JPH05243550A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH05243550A JPH05243550A JP4042822A JP4282292A JPH05243550A JP H05243550 A JPH05243550 A JP H05243550A JP 4042822 A JP4042822 A JP 4042822A JP 4282292 A JP4282292 A JP 4282292A JP H05243550 A JPH05243550 A JP H05243550A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductivity type
- solid
- type region
- region
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】開口率を大きくした高感度、高密度な撮像素子
を提供する。 【構成】垂直ＣＣＤを裏面に設け、表面のホトダイオー
ドに貯まった信号電荷を裏面に転送する。また、撮像素
子の電荷蓄積領域におけるポテンシャルの山を最も長波
長の入射光が到達する深さよりも深い位置に設計する。 【効果】撮像素子の表面に垂直ＣＣＤがないため、開口
率が大きな撮像素子が可能となり、裏面に配置されたＣ
ＣＤで電荷が発生しない、高Ｓ／Ｎな撮像素子が可能と
なる。
を提供する。 【構成】垂直ＣＣＤを裏面に設け、表面のホトダイオー
ドに貯まった信号電荷を裏面に転送する。また、撮像素
子の電荷蓄積領域におけるポテンシャルの山を最も長波
長の入射光が到達する深さよりも深い位置に設計する。 【効果】撮像素子の表面に垂直ＣＣＤがないため、開口
率が大きな撮像素子が可能となり、裏面に配置されたＣ
ＣＤで電荷が発生しない、高Ｓ／Ｎな撮像素子が可能と
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラなどの小型化，高解像度化
の要求は強く、そのため光学系は小さくなりまた画素数
は増加している。現在では１／３インチ光学系で４１万
画素の撮像素子が報告されている（１９９１年アイ・エ
ス・エス・シー・シー ダイジェスト オブ テクニカ
ルペーパー ｐｐ２０８〜２０９）。この撮像素子は、
１画素の寸法が６.４（Ｈ）×７.５（Ｖ）μｍであり、
この中にホトダイオードと垂直ＣＣＤが作り込まれてい
る。そのため、非常な微細加工技術で作られている。
の要求は強く、そのため光学系は小さくなりまた画素数
は増加している。現在では１／３インチ光学系で４１万
画素の撮像素子が報告されている（１９９１年アイ・エ
ス・エス・シー・シー ダイジェスト オブ テクニカ
ルペーパー ｐｐ２０８〜２０９）。この撮像素子は、
１画素の寸法が６.４（Ｈ）×７.５（Ｖ）μｍであり、
この中にホトダイオードと垂直ＣＣＤが作り込まれてい
る。そのため、非常な微細加工技術で作られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、画素面積を小
さくしていくと、１画素の光電変換領域面積が小さくな
り、そこで発生する信号電荷量が減少する。また、垂直
ＣＣＤの幅は、最大転送電荷量の確保のため、あまり小
さくすることができず、１画素の面積に占める垂直ＣＣ
Ｄ面積の割合がどんどん大きくなっている。そのため受
光部の面積は小さくなり、必然的に感度が悪くなってし
まう。
さくしていくと、１画素の光電変換領域面積が小さくな
り、そこで発生する信号電荷量が減少する。また、垂直
ＣＣＤの幅は、最大転送電荷量の確保のため、あまり小
さくすることができず、１画素の面積に占める垂直ＣＣ
Ｄ面積の割合がどんどん大きくなっている。そのため受
光部の面積は小さくなり、必然的に感度が悪くなってし
まう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では垂直ＣＣＤを
裏面に設けることにより、受光部の面積を広げ感度の劣
化を防ぐ。また、撮像素子への入射光のうち最も長波長
の光が光電変換をする基板深部よりも深い位置にポテン
シャルの山を設けることにより、裏面に設けたＣＣＤで
の光電変換を防ぐ。
裏面に設けることにより、受光部の面積を広げ感度の劣
化を防ぐ。また、撮像素子への入射光のうち最も長波長
の光が光電変換をする基板深部よりも深い位置にポテン
シャルの山を設けることにより、裏面に設けたＣＣＤで
の光電変換を防ぐ。
【０００５】
【作用】従来方式では、ホトダイオードに貯まった信号
電荷は隣接して設けてある垂直ＣＣＤに転送していた
が、本発明では裏面に設けてある垂直ＣＣＤに垂直方向
に転送する。垂直ＣＣＤに転送されて以降は従来方式と
同様である。このようにすることで、開口率の大きな固
体撮像素子が可能になる。
電荷は隣接して設けてある垂直ＣＣＤに転送していた
が、本発明では裏面に設けてある垂直ＣＣＤに垂直方向
に転送する。垂直ＣＣＤに転送されて以降は従来方式と
同様である。このようにすることで、開口率の大きな固
体撮像素子が可能になる。
【０００６】
【実施例】〈実施例１〉まず、図１，図２，図３，図４
を用いて構成について説明する。ここで、図１は１画素
の水平方向断面図、図２は１画素の垂直方向断面構造
図、図３は裏面の説明図、図４は表面の説明図である。
を用いて構成について説明する。ここで、図１は１画素
の水平方向断面図、図２は１画素の垂直方向断面構造
図、図３は裏面の説明図、図４は表面の説明図である。
【０００７】図１，図２において、１はｐ型半導体基
板、２は垂直ＣＣＤの埋め込みチャネルを形成するため
のｎ型不純物層、３は各画素部を分離するｎ型不純物
層、４は埋め込みホトダイオードを構成するための濃い
ｐ型不純物層、５はＣＣＤを構成するゲート電極であ
る。また、説明図の右側には基板の深さ方向についての
ポテンシャル分布が示してある。本実施例では、ＣＣＤ
を構成するゲート電極が裏面に配置されていることに特
徴がある。次に全体の構成について説明する。
板、２は垂直ＣＣＤの埋め込みチャネルを形成するため
のｎ型不純物層、３は各画素部を分離するｎ型不純物
層、４は埋め込みホトダイオードを構成するための濃い
ｐ型不純物層、５はＣＣＤを構成するゲート電極であ
る。また、説明図の右側には基板の深さ方向についての
ポテンシャル分布が示してある。本実施例では、ＣＣＤ
を構成するゲート電極が裏面に配置されていることに特
徴がある。次に全体の構成について説明する。
【０００８】全体を裏面から見た図が図３、表面から見
た図が図４である。ここで、３１は垂直ＣＣＤ、３２は
水平ＣＣＤ、３３は出力増幅器を示している。このよう
に、受光面を覆った埋め込みホトダイオードを構成する
ための濃いｐ型拡散層４の内側に各画素部を分離するｎ
型不純物層３が裏面に設けられている垂直ＣＣＤに対応
して２次元状に作られている。
た図が図４である。ここで、３１は垂直ＣＣＤ、３２は
水平ＣＣＤ、３３は出力増幅器を示している。このよう
に、受光面を覆った埋め込みホトダイオードを構成する
ための濃いｐ型拡散層４の内側に各画素部を分離するｎ
型不純物層３が裏面に設けられている垂直ＣＣＤに対応
して２次元状に作られている。
【０００９】次に、図１，図５を用いて動作について説
明する。まず、蓄積動作を図１を用いて説明する。ここ
で、入射光の中で最も長波長な光が撮像素子表面より到
達する距離よりも、ポテンシャルの山の位置Ａと撮像素
子表面との距離Ｌを大きくし、かつ、撮像素子表面から
距離Ｌの間を完全空乏化する。これにより撮像素子に入
射した光は、すべて撮像素子表面から距離Ｌの間で光電
変換され、裏面に設けられた垂直ＣＣＤ内で電荷は発生
しない。このような構成で入射した光は光電変換され、
生成された電荷はＢの位置に蓄積される。
明する。まず、蓄積動作を図１を用いて説明する。ここ
で、入射光の中で最も長波長な光が撮像素子表面より到
達する距離よりも、ポテンシャルの山の位置Ａと撮像素
子表面との距離Ｌを大きくし、かつ、撮像素子表面から
距離Ｌの間を完全空乏化する。これにより撮像素子に入
射した光は、すべて撮像素子表面から距離Ｌの間で光電
変換され、裏面に設けられた垂直ＣＣＤ内で電荷は発生
しない。このような構成で入射した光は光電変換され、
生成された電荷はＢの位置に蓄積される。
【００１０】次に、読みだし動作を図５を用いて説明す
る。この状態では、ＴＧ端子に高い電圧が加えられ、ｎ
型不純物層内に蓄積された信号電荷がパンチスルーによ
り垂直ＣＣＤに読み出される。この動作は各画素一斉に
行われ、その後は従来のCCD同様に、順次、水平ＣＣＤ
に転送される。
る。この状態では、ＴＧ端子に高い電圧が加えられ、ｎ
型不純物層内に蓄積された信号電荷がパンチスルーによ
り垂直ＣＣＤに読み出される。この動作は各画素一斉に
行われ、その後は従来のCCD同様に、順次、水平ＣＣＤ
に転送される。
【００１１】このような構成により、従来では垂直ＣＣ
Ｄであった部分を受光部として活用できるため、開口率
が大きな撮像素子を構成することが可能となる。また、
垂直ＣＣＤ幅についても同様に大きくすることができる
ため、取扱い信号電荷量を増やすことができる。
Ｄであった部分を受光部として活用できるため、開口率
が大きな撮像素子を構成することが可能となる。また、
垂直ＣＣＤ幅についても同様に大きくすることができる
ため、取扱い信号電荷量を増やすことができる。
【００１２】また、蓄積された電荷を読み出す直前に垂
直ＣＣＤを駆動してＣＣＤ内の電荷を読み出せば、リー
ク等により垂直ＣＣＤに貯まった偽信号の影響を受け
ず、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
直ＣＣＤを駆動してＣＣＤ内の電荷を読み出せば、リー
ク等により垂直ＣＣＤに貯まった偽信号の影響を受け
ず、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００１３】〈実施例２〉次に、他の実施例について図
６を用いて説明する。ここで、６１は余剰電荷を吸収す
るためのｎ型不純物層、６２はリセットのためのゲート
である。本実施例では、画素部を分離するｎ型不純物層
３に隣接してリセットゲート６２とｎ型不純物層６１を
設けることに特徴がある。このような構造により、シャ
ッタ動作とブルーミングの抑圧が可能になる。
６を用いて説明する。ここで、６１は余剰電荷を吸収す
るためのｎ型不純物層、６２はリセットのためのゲート
である。本実施例では、画素部を分離するｎ型不純物層
３に隣接してリセットゲート６２とｎ型不純物層６１を
設けることに特徴がある。このような構造により、シャ
ッタ動作とブルーミングの抑圧が可能になる。
【００１４】シャッタ動作時にはＲＧ端子に電圧をか
け、電荷をｎ型不純物層６１に引き抜く。ＲＧ端子とＴ
Ｇ端子に電圧をかけるタイミングを変化させることによ
り、シャッタ速度を変えることができる。また、ゲート
６２下のポテンシャルを調整することにより、蓄積動作
時において強い光が照射された場合、余剰電荷をｎ型不
純物層６１に逃がすことができる。この場合、ＲＧ電圧
かける直流電圧によりゲート６２下のポテンシャルを変
化させることにより、飽和信号量も可変とする事ができ
る。
け、電荷をｎ型不純物層６１に引き抜く。ＲＧ端子とＴ
Ｇ端子に電圧をかけるタイミングを変化させることによ
り、シャッタ速度を変えることができる。また、ゲート
６２下のポテンシャルを調整することにより、蓄積動作
時において強い光が照射された場合、余剰電荷をｎ型不
純物層６１に逃がすことができる。この場合、ＲＧ電圧
かける直流電圧によりゲート６２下のポテンシャルを変
化させることにより、飽和信号量も可変とする事ができ
る。
【００１５】〈実施例３〉他の実施例について、図７を
用いて説明する。ここで、７１は波長制限用のフィルタ
である。本実施例は、波長制限用のフィルタ７１とポテ
ンシャルの山の位置Ａとを組み合わせて波長感度を可変
とする事に特徴がある。
用いて説明する。ここで、７１は波長制限用のフィルタ
である。本実施例は、波長制限用のフィルタ７１とポテ
ンシャルの山の位置Ａとを組み合わせて波長感度を可変
とする事に特徴がある。
【００１６】例えば、ホトダイオードに青色光による信
号電荷、裏面の垂直ＣＣＤに赤色光による信号電荷を貯
めたい場合について説明する。この場合、波長制限用の
フィルタ７１には可視光を透過するものを用い、ポテン
シャルの山の位置Ａを調整し、撮像素子の浅部で発生し
た信号電荷はホトダイオードで、深部で発生した信号電
荷は垂直ＣＣＤにおいて蓄積する。これにより、一つの
撮像素子で波長領域別の二つの信号を出力する事が可能
となる。
号電荷、裏面の垂直ＣＣＤに赤色光による信号電荷を貯
めたい場合について説明する。この場合、波長制限用の
フィルタ７１には可視光を透過するものを用い、ポテン
シャルの山の位置Ａを調整し、撮像素子の浅部で発生し
た信号電荷はホトダイオードで、深部で発生した信号電
荷は垂直ＣＣＤにおいて蓄積する。これにより、一つの
撮像素子で波長領域別の二つの信号を出力する事が可能
となる。
【００１７】また、波長制限用のフィルタ７１に赤外線
カットフィルタを用いると、撮像素子深部での電荷の生
成がなくなり、ポテンシャルの山の位置Ａと撮像素子表
面との距離Ｌを短くすることができ製造が容易になる。
カットフィルタを用いると、撮像素子深部での電荷の生
成がなくなり、ポテンシャルの山の位置Ａと撮像素子表
面との距離Ｌを短くすることができ製造が容易になる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば裏面にＣＣＤを設け、表
面に蓄積した信号電荷を転送することにより、撮像素子
表面にはホトダイオードだけを配置すれば良く、開口率
の大きな撮像素子が可能となる。また、撮像素子の電荷
蓄積領域におけるポテンシャルの山を最も長波長の入射
光が到達する深さよりも深い位置に設計することによ
り、裏面に配置されたＣＣＤで発生する電荷をなくし、
高Ｓ／Ｎな撮像素子が可能となる。
面に蓄積した信号電荷を転送することにより、撮像素子
表面にはホトダイオードだけを配置すれば良く、開口率
の大きな撮像素子が可能となる。また、撮像素子の電荷
蓄積領域におけるポテンシャルの山を最も長波長の入射
光が到達する深さよりも深い位置に設計することによ
り、裏面に配置されたＣＣＤで発生する電荷をなくし、
高Ｓ／Ｎな撮像素子が可能となる。
【図１】画素部の水平方向の断面図。
【図２】画素部の垂直方向の断面図。
【図３】本実施例における表面から見た説明図。
【図４】本実施例における裏面から見た説明図。
【図５】読みだしの状態を示した説明図。
【図６】本発明の第二の実施例における説明図。
【図７】本発明の第三の実施例における説明図。
１…ｐ型半導体基板、２…ｎ型不純物層、３…ｎ型不純
物層、４…濃いｐ型拡散層、５…ゲート電極。
物層、４…濃いｐ型拡散層、５…ゲート電極。
Claims (10)
- 【請求項１】第一導電型半導体基板上に第二導電型領域
を有し、前記第二導電型領域内に二次元マトリクス状に
配置された複数の第一導電型領域を有し、前記第二導電
型領域と前記第一導電型領域とで構成された光電変換部
に入射した光信号を電気信号として取り出す固体撮像装
置において、電荷を垂直方向に転送するためのＣＣＤを
構成するゲート電極を裏面に配置することを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項２】第一導電型半導体基板上に第二導電型領域
を有し、前記第二導電型領域内に二次元マトリクス状に
配置された複数の第一導電型領域を有し、前記第二導電
型領域と前記第一導電型領域とで構成された光電変換部
に入射した光信号を電気信号として取り出す固体撮像装
置において、前記各第一導電型領域に対応した裏面にＣ
ＣＤを構成する絶縁膜を隔てた導体領域が設けられてい
ることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、入射光の中で
最も長波長な光が撮像素子表面より到達する距離より
も、光電変換領域内のポテンシャルの山の位置と撮像素
子表面との距離Ｌを大きくし、かつ撮像素子表面から距
離Ｌの間を完全空乏化する固体撮像装置。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記第一導電
型領域内に蓄えられた信号電荷を前記第一導電型半導体
基板方向に読み出す固体撮像装置。 - 【請求項５】請求項１または２において、前記第一導電
型領域に隣接し絶縁膜を隔てたゲートを構成するための
導体領域が設けられ、前記導体領域に隣接し余剰電荷を
吸収するための第一導電型領域が設けられている固体撮
像装置。 - 【請求項６】請求項１または２において、前記第一導電
型領域内で光電変換された余剰電荷を前記第一導電型領
域に排出する固体撮像装置。 - 【請求項７】請求項４において、前記ゲートを構成する
ための導体領域に加える電圧により、飽和信号電荷量を
可変とする固体撮像装置。 - 【請求項８】請求項１または２において、前記第一導電
型領域内の表面を前記第二導電型領域で覆う固体撮像装
置。 - 【請求項９】請求項１，２または３において、前記受光
面上部に入射光用の波長制限フィルタを設ける固体撮像
装置。 - 【請求項１０】請求項９において、前記入射光用の波長
制限フィルタの透過波長に応じて、光電変換領域内のポ
テンシャルの山を変化させる固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4042822A JPH05243550A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4042822A JPH05243550A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243550A true JPH05243550A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12646649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4042822A Pending JPH05243550A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05243550A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005236922A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Olympus Corp | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、及びその駆動プログラム |
| JP2005311529A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | 撮像装置及びその制御方法 |
| JP2010022014A (ja) * | 2009-08-28 | 2010-01-28 | Olympus Corp | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、及びその駆動プログラム |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4042822A patent/JPH05243550A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005236922A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Olympus Corp | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、及びその駆動プログラム |
| JP2005311529A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | 撮像装置及びその制御方法 |
| JP2010022014A (ja) * | 2009-08-28 | 2010-01-28 | Olympus Corp | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、及びその駆動プログラム |
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