JPH0340573A - Photoelectric converter - Google Patents

Photoelectric converter

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JPH0340573A
JPH0340573A JP2172608A JP17260890A JPH0340573A JP H0340573 A JPH0340573 A JP H0340573A JP 2172608 A JP2172608 A JP 2172608A JP 17260890 A JP17260890 A JP 17260890A JP H0340573 A JPH0340573 A JP H0340573A
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JP
Japan
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region
potential
base
voltage
electrode region
Prior art date
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Pending
Application number
JP2172608A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadahiro Omi
忠弘 大見
Nobuyoshi Tanaka
田中 信義
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH0340573A publication Critical patent/JPH0340573A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the after-image at high speed operation by fixing a potential of a main electrode region to control the potential of a control electrode region independently, thereby biasing the junction between the control electrode region and the main electrode region in forward direction thereby eliminating the stored electric charge. CONSTITUTION:The potential of a control electrode region at each refresh operation is controlled independently of the potential of the main electrode region, and the junction between the control electrode region and the main electrode region connecting to an output circuit comprising vertical lines 38-38'', a horizontal shift register 39, MOS transistors(TRs) 40-40'', an output line 41, a MOS TR 42, an output TR 44, and a load resistor 45 is biased forward at the readout, and the main electrode region connecting to the output circuit is refreshed at refreshing. In addition, the resetting for setting the potential of the control electrode region fixing directly the potential of the control elec trode region and the resetting of the main electrode region are combined. Thus, excellent high speed refreshing is attained.

Description

【発明の詳細な説明】 未発明は光電変換装置に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a photoelectric conversion device.

匠年光電変換装置殊に、固体ti像装置に関する研究が
、半導体技術の進展と共に積極的に行なわれ、一部では
実用化され始めている。
Research on photoelectric conversion devices, particularly solid-state Ti image devices, has been actively conducted along with the progress of semiconductor technology, and some are beginning to be put into practical use.

これらの固体撮像装置は、大きく分けるとCCD型とM
OS型の2つに分類される。CCD型撮像装置は、MO
Sキャパシタ電極下にポテンシャルの序戸を形成し、光
の入射により発生した電荷をこの井戸に′at&シ、読
出し時には、これらのポテンシャルの井戸を、電極にか
けるパルスにより順次動かして、蓄積された電荷を出力
アンプ部まで転送して読出すという原理を用いている。
These solid-state imaging devices can be roughly divided into CCD type and M
It is classified into two types of OS. The CCD type imaging device is MO
A potential gate is formed under the S capacitor electrode, and the charge generated by the incidence of light is transferred to this well. During readout, these potential wells are sequentially moved by a pulse applied to the electrode, and the accumulated charges are transferred. It uses the principle of transferring the charge to the output amplifier section and reading it out.

またCCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行なうという
タイプのものもある。また一方、MOSを撮像装置は、
受光部を構成するpn接合よりなるフォトダイオードの
失々に光の入射により発生した電荷を蓄積し、読出し時
には、それぞれのフォトダイオードに接続されたMOS
スイッチングトランジスタを順次オンすることにより蓄
積された?l!荷を出力アンプ部に読出すという原理を
用いている。
Furthermore, some CCD type imaging devices use a pn junction diode structure for the light receiving section and a CCD structure for the transfer section. On the other hand, the MOS imaging device is
The charge generated by the incidence of light on the photodiode consisting of a pn junction constituting the light receiving section is accumulated, and when read out, the MOS connected to each photodiode is
Accumulated by sequentially turning on switching transistors? l! It uses the principle of reading out the load to the output amplifier section.

CCD型撮像装置は、比較的簡単な構造をもち、また2
発生し得る雑音からみても、最終段におけるフローティ
ング・デイフュージョンよりなる電荷検出器の容Jl値
だけがランダム雑音に寄与するので、比較的低雑音の撮
像装置であり、低照度撮影が可能である。ただし、CC
D型撮像装置を作るプロセス的制約から、出力アンプと
してMO5型アンプがオンチップ化されるため、シリコ
ンと、SiO2膜との界面から画像上、目につきゃすい
l/f雑音が発生する。従って、低雑音とはいいながら
、その性能に限界が存在している。また、高解像度化を
図るためにセル数を増加させて高密度化すると、一つの
ポテンシャル井戸に蓄積できる最大の電荷量が減少し、
ダイナミックレンジがとれなくなるので、今後、固体撮
像装置が高解像度化されていく上で大きな問題となる。
The CCD type imaging device has a relatively simple structure and two
Considering the noise that can be generated, only the capacitance Jl value of the charge detector consisting of the floating diffusion in the final stage contributes to random noise, so it is a relatively low-noise imaging device and is capable of low-light photography. . However, CC
Due to process constraints for manufacturing a D-type imaging device, an MO5-type amplifier is placed on-chip as an output amplifier, and therefore noticeable l/f noise is generated from the interface between the silicon and the SiO2 film on the image. Therefore, although it is said to have low noise, there are limits to its performance. In addition, when increasing the number of cells and increasing the density in order to achieve higher resolution, the maximum amount of charge that can be stored in one potential well decreases.
Since the dynamic range cannot be maintained, this will become a major problem as solid-state imaging devices become higher in resolution in the future.

また、CCD型の撮像装置は、ポテンシャルの井戸を順
次動かしながら蓄積電荷を転送していくわけであるから
、セルの一つに欠陥が存在してもそこで’+1荷転送が
ストップしたり、あるいは、極端に悪くなってしまい、
!ll造歩留りが上がらないという欠点も膚している。
Furthermore, since a CCD-type imaging device transfers accumulated charges by sequentially moving the potential wells, even if one of the cells has a defect, the '+1 charge transfer may stop there, or , it got extremely bad,
! It also has the disadvantage of not increasing manufacturing yield.

これに対してMOS型撮像装置は、構造的にはCCD型
機像装置、特にフレーム転送型の装置に比較して少し複
雑ではあるが、蓄積容量を大きくし得る様に構成でき、
ダイナミックレンジを広くとれるという優位性をもつ、
また、たとえセルの1つに欠陥が存在しても、X−Yア
ドレス方式のためその欠陥による他のセルへの影響がな
く、製造歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型機像装置では、@号読出し時に各フォトダイオ
ードに配線容量が接続されるため、きわめて大きな信号
電圧ドロップが発生し、出力電圧が下がってしまうこと
、配線容量が大きく、これによるランダム雑音の発生が
大きいこと、また各フォトダイオードおよび水平スキャ
ン用のMOSスイッチングトランジスタの寄生容量のば
らつきによる固定パターン雑音の混入等があり、CCD
型撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしいこと等の
欠点を有している。
On the other hand, MOS type imaging devices are structurally a little more complex than CCD type imaging devices, especially frame transfer type devices, but they can be configured to increase storage capacity.
It has the advantage of having a wide dynamic range.
Furthermore, even if one of the cells has a defect, because of the X-Y addressing method, the defect does not affect other cells, which is advantageous in terms of manufacturing yield. However, in this MOS type image device, wiring capacitance is connected to each photodiode when reading the @ number, so an extremely large signal voltage drop occurs, resulting in a drop in the output voltage, and the wiring capacitance is large. CCD
Compared to conventional imaging devices, these devices have drawbacks such as difficulty in low-light photography.

また、将来の撮像*置の高解像度化においては各セルの
サイズが縮小され、#積電荷が減少していく、これに対
しチップサイズから決まってくる配線容量は、たとえ線
幅を細くしてもあまり下がらない、このため、MO3I
撮像装置は、ますますS/目的に不利になる。
In addition, as the resolution of imaging devices increases in the future, the size of each cell will be reduced and the charge product will decrease.In contrast, the wiring capacitance determined by the chip size will decrease even if the line width is made thinner. does not fall too much.For this reason, MO3I
Imaging devices become increasingly unsuitable for S/objectives.

CCD型およびMOS型撮像装置は、塩1の様な一長一
短を有しながらも次第に実用化レベルに近ずいてきては
いる。しかし、さらに将来必要とされる高解像度化を進
めていくうえで本質的に大きな問題を有しているといえ
る。
Although CCD type and MOS type imaging devices have advantages and disadvantages, they are gradually approaching a level of practical use. However, it can be said that there are essentially major problems in promoting the higher resolution that will be required in the future.

それらの固体撮像装置に関し、特開昭58−15087
8 “半導体撮像装置”、特開昭58−157073 
 “半導体撮像側「、特開昭58−185473  “
半導体撮像装置”に新しい方式が提案されている。CC
D型。
Regarding those solid-state imaging devices, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-15087
8 “Semiconductor imaging device”, JP-A-58-157073
“Semiconductor imaging side”, JP-A-58-185473 “
A new method has been proposed for "semiconductor imaging devices".CC
D type.

MOS型の撮像装置が、光入射により発生した電荷を主
電槓(例えばMOS)ランジスタのソース)に蓄積する
のに対して、ここで提案されている方式は、光入射によ
り発生した電荷を、制御電極(例えばバイポーラ・トラ
ンジスタのベース。
While a MOS type imaging device stores charges generated by incident light in the main transistor (e.g. source of a MOS transistor), the method proposed here stores charges generated by incident light in Control electrode (e.g. the base of a bipolar transistor).

SIT (静電誘導トランジスタ)あるいはMOSトラ
ンジスタのゲート)に蓄積し、光により発生した電荷に
より、流れる電流をコントロールするという新しい考え
方にもとずくものである。すなわち、CCD型、MOS
型が2蓄積された電荷そのものを外部へ読出してくるの
に対して、ここで提案されている方式は、各セルの増幅
機能により電荷増幅してから蓄積された電荷を読出すわ
けであり、また見方を変えるとインピーダンス変換によ
り低インビダンス出力として読出すわけである。従って
5 ここで提案されている方式は、高出力、広ダイナミ
ツクレンジ、低雑音であり、かつ、光信号により励起さ
れたキャリア(電荷)は制御電極に蓄積することから、
非破壊読出しができる等のいくつかのメリットを有して
いる。さらに将来の高解像度化に対しても可能性を有す
る方式であるといえる。
It is based on a new concept of controlling the flowing current using the charges accumulated in the SIT (static induction transistor (SIT) or the gate of a MOS transistor) and generated by light. That is, CCD type, MOS
In contrast to type 2, which reads out the accumulated charge itself to the outside, the method proposed here uses the amplification function of each cell to amplify the charge and then reads out the accumulated charge. Also, looking at it from another perspective, it is read out as a low impedance output by impedance conversion. Therefore,5 the method proposed here has high output, wide dynamic range, and low noise, and because the carriers (charges) excited by the optical signal accumulate in the control electrode,
It has several advantages such as non-destructive readout. Furthermore, it can be said that this method has the potential for higher resolution in the future.

しかしながら、この方式は、基本的にX−Yアドレス方
式であり、上記公報に記載されている素子構造は、従来
のMO3型撮像装置の各セルにバイポーラトランジスタ
、SITトランジスタ等の増幅素子を複合化したものを
基本構成としている。そのため、比較的複雑な構造をし
ており、高解像化の可能性を有しながらも、そのままで
は高解像化には限界が存在する。
However, this method is basically an X-Y address method, and the element structure described in the above publication combines amplification elements such as bipolar transistors and SIT transistors in each cell of the conventional MO3 type imaging device. The basic structure is as follows. Therefore, it has a relatively complicated structure, and although it has the possibility of achieving high resolution, there is a limit to how high resolution can be achieved as it is.

本発明は、各セルに増幅機能を有するもきわめて簡噂な
構造であり、将来の高解像度化にも十分対処しうる新し
い光電変換装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a new photoelectric conversion device that has an amplification function in each cell but has a very simple structure and can sufficiently cope with future increases in resolution.

かかる目的は、同導電型領域よりなる2個の主電極領域
と該主電極領域と反対導電型の制御電極領域よりなる半
導体トランジスタの該制御電極領域を浮遊状態にし、該
浮遊状態にした制御電極領域の電位を、キャパシタを介
して制御することにより、該浮遊状態にした制御電極領
域に、光により発生したキャリアを蓄積する蓄積動作、
蓄積動作により該制御電極領域に発生した蓄積電圧を読
出す読出し動作、該制御電極領域に蓄積されたキャリア
を消滅させるリフレッシュ動作をそれぞれさせる構造の
光電変換装置において、該浮遊状態になされた制御電極
領域と同導電型の高不純物領域を設け、浮遊状態になさ
れた制御電極領域とトランジスタ構造をなしたことを特
徴とする光電変換装置によって連成される。
This purpose is to bring the control electrode regions of a semiconductor transistor, which are made up of two main electrode regions of the same conductivity type and a control electrode region of the opposite conductivity type from the main electrode regions, into a floating state, and to remove the control electrodes in the floating state. an accumulation operation in which carriers generated by light are accumulated in the floating control electrode region by controlling the potential of the region via a capacitor;
In a photoelectric conversion device having a structure that performs a readout operation for reading out the accumulated voltage generated in the control electrode region by an accumulation operation and a refresh operation for extinguishing carriers accumulated in the control electrode region, the control electrode is placed in a floating state. A photoelectric conversion device characterized in that a highly impurity region of the same conductivity type as the region is provided and a control electrode region in a floating state forms a transistor structure.

以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の−・実施例に係る光電変換装置を構
成する光センサセルの基本構造および動作を説明する図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic structure and operation of a photosensor cell that constitutes a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

第1図(a)は、光センサセルの平面図を、第1図(b
)は、第1図(a)平面図のAA’部分の断面図を、f
J41図(C)は、それの等価回路をそれぞれ示す、な
お、各部位において第1図(a)、(b)、(c)に共
通するものについては同一の番号をつけている。
FIG. 1(a) shows a plan view of the optical sensor cell, and FIG. 1(b) shows a plan view of the optical sensor cell.
) is a cross-sectional view of the AA' part of the plan view of Fig. 1(a), and f
Figure J41 (C) shows its equivalent circuit, and parts common to Figures 1 (a), (b), and (c) are given the same numbers.

WSt図では、!I!列配列配式方式面図を示したが、
水平方向解像度を高くするために、画素ずらし方式(補
間配置方式)にも配置できることはもちろんのことであ
る。
In the WSt diagram,! I! Although the column layout layout diagram is shown,
Of course, in order to increase the horizontal resolution, a pixel shifting method (interpolation arrangement method) can also be used.

この光センサセルは、第1図(a)、(b)に示すごと
く、 リン(P)、アンチモン(sb) 、ヒ素(As)等の
不純物をドープしてn型又はn0型とされたシリコン基
板1のヒに、通常PSG咬等で構成されるパシベーショ
ン膜2: シリコン酸化JPJ(SiO2)より成る絶縁酸化膜3
: となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁するため
のS+02あるいはSil N 、等よりなる絶縁膜又
はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域4; エピタキシャル技術等で形成される不純?j!!濃度の
低いn−領域5: その上の例えば不純物拡散技術又はイオン注入技術を用
いてポロン(B)等の不純物をドープしたバイポーラト
ランジスタのベースとなるp領域6; 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成されるバイポ
ーラトランジスタのエミッタとなるn“領域7; 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウム(At
) 、 At−9i、Al−Cu−3i等の導電材料で
形成される配線8; 絶[13を通して、浮遊状態になされたp<fl域6に
パルスを印加するための?を極9;それの配線10・ 基板1の裏面にオーミツクコンタクトをとるために不純
物拡散技術1で形成された不純物濃度の高いn+領域t
l 基板の電位を与える。すなわちバイポーラトランジスタ
のコレクタ電位を与えるためのアルミニウム等の導電材
料で形成される“電極12;より構成されている。
As shown in FIGS. 1(a) and (b), this optical sensor cell is made of a silicon substrate doped with impurities such as phosphorus (P), antimony (sb), and arsenic (As) to make it n-type or n0-type. In step 1, there is a passivation film 2 usually made of PSG, etc.: an insulating oxide film 3 made of silicon oxide JPJ (SiO2);
: Element isolation region 4 made of an insulating film made of S+02 or SilN, or a polysilicon film, etc. for electrically insulating between adjacent photosensor cells; Impurity formed by epitaxial technology etc. j! ! A low concentration n-region 5: A p-region 6, which becomes the base of a bipolar transistor, doped with an impurity such as poron (B) using an impurity diffusion technique or an ion implantation technique. n” region 7 which becomes the emitter of a bipolar transistor formed of aluminum; for example, aluminum (At
), At-9i, Al-Cu-3i, or other conductive material 8; Pole 9; its wiring 10; N+ region t with high impurity concentration formed by impurity diffusion technique 1 to make ohmic contact with the back surface of substrate 1;
l Give the potential of the substrate. That is, it is composed of an "electrode 12" made of a conductive material such as aluminum for applying the collector potential of the bipolar transistor.

なお、第1図(a)の19はnゝ領域7と配線8の接続
をとるためのコンタクト部分である。又配線8および配
線10の交互する部分はいわゆる2層配線となっており
、Si02等の絶縁材料で形成される絶縁領域で、それ
ぞれ互いに絶縁されている。すなわち、金属の2層配線
構造になっている。
Incidentally, reference numeral 19 in FIG. 1(a) is a contact portion for connecting the n-region 7 and the wiring 8. Further, the alternating portions of the wirings 8 and 10 are so-called two-layer wirings, and are insulated from each other by insulating regions formed of an insulating material such as Si02. That is, it has a two-layer metal wiring structure.

7JIJ1図(c)の等価回路のコンデンサCox13
は電極9、絶縁@3、P領域6のMO3構造より構成さ
れ、又バイポーラトランジスタ14はエミッタとしての
nゝ領域7、ベースとしてのpWWB2不純物濃度の小
さいn−領域5、コレクタどしてのn又はnゝ領域lの
各部分より構成されている。これらの図面から明らかな
ように、P領域6は浮m領域になされている。
Capacitor Cox13 in the equivalent circuit of 7JIJ1 diagram (c)
is composed of an MO3 structure including an electrode 9, an insulating layer 3, and a P region 6, and the bipolar transistor 14 has an n region 7 as an emitter, an n- region 5 with a low pWWB2 impurity concentration as a base, and an n region 5 as a collector. Or, it is composed of each part of n area l. As is clear from these drawings, the P region 6 is made into a floating m region.

第1図(C)の第2の等価回路は、バイポーラトランジ
スタ14をベース・エミッタの接合容量Cbc17、ベ
ース・エミッタのpn接合ダイオードDbe16.ベー
ス・コレクタの接合容量Cbc17、ベース・コレクタ
のpn接合ダイオードDbc18を用いて表現したもの
である。
The second equivalent circuit in FIG. 1(C) includes a bipolar transistor 14, a base-emitter junction capacitance Cbc17, a base-emitter pn junction diode Dbe16. This is expressed using a base-collector junction capacitance Cbc17 and a base-collector pn junction diode Dbc18.

以下、光センサセルの基本動作を第1図を用いて説明す
る。
The basic operation of the optical sensor cell will be explained below with reference to FIG.

この光センサセルの基本動作は2先入射による電荷蓄積
動作、読出し動作およびリフレーアシュ動作より構成さ
れる。電荷蓄積動作においては、例えばエミッタは、配
線8を通して接地され、コ1/クターは配線12を通し
て正電位にバイアスされている。またベースは、あらか
じめコンデンサー〇〇!13に、配線10を通して正の
パルス電圧を印加することにより負電位、すなわち、エ
ミッタ7に対して逆バイアス状態にされているものとす
る。このCox13にパルスを印加してベース6を負電
位にバイアスする動作については、後にリフレーアシュ
動作の説明のとき、くわしく説明する。
The basic operation of this photosensor cell consists of a charge accumulation operation based on two-first incidence, a readout operation, and a refresh ash operation. In charge storage operation, for example, the emitter is grounded through wire 8 and the collector is biased to a positive potential through wire 12. Also, the base has a capacitor in advance! It is assumed that a positive pulse voltage is applied to the emitter 13 through the wiring 10 to give it a negative potential, that is, a reverse bias state with respect to the emitter 7. The operation of biasing the base 6 to a negative potential by applying a pulse to the Cox 13 will be explained in detail later when the refresh ash operation is explained.

この状態において、第1図に示す様に光センサセルの表
側から光20が入射してくると、半導体内においてエレ
クトロン・ホール対が発生する。
In this state, when light 20 enters from the front side of the photosensor cell as shown in FIG. 1, electron-hole pairs are generated within the semiconductor.

この内、エレクトロンは、n領域1が正電位にバイアス
されているのでn領域1側に流れだしていってしまうが
、ホールはpm領域にどんどん蓄積されていく、このホ
ールのp領域への蓄積によりp領域6の電位は次第に正
電位に向かって変化していく。
Of these, electrons flow toward n-region 1 because n-region 1 is biased to a positive potential, but holes are rapidly accumulated in the pm region. As a result, the potential of p region 6 gradually changes toward a positive potential.

第1図(a)、(b)でも各センサセルの受光面下面は
、はとんどp領域で占られており、一部n◆領域7とな
っている。当然のことながら、光により励起されるエレ
クトロン・ホール対a度は表面に近い程大きい、このた
めP領域6中にも多くのエレクトロン・ホール対が光に
より励起される。p領域中に光励起されたエレクトロン
が再結合することなくp@域6からただちに流れ出て、
nfi域に吸収されるような構造にしておけば、P領域
6で励起されたホールはそのまま蓄積されて、P領域6
を正電位方向に変化させる。p領域6の不純物濃度が均
一になされている場合には、光で励起されたエレクトロ
ンは拡散で、p領域6とn−領域5とのpn″″接合部
まで流れ、その後はn−領域に加わっている強い電界に
よるドリフトでnコレクタ領域1に吸収される。もちろ
ん、p領域6内の電子の走行を拡散だけで行なってもよ
いわけであるが、表面から内部に行くほどpベースの不
純物濃度が減少するように構成しておけば、この不純物
濃度差により、ベース内に内・部から表面に向う電界E
d。
In FIGS. 1(a) and 1(b), the lower surface of the light-receiving surface of each sensor cell is mostly occupied by the p region, with a portion becoming the n◆ region 7. Naturally, the degree of electron-hole pairs excited by light is larger the closer to the surface, and therefore many electron-hole pairs are excited by light also in the P region 6. The photoexcited electrons in the p region immediately flow out of the p@ region 6 without recombining,
If the structure is such that they are absorbed in the nfi region, the holes excited in the P region 6 will be accumulated as they are, and the holes will be absorbed in the P region 6.
changes towards positive potential. When the impurity concentration in p region 6 is made uniform, electrons excited by light diffuse to the pn'''' junction between p region 6 and n- region 5, and then flow into the n- region. It is absorbed by the n collector region 1 due to the drift caused by the applied strong electric field. Of course, it is possible for electrons to travel within the p region 6 by diffusion alone, but if the structure is configured so that the p-based impurity concentration decreases from the surface to the inside, this impurity concentration difference , electric field E in the base from inside to the surface
d.

が発生する。ここで、W、はp領域6の光入射側表面か
らの深さ、kはポルツマン定数、Tは絶対温度、qは単
位型・荷、NAlはpベース領域6の表1m不純物濃度
、NAIはpffl域6のn−高抵抗領域5との界面に
おける不N!物濃度である。
occurs. Here, W is the depth from the light incident surface of the p region 6, k is the Portzmann constant, T is the absolute temperature, q is the unit type/load, NAl is the impurity concentration in the p base region 6, and NAI is the impurity concentration of the p base region 6. Non-N! at the interface with the n-high resistance region 5 of the pffl region 6! It is the substance concentration.

ここで、N As / N 4 > 3とすれば、p領
域6内の電子の走行は、拡散よりはドリフトにより行な
われるようになる。すなわち、p領域6内に光により励
起されるキャリアを信号として有効に動作させるために
は、p領域6の不純物濃度は光入射側表面から内部に向
って減少しているようになっていることが望ましい、拡
散でp領域6を形成すれば、その不純物濃度は光入射側
表面にくらべ内部に行くほど減少している。
Here, if N As /N 4 > 3, the movement of electrons in p region 6 is performed by drift rather than diffusion. That is, in order to effectively operate the carriers excited by light in the p-region 6 as a signal, the impurity concentration of the p-region 6 must decrease from the light-incidence side surface toward the inside. If the p region 6 is formed by diffusion, the impurity concentration decreases toward the inside compared to the surface on the light incident side.

センサセルの受光面下の一部は、n+領域7により占ら
れている。n9領域7の深さは、通常0.2〜0.3 
、増程度、あるいはそれ以下に設計されるから、nゝ領
域7で吸収される光の量は、もともとあまり多くはない
のでそれ程問題はない。
A portion below the light-receiving surface of the sensor cell is occupied by the n+ region 7. The depth of n9 region 7 is usually 0.2 to 0.3
, an increase or less, the amount of light absorbed in the n area 7 is originally not very large, so there is no problem.

ただ、短波長側の光、特に青色光に対しては、nゝ領域
7の存在は感度低下の原因になる。n+領域7の不純物
濃度は通常I X 10!ocm−3程度あるいはそれ
以上に設計される。こうした高濃度に不純物がドープさ
れたnゝ領域7におけるホールの拡散距離は0.15〜
0.27A11程度であるゆしたがって、n+領域7内
で光励起されたホールを有効にp領域6に流し込むには
、n 4”領域7も光入射表面から内部に向って不純物
濃度が減少する構造になっていることが望ましい、n+
領域7の不純物濃度分相が上記の様になっていれば、光
入射側表面から内部に向う強いドリフト電界が発生して
、n“領域7に光励起されたホールはドリフトによりた
だちにp領域6に流れ込む、nゝ領域7、p領域6の不
純物濃度がいずれも光入射側表面から内部に向って減少
するように構成されていれば、センサセルの光入射側表
面側に存在するnゝ領域7、P領域6において光励起さ
れたキャリアはすべて光信号として有効に働くのである
。 As又はPを高濃度にドープしたシリコン酸化膜あ
るいはポリシリコン膜からの不純物拡散により、このn
ゝ領域7を形成すると、上記に述べたような望ましい不
純物傾斜をもつnゝ領領域得ることが可能である。
However, for light on the short wavelength side, especially blue light, the presence of the n area 7 causes a decrease in sensitivity. The impurity concentration of n+ region 7 is usually I x 10! It is designed to be about ocm-3 or higher. The diffusion distance of holes in the n region 7 doped with impurities at such a high concentration is 0.15~
0.27A11. Therefore, in order to effectively flow the holes photoexcited in the n+ region 7 into the p region 6, the n4'' region 7 must also have a structure in which the impurity concentration decreases from the light incident surface toward the inside. It is desirable that n+
If the impurity concentration phase separation of region 7 is as described above, a strong drift electric field will be generated inward from the light incident side surface, and the holes photoexcited in n" region 7 will immediately drift to p region 6. If the impurity concentration of the flowing n-region 7 and p-region 6 is configured to decrease inward from the light-incidence side surface, the n-region 7, which exists on the light-incidence side surface of the sensor cell, All of the optically excited carriers in the P region 6 function effectively as optical signals. Due to impurity diffusion from the silicon oxide film or polysilicon film doped with As or P at a high concentration, this n
By forming the region 7, it is possible to obtain an n region having the desired impurity gradient as described above.

岐終的には、ホールの蓄積によりベース電位はエミ・ン
タ電位まで変化し、この場合は接地電位まで変化して、
そこでクリシブされることになる。
Eventually, due to the accumulation of holes, the base potential changes to the emitter potential, in this case to the ground potential,
There he will be crissive.

よりR密に言うと、ベース・エミッタ間が順方向に深く
バイアスされて、ベースに蓄積されたホールがエミッタ
に流出し始める電圧でクリシブされる。つまり、この場
合の光センサセルの飽和電位は、最初にp領域6を負゛
屯位にバイアスしたときのバイアス電位と接地電位との
電位差で略々与えられるわけである。nゝ領域7が接地
されず、浮遊状態において光入力によって発生した電荷
の蓄積を行なう場合には、p領域6はn領域lと略々同
電位まで電荷をJ植することができる。
To put it more precisely, the base and emitter are biased deeply in the forward direction, and the holes accumulated in the base are crisscrossed at a voltage that starts flowing out to the emitter. That is, the saturation potential of the photosensor cell in this case is approximately given by the potential difference between the bias potential when p region 6 is initially biased to a negative potential and the ground potential. When n-region 7 is not grounded and accumulates charges generated by optical input in a floating state, charges can be implanted in p-region 6 to approximately the same potential as n-region l.

塩2ヒは電荷蓄積動作の定性的な概略説明であるが、以
下に少し具体的かつ定量的に説明する。
Although Shio 2-hi is a qualitative and general explanation of the charge storage operation, a more specific and quantitative explanation will be given below.

この光センサセルの分光感度分布は次式で与えられる。The spectral sensitivity distribution of this optical sensor cell is given by the following equation.

X  (1−exp(−αy))  ・T   [A/
Wl但し、入は光の波長 [gm!、αはシリコン結晶
中での光の減衰係数 [gs−’]、xは半導体表面に
おける。1■結合損失を起こし感度に寄与しない”de
ad 1ater  (不感領域)の厚さ rgm]、
yはエビ層の厚さ fIL*)、Tは透過率すなわち、
入射してくる光量に対して反射等を考慮して有効に半導
体中に入射する光量の割合をそれぞれ示している。この
光センサセルの分光感度 S(入)および放射照度 E
e(入)を用いて光電流KPは次式で計算され る。
X (1-exp(-αy)) ・T [A/
WlHowever, the input is the wavelength of light [gm! , α is the attenuation coefficient of light in the silicon crystal [gs-'], and x is the attenuation coefficient at the semiconductor surface. 1 ■ Causes coupling loss and does not contribute to sensitivity
ad 1ater (dead area) thickness rgm],
y is the thickness of the shrimp layer fIL*), T is the transmittance, i.e.
Each shows the ratio of the amount of light that effectively enters the semiconductor, taking into account reflection and the like with respect to the amount of incident light. Spectral sensitivity S (on) and irradiance E of this optical sensor cell
Using e(in), the photocurrent KP is calculated by the following formula.

Ip=f−S(入)eEa(入)−d入〔μA/cm”
l イロし放射照度Ee(入)  [gW * am−” 
s nm−’ ] は次式で与えられる。
Ip = f-S (in) eEa (in) - d in [μA/cm”
l Irradiance Ee (in) [gW * am-”
s nm-' ] is given by the following equation.

【←w e am−” ・nm−’ ]但しEマはセン
サの受光面の照度[Lux ]、P(入)はセンサの受
光面に入射している光p分光分々2■ (入)は人間の
目の比視感度である。
[←w e am-"・nm-'] However, E is the illuminance [Lux] of the sensor's light-receiving surface, and P (in) is the p-spectrum of light incident on the sensor's light-receiving surface. is the relative luminous sensitivity of the human eye.

これらの式を用いると、エビ厚のI’t! 4 k r
mをもつ光センサセルでは、A光[(2854’K) 
で照射され、センサ受光面照度が1 [Luxlのとき
、約280 nA/ca+ −” cr)光71!FQ
が流れ、入射してくるフォトンの数あるいは発生するエ
レクトロン・ホール対の数は1.8 XIO”770m
2・sec程度である。
Using these formulas, the shrimp thickness I't! 4kr
In an optical sensor cell with m, A light [(2854'K)
The sensor light receiving surface illuminance is 1 [Luxl, approximately 280 nA/ca+ -” cr) light 71!FQ
flows, and the number of incident photons or the number of electron-hole pairs generated is 1.8 XIO"770m
It is about 2 seconds.

又、この時、光により勃起されたホールがベースに蓄積
することにより発生する電位VpはVp=Q/Cで与え
られる。Qは蓄積されるホールのI4を荷量であり、C
はCbc15とCbc17を加算した接合容量である。
Further, at this time, the potential Vp generated by the accumulation of holes erected by light in the base is given by Vp=Q/C. Q is the amount of accumulated hole I4, and C
is the junction capacitance obtained by adding Cbc15 and Cbc17.

いま、n◆領域7の不純物濃度を1020am−’p領
域6の不純物濃度を5 X 10” cm−’ 、  
n−領域5の不純物濃度を10 cm−” 、  n+
領域7の面積を!6gm”、p領域6の面積を84pm
2.n−領域5の厚さを3枇園にしたときの接合容量は
、約0.014 p F位になり、一方、p領域6に蓄
積されるホールの個数は、蓄積時間1/eQsec 、
有効受光面積、すなわちp領域6の面積から電極8およ
び9の面積を引いた面積を58JJ、ll”程度とする
と、1.7X10’ケとなる。従って光入射により発生
する電位Vpは 190mV位になる。
Now, the impurity concentration of n◆ region 7 is 1020 am−', the impurity concentration of p region 6 is 5×10” cm−’,
The impurity concentration of n- region 5 is set to 10 cm-'', n+
The area of region 7! 6gm”, the area of p region 6 is 84pm
2. The junction capacitance when the thickness of the n-region 5 is set to 3 layers is approximately 0.014 pF, and the number of holes accumulated in the p-region 6 is determined by the accumulation time 1/eQsec,
If the effective light-receiving area, that is, the area obtained by subtracting the area of electrodes 8 and 9 from the area of p-region 6, is approximately 58 JJ, 11'', it becomes 1.7 x 10'. Therefore, the potential Vp generated by light incidence is approximately 190 mV. Become.

ここで注目すべきことは、高解像度化され、セルサイズ
が縮小化されていった時に、一つの光センサセルあたり
に入射する光量が減少し、蓄+ta電荷IQが共に減少
していくが、セルの縮小化に伴ない接合容量もセルサイ
ズに比例してit少しでいくので、光入射により発生す
る電位Vpはほぼ一定にたもたれるということである。
What should be noted here is that as the resolution increases and the cell size decreases, the amount of light incident on each photosensor cell decreases, and the accumulated +ta charge IQ decreases as well. With the reduction of the cell size, the junction capacitance also decreases by a small amount in proportion to the cell size, so the potential Vp generated by light incidence remains almost constant.

これは本発明における光センサセルが第1図に示すごと
く、きわめて簡単な構造をしており有効受光面がきわめ
て大きくとれる可能性を右しているからである。
This is because the optical sensor cell according to the present invention, as shown in FIG. 1, has an extremely simple structure, making it possible to have an extremely large effective light-receiving surface.

インターラインタイプのCODの場合と比較して本発明
における光電変換装置が有利な理由の一つはここにあり
、高解像度化にともない、インターラインタイプのCC
D型ti像装置では、転送する電荷量を確保しようとす
ると転送部の面積が相対的に大きくなり、このため有効
受光面が減少するので、感度、すなわち光入射による発
生電圧が減少してしまうことになる。また、インターラ
インタイプのCCDyIJ、撮像9置では、飽和電圧が
転送部の大きさにより制限され、どんどん低下していっ
てしまうのに対し1本発明における光センサセルでは、
先にも書いた様に、最初にp領域6を負電位にバイアス
した時のバイアス電圧により飽和電圧は決まるわけであ
り、大きな飽和電圧を確保することができる。
This is one of the reasons why the photoelectric conversion device of the present invention is advantageous compared to interline type COD.
In a D-type TI image device, in order to secure the amount of charge to be transferred, the area of the transfer section becomes relatively large, which reduces the effective light-receiving surface and reduces the sensitivity, that is, the voltage generated by light incidence. It turns out. In addition, in the interline type CCDyIJ and the 9-position imaging system, the saturation voltage is limited by the size of the transfer section and gradually decreases, whereas in the optical sensor cell according to the present invention,
As mentioned above, the saturation voltage is determined by the bias voltage when p-region 6 is initially biased to a negative potential, and a large saturation voltage can be ensured.

以、との様にしてp領域6に′S積された電荷により発
生した電圧を外部へ読出す動作について次に説明する。
The operation of reading out the voltage generated by the charges accumulated in p region 6 to the outside will be described below.

読出し動作状態では、エミー、夕、配線8は浮遊状態に
、コレクターは正電位Vccに保持される。
In the read operation state, the wires 8, 8, and 8 are in a floating state, and the collector is held at a positive potential Vcc.

第2図に等価回路を示す、今、光を照射する前に、ベー
ス6を負電位にバイアスした時の電位を−vIとし、光
照射により発生した蓄積電圧をVpとすると、ベース電
位は、−V@ +Vpなる電位になっている。この状態
で配線lOを通して電極9に読出し用の正の電圧■Qを
印加すると、この正の電位Vllは酸化膜容量Cox1
3とベース・エミッタ間接合容JiCbe15、ベース
・コレクタ間接合容量Cbc7により容駄分割され、ベ
ースには電圧 が加算される。
An equivalent circuit is shown in FIG. 2. Now, if the potential when the base 6 is biased to a negative potential before light irradiation is -vI, and the accumulated voltage generated by light irradiation is Vp, the base potential is as follows. The potential is -V@+Vp. In this state, when a positive voltage Q for reading is applied to the electrode 9 through the wiring lO, this positive potential Vll is changed to the oxide film capacitance Cox1.
3, the base-emitter junction capacitance JiCbe15, and the base-collector junction capacitance Cbc7, and a voltage is added to the base.

従ってベース電位は となる。ここで となる条件が成立するようにしておくと、ベース電位は
光照射により発生した蓄積電圧Vpそのものとなる。こ
のようにしてエミlり電位に対してベース電位が正方向
にバイアスされると、エレクトロンは、エミッタからベ
ースに注入され5コレクタ電位が正電位になっているの
で、ドリフト電界により加速されて、コレクタに到達す
る。この時に流れる電流は、次式で与えられる。
Therefore, the base potential becomes. If the following conditions are satisfied, the base potential becomes exactly the accumulated voltage Vp generated by light irradiation. When the base potential is biased in the positive direction with respect to the emitter potential in this way, electrons are injected from the emitter to the base, and since the collector potential is positive, they are accelerated by the drift electric field. Reach the collector. The current flowing at this time is given by the following equation.

但しAjはベース・エミッタ間の接合面積。However, Aj is the junction area between base and emitter.

は単位電荷量(t、8X 10引クーロン)、Dnはベ
ース中におけるエレクトロンの拡散定数、nl、はpベ
ースのエミッタ端における少数キャリヤとしてのエレク
トロン濃度、W・はベース幅、NAeはベースのエミッ
タ端におけるアクセプタ濃度、NAeはベースのコレク
タ端におけるアクセプタ濃度、kはポルツマン定数、T
は絶対温度、Veはエミッタ電位である。
is the unit charge (t, 8×10 coulombs), Dn is the electron diffusion constant in the base, nl is the electron concentration as minority carriers at the emitter end of the p base, W is the base width, and NAe is the emitter of the base. acceptor concentration at the edge, NAe is the acceptor concentration at the collector edge of the base, k is Portzmann's constant, T
is the absolute temperature and Ve is the emitter potential.

この電流は、エミッタ電位Veがベース電位、すなわち
ここでは光照射により発生した蓄積電圧Vpに等しくな
るまで流れることは上式から明らかである。この時エミ
ッタ電位Veの時間的変化は次式で計算される。
It is clear from the above equation that this current flows until the emitter potential Ve becomes equal to the base potential, that is, the accumulated voltage Vp generated by light irradiation here. At this time, the temporal change in the emitter potential Ve is calculated by the following equation.

X  (11!P       (Vp  −Ve) 
−1)T 但し、ここで配線$ −l Csはエミッタに接続され
ている配線8のもつ容量21である。
X (11!P (Vp -Ve)
-1)T However, here, the wiring $ -l Cs is the capacitance 21 of the wiring 8 connected to the emitter.

m3図は、上式を用いて計算したエミッタ電位の時間変
化の一例を示している。
The m3 diagram shows an example of a temporal change in emitter potential calculated using the above formula.

第3図によればエミッタ電位がベース電位に等しくなる
ためには、約1秒位を要することになる。これはエミッ
タ電位 WeがVpに近くなるとあまり電流が流れなく
なることに起因しているわけである。したがって、これ
を解決する手段は、先に電極9に正電圧V、を印加する
ときに。
According to FIG. 3, it takes about 1 second for the emitter potential to become equal to the base potential. This is because when the emitter potential We approaches Vp, less current flows. Therefore, the means to solve this problem is to first apply a positive voltage V to the electrode 9.

なる条件を設定したが、この条件の代わりになる条件を
入れ、ベース電位をVsia*だけ、余分に順方向にバ
イアスしてやる方法が考えられる。
Although the following conditions have been set, it is possible to consider a method of inserting a condition in place of this condition and biasing the base potential by an extra amount of Vsia* in the forward direction.

この時に流れる電流は次式で与えられる。The current flowing at this time is given by the following equation.

X  (exp  −(Vp  + Vs+as −V
 @) −1)T 第4図(a)に、 Vm+asxO,8Vとした場合、
ある一定時間の後、電極9に印加していたvRをゼロボ
ルトにもどし、流れる電流を停止させたときの蓄積電圧
vPに対する、読出し電圧、すなわちエミッタ電位の関
係を示す、但し、第4図(a)では、読出し電圧はバイ
アス電圧成分による読出し時間に依存する一定の電位が
必ず加算されてくるがそのゲタ分をさし引いた値をプロ
ットしている。m極9に印加している正電圧v宵をゼロ
ボルトにもどした時には、印加したときとは逆になる電
圧がベース電位に加算されるので、ベース電位は、正電
圧v宵を印加する前の状態、すなわち−V、になり、エ
ミッタに対し逆バイアスされるので電流の流れが停止す
るわけである。第4図(a)によれば100ns程度以
上の読出し時間(すなわち■冑を電極9に印加している
時間)をとれIf 、蓄積電圧Vpと読出し電圧は4桁
程度の範囲にわたって直線性は確保され、高速の読出し
が可能であることを示している。第4図(a)で、45
’の線は読出しに十分の時間をかけた場合の結果での線
は読出しに十分の時間をかけた場合の結果であり、上記
の計算例では、配線8の容量 C8を4pFとしている
が、これはCbe+ Cbeの接合容醍の0.014p
 Fと比較して約300倍も大きいにもかかわらず、P
領域6に発生した蓄積電圧Vpが何らの減衰も受けず、
かつ、バイアス電圧の効果により、きわめて高速に読出
されるていることを第4図(a)は示している。これは
上記M4t&に係る光センサセルのもつ増幅機能、すな
わち電荷増幅機能が有効に働らいているからである。
X (exp −(Vp + Vs+as −V
@) -1)T In Figure 4(a), when Vm+asxO, 8V,
After a certain period of time, vR applied to the electrode 9 is returned to zero volts and the flowing current is stopped. This shows the relationship between the readout voltage, that is, the emitter potential, and the accumulated voltage vP. ), a constant potential depending on the read time due to the bias voltage component is always added to the read voltage, but the value obtained by subtracting the gain is plotted. When the positive voltage vyoi applied to the m-pole 9 is returned to zero volts, a voltage opposite to that when applied is added to the base potential, so the base potential becomes the same as before applying the positive voltage vyoi. state, i.e., -V, and the emitter is reverse biased, so current flow stops. According to FIG. 4(a), if a readout time of about 100ns or more (i.e., the time during which the electric current is applied to the electrode 9) is obtained, the linearity of the storage voltage Vp and the readout voltage can be ensured over a range of about 4 digits. This shows that high-speed reading is possible. In Figure 4(a), 45
The line ' is the result when sufficient time is taken for reading. The line ' is the result when sufficient time is taken for reading. In the above calculation example, the capacitance C8 of wiring 8 is set to 4 pF, This is 0.014p of the junction capacity of Cbe+Cbe
Although P is about 300 times larger than F.
The accumulated voltage Vp generated in region 6 does not undergo any attenuation,
Furthermore, FIG. 4(a) shows that the data can be read out at extremely high speed due to the effect of the bias voltage. This is because the amplification function, that is, the charge amplification function, of the photosensor cell related to M4t& described above is working effectively.

これに対して従来のMO5型撮像装置では、蓄積電圧V
pは、このような読出し過程において配線容量C3の影
響テcj 11Vp / (Cj +Cs )(但しC
jはMO5型撮像装置の受光部のpn接合容瞼)となり
°52桁位読出し電圧値が下がってしまうという欠点を
有していた。このためMO3型撮f[置では、外部へ読
出すためのスイー2チングMOSトランジスタの寄生容
量のばらつきにょる固淀パターン雑音、あるいは配線容
暖すなわち出力容量が大きいことにより発生するランダ
ム雑音が大きく、S/N比がとれないという問題があっ
たが、第1図(a)、(b)、(C)で示す構成の光セ
ンサセルでは、p領域6に発生した蓄@電圧そのものが
外部に読出さり、るわけであり、この電圧はかなり大き
いため固定パターン雑音、出力容量に起因するランダム
雑音が相対的に小さくなり、きわめてS/N比の良い信
号を得ることが可能である。
On the other hand, in the conventional MO5 type imaging device, the accumulated voltage V
p is the influence of the wiring capacitance C3 in such a read process cj 11Vp / (Cj +Cs) (however, C
j is the pn junction capacitor of the light receiving part of the MO5 type image pickup device), which has the disadvantage that the read voltage value drops by about 52 digits. For this reason, in the MO3 type camera, static pattern noise due to variations in the parasitic capacitance of the sweeping MOS transistor for external readout, or random noise generated due to wiring heat, that is, large output capacitance, is large. However, in the optical sensor cells having the configurations shown in FIGS. 1(a), (b), and (C), the stored @ voltage itself generated in the p region 6 is transmitted to the outside. Since this voltage is quite large, fixed pattern noise and random noise caused by the output capacitance are relatively small, making it possible to obtain a signal with an extremely good S/N ratio.

先に、バイアス電圧V訃aSを0,6Vに設定したとき
、4行程度の直線性が100nsec程度の高速読出し
時間で得られることを示したが、この直線性および読出
し時間とバイアス電圧 Vs+asの関係を計算した結
果をさらにくわしく、第4図(1))に示す。
Previously, it was shown that when the bias voltage Vs+aS was set to 0.6V, linearity of about 4 lines could be obtained with a high-speed readout time of about 100nsec. The results of calculating the relationship are shown in more detail in FIG. 4 (1)).

第4図(b)において横軸はバイアス電圧Visasで
あり、また、縦軸は読出し時間をとっている。
In FIG. 4(b), the horizontal axis is the bias voltage Visas, and the vertical axis is the read time.

またパラメータは、M積電圧がl  mVのときに、読
出し電圧が1  mVの80%290%、95%。
The parameters are: when the M product voltage is l mV, the read voltage is 80%, 290%, and 95% of 1 mV.

98%になるまでの時間依存性を示している。第4図(
a)に示される様に、蓄積電圧1  mVにおいて、そ
れぞれ80%、90%、95%、98%になっている時
は、それ以上の蓄積電圧では、さらに良い値を示してい
ることは明らかである。
It shows the time dependence until it reaches 98%. Figure 4 (
As shown in a), when the storage voltage is 1 mV, it is 80%, 90%, 95%, and 98%, respectively, and it is clear that the values are even better at higher storage voltages. It is.

この第4図(b)によれば、バイアス電圧Vllia3
がo、evでは、読出し電圧が蓄積電圧の80%になる
のは読出し時間が0.12gg 、 90%になるのは
0.27as 、  95%になるのは0.541J、
3 、 98%になるのは 1.4μsであるのがわか
る。また、バイアス電圧V ai asを O,SVよ
り大きくすれば、さらに高速の読出しが可能であること
を示している。この様に、撮像装置の全体の設計から読
出し時間および必要な直線性が決定されると、必要とさ
れるバイアス電圧V si asが第4図(b)のグラ
フを用いることにより決定することができる。
According to this FIG. 4(b), the bias voltage Vllia3
For o, ev, the readout time is 0.12gg for the readout voltage to be 80% of the storage voltage, 0.27as for the readout voltage to be 90%, 0.541J for the readout voltage to be 95%,
3. It can be seen that it takes 1.4 μs to reach 98%. Furthermore, it is shown that even higher speed reading is possible if the bias voltage V aias is made larger than O and SV. In this way, once the readout time and required linearity are determined from the overall design of the imaging device, the required bias voltage V sias can be determined using the graph in FIG. 4(b). can.

上記構成に係る光センサセルのもう一つの利点は、p領
域6に蓄積されたホールはp領域6におけるエレクトロ
ンとホールの再結合確率がきわめて小さいことから非破
壊的に読出し可能なことである。すなわち読出し時に電
極9に印加していた電圧Vllをゼロボルトにもどした
時、p領域6の電位は電圧v脅を印加する前の逆バイア
ス状態になり、光照射により発生した蓄積電圧Vpは、
新しく光が照射されない限り、そのまま保存されるわけ
である。このことは、上記構成に係る光センサセルを光
電変換装置として構成したときに5システム動作上、新
しいI能を提供することができることを意味する。
Another advantage of the optical sensor cell having the above configuration is that the holes accumulated in the p region 6 can be read out nondestructively because the probability of recombination of electrons and holes in the p region 6 is extremely small. That is, when the voltage Vll applied to the electrode 9 during reading is returned to zero volts, the potential of the p region 6 becomes the reverse bias state before applying the voltage v, and the accumulated voltage Vp generated by light irradiation is
It will remain as it is unless exposed to new light. This means that when the optical sensor cell according to the above configuration is configured as a photoelectric conversion device, new I functions can be provided in terms of system operation.

このP領域6にM積電圧Vpを保持できる時間は、きわ
めて長く、最大の保持時間は、むしろ、接合の空乏層中
において熱的に発生する暗電流によって制限を受ける。
The time during which the M product voltage Vp can be held in the P region 6 is extremely long, and the maximum holding time is rather limited by the dark current thermally generated in the depletion layer of the junction.

すなわち、この熱的に発生する暗電流により光センサセ
ルが飽和してしまうからである。しかしながら、−上記
構成に係る光センサセルでは、空乏層の広がっている領
域は、低不純物濃度領域であるn−領域5であり、この
n”領域5は10” am−’ 〜10” Cs−’程
度と、きわめて不純物濃度が低いため、その結晶性が良
好であり、MOS型、CCD5!11fi!装置に比較
して熱的に発生するエレクトロン・ホール対は少ない。
In other words, this thermally generated dark current saturates the optical sensor cell. However, in the photosensor cell according to the above configuration, the region where the depletion layer spreads is the n- region 5 which is a low impurity concentration region, and this n'' region 5 has a range of 10"am-' to 10"Cs-' Since the impurity concentration is extremely low, the crystallinity is good, and fewer electron-hole pairs are thermally generated compared to MOS type and CCD5!11fi! devices.

このため、暗電流は、他の従来の装置に比較して小さい
、すなわち、上記構成に係る光センサセルは本質的に暗
電流雑音の小さい構造をしているわけである。
For this reason, the dark current is small compared to other conventional devices, that is, the optical sensor cell according to the above configuration has an essentially low dark current noise structure.

次いでp領域6に蓄積された電荷をリフ1/ツシユする
動作について説明する。
Next, an explanation will be given of the operation of refreshing/throwing the charges accumulated in p region 6.

1−、21 E&に係る光センサセルでは、すでに述べ
たごとく、p領域6に蓄積されたfc!、荷は、読出し
動作では消滅しない、このため新しい光情報を入力する
ためには、前に蓄積されていた電荷を消滅させるための
リフレッシュ動作が必要である。また同時に、浮遊状態
になされているp領域6の電位を所定の負電圧にm電さ
せておく必要がある。
1-, 21 In the optical sensor cell according to E&, as already mentioned, fc! accumulated in the p region 6! , the charge is not erased by the read operation, so in order to input new optical information, a refresh operation is required to erase the previously accumulated charge. At the same time, it is necessary to raise the potential of p-region 6, which is in a floating state, to a predetermined negative voltage.

上記構成に係る光センサセルでは、リフ1/ッシュ動作
も読出し動作と同様、配線10を通して電極9に正電圧
を印加することにより行なう。このとき、配線8を通し
てエミッタを接地する。コレクタは、電極12を通して
接地又は正電位にしておく、第′5図にリフレッシュ動
作の等価回路を示す、但しコレクタ側を接地した状態の
例を示している。
In the optical sensor cell having the above configuration, the refresh 1/refresh operation is also performed by applying a positive voltage to the electrode 9 through the wiring 10, similarly to the read operation. At this time, the emitter is grounded through the wiring 8. The collector is grounded or kept at a positive potential through the electrode 12. An equivalent circuit for a refresh operation is shown in FIG. 5, in which the collector side is grounded.

この状態で正電圧VIIHなる電圧が電極9に印加され
ると、ベース22には、酸化膜容SLCox13、ベー
ス◆エミー2夕1tJ1m合容1cbel 5、ベース
・コレクタ間接合容量cbc17の容量分割により、 なる電圧が、前の読出し動作のときと同様瞬時的にかか
る。この電圧により、ベース・エミシタ間接合ダイオー
ドDbe16およびベース◆コレクタ間接合ダイオード
Dbc18は順方向バイアスされて導通状態となり、電
流が流れ始め、ベース電位は次第に低下していく。
When a positive voltage VIIH is applied to the electrode 9 in this state, the base 22 has an oxide film capacitance SLCox 13, a base emmy 2 1tJ1m total capacitance 1cbel 5, and a base-collector junction capacitance cbc17. voltage is applied instantaneously as in the previous read operation. Due to this voltage, the base-emitter junction diode Dbe16 and the base◆collector junction diode Dbc18 are forward biased and become conductive, current begins to flow, and the base potential gradually decreases.

この時、浮遊状態にあるベースの電位Vの変化は近似的
に次式で表わされる。
At this time, the change in the potential V of the base in a floating state is approximately expressed by the following equation.

但し、 1>はダイオードDbcを流れる電流、12はダイオー
ドDbeを流れる電流である。A〜はベース面禎、Ae
はエミッタ面積、DPはコ1/クタ中におけるホールの
拡散定数、pい、はコレクタ中における熱平衡状態のホ
ール11度、Lpはコレクタ中におけるホールの平均自
由行程、DPIはベース中における熱平衡状態での工1
/クトロン濃度である。i、で、ベース側からエミッタ
へのホール注入による電流は、エミッタの不純物濃度が
ベースの不純物濃度にくらべて充分高いので、無視でき
る。
However, 1> is the current flowing through the diode Dbc, and 12 is the current flowing through the diode Dbe. A~ is base mentei, Ae
is the emitter area, DP is the diffusion constant of the hole in the collector, p is the hole 11 degrees in the thermal equilibrium state in the collector, Lp is the mean free path of the hole in the collector, and DPI is the hole in the thermal equilibrium state in the base. Work 1
/cutrone concentration. In i, the current due to hole injection from the base side to the emitter can be ignored because the impurity concentration of the emitter is sufficiently higher than that of the base.

ヒに示した式は、段階接合近似のものであり実際のデバ
イスでは段階接合からはずれており、又ベースの厚さが
薄く、かつ?1雑な濃度介在を有しているので厳密なも
のではないが、リフレーアシュ動作をかなりの′fLQ
1で説明可能である。
The formula shown in (a) is an approximation of stepwise bonding, and in actual devices, it deviates from stepwise bonding, and the base thickness is thin, and... 1. Although it is not strict as it has a rough concentration intervention, the reflex action can be controlled by a considerable 'fLQ.
1 can be explained.

L&中のベース・コレクタ間に流れる電流iの内、q”
 DP ” PIll/LPはホールによる電流、すな
わちベースからホールがコレクタ側へ流れだす成分を示
している。このホールによる電流が流れやすい様に上記
構成に係る光センサセルでは、コレクタの不純物濃度は
1通常のバイポーラトランジスタに比較して少し低めに
設計される。
Of the current i flowing between the base and collector in L&, q”
DP" PIll/LP indicates a current due to holes, that is, a component in which holes flow from the base to the collector side. In order to facilitate the flow of current due to holes, in the optical sensor cell with the above configuration, the impurity concentration of the collector is normally set to 1. It is designed to be a little lower than bipolar transistors.

この式を用いて計算した、ベース電位の時間依存性の一
例を第6図に示す、横軸は、リフレッシュ電圧V 1l
14が電極9に印加された瞬間からの時間経過すなわち
リフレッシュ時間を、縦軸は、ベース電位をそれぞれ示
す、また、ベースの初期電位をパラメータにしている。
An example of the time dependence of the base potential calculated using this formula is shown in FIG. 6. The horizontal axis is the refresh voltage V 1l
14 is applied to the electrode 9, that is, the refresh time, and the vertical axis indicates the base potential, and the initial potential of the base is used as a parameter.

ベースの初期電位とは、リフ1/−/シュ電圧Vlll
が加わった瞬間に、浮遊状j島にあるベースが示す電位
であり、V11@。
The initial potential of the base is the riff 1/-/sh voltage Vllll
At the moment when is applied, the potential exhibited by the base on the floating J island is V11@.

Cox、Cbs、Cbc及びベースにIMされている電
荷によってきまる。
It depends on Cox, Cbs, Cbc and the charge IMed on the base.

この第6図をみれば、ベースの電位は初期電位によらず
、ある時間経過後には必ず、片対数グラフ上で一つのv
r、線にしたがって下がっていく。
If you look at Figure 6, the base potential will always reach one v on the semi-logarithmic graph after a certain period of time, regardless of the initial potential.
r, descending along the line.

第6図(b)に、リフレッシュ時間に対するベース電位
変化の実験値を示す、第6図(a)に示した計算例に比
較して、この実験で用いたテストデバイスは、ディメン
ションがかなり大きいため、計算例とはその絶対値は一
致しないが、リフレッシュ時間に対するベース電位変化
が片対数グラフ上で直線的に変化していることが実証さ
れている。この実験例ではコレクタおよびエミツタの両
者を接地したときの値を示している。
Figure 6(b) shows experimental values of base potential change with respect to refresh time.Compared to the calculation example shown in Figure 6(a), the test device used in this experiment has considerably larger dimensions. Although the absolute value does not match the calculation example, it has been demonstrated that the base potential change with respect to the refresh time changes linearly on a semi-logarithmic graph. This experimental example shows the value when both the collector and emitter are grounded.

今、光照射による?I積電圧Vpの最大値を0.4[V
l 、  リフレッシュ電圧ViIHによりベースに印
加される電圧V を0.4[Vl  とすると、第6図
に示すごとく初期ベース電位の最大値は0.8[Vlと
なり、リフレッシュ電圧印加後10  [5ecl後に
はjll¥線にのってベース電位が下がり始め、10−
’[sec〕後には、光があたらなかった時、すなわち
初期ベース電位が0.4[Vlのときの電位変化と一致
する。
Now, due to light irradiation? The maximum value of I product voltage Vp is set to 0.4[V
If the voltage V applied to the base by the refresh voltage ViIH is 0.4[Vl, the maximum value of the initial base potential is 0.8[Vl] as shown in FIG. is on the jll\ line, the base potential begins to fall, and 10-
'After [sec], the change in potential matches the change in potential when no light is applied, that is, when the initial base potential is 0.4 [Vl].

p領域6が、MOSキャパシタCoxを通して正電圧を
ある時間印加し、その正電圧を除去すると負電位に帯電
する仕方には、2通りの仕方がある。一つは、p領域6
から正電荷を持つホールが、主として積地状態にあるn
領域1に流れ出すことによって、負電荷が蓄積される動
作である。
There are two ways in which the p region 6 can be charged to a negative potential by applying a positive voltage for a certain period of time through the MOS capacitor Cox and removing the positive voltage. One is p region 6
n, where holes with positive charges are mainly in a stacked state
This is an operation in which negative charges are accumulated by flowing out into region 1.

p領域6かもホールが、ngA域1に一方的に流れ、n
領域lの電子があまりpwi域6内に流れ込まないよう
にするためには、p領域6の不純物密度をn領域lの不
純物密度より高くしておけばよい。一方5 n7領域7
やn領域1からの電子が、p領域6に流れ込み、ホール
と再結合することによって、p領域6に負電荷が蓄積す
る動作も行なえる。この場合には、n領域1の不純物密
度はp領域6より高くなされている。p領域6からホー
ルが流出することによって、負電荷が蓄積する動作の方
が、p領域6ベースに電子が流れ込んでホールと再結合
することにより負電荷が蓄積する動作よりはるかに速い
。しかし、これまでの実験によれば、電子をp領域6に
流し込むリフレッシュ動作でも、光電変換装置の動作に
対しては。
Holes in p region 6 flow unilaterally to ngA region 1, and n
In order to prevent too many electrons from region l from flowing into pwi region 6, the impurity density of p region 6 may be made higher than the impurity density of n region l. On the other hand 5 n7 region 7
Electrons from the p-region 1 and n-region 1 flow into the p-region 6 and recombine with holes, thereby allowing negative charges to accumulate in the p-region 6. In this case, the impurity density of n region 1 is higher than that of p region 6. The operation of accumulating negative charges due to holes flowing out from p-region 6 is much faster than the operation of accumulating negative charges due to electrons flowing into the base of p-region 6 and recombining with holes. However, according to previous experiments, even a refresh operation in which electrons are flowed into the p region 6 has a negative effect on the operation of the photoelectric conversion device.

十分に速い時間応答を示すことが確認されている。It has been confirmed that the time response is sufficiently fast.

L記構成に係る光センサセルをxY力方向多数ならべて
光電変換装置を構成したとき、画像により各センサセル
で、蓄@電圧Vpは、上記の例では 0−0.4  [
V]の間でばらついているが、リフレッシュ電圧VII
H印加後10−’ [5eelには、全てのセンサセル
のベースには約0.3[V1程度の・−定電圧は残るも
のの、画像による蓄積電圧Vpの変化分は全て消えてし
まうことがわかる。すなわち、上記構成に係る光センサ
セルによる光電変換装置では、リフレッシュ動作により
全てのセンサセルのベース電位をゼロボルトまで持って
いく完全リフレッシュモードと(このときは第6図(a
)の例では10(seclを要する)、ベース電位には
ある一定電圧は残るものの蓄積電圧Vpによる変動成分
が消えてしまう過渡的リフレシュモードの二つが存在す
るわけである(このときは第6図(a)の例では、 1
0 [μ5ecl〜lO[5eclのり7L/yシユパ
ルス)0以上の例では、リフレー7シュ電圧VRHによ
りベースに印加される電圧V^ を0.4[V]とした
が、この電圧V^を0.8[V]とすれば、上記、過渡
的リフレッシュモードは、第6図によれば、l [n5
ec]でおこり、きわめて高速にリフレッシュすること
ができる。完全リフレッシュモードで動作させるか、過
渡的リフレッシュモードで動作させるかの選択は光電変
換装置の使用目的によって決定される。
When a photoelectric conversion device is constructed by arranging a large number of optical sensor cells according to the L configuration in the x and Y force directions, the stored voltage Vp in each sensor cell is 0-0.4 in the above example according to the image.
V], but the refresh voltage VII
It can be seen that at 10-'[5eel after H is applied, a constant voltage of about 0.3[V1 remains at the base of all sensor cells, but all changes in the accumulated voltage Vp due to the image disappear. . That is, in the photoelectric conversion device using photosensor cells having the above configuration, there is a complete refresh mode in which the base potential of all sensor cells is brought to zero volts by a refresh operation (in this case, in FIG. 6(a)
), there are two modes: 10 (requiring secl) and a transient refresh mode in which a certain constant voltage remains at the base potential but the fluctuation component due to the accumulated voltage Vp disappears (in this case, as shown in Figure 6). In example (a), 1
0 [μ5ecl ~ lO [5ecl glue 7L/y pulse] 0 In the above example, the voltage V^ applied to the base by the refresh voltage VRH was set to 0.4 [V], but this voltage V^ was set to 0. .8 [V], the above transient refresh mode is 1[n5] according to FIG.
ec] and can be refreshed extremely quickly. The choice of whether to operate in complete refresh mode or transient refresh mode is determined by the purpose of use of the photoelectric conversion device.

このJ渡的リフレッシュモードにおいてベースに残る電
圧をvtとすると、リフレッシュ電圧vl11.4を印
加後、■彎−をゼロボルトにもどす瞬間の過渡的状態に
おいて、 なる負電圧がベースに加算されるので、リフレッシュパ
ルスによるリフレッシュ動作後のベース電位は となり、ベースはエミッタに対して逆バイアス状態にな
る。
If the voltage remaining on the base in this J-transient refresh mode is vt, then in the transient state at the moment when the refresh voltage vl11.4 is returned to zero volts, a negative voltage is added to the base as follows. After the refresh operation by the refresh pulse, the base potential becomes , and the base becomes reverse biased with respect to the emitter.

饗しψ′4I−σト(1励り七M f” # a−IJ
アか糞詰する票agh作のとき、蓄積状態ではベースは
逆バイアス状態で行なわれるという説明をしたが、この
リフレッシュ動作により、リフレッシュおよびベースを
逆バイアス状態に持っていくことの2つの動作が同時に
行なわれるわけである。
Feast ψ′4I-σto (1 encouragement 7M f” # a-IJ
I explained that the base is in a reverse bias state in the accumulation state when creating Aka Shit Vote agh, but this refresh operation performs two operations: refreshing and bringing the base to a reverse bias state. This is done at the same time.

!lR6図(C)にリフレッシュ電圧Vlll+に対す
るリフレッシュ動作後のベース電位 の変化の実験値を示す。パラメータとしてCowの値を
5pFから100p Fまでとっている。丸印は実験値
であり、実線は より計算される計算値を示している。このときV K 
−0,52Vであり、 また、Cbc+ Cbe= 4
pF テある。但しm測用オシロスコープのプローグ容
量13pFがCbc+ Cbeに並列に接続されている
。この様に、計算値と実験値は完全に一致しており、ノ
フレッシュ動作が実験的にも確認されていス 以上のリフレッシュ動作においては、第5図に示す様に
、コレクタを接地したときの例について説明したが、コ
レクタを正電位・にした状態で行なうことも可能である
。このときは、ベース・コレクタ間接合ダイオードDb
c18が、リフレーアシュパルスが印加されても、この
リフレッシュパルスによりベースに印加される電位より
も、コレクタに印加されている正電位の方が大きいと非
導通状態のままなので、電流はベース・エミッタ間接合
ダイオードDbe16だけを通して流れる。このため、
ベース電位の低下は、よりゆっくりしたものになるが、
基本的には、前に説明したのと、まったく同様な動作が
行なわれるわけである。
! FIG. 1R6 (C) shows experimental values of the change in base potential after the refresh operation with respect to the refresh voltage Vllll+. The value of Cow is set as a parameter from 5 pF to 100 pF. The circles are experimental values, and the solid lines are more calculated values. At this time VK
−0.52V, and Cbc+Cbe=4
There is pF. However, the probe capacitance of 13 pF of the m-measurement oscilloscope is connected in parallel to Cbc+Cbe. In this way, the calculated value and the experimental value are in complete agreement, and the no-fresh operation has been experimentally confirmed. Although an example has been described, it is also possible to carry out the operation with the collector at a positive potential. At this time, the base-collector junction diode Db
Even if c18 is applied with a refresh pulse, if the positive potential applied to the collector is greater than the potential applied to the base by this refresh pulse, it remains non-conducting, so the current flows between the base and c18. It flows only through the emitter junction diode Dbe16. For this reason,
The base potential decreases more slowly, but
Basically, the operation is exactly the same as that described above.

すなわち第6図(a)のリフレッシュ時間に対するベー
ス電位の関係は、第6図(a)のベース電位が低下する
時の斜めの直線が右側の方、つまり、より時間の要する
方向ヘシフトすることになる。
In other words, the relationship between the base potential and the refresh time in FIG. 6(a) is such that the diagonal straight line when the base potential decreases in FIG. 6(a) shifts to the right, that is, in the direction that requires more time. Become.

したがって、コレクタを接地した時と同じリフレッシュ
Ta EE V axを用いると、リフレッシュに時間
を要することになるが、リフレッシュ電圧vIIHをわ
ずか高めてやればコレクタを接地した時と同様、高速の
リフレッシュ動作が可能である。
Therefore, if you use the same refresh Ta EE V ax as when the collector is grounded, it will take time to refresh, but if you slightly increase the refresh voltage vIIH, you can achieve a high-speed refresh operation just like when the collector is grounded. It is possible.

以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動作、リフレ
ッシュ動作よりなる上記構成に係る光センサセルの基本
動作の説明である。
The above is an explanation of the basic operation of the photosensor cell according to the above configuration, which consists of a charge accumulation operation, a readout operation, and a refresh operation by light incidence.

以上説明したごとく、上記構成に係る光センサセルの基
本構造は、すでにあげた特開昭58−150878、特
開昭58−157073 、特開昭58−111547
3と比較してきわめてmtsな構造であり、将来の高解
像度化に十分対応できるとともに、それらのもつ優れた
特徴である増幅機能からくる低雑音、高出力、広ダイナ
ミツクレンジ、非破壊読出し等のメリットをそのまま保
存している。
As explained above, the basic structure of the optical sensor cell according to the above configuration is disclosed in the previously mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 58-150878, No. 58-157073, and No. 58-111547.
Compared to 3, it has an extremely MTS structure and can fully support future higher resolutions, and its excellent features such as low noise, high output, wide dynamic range, non-destructive readout, etc. due to the amplification function. It preserves the benefits of

次に、以上説明した構成に係る光センサセルを二次元に
配列して構成した本発明の光電変換装置の一実施例につ
いて図面を用いて説明する。
Next, an embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention, which is configured by two-dimensionally arranging the optical sensor cells according to the configuration described above, will be described with reference to the drawings.

す。vinegar.

すでに説明した点線でかこまれた基本光センサセル30
(この時バイポーラトランジスタのコレクタは基板およ
び基板電極に接続されることを示している。)、読出し
パルスおよびリフレッシュパルスを印加するための水平
ライン3131’、31#、読出しパルスを発生させる
ための垂直シフトレジスタ32、垂直シフトレジスタ3
2と水平ライン31.31’、31“の間のバッファM
O3)ランジメタ33.33 33“    のゲートにパルスを印加するための端子
34、リフレーアシュパルスを印加するためのバッファ
MOSトランジスタ35.35’、35“、それのゲー
トにパルスを印加するための端子36、リフレッシュパ
ルスを印加するための端子37、基本光センサセル 3
0から蓄積電圧を読出すための垂直ライン38.38’
、38″各垂直ラインを選択するためのパルスを発生す
る水平シフトレジスタ39、各垂直ラインを開閉するた
めのゲート用MO5)ランンジスタ40゜40’、40
″、蓄積電圧をアンプ部に読出すための出力ライン41
.読出し後に、出力ラインにi J&した電荷をリフレ
ッシュするためのMOSトランジスタ42.MOSトラ
ンジスタ42ヘリフレツシユパルスを印加するための端
子43、出力信号を増幅するためのバイポーラ、MOS
、FET、J−FET等のトランジスタ44.負荷抵抗
45、トランジスタと電源を接続するための端子46、
トランジスタの出力端子47、読出し動作において垂直
ライン40.40’、40”に蓄積された電荷をリフレ
ッシュするためのMOS)ランジメタ48.48’、4
B”、およびMO3I−ランジメタ48.48’ 、4
8″のゲートにパルスを印加するための端子49により
この光電変換装置は構成されている。
The basic optical sensor cell 30 surrounded by the dotted line already explained
(This shows that the collector of the bipolar transistor is connected to the substrate and the substrate electrode.), horizontal lines 3131' and 31# for applying read pulses and refresh pulses, and vertical lines 3131' and 31# for generating read pulses. Shift register 32, vertical shift register 3
Buffer M between 2 and horizontal lines 31.31', 31"
O3) Terminal 34 for applying a pulse to the gate of Rangemetal 33.33 33", buffer MOS transistor 35, 35', 35" for applying a refresh pulse, and terminal 34 for applying a pulse to its gate. Terminal 36, terminal 37 for applying refresh pulse, basic optical sensor cell 3
Vertical line 38.38' for reading the stored voltage from 0
, 38'' Horizontal shift register 39 that generates pulses to select each vertical line, MO5) transistor for gates to open and close each vertical line 40° 40', 40
″, an output line 41 for reading out the accumulated voltage to the amplifier section
.. After reading, a MOS transistor 42. is used to refresh the charge added to the output line. MOS transistor 42 terminal 43 for applying a refresh pulse, bipolar for amplifying the output signal, MOS
, FET, J-FET, etc. transistor 44. A load resistor 45, a terminal 46 for connecting the transistor and the power supply,
Transistor output terminal 47, MOS for refreshing the charge accumulated in the vertical lines 40, 40', 40'' during read operation) range meta 48, 48', 4
B'', and MO3I-Randimeta48.48', 4
This photoelectric conversion device is constituted by a terminal 49 for applying a pulse to the gate of 8''.

この光電変換装置の動作について第7図およびpf!J
8図に示すパルスタイミング図を用いて説明する。
Regarding the operation of this photoelectric conversion device, FIG. 7 and pf! J
This will be explained using the pulse timing diagram shown in FIG.

第8図において、区間61はリフレー、シュ動作1区間
62は蓄積動作、区間63は読出し動作にそれぞれ対応
している。
In FIG. 8, a section 61 corresponds to a replay, a first operation section 62 corresponds to an accumulation operation, and a section 63 corresponds to a read operation.

時刻tiにおいて、基板電位、すなわち光センサセル部
のコレクタ電位64は、接地電位または正電位に保たれ
るが、第8図では接地電位に保たれているものを示して
いる。接地電位又は正電位のいずれにしても、すでに説
明した様に、リフレッシュに要する時間が異なってくる
だけであり、基本動作に変化はない、端子49の電位6
5はhigh状態であり、MOS)ランジメタ48゜4
8’、48Nは導通状態に保たれ、各光センサセルは、
垂直ライン38.38’、38“を通して接地されてい
る。また端子36には、波形66のごとくバッファMO
S)ランジスタが導通する電圧が印加されており、全画
面−括リフレッシュ用バッファMOSトランジスタ35
.35’、35″は導通状態となっている。この状態で
端子37に波形 67のごとくパルスが印加されると、
水平ライン31.31’、31“を通して各党センサセ
ルのベースに電圧がかかり、すでに説明した様に、リフ
レッシュ動作に入り、それ以前に蓄積されていた電荷が
、完全リフレッシュモード又は過渡的リフツレシュモー
ドにしたがってリフレッシュされる。完全リプレー2シ
ユモードになるか又は過渡的リフレッシュモードになる
かは波形67のパル欠輻により決定されるわけである。
At time ti, the substrate potential, that is, the collector potential 64 of the photosensor cell portion is kept at the ground potential or positive potential, and FIG. 8 shows it kept at the ground potential. Regardless of whether it is a ground potential or a positive potential, as already explained, the time required for refreshing differs, and there is no change in the basic operation.
5 is in high state, MOS) range meta 48°4
8', 48N are kept conductive, and each photosensor cell is
It is grounded through the vertical lines 38, 38', 38''.
S) A voltage is applied that makes the transistor conductive, and the buffer MOS transistor 35 for full screen-batch refresh is applied.
.. 35' and 35'' are in a conductive state. When a pulse as shown in waveform 67 is applied to the terminal 37 in this state,
A voltage is applied to the base of each sensor cell through the horizontal lines 31, 31', 31'', and as explained above, a refresh operation is entered, in which the previously accumulated charge is transferred to either a complete refresh mode or a transient refresh mode. Whether the complete replay mode or the transient refresh mode is selected is determined by the pulse loss of the waveform 67.

t2時刻において、すでに説明したごとく、各光センサ
セルのトランジスタのベースはエミッタに対して逆バイ
アス状態となり、次の蓄積区間62へ移る。このリフレ
ッシュ区間61においては、図に示すように、他の印加
パルスは全てlow状態に保たれている。
At time t2, as described above, the base of the transistor of each photosensor cell is reverse biased with respect to the emitter, and the next accumulation period 62 is entered. In this refresh period 61, as shown in the figure, all other applied pulses are kept in a low state.

蓄積動作区間62においては、基板電圧、すなわちトラ
ンジスタのコレクタ電位波形 64はIE電位にする。
In the accumulation operation period 62, the substrate voltage, ie, the collector potential waveform 64 of the transistor is set to the IE potential.

これにより光照射により発生したエレクトロン◆ホール
対のうちのエレクトロンを、コレクタ側へ早く流してし
まうことができる。しかし、このコレクタ電位を正電位
に保つことは、ベースをエミッタに対して逆方向バイア
ス状態、すなわち負電位にし・てti像しているので必
須条件ではなく、接#!電位あるいは若干負電位状態に
しても甚大的な′II積動作に変化はない。
As a result, electrons of the electron◆hole pairs generated by light irradiation can quickly flow toward the collector side. However, keeping this collector potential at a positive potential is not an essential condition because the base is biased in the reverse direction with respect to the emitter, that is, at a negative potential, and the ti image is maintained. Even if the potential is changed to a slightly negative potential state, there is no change in the significant 'II product operation.

a y1a作状態においては、MOS)ランジメタ48
.48’、48“のゲート端子49の電位65は、リフ
レーアシュ区間と同様、highに保たれ、各MOSト
ランジスタは導通状態に保たれる。このため、各光セン
サセルのエミッタは垂直ライン38.38’、38″を
通して接地されている0強い光の照射により、ベースに
ホールが蓄積され、飽和してくると、すなわちベース電
位がエミッタ電位(接地電位)に対して願方向バイアス
状態になってくると、ホールは垂直ライン3838’、
38″を通して流れ、そこでベース電位変化は停tヒし
、はクリ、ブされることになる。
In the a y1a production state, MOS) Langimeta 48
.. The potential 65 of the gate terminal 49 of 48', 48" is kept high as in the refresh period, and each MOS transistor is kept conductive. Therefore, the emitter of each photosensor cell is connected to the vertical line 38, 38'. , is grounded through 38". When holes are accumulated in the base and saturated, that is, when the base potential becomes biased in the desired direction with respect to the emitter potential (ground potential). , the hole is vertical line 3838',
38'', where the base potential change is stopped and stopped.

したがって1重直方向にとなり合う光センサセルのエミ
ッタが垂直ライン38.38’、38”により共通に接
続されていても、この様に垂直ライン38.38’、3
8″を接地しておくと、ブルーミング現象を生ずること
はない。
Therefore, even if the emitters of photosensor cells adjacent to each other in the vertical direction are commonly connected by the vertical lines 38.38', 38'', the vertical lines 38.38', 38''
If 8'' is grounded, no blooming phenomenon will occur.

このブルーミング現象をさける方法は、MOSトランジ
スタ48.48’、48”を非導通状態にして、垂直ラ
イン38.38’、38“を浮遊状態にしていても、基
板電位、すなわちコレクタ電位64を若干負電位にして
おき、ホールの蓄積によりベース電位が正電位方向に変
化してきたとき、エミッタより先にコレクタ側の方へ流
れだす様にすることにより達成することも可能である。
To avoid this blooming phenomenon, even if the MOS transistors 48, 48', 48'' are made non-conductive and the vertical lines 38, 38', 38'' are made floating, the substrate potential, that is, the collector potential 64, may be slightly reduced. This can also be achieved by setting the potential to be negative, and when the base potential changes to a positive potential due to accumulation of holes, the potential flows toward the collector side before the emitter.

蓄積区間62に次いで、時刻t3より読出し区間63に
なる。この時刻t3において1M0S)ランジメタ48
.48’、48”のゲート端子49の電位65をlow
にし、かつ水平ライン31.31’、31”のバー2フ
ア−MOSトランジスタ33.33’、33“のゲート
端子の電位68をhighにし、それぞれのMOS)ラ
ンジスタを導通状態とする。但し、このゲート端子34
の電位68をhighにするタイミングは、時刻t3で
あることは必須条件ではなく、それより早い時刻であれ
ば良い。
Following the accumulation section 62, a readout section 63 begins at time t3. At this time t3, 1M0S) Langimeta 48
.. 48', 48'' gate terminal 49 potential 65 is low
Then, the potential 68 of the gate terminals of the bar 2 FAR MOS transistors 33, 33', 33'' of the horizontal lines 31, 31', 31'' is set to high, and the respective MOS transistors are made conductive. However, this gate terminal 34
The timing of setting the potential 68 to high is not necessarily at time t3, but may be any earlier time.

時刻t4では、垂直シフトレジスター32の出力のうち
、水平ライン31に接続されたものが波形69のごと(
highとなり、このとき、MOSトランジスタ33が
導通状態であるから、この水平ライン31に接続された
3つの各光センサセルの読出しが行なわれる。この読出
し動作はすでに前に説明した通りであり、各光センサセ
ルのベース領域に蓄積された信号電荷により発生した信
号電圧は、そのまま、垂直ライン38.38’38′′
に現われる。このときの垂直シフトレジスター32から
のパルス電圧のパルス幅は、第4図に示した様に、蓄y
1電圧に対する読出し電圧が、f・分直線性を保つ関係
になるパルス幅に設定される。またパルス電圧は先に説
明した様に、v@ias分だけエミツタに対して順方向
バイアスがかかる様調整される。
At time t4, among the outputs of the vertical shift register 32, those connected to the horizontal line 31 have a waveform 69 (
Since the MOS transistor 33 is in a conductive state at this time, each of the three photosensor cells connected to the horizontal line 31 is read out. This readout operation is as described above, and the signal voltage generated by the signal charge accumulated in the base region of each photosensor cell is directly transferred to the vertical line 38.38'38''
appears in At this time, the pulse width of the pulse voltage from the vertical shift register 32 is as shown in FIG.
The read voltage for one voltage is set to a pulse width that maintains linearity by f·min. Further, as explained above, the pulse voltage is adjusted so that a forward bias is applied to the emitter by v@ias.

次いで、時刻t、において、水平シフトレジスタ39の
出力のうち、垂直ライン38に接続されたMoSトラン
・ジメタ40のゲートへの出力だけが波形70のごと(
highとなり、Mo3)ランジメタ40が導通状態と
なり、出力信号は出力ライン41を通して、出力トラン
ジスタ44に入り、電流増幅されて出力端子47から出
力される。この様に信号が読出された後、出力ライン4
1には配線容量に起因する信号電荷が残っているので。
Next, at time t, among the outputs of the horizontal shift register 39, only the output to the gate of the MoS transistor 40 connected to the vertical line 38 has a waveform 70 (
becomes high, the range metal 40 becomes conductive, and the output signal passes through the output line 41 and enters the output transistor 44, where the current is amplified and output from the output terminal 47. After the signal is read out in this way, the output line 4
1, there remains signal charge due to wiring capacitance.

時M t aにおいて、MOSトランジスタ42のゲー
ト端子43にパルス波形71のごとくパルスを印加し、
Mo5)ランジメタ42を導通状態にして出力ライン4
1を接地して、この残留した信号電荷をリフレッシュし
てやるわけである。以下同様にして、スイッチングMO
Sトランジスタ40’、40″を順次導通させて垂直ラ
イン38’、38”の信号出力を読出す。この様にして
水平に並んだ−ライン分の各光センサセルからの信号を
読出した後、瘍直ライン38.38’38″には、出力
ライン41と同様、それの配線容量に起因する信号it
荷が残留しているので、各垂直ライン38.38’、3
8″に接続されたMOSトランジスタ48.48’、4
8.”を、それのケート端子49に波形65で示される
様にhighにして導通させ、この残留信号電荷をリフ
レッシュする。
At time M t a, a pulse is applied to the gate terminal 43 of the MOS transistor 42 as shown in the pulse waveform 71,
Mo5) Make the range metal 42 conductive and connect the output line 4.
1 is grounded to refresh this remaining signal charge. Similarly, the switching MO
The S transistors 40', 40'' are made conductive in sequence to read out the signal outputs of the vertical lines 38', 38''. After reading out the signals from each horizontally arranged line of photosensor cells in this way, the tumor line 38.38'38'' receives a signal due to its wiring capacitance, similar to the output line 41.
Since the load remains, each vertical line 38.38', 3
MOS transistor 48.48' connected to 8'', 4
8. '' is made high and conductive at its gate terminal 49 as shown by a waveform 65 to refresh this residual signal charge.

次いで1時刻t・において、垂直シフトレジスター32
の出力のうち、水平ライン31′に接続された出力が波
形69′のこと(highとなり、水平ライン31′に
接続された各党センサセルの蓄積電圧が、各垂直ライン
38.38’、38“′に読出されるわけである。以下
、順次前と同様の動作により、出力端子47から@号が
読出される。
Then, at time t, the vertical shift register 32
Among the outputs, the output connected to the horizontal line 31' becomes waveform 69' (high), and the accumulated voltage of each party sensor cell connected to the horizontal line 31' becomes 38, 38', 38"' on each vertical line. Thereafter, the @ sign is read out from the output terminal 47 by the same operation as before.

以上の説明においては、am区間62と読出し区間63
がL4確に区分される様な応用分野、例えば@近研究開
発が積極的に行なわれているスチルビデオに適用される
動作状態について説明したが、テレビカメラの様に蓄積
区間62における動作と読出し区間63における動作が
同時に行なわれている様な応用分野に関しても、第8図
のパルスタイミングを変更することにより適用可能であ
る。但し、この時のリフレッシュは全画面−括リフレッ
シュではなく、−ライン毎のリフレッシュ機能が必要で
ある0例えば、水平ライン3iに接続された各光センサ
セルの信号が読出された後、時刻1.において各垂直ラ
インに残留した電荷を消去するためMOS)ランジスタ
48 、48 ’48″を導通にするが、このとき水平
ライン31にリフレッシュパルスを印加する。すなわち
、波形69において時刻tlにおいても時IAt 4 
と同様、パルス電圧。パルス幅、の異なる パルスを発
生する様な構成の垂直シフトレジスタを使用することに
より達成することがでさる。この様にダブルパルス的動
作以外には、第7図の右側に設置した一括リフレッシュ
パルスを印加する機器の代りに、左側と同様の第2の垂
直シフトレジスタを右側にも設け、タイミングを左側に
設けられた垂直レジスタとずらせながら動作させること
により達成させることも可能である。
In the above explanation, the am section 62 and the read section 63
We have explained the operating conditions applied to application fields where L4 is clearly classified, for example, still video, which is currently being actively researched and developed. The present invention can also be applied to fields of application where operations in section 63 are performed simultaneously by changing the pulse timing shown in FIG. However, the refresh at this time is not a full-screen refresh, but requires a line-by-line refresh function.For example, after the signals of each photosensor cell connected to the horizontal line 3i are read, at time 1. In order to erase the charge remaining on each vertical line, the MOS transistors 48 and 48'48'' are made conductive, and at this time a refresh pulse is applied to the horizontal line 31. That is, in the waveform 69, even at time tl, the time IAt 4
Similar to pulsed voltage. This can be achieved by using a vertical shift register configured to generate pulses of different pulse widths. In this way, in addition to double-pulse operation, instead of the device that applies a batch refresh pulse installed on the right side of Figure 7, a second vertical shift register similar to the one on the left side is installed on the right side, and the timing is changed to the left side. This can also be achieved by operating with offset from the vertical register provided.

このときは、すでに説明した様なIIm状慝において、
各光センサセルのエミッタおよびコレクタの各電位を操
作してブルーミングを押さえるという動作の自由度が少
なくなる。しかし、基本動作の所で説明した様に、読出
し状態では、ベースにV ei asなるバイアス電圧
を印加したときに始めて高速読出しができる様な構成と
しているので、第3図のグラフかられかる様に、Vmi
asを印加しない時に、各光センサセルの飽和により、
垂(αライン28.28’、28″に流れだす信号型荷
分はきわめてわずかであり、ブルーミング現象は、まっ
た〈問題にはならない。
In this case, in the IIm condition as already explained,
The degree of freedom in controlling blooming by controlling the potentials of the emitter and collector of each photosensor cell is reduced. However, as explained in the basic operation section, in the read state, the configuration is such that high-speed reading can only be performed when a bias voltage V ei as is applied to the base, so as can be seen from the graph in Figure 3. , Vmi
Due to the saturation of each photosensor cell when as is not applied,
The signal type load flowing into the vertical (α lines 28, 28', 28'') is extremely small, and the blooming phenomenon is not a problem at all.

゛また2スミア現象に対しても、本実施例に係る光電変
換装置は、きわめて優れた特性を得ることができる。ス
ミア現象は、CCO5撮像装置、特にフレーム転送型に
おいては、光の照射されている所を電荷転送されるとい
う、動作および構造上発生する問題であり、インクライ
ン型においては5、特に長波長の光により半導体の深部
で発生したキャリアが電荷転送部に蓄積されるために発
生する問題である。
゛Also, the photoelectric conversion device according to this embodiment can obtain extremely excellent characteristics with respect to the double smear phenomenon. The smear phenomenon is an operational and structural problem that occurs in CCO5 imaging devices, especially frame transfer type, in which charge is transferred to the area irradiated with light. This problem occurs because carriers generated deep in the semiconductor due to light are accumulated in the charge transfer section.

また、MO3型撮像装置においては、各光センサセルに
接地されたスイッチングMO3)ランジスタのドレイン
側に、やはり長波長の光により半導体深部で発生したキ
ャリアが蓄積されるために生じる問題である。
Furthermore, in the MO3 type imaging device, this problem arises because carriers generated deep in the semiconductor due to long wavelength light are accumulated on the drain side of the switching MO3) transistor grounded to each photosensor cell.

これに対して本実施例に係る光電変換装置では、動作お
よび構造上発生するスミア現象はまったくなく、また長
波長の光により半導体深部で発生したキャリアがIa積
されるという現象もまったく生じない、但し、光センサ
セルのエミッタにおいて比較的表面近傍で発生したエレ
クトロンとホールのうち、エレクトロンが蓄積されると
いう現象が心配されるが、これは、−括リフレッシュ動
作のときは蓄積動作状態において、エミー、夕が接地さ
れているため、エレクトロンは蓄積されず、スミア現象
が生じない、また通常のテレビカメラのとき応用される
ラインリフレッシュ動作のときは、水平ブランキングの
期間において、垂直ラインにllWMk電圧を読出す前
に、垂直ラインを接地してリフレッシュするので、この
時同時にエミッタに一水平走査期間に蓄積されたエレク
トロンは流れ出してしまい、このため、スミ7現象はほ
とんど発生しない、この様に、本実施例に係る光電変換
装置では、その構造上および動作上、スミア現象はほと
ん本質的に無視し得る程度しか発生せず、本実施例に係
る光電変換装置の大きな利点の一つである。
On the other hand, in the photoelectric conversion device according to this embodiment, there is no smear phenomenon that occurs due to its operation and structure, and the phenomenon that carriers generated deep in the semiconductor are accumulated by Ia due to long wavelength light does not occur at all. However, there is a concern that electrons are accumulated among the electrons and holes generated relatively near the surface of the emitter of the photosensor cell. Since the electrode is grounded, electrons are not accumulated and no smear phenomenon occurs.Also, during the line refresh operation applied in ordinary television cameras, the 11WMk voltage is applied to the vertical line during the horizontal blanking period. Before reading, the vertical line is grounded and refreshed, so at the same time, the electrons accumulated in the emitter during one horizontal scanning period flow out, so the Sumi 7 phenomenon hardly occurs. In the photoelectric conversion device according to this embodiment, the smear phenomenon occurs only to an essentially negligible extent due to its structure and operation, which is one of the major advantages of the photoelectric conversion device according to this embodiment.

また、蓄積動作状態において、エミッタおよびコレクタ
の各電位を操作して、ブルーミング現象を押さえるとい
う動作について前に記述したが、これを利用してγ特性
を制御することも可能である。
Further, although the operation of suppressing the blooming phenomenon by manipulating the emitter and collector potentials in the storage operation state has been described above, it is also possible to use this to control the γ characteristics.

φ すなわち、蓄@動作の途中おいて、−時的にエミッタま
たはコレクタの電位をある一定の負電位にし、ベースに
蓄積されたキャリアのうち、この負電位を与えるキャリ
ア数より多く蓄積されているホールをエミッタまたはコ
レクタ側へ流してしまうという動作をさせる。これによ
り、蓄積電圧と入射光量に対する関係は、入射光量の小
さいときはシリコン結晶のもつγ=1の特性を示し、入
射光量の大きい所では、γが1より小さくなる様な特性
を示す、つまり、折線近似的に通常テレビカメラで要求
されるγ−0,45の特性をもたせることが可能である
。蓄積動作の途中において上記動作を一度やれば一折線
近似となり、エミッタ又はコレクタに印加する負電位を
二度適宜変更して行なえば5二折線タイプのγ特性を持
たせることも可能である。
φ In other words, during the storage operation, the potential of the emitter or collector is temporarily set to a certain negative potential, and of the carriers accumulated in the base, more carriers are accumulated than the number of carriers that give this negative potential. This causes holes to flow toward the emitter or collector. As a result, the relationship between the accumulated voltage and the amount of incident light shows the characteristic of γ = 1 of silicon crystal when the amount of incident light is small, and shows the characteristic that γ becomes smaller than 1 when the amount of incident light is large. , it is possible to provide the characteristics of γ-0.45 normally required for television cameras using a polygonal approximation. If the above operation is performed once in the middle of the storage operation, it becomes a one-fold line approximation, and if the negative potential applied to the emitter or collector is changed twice as appropriate, it is also possible to have a 5-bifold line type γ characteristic.

また1以上の実施例においては、シリコン基板を共通コ
レクタとしているが通常バイポーラI・ランジスタのご
と〈理込n+領域を設け、各ライン毎にコレクタを分割
させる様な構造としてもよい。
In one or more of the embodiments, the silicon substrate is used as a common collector, but a structure may also be used in which an n+ region is provided and the collector is divided for each line, as in a normal bipolar I transistor.

なお、実際の動作には第8図に示したパルスタイミング
以外に、垂直シフトレジスタ32、水平シフト−ジス3
9を駆動するためのクロックパルスが必要である。
In addition to the pulse timing shown in FIG. 8, the actual operation requires the vertical shift register 32 and the horizontal shift register 3.
A clock pulse is required to drive 9.

第9図に出力信号に関係する等価回路を示す。FIG. 9 shows an equivalent circuit related to the output signal.

容量Cマ80は、垂直ライン38.38’38″の配線
容量であり、v量C181は出力ライン41の配線容量
をそれぞれ示している。また第9図右側の等価回路は、
読出し状態におけるものであり、スイッチング用MOS
)ランジメタ40.40’、40″は導通状態であり、
それの導通状態における抵抗値を抵抗RM82で示して
いる。また増幅用トランジスタ44を抵抗r、83およ
び電流源84を用いた等価回路で示している。出力ライ
ン41の配線容量に起因する電荷蓄積をリフレッシュす
るためのMOS)ランジメタ42は、読出し状態では非
導通状態であり、インピーダンスが高いので、右側の等
価回路では省絡している。
The capacitance Cma80 is the wiring capacitance of the vertical line 38.38'38'', and the v quantity C181 is the wiring capacitance of the output line 41.The equivalent circuit on the right side of FIG.
This is in the read state, and the switching MOS
) Rangemetal 40. 40', 40'' are in a conductive state,
Its resistance value in the conductive state is indicated by resistor RM82. Further, the amplification transistor 44 is shown as an equivalent circuit using a resistor r, 83 and a current source 84. The MOS range metal 42 for refreshing the charge accumulation caused by the wiring capacitance of the output line 41 is non-conductive in the read state and has high impedance, so it is omitted in the equivalent circuit on the right side.

等価回路の各パラメータは、実際に構成する光電変換装
置の大きさにより決定されるわけであるが、例えば、容
量Cマ80は約4 pF位、容量C,81は約4 pF
位、MOS)ランジスタの導通状態の抵抗R182は3
にΩ程度、バイポーラトランジスタ44の電流増幅率β
は約100程度として、出力端子47において観測され
る出力信号波形を計算した例を第1O図に示す。
Each parameter of the equivalent circuit is determined by the size of the photoelectric conversion device actually constructed. For example, the capacitance C 80 is about 4 pF, and the capacitance C 81 is about 4 pF.
The conductive state resistance R182 of the transistor (MOS) is 3
about Ω, the current amplification factor β of the bipolar transistor 44
An example in which the output signal waveform observed at the output terminal 47 is calculated is shown in FIG.

第10図において横軸はスイッチングMOS)ランジメ
タ40.40’、40”が導通した瞬間からの時間 !
gslを、縦軸は垂直ライン38゜38’、38″の配
線容量Cマ80に、各党センサセルから信号電荷が読出
されて1ボルトの電圧がかかっているときの出力端子4
7に現われる出力電圧 (Vl をそれぞれ示している
In Fig. 10, the horizontal axis represents the time from the moment when the switching MOS) range metals 40, 40', 40'' become conductive!
gsl, the vertical axis is a vertical line 38° 38', 38'' wiring capacitance Cma 80, output terminal 4 when signal charges are read out from each party sensor cell and a voltage of 1 volt is applied.
The output voltage (Vl) appearing at 7 is shown, respectively.

出力信号波形85は負荷抵抗R,45がIOKΩ、86
は負荷抵抗R745が5にΩ、87は負荷抵抗R545
が2にΩのときのものであり、いずれにおいてもピーク
値は、Cマ80とCt+81の容量分割により0.5 
vfillfになっている。当然のことながら、負荷抵
抗R1145が大きい方が減衰量は小さく、望ましい出
力波形になっている。
The output signal waveform 85 is the load resistance R, 45 is IOKΩ, 86
The load resistance R745 is 5Ω, and the load resistance R545 is 87Ω.
is 2Ω, and in both cases the peak value is 0.5 due to the capacitance division of Cma80 and Ct+81.
It is set to vfillf. Naturally, the larger the load resistance R1145 is, the smaller the attenuation amount is, resulting in a desirable output waveform.

立上り時間は、上記のパラメータ値のとき、約20 n
5ecと高速である。スイッチングMOS)ランジメタ
40.40′、40”の導通状態における抵抗RMを小
さくすることにより、および、配線容量Cマ 、CHを
小さくすることにより、さらに高速の読出しも可能であ
る。
The rise time is approximately 20 n for the above parameter values.
It is fast at 5ec. Even higher-speed reading is possible by reducing the resistance RM in the conductive state of the switching MOS transistors 40, 40', 40'' and by reducing the wiring capacitances C and CH.

上記構成に係る光センサセルを利用した光電変換装置で
は、各光センサセルのもつ増幅atSにより、出力に現
れる電圧が大きいため、最終段の増幅アンプも、MOS
型撮像装置に比較してかなり簡単なもので良い0.E犯
例ではバイポーラトランジスタ1段のタイプのものを使
用した例について説明したが、2段構成のもの等、他の
方式を使うことも当然のことながら可能である。この例
の様にバイポーラトランジスタを用いると、COD撮像
装置における最終段のアンプのMOS)ランジスタから
発生する画像上目につきゃすいl/ffi音の問題が、
木実雄側の光電変換装置では発生せず、きわめてS/N
比の良い画質を得ることが可能である。
In the photoelectric conversion device using the photosensor cells with the above configuration, the voltage appearing at the output is large due to the amplification atS of each photosensor cell, so the final stage amplification amplifier is also MOS
It is quite simple compared to a type imaging device. In the case of Crime E, an example using a one-stage bipolar transistor type was explained, but it is of course possible to use other systems such as a two-stage structure. When bipolar transistors are used as in this example, the problem of l/ffi noise that is noticeable on images generated from the MOS transistor of the final stage amplifier in a COD imaging device can be solved.
It does not occur in the photoelectric conversion device on the Kinio side, and the S/N is extremely low.
It is possible to obtain image quality with good ratio.

上に述べた様に、上記JMfflに係る光センサセルを
利用した光電変換装置では、最終段の増幅アンプがきわ
めて簡単なもので良いことから、最終段の増幅アンプを
一つだけ設ける第7図に示した一実施例のごときタイプ
ではなく、増幅アンプを複数個設置して、一つの画面を
複数に分割して読出す様な構成とすることも可能である
As mentioned above, in the photoelectric conversion device using the photosensor cell according to the above JMffl, the amplification amplifier in the final stage can be extremely simple, so the configuration shown in FIG. 7 in which only one amplification amplifier in the final stage is provided Instead of the type shown in the embodiment shown, it is also possible to install a plurality of amplification amplifiers so that one screen can be divided into a plurality of parts and read out.

第11図に、分割読出し方式の一例を示す、第it図に
示す実施例は、水平方向を3分割とし最終段アンプを3
つ設置した例である。基本的な動作は第7図の実施例お
よび第8図のタイミング図を用いて説明したものとほと
んど同じであるが。
FIG. 11 shows an example of a divided readout system. The embodiment shown in FIG.
This is an example of installing one. The basic operation is almost the same as that described using the embodiment of FIG. 7 and the timing diagram of FIG. 8.

この第ti図の実施例では、3つの等価な水平シフトレ
ジスタ100゜101.102を設け、これらの始動パ
ルスを印加するための端子103に始動パルスが入ると
、1列目、(n+1)列目。
In the embodiment shown in FIG. eye.

(2n+1)列目(nは整数であり、この実施例では水
平方向絵素数は3n個である。)に接続された各センサ
セルの出力が同時に読出されることになる0次の時点で
は、2列ft、(n+2)列目。(2n+2)列目が読
出されることになる。
At the 0th-order point in time, when the outputs of the sensor cells connected to the (2n+1)th column (n is an integer and the number of pixels in the horizontal direction is 3n in this example) are read out simultaneously, 2 Column ft, (n+2)th column. The (2n+2)th column will be read.

この実施例によれば、−本の水平ライン分を読出す時間
が固定されている時は、水平方向のスキャニング周波数
は、一つの最終段アンプをつけた方式に比較して1/3
の周波数で良く、水平シフトレジスターが簡単になり、
かつ光電変11!!装置からの出力信号をアナログディ
ジタル変換して、信号処理する様な用途には、高速のア
ナログ・ディジタル変換器は不必要であり、分割読出し
方式の大きな利点である。
According to this embodiment, when the time to read out - horizontal lines is fixed, the horizontal scanning frequency is 1/3 compared to the system with one final stage amplifier.
, the horizontal shift register is easy to use,
And photoelectric transformation 11! ! A high-speed analog-to-digital converter is not necessary for applications in which the output signal from the device is converted into analog-to-digital data for signal processing, which is a major advantage of the divided readout method.

第11図に示した実施例では、等価な水平シフトレジス
ターを3つ設けた方式であったが、同様な機能は、水平
レジスター1つだけでももたせることが可能である。こ
の場合の実施例を第12図に示す。
In the embodiment shown in FIG. 11, three equivalent horizontal shift registers are provided, but the same function can be provided with only one horizontal register. An example in this case is shown in FIG.

第12図の実施例は、第11図に示した実施例のうちの
水平スイッチングMOS)ランシスターと、最終段アン
プの中間の部分だけをおいたものであり、他の部分は 
第11図の実施例と同じであるから省略している。
The embodiment shown in FIG. 12 differs from the embodiment shown in FIG. 11 in that only the horizontal switching MOS (MOS) run sister and the intermediate part of the final stage amplifier are provided, and the other parts are
Since it is the same as the embodiment shown in FIG. 11, it is omitted.

この実施例では、1つの水平シフトレジスター104か
らの出力を1列目%  (n+1)列目、(2n+ 1
)列目のスイッチングMOSトランジスターのゲートに
接続し、それらのラインを同時に読出す様にしている0
次の時点では、2列目、(n+2)列目、(2n+2)
列目が読出されるわけである。
In this embodiment, the output from one horizontal shift register 104 is divided into the 1st column, (n+1) column, (2n+1)
) is connected to the gate of the switching MOS transistor in column 0 so that those lines can be read out simultaneously.
At the next point in time, the second column, (n+2) column, (2n+2)
The column is read out.

この実施例によれば、各スイッチングMO3)ランシス
ターのゲートへの配線は増加するものの、水平シフトレ
ジスターとしては1つだけで動作が可能である。
According to this embodiment, although the number of wirings to the gates of each switching MO3) run sister increases, it is possible to operate with only one horizontal shift register.

第11図、12図の例では出力アンプを3個設けた例を
示したが、この数はその目的に応じてさらに多くしても
よいことはもちろんである。
In the examples shown in FIGS. 11 and 12, three output amplifiers are provided, but it goes without saying that this number may be increased depending on the purpose.

!1811図、第12図の実施例ではいずれも、水平シ
フトレジスター、垂直シフトレジスターの始動パルスお
よびクロックパルスは省略しているが、これらは、他の
リフレッシュパルスと同様、同一・チップ内に設けたク
ロー、クバルス発生器あるいは、他のチップ上に設けら
れたクロックパルス発生器から供給される。
! In both the embodiments shown in FIGS. 1811 and 12, the starting pulse and clock pulse for the horizontal shift register and vertical shift register are omitted, but like other refresh pulses, they are provided within the same chip. It can be supplied from a clock pulse generator, a clock pulse generator, or another on-chip clock pulse generator.

この分割読出し方式では、水平ラインー括又は全画面−
括リフレッシュを行なうと、n列目と (nil)列目
の光センサセル間では、わずか蓄積時間が異なり、これ
により4B&電流成分および信号成分に、わずかの不連
続性が生じ、画像上目についてくる可能性も考えられる
が、これの薇はわずかであり、実用上問題はない、′ま
た、これが、許容限度以上になってきた場合でも、外部
回路を用いて、それを補正することは、キヨシ状波を発
生させ、これと暗′@流成分との減算およびこれと信号
成分の乗除算により行なう従来の補正技術を使用するこ
とにより容易に可能である。
In this split readout method, horizontal lines - all or the entire screen -
When performing a bulk refresh, there is a slight difference in storage time between the n-th and (nil)-th row photosensor cells, which causes a slight discontinuity in the 4B & current component and signal component, which can be seen on the image. Although there is a possibility that this may occur, it is very small and poses no problem in practice.Also, even if this exceeds the allowable limit, it is difficult to correct it using an external circuit. This can be easily accomplished by using conventional correction techniques of generating a wave, subtracting it from the dark current component, and multiplying and dividing it by the signal component.

この様な光電変換装置を用いて、カラー画像を撮像する
時は、光電変換装置の上に5ストライプフイルターある
いは、モザイクフィルター等をオンチップ化したり、又
は、別に作ったカラーフィルターを貼合せることにより
カラー信号を得ることが可能である。
When capturing a color image using such a photoelectric conversion device, a 5-stripe filter or a mosaic filter is placed on-chip on top of the photoelectric conversion device, or a separately made color filter is pasted on top of the photoelectric conversion device. It is possible to obtain color signals.

一例としてR,G、Bのストライプ◆フィルターを使用
した時は、上記構成に係る光センサセルを利用した光電
変換装置ではそれぞれ別々の最終段アンプよりR信号、
G@号、B信号を得ることが可能である。これの一実施
例を第13図に示す、この第13図も第12図と同様、
水平レジスターのまわりだけを示している。他は第7図
および第11図と同じであり、ただ1列目はRのカラー
フィルター、2列目はGのカラーフィルター、3夕噌目
はBのカラーフィルター、4列目はRのカラーフィルタ
ーという様にカラーフィルターがついているものとする
。第13図に示すごとく1列目、4列目、7列目−−−
−−−の各垂直ラインは出力ライン110に接続され、
これはR信号をとりだす、又2列目、5列目、8列目−
−−−−−の各県道ラインは出力ライン111に接続さ
れ、これはG信号をとりだす、又同様にして、3列目6
列目、9列目−−−−−−の各垂直ラインは出力ライン
112に接続されB信号をとりだす、出力ライン110
,111,112はそれぞれオンチップ化されたリフレ
ッシュ用MOSトランジスタおよび最終段アンプ、例え
ばエミッタフォロアタイプのバイポーラトランジスタに
接続され、各カラー信号が別々に出力されるわけである
As an example, when R, G, and B stripe filters are used, in a photoelectric conversion device using the photosensor cell according to the above configuration, the R signal,
It is possible to obtain G@ signal and B signal. An example of this is shown in FIG. 13, which, like FIG. 12,
Only the area around the horizontal register is shown. The rest is the same as Figures 7 and 11, except that the first row is the R color filter, the second row is the G color filter, the third row is the B color filter, and the fourth row is the R color filter. It is assumed that a color filter is attached, such as a filter. As shown in Figure 13, the 1st row, 4th row, 7th row ---
--- each vertical line is connected to an output line 110;
This takes out the R signal, and also the 2nd, 5th, and 8th columns.
---- Each prefectural road line is connected to the output line 111, which takes out the G signal, and similarly, the third row 6
Each vertical line in the 9th and 9th columns is connected to an output line 112 to take out the B signal, an output line 110
, 111, and 112 are connected to an on-chip refresh MOS transistor and a final stage amplifier, for example, an emitter follower type bipolar transistor, and each color signal is output separately.

本発明の他の実施例に係る光電変#!装置を構成する光
センサセルの他の例の基本構造および動作を説明するた
めの図を第14図に示す、またそれの等価回路および全
体の回路構成図を第15図(a)に示す。
Photoelectric transformer # according to another embodiment of the present invention! A diagram for explaining the basic structure and operation of another example of the optical sensor cell constituting the device is shown in FIG. 14, and its equivalent circuit and overall circuit configuration diagram are shown in FIG. 15(a).

第14図に示す光センサセルは、同一の水平スキャンパ
ルスにより読出し動作、およびラインリフ1/−/シュ
を同時に行なうことを可能とした光センサセルである。
The optical sensor cell shown in FIG. 14 is an optical sensor cell that can simultaneously perform a read operation and a line refresh 1/-/sh using the same horizontal scan pulse.

第14図において、すでにw4を図で示した構成と異な
る点は、第1図の場合水平ライン配線10に8統される
MOSキャパシタ電極9が一つだけであったものが上下
に隣接する光センサ−セルの側にもMOSキャノくシタ
電極120が接続され、1つの光センサセルからみた時
に、ダブルコンデンサータイプとなっていること、およ
び図において上下に隣接する光センサセルのエミッタ7
.7′は2層配線にされた配線■8、および配線■12
1  (第14図では、垂直ラインが1本に見えるが、
絶縁層を介して2木のラインが配置されている)に交互
に接続、すなわちエミッタ7はコンタクトホール19を
通して配線■8に、エミッタ7′はコンタクトホール1
9′を通して配線■121にそれぞれ接続されているこ
とが異なっている。
The difference in FIG. 14 from the configuration in which w4 has already been shown in the diagram is that in FIG. A MOS capacitor electrode 120 is also connected to the sensor cell side, and when viewed from one optical sensor cell, it is a double capacitor type, and the emitter 7 of the vertically adjacent optical sensor cell in the figure
.. 7' is wiring ■8 and wiring ■12, which are two-layer wiring.
1 (In Figure 14, the vertical line appears to be one, but
(2 lines are arranged through an insulating layer), that is, the emitter 7 is connected to the wiring 8 through the contact hole 19, and the emitter 7' is connected to the wiring 1 through the contact hole 1.
The difference is that they are respectively connected to the wiring 121 through 9'.

これは第15図(a)の等価回路をみるとより明らかと
なる。すなわち、光センサセル152のベースに接続さ
れたMOSキャパシタ150は水平ライン31に接続さ
れ、MOSキャパシタ151は水平ライン31′に接続
されている。また光センサセル152の図において下に
隣接する光センサセル152′のMOSキャパシタ15
0′は共通する水平ライン31′に接続されている。
This becomes clearer when looking at the equivalent circuit shown in FIG. 15(a). That is, the MOS capacitor 150 connected to the base of the photosensor cell 152 is connected to the horizontal line 31, and the MOS capacitor 151 is connected to the horizontal line 31'. In addition, in the diagram of the optical sensor cell 152, the MOS capacitor 15 of the optical sensor cell 152' adjacent to the bottom
0' is connected to a common horizontal line 31'.

光センサセル152のエミッタは垂直ライン38に、光
センサセル152のエミー、夕は垂直ライン13Bに、
光センサセル152のエミッタは垂直ライン38という
様にそれぞれ交互に接続されているゆ 第15図(a)の等価回路では1以上述べた基本の光セ
ンサーセル部以外で、第7図の撮像装置と異なるのは、
垂直ライン38をリフレッシュするためのスイー、チン
グMO3)ランジメタ48のほかに垂直ライン138を
リフレッシュするためのスイッチングMO3)ランジメ
タ148、および@直うイン38を選択するスイッチン
グMOSトランジスタ40のほか垂1真ライン138を
選択するためのスイッチングMO3)ランジメタ140
が逼加され、また出力アンプ系が一つ増設されている。
The emitter of the photosensor cell 152 is placed on the vertical line 38, the emitter of the photosensor cell 152 is placed on the vertical line 13B,
The emitters of the photosensor cells 152 are connected alternately in vertical lines 38.In the equivalent circuit of FIG. The difference is that
A switching MO3) switching MO3) for refreshing the vertical line 138 in addition to the switching MO3) range meta 48 for refreshing the vertical line 38, and a switching MOS transistor 40 for selecting the vertical line 138 Switching MO3) range meta 140 to select line 138
has been increased, and one output amplifier system has been added.

この出力系の構成は、各ラインをリフレッシュするため
のスイッチングMO3)ランジメタ48、および148
が接続されている様な構成とし、さらに水平スキャン用
のスイー、チングMOSトランジスタを用いる第15図
(b)に示す様にして出力アンプを一つだけにする構成
もまた可能である。第15図(’b)では第15図(a
)の垂直ライン選択および出力アンプ系の部分だけを示
してし)る。
The configuration of this output system includes switching MO3) range meta 48 and 148 for refreshing each line.
It is also possible to use a configuration in which the output amplifiers are connected to each other, and further to use only one output amplifier as shown in FIG. 15(b) using horizontal scanning sweeping and switching MOS transistors. Figure 15('b) shows that Figure 15(a)
) only the vertical line selection and output amplifier system parts are shown.

この第14図の光センサセル及び第15図(a)に示す
実施例によれば、次の様な動作が可能である。すなわち
、全水平ライン31に接続された各光センサセルの読出
し動作が終了し2テレビ動作における水平ブランキング
期間にある時、垂直シフトレジスター32からの出力パ
ルスが水平ライン31′に出力されるとMOSキャパシ
タ151を通して、読出しの終了した光センサセル15
2をリフレッシュする。このとき、スイッチングMOS
トランジスタ48は導通状態にされ、垂直ライン38は
接地されている。
According to the optical sensor cell shown in FIG. 14 and the embodiment shown in FIG. 15(a), the following operations are possible. That is, when the readout operation of each optical sensor cell connected to all the horizontal lines 31 is completed and the horizontal blanking period in the 2-TV operation is in progress, when the output pulse from the vertical shift register 32 is output to the horizontal line 31', the MOS Through the capacitor 151, the optical sensor cell 15 that has been read out
Refresh 2. At this time, the switching MOS
Transistor 48 is rendered conductive and vertical line 38 is grounded.

また水平ライン31′に接続されたMOSキャパシタ1
50′を通して光センサ セル152′の出力が垂直ラ
イン138に読出される。このとき当然のことながらス
イッチングMO3)ランジメタ148は非導通状態にな
され、垂直ライン138は浮遊状態となっているわけで
ある。この様に一つの垂直スキャンパルスにより、すで
に読出しを終了した光センサ セルのリフレッシュと、
次のラインの光センサ セルの読出しが同一・のパルス
で同時的に行なうことが可能である。このときすでに説
明した様にリフレッシュする時の電圧と読出しの時の電
圧は、読出し時には、高速読出しの必要性からバイアス
電圧をかけるので異なってくるが、これは第14図に示
すごとく、MOSキャパシタ電極9およびMOSキャパ
シタ電極120の面積を変えることにより各電極に同一
の電圧が印加されても各党センサ セルのベースには異
なる電圧がかかる様な構成をとることにより遠戚されて
いる。
Also, a MOS capacitor 1 connected to the horizontal line 31'
The output of photosensor cell 152' is read out to vertical line 138 through 50'. At this time, naturally, the switching MO3) range metal 148 is rendered non-conductive, and the vertical line 138 is in a floating state. In this way, one vertical scan pulse refreshes the photosensor cells that have already finished reading.
It is possible to read out the photosensor cells of the next line simultaneously with the same pulse. At this time, as already explained, the voltage for refreshing and the voltage for reading differ because a bias voltage is applied during reading due to the necessity of high-speed reading. They are distantly related by changing the area of the electrode 9 and the MOS capacitor electrode 120 so that even if the same voltage is applied to each electrode, different voltages are applied to the base of each sensor cell.

すなわち、リフレッシュ用MOSキャパシタの面積は、
読出し用MOSキャパシタの面積にくらべて小さくなっ
ている。この例のように、センサセル全部を一括リフレ
ッシュするのではなく、−ラインずつリフレッシュして
いく場合には、pF4を図(b)に示されるようにコレ
クタをn型あるいはれ 基板で構成しておいてもよいが
、水平ラインごとにコレクタを分離して設けた方が望ま
しいことがある。コレクタが基板になっている場合には
、全光センサセルのコレクタが共通領域となっているた
め、蓄積および受光読出し状態ではコレクタに一定のバ
イアス電圧が加わった状態になっている。もちろん、す
でに説明したようにコレクタにバイアス電圧が加わった
状態でも浮遊ベースのリフレッシュは、エミッタの間で
行なえる。ただし、この場合には、ベース領域のリフレ
ッシュが行なわれると同時に、リフレッシュパルスが印
加されたセルのエミッタコレクタ間に無駄な電流が流れ
、消費電力を大きくするという欠点が伴なう、こうした
欠点を克服するためには、全センサセルのコレクタを共
通領域とせずに、各水平ラインに並ぶセンサセルのコレ
クタは共通になるが、各水平ラインごとのコレクタは互
いに分離された構造にする。すなわち2第1図の構造に
関連させて説明すれば、基板はp型にして、p型基板中
にコレクタ 各水平ラインごとに互いに分離されたn0
?4込領域を設けた構造にする。隣り合う水平ラインの
nゝ 埋込領域の分離は、p領域を間に介在させる構造
でもよい、水平ラインに沿って埋込まれるコレクタのキ
ャパシタを減少させるには絶縁物分離の方が優れている
。第1図では、コレクタが基板で構成されているから、
センサセルを囲む分離領域はすべてほとんど同じ深さま
で設けられている。一方、各水平ラインごとのコレクタ
を互いに分離するには、水平ライン方向の分離領域を垂
直ライン方向の分離領域より必要な値だけ深くしておく
ことになる。
In other words, the area of the refresh MOS capacitor is
The area is smaller than that of the read MOS capacitor. As in this example, if you do not refresh all the sensor cells at once but refresh each line one by one, pF4 should be configured with an n-type collector or a substrate of this type, as shown in Figure (b). However, it may be desirable to provide separate collectors for each horizontal line. When the collector is a substrate, the collectors of all the photosensor cells are a common area, so that a constant bias voltage is applied to the collectors in the storage and light reception/readout states. Of course, as already explained, floating base refresh can be performed between the emitters even with a bias voltage applied to the collector. However, in this case, at the same time as the base region is refreshed, a wasteful current flows between the emitter and collector of the cell to which the refresh pulse is applied, increasing power consumption. In order to overcome this problem, the collectors of all the sensor cells are not made into a common area, but the collectors of the sensor cells arranged in each horizontal line are made common, but the collectors of each horizontal line are structured to be separated from each other. That is, to explain this in relation to the structure shown in Fig. 2, the substrate is of a p-type, and collectors are separated from each other for each horizontal line in the p-type substrate.
? Create a structure with a 4-inclusive area. The N buried regions of adjacent horizontal lines may be separated by a structure in which a p region is interposed between them.Insulator isolation is better for reducing the collector capacitor buried along the horizontal lines. . In Figure 1, since the collector is composed of a substrate,
The isolation regions surrounding the sensor cells are all provided to approximately the same depth. On the other hand, in order to separate the collectors of each horizontal line from each other, the separation area in the horizontal line direction is made deeper than the separation area in the vertical line direction by a necessary value.

各水平ラインごとにコレクタが分離されていれば、読出
しが終って、リフレッシュ動作が始まる時に、その水平
ラインのコレクタの電圧を接地すれば、前述したような
エミッタコレクタ間電流は流れず、消費電力の増加をも
たらさない、リフレッシュが終って光信号による電荷蓄
積動作に入る時に、ふたたびコレクタ領域には所定のバ
イアス′屯圧を印加する。
If the collector is separated for each horizontal line, if the voltage of the collector of that horizontal line is grounded when reading is finished and the refresh operation starts, the emitter-collector current as described above will not flow, and the power consumption will be reduced. When the refresh operation that does not result in an increase in charge is completed and a charge storage operation based on an optical signal is started, a predetermined bias voltage is again applied to the collector region.

また第15図(a)の等価回路によれば、各水平ライン
毎に出力は出力端子47および147に交114に出力
されることになる。これは、すでに説明したごとく、第
15図(b)の様な構成にすることにより一つのアンプ
から出力をとりだすことも可能である。
Further, according to the equivalent circuit shown in FIG. 15(a), the outputs are outputted to the output terminals 47 and 147 in an intersection 114 for each horizontal line. As already explained, it is also possible to take out the output from one amplifier by using a configuration as shown in FIG. 15(b).

以上説明した様に本実施例によれば、比較的簡単な構成
で、ラインリフレッシュが可能となり5通常のテレビカ
メラ等の応用分野にも適用することがデできる。
As explained above, according to this embodiment, line refreshing is possible with a relatively simple configuration, and it can also be applied to fields of application such as ordinary television cameras.

本発明の他の実施例としては、光センサセルに複数のエ
ミッタを設けた構成あるいは、一つのエミッタに複数の
コンタクトを設けた構成により。
Other embodiments of the present invention include a structure in which a photosensor cell is provided with a plurality of emitters, or a structure in which a single emitter is provided with a plurality of contacts.

一つの光センサセルから複数の出力をとりだすタイプが
考えられる。
A type that takes out multiple outputs from one optical sensor cell is considered.

これは本発明による光電変換装置の各党センサセルが増
幅機能をもつことから、一つの光センサセルから複数の
出力をとりだすために1.各光センサセルに複数の配線
容量が接続されても、光センサセルの内部で発生した蓄
積電圧Vpが、まったくg衰することなしに各出力に読
出すことが可能であることに起因している。
This is because each sensor cell of the photoelectric conversion device according to the present invention has an amplification function, so in order to extract a plurality of outputs from one photosensor cell, 1. This is due to the fact that even if a plurality of wiring capacitances are connected to each photosensor cell, the accumulated voltage Vp generated inside the photosensor cell can be read out to each output without being attenuated at all.

この様に、各光センサセルから複数の出力をとりだすこ
とができる構成により、各光センサセルを多数配列して
なる光電変換装置に対して信号処理あるいは雑音対策等
に対して多くの利点を付加することが可能である。
In this way, by having a configuration in which multiple outputs can be taken out from each optical sensor cell, many advantages can be added to the photoelectric conversion device formed by arranging a large number of each optical sensor cell in terms of signal processing, noise countermeasures, etc. is possible.

次に本発明に係る光電変換装置の一製法例について説明
する。第16図に、選択エピタキシャル成長(N、  
E+do et at、Novel device 1
solationtechno!ogy with 5
elected epitaxial growth”
〒ech、旧g、 of 11a821 E D M 
、 PP、 24!−244参照)を用いたその製法の
一例を示す。
Next, an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention will be described. Figure 16 shows selective epitaxial growth (N,
E+do at, Novel device 1
Solation technology! ogy with 5
selected epitaxial growth”
〒ech, old g, of 11a821 E D M
, PP, 24! An example of the manufacturing method using (see 244) is shown below.

1〜10 X 10 ” cm−3程度の不純物濃度の
n形Si基板lの裏面側に、コンタクト用のn+領域1
1を、 AsあるいはPの拡散で設ける。n+領領域ら
のオートドーピングを防ぐために2図には示さないが酸
化膜及び窒化膜を裏面に通常は設けておく。
An n+ region 1 for contact is formed on the back side of an n-type Si substrate 1 with an impurity concentration of about 1 to 10×10” cm−3.
1 by diffusion of As or P. Although not shown in FIG. 2, an oxide film and a nitride film are usually provided on the back surface to prevent autodoping of the n+ region and the like.

基板1は、不純物濃度及び酸素濃度が均一に制御された
ものを用いる。すなわち、キャリアラインタイムがウェ
ハで十分に長くかつ均一な結晶ウェハを用いる。その様
なものとしては例えばMCZ法による結晶が適している
。基板1の表面に略々Ig1程度の酸化膜をウェー2ト
酸化により形成する。すなわち、H,O雰囲気かあるい
は(H。
The substrate 1 used has impurity concentration and oxygen concentration controlled to be uniform. That is, a crystal wafer having a sufficiently long and uniform carrier line time is used. For example, a crystal produced by the MCZ method is suitable as such a material. An oxide film of about Ig1 is formed on the surface of the substrate 1 by weight oxidation. That is, H, O atmosphere or (H.

+Of)雰囲気で酸化する。FA層欠陥等を生じさせず
に良好な酸化膜を得るには、900℃程度の温度での高
圧酸化が適している。
+Of) Oxidizes in the atmosphere. In order to obtain a good oxide film without causing defects in the FA layer, high-pressure oxidation at a temperature of about 900° C. is suitable.

その上に1.たとえば2〜4ル■程度の厚さの810、
膜をCVDで堆積する*  (Nt +  SiH4+
02)ガス系で、300〜500℃程度の温度で所望の
厚さのSin、咬を堆積するa Ot / SiH4の
モル比は温度にもよるが4〜40程度に設定する。フォ
トリングラフィ工程により、セル間の分離領域となる部
分の酸化膜を残して他の領域の酸化膜は、 (C層4 
+ 層2 ) 、 c、 F@  、 CH,F。
On top of that 1. For example, 810 with a thickness of about 2 to 4 mm,
Deposit the film by CVD* (Nt + SiH4+
02) In a gas system, deposit a desired thickness of Sin at a temperature of about 300 to 500°C.The molar ratio of Ot/SiH4 is set to about 4 to 40, although it depends on the temperature. Through the photolithography process, the oxide film in the other areas is left behind (C layer 4
+ layer 2), c, F@, CH,F.

等のガスを用いたリアクティブイオンエツチングで除去
する(第16図の工程(a))、例えば、 IOX10
Bm2に1画素を設ける場合には、io#L−ピッチの
メツシュ状にS+02膜を残すe  5iOt 膜の幅
はたとえば2坪−程度に選ばれる。リアクティブイオン
エツチングによる表面のダメージ層及び汚染層を、Ar
/CI 、ガス系プラズマエツチングかウェットエツチ
ングによって除去した後、a高真空中における蒸着かも
しくは、ロードロック形式で十分に雰囲気が清浄になさ
れたスパッタ、あるいは、 5i)l 4ガスにGO,
レーザ光線を照射する減圧光CvDで、アモルファスシ
リコン301を堆積する(第16図の工程(b))、 
CB r 層3  、 CC1xFt、  ci、等の
ガスを用いたりアクティブイオンエツチングによる異方
性エッチにより、S+I)、 9側面に堆積している以
外のアモルファスシリコンを除去する(第16図の工程
(C))。前と同様に、ダメージと汚染層を十分除去し
た後、シリコン基板表面を十分清浄に洗浄し、(n、+
SiH2、C交、+HC見)ガス系によりシリコン層の
選択成長を行う、数107or’rの減圧状態でr&長
は行い、基板温度は800〜1000℃、Hlのモル比
をある程度以上高い値に設定する。 HC交の量が少な
すぎると選択成長は起こらない。シリコン基板上にはシ
リコン結晶層が成長するが、 Si02屑ヒのシリコン
は)If、Qによってエツチングされてしまうため、 
5i02層しにはシリコンは堆積しない(第16図(d
))、  n−層5の厚さはたとえば3〜5角1程度で
ある。
For example, IOX10 is removed by reactive ion etching using a gas such as (step (a) in FIG. 16).
When one pixel is provided in Bm2, the width of the e5iOt film that leaves the S+02 film in a mesh shape with an io#L-pitch is selected to be, for example, about 2 tsubo-. The damaged layer and contaminant layer on the surface due to reactive ion etching are
/CI, after removal by gas-based plasma etching or wet etching, a) evaporation in a high vacuum or sputtering with a sufficiently clean atmosphere in a load-lock format, or 5i) GO in l4 gas,
Depositing amorphous silicon 301 using reduced pressure CvD using laser beam irradiation (step (b) in FIG. 16);
By anisotropic etching using a gas such as CB r layer 3, CC1xFt, ci, or active ion etching, amorphous silicon other than those deposited on the side surfaces of S+I) and 9 is removed (step (C) in FIG. 16). )). As before, after sufficiently removing the damage and contamination layer, the silicon substrate surface is thoroughly cleaned, and (n, +
(SiH2, C exchange, +HC) Selective growth of the silicon layer is performed using a gas system, r & length is performed under a reduced pressure of several 107 or'r, the substrate temperature is 800 to 1000 °C, and the molar ratio of Hl is set to a higher value than a certain level. Set. If the amount of HC cross-over is too small, selective growth will not occur. A silicon crystal layer grows on the silicon substrate, but the silicon on the Si02 scraps is etched away by If and Q.
No silicon is deposited on the 5i02 layer (Fig. 16(d)
)) The thickness of the n-layer 5 is, for example, about 3 to 5 squares.

不純物濃度は、好ましくは101″〜10” am−’
程度に設定する。もちろん、この範囲をずれてもよいが
、pn−接合の拡散電位で完全に空乏化するかもしくは
コレクタに動作電圧を印加した状態では、少なくともn
”領域が完全に空乏化するような不純物濃度および厚さ
に選ぶのが望ましい。
The impurity concentration is preferably between 101'' and 10''am-'
Set to a certain degree. Of course, it is possible to deviate from this range, but if the pn junction is completely depleted at the diffusion potential or an operating voltage is applied to the collector, at least n
``It is desirable to select an impurity concentration and thickness such that the region is completely depleted.

通常入手できるI’IC文ガスには大量の水分が含まれ
ているため、シリコン基板表面で常に酸化膜が形成され
るというようなことになって、到底高品質のエピタキシ
ャル成長は望めない、水分の多いHClは、ボンベに入
っている状態でボンベの材料と反応し鉄分を中心とする
重金城を大量に含むことになって、重金属汚染の多いエ
ビ層になり易い、光センサ−セルに使用するエビ層は2
暗電流成分が少ない程望ましいわけであるから、重金属
による汚染は極限まで抑える必要示ある。5iJC1,
に超高純度の材料を使用することはもちろんであるが、
)lCfLには特に水分の少ない1望ましくは少なくと
も水分含有竜が0.5ppm以下のものを使用する。も
ちろん、水分含有員は少ない程よい。
Since the commonly available I'IC gas contains a large amount of water, an oxide film is constantly formed on the silicon substrate surface, making it impossible to expect high-quality epitaxial growth. A large amount of HCl reacts with the material of the cylinder while it is in the cylinder and contains a large amount of heavy metals, mainly iron, and is used in optical sensor cells that tend to become contaminated with heavy metals. The shrimp layer is 2
Since it is desirable that the dark current component be as small as possible, it is necessary to suppress contamination by heavy metals to the utmost. 5iJC1,
Of course, we use ultra-high purity materials, but
) For lCfL, one with particularly low moisture content, preferably at least 0.5 ppm or less of moisture content, is used. Of course, the lower the water content, the better.

エピタキシャル成長層をさらに高品質にするには、層板
をまず1150〜1250℃程度の高温処理で表面近傍
から酸素を除去して、その後800℃程度の長時間熱処
理により基板内部にマイクロディフェクトを多数発生さ
せ、デヌーデットゾーンを有するインドリシックゲッタ
リングの行える基板にしておくこともきわめて有効であ
る0分離領域としての 5i02層4が存在した状態で
のエピタキシャル成長を行うわけであるから、  5i
02からのIv素のとり込みを少なくするため、成長温
度は低い程望ましい0通常よく使われる高周波加熱法で
は、カーボンサセプタからの汚染が多くて、より一層の
低温化は難しい0反応室内にカーボンサセプタなど持込
まないランプ加熱によるウェハ直接加熱法が成長雰囲気
をもっともクリーンにできて、高品質エビ層を低温で成
長させられる。
In order to further improve the quality of the epitaxially grown layer, the layer plate is first treated at a high temperature of about 1,150 to 1,250 degrees Celsius to remove oxygen from near the surface, and then subjected to a long-term heat treatment at about 800 degrees Celsius, which generates many micro-defects inside the substrate. It is also extremely effective to use a substrate that has a denuded zone and is capable of indolithic gettering.Since the epitaxial growth is performed in the presence of the 5i02 layer 4 as the 0 isolation region, the 5i
In order to reduce the incorporation of Iv elements from 02, the lower the growth temperature is, the better. In the commonly used high-frequency heating method, there is a lot of contamination from the carbon susceptor, and it is difficult to lower the temperature further. The wafer direct heating method using lamp heating without using a susceptor provides the cleanest growth atmosphere and allows high-quality shrimp layers to grow at low temperatures.

反応室におけるウェハ支持且は、より草気圧の低い超高
純度溶融サファイアが適している。原材料ガスの予熱が
容易に行え、かつ大流場のガスが波れている状態でもウ
ェハ面内温度を均一化し易い、すなわちサーマルスト1
/スがほとんど発生しないランプ加熱によるウェハ直接
加熱法は、高品質エビ層を得るのに適している。成長時
にウェハ表面への紫外線照射は、エビ層の品質をさらに
向上させる。
For supporting the wafer in the reaction chamber, ultra-high purity fused sapphire, which has a lower atmospheric pressure, is suitable. Thermal strike 1 makes it easy to preheat the raw material gas and even out the temperature within the wafer surface even when the gas in a large flow field is undulating.
The wafer direct heating method using lamp heating, which generates almost no gas, is suitable for obtaining high-quality shrimp layers. UV irradiation on the wafer surface during growth further improves the quality of the shrimp layer.

分離領域4となるSin、層の側壁にはアモルファスシ
リコンが堆積している(第16図の工程(C))、アモ
ルファスシリコンは固相成長で単結晶化し易いため、5
i02分離領域4との界面近傍の結晶が非常に優れたも
のになる。高抵抗n−歴5を選択エピタキシャル成長に
より形成した後(第16図の工程(d))、表面濃度l
〜20X10”C1’程度のP領域6を、ドープトオキ
サイドからの拡散か、あるいは低ドーズのイオン注入層
をソースとした拡散により所定の深さまで形成する。
Amorphous silicon is deposited on the sidewalls of the Sin layer that will become the isolation region 4 (step (C) in Figure 16).
The crystal near the interface with the i02 isolation region 4 becomes very good. After forming the high resistance n-layer 5 by selective epitaxial growth (step (d) in FIG. 16), the surface concentration l
A P region 6 of approximately 20×10″C1′ is formed to a predetermined depth by diffusion from doped oxide or by diffusion using a low-dose ion-implanted layer as a source.

p領域6の深さはたとえばo、e −t g鳳程度であ
る。
The depth of the p-region 6 is, for example, approximately o, e-tg.

p領域6の厚さと不純物濃度は以下のような考えで決定
する。感度を上げようとすれば、p領域6の不純物濃度
を下げてCbeを小さくすることが望ましい、Cbeは
略々次のように与えられる。
The thickness and impurity concentration of p region 6 are determined based on the following considerations. In order to increase the sensitivity, it is desirable to lower the impurity concentration in the p region 6 to reduce Cbe.Cbe is approximately given as follows.

Cbe  =  Aee  (”NA”、  ) 2eVb+ ただし、Vbiはエミッタ・ベース間拡散電位であり、 で与えられる。ここで、(はシリコン結晶のAnl、N
C1はエミッタの不純物濃度、NA  はベースのエミ
ッタに隣接する部分の不純物密度、n=は真性キャリア
濃度である。NA を小さくする程Cbeは小さくなっ
て、感度は上昇するが、NA  をあまり小さくしすぎ
るとベース領域が動作状幅で完全に空乏化してパンチン
グスルー状態になってしまうため、あまり低くはできな
い、ベース領域が完全に空乏化してパンチングスルー状
態にならない程度に設定する。
Cbe = Aee ("NA", ) 2eVb+ where Vbi is the emitter-base diffusion potential and is given by: Here, (is Anl of silicon crystal, N
C1 is the impurity concentration of the emitter, NA is the impurity density of the portion of the base adjacent to the emitter, and n= is the intrinsic carrier concentration. The smaller the NA, the smaller the Cbe, and the higher the sensitivity, but if the NA is made too small, the base region will be completely depleted in the operating width, resulting in a punch-through state, so it cannot be made too low. It is set to such an extent that the base region is not completely depleted and a punch-through state occurs.

その後、シリコン基板表面に(H2+ o 2 ) ガ
ス系スチーム酸化により数10Aから数100八程度の
厚さの熱酸化膜3を、800〜900℃程度の温度で形
成する。その上に、(SiHa + NJ )系ガスの
CvDで窒化咬(S is NA ) 302ヲ500
〜1500 A程度の厚さで形成する。形成温度は70
0〜800℃程度である。 NH,ガスも、)10文ガ
スと並んで通常入手できる製品は、大量に水分を含んで
いる。水分の多いNH,ガスを原材料に使うと、酸素濃
度の多い窒化膜となり、再現性に乏しくなると同時に、
その後のSiO□膜との選択エツチングで選択比が取れ
ないという結果を招く。
Thereafter, a thermal oxide film 3 having a thickness of several tens of amperes to several hundred eights is formed on the surface of the silicon substrate by (H2+o2) gas-based steam oxidation at a temperature of approximately 800 to 900°C. On top of that, nitriding with CvD of (SiHa + NJ) type gas (S is NA) 302 to 500
It is formed to a thickness of about 1500 A. Formation temperature is 70
The temperature is about 0 to 800°C. NH, gas, etc.) Products that are normally available along with gas contain a large amount of water. If NH or gas with a high moisture content is used as a raw material, it will result in a nitride film with a high oxygen concentration, resulting in poor reproducibility.
The subsequent selective etching with the SiO□ film results in an inability to obtain a selectivity.

NH3ガスも、少なくとも水分含有量が0.5ppm以
下のものにする。水分含有量は少ない程望ましいことは
いうまでもない、窒化膜302の上にさらにPSG膜3
00をCVDにより堆積する。ガス系は、たとえば、 
(N、 + 5i)+4+ O,+PH,)を用いて、
 300−450℃程度の温度で2000〜3000A
程度の厚さのpscsをCVDにより堆積する(第1s
rAの工程(e))、  2度のマスク合せ工程を含む
フォトリソグラフィー工程により、n“領域7上と、リ
フレッシュ及び読み出しパルス印加電極上に、Asドー
プのポリシリコン5304を堆積する。この場合pドー
プのポリシリコン膜を使ってもよい、たとえば、2回の
フォトリングラフイー工程により、エミッタ上は、ps
c6゜Si3 N 4 M 、  5ift膜をすべて
除去し、リフレッシュおよび及び読み出しパルス印加電
極を設ける部分には下地の5iO1膜を残して、psa
sとSi3 N 4 f!’!のみエツチングする。そ
の後、Asドープのポリシリコンを、(N2 +SiH
4+Ad 3 ) もしくは(N2 + 5tH4+ 
AsH3)ガスでCVD法により堆積する。堆積温度は
550℃〜700℃程度、膜厚は 1000〜200O
Aである。ノンドープのポリシリコンをCVD法でtt
mしておいて、その後As又はPを拡散してももちろん
よい、エミッタとリフレッシュ及び読み出しパルス印加
電極上を除いた他の部分のポリシリコン膜をマスク合わ
せフォトリソグラフィー工程の後エツチングで除去する
。さらに、PSGgをエツチングすると、リフトオフに
よりPSG膜に堆積していたポリシリコンはセルファラ
イン的に除去されてしまう(第16図の工程(f))、
ポリシリコン膜のエツチングはCB C1! Fa 、
(CB t F、+c It )等のガス系でエツチン
グし、Si3N″4膜はCH。
The NH3 gas should also have a water content of at least 0.5 ppm or less. It goes without saying that the lower the moisture content, the more desirable it is.
00 is deposited by CVD. For example, gas systems are
Using (N, + 5i) + 4+ O, +PH,),
2000-3000A at a temperature of about 300-450℃
Deposit pscs with a thickness of about
rA step (e)), As-doped polysilicon 5304 is deposited on the n'' region 7 and on the refresh and read pulse application electrodes by a photolithography process including two mask alignment steps. In this case, p A doped polysilicon film may be used, for example, by two photophosphorography steps, the ps
All of the c6°Si3N4M, 5ift film was removed, and the underlying 5iO1 film was left in the areas where the refresh and read pulse application electrodes were to be provided.
s and Si3 N 4 f! '! Etching only. After that, As-doped polysilicon was made of (N2 +SiH
4+Ad 3 ) or (N2 + 5tH4+
The film is deposited by CVD using AsH3) gas. Deposition temperature is about 550℃~700℃, film thickness is 1000~200O
It is A. Non-doped polysilicon is made by CVD method.
After that, the polysilicon film in other parts except for the emitter and the refresh and read pulse applying electrodes, which may be diffused with As or P, is removed by etching after a mask alignment photolithography process. Furthermore, when PSGg is etched, the polysilicon deposited on the PSG film is removed in a self-aligned manner due to lift-off (step (f) in FIG. 16).
Etching of polysilicon film is CB C1! Fa,
(CB t F, +c It ), etc., and the Si3N''4 film is etched with CH.

F?等のガスでエツチングする。F? Etching with gas such as

次に、PSGllQ305を、すでに述べたようなガス
系のCVD法で堆積した後、マスク合わせ工程とエツチ
ング工程とにより、リフレッシユパルス及び読み出しパ
ルス電極用ポリシリコン膜−ヒにコンタクトホールを開
ける。こうした状態で、AI 、 AI −Sr、AM
 −Cu −Si等の金属を真空蒸着もしくはスパッタ
によってi′l!積するか、あるいは(CH3) s 
AMやAfLCI、を原材料ガスとするプラズマCVD
法、あるいはまた上記原材料ガスのへ文−CボンドやA
文−C1ボンドを直接光照射により切断する光照射CV
D法により AfLを堆積する。  (C)[コ)3A
見やAi c+、を原材料ガスとして上記のようなCV
D法を行う場合には、大過剰に水素を流しておく、細く
てかつ急峻なコンタクトホールにA文を堆積するには、
水分や酸素混入のまったくないクリーン雰囲気の中で3
00〜400℃膜厚に基板温度を上げたCVD法が優れ
ている。第1図に示された金属配線lOのバターニング
を終えた後、居間絶縁膜306をCVD法で堆積する。
Next, after PSGllQ305 is deposited by the gas-based CVD method as described above, a contact hole is formed in the polysilicon film for the refresh pulse and read pulse electrodes by a mask alignment process and an etching process. Under these conditions, AI, AI-Sr, AM
-Cu -Si and other metals are deposited by vacuum evaporation or sputtering. Multiply or (CH3) s
Plasma CVD using AM or AfLCI as raw material gas
method, or also the above raw material gas bond - C bond or A
Light irradiation CV that cuts Sen-C1 bond by direct light irradiation
AfL is deposited by method D. (C) [ko) 3A
CV as above using Miya Ai c+ as raw material gas
When performing method D, hydrogen is allowed to flow in large quantities in order to deposit pattern A into a narrow and steep contact hole.
3 in a clean atmosphere with no moisture or oxygen contamination.
A CVD method in which the substrate temperature is raised to a film thickness of 00 to 400°C is superior. After completing the patterning of the metal wiring 10 shown in FIG. 1, a living room insulating film 306 is deposited by the CVD method.

306は、前述したPSG膜、あるいはCVD法S i
02膜、あるいは耐水性等を考慮しする必要がある場合
には、(SiH4+NJ )ガス系のプラズマCVD法
によて形成したSi384 Nである。 Sil N 
4 ft5[中の水素の含有値を低く抑えるためには、
 (Si)+4+ N2 )ガス系でのプラズマCVD
法を使用する。
306 is the above-mentioned PSG film or CVD method Si
02 film or when it is necessary to take water resistance into consideration, it is Si384 N formed by a (SiH4+NJ) gas-based plasma CVD method. Sil N
4 ft5 [In order to keep the hydrogen content low,
(Si)+4+N2) plasma CVD in gas system
use the law.

プラズマCVD法によるダメージを現象させ形成された
Si3 N 、膜の電気的耐圧を大きくし、かつリーク
電流を小さくするには光CVD法によるSi3 N 4
膜がすぐれている。光CVD法には2通りの方法がある
。(SiH4+NH3+8g)ガス系で外部から水銀ラ
ンプの2537Aの紫外線を照射する方法と、  (S
tH4+NH) 3ガス系に水銀ランプの1849人の
紫外線を照射する方法である。いずれも基板温度は15
0〜350℃程度である。
Si3N4 is formed by plasma CVD to increase the electrical breakdown voltage and reduce leakage current.
The membrane is excellent. There are two types of photo-CVD methods. (SiH4+NH3+8g) A method of externally irradiating 2537A ultraviolet rays from a mercury lamp in a gas system, and (S
This is a method of irradiating the 3-gas system with ultraviolet light from a mercury lamp. In both cases, the substrate temperature is 15
The temperature is about 0 to 350°C.

マスク合わせ工程及びエツチング工程により、エミッタ
7上のポリシリコンに、絶縁1151305.3Of3
を貫通したコンタクトホールをリアクティブイオンエッ
チで開けた後、前述した方法でAi。An−S i、A
交−Cu−9i等の金属を堆積する。この場合には、コ
ンタクトホールの7スベクト比が大きいので、CVD法
による堆積の方がすぐれている。第1図における金属配
線8のバターニングを終えた後、最終パッシベーション
咬としてのSi3N4膜あるいはPSGI8i2をCV
D法により地積する(第16図(g))。
Through the mask alignment process and etching process, an insulator 1151305.3Of3 is formed on the polysilicon on the emitter 7.
After forming a contact hole through reactive ion etching, Ai is etched using the method described above. An-S i,A
A metal such as Cu-9i is deposited. In this case, since the contact hole has a large 7 spectral ratio, deposition by CVD is superior. After finishing the patterning of the metal wiring 8 in Fig. 1, CV
Land area is determined using the D method (Figure 16 (g)).

この場合も2光CVD法による膜がすぐれている。12
は裏面のAI 、Al−5r等による金属電極である。
In this case as well, the film produced by the two-light CVD method is superior. 12
is a metal electrode made of AI, Al-5r, etc. on the back surface.

本発明の光電変換装置の製法には、実に多彩な工程があ
り、第16図はほんの一例を述べたに過ぎない。
The method for manufacturing the photoelectric conversion device of the present invention involves a wide variety of steps, and FIG. 16 shows only one example.

本発明の光電変換装置の重要な点は、p領域6とn−領
域5の間及びp領域6とn+領域7の間のリーク電流を
如何に小さく抑えるかにある。
An important point of the photoelectric conversion device of the present invention is how to suppress leakage current between p region 6 and n- region 5 and between p region 6 and n+ region 7 to a minimum.

n′″領域5の品質を良好にして暗電流を少なくするこ
とはもちろんであるが、酸化膜などよりなる分離領域4
とn−領域5の界面こそが問題である。第16図では、
そのために、あらかじめ分離領域4の側壁にアモルファ
スSiを堆積しておいてエビ成長を行う方法を説明した
。この場合には、エビ成長中に基板Siからの固相成長
でアモルファスSiは単結晶化されるわけである。エビ
成長は、8500〜1000℃程度と比較的高い温度で
行われる。そのため、X板Siからの固相成長によりア
モルファスSiが単結晶化される前に5アモルファスS
i中に微結晶が成長し始めてしまうことが多く、結晶性
を悪くする原因になる。温度が低い方が、固相成長する
速度がアモルファスSi中に微結晶が戊長し始める速度
より相対的にずっと大きくなるから、選択エピタキシャ
ル成長を行う前に、550℃〜700℃程度の低温処理
で5アモルファスSiを単結晶しておくと、界面の特性
は改善され゛る。この時、基板SiとアモルファスSi
の間に酸化膜等の層があると固相成長の開始が遅れるた
め、両溝の境界にはそうした層が含まれないような超高
清浄プロセスが必要である。
In addition to improving the quality of the n''' region 5 and reducing dark current, the isolation region 4 made of an oxide film, etc.
It is the interface between the n-region 5 and the n-region 5 that is the problem. In Figure 16,
For this purpose, a method has been described in which amorphous Si is deposited on the side wall of the separation region 4 in advance and growth is performed. In this case, amorphous Si is made into a single crystal by solid phase growth from the Si substrate during growth. Shrimp growth occurs at a relatively high temperature of about 8,500 to 1,000°C. Therefore, before amorphous Si is made into a single crystal by solid phase growth from X-plate Si, 5
In many cases, microcrystals begin to grow during the process, which causes poor crystallinity. At lower temperatures, the rate of solid phase growth is relatively much higher than the rate at which microcrystals begin to elongate in amorphous Si. 5. If amorphous Si is made into a single crystal, the characteristics of the interface will be improved. At this time, the substrate Si and the amorphous Si
If there is a layer such as an oxide film between the two grooves, the start of solid phase growth will be delayed, so an ultra-high cleanliness process is required to prevent such a layer from being present at the boundary between the two grooves.

アモルファスSiの固相成長には上述したファーナス成
長の他に、基板をある程度の温度に保っておいて フッ
シュランプ加熱あるいは赤外線ランプによる。たとえば
数秒から数10秒程度のラピッドアニール技術も有効で
ある。こうした技術を使う時には、  Sin、層側壁
に堆積するSiは、多結晶でもよい、ただし、非常にク
リーンなプロセスで堆積し、多結晶体の結晶粒界に酸素
、炭素等の含まれない多結晶Siにしておく必要がある
In addition to the above-mentioned furnace growth, solid phase growth of amorphous Si is performed by heating the substrate with a flash lamp or infrared lamp while keeping the substrate at a certain temperature. For example, a rapid annealing technique for several seconds to several tens of seconds is also effective. When using such technology, the Si deposited on the sidewalls of the layer may be polycrystalline, but it is deposited using a very clean process and does not contain oxygen, carbon, etc. at the grain boundaries of the polycrystalline material. It is necessary to set it to Si.

こうしたSiO2側面のSiが単結晶化された後、Si
の選択成長を行うことになる。
After the Si on the SiO2 side is single crystallized, the Si
This will result in selective growth.

SiO2分am域4と高抵抗n−領域5界面のリーク電
流がどうしても問題になる時は、高抵抗n″′領域5の
Sin、分離領域4に隣接する部分だけ、n形の不純物
濃度を高くしておくとこのリーク電流の問題はさけられ
る。たとえば、分離!9i0.領域4に接触するn−領
域5の0.3〜IILs程度の厚さの領域だけ、たとえ
ば五〜IOX 10” Cl−38度にn形の不純物濃
度を高くするのである。この構造は比較的容易に形成で
きる。基板1上に略々1−一程度熱酸化晴を形成した後
、そのヒにCVD法でSUaする5ift fllをま
ず所要の厚さだけ、所定の量のPを含んだS+02膜に
しておく、さらにその上に5102をCVD法で1ti
fflするということで分離領域4を作っておく、その
後の高温プロセスで分離領域4中にサンドイッチ状に存
在する燐を含んだ5iOy Mから、燐が高抵抗n−領
域5中に拡散して、界面がもっとも不純物濃度が高いと
いう良好な不純物分布を作る。
If leakage current at the interface between the SiO2 am region 4 and the high-resistance n-region 5 becomes a problem, increase the n-type impurity concentration only in the portions of the high-resistance n'' region 5 adjacent to the Sin and isolation regions 4. For example, only a region of about 0.3 to IILs thickness of the n- region 5 that contacts the separated!9i0.region 4, for example, 5 to IOX 10" Cl- The n-type impurity concentration is increased to 38 degrees. This structure can be formed relatively easily. After forming a thermal oxidation film of approximately 1-1 on the substrate 1, a 5ift full film is first made into a S+02 film containing a predetermined amount of P to a required thickness by SUa using the CVD method. Furthermore, 1ti of 5102 was added on top of that by CVD method.
The isolation region 4 is created by ffl, and in the subsequent high-temperature process, phosphorus is diffused into the high resistance n-region 5 from the phosphorus-containing 5iOy M present in a sandwich form in the isolation region 4. Creates a good impurity distribution with the highest impurity concentration at the interface.

すなわち、第17図のような構造に構成するわけである
0分離領域4が、3層構造に構成されてイテ、308は
熱酸化@sio t 、309 jf燐ヲ含んだCvD
法5t(l ff 膜、301はCVD法SiO2膜で
ある。分離領域4に隣接して、n−領域S中との間に、
n領域307が、燐を含んだSiO2膜309からの拡
散で形成される。307はセル周辺全部に形成されてい
る。この構造にすると、ベース・コレクタ間容量Cbc
は大きくなるが。
That is, the isolation region 4, which is configured as shown in FIG. 17, is configured in a three-layer structure.
5t (l ff film, 301 is a CVD SiO2 film. Adjacent to the separation region 4, between the inside of the n-region S,
An n region 307 is formed by diffusion from the SiO2 film 309 containing phosphorus. 307 is formed all around the cell. With this structure, the base-collector capacitance Cbc
Although it gets bigger.

ベース・コレクタ間リーク?ti流は激減する。Leak between base and collector? TI style will be drastically reduced.

第16図では、あらかじめ分離用絶縁領域4を作ってお
いて1選択エピタキシャル成長を行なう例について説明
したが、基板Eに必要な高低抗n−B?のエピタキシャ
ル成長をしておいてから、分離領域となるべき部分をリ
アクティブイオンエツチングによりメツシュ状に切り込
んで分離領域を形成する、Uグループ分離技術(A、H
a2asakaet al、  ”U −groove
 1solation technique forh
igh 5peed bipolar VLSI’S 
” 、↑ech、 Dig、 ofIEDM、 P、f
l2.1982.参照)を使って行うこともできる。
In FIG. 16, an example has been described in which the isolation insulating region 4 is formed in advance and selective epitaxial growth is performed. U-group isolation technology (A, H
a2asakaet al, “U-groove
1solation technique forh
igh 5peed bipolar VLSI'S
” ,↑ech, Dig, ofIEDM, P, f
l2.1982. This can also be done using (see).

本発明に係る光電変換装置は、絶縁物よりm或される分
離領域に取り囲まれた領域に、その大部分の領域が半導
体ウェハ表面に隣接するベース領域が浮遊状態になされ
たバイポーラトランジスタを形成し、浮遊状態になされ
たベース領域の電位を薄い絶縁層を介して前記ベース領
域の一部に設けた1!極により制御することによって、
光情報を光電変換する装置である。高不純物濃度領域よ
りなるエミッタ領域が、ベース領域の一部に設けられて
おり、このエミνりは水平スキャンパルスにより動作す
るMOS)ランジスタにflを統されている。前述した
。浮遊ベース領域の一部に薄い絶縁層を介して設けられ
た電極は、水平ラインに接続されている。ウェハ内部に
設けられるコレクタは、基板で構成されることもあるし
、目的によっては反対導電型高抵抗基板に、各水平ライ
ンごとに分離された高濃度不純物理込み領域で構成され
る場合もある。絶縁層を介して設けられた電極で、浮遊
ベース領域のリフッレッシュを行なう時のパルス電圧に
対して、信号を読出す時の印加パルス電圧は実質的に大
きい、実際に、2M類の電圧を持つパルス列を用いても
よいし、ダブルキャパシタ構造で説明したように、リフ
レッシュ用MOSキャパシタ電極の容量Cotにくらべ
て読出し用MOSキャパシタ電極の容量CO寛を大きく
しておいてもよい、リフレッシュパルス印加により、逆
バイアス状態になされた浮遊ベース領域に光励起された
キャリアを蓄積して光信号に基ずいた信号を記憶させ、
該信号読出し時には、ベース・エミッタ間が順方向に深
くバイアスされるように読出し用パルス電圧を印加して
、高速度で信号を読出せるようにしたことが特徴である
。こうした特徴を備えていれば、本発明の光電変換装置
はいかなる構造で実現してもよく、前記の実施例に述べ
られた構造に限定されないことはもちろんである。
A photoelectric conversion device according to the present invention forms a bipolar transistor in which a base region, most of which is adjacent to the semiconductor wafer surface, is in a floating state in a region surrounded by an isolation region made of an insulator. , the potential of the floating base region is provided to a part of the base region through a thin insulating layer 1! By controlling the poles,
This is a device that converts optical information photoelectrically. An emitter region made of a high impurity concentration region is provided in a part of the base region, and the emitter region is controlled by a MOS transistor operated by a horizontal scan pulse. As mentioned above. An electrode provided on a portion of the floating base region via a thin insulating layer is connected to a horizontal line. The collector provided inside the wafer may be composed of a substrate, or depending on the purpose, it may be composed of high-concentration impurity physical regions separated for each horizontal line on a high-resistance substrate of the opposite conductivity type. . Compared to the pulse voltage when refreshing the floating base region with the electrode provided through the insulating layer, the pulse voltage applied when reading out the signal is substantially larger, in fact, it has a voltage of 2M class. By applying a refresh pulse, a pulse train may be used, or as explained in the double capacitor structure, the capacitance CO of the readout MOS capacitor electrode may be made larger than the capacitance Cot of the refresh MOS capacitor electrode. , store a signal based on an optical signal by accumulating optically excited carriers in a floating base region that is in a reverse biased state,
When reading out the signal, a reading pulse voltage is applied so that the base-emitter is deeply biased in the forward direction, so that the signal can be read out at high speed. As long as it has these characteristics, the photoelectric conversion device of the present invention may be realized in any structure, and it is needless to say that it is not limited to the structure described in the above embodiments.

たとえば、前記の実施例で説明した構造と導電型がまっ
たく反転した構造でも、もちろん同様である。ただし、
この時には印加電圧の極性を完全に反転する必要がある
。:4電型がまったく反転した構造では、領域はn型に
なる。すなわち、ベースを構成する不純物はAsやPに
なる。AsePを含む領域の表面を酸化すると、Ase
PはSi/Sin。
For example, the structure is similar even if the conductivity type is completely reversed from that described in the above embodiment. however,
At this time, it is necessary to completely reverse the polarity of the applied voltage. :4 In a structure in which the electric type is completely reversed, the region becomes n-type. That is, the impurities constituting the base are As and P. When the surface of the region containing AseP is oxidized, AseP
P is Si/Sin.

界面のSi側にパイルアップする。すなわち5ベ一ス内
部に表面から内部に向う強いドリフト電界が生じて、光
励起されたホールはただちにベースからコレクタ側に抜
け、ベースにはエレクトロンが効率よく蓄積される。
Pile up on the Si side of the interface. That is, a strong drift electric field is generated inside the 5-base from the surface to the inside, and the photo-excited holes immediately escape from the base to the collector side, and electrons are efficiently accumulated in the base.

ベースがp型の場合には、通常使われる不純物はポロン
である。ポロンを含むp領域表面を熱酸化すると、ポロ
ンは酸化膜中に取り込まれるため、 Si/Si Oz
界面近傍のSi中におけるポロン濃度はやや内部のポロ
ン濃度より低くなる。この深さは、酸化膜厚にもよるが
、通常数100八である。この界面近傍には、エレクト
ロンに対する逆ドリフト電界が生じ、この領域に光励起
されたエレクトロンは、表面に集められる傾向にある。
If the base is p-type, the commonly used impurity is poron. When the p-region surface containing poron is thermally oxidized, poron is incorporated into the oxide film, so Si/SiOz
The poron concentration in the Si near the interface is slightly lower than the poron concentration inside. Although this depth depends on the oxide film thickness, it is usually several hundred eights. A reverse drift electric field for electrons is generated near this interface, and electrons photoexcited in this region tend to be collected on the surface.

このままだと、この逆ドリフト電界を生じている領域は
不感領域になるが1表面に沿った一部にn+領領域、本
発明の光電変換装置では存在しているため、P領域のS
i/5iOz界面に集まったエレクトロンハ、このn+
領領域再結合される前に流れ込む、そのために、たとえ
ポロンがSi/5i02界面近傍で減少していて、逆ド
リフト電界が生じるような領域が存在しても、はとんど
不感領域にはならない、むしろ、こうした領域がS i
/S i02界面に存在すると、蓄積されたホールをS
i/Sin、界面から引きはして内部に存在させるよう
にするために、ホールが界面で消滅する効果が無くなり
、p層のベースにおけるホール蓄積効果が良好となり、
きわめて望ましい。
If this continues, the region where this reverse drift electric field occurs will become an insensitive region, but in the photoelectric conversion device of the present invention, there is an n+ region along a part of the surface, so the S region of the P region is present.
The electrons gathered at the i/5iOz interface, this n+
It flows into the region before being recombined, so even if there is a region where poron is reduced near the Si/5i02 interface and a reverse drift electric field occurs, it will hardly become a dead region. , rather, these regions are S i
/S i02 interface, the accumulated holes are
Since i/Sin is pulled from the interface and exists inside, the effect of holes disappearing at the interface is eliminated, and the hole accumulation effect at the base of the p layer is improved.
Highly desirable.

以上説明してきたように1本発明の光電変換装置は、浮
遊状態になされた制御電極領域であるベース領域に光に
より励起されたキャリアを蓄積するものである。すなわ
ち、Ba5e  5tore  ImageSenso
r と呼ばれるべき装置であり、 BAS[S と略称
する。
As described above, the photoelectric conversion device of the present invention accumulates carriers excited by light in the base region, which is the control electrode region in a floating state. That is, Ba5e 5tore ImageSenso
It is a device to be called r, and is abbreviated as BAS[S.

本発明の光電変換装置は、1個のトランジスタでL画素
を構成できるため高密度化がきわめて容易であり、同時
にその構造からブルーミング、スミアが少なく、かつ高
感度である、そのダイナミックレンジは広く取れ、内部
増幅機能を有するため配線容量によらず大きな信号電圧
を発生するため低雑音でかつ周辺回路が容易になるとい
う特徴を有している0例えば将来の高品質固体撮像装置
として、その工業的価値はきわめて高い。
Since the photoelectric conversion device of the present invention can configure an L pixel with one transistor, it is extremely easy to increase the density, and at the same time, due to its structure, it has less blooming and smearing, has high sensitivity, and has a wide dynamic range. Since it has an internal amplification function, it generates a large signal voltage regardless of the wiring capacitance, so it has the characteristics of low noise and easy peripheral circuitry. The value is extremely high.

なお、本発明に係る光電変換装置は以上述べた固体撮像
装置の外に、たとえば、画像入力装置、ファクシミリ、
7−クステイシヨン、デジタル複写機、ワープロ等の画
像入力装置、OCR、バーコード読取り装置、カメラ。
In addition to the above-mentioned solid-state imaging device, the photoelectric conversion device according to the present invention can be applied to, for example, an image input device, a facsimile,
7- Image input devices such as station, digital copying machine, word processor, OCR, barcode reading device, camera.

ビデオカメラ、8ミリカメラ等のオートフォーカス用の
光電変換被写体検出装置等にも応用できる。
It can also be applied to photoelectric conversion object detection devices for autofocus of video cameras, 8mm cameras, etc.

第8図(b)に、過渡的リフレッシュ動作、蓄積動作、
読出し動作、そして過渡的リフレッシュ動作と巡回する
ときの、エミッタ1ベース、コレクタ各部における電位
レベルを表したものを示す。
FIG. 8(b) shows a transient refresh operation, an accumulation operation,
The graph shows the potential levels at each part of the emitter 1 base and collector during a read operation and a transient refresh operation.

各部位の電圧レベルは外部的に見た電位であり。The voltage level of each part is the potential seen externally.

内部のポテンシャルレベルとは一部一致していない所も
ある。
There are some areas that do not match the internal potential level.

説明を簡単にするためにエミッタ・ベース間の拡散電位
は除いである。したがって、第8図(b)でエミッタと
ベースが同一レベルで表される時には、実際にはエミッ
タ・ベース間に で与えられる拡散電位が存在するわけである。
To simplify the explanation, the emitter-base diffusion potential is excluded. Therefore, when the emitter and base are shown at the same level in FIG. 8(b), there actually exists a diffusion potential applied between the emitter and the base.

第8図(b)において、状態■、■はリフレッシュ動作
を、状態■は蓄積動作を、状態■、■は読出し動作を、
状態■はエミッタを接地したときの動作状態をそれぞれ
示す。また電位レベルはOポルトを境にして上側が負、
下側が正電位をそれぞれ示す・状態■になる前のベース
電位ζよゼロボルトであったとし、またコレクタ電位は
状態■から信)まで全て1ETTt位にバイアスされて
いるものとする。
In FIG. 8(b), states ■ and ■ perform a refresh operation, state ■ a storage operation, states ■ and ■ a read operation,
State ■ indicates the operating state when the emitter is grounded. Also, the potential level is negative on the upper side with O port as the border,
It is assumed that the lower side indicates a positive potential and that the base potential ζ before entering state (2) is zero volts, and that the collector potential is all biased at about 1ETTt from state (2) to state (3).

上記の一連の動作を第8図(a)のタイミング図と共に
説明する。
The above series of operations will be explained with reference to the timing diagram of FIG. 8(a).

第8図(a)の波形67のごとく、時刻t、において、
端子37に正電圧、すなわちリフレッシュ′屯圧■Ii
いが印加されると、第8図(b)の状態Φに電位200
のごとくベースには、すでに説明した様に、 なる分圧がかかる。この電位は時刻1.からt2の間に
1次第にゼロ電位に向かって減少していき1時刻t、で
は、第8図(b)の点線で示した電位201となる。こ
の電位は前に説明した様に、過渡的なリフレッシュモー
ドにおいて、ベースに残る電位vKである0時刻t、に
おいて、波形67のごとく、リフレッシュ電圧VR14
がゼロ電圧にもどる瞬間に、ベースには、 なる電圧が商と同様、容量分割により発生するので、ベ
ースは残っていた電圧VKと新しく発生した電圧との加
算された電位となる。すなわち、状態■において示され
るベース電位202であり、これは。
As shown in waveform 67 in FIG. 8(a), at time t,
A positive voltage is applied to the terminal 37, that is, the refresh pressure ■Ii
When a voltage is applied, the potential 200 is applied to the state Φ in FIG.
As explained above, a partial pressure is applied to the base. This potential is at time 1. During the period from t2 to t2, the potential gradually decreases by 1 toward zero potential, and at time t, the potential becomes 201 as shown by the dotted line in FIG. 8(b). As explained earlier, in the transient refresh mode, at time 0, which is the potential vK remaining at the base, this potential is set to the refresh voltage VR14 as shown by the waveform 67.
At the moment when V returns to zero voltage, a voltage of VK is generated at the base by capacitance division, similar to the quotient, so the base becomes the potential that is the sum of the remaining voltage VK and the newly generated voltage. In other words, this is the base potential 202 shown in state (2).

ow ” ”−Cox+Cbe+Cbc  ”’で与えられる
ow ” ”-Cox+Cbe+Cbc ”'.

この様なエミッタに対して逆バイアス状態において光が
入射してくると、この光により発生したホー」しがベー
ス領域に蓄積されるので、状態t)のごとく、入射して
くる光の強さに応じて、ベース電位202はベース電位
203.203 ’203“のごと〈次第に正電位に向
って変化する。この光により発生する電圧をVpとする
When light is incident on such an emitter in a reverse bias state, the holes generated by this light are accumulated in the base region, so that the intensity of the incident light increases as shown in state t). Accordingly, the base potential 202 gradually changes toward a positive potential as the base potential 203.203'203''.The voltage generated by this light is defined as Vp.

次いで波形69のごとく5水平ラインに垂直シフトレジ
スタより電圧、すなわち読出し′電圧Vlが印加される
と、ベースには C0富 Cox+Cbe+Cbc  ” なる電圧が加算されるので、光がまったく照射されない
ときのベース電位204は となる。このときの電位204は前に説明したごとく、
エミツタに対して0.5〜o、e v程度閉方向にバイ
アス状態になる様に、設定される。また。
Next, as shown in waveform 69, when a voltage is applied from the vertical shift register to the 5 horizontal lines, that is, the readout voltage Vl, a voltage of C0 + Cbe + Cbc is added to the base, so the base potential when no light is irradiated is 204 becomes.The potential 204 at this time is as explained earlier.
It is set so that the emitter is biased in the closing direction by about 0.5 to 0.ev. Also.

ベース電位2051,205’ 、205″はソレぞれ で事えられる。Base potentials 2051, 205' and 205'' are respectively It can be done.

ベース電位が、この様に、エミッタに対して;順方向バ
イアスされると、二ミッタ側からエレクトロンの注入が
おこり、エミッタ電位は次第に正電位方向に動いていく
ことになる。光が照射されなかったときのベース屯位2
04に対するエミッタ電位207は、順方向バイアスを
0.5〜0.6vに設)Rした時読出しパルス幅が1〜
2gs位のとき、約50〜100OIV程度であり、こ
の電圧をVRとすると、エミッタ電位207.207’
207″は前の例の様に0.1 gs以上のパルス幅で
あれば直線性は十分確保されるので、それぞれVp +
VB、vp ’−t−V、 、vp −+  v、 ト
なる。
When the base potential is biased in the forward direction with respect to the emitter in this way, electron injection occurs from the emitter side, and the emitter potential gradually moves in the positive potential direction. Base position 2 when no light is irradiated
The emitter potential 207 for 04 is such that when the forward bias is set to 0.5 to 0.6 V), the read pulse width is
At about 2 gs, it is about 50 to 100 OIV, and if this voltage is VR, the emitter potential is 207.207'
207'', as in the previous example, linearity is sufficiently ensured if the pulse width is 0.1 gs or more, so each Vp +
VB, vp'-t-V, , vp -+ v, becomes.

ある一定の読出し時間の後、波形69のごとく読出し電
圧VRがゼロ屯位になった時点モ、ベースには なる電圧が加算されるので、状態■のごとくへ一ス電(
よLは、続出しパルスが印加される前の状ヂ8゜すなわ
ち逆バイアス状態になり、エミッタの電位変化は伴出す
る。すなわち、このときのベース電イ&、208は、 ヘース゛屯位209.209’ 、209“はそれぞれ
、 OX ” +vp−’  Cox+Cbe+Cb。@ V a
sot v、+vρ −Cox+ Cbe+ Cbc″VQHa
t ” ” vpCol+ Cbe+ Cbc” ””で事
えられる。これは読出しが始まる11力の状態・′1)
とまったく同じである。
After a certain readout time, when the readout voltage VR reaches zero level as shown in waveform 69, the voltage that becomes the base is added to the base, so that the voltage (
YOL becomes the state 8 degrees before the application of the successive pulses, that is, becomes a reverse bias state, and the potential change of the emitter accompanies it. That is, at this time, the base voltage A&, 208 is the base voltage 209.209', and the base voltage 209' is OX"+vp-'Cox+Cbe+Cb, respectively. @ V a
sot v, +vρ −Cox+ Cbe+ Cbc″VQHa
t ” ” vpCol+ Cbe+ Cbc” ”” This is the state of 11 power where reading begins.
is exactly the same.

この状態(5)において、エミッタ側の光情報信号が外
部へ読出されるわけである。この読出しが終った後、各
スイッチングMOSトランジスタ48.48’、48”
が導通状態となり、エミッタが接地されて状態くΦのご
と〈、エミッタはゼロ屯位となる。これで、リフレッシ
ュ動作、蓄積動作、読出し動作と一巡し、次に状態■に
もどるわけであるが、この時、最初にリフレッシュ動作
に入る前は、ベース酸位がゼロ電位からスタートシたの
に対して、−巡してさた後は、ベース屯位が ow ■に−Cox+Cbe+Cbc  ’ ”’およびそれ
に、それぞれVP、VP’、VP “が加算されたW1
位に変化していることになる。したがって、この状態で
、リフレッシュ電圧V1114が印加されたとしてもベ
ース電位はそれぞれV。
In this state (5), the optical information signal on the emitter side is read out to the outside. After this readout is completed, each switching MOS transistor 48, 48', 48''
becomes conductive, the emitter is grounded, and as Φ, the emitter is at zero level. This completes a cycle of refresh operation, storage operation, and read operation, and then returns to state ①.At this time, although before starting the refresh operation for the first time, the base acid level started from zero potential. On the other hand, after the - cycle, the base level is ow ■, -Cox+Cbe+Cbc '"', and W1 with VP, VP', and VP " added to it, respectively.
This means that there has been a change in position. Therefore, in this state, even if the refresh voltage V1114 is applied, the base potential is V.

V< +Vp 、Vl +Vp ’ 、VK+Vp ”
になるだけであり、これでは、ベースに、十分な舶方向
バイアスがかからず、光の強くあたった所はj順方向バ
イアス着が大きいので光情報は消えるものの、光の弱い
部分の情報は消えずに残るということが/l、すること
は第6図に示したリフレッシュ動作の計算例から見ても
あきらかである。
V< +Vp, Vl +Vp', VK+Vp''
In this case, sufficient bias in the ship direction is not applied to the base, and the light information disappears because the j forward bias is large in areas where the light hits strongly, but the information in areas where the light is weak is It is clear from the calculation example of the refresh operation shown in FIG. 6 that it remains without disappearing.

この様な現象はil!5fiIt的リフレ5・シユリフ
レ5特のものであり、完全リフレッシュモードでは、ベ
ース電位が必ずゼロ電位になるまで長いリフレッシュ時
間をとるために、この様な問題は生じない− 高速リフレッシュが可能な過渡的リフレッシュモードを
使い、かつこの様な不都合の生じない方法について以下
に述べる。
This kind of phenomenon is il! This is a special feature of 5fiIt-like Refre5/Shyurefure5, and in complete refresh mode, such a problem does not occur because it takes a long refresh time until the base potential becomes zero potential. A method that uses refresh mode and does not cause such inconvenience will be described below.

これを解決する一つの方法は、第8図(b)の状態■に
おいて発生したベース電位210をゼロ電位までもって
きてしまうことである。この様にすると状態■において
、リフレッシュパルスが印加するとき最、初の状態と同
じくベース電位がゼロ電位なので確実な過渡的リフレッ
シュモード動作が可能となる。
One way to solve this problem is to bring the base potential 210 generated in state (2) of FIG. 8(b) to zero potential. In this way, when a refresh pulse is applied in state (3), the base potential is zero potential as in the first state, so reliable transient refresh mode operation becomes possible.

第18図にそれを達成するための一実施例を示す、fi
IJts図(a)は光センサセルの断面構造図を、第1
8図(b)には、それの等価回路を示す。
FIG. 18 shows an embodiment for achieving this, fi
IJts diagram (a) shows the cross-sectional structure diagram of the optical sensor cell.
Figure 8(b) shows its equivalent circuit.

第18図に射\Xズ、第1図に示した基本光センサセル
のエミッタ領域7とn4″領域270はそれぞ′れMO
Sトランジスタのドレイン、ソースを形成し、ポリシリ
コン等で作られたゲート271により制御される構造に
なっている。また、n”ma270は、配線272によ
り基本光センサセルのベース領域6と撞統されている。
The emitter region 7 and the n4'' region 270 of the basic photosensor cell shown in FIG.
It forms the drain and source of the S transistor, and has a structure controlled by a gate 271 made of polysilicon or the like. Further, the n''ma 270 is connected to the base region 6 of the basic photosensor cell by a wiring 272.

他の部分は第り図で示した基本光センサセルと同じであ
る。
The other parts are the same as the basic photosensor cell shown in FIG.

第18図(b)は(a)の構造図の等価回路であり、光
センサセルのエミッタ領域と共通のドレイン領域7、ゲ
ート271、ソース領域270よりなるMOSトランジ
スタ273が、光センサセルのベース領域6と配線27
2により接続され、ドレイン領域はエミッタ領域と共通
であり、またゲート271は配線274に接続され、外
部よりパルスが印加できる様な4111戊になっている
FIG. 18(b) is an equivalent circuit of the structural diagram of FIG. 18(a), in which a MOS transistor 273 consisting of a drain region 7, a gate 271, and a source region 270 common to the emitter region of the photosensor cell is connected to the base region 6 of the photosensor cell. and wiring 27
2, the drain region is common to the emitter region, and the gate 271 is connected to the wiring 274, forming a 4111 hole so that a pulse can be applied from the outside.

リフレッシユ動作、蓄積動作および読出し動作において
は、このMOS)ランジスタのゲート271には配線2
74を通して、MOS)ランジスタのチャンネルが十分
非導通になる様な負電圧がかけられているものとする。
In the refresh operation, accumulation operation, and read operation, the wiring 2 is connected to the gate 271 of this MOS transistor.
It is assumed that a negative voltage is applied through 74 so that the channel of the MOS transistor becomes sufficiently non-conductive.

WIJ8図(b)の状態I動においてベース領域の電位
210が負の時、エミタは接地されており、この状態で
ゲート271をゼロ電位または正電位にしてやるとMO
S)ランジスタのチャンネルが導通状態となり、電流が
流れてベース電位はゼロ電位になることは明らかである
When the potential 210 of the base region is negative in state I operation in WIJ8 figure (b), the emitter is grounded, and if the gate 271 is set to zero potential or positive potential in this state, the MO
S) It is clear that the channel of the transistor becomes conductive, current flows and the base potential becomes zero potential.

この様にして、状態■においてベース社位がゼロ電位と
なるので、次のリフレッシュ動作においては第8図(b
)で説明したごとく、過渡的リフレッシュモード動作が
確実に行なわれ、高速のリフレッシュが可能となる。
In this way, the base level becomes zero potential in state ①, so in the next refresh operation, as shown in Fig. 8 (b
), the transient refresh mode operation is reliably performed and high-speed refresh is possible.

以上説明したごとく、本実施例によれば、配線が一木増
加するものの、簡単なMOSトランジスタを1ケ追加す
るだけで、高速動作が可能な撮像素子をtt、すること
ができる。
As described above, according to this embodiment, although the number of lines increases, an image sensor capable of high-speed operation can be obtained by simply adding one simple MOS transistor.

第18図に示す実施例においては、MOSキャパシタ電
極9、MOSトランジスタのソース領域270と光セン
サセルのベース領域6を接続するための配線、MOS)
ランジスタのゲート271、光センサセルのエミッタ領
域7のための配線8が、説明の都合上、全て同一の断面
内に書かれており、光の入射する窓がきわめて少ない様
に書かれているが、実際のデバイスにおては、1Tjj
−の光センサセルの中の他の部分へ、それぞれを、入射
する窓の形状、配線の都合等を考慮して配置することが
可能である。
In the embodiment shown in FIG. 18, a MOS capacitor electrode 9, a wiring for connecting the source region 270 of the MOS transistor and the base region 6 of the photosensor cell, MOS)
For convenience of explanation, the wiring 8 for the gate 271 of the transistor and the emitter region 7 of the optical sensor cell are all drawn in the same cross section, and there are very few windows through which light enters. In the actual device, 1Tjj
- It is possible to arrange each of them in other parts of the optical sensor cell in consideration of the shape of the window through which the light enters, the convenience of wiring, etc.

以上の説明は、リフレッシュ、読出しをいずれもCow
を通してPベース上のTrL極9により行なうモードに
ついての説明であるが、リフレッシュをn M OSで
行なってしまう動作が可能である。すなわち、この場合
には1!極9には読出し用パルスだけが加わる。読出し
が終ったー水平ラインに泊うセンサセルのリフレッシュ
は1次の段の水平ラインに沿う、センサセルの読出しを
行なう前のブランキング期間に、271に正電圧を印加
してnMO3を導通させ、その時垂直ライン38.38
’、・・・・・・・・・の負電圧 −Vpを印加する。
In the above explanation, both refresh and read
Although the explanation is about the mode in which refresh is performed by the TrL pole 9 on the P base through the gate, it is also possible to perform refresh by the nMOS. That is, in this case, 1! Only a read pulse is applied to pole 9. Reading is completed - To refresh the sensor cells on the horizontal line, apply a positive voltage to 271 to make nMO3 conductive during the blanking period before reading out the sensor cells along the horizontal line of the first stage. vertical line 38.38
', . . . apply a negative voltage -Vp.

Pベース領域は、−(Vp−Vts’)に帯電し、リフ
レッシュが完了する。■↑輔は、n M OSのしきい
値電圧である。このn M OSは、いわばチャンネル
とn”fI域270が同電位になされた動作である。
The P base region is charged to -(Vp-Vts'), and refreshing is completed. ■↑輔 is the threshold voltage of nMOS. This n MOS operates in such a way that the channel and the n''fI region 270 are at the same potential.

Pベースリフレッシュ用に完全に独立にn M O3を
作ってもよい、この時にはn4″エミツタはまったく独
立しており、pベース中にさらに2つのn4″領域27
0と275が設けられてn M OSを構成する。
It is also possible to create a completely independent nM O3 for P-base refresh, in which case the n4'' emitter is completely independent, and two more n4'' regions 27 in the p-base.
0 and 275 are provided to constitute the nM OS.

第18図(a)に示されるものと同様に、n”ffi城
270は電極配線によりPベース6と道結されており、
もう一方のn”電極275は、電極配線によりゲート2
71に電圧が加えられたときに所定の負電圧−Vpが加
わるようになされている。
Similar to what is shown in FIG. 18(a), the n"ffi castle 270 is connected to the P base 6 by electrode wiring,
The other n'' electrode 275 is connected to the gate 2 by electrode wiring.
When a voltage is applied to 71, a predetermined negative voltage -Vp is applied.

第19図にその回路構成図を示す、水平ラインに沿って
、負電圧印加用のライン281.282 。
The circuit configuration diagram is shown in FIG. 19, along the horizontal line are lines 281 and 282 for applying a negative voltage.

・・・・・・・・・が設けられている。・・・・・・・・・ is provided.

水平ライン275に読出しパルスを加えて、この水平ラ
インに沿うセンサセルの読出しを終えた後、その下の段
の水平ラインの読出しを行なうために、276に読出し
パルスを加えた時、その読出し用パルスは、水平ライン
275に沿うセンサセルのリフレッシュ用nMOsトラ
ンジスタのゲートに加わり、その時ライン281に負電
圧−Vpが加わるから、275に沿うセンサセルの読出
しを行なっている間に完了する。
When a read pulse is applied to the horizontal line 275 to read out the sensor cells along this horizontal line, and then a read pulse is applied to 276 to read the horizontal line below, the read pulse is applied to the gate of the refresh nMOS transistor of the sensor cell along horizontal line 275, and is completed while reading the sensor cell along horizontal line 275 since a negative voltage -Vp is applied to line 281 at that time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

t51図から第6図までは、本発明の一実施例に係る光
センサセルの主要構造及び基本動作を説明するための図
である。第1図(a)は平面図、(b)は断面図、(C
)は等価回路図であり5第2図は読出し動作時の等価回
路図、第3図は読出し時間と読出し電圧との関係を示す
グラフ、第4図(a)は蓄1IITL圧と、読出し時間
との関係を、第4図(b)はバイアス電圧と読出し時間
との関係をそれぞれ示すグラフ、gFSs図はリフレッ
シュ動作時の等価回路図、第6図(a)〜(c)はリフ
レッシュ時間とベース電位との関係を示すグラフである
。第7図−b)ら第1O図までは、第1図に示す光セン
サセルを用いた光電変換装置の説明図であり、rs7歯
は回路図、第8図(a)はパルスタイミング図、第8図
(b)は各動作時の電位分布を示すグラフである。MS
9図は出力信号に関係する等価回路図、第1O図は導通
した瞬間からの出力電圧を時間との関係で示すグラフで
ある。第11.12及び13図は他の光電変換装置を示
す回路図である。第14図は本発明の実施例に係る他の
光センサセルの主要構造を説明するための平面図である
。第15図は、ff114図に示す光センサセルを用い
た光電変換装置の回路図である。第16回及び17図は
本発明の光電変換装置の一製造方法例を示すための断面
図である。第18図は本発明の実施例に保る光センサセ
ルを示し、(a)は断面図、(b)はその等価回路図で
ある。第19図は第18図に示した光センサセルを用い
た回路構成図である。 1・・・シリコン基板、2・・・psag、3・・・絶
縁酸化膜、4・・・素子分#領域、5・・・n−領域(
コレクタ領域)、6・・・p領域(ペース領域)、7.
7’・・・n′″領域(エミッタ領域)、8・・・配線
、9・・・電極、10・・・配線、11・・・nゝ領領
域12・・・電極、13・・・コンデンサ、14・・・
バイポーラトランジスタ、15.17・・・接合容量、
16.18・・・ダイオード、19.19’・・・コン
タクト部、20・・・光。 28・・・垂直ライン、30・・・光センサセル、31
・・・水平ライン、32・・・垂直シフトレジスタ、3
3.35・・・MOS)ランジスタ、36.37・・・
端子38・・・垂直ライン、39・・・水平シフトレジ
スタ40・・・MOSトランジスタ、41・・・出力ラ
イン42・・・MOS)ランジスタ、43・・・端子、
44・・・トランジスタ、44.45・・・負荷抵抗 
、46・・・端子、47・・・端子、48・・・MOS
)ランジスタル9・・・端子、61,62.63・・・
区間、  64・・・コレクタ電位、67・・・波形、
80.81・・・8峻82.83・・・抵抗、84・・
・電流源、    LOO,101,102・・・水平
シフトレジスタ、111゜112・・・出力ライン、1
38・・・垂直ライン140・・・MOSタランジスタ
、148・・・MOSトランジスタ、150.150’
・・・MOSコンデンサ、152,152’・・・光セ
ンサセル、202゜203.205・・・ベース電位、
220・・・p0領域。 222゜225・・・配線、251・・・p+領領域2
52・・・n4P領域、253・・・配線、300・・
・アモルファスシリコン、302・・・窒化11,30
3・・・psc膜、304・・・ポリシルコン、305
・・・psc s、306・・・層間絶縁膜。
t51 to FIG. 6 are diagrams for explaining the main structure and basic operation of a photosensor cell according to an embodiment of the present invention. Figure 1 (a) is a plan view, (b) is a sectional view, (C
) is an equivalent circuit diagram, 5 Figure 2 is an equivalent circuit diagram during read operation, Figure 3 is a graph showing the relationship between read time and read voltage, and Figure 4 (a) is the graph showing the relationship between the stored IITL pressure and read time. Figure 4 (b) is a graph showing the relationship between bias voltage and read time, gFSs is an equivalent circuit diagram during refresh operation, and Figures 6 (a) to (c) are graphs showing the relationship between bias voltage and read time. It is a graph showing the relationship with the base potential. FIG. 7-b) to FIG. 1O are explanatory diagrams of a photoelectric conversion device using the optical sensor cell shown in FIG. FIG. 8(b) is a graph showing the potential distribution during each operation. M.S.
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram related to the output signal, and FIG. 1O is a graph showing the output voltage from the moment of conduction in relation to time. 11.12 and 13 are circuit diagrams showing other photoelectric conversion devices. FIG. 14 is a plan view for explaining the main structure of another optical sensor cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is a circuit diagram of a photoelectric conversion device using the optical sensor cell shown in FIG. ff114. Figures 16 and 17 are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 18 shows an optical sensor cell according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is an equivalent circuit diagram thereof. FIG. 19 is a circuit configuration diagram using the optical sensor cell shown in FIG. 18. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon substrate, 2... psag, 3... Insulating oxide film, 4... Element # region, 5... n- region (
collector area), 6... p area (pace area), 7.
7'...n''' region (emitter region), 8... Wiring, 9... Electrode, 10... Wiring, 11... n' area 12... Electrode, 13... Capacitor, 14...
Bipolar transistor, 15.17... Junction capacitance,
16.18...Diode, 19.19'...Contact part, 20...Light. 28... Vertical line, 30... Optical sensor cell, 31
...Horizontal line, 32...Vertical shift register, 3
3.35...MOS) transistor, 36.37...
Terminal 38...Vertical line, 39...Horizontal shift register 40...MOS transistor, 41...Output line 42...MOS) transistor, 43...Terminal,
44...Transistor, 44.45...Load resistance
, 46... terminal, 47... terminal, 48... MOS
) Ranjistal 9... terminal, 61, 62.63...
Section, 64... Collector potential, 67... Waveform,
80.81...8 steepness 82.83...resistance, 84...
・Current source, LOO, 101, 102...Horizontal shift register, 111°112...Output line, 1
38... Vertical line 140... MOS transistor, 148... MOS transistor, 150.150'
...MOS capacitor, 152,152'...Photo sensor cell, 202°203.205...Base potential,
220...p0 region. 222°225...Wiring, 251...p+ region 2
52... n4P region, 253... wiring, 300...
・Amorphous silicon, 302...Nitride 11,30
3...psc membrane, 304...polysilcon, 305
... psc s, 306... interlayer insulating film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1同導電型領域よりなる2個の主電極領域と該主電極領
域と反対導電型の制御電極領域よりなる半導体トランジ
スタの該制御電極領域を浮遊状態にし、該浮遊状態にし
た制御電極領域の電位を、キヤパシタを介して制御する
ことにより、該浮遊状態にした制御電極領域に、光によ
り発生したキャリアを蓄積する蓄積動作、蓄積動作によ
り該制御電極領域に発生した蓄積電圧を読出す読出し動
作、該制御電極領域に蓄積されたキャリアを消滅させる
リフレッシュ動作をそれぞれさせ得る構造を有する光変
換装置において、該浮遊状態になされた制御電極領域内
の一部に、該制御電極領域とは反対導電型高濃度領域な
領域を、表面に隣接して該主電極領域以外に少なくとも
1個設け、該反対導電型高濃度を該制御電極領域の電位
を制御するための絶縁ゲート型トランジスタの主電極領
域となしたことを特徴とする光電変換装置。
1. A control electrode region of a semiconductor transistor consisting of two main electrode regions of the same conductivity type and a control electrode region of an opposite conductivity type to the main electrode region is brought into a floating state, and the potential of the control electrode region brought into the floating state. an accumulation operation in which carriers generated by light are accumulated in the control electrode region set in a floating state by controlling via a capacitor, a readout operation in which the accumulated voltage generated in the control electrode region by the accumulation operation is read out; In a light conversion device having a structure capable of performing a refresh operation to eliminate carriers accumulated in the control electrode region, a part of the control electrode region in a floating state has a conductivity type opposite to that of the control electrode region. At least one high concentration region is provided adjacent to the surface other than the main electrode region, and the high concentration region of the opposite conductivity type is used as the main electrode region of an insulated gate transistor for controlling the potential of the control electrode region. A photoelectric conversion device characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014042350A (en) * 2005-11-29 2014-03-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
US8917085B2 (en) 2007-12-07 2014-12-23 Yazaki Corporation Current sensor

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