JPH0294565A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、テレビジョンカメラや電子スチルカメラ等に
使用される固体撮像装置に係わり、特に残像特性を改善
した固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 現在、固体撮像装置は、テレビジョンカメラや電子スチ
ルカメラ等に広く使用されている。この固体撮像装置は
、第６図に示す如く半導体基板６ユ、受光蓄積部となる
ｎ型層６３．電荷転送部となるｎ型層６４．信号読出し
ゲート６５．電荷読出し部６７、絶縁層６８１画素電極
６９．引出し電極７０．光電変換膜７１及び透明電極７
２等から構成されている。光電変換膜７１に入射した光
は光電変換され、画素電極６９及び引出し電極７０を通
り、電荷として受光蓄積部６３に蓄積される。そして、
ゲート６５及び電荷転送部６４からなる電荷読出し手段
６７により、ｎ型層６４側に読出され転送されていく。

電荷転送の様子を第７図に示す。受光蓄積部６３に蓄積
された電荷は、電荷読出し手段６７を通り、垂直方向の
電荷転送部（垂直レジスタ部）６４に読出され、更に水
平方向の電荷転送部（水平レジスタ部）７３へ転送され
る。そして、電荷検出部７４に転送され出力されること
になる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、光電変換膜内で光電変換された電荷は
膜内に存在するトラップ準位に捕獲され、ある時間をお
いて放出されるため、固体撮像装置における残像特性を
悪くする問題があった。

なお、残像を減らす手段として、特願昭６３＝７８９８
５号にあるように、外部よりバイアス光を入れる方法が
あるが、この場合チップ上に光を均一に照射することは
難しく確実に残像を低減することはできない。さらに、
新たに光源等が必要となり、構成の複雑化を招く。また
、電荷注入用ソース部及びバイアス注入用ゲートを設置
することによりバイアス電荷を注入する方法もあるが、
この場合バイアス電荷注入部が新たに必要となり、素子
面積か増大すると言う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、光電変換膜内に存在するトラップ準位
により、残像特性が悪くなる問題がある。また、残像を
減らすためにバイアス光を用いる方法では残像を確実に
低減することは困難であり、さらに構成の複雑化を招く
。また、受光蓄積部に隣接してバイアス電荷を注入する
部分を設置すると、素子の微細化及び高集積化が困難に
なる問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、光電変換膜内のトラップ準位に起因
する残像特性の低下を確実に抑えることができ、且つ素
子の微細化及び高集積化をはかり得る固体撮像装置を提
供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、電荷蓄積部にバイアス電荷を注入する
ことにより残像特性を改善すると共に、新たな構成要素
を平面的に付加することなく電荷の注入・排出を可能と
することにある。

即ち本発明は、第１導電型の半導体基板上に形成された
第２導電型のウェルと、このウェルに１列に配置された
第１導電型の複数の受光蓄積部と、該受光蓄積部に隣接
して１列に配置された第１導電型の電荷転送部と、前記
受光蓄積部と電荷転送部との間に配置され、受光蓄積部
に蓄積された信号電荷を電荷転送部側に読出す電荷読出
し手段と、前記各受光蓄積部に前記基板側からバイアス
電荷を注入する電荷注入手段と、注入されたバイアス電
荷を前記基板側に排出する電荷排出手段とを設けるよう
にしたものである。

また本発明は、第１導電型の半導体基板上に形成された
第２導電型のウェルと、このウェルに２次元状に配置さ
れた第１導電型の複数の受光蓄積部と、該受光蓄積部に
隣接して縦列状に配置された第１導電型の垂直レジスタ
部と、該垂直レジスタ部の端に接続して横列状に配置さ
れた第１導電型の水平レジスタ部と、前記受光蓄積部と
垂直レジスタ部との間に配置され各受光蓄積部に蓄積さ
れた信号電荷を垂直レジスタ側に読出す電荷読出し手段
と、前記各受光蓄積部に前記基板側からバイアス電荷を
注入する電荷注入手段と、注入されたバイアス電荷を前
記基板側に排出する電荷排出手段とを設けるようにした
ものである。

（作　用） 本発明によれば、受光蓄積部にバイアス電荷を注入する
ことで、残像特性を改善することができる。さらに、基
板側からウェルを介して受光蓄積部に電荷を注入するよ
うにしているので、バイアス電荷注入のための領域を必
要としない。同様に、電荷排出も基板側に行っているの
で、電荷排出のための領域を必要としない。従って、バ
イアス電荷の注入、排出のために微細化及び高集積化が
阻害されることはなく、システム構成の簡素化及び小形
化をはかることが可能となる。また、バイアス光を用い
るものとは異なり、バイアス電荷の不均一性を無くすこ
とができ、残像を確実に低減することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例に係わる
固体撮像装置を説明するためのもので、第１図は要部構
成を示す断面図、第２図は全体構成を示す平面図である
。図中１１はｎ型半導体基板であり、この基板１１上に
は薄いｐ型ウェル１２が形成されている。ウェル１２の
表面には、受光蓄積部として作用するｎ型層１３が２次
元状に配列され、更にこれらのｎ型層１３に隣接して電
荷転送部として作用するｎ型層（垂直レジスタ部）１４
が縦列状に配列されている。垂直レジスタ部１４上には
ｎ型層１３の電荷をｎ型層１４に読出すための読出しゲ
ート１５がそれぞれ配置されており、各ゲート１５間に
は垂直方向に電荷を転送するための転送ゲート１６が配
置されている。

ここで、ゲート１５はｎ型層１４の上からｎ型層１３の
端部まで延在している。そして、ｎ型層１３．１４間が
電荷読出し部１７となる。

ウェル１２及びゲート１５．１６上には絶縁膜１８を介
して画素電極１９が設けられており、この画素電極１９
は引出し電極２０を介して受光蓄積部１３に接続されて
いる。画素電極１９上にはアモルファスＳｉ等の光電変
換膜２１が形成され、更に光電変換膜２１上にはＩＴＯ
等の透明電極２２が形成されている。一方、第２図に示
す如く前記垂直レジスタ部１４の端部には、該レジスタ
部１４の電荷が転送される水平レジスタ部２３が横列方
向に設けられている。そして、水平レジスタ部２３の電
荷が電荷検出部２４により検出されて出力されるものと
なっている。

このような構成において、透明電極２２を通過した光は
光電変換膜２１内で光電変換され、画素電極１９及び引
出し電極２０を通り受光蓄積部１３内に信号電荷として
蓄積される。この信号電荷は、電荷読出し部１７を通し
て垂直レジスタ部１４に転送され、更に水平レジスタ２
３に転送される。ここまでの動作は、従来一般的な固体
撮像装置と同様である。

次に、基板１１に“Ｌ″となる印加電圧を加えることに
より、バイアス電荷を基板１１からウェル１２を通して
電荷蓄積部１３に注入する。この電荷は受光蓄積部１３
に蓄積されるのみならず、引出し電極２０及び画素電極
１９を通り光電変換膜２１内のトラップ準位を電荷で満
たす。次いで、この電荷を信号読出しに使った電荷読出
し部１７を通して垂直レジスタ部１４に読出す。そして
、例えば垂直レジスタ部１４におけるゲート電極１５の
印加電圧を“Ｌ″にすることで、垂直レジスタ１４の電
荷をウェル１２を通して基板１１内に排出する。

この方法では、基板１１にバイアス電荷注入用のソース
及びゲートを設置する必要がないため、バイアス電荷の
注入、排出のない固体撮像装置と同じ面積で形成するこ
とができる。

バイアス電荷の注入、排出の様子を、第３図及び第４図
を参照してさらに詳しく説明する。第３図は第１図の矢
視Ａ−Ａ’断面における電位分布を示す図である。図中
実線は通常動作時で基板１１に“Ｌ″の電圧を印加した
場合の電位分布であり、破線はバイアス電荷注入時で基
板１１に“Ｌ”の電圧を印加した場合の電位分布である
。

これにより、基板１１に印加する電圧をＬ＃にすること
で、基板１１中の電荷が受光蓄積部１３に注入されるこ
とが判る。

第４図は第１図の矢視Ｂ−Ｂ’断面における電位分布を
示す図である。図中実線はゲート電極１５に“Ｈ′の電
圧を印加した場合の電位分布であり、破線は“Ｌ”の電
圧を印加した場合の電位分布である。これにより、垂直
レジスタ部１４に読出された余分なバイアス電荷が、ゲ
ート電極１５に印加する電圧を“Ｌ″にすることで垂直
レジスタ部１４の下の半導体基板１１内に完全に排出さ
れる様子が理解できる。なお、バイアス電荷の排出手段
として、透明電極２２の印加電圧を“Ｌ”にして、受光
蓄積部１３から直接的に基板１１°側に電荷を排出する
ようにしてもよい。

前記電荷の注入、排出の方法は、バイポーラ接合トラン
ジスタに置き換えて考えることができる。

電荷注入時には受光蓄積部１３をコレクタ、ｐウェル１
２をベース、基板１１をエミッタとし、電荷排出時には
垂直レジスタ部１４をエミッタ、ｐウェル１２をベース
、基板１１をコレクタとするバイポーラトランジスタ動
作に置き換えられる。

また、第５図に示す如く電荷のストレージ部２５を有す
るような固体撮像装置においては、受光蓄積部１３に蓄
積された信号電荷は電荷読出し部１７を通り垂直レジス
タ部１４に読出され、高速転送されてストレージ部２５
に保持される。なお、この電荷は水平レジスタ部２３に
より電荷検出部２４に転送されて出力されることになる
。この後、基板１１に“Ｌ″の電圧を印加することによ
り、バイアス電荷は基板１１より受光蓄積部１３に注入
され、このバイアス電荷は電荷読出し部１７を通り垂直
レジスタ部１４に読出される。

そして、ゲート電極１５に印加される電圧を“Ｌ“にす
ることで、バイアス電荷は半導体基板１１内に排出され
る。この場合、バイアス電荷の排出において、垂直レジ
スタ部１４を使用し高速転送して排出する必要がなく、
簡単な駆動方法で行うことができる。

かくして本実施例によれば、基板１１側から受光蓄積部
１３にバイアス電荷を注入することにより、撮像素子面
内に均一に電荷が注入され、光電変換膜２１内のトラッ
プ準位に起因する残像特性の劣化を防止でき、良好な残
像特性を得ることができる。また、この構造を使って余
分なバイアス電荷を信号電荷と同じゲート１５を通して
基板１１側に排出しているので、受光蓄積部１３のバラ
ツキを相殺することができ、固定パターンノイズの発生
を未然に防止することができる。さらに、バイアス電荷
を注入、排出する部分を平面的に設ける必要がないため
、素子の微細化及び高集積化が容易であり、駆動方法も
簡単である。従って、画質を損うことなく残像特性を改
善することができ、テレビジョンカメラや電子スチルカ
メラ等に用いて絶大なる効果を発揮する。また、バイア
ス光を用いるものとは異なり、残像を確実に低減するこ
とができ、且つ装置構成の小形化をはかり得る等の利点
もある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。例えば、受光蓄積部は必ずしも２次元
状に配置されたものに限らず、１列に配置されたもので
あってもよい。また、バイアス電荷の注入、排出の手段
は実施例に限るものではなく、電荷注入時に基板−ウェ
ルが順バイアス、電荷排出時に受光蓄積部−ウェル又は
電荷転送部−ウェルが順バイアスとなるものであればよ
い。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、受光蓄積部にバイ
アス電荷を注入することにより、光電変換膜内のトラッ
プ準位に起因する残像特性の低下を抑えることができ、
良好な残像特性を持つ固体撮像装置を実現することが可
能となる。しかも、バイアス電荷の注入及び排出を基板
側から行っているので、新たな構成要素を平面的に付加
する必要がなく、素子の微細化及び高集積化をはかるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本発明の一実施例に係わる
固体撮像装置を説明するためのもので、第１図は要部構
成を示す断面図、第２図は全体構成を示す平面図、第３
図及び第４図は電位分布を示す模式図、第５図は上記実
施例の変形例を示す平面図、第６図及び第７図はそれぞ
れ従来の問題点を説明するための図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・ｐ型ウェル、１３・
・・ｎ型層（受光蓄積部）　１４・・・ｎ型層（垂直レ
ジスタ部）、１５・・・信号読出しゲート、１６・・・
転送ゲート、１７・・・電荷読出し部、１８・・・絶縁
層、１９・・・画素電極、２０・・・引出し電極、２１
・・・光電変換膜、２２・・・透明電極、２３・・・水
平レジスタ部、２４・・・電荷検出部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板上に形成された第２導電
   型のウェルと、このウェルに１列に配置された第１導電
   型の複数の受光蓄積部と、該受光蓄積部に隣接して１列
   に配置された第１導電型の電荷転送部と、前記受光蓄積
   部と電荷転送部との間に配置され、受光蓄積部に蓄積さ
   れた信号電荷を電荷転送部側に読出す電荷読出し手段と
   、前記各受光蓄積部に前記基板側からバイアス電荷を注
   入する電荷注入手段と、注入されたバイアス電荷を前記
   基板側に排出する電荷排出手段とを具備してなることを
   特徴とする固体撮像装置。
2. （２）第１導電型の半導体基板上に形成された第２導電
   型のウェルと、このウェルに２次元状に配置された第１
   導電型の複数の受光蓄積部と、該受光蓄積部に隣接して
   縦列状に配置された第１導電型の垂直レジスタ部と、該
   垂直レジスタ部の端に接続して横列状に配置された第１
   導電型の水平レジスタ部と、前記受光蓄積部と垂直レジ
   スタ部との間に配置され各受光蓄積部に蓄積された信号
   電荷を垂直レジスタ側に読出す電荷読出し手段と、前記
   各受光蓄積部に前記基板側からバイアス電荷を注入する
   電荷注入手段と、注入されたバイアス電荷を前記基板側
   に排出する電荷排出手段とを具備してなることを特徴と
   する固体撮像装置。
3. （３）前記バイアス電荷を注入する手段は、前記基板の
   電位を可変して基板−ウェルを順バイアスし、基板側の
   電荷をウェルを通して前記受光蓄積部に注入するもので
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装
   置。
4. （４）前記バイアス電荷を排出する手段は、前記受光蓄
   積部−ウェルを順バイアスし、受光蓄積部の電荷をウェ
   ルを通して基板側に排出するものであることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の固体撮像装置。
5. （５）前記バイアス電荷を排出する手段は、前記受光蓄
   積部から前記電荷読出し手段と同じゲートを通して電荷
   転送部に電荷を読出し、この状態でゲートの電位を可変
   して電荷転送部−ウェルを順バイアスし、電荷転送部の
   電荷をウェルを通して基板側に排出するものであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。