JPH06283695A - Two-dimensional solid state image sensor and image sensing system - Google Patents
Two-dimensional solid state image sensor and image sensing systemInfo
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- JPH06283695A JPH06283695A JP5069589A JP6958993A JPH06283695A JP H06283695 A JPH06283695 A JP H06283695A JP 5069589 A JP5069589 A JP 5069589A JP 6958993 A JP6958993 A JP 6958993A JP H06283695 A JPH06283695 A JP H06283695A
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- dimensional solid
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はデジタル複写機、高精細
ファクシミリ、画像入力機器や静止画カメラ等に利用さ
れる静止画用の2次元固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional solid-state image pickup device for still images used in digital copying machines, high-definition facsimiles, image input devices, still image cameras and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、CCD型、MOS型固体撮像装置
が開発、実用化されてビデオカメラ、デジタル複写機、
ファクシミリ等に広く使われている。半導体デバイス、
プロセス技術の急激な進歩により、特にCCD型固体撮
像装置の画素数、感度、撮像速度等の諸性能が飛躍的に
向上した。今や、ハイビジョンテレビ用の固体撮像装置
の開発が精力的に進められている。ハイビジョンテレビ
では200万画素(1920×1036画素)を必要と
し、そのために最先端の微細プロセスを駆使して固体撮
像装置の開発が進められ、単一の画素サイズは約7×7
μm2まで縮小された。しかしながら、これ以上の画素
サイズの縮小はデバイス、プロセス面で限界であると考
えられる。また、最先端のプロセスを使っているために
プロセスコストが高くなり、実用化までにはコストダウ
ンのための技術開発も必要になっている。MOS型固体
撮像装置はフォトダイオードに蓄えられた信号電荷をM
OSトランジスタのスイッチ動作によって順次選択的に
取り出すもので、信号電荷が微弱で且つ容量性結合によ
る雑音が大きいために、CCD型に比べて感度、S/N
の面で劣る。一方、MOS型はデバイス、プロセスがC
CD型に比べて簡単であるために、画素の開口率を大き
くできることおよびプロセスが安価であること等が長所
である。昨今、S/N向上のために各画素内で信号レベ
ルを増幅した後、MOSトランジスタからなるスイッチ
を介して画像信号を取り出す増幅型MOS固体撮像装置
(特公昭58−50030号公報)が開発されている。
従来例における増幅型MOS固体撮像装置の光電変換素
子の断面図および等価回路図を各々図5(a)、(b)
に示す。同図(a)に示す光電変換素子2は半導体基板
1上に形成したMOSトランジスタ、そのゲート電極2
0上に設けた捕集電極25、光導電膜11および透明導
電膜12からなり、透明導電膜12に適切な直流電圧を
印加した状態で、被写体からの光が光導電膜11に入射
すると、その入射光量に応じた信号電圧が捕集電極25
を通じてゲート電極20に誘起されて増幅された信号電
流がMOSトランジスタのソース電極16またはドレイ
ン電極17に現われるという原理に基ずくもので、各水
平走査によって読み出した後、ライン毎に順次、ゲート
電極20を所望の電圧にリセットする。同図(b)に示
す等価回路は(a)の光電変換素子2、アクセス用MO
Sトランジスタ30、リセット用MOSトランジスタ3
0およびアクセス用MOSトランジスタ3のゲート電極
を行毎に共通に接続してなる垂直選択ライン4a、4
b、4c、同トランジスタのソース電極を列毎に共通に
接続してなる水平選択ライン5a、5b、5c、リセッ
ト用MOSトランジスタ30のゲート電極を行毎に共通
に接続してなるリセットライン31a、31b、31
c、水平選択用MOSトランジスタスイッチ6a、6
b、6c、垂直駆動回路8と水平駆動回路9およびリセ
ット駆動回路32からなる。1画素あたり3個のMOS
トランジスタが必要であり、垂直選択ライン4a、4
b、4cと水平選択ライン5a、5b、5cおよびリセ
ットライン31a、31b、31cの3本の配線を必要
とし、これが高集積化の障害になっている。2. Description of the Related Art Conventionally, CCD type and MOS type solid state image pickup devices have been developed and put into practical use, and video cameras, digital copying machines,
It is widely used for facsimiles. Semiconductor device,
Due to the rapid progress of the process technology, various performances such as the number of pixels, the sensitivity and the imaging speed of the CCD type solid-state imaging device have been dramatically improved. Now, development of a solid-state imaging device for a high-definition television is energetically advanced. A high-definition television requires 2 million pixels (1920 x 1036 pixels), and for this reason, the development of a solid-state imaging device is advanced by making full use of the latest fine process, and a single pixel size is about 7 x 7
It was reduced to μm 2 . However, further reduction of the pixel size is considered to be the limit in terms of devices and processes. Further, since the state-of-the-art process is used, the process cost becomes high, and it is necessary to develop the technology for cost reduction before putting it into practical use. The MOS type solid-state imaging device uses the signal charge stored in the photodiode as M
This is to selectively take out sequentially by the switching operation of the OS transistor. Since the signal charge is weak and the noise due to capacitive coupling is large, the sensitivity and S / N are higher than those of the CCD type.
Inferior in terms of. On the other hand, the MOS type is a device and the process is C
Since it is simpler than the CD type, it has advantages that the aperture ratio of the pixel can be increased and the process is inexpensive. Recently, an amplification type MOS solid-state imaging device (Japanese Patent Publication No. 58-50030) has been developed in which the signal level is amplified in each pixel to improve the S / N and then an image signal is taken out through a switch composed of a MOS transistor. ing.
5A and 5B are cross-sectional views and equivalent circuit diagrams of a photoelectric conversion element of an amplification type MOS solid-state imaging device in a conventional example, respectively.
Shown in. The photoelectric conversion element 2 shown in FIG. 1A is a MOS transistor formed on a semiconductor substrate 1 and its gate electrode 2
When the light from the subject is incident on the photoconductive film 11 in a state where the collection electrode 25, the photoconductive film 11 and the transparent conductive film 12 provided on the transparent conductive film 12 are applied with an appropriate DC voltage, A signal voltage corresponding to the amount of incident light is collected by the collection electrode 25.
It is based on the principle that a signal current amplified and amplified by the gate electrode 20 appears through the source electrode 16 or the drain electrode 17 of the MOS transistor through the gate electrode 20. To the desired voltage. The equivalent circuit shown in FIG. 7B is the photoelectric conversion element 2 of FIG.
S transistor 30, reset MOS transistor 3
0 and the vertical selection lines 4a and 4a in which the gate electrodes of the access MOS transistors 3 are commonly connected in each row.
b, 4c, horizontal selection lines 5a, 5b, 5c formed by commonly connecting the source electrodes of the same transistor for each column, and reset line 31a formed by commonly connecting the gate electrodes of the reset MOS transistors 30 for each row, 31b, 31
c, horizontal selection MOS transistor switches 6a, 6
b, 6c, a vertical drive circuit 8, a horizontal drive circuit 9 and a reset drive circuit 32. 3 MOSs per pixel
Requires transistors, vertical select lines 4a, 4
b, 4c and the horizontal selection lines 5a, 5b, 5c and the reset lines 31a, 31b, 31c are required, which is an obstacle to high integration.
【0003】情報処理システムにおける画像入力機器、
静止画カメラ用固体撮像装置は静止画を対象とするため
に動画の場合ほどの高速撮像を必要としない。しかしな
がら、通常の印刷物と同等の高画質が要求されるため
に、ハイビジョンテレビ用固体撮像装置に比べて更に大
きな画素数が必要とされる。つまり、400万〜250
0万個の画素数が必要である。これを従来方式のCCD
型あるいはMOS型固体撮像装置で実現することは現段
階では極めて困難である。従って、現在はデジタル複写
機、ファクシミリ、画像入力機器における画像読み取り
には1次元固体撮像装置が用いられている。この場合、
主走査は電気的に行い副走査は機械的な駆動によってペ
ージ読み取りをしている。読み取りは1ライン毎に行う
ために、撮像素子は1ラインのみで簡単になり且つ高解
像が実現できが、読み取り速度が遅い。Image input device in information processing system,
The solid-state image pickup device for a still image camera does not require high-speed image pickup as in the case of a moving image because it targets a still image. However, since a high image quality equivalent to that of ordinary printed matter is required, a larger number of pixels is required as compared with the solid-state image pickup device for high-definition television. That is, 4 million to 250
A pixel count of 0,000 is required. This is the conventional CCD
Type or MOS type solid-state imaging device is extremely difficult at this stage. Therefore, currently, a one-dimensional solid-state image pickup device is used for image reading in digital copying machines, facsimiles, and image input devices. in this case,
Main scanning is performed electrically, and sub-scanning is mechanically driven to read a page. Since the reading is performed for each line, the image pickup element can be simplified with only one line and high resolution can be realized, but the reading speed is slow.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】読み取りを必要とする
文書は一般に2次元であるので、2次元固体撮像装置で
読みとるのが最適である。現在、最多の画素数を誇るハ
イビジョンテレビ用固体撮像装置の画素数は約200万
画素である。情報処理システムにおける画像入力装置で
は印刷物と同等の高精細な読み取りを要求されるため
に、400万〜2500万画素の撮像装置が必要とな
る。従来のCCD型やMOS型固体撮像装置で画素数を
このレベルまで増大させることは技術的に困難であると
同時にコスト、歩留りの面からも難しい。1次元撮像装
置ではライン毎に一サイクルの読み取り動作を行なう必
要があるために1ページの読み取りに数秒以上の時間を
要し、また機械的駆動を要するために装置が大型化す
る。Since a document that needs to be read is generally two-dimensional, it is best to read it with a two-dimensional solid-state image pickup device. At present, the number of pixels of the high-definition television solid-state imaging device, which boasts the largest number of pixels, is about 2 million. The image input device in the information processing system requires high-definition reading equivalent to that of printed matter, and thus requires an imaging device having 4 to 25 million pixels. It is technically difficult to increase the number of pixels to this level in a conventional CCD type or MOS type solid-state imaging device, and at the same time, it is difficult in terms of cost and yield. In the one-dimensional image pickup device, it is necessary to perform one cycle of reading operation for each line, so that it takes several seconds or more to read one page, and mechanical driving is required, so that the device becomes large.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】解決手段のポイントは画
素のデバイス構造の単純化である。本発明の2次元固体
撮像装置は少なくとも半導体基板上に形成したフローテ
ィングゲートのMOSトランジスタからなる光電変換素
子と、アクセス用トランジスタとからなる2次元に配列
した画素と、アクセス用トランジスタの一方の電極を列
毎に共通に接続してなる水平選択ライン、アクセス用M
OSトランジスタのゲート電極を行毎に共通に接続して
なる垂直選択ライン、フローティングゲート電極上に形
成した光電変換膜と、撮像面上に堆積した全画素共通の
制御用電極で構成する。制御用電極は撮像面の全面に堆
積させた透明導電膜または各光電変換素子の周辺にメッ
シュ状に形成した遮光性の導体薄膜からなる。リセット
用電圧を制御用電極に印加して、撮像面の全面に光照射
することによって、光電変換膜を介してフローティング
ゲートをリセット電圧にリセットする第1のプロセス
と、撮像用電圧または撮像用電荷を制御用電極に与えた
後、撮像面に画像を結ばせて光像パターンに従って充電
用電極とフローティングゲート間で電荷の授受を行わせ
る第2のプロセスと、垂直選択ライン、水平選択ライン
の各1ラインを順次アクセスすることにより、X−Yマ
トリクス方式で画像信号を読み取る第3のプロセスを経
て撮像することができる。The point of the solution is to simplify the device structure of the pixel. The two-dimensional solid-state imaging device of the present invention includes at least a photoelectric conversion element formed of a floating gate MOS transistor formed on a semiconductor substrate, a two-dimensionally arranged pixel including an access transistor, and one electrode of the access transistor. Horizontal selection line, commonly connected for each column, M for access
A vertical selection line formed by commonly connecting the gate electrodes of the OS transistors in each row, a photoelectric conversion film formed on the floating gate electrode, and a control electrode common to all pixels deposited on the imaging surface. The control electrode is composed of a transparent conductive film deposited on the entire image pickup surface or a light-shielding conductor thin film formed in a mesh shape around each photoelectric conversion element. A first process of resetting the floating gate to the reset voltage through the photoelectric conversion film by applying a reset voltage to the control electrode and irradiating the entire imaging surface with light, and the imaging voltage or the imaging charge. Is applied to the control electrode, and then a second process is performed to form an image on the imaging surface to transfer charges between the charging electrode and the floating gate according to the optical image pattern, and vertical selection line and horizontal selection line. By sequentially accessing one line, it is possible to pick up an image through the third process of reading an image signal by the XY matrix method.
【0006】[0006]
【作用】画素は基本的に1個の光電変換素子と1個のト
ランジスタのみで構成されること、およびリセットプロ
セスおよび撮像プロセスは共に制御用電極および光電変
換膜を介して一斉に行われるために、リセット用トラン
ジスタおよびリセットラインが不要になることにより、
構造が極めて簡単になり画素数および画素密度の増大が
容易になる。電荷信号がMOSトランジスタのフローテ
ィングゲート電極に与えられるために、電荷信号を破壊
せずに読み取れること、および画素毎に増幅された画像
信号が得られるために、従来のMOS型撮像装置に比べ
て高感度になる特長を有する。The pixel is basically composed of only one photoelectric conversion element and one transistor, and both the reset process and the imaging process are simultaneously performed via the control electrode and the photoelectric conversion film. By eliminating the need for a reset transistor and reset line,
The structure becomes extremely simple, and it becomes easy to increase the number of pixels and the pixel density. Since the charge signal is applied to the floating gate electrode of the MOS transistor, it can be read without destroying the charge signal, and an image signal amplified for each pixel can be obtained. It has the feature of sensitivity.
【0007】[0007]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0008】図1は本発明の一実施例である半導体基板
1上に形成した2次元固体撮像装置の等価回路(a)お
よびそのデバイス構成の平面図(b)である。同図
(a)において、2次元固体撮像装置は2次元に配列し
た光電変換素子2とアクセス用トランジスタ3からなる
画素と、アクセス用トランジスタ3のゲート電極を行毎
に共通に接続してなる垂直走査ライン4a、4b、4c
と、アクセス用トランジスタ3のドレイン電極を列毎に
共通に接続してなる水平走査ライン5a、5b、5c、
水平走査スイッチ6a、6b、6c、水平走査スイッチ
のドレイン電極を共通に接続し画像信号出力ライン7お
よび垂直走査ライン4a、4b、4cを順次駆動するた
めの垂直駆動回路8、および水平走査スイッチ6a、6
b、6cを構成するトランジスタのゲート電極に接続
し、これを駆動するための水平駆動回路9からなる。各
光電変換素子2のドレイン電極は各アクセス用トランジ
スタ3のソース電極に接続し、ソース電極10は半導体
基板1に接続している。同図(b)において、同図
(a)と同一の機能をする素子、回路には同一の番号を
付している。なお、光電変換素子は、特公昭58−50
030号とほぼ同一のものであり、光電変換膜11は各
光電変換素子のゲート電極上に堆積している。光電変換
膜としてはa・Si膜またはCdS膜等の光導電材料が
適している。ただし、本発明では制御用電極としての透
明導電膜12はリセットプロセス、撮像プロセスにおい
て、光電変換素子のゲート電圧を制御するものであり、
全画素共通に接続している。13は制御用電極に電圧ま
たは電荷を供給するための端子であり、14は画像信号
出力ライン7に接続された画像信号の出力端子である。
画素は基本的に1個の光電変換素子と1個のトランジス
タのみで構成されること、およびリセットプロセスおよ
び撮像プロセスは共に光電変換膜11を介して一斉に行
われるために、リセットラインが不要になることによ
り、構造が極めて簡単になり画素数および画素密度の増
大が容易になる。FIG. 1 is an equivalent circuit (a) of a two-dimensional solid-state image pickup device formed on a semiconductor substrate 1 which is an embodiment of the present invention and a plan view (b) of the device structure. In FIG. 1A, a two-dimensional solid-state image pickup device is a vertical structure in which pixels each including a photoelectric conversion element 2 and an access transistor 3 arranged two-dimensionally and a gate electrode of the access transistor 3 are commonly connected for each row. Scan lines 4a, 4b, 4c
And horizontal scanning lines 5a, 5b, 5c formed by commonly connecting the drain electrodes of the access transistors 3 for each column,
Horizontal scan switches 6a, 6b, 6c, a vertical drive circuit 8 for connecting the drain electrodes of the horizontal scan switches in common and sequentially driving the image signal output line 7 and the vertical scan lines 4a, 4b, 4c, and the horizontal scan switch 6a. , 6
It is composed of a horizontal drive circuit 9 connected to and driving the gate electrodes of the transistors constituting the transistors b and 6c. The drain electrode of each photoelectric conversion element 2 is connected to the source electrode of each access transistor 3, and the source electrode 10 is connected to the semiconductor substrate 1. In the figure (b), elements and circuits having the same functions as those in the figure (a) are denoted by the same reference numerals. In addition, the photoelectric conversion element is Japanese Patent Publication Sho 58-50.
It is almost the same as No. 030, and the photoelectric conversion film 11 is deposited on the gate electrode of each photoelectric conversion element. A photoconductive material such as an a.Si film or a CdS film is suitable for the photoelectric conversion film. However, in the present invention, the transparent conductive film 12 as the control electrode controls the gate voltage of the photoelectric conversion element in the reset process and the imaging process,
All pixels are connected in common. Reference numeral 13 is a terminal for supplying a voltage or charge to the control electrode, and 14 is an output terminal for an image signal connected to the image signal output line 7.
Since the pixel is basically composed of only one photoelectric conversion element and one transistor, and the reset process and the imaging process are performed simultaneously through the photoelectric conversion film 11, the reset line is not necessary. As a result, the structure becomes extremely simple and the number of pixels and the pixel density can be easily increased.
【0009】図2は本発明の一実施例における固体撮像
装置の画素の断面図である。光電変換素子2とアクセス
用トランジスタ3が半導体基板1上に形成されている。
15、16は各々半導体基板1上に基板とは異なる導電
型の不純物を拡散することによって形成した光電変換素
子のドレイン拡散層およびソース拡散層であり、17は
同様に形成したアクセス用トランジスタのドレイン拡散
層である。光電変換素子2のドレイン拡散層15とアク
セス用トランジスタのソース拡散層15は共用してい
る。18は光電変換素子のソース電極を基板に接続する
ための基板と同一の導電型の拡散層である。19は画素
間に形成された厚い酸化膜である。20は薄い酸化膜上
に形成した光電変換素子2のゲート電極であり、21は
同様に形成したアクセス用トランジスタのゲート電極で
ある。ゲート電極20の上には光電変換膜11が堆積さ
れ、ここが固体撮像装置の感光領域であり、感光領域を
除く表面には酸化膜23が堆積されている。なお、24
は表面保護膜である。光電変換膜11および酸化膜23
の表面には制御用電極12としての透明導電膜を堆積し
ている。この光電変換素子2おいて、制御用電極12に
正電圧を印加した状態で光電変換膜11に光が照射され
ると、光量に比例した電荷が透明導電膜12から光電変
換素子のゲート電極20に流れて、その電位が上昇す
る。その結果、光電変換素子2のドレイン電流が変化
し、これがアクセス用トランジスタ3が導通するタイミ
ングで画像信号として出力される。FIG. 2 is a sectional view of a pixel of a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. The photoelectric conversion element 2 and the access transistor 3 are formed on the semiconductor substrate 1.
Reference numerals 15 and 16 respectively denote a drain diffusion layer and a source diffusion layer of a photoelectric conversion element formed by diffusing impurities of a conductivity type different from that of the substrate on the semiconductor substrate 1, and 17 denotes a drain of an access transistor similarly formed. It is a diffusion layer. The drain diffusion layer 15 of the photoelectric conversion element 2 and the source diffusion layer 15 of the access transistor are shared. Reference numeral 18 is a diffusion layer of the same conductivity type as the substrate for connecting the source electrode of the photoelectric conversion element to the substrate. Reference numeral 19 is a thick oxide film formed between pixels. Reference numeral 20 is a gate electrode of the photoelectric conversion element 2 formed on a thin oxide film, and 21 is a gate electrode of an access transistor similarly formed. A photoelectric conversion film 11 is deposited on the gate electrode 20, this is a photosensitive region of the solid-state imaging device, and an oxide film 23 is deposited on the surface except the photosensitive region. 24
Is a surface protective film. Photoelectric conversion film 11 and oxide film 23
A transparent conductive film as the control electrode 12 is deposited on the surface of the. In this photoelectric conversion element 2, when the photoelectric conversion film 11 is irradiated with light with a positive voltage applied to the control electrode 12, charges proportional to the amount of light are transmitted from the transparent conductive film 12 to the gate electrode 20 of the photoelectric conversion element. To flow to, the potential rises. As a result, the drain current of the photoelectric conversion element 2 changes, and this is output as an image signal at the timing when the access transistor 3 becomes conductive.
【0010】図3は本発明の第2の実施例における固体
撮像装置の画素の断面図であり、光電変換素子2とアク
セス用トランジスタが半導体基板上に形成されている。
11は光電変換膜であり、25はメッシュ状の制御用電
極である。なお、同図において図2のものと同一の機能
をする素子、膜には同一の番号を付している。本実施例
は光電変換膜11をゲート電極上ではなく、撮像面全面
に堆積させていること、および制御用電極として透明導
電膜を使わず、ALなどの導電性薄膜を光電変換素子の
周辺にメッシュ状に付けている。光電変換膜は撮像面全
面に堆積させているが、画素間に制御用電極としてのメ
ッシュ状の遮光膜があるために、画素間での画像信号の
分離性能は劣化せず、高解像度の撮像装置にも適用でき
る。FIG. 3 is a sectional view of a pixel of a solid-state image pickup device according to the second embodiment of the present invention, in which a photoelectric conversion element 2 and an access transistor are formed on a semiconductor substrate.
Reference numeral 11 is a photoelectric conversion film, and 25 is a mesh-shaped control electrode. In the figure, elements and films having the same functions as those in FIG. 2 are given the same numbers. In this embodiment, the photoelectric conversion film 11 is deposited on the entire image pickup surface, not on the gate electrode, and a conductive thin film such as AL is provided around the photoelectric conversion element without using a transparent conductive film as a control electrode. It is attached to the mesh. The photoelectric conversion film is deposited on the entire image pickup surface, but since there is a mesh-shaped light-shielding film between the pixels as a control electrode, the separation performance of image signals between pixels does not deteriorate, and high-resolution image pickup is performed. It can also be applied to devices.
【0011】図4は本発明の一実施例における固体撮像
装置の撮像プロセスを模式的に示す。簡略化のために、
固体撮像装置を細かい構造は示さず半導体基板上に形成
された3層の膜つまりゲート電極、光電変換膜、制御用
電極で表わしている。同図(a)は全画素一斉に行なわ
れるリセットプロセスを示すもので、これはリセットS
Wをオンにすることによって透明導電膜と基板間にリセ
ット電圧Vrを印加した後、固体撮像装置の全面に光を
照射することによって光電変換素子に電流が流れて、光
電変換素子のゲート電圧がリセット電圧にセットされる
プロセスである。つまり、撮像の白基準より大きな露光
量を照射することにより、リセット用の配線や駆動回路
がなくても、容易に全画素一斉にそのゲート電圧がリセ
ット電圧にセットされる。同図(b)は撮像プロセスで
ある。撮像SWをオンにすることによって透明導電膜と
基板間に撮像電圧Vpを印加した後、被写体からの光像
パターンが撮像面に照射されると、光電変換膜の光電効
果により光量に比例した電荷が透明導電膜から光電変換
素子のゲート電極に流れて、各画素の受ける光量に比例
してゲート電位が上昇する。なお、飽和露光量は電圧V
p−Vrに比例して大きくなる。同図(c)は読み出し
プロセスである。垂直駆動回路8および水平駆動回路9
から走査信号を出力することにより、順次、選択された
画素からの画像信号を出力ライン7に出力される。つま
り、垂直駆動回路8からの走査信号により、垂直走査ラ
イン4aをアクティブにした状態で、水平駆動回路から
の走査信号を水平走査スイッチ6a、6b、6cを動作
させることにより第1行の画像信号が出力ラインに出力
される。つぎに垂直走査ライン4aに代わって4bをア
クティブにすると、同様に第2行の画像信号が出力ライ
ンに出力される。この読み取りプロセスでは光電変換素
子のゲート電極19に蓄えられた画像信号を非破壊的に
読み出すことができる。垂直駆動回路8および水平駆動
回路9にシフトレジスタを用いた場合、順次読み出しの
みが可能であるが、それらにデコーダ回路を用いた場
合、ICメモリーのようにランダム読み出しが可能とな
る。非破壊読み出しおよびランダム読み出しの機能によ
り、本実施例の固体撮像装置は画像認識の分野でも極め
て有用である。FIG. 4 schematically shows the image pickup process of the solid-state image pickup device in one embodiment of the present invention. For simplicity,
The solid-state imaging device does not show a fine structure but is represented by a three-layer film formed on a semiconductor substrate, that is, a gate electrode, a photoelectric conversion film, and a control electrode. FIG. 7A shows a reset process which is performed for all pixels at the same time.
After the reset voltage Vr is applied between the transparent conductive film and the substrate by turning on W, a current flows through the photoelectric conversion element by irradiating the entire surface of the solid-state imaging device with light, and the gate voltage of the photoelectric conversion element changes. This is the process of setting the reset voltage. In other words, by irradiating the exposure amount larger than the white reference of the image pickup, the gate voltage can be easily set to the reset voltage all the pixels all at once even without the reset wiring or the drive circuit. The figure (b) is an imaging process. After the image pickup voltage Vp is applied between the transparent conductive film and the substrate by turning on the image pickup SW, when the image pickup surface is irradiated with the light image pattern from the subject, the charge proportional to the light amount is generated by the photoelectric effect of the photoelectric conversion film. Flows from the transparent conductive film to the gate electrode of the photoelectric conversion element, and the gate potential rises in proportion to the amount of light received by each pixel. The saturated exposure amount is the voltage V
It increases in proportion to p-Vr. The figure (c) is a reading process. Vertical drive circuit 8 and horizontal drive circuit 9
By outputting a scanning signal from, the image signals from the selected pixels are sequentially output to the output line 7. That is, the scanning signal from the horizontal drive circuit 8 is activated by the scanning signal from the vertical drive circuit 8 to operate the horizontal scan switches 6a, 6b, and 6c to operate the horizontal scan switches 6a, 6b, and 6c. Is output to the output line. Next, when 4b is activated instead of the vertical scanning line 4a, the image signal of the second row is similarly output to the output line. In this reading process, the image signal stored in the gate electrode 19 of the photoelectric conversion element can be read nondestructively. When a shift register is used for the vertical drive circuit 8 and the horizontal drive circuit 9, only sequential reading is possible, but when a decoder circuit is used for them, random reading is possible like an IC memory. The solid-state imaging device of the present embodiment is extremely useful in the field of image recognition due to the functions of nondestructive read and random read.
【0012】[0012]
【発明の効果】各画素がMOSトランジスタと同一の工
程で製作できる光電変換素子とアクセス用トランジスタ
のみで形成されるために極めて簡単になり、その結果、
画素数の拡大が容易になり、高解像度且つ高感度で静止
画を読みとることが可能になり、その産業上の効果は極
めて大きい。Since each pixel is formed of only the photoelectric conversion element and the access transistor which can be manufactured in the same process as the MOS transistor, it is extremely simple. As a result,
The number of pixels can be easily expanded, a still image can be read with high resolution and high sensitivity, and its industrial effect is extremely large.
【図1】(a)は本発明の2次元固体撮像装置の等価回
路 (b)は本発明の2次元固体撮像装置のデバイス構成の
平面図1A is an equivalent circuit of a two-dimensional solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of a device configuration of a two-dimensional solid-state imaging device of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例における2次元固体撮像
装置の画素の断面図FIG. 2 is a sectional view of a pixel of the two-dimensional solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例における2次元固体撮像
装置の画素の断面図FIG. 3 is a sectional view of a pixel of a two-dimensional solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】(a)は本発明の固体撮像装置の撮像プロセス
の模式図 (b)は本発明の固体撮像装置の撮像プロセスの模式図 (c)は本発明の固体撮像装置の撮像プロセスの模式図4A is a schematic diagram of an imaging process of the solid-state imaging device of the present invention, FIG. 4B is a schematic diagram of an imaging process of the solid-state imaging device of the present invention, and FIG. Pattern diagram
【図5】(a)は従来例における増幅型MOS固体撮像
装置の光電変換素子の断面図 (b)は従来例における増幅型MOS固体撮像装置の等
価回路図5A is a sectional view of a photoelectric conversion element of an amplification type MOS solid-state imaging device in a conventional example, and FIG. 5B is an equivalent circuit diagram of an amplification type MOS solid-state imaging device in a conventional example.
1 半導体基板 2 光電変換素子 3 アクセス用MOSトランジスタ 7 画像信号出力ライン 8 垂直駆動回路 9 水平駆動回路 11 光電変換膜 12 透明導電膜からなる制御用電極 15 光電変換素子のドレイン電極兼アクセス用トラン
ジスタのソース電極 16 光電変換素子のソース電極 17 アクセス用トランジスタのドレイン電極 19 素子間に形成した厚い酸化膜 20 光電変換素子のゲート電極 23 酸化膜 24 表面保護膜 25 メッシュ状の制御用電極1 semiconductor substrate 2 photoelectric conversion element 3 access MOS transistor 7 image signal output line 8 vertical drive circuit 9 horizontal drive circuit 11 photoelectric conversion film 12 control electrode made of transparent conductive film 15 drain electrode of photoelectric conversion element and access transistor Source electrode 16 Source electrode of photoelectric conversion element 17 Drain electrode of access transistor 19 Thick oxide film formed between elements 20 Gate electrode of photoelectric conversion element 23 Oxide film 24 Surface protective film 25 Mesh-shaped control electrode
Claims (5)
ンジスタによるスイッチからなる撮像面と垂直駆動回
路、水平駆動回路からなる2次元固体撮像装置におい
て、撮像面が少なくとも半導体基板上に形成したソース
拡散層、ドレイン拡散層、薄い酸化膜、薄い酸化膜上に
形成したフローティングゲート電極からなる2次元配列
のMOSトランジスタ、フローティングゲート電極上に
堆積させた光電変換膜、その上またはその周辺に堆積さ
せた全画素共通の制御用電極からなることを特徴とする
2次元固体撮像装置。1. A two-dimensional solid-state image pickup device comprising a vertical drive circuit and a horizontal drive circuit, and an image pickup plane composed of photoelectric conversion elements and switches formed by MOS transistors arranged two-dimensionally. Layer, drain diffusion layer, thin oxide film, two-dimensionally arranged MOS transistor consisting of floating gate electrode formed on thin oxide film, photoelectric conversion film deposited on floating gate electrode, deposited on or around it A two-dimensional solid-state imaging device comprising a control electrode common to all pixels.
明導電膜であることを特徴とする請求項1の2次元固体
撮像装置。2. The two-dimensional solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the control electrode is a transparent conductive film deposited on the entire image pickup surface.
され、且つ光電変換膜と電気的に接続した導体薄膜であ
ることを特徴とする請求項1の2次元固体撮像装置。3. The two-dimensional solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the control electrode is a conductive thin film formed around each photoelectric conversion element and electrically connected to the photoelectric conversion film.
徴とする請求項1に記載の2次元固体撮像装置。4. The two-dimensional solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion film is an a.Si thin film.
像面の全面に光照射することによって、光電変換膜を介
して光電変換素子のフローティングゲートをリセット電
圧にリセットする第1のプロセスと、撮像用電圧または
電荷を制御用電極に与えた後、被写体からの光像パター
ンを撮像面に結ばせて光像パターンに従って制御用電極
とフローティングゲート間で電荷の授受を行わせて撮像
する第2のプロセスと、垂直選択ライン、水平選択ライ
ンの各1ラインを順次アクセスすることにより画像信号
を読み取る第3のプロセスからなる2次元固体撮像装置
の撮像方式。5. A first process of resetting a floating gate of a photoelectric conversion element to a reset voltage through a photoelectric conversion film by applying a reset voltage to a control electrode and then irradiating the entire image pickup surface with light. After applying an image-capturing voltage or charge to the control electrode, an optical image pattern from a subject is formed on the image-capturing surface, and electric charge is transferred between the control electrode and the floating gate in accordance with the optical image pattern to capture an image. An image pickup method of a two-dimensional solid-state image pickup device comprising a second process and a third process for reading an image signal by sequentially accessing each one line of a vertical selection line and a horizontal selection line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5069589A JPH06283695A (en) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Two-dimensional solid state image sensor and image sensing system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5069589A JPH06283695A (en) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Two-dimensional solid state image sensor and image sensing system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06283695A true JPH06283695A (en) | 1994-10-07 |
Family
ID=13407171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5069589A Pending JPH06283695A (en) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Two-dimensional solid state image sensor and image sensing system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06283695A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9583523B2 (en) | 2014-09-29 | 2017-02-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
JP2017076797A (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | キム,フン | Image sensor having function of solar cell |
JP2017537454A (en) * | 2014-07-09 | 2017-12-14 | キム,フン | Image sensor unit pixel and light receiving element thereof |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP5069589A patent/JPH06283695A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017537454A (en) * | 2014-07-09 | 2017-12-14 | キム,フン | Image sensor unit pixel and light receiving element thereof |
US9583523B2 (en) | 2014-09-29 | 2017-02-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and imaging system |
JP2017076797A (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | キム,フン | Image sensor having function of solar cell |
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