JPH05175471A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH05175471A JPH05175471A JP3345448A JP34544891A JPH05175471A JP H05175471 A JPH05175471 A JP H05175471A JP 3345448 A JP3345448 A JP 3345448A JP 34544891 A JP34544891 A JP 34544891A JP H05175471 A JPH05175471 A JP H05175471A
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- JP
- Japan
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- photosensitive
- section
- light
- photosensitive portion
- auxiliary
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 感光部のダイナミックレンジを大きくするこ
とができ、黒潰れや白飛びの低減をはかり得る固体撮像
装置を提供すること。 【構成】 n型シリコン基板1上のp型ウェル2の表面
層にマトリックス状に配列された感光部30と、これら
の感光部配列に沿って配列され、該感光部30から読出
された信号電荷を垂直方向に転送する複数列のn型垂直
CCDチャネル4と、これらの垂直チャネルCCD4の
一端に近接して配置され、該垂直CCDチャネル4によ
り転送された各行の信号電荷を振り分けて水平方向に転
送する水平CCDチャネルとを具備した固体撮像装置に
おいて、1画素を構成するセル中に面積の大きな主感光
部31と面積の小さな補助感光部32との2つを形成
し、且つ補助感光部32上に直接入射光を遮光する遮光
膜10を形成したことを特徴とする。
とができ、黒潰れや白飛びの低減をはかり得る固体撮像
装置を提供すること。 【構成】 n型シリコン基板1上のp型ウェル2の表面
層にマトリックス状に配列された感光部30と、これら
の感光部配列に沿って配列され、該感光部30から読出
された信号電荷を垂直方向に転送する複数列のn型垂直
CCDチャネル4と、これらの垂直チャネルCCD4の
一端に近接して配置され、該垂直CCDチャネル4によ
り転送された各行の信号電荷を振り分けて水平方向に転
送する水平CCDチャネルとを具備した固体撮像装置に
おいて、1画素を構成するセル中に面積の大きな主感光
部31と面積の小さな補助感光部32との2つを形成
し、且つ補助感光部32上に直接入射光を遮光する遮光
膜10を形成したことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビカメラ等に使用
される固体撮像装置に係わり、特にダイナミックレンジ
拡大をはかった固体撮像装置に関する。
される固体撮像装置に係わり、特にダイナミックレンジ
拡大をはかった固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固体撮像装置の代表的な構造とし
て、インターライン型CCDエリアセンサ(IT−CC
D)がある。この装置の1画素構成は、図6に平面図
を、図7に図6の矢視A−A′断面図を示すようになっ
ている。
て、インターライン型CCDエリアセンサ(IT−CC
D)がある。この装置の1画素構成は、図6に平面図
を、図7に図6の矢視A−A′断面図を示すようになっ
ている。
【0003】n型基板1上のp型ウェル2に、不純物拡
散層3a,3bからなる感光部3,n型の垂直CCDチ
ャネル4及びp型の素子分離領域5が形成され、垂直C
CDチャネル4の上にはゲート絶縁膜6を介して転送電
極7,8が形成されている。転送電極7は、感光部3か
ら垂直CCDチャネル4への信号読出しゲートも兼ねて
いる。そして、これらの上には層間絶縁膜9を介して、
感光部3以外の領域を覆うように光シールド層10が形
成されている。
散層3a,3bからなる感光部3,n型の垂直CCDチ
ャネル4及びp型の素子分離領域5が形成され、垂直C
CDチャネル4の上にはゲート絶縁膜6を介して転送電
極7,8が形成されている。転送電極7は、感光部3か
ら垂直CCDチャネル4への信号読出しゲートも兼ねて
いる。そして、これらの上には層間絶縁膜9を介して、
感光部3以外の領域を覆うように光シールド層10が形
成されている。
【0004】このような構成において、感光部3に入射
した光11は光電変換され、信号電荷となる。図8に、
感光部3における基板方向の電位分布を示す。感光部3
に形成される電位の高い部分に信号電荷12は蓄積され
るが、感光部3の飽和以上の信号電荷は、電位障壁を乗
り越えて基板側に排出される。
した光11は光電変換され、信号電荷となる。図8に、
感光部3における基板方向の電位分布を示す。感光部3
に形成される電位の高い部分に信号電荷12は蓄積され
るが、感光部3の飽和以上の信号電荷は、電位障壁を乗
り越えて基板側に排出される。
【0005】図9に、感光部3における光電変換特性を
示す。光量の少ない暗い状態から明るい状態になると、
信号電荷(信号電子数)は光量に比例して多くなるが、
感光部3が飽和すると基板側に排出されるため、それ以
上は多くならない。よって、信号電荷数13とノイズ1
4より感光部3のダイナミックレンジ15が決まり、飽
和レベル以上の領域16では、明暗の区別がつかない。
このダイナミックレンジは従来のデバイスで70dB程
度であるが、例えば暗い室内から明るい室外を撮像した
場合、室内が暗く潰れるか、室外が白く飛んでしまい、
両方を識別できるような画像を得ることは極めて困難で
あった。
示す。光量の少ない暗い状態から明るい状態になると、
信号電荷(信号電子数)は光量に比例して多くなるが、
感光部3が飽和すると基板側に排出されるため、それ以
上は多くならない。よって、信号電荷数13とノイズ1
4より感光部3のダイナミックレンジ15が決まり、飽
和レベル以上の領域16では、明暗の区別がつかない。
このダイナミックレンジは従来のデバイスで70dB程
度であるが、例えば暗い室内から明るい室外を撮像した
場合、室内が暗く潰れるか、室外が白く飛んでしまい、
両方を識別できるような画像を得ることは極めて困難で
あった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の固体
撮像装置では、感光部のダイナミックレンジが小さいた
めに、非常に明るい部分と暗い部分の両方を識別できる
画像を得ることは困難であった。
撮像装置では、感光部のダイナミックレンジが小さいた
めに、非常に明るい部分と暗い部分の両方を識別できる
画像を得ることは困難であった。
【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、感光部のダイナミック
レンジを大きくすることができ、黒潰れや白飛びの低減
をはかり得る固体撮像装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、感光部のダイナミック
レンジを大きくすることができ、黒潰れや白飛びの低減
をはかり得る固体撮像装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、感光部
におけるダイナミックレンジの拡大をはかるために、1
画素を感度の異なる2つの感光部で形成したことにあ
る。
におけるダイナミックレンジの拡大をはかるために、1
画素を感度の異なる2つの感光部で形成したことにあ
る。
【0009】即ち本発明は、半導体基板上にマトリック
ス状に配列された感光部と、これらの感光部配列に沿っ
て配列され、感光部から読出された信号電荷を垂直方向
に転送する複数列の垂直CCDと、これらの垂直CCD
の一端に近接して配置され、垂直CCDにより転送され
た各行の信号電荷を振り分けて水平方向に転送する水平
CCDとを具備した固体撮像装置において、1画素を構
成するセル中に、面積の大きな主感光部と面積の小さな
補助感光部との2つを形成し、且つ補助感光部上に直接
入射光を遮光する遮光膜を形成するようにしたものであ
る。
ス状に配列された感光部と、これらの感光部配列に沿っ
て配列され、感光部から読出された信号電荷を垂直方向
に転送する複数列の垂直CCDと、これらの垂直CCD
の一端に近接して配置され、垂直CCDにより転送され
た各行の信号電荷を振り分けて水平方向に転送する水平
CCDとを具備した固体撮像装置において、1画素を構
成するセル中に、面積の大きな主感光部と面積の小さな
補助感光部との2つを形成し、且つ補助感光部上に直接
入射光を遮光する遮光膜を形成するようにしたものであ
る。
【0010】
【作用】本発明によれば、1セル中に2つの感光部を作
り、一方の感光部を遮光膜で覆い、直接光が入射する主
感光部と、遮光膜端からの漏れ込み光のみ入射する補助
感光部を作る。この場合、直接光が入射する方は従来と
同じように直ぐ飽和するが、漏れ込み光のみ入射する方
は、従来より強い光が入射しないと飽和しない。従っ
て、2つの感光部の信号を読出して加算すれば、ダイナ
ミックレンジの大きな感光部を作ることが可能となる。
さらに、遮光されている補助感光部は直接光が入射しな
いため、遮光されていない主感光部より小さな面積にす
ることができるので、感度がそれほど小さくならないで
済む。
り、一方の感光部を遮光膜で覆い、直接光が入射する主
感光部と、遮光膜端からの漏れ込み光のみ入射する補助
感光部を作る。この場合、直接光が入射する方は従来と
同じように直ぐ飽和するが、漏れ込み光のみ入射する方
は、従来より強い光が入射しないと飽和しない。従っ
て、2つの感光部の信号を読出して加算すれば、ダイナ
ミックレンジの大きな感光部を作ることが可能となる。
さらに、遮光されている補助感光部は直接光が入射しな
いため、遮光されていない主感光部より小さな面積にす
ることができるので、感度がそれほど小さくならないで
済む。
【0011】また、信号電荷の読出し方法として、1画
素における2つの感光部の信号電荷を加算するために、
2つの感光部の信号電荷を垂直CCDに同時に読出すよ
うにすればよい。また、直接光の入射する主感光部の飽
和レベルのムラを無くすために、信号電荷の一部を排出
した後に受光蓄積を行い、読出し電気パルスを小さく
し、不完全モードにして2つの感光部の信号電荷を垂直
CCDに読出し加算するようにすればよい。
素における2つの感光部の信号電荷を加算するために、
2つの感光部の信号電荷を垂直CCDに同時に読出すよ
うにすればよい。また、直接光の入射する主感光部の飽
和レベルのムラを無くすために、信号電荷の一部を排出
した後に受光蓄積を行い、読出し電気パルスを小さく
し、不完全モードにして2つの感光部の信号電荷を垂直
CCDに読出し加算するようにすればよい。
【0012】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【0013】図1は本発明の第1の実施例に係わる固体
撮像装置の1画素構成を示す平面図であり、図2は図1
の矢視B−B′断面図である。なお、図1の矢視A−
A′断面は前記図7と同様である。
撮像装置の1画素構成を示す平面図であり、図2は図1
の矢視B−B′断面図である。なお、図1の矢視A−
A′断面は前記図7と同様である。
【0014】図中1はn型のシリコン基板(半導体基
板)であり、この基板1上にはp型のウェル2が形成さ
れ、このウェル2の表面層に不純物拡散による感光部3
0、n型の埋込み垂直CCDチャネル4,及びp+ 型の
素子分離領域5が形成されている。ここで、感光部30
は従来装置とは異なり、素子分離領域5により2つに分
離されており、面積の広い方が主感光部31、面積の狭
い方が補助感光部32となる。それぞれの感光部31,
32は、pウェル2にn型層31a,32aを形成し、
n型層31a,32aの上に極薄のp+ 型層31b,3
2bを形成して構成されている。
板)であり、この基板1上にはp型のウェル2が形成さ
れ、このウェル2の表面層に不純物拡散による感光部3
0、n型の埋込み垂直CCDチャネル4,及びp+ 型の
素子分離領域5が形成されている。ここで、感光部30
は従来装置とは異なり、素子分離領域5により2つに分
離されており、面積の広い方が主感光部31、面積の狭
い方が補助感光部32となる。それぞれの感光部31,
32は、pウェル2にn型層31a,32aを形成し、
n型層31a,32aの上に極薄のp+ 型層31b,3
2bを形成して構成されている。
【0015】上記各層を形成した基板上には、垂直CC
Dチャネル4の上にゲート絶縁膜6を介して転送電極
7,8が形成されている。ここで、転送電極7は感光部
30から垂直CCDチャネル4への読出しゲートも兼ね
ている。また、これらの上には層間絶縁膜9を介して光
シールド層(遮光膜)10が形成されている。ここで、
光シールド層10は感光部30以外の部分を覆うと共
に、補助感光部32上を覆うように形成されている。
Dチャネル4の上にゲート絶縁膜6を介して転送電極
7,8が形成されている。ここで、転送電極7は感光部
30から垂直CCDチャネル4への読出しゲートも兼ね
ている。また、これらの上には層間絶縁膜9を介して光
シールド層(遮光膜)10が形成されている。ここで、
光シールド層10は感光部30以外の部分を覆うと共
に、補助感光部32上を覆うように形成されている。
【0016】なお、図には示さないが、上記の感光部3
0は基板1のpウェル2上にマトリックス状に配列さ
れ、これらの感光部配列に沿って複数本の垂直CCDチ
ャネル4が縦列状に配列され、垂直CCDチャネル4の
端部には水平CCDチャネルが配置される。そして、感
光部30にて受光蓄積された信号電荷は、垂直CCDチ
ャネル4に読出されて転送されたのち、水平CCDチャ
ネルを転送されて出力されるものとなっている。
0は基板1のpウェル2上にマトリックス状に配列さ
れ、これらの感光部配列に沿って複数本の垂直CCDチ
ャネル4が縦列状に配列され、垂直CCDチャネル4の
端部には水平CCDチャネルが配置される。そして、感
光部30にて受光蓄積された信号電荷は、垂直CCDチ
ャネル4に読出されて転送されたのち、水平CCDチャ
ネルを転送されて出力されるものとなっている。
【0017】このような構成において、主感光部31に
入射した光21及び補助感光部32に入射した光22
は、それぞれ光電変換されて信号電荷となる。このと
き、補助感光部32の入射光22は、光シールド層10
の開口部端からの漏れ込み光のみであるため、主感光部
31の入射光21よりも少ない。従って、補助感光部3
2の信号電荷量は主感光部31の信号電荷量よりも少な
く、補助感光部32が飽和する光量は主感光部31より
も大きくなる。なお、補助感光部32の方が信号電荷量
が少ないので、主感光部31より面積を小さくでき、主
感光部31を大きく取れるので、感度が大きく低下する
ことはない。
入射した光21及び補助感光部32に入射した光22
は、それぞれ光電変換されて信号電荷となる。このと
き、補助感光部32の入射光22は、光シールド層10
の開口部端からの漏れ込み光のみであるため、主感光部
31の入射光21よりも少ない。従って、補助感光部3
2の信号電荷量は主感光部31の信号電荷量よりも少な
く、補助感光部32が飽和する光量は主感光部31より
も大きくなる。なお、補助感光部32の方が信号電荷量
が少ないので、主感光部31より面積を小さくでき、主
感光部31を大きく取れるので、感度が大きく低下する
ことはない。
【0018】図3に、本実施例における感光部30の光
電変換特性を示す。主感光部31の光電変換特性を23
に、補助感光部32の光電変換特性を24に示す。主感
光部31は同じ光量に対して信号量は補助感光部32よ
り多いが、より少ない光量で飽和する。主感光部31と
補助感光部32の光電変換特性を足し合わせた特性を2
5に示す。この特性25は、光量が少ない時の信号量が
大きく、光量が多いときの信号量の増加が少なくなって
いることが特徴である。この結果、ノイズ14に対する
飽和レベル27とのダイナミックレンジ26を、従来よ
りも格段に大きくすることが可能となる。
電変換特性を示す。主感光部31の光電変換特性を23
に、補助感光部32の光電変換特性を24に示す。主感
光部31は同じ光量に対して信号量は補助感光部32よ
り多いが、より少ない光量で飽和する。主感光部31と
補助感光部32の光電変換特性を足し合わせた特性を2
5に示す。この特性25は、光量が少ない時の信号量が
大きく、光量が多いときの信号量の増加が少なくなって
いることが特徴である。この結果、ノイズ14に対する
飽和レベル27とのダイナミックレンジ26を、従来よ
りも格段に大きくすることが可能となる。
【0019】なお、1画素の2つの感光部31,32に
おける信号量の足し合わせは、図1で示したように、読
出しゲートを共通にし、垂直CCDチャネル4内で加算
することにより実現できる。
おける信号量の足し合わせは、図1で示したように、読
出しゲートを共通にし、垂直CCDチャネル4内で加算
することにより実現できる。
【0020】このように本実施例によれば、1画素の感
光部30を面積の大きな主感光部31と面積の小さい補
助感光部32で構成し、補助感光部32上に光シールド
層10を設けているので、感光部30に感度の高い領域
と感度の低い領域を形成したことになり、その結果とし
て感光部30のダイナミックレンジを拡大することがで
きる。このため、黒潰れや白飛びの発生を抑制すること
ができ、良質の再生画像を得ることができる。また、感
光部30を2つに分離するには従来の素子分離層5のパ
ターンを変えるのみでよく、補助感光部32上を遮光す
るには従来の光シールド層10のパターンを変えるのみ
でよく、製造工程の複雑化を招くこともない。次に、本
発明の第2の実施例について説明する。
光部30を面積の大きな主感光部31と面積の小さい補
助感光部32で構成し、補助感光部32上に光シールド
層10を設けているので、感光部30に感度の高い領域
と感度の低い領域を形成したことになり、その結果とし
て感光部30のダイナミックレンジを拡大することがで
きる。このため、黒潰れや白飛びの発生を抑制すること
ができ、良質の再生画像を得ることができる。また、感
光部30を2つに分離するには従来の素子分離層5のパ
ターンを変えるのみでよく、補助感光部32上を遮光す
るには従来の光シールド層10のパターンを変えるのみ
でよく、製造工程の複雑化を招くこともない。次に、本
発明の第2の実施例について説明する。
【0021】前述した第1の実施例の構成において、各
セル毎の感光部3における飽和レベル時の信号量12
は、図4に示すようにばらつきがある。これは、各感光
部3を構成する不純物層にばらつきがあるため、感光部
3の電位レベルが変わり、蓄積できる信号量にもばらつ
きが生じるためである。これは、画像上ムラとなって現
われるため、無くす必要がある。なお、図4で3a,3
bと示しているのは、不純物層31a,32aと不純物
層31b,32bを統合して表わしていることを意味し
ている。
セル毎の感光部3における飽和レベル時の信号量12
は、図4に示すようにばらつきがある。これは、各感光
部3を構成する不純物層にばらつきがあるため、感光部
3の電位レベルが変わり、蓄積できる信号量にもばらつ
きが生じるためである。これは、画像上ムラとなって現
われるため、無くす必要がある。なお、図4で3a,3
bと示しているのは、不純物層31a,32aと不純物
層31b,32bを統合して表わしていることを意味し
ている。
【0022】図5に、本実施例に係わる信号量のばらつ
きを無くすための信号電荷の読出し方法を示す。(a)
はばらつきのある感光部(1)(2)に、信号電荷12がそれ
ぞれの飽和レベル51,52まで蓄積されている状態で
ある。このとき、信号電荷量12は (1)と (2)で異なっ
ている。(b)は、読出しゲートを、信号電荷を全て読
出すレベルの途中まで開けて、信号電荷12の一部を排
出した状態である。このとき、電位レベルは両方とも5
3で同じである。
きを無くすための信号電荷の読出し方法を示す。(a)
はばらつきのある感光部(1)(2)に、信号電荷12がそれ
ぞれの飽和レベル51,52まで蓄積されている状態で
ある。このとき、信号電荷量12は (1)と (2)で異なっ
ている。(b)は、読出しゲートを、信号電荷を全て読
出すレベルの途中まで開けて、信号電荷12の一部を排
出した状態である。このとき、電位レベルは両方とも5
3で同じである。
【0023】(c)は、再び読出しゲートを閉じて信号
電荷12が両方共54まで蓄積された状態である。
(d)は(c)から読出しゲートを開けて信号電荷12
を55の電位レベルまで読出した状態である。この読出
し動作において、信号電荷は電位レベル54,55の差
分が、それぞれ読み出されることになり、最大飽和量に
ばらつきがある感光部においても一様な信号飽和レベル
を設定することが可能となる。
電荷12が両方共54まで蓄積された状態である。
(d)は(c)から読出しゲートを開けて信号電荷12
を55の電位レベルまで読出した状態である。この読出
し動作において、信号電荷は電位レベル54,55の差
分が、それぞれ読み出されることになり、最大飽和量に
ばらつきがある感光部においても一様な信号飽和レベル
を設定することが可能となる。
【0024】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、補助感光部上に遮光膜
を配置したが、この代わりに直接入射光を十分に減衰す
る半透明膜を配置するようにしてもよい。要は補助感光
部に入射する光量(単位面積当りの光量)が主感光部に
入射する光量よりも少なくなるようにすればよい。ま
た、主感光部と補助感光部の面積比は、主感光部の方が
補助感光部よりも大きい範囲で適宜定めればよい。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
れるものではない。実施例では、補助感光部上に遮光膜
を配置したが、この代わりに直接入射光を十分に減衰す
る半透明膜を配置するようにしてもよい。要は補助感光
部に入射する光量(単位面積当りの光量)が主感光部に
入射する光量よりも少なくなるようにすればよい。ま
た、主感光部と補助感光部の面積比は、主感光部の方が
補助感光部よりも大きい範囲で適宜定めればよい。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、1
セルにおける感光部を2つに分け、一方の感光部上に遮
光膜を設けた構成により、感光部のダイナミックレンジ
を画像ムラなく大きくすることができ、黒潰れや白飛び
等の発生を極めて少なくすることができ、撮像画像の画
質向上をはかることが可能となる。
セルにおける感光部を2つに分け、一方の感光部上に遮
光膜を設けた構成により、感光部のダイナミックレンジ
を画像ムラなく大きくすることができ、黒潰れや白飛び
等の発生を極めて少なくすることができ、撮像画像の画
質向上をはかることが可能となる。
【図1】本発明の第1の実施例に係わる固体撮像装置の
1画素構成を示す平面図、
1画素構成を示す平面図、
【図2】図1の矢視B−B′断面図、
【図3】第1の実施例における感光部の光電変換特性を
示す図、
示す図、
【図4】各セルの飽和ばらつきを表わす電位分布特性を
示す図、
示す図、
【図5】第2の実施例に係わる飽和ムラを無くす信号電
荷読出し方法を示す模式図、
荷読出し方法を示す模式図、
【図6】従来の固体撮像装置の1画素構成を示す平面
図、
図、
【図7】図6の矢視A−A′断面図、
【図8】従来装置における感光部の電位分布特性を示す
図、
図、
【図9】従来装置における感光部の光電変換特性を示す
図。
図。
1…n型シリコン基板(半導体基板)、 2…p型ウェル、 4…n型埋込み垂直CCDチャネル、 5…p+ 型素子分離領域、 6…ゲート絶縁膜、 7,8…転送電極、 9…層間絶縁膜、 10…光シールド層(遮光膜)、 30…感光部、 31…主感光部、 32…補助感光部、 31a,32a…n型不純物層、 31b,32b…p+ 型不純物層。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体基板上にマトリックス状に配列され
た感光部と、これらの感光部配列に沿って配列され、該
感光部から読出された信号電荷を垂直方向に転送する複
数列の垂直CCDと、これらの垂直CCDの一端に近接
して配置され、該垂直CCDにより転送された各行の信
号電荷を振り分けて水平方向に転送する水平CCDとを
具備した固体撮像装置において、 前記感光部は1画素を構成するセル中に、面積の大きな
主感光部と面積の小さな補助感光部との2つが形成さ
れ、且つ補助感光部上に直接入射光を遮光する遮光膜が
形成されてなることを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3345448A JPH05175471A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3345448A JPH05175471A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 固体撮像装置 |
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JPH05175471A true JPH05175471A (ja) | 1993-07-13 |
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ID=18376664
Family Applications (1)
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JP3345448A Pending JPH05175471A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 固体撮像装置 |
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1991
- 1991-12-26 JP JP3345448A patent/JPH05175471A/ja active Pending
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