JPS60244064A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS60244064A
JPS60244064A JP59099908A JP9990884A JPS60244064A JP S60244064 A JPS60244064 A JP S60244064A JP 59099908 A JP59099908 A JP 59099908A JP 9990884 A JP9990884 A JP 9990884A JP S60244064 A JPS60244064 A JP S60244064A
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JP
Japan
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region
charge transfer
electrode
transfer electrode
photoelectric conversion
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Pending
Application number
JP59099908A
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English (en)
Inventor
Ikuo Akiyama
秋山 郁男
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60244064A publication Critical patent/JPS60244064A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は固体撮像装置、特にCODイメージセンサに関
する。
(従来技術とその問題点) 近年、半導体・集積回路技術の急速な発達を背景に、固
体撮像装置の開発が強力に推進されている。この固体撮
像装置には画像歪、残像、焼き付きがなく、かつ小型軽
量、低消費電力であることから、家庭用テレビカメラを
中心に、撮像管の代替として実用化されつつある。しか
しながら、この固体撮像装置を高画質、高信頼性を宗と
する業務用テレビカメラに応用するためには、まだ解決
しなければならない問題が数多く残されている。
その問題の一つが入力光全均一にしても不均一な映像信
号が得られてしまう、いわゆるシェーディングと呼ばれ
る現象であし、撮影画像を著しく劣化させていた。
以下、図面を参照しながら、上記シェーディング現象を
詳細に説明する。まず、第1図は本出願人による特願昭
55−51271および特願昭55−130517によ
って発明されたインターライン転送方式電荷転送撮像装
置の概念図である。同図において10は半導体基板との
P−N接合から成る光電変換部、11は列状に配置され
ている垂直シフトレジスタで、この各垂直シフトレジス
タは、図示していないが四−′d荷荷送送電極群駆動さ
れる。
また各垂直シフトレジスタ11の一端には水平シフトレ
ジスタ12が″電気的に結合されており、さらに水平シ
フトレジスタ12の一端には電荷検出部13が配置され
ている。よって、光電変換部10で光電変換された48
号屯荷は、垂直シフトレジスタ11および水平シフトレ
ジスタ12を経由して、電荷検出部13より時系列映像
信号として外部へ出力はれる。
第2図は第1図に示す撮像装置のA−B線上の断面を模
式的に示したもので、−例としてNチャネルの半導体装
置の場合が示されている。同図においてN型半導体基板
14上には接合深さの異る二つのP型領域15.16が
形成されている。これらP型領域のうち、接合深さの浅
いP型領域15上にはN型の不純物が拡散され、光電変
換領域17(P−N接合)が形成されている。一方、接
合深さの深いP型領域16上にもN型の不純物が拡散さ
れ、埋込みチャネル構造の垂直シフトレジスタ領域18
が形成されている。また、この垂直シフトレジスタ領域
18上および表面チャネルで構成されるゲート領域19
上には、絶縁層20全介して、垂直シフトレジスタの電
荷転送電極21が設けられている。さらに、光電変換領
域17は隣接する垂直シフトレジスタ領域18とP型不
純物礎度が冒いチャネルストップ領域22によって分離
されている。
また光電変換領域17以外は例えば金属層23で光遮蔽
されている。ここで、かかる構造の撮1象装置の設計技
術者には周知なように、各垂直シフトレジスタを同一電
荷転送電極群で駆動するためには、電荷転送電極21を
チャネルストップ領域22上、言い換えれば不活性領域
上にも配線して、隣接する垂直シフトレジスタの電荷転
送電極と電気的に接続する必要がある。
次に、このようなインターライン転送方式による撮像装
置の動作を簡学に説明する。ここで説明の便宜上、垂直
シフトレジスタの駆動は二相パルスで行なうものとする
。第3図の波形30.31は垂直シフトレジスタに印加
するパルス波形でちゃ、例えば第2図に示すパルス源2
4の波形が30であれば、垂直方向に隣接する光電変換
部に対応した電荷転送電極には波形31が印加されねば
ならない。まず、時刻t1で波形30が高レベルv1.
になると、第2図のゲート領域19下の表面電位は理想
的には即座にv1□−vFB(vFBはフラットバンド
電圧)となり、光電変換領域17に蓄えられていた信号
電荷が垂直シフトレジスタ領域18に読み出される。次
に時刻t、で波形30が中間レベルvMにガると、ゲー
′ト領域19がカットオフ状態となると同時に、光電変
換領域17は時刻t、直前のゲート領域17下の電位、
理想的には■□−vFBにリセットされたのちに浮遊状
態となり、次の周期に読み出されるまで光情報の蓄積を
行う。次いで期間TIでは、時刻t1で各垂直シフトレ
ジスタへ読み出された信号電荷が水平シフトレジスタ1
2へ並列に転送され、水平クロックパルスに同期して電
荷検出部13へと導かれ、時系列の映像信号として外部
へ出力される。時刻t3では今度は波形31が高レベル
vHとなるため、第2図の光電変換領域17の垂直方向
に隣接した光電変換部に蓄えられていた信号電荷が対応
する各垂直シフトレジスタに読み出され、期間T2で上
述したのと同様な電荷転送プロセスヲ経て、時系列の映
像信号として外部へ出力される。さらに時刻t、では再
び波形30が高レベルvHとなるため、光電変換領域1
7内でほぼT。
+T、の期間の元情報の蓄積を行った信号電荷が垂直シ
フトレジスタ領域18に読み出される。このようなt、
〜t、までの動作をくり返すことにより、周知の動作で
あるインターレース走査がoT能となる。
ところで第2図に示すように、接合深さの異なる二つの
接合領域15.16i持った撮像装置は縦形オーバフロ
ー構造の撮像装置と呼ばれ、強い光が入射してもブルー
ミングがほとんど生じないという特徴を有している。す
なわち、同図においてP型領域15.16とN型半導体
基板14間は電圧源25によって逆バイアスされている
ため、光電変換領域17で発生した過剰電荷は、光電変
換領域17(N型)とP型領域15およびN型半導体基
板14とで構成される縦形トランジスタのパンチスルー
電流として基板14へ掃き出され、ブルーミングが完全
に抑制される。ここに光電変換領域17で蓄えられる最
大電荷FitqMAXは、光電変換領域17の接合容量
k Cpn 、J 3図の時刻t、において光電変換領
域17がリセットされる電位kWTo、P型領域15の
最小電位iF、B、P−N接合の電位障壁を’hiとす
ると QMAX−CPD (’TG −’PR−v/l+i 
) ””””””(1)で表わされる。ここで’TGは
理想的な場合には、前述したようにvI□−vFBに等
しい。ところがかかる構造の撮像装置を実際に動作させ
ると、撮像面の中心部が暗く、周辺部が明るい、いわゆ
るシェーディング現象が穐生ずる。この現象は第2図に
示すP型領域15.16の電位の不安定性に起因する。
第4図(a)は上記シェーディング現象を説明するため
の図であり、P型領域15.16の等化回路が示されて
いる。通常、P型領域15.16は接地電位で使用され
るが、外部回路との接続は撮像面の外周でとられている
ため、撮像面の中心部はど抵抗値が高い。同図ではこれ
を抵抗32の直列接ν読で表わしている。また、P型領
域15.16と第2図に示す電荷転送電極21との間に
は容量33が存在する。よって、端子34に第3図に示
す波形30゜31を印加したときの各点の電位変化は、
簡単な過渡現象の問題を解くことにより類推できる。第
4図伽)は時刻t、〜t1間における各点の電位変化の
模様を示したものである。まず、時刻t、において、端
子34に印加されている波形37は急激に変化する。一
方、撮像面の周辺部の点35での電位変化は時定数CR
が小さいため、破線38で示すごとく、短い期間で定常
状態となる。ところが、撮像面の中心部の点36での電
位変化は時定数CRが太きいため、一点破線39で示す
ととく、時刻t2でも定常状態とならない。前述したご
とく、第2図に示す充電変換領域17は時刻t、の直前
でリセットされる。よって、第(1)式の電位FT。は
撮像面の中心部の方が周辺部より小さい。すなわち、f
fi電変溪領域17に蓄積できる最大電荷量も、第4図
(e)に示すごとく、中心部の方が周辺部よりも小さく
、これがシェーディング現象の原因となり、撮影画像を
著しく劣化させていた。
(発明の目的) 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、シェーディングのない高画質の固体撮像装置を提供す
ることにある。
(発明の構成) 本発明によれば、半導体基板の主面に、前記基板と反対
の導電型を有する接合領域全形成し、該接合領域を選択
酸化法などを用いて活性領域と不活性領域に分離し、前
記活性領域内に光電変換装置や該光電変換装置からの信
号を読み出す装置を形成し、かつ前記不活性領域上に前
記光電変換装置あるいは前記した信号を読み出す装置を
機能させる配線層を形成すると共に前記接合領域と前記
配線層の間にシールド電極を設けたことを特徴とする固
体撮像装置が得られる。
(実施例) 本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。すなわち、信号電荷の読み出しパルスが
印加される電荷転送電極と不活性領域との間にシールド
電極を設けることにより、電荷転送電極の対基板間容量
を小さくした。したがって固体撮像装置のシェーディン
グは極めて小さくなる。
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。説明を簡単にするため、本発明をNチャネルのイ
ンターライン転送方式電荷転送撮像装置に適用した場合
について述べる。
第5図は本発明の実施例を示すもので、従来例で説明し
た第2図と同様に、第1図に示す撮像装置におけるA−
B線上の断面を模式的に示している。第5図において第
2図と同一機能をもつ領域は同一記号で示しである。こ
の第5図に示す実施例と第2図に示した従来例との相違
は、垂直シフトレジスタの電荷転送電極21と、チャネ
ルストップ領域22との間に新たなシールド電極50を
設けたことにある。第5図には図示していないが、電荷
転送電極21が配線されている他のすべての不活性領域
上にもシールド電誕50が設けられている。第5図に示
す撮像装置の製造方法は、まず多結晶シリコン層等を気
相成長法などによシ生成したのち、通常の写真食刻技術
を用いてチャネルストップ領域22および他の不活性領
域上すべてにシールド′電極50を形成する。次に熱酸
化工程によりシールド電極50上に絶縁層20全形成し
たのち、同様な工程を繰り返して、第2.第3の多結晶
シリコン層等を用いて、電荷転送電極21を形成する。
かかる構造の撮像装置の駆動において、シールド電極5
0は一定電位、例えば接地電位に保たれている。一方、
電荷転送電極21には従来例と全く同じ波形30.31
が印加される。よって、この撮像装置の基本動作は従来
例と全く同じため、説明は省略するが、電荷転送電極2
1とP型領域15.16との間の容量、すなわち第4図
(a)に示す容量33は、シールド電極50の作用によ
り、従来例に比べて格段に小さくなっている。このこと
はP型領域15.16の′電位変化に対する時定数が小
さいことを意味し、光電変換領域17に蓄えられる最大
電荷量も、′l1ti像面の中心部と周辺部でほぼ等し
くなり、シェーディングもほとんど発生しない。
(発明の効果) 以上述べたiTnす、本発明によれば、外部にシェーデ
ィング補正回路を付加することなく高画質の撮像装置を
得ることができ、カメラ重量の軽減。
低価格金はかることができる。なお、本発明の実施例で
は電荷転送撮像装置についてのみ説明したが、半導体基
板上に基板と反対の導電型を有する接合領域を形成した
全ての固体撮像装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はインターライン転送方式による電荷転送撮像装
置の概念図、第2図は第1図のA−B線上の断面図、第
3図は垂直シフトレジスタに印加するパルス波形の一例
、第4図(a)は接合領域の等化回路、同1融)は接合
領域各点の電位変化を示す図、同IWe)はシェーディ
ング波形、第5図は本発明による撮像装置の第1図A−
8線上に対応した断面図である。 図において、 10・・・光電変換部。 11 垂直シフトレジスタ。 12・・水平シフトレジスタ 13・・・電荷検出部、14・・・N型半導体基板。 15.16・・・P型領戟、17・・・光電変換領域。 18・・垂直シフトレジスタ領域。 19・・・ゲート領域、 20・・・絶縁層。 21・・・電荷転送電極。 22・・・チャネルストップ領域。 30.31・・垂直シフトレジスタの駆動パルス波形。 50・・・シールド電極 をそれぞれ示す。 ギ 3 図 22 15 /4 /a 16 22

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板の主面に、前記基板と反対の導電型を有する
    接合領唆全形成し、該接合領域を選択酸化法などを用い
    て活性領域と不活性領域に分離し、前記活性領域内に光
    電変換装置や該光電変換装置からの信号を読み出す装置
    を形成し、かつ前記不活性領域上に前記光電変換装置あ
    るいは前記した信号音読み出す装置を機能させる配線層
    を形成すると共に前記接合領域と前記配線層の間にシー
    ルド電極を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
JP59099908A 1984-05-18 1984-05-18 固体撮像装置 Pending JPS60244064A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0346905A2 (en) * 1988-06-15 1989-12-20 Nec Corporation Electronic shutter controlling method for a two-dimensional charge-coupled device
JPH02105463A (ja) * 1988-10-13 1990-04-18 Nec Corp 固体撮像装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4946625A (ja) * 1972-07-10 1974-05-04

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