JPH0319368A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は受光部で入射光を光電変換し発生した信号電荷
を読み出す固体撮像装置に関し、特に暗電流Ｍ音の低減
を図った固体撮像装置に関する。

Ｃ発明の概要） 本願の第１の発明は、半導体基板に？Ｊ７数の受光部が
形成される固体撮像装置において、信号電荷の浩積用の
第１のポテンシャル井戸と界面のＩｌｌ｝電流電荷の蓄
積用の第２のポテンシャル井戸を各受光部に設け、第２
のポテンシャル井戸から掃き出し手段により暗電流を掃
き出すことにより、暗電流雑音の低凍を図るものである
。また、さらに本願の第２の発明は、受光部に第１の蓄
積部と、それより容量が大きく第１の蓄積部から溢れた
電荷を蓄積する第２の蓄積部を設け、電荷量に応じて第
１の蓄積部からのみの読み出しと、第１，第２の蓄積部
の電荷を加算した読み出しを切り換えることにより、同
様に暗電流雑音の低減を図るものである． Ｃ従来の技ｊネｉ〕 ＣＣＤイメージャは、通常、受光部に入射した光が光電
変換され、それが信号電荷として受光部に蓄積される。

この受光部の構造としては、ｎ型のシリコン基板にＰ型
のウェルを形成し、そのｐ型のウエルの表面にｎ゛型の
不純物領域を形成してフォトダイオードとするものが知
られ、さらにフォトダイオードの表面にｐ型の不純物領
域（正孔蓄積層）を形成する技術も知られる（例えば「
日経マイクロデハイス，　，　１９８７年１０月号．６
０〜６３頁（日経マグロウヒル社発行）参照．）．この
ｐｎ’ｐｎ構造からなる受光部では、ｎ゛型の不純物領
域に対応してボテンンヤル井戸が形成され、そのポテン
シャル井戸に信号電荷が蓄積される。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上述の受光部の構造では、シリコン基板の表
面のｐ型の不純物ｗ４３ｔｉと受光部の表面を被覆する
シリコン酸化膜の界面に暗電流が発生した場合、信号電
荷を蓄積するためのポテンシャル井戸まで暗電流電荷が
流れ込むことがあり、信号のＳ／Ｎ比を劣化させる原因
となっている。

また、大信号時に比較して低照度時では蓄積される信号
電荷も少量となる。従って、微小な信号時における暗電
流雑音は、相対的にその割合が増大して顕著なものとな
る． そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、第１に、
半導体基板の表面に発生した暗電流雷荷が信号電荷を蓄
積部まで流入しないような固体撮像装置の提供を目的と
し、第２に、低照度時において暗電流電荷が相対的に増
大することを防止する固体撮像装置の提供を目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達威するために、本願の第１の発明の固体
撮像装置は、半導体基板に複数の受光部が形成される。

これら受光部は例えばマトリクス状やライン状に配列さ
れる。それら各受光部は、基板内部で信号電荷をＭ楕す
る第１のポテンシャル井戸と、その第１のポテンシャル
井戸上の上記半導体基板の界面に形成される第２のポテ
ンシャル井戸を有している。このような２つのボテンン
ヤル井戸を形成するために、例えば上記半導体基板をｎ
型とする場合では、ｐ型のウェル領域内に、光電変襖の
ためのｎ゛型の不純物領域を設けてフォトダイオードを
形成し、さらにそのｎ゛型の不純物領域の界面側に、界
面から順にｎ型の不純物領域とｐ型の不純物領域が積層
される構造にでき、この場合第２のポテンシャル井戸は
界面に形成される．そして、本発明の固体撮像装置では
、上記第２のボテンンヤル井戸に蓄積された電荷は掃き
出し手段により掃き出される．このような掃き出し手段
としては、基板界面で霊気的に接続したドレイン等が挙
げられる。

また、本願の第２の発明では、半導体基板に複数の受光
部が形成され、それら各受光部は、光電変換による発生
電荷を蓄積する第１の房積部と、その第１の蓄積部より
も大きい容量を有し且つ上記第１の蓄積部から溢れた電
荷を岳禎する第２の蓄積部を有している。このような大
小の容量の２つの蓄積部を形成するために、各蓄積部の
面積や不純′ｊＩｙＪ４度等を調整することができる。

第２の菩積部は、溢れた電荷のみを蓄積する目的で遮光
される構造としても良く、或いは第１の蓄積部から溢れ
た電荷のみならず第１の蓄積部とは別に第２の蓄積部自
体で光電変換された電荷をも蓄積させても良い。また、
第１の蓄積部と第２の蓄積部の間には、隘れ始める電荷
量を設定するための一定又は可変の障壁高さを有したオ
ーバーフローバリャが設けられる。また、第２のＭ　Ｊ
Ｊ部は垂直レジスタ部等の電荷転送部を用いる構成であ
っても良い。そして、本発明の固体撮像装置では、上記
発生電荷が上記第１の蓄積部の容量を越えない場合は上
記第１の蓄積部に蓄積された電荷のみが読み出され、上
記発生電荷が上記第ｌの蓄積部の容量を越える場合は上
記第１の蓄積部及び上記第２の蓄積部にそれぞれ蓄積さ
れた電荷が加算されて読み出される。

〔作用〕

まず、本願の第１の発明では、第１のポテンシャル井戸
の界面側に形成される第２のポテンシャル井戸に、基板
界面で発生ずる暗電流電荷が蓄積され、第１のポテンシ
ャル井戸までにその暗電流電荷は至らない。この第２の
ポテンシャル井戸の蓄積された暗電流電荷は、掃き出し
手段によって帰き出され、信号電荷として読み出される
ことはない。

また、本願の第２の発明では、光電変換により生ずる発
生電荷を単一の蓄積部に蓄積するのではなく、第１の蓄
積部と第２の蓄積部に分けて蓄積する。暗電流電荷は、
蓄積部の容量に応して流入するが、第１の蓄積部は第２
の蓄積部よりも容量が小さくされ、従って、第１の蓄Ｊ
！！部の暗電流電荷の量は小さくなる．そして、低照度
時には、第１の蓄積部の電荷だけが読み出され、その結
果、信号電荷に対する曜電流電荷量の割合は、単一の蓄
積部を用いる場合と比較して十分に小さくされる。また
、第１の蓄積部から溢れる程の電荷が発生した場合には
、第２の蓄積部がその溢れた電荷をＭＪ！Ｉする。この
ため感度の劣化が生ずるようなことはない． 〔実施例］ 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する． 第１の実施例 本実施例の固体撮像装置は、ＣＣＤイメージャの例であ
って、シリコン基板の界面に第２のポテンシャル井戸が
形放される例である。

まず、本実施例のＣＣＤイメージャの断面構造を第２図
に示す。このＣＣＤイメージャは、ｎ型のノリコン基板
１を用いており、このｎ型のンリコン基板１にＰ型のウ
ェル領域２が形成される。

このｐ型のウェル領域２の内部に、複数の受光部３と電
荷転送部１０が形成される． 受光部３の構造は、基板界面４上にシリコン酸化膜５が
形成されており、このシリコン酸化膜５の下部には基板
界面４に臨んで薄い厚みでｎ型の不純物領域６が形成さ
れる．このｎ型の不純物領域６は、第２のポテンシャル
井戸を形成するための領域であり、シリコン基板−シリ
コン酸化膜の界面に発生する暗電流電荷を蓄積する。こ
の界面のｎ型の不純物領域６の下部には、そのｎ型の不
純物領域６に接してｐ型の不純物領域７が形成される．
このｐ型の不純物頭域７は、第１のボテンンヤル井戸と
第２のポテンシャル井戸の間のポテンシャルバリアを得
るための領域である。このｐ型の不純物領域７の下部に
はｎ型の不純物領域８が形成される。このｎ型の不純物
領域８は、光電変換により発生する信号電荷（電子）を
１積するための領域である。そのｎ型の不純物領域８に
第ｌのポテンシャル井戸が形成される。ｎ型の不純物領
域８とその下部のｐ型のウェル領域２の間のｐｎ接合か
らフォトダイオードが構威される。

このように受光部３の構造は界面から順にｎｐｎ’ｐｎ
構造となる．いま第■図に受光部３のポテンシャル分布
を示す。界面のｎ型の不純物領域６に対応して第２のボ
テンンヤル井戸Φ２が形成され、ｐ型の不純物領域７に
対応してポテンシャルバリアΦ８が形成される。そのポ
テンシャルバリアΦ．の下部には、ｎ型の不純物領域８
に対応した第１のポテンシャル井戸Φ，が形成され、こ
の第Ｉのポテンシャル井戸Φ１Ｇこ入射光に応して光電
変換された信号電荷Ｑｓｉ（Ｂが蓄積される。ｐ型のウ
ェル領域２は、基板との間のボテンソヤルバリアΦ．と
なり、縦型オーバーフロードレイン構造とする場合には
、ポテンシャルハリアΦイの障壁高さが変化する。ｎ型
のシリコン基板１に対応してポテンシャルΦ，．Ｊ．が
形成される，そして、後述するように、第１のポテンシ
ャル井戸Φ１には信号電荷Ｑｓｉｇが蓄積されて読み出
されるが、界面の第２のポテンシャル井戸Φ２には暗電
流電薄Ｑ，が蓄積されて、その暗電流電荷Ｑ０は掃き出
される。

次に、再び第２図を参照し、電荷転送部１０等の構造に
ついて説明する．上記ｐ型のウェル領域２の内部には、
垂直転送レジスタとしてのｎ型の不純物領域からなる埋
め込みチャンネル層１ｌが形成される。この埋め込みチ
ャンネルＩＩＩは、底部にｐ型の不純物領域からなる第
２のウエル領域１２を有ずる。この第２のウェル領域１
２によってスミアの改善等がなされる．埋め込みチャン
不ル層１１とフォトダイオードとして機能する上記ｎ型
の不純物領域８の間にはｐ型の不純物領域からなる読み
出しゲート部１３が形成される．すなわち、ｎ型の不純
物領域８で発生した信号電荷は、その読み出しゲート部
１３を介して埋め込みチャンネル層１１に転送される。

この読み出しゲート部１３と埋め込みチャンネル層１ｌ
の上部には、ゲート酸化膜１４を介して多層構造の転送
電極ｌ５が形成されている．従って、この転送電極１５
に供給されるクロックに応して、埋め込みチャンネル層
１１の電荷は転送されて行き、或いは読み出しゲート部
１３のポテンシャルバリアが下げられて、上述の如き信
号電荷の埋め込みチャンネルＭｌｌへの転送が行われる
。埋め込みチャンネル層１ｌと第２のウェル領域１２の
読み出しゲート部１３側と逆側には、垂直列を分割する
ようにチャンネルストンパー頭Ｍ＋６が形成される。

このチャンネルストノパー領域１６は、ｐ型の不純物領
域からなり、他の垂直列のｎ型の不純物領域８との間を
分割する． 次に、第３図は本実施例のＣＣＤイメージャの平面図で
ある。このＣＣＤイメージャはインターライン転送型で
あり、マトリクス状に受光部３が配列され、その垂直列
に沿って電荷転送部１０が形成される．受光部３と電荷
転送部ｌＯの間には、読み出しゲート部ｌ３又はチャン
不ルストンバー領域１６が形成され、各受光部３は各セ
ル毎に分離される。そして、各受光部３の垂直列に沿っ
て、図中斜線を以て示す領域のように、ｎ型の不純物頷
域６は連続して形成される。すなわち、第２図のｎ型の
不純物領域８は垂直方向で各セル毎に分離されるが、界
面に形成され第２のポテンシャル井戸を形成するｎ型の
不純物領域６は垂直方向で連続し各セル共通のものとさ
れる。このように垂直方向で各セル間で連続するｎ型の
不純物領域６は撮像領域の上端部に配設されるドレイン
領域ｌ７に接続する．このドレイン領域１７は不要な電
荷の掃き出し手段として機能するものであり、特に本実
施例のドレイン領域１７は第２のポテンシャル井戸Φ２
に蓄積された暗電流電荷を掃き出すことができる。この
ドレイン領域ｌ７は電子シャッターやオーバーフロー用
のドレインと共通であっても良い．なお、図示しない水
平転送レジスクは、ドレイン領域ｌ７と各電荷転送部１
０を挟んで反対側に形成され、ｌライン毎の映像信号の
読み出しを可能とさせる。

このような構造を有する本実施例のＣＣＤイメージャは
、第ｌ図に示すように、上記ｎ型の不純物領域６に界面
で発生する暗電流電荷Ｑ０を蓄積することができ、その
ＵｆＪ　ｆｉ　ｉＪｔ電荷ＱＤは、信号電荷Ｑｓｉｇを
蓄積するための第１のボテンンヤル井戸Φ１には至らな
い。よって、信号電荷Ｑｓｉｇに賄電流電荷Ｑ．による
雑音成分が含まれなくなり、Ｓ／Ｎ比の向上等が行われ
る。第２のボテンンヤル井戸Φ２に蓄積される暗電流電
荷Ｑ，は、界面に沿って受光部３の垂直列方向に連続す
るｎ型の不純物領域６に沿って掃き出されて行き、最總
的に掃き出し手段であるドレインｖ４域１７に到達する
．このため暗電ｍＷ荷Ｑ０がポテンシャルバリアΦ，を
越えて第ｌのポテンシャル井戸Φ，に琉入するような問
題も生しない。

なお、信号電荷Ｑｓｉｇの読み出し動作については、通
常のＣＣＤイメージャと同様に受光部３から読み出しゲ
ート部１３を介して電荷転送部１０に転送され、水平転
送レジスタを介して出力されるものである． 上述のように、本実施例のＣＣＤイメージャは、シリコ
ンとシリコン酸化膜の界面で発生する暗電流電荷Ｑ．が
第２のポテンシャル井戸Φ２に蓄積され、それがドレイ
ン領域１７に掃き出される．このためＳ／Ｎ比の改善や
固定パターン雑音の除去等を図ることが可能となる． 第２の実施例 本実施例は、各受光部に大小の２つの蓄積部を形成した
ＣＯＤイメージャであって、特に低照度時の暗電流の悪
影響を卯えた例である。

まず、その概略的な構造を第４図に示す。第４図に示す
ように、本実施例のＣＣＤイメージャ２ｌは、複数のマ
トリクス状に配列される受光部２２を有している．各受
光部２２は、第１の蓄積部２３と第２の蓄積部２４の２
つの蓄積部からなる．第１の蓄積部２３は、入射光を光
電変換した信号電荷を蓄積し、その蓄積容量は小さい．
第２の蓄積部２４は、その第１の蓄積部２３よりも大き
い蓄積容量を有し、上記第ｌの蓄積部２３から溢れた電
荷を蓄積する．第２の蓄積部２４の面積は第１の蓄積部
２３の面積よりも大きい．垂直レジスタ部は、上記第１
及び第２の蓄積部２３．２４に対応して、それぞれ各垂
直列毎に、第１の垂直レジスタ２５と第２の垂直レジス
タ２６を有している。第１の垂直レジスタ２５は、第Ｉ
の蓄積部２３に蓄積された電荷を垂直方向に転送するた
めのレジスタであり、受光部２２の垂直列に沿って形成
され、第１の蓄積部２３の読み出しゲート側に設けられ
る。第２の垂直レジスタ２６は、第２の蓄積部２４から
の電荷を垂直方向に転送するためのレジスタであり、同
様に受光部２２の垂直列に沿って形成され、第２の蓄積
部２４の読み出しゲート側に形成される。ここで、第１
の蓄積部２３と第２の蓄積部２４の各読み出しゲートの
位置は、同じ垂直列で異なる側に配されており、従って
、一垂直列の受光部２２に対して、一方側に第１の垂直
レジスタ２５が形成され、他方側に第２の垂直レジスタ
２６が形成されて、受光部２２の間で隣接する垂直レジ
スタ２５．２６同士は異なる垂直列の電荷を転送するこ
とになる。

このような２系統の垂直レジスタ２５．２６は、さらに
２系統の水平レジスタ２７．２８に接続する．すなわち
、水平レジスタ部は、水平方向に互い平行に形成された
第１の水平レジスタ２７と第２の水平レジスタ２８とか
らなる。第ｌの水平レジスク２７は、第１の垂直レジス
タ２５と電気的に接続される。第２の水平レジスタ２Ｂ
は、第２の垂直レジスタ２６と電気的に接続される．各
水平レジスタ２７．２８の終端部には、出力バツファが
設けられ、ここで電荷が電圧に変換されて出力される． 第１の蓄積部２３からの信号電荷に応して出力される第
１の水平レジスタ２７の出力信号は、比較器２９に供給
されると共に加算器３０に供給される．比較器２９には
基準電圧Ｖ　ｒｅｆが供給されており、基準電圧Ｖ　ｒ
ｅｆ　と第１の水平レジスタ２７の出力レヘルを比較し
た結果に応した信号が、スイッチ３ｌに送られる．第２
の蓄積部２４からの出力にかかる第２の水平レジスタ２
８の出力信号はスインチ３ｌを介して加算器３０に供給
される．従って、スイッチ３ｌがオンならば加算器３０
まで第２の水平レジスタ２８の信号が転送され、スイッ
チ３ｌがオフならば加算器３０までは第２の水平レジス
タ２８の信号は転送されない．スイッチ３Ｉは比較器２
９からの比較した結果の信号ＣＴにより制御される．具
体的には、第１の水平レジスタ２７の出力レベルが基皐
電圧Ｖｒ＋Ｊよりも高ければスイッチ３１はオンにされ
、第１の水平レジスタ２７の出力レベルが基準電圧Ｖ　
ｒｅｆよりも低ければスインチ３１はオフにされる．こ
こで、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを第１の蓄積部２３か
ら信号電荷が溢れ始める時のレベルとすることで、第２
の蓄積部２４まで電荷が隘れた時だけ加算器３０により
第１の蓄積部２３の電荷と第２の蓄積部２４の電荷が加
算されるような信号処理が行われることになる。

次に、第５図を参照して、受光部２２付近の断面構造に
ついて説明する．受光部はｎ型のシリコン基Ｆｉ５１上
に形成されたＰ型のウエル領域５２内に形成される．こ
のｐ型のウェル領域５２の表面にフォトダイオードを構
成するロー型の不純物Ｍ域５３が形成され、このｎ一型
の不純物領域５３は入射光を光覚変換して電荷の形で蓄
積する前記第Ｉの蓄積部として機能する，このｎ一型の
不純物領域５３は隣接する受光部や垂直レジスタとの間
にチャンネルストッパー領域５４を有する。

また、その表面にはシリコン酸化膜５６が被覆され、遮
光膜５７は上記ｎ一型の不純物領域５３上で開口してい
る。ｎ一型の不純物領域５３は不純物濃度が低濃度とさ
れ、その面積も小さいためにポテンシャル井戸Φ．が浅
くされる。このため容量が小さいものとなり、高照度時
には電荷が溢れる反面、そのポテンシャル井戸Φ１．に
集まる暗電流電荷も小量となる．その同し受光部内には
、さらに遮光膜５７に遮光された領域に第２の蓄積部と
なるｎ゛型の不純物領域５日がｐ型のウエル領域５２の
表面に臨んで形成される．同し受光部内の第２の蓄積部
となるｎ゛型の不純物領域５８と上記ｎ一型の不純物領
域５３の間には、ｐ一型の不純物領域からなるオーバー
フローバリャ領域５５が形戒される。ｎ゜型の不純物領
域５８は遮光されて入射光を直接光電変換することはな
いが、不純物濃度が高濃度とされ、その面積も大きいた
めにポテンシャル井戸Φ，ｆが深くされる．このｎ゛型
の不純物領域５８に蓄積される電荷は、第１の蓄積部で
あるｎ一型の不純物領域５３から隘れて、オーバーフロ
ーバリャ領域５５を越えて流入する電荷である．従って
、ｎ一型の不純物頌域５３で発生する電荷量が多い時に
は、ｎ一型の不純物領域５３のみならずｎ゛型の不純物
領Ｊｊｉ５８にも電荷が蓄積され、共に読み出されて最
後の加算器３０で加算されることになる。また、ｎ゛型
の不純物領域５８に電荷が溢れない時は、第１の蓄積部
であるｎ一型の不純物領域５３に蓄積された電荷のみの
読み出しが行われることになる。

次に、第６図を参照して高照度時である大信号時につい
て説明し、続いて第７図を参照して低照度時である小信
号時について説明する。なお、第６図及び第７図は或る
受光部の基板主面に沿ったポテンシャル分布図である． まず、第６図に示すように、大信号時ではｎ型の不純物
領域５３で発生する電荷量が過剰となる。従って、チャ
ンネルストッパー領域５４のボテンンヤルバリャΦ０と
ボテンソヤルバリャ領域５５のポテンシャノレバリャΦ
，に｛夾まれたｎ一型の不純物ｅＸｂ５５３のポテンシ
ャル井戸Φ．から、ポテンシャルハリアΦ．を越えて電
子がｎ゜型の不純物領域５８にかかるポテンシャル井戸
Φ，，に溢れて流れ込む．ポテンシャル井戸Φ，２は、
上述のようにポテンシャルが深いものとされるため、暗
電流電荷Ｑｏが蓄積されるが、このポテンシャル井戸Φ
．に電荷が流れるこむ時は発生電荷量が大きいことから
、小信号時に比べて晴電流電荷Ｑ＃の電荷量は相対的に
小さくなる。

次に、第７図に示すように、小信号時ではｎ型の不純物
領域５３で発生する電荷は小量であり、ポテンシャルバ
リアΦ，を越えて大容量のポテンシャル井戸Φ．に発生
電荷が溢れることはない．ポテンシャル井戸Φ１．は上
述のように容量が小さく、ポテンシャルが浅いためにほ
とんど暗電流電荷が蓄積しない．従って、小信号時には
小量の発生電荷をポテンシャル井戸Φ１１のみに蓄積す
ることになり、その発生電荷中の暗ｉｉｉ電荷の割合も
小さい． このように各受光部２２毎に発生電荷の蓄積状態が異な
った状態で、本実施例のＣＣＤイメージャの読み出しが
行われる．まず、読み出しの経路について第４図を参照
して説明すると、第■の蓄積部２３に対応したポテンシ
ャルΦ１１から第ｌの垂直レジスタ２５に電荷が読みだ
され、その第１の垂直レジスタ２５から第１の水平レジ
スタ２７に電荷が転送される．これと同時に、第２の蓄
積部２４に対応したポテンシャルΦｌ２から第２の垂直
レジスタ２６に電荷が読み出され、その第２の垂直レジ
スタから第２の水平レジスタ２８に電荷が転送される．
そして、第１及び第２の水平レジスタ２７．２８の転送
動作は、並行して行われ、同し受光部２２の第１及び第
２の蓄積部２３．２４に蓄積された電荷が同しタイミン
グで、各水平レジスタ２７．２８の出力部に現れる。

この後、第１の水平レジスタ２７の出力レベルに応じて
、加算器３０による加算が行われるか否かが選択される
． 具体的に、まず、加算が行われる場合は、発生電荷が第
６図に示したように上記第Ｉの蓄積部２３の容量を越え
る場合であって、ポテンシャル井戸Φ１ｔに電荷が濡れ
てきた時である。そこで、第１の水平レジスタ２７の出
力レヘルを比較器２９によって基準電圧Ｖｒｅｆと比較
して、発生電荷が溢れた程のレベルであるとされる場合
には、その比較器２９から生ずる信号ＣＴによってスイ
ンチ３ｌをオンにさせる。すると、同じタイくングで出
力される同し受光部２２の２つの信号が加算器３０で加
算されることになり、ポテンシャルバリアΦ，を越えて
別れた発生電荷は、出力信号の形で加算器３０で加算さ
れることになる．また、加算が行われない場合について
は、発生電荷が第７図に示したように上記第１の蓄積部
２３の容量を越えない場合であって、ポテンシャル井戸
Φ．に電荷が溢れることはなく、ポテンシャル井戸Φ，
１のみに発生電荷が蓄積される場合である．この場合で
は、第１の水平レジスク２７の出力は、前記発生電荷が
隘れた程のレベルではなく、さらに低いレベルとなる．
従って、基準電圧Ｖｒｅｆとの比較によって、比較器２
つからはスイッチ３ｌをオフにさせる信号ＣＴが出力さ
れる．その結果、加算器３０では、第２の水平レジスタ
２８からの信号が加算されることはなく、第１の水平レ
ジスク２７のみの信号すなわち第１の蓄積部２３からの
信号のみが読み出されることになる。ここで、この小信
号時の読み出しの暗電流電荷については、浅いポテンシ
ャル井戸Φ，，に対応した第Ｉの蓄積部２３からのみの
読み出しによるために、暗電ｉＪｔ電荷Ｑｏは小量とな
る。よって、低照度時は暗電流電荷の量を抑えて出力す
ることができ、暗電流雑音の低減を図ることができる。

なお、本実施例では、垂直レジスタ部や水平レジスタ部
はそれぞれ２系統を有する構成としているが、ｌ系統の
垂直レジスタや水平レジスタを用い、第１の蓄積部から
と第２の蓄積部からの信号を時分割で出力するようにし
、最後に加算させるようにすることもできる。

第３の実施例 本実施例は、第２の実施例の変形例であって、垂直レジ
スタを第２の蓄積部とするＣＯＤイメージャの例である
． その概略的な構造を第８図に示す．受光部は、マトリク
ス状に配列されるが、その受光部のうちの第１の蓄積部
８ｌは、垂直レジスタ８２に沿って並べて配置される．
また、第２の蓄積部は垂直レジスタ８２を用いて構威さ
れる。すなわち、外見上は、通常のインターライン転送
型の構造となるが、第ｌの蓄積部８１を溢れた電荷は、
垂直レジスタ８２にそれぞれ絵素に対応した形で蓄積さ
れて行く．第１の蓄積部８ｌのポテンシャルは浅くされ
、その容量が小さくされると共に暗電流電荷が殆ど蓄積
されない。第２の蓄積部を有した垂直レジスタは、その
容量が大きくされ、読み出しゲートを介して溢れた第１
の蓄積部からの発生電荷を蓄積し、大信号時でも発生電
荷が飽和することかない。

読み出しのための構威は、第２の実施例のものと同様で
あり、垂直レジスタ８２を時分割或いは２系統の転送用
に使用して、第１の蓄積部８ｌから水平レジスタ８３に
、第２の蓄積部から水平レジスタ８４に転送する。以下
、比較１８５，スイノチ８６，加算器８７を、第２の実
施例と同様に第１の蓄積部８１から発生電荷が隘れたか
否かによって選択的に動作させ、加算若しくは非加算の
出力を行う． このように第２の蓄積部として垂直レジスタのポテンシ
ャルを利用することも可能とされる。

（発明の効果〕 本願の第１の発明の固体撮像装置では、基板界面に形成
される第２のポテンシャル井戸に暗電疏電荷が蓄積され
、且つ掃き出される。このため、信号電荷を蓄禎する第
１のポテンシャル井戸はその暗電流電荷が混しらずに出
力される。従って、出力信号のＳ／Ｎ比を高めることが
でき、固定バターン雑音等の不良を取り除くことができ
る．また、本願の第２の発明の固体撮像装置では、低照
度時にはポテンシャルの浅く容量の小さい第ｌの蓄積部
のみから信号が取り出され、この第１の蓄積部は暗電流
電荷の量が小量であることから、微弱な信号におけるｎ
ｌ’ｌ電２ｉｔ電荷の量を小さくすることができ、良質
の画像出力を得ることができる．また、第１の蓄積部か
ら溢れる程の電荷が発生した時でも、容量の大きい第２
の蓄積部を用いて最終的に加算して出力することができ
、２つのＭＭ！部に分けて電荷を蓄積する横戒であって
も、感度の劣化等は生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の一例のポテンシャル分
布図、第２図はその一例の要部の断面図、第３図はその
一例の要部の模式的な平面図である。 また、第４図は本発明の固体撮像装置の他の一例の構或
図、第５図は上記他の一例の要部断面図、第６図は上記
他の一例の大信号時のポテンシャル分布図、第７図は上
記他の一例の小信号時のポテンシャル分布図である．第
８図は本発明の固体撮像装置のさらに他の一例の構成図
である８６．８・・・ｎ型の不純物領域 ７・・・ｐ型の不純物領域 Φ，Φ２．Φ１１，ΦＩ１・・ポテンシャル井戸２３．
８１・・・第１の蓄積部 ２４・・・第２の蓄積部 ３０．８７・・・加算器 Ｑ，・・・暗電流電荷

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に複数の受光部が形成され、それら各
   受光部は、基板内部で信号電荷を蓄積する第１のポテン
   シャル井戸と、その第１のポテンシャル井戸の上記半導
   体基板の界面側に形成される第２のポテンシャル井戸を
   有し、上記第２のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を
   掃き出し手段により掃き出すことを特徴とする固体撮像
   装置。
2. （２）半導体基板に複数の受光部が形成され、それら各
   受光部は、光電変換による発生電荷を蓄積する第１の蓄
   積部と、その第１の蓄積部よりも大きい容量を有し且つ
   上記第１の蓄積部から溢れた電荷を蓄積する第２の蓄積
   部を有し、上記発生電荷が上記第１の蓄積部の容量を越
   えない場合は上記第１の蓄積部に蓄積された電荷のみが
   読み出され、上記発生電荷が上記第１の蓄積部の容量を
   越える場合は上記第１の蓄積部及び上記第２の蓄積部に
   それぞれ蓄積された電荷が加算されて読み出されること
   を特徴とする固体撮像装置。