JPH055228B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH055228B2 JPH055228B2 JP59065335A JP6533584A JPH055228B2 JP H055228 B2 JPH055228 B2 JP H055228B2 JP 59065335 A JP59065335 A JP 59065335A JP 6533584 A JP6533584 A JP 6533584A JP H055228 B2 JPH055228 B2 JP H055228B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- photoconductor
- charge
- region
- transfer
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は画像読み取りやTVカメラに利用され
る一次元もしくは二次元配列の固体撮像装置に関
するものである。
る一次元もしくは二次元配列の固体撮像装置に関
するものである。
従来例の構成とその問題点
従来、固体撮像装置の役目としては画像認識、
光学情報の読み取り等、人間の目の役割を果たす
ものである。しかるに人間の目と比べて相違点は
認識情報の精度に差があり、これは通常言われて
いる解像度に関するものである。ここで現在の解
像度の高いものとしてTVカメラに用いられる固
体撮像装置を例にとると、ホトダイオードを光検
知部とし、電荷転送機能としてCCD（電荷結合素
子）やＸ−Ｙマトリツクスに配置されたMOSス
イツチを利用した構成の固体撮像装置がある。こ
れらは１つのホトダイオードを１絵素とすると、
約５mm×６mmの平面内にたとえば約400×600で20
万絵素の配置されたものである。この解像度に対
応する絵素数は主にCCDなどの電荷転送機能領
域の高密度化技術に制限され、高解像度化を阻害
する要因となつている。
光学情報の読み取り等、人間の目の役割を果たす
ものである。しかるに人間の目と比べて相違点は
認識情報の精度に差があり、これは通常言われて
いる解像度に関するものである。ここで現在の解
像度の高いものとしてTVカメラに用いられる固
体撮像装置を例にとると、ホトダイオードを光検
知部とし、電荷転送機能としてCCD（電荷結合素
子）やＸ−Ｙマトリツクスに配置されたMOSス
イツチを利用した構成の固体撮像装置がある。こ
れらは１つのホトダイオードを１絵素とすると、
約５mm×６mmの平面内にたとえば約400×600で20
万絵素の配置されたものである。この解像度に対
応する絵素数は主にCCDなどの電荷転送機能領
域の高密度化技術に制限され、高解像度化を阻害
する要因となつている。
発明の目的
本発明は、上記のような欠点を補うべく提案さ
れたもので、複数個の光電変換領域（上述の絵素
に対応する）を１つの蓄積領域に読み込み、その
信号を電荷転送機能領域で転送することにより、
絵素数を増加せしめて高解像度な固体撮像装置を
提供するものである。
れたもので、複数個の光電変換領域（上述の絵素
に対応する）を１つの蓄積領域に読み込み、その
信号を電荷転送機能領域で転送することにより、
絵素数を増加せしめて高解像度な固体撮像装置を
提供するものである。
発明の構成
本発明は、光電変換を行なう第１、第２の変換
領域と、前記第１、第２の光電変換による発生電
荷を蓄積する１つの蓄積領域と、前記１つの蓄積
領域の蓄積電荷を読み込む１つの読み込み部と、
一次元もしくは二次元に電荷転送機能を有する転
送領域と、前記１つの蓄積領域に電気的に接続さ
れた第１電極と、この第１電極をおおうように形
成された光導電体と、この光導電体上に形成され
た前記第１電極と対向する第２電極と、前記光導
電体とは絶縁層を介し前記第２電極と電気的に絶
縁しかつおのおのも電気的に独立して分解された
第３および第４電極とを有し、前記第１、第２の
変換領域がそれぞれ前記第３、第４の電極下の前
記光導電体に形成され、前記第１、第２の変換領
域の蓄積電荷を交互に前記第１の電極を通じて前
記１つの蓄積領域、読み込み部、転送領域に移す
るものであつて、絵素数を増加させるとともに、
全体的に高密度化を可能とし、高解像度な固体撮
像装置を提供するものである。
領域と、前記第１、第２の光電変換による発生電
荷を蓄積する１つの蓄積領域と、前記１つの蓄積
領域の蓄積電荷を読み込む１つの読み込み部と、
一次元もしくは二次元に電荷転送機能を有する転
送領域と、前記１つの蓄積領域に電気的に接続さ
れた第１電極と、この第１電極をおおうように形
成された光導電体と、この光導電体上に形成され
た前記第１電極と対向する第２電極と、前記光導
電体とは絶縁層を介し前記第２電極と電気的に絶
縁しかつおのおのも電気的に独立して分解された
第３および第４電極とを有し、前記第１、第２の
変換領域がそれぞれ前記第３、第４の電極下の前
記光導電体に形成され、前記第１、第２の変換領
域の蓄積電荷を交互に前記第１の電極を通じて前
記１つの蓄積領域、読み込み部、転送領域に移す
るものであつて、絵素数を増加させるとともに、
全体的に高密度化を可能とし、高解像度な固体撮
像装置を提供するものである。
実施例の説明
以下、本発明を実施例に基いて図面とともに説
明する。
明する。
第１図は本発明による固体撮像装置の一単位の
断面構造を示したものである。第１図は電荷蓄積
部がダイオードで電荷転送部が表面チヤンネル
CCDの場合である。以下は、この構成に基づき
説明するが電荷転送部は埋込みチヤンネルCCD
でもよく、MOS構成のＸ−Ｙマトリツクスでも
よい。
断面構造を示したものである。第１図は電荷蓄積
部がダイオードで電荷転送部が表面チヤンネル
CCDの場合である。以下は、この構成に基づき
説明するが電荷転送部は埋込みチヤンネルCCD
でもよく、MOS構成のＸ−Ｙマトリツクスでも
よい。
まず、Ｐ型半導体基板１０にN+型領域１１を
形成しダイオードを設ける。１２は電荷転送のた
めのゲート電極でこれにより半導体基板１０中に
空乏層１３が形成される。１４はダイオード１１
に蓄積された電荷を転送部１３に読み込むための
第１ゲート電極であり、１５は絶縁体層である。
１６はダイオード１１と電気的に結合し、かつ各
絵素毎に分離している第１電極である。１７は光
導電体である。１８は第２電極で第１電極１６に
対応しており、電界を印加することで電荷を第１
電極１６に集める動きをする。１９ａ，１９ｂは
第３電極で光導電体１７及び第２電極１８とは絶
縁層２０を介している。１９ａ，１９ｂは各々１
絵素の面積を分割するように電気的に絶縁されて
おり、第２電極18とは平面的に重なりを持つのが
望ましい。また、第３電極１９ａ，１９ｂは２つ
に限定されるものではない。さらに複数個の絵素
の電極１９ａ，１９ｂに電圧を印加できるように
バスライン２１ａ，２１ｂで電気的に結合されて
いる。２２は入射である。
形成しダイオードを設ける。１２は電荷転送のた
めのゲート電極でこれにより半導体基板１０中に
空乏層１３が形成される。１４はダイオード１１
に蓄積された電荷を転送部１３に読み込むための
第１ゲート電極であり、１５は絶縁体層である。
１６はダイオード１１と電気的に結合し、かつ各
絵素毎に分離している第１電極である。１７は光
導電体である。１８は第２電極で第１電極１６に
対応しており、電界を印加することで電荷を第１
電極１６に集める動きをする。１９ａ，１９ｂは
第３電極で光導電体１７及び第２電極１８とは絶
縁層２０を介している。１９ａ，１９ｂは各々１
絵素の面積を分割するように電気的に絶縁されて
おり、第２電極18とは平面的に重なりを持つのが
望ましい。また、第３電極１９ａ，１９ｂは２つ
に限定されるものではない。さらに複数個の絵素
の電極１９ａ，１９ｂに電圧を印加できるように
バスライン２１ａ，２１ｂで電気的に結合されて
いる。２２は入射である。
第２図に、第１図に示した単位絵素の電荷蓄積
および読み込みと電荷転送領域を平面的に構成し
たものを示した。同一の数字はそれぞれ第１図に
対応している。２３，２３′は転送ゲート電極で、
印加パルスはゲート電極１２と２３，２３′にお
いて１80°位相が異なる。また２４，２４´は転
送方向を決めるためのn-領域である。
および読み込みと電荷転送領域を平面的に構成し
たものを示した。同一の数字はそれぞれ第１図に
対応している。２３，２３′は転送ゲート電極で、
印加パルスはゲート電極１２と２３，２３′にお
いて１80°位相が異なる。また２４，２４´は転
送方向を決めるためのn-領域である。
第３図に光導電体に形成した電極の数絵素分を
示した。第１電極１６に対する第２電極１８およ
び第３電極１９ａとパスライン２１ａ，２１ｂの
平面的構成を示した。第４図ａ〜ｆに本発明の固
体撮像装置を駆動するためのパルス波形の一例を
示した。第４図ａは第１ゲート電極１４に印加す
るパルスを、第４図ｂは転送ゲート電極１２に印
加するパルスを、第４図ｂは転送ゲート電極２
３，２３′に印加するパルスを、第４図ｄは第２
電極１８に印加するパルスを、第４図ｅ，ｆはそ
れぞれ第３電極１９ａ，１９ｂに印加するパルス
を示した。
示した。第１電極１６に対する第２電極１８およ
び第３電極１９ａとパスライン２１ａ，２１ｂの
平面的構成を示した。第４図ａ〜ｆに本発明の固
体撮像装置を駆動するためのパルス波形の一例を
示した。第４図ａは第１ゲート電極１４に印加す
るパルスを、第４図ｂは転送ゲート電極１２に印
加するパルスを、第４図ｂは転送ゲート電極２
３，２３′に印加するパルスを、第４図ｄは第２
電極１８に印加するパルスを、第４図ｅ，ｆはそ
れぞれ第３電極１９ａ，１９ｂに印加するパルス
を示した。
第１図から第４図までを用いて、本発明の固体
撮像装置の駆動の説明をする。第４図におけるt0
時間では光導電体１７に第３電極１９ａを通じて
電圧Vaccが印加されており、入射光２２で発生し
た電荷（本実施例では電子）が保持されている。
撮像装置の駆動の説明をする。第４図におけるt0
時間では光導電体１７に第３電極１９ａを通じて
電圧Vaccが印加されており、入射光２２で発生し
た電荷（本実施例では電子）が保持されている。
このとき、第３電極１９ｂには電圧が印加され
ておらず電荷発生は押さえられている（以下で無
感度期間という。）。t1時間で第１電極１６と第２
電極１８との間に強い電界を印加し、さらに第３
電極１９ａを負電圧Vdrを印加することで第３電
極１９ａに保持されていた電荷は電極１６を通じ
てダイオード１１に流れ込む。t2時間で読み込み
第１ゲート電極１４に第４図ａに示す読み込みパ
ルスVchが印加され、ダイオード１１に蓄積され
た電荷は第４図ｂ，ｃに示されるようにゲート電
極１２にパルスV〓rが印加されるのでそれ下のポ
テンシヤル１３に移される。この電荷は電位の低
いn-領域24に流れ込む。さらにゲート電極２３
にパルスが印加されるため、電荷はn-領域24か
らゲート電極２３の下のポテンシヤルに移り、ひ
きつづきn-領域24′に流れ込む。このように読み
出された電荷は次々転送され出力される。（第４
図ｂ，ｃでのt3時間である。） またt2時間と同時刻には第４図ｅのように第３
電極１９ａに電圧は印下されておらず、第３電極
１９ａ直下の光導電体１１は無感度期間となる。
逆に第４図ｆに示すように第３電極１９ｂには電
圧Vaccが印加され、第３電極１９ｂ直下の光導電
体１７に入射光２２で発生した電荷が保持され始
める。次いで第４図に示すt4〜t6時間で上述のt1
〜t3と同様に第３電極１９ｂ直下にある電荷が転
送され出力される。
ておらず電荷発生は押さえられている（以下で無
感度期間という。）。t1時間で第１電極１６と第２
電極１８との間に強い電界を印加し、さらに第３
電極１９ａを負電圧Vdrを印加することで第３電
極１９ａに保持されていた電荷は電極１６を通じ
てダイオード１１に流れ込む。t2時間で読み込み
第１ゲート電極１４に第４図ａに示す読み込みパ
ルスVchが印加され、ダイオード１１に蓄積され
た電荷は第４図ｂ，ｃに示されるようにゲート電
極１２にパルスV〓rが印加されるのでそれ下のポ
テンシヤル１３に移される。この電荷は電位の低
いn-領域24に流れ込む。さらにゲート電極２３
にパルスが印加されるため、電荷はn-領域24か
らゲート電極２３の下のポテンシヤルに移り、ひ
きつづきn-領域24′に流れ込む。このように読み
出された電荷は次々転送され出力される。（第４
図ｂ，ｃでのt3時間である。） またt2時間と同時刻には第４図ｅのように第３
電極１９ａに電圧は印下されておらず、第３電極
１９ａ直下の光導電体１１は無感度期間となる。
逆に第４図ｆに示すように第３電極１９ｂには電
圧Vaccが印加され、第３電極１９ｂ直下の光導電
体１７に入射光２２で発生した電荷が保持され始
める。次いで第４図に示すt4〜t6時間で上述のt1
〜t3と同様に第３電極１９ｂ直下にある電荷が転
送され出力される。
本実施例では２つの光導変換領域の動作につい
て述べたが３つ以上であつても同様の操作をくり
返すことでよい。
て述べたが３つ以上であつても同様の操作をくり
返すことでよい。
このような固体撮像装置は以下のようにして作
られる。まず、Ｐ型Si基板１０にn+型領域11を拡
散法により形成する。次に絶縁酸化した半導体基
板１０上にポリSiにより転送ゲート電極１２を形
成し、絶縁分離をした後、ポリSiにより第１ゲー
ト電極１４を形成する。さらに絶縁体層１５とし
て低融点ガラス（例えばリンシリケートガラス）
を形成、1100℃に昇温メルトフローを行ない表面
の段差緩和を行なう。次にn+拡散層１１に位置
するようにコンタクトホールを設けた後、ポリSi
でホールを埋め、MoあるいはTa等により第１電
極１６を形成し、各単位絵素に分離する。その上
にプラズマGVD法またはスパツタ蒸着法により
光導電体層１７として水素化アモルフアスSiを
0.5〜2μｍ形成する。
られる。まず、Ｐ型Si基板１０にn+型領域11を拡
散法により形成する。次に絶縁酸化した半導体基
板１０上にポリSiにより転送ゲート電極１２を形
成し、絶縁分離をした後、ポリSiにより第１ゲー
ト電極１４を形成する。さらに絶縁体層１５とし
て低融点ガラス（例えばリンシリケートガラス）
を形成、1100℃に昇温メルトフローを行ない表面
の段差緩和を行なう。次にn+拡散層１１に位置
するようにコンタクトホールを設けた後、ポリSi
でホールを埋め、MoあるいはTa等により第１電
極１６を形成し、各単位絵素に分離する。その上
にプラズマGVD法またはスパツタ蒸着法により
光導電体層１７として水素化アモルフアスSiを
0.5〜2μｍ形成する。
次に同じくプラズマCVD法かスパツタ蒸着法
にて絶縁層２０としてSi3N4またはSiO2を約0.1μ
ｍ形成し、第３電極１９ａ，１９ｂとして透明電
極SnO2あるいは（In2O3）1-x（SnO2）zを0.05〜
0.2μｍスパツタ蒸着法により形成し、エツチング
でパターン化する。さらにスパツタ蒸着法で
Si3N4またはSiO2を約0.1μｍ絶縁層２０として形
成し、第２電極１８とバスライン２１ａ，２１ｂ
のためのコンタクトホールを設け、第２電極１８
としてAlまたはAu等の金属を形成してパターン
化する。バスライン２１ａ，２１ｂは第２電極１
８と同様の金属かまたは透明電極で形成し、パタ
ーン化することで本発明の固体撮像装置が得られ
る。
にて絶縁層２０としてSi3N4またはSiO2を約0.1μ
ｍ形成し、第３電極１９ａ，１９ｂとして透明電
極SnO2あるいは（In2O3）1-x（SnO2）zを0.05〜
0.2μｍスパツタ蒸着法により形成し、エツチング
でパターン化する。さらにスパツタ蒸着法で
Si3N4またはSiO2を約0.1μｍ絶縁層２０として形
成し、第２電極１８とバスライン２１ａ，２１ｂ
のためのコンタクトホールを設け、第２電極１８
としてAlまたはAu等の金属を形成してパターン
化する。バスライン２１ａ，２１ｂは第２電極１
８と同様の金属かまたは透明電極で形成し、パタ
ーン化することで本発明の固体撮像装置が得られ
る。
以上述べてきたように電荷蓄積および転送領域
を高密度化することなく、１つの電荷蓄積領域に
複数個の光電変換領域を設けることが本発明の特
徴である。第５図ａ〜ｄに本発明の原理をバンド
図で示した。まず電極３ａ側の電荷を電極１の蓄
積領域に運び、次いで電極３ｂ側の電荷を同じく
電極１の蓄積領域に運ぶ。
を高密度化することなく、１つの電荷蓄積領域に
複数個の光電変換領域を設けることが本発明の特
徴である。第５図ａ〜ｄに本発明の原理をバンド
図で示した。まず電極３ａ側の電荷を電極１の蓄
積領域に運び、次いで電極３ｂ側の電荷を同じく
電極１の蓄積領域に運ぶ。
現在、TVカメラに用いられる固体撮像装置は
１／２インチサイズの小型化へと進んでいる。この
単位絵素のサイズとしては水平約17μｍ、垂直約
10μｍである。この大きさの単位絵素の中にイン
タライン転送型CCDのように、ダイオード領域、
読み込み領域および転送領域が設けられている。
ここで（解像度＝絵素数）と言えるが、解像度を
向上させるために絵素数（約20万絵素）を２倍も
しくは４倍にすることは現在の集積回路技術では
不可能である。
１／２インチサイズの小型化へと進んでいる。この
単位絵素のサイズとしては水平約17μｍ、垂直約
10μｍである。この大きさの単位絵素の中にイン
タライン転送型CCDのように、ダイオード領域、
読み込み領域および転送領域が設けられている。
ここで（解像度＝絵素数）と言えるが、解像度を
向上させるために絵素数（約20万絵素）を２倍も
しくは４倍にすることは現在の集積回路技術では
不可能である。
発明の効果
本発明は上記のような問題を解決したもので１
つの蓄積領域に２個の光電変換領域を設け、さら
に１つの蓄積領域に対し１個の読み込み部、転送
領域を設けることで過大な高密度化を要求するこ
となく、高解像度化を行なうことができるため、
その産業上の意義はきわめて大きいものである。
つの蓄積領域に２個の光電変換領域を設け、さら
に１つの蓄積領域に対し１個の読み込み部、転送
領域を設けることで過大な高密度化を要求するこ
となく、高解像度化を行なうことができるため、
その産業上の意義はきわめて大きいものである。
なお実施例では二次元配列の固体撮像装置につ
いて述べたがこれは集積度が一次元より高いため
で一次元配列においても本発明は非常に有効であ
る。
いて述べたがこれは集積度が一次元より高いため
で一次元配列においても本発明は非常に有効であ
る。
第１図は本発明実施例を示す一単位の断面構造
図、第２図は本発明の実施例の要部平面図、第３
図は第２電極および第３電極の配置例を示す図、
第４図は同実施例の駆動パルス波形図、第５図は
本発明の原理を示すバンド図である。 １０……半導体基板、１１……電荷蓄積部、１
２，１４……ゲート電極、１３……電荷転送部、
１５，２０……絶縁層、１６……第１電極、１７
……光導電体、１８……第２電極、１９……第３
電極、２１……バスライン、２２……入射光。
図、第２図は本発明の実施例の要部平面図、第３
図は第２電極および第３電極の配置例を示す図、
第４図は同実施例の駆動パルス波形図、第５図は
本発明の原理を示すバンド図である。 １０……半導体基板、１１……電荷蓄積部、１
２，１４……ゲート電極、１３……電荷転送部、
１５，２０……絶縁層、１６……第１電極、１７
……光導電体、１８……第２電極、１９……第３
電極、２１……バスライン、２２……入射光。
Claims (1)
- １ 光電変換を行なう第１、第２の変換領域と、
前記第１、第２の光電変換による発生電荷を蓄積
する１つの蓄積領域と、前記１つの蓄積領域の蓄
積電荷を読み込む１つの読み込み部と、一次元も
しくは二次元に電荷転送機能を有する転送領域
と、前記１つの蓄積領域に電気的に接続された第
１電極と、この第１電極をおおうように形成され
た光導電体と、この光導電体上に形成された前記
第１電極と対向する第２電極と、前記光導電体と
は絶縁層を介し前記第２電極と電気的に絶縁しか
つおのおのも電気的に独立して分割された第３お
よび第４電極とを有し、前記第１、第２の変換領
域がそれぞれ前記第３、第４の電極下の前記光導
電体に形成され、前記第１、第２の変換領域の蓄
積電荷を交互に前記第１の電極を通じて前記１つ
の蓄積領域、読み込み部、転送領域に移すことを
特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065335A JPS60208179A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065335A JPS60208179A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60208179A JPS60208179A (ja) | 1985-10-19 |
| JPH055228B2 true JPH055228B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=13283948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065335A Granted JPS60208179A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60208179A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3138314A1 (de) * | 1981-09-25 | 1983-04-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Zweidimensionaler halbleiter-bildsensor hoher packungsdichte mit fotoleiterschicht |
-
1984
- 1984-04-02 JP JP59065335A patent/JPS60208179A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60208179A (ja) | 1985-10-19 |
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