JPS627751B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS627751B2 JPS627751B2 JP55135824A JP13582480A JPS627751B2 JP S627751 B2 JPS627751 B2 JP S627751B2 JP 55135824 A JP55135824 A JP 55135824A JP 13582480 A JP13582480 A JP 13582480A JP S627751 B2 JPS627751 B2 JP S627751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- storage
- conductivity type
- potential
- signal
- photodiode
- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固体撮像装置に関し特に移送速度の向
上を可能にした固体撮像装置に関する。近年固体
撮像装置の光感度、特に青色光に対する感度を高
くすることを目的として、光電変換素子としてｐ
―ｎ接合形フオトダイオードを用い、さらには、
光電変換された信号電荷を蓄積するためのMOS
電極を隣接して設け、信号電荷の蓄積量を増加さ
せる構造が一般に用いられてきた。
上を可能にした固体撮像装置に関する。近年固体
撮像装置の光感度、特に青色光に対する感度を高
くすることを目的として、光電変換素子としてｐ
―ｎ接合形フオトダイオードを用い、さらには、
光電変換された信号電荷を蓄積するためのMOS
電極を隣接して設け、信号電荷の蓄積量を増加さ
せる構造が一般に用いられてきた。
前記従来例の構造及び動作方法を第１図、第２
図より説明する。
図より説明する。
第１図は光電変換素子としてｐ―ｎ接合形フオ
トダイオード、信号転送手段として２相駆動電荷
結合装置を用いた従来の固体撮像装置の部分平面
図であり（１―ａ），（１―ｂ），（１―ｃ）は光電
変換素子、２は前記光電変換素子に入射した光に
より光電変換された信号電荷を蓄積するための
MOS形電荷蓄積部、３は信号電荷を信号電荷転
送手段へ移送するためのMOS形移送ゲート、（４
―ａ），（４―ｂ）は、２相駆動電荷結合装置の一
方の相をなす転送用電極、（５―ａ），（５―ｂ）
は他の相をなす転送用電極を各々示す。第２図ａ
は、第１図に示すＸ―X′にそつて装置を切断し
た場合の断面構造図であり、７は半導体基板８と
共にｐ―ｎ接合形フオトダイオードを形成する基
板と反対導電形の不純物層、９は電荷蓄積用
MOS形電極、１３は９に一定バイアスを印加す
るための電圧供給線、１０は一定時間蓄積された
信号電荷結合装置へ移送するためのMOS形電荷
移送ゲート、１４は電荷移送時にゲート１０へ移
送用電圧パルスを供給するための電圧供給線、１
１，１２は電荷結合装置の転送電極、１５は電極
１１，１２へ電荷転送用クロツクパルスを供給す
るための供給線、１６は電荷結合装置の埋込みチ
ヤネルを形成する基板８と反対導電形不純物層、
１７は基板８と同一導電形の高濃度不純物層より
なるチヤネルストツプス、３５は絶縁層を各々示
す。以上の構成要素よりなる従来の固体撮像装置
の動作原理を第２図ｂ，ｃに示すポテンシヤル図
により説明する。今、電荷移送ゲート１０が閉じ
た状態、即ち、供給線１４からほぼ基板電位がゲ
ート１０に供給されている状態を考えると、ゲー
ト１０と絶縁層を介して対向する半導体基板の表
面のポテンシヤル破線２０となり、ｐ―ｎ形フオ
トダイオード７，８に入射した光により発生した
信号電荷は一定バイアスされた信号蓄積電極９と
絶縁層を介して対向する半導体表面及びｐ―ｎ接
合形フオトダイオード内に閉じ込められ蓄積され
る。この場合破線２０及びチヤンネルストツプ電
位２３が信号電荷に対する障壁電位となる。今、
ｐ形半導体基板を考えると、信号電荷は電子であ
り、７はｎ形不純物層である。この場合、所定時
間電子を蓄積した後供給線１４を通じてゲート１
０に正の電圧を印加するとゲート１０に対向する
基板８の表面ポテンシヤルは破線２１のように変
化し、蓄積された電子束１８は電荷結合装置のチ
ヤネル領域へ移動する。破線２２は信号電荷を含
まない電荷結合装置のチヤネルポテンシヤルを示
す。蓄積された電子の全てが移動すると、一定バ
イアスされた蓄積電極１３対向した半導体表面は
空乏化されバイアス電圧に応じて、破線２６に示
す表面ポテンシヤルを形成し、このポテンシヤル
によりｐ―ｎ接合形フオトダイオードも又逆バイ
アスされる。次にゲート１０が再び基板電位に戻
されると、ゲート１０に対向した表面ポテンシヤ
ルも、破線２０に戻り再び電荷の蓄積を開始す
る。一方、電荷結合装置へ移動した信号電子束
は、周知の転送動作により順次出力回路へ転送さ
れる。上述した従来例においては、蓄積された信
号電荷はｐ―ｎ接合形フオトダイオードにも蓄積
されており、移送ゲート１０を開いて全ての信号
電荷を、電荷結合装置に移動させるのに要する時
間は、移送ゲートから最も遠距離に蓄えられてい
るｐ―ｎ接合部の電子が移送ゲート下の半導体表
面迄達する時間によつて決定される。従つて、移
送ゲート１０が開いている期間が短かく、しかも
信号電荷が蓄積されている領域が移送ゲートから
長距離迄設けられている場合には２５に示すごと
く一部の信号電荷が蓄積領域に取り残される。こ
の場合常に移送ゲートが開いている時間が一定で
あり、しかも入射する光が一定である場合には特
性劣化の要因とはなり得ないが、任意の蓄積期間
に多量の光が入射し、次の蓄積期間にはほとんど
光が入射しない場合においては、取り残された電
荷によつて一種の残像現象をもたらし又、移送ゲ
ートの開いている時間が変動することにより、移
送されるべき電荷の量も変動することにより、そ
の結果解像度低下等の特性劣化をもたらす。
トダイオード、信号転送手段として２相駆動電荷
結合装置を用いた従来の固体撮像装置の部分平面
図であり（１―ａ），（１―ｂ），（１―ｃ）は光電
変換素子、２は前記光電変換素子に入射した光に
より光電変換された信号電荷を蓄積するための
MOS形電荷蓄積部、３は信号電荷を信号電荷転
送手段へ移送するためのMOS形移送ゲート、（４
―ａ），（４―ｂ）は、２相駆動電荷結合装置の一
方の相をなす転送用電極、（５―ａ），（５―ｂ）
は他の相をなす転送用電極を各々示す。第２図ａ
は、第１図に示すＸ―X′にそつて装置を切断し
た場合の断面構造図であり、７は半導体基板８と
共にｐ―ｎ接合形フオトダイオードを形成する基
板と反対導電形の不純物層、９は電荷蓄積用
MOS形電極、１３は９に一定バイアスを印加す
るための電圧供給線、１０は一定時間蓄積された
信号電荷結合装置へ移送するためのMOS形電荷
移送ゲート、１４は電荷移送時にゲート１０へ移
送用電圧パルスを供給するための電圧供給線、１
１，１２は電荷結合装置の転送電極、１５は電極
１１，１２へ電荷転送用クロツクパルスを供給す
るための供給線、１６は電荷結合装置の埋込みチ
ヤネルを形成する基板８と反対導電形不純物層、
１７は基板８と同一導電形の高濃度不純物層より
なるチヤネルストツプス、３５は絶縁層を各々示
す。以上の構成要素よりなる従来の固体撮像装置
の動作原理を第２図ｂ，ｃに示すポテンシヤル図
により説明する。今、電荷移送ゲート１０が閉じ
た状態、即ち、供給線１４からほぼ基板電位がゲ
ート１０に供給されている状態を考えると、ゲー
ト１０と絶縁層を介して対向する半導体基板の表
面のポテンシヤル破線２０となり、ｐ―ｎ形フオ
トダイオード７，８に入射した光により発生した
信号電荷は一定バイアスされた信号蓄積電極９と
絶縁層を介して対向する半導体表面及びｐ―ｎ接
合形フオトダイオード内に閉じ込められ蓄積され
る。この場合破線２０及びチヤンネルストツプ電
位２３が信号電荷に対する障壁電位となる。今、
ｐ形半導体基板を考えると、信号電荷は電子であ
り、７はｎ形不純物層である。この場合、所定時
間電子を蓄積した後供給線１４を通じてゲート１
０に正の電圧を印加するとゲート１０に対向する
基板８の表面ポテンシヤルは破線２１のように変
化し、蓄積された電子束１８は電荷結合装置のチ
ヤネル領域へ移動する。破線２２は信号電荷を含
まない電荷結合装置のチヤネルポテンシヤルを示
す。蓄積された電子の全てが移動すると、一定バ
イアスされた蓄積電極１３対向した半導体表面は
空乏化されバイアス電圧に応じて、破線２６に示
す表面ポテンシヤルを形成し、このポテンシヤル
によりｐ―ｎ接合形フオトダイオードも又逆バイ
アスされる。次にゲート１０が再び基板電位に戻
されると、ゲート１０に対向した表面ポテンシヤ
ルも、破線２０に戻り再び電荷の蓄積を開始す
る。一方、電荷結合装置へ移動した信号電子束
は、周知の転送動作により順次出力回路へ転送さ
れる。上述した従来例においては、蓄積された信
号電荷はｐ―ｎ接合形フオトダイオードにも蓄積
されており、移送ゲート１０を開いて全ての信号
電荷を、電荷結合装置に移動させるのに要する時
間は、移送ゲートから最も遠距離に蓄えられてい
るｐ―ｎ接合部の電子が移送ゲート下の半導体表
面迄達する時間によつて決定される。従つて、移
送ゲート１０が開いている期間が短かく、しかも
信号電荷が蓄積されている領域が移送ゲートから
長距離迄設けられている場合には２５に示すごと
く一部の信号電荷が蓄積領域に取り残される。こ
の場合常に移送ゲートが開いている時間が一定で
あり、しかも入射する光が一定である場合には特
性劣化の要因とはなり得ないが、任意の蓄積期間
に多量の光が入射し、次の蓄積期間にはほとんど
光が入射しない場合においては、取り残された電
荷によつて一種の残像現象をもたらし又、移送ゲ
ートの開いている時間が変動することにより、移
送されるべき電荷の量も変動することにより、そ
の結果解像度低下等の特性劣化をもたらす。
されに、たとえば移送ゲートに移送パルスが印
加された際等静電容量結合により、蓄積用電極の
電位が変動し、たとえば、正方向に変動した場合
には、前記ｐ―ｎフオトダイオート内に存在する
信号電荷以外の電荷がレジスタへ流入し、負の方
向へ変動した場合には蓄積用電極の電位が下降
し、ｐ―ｎフオトダイオード内のレジスタに移さ
れるべき信号電荷に対して障壁電位を形成するこ
とになりその移送が一部不能となる不都合を生ず
る。
加された際等静電容量結合により、蓄積用電極の
電位が変動し、たとえば、正方向に変動した場合
には、前記ｐ―ｎフオトダイオート内に存在する
信号電荷以外の電荷がレジスタへ流入し、負の方
向へ変動した場合には蓄積用電極の電位が下降
し、ｐ―ｎフオトダイオード内のレジスタに移さ
れるべき信号電荷に対して障壁電位を形成するこ
とになりその移送が一部不能となる不都合を生ず
る。
本発明は上記点に鑑みなされたもので、１導電
形半導体基板に複数個の反対導電形不純物層を形
成して成るｐ―ｎ接合形フオトダイオードと、前
記フオトダイオードに隣接して前記基板上に絶縁
層を介して配設され、前記フオトダイオードにお
いて光電変換された信号電荷を蓄積するための蓄
積電位井戸を半導体内又は前記絶縁層との界面に
形成するための導電性蓄積用電極と、この導電性
蓄積用電極に隣接して絶縁層を介して設けられ前
記信号電荷を信号検出回路へ移り出す手段へ信号
電荷を移送するための導電性電極と、前記信号電
荷を前記信号検出回路に移り出す手段と、信号検
出回路とからなる固体撮像装置において、前記蓄
積用電極下の蓄積電位井戸から前記信号電荷を送
り出す手段へ信号電荷を移送した際に、前記ｐ―
ｎ接合形フオトダイオードを構成する前記反対導
電形不純物層が、前記蓄積電位によるバイアス電
位で完全空乏化され、信号蓄積期間に光電変換さ
れた電荷は前記ｐ―ｎフオトダイオードから前記
蓄積電位井戸に流入し局在して蓄積されることに
よつて、移送速度の向上及び、静電容量結合によ
る雑音成分の発生防止を可能にした固体撮像装置
を提供することを目的とするものである。
形半導体基板に複数個の反対導電形不純物層を形
成して成るｐ―ｎ接合形フオトダイオードと、前
記フオトダイオードに隣接して前記基板上に絶縁
層を介して配設され、前記フオトダイオードにお
いて光電変換された信号電荷を蓄積するための蓄
積電位井戸を半導体内又は前記絶縁層との界面に
形成するための導電性蓄積用電極と、この導電性
蓄積用電極に隣接して絶縁層を介して設けられ前
記信号電荷を信号検出回路へ移り出す手段へ信号
電荷を移送するための導電性電極と、前記信号電
荷を前記信号検出回路に移り出す手段と、信号検
出回路とからなる固体撮像装置において、前記蓄
積用電極下の蓄積電位井戸から前記信号電荷を送
り出す手段へ信号電荷を移送した際に、前記ｐ―
ｎ接合形フオトダイオードを構成する前記反対導
電形不純物層が、前記蓄積電位によるバイアス電
位で完全空乏化され、信号蓄積期間に光電変換さ
れた電荷は前記ｐ―ｎフオトダイオードから前記
蓄積電位井戸に流入し局在して蓄積されることに
よつて、移送速度の向上及び、静電容量結合によ
る雑音成分の発生防止を可能にした固体撮像装置
を提供することを目的とするものである。
以下、図面を参照して本発明を、実施例に基き
詳細に説明する。第３図は、本発明を一次元固体
撮像装置に適用した第１の実施例を示す。第３図
ａは、第１図においてＸ―X′線によつて切断さ
れた断面構造図である。第３図ａにおいて第２図
ａと同一箇所は同一符号を付して説明する。第３
図ａにおいて一導電形半導体基板例えばｐ形半導
体基板８に複数個の反対導電型不純物層例えばｎ
形不純物層３０が完全空之化されて形成されてい
る。絶縁層３５上には、光しやへい膜３１が入射
光開口部３２をあけて形成されている。第３図
（ｂ―１），（ｂ―２）は本発明の第１の実施例の
動作原理を説明するためのポテンシヤル分布図で
ある。第３図（ｂ―１）は信号電荷の蓄積状態、
第３図（ｂ―２）は移送ゲートを開いて信号電荷
をレジスタに移送している状態を示す。第３図
（ｂ―１），（ｂ―２）において破線３３は信号電
荷が存在しない場合の蓄積井戸の表面ポテンシヤ
ル、破線３４は信号電子で満たされた場合の表面
ポテンシヤル破線３５は完全空乏化したｎ形不純
物層のポテンシヤル、破線３６は移送ゲートが閉
じられている場合の表面ポテンシヤル、破線３８
はCCDレジスタのチヤネルポテンシヤル、破線
３９はチヤネルストツプスの障壁ポテンシヤルを
各々示す。第３図ａ（ｂ―１），（ｂ―２）に示す
通り光電変換された電子は全て蓄積電極１３下に
隋時集収される。第３図（ｂ―２）の破線３７は
移送ゲートを開いた状態での移送ゲート下の表面
ポテンシヤルであり。矢印４１に示す方向へ信号
電子は流れレジスタチヤネルに移送される。以上
のように本発明の第１の実施例においては、第３
図（ｂ―１）破線３４に示す通り、ポテンシヤル
３５が完全空乏状態となり蓄積されるべき信号電
荷は全て蓄積電極９の下に形成されるポテンシヤ
ル井戸にのみ存在する。一方、移送ゲートを開い
た際に信号電子がレジスタへ移送される時間は、
ほぼ蓄積領域のチヤネル長の２乗に比例するため
第３図（ｂ―１）に示すようにｐ―ｎフオトダイ
オードの長さをLn蓄積電極長をLsとした場合、
従来の固体撮像装置に比較しておよそ （Ｌｓ＋Ｌｎ／Ｌｓ）２ 倍高速に移送することができる。さらに、本実施
例ではｐ―ｎフオトダイオードのｎ形不純物層が
完全空乏化されており、従来例の第２図１９に示
すようなｐ―ｎフオトダイオードの固定電荷成分
が存在しないためポテンシヤル３３又は３４が移
送ゲートの容量結合等により変動して支障を生じ
ることがない。
詳細に説明する。第３図は、本発明を一次元固体
撮像装置に適用した第１の実施例を示す。第３図
ａは、第１図においてＸ―X′線によつて切断さ
れた断面構造図である。第３図ａにおいて第２図
ａと同一箇所は同一符号を付して説明する。第３
図ａにおいて一導電形半導体基板例えばｐ形半導
体基板８に複数個の反対導電型不純物層例えばｎ
形不純物層３０が完全空之化されて形成されてい
る。絶縁層３５上には、光しやへい膜３１が入射
光開口部３２をあけて形成されている。第３図
（ｂ―１），（ｂ―２）は本発明の第１の実施例の
動作原理を説明するためのポテンシヤル分布図で
ある。第３図（ｂ―１）は信号電荷の蓄積状態、
第３図（ｂ―２）は移送ゲートを開いて信号電荷
をレジスタに移送している状態を示す。第３図
（ｂ―１），（ｂ―２）において破線３３は信号電
荷が存在しない場合の蓄積井戸の表面ポテンシヤ
ル、破線３４は信号電子で満たされた場合の表面
ポテンシヤル破線３５は完全空乏化したｎ形不純
物層のポテンシヤル、破線３６は移送ゲートが閉
じられている場合の表面ポテンシヤル、破線３８
はCCDレジスタのチヤネルポテンシヤル、破線
３９はチヤネルストツプスの障壁ポテンシヤルを
各々示す。第３図ａ（ｂ―１），（ｂ―２）に示す
通り光電変換された電子は全て蓄積電極１３下に
隋時集収される。第３図（ｂ―２）の破線３７は
移送ゲートを開いた状態での移送ゲート下の表面
ポテンシヤルであり。矢印４１に示す方向へ信号
電子は流れレジスタチヤネルに移送される。以上
のように本発明の第１の実施例においては、第３
図（ｂ―１）破線３４に示す通り、ポテンシヤル
３５が完全空乏状態となり蓄積されるべき信号電
荷は全て蓄積電極９の下に形成されるポテンシヤ
ル井戸にのみ存在する。一方、移送ゲートを開い
た際に信号電子がレジスタへ移送される時間は、
ほぼ蓄積領域のチヤネル長の２乗に比例するため
第３図（ｂ―１）に示すようにｐ―ｎフオトダイ
オードの長さをLn蓄積電極長をLsとした場合、
従来の固体撮像装置に比較しておよそ （Ｌｓ＋Ｌｎ／Ｌｓ）２ 倍高速に移送することができる。さらに、本実施
例ではｐ―ｎフオトダイオードのｎ形不純物層が
完全空乏化されており、従来例の第２図１９に示
すようなｐ―ｎフオトダイオードの固定電荷成分
が存在しないためポテンシヤル３３又は３４が移
送ゲートの容量結合等により変動して支障を生じ
ることがない。
次に、本発明を実現するためのｐ―ｎフオトダ
イオードの完全空乏化条件について、第３図（ｃ
―１），（ｃ―２）を用いて説明する。第３図（ｃ
―１）は第３図ａのY1方向にそつた電界分布図
であり第３図（ｃ―２）は第３図（ｃ―１）に対
応する電位分布図である。即ち導電性蓄積電極９
に所定電圧を印加することによりこの蓄積電極下
のポテンシヤル３３によりｐ―ｎフオトダイオー
ドは逆バイアスされ、ｐ―ｎ接合部分からｎ形不
純物層３０ｐ形基板８へ各々空乏層が広がるこの
逆バイアス電位が十分大きくなるとｎ形不純物層
は完全に空乏化され第３図（ｃ―１）実線４２第
３図（ｃ―２）実線４３に示すような電界分布及
び電位分布となる。この状態に達すると、逆バイ
アス電位をより上昇させた場合ｐ―ｎフオトダイ
オードの電位３５はそれ以上上昇せず増加分は蓄
積電極下のチヤネル電位とｐ―ｎフオトダイオー
ドの電位との電位差として表われる。
イオードの完全空乏化条件について、第３図（ｃ
―１），（ｃ―２）を用いて説明する。第３図（ｃ
―１）は第３図ａのY1方向にそつた電界分布図
であり第３図（ｃ―２）は第３図（ｃ―１）に対
応する電位分布図である。即ち導電性蓄積電極９
に所定電圧を印加することによりこの蓄積電極下
のポテンシヤル３３によりｐ―ｎフオトダイオー
ドは逆バイアスされ、ｐ―ｎ接合部分からｎ形不
純物層３０ｐ形基板８へ各々空乏層が広がるこの
逆バイアス電位が十分大きくなるとｎ形不純物層
は完全に空乏化され第３図（ｃ―１）実線４２第
３図（ｃ―２）実線４３に示すような電界分布及
び電位分布となる。この状態に達すると、逆バイ
アス電位をより上昇させた場合ｐ―ｎフオトダイ
オードの電位３５はそれ以上上昇せず増加分は蓄
積電極下のチヤネル電位とｐ―ｎフオトダイオー
ドの電位との電位差として表われる。
上記完全空乏条件は、特開昭54―37422号に示
されており第３図ａにおいて、導電性蓄積用電極
９下のチヤネル電位ＶS、半導体基板８の不純物
濃度ＮA、反対導電型不純物層３０の不純物濃度
ＮD、この不純物層厚Ｘj、反対導電型不純物層３
０及び半導体基板８の誘電率ε、電子の電荷量−
ｅ、との間の関係が ＶS＞ｅＮＤＸｊ２／２ε（１＋ＮＤ／ＮＡ） を満足する如く形成することによつて達成するこ
とができる。例えば、ＶS＝４〔Ｖ〕，ＮA＝1.25
×1015〔cm-3〕Ｘj＝0.3〔μｍ〕，ｅ＝1.6×10-19
〔Ｃ〕ε＝12×8.85×10-12〔Ｆ／ｍ〕の場合ＮD
〓８×10-15〔cm-3〕未満の濃度、例えばＮD＝２
×1015〔cm-3〕程度の不純物濃度で本発明を実現
することができる。
されており第３図ａにおいて、導電性蓄積用電極
９下のチヤネル電位ＶS、半導体基板８の不純物
濃度ＮA、反対導電型不純物層３０の不純物濃度
ＮD、この不純物層厚Ｘj、反対導電型不純物層３
０及び半導体基板８の誘電率ε、電子の電荷量−
ｅ、との間の関係が ＶS＞ｅＮＤＸｊ２／２ε（１＋ＮＤ／ＮＡ） を満足する如く形成することによつて達成するこ
とができる。例えば、ＶS＝４〔Ｖ〕，ＮA＝1.25
×1015〔cm-3〕Ｘj＝0.3〔μｍ〕，ｅ＝1.6×10-19
〔Ｃ〕ε＝12×8.85×10-12〔Ｆ／ｍ〕の場合ＮD
〓８×10-15〔cm-3〕未満の濃度、例えばＮD＝２
×1015〔cm-3〕程度の不純物濃度で本発明を実現
することができる。
次に、第４図に基いて、本発明の第２の実施例
を説明する。第４図ａは、第２の実施例を適用し
た平面構成略図、第４図ｂは第４図ａにおいて
X2―X2′線で切断した断面構造図である。第４図
において第１図乃至第３図と同一箇所及び同一機
能部分は同一符号を付して説明する。第４図ａに
おいて（45―ａ），（45―ｂ）は、各々完全空乏化
されたフオトダイオードである。不純物層３０に
隣接し、絶縁層３５を介して蓄積リセツト電極４
６が設けられており、この蓄積リセツト電極４６
に隣接して半導体基板８に、逆導電形の電荷掃き
出しドレイン４７が設けられている。他の箇所
は、第３図ａと共通であるので詳細な説明は省略
する。
を説明する。第４図ａは、第２の実施例を適用し
た平面構成略図、第４図ｂは第４図ａにおいて
X2―X2′線で切断した断面構造図である。第４図
において第１図乃至第３図と同一箇所及び同一機
能部分は同一符号を付して説明する。第４図ａに
おいて（45―ａ），（45―ｂ）は、各々完全空乏化
されたフオトダイオードである。不純物層３０に
隣接し、絶縁層３５を介して蓄積リセツト電極４
６が設けられており、この蓄積リセツト電極４６
に隣接して半導体基板８に、逆導電形の電荷掃き
出しドレイン４７が設けられている。他の箇所
は、第３図ａと共通であるので詳細な説明は省略
する。
次に、第４図（ｃ―１）〜（ｃ―４），ｄに基
づいて第２の実施例の動作原理を詳細に説明す
る。第４図（ｃ―１）〜（ｃ―４）は各タイミン
グにおけるポテンシヤル分布図であり、第４図ｄ
は各電極に印加される電圧パルスのタイミング図
である。第４図ｄにおいて上から蓄積リセツト電
極４６、蓄積電極９、移送ゲート１０、電荷転送
用電極１１，１２の各々の電圧パルスを示す。電
圧パルスに従つて次のように動作する。
づいて第２の実施例の動作原理を詳細に説明す
る。第４図（ｃ―１）〜（ｃ―４）は各タイミン
グにおけるポテンシヤル分布図であり、第４図ｄ
は各電極に印加される電圧パルスのタイミング図
である。第４図ｄにおいて上から蓄積リセツト電
極４６、蓄積電極９、移送ゲート１０、電荷転送
用電極１１，１２の各々の電圧パルスを示す。電
圧パルスに従つて次のように動作する。
第４図（ｃ―１）において光電変換信号電子
の蓄積（積分）開始するまえに、第４図ｄのｔ
＝t0の時点では不要な電子５０が蓄積されてい
る。
の蓄積（積分）開始するまえに、第４図ｄのｔ
＝t0の時点では不要な電子５０が蓄積されてい
る。
第４図（ｃ―２）において信号電子の蓄積
（積分）を開始する直前（ｔ＝t1）で蓄積リセツ
ト電極４６に高電圧パルスが印加されて蓄積リ
セツト電極４６が開き、不要電荷５０は掃き出
してドレイン４７に流し出される。この時蓄積
電極９の電圧は低電圧となり全ての電荷は排せ
つされる。
（積分）を開始する直前（ｔ＝t1）で蓄積リセツ
ト電極４６に高電圧パルスが印加されて蓄積リ
セツト電極４６が開き、不要電荷５０は掃き出
してドレイン４７に流し出される。この時蓄積
電極９の電圧は低電圧となり全ての電荷は排せ
つされる。
第４図（ｃ―３）に示すように蓄積リセツト
電極４６の電圧が低電圧となつた時点から、信
号電荷の蓄積が開始されｐ―ｎフオトダイオー
ドで光電変換された電子はより電位の高い蓄積
電極下の蓄積井戸へ隋時流入し蓄積される。こ
の時蓄積電極９の電圧は所定の定常値に復帰さ
れている。
電極４６の電圧が低電圧となつた時点から、信
号電荷の蓄積が開始されｐ―ｎフオトダイオー
ドで光電変換された電子はより電位の高い蓄積
電極下の蓄積井戸へ隋時流入し蓄積される。こ
の時蓄積電極９の電圧は所定の定常値に復帰さ
れている。
第４図（ｃ―４）に示すように一定の積分蓄
積動作を行つた後、移送ゲート１０に高電圧が
印加され（ｔ＝t3）信号電子はレジスタ１６へ
移送される。
積動作を行つた後、移送ゲート１０に高電圧が
印加され（ｔ＝t3）信号電子はレジスタ１６へ
移送される。
従つて不要電荷の排出は、蓄積電極下及びｐ―
ｎフオトダイオード内に存在する全ての電子につ
いてなされいわゆる完全転送モードで行われるた
め、各パルス電圧の変動又は、各電極下のしきい
値電圧の変動によらず不要電子の排せつは完全に
行うことができる。
ｎフオトダイオード内に存在する全ての電子につ
いてなされいわゆる完全転送モードで行われるた
め、各パルス電圧の変動又は、各電極下のしきい
値電圧の変動によらず不要電子の排せつは完全に
行うことができる。
また第１の実施例に示したように、蓄積電極下
のみに信号電荷が局在して蓄積されいるため、高
速移送動作が可能となる。
のみに信号電荷が局在して蓄積されいるため、高
速移送動作が可能となる。
以上、第２の実施例を説明したがこれに限られ
るものではなく、以下、第５図に基いて本発明の
第３の実施例について説明する。第５図ａは、第
３の実施例を説明するための平面構成略図、第５
図ｂは、第５図ａにおいてX3―X3′線で切断した
概略断面図である。第５図ｂにおいて蓄積電極９
が２個形成されているがこれはX3―X3′線がフオ
トダイオード（45―ａ）で折り返えされてるため
である。第５図におて、第１図乃至第４図と同一
箇所及び同一機能部分は同一符号を付して説明す
る。
るものではなく、以下、第５図に基いて本発明の
第３の実施例について説明する。第５図ａは、第
３の実施例を説明するための平面構成略図、第５
図ｂは、第５図ａにおいてX3―X3′線で切断した
概略断面図である。第５図ｂにおいて蓄積電極９
が２個形成されているがこれはX3―X3′線がフオ
トダイオード（45―ａ）で折り返えされてるため
である。第５図におて、第１図乃至第４図と同一
箇所及び同一機能部分は同一符号を付して説明す
る。
第５図ａにおいて（45―ａ），（45―ｂ），（45―
ｃ）は各々完全空乏化されたフオトダイオードで
ある。このフオトダイオードを完全空乏化するた
め、蓄積リセツト電極５１が例えば第２ポリシリ
コンで不純物層３０に隣接し絶縁層３５を介して
設けられており、さらに蓄積リセツト電極５１に
隣接して半導体基板８と逆導伝形の電荷掃き出し
ドレイン５２が設けられている。他の箇所は、第
３図ａと共通であるので詳細な説明は省略する。
ｃ）は各々完全空乏化されたフオトダイオードで
ある。このフオトダイオードを完全空乏化するた
め、蓄積リセツト電極５１が例えば第２ポリシリ
コンで不純物層３０に隣接し絶縁層３５を介して
設けられており、さらに蓄積リセツト電極５１に
隣接して半導体基板８と逆導伝形の電荷掃き出し
ドレイン５２が設けられている。他の箇所は、第
３図ａと共通であるので詳細な説明は省略する。
次に、第５図（ｃ―１）〜（ｃ―３）、ｄに基
づいて第３の実施例の動作原理を詳細に説明す
る。第５図（ｃ―１）〜（ｃ―４）は各タイミン
グにおけるポテンシヤル分布図である。第５図ｄ
は各電極に印加される電圧パルスのタイミング図
である。第５図ｄにおいて上から蓄積リセツト電
極５１、移送ゲート１０、電荷転送用電極１１，
１２の各々の電圧パルスを示す。第５図ａに示す
固体撮像装置は、各々の電圧パルスに従つて次の
ように動作する。
づいて第３の実施例の動作原理を詳細に説明す
る。第５図（ｃ―１）〜（ｃ―４）は各タイミン
グにおけるポテンシヤル分布図である。第５図ｄ
は各電極に印加される電圧パルスのタイミング図
である。第５図ｄにおいて上から蓄積リセツト電
極５１、移送ゲート１０、電荷転送用電極１１，
１２の各々の電圧パルスを示す。第５図ａに示す
固体撮像装置は、各々の電圧パルスに従つて次の
ように動作する。
第５図（ｃ―１）において、信号電子の蓄積
（積分）を開始する直前（ｔ＝t51）で蓄積リセ
ツト電極５１に高電圧パルスが印加されてゲー
トが開き、不要電荷５０は、掃き出しドレイン
５２に流し出される。
（積分）を開始する直前（ｔ＝t51）で蓄積リセ
ツト電極５１に高電圧パルスが印加されてゲー
トが開き、不要電荷５０は、掃き出しドレイン
５２に流し出される。
第５図（ｃ―２）に示すように、蓄積リセツ
ト電極５１の電圧が低電圧となつた時点から信
号電荷の蓄積が開始され、ｐ―ｎフオトダイオ
ードで光電変換された電子はより電位の高い蓄
積電極下の蓄積井戸へ隋時流入し蓄積される
（ｔ＝t52）。
ト電極５１の電圧が低電圧となつた時点から信
号電荷の蓄積が開始され、ｐ―ｎフオトダイオ
ードで光電変換された電子はより電位の高い蓄
積電極下の蓄積井戸へ隋時流入し蓄積される
（ｔ＝t52）。
第５図（ｃ―３）に示すように、一定の積分
蓄積動作を行つた後、移送ゲート１０に高圧が
印加され（ｔ＝t53）信号電子はレジスタ１６へ
移送される。
蓄積動作を行つた後、移送ゲート１０に高圧が
印加され（ｔ＝t53）信号電子はレジスタ１６へ
移送される。
従つて、不要電荷の排出は、蓄積電極下及びｐ
―ｎフオトダイオード内に存在する全ての電子に
ついてなされ、完全転送モードで行なわれるた
め、各パルス電圧の変動又は、、各電極下のしき
い値電圧の変動によらず不要電子の排せつは完全
に行うことができる。
―ｎフオトダイオード内に存在する全ての電子に
ついてなされ、完全転送モードで行なわれるた
め、各パルス電圧の変動又は、、各電極下のしき
い値電圧の変動によらず不要電子の排せつは完全
に行うことができる。
また、第１・第２の実施例に示したよに蓄積電
極下のみに信号電荷が局在して蓄積されるため高
速移送動作が可能となる。
極下のみに信号電荷が局在して蓄積されるため高
速移送動作が可能となる。
第１図は固体撮像装置の従来例の平面構成略
図、第２図ａは第１図のＸ―X′断面構造図、第
２図ｂは信号電荷の蓄積期間のポテンシヤル分布
図、第２図ｃは信号電荷を電荷結合装置へ移送す
る期間のポテンシヤル分布図、第３図ａは本発明
の第１の実施例の断面構造図、第３図（ｂ―１）
は信号電荷の蓄積期間のポテンシヤル分布図、第
３図（ｂ―２）は信号電荷を電荷結合装置へ移送
する期間のポテンシヤル分布図、第３図（ｃ―
１）は第３図ａのY1方向に沿つた電界分布図、
第３図（ｃ―２）は、第３図（ｃ―１）に対応す
る電位分布図、第４図ａは本発明の第２の実施例
の平面構成略図、第４図ｂは第４図ａのX2―
X2′断面構造図、第４図（ｃ―１）〜（ｃ―４）
は本発明の第２の実施例の動作原理を説明するた
めのポテンシヤル分布図、第４図ｄは各電極に印
加される電圧パルスのタイミング図、第５図ａは
本発明の第３の実施例の平面構成略図、第５図ｂ
は、第５図ａのX3―X3′断面構造図、第５図（ｃ
―１）〜（ｃ―３）は、本発明の第３の実施例を
説明するためのポテンシヤル分布図、第５図ｄ
は、各電極に印加される電圧パルスのタイミング
図である。図において、 ７，１６，３０…不純物層、８…半導体基板、
９…蓄積電極、１０…移送ゲート、１１，１２…
転送電極、１７…チヤンネルストツプス、４６，
５１…蓄積リセツト電極、４７，５２…電荷掃き
出しドレイン。
図、第２図ａは第１図のＸ―X′断面構造図、第
２図ｂは信号電荷の蓄積期間のポテンシヤル分布
図、第２図ｃは信号電荷を電荷結合装置へ移送す
る期間のポテンシヤル分布図、第３図ａは本発明
の第１の実施例の断面構造図、第３図（ｂ―１）
は信号電荷の蓄積期間のポテンシヤル分布図、第
３図（ｂ―２）は信号電荷を電荷結合装置へ移送
する期間のポテンシヤル分布図、第３図（ｃ―
１）は第３図ａのY1方向に沿つた電界分布図、
第３図（ｃ―２）は、第３図（ｃ―１）に対応す
る電位分布図、第４図ａは本発明の第２の実施例
の平面構成略図、第４図ｂは第４図ａのX2―
X2′断面構造図、第４図（ｃ―１）〜（ｃ―４）
は本発明の第２の実施例の動作原理を説明するた
めのポテンシヤル分布図、第４図ｄは各電極に印
加される電圧パルスのタイミング図、第５図ａは
本発明の第３の実施例の平面構成略図、第５図ｂ
は、第５図ａのX3―X3′断面構造図、第５図（ｃ
―１）〜（ｃ―３）は、本発明の第３の実施例を
説明するためのポテンシヤル分布図、第５図ｄ
は、各電極に印加される電圧パルスのタイミング
図である。図において、 ７，１６，３０…不純物層、８…半導体基板、
９…蓄積電極、１０…移送ゲート、１１，１２…
転送電極、１７…チヤンネルストツプス、４６，
５１…蓄積リセツト電極、４７，５２…電荷掃き
出しドレイン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ １導電形半導体領域に複数個の反対導電形不
純物層を形成して成るｐ―ｎ接合形フオトダイオ
ードと、前記フオトダイオードに隣接して前記半
導体領域上に絶縁層を介して配設され、前記フオ
トダイオードにおいて光電変換された信号電荷を
蓄積するための蓄積電位井戸を半導体領域内又は
前記絶縁層との界面に形成するための導電性蓄積
用電極と、この導電性蓄積用電極に隣接して絶縁
層を介して設けられた前記信号電荷を移送するた
めの導電性電極と、移送された信号電荷を信号検
出回路に送り出す手段とからなる固体撮像装置に
おいて、前記蓄積電位井戸から前記信号電荷を送
り出す手段へ信号電荷を移送した際に、前記反対
導電形不純物層が前記蓄積電位井戸の電位で完全
空乏化され信号蓄積期間に光電変換された信号電
荷は前記ｐ―ｎフオトダイオードから前記蓄積電
位井戸に流入し、局在して蓄積されることを特徴
とする固体撮像装置。 ２ 前記反対導電形不純物層の不純物濃度ＮD、
この不純物層厚Ｘj、前記半導体領域の不純物濃
度ＮA、前記蓄積電位井戸の電位ＶS、前記反対導
電形不純物層および前記半導体領域の誘電率ε、
電子の電荷量−ｅの間の関係が ｅＮＤ Ｘｊ ２／２ε（１＋ＮＤ／ＮＡ）＜ＶS であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の固体撮像装置。 ３ 前記フオトダイオードにおいて光電変換され
た信号電荷を蓄積するに先立ち前記蓄積電位井戸
及び前記反対導電形不純物層に存在する電荷を掃
き捨てるため形成された前記半導体領域と反対導
電形のドレイン領域と、このドレイン領域と隣接
し前記反対導電形不純物層あるいは前記蓄積用電
極の少なくとも一方と隣接し前記基板上に絶縁層
を介して配設された蓄積リセツト電極を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55135824A JPS5762672A (en) | 1980-10-01 | 1980-10-01 | Solid-state image pickup sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55135824A JPS5762672A (en) | 1980-10-01 | 1980-10-01 | Solid-state image pickup sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5762672A JPS5762672A (en) | 1982-04-15 |
| JPS627751B2 true JPS627751B2 (ja) | 1987-02-19 |
Family
ID=15160645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55135824A Granted JPS5762672A (en) | 1980-10-01 | 1980-10-01 | Solid-state image pickup sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5762672A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020017091A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | オムロン株式会社 | 電力変換装置 |
| WO2020017090A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | オムロン株式会社 | 電力変換装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58173981A (ja) * | 1982-04-05 | 1983-10-12 | Copal Co Ltd | 電子式スチルカメラ |
| JPS58187082A (ja) * | 1982-04-26 | 1983-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置の駆動方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL180157C (nl) * | 1975-06-09 | 1987-01-02 | Philips Nv | Halfgeleider beeldopneeminrichting. |
| JPS5437422A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-19 | Toshiba Corp | Solid state pickup device |
| JPS5839386B2 (ja) * | 1978-02-22 | 1983-08-30 | 株式会社東芝 | 電荷転送形イメ−ジセンサ |
-
1980
- 1980-10-01 JP JP55135824A patent/JPS5762672A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020017091A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | オムロン株式会社 | 電力変換装置 |
| WO2020017090A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | オムロン株式会社 | 電力変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5762672A (en) | 1982-04-15 |
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