JPS6282793A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JPS6282793A
JPS6282793A JP60221844A JP22184485A JPS6282793A JP S6282793 A JPS6282793 A JP S6282793A JP 60221844 A JP60221844 A JP 60221844A JP 22184485 A JP22184485 A JP 22184485A JP S6282793 A JPS6282793 A JP S6282793A
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JP
Japan
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light
white light
white
solid
red
Prior art date
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Pending
Application number
JP60221844A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideaki Yamamoto
英明 山本
Akira Sasano
笹野 晃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6282793A publication Critical patent/JPS6282793A/ja
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光電変換部(画素)の構成を改善して、高感
度化した固体撮像素子に関するものである。
〔発明の背景〕
従来の固体撮像素子では、塚本著:固体撮像デバイスの
基礎(オーム社刊、昭和57年6月発行、p89〜97
)に記載されているように、例えば赤(R)、緑(G)
、青(B)の3種の色フィルタを持つ画素を2次元状に
配列し、互いに隣接した画素の信号から色信号を読取る
という、第7図にその等価回路図を示したような方法が
採用されている。しかしながら上記のような方法では、
入射した光の大部分が色フィルタに吸収されて無駄にな
るため、撮像素子の感度の点で問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、従来の画素部の構成と機能とを変えて、高感
度な固体撮像素子を得ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明において、感度を向上させるために用いる光導電
素子を第6図に示すが、第6図の(a)。
(b)、(c)はそれぞれ上記光導電素子の平面図、断
面図、等価回路図を示している。第6図(a)および(
b)において、1は下地基板、2は光導電体、3と5は
電極、4は中点電位検出用の配線、6は色フィルタであ
る。電極3.5および中点電位検出用配線4の材料とし
ては金属の他に透明電極材料を用いることができる。光
導電素子は光が照射されると、光の光量に比例して導電
率が増大する性質を有している。したがって第6図(b
)で上方から光が入射した場合、例えば色フィルタ6に
赤色フィルタを使用したとして、(C)の等価回路で示
した光導電素子R1には入射光中の赤色成分の情報が反
映し、R2にはフィルタがないので白色光の情報が反映
する。すなわち。
一= k、 r、(R)      ・・・・・・・曲
・(1)一部に、L       ・・・・・・・・・
・・・(2)で示される。一方、中点電位E Mは次式
で示される。
ここで、L(R)は入射光の赤色成分、Lは入射光量(
白色成分)、Eoは光導電素子に印加する電圧、kl、
R2は定数である。上式(3)よりEX工□・E。
1+ (R,/R2) (1)(2)式を代入して Lk□ R6−EM したがって、中点な位EMが検出できれば、入射光の赤
色成分/白色成分比がわかることになる、光導電体とし
ては、Si、Os、CdS、CdSe。
PbS、GaAs、InSb、水素化非晶質シリコン(
B、Pドーピング膜を一部含んでもよい)などの材料を
用いることができる。例えば赤色光と緑色光の色フィル
タを用いた2種の光導電素子を使用すれば、赤色光成分
/白色光成分、緑色光成分/白色光成分の2つの比がわ
かる。さらに従来使用されているホトダイオードで色フ
ィルタをつけずに白色光の量そのものを検知すれば、C
= L = L(R)+L(G)+L(B)ここにL(
G)は緑色光成分、L(B)は青色光成分である。上記
のようにして3つの量A、B、Cを検知できることにな
る。
L(R) = p、−c L(G) = B−C L(B) = (1−A−B)・C となり、入射光の赤、緑、青色の成分を検出できること
になる。なお第6図(b)では電極3.4゜5を上部に
配置しているが、下部に配置しても全く差支えない。さ
らに光導電素子を用いた場合。
一般に光電利得(G)が高いため1例えばCdSではQ
 =30000. a −Siではa=iooooであ
り感度の面で有利である0本発明の固体撮像素子は、上
記の2つの光導電素子と1つのホトダイオードとで画素
を構成し、上記画素をモザイク状に配列したものである
6 【発明の実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明による固体撮像素子の等価回路図、第2
図(a)は上記固体撮像素子の画素配置側図、同図(b
)は画素配置の他の例を示す図、第3図(a)および(
b)は上記画素の断面構造を示す図、第4図はホトダイ
オードの一例を示す図、第5図は固体撮像素子における
画素群の平面配置を示す図である。第1図において、1
1は水平走査用のシフトレジスト、12は垂直走査用の
シフトレジスト、13は光導電素子用バイアス電源、1
4はホトダイオード用バイアス電源、15は負荷抵抗、
16.17.18はそれぞれ、白色光(ホトダイオード
)、緑色光/白色光比、赤色光/白色光比の出力信号端
子を示している。19.21は光導電素子のバイアスラ
イン、20.22は垂直方向走査ライン、23.26は
赤色光/白色光比信号ライン、24.27は緑色光/白
色光比信号ライン、25.28は白色光信号ラインであ
る。Q14、Q12、Q工、およびQ2いQ2□、qz
3は水平方向走査用のスイッチ用トランジスタをそれぞ
れ示し、PlいP1□、Pl、およびP2いP2□、P
23は垂直方向走査用のスイッチ用トランジスタを示し
ている。rll、r1□およびrzx、r2□は光導電
用素子であり、r’txもしくはratは白色光を受光
し、r□2もしくはr22は赤色光を受光し、この対で
赤色光/白色光比を検出する。これらの中間端子はトラ
ンジスタP11およびP2□のソース電極に接続されて
いる。同じくr13、r工。
およびrll、rz4のそれぞれの組は緑色光/白色光
比を検出する。第1図に破線内で示す領域がカラー読取
りのための1画素となる。上記各画素を2次元配列して
固体撮像素子が完成する。第1図の破線内で示す部分の
平面配置図を第2図(a)に示す。第2図(a)のW領
域およびR領域は第1図のr1t*  rt□にそれぞ
対応し、白色光と赤色光の受光領域である。第2図(a
)のWとG領域はそれぞれ第1図のrta、r14に対
応し、白色光と緑色光の受光部である。R,G領域とW
領域との比は色フィルタの分光透過率によって変えるこ
とができる。W領域は第1図の白色光受光用ホトダイオ
ードPD1に対応する。なお第2図(a)の他に、例え
ば同図(b)に示すような配置とすることができるのは
もちろんである。第3図(a)、(b)に光導電素子と
ホトダイオード部との断面構造を示す。本実施例はMO
3O3形デバイスに適用したものであるから、第1図の
走査部は標準的なnチャネルMOSプロセスを用いて形
成するが、製作上従来と異なる点は、光導電素子とホト
ダイオードからなる受光部が、従来、第3図(b)に示
すホトダイオードの2次元配列であったのを、同図(a
)に示すような構造に変えて作ることである。第3図に
おいて、30はn型基板、31はPウェル、32はソー
ス、ドレインのn+領領域33はゲート酸化膜、34は
絶縁膜、35はゲート電極。
36は信号線(金属配線)、37は絶縁膜、38は光導
電素子の中点電位検出用配線、39は光導電体であって
、第3図(a)のようにホトダイオードがあった部分を
小さくし、コンタクトホールを作り、該コンタクトホー
ルから中点電位検出用の配線38をMやCrなどの金属
を用いて形成する。同時に光導電素子用電極も形成する
。この上に約2戸の膜厚の水素化非晶質シリコンをプラ
ズマCVDにより形成し、ホトエツチングプロセスを用
いて光導電素子領域39だけを残し他の部分を除去する
つぎに第2図のR領域の部分に対応する光導電素子の上
に赤色の有機フィルタを形成し、G領域の部分に対応す
る光導電素子の上に緑色の有機フィルタを形成して、固
体撮像素子が完成する6第3図(a)から明らかなよう
に、光導電体39はスイッチ部の上方に配置できるため
光導電素子は非常に狭い領域に形成可能である。このた
め第2図のように赤色光/白色光凡用、緑色光/白色光
凡用の光導電素子を小さくすることができ、その分だけ
白色光用ホトダイオードの受光部を広くすることができ
る。また、光導電素子は常に電流が流れており、走査は
単に中点の電位を読むだけであり、走査用パルスによる
雑音発生がなく、S/N比よく赤色光/白色光比、緑色
光/白色光比が得られる。
従来のMO3形撮像素子は第6図に示すように、第3図
(b)に示すホトダイオードだけを画素とし、赤色光、
緑色光、青色光用の各素子は、上記ダイオード上にそれ
ぞれ色フィルタを形成して得られていた。色フィルタを
形成した場合、透過光は約175〜1/4程度の光量に
なるため、著しく感度が低下する。これに対し、上記し
た本発明ではスイッチ部の上に赤色光/白色光比、緑色
光/白色光凡用の高感度な光導電素子を形成するため、
従来の1画素の面積内に上記赤色光/白色光比、緑色光
/白色光凡用の各素子が形成でき、その分白色光用の画
素(第2図のWホトダイオード部)を2倍に拡げること
ができ、上記W部には色フィルタが必要ないので、感度
としては等価的に〜5倍程度にすることができる。
さらに本発明において第3図(b)に示した従来形のホ
トダイオード以外にも第4図に示すホトダイオードを使
用することができる。第4図において、30〜38は第
3図(a)と同じであり、40は半導体薄膜で、非晶質
シリコン(BやPのドーピング膜を含む)、5e−As
−Te系のカルコケナイトガラス、CdS、CdSe、
CdTeなどを用いる。
41は透明電極でありSnO,やIn2O,などを用い
る。なお、上記ダイオードを用いる場合、透明電極41
は光導電素子の電圧供給線に接続して使用する。
第5図に完成した固体撮像素子における画像群の平面配
置図を示す。同図中における数字は第1図に対応する。
本実施例では光導電体に水素化非晶質シリコンを用いた
が、全く同様にCdS、CdSeを用いても形成できる
ことはもちろんである。
〔発明の効果〕
上記のように本発明による固体撮像素子は52次元状に
配列した光電変換素子と、該光電変換素子に発生した光
信号を時系列的に取出すためのスイッチ群および走査素
子を集積化した固体撮像素子において、上記光電変換素
子が白色光を光電変換する素子、および赤色光/白色光
、青色光/白色光、緑色光/白色光の3つの比のうち、
少なくとも2つの比に対応する信号を発生する光電変換
素子の組からなり、上記組をモザイク状に配列したこと
により、従来のMO3形撮像素子では1画素の寸法が約
25//I11角であったが、本発明における赤色光/
白色光比、緑色光/白色光凡用の2つの画素は従来の]
画素の面積内に形成することができ、等測的に1画素分
のスペースを作ることが可能なため、この分だけ白色光
用ホトダイオ−・ドの受光面積を増し、約2倍にするこ
とができた。上記の大きなホトダイオードで得られた信
号を赤色光/白色光比、緑色光/白色光比検出用光導電
素子で得られた値でR,G、B信号に分解したところ、
従来の赤色、緑色、青色の各色フイルタ分解で得られた
色信号の約5倍の感度が得られ、高感度な固体撮像素子
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による固体撮像素子の等価回路図、第2
図(a)は上記固体撮像素子の画素配置図、同図(b)
は他の画素配置例図、第3図(a)および(b)は上記
画素の断面構造を示す図、第4図はホトダイオードの一
例を示す図、第5図は固体撮像素子における画素群の平
面配置を示す図。 第6図は光導電素子を示し、(a)は平面図。 (b)は断面図、(C)は等価回路図、第7図は従来の
固体撮像素子の等価回路図である。 11・・・水平走査用シフトレジスト 12・・・垂直走査用シフトレジスト Q□□、Q 12 、 Q t 3、Q2いQ2□、Q
2.・・・水平方向走査用スイッチ用トランジスタ P工1、P1□、P□1、P2□、P2□、P23・・
・垂直方向走査用スイッチ用トランジスタ rxx−r 121 1”t3+   ’14+   
r21+   ’22+   r23+r24・・・光
導電用素子 代理人弁理士  中 村 純之助 十1 図 す !1:、iC平式81甲シフトレジスト  12・、壱
直売Ik租57ト糾ジ又ト!2 図 (a)       (b) 矛5 図 ?6ツ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 2次元状に配列した光電変換素子と、該光電変換素子に
    発生した光信号を時系列的に取出すためのスイッチ群お
    よび走査素子を集積化した固体撮像素子において、上記
    光電変換素子が、白色光を光電変換する素子、および赤
    色光/白色光、青色光/白色光、緑色光/白色光の3つ
    の比のうち、少なくとも2つの比に対応する信号を発生
    する光電変換素子との組からなり、上記組をモザイク状
    に配列したことを特徴とする固体撮像素子。
JP60221844A 1985-10-07 1985-10-07 固体撮像素子 Pending JPS6282793A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60221844A JPS6282793A (ja) 1985-10-07 1985-10-07 固体撮像素子

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JP60221844A JPS6282793A (ja) 1985-10-07 1985-10-07 固体撮像素子

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JPS6282793A true JPS6282793A (ja) 1987-04-16

Family

ID=16773074

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JP60221844A Pending JPS6282793A (ja) 1985-10-07 1985-10-07 固体撮像素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009148054A1 (ja) * 2008-06-06 2009-12-10 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009148054A1 (ja) * 2008-06-06 2009-12-10 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置

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