JPS58142570A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送素子を用いて構成され念固体撮像素子
を具備した撮像装置に関し、よシ詳細には、インターラ
イン転送型の固体撮像素子が用いられ、これに対するシ
ャッター機構が配されて静止画撮像出力信号が得られる
ようにされ、静止画撮像時に於ける実質的な受光開口率
が向上されて受光感度が高められるべく改善された固体
撮像装置に関する。

電荷結合素子（チャージ晦カップルド・ディバイス、以
下ＣＣＤと呼ぶ）等の電荷転送素子を用いて構成された
固体撮像素子には、大別して、フンーム転送型とインタ
ーライン転送型とがあり、夫々、その長所を有効に生か
すべく使い分けられている、 例えば、ＣＣＤを用いたインターライン転送型固体撮像
素子の一列は図面の第１図に示される如く、半導体基体
上に、水平列及び垂直列を形成して配された複数の感光
部／と感光部／の垂直列に沿って配された複数列のＣＣ
Ｄ群で形成された垂直転送部コとを含んで成る受光・垂
直転送部３と、この受光・垂直転送部３に結合されたＣ
ＣＤ群で形成された水平転送部ｔと、出力部Ｓとから構
成され、出力部Ｓからは信号出力端子５ａが導出されて
形成される。

斯かる撮像素子を具備した固体撮像装置が構成されるが
、その場合には、垂直転送部２及び水平転送部グには、
夫々、所定の垂直転送駆動信号及び水平転送駆動信号が
供給されて電荷転送動作がなされる、そして、所定期間
内の受光により各感光部／で発生され蓄積されて得られ
た信号電荷が、垂直転送部２に読み出され、これが垂直
転送部λの電荷転送動作により、映像信号の各水平ブラ
ンキング期間に相当する期間ごとに順次水平転送部グへ
垂直転送されていく。この水平転送部ダには、信号電荷
が感光部／の／水平列で得られるものごとに順次転送さ
れ、これが水平転送部ダの電荷転送動作により、映像信
号の各水平映像期間に相当する期間内に出力部Ｓへ水平
転送されていき、信号出力端子５ａに撮像出力信号が得
られるのである、 上述の撮像素子の受光・垂直転送部３は、従来に於いて
は、例えば、第２図に示される如く、感光部／の各垂直
列と各垂直転送部コとの間に読出しゲート部乙が形成さ
れ、各感光部／の周囲には、さらに、チャンネル・スト
ッパー７及びオーツ（−フロー・コントロール・ゲート
部ｇが形成されてイル、　ｔ＊１．ｔ−ハーフロー・コ
ントロール・ゲート部ｇに隣接してオーバーフロー・ト
ンイン９が配され、このオーバーフロー・トンイン９と
隣りの垂直転送部コとの間はチャンネル・ストツノ（−
７０で区別されている。そして、上述の各部上には絶縁
層が配され、この絶縁層を介して、垂直転送部部上には
、水平方向に延びる垂直転送電極φｌ及びφ２が垂直方
向に交互に配列されている。

垂直転送電極φ／及びφコは、夫々、蓄積部電極φｉｃ
及びφ２ｃと転送部電極（’に位障壁電極）φｌｔ及び
φ２ｔとで構成、されている。そして、電極φ／Ｃ及び
φ２ｃの下方が垂直転送部コの蓄積領域とされ、また、
電極φ／を及びφ２ｔの下方が垂直転送部コの転送領域
（電位障壁領域）とされていて、転送領域には、隣接す
る蓄積領域よシミ位が低く（浅く）なって電位障壁を形
成するため、例えば、イオン注入領域が設けられる、あ
るいは、絶縁層の厚さが大とされる等の処理がなされて
いる、また、読出しゲート部乙上には、垂直方向に延び
る読出しゲート電極Ｔが配され、さらに、オーバーフロ
ー・コントロール・ゲート部ｇ上には、同じく垂直方向
に延びるオーバーフロー・コントロール・ゲート電極Ｏ
Ｇが配されている。そして、感光部／の部分を残して他
の各部の上には、遮光層／／が配されて遮光部が形成さ
れている。。

斯かるＣＣＤを用いたインターライン転送型固体撮像素
子の受光・垂直転送部３に於いては、所定のゲート信号
ψｔが読出しゲート電極Ｔに供給されて、読出しゲート
部乙に読出しゲート電圧が選択的に印加され、オーバー
フロー・コントロール・ゲー）ｉ＆には、オーバーフロ
ー・コントロール・ゲート電ＭＯＧを通じて所定のバイ
アス電圧が印加される。そして、例えば、コ相の駆動信
号ψｌ及びψ２が、夫々、垂直転送電極φｌ及びφ２に
供給され、これらの電極下の垂直転送部コに駆動信号ψ
ｌ及びψ２の電圧が印加される。これによシ各垂直列を
なす感光部／の信号電荷が、読出ゲート部乙を介して垂
直転送部λへ、例えば、フィールド周期で読み出され、
さらに、読み出された信号電荷の水平転送部グへの垂直
転送が、各水平ブランキング期間に相当する期間毎に行
われる、 ところで、上述の如くの受光・垂直転送部３を有する従
来のＣＣＤを用いたインターライン転送型固体撮像素子
による撮像が行われる場合、被写体からの光を受ける受
光部分は、遮光部が形成されていない感光部／だけであ
シ、受光開口率、即ち、受光・垂直転送部３の全体の面
積に対する受光のため開口している部分の面積の割合、
は極めて低い。このため、受光感度が低いものとなり、
特に、受光・垂直転送部３に対してシャッター機構が設
けられて、シャッター機構が開袂態とされる短時間にの
み受光が行われ、その短時間の受光により感光部／に得
られる信号電荷にもとずく撮像出力信号を得るようにさ
れる静止画撮像時には、充分なダイナミックレンジ及び
雑音対信号比を有した静止画撮像出力信号が得られない
という不都合がある。

斯かる点に鑑み本発明は、インターライン転送型の固体
撮像素子に対してシャッター機構が設けられた静止画撮
像出力信号を得ることができる構成を有し、固体撮像素
子の垂直転送部が撮像時に於ける実質的な感光部として
利用できるようにされることにより、実質的受光開口率
が向上されて受光感知が高められた、改善された固体撮
像装置を提供するものである。以下、本発明の実施例に
ついて説明する。

第３図は、本発明に係る固体撮像装置の一実施例に使用
される、インターライン転送型固体撮像素子の一例の受
光・垂直転送部の構成を示す。こ□ の固体撮像素子の例はＣＣＤを用いたインターライン転
送型固体撮像素子であって、全体の構成は第７図に示さ
れる如くである。第３図に示される受光・垂直転送部に
於いては、第２図に示される従来のＣＣＤを用いたイン
ターライン転送型固体撮像素子と同様に、感光部／、垂
直転送部コ、読出しゲート部乙、チャンネル・ストッパ
ー７、オーバーフロー・コントロール・ゲート部ｇ、オ
ーバーフロー・ドレイン９及Ｕチヤンネルのストッパー
７０が形成され、さらに、第２図に示されると同様に、
絶縁層を介して、蓄積部電極φ／Ｃ及びφ２ｃと転送部
電極φ／１及びφコｔとで夫々構成される垂直転送電極
φ／及びφ２、読出しゲート電極Ｔ及びオーバーフロー
・コントロール・ケ−）１１Ｅ極ＯＧが配されている１
、そして、第２図に示される受光・垂直転送部との相違
は遮光部にあり、この第３図の受光−垂直転送部では、
オーバーフロー・コントロール・ゲート部ｇ、オーバー
フロー・ドレインヲ及びチャンネル・ストッパー１０上
にのみ遮光層／／が配されて遮光部が形成されている。

従って、感光部／に加えて、垂直転送部コ、続出しゲー
ト部乙及びチャンネル・ストッパー７も遮光部に覆われ
ることなく受光開口部分とされている。

斯かる受光・垂直転送部を有したＣＣＤを用いたインタ
ーライン転送型固体撮像素子を、インターライン転送型
の固体撮像素子の一例として用いて構成される本発明に
係る固体撮像装置は、静止画撮像出力信号を得べく、そ
の撮像素子に対して設ケラれたシャッター機構を有すも
のとされ、このシャッター機構によシ受光・垂直転送部
への入射光が制限される−１′即ち、シャッター機構が
開状態とされるときのみ、受光・垂直転送部に光が入射
せしめられるのである。

そして、撮像時に於いては、第３図に示される受光・垂
直転送部に形成される各部のポテンシャル（界面電位）
が制御される。ここで、感光部／のポテンシャルをＰ８
、垂直転送部コのポテンシャルをＰ　ｒ　％読出しゲー
ト部乙のポテンシャルをＰｔ１オーバーフロー・コント
ロール・ケート部どのポテンシャルヲｐ。ｇｌ　オーバ
ーフロー・トＶインヲのポテンシャルをＰ。ｄ１チャン
ネル・ストッパー１０のポテンシャルをｐｅａとすると
、先ず、受光・垂直転送部に光を入射せしめ、感光部／
に入射光に応じた信号電荷の蓄積をさせる受光時には、
シャッター機構が開状態とされるとともに、各部のポテ
ンシャル関係が第ｑ図Ａに示される如くとされ、また、
感光部／に蓄積された信号電荷を読出しゲート部６を介
して垂直転送部コに読み出す電荷読出し時には、シャッ
ター機構が閉状態とされるとともに、各部のポテンシャ
ル関係が第ｑ図Ｂに示される如くとされ、さらに、垂直
転送部コヘ読み出された信号電荷を水平転送部ｑへ転送
する電荷転送時には、シャッター機構が閉状態に保たれ
るとともに、各部のポテンシャル関係が第ｑ図Ｃに示さ
れる如くとされる。なお、第ｑ図Ａ、Ｂ及びＣに於いて
、ポテンシャルＰは下方に向って正の値が大となる、即
ち、高くなる（深くなる）ように示されている。そして
、第ｑ図Ｂに於けるポテンシャルｐｒに関しての点線は
、各垂直列をなす感光部／の隣り合う２個の信号電荷が
夫々フィールド毎に別個に読み出されるフィールドリイ
ンターレース読出しがされる場合に於ける、あるフィー
ルドで読出しが行われない感光部／に対応する部分の垂
直転送部コのポテンシャルを示す。また、第９図Ｃに示
される電荷転送時に於いて、垂直転送部コのポテンシャ
ルＰｒは、供給される駆動信号に応じて、各垂直転送電
荷φｌ及びφ２下で変化するが、図示のポテンシャル＠
レベルは深い部分を示し、それに隣接する部分のポテン
シャル・レベルは図示のレベルより低く（浅く）なって
いる。

第ｑ図Ａ、Ｂ及びＣから明らかな如く、感光部／のポテ
ンシャルＰ８、オーバーフロー・コントロール会ケート
部ｇのポテンシャルＰ　Ｏｇ　ｓオーバーフロー・ドレ
イン９のポテンシャルｒｏｄ及びチャンネル・ストッパ
ー／θのポテンシャルＰ。８は、受光時、電荷読出し時
及び電荷転送時を通じて夫々一定に保たれ、Ｐｃ　ｓ　
＜　Ｐｏｇ　＜　Ｐ　ｓ　＜　Ｐｏｄとされる。そして
、感光部／に蓄積される電荷に過剰分が生じて、ポテン
シャルＰｏｇによる電位障壁を越えると、この過剰分が
オーバーフロー・ドレイン９に流入して排除される。

一方、垂直転送部コのポテンシャルＰｒ及び読出しゲー
ト部乙のポテンシャルＰｔは、垂直転送電極φｌ及びφ
２に供給される駆動信号ψｌ及びψ２の電圧、及び、読
出しゲート電極Ｔに供給されるゲート信号ψｔにもとす
く読出しゲート電圧に対応して変化せしめられる。先ず
、受光時には、第ｑ図Ａに示される如く、Ｐ　ｒ（Ｐ　
ｔ＜　Ｐ　Ｂとされる１、このとき、上述の如く感光部
／、垂直転送部２及び読出しゲート部乙は、上述の如く
、それらの上に遮光部が形成されていす、また、シャッ
ター機構が開状態とされることにょシ入射光を受け、入
射光に応じた電荷を発生する。これら感光部／、垂直転
送部λ及び読出しゲート部６で発生された電荷は、Ｐ　
ｒ　＜　Ｐ　ｔ　＜　Ｐ　ｓとされていることにより、
最も高いポテンシャルＰ８を有する感光部／に集められ
て蓄積され、信号電荷Ｑとされる１、なお、この場合、
Ｐ　ｒ　＝　Ｐ　ｔ　＜　Ｐ　ｓとなるようにされても
よい３、このようにして、感光部／で発生される電荷に
加えて、垂直転送部２及び読出しゲート部６で発生され
る電荷が信号電荷となり、特に、垂直転送部２は比較的
広い面積の感光部としての役割を果すことになるので、
入射光に対する信号電荷量が著しく増大せしめられる。

即ち、実質的受光開口率が向上されて受光感度が高めら
れることになる。次に、電荷読出し時には、第ｑ図Ｂに
示される如く、Ｐｓ＝ＰｔくＰｒとされるので、感光部
／に蓄積された信号電荷Ｑが、読出しゲート部６を介し
て垂直転送部−へと読み出される。なお、この場合、Ｐ
ｓ＜Ｐｔ＜Ｐｒとなるようにされてもよい。この時には
、シャッター機構が閉状態とされているので、入射光は
シャッター機構で遮断されておシ、感光部／、垂直転送
部λ及び読出しゲート部乙が受光することはない。

また、フィールド・インターンース読出し方式がとられ
て、電荷読出しがされない感光部／がある場合には、垂
直転送部コの電荷読出しがされない感光部／に対応する
部分のポテンシャルは、第ｑ図Ｂで点線で示す如＜、Ｐ
ｒ＜Ｐｔとされる。さらに、重荷転送時には、第ｑ図Ｃ
に示される如く、ｐｔ＜Ｐｓ　、Ｐｔ＜Ｐｒとされ、こ
のポテンシャルＰｒが駆動信号φｌ及びφコの垂直転送
パルス部分の電圧に応じて高レベルと低レベルとに変化
せしめられ、信号電荷Ｑの垂直転送部コから水平転送部
ｑへの、各水平ブランキング期間に相当する期間毎に於
ける転送、即ち、垂直転送が行われる１この時にも、シ
ャッター機構が閉状態とされており、感光部／、垂直転
送部コ及び読出しゲート部６が受光することはない。

以上のようにして、水平転送部グへ各水平ブランキング
期間に相当する期間毎に転送されてくる信号電荷Ｑは、
水平転送部ダにより各水平映像期間に相当する期間内に
出力部左へ転送され、信号出力端子Ｓａから、上述の受
光時の受光にもとすく静止画撮像出力信号がフィールド
単位で得られるのである。

なお、第３図に示される受光・垂直転送部の構成に於い
て、垂直転送電荷φｌ及びφコと読出しゲート電極Ｔと
の設置に関しては、先ず、読出しゲート電極Ｔが配され
、その上に絶縁層を介して垂直転送電標φ／及びφコが
互いに絶縁された状轢で配されるのが作成上都合よい。

また、垂直転送電極φｌ及びφコは垂直転送をコ相の駆
動信号によるλ相転送モードとするためのものとされて
いるが、これに替えて、３相もしくはグ相■駆動信号に
よる３相もしくはｑ相転送モードとするための垂直転送
電極が配されるようにされてもよい５゜さらに、平面的
に形成されたオーバーフロー・ドレイン９に替えて、他
の構成によるオーバーフロー・ドレインが形成されても
よい。

以上説明した如く、本発明に係る固体撮像装置に於いて
は、シャッター機構が開状態とされてインターライン転
送型の固体撮像素子の受光がなされる時、その正規の感
光部に加えて垂直転送部が実質的な感光部として動作す
るようにされるので、実質的受光開口率が大幅に向上さ
れて受光感度が著しく高いものとなる。従って、本発明
に係る固体撮像装置によれば、信号対雑音比に優れ、拡
大されたダイナミックレンジを有する静止画撮像出力信
号を得ることができ、また、シャッター機構の開状態時
間が極めて短くされる、高速シャッター動作を供う静止
画撮像も可能となる。さらに、固体撮像素子中に於ける
電荷の蓄積、転送に於いて、過剰電荷や不要電荷が必要
な信号電荷に混入することがほとんどないので、再生画
像上でブルーミング現象やスミア−現象を生ずる劣化が
著しく軽減された撮像出力信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターライン転送型固体撮像素子の概要を示
す構成図、第２図は従来のインターライン転送型固体撮
像素子の受光・垂直転送部を示す部分拡大図、第３図は
本発明の実施例に用いられるインターライン転送型固体
撮像素子の一例の受光・垂直転送部を示す部分拡大図、
第９図は本発明の実施例の動作説明に供される図である
。 図中、／は感光部、λは垂直転送部、３は受光・垂直転
送部、グは水平転送部、Ｓは出力部、乙は読出しゲート
部、ｇはオーバーフロー・コントロール・ゲート部、９
はオーバーフロー・ドレイン、／／は遮光層、φｌ及び
φ２は垂直転送電極、Ｔ（ｌ−１，Ｖｃ、出しゲート電
極である。 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光により電荷の発生及び蓄積をする感光部と、該感光
   部から電荷を読み出すための読出しゲート部と、上記感
   光部から読み出された電荷を転送する転送部とを有し、
   かつ、上記感光部及び転送部が遮光部で覆われることな
   く形成されたインターライン転送型固体撮像素子と、該
   撮像素子に対するンヤツター機構とが配され、上記感光
   部、読出しゲート部及び転送部のポテンンヤルヲ夫々Ｐ
   、ＩＰｔ及びＰｒとしたとき、受光時には上記シャッタ
   ー機構が開状態とされるとともにＰｒ≦Ｐｔ＜Ｐ、とさ
   れ、電荷読出し時には上記シャッター機＃ｉｔが閉状態
   とされるとともにＰ８≦Ｐｔ＜Ｐｒとされ、電荷転送時
   には上記シャッター機構が閉状態とされるとともにＰ　
   ｔ＜Ｐ　ｓ　、Ｐ　ｔ＜Ｐ　ｒとされて、上記転送部に
   より転送された電荷にもとずく撮像信号が得られるよう
   にされた固体撮像装置１．