JPS5966277A - 固体イメ−ジセンサ - 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】 〔発明の技術分野〕　　　　□ 本元明は固体イメージセンサ、特に電荷転送形のエリア
イメージセンサに関するものである。

〔発明の技術的背景〕

ｊ近では？？、　４＋！：め光学カメラに代わるものと
しセ寛子カメ−ラの開発研煕が活発化している。。□、
電±力、。

メラトは、光学カメラのフィルム面に相当する部分に１
６１体４メ□−ジセレサを！！］５置し、この固体イメ
ージセンサにより漢学信号を電気信号に変換し、その電
気信号′を磁気記憶媒体に記録するカメラのことである
。丙己録された情報はハードコピーにより従来の光年、
カメラのような写真とすることもで　□きるし、ＣＲＴ
ディスプレイ装・置等に表示する等、ソフトコピーに供
すること□も、可゛能である。

上記′電子カメラにＪｉい□られ右同体イメージ着ンサ
としてはフレーム転送方式の電荷転送形エリア・旬−ジ
ャ７．、−・が−一丈的キ鼠□る□。。。で、７ウ一ム
転送方式の亙償１転送形エリアイメージセンサの一例を
第１図に示す。

第１（−χ１において、このイメージセンサは４相駆動
形であり、大別すると感光部Ａ％蓄槓部Ｂ、出力レジス
タ部（図示せず）より成る。Ｐ形半纏体基板１上には絶
縁膜２を介して複数の透明電極（転送ｉｉ、ＰＬ）３ａ
〜３ｄ　、４ａ　〜４ｄ、５ａ　〜５ａ、’ｅ’ａ〜６
ｄが近接して配列されており、これらのう誂３ａ〜３ｄ
と４ａ〜４ｄの領域が感光部へを形成し、５ａ〜５ｄと
６ａ〜６ｄの仇】域が蓄’、’、：、部′Ｂを形成す机
“感光部Ａ、においては各−］電極３ａ〜３ｄ、４ａ〜
４ｄ全通して光を受け、４つの電極下のＰ形基板１０表
面が１つの感光画素となる。＃稜部Ｂにはこの感光画累
数と等数の素子が形成される。したがって透明電極は両
部にか・いて同じ数でめり、各部に、Ｂの面積も同：じ
である。なお、符号７は光′ｆ−賠腺である。

次に動作を説明子る＝光信号が照射されている感光期間
では例え一端子８゛、９に高しベ・・電圧ｖＨ金印タロ
し、端子１０　ｔ、　１１に低しベ酌註圧ｖ−Ｌを印加
する。すると、透明電極３ａ、３ｂおよび４ａ。

４０下のＰ形半導体基板ｌ甲に電位の井戸が形成され、
この電位の井戸内に光信号によって発生した信号″電荷
が蓄積される。次いで、光信号がしゃ断されたとき、端
子８〜１１　、１２〜１５にそれぞれ４相のクロツクパ
ルスを印加し、感光部Ａから蓄積信号電荷を蓄積部Ｂへ
転送する。蓄積部Ｂに転送された信号電荷はやがて図示
しない出力レジスタ部により一走査線毎に並列／直列変
換され直列信号と・し・て読出される。

〔背景技術の問題点〕

上述したように、従来のエリアイメージセンサでは感光
部Ａと同じ面積の蓄積部Ｂが必要となる。

そのため、チップサイズが大遣くなり、かかるイメージ
センサを用いる装置の小型化、が制御フされ、また価格
も高くなる。

また、従来のエリアイメージセンサでは４つの転ｉａ’
ｋｍ（３ａ、３ｂ、３ａ、８ａ等）で一画素分となるた
め画素＆Ｊｌ多くすることができず、したがって篩力・
Ｉ′像度を期待し得ない。それ故高解像度が發求される
電子カメラに適さない。

〔旬明の目的〕

本発明は、小さなチップサイズで、しかも高解像度が得
られる固体エリアイメージセンサを提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明の固体エリアイメー
ジセンサは、 半導体基板上に絶縁膜を介して複数の転送電極が形成さ
れており、 光照射期間に、前記転送電極の奇数番もしくは偶数番の
うちいずれか一方の各電極下の転堡チャネルに深・い電
位の井戸を形成し、かつ、四方の電極下の転送チャネル
に電位障壁を形成し【信号′電荷を前記電位の井戸に蓄
積部せる′重圧を印加し、かつ、 光しゃ断状簡における信号読出し期間に、前記信号読出
し手段に近い前記転送電極から逮い奄修に向かってｌ１
ｌｉｊ次電荷転送りロック金印加する、印加′電圧制御
手段を設けた点に特徴を自する。

〔発明の・効果〕　　　　　　□ 上記構成を有する本発明によれば、複数の転送電極のう
ち奇数番もしくは偶数番のうちのいずれか一方の各電極
下の転送チャネルに形成される電位の井戸に入射光に応
答して発生した信号電荷を蓄積し、この蓄積された信号
電荷を順次信号読出し手段に近い転送％Ｌ極から読出し
するので従来のような蓄積部を設ける必要が□ない。し
たがって、チップ占有面積を従来の約Ｖ２とすることが
でき、その結果応用機器の小型化、イメージセンサ自体
ならびに・応用機器の価格を低くすることができる。

また、本発明の構成によれに１．２つの、転送１極で１
つの画素となるため、従来の固体エリアイメージセンサ
と比較して２倍の解隊度ヲ得ることができる。

かくして、本発明によれば小さなチップサイズで高解度
の固体エリアイメージセンサを得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による固体エリアイメージセンサの実施例
を図面を参照して説明する。本実施例では電子カメラに
応用した場合を例にとって以下説明する。

第２図に電子カメラの概要構成を示す。１００は蓋１子
カメラの外側容器を示しており、その前面部には光学レ
ンズ１１０が設：けられている。光学レンス１１０の光
呻上にお□いて外側容器０１０内にはシャッタ１３０、
その背後に本発明に係る固体エリアイメージセンサ１２
０が配置配されている。この固体エリアイメージセンサ
１２０は駆動回路１４０により後述する各槙タイミング
に基づいて駆動され、所定のタイミングでシャッタｉａ
ｏ’ｌ開閉することにより、入射光に応答して電荷信号
を発生し、蓄積する。その電荷信号は順次読出されて信
号処理回路１５０により信号処理され、記憶媒体１６０
（例えば磁気ディス、り、磁気テープ、磁気カード等）
に記憶される。この記憶媒体１６０に格納された情報を
利用してこの゛電子カメラの使用者はノヘードコピーを
作・成したり適当なディノブ１．／イ装置によりソフト
コピーをしたりして画ｇｅｔ再生することができる。

次に、第３図に固体エリアイメージセンサ１２０の概要
構成を示す。第３図において、Ｐ形半導体基板（以下、
基板）２０上には感光部２１．　　Ｏ，Ｏ，Ｄ形の水平
電荷転送形シフトレジスタ（以下、水平レジスタ）２２
、出力部２３、出力端子２４が設けられている。この固
体エリアイメージセンサ１２０’ｉさらに詳細に示すた
め、第３図の２５の部分（破線部分）の拡大図を第４し
１に示し、さらに、第４図におけるＡ−Ａ’断面を第５
図に示し、Ｂ−Ｂ’断面を第６図に示す。・ 第４図〜第６図をｈ照して、基板２００表面にはＰ＋領
域２９が設けられ、感光部２１に相当する部分のＰ十領
域２９ａは後述する転送チャネル３０ａ〜３００を形成
するために水平方向Ｈに所足の間隔を置いて設けられて
いる（第６図）。この基板２０上にｔま絶縁膜３２を介
してＰ十領、域２９ａと直交する。形で複数の透明転送
′１極２７ａ〜２７　ｋが垂直方向Ｖに配列され、感光
部２ｊが形成されている。また、同じく絶縁膜３２を介
して清明転送電極２７　ａ〜２７にの配列方向Ｖの一端
ｉ１１！ｌ　（透明転送電極２７にの右隣り）には水平
方向Ｈに複数の転送を極２８ａ〜２８１が配列され、こ
れによって水平、レジスタ２２が形成されている。各転
送電極２８ａ〜２８１および透明転送電極２７には光遮
、飴膜３３により光シールドされている（第５図）。さ
らに各転送電極２８ つお弘の組み合せで端子３５ａ〜３Ｆｉ（ｌに接続され
ている（第４シ。一方、各透明転送ｉｔ極２７ａ〜２７
には電子スイッチ３４ａ〜３４．に、’に介して端子、
（６ａ〜３６（Ｌ又は３７，３８に選択的切替可能に接
続されている。

次に動作を説明する（第３図〜第６図参照）。

＜Ａ＞、　　ｆ、ず、電子カメラとしてシャッタｔ　３
０７５１ｄじている状轢につい、て考える。この状輻で
は、シャッタ、１３０を開く前の準備段１偕として、感
、元部２１における。各透−転込鴇、極２７ａ〜２７に
および水平レジスタ２２に、おける転送％　４１％　２
８　ａ〜２８１の下（つまり、対、応する基板２０の表
面）の信号′−竹や雑音１１、摺■（暗電流や一４動回
路起動時に発生する電荷）のｉｔ↑ｆ出し動作が行われ
る。具体的には、亀子スイツ、チ３４ａ〜３４にの接続
を右側（第５図１．点緋４Ｊ＋１１　）とし、端子３６
ａ〜３６．ａおよｑ３５ａ　〜３５ｄに、それぞれ４相
クロツクパルヌを印加して行う。この掃出し動作終了後
、電子スイッチ３４　ａ〜３４　ｋ　’ｉすべて左側（
実線側）に接続する。・そして、端子３７に基板２０と
同じアースを位ｖＴ、ｌヲ、与え、かつ端子３８には正
の・電圧ｖＨを印加する。その結果、奇数番もしくは偶
数・番のうち、いずれが一方の透明電極でｂる正の電圧
Ｖ　Ｈが印加ささた透明転送ｉｉ極、例えば２７　ｔｌ
　、２７ｄ　、２７ｆ　。

２７ｈ、２７ｊ下の転送チャネル３０　ａ、　３０　ｂ
　、　３０・ａ（ｆｃ％位の井戸が形成される。一方、
その間の透明転送電＄！！、２７　ａ：、ｌ　ｊ’　２
７　Ｃ１’＋’　２７　ｅ　、　２７　ｇ　、　２７ｋ
には電位障壁が・形成される。

＜Ｂ＞　　次に、電子カメラのシャッタ）３０が開かれ
ると、光信号が入射されて感光部２１に結像する。この
光信号は透明転送′に極２７　ａ〜２７ｋを通過し・て
基板２００表面に迷し、市、子−正孔対全発生させる。

発生した電、子であ□る信号電荷は転送チャネル３０　
ａ　、　３（Ｉ　Ｏ、：ｉ（ｌ　ｃに形成された電位の
井戸に蓄積される。所定の感光時間後シャッタ１３０が
１：！ｊじられ、電位の井ＰＫは入射された光強厩に対
した信号・電荷が蓄積されることとなる。

＜ｃ’＞　　次に、このようにして蓄積され・た信号電
荷の読出しル］間となる。、まず、・・水平レジスタ２
２に最も近いライ、ン（以下、第１ライン）に対応する
電子スイッチ３４ｊ、３４に’ｉ右側（破線）に・接続
し、端子３６　ａ　、　３６Ｄ　＋　３６　（！　、３
６　（１に垂直転送用４相りａツクパルヌ’Ｉｔｂ期分
印加し、透明転送電極２７ｊ下の転送チャネル３０ａ〜
３０　Ｑに蓄積されていた１６号１．荷を水平レジシタ
２２に転送する。このとき、端子３５　ａ　ｉＣは正の
電圧■。が印加されており、少なくとも端子３５０〜３
５（１のいずれか一つはアース電位ｖＬとなっている。

次に、端子３６ａ、３６ｂがアース電位ＶＬ　、端子３
６ｃ、３６ｄが正電位ＶＨの状態（これを保持動作と称
する。）において、端子３５ａ〜３５ｄに水平転送用４
相クロツクパルスを印加することにより一走査線分の信
号電荷を読出す。

次に、第２ライン（透明電極２７ｈ、２７１）の信号′
軽荷を読み出す。そのために、まず、電子スイッチ３４
ｈ、３４１を右１１１１に接続し、１８０°分の垂直転
送りロツクバルヌを端子３６ａ〜３６ｄに印加し、透明
転送電ｍ２７　ｈ下に蓄積さｈプいた信号電荷は正電位
Ｖ□　が印加され□ている透明転送電極′２７ｊ、２７
ｋに転送される。次いで、電子スイッ′Ｌｆ′３４ｆ、
３４ｇを右側へ接続したのち１８００分の垂直転送用ク
ロックパルヌ金印力ｉする＝この：印加に□よυ第２ラ
インの信号電荷は水牟レジ）り□２２に転送されるとと
もに、次の第３ライレ（２７ｆ、２７ｇ）の信号電イｄ
ｔが透明転送電極２７□１１，２７１下に蓄積され、抛
４’ｈよ′Ｕ第ｉライゾ（シ゛九、　２’７　ｃｌ　）
の信号は透明転送電極””２７”　ｂ’　、　２７　’
ｃｔにそれぞれぜｔ積されプいる。次に、垂゛直転送用
クロックパルスを保持動作させ、水平転送用クロツクバ
ルヌを・端子３５ａ〜３１ｄに印加して第２ラインの信
号電荷を読出す。以下、同様な手順により第３ライン以
降の信号を順次読出す。

以上の電子スイッチ３４ａ′〜３４に’　Ｋ対する切替
信号、端子３５　ａ　〜３５　（ｉ’　、　３６　ａ〜
３６’（Ｌ　、　３７　、’　３８に対する信号は駆動
回路１４ｏ（第２図）により与えられる。

かくして以上の説明かられかるように、本発明による固
体エリアイメージセンサ１２０は従来（第１図）のよう
□に感光部と同じ面柘の蓄積部を必要とせず、そのチッ
プサイズをおよそｖ２とすることができる。また、１画
素は２−極で形成されるため、従来が４電極で１画素で
めったのに対し、２倍の解像度を得ることが可能となる
ものである。

〔発明の変形例〕 上述の実１１！１例において、水平電荷転送形シフトレ
ジスタ２２を垂直方向Ｖの一端側に設けた例で説明した
が（第３図）、第７図に示すように感光部２１′ｆｒ：
間にしてその両Ｊ１１］に設けてもよい。なお、各部の
イ、）号は第３図のものを引用する。ごのノ劫合、感光
部２１の右半分の信号電荷は右側の水平レジスタ２２ａ
を用い、右半分の信号…、荷は左側の水平レジスタ２２
　ｂ　’ｉ用いて読出しを行うようにすればよい。この
ようにすることにより（ｉ号電荷の転送速度が上るめで
高速処理が可能となる。

また、水平電荷転送形シフトレジスタ２２として、４箱
表晶チャネルのＣＯＤを用いたが、その龍単相、２相、
３相ＬＪｊのＯＣＤ、めるいは〒込みチャネルＣ（！Ｄ
（Ｂ（：ＩＣＤともいう。）やＢＩＢＤン・１吏用する
ことができる。　　　　　。

さらに、感光画素とし９′明０によるＭＯＢ構造に限ら
ず、例えば第８図、第９図に示すようにＰＮ接会のフォ
トダイオードを用いてもよい。

第８図は感光部の一部を示す平面図であり、−１・の０
−０’ｈ而を第９図に示してるる。これらの第８図＋ｍ
９図を参照して、Ｐ形半導体基板５０ＶｃはＰ形島状半
導体領域５４ａ、５４ＤとＮ形島状半尋体領域５３ａ、
５３０が設けられ、これによりＰＮ接合のフォトダイオ
ードが形ｊ戊されており、表面には絶Ｍ：膜５１全介し
Ｃ転送電極５２ａ〜５２ｄが設けられている。５５はＰ
　半導体価域であり、５６　ａ〜５６ｃは電性転送チャ
ネルを示している。このように構成することにより、Ｎ
領域５３ａ、５３ｂとＰ領域５４ａ。

５４ｏによるＰＮ４１合フォトダイオードから発生した
電子は正電圧ｖＨが印加される転送電極５２ａ。

５２ｃの下の電位の井戸に蓄積される。その曲の動作は
第４図の実施例と同様である。この実施例で１ｌ−ｉ２
．転送電極５２ａ〜５２ｄは不透明でもよい。また、Ｐ
Ｎ接合ダイオード上のみを開口した光部←ｌＩＱにより
覆・うようにしてもよい。

なおまた、感光部２１における信号電荷の転送も４相ク
ロツクバルヌに限ら→゛、適宜単相、２相。

３相あるいは５相以上のクロツクパルヌで１動してもよ
く、転送チャネルも埋込みチャネルであってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体エリアイメージセンサの＝ｆｌＪを
示す部分断面図、 第２図は本発明に係る固体エリアイメージセンサを応用
した電子カメラの概要構成を示すブロック図、 第３　ｒｙＪは本発明による固体エリアイメージセンサ
の概要構成を示す平面図、 第４図は第３邸１における２５の部分を拡大して示した
部分拡大平面図、 第５図は第４図におけるＡ−Ａ’断面を示す断面図、 第６１シ＋１ｌ−ｊ：第４図におけるＢ−Ｂ’断面を示
す断面図、 第７図は固体エリアイメージセンサの曲の例を示す平面
図、 第８図はｋさ元部の異なる池の例を示す部分拡大図、 第９図は第８図におけるｃ−ｃ’、　１＋ｉｒ面を示す
断面□ 図である。 １２０・・・固体エリアイメージセンサ２０・・・Ｐ形
半導体基板 ２１・・・感光部 ２２・・・水平電荷転送形シラトレジｙｐ２３・・・出
力部 ２７ａ〜２７ｋ・・・透明転送電極 ２８　ａ〜２８１・・・転送電極 ３０ａ〜３０ｃ・・・転送チャネル 出顧人代理人　　猪　股　　　消 ｆ 躬７　図 ５８　図 ５９　図 ＝４６５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に絶縁膜を介して複数配列された転送
   寅極列下の電荷転送升ヤ・ネルにより、光照射に応答し
   て生じた信号前・荷セ前記電荷転送チャネルにおける前
   納転送電極列の配列方向端部に設けられｆｃ、読出し手
   ・段に転送しズ出カニす、る固体イメージセンサにおい
   て、 光照射期間に、前記転送電極の奇数番もしくは偶数番の
   うちいすか一方の各電極下の転送チャネルタ深い′電位
   の井戸を形成し、かつ、曲刃の電極下の転送チャネルに
   電位障顧を形成して伯号軍＃ｆｔ前ｉ４Ｔ：’嵐位の井
   戸に蓄積させる電圧を印加し、かつ、　　　　　　　　
   　　・光しゃ断状簡における信号読出し期間に、前記信
   号ｂノＣ出し手段に近い前記転送室′極から□遠い電極
   に向かってＩＩＬＩ　？′に％荷１転送・クロダ・りを
   印加する、印加電・圧制御手段を設けたこと全特徴とす
   る固体イメージセンサ。　　　　　　　　　　　□？、
   　”　％許Ｍｉｌｌ求の範囲第１項記載のイメージセン
   サにおいて、転送ｉ！極は透明′…、極で・あることを
   特徴とする固体イメージセンサ。　　　　　　゛・□３
   、特許請求の範囲第１項または第２項記載の固体イメー
   ジセンサに、お゛いて〈・信号読出し手段は・電荷転送
   チャネルにお□ける転送電極列の配列方向の一側の端部
   に設けられているこ七を特徴とする固体イメージセンサ
   。　　　　　、　　・・１４、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２′項記載の固・体イメー・ジセンサにおい□で
   、（ｌ読出し手段□は′電荷転送チャネルにおける転送
   電極の配列方向の・両１１１１１端部□に設けられてい
   ることを特徴とする固体イメージ七ン・す。　　　　□