JPH05291552A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH05291552A
JPH05291552A JP4083887A JP8388792A JPH05291552A JP H05291552 A JPH05291552 A JP H05291552A JP 4083887 A JP4083887 A JP 4083887A JP 8388792 A JP8388792 A JP 8388792A JP H05291552 A JPH05291552 A JP H05291552A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photosensitive pixel
shift register
photosensitive
ccd shift
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP4083887A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Honjo
庄 敦 本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4083887A priority Critical patent/JPH05291552A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイナミックレンジを劣化させることなく垂
直方向の微細化を可能にするとともに感光素子に電荷を
残留させることなく電荷読出しを可能にし、更に駆動パ
ルスを単純化することを可能にする。 【構成】 半導体基板上にm行n列のマトリックス状に
配列され光信号を信号電荷に変換する感光画素1と、各
感光画素毎に、この感光画素列の感光画素間を蛇行する
ように設けられるチャネル3を有する、前記感光画素列
の各感光画素からの信号電荷を転送するn個の垂直CC
Dシフトレジスタと、この垂直CCDシフトレジスタに
よって転送された信号電荷は行方向に転送する水平CC
Dシフトレジスタ7と、この水平CCDシフトレジスタ
によって転送された信号電荷を外部に電気信号に変換し
て出力する出力部8とを備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来の固体撮像装置の平面図を図5に示
す。図5において、m行n列(この場合m=6,n=
6)のマトリックス状に配列されたフォトダイオード1
01の各上方には遮光膜の開口102があり、開口10
2を介して入射した光の強度に応じてフォトダイオード
101内には電荷が生成蓄積される。又、埋め込みチャ
ネル103が列方向にn個平行に配置されている。そし
て埋め込みチャネル103の上方には第1層ポリシリコ
ン転送電極(以下、1ポリともいう)104と第2層ポ
リシリコン転送電極(以下、2ポリともいう)105が
交互に形成され、これらの埋め込みチャネル103、1
ポリ104及び2ポリ105によって垂直シフトレジス
タが構成されている。1ポリ104は1つおきに各々端
子φv2,φv4に接続され、2ポリ105は1つおきに各
々端子φv1,φv3に接続されており、これらの各端子φ
v1,φv2,φv3,φv4に0Vと−7Vの2つの値をとる
2値の転送パルスを印加することにより、垂直CCDシ
フトレジスタ内を図5の上方から下方に電荷が転送され
る。又、フォトダイオード101と埋め込みチャネル1
03を分離するために素子分離層106が設けられてい
るが、この素子分離層106は、フォトダイオード10
1と、このフォトダイオードからの電荷を埋め込みチャ
ネル103に移送するための2ポリ105に接している
部分が欠けており、2ポリ105に+10Vの電圧を印
加することによりフォトダイオード101に蓄積されて
いた電荷が上記部分を介して埋め込みチャネル103に
読み出される。テレビ規格に準拠した駆動方法では、こ
の読み出しは垂直ブランキング期間毎に端子φv1とφv3
の両方の電極に+10Vの電圧を印加することで行われ
る。読み出しの後、奇数フィールドでは2k(1≦k≦
m/2)行目と2k+1行目の信号が加算(混合)さ
れ、偶数フィールドでは2k行目と2k−1行目の信号
が加算される。加算の後、電荷は4相伝送により垂直C
CDシフトレジスタを介して水平CCDシフトレジスタ
107に送られる。そして水平CCDシフトレジスタ1
07は垂直CCDシフトレジスタから受けた電荷を出力
部108に転送し、出力部108から電荷量に対応した
信号が外部に出力される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の固体
撮像装置においては、次の4つの問題点がある。
【0004】第1の問題は、フォトダイオード101が
上下方向に隣接しているために、それらの間に素子分離
層106を必要とするがこの素子分離層106の領域は
電荷の生成、蓄積、転送等に役に立たない領域であり、
固体撮像装置の微細化時にダイナミックレンジを劣化さ
せる要因となっている。
【0005】第2の問題は、垂直CCDシフトレジスタ
を構成している電極の加工精度が垂直方向の微細化を制
約してしまうということである。この問題を図6を参照
して説明する。図6は1ポリ104と2ポリ105の平
面図を示すものである。1ポリ104と2ポリ105の
垂直方向のピッチYpは図6から分かるように Yp=2a+b+c で与えられる。ここでaは1ポリ104と2ポリ105
の重ね合せ寸法であり、1ポリ104と2ポリ105の
加工寸法ばらつきとマスクの合せずれを考慮して重ね合
せがはずれないように決定される。一方b、cは各々1
ポリ104、2ポリ105の間隔寸法であり、エッチン
グ変換差およびフォトリソグラフィ時の解像度に制約さ
れている。従ってそれらの和で与えられるピッチYpは
固体撮像装置の製造工程の精度によって制約され、それ
以上の微細化ができない。
【0006】第3の問題は、一般に固体撮像装置は半導
体基板又はウェル上に形成されて転送電極と基板又はウ
ェルとの間に容量結合が有するので、フォトダイオード
101から電荷を読み出す際に電極の端子φv1,φv3
両方に+10Vのパルス電圧を印加すると、印加される
パルスの誘導によってフォトダイオード101の電位が
過渡的に上昇し、電荷読み出し時にフォトダイオード1
01に電荷が残留するということである。
【0007】第4の問題は、電荷読み出し後に電荷を加
算する際に奇数フィールドと偶数フィールドでは異なる
加算を行うため、垂直CCDシフトレジスタの電極
φv1,φv2,φv3,φv4に複雑な駆動パルスを印加する
必要があった。
【0008】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、ダイナミックレンジを劣化させることなく垂
直方向の微細化が可能であって、フォトダイオードに電
荷を残留させることなく電荷読み出しが可能で、かつ駆
動パルスを単純化することのできる固体撮像装置を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、半導体基板上にm行n列のマトリックス状に配列
され光信号を信号電荷に変換する感光画素と、各感光画
素列毎に、この感光画素列の感光画素間を蛇行するよう
に設けられるチャネルを有する、前記感光画素列の各感
光画素からの信号電荷を転送する垂直CCDシフトレジ
スタと、この垂直CCDシフトレジスタによって転送さ
れた信号電荷を行方向に転送する水平CCDシフトレジ
スタと、この水平CCDシフトレジスタによって転送さ
れた信号電荷を外部に電気信号に変換して出力する出力
部と、を備えていることを特徴とする。
【0010】
【作用】このように構成された本発明の固体撮像装置に
よれば、垂直CCDシフトレジスタのチャネルが各感光
画素列毎に、この感光画素列の感光画素間を蛇行するよ
うに設けられる。これにより、ダイナミックレンジを劣
化させることなく垂直方向の微細化が可能であって、感
光画素に電荷を残留させることなく電荷読み出しが可能
で、かつ駆動パルスを単純化することができる。
【0011】
【実施例】本発明による固体撮像装置の第1の実施例の
平面図を図1に示す。この実施例の固体撮像装置は、感
光画素(フォトダイオード)1と、垂直CCDシフトレ
ジスタと素子分離層6と、水平CCDシフトレジスタ7
と、出力部8とを備えている。フォトダイオード1は半
導体基板上にm行n列(図1ではm=6,n=6)のマ
トリックス状に配列されている。そして各フォトダイオ
ード1の上方には遮光膜の開口2が設けられている。
【0012】上記垂直CCDシフトレジスタは、各フォ
トダイオード列毎に設けられた埋め込みチャネル3と、
第1層ポリシリコン電極(以下、1ポリともいう)4
と、第2層ポリシリコン電極(以下、2ポリともいう)
5とを有している。各埋め込みチャネル3は対応するフ
ォトダイオード列のフォトダイオード1間を蛇行するよ
うに半導体基板上に形成されている。例えば図1におい
て、フォトダイオード1の行を上から下に、列を左から
右に順に番号付けし第i行第j列のフォトダイオードを
P(i,j)と表現した場合、第k(1≦k≦n)列の
n個のフォトダイオード1に対応するk番目の埋め込み
チャネル3は上側の水平CCDシフトレジスタ7とP
(1,k)の間隔、P(1,k−1)とP(1,k)の
間隔、P(1,k)とP(2,k)の間隔、P(2,
k)とP(2,k+1)の間隔、P(2,k)とP
(3,k)の間隔、…、P(m−1,k)とP(m,
k)の間隔、P(m,k)とP(m,k+1)の間隔、
及びP(m,k)と下側の水平CCDシフトレジスタ7
の間隔を通過している。
【0013】1ポリ4はチャネル3の上方に行方向に延
長して並行に配置され2ポリ5はチャネル3の上方に列
方向に延長して並行に配置されている。なお、この1ポ
リ4と2ポリ5の平面図を図2に示す。そして1ポリ4
は1つおきに各々端子φv1,φv3に接続され、2ポリ5
は1つおきに各々端子φv2,φv4に接続されている。こ
れらの端子に0V、−7Vの2値の値をとる転送パルス
を印加することにより上記垂直CCDシフトレジスタ内
を電荷が転送される。図1から分かるように奇数番目の
チャネルの転送方向は図1において下から上であり、偶
数番目のチャネルの転送方向は上から下である。
【0014】なお、素子分離層6はフォトダイオード1
とチャネル3、およびチャネル3同士を水平方向に分離
している。1ポリ4とフォトダイオード1は垂直方向
(列方向)で接しており、1ポリ4に+10Vの電圧を
印加すると、フォトダイオード1に蓄積されていた電荷
がチャネル3に読み出される。各フォトダイオードに対
し、読み出し方向は2通りであり、奇数フィールドの垂
直ブランキング期間では端子φv1のみに+10Vの電圧
が印加され、k行目のフォトダイオード(kは偶数)の
電荷は図1の下方に、k+1行目フォトダイオードの電
荷は図1の上方に読み出しと同時に加算されることにな
る。偶数フィールドの垂直ブランキング期間では端子φ
v3のみに+10Vの電圧が印加され、k−1行目のフォ
トダイオードの電荷は図1において下のチャネルに、k
行目のフォトダイオードの電荷は上のチャネルに読み出
され、読み出しと同時に加算されることになる。この後
電荷は4相転送により、図1の上方または下方に送られ
る。そして、垂直CCDシフトレジスタの端部に配置さ
れた水平シフトレジスタ7を介して出力部8へ転送さ
れ、出力部8によって電荷量に対応した信号が外部に出
力される。
【0015】このように第1の実施例の固体撮影装置に
よれば、各垂直ブランキング期間に1つの電極にのみ読
み出し電圧を印加するので電荷読み出し時にフォトダイ
オード1に電荷が残留するということはない。又、電荷
の加算が読み出しと同時に自然に行われるため、垂直C
CDシフトレジスタの電極に複雑なパルスを印加する必
要がない。又、図1に示す第1の実施例の素子分離層6
と図5に示す従来例の素子分離層6を比較すると分かる
ように上下に隣接するフォトダイオードを分離する必要
がないため、無効領域が少ない。更に図2に示す第1の
実施例の電極構造から分かるように垂直方向のピッチY
pは Yp=2a+b であり、従来の場合(Yp=2a+b+c)に比べて微
細化に有利となる。ここでaは1ポリ4と2ポリ5の重
ね合せ寸法、b,cは各々1ポリ4,2ポリ5の間隙寸
法である。
【0016】次に本発明による固体撮影装置の第2の実
施例の平面図を図3に示す。この第2の実施例の固体撮
影装置は第1の実施例の固体撮影装置とは垂直CCDシ
フトレジスタ、すなわちチャネル3及び転送電極4,5
の配置が異なる。第1の実施例の各チャネル3は出力端
を除いてほぼ同一の配置となっていたが、第2の実施例
においては、k(1≦k≦n−1)番目のチャネルとk
+1番目のチャネルは、第k列のフォトダイオード列と
第k+1列のフォトダイオード列との間に設けられる素
子分離層6に対してほぼ対称に配置されている。この配
置のため、図3より容易に分かるようにチャネル3の転
送方向は図3において上から下となり、水平CCDシフ
トレジスタ7は下側に1個有れば良い。又上記配置によ
り転送電極4,5の構造は図4に示すようになる。
【0017】なお各垂直ブランキング期間では1電極の
みに読み出し電圧10Vが印加されること読み出しと同
時に加算が行なわれることは第1の実施例に同じであ
る。
【0018】この第2の実施例の固体撮影装置も第1の
実施例と同様の効果を有することは云うまでもない。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、ダイナミックレンジを
劣化させることなく垂直方向の微細化が可能であって、
感光画素に電荷を残留させることなく電荷読み出しがで
き、かつ駆動パルスを単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す平面図。
【図2】第1の実施例にかかる電極の構成を示す図。
【図3】本発明の第2の実施例の構成を示す平面図。
【図4】第2の実施例にかかる電極の構成を示す図。
【図5】従来の固体撮影装置の構成を示す平面図。
【図6】従来の固体撮影装置の電極を示す図。
【符号の説明】
1 感光画素(フォトダイオード) 2 遮光膜の開口 3 埋め込みチャネル 4 第1層ポリシリコン転送電極 5 第2層ポリシリコン転送電極 6 素子分離層 7 水平CCDシフトレジスタ 8 出力部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上にm行n列のマトリックス状
    に配列され光信号を信号電荷に変換する感光画素と、 各感光画素列毎に、この感光画素列の感光画素間を蛇行
    するように設けられるチャネルを有する、前記感光画素
    列の各感光画素からの信号電荷を転送する垂直CCDシ
    フトレジスタと、 この垂直CCDシフトレジスタによって転送された信号
    電荷を行方向に転送する水平CCDシフトレジスタと、 この水平CCDシフトレジスタによって転送された信号
    電荷を外部に電気信号に変換して出力する出力部と、を
    備えていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】各チャネルは出力端を除いてほぼ同一の配
    置となるように設けられることを特徴とする請求項1記
    載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】第k(1≦k≦n−1)番目の感光画素列
    に対応するチャネルと第k+1番目の感光画素列に対応
    するチャネルとは第k番目の感光画素列と第k+1番目
    の感光画素列との間に設けられる素子分離層に対してほ
    ぼ対称に配置されることを特徴とする請求項1記載の固
    体撮像装置。
JP4083887A 1992-04-06 1992-04-06 固体撮像装置 Pending JPH05291552A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6794692B2 (en) 2002-09-09 2004-09-21 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state image pick-up device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6794692B2 (en) 2002-09-09 2004-09-21 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state image pick-up device

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