JPS60257567A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえばカメラの自動焦点制御装置に用いら
れる固体撮像装置に係り、特に感光画素およびモニタ用
感光部からそれぞれ信号電荷を読み出すときの時間応答
特性の設定手段に関する。

〔発明の技術的背景〕

カメラの自動焦点制御装置に用いられる固体ラインセン
サにあっては、被写体光度が大きい場合にも信号出力レ
ベルを適正に保つようにＡＧＣ（自動利得制御）機能が
要求されておシ、その従来例について平面配置および回
路接続の様子を第１図（、）に示し、その一部分の断面
構造を第１図（ｂ）に示している。即ち、１はたとえば
ｐ型の半導体基板、２１〜２ｎはそれぞれ上記基板１と
は逆導電型（ｎ型）の不純物層からなシ互いに分離され
てライン状に配置されて設けられた感光画素であって、
入射光強度に応じて信号電荷を発生する。電荷蓄積部３
１〜３ｎは上記感光画素２１〜２ｎからの信号電荷を一
時格納するものであシ、感光画素２里〜２ｎに並列に設
けられてなる。出力ブート４・・・は、感光画素２１〜
２ｎの電荷を前記電荷蓄積部３１〜３ｎへ出力するもの
であシ、上記両者間に設けられておシ、そのダート電極
には一定の電圧が印加されている。電荷転送レジスタ５
は前記電荷蓄積部３１〜３ｎからの信号電荷を格納した
のち各電荷を一端方向へ順次転送するものであシ、たと
えばＣＯＤ　（電荷結合素子）レジスタである。移送ゲ
ート６・・・は、前記電荷蓄積部３１〜３ｎの電荷を前
記ＣＣＤレジスタ５の各転送段へ移送するものであ）、
上記両者間に設けられている。出力部７は前記ＣＣＤレ
ジスタ５から転送されてきた信号電荷を検出し、その電
荷量に応じた出力電圧に変換するものである。

一方、８は前記感光画素２１〜２ｎに近接して並列に位
置するモニタ用感光部であって、前記基板１とは逆導電
型（ｎ型）の不純物層からな勺、基板１とモニタ用感光
部８とのｐ−ｎ接合によシフオドダイオードが形成され
ておシ、入射光強度に応じて信号電荷を発生する。９は
１： 上記モニタ用感光部８の近傍に設けられた浮遊拡散領域
であって、前記基板１とは逆導電型で高濃度のｎ型不純
物層からなシ、前記モニタ用感光部８からの信号電荷を
蓄積する。１０は上記浮遊拡散領域９の近傍に設けられ
たドレイン領域であって、前記基板１とは逆導電型で高
濃度のｎ型不純物層からなシ、前記浮遊拡散領域９の蓄
積電荷を排出するためのものである。そして、基板１上
の絶縁膜２０内において、前記モニタ用感光部８と浮遊
拡散領域９との間（出力ダート１））の上方に出力ダー
ト電極ノ２が設けられておル、浮遊拡散領域９とドレイ
ン領域１０との間（リセットゲート１３）の上方にリセ
ットゲート電極１４が設けられている。

１５は前記浮遊拡散領域９の電位（蓄積電荷量によシ決
まる）を検出する電荷量検出手段であって、たとえばソ
ースフォロワ回路である。

１６は上記ソースフォロワ回路１６の出力電圧レベルを
検知し、所定基準レベルを検知したときに前記移送ゲー
ト６・・・のゲート電極に印加するための移送ダート駆
動パルスおよび前記リセットゲート電極１４に印加する
ためのリセットゲート駆動・やルスを同時に発生して、
移送ダート動作およびリセットゲート動作を同期させて
行なわせるための動作信号発生回路である。

々お、１７は基板１と同一導電型で高濃度のｐ＋型不純
物領域からなるチャネルストッパ、１８は前記絶縁Ｍ２
Ｏ上で感光領域以外の領域に形成された光シールド膜、
１９は保護膜である。

上記固体ラインセンサにおいて、ドレイン領域１０には
所定の正電圧（リセット電圧）ｖＲが印加さね、出力ダ
ート電極１２には前記リセ、ト電圧ｖＲより低いダート
電圧Ｖ。が印加されるものであシ、第１図（ｂ）の基板
断面における電位分布は第２図に示すようになる。ここ
で、ＶＩＯはドレイン領域１０の電位、ｖｌｌは出力ダ
ート１ノの電位、ＶＩＨおよびｖｔｓＬはリセットゲー
ト電極１４の印加Ａ？ルスが高電位および低電位のとき
に各対応するリセットゲート１３の電位、ＶＩＨおよび
Ｖｌｌｌは浮遊拡散領域９におけるリセッ、ト時および
電荷蓄積時に各対応する電位、ΔＱはモニタ用感光部８
の信号電荷である。

次に、上記固体ラインセンサにおける動作を説明する。

感光画素２１〜２ｎおよびこの近傍に位置するモニタ用
感光部８にそれぞれ光が入射すると、感光画素２１〜２
ｎでそれぞれの入射光強度に応じた信号電荷が発生し、
電荷蓄積部３１〜３ｎで信号電荷の蓄積が行なわれ、モ
ニタ用感光部８で上記感光画素２１〜２ｎの各入射光強
度の平均値にほぼ対応した入射光強度に応じた信号電荷
が発生するようになる。いま、動作信号発生回路１６か
らの駆動パルスによシ移送ゲート６・・・およびリセッ
トダート１３がそれぞれ一定期間開くことによって、感
光画素２１〜２ｎから出力ブート４・・・を紅て電荷蓄
積部３１〜３ｎに蓄積されている電荷がＣＣＤレジスタ
５に移送されると共に浮遊拡散領域９の電位がドレイン
領域１０の電位ｖ１ｏ（＝リセット電圧ＶＲ）にリセッ
トされると、この後は時間の経過に伴って前記モニタ用
感光部８の信号電荷ΔＱが出力ダート１ノを越えて浮遊
拡散領域９に流入してその電位が下降する。この電位下
降分（ｖｌＲ−ｖ＋ｓ）は、モニタ用感光部８の入射光
強度×経過時間、換言すれば感光画素２１〜２ｎの各入
射光の平均の光強度×経過時間に比例する。したがって
、上記電位下降分をソースフォロワ回路１５で検出する
ことは、前記感光画素２１〜２ｎの平均出力レベル、っ
まシ前記電荷蓄積部３１〜３ｎに蓄積されている現在の
各電荷量の平均値（平均電荷蓄積量）を検出するととＫ
なる・そして、ソースフォロワ回路１５の出力電圧が所
定基準レベルに達したとき、換言すれば前記平均電荷蓄
積量が所定基準値に達したとき、これを動作信号発生回
路１６が検知して駆動パルスを発生する。これによって
、移送ゲート６・・・が開いて電荷蓄積部３１〜３ｎの
電荷がＣＯＤレジスタ５へ移送されると共に１、ｆ　！
ｊ上セツトート１３が開いて浮遊拡散領域９が１　リセ
ットされる。したがって、再び前述したように感光画素
２１〜２ｎで発生する信号電荷の蓄積が行なわれると共
にモニタ用感光部８で発生する信号電荷が浮遊拡散領域
９で蓄積されるようになシ、以下、上記した一連の動作
が時系列に繰勺返される。

なお、ソースフォロワ回路１５の出力電圧に対する動作
信号発生回路１６の検知基準レベルを任意に設定制御す
ることによって、感光画素２１〜２ｎで発生する信号電
荷の蓄積時間（積分時間）を任意に決定することが可能
である。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上述した従来の固体ラインセンサにあっては
、感光画素２１〜２ｎから電荷蓄積部３１〜３ｎへ信号
電荷が出力するときの時間応答特性と、モニタ用感光部
８から浮遊拡散領域９へ信号電荷が出力するときの時間
応答特性とに関して、特別に配慮がなされているわけで
はない。したがって、特に入射光パターンの光強度が時
間的に変化するような場合には、感光画素に係る時間応
答特性とモニタ感光部に係る時間応答特性とが異なシ、
これによって前記ソースフォロワ回路１５の出力電圧レ
ベルが必らずしも前記平均電荷蓄積量に正確には対応し
々〈なり、動作信号発生回路１６による基準し４ル検知
タイミングにおける平均電荷蓄積量が一定ではなくなシ
、所望のＡＧＣ動作が行なわれなくなる。

そこで、上記感光画素からの出力の応答特性とモニタ感
光部からの出力応答特性とを一致させる必要がちル、そ
のために出力ダート１ノのチャネル長さＬ２を短かく設
定することが必要になる場合がある。しかし、この場合
には、浮遊拡散領域９の電位変化の影響を受けて出力ダ
ート１ノの電位■１□が変化し、実効的なチャネル長さ
が変化する。たとえば、浮遊拡散領域９のリセット直後
姉は出力ダート１ノの電位が深くなるので信号電荷の転
送は速やかに行なわれるが、浮遊拡散領域９に信号電荷
が蓄積されるにつれて出力ダート１ノの電位が次第に浅
くなるので信号電荷の転送を妨げる負帰還効果によシ転
送効率の劣化を引き起こす。したがって、モニタ感光部
８から出力するときの時間応答特性が上記出力の期間中
に変化することになシ、モニタ感光部からの出力の応答
特性が感光画業からの出力の応答特性に正確には一致し
なくなる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、モニタ用
感光部と浮遊拡散領域との間の出力ダートのチャネル長
さが短かい場合でも、上記モニタ用感光部から信号電荷
が出力するときの時間応答特性が安定に保たれ、上記時
間応答特性を感光画素群から信号電荷が出力するときの
時間応答特性に等しく設定したい場合などに好適な固体
撮像装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は半導体基板上で互いに分離してそれぞれ
入射光強度に応じて信号電荷を発生する複数の感光画素
を設け、これらの感光画素からの信号電荷がそれぞれ出
力ダートを経て流入する・電荷蓄積部を設け、前記感光
画素群の近傍にモニタ用感光部を設け、このモニタ用感
光部からの信号電荷が出力ダートを経て流入する浮遊拡
散領域を設けた固体撮像装置において、前記モニタ用感
光部と浮遊拡散領域との間の出力ダートの電位にモニタ
用感光部から浮遊拡散領域に向って深くなる段差を形成
してなることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。

即ち、本発明装置の平面構成は第１図（、）を参照して
前述したと同様であるが、本発明装置では第１図（、）
中の出力ダート１１のチャネル長さＬｌは感光画素群か
らの出力の時間応答特性とモニタ用感光部からの出力の
時間応答特性とを等しく設定することを考慮して定めら
れている。

そして、本発明装置では第１図（ａ）のＢ　−Ｂ’線断
面が第３図に示すように々うておシ、第１図（ｂ）に示
した従来例に比べて出力ダート電極１２は２個（１２ｂ
、１２ｂ）が１組として２層構造で設けられておシ、上
記各電極１２ａ　、１２ｂ下に対応して基板１とは逆導
電型の不純物領域１１ｇ、ｌｌｂが形成されている点が
異なシ、その他は同じであるので同一符号を付している
。

上記不純物領域１１　ｍ　、　１．１　ｂは、モニタ用
感光部Ｂ側の領域１１ｈの方が浮遊拡散領域９側の領域
１１ｂよシも不純物濃度が低くなっておシ、前記２個の
ダート電極１２ｇ、１２ｂに同じダート電圧（直流）　
Ｖｏが印加されると領域１１ｍの電位Ｖｌｌ＆が領域１
１ｂの電位ＶＨｂよシも浅くなる。

上記構成における動作は、前述した従来例に比べて殆ん
ど同じであるが、第３図の基板断面における電位分布は
第４図に示すようになっていることによって次のような
動作が行なわれる点で異なる。即ち、浮遊拡散領域９に
近い側の不純物領域１１ｂの電位Ｖｌｌｂは浮遊拡散領
域９の電位変化の影響を直接に受けるが、モニタ用感光
部８側の不純物領域１１ａの電位Ｖｌｌａは上記電位変
化の影ＩＩＩを直接には受け寿いで一定に保たれる。こ
れによって、モニタ用感光部８から信号電荷ΔＱが出力
ダート電極１２ａ。

１２ｂ下を経て浮遊拡散領域９へ出力するときの時間応
答特性は、殆んどモニタ用感光部８側のケ゛−ト電極１
２ａの形状によって、換言すれば上記ダート電極１２１
Ｌ下のダート１１ａのチャネル長さおよびチャネル幅に
よって決″！！シ、出力ダート１１のチャネル長さＬｌ
が短かい場合でも上記出力時に安定した時間応答特性が
得られる。

したがって、光入射パターンの光強度の時間的な変化に
対して、感光画素群からの出力の時間応答特性とモニタ
用感光部からの出力の時間応答特性とを等しく設定する
ために出力ダート１ノのチャネル長さＬｌが短かく設定
されている場合でも、モニタ用感光部から浮遊拡散領域
へ出力する信号電荷量を感光画素群の出力電荷量の平均
レベルに正確かつ安定に対応させることが可能になル、
上記モニタ用感光部からの出力が所定の基準値に達した
ときに感光画素群から電荷を取シ出す自動利得制御動作
を正確かつ安定に行なわせることができる。

なお、前記２つの時間応答特性を等しく設定するための
手段の一具体例としては、感光画素２１〜２ｎの等価容
量Ｃ１と出力ダート４・・・のチャネル長さＬｌおよび
チャネル幅Ｗｌ　と、モニタ用感光部８の等価容量Ｃ：
と出力グニト１１のチャネル長さＬ２およびチャネル幅
Ｗ！との間にｃＩＸＬＩ÷ｗｌ＝Ｃ２ＸＬ、÷Ｗ。

の関係が成立するように構成すればよい。このようにし
ておけば、入射光量に比例した発生する電荷ΔＱによる
感光画素、モニタ用感光部それぞれにおける電位下降分
の時間変化特性が相等しくなるものであシ、その詳述は
ことでは省略する。

なお、本発明装置は上記実施例に限られるものではＡく
、前記出力ダート電極１２ａ、１２ｂを２層構造にする
には、第１層目のダート電極１２ｂをマスクとして不純
物領域ノ１ａをイオン注入によ）形成するためであるが
、必らずしも２個のダート電極１２ｈ、１２ｂＫ分ける
必要は々く、単一ダート電極として形成してもよい。ま
た、出力ダート電位に段差を形成する手段は上記実施例
に限らず、前記２個の？−）電極１２ｍ　、１２ｂ下に
不純物領域１１ａ、Ｉｌｂを設けることなく、あるいは
設けた場合でも２個のダート電極１２ａ、１２ｂの印加
電圧の大きさを相異ならせることによっても実現可能で
あシ、あるいは２個のダート電極１２ｇ、１２ｂ下それ
ぞれのダート絶縁膜の厚さを相異ならせる手段も考えら
れる・ また本発明はカメラの自動焦点制御装置に限らず、光入
射・ぐターンの光強度の時間的な変化に対して、モニタ
用感光部からの信号電荷を出力するときの所定の時間応
答特性を安定に保つことが要求される固体操像装置忙一
般的に適用可能である。

〔発明の効果〕

１　上述したように本発明の固体撮像装置によれば、モ
ニタ用感光部に隣接した出力ダートのチャネル長さが短
かい場合でも、上記感光部から信号電荷が出力するとき
の時間応答特性が安定に保たれるので、モニタ用感光部
の出力によシ感光画素群の平均出力レベルを正確にモニ
タすることができ、カメラの自動焦点制御装置などでの
使用に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の固体ラインセンサを示す構成説明
図、第１図（ｂ）は同図（、）のＢ　−Ｂ’線に沿う断
面構造図、第２図は第１図（ｂ）に対応する基板内電位
分布を示す図、第３図は本発明の一実施例に係る固体ラ
インセンサの要部を示す断面構造図、第４図は第３図に
対応する基板内電位分布を示す図である。 ノ・・・半導体基板、２１〜２ｎ・・・感光画素、３１
〜３ｎ・・・電荷蓄積部、４・・・出力ダート、８・・
・モニタ用感光部、９・・・浮遊拡散領域、ｌｌａ。 ｊｌｂ・・・出力ダートの不純物領域、１２ａ。 １２ｂ・・・出力ダート電極。 鵠１図 Ｃａ） ／１ （ｂ） 第２　図 １ｈ３図 ９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上で互１．ｑに分離して配設されそれぞれ入
   射光強度に応じて信号電荷を発生する複数の感光画素と
   、これらの感光画素からそれぞれ出力ダートを経て流入
   する電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、前記複数の感
   光画素の近傍に設けられたモニタ用感光部と、このモニ
   タ用感光部から出力ダートを経て流入する電荷を蓄積す
   る浮遊拡散領域とを具備した固体撮像装置において、前
   記モニタ用感光部と浮遊拡散領域との間の出力ダートの
   電位に上記モニタ用感光部から浮遊拡散領域に向って深
   くなる段差を形成してなることを特徴とする固体撮像装
   置。