JP5270392B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電荷増倍型固体撮像装置に関するものである。
電荷増倍型固体撮像装置としては、下記の非特許文献１に記載されたものが知られている。非特許文献１に記載の固体撮像装置は、撮像領域、出力レジスタ、コーナーレジスタ、増倍レジスタ、第１のアンプ、オーバースキャンエレメント、及び、第２のアンプを備えている。この固体撮像装置は、撮像領域からの電荷を増倍する場合には、当該撮像領域からの電荷を出力レジスタにより一方向に転送し、出力レジスタからの電荷をコーナーレジスタを介して増倍レジスタに転送し、増倍レジスタによって電荷を増倍し、増倍された電荷に基づく信号を第１のアンプから出力する。一方、この固体撮像装置は、撮像領域からの電荷を増倍しない場合には、撮像領域からの電荷を出力レジスタにより他方向に転送し、出力レジスタからの電荷をオーバースキャンエレメントによって転送し、当該電荷に基づく信号を第２のアンプから出力する。
また、電荷増倍型固体撮像装置には、マルチポート型の固体撮像装置がある。例えば、２ポート型の固体撮像装置は、撮像領域、出力レジスタ、第１のコーナーレジスタ、第１の増倍レジスタ、第１のアンプ、第２のコーナーレジスタ、第２の増倍レジスタ、及び、第２のアンプを備えている。２ポート型の固体撮像装置では、撮像領域は一以上の画素列を含む第１のエリア及び第２のエリアに分割される。この２ポート型の固体撮像装置は、第１のエリアからの電荷を出力レジスタによって一方向に転送し、当該電荷を第１のコーナーレジスタを介して第１の増倍レジスタに転送し、第１の増倍レジスタによって電荷を増倍し、増倍された電荷に基づく信号を第１のアンプから出力する。同時に、この２ポート型の固体撮像装置は、第２のエリアからの電荷を出力レジスタによって他方向に転送し、当該電荷を第２のコーナーレジスタを介して第２の増倍レジスタに転送し、第２の増倍レジスタによって電荷を増倍し、増倍された電荷に基づく信号を第２のアンプから出力する。
さらに、この２ポート型の固体撮像装置は、撮像領域の全エリアからの電荷に基づいて、第１のアンプ及び第２のアンプのうち一方から信号を出力することができる。例えば、第１のアンプのみから信号を出力する場合には、撮像領域の全エリアからの電荷を出力レジスタによって一方向に転送し、当該電荷を第１のコーナーレジスタを介して第１の増倍レジスタに転送し、第１の増倍レジスタによって電荷を増倍し、増倍された電荷に基づく信号を第１のアンプから出力する。
E2V CCD97-00 Back Illuminated 2-Phase IMO Series ElectronMultiplying CCD Sensor Spec Sheet
非特許文献１に記載の電荷増倍型固体撮像装置や上述したマルチポート型の電荷増倍型固体撮像装置では、二つのアンプのうち一方のアンプのみから電荷を出力する場合に、ノイズが生じることがあった。
本発明は、ノイズを低減可能な電荷増倍型固体撮像装置を提供することを目的としている。
本願発明者は、非特許文献１に記載の電荷増倍型固体撮像装置では、第２のアンプのみから信号を出力する場合に、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が出力レジスタに流入することによってノイズが生じていることを見いだした。また、上述したマルチポート型の電荷増倍型固体撮像装置では、一つのアンプのみから信号を出力する場合に、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が出力レジスタに流入することによってノイズが生じていることを見いだした。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
本発明の固体撮像装置は、撮像領域、出力レジスタ、コーナーレジスタ、増倍レジスタ、第１のアンプ、第２のアンプ、及びバルブゲート電極を備えている。出力レジスタは、撮像領域から転送される電荷を受けて当該電荷を転送する転送レジスタである。出力レジスタは、一方向と当該一方向と逆の他方向とに選択的に電荷を転送可能である。コーナーレジスタは、出力レジスタから一方向に転送される電荷を転送する。増倍レジスタは、コーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成しつつ転送する。第１のアンプは、増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する。第２のアンプは、出力レジスタによって他方向に転送される電荷に基づく信号を生成する。バルブゲート電極は、出力レジスタとコーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるための電極である。
この固体撮像装置によれば、第２のアンプから信号を出力する際にバルブゲート電極に電圧を与えることにより、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が出力レジスタに流入することを防止することができる。
本発明の固体撮像装置は、コーナーレジスタ及び増倍レジスタに蓄積された電荷を排出するためのオーバーフロードレインを更に備えることが好適である。オーバーフロードレインによってコーナーレジスタ及び増倍レジスタに蓄積された電荷を排出することにより、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が他の要素に与える影響が抑制される。
本発明の固体撮像装置は、出力レジスタから他方向に転送される電荷を第２のアンプに転送するためのレジスタであるオーバースキャンエレメントと、出力レジスタとオーバースキャンエレメントとの間での電荷の転送を妨げるための別のバルブゲート電極と、を更に備えることが好適である。この構成によれば、第１のアンプから信号を出力する際に当該別のバルブゲート電極に電圧を与えることにより、オーバースキャンエレメントからの電荷が出力レジスタに流入することを防止することが可能となる。
本発明の別の固体撮像装置は、撮像領域、出力レジスタ、第１のコーナーレジスタ、第１の増倍レジスタ、第１のアンプ、第２のコーナーレジスタ、第２の増倍レジスタ、第２のアンプ、第１のバルブゲート電極、及び、第２のバルブゲート電極を備えている。出力レジスタは、撮像領域から転送される電荷を受けて当該電荷を転送する転送レジスタである。出力レジスタは、一方向と当該一方向と逆の他方向とに選択的に電荷を転送可能である。第１のコーナーレジスタは、出力レジスタから一方向に転送される電荷を転送する。第１の増倍レジスタは、第１のコーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成しつつ転送する。第１のアンプは、第１の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を出力する。第２のコーナーレジスタは、出力レジスタから他方向に転送される電荷を転送する。第２の増倍レジスタは、第２のコーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成しつつ転送する。第２のアンプは、第２の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を出力する。第１のバルブゲート電極は、出力レジスタと第１のコーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるための電極である。第２のバルブゲート電極は、出力レジスタと第２のコーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるための電極である。
この固体撮像装置によれば、第１のアンプ及び第２のアンプの一方から信号を出力する際に第１のバルブゲート電極及び第２のバルブゲート電極のうち対応の一方に電圧を与えることにより、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が出力レジスタに流入することを防止することが可能となる。
また、本発明の固体撮像装置は、第１及び第２のコーナーレジスタ及び第１及び第２の増倍レジスタに蓄積された電荷を放出するためのオーバーフロードレインを更に備えることが好適である。オーバーフロードレインによって電荷を排出することにより、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が他の要素に与える影響が抑制される。
以上説明したように、本発明によれば、不使用のコーナーレジスタ及び増倍レジスタからの電荷が出力レジスタに流入することを防止することができるので、ノイズを低減可能な電荷増倍型固体撮像装置が提供される。
一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。 図１に示す固体撮像装置を配線付きで示す図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図２のIV−IV線における断面図である。 オーバーフロードレインの一例を示す断面図であり、図１のV-V線における断面図である。 オーバーフロードレインの別の一例を示す断面図である。 別の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。 図７に示す固体撮像装置を配線付きで示す図である。 三相のクロック信号の例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図２は、図１に示す固体撮像装置を配線付きで示す図である。なお、図２では、後述するオーバーフロードレインが示されていない。
図１及び図２に示す固体撮像装置１０は、撮像領域１２、出力レジスタ１４、コーナーレジスタ１６、増倍レジスタ１８、第１のアンプ２０、第２のアンプ２２、及び第１のバルブゲート電極ＶＧ１を備えている。また、固体撮像装置１０は、オーバースキャンエレメント２４、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂ、並びに第２のバルブゲート電極ＶＧ２を更に備え得る。
撮像領域１２は、入射する光に感応して電荷を生成する領域である。具体的には、撮像領域１２は二次元に配列された複数の画素を含んでおり、各画素はフォトダイオードを含んでいる。
本実施形態の固体撮像装置１０は、撮像領域１２に加えて電荷蓄積領域２８を備えている。電荷蓄積領域２８は、撮像領域１２によって生成された電荷を後述の出力レジスタに転送する前に一時的に蓄積する部分である。このような電荷蓄積領域２８を有する固体撮像装置１０は、フレームトランスファーＣＣＤイメージセンサと呼ばれるものである。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、インターラインＣＣＤイメージセンサ、或いは、フルフレームトランスファーＣＣＤイメージセンサであってもよい。
出力レジスタ１４は、撮像領域１２によって生成され垂直方向に転送された電荷を受けて、当該電荷を水平方向に転送する転送レジスタである。出力レジスタ１４は、一方向Ｘ１と、当該一方向Ｘ１とは逆の他方向Ｘ２とに電荷を選択的に転送することが可能である。具体的には、図２に示すように、出力レジスタ１４は、端子Ｐ１〜Ｐ３に与えられる三相のクロック信号を受けることにより、電荷を転送する。三相のクロック信号は、一方向Ｘ１に電荷を転送する場合には、一部オーバーラップした形で、端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の順に与えられ（図９（ａ）参照）、他方向Ｘ２に電荷を転送する場合には、一部オーバーラップした形で、端子Ｐ３、Ｐ２、Ｐ１の順に与えられる（図９（ｂ）参照）。なお、端子Ｐ１〜Ｐ３から延びる配線は、出力レジスタ１４、コーナーレジスタ１６、及びオーバースキャンエレメント２４に共通の配線であり、出力レジスタ１４、コーナーレジスタ１６、及びオーバースキャンエレメント２４のそれぞれに接続されている。
コーナーレジスタ１６は、出力レジスタ１４からＸ１方向に転送される電荷を受け、当該電荷を更に増倍レジスタ１８へと転送する。具体的には、コーナーレジスタ１６は、上述した三相のクロック信号を受けることにより、電荷を転送する。
増倍レジスタ１８は、インパクトイオナイゼーション効果によって電荷を増倍し、増倍した電荷を転送するレジスタである。増倍レジスタ１８は、コーナーレジスタ１６からの電荷を受け、増倍した電荷を生成して、当該増倍した電荷を第１のアンプ２０へと転送する。
図２に示すように、増倍レジスタには、端子ＰＭ１〜ＰＭ３及びＰＤＣから延びる配線が接続されている。端子ＰＭ１〜ＰＭ３は、増倍レジスタ１８に三相のクロック信号を入力するための端子である。また、端子ＰＤＣは、増倍レジスタ１８に障壁を形成するためのＤＣ電圧が入力される端子である。増倍レジスタ１８は、これら端子ＰＭ１〜ＰＭ３及びＰＤＣに入力される信号を受けることにより、増倍した電荷を生成し、当該電荷を転送する。
第１のアンプ２０は、増倍レジスタ１８によって増倍された電荷を受けて、電荷電圧変換を行い、受けた電荷の量に応じた信号を生成する。第１のアンプ２０としては、フローティングディフュージョンアンプを用いることが可能である。
第２のアンプ２２は、出力レジスタ１４によって他方向Ｘ２に転送された電荷を、オーバースキャンエレメント２４を介して受け、当該電荷の量に応じた信号を出力する。この第２のアンプ２２としては、フローティングディフュージョンアンプを用いることが可能である。なお、オーバースキャンエレメント２４は、出力レジスタ１４と同様に、端子Ｐ１〜Ｐ３に与えられる三相のクロック信号を受けることにより、電荷を第２のアンプ２２に転送する転送レジスタである。
以下、図２と共に図３及び図４を参照して、第１のバルブゲート電極ＶＧ１及び第２のバルブゲート電極ＶＧ２について説明する。ここで、図３は、図２のIII−III線における断面図であり、図４は、図２のIV−IV線における断面図である。
図３に示すように、固体撮像装置１０は、ｐ型基板３０、ｐ型エピタキシャル層３２、ｎ型領域３４、及び複数の電極３６を備えている。ｐ型エピタキシャル層３２は、ｐ型基板３０上に設けられており、ｎ型領域３４は、ｐ型エピタキシャル層３２の上面から当該層３２の一部領域にｎ型のドーパントを注入することにより形成された領域である。ｎ型領域３４の上方且つ誘電体層４０上には複数の電極３６が設けられている。出力レジスタ１４及びコーナーレジスタ１６の各段は、ｐ型基板３０、ｐ型エピタキシャル層３２、ｎ型領域３４、及び三つの電極３６によって構成される。
第１のバルブゲート電極ＶＧ１は、出力レジスタ１４に隣接するコーナーレジスタ１６の段１６ａを構成する三つの電極３６のうち出力レジスタ１４に最も近い位置に存在する電極である。第１のバルブゲート電極ＶＧ１には、コーナーレジスタ１６の使用時、即ち、第１のアンプ２０から信号を出力する場合には、三相のクロック信号のうち端子Ｐ１に与えられるクロック信号と同じ信号が与えられる。しかしながら、第１のバルブゲート電極ＶＧ１は端子Ｐ１とは別の端子ＰＶＧ１に接続されている。コーナーレジスタ１６の不使用時、即ち、第２のアンプ２２から信号を出力する場合には、第１のバルブゲート電極ＶＧ１には端子ＰＶＧ１から所定の電圧が与えられる。これにより、増倍レジスタ１８及びコーナーレジスタ１６からの電荷が出力レジスタ１４に流入することが妨げられる。
図４に示すように、オーバースキャンエレメント２４の各段も、ｐ型基板３０、ｐ型エピタキシャル層３２、ｎ型領域３４、及び三つの電極３６によって構成される。第２のバルブゲート電極ＶＧ２は、出力レジスタ１４に隣接するオーバースキャンエレメント２４の段２４ａを構成する三つの電極３６のうち出力レジスタ１４に最も近い電極である。
第２のバルブゲート電極ＶＧ２には、オーバースキャンエレメント２４の使用時、即ち、第２のアンプ２２から信号を出力する場合には、三相のクロック信号のうち端子Ｐ３に与えられるクロック信号と同じ信号が与えられる。しかしながら、第２のバルブゲート電極ＶＧ２は端子Ｐ３とは別の端子ＰＶＧ２に接続されている。オーバースキャンエレメント２４の不使用時、即ち、第１のアンプ２０から信号を出力する場合には、第２のバルブゲート電極ＶＧ２にはＰＶＧ２から所定の電圧が与えられる。これにより、オーバースキャンエレメント２４からの電荷が出力レジスタ１４に流入することが妨げられる。
次いで、図１及び図５を参照しつつ、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂについて説明する。図５は、オーバーフロードレインの一例を示す断面図であり、図１のV-V線における断面図である。
図５に示すように、ｎ型領域３４の両脇には、ｐ＋型のチャネルストップ層３８が形成されている。これらｎ型領域３４及びチャネルストップ層３８上には、ＳｉＯ２層といった誘電体層４０が設けられている。オーバーフロードレイン２６ａは、ｎ＋型の半導体領域であり、ｎ型領域３４の縁に沿って設けられている。また、オーバーフロードレイン２６ａの上方であって誘電体層４０上には、オーバーフローゲート４２ａが形成されている。また、オーバーフローゲート４２ａと電極３６とは、誘電体層４４によって電気的に分離されている。このような構造のオーバーフロードレイン２６ａには、ゲート４２ａに所定の電圧を与えることにより、コーナーレジスタ１６に蓄積された電荷が排出される。
オーバーフロードレイン２６ｂについても、オーバーフロードレイン２６ａと同様に、増倍レジスタ１８を構成するｎ型領域３４に沿って設けられており、その上方にはオーバーフローゲート４２ｂが形成されている（図示せず）。オーバーフロードレイン２６ｂには、ゲート４２ｂに所定の電圧を与えることにより、増倍レジスタ１８に蓄積された電荷が排出される。
図１に示すように、オーバーフロードレイン２６ａ及びゲート４２ａは、コーナーレジスタ１６、出力レジスタ１４、及びオーバースキャンエレメント２４の縁に沿って設けられている。また、オーバーフロードレイン２６ｂ及びゲート４２ｂは、オーバーフロードレイン２６ａ及びゲート４２ａとは分離されており、増倍レジスタ１８に沿って設けられている。
なお、図６に示すように、オーバーフローゲートに代えて、ｎ−型の半導体領域４６が、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂとｎ型領域３４との間に設けられてもよい。
以下、固体撮像装置１０の動作を説明する。固体撮像装置１０では、撮像領域１２からの電荷に基づく信号を第１のアンプ２０から出力する場合には、撮像領域１２からの電荷が出力レジスタ１４によって一方向Ｘ１に転送される。この電荷はコーナーレジスタ１６を介して増倍レジスタ１８に転送される。そして、増倍レジスタ１８によって増倍された電荷が生成しつつ転送され、当該増倍された電荷に基づく信号が第１のアンプ２０によって生成される。このように第１のアンプ２０から信号を出力する場合には、端子ＰＶＧ２から所定の電圧が第２のバルブゲート電極ＶＧ２に与えられる。これによって、不使用のオーバースキャンエレメント２４からの不要な電荷が出力レジスタ１４に流入することが妨げられる。その結果、固体撮像装置１０からの出力信号におけるノイズが低減される。
一方、第２のアンプ２２から信号を出力する場合には、撮像領域１２からの電荷が出力レジスタ１４によって他方向Ｘ２に転送される。この電荷はオーバースキャンエレメント２４によって更に転送される。そして、第２のアンプ２２によって、オーバースキャンエレメント２４からの電荷に基づく信号が生成される。このように第２のアンプ２２から信号を出力する場合には、所定の電圧が端子ＰＶＧ１から第１のバルブゲート電極ＶＧ１に与えられる。これによって、不使用のコーナーレジスタ１６及び増倍レジスタ１８からの不要な電荷が出力レジスタ１４に流入することが妨げられる。その結果、固体撮像装置１０からの出力信号におけるノイズが低減される。
さらに、固体撮像装置１０では、蓄積可能な電荷量より多い量の電荷が各レジスタに発生しても、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂによってそのような電荷が排出される。したがって、不使用のレジスタからの電荷が他の要素に与える影響が低減される。
以下、本発明の別の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図７は、別の実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、図８は、図７に示す固体撮像装置を配線付きで示す図である。
図７及び図８に示す固体撮像装置１０Ａは、２ポート型の固体撮像装置であり、撮像領域１２Ａ、出力レジスタ１４Ａ、第１のコーナーレジスタ１６１、第２のコーナーレジスタ１６２、第１の増倍レジスタ１８１、第２の増倍レジスタ１８２、第１のアンプ２０Ａ、第２のアンプ２２Ａ、第１のバルブゲート電極ＶＧ１、及び第２のバルブゲート電極ＶＧ２を備えている。また、固体撮像装置１０Ａは、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂを更に備え得る。
撮像領域１２Ａは、固体撮像装置１０の撮像領域１２と同様に、入射する光に感応して電荷を生成する領域である。撮像領域１２Ａは、第１のエリア１２１及び第２のエリア１２２を含んでいる。第１のエリア１２１及び第２のエリア１２２は、図中では水平方向に並ぶエリアである。第１のエリア１２１及び第２のエリア１２２は、それぞれ複数の画素列を含んでいる。
なお、固体撮像装置１０Ａも、電荷蓄積領域２８を備えるフレームトランスファーＣＣＤイメージセンサである。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、インターラインＣＣＤイメージセンサ、或いは、フルフレームトランスファーＣＣＤイメージセンサであってもよい。
出力レジスタ１４Ａは、撮像領域１２Ａから垂直方向に転送される電荷を水平方向に転送する転送レジスタである。出力レジスタ１４Ａは、撮像領域１２Ａからの電荷を、一方向Ｘ１と当該一方向と逆の他方向Ｘ２とに選択的に転送することができる。
本固体撮像装置１０Ａでは、出力レジスタ１４Ａは、第１の出力レジスタ１４１及び第２の出力レジスタ１４２を含んでいる。第１の出力レジスタ１４１は、第１のエリア１２１からの電荷を受ける転送レジスタであり、第２の出力レジスタ１４２は、第２のエリア１２２からの電荷を受ける転送レジスタである。
第１の出力レジスタ１４１には、端子Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１から延びる配線が接続されている。また、第２の出力レジスタ１４２には、端子Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２から延びる配線が接続されている。第１の出力レジスタ１４１は、一部オーバーラップした形で、端子Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１の順に三相のクロック信号が与えられることにより、電荷を一方向Ｘ１に転送する。また、第１の出力レジスタ１４１は、一部オーバーラップした形で、端子Ｐ３１、Ｐ２１、Ｐ１１の順に三相のクロック信号が与えられることにより、電荷を他方向Ｘ２に転送する。第２の出力レジスタ１４２は、端子Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２の順に三相のクロック信号が与えられることにより、電荷を他方向Ｘ２に転送する。また、第２の出力レジスタ１４２は、端子Ｐ３２、Ｐ２２、Ｐ１２、の順に三相のクロック信号が与えられることにより、電荷を一方向Ｘ１に転送する。
第１のコーナーレジスタ１６１は、出力レジスタ１４Ａから転送される電荷を第１の増倍レジスタ１８１へ転送する転送レジスタである。第２のコーナーレジスタ１６２は、出力レジスタ１４Ａからの電荷を第２の増倍レジスタ１８２へ転送するレジスタである。
端子Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１から延びる配線は、第１の出力レジスタ１４１と第１のコーナーレジスタ１６１とに共通の配線であり、第１のコーナーレジスタ１６１にも接続されている。また、端子Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２から延びる配線は、第２の出力レジスタ１４２と第２のコーナーレジスタ１６２とに共通の配線であり、第２のコーナーレジスタ１６２にも接続されている。
固体撮像装置１０Ａにおける第１のバルブゲート電極ＶＧ１は、出力レジスタ１４Ａに隣接する第１のコーナーレジスタ１６１の段１６１ａが有する複数の電極であってクロック信号が与えられる電極のうち最も出力レジスタ１４Ａに近い電極である。第１のバルブゲート電極ＶＧ１には、端子ＰＶＧ１からの配線が接続されている。第１のコーナーレジスタ１６１によって電荷を転送し第１のアンプ２０Ａから信号を出力する場合には、第１のバルブゲート電極ＶＧ１には、端子Ｐ１１から与えられるクロック信号と同様のクロック信号が端子ＰＶＧ１から与えられる。一方、第１のコーナーレジスタ１６１の不使用時には、第１のバルブゲート電極ＶＧ１に端子ＰＶＧ１から所定の電圧が与えられる。これによって、第１のコーナーレジスタ１６１から出力レジスタ１４Ａに電荷が流入することが妨げられる。
また、第２のバルブゲート電極ＶＧ２は、出力レジスタ１４Ａに隣接する第２のコーナーレジスタ１６２の段１６２ａが有する複数の電極であってクロック信号が与えられる電極のうちの最も出力レジスタ１４Ａに近い電極である。第２のバルブゲート電極ＶＧ２は、端子ＰＶＧ２からの配線が接続されている。第２のコーナーレジスタ１６２によって電荷を転送し第２のアンプ２２Ａから信号を出力する場合には、第２のバルブゲート電極ＶＧ２には、端子Ｐ１２から与えられるクロック信号と同様のクロック信号が端子ＰＶＧ２から与えられる。一方、第２のコーナーレジスタ１６２の不使用時には、第２のバルブゲート電極ＶＧ２に端子ＰＶＧ２から所定の電圧が与えられる。これによって、第２のコーナーレジスタ１６２から出力レジスタ１４Ａに電荷が流入することが妨げられる。
第１の増倍レジスタ１８１は、インパクトイオナイゼーション効果によって電荷を増倍し、増倍した電荷を転送するレジスタである。第１の増倍レジスタ１８１は、第１のコーナーレジスタ１６１からの電荷を受け、増倍した電荷を生成して、当該増倍した電荷を第１のアンプ２０１へと転送する。
第１の増倍レジスタ１８１には、端子ＰＭ１１、ＰＤＣ１、ＰＭ２１、及びＰＭ３１から伸びる配線が接続されている。端子ＰＭ１１、ＰＭ２１、及びＰＭ３１は、第１の増倍レジスタ１８１に三相のクロック信号を入力するための端子である。また、端子ＰＤＣ１は、第１の増倍レジスタ１８１に障壁を形成するためのＤＣ電圧が入力される端子である。第１の増倍レジスタ１８１は、これら端子ＰＭ１１、ＰＤＣ１、ＰＭ２１、及びＰＭ３１に入力される信号を受けることにより、増倍した電荷を生成し、当該電荷を転送する。
第２の増倍レジスタ１８２も、インパクトイオナイゼーション効果によって電荷を増倍し、増倍した電荷を転送するレジスタである。第２の増倍レジスタ１８２は、第２のコーナーレジスタ１６２からの電荷を受け、増倍した電荷を生成して、当該増倍した電荷を第２のアンプ２０２へと転送する。
第２の増倍レジスタ１８２には、端子ＰＭ１２、ＰＤＣ２、ＰＭ２２、及びＰＭ３２から延びる配線が接続されている。端子ＰＭ１２、ＰＭ２２、及びＰＭ３２は、第２の増倍レジスタ１８２に三相のクロック信号を入力するための端子である。また、端子ＰＤＣ２は、第２の増倍レジスタ１８２に障壁を形成するためのＤＣ電圧が入力される端子である。第２の増倍レジスタ１８２は、これら端子ＰＭ１２、ＰＤＣ２、ＰＭ２２、及びＰＭ３２に入力される信号を受けることにより、増倍した電荷を生成し、当該電荷を転送する。
第１のアンプ２０Ａは、第１の増倍レジスタ１８１によって増倍された電荷を受けて、電荷電圧変換を行い、受けた電荷の量に応じた信号を出力する。第１のアンプ２０Ａとしては、フローティングディフュージョンアンプを用いることが可能である。
第２のアンプ２２Ａは、第２の増倍レジスタ１８２によって増倍された電荷を受けて、電荷電圧変換を行い、受けた電荷の量に応じた信号を出力する。第２のアンプ２２Ａにも、フローティングディフュージョンアンプを用いることが可能である。
オーバーフロードレイン２６ａは、出力レジスタ１４Ａ、第１のコーナーレジスタ１６１、及び第２のコーナーレジスタ１６２の縁に沿って設けられている。オーバーフロードレイン２６ａの上方には、固体撮像装置１０の構造と同様に、オーバーフローゲート４２ａが設けられている。このオーバーフロードレイン２６ａは、オーバーフローゲート４２ａに所定の電圧が与えられることにより、出力レジスタ１４Ａ、第１のコーナーレジスタ１６１、及び第２のコーナーレジスタ１６２からの電荷を排出することできる。
また、第１の増倍レジスタ１８１の縁及び第２の増倍レジスタ１８２の縁のそれぞれに沿って、オーバーフロードレイン２６ｂが設けられている。オーバーフロードレイン２６ｂの上方には、固体撮像装置１０の構造と同様に、オーバーフローゲート４２ｂが設けられている。オーバーフロードレイン２６ｂは、所定の電圧が与えられることにより、第１の増倍レジスタ１８１及び第２の増倍レジスタ１８２からの電荷を排出することできる。
なお、固体撮像装置１０の場合と同様に、オーバーフローゲートに代えて、ｎ型半導体領域とオーバーフロードレインとの間にｎ−型の半導体領域が形成されていてもよい。
以下、固体撮像装置１０Ａの動作を説明する。固体撮像装置１０Ａでは、２ポートから信号を出力する場合、即ち、第１のアンプ２０Ａ及び第２のアンプ２２Ａから信号を出力する場合には、第１のエリア１２１からの電荷が第１の出力レジスタ１４１によって一方向Ｘ１に転送される。また、第２のエリア１２２からの電荷が第２の出力レジスタ１４ ２ によって他方向Ｘ２に、転送される。
第１の出力レジスタ１４１からの電荷は、第１のコーナーレジスタ１６１を介して第１の増倍レジスタ１８１に転送される。次いで、第１の増倍レジスタ１８１によって増倍された電荷が生成される。そして、第１の増倍レジスタ１８１によって増倍された電荷に基づく信号が、第１のアンプ２０Ａによって生成される。
第２の出力レジスタ１４２からの電荷は、第２のコーナーレジスタ１６２を介して第２の増倍レジスタ１８２に転送される。次いで、第２の増倍レジスタ１８２によって増倍された電荷が生成され転送される。そして、第２の増倍レジスタ１８２によって増倍された電荷に基づく信号が、第２のアンプ２２Ａによって生成される。このように、２ポートでの動作を行う場合、固体撮像装置１０Ａは高速に信号を出力することが可能である。
一方、２ポートから信号を出力するのではなく、動作は遅くなるものの第１のアンプ２０Ａ及び第２のアンプ２２Ａの一方のみから撮像領域１２Ａの全エリアからの電荷に基づく信号を出力することが望まれる場合がある。これは、二つの増倍レジスタを用いた場合の当該二つの増倍レジスタ間のゲインの差異による影響を出力信号から排除するためである。
例えば、第１のアンプ２０Ａのみから信号を出力する場合には、撮像領域１２Ａの全エリアからの電荷が出力レジスタ１４Ａによって一方向Ｘ１に転送される。出力レジスタ１４Ａからの電荷は、第１のコーナーレジスタ１６１を介して第１の増倍レジスタ１８１に転送される。次いで、第１の増倍レジスタ１８１によって増倍された電荷が生成される。そして、第１の増倍レジスタ１８１によって増倍された電荷に基づく信号が、第１のアンプ２０Ａによって生成される。
このように第１のアンプ２０Ａからのみ信号を出力する場合には、第２のバルブゲート電極ＶＧ２に所定の電圧が与えられる。これにより、不使用の第２のコーナーレジスタ１６２及び第２の増倍レジスタ１８２からの電荷が出力レジスタ１４Ａに流入することが妨げられる。その結果、第１のアンプ２０Ａから出力される信号におけるノイズが低減される。
また、第２のアンプ２２Ａからのみ信号を出力する場合には、撮像領域１２Ａの全エリアからの電荷が出力レジスタ１４Ａによって他方向Ｘ２に転送される。出力レジスタ１４Ａからの電荷は、第２のコーナーレジスタ１６２を介して第２の増倍レジスタ１８２に転送される。次いで、第２の増倍レジスタ１８２によって増倍された電荷が生成され転送される。そして、第２の増倍レジスタ１８２によって増倍された電荷に基づく信号が、第２のアンプ２２Ａによって生成される。
このように第２のアンプ２２Ａからのみ信号を出力する場合には、第１のバルブゲート電極ＶＧ１に所定の電圧が与えられる。これにより、不使用の第１のコーナーレジスタ１６１及び第１の増倍レジスタ１８１からの電荷が出力レジスタ１４Ａに流入することが妨げられる。その結果、第２のアンプ２２Ａから出力される信号におけるノイズが低減される。
さらに、固体撮像装置１０Ａでは、蓄積可能な電荷量より多い量の電荷が各レジスタに発生しても、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂによってそれら電荷が排出される。したがって、不使用のレジスタからの電荷が他の要素に与える影響が低減される。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態の固体撮像装置は、三相駆動の固体撮像装置であったが、本発明の固体撮像装置は四相駆動の固体撮像装置であってもよく、入力されるクロック信号の相数は何ら限定されるものではない。
また、図１に示す構造及び図７に示す構造は、マルチポート化されていてもよい。具体的には、本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置１０の出力レジスタ１４、コーナーレジスタ１６、増倍レジスタ１８、第１のアンプ２０、第２のアンプ２２、及び、第１のバルブゲート電極ＶＧ１を含む構造を一ユニットとして、複数の当該ユニットを備えていてもよい。この場合には、各ユニットの出力レジスタは撮像領域の対応の画素列からの電荷を転送する。また、各ユニットには、第２のバルブゲートＶＧ２、オーバースキャンエレメント２４、及びオーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂが含まれていてもよい。
また、本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置１０Ａの出力レジスタ１４、コーナーレジスタ１６１及び１６２、増倍レジスタ１８１及び１８２、アンプ２０Ａ及び２２Ａ、並びに、バルブゲート電極ＶＧ１及びＶＧ２を含む構造を一ユニットとして、複数の当該ユニットを備えていてもよい。この場合には、各ユニットの出力レジスタは撮像領域の対応の画素列からの電荷を転送する。また、各ユニットには、オーバーフロードレイン２６ａ及び２６ｂが含まれていてもよい。
さらに、図７に示す固体撮像装置１０Ａは２ポートの固体撮像装置であったが、本発明の固体撮像装置は、撮像領域からの対応の画素列からの電荷を受ける出力レジスタ、当該出力レジスタからの電荷を転送するコーナーレジスタ、当該コーナーレジスタからの電荷を受けて増倍した電荷を生成する増倍レジスタ、当該増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する出力レジスタ、及び、コーナーレジスタから出力レジスタへの電荷の流入を妨げるバルブゲート電極を含む構造を一ユニットとして、複数の当該ユニットを備えるマルチポート型の固体撮像装置であってもよい。
１０…固体撮像装置、１２…撮像領域、１４…出力レジスタ、１６…コーナーレジスタ
１８…増倍レジスタ、２０…第１のアンプ、２２…第２のアンプ、２４…オーバースキャンエレメント、２６ａ ，２６ｂ…オーバーフロードレイン、２８…電荷蓄積領域、３…ｐ型基板、３２…ｐ型エピタキシャル層、３４…ｎ型領域、３６…電極、３８…チャネルストップ層、４０…誘電体層、４２ａ，４２ｂ…オーバーフローゲート、４４…誘電体層、４６…ｎ−型半導体領域、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，ＰＤＣ，ＰＶＧ１，ＰＶＧ２…端子、ＶＧ１…第１のバルブゲート電極、ＶＧ２…第２のバルブゲート電極、１０Ａ…固体撮像装置、１２Ａ…撮像領域、１２１…第１のエリア，１２２…第２のエリア、１４Ａ…出力レジスタ、１４１…第１の出力レジスタ、１４２…第２の出力レジスタ、１６１…第１のコーナーレジスタ、１６２…第２のコーナーレジスタ、１８１…第１の増倍レジスタ、１８２…第２の増倍レジスタ、２０Ａ…第１のアンプ、２２Ａ…第２のアンプ、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，ＰＭ１１，ＰＭ２１，ＰＭ３１，ＰＭ１２，ＰＭ２２，ＰＭ３２，ＰＤＣ１，ＰＤＣ２…端子。

Claims (5)

  1. 撮像領域と、
    前記撮像領域から転送される電荷を受けて該電荷を転送する出力レジスタであって、一方向と該一方向と逆の他方向とに選択的に電荷を転送可能な該出力レジスタと、
    前記出力レジスタから前記一方向に転送される電荷を転送するコーナーレジスタと、
    前記コーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する増倍レジスタと、
    前記増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を出力する第１のアンプと、
    前記出力レジスタによって前記他方向に転送される電荷に基づく信号を生成する第２のアンプと、
    前記第２のアンプのみから信号を出力する場合に、前記出力レジスタと前記コーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるためのバルブゲート電極と、
    を備える固体撮像装置。
  2. 前記コーナーレジスタ及び前記増倍レジスタに蓄積された電荷を排出するためのオーバーフロードレインを更に備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記出力レジスタから前記他方向に転送される電荷を前記第２のアンプに転送するためのレジスタであるオーバースキャンエレメントと、
    前記第１のアンプのみから信号を出力する場合に、前記出力レジスタと前記オーバースキャンエレメントとの間での電荷の転送を妨げるための別のバルブゲート電極と、
    を更に備える、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 撮像領域と、
    前記撮像領域から転送される電荷を受けて該電荷を転送する出力レジスタであって、一方向と該一方向と逆の他方向とに選択的に電荷を転送可能な該出力レジスタと、
    前記出力レジスタから前記一方向に転送される電荷を転送する第１のコーナーレジスタと、
    前記第１のコーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する第１の増倍レジスタと、
    前記第１の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する第１のアンプと、
    前記出力レジスタから前記他方向に転送される電荷を転送する第２のコーナーレジスタと、
    前記第２のコーナーレジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する第２の増倍レジスタと、
    前記第２の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する第２のアンプと、
    前記第２のアンプのみから信号を出力する場合に、前記出力レジスタと前記第１のコーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるための第１のバルブゲート電極と、
    前記第１のアンプのみから信号を出力する場合に、前記出力レジスタと前記第２のコーナーレジスタとの間での電荷の転送を妨げるための第２のバルブゲート電極と、
    を備える固体撮像装置。
  5. 前記第１及び第２のコーナーレジスタ及び前記第１及び第２の増倍レジスタに蓄積された電荷を放出するためのオーバーフロードレインを更に備える、請求項４に記載の固体撮像装置。
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