JPS5822901B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の利用分野 本発明は、同一半導体基板上に光電変換素子および走査
回路を集積化した固体撮像装置に関する。

特に、本発明は、装置の駆動方式に改良が加えられた固
体撮像装置に関するものである。

（２）従来技術 テレビジョン放送用カメラに用いられる固体撮像装置は
、現行のテレビジョン放送で使用されている撮像用電子
管並みの解像力を備える必要がある。

このため、約５００Ｘ５００個程度の光電変換素子、各
光電変換素子に対応する（ｘ、ｙ）座標選択用のスイッ
チ、およびスイッチを開閉する約５００段ずつのＸ走査
回路、Ｘ走査回路が必要となる。

したがって、通常は高集積化が比較的容易ｆ、Ｋ Ｍ
ＯＳ大規模集積回路技術を用いて作られる。

第１図はこの様な固体撮像装置の概略を説明する図であ
り、１１はＸ位置選択用水平走査回路、１２はＹ位置選
択用垂直走査回路である。

１３は回路１２によって開閉する垂直スイッチ用ＭＯＳ
トランジスタ（以下、ＭＯ８Ｔと略記する）、１４はＭ
Ｏ８Ｔ１３のソース接合を利用した光ダイオード、１５
はＭＯ８Ｔ１３のドレインを共通に接続した垂直信号出
力線である。

また１６は水平走査回路によって開閉する水平スイッチ
用ＭＯ８Ｔで、ドレインは水平信号出力線１７、ソース
は垂直信号出力線１５に接続されている。

１８は水平信号出力線１７に抵抗１９を介して接続した
光ダイオードの１駆動電圧源（ビデオ電圧源）である。

又、２０は信号出力端子である。前記水平、垂直２つの
走査回路はスイッチ用ＭＱＳＴ１６．１３を順次開閉し
て二次元状に配列した光ダイオードからの光電流を抵抗
１９を通して読出す。

各光ダイオードからの信号はその上に投影された光学像
に対応するので、上記動作により映像信号を取出すこと
ができる。

この種固体撮像装置の特徴は、光電変換にスイッチ用Ｍ
Ｏ８Ｔのソースが利用でき、また走査回路にもＭＯ８Ｔ
Ｏ８上レジスタが利用できる。

したがって、通常は高集積化が比較的容易で、第２図に
画素構造を示したようｆ、Ｘ Ｍ ＯＳ大規模集積回路
技術を用いて作られる。

第２図において、２１は光電変換素子、走査回路等を集
積化するためのＮ型半導体基板、２２はＮ型半導体基板
上に形成したＰ型半導体領域のウェルである。

又１３は垂直走査回路１２によって開閉するゲート電極
２５を備えた垂直スイッチＭＯ８Ｔである。

２６はＭＯ８Ｔ１３のソースであり、高濃度Ｎ型不純物
領域であって、Ｐ型ウェルとの間の接合でもって光ダイ
オード１４を構成する。

２７はＭＯ８Ｔ１３のドレインであり、高濃度Ｎ型不純
物領域であって、垂直信号出力線１５となる導体層２８
に接続されている。

複数のスイッチ用ＭＯ８Ｔのドレインが共通につながっ
た出力線２８，１５の一端は、水平走査回路１１の出力
２９により開閉する水平スイッチＭＯ８Ｔ１６につなが
り、スイッチ用ＭＯ８Ｔ１６の他端は水平信号出力線１
７に接続されている。

また、ウェル２２および基板２１は通常接地電圧（０■
）に固定される。

又、３１．３２．３３は絶縁膜であり、通常５ｉ０２膜
。

が使われる。

走査によりターゲット電圧Ｖｖまで充電された光ダイオ
ードは、■フレーム期間に入射した光量に応じて放電（
ΔＶｖ）シ、次回の走査でスイッチ用ＭＯ８Ｔ１３．１
６が導通ずると、この放電分を充電するための充電電流
が流れる。

この充電電流はターゲット電激１８につながる抵抗１９
を介して読出され、出力端子２０に映像信号を得ること
ができる。

第２図に示す画素構造を備えた固体撮像装置は、Ｐ型ウ
ェルを設けて、該ウェル内に光電変換素子を設けたため
、プルーミングの発生を防止することができる。

又、赤外光は殆ど基板内で吸収されるので、解像力の低
下を招かないし、可視域分光感度が平坦化されて被写体
に忠実な映像信号を得ることができ、多くの利点を有し
ている。

この装置は、現在までに提案、開発されている撮像装置
の中で、最も優れた特性を有しているものである。

しかしながら、同一基板上に２５万個もの絵素が集積化
され、しかも全体のサイズが半導体メモリ等のサイズに
較べて４〜８倍大きいため、製作が難しく、数十個に及
ぶ白点あるいは白い縦縞が再生像に現われ、画質の劣化
を招いている。

発明者らは第２図に示した画素を有する撮像装置を用い
て、きすの発生原因を調べた結果、これらのきずは基板
２１に印加する電圧（以後、Ｖ ＳＵＢで表わす）に大
きく依存しており、白きすは基板電圧Ｖ ＳＵＢがビデ
オ電圧Ｖｖより低い場合に発生することを見出した。

また電圧ＶＳＵＢを電圧Ｖｖより高くした場合に黒い縦
縞が再生画像に発生することも分った。

（第２図の記載例では、■５ＵＢ−０■になっているた
め、Ｖ ＳＵＢ ＜ Ｖ ｖの関係にあり白きすが発生
する）。

これらの原因は、白きずについては、基板のＮ型領域が
ウェル内の無拡散領域３４を通して光ダイオードのＮ型
領域とショート状態になっているためで、本ショート状
態はウェル形成工程における塵埃等による拡散不良によ
り生ずるものである。

また、黒い縦縞は基板のＮ型領域とＮ＋型トドレインシ
ョート状態によって発生し、これもウェル形成時に入り
込む塵埃等に帰因する無拡散領域３５により生ずるもの
である。

この無拡散領域３４．３５は、半導体基板表面に付着し
た塵埃等により、エツチングされない拡散マスク物質が
残り、Ｐ型不純物を半導体基板内部へ注入できないこと
により生ずる。

この欠陥の導入を完全に防ぐことは不可能であり、管理
された防塵装置を用いた場合でも１ｄあたり数個以上が
発生する。

撮像素子の面積は〜１ｄであるから最低でも上記程度の
欠陥による白きす、黒縞が発生し、画質の良好な撮像装
置を得ることは極めて難しい。

又、きすの種類として、上述の他に黒点があるが、特に
黒点の径が大きくない限り人間の目には映りにくく、画
質に与える影響は非常に小さい。

したがって、固体撮像装置において問題となる再生画像
上のきすは、白きずおよび黒縞である。

（３）発明の目的 本発明の目的は、固体撮像装置における画質不良の主因
となる白きずおよび黒縞の発生を防止することである。

すなわち、本発明の目的は、再生画像上に、白ぎずおよ
び黒縞の発生がない固体撮像装置を提供することにある
。

（４）発明の詳細説明 造を有し、光ダイオードと同様基板にもビデオ電圧を印
加し、これにより白きすを目ざわりにならない黒点に変
える、および黒い縦縞の発生を防止するようにしたもの
である。

（５）実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施例の固体撮像装置の駆動方法を第３図に
示す。

第３図には、固体撮像装置の画素構造を示して、本発明
を説明する。

基板２１は、不純物濃度５ Ｘ １ ０” ａｔｏｍｓ
／ｉのＮ型シリコン基板である。

基板表面領域に設けられたＰ型ウエル２２は不純物濃度
５ Ｘ １ ０”’ａｔｏｍｓ 。

／ｃｒＡの領域であって、拡散、イオン打込、エビクキ
シアル成長等で形成される。

Ｐ型ウエル２２中に設けられたＮ＋型領領域２６２７は
不純物濃度５ Ｘ Ｉ Ｏ１４ａｔｏｍｓ肩の領域であ
り、拡散、イオン打込等で形成される。

ＭＯＳＴ１３のゲート電極。２５は多結晶シリコンを用
いて形成し、垂直信号出力線となる電極配線２８として
はＡ［を用いた。

絶縁膜３１は厚さ１μｍの８ １０ ２膜、絶縁膜３２
は厚さ０．５μｍの８１０２膜、ＭＯＳＴ１３のゲート
絶縁膜３３は厚さ０．１ｌｉｍのＳｉＯ２膜とした。

。３０は基板電圧印加端子であり、ビデオ電圧電源１８
に接続されている（他の番号は前述の第１図、第２図に
同じである）。

（１）光ダイオードのＮ＋型領領域Ｎ型基板がショート
している場合 光ダイオードのＮ ＋型領域２６は、次回の走査を受け
るまでの１フレ一ム期間（〜３０ｍｓｅｃ）、フロート
状態にあるので、その間に光ダイオードのＮ＋型領領域
２６入射光の如何にかかわらず無拡散領域３４を通して
基板と同電位になる。

基波をビデオ電圧より低く置いた場合（例えば従来例の
如く０■）、電圧差（Ｖｖ−ＶＳＵＢ）を補うために光
が入射した場合と同様ビデオ電源から光ダイオードのＮ
＋型領領域２６充電電流が流れ白きすが現われる。

本発明の如く基板電圧をビデオ電圧と同じにした場合は
、上記の基板と光ダイオードの領域２６間の電位差はＯ
となり入射光によって光ダイオード電圧が放電した分取
外の不必要な充電電流は流れない。

これは光が入射しない場合と同じ状態であり、目につき
にくい黒点となる。

逆に、基板をビデオ電圧より高く置いた場合には、基板
をビデオ電圧より低く置いた場合と電流の向きが逆にな
り、黒化度の強い黒点となる。

（１１）垂直信号出力用Ｎ＋型トドレイン基板がショー
トした場合 信号出力線１５につながるドレイン２７は、■水平走査
期間（〜６４μｓｅｃ ）の間フロート状態にある。

基板２１をビデオ電圧より低く置いた場合には、その規
間に信号出力線は無拡散領域３５を通じて基板と同電位
になる。

したがって、光ダイオードへの光入射如何にかかわらず
、信号出力線には充電電流が流れてしまい、さらにこの
電流は水平走査期間毎に繰返されるので、白い縦縞が現
われる。

基板をビデオ電圧より高く置いた場合は、上記の場合と
は逆の現象が生じ、逆向きの充電電流が流れるので、黒
い縦縞が現われる。

本発明の如く基板にビデオ電圧を印加した場合には、基
板２１と垂直信号出力線用ドレイン２７の電位差は０と
なり、ドレイン２７はビデオ電圧電位に保たれている。

すなわち、無拡散領域３５が存在しない間と同じ状態と
なる。

したがって、光ダイオードの光信号電極による放電分以
外の不必要な充電電流は流れない。

すなわち白あるいは黒い縦縞の発生はなくなる。

本発明の如く基板２１にビデオ電圧を印加した場合でも
、基板を流れる電流は通常ｎＡ程度、大きい場合でも高
々信号電流（〜１μＡ）程度であり、電流容量を必要と
しないので特別な基板用電源を設ける必要はすく、信号
の読出しに使用するビデオ電源を基板電源としてそのま
ま流用できる。

以上、実施例を用いて説明したように、本発明のように
基板にも信号読出し用のビデオ電圧を印加することによ
り、目ざわりな白点あるいは白および黒の縦縞の発生を
なくすことができ、画質を著しく改善することができ、
本発明の実用上の価値は極めて高いものである。

上記の実施例においては、光ダイオードとＭＯ８電界効
果トランジスタで構成するＭＯ８形撮像装置を例にとり
説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でＣＩ Ｄ
（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓの略）およびＣＣＤ （Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｄｅｖｉｃｅｓの略）に適用できることは勿論であ
る。

又、ＭＯ８型電界効果トランジスタを用いて、以上の実
施例を説明したが、一般の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ（ＭＩＳ型電界効果トランジスタ）としても本発
明が実施できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】 第１図は固体撮像装置の概略を説明する図であり、第２
図は従京の固体撮像装置の駆動方法を示す図、第３図は
本発明による固体撮像装置の実施例の駆動方法を示す図
である。 １３・・・・・・垂直スイッチ用ＭＯ８Ｔ、１４・・・
・・・光ダイオード、２１・・・・・・Ｎ型シリコン基
板、２２・・・・・・Ｐ型ウェル、２５・・・・・・ゲ
ート電極、２６・・・・・・Ｎ＋型領領域ソース）、２
７・・・・・・Ｎ＋型領領域トルイン）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１導電型の半導体基板の主表面領域に、第２導電
   型のウェル領域を設け、該ウェル領域内に設けた第１導
   電型不純物領域をもって構成される光ダイオードを光電
   変換素子とする固体撮像装置において、上記光ダイオー
   ドの駆動電圧を上記半導体基板に印加してなることを特
   徴とする固体撮像装置。 ２ 上記光ダイオードは上記ウェル領域内に複数配列さ
   れ、走査回路によって開閉されるスイッチ素子が前記各
   光ダイオードに接続され、該スイッチ素子を介して、前
   記各光ダイオードに駆動電圧を印加してなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ３ 上記スイッチ素子は、ＭＩＳ型電界効果トランジス
   タであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   固体撮像装置。 ４ 上記ＭＩＳ型電界効果トランジスタは、前記第１導
   電型不純物領域をソース領域とし、該ソース領域から離
   れて前記ウェル領域中に設けられた第１導電型のドレイ
   ン領域と、前記ソース、ドレイン領域間の基板表面上に
   絶縁膜を介して設けられたゲート電極とからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。