のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１２】 前記積層された前記第１導電型及び第
２導電型の各領域が空乏状態となるように各領域を所定
の電位にリセットするリセット手段を更に有することを
特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１３】 前記各光電変換素子の各領域からそれ
ぞれ電気信号を取り出すための複数の電極と、 前記複数の電極にそれぞれ接続された複数のスイッチ
と、 前記複数の電極にそれぞれ接続された増幅手段とを更に
有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の固
体撮像装置。 - 【請求項１４】 請求項６乃至１３のいずれかに記載の
固体撮像装置を有することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項１５】 請求項６乃至１３のいずれかに記載の
固体撮像装置を有することを特徴とする画像読み取り装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104028A JP4154165B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置 |
| US10/407,264 US6956273B2 (en) | 2002-04-05 | 2003-04-04 | Photoelectric conversion element and solid-state image sensing device, camera, and image input apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104028A JP4154165B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003298102A true JP2003298102A (ja) | 2003-10-17 |
| JP2003298102A5 JP2003298102A5 (ja) | 2007-05-24 |
| JP4154165B2 JP4154165B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=28672272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002104028A Expired - Fee Related JP4154165B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置 |
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| US (1) | US6956273B2 (ja) |
| JP (1) | JP4154165B2 (ja) |
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