固体撮像装置

【目的】半導体基板の表面照度を正確且つ速やかに検出できるようにすることにより、電荷蓄積時間の制御や外部信号増幅器のゲイン設定を的確に行なえるようにする
【構成】半導体基板１の表面部には、該半導体基板１の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｂと、複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｂのそれぞれと配線４Ｂを介して接続された１個の不純物拡散層５Ｂと、該不純物拡散層５Ｂと出力ゲート６Ｂを介して接続されたフローティングディフュージョンアンプ７Ｂとがそれぞれ形成されている。照度モニター用フォトダイオード３Ｂが分散状態で形成されているため、フローティングディフュージョンアンプ７Ｂから出力される電圧信号は半導体基板１の表面照度を的確に反映するので、外部信号増幅器のゲイン設定やフォトダイオードでの信号電荷蓄積時間の制御を的確且つ速やかに行なうことができる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一定時間の入射光により生じた信号電荷を撮像用のフォトダイオードに蓄えると共に、該フォトダイオードに蓄えられた信号電化を順次読み出しする固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像装置は広く普及し、さまざまな環境条件の下で使用されるようになってきている。これに伴って、幅広い照度条件下でも適切な撮像条件を簡単に設定できる技術が要望されるようになってきている。
【０００３】そこで、半導体基板表面の照度を検出するため、従来の固体撮像装置においては、全画素を出力した後、該全画素の出力レベルに基づいて、外部信号増幅器のゲイン設定やフォトダイオードでの信号電荷蓄積時間の制御を行なっていた。
【０００４】ところが、この方法では、全画素の出力レベルに基づいて半導体基板の表面照度をモニターしているために、読出しサイクルが終了するまでは半導体基板の表面照度の判定ができないという問題があった。
【０００５】そこで、簡易且つ速やかに半導体基板表面の照度を検出するべく、半導体基板上に撮像用フォトダイオードとは別に照度モニター用のフォトダイオードを設け、該基板面照度モニター用フォトダイオードの出力を外部でモニターすることにより、半導体基板表面の照度を推定する固体撮像装置が提案されている。
【０００６】図４はこの固体撮像装置の概略平面構造を示しており、半導体基板１上には、２次元的に配置された複数個の撮像用フォトダイオード２と、半導体基板１の表面照度をモニターする１個の照度モニター用フォトダイオード３Ａと、該照度モニター用フォトダイオード３Ａと接続された不純物拡散層５Ａと、該不純物拡散層５Ａと出力ゲート６Ａを介して接続されたフローティングディフュージョンアンプ７Ａとがそれぞれ形成されている。フローティングディフュージョンアンプ７Ａの出力はモニター出力端子８Ａから外部に取り出され、また、撮像用フォトダイオード２に蓄えられた信号電荷は電荷転送部９によって転送された後、撮像データ出力端子１０から外部に取り出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この固体撮像装置においては、１個のフォトダイオードによって半導体基板の表面照度を検出しているため、局所的な照度しかモニターできず、半導体基板の全表面の照度を正確に判定できないという問題があった。
【０００８】上記に鑑みて、本発明は、半導体基板の表面照度を正確且つ速やかに検出できるようにすることにより、電荷蓄積時間の制御や外部信号増幅器のゲイン設定を的確に行なえるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、請求項１又は２の発明は、半導体基板上に、該半導体基板表面の照度をモニターする照度モニター用フォトダイオードを複数個配設し、これら複数個の照度モニター用フォトダイオードの出力を１個又は複数個の出力回路から出力するものである。
【００１０】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段は、半導体基板上に撮像用のフォトダイオードが１次元的又は２次元的に配置されてなる固体撮像装置を対象とし、上記半導体基板上に分散して形成された該半導体基板の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオードと、上記半導体基板上に形成され上記複数個の照度モニター用フォトダイオードのそれぞれと接続された１個の不純物拡散層と、上記半導体基板上に形成され上記不純物拡散層と出力ゲートを介して接続された１個のフローティングディフュージョンアンプとを備えている構成である。
【００１１】また、具体的に請求項２の発明が講じた解決手段は、半導体基板上に撮像用のフォトダイオードが１次元的又は２次元的に配置されてなる固体撮像装置を対象とし、上記半導体基板上に分散して形成された該半導体基板の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオードからなる複数の照度モニター用フォトダイオード群と、上記半導体基板上に上記複数の照度モニター用フォトダイオード群と対応して形成され、対応する照度モニター用フォトダイオード群を構成する複数個の照度モニター用フォトダイオードのそれぞれと接続された複数個の不純物拡散層と、上記半導体基板上に上記複数個の不純物拡散層に対応して形成され該複数個の不純物拡散層のそれぞれと出力ゲートを介して接続された複数個のフローティングディフュージョンアンプとを備えている構成である。
【００１２】
【作用】請求項１又は２の構成により、半導体基板の表面に入射光が照射されると、撮像用のフォトダイオードに信号電荷が蓄積されると共に、半導体基板上に分散して形成された複数個の照度モニター用フォトダイオードにも信号電荷が蓄積される。照度モニター用フォトダイオードに蓄積された信号電荷は不純物拡散層に転送された後、出力ゲートを介してフローティングディフュージョンアンプから外部に電圧信号として出力される。
【００１３】この場合、照度モニター用フォトダイオードは半導体基板上に分散して形成されているので、フローティングディフュージョンアンプから出力される電圧信号は半導体基板の表面照度を的確に反映している。このため、所定時間毎にフローティングディフュージョンアンプから出力される電圧信号に基づき半導体基板の表面照度を判定し、この判定に従って外部信号増幅器のゲイン設定やフォトダイオードでの信号電荷蓄積時間の制御を行なうことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１は本発明の第１実施例に係る固体撮像装置の概略構成を、図２（ａ）は上記固体撮像装置の要部の断面構造を、図２（ｂ）は図２（ａ）と対応する部分のポテンシャル分布をそれぞれ示している。
【００１６】図１に示すように、半導体基板１の表面部には２次元的に配置された複数個の撮像用フォトダイオード２が形成され、該撮像用フォトダイオード２に蓄積された信号電荷は電荷転送部９によって転送された後、撮像データ出力端子１０から外部に取り出される。
【００１７】また、図１及び図２（ａ）に示すように、半導体基板１の表面部には、該半導体基板１の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｂが撮像用フォトダイオード２に隣接して分散状態で形成されていると共に、半導体基板１の表面部には、上記複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｂのそれぞれと配線４Ｂを介して接続された１個の不純物拡散層５Ｂと、該不純物拡散層５Ｂと出力ゲート６Ｂを介して接続された１個のフローティングディフュージョンアンプ７Ｂとがそれぞれ形成されており、フローティングディフュージョンアンプ７Ｂからの電圧信号はモニター出力端子８Ｂから外部に取り出される。尚、図２（ａ）において、１１は絶縁膜、１２はソースフォロワーアンプ内部配線である。
【００１８】図３は本発明の第２実施例に係る固体撮像装置の概略構成を示している。
【００１９】図３に示すように、半導体基板１の表面部には、第１実施例と同様に、２次元的に配置された複数個の撮像用フォトダイオード２が形成され、該撮像用フォトダイオード２に蓄積された信号電荷は電荷転送部９によって転送された後、撮像データ出力端子１０から外部に取り出される。
【００２０】また、同図に示すように、半導体基板１の表面部には、該半導体基板１の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｃが撮像用フォトダイオード２に隣接して分散状態で形成されている。また、半導体基板１の表面部には、複数個の照度モニター用フォトダイオード３Ｃにより構成される照度モニター用フォトダイオード群に対応して複数個の不純物拡散層５Ｃが形成されていると共に、該複数個の不純物拡散層５Ｃに対応して複数個のフローティングディフュージョンアンプ７Ｃとがそれぞれ形成されている。対応する照度モニター用フォトダイオード群と不純物拡散層５Ｃとは配線４Ｃによって接続され、対応する不純物拡散層５Ｃとフローティングディフュージョンアンプ７Ｃとは出力ゲート６Ｃを介して接続されており、フローティングディフュージョンアンプ７Ｃからの電圧信号はモニター出力端子８Ｃから外部に取り出される。
【００２１】
【発明の効果】請求項１又は２の発明によると、照度モニター用フォトダイオードを半導体基板上に分散して形成したため、フローティングディフュージョンアンプから出力される電圧信号は半導体基板の表面照度を的確に反映するので、所定時間毎にフローティングディフュージョンアンプから出力される電圧信号に基づき半導体基板の表面照度を判定し、この判定に従って外部信号増幅器のゲイン設定やフォトダイオードでの信号電荷蓄積時間の制御を行なうと、これらゲイン設定や信号電荷蓄積時間の制御を的確且つ速やかに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は上記第１実施例に係る固体撮像装置の要部の断面であり、（ｂ）は（ａ）と対応する部分のポテンシャル分布を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図４】従来の固体撮像装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１半導体基板
２撮像用フォトダイオード
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ照度モニター用フォトダイオード
４Ｂ，４Ｃ配線
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ不純物拡散層
６Ａ，５Ｂ，５Ｃ出力ゲート
７Ａ，７Ｂ，７Ｃフローティングディフュージョンアンプ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃモニター端子
９電荷転送部
１０撮像データ出力端子
１１絶縁膜
１２ソースフォロワーアンプ内部配線

【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体基板上に撮像用のフォトダイオードが１次元的又は２次元的に配置されてなる固体撮像装置であって、上記半導体基板上に分散して形成された該半導体基板の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオードと、上記半導体基板上に形成され上記複数個の照度モニター用フォトダイオードのそれぞれと接続された１個の不純物拡散層と、上記半導体基板上に形成され上記不純物拡散層と出力ゲートを介して接続された１個のフローティングディフュージョンアンプとを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】半導体基板上に撮像用のフォトダイオードが１次元的又は２次元的に配置されてなる固体撮像装置であって、上記半導体基板上に分散して形成された該半導体基板の表面照度をモニターする複数個の照度モニター用フォトダイオードからなる複数の照度モニター用フォトダイオード群と、上記半導体基板上に上記複数の照度モニター用フォトダイオード群と対応して形成され、対応する照度モニター用フォトダイオード群を構成する複数個の照度モニター用フォトダイオードのそれぞれと接続された複数個の不純物拡散層と、上記半導体基板上に上記複数個の不純物拡散層に対応して形成され該複数個の不純物拡散層のそれぞれと出力ゲートを介して接続された複数個のフローティングディフュージョンアンプとを備えていることを特徴とする固体撮像装置。

【図１】