JPS6010671A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS6010671A
JPS6010671A JP58118526A JP11852683A JPS6010671A JP S6010671 A JPS6010671 A JP S6010671A JP 58118526 A JP58118526 A JP 58118526A JP 11852683 A JP11852683 A JP 11852683A JP S6010671 A JPS6010671 A JP S6010671A
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circuit
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Tetsuo Yamada
哲生 山田
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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
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光電変換素子と、この光′電変換素子の信号
電荷を転送する電荷転送手段と、転送された信号電荷を
′紙圧信号としてとり出す出力回路と、入射光を遮蔽す
るとともに電気遮蔽する導1d性元遮蔽膜とを具えた固
体撮像装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来の固体撮像装置を第1図、第2図に示す。
この固体撮像装置は、複数の光電変換素子1と、この光
電変換素子1の信号電荷を転送する電荷転送装置f2と
、この電荷転送装置2により転送された信号電荷を出力
′電圧としてとり出す出力回路3を有しており、光電変
換素子1以外の部分は光シールド膜4で遮蔽されている
。この光シールド膜4はアルミニウム等の4電性物質の
膜として形成され、電磁シールドの役割も果たしている
。信号1荷の転送経路をできるだけ短くする必要がある
ため、出力回路3は光電変換素子1の近くに配されてい
る。このため出力回路3も元シールド膜4でおおわれて
いる。
この固体撮像装置の出力回路3は第2図(a)に示すよ
うな断面構造をしている。電荷転送装置2の転送電極8
は半導体基板5の上に酸化膜冴をはさんで形成されてい
る。出力ゲート電極7は転?51i極8に隣接して形成
され、電荷転送装置2と出力回路3との間に障壁電位を
形成する。リセット電極9は、電荷検出接合層6と所定
−位の接合層10とを電気的に接続し、電荷検出接合層
6を所定電位にリセットするためのものである。4電h
M 1.1は電荷検出接合層6の電位ソースホロワ回路
の入力ゲートJ2に接続するものである。ソースホロワ
回路は、この入力ゲート12と、電源1氏圧に設足され
たドレイン接合層1:3と、負荷トランジスタのソース
接合層16と、ゲー]・】5と、出力′ぼ圧をとり出す
出力接合層■4とを有している。専′醒1生の光シール
ド膜4は絶縁層24の上をおおうようにして形成され、
基板’Ftt圧に設定されている。
この1δ1体撮1ま装置武の電荷検出の動作を説明する
と、リセット−4勿9をオンすると第2図(b)に示す
ようにリセット電極9下の電位は破線δで示すようにな
り、′m荷+6r出]嬰合層6の「iL位は接曾層10
01位27と同じ電位になる。リセット電極9をオフす
るとリセット醒極9下の′(5)位は破線26で示すよ
うになり、電荷検出接合層6はフローティング状態とな
る。この状態で電荷転送装置2で転送されたn荷29が
出力ゲート箪1勿7の障壁電位30を超えて流れ込み電
荷検出接合層6の電位を実線あのように変化させる。こ
の−位変化をソースホロワ回路に入力して出力を得る。
この電荷検出接合層6のぼ位変化Vsは、・1江荷検出
接合i75の有する全面−谷賦CT と転送された電荷
量9s で定まり、Vs=Qs/CTであられされる。
したがって、T莢出感度を高くするためには、全静電界
4c管を充分小さくする必要がある。電荷検出接合層6
の有する全静電界1htctは半得体基4反5との間の
静シ谷量CFliと、出力ゲート1極7との間の静電容
置Cカと、リセット電極9との間の静電容量cruと、
元シールド膜4との間の静・直答最CF”t+と、導電
線■1の対地容1丘2と、入力ゲート12の対地容量C
G+との聡和で表わされる。 1すなわち、 Ct =CF’S+CFO+ CFR+Crn、 中C
r12+ CcrI川(1)七なる。ここでCFLIと
(JL2とCGIの値は大きく、このために電荷検出感
度を十分大きくすることはできなかった。また出力接合
層14の出力)雰の対地容量CLOも大きく、等測的に
出力負荷容量が増加し周波数応答か劣化するという問題
があった。
(発明の目的〕 本発明は上記型′1kを′41ハしてなされたもので、
′電荷検出感度が高く、周波数応答のよい固体撮像装置
を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために本発明による固体撮像装置は
、纏亀注元遮蔽膜の元酸変挨素子上の領域に開口部を設
けるとともに、出力回路上の少なくとも一部の領域に開
口部を設けることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
本発明の第1の実施例による固体撮像装置を第3図?こ
示す。この固体撮像装置は、被数の光′電変換素子1と
、この光゛眠変侠素子1の信号電荷を転送する電荷転送
装置2と、この電荷転送装置2により転送された信号電
荷を出力電圧としてとり出す出力回路3とを有しており
、九′亀変換索子1上に開口部を有する導電性の元シー
ルド膜4でおおわれている。本実施例では出力回路3上
の領域にも光シールド膜4に開口部30を設けている点
が特徴である。
この出力回路3を第4図、第5図に詳細に示す。
第4図はこの出力回路3の平面構成を示し、第5図は断
面構成を示す。たた゛し第5図の断面構成は本実施例を
理解しやすくするため変形しであり、実際の断面とは少
し異なるところがある。本来流側の出力回路3は、フロ
ーテインク接合型の電荷検出回路と、2段構成のソース
ホロワ回路とからなっている。出力ゲート′電極7は転
送電極8に隣接して形成され障壁電位を形成する。リセ
ット電極9は、電荷検出接合層6と所定電位の接合層1
゜とを電気的に接続し、電荷検出接合層6を所定電位に
リセットするためのものである。導電線11は′電荷検
出接合層6の電位をソースホロワ回路の入力ゲート1.
2に接続するものである。ソースホロワ回路は、2段構
成である。第1段目のソースホロワ回路は、ドレイン接
合層10と、入力ゲート2と、出力接合層14と、負荷
トランジスタのソース接合層32とゲート31とでiJ
’i’成され−こおり、第2段目のソースホロワ回路は
、ドレイン接合層10と、入力ゲート34と、出力1妾
合層35と、負荷トランジスタのソース接合層;32と
ゲート:31とでFfi成されている。
第1段目のソースホロワ回路の出力→妾合層1=1と第
2段目のソースホロワ回路の入力ゲー1−34は導′醒
線36で接続されている。尋電緋45はソースホロワ回
路のソース鼠合層:′32を基$電位とするもので、通
常半導体基板5の電位に接地される。砺−一線46はソ
ースホロワ回1浴の出力、すなわぢ出力回路3の出力を
とりたずものである。導電線47は・6諒電圧を供給す
るものである。
4電(′、tの光シールド瞑4は、従来のように全面を
おおわずに開口部100を有している。本実施例では開
口i1:j(100は、出力回路3のうぢフローティン
ク接合型の′…:而j面出回路と第1段目のソースホロ
ワ回路の一部の領域の上部に設けられている。
具体的には、出力ゲート電極7の一部と、電荷検出接合
層6と、接合層10と、リセット電極9の一部と、4電
MiW11と、入力ゲート12の上部である。
このように本実施例では元シールド膜4の一部が除去さ
れているため、電荷検出接合層6の有する全静電容量C
Tは、半導体基板との間の静電芥−敏Cvsと、出力ゲ
ート・屯、饋7との間の静電容量CFOと、リセット電
極9との間の静電容量CFRと、入力ゲート12が有す
るFJ”m 谷m CFDとの和であられされる。すな
わち、 CT = CFS + CFO+ CFR+ CFD 
・・・・・・・・・(2)となる。すなわぢ、従来の(
1)式と比較ずれはわがるように、対元シールド膜との
間の静電容量CF項。
CFI、2がなくなり、静電容量CT は小さくなる。
したがって、電荷検出接合層60電位変化VS と転送
された電荷量Qs との比である電荷検出感度Vs/Q
s = 1./Crは、非常に旨くなる。
本実施例の動作を説明すると、リセット電極91をオン
すると、リセット′電極9下の′電位は高くなって、電
荷検出接合層6の電位は接合層10の電位と同(じにな
る。リセット山、・1甑9をオフすると、リセット′H
c+1返9Fの電位は低くなり、嵯荷検りJ旧妾合19
66はフローティング状態となる。この状態で電荷検出
感度からの転送′1乞荷が出力ゲート=m極7の障壁電
位を超えて流れ込み′−荷・演出接合層6の電位を変化
させる。この′電位変化Vsを2段構成のソースホロワ
回路で検出する。削述したように本実施例では゛東向・
演出接合層6の全静′直容量C丁が小さいので、電位変
化Vs は転送電信Qs に対して大きくなり、検出感
度が筒くなる。
なお、光シールド膜4かないため、入射光により、屯荷
検出叛合層6、接合/’j 1(Jと半/#一杯基イ反
5とで何成されるPn接合で九軍変かされ6荷が発生す
るが、転送電荷の恢出とリセットとを例えばI M I
−1z以上の高速で周期動作さぜれはこの目り荷をほと
んど無祝することができるので四状はない。
本発明の第2の実施例による固体撮像装置aの出力回路
3を第612]第7図に示す。本実流例は第1の実施列
と光シールド祠4の開口部101の形状が異なる。すな
わち第1の実施例における開口部101(9) よりも、広い領域の光シールドIN 4が除去されてい
る。具体的には、出力ゲート7の一部と、電荷検出接合
層6と、接合層10と、リセット電極9の−613と、
導電線11との上部の領域に加えて、第1段目のソース
ホロワ回路の出力接合層14と第2段目のソースホロワ
回路の入力ゲート34とを接続する導電線36と、第2
段目のソースホロワ回路の入力ゲート36と出力接合層
35との上部の領域の元シールド膜4が除去されている
。本実施例では、靜′鑞芥量Cyti1 、 CIP]
L2に加えて、出力接合層14の出力導電線36の対地
容駐CLOもなくなることになる。
したがって電荷検出感度が高くなるとともに、静電容量
10の存在のために劣化していた周波数応答が改善され
る。
なお、第8図は、第4図から第7図に示す出力回路の等
価回路である。第1の実施例におけるように開口部を設
ければ、参照番号61で示す静電容量CvI、(= c
yL、、 + CF鴎)がなくなるため検出感度が向ヒ
することがわかる。また第2の実施例におけるように開
口部を設けれは、さらに参照番号62で(10) 示す静軍容ff1ctoがなくなるので周波数応答か改
善することがわかる。
以上の実施例は出力回路がフローテインク接合形の検出
回り洛であったが、フローティングゲート形あるいはそ
の他の容量蓄積形検出回路の場合にも適用できる。また
固体撮像装置の他の回路上の光遮、11に膜を除けば、
その回路の周波数応答を改善できる。
〔発明の効果〕
以上の埋り、本発明によれば専醒性光遮蔽膜の光遮蔽4
炊能を十負うことなく ゛mi荷検出感度の商い出力回
路を有する固体撮像装置I′!:を実現できる。また元
遮蔽映を除去する領域により周波数応答を改善すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の固体(1f家装置コjの平面図、第2図
(a)は同固体撮1象挟1dの出力回路の1□IJr 
m図、第2図(b)は同出力回路の!助作を示すポテン
シャル図、第3図は本発明の第1の実施例による固体撮
像装置の平[+′:l□1図、第4図は同固体撮像装置
の出力回路の平面図、第5図は同出力回路の断面図、第
6図は本発明の第2の実施例による固体撮像装置の出力
回路の平面図、第7図は同出力回路の1新面図、第8図
は同出力回路の回路図である。 ■・・・光篭変挨素子、2・・・電荷転送装置、3・・
・出力回路、4・・・光シールド膜、5・・・半導体基
板、6・・・電荷検出段介層、7・・・出力ゲート―極
、8・・・転送′成極、9 ・リセット′亀億、10・
・接合層、11・・・導’を綜、12・・入カゲー1−
113・・・ドレイン接合層、14・・・出力接合層、
15・・・ゲート、16・・・ソース接合層、24・・
絶縁層、31・・ゲート、32・・・ソース接合層、3
4・・・入力ゲート、35・・出力接合層、36・・・
専′祿畝100・・・開口部、101・・・開口部。 出願人代理人 猪 股 清

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換素子
    と、これら光電変換素子により発生された信号電荷を転
    送する電荷転送手段と、この電荷転送手段により転送さ
    れた信号′電荷を電圧信号としてとり出す出力回路と、
    入射光を遮蔽するとともに電気遮蔽する導電性元遮蔽膜
    とを備えた固体撮像装置において、 前記導電性元遮蔽膜は、前記光電変換素子上の領域に開
    口部を有するとともに前記出力回路上の少なくとも一部
    の領域に開口部を有することを特徴とする固体撮像装置
JP58118526A 1983-06-30 1983-06-30 固体撮像装置 Granted JPS6010671A (ja)

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JPH0524671B2 JPH0524671B2 (ja) 1993-04-08

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