JPH07105919B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置の駆動方法Info
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- JPH07105919B2 JPH07105919B2 JP60135307A JP13530785A JPH07105919B2 JP H07105919 B2 JPH07105919 B2 JP H07105919B2 JP 60135307 A JP60135307 A JP 60135307A JP 13530785 A JP13530785 A JP 13530785A JP H07105919 B2 JPH07105919 B2 JP H07105919B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
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- H—ELECTRICITY
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、二階建て構造の固体撮像装置の駆動方法に関
する。
する。
シリコン単結晶基板に信号電荷蓄積部と信号電荷読み出
し部を形成したCCD撮像素子チップ基板に、光電変換部
として光導電膜を積層した二階建て構造の固体撮像装置
が知られている。この撮像装置は、光入射に対する開口
率が大きくできることによる感度の向上、低ブルーミン
グなど数多くの長所を有する。しかしながらこの構造
は、従来それぞれ独立に撮像装置として用いられてきた
CCD撮像素子と撮像管の光導電膜ターゲットを一体化し
たものであるため、その構造の特殊性に起因する特有の
特性上の問題がある。
し部を形成したCCD撮像素子チップ基板に、光電変換部
として光導電膜を積層した二階建て構造の固体撮像装置
が知られている。この撮像装置は、光入射に対する開口
率が大きくできることによる感度の向上、低ブルーミン
グなど数多くの長所を有する。しかしながらこの構造
は、従来それぞれ独立に撮像装置として用いられてきた
CCD撮像素子と撮像管の光導電膜ターゲットを一体化し
たものであるため、その構造の特殊性に起因する特有の
特性上の問題がある。
第４図に示す二階建て固体撮像装置の構造図を用いて従
来の問題点を以下に説明する。11は例えばｐ型Si基板で
あり、その表面には信号電荷読み出しのチャネルである
第１のn+型層121と信号電荷蓄積部の第２のn+型層122、
この蓄積部と例えばアルミニウム（Al）で形成された第
１の金属電極17aとをオーミック接続させるためのn++型
層14及びチャネルストッパとなるp+型層13がある。そし
てCCDチャネル上にはゲート酸化膜を介して例えば２層
多結晶シリコン膜により形成されたCCD転送電極15a,15b
がある。この２層転送電極15a,15b上には第１の絶縁膜1
6aが堆積され、これに開けられたコンタクトホールを介
して前記n++型層14に接続される第２の金属電極17bが各
画素領域に設けられる。この上に例えばアモルファスSi
による光導電膜18とITOなどの透明導電膜19が形成され
ている。
来の問題点を以下に説明する。11は例えばｐ型Si基板で
あり、その表面には信号電荷読み出しのチャネルである
第１のn+型層121と信号電荷蓄積部の第２のn+型層122、
この蓄積部と例えばアルミニウム（Al）で形成された第
１の金属電極17aとをオーミック接続させるためのn++型
層14及びチャネルストッパとなるp+型層13がある。そし
てCCDチャネル上にはゲート酸化膜を介して例えば２層
多結晶シリコン膜により形成されたCCD転送電極15a,15b
がある。この２層転送電極15a,15b上には第１の絶縁膜1
6aが堆積され、これに開けられたコンタクトホールを介
して前記n++型層14に接続される第２の金属電極17bが各
画素領域に設けられる。この上に例えばアモルファスSi
による光導電膜18とITOなどの透明導電膜19が形成され
ている。
ここで信号電荷蓄積部のn+型層122、n++型層14、第１の
金属電極17a及び第２の金属電極17bは、各画素毎に独立
に二次元的に配列形成される。即ち、第２の金属電極17
bが撮像画素領域を定義するものとなり、光導電膜18に
よる撮像の結果第２の金属電極17bに得られる電位変化
が第１の金属電極17aを介して信号電荷蓄積部のn+型層1
22に伝達され、ここに信号電荷として蓄積される。図で
はチャネルストッパであるp+型層13が見える断面を示し
ているが、各画素毎にn+型層122の信号電荷をCCDチャネ
ルであるn+型層121に転送する転送部を有し、インタラ
イン転送型CCD撮像素子を構成している。
金属電極17a及び第２の金属電極17bは、各画素毎に独立
に二次元的に配列形成される。即ち、第２の金属電極17
bが撮像画素領域を定義するものとなり、光導電膜18に
よる撮像の結果第２の金属電極17bに得られる電位変化
が第１の金属電極17aを介して信号電荷蓄積部のn+型層1
22に伝達され、ここに信号電荷として蓄積される。図で
はチャネルストッパであるp+型層13が見える断面を示し
ているが、各画素毎にn+型層122の信号電荷をCCDチャネ
ルであるn+型層121に転送する転送部を有し、インタラ
イン転送型CCD撮像素子を構成している。
この様な二階建て固体撮像素子では、光導電膜18として
前述のようにアモルファスSiなどの高抵抗半導体膜が用
いられる。アモルファス半導体膜は単結晶膜に比べて膜
内に多くのトラップ準位をもっている。このため、光照
射を止めた後、複数フィールドにわたって光導電膜にト
ラップされた電荷が熱的に放出され、残留出力として現
われる残像が大きい。これは二階建て固体撮像装置に特
有の問題である。
前述のようにアモルファスSiなどの高抵抗半導体膜が用
いられる。アモルファス半導体膜は単結晶膜に比べて膜
内に多くのトラップ準位をもっている。このため、光照
射を止めた後、複数フィールドにわたって光導電膜にト
ラップされた電荷が熱的に放出され、残留出力として現
われる残像が大きい。これは二階建て固体撮像装置に特
有の問題である。
この様な残像を減らすためには、基本的には光導電膜内
のトラップ準位を減らすことが好ましいが、これには限
界がある。そこで別の方法として、通常の撮像管で用い
られているように、例えばバイアス光を照射して光導電
膜内に発生させたバイアス電荷によりトラップ準位を満
たし、見掛け上これらのトラップ準位を不活性化する方
法がある。しかしこの様なバイアス電荷注入を行った場
合、このバイアス電荷が信号電荷と共に出力として読み
出されるため、バイアス電荷量の揺ぎによるノイズが問
題となる。
のトラップ準位を減らすことが好ましいが、これには限
界がある。そこで別の方法として、通常の撮像管で用い
られているように、例えばバイアス光を照射して光導電
膜内に発生させたバイアス電荷によりトラップ準位を満
たし、見掛け上これらのトラップ準位を不活性化する方
法がある。しかしこの様なバイアス電荷注入を行った場
合、このバイアス電荷が信号電荷と共に出力として読み
出されるため、バイアス電荷量の揺ぎによるノイズが問
題となる。
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、バイアス電
荷注入によるノイズ発生を減らし、しかも残像を小さく
する、二階建て構造の固体撮像装置の駆動方法を提供す
ることを目的とする。
荷注入によるノイズ発生を減らし、しかも残像を小さく
する、二階建て構造の固体撮像装置の駆動方法を提供す
ることを目的とする。
本発明は、二階建て固体撮像装置を駆動するに当り、１
フィールドの垂直ブランキング期間内に、信号電荷蓄
積部からの信号電荷転送を行い、光導電膜にバイアス
電荷を注入し、バイアス電荷の過剰分を除去する、と
いう一連の動作を行うようにしたことを特徴とする。
フィールドの垂直ブランキング期間内に、信号電荷蓄
積部からの信号電荷転送を行い、光導電膜にバイアス
電荷を注入し、バイアス電荷の過剰分を除去する、と
いう一連の動作を行うようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、二階建て固体撮像装置において、光導
電膜へのバイアス電荷注入により残像を減少させること
ができるだけでなく、バイアス電荷の過剰分を除去する
動作を組合せることによりバイアス電荷注入に伴うノイ
ズ発生を効果的に抑制することができる。
電膜へのバイアス電荷注入により残像を減少させること
ができるだけでなく、バイアス電荷の過剰分を除去する
動作を組合せることによりバイアス電荷注入に伴うノイ
ズ発生を効果的に抑制することができる。
以下本発明の実施例を説明する。
第１図は一実施例を説明するためのシステム構成であ
る。図において、１は第４図に示したインタライン転送
型の二階建て固体撮像素子であり、これと光入射側の光
学レンズ２の間にバイアス電荷用光源31，32が設けられ
ている。このバイアス電荷用光源31，32は例えば発光ダ
イオードである。バイアス電荷用光源31，32のオン，オ
フは固体撮像素子１を駆動するタイミングに同期してな
されるようになっている。そのため二階建て固体撮像素
子１用のタイミング回路４から同期パルスを得て、ドラ
イバ回路６でバイアス電荷用光源31，32が駆動されるよ
うに構成されている。固体撮像素子１はドライバ回路５
により駆動される。また固体撮像素子１の出力は信号処
理回路７により取り出される。
る。図において、１は第４図に示したインタライン転送
型の二階建て固体撮像素子であり、これと光入射側の光
学レンズ２の間にバイアス電荷用光源31，32が設けられ
ている。このバイアス電荷用光源31，32は例えば発光ダ
イオードである。バイアス電荷用光源31，32のオン，オ
フは固体撮像素子１を駆動するタイミングに同期してな
されるようになっている。そのため二階建て固体撮像素
子１用のタイミング回路４から同期パルスを得て、ドラ
イバ回路６でバイアス電荷用光源31，32が駆動されるよ
うに構成されている。固体撮像素子１はドライバ回路５
により駆動される。また固体撮像素子１の出力は信号処
理回路７により取り出される。
第２図はこの様なシステムにより固体撮像素子１を駆動
する場合の各印加電圧波形を示している。図において、
TEは１フィールドの有効期間、TBは垂直ブランキング期
間である。またφBLはバイアス電荷用光源31，32への印
加電圧パルスであり、VBHは光オン、VBLは光オフとする
電圧である。φFSはフィールドシフトパルスであり、φ
TGはバイアス電荷の過剰分を除去するための電圧パルス
である。即ちこの実施例では、固体撮像素子１は１フィ
ールド期間（標準テレビジョン方式では1/60秒）のなか
の垂直ブランキング期間TB中に、フィールドシフトパル
スφFSにより、光導電膜で発生した信号電荷を信号電荷
蓄積部を経て垂直CCDチャネルに転送する動作が行われ
る。そしてこの信号電荷転送動作に続いて、同じ垂直ブ
ランキング期間TB内に電圧パルスφBLによりバイアス電
荷用光源31，32を駆動し、光導電膜18への光照射による
バイアス電荷注入動作を行う。これにより光導電膜18に
あるトラップ準位は信号電荷と同じ極性のバイアス電荷
により満たされる。即ちバイアス光量は、光導電膜18の
トラップ準位を満たして余りあるものとする。そしてこ
のバイアス電荷注入に引き続いて、同じ垂直ブランキン
グ期間TB内に電圧パルスφTGを、この実施例では光導電
膜18上の透明導電膜19に印加することにより、光導電膜
18に注入されたバイアス電荷の過剰分をこの透明導電膜
19側から除去する。この電圧パルスφTGの電圧レベルV
THは、蓄積ダイオードのn+型層121,14がプリセットされ
るフィールドシフトパルスφFSの高レベルVFHと同程度
とする。電圧パルスφTGの低レベルVTLでは通常の信号
電荷蓄積状態である。
する場合の各印加電圧波形を示している。図において、
TEは１フィールドの有効期間、TBは垂直ブランキング期
間である。またφBLはバイアス電荷用光源31，32への印
加電圧パルスであり、VBHは光オン、VBLは光オフとする
電圧である。φFSはフィールドシフトパルスであり、φ
TGはバイアス電荷の過剰分を除去するための電圧パルス
である。即ちこの実施例では、固体撮像素子１は１フィ
ールド期間（標準テレビジョン方式では1/60秒）のなか
の垂直ブランキング期間TB中に、フィールドシフトパル
スφFSにより、光導電膜で発生した信号電荷を信号電荷
蓄積部を経て垂直CCDチャネルに転送する動作が行われ
る。そしてこの信号電荷転送動作に続いて、同じ垂直ブ
ランキング期間TB内に電圧パルスφBLによりバイアス電
荷用光源31，32を駆動し、光導電膜18への光照射による
バイアス電荷注入動作を行う。これにより光導電膜18に
あるトラップ準位は信号電荷と同じ極性のバイアス電荷
により満たされる。即ちバイアス光量は、光導電膜18の
トラップ準位を満たして余りあるものとする。そしてこ
のバイアス電荷注入に引き続いて、同じ垂直ブランキン
グ期間TB内に電圧パルスφTGを、この実施例では光導電
膜18上の透明導電膜19に印加することにより、光導電膜
18に注入されたバイアス電荷の過剰分をこの透明導電膜
19側から除去する。この電圧パルスφTGの電圧レベルV
THは、蓄積ダイオードのn+型層121,14がプリセットされ
るフィールドシフトパルスφFSの高レベルVFHと同程度
とする。電圧パルスφTGの低レベルVTLでは通常の信号
電荷蓄積状態である。
このように本実施例では、光導電膜18内のトラップ準位
を見掛け上不活性にするに十分なバイアス電荷を注入す
るが、次のフィールドの信号電荷蓄積動作に入る前に過
剰のバイアス電荷を除去する動作を行っている。従って
本実施例によれば、光導電膜18にトラップされている電
荷の熱放出に伴う残像を無くすことができるだけでな
く、バイアス電荷の揺ぎによるノイズを減少させること
ができる。また垂直CCDの転送し得る電荷量は決められ
ているが、本実施例では過剰のバイアス電荷を除去して
いるため、読み出せる最大信号電荷量を高くすることが
できる。
を見掛け上不活性にするに十分なバイアス電荷を注入す
るが、次のフィールドの信号電荷蓄積動作に入る前に過
剰のバイアス電荷を除去する動作を行っている。従って
本実施例によれば、光導電膜18にトラップされている電
荷の熱放出に伴う残像を無くすことができるだけでな
く、バイアス電荷の揺ぎによるノイズを減少させること
ができる。また垂直CCDの転送し得る電荷量は決められ
ているが、本実施例では過剰のバイアス電荷を除去して
いるため、読み出せる最大信号電荷量を高くすることが
できる。
第３図は本発明の別の実施例での信号電圧波形を第２図
に対応させて示している。この実施例では、バイアス電
荷用光源31，32を駆動する電圧パルスφBLにおいて有効
期間TEに微量のバイアス電荷を注入するための電圧
VBL′を印加する。フィールドシフトパルスφFS及びバ
イアス電荷除去のための電圧パルスφTGは先の実施例と
同じである。このようにするのは、光導電膜にあるトラ
ップのうち電荷の熱放出の時定数が有効期間TEより短い
ものを、ノイズとして影響が出ない程度のバイアス電荷
で満たすためである。
に対応させて示している。この実施例では、バイアス電
荷用光源31，32を駆動する電圧パルスφBLにおいて有効
期間TEに微量のバイアス電荷を注入するための電圧
VBL′を印加する。フィールドシフトパルスφFS及びバ
イアス電荷除去のための電圧パルスφTGは先の実施例と
同じである。このようにするのは、光導電膜にあるトラ
ップのうち電荷の熱放出の時定数が有効期間TEより短い
ものを、ノイズとして影響が出ない程度のバイアス電荷
で満たすためである。
本実施例によれば、ノイズ増加は最小限に押えられ、先
の実施例に比べて更に残像を少なくすることができる。
の実施例に比べて更に残像を少なくすることができる。
本発明は上記した実施例に限られるものではない。例え
ば以下に列挙するような変形が可能である。
ば以下に列挙するような変形が可能である。
（ａ） 上記実施例ではバイアス電荷除去の電圧パルス
φTGを、バイアス電荷注入用の電圧パルスφBLが立ち下
がった後に印加しているが、φBLが印加されている途中
からφTGが印加されるようにしてもよい。
φTGを、バイアス電荷注入用の電圧パルスφBLが立ち下
がった後に印加しているが、φBLが印加されている途中
からφTGが印加されるようにしてもよい。
（ｂ） バイアス電荷注入を電気的に行うこともでき
る。例えば、信号電荷蓄積ダイオードを構成するn+型層
122,14に隣接してpn接合を設け、このpn接合によりバイ
アス電荷の注入を行うようにすることができる。
る。例えば、信号電荷蓄積ダイオードを構成するn+型層
122,14に隣接してpn接合を設け、このpn接合によりバイ
アス電荷の注入を行うようにすることができる。
（ｃ） バイアス電荷の過剰分を除去する方法として、
光導電膜上の透明導電膜を利用する代わりに、画素周辺
にグリッド状に金属電極を配設してこれを用いることが
できる。またチップ基板側に例えば縦型のオーバーフロ
ードレイン（VOD）構造を設けて、これを利用すること
もできる。
光導電膜上の透明導電膜を利用する代わりに、画素周辺
にグリッド状に金属電極を配設してこれを用いることが
できる。またチップ基板側に例えば縦型のオーバーフロ
ードレイン（VOD）構造を設けて、これを利用すること
もできる。
（ｄ） 光導電膜はアモルファスSiに限らず、他の材料
を用いることができる。
を用いることができる。
第１図は本発明の一実施例を説明するためのシステム構
成図、第２図はその要部信号波形図、第３図は他の実施
例の信号波形図、第４図は実施例に用いるCCD撮像素子
の構造を示す図である。 １……CCD撮像素子、２……光学レンズ、31，32……バ
イアス電荷注入用光源、４……タイミング回路、５……
撮像素子ドライバ回路、６……光源ドライバ回路、７…
…信号処理回路、φBL……光源駆動用電圧パルス、φFS
……フィールドシフトパルス、φTG……バイアス電荷除
去用電圧パルス、11……ｐ型Si基板、121……n+型層
（垂直CCDチャネル）、122……n+型層（蓄積ダイオー
ド）、15a,15b……転送電極、17a,17b……金属電極、16
a,16b……絶縁膜、18……光導電膜、19……透明導電
膜。
成図、第２図はその要部信号波形図、第３図は他の実施
例の信号波形図、第４図は実施例に用いるCCD撮像素子
の構造を示す図である。 １……CCD撮像素子、２……光学レンズ、31，32……バ
イアス電荷注入用光源、４……タイミング回路、５……
撮像素子ドライバ回路、６……光源ドライバ回路、７…
…信号処理回路、φBL……光源駆動用電圧パルス、φFS
……フィールドシフトパルス、φTG……バイアス電荷除
去用電圧パルス、11……ｐ型Si基板、121……n+型層
（垂直CCDチャネル）、122……n+型層（蓄積ダイオー
ド）、15a,15b……転送電極、17a,17b……金属電極、16
a,16b……絶縁膜、18……光導電膜、19……透明導電
膜。
Claims (1)
- 【請求項１】二次元的な画素配列をもって形成された信
号電荷蓄積部、及びこの信号電荷蓄積部の信号電荷を読
み出す信号電荷読み出し部が形成された固体撮像素子チ
ップ基板と、この基板上に積層され、前記信号電荷蓄積
部と電気的に接続された光電変換部としての光導電膜と
を有する固体撮像装置を駆動する方法であって、前記信
号電荷蓄積部から信号電荷読み出し部への信号電荷転送
を行った後、前記信号電荷蓄積部或いは前記光導電膜の
少なくとも一方にバイアス電荷をパルス状に注入する動
作を行ない、続いて前記バイアス電荷の過剰分をパルス
状に外部へ排出する動作を行うことを特徴とする固体撮
像装置の駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60135307A JPH07105919B2 (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 固体撮像装置の駆動方法 |
| US06/875,725 US4758894A (en) | 1985-06-21 | 1986-06-18 | Solid-state image sensing device with bias carrier injection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60135307A JPH07105919B2 (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61294977A JPS61294977A (ja) | 1986-12-25 |
| JPH07105919B2 true JPH07105919B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=15148659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60135307A Expired - Lifetime JPH07105919B2 (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4758894A (ja) |
| JP (1) | JPH07105919B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5821714A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-08 | Asahi Optical Co Ltd | 光束分割器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5821714A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-08 | Asahi Optical Co Ltd | 光束分割器 |
Also Published As
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|---|---|
| JPS61294977A (ja) | 1986-12-25 |
| US4758894A (en) | 1988-07-19 |
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