JP2002237614A - 光電変換装置及びその駆動方法並びに情報処理装置 - Google Patents
光電変換装置及びその駆動方法並びに情報処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光電変換装置の受光素子の残像特性を向上さ
せる。 【解決手段】 第１導電型の第１半導体領域１３及び、
第１半導体領域１３に隣接し光電変換された電荷を蓄積
するための第２導電型の第２半導体領域１４を有する受
光素子と、第２半導体領域１４に蓄積された電荷に基づ
く信号を読み出すための読み出し用配線２４と、第２半
導体領域１４の受光部を間に挟むように受光面に沿って
互いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域１３に接
続された少なくとも一対の電極部１９，２０とを備えて
いる。そして、一対の電極部１９，２０には、第２半導
体領域１４の受光部を完全空乏化するとともに、第２半
導体領域１４に蓄積される電荷（ホール）を読み出し用
配線２４側に移動させるための電位勾配を生じさせ得る
電圧ΔＶが印加される。
せる。 【解決手段】 第１導電型の第１半導体領域１３及び、
第１半導体領域１３に隣接し光電変換された電荷を蓄積
するための第２導電型の第２半導体領域１４を有する受
光素子と、第２半導体領域１４に蓄積された電荷に基づ
く信号を読み出すための読み出し用配線２４と、第２半
導体領域１４の受光部を間に挟むように受光面に沿って
互いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域１３に接
続された少なくとも一対の電極部１９，２０とを備えて
いる。そして、一対の電極部１９，２０には、第２半導
体領域１４の受光部を完全空乏化するとともに、第２半
導体領域１４に蓄積される電荷（ホール）を読み出し用
配線２４側に移動させるための電位勾配を生じさせ得る
電圧ΔＶが印加される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージスキャナ
やファクシミリ、複写機、放射線像の撮像装置等の情報
処理装置とそれに用いられる光電変換装置及びその駆動
方法に関する。
やファクシミリ、複写機、放射線像の撮像装置等の情報
処理装置とそれに用いられる光電変換装置及びその駆動
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、一次元の光電変換装置の分野にお
いては、縮小光学系を用いたＣＣＤイメージセンサや、
複数の半導体光センサチップを一列あるいは千鳥状にマ
ルチ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が
積極的に行われている。これらの光電変換装置の受光素
子は、半導体のＰＮ接合からなるホトダイオードを用い
るのが一般的である。
いては、縮小光学系を用いたＣＣＤイメージセンサや、
複数の半導体光センサチップを一列あるいは千鳥状にマ
ルチ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が
積極的に行われている。これらの光電変換装置の受光素
子は、半導体のＰＮ接合からなるホトダイオードを用い
るのが一般的である。
【０００３】ここで、光電変換された電荷、すなわち、
受光した光により生成された光生成キャリアをＰＮ接合
部に蓄積し、電荷−電圧変換手段を用いて信号電圧を読
み出す増幅型の光電変換装置の場合、高感度を実現する
ためには、光生成キャリアを有効に蓄積し、かつキャリ
アが蓄積される光電変換部の容量をできるだけ小さくす
ることが必要となる。
受光した光により生成された光生成キャリアをＰＮ接合
部に蓄積し、電荷−電圧変換手段を用いて信号電圧を読
み出す増幅型の光電変換装置の場合、高感度を実現する
ためには、光生成キャリアを有効に蓄積し、かつキャリ
アが蓄積される光電変換部の容量をできるだけ小さくす
ることが必要となる。
【０００４】しかし、第１導電型の半導体基板中に反対
導電型である第２導電型の領域を形成して得られるホト
ダイオードを受光素子として用いた密着型イメージセン
サにおいては、例えば、３００ｄｐｉの解像度の場合、
画素ピッチは約８４．７ミクロンとなるため、光キャリ
アを有効に取り出すためには、開口部とほぼ同一面積の
ＰＮ接合を形成することが好ましい。しかし、これに伴
って、ホトダイオード部のＰＮ接合容量が増加してしま
う。
導電型である第２導電型の領域を形成して得られるホト
ダイオードを受光素子として用いた密着型イメージセン
サにおいては、例えば、３００ｄｐｉの解像度の場合、
画素ピッチは約８４．７ミクロンとなるため、光キャリ
アを有効に取り出すためには、開口部とほぼ同一面積の
ＰＮ接合を形成することが好ましい。しかし、これに伴
って、ホトダイオード部のＰＮ接合容量が増加してしま
う。
【０００５】逆に、ホトダイオード部のＰＮ接合容量を
小さくするために、ＰＮ接合面積を小さくすると、ＰＮ
接合により形成される空乏層領域が開口に対して過少と
なり、ＰＮ接合部に蓄積されるキャリアを多くすること
ができない。
小さくするために、ＰＮ接合面積を小さくすると、ＰＮ
接合により形成される空乏層領域が開口に対して過少と
なり、ＰＮ接合部に蓄積されるキャリアを多くすること
ができない。
【０００６】上記問題を解決するために、例えば、欧州
特許出願公開番号第１０３２０４９号明細書には受光面
積が大きく、かつ接合容量を小さくできる受光素子が本
発明者らによって提案されている。
特許出願公開番号第１０３２０４９号明細書には受光面
積が大きく、かつ接合容量を小さくできる受光素子が本
発明者らによって提案されている。
【０００７】図１８（ａ）は、上記公報に記載されてい
るような光電変換装置の受光素子部の平面図である。図
１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸ−Ｘ’線による断面構
造図である。図１８（ｃ）は、図１８（ａ）のＸ−Ｘ’
線に沿った方向のポテンシャルプロファイルを示す図で
ある。図１８（ｄ）は、図１８（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿
った方向のポテンシャルプロファイルを示す図である。
るような光電変換装置の受光素子部の平面図である。図
１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸ−Ｘ’線による断面構
造図である。図１８（ｃ）は、図１８（ａ）のＸ−Ｘ’
線に沿った方向のポテンシャルプロファイルを示す図で
ある。図１８（ｄ）は、図１８（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿
った方向のポテンシャルプロファイルを示す図である。
【０００８】図１８（ａ）〜図１８（ｄ）において、符
号１は電極領域、２は受光面、３はＰ型半導体基板、４
はＮ型半導体領域、５はＰ型半導体領域であり、受光面
２から、Ｐ型半導体基板３，Ｎ型半導体領域４及びＰ型
半導体領域５を有するホトダイオード領域に光が入射す
る構成になっている。電極領域１はＮ型の高濃度不純物
領域であり、ホトダイオード領域で発生したキャリア
（ここでは電子）が集められて伝送される電極領域であ
る。
号１は電極領域、２は受光面、３はＰ型半導体基板、４
はＮ型半導体領域、５はＰ型半導体領域であり、受光面
２から、Ｐ型半導体基板３，Ｎ型半導体領域４及びＰ型
半導体領域５を有するホトダイオード領域に光が入射す
る構成になっている。電極領域１はＮ型の高濃度不純物
領域であり、ホトダイオード領域で発生したキャリア
（ここでは電子）が集められて伝送される電極領域であ
る。
【０００９】図１８（ｂ）に示すように、従来の光電変
換装置は、Ｐ型半導体基板３の表面に比較的濃度の濃い
Ｐ型半導体領域５を形成し、Ｎ型半導体領域４を表面の
Ｐ型半導体領域５とＰ型半導体基板３とで上下に挟むよ
うに構成しているため、Ｎ型半導体領域４には、表面の
Ｐ型半導体領域５側とＰ型半導体基板３側の両側に空乏
層が形成され、図１８（ｄ）のようなポテンシャル構造
が形成される。
換装置は、Ｐ型半導体基板３の表面に比較的濃度の濃い
Ｐ型半導体領域５を形成し、Ｎ型半導体領域４を表面の
Ｐ型半導体領域５とＰ型半導体基板３とで上下に挟むよ
うに構成しているため、Ｎ型半導体領域４には、表面の
Ｐ型半導体領域５側とＰ型半導体基板３側の両側に空乏
層が形成され、図１８（ｄ）のようなポテンシャル構造
が形成される。
【００１０】この結果、発生した電子・正孔対のうちの
電子は、このポテンシャルの溝に集められ、最終的に
は、最も蓄積キャリアに対するポテンシャルの低い電極
領域１に収集される。
電子は、このポテンシャルの溝に集められ、最終的に
は、最も蓄積キャリアに対するポテンシャルの低い電極
領域１に収集される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、受光素子で発生した光キャリアの伝送特性に起因す
る残像が大きくなる場合がある。これは、深さ方向に空
乏化している領域で発生したキャリアは、拡散により最
もポテンシャルの低い電極領域に到達するが、その拡散
速度が深さ方向のポテンシャルプロファイルによって変
化する。
は、受光素子で発生した光キャリアの伝送特性に起因す
る残像が大きくなる場合がある。これは、深さ方向に空
乏化している領域で発生したキャリアは、拡散により最
もポテンシャルの低い電極領域に到達するが、その拡散
速度が深さ方向のポテンシャルプロファイルによって変
化する。
【００１２】そのため、この拡散速度が遅くなるような
ポテンシャルプロファイルでは、電極領域に到達しきれ
ないキャリアにより、次のフィールドに残像が現れる場
合がある。
ポテンシャルプロファイルでは、電極領域に到達しきれ
ないキャリアにより、次のフィールドに残像が現れる場
合がある。
【００１３】特に、密着型イメージセンサ用の受光素子
のように、例えば３０μｍ×３０μｍ角、あるいはそれ
に相当する面積以上の比較的面積の大きな受光面を有す
る受光素子の場合には、蓄積終了から読み出しまでの間
に電極領域に到達しきれないキャリアが次のフィールド
に残像となって現れる場合がある。
のように、例えば３０μｍ×３０μｍ角、あるいはそれ
に相当する面積以上の比較的面積の大きな受光面を有す
る受光素子の場合には、蓄積終了から読み出しまでの間
に電極領域に到達しきれないキャリアが次のフィールド
に残像となって現れる場合がある。
【００１４】なお、電極領域の周囲に平面的にポテンシ
ャルの異なる領域を設ける構造について、例えば、欧州
特許出願公開番号第１０３２０４９号明細書に開示され
ており、これによって、残像特性が改善されているが、
更に残像を完全に除去することや、ホトリソグラフィー
のマスク枚数を増やさずに残像を減らすことが望まれて
いる。
ャルの異なる領域を設ける構造について、例えば、欧州
特許出願公開番号第１０３２０４９号明細書に開示され
ており、これによって、残像特性が改善されているが、
更に残像を完全に除去することや、ホトリソグラフィー
のマスク枚数を増やさずに残像を減らすことが望まれて
いる。
【００１５】そこで、本発明の目的は、光電変換装置の
受光素子の残像特性を向上させることにある。
受光素子の残像特性を向上させることにある。
【００１６】本発明の別の目的は、マスク枚数を増やす
ことなく光電変換装置の受光素子の残像特性を向上させ
ることにある。
ことなく光電変換装置の受光素子の残像特性を向上させ
ることにある。
【００１７】本発明の更に別の目的は、残像特性に優れ
た光電変換装置における消費電力を抑制することにあ
る。
た光電変換装置における消費電力を抑制することにあ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、光電変
換装置において、第１導電型の第１半導体領域及び、前
記第１半導体領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積す
るための第２導電型の第２半導体領域を有する受光素子
と、前記第２半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号
を読み出すための読み出し用電極と、前記第２半導体領
域の受光部を間に挟むように受光面に沿って互いに離間
して設けられ、かつ前記第１半導体領域に接続された少
なくとも一対の電極部と、を備え、前記一対の電極部に
は、前記第２半導体領域の受光部を完全空乏化するとと
もに、前記第２半導体領域に蓄積される電荷を前記読み
出し用電極側に移動させるための電位勾配を生じさせ得
る電圧が印加されることを特徴とする。
換装置において、第１導電型の第１半導体領域及び、前
記第１半導体領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積す
るための第２導電型の第２半導体領域を有する受光素子
と、前記第２半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号
を読み出すための読み出し用電極と、前記第２半導体領
域の受光部を間に挟むように受光面に沿って互いに離間
して設けられ、かつ前記第１半導体領域に接続された少
なくとも一対の電極部と、を備え、前記一対の電極部に
は、前記第２半導体領域の受光部を完全空乏化するとと
もに、前記第２半導体領域に蓄積される電荷を前記読み
出し用電極側に移動させるための電位勾配を生じさせ得
る電圧が印加されることを特徴とする。
【００１９】ここで、前記第１半導体領域は、前記第２
半導体領域とその上方の絶縁層との間に配されるように
形成された半導体層を有しており、前記一対の電極部は
前記半導体層にそれぞれ接していることが望ましい。
半導体領域とその上方の絶縁層との間に配されるように
形成された半導体層を有しており、前記一対の電極部は
前記半導体層にそれぞれ接していることが望ましい。
【００２０】また、前記半導体層は前記第２半導体領域
の受光面を覆っていることが望ましい。
の受光面を覆っていることが望ましい。
【００２１】前記半導体層の下方に位置している前記第
２半導体領域は、該第２半導体領域の上下のＰＮ接合か
ら延びる空乏層により完全空乏化していることが望まし
い。
２半導体領域は、該第２半導体領域の上下のＰＮ接合か
ら延びる空乏層により完全空乏化していることが望まし
い。
【００２２】前記一対の電極部は、遮光層によって遮光
されていることが望ましい。
されていることが望ましい。
【００２３】前記一対の電極部のうち、前記読み出し用
電極側に配された電極部は、前記読み出し用電極を受光
面に沿って間に挟むように分割されて配置されているこ
とが望ましい。
電極側に配された電極部は、前記読み出し用電極を受光
面に沿って間に挟むように分割されて配置されているこ
とが望ましい。
【００２４】前記読み出し用電極は、浮遊拡散領域に電
荷を転送するための転送ゲート電極であることが望まし
い。
荷を転送するための転送ゲート電極であることが望まし
い。
【００２５】前記読み出し用電極は、増幅用トランジス
タのゲートに接続されたアノード電極又はカソード電極
であることが望ましい。
タのゲートに接続されたアノード電極又はカソード電極
であることが望ましい。
【００２６】前記第２半導体領域に蓄積された電荷を転
送する動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作
の、直前又は動作中に、所定の期間、前記電位勾配を生
じさせ得る電圧が印加されることが望ましい。
送する動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作
の、直前又は動作中に、所定の期間、前記電位勾配を生
じさせ得る電圧が印加されることが望ましい。
【００２７】前記光電変換装置の動作期間の大半は、前
記一対の電極部がそれぞれ同電位に保持されることが望
ましい。
記一対の電極部がそれぞれ同電位に保持されることが望
ましい。
【００２８】前記第１半導体領域に印加される電圧は前
記第２半導体領域に対する逆バイアス電圧であることが
望ましい。
記第２半導体領域に対する逆バイアス電圧であることが
望ましい。
【００２９】本発明の別の骨子は、光電変換装置におい
て、第１導電型の第１半導体領域及び、前記第１半導体
領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積するための第２
導電型の第２半導体領域を有する受光素子と、前記第２
半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号を読み出すた
めの読み出し用電極と、前記第２半導体領域の受光部を
間に挟むように受光面に沿って互いに離間して設けら
れ、かつ前記第１半導体領域に接続された少なくとも一
対の電極部と、第１の期間に前記一対の電極部を同電位
に保持し、第２の期間に前記第２半導体領域に蓄積され
る電荷を前記読み出し用電極側に移動させるための電位
勾配を生じさせ得る電圧を前記一対の電極部に印加する
回路と、を更に具備することを特徴とする。
て、第１導電型の第１半導体領域及び、前記第１半導体
領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積するための第２
導電型の第２半導体領域を有する受光素子と、前記第２
半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号を読み出すた
めの読み出し用電極と、前記第２半導体領域の受光部を
間に挟むように受光面に沿って互いに離間して設けら
れ、かつ前記第１半導体領域に接続された少なくとも一
対の電極部と、第１の期間に前記一対の電極部を同電位
に保持し、第２の期間に前記第２半導体領域に蓄積され
る電荷を前記読み出し用電極側に移動させるための電位
勾配を生じさせ得る電圧を前記一対の電極部に印加する
回路と、を更に具備することを特徴とする。
【００３０】ここで、前記第２の期間は、前記読み出し
素子により前記第２半導体領域に蓄積された電荷を転送
する動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作の、
直前又は動作中の期間であることが望ましい。
素子により前記第２半導体領域に蓄積された電荷を転送
する動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作の、
直前又は動作中の期間であることが望ましい。
【００３１】更に、前記第１の期間は前記第２の期間よ
り長いことが望ましい。
り長いことが望ましい。
【００３２】また、本発明の更に別の骨子は、第１導電
型の第１半導体領域及び、前記第１半導体領域に隣接し
光電変換された電荷を蓄積するための第２導電型の第２
半導体領域を有する受光素子と、前記第２半導体領域に
蓄積された電荷に基づく信号を読み出すための読み出し
用電極と、を具備する光電変換装置の駆動方法におい
て、第１の期間に、前記第２半導体領域の受光部を間に
挟むように受光面に沿って互いに離間して設けられ、か
つ前記第１半導体領域に接続された少なくとも一対の電
極部を、同電位に保持する工程と、第２の期間に、前記
記第２半導体領域に蓄積される電荷を前記読み出し用電
極側に移動させるための電位勾配を生じさせ得る電圧
を、前記一対の電極部に印加する工程と、を含むことを
特徴とする。
型の第１半導体領域及び、前記第１半導体領域に隣接し
光電変換された電荷を蓄積するための第２導電型の第２
半導体領域を有する受光素子と、前記第２半導体領域に
蓄積された電荷に基づく信号を読み出すための読み出し
用電極と、を具備する光電変換装置の駆動方法におい
て、第１の期間に、前記第２半導体領域の受光部を間に
挟むように受光面に沿って互いに離間して設けられ、か
つ前記第１半導体領域に接続された少なくとも一対の電
極部を、同電位に保持する工程と、第２の期間に、前記
記第２半導体領域に蓄積される電荷を前記読み出し用電
極側に移動させるための電位勾配を生じさせ得る電圧
を、前記一対の電極部に印加する工程と、を含むことを
特徴とする。
【００３３】加えて、本発明の別の骨子は、情報処理装
置において、上述した光電変換装置と、前記光電変換装
置を駆動するための駆動回路と前記光電変換装置から出
力された信号を処理する信号処理回路とを具備すること
を特徴とする。
置において、上述した光電変換装置と、前記光電変換装
置を駆動するための駆動回路と前記光電変換装置から出
力された信号を処理する信号処理回路とを具備すること
を特徴とする。
【００３４】上記情報処理装置としては、放射線像を可
視光像に変換する変換体を有する放射線像撮像装置であ
ってもよい。
視光像に変換する変換体を有する放射線像撮像装置であ
ってもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００３６】（実施形態１）図１〜図４は、本発明の実
施形態１の光電変換装置を説明するための図である。
施形態１の光電変換装置を説明するための図である。
【００３７】図１に示すように、本実施形態に係る受光
素子１０１は、開口部１２にホトダイオードのアノード
となるＰ型領域１４が形成され、Ｐ型領域１４内にｐ+
型領域１１が形成されている。ｐ+型領域１１は、受光
素子１０１の電位をリセットするためのリセットＭＯＳ
トランジスタ１０３のドレイン及び信号電荷を電圧信号
に変換するソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２のゲ
ートに、アルミニウムなどからなる導電層で形成される
配線２４により電気的に接続されている。また、開口部
１２は、アルミニウムなどからなる導電層で形成され所
望の電位に固定されている遮光層２２の開口側端部２２
Ａにより大きさが規定されている。
素子１０１は、開口部１２にホトダイオードのアノード
となるＰ型領域１４が形成され、Ｐ型領域１４内にｐ+
型領域１１が形成されている。ｐ+型領域１１は、受光
素子１０１の電位をリセットするためのリセットＭＯＳ
トランジスタ１０３のドレイン及び信号電荷を電圧信号
に変換するソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２のゲ
ートに、アルミニウムなどからなる導電層で形成される
配線２４により電気的に接続されている。また、開口部
１２は、アルミニウムなどからなる導電層で形成され所
望の電位に固定されている遮光層２２の開口側端部２２
Ａにより大きさが規定されている。
【００３８】ここで、ｐ+型領域１１は、開口部１２の
中心よりも、リセットＭＯＳトランジスタ１０３のドレ
イン及びソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２が配置
されている側に設けられている。そして、開口部１２の
ｐ+型領域１１を配置している側と反対側には、Ｎ型ウ
エル領域１３への第１の電圧供給用の電極部となる第１
の電極部２０が設けられている。１３ＡはＮ型ウエル領
域１３の端部、１４ＡはＰ型領域１４の端部、１５Ａは
後述するＮ型表面領域１５の内方側端部である。１７Ａ
はフィールド絶縁膜１７の内方側端部であり、換言すれ
ば素子が形成される活性領域の端部を示している。１８
は酸化シリコンなどからなる絶縁膜である。
中心よりも、リセットＭＯＳトランジスタ１０３のドレ
イン及びソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２が配置
されている側に設けられている。そして、開口部１２の
ｐ+型領域１１を配置している側と反対側には、Ｎ型ウ
エル領域１３への第１の電圧供給用の電極部となる第１
の電極部２０が設けられている。１３ＡはＮ型ウエル領
域１３の端部、１４ＡはＰ型領域１４の端部、１５Ａは
後述するＮ型表面領域１５の内方側端部である。１７Ａ
はフィールド絶縁膜１７の内方側端部であり、換言すれ
ば素子が形成される活性領域の端部を示している。１８
は酸化シリコンなどからなる絶縁膜である。
【００３９】さらに、ｐ+型領域１１の図１の左右両側
には、Ｎ型ウエル領域１３への第２の電圧供給用の電極
部となる第２の電極部１９が設けられており、ｐ+型領
域１１及び第２の電極部１９はともに遮光層２２の下部
に層間絶縁膜を介して形成されている。なお、開口部１
２の大きさは、例えば４０μｍ×６０μｍである。
には、Ｎ型ウエル領域１３への第２の電圧供給用の電極
部となる第２の電極部１９が設けられており、ｐ+型領
域１１及び第２の電極部１９はともに遮光層２２の下部
に層間絶縁膜を介して形成されている。なお、開口部１
２の大きさは、例えば４０μｍ×６０μｍである。
【００４０】また、図２〜図４に示すように、Ｎ型ウエ
ル領域１３などはＰ型半導体基板１０上に形成されてお
り、Ｎ型ウエル領域１３内にはＰ型領域１４、更にＰ型
領域１４中にはｐ+型領域１１が島状に設けられてい
る。
ル領域１３などはＰ型半導体基板１０上に形成されてお
り、Ｎ型ウエル領域１３内にはＰ型領域１４、更にＰ型
領域１４中にはｐ+型領域１１が島状に設けられてい
る。
【００４１】また、Ｐ型領域１４の受光面１４Ｂには、
Ｎ型の半導体層からなるＮ型表面領域１５が設けられ、
Ｎ型ウエル領域１３と電気的に接続されている。さら
に、Ｎ型表面領域１５及びＮ型ウエル領域１３は、第１
の電極部２０及び第２の電極部１９と電気的に接続され
ている。
Ｎ型の半導体層からなるＮ型表面領域１５が設けられ、
Ｎ型ウエル領域１３と電気的に接続されている。さら
に、Ｎ型表面領域１５及びＮ型ウエル領域１３は、第１
の電極部２０及び第２の電極部１９と電気的に接続され
ている。
【００４２】そして、Ｐ型領域１４とＮ型ウエル領域１
３による上方のＰＮ接合、及びＰ型領域１４とＮ型表面
領域１５とによる下方のＰＮ接合によってホトダイオー
ドの光起電力接合が形成されており、ホトダイオードで
光電変換された光キャリアのうちホールはｐ+型領域１
１に収集され、配線２４の電位を変化させる。
３による上方のＰＮ接合、及びＰ型領域１４とＮ型表面
領域１５とによる下方のＰＮ接合によってホトダイオー
ドの光起電力接合が形成されており、ホトダイオードで
光電変換された光キャリアのうちホールはｐ+型領域１
１に収集され、配線２４の電位を変化させる。
【００４３】図５は受光部の厚さ方向のポテンシャルプ
ロファイルを示している。Ｐ型領域１４は、下方の金属
学的ＰＮ接合ＰＮ１から延びる空乏層と、上方の金属学
的ＰＮ接合ＰＮ２から延びる空乏層とが重なり合うこと
により、中性領域のない状態、すなわち完全空乏化した
状態になっている。ＤＰ１、ＤＰ２は空乏層（空間電荷
領域）の端部を示している。これにより、光電変換によ
り発生したホールは、ポテンシャルの溝に速やかに移動
するとともに、後述する横方向の電位勾配によって、直
ちにｐ+型領域１１に移動する。
ロファイルを示している。Ｐ型領域１４は、下方の金属
学的ＰＮ接合ＰＮ１から延びる空乏層と、上方の金属学
的ＰＮ接合ＰＮ２から延びる空乏層とが重なり合うこと
により、中性領域のない状態、すなわち完全空乏化した
状態になっている。ＤＰ１、ＤＰ２は空乏層（空間電荷
領域）の端部を示している。これにより、光電変換によ
り発生したホールは、ポテンシャルの溝に速やかに移動
するとともに、後述する横方向の電位勾配によって、直
ちにｐ+型領域１１に移動する。
【００４４】さらに、ｐ+型領域１１は、配線２４によ
り電気的にオーミックに接続され、遮光層２２の上下に
は窒化シリコンなどからなる保護膜２３及び酸化シリコ
ンなどからなる絶縁膜２１がそれぞれ設けられている。
また、Ｎ型ウエル領域１３は、素子分離領域を構成する
Ｐ型ウエル領域１６で周囲が囲まれており、画素ごとに
電気的に分離されている。
り電気的にオーミックに接続され、遮光層２２の上下に
は窒化シリコンなどからなる保護膜２３及び酸化シリコ
ンなどからなる絶縁膜２１がそれぞれ設けられている。
また、Ｎ型ウエル領域１３は、素子分離領域を構成する
Ｐ型ウエル領域１６で周囲が囲まれており、画素ごとに
電気的に分離されている。
【００４５】図２〜図４に示した各領域のおおよその不
純物の表面濃度／接合深さを以下に示す。
純物の表面濃度／接合深さを以下に示す。
【００４６】 Ｐ型基板１０ ：約１×１０15ｃｍ-3 Ｎ型ウエル領域１３ ：約１×１０17ｃｍ-3／約４．０μｍ Ｐ型領域１４ ：約２×１０17ｃｍ-3／約０．３５μｍ Ｎ型表面領域１５ ：約３×１０18ｃｍ-3／約０．２０μｍ ｐ+型領域１１ ：約３×１０19ｃｍ-3 また、本実施形態では、Ｐ型領域１４の完全空乏化電圧
は約−１０Ｖである。
は約−１０Ｖである。
【００４７】図６は、完全空乏化した受光部における受
光面に沿った方向のポテンシャルプロファイルを示して
おり、電位勾配が、第１の電極部２０側のＮ型領域２０
Ｂと、第２の電極部１９側の読み出し用電極側１９Ｂと
の間に形成される様子を説明するための図である。
光面に沿った方向のポテンシャルプロファイルを示して
おり、電位勾配が、第１の電極部２０側のＮ型領域２０
Ｂと、第２の電極部１９側の読み出し用電極側１９Ｂと
の間に形成される様子を説明するための図である。
【００４８】ここで、図６（ａ）に示すように、第１の
電極部２０と第２の電極部１９との電位が等しい場合に
は、ｐ+型領域１１近傍以外のＰ型領域１４、すなわち
Ｐ型領域の受光部は平面的には実質的に均一なポテンシ
ャル分布となるため、Ｐ型領域１４で生成された光キャ
リアのうちホールは拡散によってのみｐ+型領域１１に
収集される。このため残像特性が悪化する。
電極部２０と第２の電極部１９との電位が等しい場合に
は、ｐ+型領域１１近傍以外のＰ型領域１４、すなわち
Ｐ型領域の受光部は平面的には実質的に均一なポテンシ
ャル分布となるため、Ｐ型領域１４で生成された光キャ
リアのうちホールは拡散によってのみｐ+型領域１１に
収集される。このため残像特性が悪化する。
【００４９】一方、図６（ｂ）に示すように、例えば第
２の電極部１９の電位を、第１の電極部２０の電位より
も低く（ΔＶ）すると、第１の電極部２０から第２の電
極部１９の方向に向かって電位勾配が形成されるため、
発生した光キャリアのうちホールは優先的にｐ+型領域
１１に移動し、残留ホールが生じ難くなる。その結果と
して残像特性が飛躍的に改善される。
２の電極部１９の電位を、第１の電極部２０の電位より
も低く（ΔＶ）すると、第１の電極部２０から第２の電
極部１９の方向に向かって電位勾配が形成されるため、
発生した光キャリアのうちホールは優先的にｐ+型領域
１１に移動し、残留ホールが生じ難くなる。その結果と
して残像特性が飛躍的に改善される。
【００５０】なお、第１，第２の電極部２０，１９に印
加される電圧として、Ｐ型領域１４に対してＮ型ウエル
領域１３及びＮ型表面領域１５を逆バイアスする電圧を
選ぶとともに、その電圧が印加された状態において、Ｐ
型領域１４の受光部が上述したように完全空乏化するよ
うに、該電圧の値を設定することにより、大面積でかつ
低容量な受光素子１０１を実現することができる。
加される電圧として、Ｐ型領域１４に対してＮ型ウエル
領域１３及びＮ型表面領域１５を逆バイアスする電圧を
選ぶとともに、その電圧が印加された状態において、Ｐ
型領域１４の受光部が上述したように完全空乏化するよ
うに、該電圧の値を設定することにより、大面積でかつ
低容量な受光素子１０１を実現することができる。
【００５１】本実施形態においては、ｐ+型領域１１を
遮光層２２による遮光部下に形成しているため、ｐ+型
領域１１近傍での光キャリアの発生を抑制することによ
り、上記のドリフトの効果だけでなく拡散の効果によっ
ても残像特性が改善する。
遮光層２２による遮光部下に形成しているため、ｐ+型
領域１１近傍での光キャリアの発生を抑制することによ
り、上記のドリフトの効果だけでなく拡散の効果によっ
ても残像特性が改善する。
【００５２】さらに、Ｎ型ウエル領域１３は、Ｐ型基板
１０中に形成され、かつ画素ごとにＰ型ウエル領域１６
で周囲が囲まれているため、隣接画素へ光キャリアが混
入することにより発生するクロストークをほぼ完全に抑
制することができ、高品質な解像パターンを得ることが
できる。
１０中に形成され、かつ画素ごとにＰ型ウエル領域１６
で周囲が囲まれているため、隣接画素へ光キャリアが混
入することにより発生するクロストークをほぼ完全に抑
制することができ、高品質な解像パターンを得ることが
できる。
【００５３】また、ある画素に飽和以上の光キャリアが
蓄積されても、あふれた光キャリアは周囲のＰ型ウエル
領域１６又はＰ型基板１０に吸収されるため、他の画素
へ影響を与えることなく、にじみの少ない、高品質な画
像を得ることができる。
蓄積されても、あふれた光キャリアは周囲のＰ型ウエル
領域１６又はＰ型基板１０に吸収されるため、他の画素
へ影響を与えることなく、にじみの少ない、高品質な画
像を得ることができる。
【００５４】加えて、第１の電極部２０と第２の電極部
１９との間のインピーダンスを大きくすることが可能と
なり、消費電流を抑制することができる。
１９との間のインピーダンスを大きくすることが可能と
なり、消費電流を抑制することができる。
【００５５】以上説明したとおり、本実施形態の光電変
換装置は、第１導電型の第１半導体領域１３，１５及
び、第１半導体領域１３，１５に隣接し光電変換された
電荷を蓄積するための第２導電型の第２半導体領域１
１，１４を有する受光素子１０１と、第２半導体領域１
１，１４に蓄積された電荷に基づく信号を読み出すため
の読み出し用配線２４と、第２半導体領域１１，１４の
受光部を間に挟むように受光面１４Ｂに沿って互いに離
間して設けられ、かつ第１半導体領域１３，１５に接続
された少なくとも一対の電極部１９，２０と、を備えて
いる。
換装置は、第１導電型の第１半導体領域１３，１５及
び、第１半導体領域１３，１５に隣接し光電変換された
電荷を蓄積するための第２導電型の第２半導体領域１
１，１４を有する受光素子１０１と、第２半導体領域１
１，１４に蓄積された電荷に基づく信号を読み出すため
の読み出し用配線２４と、第２半導体領域１１，１４の
受光部を間に挟むように受光面１４Ｂに沿って互いに離
間して設けられ、かつ第１半導体領域１３，１５に接続
された少なくとも一対の電極部１９，２０と、を備えて
いる。
【００５６】そして、一対の電極部１９，２０には、第
２半導体領域１１，１４の受光部を完全空乏化（図５）
するとともに、第２半導体領域１１，１４に蓄積される
電荷（ホール）を読み出し用電極側１９Ｂに移動させる
ための電位勾配（図６（ｂ））を生じさせ得る電圧ΔＶ
が印加される。
２半導体領域１１，１４の受光部を完全空乏化（図５）
するとともに、第２半導体領域１１，１４に蓄積される
電荷（ホール）を読み出し用電極側１９Ｂに移動させる
ための電位勾配（図６（ｂ））を生じさせ得る電圧ΔＶ
が印加される。
【００５７】こうして、本実施形態の光電変換装置によ
れば、受光素子の残像特性を向上させることができる。
れば、受光素子の残像特性を向上させることができる。
【００５８】図７は、本発明の光電変換装置の回路構成
を示している。ここでは１画素３０に関する部分が示さ
れている。図７において、受光素子１０１は、第１の電
極部２０と第２の電極部１９とに対応するように、便宜
上、受光素子であるホトダイオード６０１のカソードは
２本の電極を有するように描いている。
を示している。ここでは１画素３０に関する部分が示さ
れている。図７において、受光素子１０１は、第１の電
極部２０と第２の電極部１９とに対応するように、便宜
上、受光素子であるホトダイオード６０１のカソードは
２本の電極を有するように描いている。
【００５９】また、図７に示すように、本実施形態の光
電変換装置の１画素３０の構成は、リセット直後のノイ
ズ信号電荷に基づく信号を保持するノイズ信号保持容量
１０７と、ノイズ信号保持容量１０７にノイズ信号電荷
に基づく信号を転送するためのＭＯＳスイッチ１０５
と、光信号蓄積後の光信号電荷に基づく信号を保持する
光信号保持容量１０８と、光信号電荷に基づく信号を転
送するためのＭＯＳスイッチ１０６とを備えている。
電変換装置の１画素３０の構成は、リセット直後のノイ
ズ信号電荷に基づく信号を保持するノイズ信号保持容量
１０７と、ノイズ信号保持容量１０７にノイズ信号電荷
に基づく信号を転送するためのＭＯＳスイッチ１０５
と、光信号蓄積後の光信号電荷に基づく信号を保持する
光信号保持容量１０８と、光信号電荷に基づく信号を転
送するためのＭＯＳスイッチ１０６とを備えている。
【００６０】さらに、本実施形態の光電変換装置は、ノ
イズ信号保持容量１０７及び光信号保持容量１０８でそ
れぞれ保持されている信号をそれぞれノイズ信号共通出
力線１１１及び光信号共通出力線１１２に順次転送する
ためのシフトレジスタ（転送手段）１１３と、ノイズ信
号共通出力線１１１及び光信号共通出力線１１２の電圧
をインピーダンス変換するための２つのバッファアンプ
１１５と、ノイズ信号共通出力線１１１の電圧と光信号
共通出力線１１２の電圧とを差分して増幅する差動増幅
アンプ１１６と、１画素転送ごとにノイズ信号共通出力
線１１１及び光信号共通出力線１１２をリセットするた
めの共通出力線リセット手段１１４とを備えている。な
お、本実施形態は図７に示すような構成の画素を例えば
３４４個一列に並べて設けて１次光電変換装置を構成し
ている。ＴＳはＭＯＳスイッチ１０６を制御するための
パルスが入力されるゲート制御線（制御端子）、ＴＮは
ＭＯＳスイッチ１０５を制御するためのパルスが入力さ
れるゲート制御線（制御端子）、ＶＰＤ１は電極部２０
に電圧を印加するための電源線（電源端子）、ＶＰＤ２
は電極部１９に電圧を印加するための電源線（電源端
子）、ＲＥＳはリセットＭＯＳトランジスタ１０３を制
御するためのパルスが入力されるリセットゲート制御線
（制御端子）である。１１７は電源線（電源端子）ＰＤ
１、ＰＤ２に所望の電圧を印加する電圧印加回路であ
り、受光素子とともに同一チップ上にモノリシックに集
積化されてもよいし、受光素子とは別チップに設けられ
てもよい。
イズ信号保持容量１０７及び光信号保持容量１０８でそ
れぞれ保持されている信号をそれぞれノイズ信号共通出
力線１１１及び光信号共通出力線１１２に順次転送する
ためのシフトレジスタ（転送手段）１１３と、ノイズ信
号共通出力線１１１及び光信号共通出力線１１２の電圧
をインピーダンス変換するための２つのバッファアンプ
１１５と、ノイズ信号共通出力線１１１の電圧と光信号
共通出力線１１２の電圧とを差分して増幅する差動増幅
アンプ１１６と、１画素転送ごとにノイズ信号共通出力
線１１１及び光信号共通出力線１１２をリセットするた
めの共通出力線リセット手段１１４とを備えている。な
お、本実施形態は図７に示すような構成の画素を例えば
３４４個一列に並べて設けて１次光電変換装置を構成し
ている。ＴＳはＭＯＳスイッチ１０６を制御するための
パルスが入力されるゲート制御線（制御端子）、ＴＮは
ＭＯＳスイッチ１０５を制御するためのパルスが入力さ
れるゲート制御線（制御端子）、ＶＰＤ１は電極部２０
に電圧を印加するための電源線（電源端子）、ＶＰＤ２
は電極部１９に電圧を印加するための電源線（電源端
子）、ＲＥＳはリセットＭＯＳトランジスタ１０３を制
御するためのパルスが入力されるリセットゲート制御線
（制御端子）である。１１７は電源線（電源端子）ＰＤ
１、ＰＤ２に所望の電圧を印加する電圧印加回路であ
り、受光素子とともに同一チップ上にモノリシックに集
積化されてもよいし、受光素子とは別チップに設けられ
てもよい。
【００６１】（光電変換装置の駆動方法１）図８は、図
７の光電変換装置の駆動のタイミングチャートである。
まず、受光素子１０１で所望の蓄積が終了した後に、ハ
イレベルのスタートパルスφＳＰが入力されると、制御
線ＴＳに供給されるパルス信号φＴＳがハイレベルにな
りＭＯＳスイッチ１０６のゲートに印加されＭＯＳスイ
ッチ１０６がオンになると、ＭＯＳソースホロアトラン
ジスタ１０２で電圧変換された受光素子１０１の光信号
電荷に基づく信号が光信号保持容量１０８に転送され、
ここで保持される。
７の光電変換装置の駆動のタイミングチャートである。
まず、受光素子１０１で所望の蓄積が終了した後に、ハ
イレベルのスタートパルスφＳＰが入力されると、制御
線ＴＳに供給されるパルス信号φＴＳがハイレベルにな
りＭＯＳスイッチ１０６のゲートに印加されＭＯＳスイ
ッチ１０６がオンになると、ＭＯＳソースホロアトラン
ジスタ１０２で電圧変換された受光素子１０１の光信号
電荷に基づく信号が光信号保持容量１０８に転送され、
ここで保持される。
【００６２】その後、リセット制御線ＲＥＳに供給され
るリセットパルスφＲＥＳがハイレベルになると、これ
がリセットＭＯＳ１０３のゲートに印加され、リセット
ＭＯＳ１０３がオンになり、受光素子１０１のリセット
動作が行われる。そして、制御線ＴＮに供給されるパル
ス信号φＴＮがハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０５
のゲートに印加され、ＭＯＳスイッチ１０５がオンにな
ると、ＭＯＳソースホロアトランジスタ１０２で電圧変
換された受光素子１０１のリセット直後のノイズ信号電
荷に基づく信号がノイズ信号保持容量１０７に転送さ
れ、ここで保持される。
るリセットパルスφＲＥＳがハイレベルになると、これ
がリセットＭＯＳ１０３のゲートに印加され、リセット
ＭＯＳ１０３がオンになり、受光素子１０１のリセット
動作が行われる。そして、制御線ＴＮに供給されるパル
ス信号φＴＮがハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０５
のゲートに印加され、ＭＯＳスイッチ１０５がオンにな
ると、ＭＯＳソースホロアトランジスタ１０２で電圧変
換された受光素子１０１のリセット直後のノイズ信号電
荷に基づく信号がノイズ信号保持容量１０７に転送さ
れ、ここで保持される。
【００６３】以上の動作は全画素同時に行われ、その
後、シフトレジスタ１１３を動作させてノイズ信号保持
容量１０７で保持されているノイズ信号電荷に基づく信
号及び光信号保持容量１０８で保持されている光信号電
荷に基づく信号が、ノイズ信号共通出力線１１１及び光
信号共通出力線１１２に順次転送され、さらに、この
間、受光素子１０１では光信号の蓄積が行われている。
後、シフトレジスタ１１３を動作させてノイズ信号保持
容量１０７で保持されているノイズ信号電荷に基づく信
号及び光信号保持容量１０８で保持されている光信号電
荷に基づく信号が、ノイズ信号共通出力線１１１及び光
信号共通出力線１１２に順次転送され、さらに、この
間、受光素子１０１では光信号の蓄積が行われている。
【００６４】ここで、受光素子１０１における第１の電
極部２０には電源線ＰＤ１を通して、ハイレベルのスタ
ートパルスＳＰの入力の有無に拘わらず、電源電圧Ｖｃ
ｃが印加され、所定の電位に固定される。第２の電極部
１９には、電源線ＰＤ２を通して、受光素子１０１で電
荷を蓄積している主たる期間Ｔ１中電源電圧Ｖｃｃが印
加される。また、それ以外の期間であって、受光素子１
０１からの信号を転送している転送動作期間を含む期間
Ｔ２中は、第２の電極部１９には、電源線ＶＰＤ２を通
して、電圧（Ｖｃｃ−ΔＶ）が印加され、第２の電極部
１９の電位は第１の電極部２０よりΔＶだけ低くなって
いる。
極部２０には電源線ＰＤ１を通して、ハイレベルのスタ
ートパルスＳＰの入力の有無に拘わらず、電源電圧Ｖｃ
ｃが印加され、所定の電位に固定される。第２の電極部
１９には、電源線ＰＤ２を通して、受光素子１０１で電
荷を蓄積している主たる期間Ｔ１中電源電圧Ｖｃｃが印
加される。また、それ以外の期間であって、受光素子１
０１からの信号を転送している転送動作期間を含む期間
Ｔ２中は、第２の電極部１９には、電源線ＶＰＤ２を通
して、電圧（Ｖｃｃ−ΔＶ）が印加され、第２の電極部
１９の電位は第１の電極部２０よりΔＶだけ低くなって
いる。
【００６５】したがって、期間Ｔ１においては受光素子
１０１の光キャリアは、図６（ａ）に示すように、受光
素子１０１のアノード電極側に到達していないが、期間
Ｔ２においては、図６（ｂ）に示すように、受光素子１
０１のアノード電極側に向かって受光面に沿った方向に
電位勾配が形成されるため、受光素子１０１の光キャリ
アをアノード電極側に到達させることができる。
１０１の光キャリアは、図６（ａ）に示すように、受光
素子１０１のアノード電極側に到達していないが、期間
Ｔ２においては、図６（ｂ）に示すように、受光素子１
０１のアノード電極側に向かって受光面に沿った方向に
電位勾配が形成されるため、受光素子１０１の光キャリ
アをアノード電極側に到達させることができる。
【００６６】その後に、この状態で、受光素子１０１の
光信号電荷に基づく信号を光信号保持容量１０８側に転
送させるところの読み出し動作を行う。このため、残像
特性を飛躍的に改善することができる。
光信号電荷に基づく信号を光信号保持容量１０８側に転
送させるところの読み出し動作を行う。このため、残像
特性を飛躍的に改善することができる。
【００６７】また、期間Ｔ２においては、第１の電極部
２０と第２の電極部１９との間にＮ型ウエル領域１３及
びＮ型表面領域１５の抵抗成分Ｒと電極部２０，１９間
の電位差ΔＶの値とで決定される電流ΔＶ／Ｒが流れる
ことになるが、図８に示すように、一方の電極部に印加
される電圧をの値をＶｃｃとＶｃｃ−ΔＶとの間で変化
させることにより、この電流が流れる時間を短縮するこ
とが可能となる。
２０と第２の電極部１９との間にＮ型ウエル領域１３及
びＮ型表面領域１５の抵抗成分Ｒと電極部２０，１９間
の電位差ΔＶの値とで決定される電流ΔＶ／Ｒが流れる
ことになるが、図８に示すように、一方の電極部に印加
される電圧をの値をＶｃｃとＶｃｃ−ΔＶとの間で変化
させることにより、この電流が流れる時間を短縮するこ
とが可能となる。
【００６８】このように、光電変換装置の動作期間（Ｔ
１＋Ｔ２）の大半は電位差ΔＶのない期間Ｔ１となって
いるので、動作期間中、一対の電極部間に電位差ΔＶを
与えつづけている場合と比べて消費電流の低減を図るこ
とができる。
１＋Ｔ２）の大半は電位差ΔＶのない期間Ｔ１となって
いるので、動作期間中、一対の電極部間に電位差ΔＶを
与えつづけている場合と比べて消費電流の低減を図るこ
とができる。
【００６９】なお、Ｖｃｃ＝５Ｖ，ΔＶ＝１００ｍＶ、
受光素子のリセット電圧ＶＲＥＳ＝１Ｖの条件で比較例
（一対の電極部１９，２０のそれぞれにＶｃｃを印加し
つづける場合）と本実施形態との残像特性を比較した結
果、本形態では残像が約１５０となり、本実施形態によ
って、更に残像特性を向上させることができたことが確
認された。この場合、受光素子１０１の完全空乏化電圧
は約１Ｖであり、リセット後の受光素子１０１にはおお
よそ４Ｖ程度の逆バイアスが印加されており、空乏化電
圧１Ｖに対して十分大きなバイアスが印加されているた
め、比較例と比べても感度は変わらなかった。
受光素子のリセット電圧ＶＲＥＳ＝１Ｖの条件で比較例
（一対の電極部１９，２０のそれぞれにＶｃｃを印加し
つづける場合）と本実施形態との残像特性を比較した結
果、本形態では残像が約１５０となり、本実施形態によ
って、更に残像特性を向上させることができたことが確
認された。この場合、受光素子１０１の完全空乏化電圧
は約１Ｖであり、リセット後の受光素子１０１にはおお
よそ４Ｖ程度の逆バイアスが印加されており、空乏化電
圧１Ｖに対して十分大きなバイアスが印加されているた
め、比較例と比べても感度は変わらなかった。
【００７０】（光電変換装置の駆動方法２）図９は、本
発明による別の光電変換装置の駆動方法を説明するため
の駆動のタイミングチャートである。なお、前述した駆
動方法と異なる点は、期間Ｔ１、Ｔ２の遷移タイミング
であり、それ以外の点は前述した駆動方法と同じであ
る。
発明による別の光電変換装置の駆動方法を説明するため
の駆動のタイミングチャートである。なお、前述した駆
動方法と異なる点は、期間Ｔ１、Ｔ２の遷移タイミング
であり、それ以外の点は前述した駆動方法と同じであ
る。
【００７１】本実施形態においてはスタートパルスＳＰ
が入力されてから、ソースホロアＭＯＳ１０２を介して
受光素子１０１の光信号電荷に基づく信号の光信号保持
容量１０８側への転送開始までの期間Ｔ２で、ＶＰＤ２
＝Ｖｃｃ−ΔＶとしている。
が入力されてから、ソースホロアＭＯＳ１０２を介して
受光素子１０１の光信号電荷に基づく信号の光信号保持
容量１０８側への転送開始までの期間Ｔ２で、ＶＰＤ２
＝Ｖｃｃ−ΔＶとしている。
【００７２】したがって、本実施形態においてはＶＰＤ
２＝Ｖｃｃ−ΔＶとなる期間を更に短くすることができ
るため、ＶＰＤ２＝Ｖｃｃ−ΔＶの期間Ｔ２に発生する
消費電流を更に低減している。
２＝Ｖｃｃ−ΔＶとなる期間を更に短くすることができ
るため、ＶＰＤ２＝Ｖｃｃ−ΔＶの期間Ｔ２に発生する
消費電流を更に低減している。
【００７３】本実施形態では、受光素子１０１の光信号
電荷に基づく信号を光信号保持容量１０８側へ転送する
十分前から電位勾配ΔＶを生ぜさせて光キャリアをアノ
ード電極に到達させるた状態から、光信号保持容量１０
８への転送直前、すなわち信号を読み出す動作の直前
に、電位勾配ΔＶを消滅させるように、受光素子１０１
のカソード電極部１９に印加する電圧ＶＰＤ２を制御し
ているので、消費電流をより一層低減させつつ残像を低
減することができる。
電荷に基づく信号を光信号保持容量１０８側へ転送する
十分前から電位勾配ΔＶを生ぜさせて光キャリアをアノ
ード電極に到達させるた状態から、光信号保持容量１０
８への転送直前、すなわち信号を読み出す動作の直前
に、電位勾配ΔＶを消滅させるように、受光素子１０１
のカソード電極部１９に印加する電圧ＶＰＤ２を制御し
ているので、消費電流をより一層低減させつつ残像を低
減することができる。
【００７４】以上説明したように、本発明の光電変換装
置の駆動方法は、第１の期間Ｔ１に、第２半導体領域１
１，１４の受光部を間に挟むように受光面１４Ｂに沿っ
て互いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域１３，
１５に接続された少なくとも一対の電極部１９，２０
を、同電位Ｖｃｃに保持する工程と、第２の期間Ｔ２
に、第２半導体領域１１，１４に蓄積される電荷を読み
出し用電極側１９Ｂに移動させるための電位勾配（図
６）を生じさせ得る電圧ΔＶを、一対の電極部１９，２
０に印加する工程と、を含むことを特徴とする光電変換
装置の駆動方法である。
置の駆動方法は、第１の期間Ｔ１に、第２半導体領域１
１，１４の受光部を間に挟むように受光面１４Ｂに沿っ
て互いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域１３，
１５に接続された少なくとも一対の電極部１９，２０
を、同電位Ｖｃｃに保持する工程と、第２の期間Ｔ２
に、第２半導体領域１１，１４に蓄積される電荷を読み
出し用電極側１９Ｂに移動させるための電位勾配（図
６）を生じさせ得る電圧ΔＶを、一対の電極部１９，２
０に印加する工程と、を含むことを特徴とする光電変換
装置の駆動方法である。
【００７５】この駆動方法により、消費電流をより低減
させつつ残像を低減することができる。
させつつ残像を低減することができる。
【００７６】（情報処理装置）以上説明した本発明の実
施形態では、ライン上に受光素子１０１を配列したタイ
プの光電変換装置を例に説明したが例えば受光素子を２
次元上に配列した光電変換装置や、固体撮像装置でも同
様の効果が得られる。
施形態では、ライン上に受光素子１０１を配列したタイ
プの光電変換装置を例に説明したが例えば受光素子を２
次元上に配列した光電変換装置や、固体撮像装置でも同
様の効果が得られる。
【００７７】また、本発明の実施形態による光電変換装
置を用いて、密着型イメージセンサを構成し、それを例
えばＦＡＸやイメージスキャナ等の画像読み取りシステ
ム（情報処理装置）に搭載すれば、高速動作時において
も残像特性が良好であるため、高品質な画像読み取りが
実現できる。
置を用いて、密着型イメージセンサを構成し、それを例
えばＦＡＸやイメージスキャナ等の画像読み取りシステ
ム（情報処理装置）に搭載すれば、高速動作時において
も残像特性が良好であるため、高品質な画像読み取りが
実現できる。
【００７８】図１０は、本発明の光電変換装置を用いて
構成した密着型イメージセンサを備える画像読み取りシ
ステムの平面構造図である。図１１は、その密着型イメ
ージセンサの断面図である。本実施形態の画像読み取り
システムについて、図１０，図１１を用いて説明する。
構成した密着型イメージセンサを備える画像読み取りシ
ステムの平面構造図である。図１１は、その密着型イメ
ージセンサの断面図である。本実施形態の画像読み取り
システムについて、図１０，図１１を用いて説明する。
【００７９】図１０に示す画像読み取りシステム４０
は、密着型イメージセンサ３８と、電子回路からなる信
号処理手段４４と、電子回路からなるセンサ駆動手段４
３と、セラミックなどからなる実装基板３２及びＬＥＤ
などからなる発光手段３５（ＬＥＤ駆動手段を含む）と
を備えている。
は、密着型イメージセンサ３８と、電子回路からなる信
号処理手段４４と、電子回路からなるセンサ駆動手段４
３と、セラミックなどからなる実装基板３２及びＬＥＤ
などからなる発光手段３５（ＬＥＤ駆動手段を含む）と
を備えている。
【００８０】そして、セラミック製実装基板３２上に、
ＬＳＩチップで構成された光電変換装置チップ４１をイ
ンライン状又は千鳥状にマルチ実装することにより、イ
メージセンサモジュールを構成している。各々の光電変
換装置チップ４１は、ボンディングワイヤを介して実装
基板３２上の配線と接続されている。
ＬＳＩチップで構成された光電変換装置チップ４１をイ
ンライン状又は千鳥状にマルチ実装することにより、イ
メージセンサモジュールを構成している。各々の光電変
換装置チップ４１は、ボンディングワイヤを介して実装
基板３２上の配線と接続されている。
【００８１】また、図１１に示す密着型イメージセンサ
は、光透過性の支持体３６と、支持体３６に赤色・緑色
・青色の光を照射する発光手段３５と、原稿からの反射
光を集光し受光素子表面で結像させるレンズアレイ３４
と、レンズアレイ３４により集光された反射光を光電変
換するセラミック基板３２上の光電変換装置チップ４１
と、光電変換装置チップ４１の保護のため、シリコーン
樹脂などからなるチップコート剤３３と、筐体３７とを
設けている。これらを組み立てることにより密着型イメ
ージセンサを得ている。
は、光透過性の支持体３６と、支持体３６に赤色・緑色
・青色の光を照射する発光手段３５と、原稿からの反射
光を集光し受光素子表面で結像させるレンズアレイ３４
と、レンズアレイ３４により集光された反射光を光電変
換するセラミック基板３２上の光電変換装置チップ４１
と、光電変換装置チップ４１の保護のため、シリコーン
樹脂などからなるチップコート剤３３と、筐体３７とを
設けている。これらを組み立てることにより密着型イメ
ージセンサを得ている。
【００８２】ここでは、図１０の向かって１番左の光電
変換装置チップ４１のシフトレジスタ３１を動作させる
スタート信号ＳＩと、一番右の光電変換装置チップ４１
のシフトレジスタ３１から出力されるエンド信号（これ
が次のチップスタート信号となる）ＳＯと、信号出力線
Ｖｏｕｔと、必要に応じて用いる解像度切り換え制御信
号ＭＯＤＥの各入出力端子及びバスを図示している。セ
ンサ駆動手段４３からセンサ駆動信号として、スタート
信号ＳＩ、解像度制御信号ＭＯＤＥが密着型イメージセ
ンサ３８に供給されることにより、それの動作が制御さ
れる。
変換装置チップ４１のシフトレジスタ３１を動作させる
スタート信号ＳＩと、一番右の光電変換装置チップ４１
のシフトレジスタ３１から出力されるエンド信号（これ
が次のチップスタート信号となる）ＳＯと、信号出力線
Ｖｏｕｔと、必要に応じて用いる解像度切り換え制御信
号ＭＯＤＥの各入出力端子及びバスを図示している。セ
ンサ駆動手段４３からセンサ駆動信号として、スタート
信号ＳＩ、解像度制御信号ＭＯＤＥが密着型イメージセ
ンサ３８に供給されることにより、それの動作が制御さ
れる。
【００８３】また、密着型イメージセンサ３８の出力信
号Ｖｏｕｔは、信号処理手段４４に接続されており、信
号処理手段４４において、例えばＡ／Ｄ変換、シェーデ
ィング補正、ダーク補正、色合成等の処理を加えて最終
的な画像信号が生成される。
号Ｖｏｕｔは、信号処理手段４４に接続されており、信
号処理手段４４において、例えばＡ／Ｄ変換、シェーデ
ィング補正、ダーク補正、色合成等の処理を加えて最終
的な画像信号が生成される。
【００８４】さらに、密着型イメージセンサ３８に備え
られた発光手段３５は、ＬＥＤ点滅制御手段４２と接続
されており、ＬＥＤ点滅制御手段４２は、センサ駆動手
段４３から供給されるスタート信号ＳＩ及び図１０の一
番右の光電変換装置チップ４１からのチップスタート信
号ＳＯにより、点灯タイミングが制御される。
られた発光手段３５は、ＬＥＤ点滅制御手段４２と接続
されており、ＬＥＤ点滅制御手段４２は、センサ駆動手
段４３から供給されるスタート信号ＳＩ及び図１０の一
番右の光電変換装置チップ４１からのチップスタート信
号ＳＯにより、点灯タイミングが制御される。
【００８５】したがって、発光手段３５が、赤色のみを
発光しているとき、光電変換装置チップ４１を駆動して
赤色情報を読み取り、つづいて同様に、緑色の情報を、
更には青色の情報を順次読み取り、これらの原稿の色情
報を画像処理を用いて合成することにより、カラーフィ
ルタを用いることなくカラー原稿の読み取りができる。
発光しているとき、光電変換装置チップ４１を駆動して
赤色情報を読み取り、つづいて同様に、緑色の情報を、
更には青色の情報を順次読み取り、これらの原稿の色情
報を画像処理を用いて合成することにより、カラーフィ
ルタを用いることなくカラー原稿の読み取りができる。
【００８６】本実施形態においては、発光手段３５の点
灯開始を制御する信号として、密着型イメージセンサの
駆動を制御する手段から送信されてくるスタート信号Ｓ
Ｉを用い、さらに、発光手段３５の点灯終了を制御する
信号として、エンド信号ＳＯを用いている。したがっ
て、実質的に、実装基板３２上のすべての光電変換装置
チップ４１が動作している間のみ発光手段３５が点灯し
ていることになる。
灯開始を制御する信号として、密着型イメージセンサの
駆動を制御する手段から送信されてくるスタート信号Ｓ
Ｉを用い、さらに、発光手段３５の点灯終了を制御する
信号として、エンド信号ＳＯを用いている。したがっ
て、実質的に、実装基板３２上のすべての光電変換装置
チップ４１が動作している間のみ発光手段３５が点灯し
ていることになる。
【００８７】また、本実施形態は、光源切り換え型カラ
ー密着型イメージセンサを例として示したが、光源切り
換え型に限らず、白黒の密着型イメージセンサあるいは
カラーフィルタを備えた密着型イメージセンサなどにも
適用できる。
ー密着型イメージセンサを例として示したが、光源切り
換え型に限らず、白黒の密着型イメージセンサあるいは
カラーフィルタを備えた密着型イメージセンサなどにも
適用できる。
【００８８】（実施形態２）図１２〜図１５を参照して
本発明の実施形態２による光電変換装置について説明す
る。
本発明の実施形態２による光電変換装置について説明す
る。
【００８９】図１〜図４に示した光電変換装置と大きく
異なる点は、Ｐ型領域１４の端部近傍に転送ゲート電極
（読み出し用電極）を設け、ＭＯＳ型の電荷転送素子を
受光素子に隣接して形成した点である。
異なる点は、Ｐ型領域１４の端部近傍に転送ゲート電極
（読み出し用電極）を設け、ＭＯＳ型の電荷転送素子を
受光素子に隣接して形成した点である。
【００９０】符号２５はゲート絶縁膜であり、符号２７
が上記転送ゲート電極である。符号２６は配線２４によ
りソースホロワＭＯＳトランジスタ１０２のゲートに接
続されている浮遊拡散領域であり、Ｐ型半導体からな
る。
が上記転送ゲート電極である。符号２６は配線２４によ
りソースホロワＭＯＳトランジスタ１０２のゲートに接
続されている浮遊拡散領域であり、Ｐ型半導体からな
る。
【００９１】受光素子であるホトダイオードのＰ型領域
１４の受光部で発生したホールは、Ｐ型領域１４に蓄積
される。このＰ型領域１４はその厚さ方向においては、
図５に示したものと同様に完全空乏化しており、また、
その受光面に沿った方向においては、図６に示すよう
に、少なくとも所定の期間中、電位勾配が形成されてい
る。
１４の受光部で発生したホールは、Ｐ型領域１４に蓄積
される。このＰ型領域１４はその厚さ方向においては、
図５に示したものと同様に完全空乏化しており、また、
その受光面に沿った方向においては、図６に示すよう
に、少なくとも所定の期間中、電位勾配が形成されてい
る。
【００９２】この完全空乏化と電位勾配によりホールは
転送ゲート電極２７側に移動する。
転送ゲート電極２７側に移動する。
【００９３】この状態で転送制御端子（転送制御線）Ｔ
に転送スイッチをオンするパルスが印加させると、Ｐ型
領域１４の転送ゲート電極２７側の部分に蓄積されてい
たホールは、浮遊拡散領域２６に完全転送される。
に転送スイッチをオンするパルスが印加させると、Ｐ型
領域１４の転送ゲート電極２７側の部分に蓄積されてい
たホールは、浮遊拡散領域２６に完全転送される。
【００９４】こうして転送されたホールによる浮遊拡散
領域２６、配線２４、ＭＯＳトランジスタ１０２のゲー
ト電位に応じた信号をＭＯＳトランジスタ１０２により
増幅されて読み出すことができる。
領域２６、配線２４、ＭＯＳトランジスタ１０２のゲー
ト電位に応じた信号をＭＯＳトランジスタ１０２により
増幅されて読み出すことができる。
【００９５】以上説明したとおり、本実施形態の光電変
換装置は、第１導電型の第１半導体領域１３，１５及
び、第１半導体領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積
するための第２導電型の第２半導体領域１４を有する受
光素子１０１と、第２半導体領域に蓄積された電荷に基
づく信号を読み出すための読み出し用電極２７と、第２
半導体領域の受光部を間に挟むように受光面に沿って互
いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域に接続され
た少なくとも一対の電極部２０，１９と、を備えてい
る。
換装置は、第１導電型の第１半導体領域１３，１５及
び、第１半導体領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積
するための第２導電型の第２半導体領域１４を有する受
光素子１０１と、第２半導体領域に蓄積された電荷に基
づく信号を読み出すための読み出し用電極２７と、第２
半導体領域の受光部を間に挟むように受光面に沿って互
いに離間して設けられ、かつ第１半導体領域に接続され
た少なくとも一対の電極部２０，１９と、を備えてい
る。
【００９６】さらに、一対の電極部１９，２０には、第
２半導体領域の受光部を完全空乏化（図５）するととも
に、第２半導体領域に蓄積される電荷を読み出し用電極
側１９Ｂに移動させるための電位勾配（図６）を生じさ
せ得る電圧ΔＶが印加される。
２半導体領域の受光部を完全空乏化（図５）するととも
に、第２半導体領域に蓄積される電荷を読み出し用電極
側１９Ｂに移動させるための電位勾配（図６）を生じさ
せ得る電圧ΔＶが印加される。
【００９７】これにより、残像を抑制できる。
【００９８】（光電変換装置の駆動方法３）図１６は本
発明による光電変換装置の駆動方法の更に別の一実施形
態を説明するためのタイミングチャートである。
発明による光電変換装置の駆動方法の更に別の一実施形
態を説明するためのタイミングチャートである。
【００９９】例えば、図１２〜図１５に示したような、
読み出し用電極として転送ゲート電極を有する光電変換
装置を用意する。
読み出し用電極として転送ゲート電極を有する光電変換
装置を用意する。
【０１００】光電変換装置の受光素子１０１で所望の蓄
積が終了した後に、ハイレベルのスタートパルスφＳＰ
が入力されてから、電極部１９に印加される電圧ＶＰＤ
２がＶｃｃからＶｃｃ−ΔＶとなる。
積が終了した後に、ハイレベルのスタートパルスφＳＰ
が入力されてから、電極部１９に印加される電圧ＶＰＤ
２がＶｃｃからＶｃｃ−ΔＶとなる。
【０１０１】つづいて、リセット制御線ＲＥＳに供給さ
れるリセットパルスφＲＥＳがローレベルになると、こ
れがＰＭＯＳトランジスタからなるリセットＭＯＳ１０
３のゲートに印加され、リセットＭＯＳ１０３がオンに
なり、浮遊拡散領域２６の電位がリセット電位にリセッ
トされる。
れるリセットパルスφＲＥＳがローレベルになると、こ
れがＰＭＯＳトランジスタからなるリセットＭＯＳ１０
３のゲートに印加され、リセットＭＯＳ１０３がオンに
なり、浮遊拡散領域２６の電位がリセット電位にリセッ
トされる。
【０１０２】制御線ＴＮに供給されるパルス信号φＴＮ
がハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０５のゲートに印
加されＭＯＳスイッチ１０５がオンになると、ＭＯＳソ
ースホロアＭＯＳトランジスタ１０２で電圧変換された
ノイズ信号が光信号保持容量１０７に転送され、ここで
保持される。
がハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０５のゲートに印
加されＭＯＳスイッチ１０５がオンになると、ＭＯＳソ
ースホロアＭＯＳトランジスタ１０２で電圧変換された
ノイズ信号が光信号保持容量１０７に転送され、ここで
保持される。
【０１０３】その後、転送ゲート制御線Ｔに供給される
転送制御パルスφＴがローレベルになると、これが転送
ＭＯＳスイッチ（１４，２７，２６）のゲートに印加さ
れ、その転送ＭＯＳスイッチがオンになり、受光素子１
０１のＰ型領域１４に蓄積され、電位差ΔＶの電位勾配
により転送ゲート電極２７に近い側（分割された電極部
１９の間のＰ型領域１４付近）に移動してきているホー
ルをすべて、浮遊拡散領域２６に電荷転送する。
転送制御パルスφＴがローレベルになると、これが転送
ＭＯＳスイッチ（１４，２７，２６）のゲートに印加さ
れ、その転送ＭＯＳスイッチがオンになり、受光素子１
０１のＰ型領域１４に蓄積され、電位差ΔＶの電位勾配
により転送ゲート電極２７に近い側（分割された電極部
１９の間のＰ型領域１４付近）に移動してきているホー
ルをすべて、浮遊拡散領域２６に電荷転送する。
【０１０４】そして、制御線ＴＳに供給されるパルス信
号φＴＳがハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０６に印
加され、ＭＯＳスイッチ１０６がオンになると、ＭＯＳ
ソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２で電圧変換され
た受光素子１０１に蓄積された光生成されたホールに基
づく信号が光信号保持容量１０８に転送され、ここで保
持される。
号φＴＳがハイレベルになりＭＯＳスイッチ１０６に印
加され、ＭＯＳスイッチ１０６がオンになると、ＭＯＳ
ソースホロアＭＯＳトランジスタ１０２で電圧変換され
た受光素子１０１に蓄積された光生成されたホールに基
づく信号が光信号保持容量１０８に転送され、ここで保
持される。
【０１０５】ここで、受光素子１０１における第１の電
極部２０には電源線ＰＤ１を通して、ハイレベルのスタ
ートパルスＳＰの入力の有無に拘わらず、電源電圧Ｖｃ
ｃが印加され、所定の電位に固定される。第２の電極部
１９には、電源線ＰＤ２を通して、受光素子１０１で電
荷を蓄積している主たる期間Ｔ１中電源電圧Ｖｃｃが印
加される。
極部２０には電源線ＰＤ１を通して、ハイレベルのスタ
ートパルスＳＰの入力の有無に拘わらず、電源電圧Ｖｃ
ｃが印加され、所定の電位に固定される。第２の電極部
１９には、電源線ＰＤ２を通して、受光素子１０１で電
荷を蓄積している主たる期間Ｔ１中電源電圧Ｖｃｃが印
加される。
【０１０６】また、それ以外の期間であって、リセッ
ト、ノイズ信号の読み出し転送、浮遊拡散領域２６への
電荷転送、光信号の読み出し転送の各動作を含む期間Ｔ
２中は、第２の電極部１９には、電源線ＰＤ２を通し
て、電圧（Ｖｃｃ−ΔＶ）が印加され、第２の電極部１
９の電位は第１の電極部２０よりΔＶだけ低くなってい
る。
ト、ノイズ信号の読み出し転送、浮遊拡散領域２６への
電荷転送、光信号の読み出し転送の各動作を含む期間Ｔ
２中は、第２の電極部１９には、電源線ＰＤ２を通し
て、電圧（Ｖｃｃ−ΔＶ）が印加され、第２の電極部１
９の電位は第１の電極部２０よりΔＶだけ低くなってい
る。
【０１０７】したがって、期間Ｔ１においては受光素子
１０１の光キャリアは、図６（ａ）に示したものと同様
に、転送ゲート電極２７側に到達していないが、期間Ｔ
２においては、図６（ｂ）に示したものと同様に、転送
ゲート電極２７側に向かって受光面に沿った方向に電位
勾配が形成されるため、受光素子１０１の光キャリアを
転送ゲート電極２７側に到達させることができる。
１０１の光キャリアは、図６（ａ）に示したものと同様
に、転送ゲート電極２７側に到達していないが、期間Ｔ
２においては、図６（ｂ）に示したものと同様に、転送
ゲート電極２７側に向かって受光面に沿った方向に電位
勾配が形成されるため、受光素子１０１の光キャリアを
転送ゲート電極２７側に到達させることができる。
【０１０８】その後に、電位勾配を消滅させて、消費電
力を抑制する。期間Ｔ１は期間Ｔ２よりも十分に長い時
間である。
力を抑制する。期間Ｔ１は期間Ｔ２よりも十分に長い時
間である。
【０１０９】また、期間Ｔ２への遷移タイミングを図１
６の括弧内のタイミングのように、転送ゲート電極２７
による転送期間（パルスφＴがローレベルの期間）のみ
を時系列的に包含する期間だけ、第１の電極部２０と第
２の電極部１９との間に電位差ΔＶの電位勾配が形成さ
れるように、制御することもできる。期間Ｔ２は例えば
３μ秒以上あれば十分である。
６の括弧内のタイミングのように、転送ゲート電極２７
による転送期間（パルスφＴがローレベルの期間）のみ
を時系列的に包含する期間だけ、第１の電極部２０と第
２の電極部１９との間に電位差ΔＶの電位勾配が形成さ
れるように、制御することもできる。期間Ｔ２は例えば
３μ秒以上あれば十分である。
【０１１０】以上説明したように、本発明の光電変換装
置の駆動方法は、第１の期間Ｔ１に、第２半導体領域１
４の受光部を間に挟むように受光面に沿って互いに離間
して設けられ、かつ第１半導体領域１３，１５に接続さ
れた少なくとも一対の電極部１９，２０を、同電位Ｖｃ
ｃに保持する工程と、第２の期間Ｔ２に、第２半導体領
域１１，１４に蓄積される電荷を読み出し用電極２７側
に移動させるための電位勾配（図６）を生じさせ得る電
圧ΔＶを、一対の電極部１９，２０に印加する工程と、
を含むことを特徴とする光電変換装置の駆動方法であ
る。
置の駆動方法は、第１の期間Ｔ１に、第２半導体領域１
４の受光部を間に挟むように受光面に沿って互いに離間
して設けられ、かつ第１半導体領域１３，１５に接続さ
れた少なくとも一対の電極部１９，２０を、同電位Ｖｃ
ｃに保持する工程と、第２の期間Ｔ２に、第２半導体領
域１１，１４に蓄積される電荷を読み出し用電極２７側
に移動させるための電位勾配（図６）を生じさせ得る電
圧ΔＶを、一対の電極部１９，２０に印加する工程と、
を含むことを特徴とする光電変換装置の駆動方法であ
る。
【０１１１】この駆動方法により、消費電流をより低減
させつつ残像を低減することができる。
させつつ残像を低減することができる。
【０１１２】（実施形態３）図１７を参照して本発明の
実施形態３による光電変換装置について説明する。
実施形態３による光電変換装置について説明する。
【０１１３】図１７に示した光電変換装置が図３に示し
た光電変換装置と大きく異なる点は、Ｐ型領域１４内に
不純物濃度の異なる領域１４C、１４Dが存在し、内部電
界によって、ホールが、より一層、読み出し用電極側に
移動し易い、ポテンシャルプロファイルを形成している
点である。製造コストの点からホトリソグラフィーによ
る露光回数（マスク数）の制限が厳しくない場合には、
有効な構成である。
た光電変換装置と大きく異なる点は、Ｐ型領域１４内に
不純物濃度の異なる領域１４C、１４Dが存在し、内部電
界によって、ホールが、より一層、読み出し用電極側に
移動し易い、ポテンシャルプロファイルを形成している
点である。製造コストの点からホトリソグラフィーによ
る露光回数（マスク数）の制限が厳しくない場合には、
有効な構成である。
【０１１４】これ以外の構成や動作は上述した各実施形
態と同じである。
態と同じである。
【０１１５】また、必要に応じて、以下のような構成を
採用することも好ましいものである。
採用することも好ましいものである。
【０１１６】図１７を例に挙げると、符号５１は必要に
応じて設けられる変換体であり、これはＸ線、α線、γ
線のような放射線を受容すると可視光などを発光する、
言わば波長変換体である。変換体としては、沃化セシウ
ム（ＣｓＩ）などのシンチレータ又は蛍光体と呼ばれる
材料が好ましく用いられる。またこれらの材料とともに
変換体から発せられた可視光を受光面に導き、変換体を
透過した放射線を遮断するような材料（例えば鉛ガラ
ス）からなるオプティカルプレートを変換体と光電変換
装置の受光面との間に配することも好ましいものであ
る。
応じて設けられる変換体であり、これはＸ線、α線、γ
線のような放射線を受容すると可視光などを発光する、
言わば波長変換体である。変換体としては、沃化セシウ
ム（ＣｓＩ）などのシンチレータ又は蛍光体と呼ばれる
材料が好ましく用いられる。またこれらの材料とともに
変換体から発せられた可視光を受光面に導き、変換体を
透過した放射線を遮断するような材料（例えば鉛ガラ
ス）からなるオプティカルプレートを変換体と光電変換
装置の受光面との間に配することも好ましいものであ
る。
【０１１７】このような変換体５１を本発明の光電変換
装置の受光面上に一体的に又は別体として設けることに
より、放射線像の撮像装置として機能させることがで
き、これは医療や非破壊検査用として好ましく用いられ
る。
装置の受光面上に一体的に又は別体として設けることに
より、放射線像の撮像装置として機能させることがで
き、これは医療や非破壊検査用として好ましく用いられ
る。
【０１１８】以上説明した各実施形態では、Ｐ型の部分
をＮ型にするとともにＮ型の部分をＰ型に変更すること
により、トランジスタの導電型を逆にすることもでき
る。この際には電位の相対的な高低関係も逆になる。
をＮ型にするとともにＮ型の部分をＰ型に変更すること
により、トランジスタの導電型を逆にすることもでき
る。この際には電位の相対的な高低関係も逆になる。
【０１１９】
【発明の効果】以上示したように、本発明は、光電変換
手段で電荷が保持されているときに光電変換手段に電圧
を印加して光電変換手段で保持されている電荷を配線側
へ移動させた状態で、電荷等を配線を通じて外部に転送
するため、転送後に光電変換手段内に電荷が残らないの
で、光電変換装置の残像特性を向上させることができ
る。
手段で電荷が保持されているときに光電変換手段に電圧
を印加して光電変換手段で保持されている電荷を配線側
へ移動させた状態で、電荷等を配線を通じて外部に転送
するため、転送後に光電変換手段内に電荷が残らないの
で、光電変換装置の残像特性を向上させることができ
る。
【図１】本発明の一実施形態による光電変換装置の模式
的上面図である。
的上面図である。
【図２】図１のＢＢ’線による断面図である。
【図３】図１のＡＡ’線による断面図である。
【図４】図１のＣＣ’線による断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による光電変換装置の受光
部の厚さ方向のポテンシャルプロファイルを示す図であ
る。
部の厚さ方向のポテンシャルプロファイルを示す図であ
る。
【図６】本発明の一実施形態による光電変換装置の受光
部の受光面に沿った方向のポテンシャルプロファイルを
示す図である。
部の受光面に沿った方向のポテンシャルプロファイルを
示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による光電変換装置の回路
構成図である。
構成図である。
【図８】本発明による光電変換装置の駆動方法の一実施
形態を説明するためのタイミングチャートである。
形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明による光電変換装置の駆動方法の別の実
施形態を説明するためのタイミングチャートである。
施形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による情報処理装置の構
成を示す模式図である。
成を示す模式図である。
【図１１】本発明の光電変換装置搭載されたイメージセ
ンサの断面図である。
ンサの断面図である。
【図１２】本発明の別の一実施形態による光電変換装置
の模式的上面図である。
の模式的上面図である。
【図１３】図１２のＤＤ’線による断面図である。
【図１４】図１２のＥＥ’線による断面図である。
【図１５】図１２のＦＦ’線による断面図である。
【図１６】本発明による光電変換装置の駆動方法の更に
別の一実施形態を説明するためのタイミングチャートで
ある。
別の一実施形態を説明するためのタイミングチャートで
ある。
【図１７】本発明の更に別の一実施形態による光電変換
装置の模式的断面図である。
装置の模式的断面図である。
【図１８】従来の光電変換装置の受光素子の模式的上面
図である。
図である。
１０ Ｐ型基板 １１ ｐ+型領域 １２ 開口部 １３ Ｎ型ウエル領域 １４ Ｐ型領域 １４Ａ Ｐ型領域１４の端部 １４Ｂ Ｐ型領域１４の受光面 １５ Ｎ型表面領域 １５Ａ Ｎ型表面領域１５の内方側端部 １６ Ｐ型ウエル領域 １７ フィールド絶縁膜 １７Ａ フィールド絶縁膜１７の内方側端部 １８ 絶縁膜 １９ 第２の電極部 １９Ｂ，２０Ｂ Ｎ型領域 ２０ 第１の電極部 ２１ 絶縁膜 ２２ 遮光層 ２２Ａ 開口側端部 ２４ 配線 １０１ 受光素子 １０２ ソースホロアＭＯＳトランジスタ １０３ リセットＭＯＳトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/00 Ａ 27/14 Ａ Ｋ Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG13 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ31 JJ33 KK05 LL11 LL12 LL18 4M118 AA01 AA04 AA05 AB01 BA14 CA04 CA20 CB11 DB14 DB20 FA08 FA34 FA42 GA10 5C024 AX01 AX16 CX17 CY42 EX03 GX03 GY31 GZ36 HX40 HX46 5F049 MA02 NA20 NB03 NB05 RA02 RA08 UA13 UA14 WA07 5F088 AA02 BA20 BB02 BB03 BB07 EA03 EA04 EA07 EA08 FA09 FA11 FA12 FA14 JA17 LA07 LA08
Claims (17)
- 【請求項１】 光電変換装置において、 第１導電型の第１半導体領域及び、前記第１半導体領域
に隣接し光電変換された電荷を蓄積するための第２導電
型の第２半導体領域を有する受光素子と、 前記第２半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号を読
み出すための読み出し用電極と、 前記第２半導体領域の受光部を間に挟むように受光面に
沿って互いに離間して設けられ、かつ前記第１半導体領
域に接続された少なくとも一対の電極部とを備え、 前記一対の電極部には、前記第２半導体領域の受光部を
完全空乏化するとともに、前記第２半導体領域に蓄積さ
れる電荷を前記読み出し用電極側に移動させるための電
位勾配を生じさせ得る電圧が印加されることを特徴とす
る光電変換装置。 - 【請求項２】 前記第１半導体領域は、前記第２半導体
領域とその上方の絶縁層との間に配されるように形成さ
れた半導体層を有しており、前記一対の電極部は前記半
導体層にそれぞれ接している請求項１記載の光電変換装
置。 - 【請求項３】 前記半導体層は前記第２半導体領域の受
光面を覆っている請求項２記載の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記半導体層の下方に位置している前記
第２半導体領域は、該第２半導体領域の上下のＰＮ接合
から延びる空乏層により完全空乏化している請求項２記
載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記一対の電極部は、遮光層によって遮
光されている請求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項６】 前記一対の電極部のうち、前記読み出し
用電極側に配された電極部は、前記読み出し用電極を受
光面に沿って間に挟むように分割されて配置されている
請求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項７】 前記読み出し用電極は、浮遊拡散領域に
電荷を転送するための転送ゲート電極である請求項１記
載の光電変換装置。 - 【請求項８】 前記読み出し用電極は、増幅用トランジ
スタのゲートに接続されたアノード電極又はカソード電
極である請求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項９】 前記第２半導体領域に蓄積された電荷を
転送する動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作
の、直前又は動作中に、所定の期間、前記電位勾配を生
じさせ得る電圧が印加される請求項１記載の光電変換装
置。 - 【請求項１０】 前記光電変換装置の動作期間の大半
は、前記一対の電極部がそれぞれ同電位に保持される請
求項１又は９記載の光電変換装置。 - 【請求項１１】 前記第１半導体領域に印加される電圧
は前記第２半導体領域に対する逆バイアス電圧である請
求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項１２】 光電変換装置において、 第１導電型の第１半導体領域及び、前記第１半導体領域
に隣接し光電変換された電荷を蓄積するための第２導電
型の第２半導体領域を有する受光素子と、 前記第２半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号を読
み出すための読み出し用電極と、 前記第２半導体領域の受光部を間に挟むように受光面に
沿って互いに離間して設けられ、かつ前記第１半導体領
域に接続された少なくとも一対の電極部と、 第１の期間に前記一対の電極部を同電位に保持し、第２
の期間に前記第２半導体領域に蓄積される電荷を前記読
み出し用電極側に移動させるための電位勾配を生じさせ
得る電圧を前記一対の電極部に印加する回路と、 を具備することを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項１３】 前記第２の期間は、前記読み出し素子
により前記第２半導体領域に蓄積された電荷を転送する
動作又は前記電荷に基づく信号を読み出す動作の、直前
又は動作中の期間である請求項１２記載の光電変換装
置。 - 【請求項１４】 前記第１の期間は前記第２の期間より
長い請求項１２又は１３記載の光電変換装置。 - 【請求項１５】 第１導電型の第１半導体領域及び、前
記第１半導体領域に隣接し光電変換された電荷を蓄積す
るための第２導電型の第２半導体領域を有する受光素子
と、 前記第２半導体領域に蓄積された電荷に基づく信号を読
み出すための読み出し用電極と、を具備する光電変換装
置の駆動方法において、 第１の期間に、前記第２半導体領域の受光部を間に挟む
ように受光面に沿って互いに離間して設けられ、かつ前
記第１半導体領域に接続された少なくとも一対の電極部
を、同電位に保持する工程と、 第２の期間に、前記記第２半導体領域に蓄積される電荷
を前記読み出し用電極側に移動させるための電位勾配を
生じさせ得る電圧を、前記一対の電極部に印加する工程
と、 を含むことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。 - 【請求項１６】 情報処理装置において、 請求項１記載の光電変換装置と、 前記光電変換装置を駆動するための駆動回路と、 前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処
理回路と、 を具備することを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項１７】 情報処理装置において、 請求項１記載の光電変換装置と、 前記光電変換装置を駆動するための駆動回路と、 前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処
理回路と、 放射線像を可視光像に変換する変換体と、 を具備することを特徴とする情報処理装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001348894A JP2002237614A (ja) | 2000-11-28 | 2001-11-14 | 光電変換装置及びその駆動方法並びに情報処理装置 |
| US09/988,874 US6608299B2 (en) | 2000-11-28 | 2001-11-21 | Photoelectric conversion apparatus, driving method thereof, and information processing apparatus |
| TW090128828A TW510059B (en) | 2000-11-28 | 2001-11-21 | Photoelectric conversion apparatus, driving method thereof, and information processing apparatus |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000361678 | 2000-11-28 | ||
| JP2000-361677 | 2000-11-28 | ||
| JP2000-361678 | 2000-11-28 | ||
| JP2000361677 | 2000-11-28 | ||
| JP2001348894A JP2002237614A (ja) | 2000-11-28 | 2001-11-14 | 光電変換装置及びその駆動方法並びに情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002237614A true JP2002237614A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=27345284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001348894A Pending JP2002237614A (ja) | 2000-11-28 | 2001-11-14 | 光電変換装置及びその駆動方法並びに情報処理装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6608299B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002237614A (ja) |
| TW (1) | TW510059B (ja) |
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| KR20160100845A (ko) | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤 | 수광 소자를 갖는 광 검출 반도체 장치 |
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| JP2021119628A (ja) * | 2010-08-27 | 2021-08-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US20040164331A1 (en) * | 2002-06-11 | 2004-08-26 | Chih-Wei Hung | CMOS image sensor device and process of producing the same |
| JP4391079B2 (ja) * | 2002-11-28 | 2009-12-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置及び放射線撮像装置 |
| JP4322166B2 (ja) * | 2003-09-19 | 2009-08-26 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子 |
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