JPH06339084A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH06339084A
JPH06339084A JP5149845A JP14984593A JPH06339084A JP H06339084 A JPH06339084 A JP H06339084A JP 5149845 A JP5149845 A JP 5149845A JP 14984593 A JP14984593 A JP 14984593A JP H06339084 A JPH06339084 A JP H06339084A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 輝度シェーディングのない高感度の固体撮像
素子を実現する。 【構成】 光不透過領域もしくは光半不透過領域22を
とりかこむように光電変換領域が構成される画素を複数
有し、かつ各画素の上にマイクロレンズが形成されてな
る固体撮像素子において、前記光不透過領域もしくは光
半不透過領域22を前記マイクロレンズにより光が集光
される領域以外の位置に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に係り、
光不透過領域もしくは光半不透過領域をとりかこむよう
に光電変換領域が構成される画素を複数有し、かつ各画
素の上にマイクロレンズが形成されてなる固体撮像素子
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、固体撮像素子としては、CCD型
とX−Yアドレス型の二方式が知られている。
【0003】図5は、X−Yアドレス型固体撮像素子の
一構成例を示す等価回路図であり、ベース(制御電極領
域となる)に光キャリアを蓄積し、エミッタ(第一の主
電極領域となる)から出力するというバイポーラ型の光
電変換素子(以下、バイポーラ型センサという)を画素
としたX−Yアドレス型固体撮像素子である。尚、ここ
では便宜的に3×3のセンサとして図示した。
【0004】図5において、1はバイポーラ型センサ
(等価的にバイポーラトランジスタ)T、ベースに接続
する容量COX、PMOSトランジスタMから成る画素で
ある。2は画素1のエミッタに接続する垂直出力線、3
は垂直出力線2をリセットするためのMOSトランジス
タ、4は画素1からの出力信号を蓄積するための蓄積容
量、5は出力信号を蓄積容量4へ転送するためのMOS
トランジスタ、6は水平シフトレジスタの出力を受け、
出力信号を水平出力線7へ転送するためのMOSトラン
ジスタ、8は水平出力線7をリセットするためのMOS
トランジスタ、9はプリアンプ、10は水平駆動線、1
1は垂直シフトレジスタの出力を受け、センサ駆動パル
スを通すバッファ用MOSトランジスタ、12は画素1
のクランプ動作を行うために、PMOSトランジスタM
のソース電位を設定するエミッタフォロア回路、13は
エミッタフォロア回路12のベース電位を設定するため
のPMOSトランジスタ、14はMOSトランジスタ3
のゲートにパルスを印加するための端子、15は転送用
のMOSトランジスタ5のゲートにパルスを印加するた
めの端子、16はセンサ駆動パルスを印加するための端
子、17はPMOSトランジスタ13にゲートパルスを
印加するための端子、18はプリアンプ9に接続される
出力端子である。垂直シフトレジスタは、シフトレジス
タのスタートパルスであるφVSと、シフトレジスタ駆
動パルスであるφV1、φV2とによって動作される。
水平シフトレジスタは、シフトレジスタのスタートパル
スであるφHSと、シフトレジスタ駆動パルスであるφ
H1、φH2とによって動作される。
【0005】図5に示した二次元固体撮像素子は、全画
素が一度にリセットするタイプのものであり、スチルビ
デオ用等に利用することができる。
【0006】以下、その動作について説明する。
【0007】最初に、端子17にLowレベルの電位を
加えてPMOSトランジスタ13をon状態とし、エミ
ッタフォロア回路12の出力を正電位にする。このエミ
ッタフォロア回路12の出力は画素1のPMOSトラン
ジスタMのソースに接続されており、ソース電位がゲー
ト電位に比べて、PMOSトランジスタMを充分on状
態にするほど高くなれば、PMOSトランジスタMを通
して、画素のバイポーラ型センサTのベースにホールが
注入される。次に端子17にHighレベルの電位を加
えて、PMOSトランジスタ13をoff状態とし、エ
ミッタフォロア回路12の出力をGNDとする。この
時、端子14にHighレベルの電位を加えてトランジ
スタ3をon状態とし、垂直出力線2をGNDとする。
【0008】次にこの状態のまま、垂直シフトレジスタ
を駆動し、また端子16に画素リセットパルスを印加す
ることで、各行毎に順次画素のリセットを行い、すべて
の画素のバイポーラ型センサTのベースを一定電位、か
つ逆バイアスにする。
【0009】次に光キャリアの蓄積動作を行った後、端
子14にLowレベルの電位を加えて、トランジスタ3
をoff状態にし、垂直シフトレジスタの出力によって
選択された行毎に読み出しパルスを端子16から印加
し、バイポーラ型センサTのベース・エミッタ間を順バ
イアスとし、MOSトランジスタ5を通して、蓄積容量
4に信号出力を蓄積する。蓄積容量4に蓄積された信号
出力は、水平シフトレジスタによって選択された転送用
のMOSトランジスタ6を通して水平出力線7に転送さ
れ、プリアンプ9を通して出力端子18から出力され
る。
【0010】図6は画素の平面図である。ここでは便宜
的に縦4画素、横4画素のみを表わす。図6において、
21はセンサセルのバイポーラトランジスタのベース領
域であり、入射光によって光電変換がおこなわれ、ホー
ルがこの領域に蓄積される。22はバイポーラトランジ
スタのエミッタ電極で、アルミで形成され、同様にアル
ミで形成される垂直出力線25とコンタクトされる。2
3は一部のベース領域上に絶縁層を介して形成されるポ
リシリコン電極で、容量COXを構成し、アルミで形成さ
れる水平駆動線24とコンタクトされる。
【0011】一方、固体撮像素子の感度向上の手段とし
て、最近、画素上部にドーム型、もしくはかまぼこ型の
マイクロレンズを形成する方法が用いられている。上記
のバイポーラ型センサにおいても、水平駆動線巾3.5
μm、垂直出力線巾2μm、画素サイズ13.5×1
3.5μm2 のセンサをつくり、上部にドーム型マイク
ロレンズを形成したところ、感度の大巾な向上が認めら
れた。
【0012】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記のマイクロレンズ付のバイポーラ型センサ構成の二次
元固体撮像素子においては、センサ前部におかれる光学
レンズによってセンサ周辺領域に入る光が斜めとなり、
一部の方向においては、エミッタ電極22によって光が
けられ、そのために有効入射光量が低下し輝度シェーデ
ィングが発生していた。
【0013】即ち、図6の画素構造で画素上部にドーム
型マイクロレンズを形成した固体撮像素子においては、
図6の左上部の画素は光照射領域L(Lはマイクロレン
ズによって集光され光照射された領域を示す)内にエミ
ッタ電極22が入り、図7の斜線部に示す領域におい
て、入射光量の低下がみられる。なお、図7において光
学中心とはセンサ前部におかれる光学レンズの光学中心
を示す。図8(a)〜(d)は一様輝度面の被写体を写
したときの図7のa〜dのラインにおける出力レベルを
示したものである。
【0014】また画素上部にかまぼこ型レンズを形成し
た場合では、図9に示した斜線領域における画素の出力
が低下する。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、光不透過領域もしくは光半不透過領域をとりかこむ
ように光電変換領域が構成される画素を複数有し、かつ
各画素の上にマイクロレンズが形成されてなる固体撮像
素子において、前記光不透過領域もしくは光半不透過領
域を前記マイクロレンズにより光が集光される領域以外
の位置に配置したことを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明は、画素の光不透過領域もしくは光半不
透過領域をマイクロレンズにより光が集光される領域以
外の位置に配置することで、該光不透過領域もしくは光
半不透過領域によって光がけられないようにし、輝度シ
ェーディングのない高感度の固体撮像素子を実現したも
のである。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の固体撮像素子の第1の実施
例の画素構成を示す平面図である。図2(a)は図1の
X部拡大図、図2(b)は図2(a)のA−A′断面図
である。図3(a)は図1のY部拡大図、図3(b)は
図3(a)のB−B′断面図である。なお、21〜25
の各構成部の働きは図6に示した従来例と同様であり、
固体撮像素子の動作についても図5を用いて説明したの
で、ここではその説明を省略する。図1,図2(a),
及び図3(a)においては簡易化のためマイクロレンズ
を示していない。
【0019】図2(b)、図3(b)において、31は
半導体基板、32は保護膜、33はマイクロレンズであ
る。図2(b)、図3(b)中の破線は入射光線を示
す。また図2(a),(b)、図3(a),(b)にお
いて、Lは光照射領域を示す。
【0020】本実施例においては、図1に示されるよう
に、配列された画素において、光学中心の上下でエミッ
タ電極22の位置が異なり、センサ前部におかれる光学
レンズの光学中心より上部ではエミッタ電極22は画素
内の下方に、光学中心より下部ではエミッタ電極22は
画素内の上方に設けられる。このようにすることで、図
2(b),図3(b)に示されるように、光学中心の上
下のどちらにおいてもマイクロレンズ33によって集光
された入射光が、周辺部においてもアルミ電極等のエミ
ッタ電極22によってけられることなく、全て光電変換
領域であるベース領域21に入射するので、実効入射光
量は各画素でほぼ同一となる。その結果、従来例でみら
れたイメージセンサのエリアの周辺部における光量低下
による輝度シェーディングを防ぐことができる。
【0021】尚、本実施例では、エミッタ電極の位置を
光学中心に接するラインから変えているが(光学中心よ
り上ではエミッタ電極22を画素内の下方に配置してい
る)、光学中心から多少離れたラインからエミッタ電極
の位置を変えても充分な効果が得られる。
【0022】図4は本発明の固体撮像素子の第2の実施
例の画素構成を示す平面図である。本実施例では、セン
サ前部におかれる光学レンズの光学中心の左右でエミッ
タ電極22の位置が異なるように構成され、光学中心よ
り右部ではエミッタ電極22は画素内の左に、光学中心
より左部ではエミッタ電極22は画素内の右に設けられ
る。本実施例においても、第1の実施例と同様の効果を
得ることができる。但し、本実施例においてはエミッタ
電極の方向の切り換わる中間の縦1ライン(図4のZ、
以下Zラインと呼ぶ)が不感領域となるので、この領域
の情報を周辺画素の情報をもとに補間する必要がある。
また、このZラインのベース領域に光が入射しないよう
にZライン上部にアルミ等で遮光することが望ましい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光不透過領域もしくは光半不透過領域をマイクロレンズ
により光が集光される領域以外の位置に配置すること
で、輝度シェーディングをなくすことができ、画像を輝
度ムラのない高品位の画質とすることができる。またこ
のような固体撮像素子を測定用とした場合、正確な輝度
情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の第1の実施例の画素構
成を示す平面図である。
【図2】(a)は図1のX部拡大図、(b)は(a)の
A−A′断面図である。
【図3】(a)は図1のY部拡大図、(b)は(a)の
B−B′断面図である。
【図4】本発明の固体撮像素子の第2の実施例の画素構
成を示す平面図である。
【図5】X−Yアドレス型固体撮像素子の一構成例を示
す等価回路図である。
【図6】従来例の固体撮像素子の画素平面図である。
【図7】従来例のイメージエリア内の感度低下領域を示
す図である。
【図8】従来例の一様輝度面を撮影したときの各ライン
出力である。
【図9】従来例のイメージエリア内の感度低下領域を示
す図である。
【符号の説明】
21 ベース領域 22 エミッタ電極 23 ポリシリコン電極 24 水平駆動線 25 垂直出力線 31 半導体基板 32 保護膜 33 マイクロレンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光不透過領域もしくは光半不透過領域を
    とりかこむように光電変換領域が構成される画素を複数
    有し、かつ各画素の上にマイクロレンズが形成されてな
    る固体撮像素子において、 前記光不透過領域もしくは光半不透過領域を前記マイク
    ロレンズにより光が集光される領域以外の位置に配置し
    たことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 前記画素は、第一導電型の半導体からな
    る制御電極領域と、前記第一導電型とは異なる第二導電
    型の半導体からなる第一の主電極領域と、前記第二導電
    型の半導体からなる第二の主電極領域と、を有し、光エ
    ネルギーを受けることにより生成されるキャリアを前記
    制御電極領域に蓄積し、該第一の主電極領域から蓄積さ
    れたキャリアに基づく信号を読み出すトランジスタを具
    備し、前記光不透過領域もしくは光半不透過領域は該第
    一の主電極領域と電気的に接続される電極である請求項
    1記載の固体撮像素子。
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