JPH01251756A

JPH01251756A - 電荷結合装置

Info

Publication number: JPH01251756A
Application number: JP63078707A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Matsunaga; 誠之松長
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、高感度・広ダイナミツクレンジを必要とする
固体撮像素子に用いられる電荷結合装置に関する。

（従来の技術）近年、固体撮像装置として、受光素子と電荷結合素子と
を組合わせたものが広く用いられている。電荷結合素子
は、一般に第３図及び第４図に示す如く構成されている
。そして、半導体基板１上に薄い絶縁膜２を介して隣接
配置された複数の転送電極３．＋　　３２　＋　　３３
　＋　・・・に適切な駆動パルスを印加することにより
、半導体基板１内の基板１と反対導電型の転送チャネル
４内を転送されてきた信号電荷は最終段電極５下のチャ
ネルを通り、転送チャネルと同一導電型の検出拡散層６
内に転送され、その検出容量により電圧信号に変換され
、ソースホロア回路７でインピーダンス変換され出力さ
れる。なお、検出が済んだ信号電荷は、リセットゲート
８をＯＮすることよりリセットドレイン９に排出される
。

ところで、電荷結合素子を用いた固体撮像装置は、最近
多画素化及びチップの縮小化が進んでおり、この固体撮
像装置の感度を落とさないようにするためには、電荷結
合素子の検出感度を十分に上げる必要がある。しかしな
がら、感度が高い検出器は一般に検出できる最大信号電
荷量が小さくなる。このため、検出感度を上げると検出
できる最大電荷量が小さくなり、感度が高く広いダイナ
ミックレンジを持つ電荷結合素子を実現することは困難
であった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、電荷結合素子は高感度で広ダイナミツ
クレンジの検出特性を持っている必要があるが、検出器
（信号電荷の検出器）にこのような特性を実現すること
は困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、高感度で広ダイナミツクレンジの検
出特性を持っている電荷結合装置を提供することにある
。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、転送チャネルを２つに分け、一方で小
信号を検出し他方で大信号を検出することにより、高感
度と広ダイナミツクレンジの双方を達成することにある
。

即ち本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して隣接配置
された複数の転送電極と、前記基板の表面に前記電極の
配列方向に沿って形成された第１の転送チャネルと、こ
の第１の転送チャネルの最終段電極に隣接して設けられ
た第１の出力回路と、前記基板の表面に前記電極の配列
方向に沿って形成され、且つ信号電荷の転送方向の途中
から第１の転送チャネルとは分離された第１の転送チャ
ネルよりもポテンシャルの深い第２の転送チャネルと、
この第２の転送チャネルの最終段電極に隣接して設けら
れた第２の出力回路とを具備した電荷結合装置であり、
前記第１の出力回路を前記第２の出力回路よりも最大検
出電荷量の大きいもの出し、前記第２の出力回路を前記
第１の出力回路よりも検出感度の高いものとしたもので
ある。

（作　用）本発明によれば、第１の出力回路では検出感度は低いが
最大検出電荷量の大きな検出器を用い第２の出力回路で
は最大電荷量は小さいが検出感度の高い検出器を用いる
ことにより、微小な電荷は第２の転送チャネルの出力回
路で検出することができ、大容量の電荷は第１の転送チ
ャネルの出力回路で検出することができる。従って、高
感度で広いダイナミックレンジを実現することが可能と
なる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる電荷転送装置を示す
概略構成図である。なお、この図は前記第４図に示す平
面図に相当するものである。また、断面構造は前記第３
図と同様となっている。

電荷結合素子の転送チャネル１０をポテンシャルの低い
第１の転送チャネル１０１とポテンシャルの深い第２の
転送チャネル１０２とに分ける。

ここで、第２の転送チャネル１０２は第１の転送チャネ
ル１０１よりも幅の狭いものとし、転送方向の途中から
第１の転送チャネル１０１から分岐されている。各チャ
ネル１０１．１０□の形成にはイオン注入法を用い、第
１及び第２の転送チャネル１０＋、１０□を形成すべき
領域に燐をドーズｍ　２　Ｘ　１０１２ｃ〔２でイオン
注入した後、第２の転送チャネル１０□を形成すべき領
域に再度端をドーズ量ｌＸ１０１１ＣＩＩｌ−２でイオ
ン注入した。なお、第１及び第２の転送チャネル１０１
，１０２のポテンシャル差を第１のポテンシャル段差と
する。

第１の転送チャネル１０１を転送されてきた信号電荷と
第２の転送チャネル１０□を転送されてきた信号電荷を
それぞれ２つの電荷結合素子１１１．１１□に分割し、
それぞれに電荷検出器１２１．１２□を設ける。電荷結
合素子のチャネルのポテンシャルを第２図（ａ）（ｂ）
に示す。（ａ）゛は小信号の場合で、信号は全て第２の
転送チャネル１０□を転送され電荷結合素子１１゜、検
出器１２２で検出される。大信号の場合は両方の転送チ
ャネル１０．．１０□を転送され、電荷結合素子１１１
．１１２及び検出器１２１．１２□で検出される。電荷
検出器１２．とじては最大検出電荷量の大きいものを用
い、電荷検出器１２゜とじては検出感度の高いものを用
いる。これにより、検出器１２□で小信号を高感度に検
出し、検出器１２、で大信号を余裕をもって検出する。

なお、電荷結合素子の転送が１つの電極内に第２のポテ
ンシャル段差を持つ２相又は単相ＣＣＤの場合、第２の
ポテンシャル段差に比べ第１のポテンシャル段差が大き
いと、領域１０１以外の転送チャネルの電荷が転送され
なくなる。

そのため、第１のポテンシャル段差は第２のポテンシャ
ル段差より小さい必要がある。

高感度検出器（検出器１２２）としては、（Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｃｌｃ
ｅ　ＭｅｅＮｎｇ１９８７　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉ
ｇｅｓｔ　６．１　）に発表されているフローティング
ウェル型検出器又は（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｃｉｃｅ　Ｍｅｅｔｉｎｇ１
９７８　Ｔｅｃｈｎｌｃａｌ　Ｄｌｇｅｓｔ　ｐｐ８１
０−ｐｐ８１４　）に発表されているフローティングサ
ーフェス型検出器か有効である。

かくして本実施例によれば、小信号は第２の転送チャネ
ル１０□のみを転送され、大信号は第１及び第２の転送
チャネル１０□、１０゜の両方を転送される。従って、
小信号は感度の高い第２の検出器１２□により検出する
ことができる。大信号の場合、第２の検出器１２□では
オーバフローしてしまい、あるレベル以上の信号は検出
できない。ところが、第１の検出器１２１は十分に検出
容量が大きいので第２の検出器１２□では検出できない
大信号も検出することができる。従って、小信号から大
信号まで検出することが可能となり、高感度、広高ダイ
ナミックレンジを実現することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。

［発明の効果コ以上詳述したように本発明によれば、転送チャネルをポ
テンシャルの異なる２つのチャネルに分離し、それぞれ
のチャネルに検出感度の異なる検出器を設けることによ
り、高感度で広ダイナミツクレンジの検出特性を持つ電
荷結合装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる電荷転送装置の概略
構成を示す平面図、第２図はポテンシャル分布を示す特
性図、第３図及び第４図は従来装置を説明するためのも
ので第３図は断面図、第４図は平面図である。１・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３１１３２１３
、〜・・・転送電極、４・・・転送チャネル、５・・・
最終段電極、６・・・検出拡散層、７・・・ソースホロ
ア回路、８・・・リセットゲート、９，９□、９□・・
・リセットドレイン、１０．・・・第１の転送チャネル
、１０□・・・第２の転送チャネル、１１１・・・第１
の電荷結合素子、１１２・・・第２の電荷結合素子、１
２、・・・第１の電荷検出器、１２２・・・第２の電荷
検出器。出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に絶縁膜を介して隣接配置された複
数の転送電極と、前記基板の表面に前記電極の配列方向
に沿って形成された第１の転送チャネルと、この第１の
転送チャネルの最終段電極に隣接して設けられた第１の
出力回路と、前記基板の表面に前記電極の配列方向に沿
って形成され、且つ信号電荷の転送方向の途中から第１
の転送チャネルとは分離された第１の転送チャネルより
もポテンシャルの深い第２の転送チャネルと、この第２
の転送チャネルの最終段電極に隣接して設けられた第２
の出力回路とを具備し、前記第１の出力回路は前記第２
の出力回路よりも最大検出電荷量の大きいものであり、
前記第２の出力回路は前記第１の出力回路よりも検出感
度の高いものであることを特徴とする電荷結合装置。
（２）電荷結合素子の転送が１つの転送電極の下にポテ
ンシャル段差を持つ２相又は単相駆動型であり、このポ
テンシャル段差よりも前記第１及び第２の転送チャネル
のポテンシャル段差の方が小さいことを特徴とする請求
項１又は２記載の電荷結合装置。