JPS6340389B2 - - Google Patents

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JPS6340389B2
JPS6340389B2 JP55109623A JP10962380A JPS6340389B2 JP S6340389 B2 JPS6340389 B2 JP S6340389B2 JP 55109623 A JP55109623 A JP 55109623A JP 10962380 A JP10962380 A JP 10962380A JP S6340389 B2 JPS6340389 B2 JP S6340389B2
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JP
Japan
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pixels
Prior art date
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Application number
JP55109623A
Other languages
English (en)
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JPS5735483A (en
Inventor
Yoshihiro Myamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10962380A priority Critical patent/JPS5735483A/ja
Publication of JPS5735483A publication Critical patent/JPS5735483A/ja
Publication of JPS6340389B2 publication Critical patent/JPS6340389B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は2次元撮像に用いる電荷注入装置
(Charge Injection Device:以下CIDと略称す
る)の新規な構成に関し、特に電極数、駆動回路
段階を低減して素子の高密度化、小型化、低消費
電力化を可能とするような画素構成とした電荷注
入型の固体撮像装置に関するものである。
CIDは第1図に見られるごとく、たとえばそれ
ぞれ10V、20V程度の電圧が印加される一対の絶
縁電極2X,2Yからなる画素1を絶縁膜で覆わ
れた半導体基板上に2次元的に配設したものであ
る。その受光面50上に投影された結像光の光励
起から生じる半導体基板内電荷4は、まず電極2
Y直下の電位の井戸(以下単に井戸と略記する)
3b中に蓄積される。しかるのちに水平方向のシ
フトレジスタ20からの電圧操作によつて例えば
Y1の母線に接続された電極2Y直下の井戸をい
つせいに消滅せしめるならば、該電荷4は電極2
X直下の井戸3aへ一挙に移されるのであるがこ
の時の状態は第1図中の第1列目の画素群に見る
ことができる。この電荷4が移された瞬間に電極
2X上にはイメージ電荷が発生し、該イメージ電
荷はX母線と電子スイツチ11,12,13,1
4を介して電荷増幅器7の出力端子に読み出され
る。ここで10は垂直方向のシフトレジスタ、9
は各画素の電極2Xに電圧Vsを印加するリセツ
トスイツチ、X1〜X4、Y1〜Y4はそれぞれX母線
群およびY母線群を表す。
該CIDの1フレームの撮像が終われば、前述し
た光励起によつて生じた電荷を保有している井戸
が消滅せしめる。かくすれば該電荷は基板中に注
入されて消滅するから次の1フレームの撮像に備
えて作られる新たな井戸の中には、改めて光励起
による電荷が蓄積される。
こうしたことから以下では前記電極2Yを蓄積
電極、または前記電極2Xを検出電極と呼ぶこと
にする。そしてまたこうした第1図に示したCID
の受光面50は実際には第2図に示したごとく縦
横の母線と一体化して作られる。このために前記
母線Y1〜Y4を縦母線、また母線X1〜X4を横母線
と呼ぶことにする。
上記第1図のCIDの画素は、実際には第2図の
ごとくまず周知のLOCOS法などによつて厚い絶
縁層を斜線で示した部分に形成することによつて
点線で囲まれた活性領域を縦母線の一部R1,R2
と横母線の一部C1,C2との交点附近の形成した
ものである。番地指定行う縦母線の一部R1,R2
の横に広がつた部分と、画素電荷をイメージ電荷
として検出する横母線の一部C1,C2で覆われて
いる上記の点線で囲まれた部分が1画素分を構成
しており、光電荷を該画素中の蓄積電極2Y直下
に蓄積する時は、縦母線の一部R1,R2をVなる
電圧にバイアスし、横母線の一部C1,C2をV/
2なる電圧にバイアスしておく。
今、横母線の一部C1を検出系に接続し縦母線
の一部R1を零電圧とすれば、信号電荷は蓄積電
極2Y直下から検出電極2X直下に移されるので
縦母線の一部R1と横母線の一部C1との交点の画
素信号が読み出される。
こうした方式ではM本の縦母線とN本の横母線
が必要であり、単位の駆動回路段数はM個、読み
出しスイツチ(第1図中の11〜14に相当)個
数はN個必要となる。ところで上記従来のCIDの
最小寸法を決定しているのは垂直および水平方向
の各シフトレジスタ1段当りの寸法であり、また
消費電力も上記シフトレジスタ10,20により
支配される。なんとなればシフトレジスタ1段当
りには最小6個の絶縁ゲート型トランジスタ(以
下MOSTと呼ぶ)が必要で、これがCIDの受光
面と同一の半導体基板上で占める面積の割合はき
わめて大であるからである。ただし該CIDに通常
のテレビ走査を行わせる場合には一般的な横母線
の奇偶の替えを行わしめることができるので垂直
方向のシフトレジスタ10の段数を半分とするこ
ともできる。これに対して水平方向のシフトレジ
スタ20に対してはその段数を減らすことができ
ず、そのために該水平方向シフトレジスタの占有
面積が大きくなり、これに伴つて消費電力の低減
にも限界が生じるという欠点があつた。
本発明はこうした欠点に鑑みてなされたもの
で、蓄積電極直下に相互に異なる不純物濃度を有
する画素群を形成し、該蓄積電極に印加される電
圧を画素群に応じた段数だけ切替えて上記1群中
の各画素の電荷を共通の検出電極から順次読出す
という考え方を骨子として上述の問題を解決せん
とするものであり、第3図以下の図面を用いて詳
記する。
第3図aは本発明に係る新規なCIDの要部構造
を示す図であつて、前記第2図と同様に、たとえ
ばp型の半導体基板40上にLOCOS法によつて
厚い絶縁層30を、点線で囲んで示した単位の画
素51の外側の斜線で示した部分に形成して上記
点線で囲んで示した単位の活性領域つまり画素2
1と22,23と24……が隣接するように画定
したものである。このうち画素24における蓄積
電極2Y直下の領域24aには特に処理がなされ
ていないが、画素21,22および23における
蓄積電極2Y直下の領域21a,22a,23a
には第3図b中に31で示したごとく硼酸Bの注
入などの手段による不純物ドーブがなされてお
り、その不純物濃度は21a,22a,23aの
順に小さくなされている。このため該21a,2
2a,23aの領域におけるしきい値電圧Vtは
第4図の曲線イ,ロ,ハのごとく順に正の電圧方
向にシフトされてそれぞれV4、V3、V2なる値と
なつている。これに対して前記24aの領域にお
けるしきい値電圧Vtは第4図の曲線ニで示した
ごとく零なる電圧V0にある。ただし第3図bは
第3図aのZ〜Z′断面であつて、32は上記活性
領域上を被覆する絶縁膜である。また第4図の縦
軸φsはp型半導体基板40の表面電位であり、横
軸Vは第3図bの断面図に示した蓄積電極2Yに
印加される電圧である。
第5図aは理解の便宜のために、画素21,2
2,23,24における各領域21b,21a,
22b,22a,23b,23a,24b,24
aをこの順に横に並べて描いた図であつて、第5
b,cに示した井戸の図は上記第5図aに対応し
ている。
今第3図aの横母線の一部C1を第4図に見ら
れるV1なる値にバイアスし、縦母線の一部R1
V5なる値にバイアスすれば、上記の各領域のう
ち、21a,22a,23a,24aの直下には
前記したV0、V2、V3、V4なるしきい値に基因し
て、21a,22a,23a,24aの順で順次
深くなつて行く井戸41a,42a,43a,4
4aが第5図bに示すごとく形成される。そして
受光面50に結像がなされれば、該結像による入
射光によつて上記の各井戸41a〜44aの中に
は第5図bに示したごとく信号電荷q1,q2,q3
q4が光励磁によつてそれぞれ発生して蓄積され
る。これらの電荷を読み出すには、まず横母線の
一部C1を第1図に示した電子スイツチ11〜1
4のうちの対応するものを介して検出手段たる電
荷増幅器7に接続し、縦母線の一部R1の電圧を
V5なる値からV4なる値に低下せしめる。
かくすればV4、V3、V2なるそれぞれの値にま
でしきい値電圧をシフトせしめられた各領域21
a,22a,23aならびにしきい値電圧がV0
なる領域24aのそれぞれの直下に生じていた井
戸41a,42a,43aおよび44aの底は第
5図c中の矢印イで示したように一挙に持ちあげ
られる。この場合、最も浅く形成されていた井戸
41aは消滅することになるから、該井戸41a
中に蓄積されていた信号電荷q1は領域21b直下
に生じた井戸41b中へ、第5図c中において矢
印ロで示したごとく流入するが、この電荷は該領
域21bの上部を覆う検出電極2Xに発生する上
記電荷q1と逆極性のイメージ電荷として検出され
る。
そしてさらに縦母線の一部R1の電圧をV4なる
値からV3なる値に低下せしめる。かくすれば上
記の残りの井戸42a,43a,44aの底はさ
らに持ちあげられるが、この場合、最も浅い井戸
となつていた第5図cに見られる井戸42aは消
滅することとなり該井戸42a中の電荷q2はその
左隣りにできる井戸42b中に流入するので、該
電荷q2は上記領域22bの上部を覆う検出電極2
Xに発生するイメージ電荷として検出される。
以下同様にして縦母線の一部R1の電圧をV3
る値からV2なる値へ、また、V2なる値からV0
る値へと低下せしめて行けば、井戸43aがそし
てこれにつづいて井戸44aが順次消滅してその
中の電荷q3がまたこれにつづいて電荷q4が井戸4
3bならびに井戸44b中にそれぞれ移され、イ
メージ電荷として検出されるから縦母線の一部
R1と横母線の一部C1との交点まわりに位置する
4個の画素21,22,23,24中に蓄積され
ていた各信号電荷q1〜q4は順次読み出されること
になる。
この場合1つの領域からのイメージ電荷の検出
が終わるたびごとに第1図に示したリセツトスイ
ツチ9を開じれば各検出のたびごとに電荷増幅器
の帰還容量中に蓄積されたイメージ電荷は放電さ
れてしまうので、ある画素からの信号出力の上に
別の画素からの信号出力が、またその上に更に別
の画素からの信号出力が次々と重畳するようなこ
とはなく、各画素の信号電荷は分離して検出で
き、電荷増幅器7の出力に時系列として取り出す
ことができる。
このようにして第3図aの左端の4個の画素2
1〜24の信号電荷の読み出しはいわばZ型に走
査して行われることになるが、これが完了すれば
つぎには右隣りの4画素の読み出しをやはりZ型
に行い、さらにこれをつづけて最も右端に位置す
る4画素の読み出しを行う。そしてこれが終了す
れば行を改めて、再び左端の4画素のZ型の読み
出しを行う。
第6図は第3図aにおける横母線C1に結合さ
れた8個の画素から信号を順次読みだす場合のタ
イミングチヤートを示し、同図aのφRはリセツ
トスイツチ9に対するリセツトパルスに対応し、
同図bおよびcのφY1,φY2が縦母線R1,R
2に対するアドレス信号電圧波形に対応してい
る。また第6図dは各画素の出力信号波形を示し
ている。
こうした読み出し方法は通常のテレビ走査
(XY走査)と大いに異なるが、この読み出しは
電子計算機とCIDとを連動させることによつて容
易に読み出しうる。
以上に述べた本発明に係るCIDでは第3図bに
見られるように4個の画素がα、βで示した寸法
内に納まつている。したがつてこのCIDでは従来
と同じスペースに縦横とも2倍の画素を納めるこ
とができ、受光面の高密度化がここに実現され
る。これは逆に言えば水平方向および垂直方向の
各シフトレジスタの駆動回路段数を(1/2)に減
少せしめることともなるのでスペースの点から言
つても消費電力の点から見ても実用上多大の効果
が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来方式のCIDの構造を示す模式図第
2図は該CIDの実際に作られた要部構造を示す平
面図、第3図a,bは本発明に係るCIDの要部構
造を示す平面図および断面図、第4図は本発明の
CIDの縦母線の一部と横母線の一部の交点まわり
に存在する4画素の蓄積電極直下のしきい値電圧
の変化を説明するための図、第5図aは該4画素
を1直線上に並べて画いた断面図、第5図b,c
は該4画素の直下に生じる井戸とそのバイアスに
よる変化を説明するための図、第6図は読みだし
アドレスの動作を説明するためのタイミングチヤ
ートである。 21,22,23,24:画素、21a,22
a,23a,24a:画素の蓄積電極で覆われた
領域、21b,22b,23b,24b:画素の
検出電極で覆われた領域、30:絶縁層、31:
不純物ドーブ層、32:活性領域上を被覆する絶
縁膜、40:半導体基板、41a,41b,42
a,42b,43a,43b,44a,44b:
井戸、q1,q2,q3,q4:電荷。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 隣接する検出電極と蓄積電極とで画定された
    複数個の画素を縦および横方向にマトリツクス状
    に配設してなる電荷注入型撮像装置において、縦
    および横方向に隣接した少なくとも4個の画素を
    1群として、当該群中における各画素の蓄積電極
    同志および検出電極同志をそれぞれ共通に縦母
    線、横母線のそれぞれに接続すると共に、各群中
    の共通接続した蓄積電極直下の画素中不純物濃度
    を順次異ならしめ、上記共通に接続した各群の画
    素の蓄積電極に前記の不純物濃度に応じた階段状
    の電圧を印加して、上記各群に含まれる各画素の
    電荷を共通の検出電極から順次読み出すようにし
    たことを特徴とする固体撮像装置。
JP10962380A 1980-08-09 1980-08-09 Solidstate image sensor Granted JPS5735483A (en)

Priority Applications (1)

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JP10962380A JPS5735483A (en) 1980-08-09 1980-08-09 Solidstate image sensor

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JP10962380A JPS5735483A (en) 1980-08-09 1980-08-09 Solidstate image sensor

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JPS5735483A JPS5735483A (en) 1982-02-26
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ID=14514975

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JP10962380A Granted JPS5735483A (en) 1980-08-09 1980-08-09 Solidstate image sensor

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5953419U (ja) * 1982-09-29 1984-04-07 株式会社ヨシタケ製作所 液体用減圧弁
JPS63163505U (ja) * 1987-04-14 1988-10-25
JPH02104407U (ja) * 1989-02-01 1990-08-20

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JPS5735483A (en) 1982-02-26

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