JP2002064197A - 電荷転送装置、固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents
電荷転送装置、固体撮像装置及び撮像システムInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低ノイズで高速の信号電荷転送を行う。
【解決手段】 一導電型の半導体基板１と、半導体基板
１中に形成され且つ該半導体基板１と接合してダイオー
ドを形成する、半導体基板１とは反対の導電型の電荷転
送領域５と、電荷転送領域５に信号電荷を入力するため
の信号電荷入力部６と、電荷転送領域５から転送されて
きた信号電荷を蓄積するための信号電荷出力部９と、半
導体基板１に電位勾配を与えるための複数の独立の電位
供給手段１２、１３、１４、１５とを有し、複数の電位
供給手段により形成された電位勾配によって電荷転送領
域５にある信号電荷を転送してなる。
１中に形成され且つ該半導体基板１と接合してダイオー
ドを形成する、半導体基板１とは反対の導電型の電荷転
送領域５と、電荷転送領域５に信号電荷を入力するため
の信号電荷入力部６と、電荷転送領域５から転送されて
きた信号電荷を蓄積するための信号電荷出力部９と、半
導体基板１に電位勾配を与えるための複数の独立の電位
供給手段１２、１３、１４、１５とを有し、複数の電位
供給手段により形成された電位勾配によって電荷転送領
域５にある信号電荷を転送してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電荷転送装置および
固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた撮像システム
に関するものである。
固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた撮像システム
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電荷転送装置には、ＣＣＤ（Char
ge Coupled Device）やＣＳＤ（Charge Sweep Device；
特公昭６３−３８８６６号公報、特開平２−６３３１４
号公報）があり、ともに主として固体撮像装置に応用さ
れている。これらはともに、半導体上に形成されたＭＯ
Ｓダイオードで構成され、ＭＯＳのゲート電極電位制御
によってできる半導体界面部近傍の空乏層に信号電荷が
入力されるが、その転送の方法はＣＣＤとＣＳＤとでは
異なる。すなわち、ＣＣＤは複数のＭＯＳダイオードが
多段接続された構成になっており、各段毎にポテンシャ
ル井戸が形成され、複数の独立した信号電荷がこれら複
数のポテンシャル井戸に割り振られる。各段のＭＯＳの
ゲート電極を順次変えることでポテンシャル井戸の位置
を順次移動し、その移動にしたがって上記複数の信号電
荷を同時に転送する。ＣＳＤではやはり複数のＭＯＳダ
イオードを多段に接続するか、または１つのＭＯＳダイ
オードで構成されるが、ひとつのＣＳＤ転送路は１度に
ひとつの信号電荷を受け入れるだけであり、ＣＳＤ転送
路全体でひとつのポテンシャル井戸を形成できるため転
送できる最大電荷は大きい。電荷の転送はＭＯＳのゲー
ト電極電位を順次変えることにより、ポテンシャル井戸
におけるポテンシャル障壁位置を順次移動させて行う。
ge Coupled Device）やＣＳＤ（Charge Sweep Device；
特公昭６３−３８８６６号公報、特開平２−６３３１４
号公報）があり、ともに主として固体撮像装置に応用さ
れている。これらはともに、半導体上に形成されたＭＯ
Ｓダイオードで構成され、ＭＯＳのゲート電極電位制御
によってできる半導体界面部近傍の空乏層に信号電荷が
入力されるが、その転送の方法はＣＣＤとＣＳＤとでは
異なる。すなわち、ＣＣＤは複数のＭＯＳダイオードが
多段接続された構成になっており、各段毎にポテンシャ
ル井戸が形成され、複数の独立した信号電荷がこれら複
数のポテンシャル井戸に割り振られる。各段のＭＯＳの
ゲート電極を順次変えることでポテンシャル井戸の位置
を順次移動し、その移動にしたがって上記複数の信号電
荷を同時に転送する。ＣＳＤではやはり複数のＭＯＳダ
イオードを多段に接続するか、または１つのＭＯＳダイ
オードで構成されるが、ひとつのＣＳＤ転送路は１度に
ひとつの信号電荷を受け入れるだけであり、ＣＳＤ転送
路全体でひとつのポテンシャル井戸を形成できるため転
送できる最大電荷は大きい。電荷の転送はＭＯＳのゲー
ト電極電位を順次変えることにより、ポテンシャル井戸
におけるポテンシャル障壁位置を順次移動させて行う。
【０００３】これらの電荷転送装置における転送中に混
入する雑音としては半導体基板またはＭＯＳの界面部か
ら発生する暗電流以外は少なく、ＣＣＤ、ＣＳＤとも低
雑音の信号電荷転送が可能である。
入する雑音としては半導体基板またはＭＯＳの界面部か
ら発生する暗電流以外は少なく、ＣＣＤ、ＣＳＤとも低
雑音の信号電荷転送が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記ＣＣ
Ｄ、ＣＳＤが固体撮像装置に使われる場合、以下のよう
な課題があった。
Ｄ、ＣＳＤが固体撮像装置に使われる場合、以下のよう
な課題があった。
【０００５】ＣＣＤ固体撮像装置の中でもっとも広く用
いられているインターライン方式のＣＣＤでは、光信号
検出用フォトダイオードが２次元的に複数配列され、上
記フォトダイオード列の間に信号電荷転送用のＣＣＤが
配置される。この方式において感度を高めるためにフォ
トダイオード面積を広げるとＣＣＤ面積は狭めねばなら
ない。一方、一列のフォトダイオードの各信号電荷は一
列のＣＣＤにおける複数のポテンシャル井戸に一斉に送
られた後に転送されるので、ＣＣＤが転送できるフォト
ダイオードひとつ当たりの最大電荷量は、ひとつのポテ
ンシャル井戸を形成するＭＯＳダイオード一段の面積に
比例する。したがってＣＣＤ面積を小さくすると、受け
入れ可能な最大電荷量は制限される。フォトダイオード
ひとつ当たりの取り扱い最大信号電荷量は撮像装置のダ
イナミックレンジを決めるものであり、インターライン
方式のＣＣＤは高感度設計と高ダイナミックレンジ設計
とが裏腹の関係にあるという課題があった。
いられているインターライン方式のＣＣＤでは、光信号
検出用フォトダイオードが２次元的に複数配列され、上
記フォトダイオード列の間に信号電荷転送用のＣＣＤが
配置される。この方式において感度を高めるためにフォ
トダイオード面積を広げるとＣＣＤ面積は狭めねばなら
ない。一方、一列のフォトダイオードの各信号電荷は一
列のＣＣＤにおける複数のポテンシャル井戸に一斉に送
られた後に転送されるので、ＣＣＤが転送できるフォト
ダイオードひとつ当たりの最大電荷量は、ひとつのポテ
ンシャル井戸を形成するＭＯＳダイオード一段の面積に
比例する。したがってＣＣＤ面積を小さくすると、受け
入れ可能な最大電荷量は制限される。フォトダイオード
ひとつ当たりの取り扱い最大信号電荷量は撮像装置のダ
イナミックレンジを決めるものであり、インターライン
方式のＣＣＤは高感度設計と高ダイナミックレンジ設計
とが裏腹の関係にあるという課題があった。
【０００６】一方、ＣＳＤ固体撮像装置の構成は、イン
ターライン方式のＣＣＤと同様、フォトダイオード列間
にＣＳＤ電荷転送路が配置される。しかしこの場合は、
一列のＣＳＤ全域でひとつのフォトダイオードの信号電
荷を受け入れるので、ＣＳＤの転送路幅を狭めても、受
け入れ可能な最大電荷量が制限されることは実際上な
く、取り扱い最大電荷量はひとつのフォトダイオードの
最大蓄積電荷量で決まる。よって、ＣＳＤ固体撮像装置
ではフォトダイオード面積を広げることで、高感度化と
高ダイナミックレンジ化とが同時に実現できる。しかる
にＣＳＤは１度にひとかたまりの信号電荷しか転送でき
ないので、その動作は必然的に線順次駆動となり、信号
転送されるために選択された行にあるフォトダイオード
の信号電荷は高速で転送することが要求される。特に動
画用撮像装置の場合には一行の信号読み出し時間が規格
で決まっており、この時間内にフォトダイオードの信号
電荷をＣＳＤ転送路の出力端まで転送しきらなければな
らないという課題があった。
ターライン方式のＣＣＤと同様、フォトダイオード列間
にＣＳＤ電荷転送路が配置される。しかしこの場合は、
一列のＣＳＤ全域でひとつのフォトダイオードの信号電
荷を受け入れるので、ＣＳＤの転送路幅を狭めても、受
け入れ可能な最大電荷量が制限されることは実際上な
く、取り扱い最大電荷量はひとつのフォトダイオードの
最大蓄積電荷量で決まる。よって、ＣＳＤ固体撮像装置
ではフォトダイオード面積を広げることで、高感度化と
高ダイナミックレンジ化とが同時に実現できる。しかる
にＣＳＤは１度にひとかたまりの信号電荷しか転送でき
ないので、その動作は必然的に線順次駆動となり、信号
転送されるために選択された行にあるフォトダイオード
の信号電荷は高速で転送することが要求される。特に動
画用撮像装置の場合には一行の信号読み出し時間が規格
で決まっており、この時間内にフォトダイオードの信号
電荷をＣＳＤ転送路の出力端まで転送しきらなければな
らないという課題があった。
【０００７】この課題を解決しようとして考えられたＣ
ＳＤの電荷転送方法を図１２（ａ）〜図１２（ｅ）によ
って説明する。図１２（ａ）はＣＳＤの概略的断面図、
図１２（ｂ）〜（ｅ）はその転送方法を説明するための
ポテンシャル図である。図１２（ａ）において、１は半
導体基板であり、ここではｐ型基板とする。２は絶縁
膜、３はポリシリコン等で作られるゲート電極であり、
半導体基板１，絶縁膜２，ゲート電極３でＭＯＳダイオ
ードが形成されている。φ１，φ２，φ３，φ４，φ５
は電極３に電位を供給する端子であり、それぞれ互いに
ある間隔をおいた位置で電位が供給されるようになって
いる。４はポリシリコン等で作られるゲート電極であ
り、半導体基板１，絶縁膜２，ゲート電極４でＭＯＳダ
イオードが形成されている。φｓは電極４に電位を供給
する端子である。
ＳＤの電荷転送方法を図１２（ａ）〜図１２（ｅ）によ
って説明する。図１２（ａ）はＣＳＤの概略的断面図、
図１２（ｂ）〜（ｅ）はその転送方法を説明するための
ポテンシャル図である。図１２（ａ）において、１は半
導体基板であり、ここではｐ型基板とする。２は絶縁
膜、３はポリシリコン等で作られるゲート電極であり、
半導体基板１，絶縁膜２，ゲート電極３でＭＯＳダイオ
ードが形成されている。φ１，φ２，φ３，φ４，φ５
は電極３に電位を供給する端子であり、それぞれ互いに
ある間隔をおいた位置で電位が供給されるようになって
いる。４はポリシリコン等で作られるゲート電極であ
り、半導体基板１，絶縁膜２，ゲート電極４でＭＯＳダ
イオードが形成されている。φｓは電極４に電位を供給
する端子である。
【０００８】図１２中の（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は電荷転送路すなわち上記ＭＯＳダイオードの下
の半導体界面部近傍のポテンシャルを示しており、信号
電荷Ｑsig が転送されていくようすを示している。この
場合、転送される信号電荷担体は電子であり、図１２
（ｂ）においては端子φ２，φ３，φ４，φ５は電極３
の下の半導体基板１の界面が空乏化するのに十分な高い
電位になる。この時、端子φ１は端子φ２よりも低い電
位に設定され、電極３の端子φ１，φ２間には電位勾配
が生じ、したがってこの下の転送路にも電位勾配ができ
るため、この場合にある電子は図１２中Ｘ方向にドリフ
ト運動する。その後、図１２（ｃ），（ｄ），（ｅ）で
示すように、電極３において電位勾配を与える場所を順
次シフトしていくことにより、信号電荷はドリフト運動
で移動していく。電極３の端に接する電極４には、端子
φｓによって端子φ５よりもさらに高い電位が与えられ
ることでその下の半導体界面部に深いポテンシャル井戸
が形成されており、最終的に信号電荷はこの井戸に集め
られる。
（ｅ）は電荷転送路すなわち上記ＭＯＳダイオードの下
の半導体界面部近傍のポテンシャルを示しており、信号
電荷Ｑsig が転送されていくようすを示している。この
場合、転送される信号電荷担体は電子であり、図１２
（ｂ）においては端子φ２，φ３，φ４，φ５は電極３
の下の半導体基板１の界面が空乏化するのに十分な高い
電位になる。この時、端子φ１は端子φ２よりも低い電
位に設定され、電極３の端子φ１，φ２間には電位勾配
が生じ、したがってこの下の転送路にも電位勾配ができ
るため、この場合にある電子は図１２中Ｘ方向にドリフ
ト運動する。その後、図１２（ｃ），（ｄ），（ｅ）で
示すように、電極３において電位勾配を与える場所を順
次シフトしていくことにより、信号電荷はドリフト運動
で移動していく。電極３の端に接する電極４には、端子
φｓによって端子φ５よりもさらに高い電位が与えられ
ることでその下の半導体界面部に深いポテンシャル井戸
が形成されており、最終的に信号電荷はこの井戸に集め
られる。
【０００９】以上説明したような電位勾配を用いたＣＳ
Ｄは、主として電荷の拡散によって電荷転送を行うＣＣ
Ｄよりも信号電荷の運動の速さは大きくとれるが、以下
のような課題のために撮像装置に要求される十分高速な
電荷転送を実現することは難しい。
Ｄは、主として電荷の拡散によって電荷転送を行うＣＣ
Ｄよりも信号電荷の運動の速さは大きくとれるが、以下
のような課題のために撮像装置に要求される十分高速な
電荷転送を実現することは難しい。
【００１０】（１）．ＭＯＳ電極−半導体界面間容量、
半導体界面−半導体バルク間容量が直列接続した構造と
なっているため、ＭＯＳ電極に加えられた電位勾配に、
この容量分割比をかけた値が転送路である半導体界面に
加えられるだけである。この容量分割比は通常０．１か
ら０．３程度と小さい。
半導体界面−半導体バルク間容量が直列接続した構造と
なっているため、ＭＯＳ電極に加えられた電位勾配に、
この容量分割比をかけた値が転送路である半導体界面に
加えられるだけである。この容量分割比は通常０．１か
ら０．３程度と小さい。
【００１１】（２）．ＭＯＳ電極に電位勾配を与えると
その部分にオーミック電流が流れるため大きな電位勾配
をかけるのが難しい。
その部分にオーミック電流が流れるため大きな電位勾配
をかけるのが難しい。
【００１２】（３）．転送路である半導体界面部におけ
る電荷の易動度は半導体バルク中の易動度よりも小さ
い。
る電荷の易動度は半導体バルク中の易動度よりも小さ
い。
【００１３】以上のような課題があるため、ＣＳＤは多
量の信号電荷を扱うことが要求される赤外線撮像装置に
は広く使われてはいるものの、信号の読み出しスピード
が速い可視域の撮像装置として使うことは困難であっ
た。
量の信号電荷を扱うことが要求される赤外線撮像装置に
は広く使われてはいるものの、信号の読み出しスピード
が速い可視域の撮像装置として使うことは困難であっ
た。
【００１４】
【課題を解決するための手段】以上述べたようなＣＣ
Ｄ、ＣＳＤの課題を解決するため、本発明における電荷
転送装置は、一導電型の半導体基板と、該半導体基板中
に形成され且つ該半導体基板と接合してダイオードを形
成する、該半導体基板とは反対の導電型の電荷転送領域
と、該電荷転送領域に信号電荷を入力するための信号電
荷入力部と、該電荷転送領域から転送されてきた信号電
荷を蓄積するための信号電荷出力部と、該半導体基板に
電位勾配を与えるための複数の独立の電位供給手段とを
有し、該複数の電位供給手段により形成された電位勾配
によって該電荷転送領域にある信号電荷を転送してなる
ものである。
Ｄ、ＣＳＤの課題を解決するため、本発明における電荷
転送装置は、一導電型の半導体基板と、該半導体基板中
に形成され且つ該半導体基板と接合してダイオードを形
成する、該半導体基板とは反対の導電型の電荷転送領域
と、該電荷転送領域に信号電荷を入力するための信号電
荷入力部と、該電荷転送領域から転送されてきた信号電
荷を蓄積するための信号電荷出力部と、該半導体基板に
電位勾配を与えるための複数の独立の電位供給手段とを
有し、該複数の電位供給手段により形成された電位勾配
によって該電荷転送領域にある信号電荷を転送してなる
ものである。
【００１５】また本発明における電荷転送装置は、一導
電型の半導体基板と、該半導体基板中に形成され該半導
体基板とは反対の導電型のウエルと、該ウエル中に形成
され且つ該ウエルと接合してダイオードを形成する、該
ウエルとは反対の導電型の電荷転送領域と、該電荷転送
領域に信号電荷を入力するための信号電荷入力部と、該
電荷転送領域から転送されてきた信号電荷を蓄積するた
めの信号電荷出力部と、該ウエルに電位勾配を与えるた
めの複数の独立の電位供給手段とを有し、該複数の電位
供給手段により形成された電位勾配によって該電荷転送
領域にある信号電荷を転送してなるものである。
電型の半導体基板と、該半導体基板中に形成され該半導
体基板とは反対の導電型のウエルと、該ウエル中に形成
され且つ該ウエルと接合してダイオードを形成する、該
ウエルとは反対の導電型の電荷転送領域と、該電荷転送
領域に信号電荷を入力するための信号電荷入力部と、該
電荷転送領域から転送されてきた信号電荷を蓄積するた
めの信号電荷出力部と、該ウエルに電位勾配を与えるた
めの複数の独立の電位供給手段とを有し、該複数の電位
供給手段により形成された電位勾配によって該電荷転送
領域にある信号電荷を転送してなるものである。
【００１６】上記の構成の電荷転送装置においては、信
号電荷出力部の電位と半導体基板又はウエルの電位とを
適切な値に設定することで、電荷転送領域が完全に空乏
化するように電荷転送領域の不純物濃度をあらかじめ制
御することが望ましい。
号電荷出力部の電位と半導体基板又はウエルの電位とを
適切な値に設定することで、電荷転送領域が完全に空乏
化するように電荷転送領域の不純物濃度をあらかじめ制
御することが望ましい。
【００１７】上記電荷転送領域が完全空乏化した状態で
信号電荷入力部から入力された信号電荷は、半導体基板
又はウエルに電位勾配を与えることにより生じた電荷転
送領域における電位勾配によってドリフト転送される。
信号電荷入力部から入力された信号電荷は、半導体基板
又はウエルに電位勾配を与えることにより生じた電荷転
送領域における電位勾配によってドリフト転送される。
【００１８】上記電荷転送装置はＣＳＤと同じように、
一度の転送動作で転送できるのはひとかたまりの信号電
荷だけであるが、電荷転送路はＭＯＳダイオードの半導
体界面ではなく電荷転送路側の領域が完全空乏化するＰ
Ｎ接合ダイオードであるため、半導体基板又はウエルに
加えた電位勾配はそのまま電荷転送路における電位勾配
となる。また、半導体の抵抗は、ＭＯＳのゲート電極と
して一般的なポリシリコンよりも十分に大きく設定でき
るため大きな電位勾配をかけやすい。さらに、埋め込み
型ダイオード構造を採用することにより電荷転送路とな
る領域が半導体基板又はウエル内部に形成されれば、転
送される信号電荷の易動度は半導体界面部における易動
度よりも大きくなる。
一度の転送動作で転送できるのはひとかたまりの信号電
荷だけであるが、電荷転送路はＭＯＳダイオードの半導
体界面ではなく電荷転送路側の領域が完全空乏化するＰ
Ｎ接合ダイオードであるため、半導体基板又はウエルに
加えた電位勾配はそのまま電荷転送路における電位勾配
となる。また、半導体の抵抗は、ＭＯＳのゲート電極と
して一般的なポリシリコンよりも十分に大きく設定でき
るため大きな電位勾配をかけやすい。さらに、埋め込み
型ダイオード構造を採用することにより電荷転送路とな
る領域が半導体基板又はウエル内部に形成されれば、転
送される信号電荷の易動度は半導体界面部における易動
度よりも大きくなる。
【００１９】このような効果があるため、本発明の電荷
転送装置を固体撮像装置の電荷転送部として用いれば高
速の線順次信号電荷転送を実現できるため、可視光動画
用途にも対応可能である。しかもインターライン方式の
ＣＣＤ固体撮像装置と異なり、転送路を狭くしても実際
上では取り扱い最大電荷量を制限することがないため、
フォトダイオード面積を広くとることにより高感度、高
ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供することがで
きる。
転送装置を固体撮像装置の電荷転送部として用いれば高
速の線順次信号電荷転送を実現できるため、可視光動画
用途にも対応可能である。しかもインターライン方式の
ＣＣＤ固体撮像装置と異なり、転送路を狭くしても実際
上では取り扱い最大電荷量を制限することがないため、
フォトダイオード面積を広くとることにより高感度、高
ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供することがで
きる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて詳細に説明する。
面を用いて詳細に説明する。
【００２１】［第１の実施例］図１（ａ）は本発明の電
荷転送装置の第１の実施例を示す断面図、図１（ｂ）〜
（ｅ）はその転送方法を示すポテンシャル図である。
荷転送装置の第１の実施例を示す断面図、図１（ｂ）〜
（ｅ）はその転送方法を示すポテンシャル図である。
【００２２】図１（ａ）において、１はＰ型の半導体基
板、２は半導体界面上の絶縁膜であり、図９と同じ符号
を付している。５は電荷転送領域（電荷転送路）となる
不純物濃度の小さいＮ型半導体領域、６は信号電荷入力
部となるＮ型半導体領域、７はＮ型半導体領域６にある
信号電荷担体（ここでは電子）を電荷転送領域となるＮ
型半導体領域５へ転送入力するためのゲート電極、８は
ゲート電極７に電位を与えるための端子、９は転送され
てきた信号電荷の信号電荷出力部となるＮ型半導体領
域、１０は電荷転送領域となるＮ型半導体領域５にある
電子を信号電荷出力部となるＮ型半導体領域９へ転送出
力するためのゲート電極、１１はゲート電極１０に電位
を与えるための端子、１２は信号電荷入力部となるＮ型
半導体領域６の近傍に位置し、この位置における半導体
基板に電位を与えるためのＰ型半導体領域、１３はＰ型
半導体領域１２に電位を与えるための端子、１４は信号
電荷出力部となるＮ型半導体領域９の近傍に位置し、こ
の位置における半導体基板に電位を与えるためのＰ型半
導体領域、１５はＰ型半導体領域１４に電位を与えるた
めの端子である。
板、２は半導体界面上の絶縁膜であり、図９と同じ符号
を付している。５は電荷転送領域（電荷転送路）となる
不純物濃度の小さいＮ型半導体領域、６は信号電荷入力
部となるＮ型半導体領域、７はＮ型半導体領域６にある
信号電荷担体（ここでは電子）を電荷転送領域となるＮ
型半導体領域５へ転送入力するためのゲート電極、８は
ゲート電極７に電位を与えるための端子、９は転送され
てきた信号電荷の信号電荷出力部となるＮ型半導体領
域、１０は電荷転送領域となるＮ型半導体領域５にある
電子を信号電荷出力部となるＮ型半導体領域９へ転送出
力するためのゲート電極、１１はゲート電極１０に電位
を与えるための端子、１２は信号電荷入力部となるＮ型
半導体領域６の近傍に位置し、この位置における半導体
基板に電位を与えるためのＰ型半導体領域、１３はＰ型
半導体領域１２に電位を与えるための端子、１４は信号
電荷出力部となるＮ型半導体領域９の近傍に位置し、こ
の位置における半導体基板に電位を与えるためのＰ型半
導体領域、１５はＰ型半導体領域１４に電位を与えるた
めの端子である。
【００２３】図１における（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は、信号電荷転送動作時の信号電荷入力部、電荷
転送領域、信号電荷出力部におけるポテンシャル図であ
り、信号電荷Ｑsig が転送される様子を表している。転
送される信号電荷は電子なので、電位が低いほど電子に
とってのポテンシャルは高く描かれている。このポテン
シャル図を用いて本実施例の信号電荷転送動作を説明す
る。なお、６は信号電荷入力部、５は電荷転送領域、９
は信号電荷出力部として説明する。
（ｅ）は、信号電荷転送動作時の信号電荷入力部、電荷
転送領域、信号電荷出力部におけるポテンシャル図であ
り、信号電荷Ｑsig が転送される様子を表している。転
送される信号電荷は電子なので、電位が低いほど電子に
とってのポテンシャルは高く描かれている。このポテン
シャル図を用いて本実施例の信号電荷転送動作を説明す
る。なお、６は信号電荷入力部、５は電荷転送領域、９
は信号電荷出力部として説明する。
【００２４】図１（ｂ）は転送電荷である信号電荷担体
（ここでは電子）がまだ信号電荷入力部６にある転送前
の状態を示している。端子１３，１５は同じ電位が与え
られていても、異なる電位が与えられていてもよいが、
異なる電位が与えられる場合は端子１３の電位は端子１
５の電位よりも低い電位とする。端子８には信号電荷入
力部６と電荷転送領域５とが非導通となるような低い電
位が与えられる。端子１１には信号電荷出力部９と電荷
転送領域５とが導通となるような高い電位が与えられ、
信号電荷出力部９は端子１５よりも十分に高い電位が設
定されており、電荷転送領域５での信号電荷となる電子
はすべて信号電荷出力部９に拡散またはドリフトによっ
て流れ出され、電荷転送領域５は完全空乏化されるよう
にする。
（ここでは電子）がまだ信号電荷入力部６にある転送前
の状態を示している。端子１３，１５は同じ電位が与え
られていても、異なる電位が与えられていてもよいが、
異なる電位が与えられる場合は端子１３の電位は端子１
５の電位よりも低い電位とする。端子８には信号電荷入
力部６と電荷転送領域５とが非導通となるような低い電
位が与えられる。端子１１には信号電荷出力部９と電荷
転送領域５とが導通となるような高い電位が与えられ、
信号電荷出力部９は端子１５よりも十分に高い電位が設
定されており、電荷転送領域５での信号電荷となる電子
はすべて信号電荷出力部９に拡散またはドリフトによっ
て流れ出され、電荷転送領域５は完全空乏化されるよう
にする。
【００２５】図１（ｃ）は信号電荷Ｑsig が信号電荷入
力部６から電荷転送領域５へと入力転送される様子を示
す。この時、端子８には信号電荷入力部６と電荷転送領
域５とが導通となるような高い電位が与えられて信号電
荷の入力が行われる。なお、信号電荷入力部６は不純物
濃度の小さい半導体領域であって、信号電荷担体（ここ
では電子）が転送入力された後には完全空乏化するよう
な構成としている。端子１１，１３，１５の電位は図１
（ｂ）の状態と同じである。
力部６から電荷転送領域５へと入力転送される様子を示
す。この時、端子８には信号電荷入力部６と電荷転送領
域５とが導通となるような高い電位が与えられて信号電
荷の入力が行われる。なお、信号電荷入力部６は不純物
濃度の小さい半導体領域であって、信号電荷担体（ここ
では電子）が転送入力された後には完全空乏化するよう
な構成としている。端子１１，１３，１５の電位は図１
（ｂ）の状態と同じである。
【００２６】図１（ｄ）は、信号電荷Ｑsig が信号電荷
入力部６から信号電荷出力部９の方向へと電荷転送領域
５の中を転送移動する様子を示す。この時、端子８は信
号電荷入力用ゲート電極７がオフ状態になるような低い
電位とし、また端子１３の電位は端子１５の電位よりも
低い電位に設定する。この状態においては、半導体基板
１には端子１３から端子１５に沿って電位勾配が生ずる
が、この電位勾配は完全空乏化している電荷転送領域５
にもそのまま現われるので、この電荷転送領域上にある
信号電荷Ｑsig はこの電位勾配によってドリフト運動
し、最終的には信号電荷出力部９に到達する。
入力部６から信号電荷出力部９の方向へと電荷転送領域
５の中を転送移動する様子を示す。この時、端子８は信
号電荷入力用ゲート電極７がオフ状態になるような低い
電位とし、また端子１３の電位は端子１５の電位よりも
低い電位に設定する。この状態においては、半導体基板
１には端子１３から端子１５に沿って電位勾配が生ずる
が、この電位勾配は完全空乏化している電荷転送領域５
にもそのまま現われるので、この電荷転送領域上にある
信号電荷Ｑsig はこの電位勾配によってドリフト運動
し、最終的には信号電荷出力部９に到達する。
【００２７】図１（ｅ）は信号電荷出力部９に転送され
た信号電荷が蓄積された様子を示す。ゲート電極１０の
下を通って信号電荷Ｑsig が信号電荷出力部９に蓄積さ
れると、端子１１の電位は下がり信号電荷出力部９と電
荷転送領域５とが非導通となり、信号電荷転送が完了す
る。
た信号電荷が蓄積された様子を示す。ゲート電極１０の
下を通って信号電荷Ｑsig が信号電荷出力部９に蓄積さ
れると、端子１１の電位は下がり信号電荷出力部９と電
荷転送領域５とが非導通となり、信号電荷転送が完了す
る。
【００２８】以上説明した本実施例において、信号電荷
出力部は転送動作前に電荷転送領域の信号電荷を全部こ
こに掃き出すことができ、また転送動作によって転送さ
れた信号電荷を蓄積できる手段であれば、信号電荷出力
部たるＮ型半導体領域をフローティングディフュージョ
ン構造として、転送された信号電荷による電位変化（電
圧（信号）；別形態の電気信号となる。）を検知する手
段と接続する構成であっても、またＣＣＤの信号電荷入
力部としてさらにＣＣＤ転送されるような構成であって
も、またゲート電極１０がなく信号電荷出力部９が電荷
転送領域５と直接接続するような構成であってもよい。
別形態の電気信号としては電圧信号の他に電流信号等が
ある。
出力部は転送動作前に電荷転送領域の信号電荷を全部こ
こに掃き出すことができ、また転送動作によって転送さ
れた信号電荷を蓄積できる手段であれば、信号電荷出力
部たるＮ型半導体領域をフローティングディフュージョ
ン構造として、転送された信号電荷による電位変化（電
圧（信号）；別形態の電気信号となる。）を検知する手
段と接続する構成であっても、またＣＣＤの信号電荷入
力部としてさらにＣＣＤ転送されるような構成であって
も、またゲート電極１０がなく信号電荷出力部９が電荷
転送領域５と直接接続するような構成であってもよい。
別形態の電気信号としては電圧信号の他に電流信号等が
ある。
【００２９】［第２の実施例］図２は本発明の電荷転送
装置の第２の実施例を示す断面図であり、同図におい
て、１６はＮ型の半導体基板、１７は半導体基板１６に
電位を与えるための端子、１８は半導体基板１６中に形
成されたＰ型のウエルである。図２においては図１と同
じ部分については同一の番号を付して説明は省略する。
本実施例では、端子１７にはＰ型ウエル１８とＮ型基板
１６とが逆バイアスとなるように、端子１３，１５のい
ずれの電位よりも高い電位が設定されているが、Ｐ型の
ウエル１８中に形成された電荷転送装置の構成、動作は
第１の実施例と同じである。
装置の第２の実施例を示す断面図であり、同図におい
て、１６はＮ型の半導体基板、１７は半導体基板１６に
電位を与えるための端子、１８は半導体基板１６中に形
成されたＰ型のウエルである。図２においては図１と同
じ部分については同一の番号を付して説明は省略する。
本実施例では、端子１７にはＰ型ウエル１８とＮ型基板
１６とが逆バイアスとなるように、端子１３，１５のい
ずれの電位よりも高い電位が設定されているが、Ｐ型の
ウエル１８中に形成された電荷転送装置の構成、動作は
第１の実施例と同じである。
【００３０】本実施例においては、Ｎ型基板とＰ型ウエ
ルとは電気的に分離されるので、電荷転送装置が形成さ
れるＰ型ウエル以外の場所に別の電気的素子を独立に形
成することができる。
ルとは電気的に分離されるので、電荷転送装置が形成さ
れるＰ型ウエル以外の場所に別の電気的素子を独立に形
成することができる。
【００３１】［第３の実施例］図３（ａ）は本発明の電
荷転送装置の第３の実施例を示す断面図、図３（ｂ）〜
（ｄ）はその転送方法を示すポテンシャル図である。
荷転送装置の第３の実施例を示す断面図、図３（ｂ）〜
（ｄ）はその転送方法を示すポテンシャル図である。
【００３２】図３（ａ）において、１９および２０は電
荷転送領域５の近傍に位置し、Ｐ型基板１とオーミック
コンタクトをとるためのＰ型の半導体領域であり、電荷
転送方向（図中Ｘ方向）に向かって順に並んだ場所にあ
る。図３（ａ）では半導体領域１９，２０は電荷転送領
域５と重なっているが、これらを点線で示したのは、図
３の紙面垂直方向に電荷転送領域５とは少しずれたとこ
ろに位置していることを表すためである。端子２１およ
び２２はそれぞれ半導体領域１９，２０に電位を与える
ための端子である。図３（ａ）においては、図１と同じ
部分については同一の番号を付して説明は省略する。
荷転送領域５の近傍に位置し、Ｐ型基板１とオーミック
コンタクトをとるためのＰ型の半導体領域であり、電荷
転送方向（図中Ｘ方向）に向かって順に並んだ場所にあ
る。図３（ａ）では半導体領域１９，２０は電荷転送領
域５と重なっているが、これらを点線で示したのは、図
３の紙面垂直方向に電荷転送領域５とは少しずれたとこ
ろに位置していることを表すためである。端子２１およ
び２２はそれぞれ半導体領域１９，２０に電位を与える
ための端子である。図３（ａ）においては、図１と同じ
部分については同一の番号を付して説明は省略する。
【００３３】本実施例における、信号電荷入力動作、出
力部の動作は第１の実施例と同じなので説明を省力し、
電荷転送時の動作を、この時の電位ポテンシャル図であ
る図３の（ｂ），（ｃ）（ｄ）を使って説明する。
力部の動作は第１の実施例と同じなので説明を省力し、
電荷転送時の動作を、この時の電位ポテンシャル図であ
る図３の（ｂ），（ｃ）（ｄ）を使って説明する。
【００３４】図３（ｂ）は信号電荷入力後のポテンシャ
ル図であり、端子２１，２２，１５は同電位、端子１３
にはこれらの電位よりも低い電位が供給され、半導体領
域１２から半導体領域１９にわたる電位勾配により信号
電荷が転送される様子を示している。電位勾配の位置は
以下順次変わり、図３（ｃ）では半導体領域１９と半導
体領域２０との間で電位勾配が生じ、図３（ｄ）では領
域２０と領域１４との間で電位勾配が生ずるように、端
子１３，１５，２１，２２の電位を変化させている。こ
のように信号電荷が位置する場所に局所的に電位勾配を
与えれば、供給する電位差が同じであれば、第１の実施
例と比べて大きな電位勾配によって電荷転送を行えるの
で、より高速の信号電荷転送を実現できる。なお本実施
例は第２の実施例のようにＮ型半導体基板中のＰ型ウエ
ルで実現することも当然可能である。
ル図であり、端子２１，２２，１５は同電位、端子１３
にはこれらの電位よりも低い電位が供給され、半導体領
域１２から半導体領域１９にわたる電位勾配により信号
電荷が転送される様子を示している。電位勾配の位置は
以下順次変わり、図３（ｃ）では半導体領域１９と半導
体領域２０との間で電位勾配が生じ、図３（ｄ）では領
域２０と領域１４との間で電位勾配が生ずるように、端
子１３，１５，２１，２２の電位を変化させている。こ
のように信号電荷が位置する場所に局所的に電位勾配を
与えれば、供給する電位差が同じであれば、第１の実施
例と比べて大きな電位勾配によって電荷転送を行えるの
で、より高速の信号電荷転送を実現できる。なお本実施
例は第２の実施例のようにＮ型半導体基板中のＰ型ウエ
ルで実現することも当然可能である。
【００３５】以上説明した、第１、第２、第３の実施例
においては、電荷転送路（電荷転送領域）は半導体界面
部に接するＮ型半導体領域としているが、半導体界面部
近傍は基板またはウエルと同じＰ型の半導体層とし、電
荷転送路となるＮ型半導体領域は半導体基板に埋め込ま
れた構造を採用してもよい。この埋め込み型構造の場合
には電荷転送路が半導体界面に接する場合よりも信号電
荷の易動度が高いので、より速い電荷転送ができるう
え、電荷転送中に電荷転送路から発生する暗電流の発生
が小さくできるのでノイズの小さい信号電荷が得られ
る。
においては、電荷転送路（電荷転送領域）は半導体界面
部に接するＮ型半導体領域としているが、半導体界面部
近傍は基板またはウエルと同じＰ型の半導体層とし、電
荷転送路となるＮ型半導体領域は半導体基板に埋め込ま
れた構造を採用してもよい。この埋め込み型構造の場合
には電荷転送路が半導体界面に接する場合よりも信号電
荷の易動度が高いので、より速い電荷転送ができるう
え、電荷転送中に電荷転送路から発生する暗電流の発生
が小さくできるのでノイズの小さい信号電荷が得られ
る。
【００３６】また、以上の実施例においては、すべて電
荷転送路はＮ型半導体領域、転送される信号電荷は電子
としているが、半導体のＰ型、Ｎ型を逆に形成、与える
電位の極性も逆に設定し、転送される信号電荷をホール
としてもよい。
荷転送路はＮ型半導体領域、転送される信号電荷は電子
としているが、半導体のＰ型、Ｎ型を逆に形成、与える
電位の極性も逆に設定し、転送される信号電荷をホール
としてもよい。
【００３７】［第４の実施例］本発明の第４の実施例は
上記で説明した第２の電荷転送による固体撮像装置であ
り、この固体撮像装置の回路を図４に示し、そして断面
構造を図５、図６に示す。なお、図４、図５、図６にお
いて、図１、図２、図３と同じ部分については同一の番
号を付して詳しい説明は省略する。
上記で説明した第２の電荷転送による固体撮像装置であ
り、この固体撮像装置の回路を図４に示し、そして断面
構造を図５、図６に示す。なお、図４、図５、図６にお
いて、図１、図２、図３と同じ部分については同一の番
号を付して詳しい説明は省略する。
【００３８】図４における固体撮像装置は単位画素が２
次元的に配列され、その画素列の間に電荷転送領域５が
配列されるものであり、これらの画素領域はＰ型ウエル
１８中に形成されているが、ここでは説明の簡単化のた
め２×２画素で示されている。Ｐ型ウエル１８の電位は
図中の下辺における領域１２と上辺における領域１４か
ら供給され、領域１２と領域１４との間のＰ型ウエル１
８の電位はウエル抵抗２７を介して設定される。２６は
入射光によって発生した信号電荷担体（ここでは電子）
を蓄積する領域６とＰ型ウエル１８とで形成されるフォ
トダイオードである。２５は電荷転送領域５とＰ型ウエ
ル１８とで形成されるダイオードを表す。画素２３は領
域６，ゲート電極７（ゲート電極７、領域６、領域５の
一部でＭＯＳスイッチを構成する。），フォトダイオー
ド２６で構成されている。２８は配列された画素を１行
づつ選択していくための垂直シフトレジスタであり、そ
の出力２４−１，２４−２はそれぞれ１行目および２行
目の画素における転送用ゲート電極７に接続されてい
る。
次元的に配列され、その画素列の間に電荷転送領域５が
配列されるものであり、これらの画素領域はＰ型ウエル
１８中に形成されているが、ここでは説明の簡単化のた
め２×２画素で示されている。Ｐ型ウエル１８の電位は
図中の下辺における領域１２と上辺における領域１４か
ら供給され、領域１２と領域１４との間のＰ型ウエル１
８の電位はウエル抵抗２７を介して設定される。２６は
入射光によって発生した信号電荷担体（ここでは電子）
を蓄積する領域６とＰ型ウエル１８とで形成されるフォ
トダイオードである。２５は電荷転送領域５とＰ型ウエ
ル１８とで形成されるダイオードを表す。画素２３は領
域６，ゲート電極７（ゲート電極７、領域６、領域５の
一部でＭＯＳスイッチを構成する。），フォトダイオー
ド２６で構成されている。２８は配列された画素を１行
づつ選択していくための垂直シフトレジスタであり、そ
の出力２４−１，２４−２はそれぞれ１行目および２行
目の画素における転送用ゲート電極７に接続されてい
る。
【００３９】ゲート電極７をＨレベルとして領域６から
領域（電荷転送領域）５に転送された信号電荷は領域９
に転送される。ゲート電極１０は領域５の一部と領域９
とでＭＯＳスイッチを構成している。領域９はここでは
フローティングディフュージョンである。２９は領域９
とＰ型ウエル１８との間に形成されるダイオードを示
す。以上が光電変換画素領域およびここから転送される
信号電荷出力部の構成である。
領域（電荷転送領域）５に転送された信号電荷は領域９
に転送される。ゲート電極１０は領域５の一部と領域９
とでＭＯＳスイッチを構成している。領域９はここでは
フローティングディフュージョンである。２９は領域９
とＰ型ウエル１８との間に形成されるダイオードを示
す。以上が光電変換画素領域およびここから転送される
信号電荷出力部の構成である。
【００４０】次に、上記信号電荷出力部に転送出力され
た画素の信号電荷を撮像信号として読み出すための読み
出し回路の構成について説明する。３０はそのゲートが
電荷出力部となる領域９と接続するソースフォロワアン
プ用ＭＯＳトランジスタ、３１は定電流供給用ＭＯＳト
ランジスタ、３３は領域９をリセットするためのＭＯＳ
トランジスタである。３５は電源電位供給線であり、Ｍ
ＯＳトランジスタ３０のドレイン部およびＭＯＳトラン
ジスタ３３のドレイン部と接続する。３２はＭＯＳトラ
ンジスタ３１のゲートに電位を供給するための端子であ
り、ＭＯＳトランジスタ３１が定電流源として動作する
ようその電位が設定されている。３４はＭＯＳトランジ
スタ３３のゲートにパルスを供給するための端子、３６
はＭＯＳトランジスタ３０とＭＯＳトランジスタ３１と
で形成されるソースフォロワの出力信号線である。３７
は上記ソースフォロワのリセット出力電圧を蓄積するた
めの蓄積容量、３８はリセットレベルに信号が上乗せさ
れた上記ソースフォロワ出力電圧を蓄積するための蓄積
容量、３９，４０はそれぞれ出力信号線３６と蓄積容量
３７、出力信号線３６と蓄積容量３８とをスイッチする
ためのＭＯＳトランジスタ、４１，４２はそれぞれＭＯ
Ｓトランジスタ３９，４０のゲートにパルスを供給する
ための端子、４３，４４はそれぞれ蓄積容量３７，３８
に蓄積された電圧が導かれる水平出力線、４５，４６は
それぞれ蓄積容量３７と水平出力線４３、蓄積容量３８
と水平出力線４４との導通を制御するためのＭＯＳトラ
ンジスタ、４７，４８はそれぞれ水平出力線４３、水平
出力線４４をリセットするためのＭＯＳトランジスタ、
４９はＭＯＳトランジスタ４７，４８のゲートにパルス
を供給するための端子、５０は水平出力線４３，４４の
リセット電位を供給する端子、５１は各列毎の蓄積容量
を順次選択走査するための水平シフトレジスタ、５２−
１，５２−２は水平シフトレジスタ５１の出力であり、
それぞれ１列目のＭＯＳトランジスタ４５と４６のゲー
ト、２列目のＭＯＳトランジスタ４５と４６のゲートに
接続されている。５３は水平出力線４３の電位と水平出
力線４４の電位との差分電圧をとって出力するための差
動アンプ、５４は差動アンプ５３の出力端子である。
た画素の信号電荷を撮像信号として読み出すための読み
出し回路の構成について説明する。３０はそのゲートが
電荷出力部となる領域９と接続するソースフォロワアン
プ用ＭＯＳトランジスタ、３１は定電流供給用ＭＯＳト
ランジスタ、３３は領域９をリセットするためのＭＯＳ
トランジスタである。３５は電源電位供給線であり、Ｍ
ＯＳトランジスタ３０のドレイン部およびＭＯＳトラン
ジスタ３３のドレイン部と接続する。３２はＭＯＳトラ
ンジスタ３１のゲートに電位を供給するための端子であ
り、ＭＯＳトランジスタ３１が定電流源として動作する
ようその電位が設定されている。３４はＭＯＳトランジ
スタ３３のゲートにパルスを供給するための端子、３６
はＭＯＳトランジスタ３０とＭＯＳトランジスタ３１と
で形成されるソースフォロワの出力信号線である。３７
は上記ソースフォロワのリセット出力電圧を蓄積するた
めの蓄積容量、３８はリセットレベルに信号が上乗せさ
れた上記ソースフォロワ出力電圧を蓄積するための蓄積
容量、３９，４０はそれぞれ出力信号線３６と蓄積容量
３７、出力信号線３６と蓄積容量３８とをスイッチする
ためのＭＯＳトランジスタ、４１，４２はそれぞれＭＯ
Ｓトランジスタ３９，４０のゲートにパルスを供給する
ための端子、４３，４４はそれぞれ蓄積容量３７，３８
に蓄積された電圧が導かれる水平出力線、４５，４６は
それぞれ蓄積容量３７と水平出力線４３、蓄積容量３８
と水平出力線４４との導通を制御するためのＭＯＳトラ
ンジスタ、４７，４８はそれぞれ水平出力線４３、水平
出力線４４をリセットするためのＭＯＳトランジスタ、
４９はＭＯＳトランジスタ４７，４８のゲートにパルス
を供給するための端子、５０は水平出力線４３，４４の
リセット電位を供給する端子、５１は各列毎の蓄積容量
を順次選択走査するための水平シフトレジスタ、５２−
１，５２−２は水平シフトレジスタ５１の出力であり、
それぞれ１列目のＭＯＳトランジスタ４５と４６のゲー
ト、２列目のＭＯＳトランジスタ４５と４６のゲートに
接続されている。５３は水平出力線４３の電位と水平出
力線４４の電位との差分電圧をとって出力するための差
動アンプ、５４は差動アンプ５３の出力端子である。
【００４１】図４におけるＭＯＳトランジスタはここで
はすべてＮ型ＭＯＳトランジスタとしており、そのゲー
トがＨｉｇｈレベルの時に導通、Ｌｏｗレベルの時に非
導通状態となる。また読み出し回路におけるＭＯＳトラ
ンジスタは、Ｐ型ウエル１８とは電気的に独立した別の
Ｐ型ウエル中に形成されている。
はすべてＮ型ＭＯＳトランジスタとしており、そのゲー
トがＨｉｇｈレベルの時に導通、Ｌｏｗレベルの時に非
導通状態となる。また読み出し回路におけるＭＯＳトラ
ンジスタは、Ｐ型ウエル１８とは電気的に独立した別の
Ｐ型ウエル中に形成されている。
【００４２】図５は、本実施例の画素および電荷転送領
域の横方向の断面を示すものであり、同図において、５
８はＰ型ウエル領域１８の界面に設けられたＰ型の半導
体層であって、Ｐ型ウエル領域１８と電気的に導通して
おり、光信号電荷を蓄積する領域６および電荷転送領域
５がともに半導体中に埋め込まれた構造となるようにし
ている。５９は信号電荷転送領域５への光入射をさえぎ
るための遮光層である。信号電荷は図５の紙面垂直方向
に転送される。
域の横方向の断面を示すものであり、同図において、５
８はＰ型ウエル領域１８の界面に設けられたＰ型の半導
体層であって、Ｐ型ウエル領域１８と電気的に導通して
おり、光信号電荷を蓄積する領域６および電荷転送領域
５がともに半導体中に埋め込まれた構造となるようにし
ている。５９は信号電荷転送領域５への光入射をさえぎ
るための遮光層である。信号電荷は図５の紙面垂直方向
に転送される。
【００４３】図６は、本実施例の電荷転送領域の縦方向
すなわち転送方向の断面を示すものである。すでに説明
した部分については同一の番号を付して説明は省略す
る。
すなわち転送方向の断面を示すものである。すでに説明
した部分については同一の番号を付して説明は省略す
る。
【００４４】次に、図４の固体撮像装置の動作を図７を
用いて説明する。図７はパルスタイミングチャートであ
り、記号φのあとにつけた番号は図４における端子の番
号を示している。また動作タイミングに従い、Ｔ１から
Ｔ６で区分される期間は、ある特定の動作期間であるこ
とを表す。なお端子１３には常に一定の電位が供給され
るので、図７には明記していない。
用いて説明する。図７はパルスタイミングチャートであ
り、記号φのあとにつけた番号は図４における端子の番
号を示している。また動作タイミングに従い、Ｔ１から
Ｔ６で区分される期間は、ある特定の動作期間であるこ
とを表す。なお端子１３には常に一定の電位が供給され
るので、図７には明記していない。
【００４５】図７におけるＴ１期間は電荷出力部となる
領域９と電荷転送領域５のリセット期間であり、領域９
はＭＯＳトランジスタ３３を通じて高い電位である電源
線と導通している。この時、電荷転送領域５にある信号
電荷たる電子はゲート電極１０の下のチャンネルを通っ
て領域９に掃き出され、領域５は完全空乏化される。
領域９と電荷転送領域５のリセット期間であり、領域９
はＭＯＳトランジスタ３３を通じて高い電位である電源
線と導通している。この時、電荷転送領域５にある信号
電荷たる電子はゲート電極１０の下のチャンネルを通っ
て領域９に掃き出され、領域５は完全空乏化される。
【００４６】次のＴ２期間はノイズ読み出し期間であ
り、この期間は端子１１，３４がＬｏｗレベルになり、
領域９は浮遊状態となる。領域９の電位はＴ１期間にお
けるリセット動作により電源線電位を保っており、ＭＯ
Ｓトランジスタ３０，３１で形成されるソースフォロワ
のリセット出力電位がＭＯＳトランジスタ３９を通して
蓄積容量３７に蓄積される。このソースフォロワのリセ
ット出力電位は、各列にあるＭＯＳトランジスタ３０の
しきい電圧値のばらつきのため各列毎に異なる。またひ
とつのソースフォロワをとってみても、領域９の容量に
依存した熱雑音いわゆるｋＴＣノイズがあるため、繰り
返されるＴ２期間の動作のたびに異なるリセット出力電
位を生ずる。
り、この期間は端子１１，３４がＬｏｗレベルになり、
領域９は浮遊状態となる。領域９の電位はＴ１期間にお
けるリセット動作により電源線電位を保っており、ＭＯ
Ｓトランジスタ３０，３１で形成されるソースフォロワ
のリセット出力電位がＭＯＳトランジスタ３９を通して
蓄積容量３７に蓄積される。このソースフォロワのリセ
ット出力電位は、各列にあるＭＯＳトランジスタ３０の
しきい電圧値のばらつきのため各列毎に異なる。またひ
とつのソースフォロワをとってみても、領域９の容量に
依存した熱雑音いわゆるｋＴＣノイズがあるため、繰り
返されるＴ２期間の動作のたびに異なるリセット出力電
位を生ずる。
【００４７】次のＴ３期間は画素における電荷入力部と
なる領域６に蓄積された信号電荷を電荷転送領域５に転
送入力する期間である。この動作は垂直シフトレジスタ
２８によって選択された行のゲート電極７にパルスをか
けることで行う。引き続くＴ４は電荷転送期間である。
端子１５には端子１３よりも高い電位が与えられ、信号
電荷担体（ここでは電子）は図４においては上の方向に
ドリフト移動していき、最終的にはゲート１０の下を通
って領域９に出力される。
なる領域６に蓄積された信号電荷を電荷転送領域５に転
送入力する期間である。この動作は垂直シフトレジスタ
２８によって選択された行のゲート電極７にパルスをか
けることで行う。引き続くＴ４は電荷転送期間である。
端子１５には端子１３よりも高い電位が与えられ、信号
電荷担体（ここでは電子）は図４においては上の方向に
ドリフト移動していき、最終的にはゲート１０の下を通
って領域９に出力される。
【００４８】次のＴ５期間は信号読み出し期間である。
電荷出力部の領域９にはＴ２期間におけるリセット状態
に転送された信号電荷が上乗せされている。よってソー
スフォロワの出力信号線３６にはノイズレベルに信号分
が上乗せされた出力が出ており、この電圧がＭＯＳトラ
ンジスタ４０を通して蓄積容量３８に蓄積される。期間
Ｔ６は水平走査期間であり、水平出力線４３，４４がリ
セット用ＭＯＳトランジスタ４７，４８を通してリセッ
トされた後、水平シフトレジスタ５１に選択された列の
蓄積容量３７，３８に蓄積された電圧がそれぞれ水平出
力線４３，４４に導かれ、差動アンプ５３に入力される
ので、差動アンプ５３からはノイズレベルが差し引かれ
た純粋な信号電圧のみが出力される。
電荷出力部の領域９にはＴ２期間におけるリセット状態
に転送された信号電荷が上乗せされている。よってソー
スフォロワの出力信号線３６にはノイズレベルに信号分
が上乗せされた出力が出ており、この電圧がＭＯＳトラ
ンジスタ４０を通して蓄積容量３８に蓄積される。期間
Ｔ６は水平走査期間であり、水平出力線４３，４４がリ
セット用ＭＯＳトランジスタ４７，４８を通してリセッ
トされた後、水平シフトレジスタ５１に選択された列の
蓄積容量３７，３８に蓄積された電圧がそれぞれ水平出
力線４３，４４に導かれ、差動アンプ５３に入力される
ので、差動アンプ５３からはノイズレベルが差し引かれ
た純粋な信号電圧のみが出力される。
【００４９】垂直シフトレジスタが一段進むごとに上述
した一連の動作が繰り返され、最終的にはすべての行の
画素信号が読み出されることで撮像信号が形成される。
した一連の動作が繰り返され、最終的にはすべての行の
画素信号が読み出されることで撮像信号が形成される。
【００５０】本実施例では、各列に設けたソースフォロ
ワによって転送された信号電荷を電圧信号に変換してい
るが、ソースフォロワ以外のアンプを用いてもよいし、
またノイズ除去方式としてクランプ回路等の方式を用い
てもよい。すなわち読み出し回路系については、転送さ
れた画素の信号電荷を電気信号に変換し、これを順次読
み出して撮像信号を形成できれば、どんな読み出し回路
系を用いてもよい。
ワによって転送された信号電荷を電圧信号に変換してい
るが、ソースフォロワ以外のアンプを用いてもよいし、
またノイズ除去方式としてクランプ回路等の方式を用い
てもよい。すなわち読み出し回路系については、転送さ
れた画素の信号電荷を電気信号に変換し、これを順次読
み出して撮像信号を形成できれば、どんな読み出し回路
系を用いてもよい。
【００５１】以上説明した本実施例では画素のフォトダ
イオード面積を広く設計することにより、広ダイナミッ
クレンジ、高感度を同時に実現でき、また本実施例では
埋め込み型フォトダイオードおよび埋め込みダイオード
による転送領域が形成されているので、暗電流によるノ
イズの発生が小さく、また高速の電荷転送により動画に
も対応した固体撮像装置を提供することができる。さら
に本実施例の固体撮像装置については、ＭＯＳダイオー
ドを使った電荷転送素子は使われていなく、読み出し回
路はＭＯＳトランジスタのみで構成できる。よって、こ
の固体撮像装置はＣＣＤプロセスではなく、簡単なＣＭ
ＯＳプロセスをもとに製造ができるので、製造コストが
安価にできる。
イオード面積を広く設計することにより、広ダイナミッ
クレンジ、高感度を同時に実現でき、また本実施例では
埋め込み型フォトダイオードおよび埋め込みダイオード
による転送領域が形成されているので、暗電流によるノ
イズの発生が小さく、また高速の電荷転送により動画に
も対応した固体撮像装置を提供することができる。さら
に本実施例の固体撮像装置については、ＭＯＳダイオー
ドを使った電荷転送素子は使われていなく、読み出し回
路はＭＯＳトランジスタのみで構成できる。よって、こ
の固体撮像装置はＣＣＤプロセスではなく、簡単なＣＭ
ＯＳプロセスをもとに製造ができるので、製造コストが
安価にできる。
【００５２】［第５の実施例］本発明の第５の実施例は
上記で説明した第２の実施例の電荷転送による固体撮像
装置のひとつの例であり、これを図８に示す。図８にお
いて、図１、図２、図３、図４と同じ部分については同
一の番号を付して詳しい説明は省略する。
上記で説明した第２の実施例の電荷転送による固体撮像
装置のひとつの例であり、これを図８に示す。図８にお
いて、図１、図２、図３、図４と同じ部分については同
一の番号を付して詳しい説明は省略する。
【００５３】図８において、５５は転送された信号電荷
を水平転送するための水平ＣＣＤ、５６は水平ＣＣＤ５
５から出力される信号電荷量を検知し電気信号として出
力するためのアンプ、５７はアンプ５６の出力端子であ
る。画素および電荷転送領域の構成は第４の実施例と同
じであるが、電荷出力部９はフローティングディフュー
ジョンではなく、電荷がない時には完全空乏化し、水平
ＣＣＤ５５のゲート電極によって形成される空乏層に転
送することのできる水平ＣＣＤ５５への入力部である。
本実施例は画素信号の垂直方向電荷転送動作は第４の実
施例と同じであるが、ノイズ読み出しはなく、転送され
た画素信号電荷をそのまま水平ＣＣＤに入力し、水平転
送にしたがって出力端子５７から撮像信号を得るもので
ある。
を水平転送するための水平ＣＣＤ、５６は水平ＣＣＤ５
５から出力される信号電荷量を検知し電気信号として出
力するためのアンプ、５７はアンプ５６の出力端子であ
る。画素および電荷転送領域の構成は第４の実施例と同
じであるが、電荷出力部９はフローティングディフュー
ジョンではなく、電荷がない時には完全空乏化し、水平
ＣＣＤ５５のゲート電極によって形成される空乏層に転
送することのできる水平ＣＣＤ５５への入力部である。
本実施例は画素信号の垂直方向電荷転送動作は第４の実
施例と同じであるが、ノイズ読み出しはなく、転送され
た画素信号電荷をそのまま水平ＣＣＤに入力し、水平転
送にしたがって出力端子５７から撮像信号を得るもので
ある。
【００５４】本実施例では画素のフォトダイオード面積
を広く設計することにより、広ダイナミックレンジ、高
感度を同時に実現でき、また高速の垂直電荷転送により
可視光の動画にも対応した固体撮像装置を提供すること
ができる。また本実施例では信号電荷を水平ＣＣＤによ
って転送するため、読み出し回路から発生するノイズの
発生が小さい低ノイズ信号を得ることができる。
を広く設計することにより、広ダイナミックレンジ、高
感度を同時に実現でき、また高速の垂直電荷転送により
可視光の動画にも対応した固体撮像装置を提供すること
ができる。また本実施例では信号電荷を水平ＣＣＤによ
って転送するため、読み出し回路から発生するノイズの
発生が小さい低ノイズ信号を得ることができる。
【００５５】［第６の実施例］本発明の第６の実施例
は、上記で説明した第２の実施例による電荷転送を増幅
型固体撮像装置に応用したものである。増幅型固体撮像
装置とは、受光画素に蓄積された信号電荷を画素部に備
わったトランジスタの制御電極に導き、増幅された信号
を主電極から出力するタイプのものであり、増幅用トラ
ンジスタとしてSITを使ったSIT型イメージセンサ（A．Y
usa、J．Nishizawa et al., “SIT image sensor: D
esign consideration and characteristics,” IEEE tr
ans. Vol.ED-33, pp.735-742, June 1986.）、バイポー
ラトランジスタを使ったBASIS (N.Tanaka et al., “A
310K pixel bipolar imager (BASIS),” IEEE Trans. E
lectron Devices, vol.35, pp. 646-652, may 1990)、
制御電極が空乏化するJFETを使ったCMD (中村ほか“ゲ
ート蓄積型MOSフォトトランジスタイメージセンサ”,テ
レビ学会誌,41,11,pp.1075-1082 Nov．，1987)、MOSト
ランジスタを使ったCMOSセンサ (S.K.Mendis, S.E.Keme
ny and E.R.Fossum, “A 128 ×128 CMOS active image
sensor for highly integrated imaging systems,” i
n IEDM Tech. Dig., 1993, pp. 583-586.) などがあ
る。
は、上記で説明した第２の実施例による電荷転送を増幅
型固体撮像装置に応用したものである。増幅型固体撮像
装置とは、受光画素に蓄積された信号電荷を画素部に備
わったトランジスタの制御電極に導き、増幅された信号
を主電極から出力するタイプのものであり、増幅用トラ
ンジスタとしてSITを使ったSIT型イメージセンサ（A．Y
usa、J．Nishizawa et al., “SIT image sensor: D
esign consideration and characteristics,” IEEE tr
ans. Vol.ED-33, pp.735-742, June 1986.）、バイポー
ラトランジスタを使ったBASIS (N.Tanaka et al., “A
310K pixel bipolar imager (BASIS),” IEEE Trans. E
lectron Devices, vol.35, pp. 646-652, may 1990)、
制御電極が空乏化するJFETを使ったCMD (中村ほか“ゲ
ート蓄積型MOSフォトトランジスタイメージセンサ”,テ
レビ学会誌,41,11,pp.1075-1082 Nov．，1987)、MOSト
ランジスタを使ったCMOSセンサ (S.K.Mendis, S.E.Keme
ny and E.R.Fossum, “A 128 ×128 CMOS active image
sensor for highly integrated imaging systems,” i
n IEDM Tech. Dig., 1993, pp. 583-586.) などがあ
る。
【００５６】図９，１０は本発明の第６の実施例を説明
するためのものであり、同図において図１〜８と同一の
部材には同じ番号を付し、説明を省略する。図９におい
て、６０は上記増幅型撮像装置の信号増幅部であり、増
幅トランジスタの制御電極には、転送路５によって転送
された信号電荷が導かれる。６１は信号増幅部６０にお
いて増幅された信号を出力するための出力線であり、６
１−１、６１−２はそれぞれ一列目の出力線、二列目の
出力線を示す。６２は信号増幅部６０の駆動線であり、
６２−１、６２−２はそれぞれ一行目、二行目の駆動線
を示す。６３は出力線６１から出力された信号を水平走
査にしたがって最終アンプに出力するための読み出し回
路であり、増幅部６０から出力される信号の特性に応じ
て、様々なタイプの読み出し回路がありうるが、図９に
おいては、図４で示した読み出し回路を想定し、最終ア
ンプには差動アンプ５３を用いている。
するためのものであり、同図において図１〜８と同一の
部材には同じ番号を付し、説明を省略する。図９におい
て、６０は上記増幅型撮像装置の信号増幅部であり、増
幅トランジスタの制御電極には、転送路５によって転送
された信号電荷が導かれる。６１は信号増幅部６０にお
いて増幅された信号を出力するための出力線であり、６
１−１、６１−２はそれぞれ一列目の出力線、二列目の
出力線を示す。６２は信号増幅部６０の駆動線であり、
６２−１、６２−２はそれぞれ一行目、二行目の駆動線
を示す。６３は出力線６１から出力された信号を水平走
査にしたがって最終アンプに出力するための読み出し回
路であり、増幅部６０から出力される信号の特性に応じ
て、様々なタイプの読み出し回路がありうるが、図９に
おいては、図４で示した読み出し回路を想定し、最終ア
ンプには差動アンプ５３を用いている。
【００５７】図１１は増幅部６０をCMOSセンサタイプと
した時の、転送路５と６０との接続構造を表した図であ
る。同図において、６４はフローティングディフージョ
ン（FD部）、６５はFD部６４をリセットするためのMOS
トランジスタ、６６はそのゲートがFD部６４と接続して
いる増幅用トランジスタ、６７は出力線６１と増幅用ト
ランジスタ６４との出力部とを接続し、出力行を選択す
るためのスイッチMOSトランジスタ、６８は電源線であ
り、増幅用トランジスタ６６の電源線とリセット用トラ
ンジスタ６５のリセット電源線とを兼ねている。リセッ
ト用トランジスタ６５、選択用トランジスタ６７のゲー
トはそれぞれ駆動線６２のうちのひとつであり、垂直シ
フトレジスタ２８の走査にしたがってパルスが印加され
る。
した時の、転送路５と６０との接続構造を表した図であ
る。同図において、６４はフローティングディフージョ
ン（FD部）、６５はFD部６４をリセットするためのMOS
トランジスタ、６６はそのゲートがFD部６４と接続して
いる増幅用トランジスタ、６７は出力線６１と増幅用ト
ランジスタ６４との出力部とを接続し、出力行を選択す
るためのスイッチMOSトランジスタ、６８は電源線であ
り、増幅用トランジスタ６６の電源線とリセット用トラ
ンジスタ６５のリセット電源線とを兼ねている。リセッ
ト用トランジスタ６５、選択用トランジスタ６７のゲー
トはそれぞれ駆動線６２のうちのひとつであり、垂直シ
フトレジスタ２８の走査にしたがってパルスが印加され
る。
【００５８】次に信号増幅部６０の動作の簡単な説明を
行う。まず増幅部６０は選択用トランジスタ６７がON状
態となることによって選択される。この状態でリセット
MOSトランジスタのゲートにパルスが印加されてFD部６
４がリセットされる。出力線６１には、読み出し回路６
３から定電流が供給されるため、増幅用MOSトランジス
タ６６はソースフォロワ動作をし、FD部６４すなわち増
幅用MOSトランジスタ６６のゲートの電位に応じた電位
が出力線６１に現れるが、この電位は読み出し回路６３
のリセットレベル蓄積部に保持される。次に信号転送パ
ルスが選択行の駆動線２４に印加され、選択されている
FD部６４に信号電荷が転送されるが、この時、電源端子
１３，１５に加えられる電位によってP型ウエル１８に
は電位勾配がつけられ、信号電荷転送は速やかにおこな
われる。出力線６１にはリセットレベル電位に信号電圧
分が上乗せされた電位が現れ、この電位は読み出し回路
６３の（リセット＋信号）レベル蓄積部に保持される。
この後、水平走査回路５１にしたがって、読み出し回路
６３に保持された信号が差動アンプ５３に順次送られ、
出力端子からはノイズすなわちリセットレベルのばらつ
き分を含まない信号が出力される。
行う。まず増幅部６０は選択用トランジスタ６７がON状
態となることによって選択される。この状態でリセット
MOSトランジスタのゲートにパルスが印加されてFD部６
４がリセットされる。出力線６１には、読み出し回路６
３から定電流が供給されるため、増幅用MOSトランジス
タ６６はソースフォロワ動作をし、FD部６４すなわち増
幅用MOSトランジスタ６６のゲートの電位に応じた電位
が出力線６１に現れるが、この電位は読み出し回路６３
のリセットレベル蓄積部に保持される。次に信号転送パ
ルスが選択行の駆動線２４に印加され、選択されている
FD部６４に信号電荷が転送されるが、この時、電源端子
１３，１５に加えられる電位によってP型ウエル１８に
は電位勾配がつけられ、信号電荷転送は速やかにおこな
われる。出力線６１にはリセットレベル電位に信号電圧
分が上乗せされた電位が現れ、この電位は読み出し回路
６３の（リセット＋信号）レベル蓄積部に保持される。
この後、水平走査回路５１にしたがって、読み出し回路
６３に保持された信号が差動アンプ５３に順次送られ、
出力端子からはノイズすなわちリセットレベルのばらつ
き分を含まない信号が出力される。
【００５９】本実施例を説明する図９では、ひとつのF
D、ひとつの増幅部は２つの画素を担っているが、一般
には２つ以上の複数画素を担うものに適用できる。
D、ひとつの増幅部は２つの画素を担っているが、一般
には２つ以上の複数画素を担うものに適用できる。
【００６０】本実施例によれば、複数のフォトダイオー
ド画素が共通の１つのFDに集められ、増幅部の数も画素
数より少ない数で構成できるため、１画素にひとつの増
幅部を持つ従来の増幅型撮像装置に比べ、FDの容量をふ
やさず、フォトダイオードの開口面積を大きくとれるた
め、高感度の撮像装置を提供できる。
ド画素が共通の１つのFDに集められ、増幅部の数も画素
数より少ない数で構成できるため、１画素にひとつの増
幅部を持つ従来の増幅型撮像装置に比べ、FDの容量をふ
やさず、フォトダイオードの開口面積を大きくとれるた
め、高感度の撮像装置を提供できる。
【００６１】以上説明した第４乃至第６の実施例では、
画素および電荷転送領域がウエル内に形成された第２実
施例の構成が使われているが、これらが第１実施例のよ
うに半導体基板に形成されていても、また第３実施例の
ように電位勾配をかける場所を電荷転送路に沿って順次
移動させるような構成にしてもよい。また画素信号電荷
は一方向に転送されるだけでなく、電荷転送路の電位勾
配の方向設定によって上下２方向どちらにも転送できる
ようにし、電荷出力部９を電荷転送領域５の両端に設け
る構成にしてもよい。
画素および電荷転送領域がウエル内に形成された第２実
施例の構成が使われているが、これらが第１実施例のよ
うに半導体基板に形成されていても、また第３実施例の
ように電位勾配をかける場所を電荷転送路に沿って順次
移動させるような構成にしてもよい。また画素信号電荷
は一方向に転送されるだけでなく、電荷転送路の電位勾
配の方向設定によって上下２方向どちらにも転送できる
ようにし、電荷出力部９を電荷転送領域５の両端に設け
る構成にしてもよい。
【００６２】［第７の実施例］図１１に基づいて、上記
で説明した 実施例4乃至６で説明した固体撮像装置を用
いた撮像システムについて説明する。
で説明した 実施例4乃至６で説明した固体撮像装置を用
いた撮像システムについて説明する。
【００６３】図１１において、１０１はレンズのプロテ
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、１０２は被写体
の光学像を固体撮像装置１０４に結像させるレンズ、１
０３はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞
り、１０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信
号として取り込むための固体撮像装置、１０５は、固体
撮像装置１０４から出力される画像信号を増幅するゲイ
ン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補
正回路部等を含む撮像信号処理回路、１０６は固体撮像
装置１０４より出力される画像信号のアナログーディジ
タル変換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ／Ｄ変換器６
より出力された画像データに各種の補正を行ったりデー
タを圧縮する信号処理部、１０８は固体撮像装置４、撮
像信号処理回路１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号処理
部１０７に、各種タイミング信号を出力するタイミング
発生部、１０９は各種演算と撮像システム全体を制御す
る全体制御・演算部、１１０は画像データを一時的に記
憶する為のメモリ部、１１１は記録媒体に記録または読
み出しを行うためのインターフェース部、１１２は画像
データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等
の着脱可能な記録媒体、１１３は外部コンピュータ等と
通信する為のインターフェース部である。
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、１０２は被写体
の光学像を固体撮像装置１０４に結像させるレンズ、１
０３はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞
り、１０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信
号として取り込むための固体撮像装置、１０５は、固体
撮像装置１０４から出力される画像信号を増幅するゲイ
ン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補
正回路部等を含む撮像信号処理回路、１０６は固体撮像
装置１０４より出力される画像信号のアナログーディジ
タル変換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ／Ｄ変換器６
より出力された画像データに各種の補正を行ったりデー
タを圧縮する信号処理部、１０８は固体撮像装置４、撮
像信号処理回路１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号処理
部１０７に、各種タイミング信号を出力するタイミング
発生部、１０９は各種演算と撮像システム全体を制御す
る全体制御・演算部、１１０は画像データを一時的に記
憶する為のメモリ部、１１１は記録媒体に記録または読
み出しを行うためのインターフェース部、１１２は画像
データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等
の着脱可能な記録媒体、１１３は外部コンピュータ等と
通信する為のインターフェース部である。
【００６４】次に、前述の構成における撮影時の撮像シ
ステムの動作について説明する。
ステムの動作について説明する。
【００６５】バリア１０１がオープンされるとメイン電
源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更
にＡ／Ｄ変換器６などの撮像系回路の電源がオンされ
る。
源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更
にＡ／Ｄ変換器６などの撮像系回路の電源がオンされ
る。
【００６６】それから、露光量を制御する為に、全体制
御・演算部１０９は絞り１０３を開放にし、固体撮像撮
像１０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器１０６で変
換された後、信号処理部１０７に入力される。
御・演算部１０９は絞り１０３を開放にし、固体撮像撮
像１０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器１０６で変
換された後、信号処理部１０７に入力される。
【００６７】そのデータを基に露出の演算を全体制御・
演算部１０９で行う。
演算部１０９で行う。
【００６８】この測光を行った結果により明るさを判断
し、その結果に応じて全体制御・演算部１０９は絞りを
制御する。
し、その結果に応じて全体制御・演算部１０９は絞りを
制御する。
【００６９】次に、固体撮像撮像１０４から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１０９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１０９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
【００７０】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。
まる。
【００７１】露光が終了すると、固体撮像素子１０４か
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部７を通り全体制御・演算部９により
メモリ部に書き込まれる。
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部７を通り全体制御・演算部９により
メモリ部に書き込まれる。
【００７２】その後、メモリ部１１０に蓄積されたデー
タは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ
／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２
に記録される。
タは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ
／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２
に記録される。
【００７３】また、外部Ｉ／Ｆ部１１３を通り直接コン
ピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
ピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低ノイズで高速の信号電荷転送を行う電荷転送装置を実
現することができる。また本発明の電荷転送装置による
画素からの信号電荷を転送する構成を採用することで、
可視光の動画にも対応できる速さで駆動する高感度、高
ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供することがで
きる。
低ノイズで高速の信号電荷転送を行う電荷転送装置を実
現することができる。また本発明の電荷転送装置による
画素からの信号電荷を転送する構成を採用することで、
可視光の動画にも対応できる速さで駆動する高感度、高
ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供することがで
きる。
【図１】本発明の第１実施例の電荷転送装置を説明する
図である。
図である。
【図２】本発明の第２実施例の電荷転送装置を説明する
図である。
図である。
【図３】本発明の第３実施例の電荷転送装置を説明する
図である。
図である。
【図４】本発明の第４実施例の固体撮像装置を説明する
回路図である。
回路図である。
【図５】本発明の第４実施例の固体撮像装置を説明する
断面構造図である。
断面構造図である。
【図６】本発明の第４実施例の固体撮像装置を説明する
断面構造図である。
断面構造図である。
【図７】本発明の第４実施例の固体撮像装置の動作を説
明するタイミングチャート図である。
明するタイミングチャート図である。
【図８】本発明の第５実施例の固体撮像装置を説明する
回路図である。
回路図である。
【図９】本発明の第６実施例の固体撮像装置を説明する
回路図である。
回路図である。
【図１０】本発明の第４実施例の固体撮像装置の信号増
幅部を説明する回路図である。
幅部を説明する回路図である。
【図１１】第４乃至第６実施例の固体撮像装置を用いた
撮像システムを説明する図である。
撮像システムを説明する図である。
【図１２】従来の電荷転送装置の動作を説明するための
図である。
図である。
１ 半導体基板 ２ 絶縁体膜 ３ ゲート電極 ４ ゲート電極 ５ 電荷転送領域 ６ 信号電荷入力部 ７ ゲート電極 ８ パルス入力端子 ９ 信号電荷出力部 １０ ゲート電極 １１ パルス入力端子 １２ 半導体基板への電位供給部 １３ 電位供給端子 １４ 半導体基板への電位供給部 １５ 電位供給端子 １６ 半導体基板 １７ 電位供給端子 １８ ウエル領域 １９ 半導体基板への電位供給部 ２０ 半導体基板への電位供給部 ２１ 電位供給端子 ２２ 電位供給端子 ２３ 画素 ２４−１，２４−２ パルス供給線 ２５ ダイオード ２６ フォトダイオード ２７ ウエル抵抗 ２８ 垂直シフトレジスタ ２９ ダイオード ３０ 増幅用ＭＯＳトランジスタ ３１ 定電流供給用ＭＯＳトランジスタ ３２ パルス供給端子 ３３ リセット用ＭＯＳトランジスタ ３４ パルス供給端子 ３５ 電源線 ３６ ソースフォロワ出力線 ３７ 信号蓄積容量 ３８ 信号蓄積容量 ３９ ＭＯＳトランジスタ ４０ ＭＯＳトランジスタ ４１ パルス供給端子 ４２ パルス供給端子 ４３ 水平出力線 ４４ 水平出力線 ４５ ＭＯＳトランジスタ ４６ ＭＯＳトランジスタ ４７ ＭＯＳトランジスタ ４８ ＭＯＳトランジスタ ４９ パルス供給端子 ５０ 電位供給端子 ５１ 水平シフトレジスタ ５２−１，５２−２ 水平シフトレジスタ出力線 ５３ 差動アンプ ５４ 出力端子 ５５ 水平ＣＣＤ ５６ アンプ ５７ 出力端子 ５８ ウエル１８と同じ導電型の半導体層 ５９ 遮光層
Claims (17)
- 【請求項１】 一導電型の半導体基板と、該半導体基板
中に形成され且つ該半導体基板と接合してダイオードを
形成する、該半導体基板とは反対の導電型の電荷転送領
域と、該電荷転送領域に信号電荷を入力するための信号
電荷入力部と、該電荷転送領域から転送されてきた信号
電荷を蓄積するための信号電荷出力部と、該半導体基板
に電位勾配を与えるための複数の独立の電位供給手段と
を有し、該複数の電位供給手段により形成された電位勾
配によって該電荷転送領域にある信号電荷を転送してな
る電荷転送装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電荷転送装置におい
て、前記電荷転送領域は信号電荷が入力される前には完
全空乏化していることを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の電荷転送装置におい
て、前記電荷転送領域は前記半導体基板中に埋め込ま
れ、前記半導体基板と埋め込み型ダイオードを形成して
いることを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項４】 一導電型の半導体基板と、該半導体基板
中に形成され該半導体基板とは反対の導電型のウエル
と、該ウエル中に形成され且つ該ウエルと接合してダイ
オードを形成する、該ウエルとは反対の導電型の電荷転
送領域と、該電荷転送領域に信号電荷を入力するための
信号電荷入力部と、該電荷転送領域から転送されてきた
信号電荷を蓄積するための信号電荷出力部と、該ウエル
に電位勾配を与えるための複数の独立の電位供給手段と
を有し、該複数の電位供給手段により形成された電位勾
配によって該電荷転送領域にある信号電荷を転送してな
る電荷転送装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の電荷転送装置におい
て、前記電荷転送領域は信号電荷が入力される前には完
全空乏化していることを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項６】 請求項５に記載の電荷転送装置におい
て、前記電荷転送領域は前記ウエル中に埋め込まれ、前
記ウエルと埋め込み型ダイオードを形成していることを
特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項７】 一導電型の半導体領域と、該半導体領域
内に２次元的に配列された光電変換部と、該光電変換部
の各列間に配置された、該半導体領域と接合部を形成す
る該半導体領域とは反対の導電型の電荷転送領域と、該
光電変換部から該電荷転送領域に信号電荷を転送入力す
るための転送電極と、該電荷転送領域から転送されてき
た信号電荷を蓄積するための信号電荷出力部と、該半導
体領域に電位勾配を与えるための複数の独立の電位供給
手段とを有し、該複数の電位供給手段により形成された
電位勾配によって該電荷転送領域に入力された信号電荷
を列方向に転送してなる固体撮像装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の固体撮像装置におい
て、前記電荷転送領域は信号電荷が入力される前には完
全空乏化していることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項９】 請求項８に記載の固体撮像装置におい
て、前記電荷転送領域は前記半導体領域中に埋め込ま
れ、前記半導体領域と埋め込み型ダイオードを形成して
いることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１０】 請求項７に記載の固体撮像装置におい
て、各列の信号電荷出力部に出力された信号電荷を別形
態の電気信号に変換する変換手段を各列に有し、各列の
該電気信号を順次読み出すことによって撮像信号を形成
する読み出し回路を備えたことを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の固体撮像装置にお
いて、信号電荷を別形態の電気信号へ変換する前記変換
手段は絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成される
増幅器であることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１２】 請求項７に記載の固体撮像装置におい
て、各列の前記信号電荷出力部に出力された信号電荷を
転送するための電荷転送素子と、該電荷転送素子の最終
出力段に接続し、転送された信号電荷を別形態の電気信
号に変換する変換手段とを有し、該変換手段からの電気
信号を順次読み出すことによって撮像信号を形成するこ
とを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の固体撮像装置にお
いて、前記電荷転送素子はＣＣＤであることを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項１４】 一導電型の半導体領域と、該半導体領
域内に２次元的に配列された光電変換部と、該光電変換
部の各列間に配置された、該半導体領域と接合部を形成
する該半導体領域とは反対の導電型の電荷転送領域と、
該光電変換部と該電荷転送領域の間に形成され、該光電
変換部からの信号電荷を増幅して出力するための信号増
幅部と、該半導体領域に電位勾配を与えるための複数の
独立の電位供給手段とを有し、該複数の電位供給手段に
より形成された電位勾配によって該電荷転送領域を転送
した信号電荷を該信号増幅部に入力し、前記増幅手段よ
り増幅された信号を出力することを特徴とする固体撮像
装置。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の固体撮像装置にお
いて、該信号増幅部は、ＭＯＳトランジスタによって構
成され、該信号電荷をゲ−トに受け、増幅した信号をソ
−スより出力することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１６】 請求項１４又は１５に記載の固体撮像
装置において、複数の該光電変換部毎に、共通の該信号
増幅部が設けられていることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項１７】 請求項７乃至１６のいずれか1項に記
載の固体撮像装置と、該固体撮像装置に光を結像するレ
ンズと、該固体撮像装置からの信号をディジタル信号に
変換するＡ/Ｄ変換器と、該Ａ/Ｄ変換器からの信号を処
理する信号処理部とを有することを特徴とする撮像シス
テム。
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| EP01304966A EP1172857A2 (en) | 2000-06-08 | 2001-06-07 | Charge transfer apparatus |
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