JPH1022491A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法Info
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- JPH1022491A JPH1022491A JP8188849A JP18884996A JPH1022491A JP H1022491 A JPH1022491 A JP H1022491A JP 8188849 A JP8188849 A JP 8188849A JP 18884996 A JP18884996 A JP 18884996A JP H1022491 A JPH1022491 A JP H1022491A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】例えばＣＣＤ固体撮像素子において、従来に比
してダイナミックレンジを拡大する。 【解決手段】光電変換部２に隣接して、例えば遮光した
光電変換部により電荷蓄積部１１を形成し、光電変換部
２で生成した蓄積電荷をこの電荷蓄積部１２に転送して
保持する。
してダイナミックレンジを拡大する。 【解決手段】光電変換部２に隣接して、例えば遮光した
光電変換部により電荷蓄積部１１を形成し、光電変換部
２で生成した蓄積電荷をこの電荷蓄積部１２に転送して
保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、例えばＣＣＤ固体撮像素子において、本来の光電変
換部に隣接して、例えば遮光した光電変換部により電荷
蓄積部を形成し、本来の光電変換部で生成した蓄積電荷
をこの電荷蓄積部に転送して保持することにより、この
種の固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大する。
し、例えばＣＣＤ固体撮像素子において、本来の光電変
換部に隣接して、例えば遮光した光電変換部により電荷
蓄積部を形成し、本来の光電変換部で生成した蓄積電荷
をこの電荷蓄積部に転送して保持することにより、この
種の固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＣＣＤ固体撮像素子においては、
マトリックス状に配置した光電変換部において、それぞ
れ入射光を光電変換して蓄積電荷を生成し、この蓄積電
荷を転送して映像信号を生成するようになされている。
マトリックス状に配置した光電変換部において、それぞ
れ入射光を光電変換して蓄積電荷を生成し、この蓄積電
荷を転送して映像信号を生成するようになされている。
【０００３】すなわち図６は、インターライン方式によ
るＣＣＤ固体撮像素子の基本的な構成を示す平面図であ
る。ＣＣＤ固体撮像素子１は、光電変換部２をマトリッ
クス状に配置し、この半導体基板の前面に図示しないオ
ンチップマイクロレンズを形成する。ここでこのオンチ
ップマイクロレンズは、ＣＣＤ固体撮像素子１の入射光
を各光電変換部２に集光し、各光電変換部２における集
光効率を増大する。各光電変換部２は、入射光を光電変
換して蓄積電荷を生成する。
るＣＣＤ固体撮像素子の基本的な構成を示す平面図であ
る。ＣＣＤ固体撮像素子１は、光電変換部２をマトリッ
クス状に配置し、この半導体基板の前面に図示しないオ
ンチップマイクロレンズを形成する。ここでこのオンチ
ップマイクロレンズは、ＣＣＤ固体撮像素子１の入射光
を各光電変換部２に集光し、各光電変換部２における集
光効率を増大する。各光電変換部２は、入射光を光電変
換して蓄積電荷を生成する。
【０００４】さらにＣＣＤ固体撮像素子１は、水平方向
に連続する光電変換部２間に垂直転送レジスタ３を形成
し、この垂直転送レジスタ３の下端に、水平転送レジス
タ４を形成する。ここで各垂直転送レジスタ３は、所定
の駆動信号により、各光電変換部２の蓄積電荷を例えば
１フィールド周期で読み出し、読み出した蓄積電荷を水
平転送レジスタ４に向かって順次転送する。水平転送レ
ジスタ４は、垂直転送レジスタ３より転送される蓄積電
荷を出力部５に向かって順次転送し、１ライン分の蓄積
電荷の転送を完了すると、垂直転送レジスタ３より続く
１ライン分の蓄積電荷を入力する。出力部５は、このよ
うに順次転送される蓄積電荷を外部の信号処理回路に出
力し、これによりＣＣＤ固体撮像素子１は、ラスタスキ
ャンの順序で順次蓄積電荷を出力する。
に連続する光電変換部２間に垂直転送レジスタ３を形成
し、この垂直転送レジスタ３の下端に、水平転送レジス
タ４を形成する。ここで各垂直転送レジスタ３は、所定
の駆動信号により、各光電変換部２の蓄積電荷を例えば
１フィールド周期で読み出し、読み出した蓄積電荷を水
平転送レジスタ４に向かって順次転送する。水平転送レ
ジスタ４は、垂直転送レジスタ３より転送される蓄積電
荷を出力部５に向かって順次転送し、１ライン分の蓄積
電荷の転送を完了すると、垂直転送レジスタ３より続く
１ライン分の蓄積電荷を入力する。出力部５は、このよ
うに順次転送される蓄積電荷を外部の信号処理回路に出
力し、これによりＣＣＤ固体撮像素子１は、ラスタスキ
ャンの順序で順次蓄積電荷を出力する。
【０００５】図７は、半導体基板上の、この垂直転送レ
ジスタ３の周辺構成を詳細に示す平面図である。ＣＣＤ
固体撮像素子１は、半導体基板上にオーバーフロードレ
インが形成された後、順次不純物を注入して、垂直転送
レジスタ３のチャンネル６、読み出しゲート７、チャン
ネルストップ８等が形成される。ここでオーバーフロー
ドレインは、余剰な蓄積電荷を排出し、またチャンネル
ストップ８は、光電変換部２に蓄積された蓄積電荷の漏
出を防止する。チャンネル６は、垂直転送レジスタ３に
おいて蓄積電荷の通路を形成し、読み出しゲート７は、
光電変換部２からチャンネル６への蓄積電荷の通路を形
成する。
ジスタ３の周辺構成を詳細に示す平面図である。ＣＣＤ
固体撮像素子１は、半導体基板上にオーバーフロードレ
インが形成された後、順次不純物を注入して、垂直転送
レジスタ３のチャンネル６、読み出しゲート７、チャン
ネルストップ８等が形成される。ここでオーバーフロー
ドレインは、余剰な蓄積電荷を排出し、またチャンネル
ストップ８は、光電変換部２に蓄積された蓄積電荷の漏
出を防止する。チャンネル６は、垂直転送レジスタ３に
おいて蓄積電荷の通路を形成し、読み出しゲート７は、
光電変換部２からチャンネル６への蓄積電荷の通路を形
成する。
【０００６】続いてＣＣＤ固体撮像素子１は、垂直転送
レジスタ３及び水平転送レジスタの電極が形成される。
このうち垂直転送レジスタ３は、図８に示すように、垂
直方向に連続する光電変換部２の間の半導体基板上に、
絶縁層を間に挟んで、水平方向に延長する第１の電極１
ＰＳ２及び１ＰＳ４がポリシリコンにより形成され、絶
縁層を間に挟んで、第１の電極１ＰＳ２及び１ＰＳ４に
積層して第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３がポリシリコ
ンにより形成される。
レジスタ３及び水平転送レジスタの電極が形成される。
このうち垂直転送レジスタ３は、図８に示すように、垂
直方向に連続する光電変換部２の間の半導体基板上に、
絶縁層を間に挟んで、水平方向に延長する第１の電極１
ＰＳ２及び１ＰＳ４がポリシリコンにより形成され、絶
縁層を間に挟んで、第１の電極１ＰＳ２及び１ＰＳ４に
積層して第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３がポリシリコ
ンにより形成される。
【０００７】ここで第１の電極１ＰＳ２及び１ＰＳ４
は、垂直転送レジスタ３の形成領域において、水平転送
レジスタ４の方向に、電極幅が拡大して形成される。こ
れに対して第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３は、垂直転
送レジスタ３の形成領域において、第１の電極１ＰＳ２
及び１ＰＳ４とは逆方向に電極幅が拡大して、その拡大
した電極幅により第１の電極１ＰＳ４及び１ＰＳ２と一
部が重なり合うように形成される。
は、垂直転送レジスタ３の形成領域において、水平転送
レジスタ４の方向に、電極幅が拡大して形成される。こ
れに対して第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３は、垂直転
送レジスタ３の形成領域において、第１の電極１ＰＳ２
及び１ＰＳ４とは逆方向に電極幅が拡大して、その拡大
した電極幅により第１の電極１ＰＳ４及び１ＰＳ２と一
部が重なり合うように形成される。
【０００８】これにより垂直転送レジスタ３は、第２の
電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３に所定の電圧を印加して、第
２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３の下層において、読み出
しゲート７を介して光電変換部２に蓄積された蓄積電荷
をチャンネル６に転送できるようになされている。また
これにより垂直転送レジスタ３は、４組の第１の電極１
ＰＳ２及び１ＰＳ４と第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３
を単位にして、いわゆる４相の駆動信号を印加して、光
電変換部２より読み出した蓄積電荷を、順次水平転送レ
ジスタに向かって転送することができるようになされて
いる。なお水平転送レジスタにおいても、同様にして電
極が形成される。
電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３に所定の電圧を印加して、第
２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３の下層において、読み出
しゲート７を介して光電変換部２に蓄積された蓄積電荷
をチャンネル６に転送できるようになされている。また
これにより垂直転送レジスタ３は、４組の第１の電極１
ＰＳ２及び１ＰＳ４と第２の電極２ＰＳ１及び２ＰＳ３
を単位にして、いわゆる４相の駆動信号を印加して、光
電変換部２より読み出した蓄積電荷を、順次水平転送レ
ジスタに向かって転送することができるようになされて
いる。なお水平転送レジスタにおいても、同様にして電
極が形成される。
【０００９】ＣＣＤ固体撮像素子１は、このようにして
転送用の電極が形成されると、これら電極のセルフアラ
インにより光電変換部２が形成された後、さらに遮光
膜、オンチップマイクロレンズ等が形成され、続くパッ
ケージング工程等を経て完成される。
転送用の電極が形成されると、これら電極のセルフアラ
インにより光電変換部２が形成された後、さらに遮光
膜、オンチップマイクロレンズ等が形成され、続くパッ
ケージング工程等を経て完成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの種のＣＣ
Ｄ固体撮像素子１は、いわゆる標準の入射光量に対して
１０倍程度の入射光量までしか光電変換した蓄積電荷を
確実に蓄積、保持することが困難で、結局、余剰な蓄積
電荷については、オーバーフロードレインを介して排出
せざるを得ない。
Ｄ固体撮像素子１は、いわゆる標準の入射光量に対して
１０倍程度の入射光量までしか光電変換した蓄積電荷を
確実に蓄積、保持することが困難で、結局、余剰な蓄積
電荷については、オーバーフロードレインを介して排出
せざるを得ない。
【００１１】これにより従来のＣＣＤ固体撮像素子１に
おいては、被写体側に対してダイナミックレンジが不足
する問題があった。具体的に、このようなダイナミック
レンジの不足により、この種のＣＣＤ固体撮像素子１に
よる撮像結果においては、ハイライトの部分でコントラ
ストが失われ、また絞りを操作してハイライトの部分に
コントラストが付くようにすると、逆に他の部分が光量
不足により黒く潰れるようになる。
おいては、被写体側に対してダイナミックレンジが不足
する問題があった。具体的に、このようなダイナミック
レンジの不足により、この種のＣＣＤ固体撮像素子１に
よる撮像結果においては、ハイライトの部分でコントラ
ストが失われ、また絞りを操作してハイライトの部分に
コントラストが付くようにすると、逆に他の部分が光量
不足により黒く潰れるようになる。
【００１２】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比してダイナミックレンジを拡大することが
できる固体撮像素子を提案しようとするものである。
で、従来に比してダイナミックレンジを拡大することが
できる固体撮像素子を提案しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、光電変換部に隣接して配置した電
荷蓄積部に、光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を
転送して保持する。
め本発明においては、光電変換部に隣接して配置した電
荷蓄積部に、光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を
転送して保持する。
【００１４】さらにこのような固体撮像素子について、
電荷転送部に供給する駆動信号の信号レベルの変化を、
間欠的に増大して、先のコントロールゲートを介して、
光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を、電荷蓄積部
に転送する。
電荷転送部に供給する駆動信号の信号レベルの変化を、
間欠的に増大して、先のコントロールゲートを介して、
光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を、電荷蓄積部
に転送する。
【００１５】光電変換部に隣接して配置した電荷蓄積部
に、光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を転送して
保持すれば、その分蓄積電荷の蓄積可能な電荷量を増大
することができ、その分ダイナミックレンジを拡大する
ことができる。
に、光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を転送して
保持すれば、その分蓄積電荷の蓄積可能な電荷量を増大
することができ、その分ダイナミックレンジを拡大する
ことができる。
【００１６】また電荷転送部に供給する駆動信号の信号
レベルの変化を、間欠的に増大すれば、コントロールゲ
ートのポテンシャルを可変することができ、この増大の
程度、期間、タイミングにより電荷蓄積部に転送する蓄
積電荷量を制御して、１の光電変換部に対応する蓄積可
能な電荷量等を制御することができ、これにより所望の
入出力特性を得ることができる。
レベルの変化を、間欠的に増大すれば、コントロールゲ
ートのポテンシャルを可変することができ、この増大の
程度、期間、タイミングにより電荷蓄積部に転送する蓄
積電荷量を制御して、１の光電変換部に対応する蓄積可
能な電荷量等を制御することができ、これにより所望の
入出力特性を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。
発明の実施の形態を詳述する。
【００１８】（１）第１の実施の形態 図２は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子
について、図８との対比により半導体基板上の領域を示
す平面図である。なおこの図２に示す構成において、図
８について上述したＣＣＤ固体撮像素子１と同一の構成
は同一の符号を付して示し、重複した説明は省略する。
について、図８との対比により半導体基板上の領域を示
す平面図である。なおこの図２に示す構成において、図
８について上述したＣＣＤ固体撮像素子１と同一の構成
は同一の符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００１９】このＣＣＤ固体撮像素子１０は、光電変換
部２と電荷蓄積部１２とを垂直方向に隣接して配置して
対を形成し、この対をマトリックス状に配置する。すな
わちＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板上にオーバ
ーフロードレインを形成した後、順次、垂直転送レジス
タ３のチャンネル６、読み出しゲート７、チャンネルス
トップ８等が形成される。
部２と電荷蓄積部１２とを垂直方向に隣接して配置して
対を形成し、この対をマトリックス状に配置する。すな
わちＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板上にオーバ
ーフロードレインを形成した後、順次、垂直転送レジス
タ３のチャンネル６、読み出しゲート７、チャンネルス
トップ８等が形成される。
【００２０】このときＣＣＤ固体撮像素子１０は、光電
変換部２及び電荷蓄積部１２の形成領域を同一形状に形
成し、またこれら形成領域間に、コントロールゲート１
１を形成する。ここでコントロールゲート１１は、半導
体基板にＰ型不純物をドープして、このコントロールゲ
ート１１上を経由して配置される垂直転送レジスタ３の
転送電極に対して、この転送電極が形成する電界によっ
て、チャンネルポテンシャルが０．１〜１〔Ｖ〕低下す
るように（図３（Ｂ）において矢印Ｂにより示す）形成
される。
変換部２及び電荷蓄積部１２の形成領域を同一形状に形
成し、またこれら形成領域間に、コントロールゲート１
１を形成する。ここでコントロールゲート１１は、半導
体基板にＰ型不純物をドープして、このコントロールゲ
ート１１上を経由して配置される垂直転送レジスタ３の
転送電極に対して、この転送電極が形成する電界によっ
て、チャンネルポテンシャルが０．１〜１〔Ｖ〕低下す
るように（図３（Ｂ）において矢印Ｂにより示す）形成
される。
【００２１】続いてＣＣＤ固体撮像素子１０は、図１に
示すように、従来のＣＣＤ固体撮像素子１と同様に、垂
直転送レジスタ３及び水平転送レジスタの転送電極が形
成された後、光電変換部２及び電荷蓄積部１２の形成領
域に対して、これら転送電極のセルフアラインによりイ
オン注入の処理が実行される。これによりＣＣＤ固体撮
像素子１０は、光電変換部２が形成され、また電荷蓄積
部１２の形成領域に、光電変換部２と同一の領域が形成
される。
示すように、従来のＣＣＤ固体撮像素子１と同様に、垂
直転送レジスタ３及び水平転送レジスタの転送電極が形
成された後、光電変換部２及び電荷蓄積部１２の形成領
域に対して、これら転送電極のセルフアラインによりイ
オン注入の処理が実行される。これによりＣＣＤ固体撮
像素子１０は、光電変換部２が形成され、また電荷蓄積
部１２の形成領域に、光電変換部２と同一の領域が形成
される。
【００２２】続いてＣＣＤ固体撮像素子１０は、Ａ−Ａ
線により断面を取って図３に示すように、遮光膜１４、
オンチップマイクロレンズ等が形成され、続くパッケー
ジング工程等を経て完成する。このときＣＣＤ固体撮像
素子１０は、電荷蓄積部１２の形成領域については、全
体を覆い隠すように遮光膜１４を形成する（図３
（Ａ））。これによりＣＣＤ固体撮像素子１０は、コン
トロールゲート１１の作成工程、遮光膜１４の形成工程
を除いて、従来と同様に製造され、さらに従来のＣＣＤ
固体撮像素子１において、光電変換部２に割り当てられ
ていた一部領域を遮光膜１４により遮光して、電荷蓄積
部１２を形成するようになされている。
線により断面を取って図３に示すように、遮光膜１４、
オンチップマイクロレンズ等が形成され、続くパッケー
ジング工程等を経て完成する。このときＣＣＤ固体撮像
素子１０は、電荷蓄積部１２の形成領域については、全
体を覆い隠すように遮光膜１４を形成する（図３
（Ａ））。これによりＣＣＤ固体撮像素子１０は、コン
トロールゲート１１の作成工程、遮光膜１４の形成工程
を除いて、従来と同様に製造され、さらに従来のＣＣＤ
固体撮像素子１において、光電変換部２に割り当てられ
ていた一部領域を遮光膜１４により遮光して、電荷蓄積
部１２を形成するようになされている。
【００２３】これによりＣＣＤ固体撮像素子１０におい
ては、このコントロールゲート１１のポテンシャルを可
変して（図３（Ｂ））、矢印Ｅで示すように、光電変換
部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部１２に転送して保
持できるようになされている。
ては、このコントロールゲート１１のポテンシャルを可
変して（図３（Ｂ））、矢印Ｅで示すように、光電変換
部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部１２に転送して保
持できるようになされている。
【００２４】以上の構成において、ＣＣＤ固体撮像素子
１０に入射する光は、光電変換部２に選択的に入射し、
ここで光電変換処理されて蓄積電荷が生成される。この
とき蓄積電荷においては、光電変換部２の光電変換特性
により、一定光量以上の入射光量に対しては、指数的に
生成量が抑圧されて生成される。
１０に入射する光は、光電変換部２に選択的に入射し、
ここで光電変換処理されて蓄積電荷が生成される。この
とき蓄積電荷においては、光電変換部２の光電変換特性
により、一定光量以上の入射光量に対しては、指数的に
生成量が抑圧されて生成される。
【００２５】このように生成された蓄積電荷は、読み出
しゲート７を介して、１フレーム周期で垂直転送レジス
タ３のチャンネルに読み出され、図４に示す４相の駆動
信号Ｖ１〜Ｖ４（図４（Ａ）〜（Ｄ））に応動してこの
チャンネルのポテンシャルが順次低下することにより、
水平転送レジスタに向かって転送される。
しゲート７を介して、１フレーム周期で垂直転送レジス
タ３のチャンネルに読み出され、図４に示す４相の駆動
信号Ｖ１〜Ｖ４（図４（Ａ）〜（Ｄ））に応動してこの
チャンネルのポテンシャルが順次低下することにより、
水平転送レジスタに向かって転送される。
【００２６】この水平転送レジスタに向けて蓄積電荷を
転送する際に、この４相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ４が供給さ
れてなる、垂直転送レジスタ３の電極１ＰＳ２〜２ＰＳ
３が、コントロールゲート１１上を経由して配置されて
いることにより、ＣＣＤ固体撮像素子１０においては、
この４相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ４の信号レベルに応動し
て、１フレームの期間の間で、間欠的に、コントロール
ゲート１１のチャンネルポテンシャルが低下する（図
３）。
転送する際に、この４相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ４が供給さ
れてなる、垂直転送レジスタ３の電極１ＰＳ２〜２ＰＳ
３が、コントロールゲート１１上を経由して配置されて
いることにより、ＣＣＤ固体撮像素子１０においては、
この４相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ４の信号レベルに応動し
て、１フレームの期間の間で、間欠的に、コントロール
ゲート１１のチャンネルポテンシャルが低下する（図
３）。
【００２７】これにより光電変換部２において生成され
た蓄積電荷のうち、このコントロールゲート１１の低下
したチャンネルポテンシャルを越える電荷量が、図１に
おいて矢印Ｅ１で示すうように、１フレームの期間の間
で、間欠的に、電荷蓄積部１２に転送され、ここで所定
期間保持された後、矢印Ｅ２及びＥ３で示すように、光
電変換部２より蓄積電荷が出力されるタイミングで、同
時に、垂直転送レジスタ３に出力される。さらにこのよ
うに電荷蓄積部１２より出力された蓄積電荷は、この垂
直転送レジスタ３において、対応する光電変換部２の蓄
積電荷と加算され、水平転送レジスタに向けて転送され
る。
た蓄積電荷のうち、このコントロールゲート１１の低下
したチャンネルポテンシャルを越える電荷量が、図１に
おいて矢印Ｅ１で示すうように、１フレームの期間の間
で、間欠的に、電荷蓄積部１２に転送され、ここで所定
期間保持された後、矢印Ｅ２及びＥ３で示すように、光
電変換部２より蓄積電荷が出力されるタイミングで、同
時に、垂直転送レジスタ３に出力される。さらにこのよ
うに電荷蓄積部１２より出力された蓄積電荷は、この垂
直転送レジスタ３において、対応する光電変換部２の蓄
積電荷と加算され、水平転送レジスタに向けて転送され
る。
【００２８】これによりＣＣＤ固体撮像素子１０におい
ては、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部１
２に振り分けて保持するようになされている。従ってＣ
ＣＤ固体撮像素子１０においては、各光電変換部２にお
いて、従来に比して約２倍の蓄積電荷量により光電変換
結果を出力することができ、その分ダイナイックレンジ
を拡大することができる。
ては、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部１
２に振り分けて保持するようになされている。従ってＣ
ＣＤ固体撮像素子１０においては、各光電変換部２にお
いて、従来に比して約２倍の蓄積電荷量により光電変換
結果を出力することができ、その分ダイナイックレンジ
を拡大することができる。
【００２９】かくするにつき、このようにコントロール
ゲート１１を介して電荷蓄積部１２に蓄積電荷が振り分
けられる場合は、対応する光電変換部２で入射光量が大
きく、大量の蓄積電荷が生成された場合である。この場
合、蓄積電荷は、１フィールドの期間の間で、繰り返し
電荷蓄積部１２に転送されるようになり、各転送の動作
においては、光電変換部２で生成された蓄積電荷の一部
が転送されて、大多数が光電変換部２に取り残されるよ
うになる。
ゲート１１を介して電荷蓄積部１２に蓄積電荷が振り分
けられる場合は、対応する光電変換部２で入射光量が大
きく、大量の蓄積電荷が生成された場合である。この場
合、蓄積電荷は、１フィールドの期間の間で、繰り返し
電荷蓄積部１２に転送されるようになり、各転送の動作
においては、光電変換部２で生成された蓄積電荷の一部
が転送されて、大多数が光電変換部２に取り残されるよ
うになる。
【００３０】従ってＣＣＤ固体撮像素子１０において
は、結局、光電変換部２に多量の蓄積電荷が保持された
状態で、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部
１２に転送することになる。かくするにつき、光電変換
部２においては、このように多量の蓄積電荷を保持した
状態では、光電変換された電荷の大部分が、オーバーフ
ロードレインより排出されるため、入射光量に対して蓄
積電荷の生成量が指数的に抑圧される。
は、結局、光電変換部２に多量の蓄積電荷が保持された
状態で、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部
１２に転送することになる。かくするにつき、光電変換
部２においては、このように多量の蓄積電荷を保持した
状態では、光電変換された電荷の大部分が、オーバーフ
ロードレインより排出されるため、入射光量に対して蓄
積電荷の生成量が指数的に抑圧される。
【００３１】これによりＣＣＤ固体撮像素子１０におい
ては、入射光量に対して生成量が抑圧されてなる蓄積電
荷の成分を電荷蓄積部１２に転送保持することになる。
すなわちＣＣＤ固体撮像素子１０においては、入射光量
にほぼ比例した蓄積電荷を光電変換部２に、入射光量に
対して生成量が圧縮されてなる蓄積電荷を電荷蓄積部１
２に保持することになり、この２系統の蓄積電荷が垂直
転送レジスタ３で加算されて、全体としてニー特性の入
出力特性により撮像結果を出力することになる。
ては、入射光量に対して生成量が抑圧されてなる蓄積電
荷の成分を電荷蓄積部１２に転送保持することになる。
すなわちＣＣＤ固体撮像素子１０においては、入射光量
にほぼ比例した蓄積電荷を光電変換部２に、入射光量に
対して生成量が圧縮されてなる蓄積電荷を電荷蓄積部１
２に保持することになり、この２系統の蓄積電荷が垂直
転送レジスタ３で加算されて、全体としてニー特性の入
出力特性により撮像結果を出力することになる。
【００３２】従ってＣＣＤ固体撮像素子１０において
は、従来に比して約２倍の蓄積電荷量により光電変換結
果を出力して、ダイナミックレンジを２倍以上に拡大す
ることができる。
は、従来に比して約２倍の蓄積電荷量により光電変換結
果を出力して、ダイナミックレンジを２倍以上に拡大す
ることができる。
【００３３】以上の構成によれば、コントロールゲート
１１を介して、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷
蓄積部１２に転送して保持することにより、従来とほぼ
同一のプロセスにより、ダイナミックレンジを拡大した
ＣＣＤ固体撮像素子を得ることができる。従ってハイラ
イトの部分等においても、コントラストのついた撮像結
果を得ることができる。
１１を介して、光電変換部２で生成した蓄積電荷を電荷
蓄積部１２に転送して保持することにより、従来とほぼ
同一のプロセスにより、ダイナミックレンジを拡大した
ＣＣＤ固体撮像素子を得ることができる。従ってハイラ
イトの部分等においても、コントラストのついた撮像結
果を得ることができる。
【００３４】（２）第２の実施の形態 この実施の形態においては、第１の実施の形態に比し
て、ＣＣＤ固体撮像素子１０の入出力特性を細かく制御
できるようにする。このためこの実施の形態に係るＣＣ
Ｄ固体撮像素子においては、第１の実施の形態に比し
て、コントロールゲートの不純物注入量を増大する。
て、ＣＣＤ固体撮像素子１０の入出力特性を細かく制御
できるようにする。このためこの実施の形態に係るＣＣ
Ｄ固体撮像素子においては、第１の実施の形態に比し
て、コントロールゲートの不純物注入量を増大する。
【００３５】さらにこの実施の形態では、このようにし
て第１の実施の形態と同様に形成されたＣＣＤ固体撮像
素子を、図５に示す垂直転送レジスタ３の駆動信号Ｖ１
〜Ｖ４により駆動する。ここでこれらの駆動信号Ｖ１〜
Ｖ４は、所定の駆動信号生成回路において、このＣＣＤ
固体撮像素子の各種駆動信号と併せて生成され、コント
ロールゲート１１上を経由して配置される第１層電極１
ＰＳ２の駆動信号Ｖ２以外については、第１の実施の形
態における駆動信号Ｖ１、Ｖ２及びＶ３と同一に生成さ
れる。
て第１の実施の形態と同様に形成されたＣＣＤ固体撮像
素子を、図５に示す垂直転送レジスタ３の駆動信号Ｖ１
〜Ｖ４により駆動する。ここでこれらの駆動信号Ｖ１〜
Ｖ４は、所定の駆動信号生成回路において、このＣＣＤ
固体撮像素子の各種駆動信号と併せて生成され、コント
ロールゲート１１上を経由して配置される第１層電極１
ＰＳ２の駆動信号Ｖ２以外については、第１の実施の形
態における駆動信号Ｖ１、Ｖ２及びＶ３と同一に生成さ
れる。
【００３６】これに対して残る駆動信号Ｖ２は、信号レ
ベルの変化が間欠的に増大するように生成される。すな
わち駆動信号Ｖ２は、この駆動信号Ｖ２がハイレベルに
保持されている期間の間の、所定期間Ｔ１の間、信号レ
ベルがこのハイレベルよりさらに信号レベルＶだけ立ち
上がるようになされている。これによりこのＣＣＤ固体
撮像素子では、この信号レベルがハイレベルより立ち上
がる期間Ｔ１、信号レベルＶを選定して、コントロール
ゲート１１のポテンシャルを０．１〜１〔Ｖ〕程度変化
させ、光電変換部２で生成された蓄積電荷の一部を電荷
蓄積部１２に転送する。
ベルの変化が間欠的に増大するように生成される。すな
わち駆動信号Ｖ２は、この駆動信号Ｖ２がハイレベルに
保持されている期間の間の、所定期間Ｔ１の間、信号レ
ベルがこのハイレベルよりさらに信号レベルＶだけ立ち
上がるようになされている。これによりこのＣＣＤ固体
撮像素子では、この信号レベルがハイレベルより立ち上
がる期間Ｔ１、信号レベルＶを選定して、コントロール
ゲート１１のポテンシャルを０．１〜１〔Ｖ〕程度変化
させ、光電変換部２で生成された蓄積電荷の一部を電荷
蓄積部１２に転送する。
【００３７】第２の実施の形態によれば、駆動信号の変
化を間欠的に増大して、光電変換部で生成した蓄積電荷
の一部を電荷蓄積部に転送するようにしても、第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができ、これに加えて
この増大の程度、期間、タイミングを選定して入出力特
性を細かく制御することができる。これにより第１の実
施の形態に比して、さらに一段と高品位の撮像結果を得
ることができる。
化を間欠的に増大して、光電変換部で生成した蓄積電荷
の一部を電荷蓄積部に転送するようにしても、第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができ、これに加えて
この増大の程度、期間、タイミングを選定して入出力特
性を細かく制御することができる。これにより第１の実
施の形態に比して、さらに一段と高品位の撮像結果を得
ることができる。
【００３８】（３）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、光電変換部を遮光し
て電荷蓄積部を作成する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、専用の電荷蓄積部を作成してもよい。
このようにすれば、この電荷蓄積部の大きさ等を選定し
て、全体の入出力特性を設定することもできる。
て電荷蓄積部を作成する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、専用の電荷蓄積部を作成してもよい。
このようにすれば、この電荷蓄積部の大きさ等を選定し
て、全体の入出力特性を設定することもできる。
【００３９】また上述の実施の形態においては、インタ
ーライン方式によるＣＣＤ固体撮像素子に本発明を適用
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例
えば全画素読出方式によるＣＣＤ固体撮像素子等に広く
適用することができる。
ーライン方式によるＣＣＤ固体撮像素子に本発明を適用
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例
えば全画素読出方式によるＣＣＤ固体撮像素子等に広く
適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、光電変換
部で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部に振り分けて保持す
ることにより、従来に比してダイナミックレンジの大き
な固体撮像素子を得ることができる。
部で生成した蓄積電荷を電荷蓄積部に振り分けて保持す
ることにより、従来に比してダイナミックレンジの大き
な固体撮像素子を得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子
における電極の配置を示す正面図である。
における電極の配置を示す正面図である。
【図２】図１のＣＣＤ固体撮像素子の半導体基板上の詳
細構成を示す正面図である。
細構成を示す正面図である。
【図３】図１のＣＣＤ固体撮像素子をＡ−Ａ断面で取っ
て示す断面図である。
て示す断面図である。
【図４】図１のＣＣＤ固体撮像素子について、垂直転送
レジスタの駆動信号を示す信号波形図である。
レジスタの駆動信号を示す信号波形図である。
【図５】第２の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子に
ついて、垂直転送レジスタの駆動信号を示す信号波形図
である。
ついて、垂直転送レジスタの駆動信号を示す信号波形図
である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子の全体構成を示す平
面図である。
面図である。
【図７】図６のＣＣＤ固体撮像素子の半導体基板上の詳
細構成を示す正面図である。
細構成を示す正面図である。
【図８】図７のＣＣＤ固体撮像素子における電極の配置
を示す正面図である。
を示す正面図である。
１、１０……ＣＣＤ固体撮像素子、１ＰＳ２〜２ＰＳ３
……電極、２……光電変換部、３……垂直転送レジス
タ、４……水平転送レジスタ、６……チャンネル、７…
…読み出しゲート、８……チャンネルストップ、１１…
…コントロールゲート
……電極、２……光電変換部、３……垂直転送レジス
タ、４……水平転送レジスタ、６……チャンネル、７…
…読み出しゲート、８……チャンネルストップ、１１…
…コントロールゲート
Claims (4)
- 【請求項１】 垂直及び水平方向に、マトリックス状に
配置されて、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成する
光電変換部と、 前記光電変換部に対応して、前記光電変換部に隣接して
配置され、対応する前記光電変換部より転送される蓄積
電荷を保持する電荷蓄積部と、 前記光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を、前記電
荷蓄積部に転送するコントロールゲートと、 前記光電変換部及び前記電荷蓄積部に保持された蓄積電
荷を、電荷転送部に転送する読み出しゲートとを備える
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記電荷蓄積部は、 半導体基板上に前記光電変換部とほぼ同一に形成された
領域を遮光して形成されたことを特徴とする請求項１に
記載の固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記電荷転送部は、 前記コントロールゲート上を経由して配置された電極に
供給される駆動信号により、前記蓄積電荷を転送し、 前記コントロールゲートは、 所定のポテンシャルに設定されて、前記駆動信号に応動
して前記光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を、前
記電荷蓄積部に転送することを特徴とする請求項１に記
載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 垂直及び水平方向に、マトリックス状に
配置されて、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成する
光電変換部と、 前記光電変換部に対応して、前記光電変換部に隣接して
配置され、対応する前記光電変換部より転送される蓄積
電荷を保持する電荷蓄積部と、 前記光電変換部で生成された蓄積電荷の一部を、前記電
荷蓄積部に転送するコントロールゲートと、 前記光電変換部及び前記電荷蓄積部に保持された蓄積電
荷を、電荷転送部に転送する読み出しゲートとを備える
固体撮像素子の駆動方法であって、 前記電荷転送部は、 前記コントロールゲート上を経由して配置された電極に
供給される駆動信号により、前記蓄積電荷を転送し、 前記駆動方法は、 前記駆動信号の信号レベルの変化を、間欠的に増大し
て、前記コントロールゲートのポテンシャルを変化させ
ることにより、前記光電変換部で生成された蓄積電荷の
一部を、前記電荷蓄積部に転送することを特徴とする固
体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188849A JPH1022491A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188849A JPH1022491A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022491A true JPH1022491A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16230924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8188849A Pending JPH1022491A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022491A (ja) |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP8188849A patent/JPH1022491A/ja active Pending
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