JPS587985A - 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】 本発明は受光素子として光導電体膜を用いだ絵素を２次
元的に複数配列した固体撮像装置に関し特に受光部の余
剰信号電荷が撮像画面に悪影響を力えるのを敗り除くだ
めの新規なる構造を有する固体撮像装置を提供するもの
である。

近年、２次元固体撮像装置においては、ＴＶカメラの小
型化、低消費軍ツノ化の要請に伴ない、光学系が１　／
／　、　Ｖ／ｌ２％″占小型になる傾向が強い。

一方、光感度を増大させるために、光導電体膜を生導体
基板上に形成された走査回」路上に積層し１光導電体膜
を受光素子として用いる傾向にある。

そのため１受光素子として光導体膜を用い、イメージ部
の走査回路として電荷転送素子（例えばＣＣＤ）を用い
た固体撮像装置においては、固体撮像装置の小型化に伴
ない、受光バ１ｓｌ／）容置が走査回路の転送容量より
大きくなる現像が発生ずる。

このことにより以下の問題が発生し撮像画１ｍに悪影響
をもたらす。

１、受光部の信号量を全てフ［査回路に仇み込む場合に
おいて、強い光入射で受光Ｅ９１の化＋３肝が走査回路
の転送容量より大きくなった時、走査回路に抗み込丑れ
た受光部の音信は量は、走査り路であふれだす。そのた
め撮ｆＳ；両面でｔｒＬＨに白の伸びが発生するという
いわゆるブルーミング現象が生じる。

２、受光部の信号量を走査回路の転送容）ｉｔだけ３、
−６−・。

読み込む場合２強い光入射で受光部の信号量が走査回路
の転送容量よシ犬きくなった時、１回の読み込みで走査
回路の転送容量分しか読み込まないため、信号電荷の積
み残しが発生する。

このため撮像画面においては残像が発生する。

本発明はかかる従来の問題点に鑑み、受光素子として光
導電体膜を用いた絵素を２次元的に複数配列した固体撮
像装置の、受光部の余剰信号電荷が撮像画面に悪影響を
与えるのを取り除くだめの新規なる素子構造を提供せん
とするものである。

本発明の概略的な構成は以下の様である。

受光素子として光導電体膜を用いた固体撮像装置におい
て、受光部の信号蓄積用ダイオードに。

上記信号蓄積用ダイオードの電位をクリップする機能を
持つダイオードを新たに接続したものである。

本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図（ａ）。

（ｂ）に示し、それによる動作を第４図、第６図を用い
て説明する。

第１図は、受光素子として光導電体膜を有し。

垂直走査回路として２層ポリシリコン（ｐｏｌｙ　ｓｉ
）電極のＣＣＤ１用いたインターライン転送方式の２次
元の固体撮像装置を概略的に平面図で示したものである
。この固体撮像装置は、読み込み駆動用パルスと転送駆
動用パルスを混合した２相の垂直転送駆動パルスで駆動
するようにしている。

ここで、ａｌ　’　”２　”””　、ａｈ　　ｌ　ｔ　
ａＮは光導電体膜と、上記光導電体膜で発生した信号電
荷を蓄積する信号電荷蓄積ダイオードよりなる′受光素
子列ｂｂ　　　・・・・・・ｂＮ−１，ｂＮは、ＣＯＤ
よりなる１　９　２　ν 垂直走査回路で、上記受光素子列ａ　１．　ａ　２　、
・・・・・・”Ｎ−１ｐａＮより光信号電荷を読み込ん
で矢符骨１）Ｔの方向に垂直転送する。

Ｃは上記ＣＯＤよりなる垂直走査回路ｂ１．ｂ２゜・・
・・ｓ　ｂＮ−１＋ｂＮ　ｆ：駆動させるだめの２相の
垂直転送りロックパルスであり、それぞれの垂直転送り
ロックパルスφｖ１．φｖ２には転送駆動用パルスのほ
か、上記受光素子列ａ　１．　ａ　２　、・・・・”Ｎ
−１９ａＮから垂直走査回路ｂ１９　ｂ２　ｔ　””　
ｂＮ−１？　ｂＮへ光信号電荷を読み込むだめの読み込
み駆動用バ６　　ベー、゛ ルスも含んでいる。

ｄは、ＣＯＤよりなる水平走査回路で、上記垂直走査回
路ｂ１．ｂ２．・・・・ｂＮ−１，ｂＮより送られてき
た垂直の光信号電荷を矢符骨ＰＨの方向に水平転送し、
信号出力ｆとして外部回路に取り出す。

ｅは上記ＣＯＤよりなる水平走査回路ｄを駆動させるだ
めの水平転送りロックパルスである。ｑは上記受光素子
列ａ１．ａ２．・・・・ｔ”Ｎ−１ｔ’Ｎの上記信号電
荷蓄積用ダイオードの電位を任意の値にクリップするだ
めの電極である。

第２図は、第１図のイメージ部の構造を概略的に示した
平面図である。第３図（ａ）は、第２図のＨ−■線断面
を概略的に示したものであり、第３図（ｂ）は第２図の
ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を概略的に示したものである。こ
れらの図において説明を容易にするため共通の構成要素
のものは同一の番号にしである。

ここで、１は金属電極２を介して光導電体膜３と電気的
コンタクトを取り、上記光導電体膜３で発生する光信号
電荷を光積分期間、蓄積するための接合ダイオード部で
あり％生導体基板４に対し６１．６− 逆の導電形を有する拡散層で形成されている。

６は上記接合ダイオード部１に蓄積される信号電荷を転
送ライン側に読み込む、ディプレッション形のＭＯＳ）
ランジスタで形成した読み込みゲート部であり、６は埋
め込み型のＣＯＤで形成した垂直転送ラインを示す。そ
して、光導電体膜３と接合ダイオード部１とを電気的に
接合する上記金属電極２０面積が、その１ま１絵素の受
光面積となる。

６ａは、上記垂直転送ライン６の一部領域をなす信号電
荷蓄積用の蓄積領域であり、また６ｂは上記蓄積領域６
ａとともに上記垂直転送ライン６の一部領域をなし蓄積
領域６ａの信号電荷を転送する遷移領域である。

７と８は、上記垂直転送ライン６を形成するＣＯＤのポ
リシリコン転送電極であり、しかも上記接合ダイオード
部１から上記垂直転送ライン６へ信号電荷を読み込むＭ
ＯＳ）ランジスタで形成した読み込みゲート部６のゲー
ト電極を兼ねる。

９はフィールド酸化膜、１０はチャンネルストツパー、
１１は」二記ポリシリコン転送電極７，８および金属電
極２の間を絶縁分離するための酸化膜１２は上記光導電
体膜３にバイアス電荷を供給する透明電極膜、１３は上
記光導電体膜３と接している上記金属電極２が上記半導
体基板４上に形成された上記接合ダイオード部１と電気
的コンタクトを取る部分を示し、１４はゲート酸化膜で
ある。

１６は上記接合ダイオード部１内に設けられた接合ダイ
オード部１と反対の導電形を有する拡散層で、上記金属
電極２とは電気的に絶縁されている。１６は、上記拡散
層１６に電気的に接続しているポリシリコン電極で、上
記金属電極２とは、上記絶縁酸化膜１１を介して電気的
に絶縁されている。

第２図に示す様に、上記拡散層１６は上記ポリシリコン
電極１６を介して任意の電圧を加えられる。それにより
、上記接合ダイオード部１は任意の電位にクリップされ
る。１７は、上記ポリシリコン電極１６が、上記拡散層
１６と電気的コンタクトを取る部分を示す。

次に、第４図、第６図を用いて本発明の固体撮像装置の
動作を説明する。

第４図は、本発明の固体撮像装置を駆動する垂直走査用
駆動パルスと上記ポリシリコン電′＋／ｉ、１６に印加
するクリップ電圧の一例である。

第４図（−）においてφＶＩＲは読み込みパルス。

φＶＩＴは転送パルス、Ｒは上記読み込みパルスφＶＩ
Ｒの振幅、Ｔは上記読み込みパルスφＶＩＴの振幅を示
し、Ｔｆは１フレ一ム期間（’　３３　ｍ５ｅｃ）。

ＴＶは１フイ一ルド期間（１６、５ｍ５ｅｃ　）を示す
。

第４図（ｂ）において、φＶ２Ｒは読み込みパルス。

φＶ２Ｔは転送パルス、Ｒは上記読み込みパルスφＶ２
Ｈの振幅、Ｔは上記転送パルスφＶ２Ｔの振幅を示し、
ＴＢ　は垂直プランギング期間を示す。

ここで、垂直走査回路の駆動パルスφＶ１１φｖ２にお
いては、各々のパルス系において１フレーム（’　３３
　ｍ５ｅｃ　）毎に読み込みパルスが立ち、かつφ■１
とφｖ２間では１フイールド（１６、６ｍ５ｅｃ）毎に
交互に立っている。（インターレース走査）。

捷た。φ■１とφｖ２の転送パルスは位相が反転して９
、、。

いる（２相駆動である）。

第４図（Ｃ）において、φＣＬは、上記ポリシリコン電
極１６に印加するクリップ電位を示したものでここでは
、ＣＬという一定電位である。

また第４図において、ｔ１〜ｔ６は任意の時刻での位相
を示したものである。

第６図（ｂ）　ｔ　（ｃ）　、　（ｄ）は、第４図の駆
動パルス系を用いたときの、本発明の固体撮像装置の読
み込み時と光積分時の単位絵素部（第６図（ａ））のポ
テンシャル状態を示したものである。ここで、ＤｃＬは
、上記接合ダイオード部１と上記拡散層１７とで形成さ
れるクリップダイオードを等価回路で示したもので、φ
ＣＬは」二記クリップダイオードＤｃＬに印加されるク
リップ電圧である。Ｃ，Ｒは、上記光導電体膜３を等価
回路で示したもので、φＢはこの光導電体膜３に、上記
透明電極１２を介して印加されるバイアス電位である。

φｖ１は、垂直走査駆動パルスで、第６図（ｂ）　、　
（Ｃ）　、　（ｄ）においてはφｖ、ハルスが印加され
る時のポテンシャル状態ヲ示して、本発明の固体撮像装
置の動作を説明する。

１゜ また、φ○ＦＦはφｖ１−ｏｖの時の上記読み込みゲー
ト部６の電位、ψＴはφｖ１−φＶＩＴ？すなわち転送
パルスが印加された時の電位、同様にしてψＲはφｖ１
−φＶ１Ｒ＋すなわち読み込みパルスが印加された時の
電位である。ψＣＬはクリップ電位φＣＬが印加された
時の上記蓄積ダイオード１のクリップ電位である。丑だ
、Ｑｓは信号電荷で、Ｑｓ／は余剰信号電荷である。こ
こで ＱＳ−Ｃ○°（ψＲ−ψＣＬ）”””　　　　１（なお
ＣＯは蓄積ダイオード１と電気的に接続している全容量
である。） の関係が成り立つ。

次に、クリップダイオードＤｃＬによって余剰信号電荷
Ｑｓ′が掃き出される様子を第６図（ｂ）　、　（ｃ）
　。

（ｄ）’を用いて順を追って説明する。

第６図（１））に示す様にｊ＝ｉ１〜ｔ２の時、すなわ
ち光積分期間の時、蓄積ダイオード１の電位は。

読み込みパルスφＶ１ＲのリセットレベルψＲから信号
光の強度に応じて上列してくる。しかし、この時蓄積ダ
イオード１のクリップ電位ψＣＬｆ：受光部の信号電荷
量Ｑｓか、転送ラインのＣＯＤの転送容量ＱＳＨＣと同
じになる様に設定しておけば。

例え強い光が入射してもＣ’ｓ−”ｏｓｎｃ以上の余剰
の信号電荷Ｑｓ′は全て、クリップダイオード側、すな
わちψＣＬ　側に掃き出されてし捷う。

捷だ、蓄積ダイオード１のクリップ電ψＣＬを、ψＴ　
より大きく、すなわち。

ψＴ〈ψＣＬ　　　　　”””　　　　　　２と設定し
ておけば、光積分期間にどんなに強い光が入射しても、
信号電荷がψＴ１越えて転ラインにあふれ出すことはな
い。

次に第６図（Ｃ）に示す様に、１＝１３〜ｔ４のとき読
み込みパルスφＶ１Ｒが印加されて、信号電荷Ｑｓが、
転送ライン側に読み込１れる。

そして第６図（ｄ）に示す様に１＝１６以降、受光部は
再び光積分期間に入り、一方転送ライン側では、先程の
読み込丑れた信号電荷が転送パルスの印加により垂直転
送され、水平走査回路を経て外部回路に信号として取り
出される。

クリソゲダイオードを設け、受光部の全信号電荷量Ｑｓ
が転送ラインの転送容ＶＨＱ　３１（Ｃと等しくなる様
にクリップ電位′ｆｆ：設定することにより、転送容量
以上の余剰信号電荷をクリップダイオード倶１に掃き出
すことができる。−また１光積分時の蓄積ダイオードの
クリップ電位を転送パルスが印加された時の読み込みゲ
ートの電位より高く設定しておくことにより、たとえど
んなに強い光が入射しても、転送途中で光信号が転送ラ
イン１１＋１１に信号電荷があふれ出すのを防ぐことか
できる。

このため、どんなに強い入射光下においても、撮像画面
の残像とブルーミングを失ぐすることが可能である。

さらに、光導電膜に、−ＬＨ己クりノフ”ダイオードと
独立にバイアス電圧が印加できるので、残像とブルーミ
ングをおさえた上で、かつ光導電膜のニーポイントや而
・］ＥＦ、を考慮した最適の光導電体膜へのバイアス設
定が可能となる。

ここでは、混合パルス駆動の例について述べたが、同様
の効果は、読み込みと転送を各々独立のケート電極、駆
動パルスで行なう方式においても１３８ニー、−１ 期待できる。

又、走査回路として、ＭＯ３Ｉ−ランジスタを用いた方
式や、ＢＢＤｉ用いた方式においても同様の効果が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の一実施例における固体撮像装置の模式的
な平面図、第２図は第１図の固体撮像装置の要部拡大図
、第３図（ａ）ｆｊ：　Ｍ　２図のｆｆ−ｆｆ線断面図
、第３図（ｂ）は第２図のＩｆｆ　−Ｉｌｌ線断面図、
第４図（’）　、（ｂ）　、　（ｃ）は同固体撮像装置
を駆動する垂直走査用駆動パルスとクリップ電圧を示す
図、第６図（ａ”ｌは同固体撮像装置の単位絵素部を等
価回路的に示した図、第６図（ｂ）　、　（Ｃ）　、　
（ｄＪは同固体撮像装置の動作的における同単位絵素部
のポテンシャルを示す図である。 １・・・・・・第１のダイオード部、１６・・・・・・
第２のダイオード部を形成する拡散層、１６・・・・・
・ボ、リシリコン電極、１７・・・・・・コンタクト部
。 代理人の氏名　ｔＰ理士　中　尾　敏　男　ほか１名第
１図 ψｌ／ｌ　ＱＶＩ’ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光信号を電気信号に変換する光導電体膜と、上記光導電
   体膜で発生する光信号電荷を蓄積する第１のダイオード
   と、上記第１のダイオードに逆直列に接続されかつ所定
   の電圧にバイアスされた第２のダイオードとを有し、上
   記第１のダイオードに上記光導電体膜の集電電極と、上
   記第２のダイオードとが同時に接続され、かつ上記光導
   電体膜と上記第２のダイオードに独立に所定のバイアス
   電圧が印加されることを特徴とする固体撮像装置。