KR102236597B1 - 리니어 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
광검출부 AR은, 열방향을 따라서 정렬하는 복수의 화소 영역 PX를 가지도록 분할되어 있다. 복수의 화소 영역 PX로부터의 신호는, 각각의 광검출부 AR마다 적산되어, 일차원적인 광이미지에 대응하는 전기 신호로서 시계열로 출력된다. 개개의 화소 영역 PX는, 광전 변환 영역 내의 전하의 전송을 촉진하는 저항성 게이트 전극 R과 전하 축적 영역 S2를 구비하고 있고, 전하 축적 영역 S2에는 채널 영역을 통해서 드레인 영역 ARD가 인접해 있다.
Description
본 발명은 입사된 에너지선(광/X선)을 전하(전자)로 변환하여, 반도체 내부의 포텐셜을 변화시킴으로써, 변환된 전하를 전송하는 리니어 이미지 센서에 관한 것이다.
전하 결합 소자(CCD) 등의 리니어 이미지 센서는, 이것에 입사된 일차원적인 광이미지를 광전 변환한 후, 광전 변환에 의해 생성된 전기 신호를 시계열(時系列)로 출력하는 고체 촬상 소자이다. 종래의 이미지 센서는, 예를 들면, 특허 문헌 1~3에 기재되어 있다. 이러한 이미지 센서 중에서, 리니어 이미지 센서(1차원 CCD)는, 2차원의 이미지 센서와는 다른 용도에 이용되고 있어, 서로 다른 특성이 요구되고 있다.
도 18은 종래의 리니어 이미지 센서를 나타내고 있다. 광 감응 영역에는, 행방향으로 복수의 화소가 늘어서 있고, 열방향에는 1개의 화소만이 존재하고 있다. 에너지선의 입사에 따라서, 각 화소에 있어서 발생한 전하는, 전송 게이트 전극의 바로 아래 영역을 통해서, 수평 레지스터에 전송된다. 수평 레지스터에 입력된 전하는 수평 방향으로 전송되어, 앰프를 통해서 외부에 출력된다.
이러한 리니어 이미지 센서는, 미약광(微弱光)을 검출하는 분광 분석에 이용된다. 높은 S/N비를 실현하려면, 1화소의 수광부 면적을 크게 하여, 1화소에 입사되는 신호 광자수(光子數)를 증가시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 1개의 화소의 광전 변환 영역에 있어서의 길이 방향(전하 전송 방향)의 사이즈를 크게 한다.
또한, CCD에 있어서는, 프린징 전계라고 하는 포텐셜 경사를 이용하여, 발생한 전하를 전송하고 있지만, 화소 사이즈가 커지면, 화소의 중앙부에 있어서, 포텐셜이 위치에 대해서 플랫하게 되어, 전하가 전송되기 어려워지는 경향이 있다. 이에, 길이 방향의 사이즈가 큰 광전 변환 영역을 가지는 리니어 이미지 센서에서는, 광전 변환 영역상에, 절연막을 통해서 저항성 게이트 전극을 배치하여, 광전 변환 영역 내에 포텐셜 경사를 의도적으로 형성하고 있다.
한편, 레이저 유기 브레이크다운(breakdown) 분석(LIBS)을 비롯한 발광 분광 분석법(OES)용의 리니어 이미지 센서에는, 고속 셔터 기능이 요구되고 있다. 분광된 광이미지를 리니어 이미지 센서로 검출하면, 분광 분석을 행할 수 있다.
발광 분광 분석법에서는, 피검사체에 강한 여기광(勵起光)(레이저 등)을 조사하여, 피검사체로부터 방사되는 휘선(輝線) 스펙트럼의 분광 분석을 행함으로써, 피검사체에 포함되는 원소의 분포, 상태를 식별할 수 있다.
그렇지만, 여기광에 의해서 피검사체 표면에서 발생한 플라스마에 의해, 조사 직후는 플라스마 자신의 배경광을 많이 포함하기 때문에, 검출하고 싶은 원소 고유의 휘선 스펙트럼이, 이것에 묻혀 버린다. 그 때문에, 정밀도가 높은 분광 분석을 행하기 위해서는, 당해 강한 여기광의 조사에 의해서 피검사체 표면에서 발생한 조사 직후의 플라스마 자신의 배경광을 많이 포함하는 신호는 전자 셔터에 의해 제거하고, 조사 후 일정시간 경과하여, 원소 고유의 휘선 스펙트럼을 많이 포함하는 신호를 선택적으로 검출하는 것이 바람직하다. 여기광은, 그 발생 직후부터 단조 감쇠하여, 10μ초 정도에서 소실하기 때문에, 전자 셔터에 의한 신호의 제거 시간은, 수 μ초 이하의 기간으로 설정한다.
리니어 이미지 센서는, 입사광을 전자(정공)로 변환하여, 변환된 캐리어를 종단부까지 전송하여, 판독하고 있다. 예를 들면, 시각 0초에서부터 촬상을 시작하여, 시각 t1까지 축적된 전하는 제거하고, 시각 t1에서부터 시각 t2까지 축적된 전하를 수평 레지스터에 전송한다.
여기서, 전하의 제거를 행하는 전자 셔터는, 광전 변환 영역으로부터 전송 게이트 전극 바로 아래 영역에 이르기 직전의 전하를, 드레인에 흘림으로써, 전하를 제거한다.
도 19의 (A)는, 이러한 경우의 하나의 화소 근방 구조의 평면도이다.
광 감응 영역에 마련된 저항성 게이트 전극 R이 만들어 내는 전계에 의해서, 수직 방향으로 전하가 전송되고, 제1 전송 전극 STG의 바로 아래에 축적된 전하는, 전자 셔터용의 리셋 게이트 전극 ARG에 소정 전위를 가함으로써, 이 바로 아래의 전하가, 드레인 영역 ARD에 유입되어, 외부로 파기된다. 파기되지 않았던 타이밍에서 종단(終端)의 전송 전극 TG가 ON되면, 전하는 수평 방향의 전송 전극 PH의 바로 아래 영역으로 유입되어, 수평 레지스터를 통해서 판독되게 된다.
상세하게 설명하면, 드레인 영역 ARD에 전하를 흘리기 위해서는, 전하 축적 영역과 드레인 영역의 사이에 리셋 게이트 전극 ARG를 배치하고, 이 리셋 게이트 전극 ARG에 소정 시간폭의 클록 신호를 준다. 클록 신호가 리셋 게이트 전극 ARG에 입력됨으로써, 리셋 게이트 전극 ARG의 바로 아래의 채널 영역이 ON되어, 전하 축적 영역으로부터 드레인 영역 ARD에 전하가 흘러, 셔터 기능이 달성된다.
그런데, 전하 전송 방향을 따른 광전 변환 영역의 치수는 길기 때문에, 광전 변환 영역의 한쪽 단으로 이동한 전하를 전하 축적 영역 내에 축적하는 시각과, 다른 쪽 단에 있어서의 전하를 전송하여 전하 축적 영역 내에 축적하는 시각과의 사이에는 시간적인 지연이 있다. 즉, 이러한 구조의 리니어 이미지 센서에 있어서는, 이 지연 분의 시간이 경과한 후에, 전하 축적 영역 내에 축적된 전하를 드레인 영역에 흘리게 된다. 환언하면, 이러한 타입의 리니어 이미지 센서에 있어서는, 드레인 영역으로의 전하의 전송 시각이 늦어지고, 따라서 전자 셔터 기간을 짧게 할 수 없다.
한편, 도 19의 (B)에 도시하는 것처럼, 저항성 게이트 전극 R이 마련된 광전 변환 영역의 측방(側方)으로 병설(倂設)하여 길이가 긴 드레인 영역 ARD를 마련하고, 당해 드레인 영역 ARD에 전하를 유입하는 구조로 하면, 광전 변환 영역에 있어서의 어느 영역에 있어서 발생한 전하여도, 드레인 영역 ARD까지 즉시 유입될 수 있다. 그렇지만, 전하를 드레인 영역 ARD에 배출하기 위해서는, 길이가 긴 드레인 영역으로 병설하여, 길이가 긴 리셋 게이트 전극 ARG를 배치할 필요가 있고, 리셋 게이트 전극 ARG나 드레인 영역 ARD가 캐패시터 등의 기생 소자를 구성하여, 리셋 게이트 전극 ARG에 고속의 클록 신호를 주어도, 리셋 게이트 전극 ARG 바로 아래의 채널 영역의 응답이 늦어서, 고속으로의 ON/OFF의 제어를 할 수 없다. 따라서 전자 셔터가 고속화되지 않는다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 전자 셔터의 고속화가 가능한 리니어 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 리니어 이미지 센서는, 행방향으로 늘어선 복수의 광검출부를 가지고, 각각의 광검출부가, 열방향을 따라서 정렬하는 복수의 화소 영역을 가지도록 분할되고, 복수의 화소 영역으로부터의 신호를, 각각의 광검출부마다 적산하여, 일차원적인 광이미지에 대응하는 전기 신호를 시계열로 출력하는 리니어 이미지 센서로서, 개개의 화소 영역은, 입사된 에너지선을 광전 변환하는 광전 변환 영역과, 광전 변환 영역 내에 있어서 열방향을 따른 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사를 형성하는 경사 포텐셜 형성 수단과, 개개의 광전 변환 영역에서 발생한 전하를 각각 축적하는 전하 축적 영역과, 전하 축적 영역에 채널 영역을 통해서 인접한 드레인 영역과, 채널 영역을 흐르는 전하량을 제어하도록, 채널 영역상에 배치된 리셋 게이트 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
경사 포텐셜 형성 수단에 의해, 광전 변환 영역 내에 있어서 발생한 전하를, 열방향으로 고속으로 전송할 수 있다. 전송된 전하는, 배리어 영역을 통해서, 전하 축적 영역에 전송된다.
개개의 전하 축적 영역에는, 채널 영역을 통해서, 드레인 영역이 인접해 있다. 채널 영역을 전하가 통과할 수 있는지 여부는, 그 위의 리셋 게이트 전극에 주어지는 전위에 의존한다. 즉, 리셋 게이트 전극에 전위를 주고, 채널 영역을 ON으로 하면, 전하 축적 영역으로부터, 채널 영역을 통해서 드레인 영역에 전하가 흐른다.
이 리니어 이미지 센서에 의하면, 1개의 화소가, 복수의 광전 변환 영역으로 분할되고, 각각에 채널 영역을 통해서, 드레인 영역이 인접해 있으므로, 고속으로 전하를 드레인에 배출할 수 있다. 또, 상기 분할에 의해서, 드레인 영역 주변의 시정수가 작아지기 때문에, 각 리셋 게이트 전극에도 높은 주파수의 클록 신호를 주어, 채널 영역의 ON/OFF의 전환을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
또, 어느 화소 영역에 있어서의 상기 전하 축적 영역과, 이 화소 영역의 후단(後段)에 인접하는 화소 영역에 있어서의 상기 광전 변환 영역과의 사이에, 상기 광전 변환 영역보다도 불순물 농도가 낮은 포텐셜 장벽 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 불순물 농도가 낮은 포텐셜 장벽 영역이 존재하는 경우, 후단의 화소 영역으로부터, 대상의 화소 영역의 전하 축적 영역으로의 전하의 역류(逆流)를 방지할 수 있다.
본 발명의 리니어 이미지 센서에 의하면, 전자 셔터의 고속화가 가능하기 때문에, 이것을 발광 분광 분석법 등에 이용함으로써, 종래에는 불가능했던 정밀한 분석도 가능해진다.
도 1은 전하 결합 소자를 구비한 고체 촬상 장치의 평면 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(II－II 화살표선 단면)이다.
도 3은 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(III－III 화살표선 단면)이다.
도 4는 수직 방향의 광검출부에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 각 신호의 포텐셜의 변화를 나타내는 도표이다.
도 6은 저항성 게이트 전극의 평면도이다.
도 7은 제1 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 8은 제2 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 9는 제3 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 10은 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 전하 결합 소자의 단면도(A－A 화살표선 단면)(A), 이 단면의 X축 방향을 따른 포텐셜도 (B), (C)이다.
도 12는 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다.
도 13은 변형한 구조에 따른 리니어 이미지 센서의 단면도이다.
도 14는 수직 방향의 화소열에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 이면(裏面) 조사형의 리니어 이미지 센서의 부분적인 단면도이다.
도 16은 전송 전극을 공통으로 한 경우에 있어서의 리니어 이미지 센서의 전송 전극 근방의 단면도이다.
도 17은 불순물의 주입 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 종래의 리니어 이미지 센서의 평면도이다.
도 19는 1개의 화소 근방 구조의 평면도 (A), (B)이다.
도 2는 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(II－II 화살표선 단면)이다.
도 3은 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(III－III 화살표선 단면)이다.
도 4는 수직 방향의 광검출부에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 각 신호의 포텐셜의 변화를 나타내는 도표이다.
도 6은 저항성 게이트 전극의 평면도이다.
도 7은 제1 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 8은 제2 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 9는 제3 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다.
도 10은 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 전하 결합 소자의 단면도(A－A 화살표선 단면)(A), 이 단면의 X축 방향을 따른 포텐셜도 (B), (C)이다.
도 12는 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다.
도 13은 변형한 구조에 따른 리니어 이미지 센서의 단면도이다.
도 14는 수직 방향의 화소열에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 이면(裏面) 조사형의 리니어 이미지 센서의 부분적인 단면도이다.
도 16은 전송 전극을 공통으로 한 경우에 있어서의 리니어 이미지 센서의 전송 전극 근방의 단면도이다.
도 17은 불순물의 주입 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 종래의 리니어 이미지 센서의 평면도이다.
도 19는 1개의 화소 근방 구조의 평면도 (A), (B)이다.
이하, 실시 형태에 따른 리니어 이미지 센서에 대해 설명한다. 또한, 동일 요소에는 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 전하 결합 소자로 구성되는 리니어 이미지 센서(100)를 구비한 고체 촬상 장치의 평면 구성을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(II－II 화살표선 단면)이다.
이 리니어 이미지 센서(100)는, 행방향(X축 방향)으로 늘어선 복수의 광검출부(화소열) AR을 가지고 있다. 각각의 광검출부 AR은, 열방향(Y축 방향)을 따라서 정렬되는 복수의 화소 영역 PX(도 2에서는 PX(1), PX(2))를 가지도록 분할되어 있고, 각 화소 영역 PX에 있어서 발생한 전하는, 열방향을 따라서 전송된다.
리니어 이미지 센서(100)는 복수의 화소 영역 PX로부터의 신호를, 각각의 광검출부 AR마다 적산하여, 광검출부 AR에 입사된 일차원적인 광이미지에 대응하는 전기 신호를 시계열로 출력한다.
개개의 화소 영역 PX는, 입사된 에너지선을 광전 변환하는 광전 변환 영역 S1과, 광전 변환 영역 S1 내에 있어서 열방향(Y축)을 따른 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사를 형성하는 경사 포텐셜 형성 수단(저항성 게이트 전극 R)과, 개개의 광전 변환 영역 S1에서 발생한 전하를 각각 축적하는 전하 축적 영역 S2와, 전하 축적 영역 S2에 채널 영역 B2(도 11 참조)를 통해서 인접한 드레인 영역 ARD와, 채널 영역 B2를 흐르는 전하량을 제어하도록, 채널 영역 B2상에 배치된 리셋 게이트 전극 ARG(도 11 참조)를 구비하고 있다.
경사 포텐셜 형성 수단에 의해, 광전 변환 영역 S1 내에 있어서 발생한 전하를, 열방향(Y축)으로 고속으로 전송할 수 있다. 전송된 전하는, 배리어 영역 B(도 2 참조)를 통해서, 전하 축적 영역 S2에 전송된다.
도 2에 도시하는 것처럼, 이 리니어 이미지 센서(100)는 Y축 방향(일 방향)으로 정렬된 복수의 화소 영역 PX(PX(1), PX(2))를 가지는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)상에 마련된 절연막(20)을 구비하고 있다. P형(제1 도전형)의 반도체 기판(10)의 표면측에는, 반도체 기판 본체(10A)보다도 고농도로 불순물(P형)이 첨가된 컨택트 영역 C1이 형성되고, 컨택트 영역 C1에는 전극 E1(도 1 참조)이 접촉되어 전기적으로 접속되어 있다. 반도체 기판(10)의 표면측에는 라인 센서의 촬상 영역을 구성하는 복수의 광검출부 AR(도 1 참조)이 형성되어 있고, 각 광검출부 AR은, Y축 방향으로 정렬된 복수의 화소 영역 PX를 구비하고 있다. 또한, 도 2의 컨택트 영역 C1은, 반도체 기판(10)의 바깥 가장자리를 둘러싸도록 형성해도 된다.
도 1에 도시하는 것처럼, 각 광검출부 AR의 종단부에는, 전자의 통과를 제어하는 전송 게이트 전극 TG가 마련되어 있고, 전송 게이트 전극 TG를 통해서, 수평 레지스터 HR이 배치되어 있다. 수평 레지스터는 전송 게이트 전극 TG를 통해서, 유입된 전자를 수평 방향(X축 음방향)으로 전송한다. 전송된 전자는 앰프 A에 입력되어, 전압으로 변환되어, 외부에 출력된다.
도 2에 도시하는 것처럼, 개개의 화소 영역 PX는, 입사된 에너지선을 광전 변환하는 N형(제2 도전형)의 광전 변환 영역 S1(또한, 공핍층이 확대되는 PN 접합은, 광전 변환 영역 S1과 반도체 기판 본체(10A)의 계면(界面)에 형성됨)과, 광전 변환 영역 S1 내에 있어서 일 방향을 따른 포텐셜 경사를 형성하는 저항성 게이트 전극 R(경사 포텐셜 형성 수단)을 구비하고 있다. 또, 개개의 화소 영역 PX는, 절연막(20)상에 마련된 제1 전송 전극 T1과, 절연막(20)상에 마련되고, 제1 전송 전극 T1과, 이 화소 영역 PX(1)에 인접하는 화소 영역 PX(2)와의 사이에 배치된 제2 전송 전극 T2를 구비하고 있다. 또한, 개개의 화소 영역 PX는, 반도체 기판(10)에 있어서의 제1 전송 전극 T1 바로 아래에 위치하는 배리어 영역 B와, 반도체 기판(10)에 있어서의 제2 전송 전극 T2 바로 아래에 위치하는 전하 축적 영역 S2를 구비하고 있다.
여기서, 배리어 영역 B의 불순물 농도(제2 도전형：N형)는, 전하 축적 영역 S2의 불순물 농도(N형)보다도 낮고, 제1 전송 전극 T1과 제2 전송 전극 T2는, 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 본 예에서는, 경사 포텐셜 형성 수단은 광전 변환 영역 S1의 바로 위에 위치하고, 절연막(20)상에 마련된 저항성 게이트 전극 R이며, 도 1에 도시하는 구동 회로(101)로부터 저항성 게이트 전극 R의 Y축 방향의 양단 사이에는 소정의 고정(固定) 전압이 인가되지만, 반도체 기판 표면의 이차원 불순물 농도 분포를 이용하더라도, 경사 포텐셜 형성 수단은 구성할 수 있다. 경사 포텐셜 형성 수단은 전하 전송 방향(Y축)을 따른 전하의 전송을 촉진한다.
저항성 게이트 전극 R을 이용하는 경우, 절연막(20)상에 저항성 게이트 전극 R을 배치하고, 그 양단 사이에 고정 전압을 인가함으로써, 저항성 게이트 전극 바로 아래의 반도체 영역에 있어서, 포텐셜 경사를 만들어 낼 수 있다. 여기에서는, 저항성 게이트 전극 R에 있어서의 전자 전송 방향의 전단(前段)에 전위 RGL을 가하고, 후단(後段)에 전위 RGH(＞RGL)를 가한다. 또한, 이들 전위는 그라운드를 기준으로 하면 전압이 된다. 후단의 쪽이, 전위가 높기 때문에, 음의 전하를 가지는 전자는, 전위가 높은 후단으로 흘러 간다. 따라서 대면적의 화소를 이용한 경우에 있어서도, 충분히 전하를 전송하는 것이 가능해진다.
저항성 게이트 전극 R에 의해, 예를 들면 화소 사이즈가 큰 경우에 있어서도, 광전 변환 영역 내에 있어서 발생한 전하를, 일 방향으로 충분히 전송할 수 있다. 전송된 전하는, 배리어 영역 B를 통해서, 전하 축적 영역 S2에 전송된다. 배리어 영역 B 및 전하 축적 영역 S2의 무(無)바이어스 상태에서의 포텐셜(전위)은, 이들 불순물 농도차에 따라 다르고, 전하 축적 영역 S2의 쪽이 깊어, 전하를 축적하기 쉬워져 있다. 한편, 이들 배리어 영역 B 및 전하 축적 영역 S2에는, 전기적으로 접속된 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2에 의해, 절연막(20)을 통해서, 동일한 바이어스가 주어진다. 따라서 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2로의 인가 전위(전송 신호 PV)를 상하(上下)로 진동시킴으로써, 배리어 영역 B를 통해서 전하 축적 영역 S2에 전하를 축적하고(제1 상태), 축적된 전하를, 후단의 화소로 전송하는(제2 상태) 것이 가능해진다.
저항성 게이트 전극 R이나 전송 전극 T1, T2에는, 구동 회로(101)로부터 포텐셜을 줄 수 있다. 구동 회로(101)는 제어장치(102)에 의해서 제어된다. 제어장치(102)는 마이크로 컴퓨터 등으로 구성되고, 제어장치(102)로의 제어 입력에 따라서, 미리 프로그램된 클록 신호를 구동 회로(101)로 송출한다. 구동 회로(101)에, 소정의 클록 신호가 입력되면, 구동 회로(101)는 정전압(定電壓) RGL, RGH와, 1상(相)의 전송 신호 PV를 생성한다. 예를 들면, 구동 회로(101)는 클록 신호의 입력 개시를 검지하여, 일정시간 동안, 일정한 전압 RGL, RGH를 발생시킴과 아울러, 클록 신호를 필요에 따라서 분주(分周)하여, 분주된 클록 신호의 상승 타이밍에서, 전송 신호 PV의 전위를 상승시키고, 하강 타이밍에서 전송 신호 PV의 전위를 저하시킨다.
즉, 이 고체 촬상 장치는 리니어 이미지 센서(100)와, 리니어 이미지 센서(100)를 구동하는 구동 회로(101)와, 구동 회로(101)를 제어하는 제어장치(102)를 구비하고, 제어장치(102)는 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2의 전위가, 전송 신호 PV의 인가에 따라서, 동시에 상하 진동하도록, 구동 회로(101)를 제어한다. 이 경우, 전위의 상하 진동에 의해, 상술의 「제1 상태」및 「제2 상태」를 교호(交互)로 만들어 내는 것이 가능해진다.
또한, 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2는, 도 18에 도시하는 것처럼 공통화할 수 있다. 공통화된 전송 전극을 STG라고 한다.
도 3은 도 1에 도시한 리니어 이미지 센서의 단면도(III－III 화살표선 단면)이다.
수직 방향의 광검출부 AR의 종단까지 전송된 전자는, 마지막 화소 영역 PX(last)의 배리어 영역 B를 통해서, 그 전하 축적 영역 S2에 축적된다. 리니어 이미지 센서는, 절연막(20)상에 형성되고, 마지막 배리어 영역 B 및 전하 축적 영역 S2상에 마련된 전송 전극 STG를 구비하고 있다. 전송 전극 STG의 옆에는 전송 게이트 전극 TG가 배치되어 있고, 전송 게이트 전극 TG 바로 아래의 N형의 채널 영역 B3을 통해서, 축적된 전하는, 수평 방향의 전송 전극 PH의 바로 아래 영역에 유입될 수 있다.
수평 방향의 전송 전극 PH의 바로 아래의 구조도, 전송 전극 STG의 바로 아래의 구조와 동일하고, Y축 방향으로 인접한 배리어 영역 B*와 전하 축적 영역 S2*를 구비하고 있다. 또한, 채널 영역 B3의 불순물 농도는, 전하 축적 영역 S2보다도 낮게 설정되어 있어, 전하 축적 영역 S2에 전하가 축적되기 쉬운 구조로 되어 있다. 또한, 배리어 영역 B* 및 전하 축적 영역 S2*의 구조는, 배리어 영역 B 및 전하 축적 영역 S2와 동일하다.
여기서, 전송 게이트 전극 TG에 주어지는 전송 신호 TGV는, 비닝 동작을 행하기 위한 신호이다. 비닝 동작은, 이하와 같이 행해진다. 제1 단계에서는, 전송 신호 TGV는 기준치보다도 낮은 전위이며, 전송 게이트 전극 TG 바로 아래의 채널 영역 B3을, 전하 축적 영역 S2에 대한 포텐셜 장벽으로서 기능시켜, 전하 축적 영역 S2에 전하를 축적한다. 제2 단계에서는, 전송 신호 TGV의 전위를 높게 하여, 전하 축적 영역 S2에 대한 포텐셜 장벽을 감소시켜서, 마지막 화소 영역에 있어서의 전하 축적 영역 S2로부터 채널 영역 B3 및 수평 레지스터의 배리어 영역 B*를 통해서, 수평 레지스터의 전하 축적 영역 S2*에 전하를 전송한다. 제3 단계에서는, 전송 신호 TGV에 높은 전압을 준 채로, 전술의 제1 상태, 제2 상태를 반복함으로써, 전단의 화소 영역의 전하가 점차, 수평 레지스터의 전하 축적 영역 S2*를 향해 전송되어, 적산된다. 제4 단계에서는, 1개의 수직 방향의 화소 영역의 전하가, 모두, 수평 레지스터의 전하 축적 영역 S2*에 유입되어 적산된 후, 전송 신호 TGV에 낮은 전압을 주어, 포텐셜 장벽을 형성하여, 수평 방향의 전송 전극 PH의 바로 아래로의 전하 전송을 종료한다.
수평 레지스터의 전하 축적 영역 S2*에 축적된 전하는, 절연막(20)상에 마련된 수평 방향의 전송 전극 PH에 수평 방향의 전송 신호 HV를 인가함으로써, 수평 방향으로 전송되지만, 이 전송 신호 HV 및 전송 게이트 전극 TG에 인가되는 전송 신호 TGV도, 제어장치(102)의 지시에 따라, 구동 회로(101)에 의해서 생성된다.
도 4는 수직 방향의 화소열에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 각 신호의 포텐셜의 변화를 나타내는 도표이다. 또한, 이하의 그래프에서는 포텐셜은 φ로 나타내지고, 도면 하향(下向)이 양방향이다.
전하 전송을 행하는 기간에 있어서는, 모든 기간 t1~t2(도 5 참조)에 있어서, 저항성 게이트 전극 R의 양단에 인가되는 전위 RGL, RGH는 일정하다. 물론, 전위 RGL, RGH를 인가해 두고, 광전 변환을 행하면서, 광전 변환 영역 내에 있어서의 전하 전송을 행해도 되지만, 광전 변환시에 저항성 게이트 전극 R의 양단 사이에는 전압을 주지 않고 전자를 축적하고, 그리고 나서, 전하 전송시에만 전압을 주어도 된다.
제1 기간 t1에서는, 도 4의 (A)에 도시하는 것처럼, 저항성 게이트 전극 R이 배치되는 광전 변환 영역 S1의 포텐셜은, 전자(검은 원)의 전송 방향(도면 우측：도 1의 Y축 음방향)으로 나아감에 따라서 깊어지고, 제1 전송 전극 T1의 바로 아래의 배리어 영역 B의 포텐셜은 크게 깊어지고, 제2 전송 전극 T2 바로 아래의 전하 축적 영역 S2에서는, 더욱 깊어진다. 전하 축적 영역 S2는, 이것에 인접하는 배리어 영역 B와 후단의 광전 변환 영역 S1의 사이에 끼어서, 포텐셜 우물을 형성하고 있다. (A) 상태의 경우, 이 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2에는, 모두, 전송 신호 PV에 의해, 기준치보다도 높은 포텐셜이 가해지고 있다.
제2 기간 t2에서는, 도 4의 (B)에 도시하는 것처럼, 저항성 게이트 전극 R이 배치되는 광전 변환 영역 S1의 포텐셜에 변화는 없지만, 제1 전송 전극 T1의 바로 아래의 배리어 영역 B의 포텐셜이, 광전 변환 영역 S1의 포텐셜보다도 작아져, 포텐셜 장벽을 구성한다. 배리어 영역 B보다도 전하 축적 영역 S2의 포텐셜은 깊고, 후단의 광전 변환 영역 S1보다도 얕기 때문에, 전하 축적 영역 S2에 축적된 전자는, 후단의 광전 변환 영역에 유입되지만, 배리어 영역 B(버퍼 영역)에 의해서 형성되는 포텐셜 장벽에 의해 전자는 블록되어, 광전 변환 영역 S1의 도면의 우단(右端)에서 일시적으로 축적된다.
이후, 이들 제1 기간 t1과 제2 기간 t2의 동작을 반복한다. 즉, 도 4의 (B)의 기간 후, 제1 기간 t1이 된다. 이 경우, 도 4의 (C)에 도시하는 것처럼, 저항성 게이트 전극 R이 배치되는 광전 변환 영역 S1의 포텐셜에 변화는 없지만, 배리어 영역 B 및 광전 변환 영역 S1의 포텐셜이, 제1 기간 t1과 같은 상태로 변화하여, 이것과 동일한 동작이 행해진다. 또한, 다음의 기간에서는, 제2 기간 t2와 같은 상태로 변화하여, 이것과 동일한 동작이 행해진다.
다음으로, 경사 포텐셜 형성 수단에 대해 설명한다.
도 6은 경사 포텐셜 형성 수단으로서의 저항성 게이트 전극 R의 평면도이다. 저항성 게이트 전극 R은, 예를 들면, 광전 변환 영역 S1보다도 낮은 저항율을 가지는 폴리 실리콘 등으로 이루어진다. 저항 R의 양단 사이의 바람직한 저항값은, 1kΩ이상 10MΩ 이하로 설정할 수 있다. 저항성 게이트 전극 R은, XY 평면 내에 있어서 직사각형을 구성하고 있지만, 사다리꼴 등의 다른 다각형 형상으로 하는 것도 가능하다. 저항성 게이트 전극 R의 양단에는, 전위 RGL, RGH가 주어져서, 전하 전송 방향으로의 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사가 형성된다.
도 7은 경사 포텐셜 형성 수단으로서의 제1 형태의 광전 변환 영역 S1의 평면도이다. 즉, 본 예는, 상술의 저항성 게이트 전극 R을 이용하지 않고, 광전 변환 영역 S1의 불순물 농도를 변화시켜서, 마찬가지로 경사 포텐셜을 형성한 것이다. 전자는 도면의 오른쪽 방향으로 전송되지만, 전하 전송의 전단측 영역 S11의 불순물 농도보다도, 후단측 영역 S12의 불순물 농도의 쪽이 높게 설정되어 있다. 이 경우도, 후단측 영역 S12의 포텐셜이 전단측 영역 S11보다도 깊어져, 전단측 영역 S11과 후단측 영역 S12의 경계 근방에 경사진 프린징 전계가 형성된다. 즉, 전하 전송 방향으로의 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사가 형성된다.
도 8은 경사 포텐셜 형성 수단으로서의 제2 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다. 즉, 본 예에서도, 상술의 저항성 게이트 전극 R을 이용하지 않고, 광전 변환 영역 S1의 불순물 농도를 변화시켜서, 마찬가지로 경사 포텐셜을 형성한 것이다. 전자는 도면의 오른쪽 방향으로 전송되지만, 전하 전송 방향(Y방향)과는 반대를 향함에 따라서, X축 방향폭이 좁아지는 사다리꼴 형상의 테이퍼 영역 S12*가, 잔여의 광전 변환 영역 S11*을 Y축 방향으로 횡단하도록 연장되어 있다. 테이퍼 영역 S12*의 불순물 농도는, 광전 변환 영역 S11*의 불순물 농도보다도 높게 설정되어 있다. 이 경우도, 폭방향의 평균 포텐셜이, 전하 전송 방향의 후단측 영역에 있어서, 전단측 영역보다도 깊어져, 광전 변환 영역 S1 내에 있어서 전하 전송 방향으로의 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사가 형성된다.
도 9는 경사 포텐셜 형성 수단으로서의 제3 형태의 광전 변환 영역의 평면도이다. 즉, 본 예에서도, 상술의 저항성 게이트 전극 R을 이용하지 않고, 광전 변환 영역 S1의 불순물 농도를 변화시켜서, 마찬가지로 경사 포텐셜을 형성한 것이다. 본 예의 광전 변환 영역 S1은, 제2 형태에 있어서의 테이퍼 영역 S12*를, 복수의 미소 반도체 영역 S12**로 치환한 것이고, 개개의 미소 반도체 영역 S12**의 형상은 직사각형 등의 다각형이지만, 복수의 미소 반도체 영역 S12**의 폭방향(X축 방향) 양단 사이의 거리의 최대치는, 전하 전송 방향과는 역방향(Y축 양방향)을 향함에 따라서, 작아지고 있다.
미소 반도체 영역 S12**의 불순물 농도는, 잔여의 광전 변환 영역 S11*의 불순물 농도보다도 높게 설정되어 있다. 이 경우도, 폭방향의 평균 포텐셜이, 전하 전송 방향의 후단측 영역에 있어서, 전단측 영역보다도 깊어져, 광전 변환 영역 S1 내에 있어서 전하 전송 방향으로의 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사가 형성된다.
도 10은 수직 방향의 화소열의 종단부를 설명하기 위한 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다.
복수의 화소 영역 PX로 이루어지는 광검출부의 종단에는, 상술의 전송 전극 STG, 전송 게이트 전극 TG, 수평 방향의 전송 전극 PH가, Y축의 음방향을 따라서, 늘어서 있다. 각 화소 영역 PX에 있어서, X축 방향에는 전송 전극 STG, 리셋 게이트 전극 ARG, 드레인 영역 ARD가 늘어서 있다. 각 화소 영역에 있어서의 전송 전극 STG 바로 아래 영역에 축적된 전하는, 리셋 게이트 전극 ARG 바로 아래의 채널 영역을 통해서, 드레인 영역 ARD에 흘릴 수 있다.
도 11은 도 10에 도시한 리니어 이미지 센서의 하나의 화소 영역의 X축 방향을 따른 단면도(A－A 화살표선 단면)(도 11(A)), 이 단면의 X축 방향을 따른 포텐셜도 (B), (C)이다. 모든 화소 영역의 구조는, 이것과 동일하기 때문에, 전하 축적 영역의 부호로서 S2를 이용하는 것으로 한다.
전송 전극 STG의 X축 방향에 인접하여, 절연막(20)상에는, 리셋 게이트 전극 ARG가 형성되어 있다. 리셋 게이트 전극 ARG의 바로 아래에는, 전하 축적 영역 S2에 인접하여, 이것보다도 낮은 불순물 농도를 가지는 채널 영역 B2가 형성되어 있고, 채널 영역 B2에 인접하여, 드레인 영역 ARD가 형성되어 있다. 드레인 영역 ARD의 불순물 농도는 전하 축적 영역 S2보다도 높다. 리셋 게이트 전극 ARG에 기준보다 낮은 전위를 주었을 경우 (B), 채널 영역 B2에 있어서 포텐셜 장벽이 형성되어, 전자는 전하 축적 영역 S2에 축적되어 있지만, 기준보다 높은 전위를 주었을 경우 (C), 포텐셜 장벽이 소실되어, 전자(검은 원)는 드레인 영역 ARD로 흐른다. 리셋 게이트 전극 ARG에 높은 전위를 주는 타이밍은, 전자 셔터를 거는 타이밍이다.
개개의 전하 축적 영역 S2에는, 채널 영역 B2를 통해서, 드레인 영역 ARD가 인접해 있다. 채널 영역 B2를 전하가 통과할 수 있는지 여부는, 그 위의 리셋 게이트 전극 ARG에 주어지는 전위에 의존한다. 즉, 리셋 게이트 전극 ARG에 기준보다 높은 전위를 주고, 채널 영역 B2를 ON으로 하면, 전하 축적 영역 S2로부터, 채널 영역 B2를 통해서 드레인 영역 ARD에 전하가 흐른다.
이 리니어 이미지 센서에 의하면, 1개의 광검출부가, 복수의 광전 변환 영역으로 분할되고, 각각에 채널 영역 B2를 통해서, 드레인 영역 ARD가 인접해 있으므로, 고속으로 전하를 드레인 영역 ARD에 배출할 수 있다. 또, 상기 분할에 의해서, 드레인 영역 주변의 시정수가 작아지기 때문에, 각 리셋 게이트 전극 ARG에도 높은 주파수의 클록 신호를 주어, 채널의 ON/OFF의 전환을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
도 12는 각 광전 변환 영역 S1(저항성 게이트 전극 R)의 평면 형상을 변형했을 경우의 리니어 이미지 센서의 부분적인 평면도이다. 전송 전극 STG를 통과하는 X축 방향의 단면 구조는, 도 11에 도시한 것과 동일하다. 또, 저항성 게이트 전극 R의 평면 형상과, 그 바로 아래의 광전 변환 영역 S1의 평면 형상은 동일하다.
도 10에 도시한 것과의 차이점은, 각 화소 영역 PX에 있어서의 각 광전 변환 영역 S1(저항성 게이트 전극 R)의 평면 형상만이고, 그 외의 구성은, 도 10의 것과 동일하다. 화소 영역 PX에 있어서의 저항성 게이트 전극 R의 XY 평면 형상은, 직사각형의 2개의 모서리를 잘라낸 형상이고, 저항성 게이트 전극 R의 양단부에 있어서, 폭이 좁게 되어 있다. 이것에 의해, 전송되어 온 전하를, 드레인 영역 ARD로 이끄는 일 없이, 전송 전극 STG의 바로 아래 영역에 전송할 수 있다.
도 13은 변형한 구조에 따른 리니어 이미지 센서의 단면도이며, 도 14는 수직 방향의 광검출부에 있어서의 포텐셜 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 나타내는 구조의 도 2에 도시한 것과의 차이점은, 광전 변환 영역 S1의 전하 전송 방향의 전단측에, 저(低)불순물 농도의 포텐셜 장벽 영역 BR을 마련한 점이고, 그 외의 구성은 동일하다.
즉, 어느 화소 영역 PX(1)에 있어서의 전하 축적 영역 S2와, 이 화소 영역의 후단에 인접하는 화소 영역 PX(2)에 있어서의 광전 변환 영역 S1의 사이에, 광전 변환 영역 S1보다도 불순물 농도가 낮은 N형의 포텐셜 장벽 영역 BR이 형성되어 있다. 이와 같이, 불순물 농도가 낮은 포텐셜 장벽 영역 BR이 존재하는 경우, 후단의 화소 영역 PX(2)로부터, 대상의 화소 영역의 전하 축적 영역 S2로의 전하의 역류를 방지할 수 있다.
즉, 도 14의 (A), (B), (C)는, 각각, 도 2의 (A), (B), (C) 상태에 대응하는 도면이지만, 포텐셜 장벽 영역 BR은, (A) 상태에 있어서는, 다음 단의 화소 영역 PX(2)로의 전자(검은 원)의 불필요한 전송을 억제하고, 또 (C) 상태에서 (A) 상태로 돌아가는 경우에 있어서, 전자의 역류를 방지하고 있다.
도 15는 이면 조사형의 리니어 이미지 센서의 부분적인 단면도이다.
본 예의 도 2에 도시한 것과의 차이점은, 반도체 기판 본체(10A)를 이면측으로부터 에칭해서 박막화(薄膜化)하여, 입사광 L1을 이면으로부터 입사시키는 구성으로 한 점이다. 반도체 기판 본체(10A)의 주변부의 두께는, 중앙부의 두께보다도 두껍고, 중앙부의 두께는 예를 들면 5㎛ 이상 100㎛ 이하로 설정된다. 이 구조의 경우, 광전 변환 영역 S1로의 광의 입사를 방해하는 전극이 없기 때문에, 고감도인 촬상을 행할 수 있다.
도 16은 전송 전극을 공통으로 한 경우에 있어서의 리니어 이미지 센서의 전송 전극 근방의 단면도이다.
즉, 상술한 것처럼, 제1 전송 전극 T1 및 제2 전송 전극 T2는, 1개의 공통 전극 STG로 구성할 수 있다. 이 경우, 구조가 간단화된다고 하는 효과가 있다.
상기 공통 전극 STG를 구비하는 전하 결합 소자를 제조하는 전하 결합 소자의 제조 방법에 있어서는, 배리어 영역 B는, N형(제2 도전형)의 반도체 영역에, P형(제1 도전형)의 불순물을 첨가하여, 캐리어 보상을 행하여 형성할 수 있다. 즉, 캐리어의 보상에 의해, 저농도의 배리어 영역 B를 용이하게 형성할 수 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
도 17은 불순물의 주입 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
우선, P형의 반도체 기판(10)의 표면의 전면(全面)에 N형의 불순물을 이온 주입해서 첨가하여, N형의 반도체 영역 S를 형성한다(A1). 다음으로, N형 반도체 영역 S상에 폴리 실리콘 등으로 이루어지는 저항층 R을 형성한다. 이 형성에는 스패터법 등을 이용할 수 있다. 다음으로, 저항층 R상에 개구(開口)를 가지는 마스크 M1을 형성하고, 이 마스크 M1을 이용해서, 저항층 R을 에칭하여 패터닝한다(B1). 추가로, 다른 마스크 M2를 준비하여, 저항층 R의 개구 위치와, 마스크 M2의 개구 위치를 비켜 놓아, 개구의 일부만이 겹치도록 마스크 M2를 배치하고, 이 마스크 M2의 개구 엣지와 저항층 R의 개구 엣지(셀프 얼라이먼트)를 이용하여 P형의 불순물을 N형의 반도체 영역 S 내에 주입해서 첨가하여, 첨가된 영역의 캐리어를 보상하고, 상술의 배리어 영역 B를 형성한다(C1). 또, 반도체 기판상의 절연막(20)은, 저항층 R의 형성 전에 형성되어 있고, 저항층 및 상술의 전극은 절연막(20)상에 통상의 방법으로 패터닝되지만, 도 17에서는 기재를 생략하고 있다.
또, 캐리어 보상을 행하지 않는 방법을 이용하더라도, 배리어 영역 B를 형성할 수 있지만, 이 경우에는, 저항층의 개구에 의한 셀프 얼라이먼트를 이용할 수 없기 때문에, 캐리어 보상을 이용한 방법과 비교하여, 배리어 영역의 형성 위치 정밀도가 높지 않다.
캐리어 보상을 이용하지 않는 방법의 경우, 우선, P형의 반도체 기판(10)의 표면측에, 마스크 M0를 배치하고, N형의 불순물을 주입해서 첨가하여, N형의 반도체 영역 S를 형성한다(A2). 마스크 M0가 존재하고 있는 바로 아래 영역(10＇)에는 불순물은 첨가되지 않는다. 다음으로, 반도체 기판(10)의 전면상에 폴리 실리콘 등으로 이루어지는 저항층 R을 형성하고, 저항층 R상에 개구를 가지는 마스크 M1을 배치하고, 이 마스크 M1을 이용해서, 저항층 R을 에칭하여, 패터닝을 행한다. 이 경우, 패터닝된 저항층 R의 개구 위치와, 반도체 기판(10)의 표면의 불순물이 첨가되어 있지 않은 영역(10＇)은, 마스크 M1의 맞춤 정밀도에 기인하여, 미묘하게 위치가 시프트하게 된다.
다음으로, 다른 마스크 M2를 준비하여, 저항층 R의 개구 위치와, 마스크 M2의 개구 위치를 비켜 놓아, 개구의 일부만이 겹치도록 마스크 M2를 배치하고, 이 마스크 M2의 개구와 저항층 R의 개구(셀프 얼라이먼트)를 이용하여, 저농도의 N형의 불순물을, N형 반도체 영역이 아닌 P형의 영역(10＇) 내에 주입해서 첨가하여, N형의 배리어 영역 B를 형성한다. 이 경우, 배리어 영역 B의 위치가, 상기 방법과 비교하여, 정확하지 않게 된다.
즉, 상기 공정 (B2)에 있어서, 마스크 M1의 개구의 왼쪽 엣지의 위치가, 영역(10＇)의 왼쪽 엣지보다도 우측으로 시프트된 경우, (C2)에 도시하는 것처럼, 배리어 영역 B의 좌측에 N형 불순물이 첨가되지 않은 영역 LD가 형성된다.
한편, 상기 공정 (B2)에 있어서, 마스크 M1의 개구의 왼쪽 엣지의 위치가, 영역(10＇)의 왼쪽 엣지보다도 좌측으로 시프트된 경우((B3)으로서 나타냄), (C3)에 도시하는 것처럼, 배리어 영역 B의 우측에 N형 불순물이 고농도로 첨가된 영역 HD가 형성된다.
마지막으로, 재료에 대해 설명한다.
상술의 반도체 기판(10)은 실리콘(Si)으로 이루어지고, 배리어 영역, 전하 축적 영역에 첨가되는 N형 불순물은 N, P 또는 As, P형 불순물은 B 또는 Al로 할 수 있다. 각각의 불순물 농도/두께의 적합치는, 이하와 같다.
·반도체 기판 본체(10A)：
1013 이상 1019 이하(cm－3)/50000 이상 800000 이하(nm)
·광전 변환 영역 S1：
1012 이상 1017 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·배리어 영역 B：
1011 이상 1017 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·전하 축적 영역 S2：
1012 이상 1017 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·영역 S11：
1012 이상 1018 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·영역 S12：
1013 이상 1019 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·영역 S11*：
1012 이상 1018 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·영역 S12*：
1013 이상 1019 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·영역 S12**：
1013 이상 1019 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·테이퍼 영역 S12*：
1012 이상 1018 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·채널 영역 B2：
1011 이상 1017 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·드레인 영역 ARD：
1017 이상 1020 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
·포텐셜 장벽 영역 BR：
1011 이상 1017 이하(cm－3)/100 이상 5000 이하(nm)
이상, 설명한 것처럼, 상술의 리니어 이미지 센서에 의하면, 리셋 게이트 전극에 수 μ초로 변화하는 클록 펄스를 줄 수 있어, 고속 셔터를 실현할 수 있고, 또, 각 광검출부의 화소 영역의 면적도 큰 것을 이용할 수 있기 때문에, S/N비도 향상시킬 수 있다.
10 … 반도체 기판, B … 배리어 영역,
S1 … 광전 변환 영역, S2 … 전하 축적 영역,
R … 저항성 게이트 전극(경사 포텐셜 형성 수단),
ARD … 드레인 영역, ARG … 리셋 게이트 전극.
S1 … 광전 변환 영역, S2 … 전하 축적 영역,
R … 저항성 게이트 전극(경사 포텐셜 형성 수단),
ARD … 드레인 영역, ARG … 리셋 게이트 전극.
Claims (2)
- 행방향으로 늘어선 복수의 광검출부를 가지고, 각각의 상기 광검출부가, 열방향을 따라서 정렬하는 복수의 화소 영역을 가지도록 분할되고, 복수의 화소 영역으로부터의 신호를, 각각의 상기 광검출부마다 적산(積算)하여, 일차원적인 광이미지에 대응하는 전기 신호를 시계열(時系列)로 출력하는 리니어 이미지 센서로서,
개개의 상기 화소 영역은,
입사된 에너지선을 광전 변환하는 광전 변환 영역과,
상기 광전 변환 영역 내에 있어서, 후단의 화소 영역으로 향하는 상기 열방향에 따른 전하의 전송을 촉진하는 포텐셜 경사를 형성하는 경사 포텐셜 형성 수단과,
상기 광전 변환 영역에서 발생하고, 상기 경사 포텐셜 형성 수단으로 상기 열방향으로 전송된 전하를 각각 축적하고, 축적된 전하는 그 위에 마련된 전송 전극으로의 인가 전위에 의한 포텐셜 제어에 의해 후단의 화소 영역의 광전 변환 영역으로 흐르는 전하 축적 영역과,
상기 전하 축적 영역에 채널 영역을 통해 행 방향으로 인접한 드레인 영역과,
상기 채널 영역을 흐르는 전하량을 제어하도록, 상기 채널 영역상에 배치된 리셋 게이트 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 이미지 센서. - 청구항 1에 있어서,
어느 화소 영역에 있어서의 상기 전하 축적 영역과, 이 화소 영역의 후단에 인접하는 화소 영역에 있어서의 상기 광전 변환 영역의 사이에, 상기 광전 변환 영역보다도 불순물 농도가 낮은 포텐셜 장벽 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 이미지 센서.
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