JPS5831670A - 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】 この発明は、固体撮像装置の改良に関するものであシ、
より、詳細に言うならば固体撮像装置に発生するプルー
ミング現像が抑制された固体撮像装置に関するものであ
為。

家庭ＶＴＲ’Ｊｌｌｌカメラあるいは、工業用カメラと
して固体撮像装置が注目されているが１、なかでも光導
電膜を受光部とし、Ｓｉ走査デバイスで信号処理を行な
う光導電膜積層型固体撮像装置は、高感度でスメアリン
グが少ないことから、特に小型カメラ用として最適であ
ると言われている。

Ｓｉ走査デバイスとしては、ＭＯＳスイッチング素子を
マトリクス状に配置し、ＰＮ接合で形成したダイオード
部よシシフトレジスターで信号読み出しを行なうＭＯＳ
型、及びＰＮ接合で形成したダイオード部からＭＯ８型
ＦＥＴで電荷転送素子（ＣＣＤあ□るいはＢＢＤ　）へ
信号を読み込んだ後、出力段へ転送する電荷転送型が主
流となってきている。

上記走査デバイスと光導電膜の組み合わせにお′いて、
特に電荷転送型を選ぶ場合、光導電膜で生成する信号電
荷量に比し、電荷転送段の最大取扱い電荷量の方が小さ
いのが普通である。従って、信号電荷の処理には十分注
意されなくてはならないのに、この点に関する究明が十
分ではなく、そのためブルーミング現象を抑制しきれな
いというのが現状である。

この発明の目的は、上述のような電荷量のアン・９ラン
スに起因するプルーミング現象を十分に抑制することの
できる固体撮像装置を提供することである。

次に、本発明に係る固体撮像装置を図面に基づいて説明
する。第１図は、走査デバイスとして埋・め込みチャン
ネルＣＯＤを用い、ダイオード部から電荷転送段への信
号読み込みを、埋め込みチャンネルＭＯ８型ＦＥＴで行
なうように構成さ・れた光導電膜積層型固体撮僚装置の
構造を示す平面図であって、第２図に示されたような駆
動パルスによって作動される。この固体撮像装置におけ
る１セルは、第３図に示されるような断面構造を有して
いる。

このように構成された固体撮像ｉ置は、垂直帰線消去期
間中、時間シｌにおいて第３図に示す透明電極２０にパ
ルスが印加されると、光導電膜１９の容量結合を介して
第１電極１６の電位が下るが、この第１電極゛１６は、
ダイオード１１と電気的に接続されているので、ダイオ
ード電位と第１電極の電位（以下、ノード電位と言う）
とが等しくなる。その後、時間ｔ２においてリード／母
ルスが印加されると、ダイオード１１および光導電膜１
９に蓄積されていた信号電荷が、電荷転送のれ一ウェル
１２に移動すると共に、ダイオード１１および光導電膜
１９は、成る初期設定電位（以下、リセット電位と言う
）にまで充電され、その後１フレーム期間（３３，３ｍ
ｓ　）、光信号を蓄積した後、゛再びリセットされる。

転゛送段に移動した電荷は、１５、７５　ｋＨｚの周波
数で出力段へ転送される。この電荷転送段には、第１図
に示すように、電位阻止領域３０−１〜３０−４と蓄積
領域３１−１〜３１−４が設けてあシニ相駆動を可能と
している。

以上がフィールドＡの信号読み込み動作である。

フィールドＢにおいては、１フイールド（１６，６７ｍ
５　）後、フィールドＡ同様にリセットされる。

第３図は、固体撮像装置における１セルの構造を示す断
面図であって、Ｐ型半導体基板１０に訂領域を形成して
ダイオード１１とする。１２は、ＢＣＣＤのためのｎ−
ウェルであり、ＭＯ８型ＦＥＴのチャネル１３と同時に
形成した後に、このチャネル部とｎ−ウェルの隣接絵素
間に、はう素をイオン注入し、ポテンシャル障壁を形成
する。１４．１５はそれぞれ上記ＭＯ８ｆｉ　ＦＥＴの
ｙ−トおよびｒ−ト酸化膜である。１６は、Ｚｎ５ｅか
らなる正孔阻止層１７の電極であり、ダイオード１１の
一部を除いて信号走査回路とは、りん硅酸ガラスの絶縁
体層１８で絶縁されている。１１９はｓ　（ＺｎｘＣｄ
　１−ｘＴｏ）１−ｙ　。

（Ｉｎ２Ｔｅ３）アからなる光導電膜であシ、その上に
透明電極２０を形成し、透明電極２０側・よシ入射光２
１が照射される。

次ド、このように構成された固体撮像装置の動作を第２
図に基づいて説明する。第２図における、リードおよび
転送ノ！ルスと透明電極パルスの印加時における各時間
■〜■のシード電位Ｖは、イ）時間■では、 ｖＸ＝　ｖ、−β（ｖｎｔ　−ｖＩＬ　）　　　　　　
（１）口）時間■では、 ■＝γｖｃＨ＋■ＰＭ（２） ハ）時間■では、 ■！巨ｒｖｃＨ十ｖＰＭ±β（ＶＩＨ−Ｖ、Ｌ　）　　
（３）二）時間■では、 ■ｘ＝ｒｖｃＨ＋ｖＰＭ十β（ｖｌ、−ｖ、Ｌ）　　、
　　（４）となる。ここで ｖｓ：光入射により変化した信号電位 γ　：デート電圧印加によるＭＯ８型ＦＥＴチャネル部
の電位変化の割合 Ｃｔ：光導電膜容量ＣＮ、ダイオード容量Ｃ８の和β　
：ＣＮ／Ｃｔ ＶＰＭ：　ＭＯ８型ＦＥＴ　Ｏピンチオフ電圧　　　　
゛である。

また、暗状態、飽和照度以下の光入射および飽和照度以
上の光入射のある時のノード電位の変化はそれぞれ第２
図（ｃ）、　（ａ）、（ｅ）のようになる。

上記動作の場合に、垂直電荷転送段に読み込まれる信号
電荷量Ｑ、は、 Ｑ、＝Ｃ１（γｖｃＨ＋ｖＰＭ−ｖｌｌ十β（ＶＩＨ−
Ｖｌｂ）’）　　　（５）であるが、■、は、入射した
フォトン数を５、量子効率をηとすると Ｑ　＝ηｎ（７） ｓ　　　　　　ｐ となシ、入射光強度に応じた信号が出力されることとな
る。

理想的には、（７）式で示される信号電荷量は、あらゆ
る照度のもとで、電荷転送の最大取扱い電荷量よシ小さ
いことが望ましいが、転送効率の良いＢＣＣＤを用いた
り、ｒノ々イスの縮少化をはかった場合、電荷転送段の
最大取扱い電荷量は、信号電荷より小さくなることが多
い。この場合、電荷転送段最大取狙い電荷量を越える余
分な電荷はＭＯ８型ＦＥＴがＯＦＦの時のチャネル電位
ｖＰＭによりしきられ、ノート電位ｖｘ＃′ｉｖ８＜ｒ
ｖｃＩｉ＋ｖＰＭ　　となる。

て示すもので、第１図におけるｘ　−ｘ’−ｙの断面に
ついて考えたものである。以上のような状況のもとで、
第４図（ｃ）のように、電荷転送段の障壁電位がｖＰＭ
よりも高いと、信号を読み告んだ絵素の両隣シに電荷Ｑ
ｅｘがあふれることとなる。すなわち、電荷転送段の障
壁ポテンシャルＶ、ｂ、にょル最火取扱い電荷量は制限
されるとともに、ＱＩＩＸ分は、不完全転送となるため
、ス・／、）光照射の場合、スポットの下に尾引き、す
なわちプルーミングが生ずる。このスポットの拡がシは
、転送段取扱い電荷量をＱｍａｘとするとスポットの（
１＋Ｑｓｘ／Ｑｍａｘ　）倍となる。従って、上記のプ
ルーミング現象を抑制するためには、 ｖｐｂ＜ｖＰｉ の条件を満たさなければいけない。

一方、第３図（ｅ）から明らかなように、飽和照度以上
の光入射の場合、ノード電位は、蓄積期間ではｖＩＢに
保持され、光導電膜には・々イアスが印加されないが、
垂直帰線消去期間において、透明電極電位が■１ＬＫ々
ると、光導電膜は逆・ぐイアスされ、光感度を有するこ
ととなる。垂直帰線消去期間は約６００μ３であるから
、飽和照度の　−ノード電位はｖ、Ｌまで下がることが
可能となる。

このとき、ｖＰＭ＞ｖ、Ｌであれば、第４図（ａ）に示
すようにＭＯＳ　Ｗ　ＦＥＴのＯＦＦ時においてもノー
ド電位は、チャネルの障壁よシ高く、電荷転送段へ光導
電膜で生成したキャリアが注入され、電荷転送゛段チオ
ーバーフローしてプルーミング現象となる。

従って、垂直帰線消去期間中の透明電板のローレベル電
圧ｖ、Ｌは、ｖＰＭ＜ｖ、Ｌを満たさなくてはならない
。

こめように構成された本発明の固体撮像装置では、第５
図および第６図に示されたように顕著な効果がある。す
なわち、第５図は、Ｙｐ　ｂ　（ｖｐ　ｗとしたときの
ゾルーミング量をプロットしたもので、スポットの縦の
長さり、に対するプルーミングによるスポットの拡がり
で表わしている。第６図は、■、〈ｖ、Ｌとしたときの
ツルーミング量であり、縦軸は、第５図と同じである。

これらめ図かち明らかなように、電荷転送段のオーバー
フローによるプルーミング現象は激減していることがわ
かる。

飽和照度の倍率の高いところで少し増加しているのは保
護ガラスの乱反射によるもので、これでも通常の撮像管
の半分以下の値である。

この実施例においては、電荷転送段として、はう素をイ
オン注入した擬似２相ＢＣＣＤで信号読み込みと電荷転
送を同一の電極で行なう場合について説明したが、本発
明は上記構成に限られるものではなく、３相および４相
駆動であってもかまわないし、信号読み込みと電荷転送
が別々の電極であってもよい。また電荷転送素子として
ＢＢＤを用いても、全くさしつかえ々い。さらに、信号
読み込み用ＭＯＳ型ＦＥＴはディシリ−ジョン型で記し
たが、これとてエンハンス、メント型でも全く同様の作
用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｓｉ走査デ／？イスがＣＣＤである光導電膜
積層型固体撮像装置の平面図、第２図は、第１図の固体
撮像装置の駆動ノクルス波形とノード電位の変化を示す
図、第３図は、第１図の固体撮像装置の一セル分の断面
図、第４図は、ポテンシャル図によるゾルーミング現象
の説明のだめの図、第５図、第６図は、本発明のプルー
ミング抑制効果を示す図である。 １０・・・Ｐ型半導体基板、１１・・・ダイオード、１
２・・・ｎ−ウェル、１３・・・ＭＯ８型ＦＥＴのチャ
ネル、１４・・・ＭＯ８型ＦＥＴのｆ−）、１５・・・
ダート酸化膜、】６・・・電極、１７・・・正孔阻止層
、１８・・・絶縁体層、１９・・・光導電膜、２０・・
・透明電極、２１・・・入射光、３０−１〜３０−４・
・・電位阻止領域、３１−１〜３１−４・・・蓄積領域
。 第１図 第３図 第４図 ｏｙ−−−−−−−−−−−−−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　信号走査回路とダイオードとを形成した半導
   体基板と、上゛記ダイオードと電気的に接続するように
   上記半導体基板上に形成した光導電膜と、上記光導電膜
   上に形成した透明電極とからなる固体撮像装置において
   、上記信号走査回路の一部で上記ダイオードから信号電
   荷を読み出すためのＭＯ８型ＦＥＴのＯＦＦ時のチャネ
   ル電位ｖＰＭ　　および上記透明電極電位ｖ１が、少な
   くとも上記ダイオードと光導電体のリセット期間以外は
   、 ｖ、Ｍ＜　ｖ。 の関係を満たすように制御されていることを特徴とする
   固体撮像装置。
2. （２）前記信号走査回路の一部が、電荷転送素子で形成
   されていると共に、その障壁電位Ｖ、ｂが、ｖｐｂ＜ｖ
   ＰＭ の関係を満すように制御されていることを特徴とする特
   許請求の範囲の第（１）項に１記載された固体撮像装置
   。