CN102362488A - 固体摄像装置 - Google Patents
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Abstract
在固体摄像装置(1)中，溢流闸(OFG)(5)具有规定的电阻值，电压施加部(161～165)通过连接部(171～175)与OFG(5)电连接。因此，通过电压施加部(161～165)调整对连接部(171～175)施加的电压值(V1～V5)，可以提高在OFG(5)的前级侧部分产生的电压值，降低在OFG(5)的后级侧部分产生的电压值。其结果，在OFG(5)的前级侧部分障壁度(电势)变低，在OFG(5)的后级侧部分障壁度变高，因此，可以使在光电转换部(2)的前级侧区域产生的全部电荷向溢流漏极(OFD)(4)流出，而仅将在光电转换部(2)的后级侧区域产生的电荷进行TDI传送。
Description
技术领域
本发明涉及一种TDI(Time Delay Integration，时间延迟积分)传送方式的固体摄像装置。
背景技术
TDI传送方式的固体摄像装置是在光电转换部中的电荷的垂直传送时，通过在与被写体相同的方向上以相同的速度传送电荷，从而进行像素的垂直级数的积分曝光的装置。例如，若进行积分曝光的累计级数为M级，则存储M倍的电荷，因此，与线性影像传感器相比可以实现M倍的灵敏度。
然而，即使在被写体相对明亮的情况下，或者，即使在相对暗的情况下，以可以获得适当的灵敏度的方式(即以可以扩大动态范围的方式)，提出了各种的固体摄像装置。专利文献1中，记载有以通过使沿着光电转换部的溢流闸(overflow gate)的障壁度在垂直传送的前级侧部分低，从而在光电转换部的前级侧部分抑制电荷的存储容量的方式构成的固体摄像装置。另外，专利文献2中，记载有以将产生于光电转换部的前级侧部分的电荷在与传送方向相反的方向上传送的方式构成的固体摄像装置。
专利文献
专利文献1：日本特表2003-521837号公报
专利文献2：日本特开平11-298805号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，对于专利文献1所记载的固体摄像装置，因为溢流闸的障壁度是制造时所设定的固定值，因此，无法连续地切换进行积分曝光的累计级数。另外，对于专利文献2所记载的固体摄像装置，若对于所有的极设置用于赋予传送信号的端子，则理论上可以连续地切换进行积分曝光的累计级数，但这样的构成无实用性。
本发明是有鉴于这样的情况而完成的发明，其目的在于提供一种可以连续地切换进行积分曝光的累计级数的固体摄像装置。
解决问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明所涉及的固体摄像装置，其特征在于，具备以沿着规定的方向的方式设置且对应于光入射而产生电荷的光电转换部、将光电转换部所产生的电荷沿着规定的方向从前级侧向后级侧进行TDI传送的TDI传送部、以沿着光电转换部的方式设置且包含具有规定的电阻值的溢流闸的溢流漏极(overflow drain)、以及在溢流闸上的多个连接部中与溢流闸电连接的电压施加部。
该固体摄像装置中，溢流闸具有规定的电阻值，电压施加部在多个连接部中与溢流闸电性连接。因此，通过电压施加部调整对多个连接部所施加的电压值，从而溢流闸作为分割电阻发挥功能，可以提高在溢流闸的前级侧部分所产生的电压值，并可以降低在溢流闸的后级侧部分所产生的电压值。其结果，在溢流闸的前级侧部分障壁度(电势)变低，在溢流闸的后级侧部分障壁度变高，因此，可以使光电转换部的前级侧的规定的区域中所产生的全部电荷向溢流漏极流出，而仅将光电转换部的后级侧的规定的区域中所产生的电荷进行TDI传送。因此，根据该固体摄像装置，通过电压施加部调整对于多个连接部所施加的电压值，从而可以连续地切换进行积分曝光的累计级数。
在本发明所涉及的固体摄像装置中，优选，连接部位于规定的方向上的溢流闸的两端部以及规定的方向上的溢流闸的中间部，位于中间部的连接部至少位于比规定的方向上的溢流闸的中央部更向后级侧的位置。另外，相邻的连接部彼此的间隔优选为越向后级侧则越狭窄。根据这些构成，可以将产生于溢流闸的电压值设定为越向传送方向的后级侧越小。
在本发明所涉及的固体摄像装置中，优选，电压施加部以在光电转换部的前级侧的规定的区域所产生的全部电荷向溢流漏极流出的方式，对溢流闸施加电压而使溢流闸的障壁度改变。在该情况下，如上所述，可以仅将光电转换部的后级侧的规定的区域所产生的电荷进行TDI传送。
发明的效果
根据本发明所涉及的固体摄像装置，可以连续地切换进行积分曝光的积算级数。
附图说明
图1是本发明所涉及的固体摄像装置的一个实施方式的平面图。
图2是沿着图1的II-II线的局部放大剖面图。
图3是显示图1的固体摄像装置的溢流闸的障壁度的模式图。
图4是显示进行积分曝光的累计级数与溢流闸的障壁度的关系的图。
图5是显示进行积分曝光的累计级数与溢流闸的障壁度的关系的图。
符号的说明
1…固体摄像装置、2…光电转换部、4…溢流漏极、5…溢流闸、9…垂直移位寄存器(TDI传送部)、161～165…电压施加部、171～175…连接部。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，对各图中，对相同或相当部分标以相同符号，省略重复的说明。
图1是本发明所涉及的固体摄像装置的一个实施方式的平面图。如图1所示，固体摄像装置1具备在垂直方向(规定的方向)上延伸的多列光电转换部2。多列光电转换部2沿着水平方向并排设置，感应光的入射而产生对应于入射光的强度的电荷。该固体摄像装置1为例如垂直像素数128的TDI传送方式的CCD。
在相邻的光电转换部2之间，隔离部3与溢流漏极(OFD)4以沿着光电转换部2的方式交替地设置。隔离部3将夹着隔离部3而相邻的光电转换部2电性分离。OFD4包含具有规定的电阻值(例如20Ω/平方)的溢流闸(OFG)5，超过对应于OFG5的障壁度(电势)的存储容量的部分的电荷从光电转换部2向OFD4流出。由此，在光电转换部2中产生超过存储容量的电荷时，在与该光电转换部2相邻的光电转换部2，可以防止超过存储容量的部分的电荷漏出(即高光溢出(blooming))。
在光电转换部2上，以架设于沿着水平方向并排设置的多列光电转换部2的方式设置传送电极6～8。传送电极6～8以传送电极6、7、8的顺序周期性地配置有多个，且彼此电绝缘。传送电极6～8分别与端子11～13电连接。对端子11～13，分别赋予三相的传送信号P1V、P2V、P3V。由此，传送电极6～8在1个周期构成1个像素，作为将光电转换部2所产生的电荷沿着垂直方向从前级侧向后级侧TDI传送的垂直移位寄存器(TDI传送部)9发挥功能。另外，在光电转换部2的后级侧，设置有将由垂直移位寄存器9进行TDI传送的电荷向放大器14传送的水平移位寄存器15。
在水平方向上延伸的电压施加部161～165在OFG5上的多个连接部171～175中与OFG5电连接。连接部171位于各OFG5的前级侧端部，连接部172位于各OFG5的后级侧端部。连接部172～174位于各OFG5的中间部，其中连接部173、174位于比垂直方向上的OFG5的中央部更靠近传送方向的后级侧的位置。还有，相邻的连接部171～175彼此的间隔，越向传送方向的后级侧越狭窄。
图2是沿着图1的II-II线的局部放大剖面图。如图2所示，光电转换部2通过在p型半导体层21上形成n型半导体层22以达成pn结而构成。隔离部3通过在p型半导体层21上形成p+型半导体层23而构成，OFD4通过在p型半导体层21上形成n+型半导体层24而构成。
在p型半导体层21上，以覆盖n型半导体层22、p+型半导体层23及n+型半导体层24的方式形成绝缘层25。在绝缘层25内，以与OFD4相对的方式形成OFG5，在绝缘层25上，形成有传送电极6～8。
还有，作为一例，半导体为Si，“高杂质浓度”是杂质浓度为1×1017cm-3左右以上，对导电类型标以“+”显示，“低杂质浓度”是杂质浓度为1×1015cm-3左右以下，对导电类型标以“-”显示。而且，作为n型杂质存在砷等，作为p型杂质存在硼等。另外，作为OFG5及传送电极6～8的材料存在多晶硅等，作为绝缘层25的材料存在SiO2等。
图3是显示图1的固体摄像装置中的溢流闸的障壁度的模式图。还有，n型半导体中存在正离子化的施体，p型半导体中存在负离子化的受体。半导体中的电势，n型比p型高。换言之，能带图中的电势，因为向下是电势的正方向，因而n型半导体的电势在能带图中比p型半导体的电势更深(高)，能级变低。另外，若在OFG5产生正的电位，则对应于OFG5的半导体区域的电势变深(向正方向变大)。而且，在OFG5所产生的正的电位越小，对应的电极正下方的半导体区域的电势越浅(向正方向减小)。
如图3所示，通过电压施加部161～165对连接部171～175分别施加电压值V1～V5(此处，V1～V3：高的电压；V4：开；V5：低的电压)的电压时，OFG5的障壁度(电势)，在比连接部173更靠近前级侧的区域成为全重置的状态(障壁度为0的状态)，在比连接部173更靠近后级侧的区域成为抗高光溢出发挥功能的状态(朝向传送方向的后级侧障壁度直线性地渐增的状态)。即，电压施加部161～165以在光电转换部2的前级侧的规定的区域(比连接部173更靠近传送方向的前级侧的区域)产生的全部电荷向OFD4流出的方式，对OFG5施加电压而使OFG5的障壁度改变。由此，在光电转换部2的前级侧的规定的区域(比连接部173更靠近传送方向的前级侧的区域)产生的全部电荷向OFD4流出，仅有在光电转换部2的后级侧的规定的区域(比连接部173更靠近传送方向的后级侧的区域)产生的电荷进行TDI传送。
如以上说明所述，固体摄像装置1中，OFG5具有规定的电阻值，电压施加部161～165在连接部171～175中与OFG5电连接。因此，通过电压施加部161～165调整对连接部171～175所施加的电压值V1～V5，从而使OFG5作为分割电阻发挥功能，可以提高在OFG5的前级侧部分产生的电压值，并可以降低在OFG5的后级侧部分产生的电压值。其结果，在OFG5的前级侧部分障壁度(电势)降低，在OFG5的后级侧部分障壁度提高，因此，可以使产生于光电转换部2的前级侧的规定的区域的全部电荷向OFD4流出，而仅将产生于光电转换部2的后级侧的规定的区域的电荷TDI传送。因此，根据固体摄像装置1，通过电压施加部161～165调整对连接部171～175施加的电压值V1～V5，从而可以连续地切换进行积分曝光的累积级数(累积像素数)。
例如，如图4所示，通过改变施加高的电压的电压施加部16的位置，从而可以将进行积分曝光的累计级数在70级与24级之间切换。该图是相对于TDI的各级显示溢流闸的电势的图，下侧的二点锁线显示通道的电势。溢流闸的电势与下侧的二点锁线交叉的点，表示溢流闸的电势与通道的电势相等，不存在障壁的TDI级，由此，溢流闸的电势变深的TDI级大的部分中，产生于通道的全部的电荷流向溢流漏极。另外，同样如图5所示，通过改变施加高的电压的电压施加部16的电压值，从而可以将进行积分曝光的累计级数在92级与70级之间切换。还有，电荷的存储开始的级(像素)中的电荷的存储容量少，但是，因为TDI传送方式中逐渐地存储电荷，因而这不成为问题。
另外，连接部171～175位于垂直方向上的OFG5的两端部以及垂直方向上的OFG5的中间部，位于中间部的连接部172～174中的连接部173、174，位于比垂直方向上的OFG5的中央部更靠近传送方向的后级侧的位置。再者，相邻的连接部171～175彼此的间隔，越向传送方向的后级侧越狭窄。由此，产生于OFG5的电压值可以设定为越向传送方向的后级侧越小。
本发明并不限于上述的实施方式。例如，产生于OFG5的电位梯度及电势梯度，也可以为向传送方向的后级侧以曲线状或阶梯状渐增。
产业上的利用可能性
可以提供一种可连续地切换进行积分曝光的累计级数的固体摄像装置。
Claims (4)
1.一种固体摄像装置，其特征在于，
具备：
光电转换部，以沿着规定的方向的方式设置，对应于光入射而产生电荷；
TDI传送部，将所述光电转换部中所产生的电荷沿着所述规定的方向从前级侧向后级侧进行TDI传送；
溢流漏极，以沿着所述光电转换部的方式设置，包含具有规定的电阻值的溢流闸；以及
电压施加部，在所述溢流闸上的多个连接部与所述溢流闸电连接。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
所述连接部位于所述规定的方向上的所述溢流闸的两端部以及所述规定的方向上的所述溢流闸的中间部，
位于所述中间部的所述连接部至少位于比所述规定的方向上的所述溢流闸的中央部更靠近所述后级侧的位置。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
相邻的所述连接部彼此的间隔越向所述后级侧越狭窄。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
所述电压施加部以在所述光电转换部的所述前级侧的规定的区域所产生的全部电荷向所述溢流漏极流出的方式，对所述溢流闸施加电压而使所述溢流闸的障壁度改变。
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