JPH0244871A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に関し、特に電子シャッタ動作可
能なインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置はホトダイ
オードで光電変換され、蓄積された電荷は垂直ブランキ
ング期間毎に読み出されるため例えばＮＴＳＣ方式では
１／６０秒の蓄積時間を有することになる。従って１／
６０秒間で蓄積された電荷量で像を撮らえるため、速く
動くものを撮った場合、画面がぼけるのが常であった。

この欠点を改善するため蓄積時間を短かくする電子シャ
ツタ動作が最近提案され実用化されつつある。

例を挙げると写真工業出版社発行のビデオ６誌、１９．
８．７＝年、８月号、第１４５頁〜第１４８頁に示すよ
うに一般には第５図のように上部に掃き出しドレイン４
を設けたインターライン方式ＣＣＤ撮像素子を用い、第
６図のように垂直ブランキング期間１０に２つの読み出
しパルス８−１゜８−２を設け、その間に高速道転送パ
ルス１４を垂直シフトレジスタに加えて最初に読み出し
パルス８−１で読み出された電荷を掃き出しドレイン側
に掃き出す。この間に蓄積された電荷が２回目の読み出
しパルス８−２で出力される。この期間Ｔ１がシャッタ
時間となる。この場合垂直ブランキング期間１０内で不
要電荷読み出し、高速掃き出し、信号電荷読み出しを行
なわなければならずシャツタ時間１／１０００秒固定し
か出来ない。

これらの改良型として第７図のように蓄積部１２を設け
る事でシャツタ時間１／２５０秒〜１／１０００秒を実
現させた可変型がある。

他には日経新聞社発行の日経マイクロデバイス誌、１９
８７年、１０月号、第６０頁〜第６４頁に示されるよう
な縦形オーバーフロードレインを利用して基板側に不要
電荷を引き抜く方法があるが、この場合は高い基板電圧
（以後Ｖ　ｓｕｂとする）が必要でありこのような電圧
で完全にホトダイオードの蓄積電荷を零とするためには
、最大蓄積電荷量のＶ　ｓｕｂに対する制御依存性を高
くする必要があり、この事はホトダイオードの静電容量
の増加を意味し、基盤濃度むら等による静電容量のばら
つきの影響が大きくなり飽和ムラの発生等を生ずる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の固体撮像装置のうち、蓄積部を設けたも
のはシャッタ時間の可変範囲を広げようとするとそれだ
けメモリの段数が必要となるので、必然的に撮像素子の
チップ面積が大きくなってしまう。又、メモリ段数が増
えるとそれだけ早い時間で転送しなければならないので
周波数が高くなり、垂直転送レジスタの最大転送電荷量
が減少してしまう欠点がある。

また縦型オーバフロードレインを利用するものでは基盤
電圧を高電圧にしなければならない。このような電圧で
完全にホトダイオードの蓄積電荷を零とするためには最
大蓄積電荷量の基盤電圧に対する制御依存性を高くする
必要があり、この事はホトダイオードの静電容量の増加
を意味し、基盤濃度ムラ等による静電容量のばらつきの
影響が大きくなり飽和ムラの発生等を生ずるという欠点
がある。

本発明の目的は、最大転送電荷量の減少や飽和ムラの発
生を伴なうことがなく、シャッタ時間を可変することの
可能な固体撮像装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の固体撮像装置は、半導体基板表面の第１導電型
領域に選択的に設けられた第２導電型領域を含むホトダ
イオード、前記半導体基板表面に設けられた第１の絶縁
膜を介して前記第２導電型領域直上部に隣接して設けら
れた読み出しゲート電極及び前記読み出しゲート電極上
に第２の絶縁膜を介して設けられ前記第２導電型領域直
上部に開口を有する導電性遮光膜とを含む固体撮像素子
と、垂直ブランキング期間内に前記ホトダイオードから
蓄積電荷を読み出すパルス電圧を前記読み出しゲート電
極に供給する読み出しパルス発生手段とを含む固体撮像
装置において、前記読み出しパルスに先立つ所定の水平
ブランキング期間に前記ホトダイオードの蓄積電荷量が
所定値以下となる出力遮断電圧から立上りかつ前記読み
出しパルスに遅れて垂直ブランキング期間又はその後の
水平ブランキング期間に前記出力遮断電圧以下に立下る
パルス電圧を前記導電性遮光膜に供給するシャッタパル
ス発生回路を有しているというものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図は導電
性遮光膜印加電圧と垂直転送レジスタの出力電圧の関係
を示す特性図、第３図はシャツタパルス発生回路の一例
を示す回路図、第４図は第３図の回路の信号波形図であ
る。

この実施例はｎ型半導体基板１９表面のｐ型領域（ｐ−
ウェル７）に選択的に設けられたｎ−型領域１ｎを含む
ホＩ・タイオード１、前記半導体基板表面に設けられた
第１の絶縁膜］７を介してｎ−型領域］ｎ直上部に隣接
して設けられた読み出しゲート電極５及び読み出しゲー
ト電極５上に第２の絶縁膜１５を介して設けられｎ−型
領域１ｎ直上部に開口を有するアルミニウム膜からなる
導電性遮光膜６とを含む固体撮像素子と、垂直ブランキ
ング期間内にホトダイオード１から蓄積電荷を読み出す
パルス電圧を読み出しゲート電極５に供給する読み出し
パルス発生手段３１とを含む固体撮像装置において、読
み出しパルスに先立つ所定の水平ブランキンク期間にホ
トダイオード１の蓄積電荷量か所定値以下となる出力遮
断電圧から立上りかつ前述の読み出しパルスに遅れて垂
直ブランキンク期間又はその後の水平フランキンク期間
に前述の出力遮断電圧以下に立下るパルス電圧を導電性
遮光膜６に供給するシャッタパルス発生回路を有してい
るというものである。導電性遮光膜６に印加する電圧（
以後ＶＰｓとする）によってホトダイオードの最大蓄積
電荷量か変化するので出力電圧は第２図のようになり、
出力電圧はＶＰｓに大きく依存する。ＶＰＳを上げると
それに比例して出力電圧も増加し、逆にＶＰＳを下ける
とそれに比例して出力電圧も減少し、−７Ｖ付近で完全
になくなる。このときのｖｐｓを出力遮断電圧というこ
とにする。現在、ホトダイオードの開口率が小さく、導
電性遮光膜６のアルミニウムが厚いため、アルミニウム
膜の側面から出る電気力線がｎ−型領域１ｎの全面に作
用するため等測的には導電性遮光膜６がｎ−型領域６の
全面を覆っているのと同じになり、蓄積電荷量がｖｐｓ
で制御されると考えられる。導電性遮光膜６の形状は、
図示のように、読み出しゲート電極６の側面の方まで庇
状に伸びている方が、この出力電圧を制御するのに王台
がよい。しかし、必ずしも庇まで有する必要はない。

本発明はこの現象を利用してシャッタ動作を実現するも
のである。

第３図において、２コは単安定マルチバイブレータてあ
り、垂直駆動信号ＶＤの立ち下りのタイミングでＬ′”
から”Ｈ“′に立ち上る所定のパルス幅のパルスを発生
する。このパルス幅は可変抵抗ＶＲＩにより変えること
ができる。単安定マルチバイブレータ２２は、２１の出
力信号の立ち下りのタイミングで”　Ｌ　”から”　Ｈ
”に立ち下るパルスを発生するがそのパルス幅は可変抵
抗ＶＲ２により変えることができる。Ｄフリップフロッ
プ２３の出力信号は、２３の出力信号が“Ｈ”になって
から最初に水平駆動信号１−Ｉ　Ｄが“Ｈ′”となるタ
イミンクで立ち上り、２３の出力信号か”Ｌ”″になっ
てから最初にＨＤが”　Ｈ”となるタイミンつて立ち下
る。こうしてＨＤに同期した信号が得られる。振幅可変
回路２５の可変抵抗ＶＲ３及びＶＨ４により、それぞれ
“Ｈ″レベルび゛Ｌ′ルベルを調整してシャッタパルス
が得られる。

２５の出力信号の“”　Ｈ”レベルを十分ホトダイオー
ドに電荷を蓄積てきる電圧例えば＋８Ｖに設定し、″′
Ｌ′ルベルをホトダイオードに電荷蓄積を行なわない電
圧、つまり出力遮断電圧以下の例えば−８Ｖに設定すれ
はよいのである。又、シャッタパルスの立ち下り時期及
び立ち下り時期はそれぞれＶＲＩ及びＶＨ２により調整
できる。立ち上り時期は、任意の垂直ブランキング期間
内に読み出しゲート電極５に読み出しパルス８より前に
し、立ち下り時期はその読み出しパルスより後であって
も同じ垂直ブランキング期間内にするのが好ましいがそ
れより遅れていてもよい。立ち上り、立ち下りともにＨ
Ｄに同期して水平フランキング期間内に行なわれるので
切り換え時に雑音が画面に出るのは防止されているから
である。シャッタパルスがＨ″′になってから読み出し
パルス８が発生するまでの時間ｔ２がシャッタ時間とな
るが、これはＶＲＩ。により任意に調整可能である。従
ってシャッタ時間は、］７６６０秒通常動作）から従来
例の１　／　１０００秒よりもっと短い時間まで広範囲
に可変てきる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、少なくとも読み出しパル
スを含み、所定の蓄積期間導電性遮光膜印加電圧を必要
な電荷量をホトダイオードに蓄積出来る電圧に設定し、
前記蓄積時間以外の期間、導電性遮光膜印加電圧を前記
電圧より低電圧にし、かつ電圧切換時点が水平或いは垂
直フランキング期間であるパルスを垂直駆動パルスと同
期させて導電性遮光膜に印加することにより、シャッタ
動作が可能とするので従来の可変型のようにメモリを必
要としない。従って従来の可変型ＣＣＤ撮像素子のチッ
プより撮像素子の寸法を小さくできる。又不要電荷読み
出しパルスや高速掃き出しパルス、高速転送パルスが不
要なので垂直転送パルスがノーマル時のままで良いので
簡単になる。

また高速転送による転送電荷量の減少もなく１／６０秒
から従来の１　／　］−０００秒よりもつと短いシャッ
タ時間が実現出来る効果がある。

また高い基板電圧も必要なく、ホトダイオード静電容量
を増加させる事も必要ないので飽和ムラが発生しないと
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図は導電
性遮光膜印加電圧と垂直転送レジスタの出力電圧の関係
を示す特性図、第３図はシャッタパルス発生回路の一例
を示す回路図、第４図は第３図の回路の動作信号波形図
、第５図は従来の掃き出しトレイン付き固体撮像素子の
ブロック図、第６図は第５図に示した従来例のシャッタ
動作時の読み出しゲート電極に印加する信号の信号波形
図、第７図は従来の蓄積部付き固体撮像素子のブロック
図である。 １・・・ホトダイオード、１ｎ・・・ｎ−型領域、２・
・・垂直転送レジスタ、２ｎ・・・ｎ−型埋込チャネル
、３・・・水平転送レジスタ、４・・・掃き出しトレイ
ン、５・・・読み出しゲート電極、６・・・導電性遮光
膜、７・・・ｐ−ウェル、８．８−１．８−２・・・読
み出しパルス、９・・・チャネルストッパ、１０・・・
垂直ブランキング期間、１１・・・撮像部、１２・・・
蓄積部、１３・・・メモリ、１４・・・高速道転送パル
ス、１５・・第２の絶縁膜、１７・・第１の絶縁膜、１
８・・トランスファゲート、１９・・・ｎ型半導体基板
、２１２２・・・単安定マルチバイブレータ、２３・・
・Ｄフリップフロップ、２４・・・パルス発生回路、２
５・・・振幅可変回路、３１・・・読み出しパルス発生
手段、３２・・・シャッタパルス発生回路、Ｃ１〜Ｃ５
・・・コンデンサ、ＤＩ、Ｄ２・・・タイオード、ＨＤ
・・・水平駆動信号、Ｍｎ・・・ｎチャネルＭＯ８）−
ランジスタ、Ｍｐ・・・ｐチャネルＭＯ８）ランジスタ
、Ｒ１゜Ｒ２・・・抵抗、ＶＤ・・・垂直駆動信号、Ｖ
ＲＩ〜ＶＲ４・・・可変抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板表面の第１導電型領域に選択的に設けられた
   第２導電型領域を含むホトダイオード、前記半導体基板
   表面に設けられた第１の絶縁膜を介して前記第２導電型
   領域直上部に隣接して設けられた読み出しゲート電極及
   び前記読み出しゲート電極上に第２の絶縁膜を介して設
   けられ前記第２導電型領域直上部に開口を有する導電性
   遮光膜とを含む固体撮像素子と、垂直ブランキング期間
   内に前記ホトダイオードから蓄積電荷を読み出すパルス
   電圧を前記読み出しゲート電極に供給する読み出しパル
   ス発生手段とを含む固体撮像装置において、前記読み出
   しパルスに先立つ所定の水平ブランキング期間に前記ホ
   トダイオードの蓄積電荷量が所定値以下となる出力遮断
   電圧から立上りかつ前記読み出しパルスに遅れて垂直ブ
   ランキング期間又はその後の水平ブランキング期間に前
   記出力遮断電圧以下に立下るパルス電圧を前記導電性遮
   光膜に供給するシャッタパルス発生回路を有しているこ
   とを特徴とする固体撮像装置。