JPS606147B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS606147B2
JPS606147B2 JP54157980A JP15798079A JPS606147B2 JP S606147 B2 JPS606147 B2 JP S606147B2 JP 54157980 A JP54157980 A JP 54157980A JP 15798079 A JP15798079 A JP 15798079A JP S606147 B2 JPS606147 B2 JP S606147B2
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Japan
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signal
state imaging
photosensitive
imaging device
solid
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望 原田
章彦 古川
幸雄 遠藤
興夫 吉田
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は解像度を向上せしめた固体撮像装置に関する。
固体撮像装置はその製造上の困難さのため多画素化を行
なうことが難しい。第1図は従来のインターライン・ト
ランスフア撮像方式CCD(ChangeCouple
dDevice)の構造及びセル構成を示すもので、こ
れを用いて従釆装置の問題点を説明する。
同図aは1セルの断面構造を説明するための図である。
例えばシリコン(Si)によるP型半導体基板1上にC
CDの埋込みチャネルを形成しているN+層2一1,2
−2と過剰信号電荷を除去するためのオーバ・フロ−ド
レイン(以後OFDと呼ぶ)のNH層3が設けられてお
り、このN++層の両側には信号電荷(電子)に対して
電位バリャーとなるP層4、P十層5が設けられている
そして前記埋込チャネルのN十層2−1,2一2の上に
はゲートSi02膜7一1,7−2を介して例えば第1
層目多結晶シリコン電極8一1,8−2が設けられる。
そして、このデバイスが2層の多結晶シリコンより電極
が構成されている場合、前記第1層0目多結晶シリコン
電極8−1,8−2上にSi02膜9−1,9−2を介
して第2層目多結晶シリコン電極10一1,10−2が
形成される。そして、その上に例えばCVDSi02膜
1 1が、さらにこのCVDSi02膜1 1上に例え
ば酸化スズタ(Sn02)膜12が形成され、そしてこ
のSぬ2膜12上に光シールド及びSn02膜1 2に
信号電荷を蓄積するための電圧印加の2つの機能を有し
たアルミニウム(N)電極13一1,13−2が設けら
れる。この場合、半導体基板1への光入射は0前記ムー
電極13一1,13一2にあげられた窓14によりなさ
れ、これにより生成された信号電荷は前記半導体基板1
上の前記Sの2電極12よりなるMOSキャパンタによ
り前記半導体基板1表面6に蓄積される。第1図bにこ
れらセルの配置構成図を示す。同図に示されるように電
極E,.,E,2,E,3,E14,E21,E22,
E23,E凶,E31,E礎,E33,E34,E4,
,E班,E43,E44よりなるCCD1 5一1,1
5一2とMOSキヤパシタP,.,P′,.,P8,P
′,2,P2,,P′2,,P凶, P′2よりなる感
光部16−1,16−2とOFD17一1,17−2よ
り構成され、水平方向においては1画素ピッチはCCD
15−1、感光部16−1、OFD17−1よりなる長
さで決められる。
なお第1図のインターライン・トランスフア糠像万式C
CDにおいてMOSキヤパシターP,.,P′,.,P
,2,P′,2,P幻, P‘a, P22,P′22
に蓄積された信号電荷は標準走査方式に適合させて動作
させた場合、Aフィールドでは第1図b中実線で示され
た様にMOSキャパシタP,.,P位,Pa, P22
の信号電荷がCCD亀5一1,15一2に移され、譲出
される。
そしてBフィールド目には図中点線で示されたようにM
OSキヤパシターP′,.,P′,2,P′2,,P′
22の信号電荷がCCD15一1,15−2に読出され
る。このようにCCD15一1,15−2は感光部16
一1,16−2にある信号電荷を読出すため、そしてO
FD17−1,17一2は感光部16−1,16−2に
過剰に蓄積された信号電荷を除去するため、この固体撮
像装置においては両者とも不可欠である。しかしながら
、現在、固体撮像装置の多画素化において問題なのは、
水平方向の高密度化である。即ち、第1図に示すように
感光部16一1,16一2の両側にCCD15−1,1
5−2と〇FD17−1,17−2が形成されているた
めこの固体撮像装置の多画素化を困難にしている。本発
明は上記の点に鑑みなされたもので、間体撮像装置のセ
ルの様成及び構造を改良して多画素化を可能とし、さら
にその後の信号処理により解像度を大幅に向上させた園
体撮像装置を提供することを目的とする。
即ち本発明は議出し部を再生画像上の水平方向に対応し
た方向に2個連続して設けるとともにその両側に感光セ
ルを隣接して設けてこれら議出し部及び感光セルを一単
位としてこれを周期的に配列して撮像素子を構成し、前
記謙出し部の両側に隣接して設けられた前記感光セルの
信号より合成された新たな信号を、再生画像上での前記
講出し部に対応した位置に加えることにより前記水平方
向の解像度を大幅に向上せしめた固体撮像装置である。
第2図を用いて本発明の一実施例を説明する。
これは第1図と同様にィンタ−ライン・トランスフア撮
像方式CCDである。同図aに示すように電極T,.,
T8,T,3,T,4,T2,,T22,T23,T2
4・r31,T斑,T33,r34,T山,T42,T
&,r44・r51,T斑,T53,T54,Tの,T
62,T鰭,r64「 T71,Tね,T73,T74
,T幻? T82,T囚,T84,T85よりなるCC
D1 8一1,18−2,18−3,18−4と第1図
と同様なMOSキャパシタS,.,S′,.? S,2
,S′位,S2,,S′2.,S22,S′22,S3
,,S′3,,S32,S′32,S4,,S′4,,
S42,S′42よりなる感光部19−1,19一2,
19一3,19−4とOFD20−1,2 0一2より
なり、そして図中に示すごとく水平方向においてト2列
のCCD18−1と18−2そして18一3と18一4
を連続して配列せしめ、次にOFD20一1,20−2
の両側に感光部亀9一1,19−2,19−3,19一
4を設ける。このようなセル構造を有した撮像素子では
MOSキヤパシターSI・,S′11,SI2,S′1
2・Sa,S′公,S礎,S′2・S肌S′肌S32,
S′32、S小S′小S側 S′42に蓄積された信
号電荷は各フィールドにおいて第1図と同様に隣接した
CCD18一1,18−2,18一3,18−4に移さ
れ読出すことができる。ここにおいてCCD18一1,
18−2,18−3,18−4は光シールドされている
。同図bはa図に示した撮像素子上に色フィル夕を接着
せしめ、1個の糠像素子にて力ラー撮像ができるように
したもので、赤色フィルタR,.,R2,,R3,、緑
色フィルタG,.,G,2,G2,,G22,03,,
○32、青色フィルタB,,B2,,B地 &,の配置
図を示したものである。
該色フィルタR,.,R21,R31,GI・,GI2
,G幻,G22,Gの,G32,B,,&,,&,,B
幻を図aに示した各MOSキヤパシタS,,,S′,.
,S,2,S′,2,S22,S′22,S3,,S′
3,,S32,S′82,S則 S′4,,S′舵に一
致せしめて貼り合せている。この貼合せ関係については
例えば1979年テレビジョン学会誌7月号PP530
−PP535「CCD単板カラーカメラの実験的検討」
に詳しく述べられている。この場合「図aに表示されて
いるMOSキヤバシタS,.,S′,.,S,2,S′
,2,S幻,S′21,S22,S’22,S乳,S′
紅,S舷,S′滋,S小S′小S42,S′蟹配置は図
bにおいて1点鎖線で囲まれた領域であり、例えば緑色
フィルタG2,はMOSキャパシターS,.とS′,.
上に置かれている。同様にR2,はS,2とS′8、R
3・はS2,とS′2,、G3・はS滋とS′22、G
4.はS3.とS′紅、&.はS32とS′32、&,
はS4,とS′4,「 G5,はS42とS′42であ
る。そして、図aにおけるCCD18−1,18一2,
18一3,18−4、感光部19一1,19一2,19
J−3,19一4,OFD20−1,20−2の水.
平方向の幅を図bに示すよう色フィルタ配置にするよう
にする。この場合、図b中点線で示す場所XI・,X1
2,X13,X14,Xな,X22,X粉,X24,X
3,,X82,X33,X34は図aにおけるCCD1
8一1,18一2,18−3,18一4の場所であり
、従って空間的にはこの場所X・,,X・2,X・3,
X,4,X2,,X22,X凶,X24,X,,X2,
ん3,X4には感光部がない。このような色フィル夕を
貼り合せた撮像素子において「図bに示した色フルタ配
置の2行ごと同時に並行して信号電荷を読み出す。固体
撮像装置を用いた単板式カラーカメラでは人間にとって
一番解像度がある緑信号を得るための画素数を多くし、
緑信号で高城の輝度信号を形成させる方法を多く用いて
いる。本発明では前記の2行ずつ同時に取り出した信号
列において緑信号だけをサンプリングして緑信号を得る
に際し、前記再生画像上空間的に感光部のない場所XI
・,X12,X13,X14,X幻,X22,X凶,X
24,X3・,X32,X33,X桝に対応する場所に
隣接した緑色に重み付けを行なって合成した信号を加え
る。例えば同図cに示すように図bの上2行を同時に講
出したAN信号において場所X,.とX,2に対応した
ところにG三号塾1・そして同様にX8とXAに対して
G三三三空、X2.とX2に対応して三千;三×蟹とX
凶と対応してG主三;≧の信号を入れる。これにより実
際に感光部のない場所に周辺画素の情報を含んだ凝偽信
号を作り出せることになり水平方向の解像度が向上され
る。以上本発明の提供する固体撮像装置においては図b
に示すような空間的に感度のない場所X,.,X12,
X13,X14,X21,X2,X23,X似,X31
・X32,X33,X34の水平方向における幅を感度
のある画素B,.,B2,,&,,耳,,B5,,G,
.,GM,G21,G22,G31,G32,G山,G
51,G斑,RI・,R2,,R3,,R小 R5,と
ほぼ同等にするために図aのごとく信号電荷論出し部で
あるCCD18一1,18−2,18一3,18一4を
2つづつ連続して配列せしめている。
これによりOFD20一1,20一2は第1図の従来の
ものがCCD15一1,15−2、感光部16−1,1
6一2、OFD17一1,17−2の各1つづつにより
水平方向の1画素を構成していたのに対して、本発明で
は2画素で○FDIつでよいため素子自身の多画素化が
可能になっており、かつ上記説明したごとき信号処理に
より更に高解像度化ができることになり、総合的に本発
明は従来と比較として大幅に解像度を向上せしめた固体
撮像装置を提供することができる。第3図は本発明の他
の一実施例であり、白黒カメラとして用いた場合である
第2図aの撮像素子を用いて白黒カメラを作るとその画
素配置は第3図aに示されるようになる。
各画素C,.,C艦,C,3,C,4、C2,,C22
,C23,C24・C31,C32,C蟹,C34・C
一,C42,C48,C44、G,,C母,CS,CS
の空間的に感度のない場所Y,.,Y8, Y,3,Y
,4、Y2・,Y22,Y23,Y24が形成される。
この級像素子からの得られる信号列において、前記感度
のない場所Y,.,Y,2,Y,3,Y,4、Y2,,
Y2, Y豹, Y松に対応したところに同図b‘こ示
したごとく水平方向にいて、両側の信号を合成した信号
C主羊毛,C・2十C幻2’CI3十C23 CI4十
C雄 C31十C41 CI4十C24−− −−「「
,「「,2’2・ タC3・十C4・C滋十C班C細十C軸C三千ヂ三を加
え「「’「「’「「’ることによって水平方向の解像度
を向上せしめることとができる。
又同図cに示すように前記第2図と同様に両側斜め方向
に隣接した信号より合成ひされた信号C三与望・,CI
3十C2CI4十C数「「’「「’C班+C4・C斑十
C像C紬壱C43を加えても同様の2’2’解像度向上
の効果を得ることができる。
又、本発明は前記第2、第3図のごときインターライン
トラスフア撮像方式CCDでなく例えばM.He肌s等
によるlEEE Tねns.on ElectronD
evices Vol.ED−25、No.2、PP1
35−139「TheReSiStiVe GateC
TD AJea一1mageSensor」に記載され
ているようなResistiveGateCTD‘こも
適用できる。
第4図に該ResistiveGateCTDに本発明
を適用した一実施例を示す。
同図に示すごとく光入射により信号電荷を蓄積する感光
セルZ,.,乙2,乙3、Z2,,Z22,Z3、Z,
,Z辺,Z幻、Z4,,乙2,Z3、Z5,,Z剛Z斑
、Zの,Z62,Z63よりなる感光部22一1,22
一2,22一3,22−4,22一5,22−6が2列
ずつ水平方向において連続して配列せしめ、前記感光部
22一1,22一2,22−3,22一4,22一5,
22−6の間に例えば読出し部である多結晶シコリン鰭
極よりなる抵抗性電極23−亀,23一2,23一3,
23−4,23一5,23一6をこれも2電極ずつ連続
して配列させることによりち第2、第3図と同様な画素
配置を実現させることができ、第2、第3図で説明した
同様な方法で抵抗性電極23−1,23一2, 23一
3,23一4の部分に隣接した画素の情報より合成され
た信号を凝偽的に形成させて水平方向の解像度を向上せ
しめることができる。なお図中実線矢印は感光セル乙,
? Z,2,Z,3、Z,,Z2,Z豹、Z4,,Z4
2,Z3、Z,,Z2,Z3、Z,,Z2,Z斑の信号
電荷を論出し部23−1,23一2,23一3,23一
4,23一5,23−6へ転送する方向を示している。
以上説明したように「本発明は固体撮像装置において非
常に大きい問題である高解像度化に対して非常に有効で
ある。そして第2,3,4図で説明したごと〈本発明は
カラー、白黒カメラ両者に対して用いることができる利
点がある。又、カラー緑像の場合、第2図で単板式につ
いてのみ説明したが、例えば3板式として用いるときは
第3図で説明した白黒のときと同じ処理を赤R、緑G、
青B用素子各々に対して行うことによって高解像度力ラ
ー撮像を行うことができる。
そして、この3板式に対して例えばテレビジョン学会誌
、昭和54年7月号PP516−PP522の「丈CD
カラーカメラの一方式」に記載されている空間絵画ずら
し撮像方式を加えると更に高解像度を達成できる。第2
図を用いたインターライン・トランスフア糠像方式CC
Dの説明においてMOSキャパシタSII;S′11,
SI2,S′12・Sa,S′幻,S礎,S′囚、Sの
,S′の,S32,S′32、Sり,S′小S42,
S′42に蓄積された信号電荷をCCD18−1,18
一2,18−3,18一4,18−5に転送するに際し
、同図a中実線と点線矢印で示すものをA,B2フィー
ルドで別々に行なう場合について述べたが、これはこの
ようなフレーム蓄積モードだけでなく、フィールド蓄積
モードでもなんら本発明の効果を損なわせることはない
又、第2図の単板カラー糠像において同図bのごときR
、G「B色フィル夕を用いた配置について説明を行なっ
たが、他の例えば補色フィル夕を用いた場合でもよい。
即ち本発明は意図して撮像素子上に糠像素子自体従釆よ
り多画素化を可能にせしめた空間的に感度のない場所を
設け、前述した信号処理で信号列中に前記空間的に感度
のない場所に対応したところに隣接した信号により合成
された信号を加えることを特徴としているため、他のフ
ィルタ配置でも同様な効果が得られることは容易に理解
できるであろう。さらに第2図の説明は感光部としてM
OSキャパシターを用いたものについて行なたが、これ
はPN接合でもよい。
そして、シリコン以外の半導体基板を用いた場合にも本
発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の固体撮像装置の要部断面とセル配置構成
を示す図、第29 3,4図は各々本発明の実施例を示
す図である。 亀:半導体基板、2一1,2一2三CCDの埋込みチャ
ネル層、3:オーバ。 フロードレィン(OFD)〜 4,5:バリヤP+層ト
8一1,8一2,】0−1,10一2:多結晶シリコ
ン電極、7−・’7−2,9−・;9−2,,蔓:Si
。2膜、12 三Sn02膜、1 3一19 亀3−2
:山電極、15−1,15一2,18一翼,18−2,
18−3,18山4,23一1,23一2:信号電荷謙
出し部、16−1,16−2,19−1,19−2,1
9−3,19−4,22−1,22−2,22−3,2
2−4,22−5,22−6:感光部、17一i,17
−2,20−1,20−2:OFD。 第1図 第3図 第2図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 読出し部を再生画像上の水平方向に対応した方向に
    2個連続して設けるとともにその両側に感光セルを隣接
    して設けてこれら読出し部及び感光セルを一単位として
    これを周期的に配列して撮像素子を構成し、前記読出し
    部の両側に隣接して設けられた前記感光セルの信号より
    合成された新たな信号を再生画像上での前記読出し部に
    対応した位置に加えるようにしたことを特徴とする固体
    撮像装置。
JP54157980A 1979-12-07 1979-12-07 固体撮像装置 Expired JPS606147B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54157980A JPS606147B2 (ja) 1979-12-07 1979-12-07 固体撮像装置
US06/212,434 US4367492A (en) 1979-12-07 1980-12-03 Solid state image sensor
DE8080107646T DE3067899D1 (en) 1979-12-07 1980-12-04 Solid state image sensor
EP80107646A EP0030375B1 (en) 1979-12-07 1980-12-04 Solid state image sensor

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JP54157980A JPS606147B2 (ja) 1979-12-07 1979-12-07 固体撮像装置

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EP (1) EP0030375B1 (ja)
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