JPS5884573A

JPS5884573A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS5884573A
Application number: JP56182914A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Dobashi; 土橋　友次
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1983-05-20

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】本発明社画ＩＩを撮倫する半導体構成の固体撮像装置Ｆ
に関する。

勘る固体撮＊＊＊としては、ファクシミリ４１に用いら
れる一次元の撮像装置と、カメラ等に用い撮倫装置Ｆｉ
ｔ基本的ＫｔｊＷ数の一次元の撮像装置を並列配置した
ものである。

第１図にこの種−次元の固体撮像装置の従来例を模式的
に示し、第２図に千のＸ−Ｘ断面図とポテンシャル図を
示す。これ等の図に於いて、（１ゝけ例えばＰ＠のシリ
コン基板、１２＋　ｒｉ該基板ｆｉ＋−ヒに被着された
二酸化シリコンからなる透明な絶縁層、（３）は皺絶縁
＊　（２４間に配置した透明なポリシリコンからなる受
光電極であり、この電極（３）に沿って・多数の充電変
換素子（Ａ）・・・が−列に配列構成されている。＋４
）１４１・・・は上記受光電極（３）の１側辺に沿って
。

上記納骨Ｈ（２１間で交互に上下段配列ざｔ１次転送電
ヒツトとする多数ビットの電荷転送レジス５１（Ｂ）ｔ
−＠５！している。（５）は上記受光電極（３）と上記
下段のを９て１紀絶縁１１　＋２１間に配Ｉｌされたゲ
ート電極である。１６１　Ｆ１！上記絶縁層（２１上ｔ
ａうアルミニウムからなる光鐘蔽換であり、上記受光電
極（３）の多数の光電を多素子（Ａｌ・・位置には多数
の受光窓（７）・・・形成されている。そして半導体基
板（１）中には、上記多部の光電を多素子ＩＡ）・・・
間を分離すると共に電荷転送レジスタ（Ｂ）のチャンネ
ルを形成する為のストッパ領域（Ｃ）が設けられている
。

斯様な構成の固体撮９装置は、受光電極（３）をＯＮ状
郭として光電変換素子（（転）位置に第２図に示すポテ
ンシャル井戸■を形成し、このポテンシャル井戸■内に
光電変換された光電荷を貯えた後、ゲート電極＋５＋１
ｆｒＯＮせしめて、このゲート電極（５１位Ｉｌｌに形
ｇされるポテンシャル井戸Ｑ）に依って、光電荷を１！
荷転送レジスタ［１’ｌ）のＯＮ状態の下段転送電極（
４′）位置のポテンシャル井戸■へ導入するものである
。そして、この電荷転送レジスタ（Ｂ）　？駆動する事
に依って、光電荷が転送出力される。

ト述の如き、従来の固体撮像装ｆｌｌｆｆ於いては、！
ｆｔ、電変換章子＋ＡＩ・・・に依って得られる光電荷
１は、入射光量及び蓄積時間に比例しているが、この光
電変換素子（Ａ）・・での蓄積可能電荷量を越えると光
電？ＩＦｒｔ−を飽和してしまう０そして、これに依っ
て、あふれた光電荷が他の光電変換素子（Ａｌ・・に流
入し、再生画ｇＩＫ白いにじみが生じるブルーミング現
象が起こる恐れがあった。また、このブルーミング現象
を回避しようとして、光電変換素子（Ａト・の受光面積
、即ち光遮蔽膜（６）の受光窓（７）・・・面積を小さ
くしたり、蓄積時間を短くすると、この光電変換素子（
ム）から得られる光電荷量が総じて小ざ（なり、画倫信
号の”／Ｎ比が劣化して、再生画像の鮮明度を低下せし
める不都合があった。

又、斯る従来の固体撮儂装曽を３個用い、夫々の装置１
に入射光の三原色成分ｔｍ別に感知せしめる構成とすれ
ば、カラー撮儂が可能であるが、この場合、各色成分の
平均光量が異なる為に、最大平均光量の色放分に感知す
る撮像装置に合せて、各撮ｇＩ￥ＩｔＷＩの光電変換素
子（Ａ）・・・の蓄積時間を設定すれば、最小平均光量
の色成分に感知する撮像装置でのＳ／Ｎ比が他と比べて
劣化するアンノくランスが生じていた。　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ｒ本発明は、斯様な実
情Ｋｌｌみて為されｔものであり、入射光量に応じて、
一画素単位での光電変換効率を可変とした個体撮像装−
を提供するものである。

第３図に、本発明の固体Ｉｌ健ｖＩｌｌの一実施例の平
面模式図を示し、第４図（ａ）、　（’ｂｌ　、　（ｃ
）に夫８々、そのＸ−Ｘ断面図と、ポテンシャル図を示
す。これ等の図に於いて、１１１　、　＋２１　、１４
１　、１５１　、１６１　Ｆｉ第１図及び第２図に示し
た従来装置と同様に半導体基板、絶縁層、転送電極、ゲ
ート電極、光遮蔽膜、を夫々示しており、２組の上下段
の転送電極付＋４１＋４１　、　＋４１＋４１ｔ１ビツ
トとする電荷転送レジメＪＣＢ）が構成されている。本
発明素子の実権例が、従来例と異なる所は、Ｉｌ、配電
荷転送レジスタ（Ｂ）の各ビット毎に、第１及び第２０
木電変換素子（ＡＴ　）＋、　（Ａ２）・・・が配列対
応しており、この２つの素子対（ムｔ）、ｎｚ）が一画
素ｔｅａしている点にある０期る多数の第１の充電変換素子（Ａ１）・・・は、第１
図に示した従来装置の光電変換素子（Ａ）と（ロ）様に
、電荷転送レジスタ（Ｂ）の１組辺に沿ってゲート電極
（５１を介して絶縁層（２）間に形成層れ次第１の受光
電極３１１位置に、各ビットに対応して配列構成されて
いる。一方、多数の第２の光電変換素子（Ａ２）・・・
は、上記第１の受光電極＠１１の一側辺にｌ［１１して
絶縁ゲー　ト＋２１間に並列配置した第２の受光電極−
位置に、各ビットに対応ししかも各第１の光電変換素子
（Ａ１）Ｋｌｌｆ接して配列ＩＩ！成されている。尚、
第１及び第２の受光［＆ｅｌｌ！、（財）は透明なポリ
シリコンに依って形成されている。そして、光遮蔽膜（
６）の第１０光電変換零子（Ａ１）・・・位＠には一辺
１０μｍの正方形をなす第１の受光窓唱）・・・が、そ
の第２の光電変換素子（Ａ２）・・位ｌＩｌには一辺７
１ｔｒｎの正方形をなす第２の受光ＷＢヴ２・・・が形
成されており、各第１の受■窓りわ・・・面積が、各第
２の受光窓ｑｚ・・・面積の約２倍となっている。即ち
、その受光面積が２＝１となっている第１及びｔＲ２の
光重変換素子対（八〇（Ａ２）　Ｋ依って一画素単位が
構成されている０尚、この一画素本位の第１及び第２の
光１！変換素子対（ＡＩ３（Ａ２）ｔ−他の素子対（Ａ
Ｉ）（Ａ２）から分離すると共にｔ？ｉｌＴ転送レジス
タ（Ｂ）のチャンネルを形成する為のストッパ領域（Ｃ
）が設けらねている。

次に１．Ｆ述のマロきｖｌＩ＃Ｉの本発閘固体撮儂装置
の動作を第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃｌを参照
して駅明する。先ず、斯る装置への平均入射光量が大き
い場合には、１１図（ａｌに示す如（、第２の受光電極
Ｃｊ３’ｚをＯＮ状態、ｔＲｌの受光電極（ｆｌｌｌを
ＯＦＦ状襲として、ポテンシャル井戸■を形成する事に
依って第２０光電変換素子（Ａ２）のみを電荷蓄積状態
とする。そして、受光面積が最も小さい即ち光電変換効
率が最小の第２の光電ｆ俳素子（Ａ２）ＶＣ依って得ら
れた光Ｖ荷が、ゲート電極（５）と共に第１の９党電極
（！ＩＩＩをＯＮせしめる事に依って形成されるポテン
シャル井戸■を介シτ電荷転送レジスタ（Ｆｉｌのポテ
ンシャル井戸■輯導入され、このレジスタ（ｉ３）Ｋ依
って転送出力される。

又、斯る装置への平均入射光量が同図（ａ）の場合より
小さい時には、第１の受光電極（３１１１ｋＯＮ状態、
第２の受光電Ｉｋ−をＯＦＦ状態として、ポテンシャル
井戸０を形成する事に依って、第１の光電変換素子（Ａ
１）のみを電荷蓄積状態とする０そして第２の光電ｆ換
素子（Ａ２）の受光１ｌｆｌ積の２倍の受光面積を有し
た、即ち充電変換効率が菓２のそれ０２倍となる、第１
の光電変換素子（Ａ１）に依って得られた光電荷が、ゲ
ート電極（５）をＯＮせしめる事に依って形成されるポ
テンシャル井戸■を介して電荷転送レジスタ（Ｂ）のポ
テンシャル井戸■に導入される。

更に、斯る＊＊への平均入射光量が同図（ｂ）の場合よ
りさらに小さい時には、第１及び第２の受光電極ａ１１
１−を共にＯＮ状態として、ポテンシャル井戸■を形成
する事に依って第１及び第２の光電変換素子（Ａｔ）、
（ム２）１に共に電荷蓄積状態とする。これ等素子（Ａ
Ｉ）（Ａ２）に依る合計の受光面積が第２の党を変褒素
子（Ａ２）の３倍となるので、その光電変換効率も３倍
となる。そして、これ等素子（ム１）（ム２）に依って
得られ次光電荷が同図（ｂ）の場合と同様にゲート電極
（５１のポテンシャル井戸■ヲ介して電荷転送レジスタ
（Ｂ）のポテンシャル井戸■に導入される。

卸ち、斯る本発明実施例に於いては、通常は、【一１ｉｉ索率位として躯１の光電変換素子（Ａ１）のみ
を用い、平均入射光量が大きくなりプルーミング現象が
発生する恐れが生じると、より光電変換効率の小さい第
２の光電変換素子（ム２）に切り換え、一方、入射光量
が小さくなり〜へ此の劣化を招く時には、光電を換効率
を高めるべく、第１及び第２０光電変換票子（ＡＩ）　
、　（＊２）を共に用いるｍ故となっている。

依って％斯る装置をカラー撮像に用いるには、三原色の
各色成分の平均光量の大小に応じ、上述の如く、３つの
固体撮８ｖＭ１１の夫々に於いて、第１及び第２の光電
変換効率（ＡＩ）ｖ　（Ａ２）ｔ’°選択又は組合せ使
用すれば、最大平均光量の色成分についてはプルーミン
グ現象が回避され、最小平均光量の色成分についてｒｉ
りｊ比の同上がなされる。

尚、上述の本発明実施例に於いては、−画素単位として
、受光面積をｆえてその光１１１ｆ換効率を異ならしめ
次￥ｇ１及び第２の光電変換素子（ＡＩ）（ム２）１に
選択又は組合せ使用したが、同一の光電変換効率を有す
る＊＊の九電変換案子ＶＣ依って一画票率位を１ｐ１５
！Ｌ、その数を選択しても、同様の効果が得られる。

本発明の固体撮像装置１は、以ヒの説明から明らかな如
く、複数の光電変換素子に依って一画素単位ｔ−＊成し
たので、入射光量の大きい時には、光電変換効率を小さ
くするべく上ｒ光電変換素子を選択使用する事に依って
、過剰光電荷の発生を抑制する事ができ、再生１儂での
プルーミング現象を回避する事ができる。−万人射光ｌ
の小さい時には、光電変換効率を大きくするべくヒ記九
Ｗｆ換素子を選択使用する事に依って、光電荷量を大き
くして”／Ｎ比の向上を計り、再生１儂の鮮明度量高め
る拳ができる。

従って、カラー撮像に於い′ては、各色成分別に、その
入射光景の大小に応じた光電変換効率を設定でき、プル
ーミング現象を回避しなから８／Ｎ比の向上を計った良
質のカラー再生画像を得る事ができる。

ｆた、上記−画素単位の検数の充電変換素子の受光面積
を変えているので、各光電変換素子の光電変換効率を確
実に異ななしぬる事ができ、さらに−画素単位の光電変
素子の数１に選択するものであるので、入射光量の大小
に応じて、一画素単位での党ｔｆ換効率の設定がＶ＃墨
に行オ、る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮＊＊＊の平面模式図、第２図は第
１図の従来装曾のＸ−Ｘ線断面図及びポテンシャル図、
第５図は未発明の固体撮惨装置の一実施例の平面模式図
、第４図（ａ）　、（ｂ）　＊　（ｃ）　Ｆｉ夫々第３
図の本発明装置のＸ　−Ｘ＠断面図及びポテンシャル図
、を夫々示（７ている。（Ａｌ（ＡＩ）（Ａ２）・・光電変換素子、（Ｂ）・・
・電荷転送しｊスタ、＋３１ｍ１ｌ！！１ｓ！・？’Ｗ
電極、＋４＋ｔｊ＋−ｈ　送［＆、（６）・・・ゲート
電魯、１６）・・・光鍵蔽農０第４図

Claims

【特許請求の範囲】１）　　多ａヒツ）＃１成の電荷転送レジスタの各ビッ
ト毎に、一画素単位を構成する複数の光電変換素子を関
連何社、この一画素単位の複数の光電変換素子の内から
、上記レジスタの各ビットに結合すべき光電変換素子を
選択可能とした事を特徴とする固体撮像装置。２）上記−画素単位の複数の光電変換素子は、夫々その
受光面積が異なっている事ｔ−Ｗ像とした特許請求の範
囲第１項配軟の固体撮像装置。５）上１電衝転送レジスタの各ビットに結合すべき光電
変換素子の数を選択する事ｔ−特許とした特許請求の範
囲第１項記載の固体撮像装置。