JP3018676B2 - 電荷転送装置 - Google Patents
電荷転送装置Info
- Publication number
- JP3018676B2 JP3018676B2 JP3301024A JP30102491A JP3018676B2 JP 3018676 B2 JP3018676 B2 JP 3018676B2 JP 3301024 A JP3301024 A JP 3301024A JP 30102491 A JP30102491 A JP 30102491A JP 3018676 B2 JP3018676 B2 JP 3018676B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge
- section
- gate
- charge transfer
- charge detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送装置に関し、
特にＣＣＤ固体撮像素子の水平転送部として用いて好適
な電荷転送装置の出力部の構造に関する。
特にＣＣＤ固体撮像素子の水平転送部として用いて好適
な電荷転送装置の出力部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に、例えばインターライン転送方式
ＣＣＤ固体撮像素子の構成の一例を示す。同図におい
て、入射光を画素単位で信号電荷に変換して蓄積する二
次元配列された複数個のフォトセンサ６１と、これらフ
ォトセンサ６１の垂直列毎に配されかつ読出しゲート６
２を介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送する
垂直ＣＣＤシフトレジスタ（以下、単に垂直ＣＣＤと称
する）６３とによって撮像領域６４が構成されている。
ＣＣＤ固体撮像素子の構成の一例を示す。同図におい
て、入射光を画素単位で信号電荷に変換して蓄積する二
次元配列された複数個のフォトセンサ６１と、これらフ
ォトセンサ６１の垂直列毎に配されかつ読出しゲート６
２を介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送する
垂直ＣＣＤシフトレジスタ（以下、単に垂直ＣＣＤと称
する）６３とによって撮像領域６４が構成されている。
【０００３】垂直ＣＣＤ６３に読み出された信号電荷
は、１走査線毎に順に水平ＣＣＤシフトレジスタ（以
下、単に水平ＣＣＤと称する）６５へ転送される。水平
ＣＣＤ６５は、水平転送クロックφ１，φ２によって２
相駆動され、垂直ＣＣＤ６３から転送された１走査線分
の信号電荷を水平方向に転送する。水平ＣＣＤ６５の出
力端には、例えばＦＤＡ(Floating Diffusion Amplifie
r)構成の電荷検出部６６が配されている。この電荷検出
部６６は水平ＣＣＤ６５によって転送されてきた信号電
荷を検出して電圧信号に変換する。
は、１走査線毎に順に水平ＣＣＤシフトレジスタ（以
下、単に水平ＣＣＤと称する）６５へ転送される。水平
ＣＣＤ６５は、水平転送クロックφ１，φ２によって２
相駆動され、垂直ＣＣＤ６３から転送された１走査線分
の信号電荷を水平方向に転送する。水平ＣＣＤ６５の出
力端には、例えばＦＤＡ(Floating Diffusion Amplifie
r)構成の電荷検出部６６が配されている。この電荷検出
部６６は水平ＣＣＤ６５によって転送されてきた信号電
荷を検出して電圧信号に変換する。
【０００４】水平ＣＣＤ６５である２相ＣＣＤシフトレ
ジスタは、図７に示すように、複数段配列された２層構
造の一対のゲート電極（第１，第２ポリシリコンゲート
電極１３，１４）列からなる電荷転送部１５と、この電
荷転送部１５の最終段に転送されてきた信号電荷をＦＤ
（フローティング・ディフュージョン）からなる電荷検
出部１８に出力する出力ゲート部１６とから構成され、
第２ポリシリコンゲート電極１４の下にＰ型不純物７１
を拡散させることにより、所望のポテンシャル分布を得
ている。
ジスタは、図７に示すように、複数段配列された２層構
造の一対のゲート電極（第１，第２ポリシリコンゲート
電極１３，１４）列からなる電荷転送部１５と、この電
荷転送部１５の最終段に転送されてきた信号電荷をＦＤ
（フローティング・ディフュージョン）からなる電荷検
出部１８に出力する出力ゲート部１６とから構成され、
第２ポリシリコンゲート電極１４の下にＰ型不純物７１
を拡散させることにより、所望のポテンシャル分布を得
ている。
【０００５】ところで、ＣＣＤ固体撮像素子の光電変換
特性は、一般的に、図８に実線で示す如き特性であり、
一方写真撮影で用いられるフィルムの感度特性は、同図
に破線で示す如き特性である。この図からわかるよう
に、フィルムの感度はＣＣＤ固体撮像素子と比較する
と、暗い部分と明るい部分において感度が下がってお
り、これがフィルムのダイナミックレンジが広い要因と
なっている。この感度性のため、フィルム撮影では、明
るい部分と暗い部分を撮影したときにも、極端に白がと
んでしまうとか、黒がつぶれてしまうようなことは少な
い。
特性は、一般的に、図８に実線で示す如き特性であり、
一方写真撮影で用いられるフィルムの感度特性は、同図
に破線で示す如き特性である。この図からわかるよう
に、フィルムの感度はＣＣＤ固体撮像素子と比較する
と、暗い部分と明るい部分において感度が下がってお
り、これがフィルムのダイナミックレンジが広い要因と
なっている。この感度性のため、フィルム撮影では、明
るい部分と暗い部分を撮影したときにも、極端に白がと
んでしまうとか、黒がつぶれてしまうようなことは少な
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＣＤシフトレジスタを用いたＣＣＤ固体撮像素子にあ
っては、図８から明らかなように、ダイナミックレンジ
が狭く、突然感度がなくなってしまうため、いわゆる白
とびや黒つぶれ現象が起こり易く、明るさに対しては非
常に神経を使う必要があり、例えば静止画用撮像装置に
ＣＣＤ固体撮像素子を使う場合、この特性は非常に使い
にくいものとなっていた。
ＣＣＤシフトレジスタを用いたＣＣＤ固体撮像素子にあ
っては、図８から明らかなように、ダイナミックレンジ
が狭く、突然感度がなくなってしまうため、いわゆる白
とびや黒つぶれ現象が起こり易く、明るさに対しては非
常に神経を使う必要があり、例えば静止画用撮像装置に
ＣＣＤ固体撮像素子を使う場合、この特性は非常に使い
にくいものとなっていた。
【０００７】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであって、電荷検出部の変換効率が電荷の量に応じて
変化可能であって、特に静止画用途の固体撮像素子に適
した電荷転送装置を提供することを目的とする。
のであって、電荷検出部の変換効率が電荷の量に応じて
変化可能であって、特に静止画用途の固体撮像素子に適
した電荷転送装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による電荷転送装
置は、半導体基板表面上に複数段配列された２層構造の
一対のゲート電極列を有する電荷転送部と、この電荷転
送部の最終段を構成する出力ゲート部と、この出力ゲー
ト部を通して転送されてきた信号電荷を検出する電荷検
出部と、出力ゲート部と電荷検出部との間の半導体基板
表面上に設けられ、かつ電荷検出部に供給される信号電
荷の量に対応したバイアス電圧が印加されるゲート電極
およびこのゲート電極下の半導体基板表面内に設けられ
て電荷検出部側が深くなる階段状のポテンシャルを形成
する不純物領域からなるコントロールゲート部とを具備
する構成となっている。
置は、半導体基板表面上に複数段配列された２層構造の
一対のゲート電極列を有する電荷転送部と、この電荷転
送部の最終段を構成する出力ゲート部と、この出力ゲー
ト部を通して転送されてきた信号電荷を検出する電荷検
出部と、出力ゲート部と電荷検出部との間の半導体基板
表面上に設けられ、かつ電荷検出部に供給される信号電
荷の量に対応したバイアス電圧が印加されるゲート電極
およびこのゲート電極下の半導体基板表面内に設けられ
て電荷検出部側が深くなる階段状のポテンシャルを形成
する不純物領域からなるコントロールゲート部とを具備
する構成となっている。
【０００９】
【作用】電荷検出部の検出感度がその検出部を構成する
ＦＤの容量に反比例することから、電荷転送部の最終段
を構成する出力ゲート部の後段に、感度調整用のコント
ロールゲート部を設け、このコントロールゲート部のゲ
ート電極に任意のバイアス電圧を印加することにより、
ＦＤの容量が変化する。したがって、信号電荷の量が多
くなる状態において、その電荷量に対応したバイアス電
圧をコントロールゲート部のゲート電極に印加すること
で、電荷検出部の変換効率を電荷の量に応じて変化させ
ることができる。また、この変換効率は、あるバイアス
電圧に対して、ゲート電極下に形成されるポテンシャル
段差の数に応じて変化する。
ＦＤの容量に反比例することから、電荷転送部の最終段
を構成する出力ゲート部の後段に、感度調整用のコント
ロールゲート部を設け、このコントロールゲート部のゲ
ート電極に任意のバイアス電圧を印加することにより、
ＦＤの容量が変化する。したがって、信号電荷の量が多
くなる状態において、その電荷量に対応したバイアス電
圧をコントロールゲート部のゲート電極に印加すること
で、電荷検出部の変換効率を電荷の量に応じて変化させ
ることができる。また、この変換効率は、あるバイアス
電圧に対して、ゲート電極下に形成されるポテンシャル
段差の数に応じて変化する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明によるＣＣＤシフトレジス
タの一実施例を示す最終段周辺の断面構造図である。図
において、例えばｎ型半導体基板１１の基板表面上に
は、絶縁層１２を介して２層構造の一対のゲート電極、
即ち１層目の第１ポリシリコンゲート電極（蓄積段）１
３及び２層目の第２ポリシリコンゲート電極（転送段）
１４が複数段配列されて電荷転送部１５を構成してい
る。
に説明する。図１は、本発明によるＣＣＤシフトレジス
タの一実施例を示す最終段周辺の断面構造図である。図
において、例えばｎ型半導体基板１１の基板表面上に
は、絶縁層１２を介して２層構造の一対のゲート電極、
即ち１層目の第１ポリシリコンゲート電極（蓄積段）１
３及び２層目の第２ポリシリコンゲート電極（転送段）
１４が複数段配列されて電荷転送部１５を構成してい
る。
【００１１】この電荷転送部１５において、その最終段
は２層目の第２ポリシリコンゲート電極によって出力ゲ
ート部１６が構成され、この出力ゲート部１６の後段に
はさらに、感度調整用に１層目の第１ポリシリコンゲー
ト電極からなるコントロールゲート部１７が設けられて
いる。そして、このコントロールゲート部１７に対して
任意のバイアス電圧ＶSCG を印加することにより、ＦＤ
（フローティング・ディフュージョン）からなる電荷検
出部１８の感度、換言すれば電荷検出部１８の変換効率
を変化させることができる。
は２層目の第２ポリシリコンゲート電極によって出力ゲ
ート部１６が構成され、この出力ゲート部１６の後段に
はさらに、感度調整用に１層目の第１ポリシリコンゲー
ト電極からなるコントロールゲート部１７が設けられて
いる。そして、このコントロールゲート部１７に対して
任意のバイアス電圧ＶSCG を印加することにより、ＦＤ
（フローティング・ディフュージョン）からなる電荷検
出部１８の感度、換言すれば電荷検出部１８の変換効率
を変化させることができる。
【００１２】次に、電荷検出部１８の変換効率を変化さ
せることができる原理について説明する。現在、ＣＣＤ
固体撮像素子の殆どはＦＤによって電荷検出を行ってい
る。この電荷検出感度はＦＤの容量に反比例するので、
この容量を変化させることができれば、電荷検出部１８
の変換効率を変化させることができる。
せることができる原理について説明する。現在、ＣＣＤ
固体撮像素子の殆どはＦＤによって電荷検出を行ってい
る。この電荷検出感度はＦＤの容量に反比例するので、
この容量を変化させることができれば、電荷検出部１８
の変換効率を変化させることができる。
【００１３】図２に、コントロールゲート部１７に任意
のバイアス電圧ＶSCG を印加したときのポテンシャル図
を示す。同図において、電荷の量が少なく、図中Ａの領
域にのみ電荷が溜まっている場合のＦＤの容量をＣ1 、
電荷の量が多く、図中Ｂの領域まで電荷が溜まっている
状態でのＦＤの容量をＣ2 とすると、図から明らかなよ
うに、Ｃ1 ＜Ｃ2 である。すなわち、電荷量によってＦ
Ｄの容量が変化し、したがって電荷検出部１８の変換効
率が変化することになる。
のバイアス電圧ＶSCG を印加したときのポテンシャル図
を示す。同図において、電荷の量が少なく、図中Ａの領
域にのみ電荷が溜まっている場合のＦＤの容量をＣ1 、
電荷の量が多く、図中Ｂの領域まで電荷が溜まっている
状態でのＦＤの容量をＣ2 とすると、図から明らかなよ
うに、Ｃ1 ＜Ｃ2 である。すなわち、電荷量によってＦ
Ｄの容量が変化し、したがって電荷検出部１８の変換効
率が変化することになる。
【００１４】本構造における光に対する感度（光電変
換）の特性を図３に示す。同図において、感度が変化す
る点Ｐは、コントロールゲート部１７に印加するバイア
ス電圧ＶSCG によって調整可能である。これにより、あ
る程度明るい領域まで高感度を保ちたい場合は、コント
ロールゲート部１７のポテンシャルを浅く設定し、早め
に感度を落としたい場合は、コントロールゲート部１７
のポテンシャルを深く設定するなどの調整が可能とな
る。
換）の特性を図３に示す。同図において、感度が変化す
る点Ｐは、コントロールゲート部１７に印加するバイア
ス電圧ＶSCG によって調整可能である。これにより、あ
る程度明るい領域まで高感度を保ちたい場合は、コント
ロールゲート部１７のポテンシャルを浅く設定し、早め
に感度を落としたい場合は、コントロールゲート部１７
のポテンシャルを深く設定するなどの調整が可能とな
る。
【００１５】図４は、本発明によるＣＣＤシフトレジス
タの他の実施例を示す最終段周辺の断面構造図である。
同図において、図１と同等部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。本実施例においては、コントロール
ゲート部１７の下にｎ型不純物領域１９を形成すること
により、図５のポテンシャル図に示すように、コントロ
ールゲート部１７の下のポテンシャルを階段状に変化さ
せた構成となっている。この階段の段数は何段でも構わ
ない。
タの他の実施例を示す最終段周辺の断面構造図である。
同図において、図１と同等部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。本実施例においては、コントロール
ゲート部１７の下にｎ型不純物領域１９を形成すること
により、図５のポテンシャル図に示すように、コントロ
ールゲート部１７の下のポテンシャルを階段状に変化さ
せた構成となっている。この階段の段数は何段でも構わ
ない。
【００１６】このように、コントロールゲート部１７の
下のポテンシャルを階段状に変化させた構造とすること
により、感度変化をさらにきめ細かく設定できることか
ら、図８に破線で示したフィルムの感度特性により近づ
けることができる。なお、本例においては、ｎ型不純物
によってポテンシャルを深くしているが、ｐ型不純物に
よっても同等なポテンシャルを得ることができることは
明らかであり、いずれを用いても良いことは勿論であ
る。また、本発明例では、コントロールゲート部１７と
電荷検出部１８の間に絶縁膜を設けてあるが、これは無
くても本発明の特性を実現する上では何ら問題とならな
い。
下のポテンシャルを階段状に変化させた構造とすること
により、感度変化をさらにきめ細かく設定できることか
ら、図８に破線で示したフィルムの感度特性により近づ
けることができる。なお、本例においては、ｎ型不純物
によってポテンシャルを深くしているが、ｐ型不純物に
よっても同等なポテンシャルを得ることができることは
明らかであり、いずれを用いても良いことは勿論であ
る。また、本発明例では、コントロールゲート部１７と
電荷検出部１８の間に絶縁膜を設けてあるが、これは無
くても本発明の特性を実現する上では何ら問題とならな
い。
【００１７】なお、上記各実施例では、コントロールゲ
ート部１７を１つ設ける構成としたが、コントロールゲ
ート部１７を複数個設けることにより、色信号処理にお
けるγ補正などに応用することも可能である。
ート部１７を１つ設ける構成としたが、コントロールゲ
ート部１７を複数個設けることにより、色信号処理にお
けるγ補正などに応用することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電荷転送部の最終段を構成する出力ゲート部の後段に、
感度調整用のコントロールゲート部を設け、このコント
ロールゲート部のゲート電極に対して、電荷検出部に供
給される信号電荷の量に対応したバイアス電圧を印加す
るように構成したことにより、電荷検出部の変換効率を
電荷量に応じて変化させることができるので、電荷量の
多いところでは電荷検出部の感度が下がり、非常に明る
い領域でのダイナミックレンジが広がり、特に静止画用
途の固体撮像素子に最適となる効果がある。また、ある
バイアス電圧に対して変換効率がゲート電極下に形成さ
れるポテンシャル段差の数に応じて変化することから、
感度変化をよりきめ細かく設定できるため、電荷検出部
の変換特性をフィルムの感度特性により近づけることが
できる。
電荷転送部の最終段を構成する出力ゲート部の後段に、
感度調整用のコントロールゲート部を設け、このコント
ロールゲート部のゲート電極に対して、電荷検出部に供
給される信号電荷の量に対応したバイアス電圧を印加す
るように構成したことにより、電荷検出部の変換効率を
電荷量に応じて変化させることができるので、電荷量の
多いところでは電荷検出部の感度が下がり、非常に明る
い領域でのダイナミックレンジが広がり、特に静止画用
途の固体撮像素子に最適となる効果がある。また、ある
バイアス電圧に対して変換効率がゲート電極下に形成さ
れるポテンシャル段差の数に応じて変化することから、
感度変化をよりきめ細かく設定できるため、電荷検出部
の変換特性をフィルムの感度特性により近づけることが
できる。
【図１】本発明によるＣＣＤシフトレジスタの一実施例
を示す電荷転送部の最終段周辺の断面構造図である。
を示す電荷転送部の最終段周辺の断面構造図である。
【図２】一実施例によるＣＣＤシフトレジスタのポテン
シャル分布図である。
シャル分布図である。
【図３】本発明による光電変換特性図である。
【図４】本発明によるＣＣＤシフトレジスタの他の実施
例を示す電荷転送部の最終段周辺の断面構造図である。
例を示す電荷転送部の最終段周辺の断面構造図である。
【図５】他の実施例によるＣＣＤシフトレジスタのポテ
ンシャル分布図である。
ンシャル分布図である。
【図６】インターライン転送方式ＣＣＤ固体撮像素子の
一例を示す構成図である。
一例を示す構成図である。
【図７】ＣＣＤシフトレジスタの従来例を示す電荷転送
部の最終段周辺の断面構造図である。
部の最終段周辺の断面構造図である。
【図８】ＣＣＤ固体撮像素子の光電変換及びフィルムの
感度の各特性図である。
感度の各特性図である。
１１ ｎ型半導体基板 １３ 第１ポリシリコンゲート電極（転送段） １４ 第２ポリシリコンゲート電極（蓄積段） １５ 電荷転送部 １６ 出力ゲート部 １７ コントロールゲート部 １８ 電荷検出部 １９ ｎ型不純物領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H01L 21/339 H01L 29/762
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板表面上に複数段配列された２
層構造の一対のゲート電極列を有する電荷転送部と、 前記電荷転送部の最終段を構成する出力ゲート部と、 前記出力ゲート部を通して転送されてきた信号電荷を検
出する電荷検出部と、 前記出力ゲート部と前記電荷検出部との間の半導体基板
表面上に設けられ、かつ前記電荷検出部に供給される信
号電荷の量に対応した バイアス電圧が印加されるゲート
電極およびこのゲート電極下の半導体基板表面内に設け
られて前記電荷検出部側が深くなる階段状のポテンシャ
ルを形成する不純物領域からなるコントロールゲート部
とを具備することを特徴とする電荷転送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3301024A JP3018676B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 電荷転送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3301024A JP3018676B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 電荷転送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05115042A JPH05115042A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3018676B2 true JP3018676B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17891931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3301024A Expired - Fee Related JP3018676B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018676B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP3301024A patent/JP3018676B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05115042A (ja) | 1993-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0854516B1 (en) | Partially pinned photodiode for solid state image sensors | |
| US7636115B2 (en) | High dynamic range imaging device using multiple pixel cells | |
| JP4154165B2 (ja) | 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置 | |
| JPH01147861A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JPS5819080A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP3337976B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP2006108379A (ja) | 固体撮像素子及びその駆動方法 | |
| JPH05137072A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP3143979B2 (ja) | Ｃｃｄシフトレジスタ | |
| US5291044A (en) | Image sensor with continuous time photodiode | |
| US20050104989A1 (en) | Dual-type solid state color image pickup apparatus and digital camera | |
| JP3141940B2 (ja) | カラーリニアイメージセンサ | |
| JP3018676B2 (ja) | 電荷転送装置 | |
| JPH0758308A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP3189327B2 (ja) | 電荷検出装置 | |
| US7372496B2 (en) | Solid-state image capturing device and imaging apparatus using the same | |
| KR100247831B1 (ko) | 고체촬상장치 | |
| JPH06334166A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JPH0425714B2 (ja) | ||
| JP3143980B2 (ja) | Ｃｃｄシフトレジスタ | |
| JPH05243546A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2848435B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
| JPS62206878A (ja) | 固体撮像素子 | |
| Kecskemety et al. | Very high resolution 8,002-pixel trilinear color image sensor | |
| JPS5969964A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080107 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |