KR20100107067A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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신-이치로 다카기
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마사하루 무라마츠
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

일 실시 형태의 고체 촬상 장치는 촬상 영역, 출력 레지스터, 코너 레지스터, 증배 레지스터, 제1 앰프, 제2 앰프, 및 밸브 게이트 전극을 구비하고 있다. 출력 레지스터는 촬상 영역으로부터 전송되는 전하를 받아서 그 전하를 전송하는 전송 레지스터이다. 출력 레지스터는 한 방향 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향에 선택적으로 전하를 전송할 수 있다. 코너 레지스터는 출력 레지스터로부터 한 방향으로 전송되는 전하를 전송한다. 증배 레지스터는 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하면서 전송한다. 제1 앰프는 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 생성한다. 제2 앰프는 출력 레지스터에 의해 다른 방향으로 전송되는 전하에 기초하는 신호를 생성한다. 밸브 게이트 전극은 출력 레지스터와 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 전극이다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 전하 증배형 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
전하 증배형 고체 촬상 장치로서는 하기의 비특허 문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 비특허 문헌 1에 기재된 고체 촬상 장치는 촬상 영역, 출력 레지스터, 코너 레지스터, 증배 레지스터, 제1 앰프, 오버스캔 엘리먼트, 및 제2 앰프를 구비하고 있다. 이 고체 촬상 장치는 촬상 영역으로부터의 전하를 증배하는 경우에, 당해 촬상 영역으로부터의 전하를 출력 레지스터에 의해 한 방향으로 전송하고, 출력 레지스터로부터의 전하를 코너 레지스터를 통해 증배 레지스터에 전송하고, 증배 레지스터에 의해 전하를 증배하고, 증배된 전하에 기초하는 신호를 제1 앰프로부터 출력한다. 한편, 이 고체 촬상 장치는 촬상 영역으로부터의 전하를 증배하지 않는 경우에, 촬상 영역으로부터의 전하를 출력 레지스터에 의해 다른 방향으로 전송하고, 출력 레지스터로부터의 전하를 오버스캔 엘리먼트에 의해 전송하고, 당해 전하에 기초하는 신호를 제2 앰프로부터 출력한다.
또, 전하 증배형 고체 촬상 장치에는 멀티 포트형의 고체 촬상 장치가 있다. 예를 들어, 2포트형의 고체 촬상 장치는 촬상 영역, 출력 레지스터, 제1 코너 레지스터, 제1 증배 레지스터, 제1 앰프, 제2 코너 레지스터, 제2 증배 레지스터, 및 제2 앰프를 구비하고 있다. 2포트형의 고체 촬상 장치에서, 촬상 영역은 하나 이상의 화소 열을 포함하는 제1 에어리어 및 제2 에어리어로 분할된다. 이 2포트형의 고체 촬상 장치는 제1 에어리어로부터의 전하를 출력 레지스터에 의해 한 방향으로 전송하고, 당해 전하를 제1 코너 레지스터를 통해 제1 증배 레지스터에 전송하고, 제1 증배 레지스터에 의해 전하를 증배하고, 증배된 전하에 기초하는 신호를 제1 앰프로부터 출력한다. 동시에, 이 2포트형의 고체 촬상 장치는 제2 에어리어로부터의 전하를 출력 레지스터에 의해 다른 방향으로 전송하고, 당해 전하를 제2 코너 레지스터를 통해 제2 증배 레지스터에 전송하고, 제2 증배 레지스터에 의해 전하를 증배하고, 증배된 전하에 기초하는 신호를 제2 앰프로부터 출력한다.
또한, 이 2포트형의 고체 촬상 장치는 촬상 영역의 전체 에어리어로부터의 전하에 기초하여, 제1 앰프 및 제2 앰프 중 하나로부터 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 앰프로부터만 신호를 출력하는 경우에는, 촬상 영역의 전체 에어리어로부터의 전하를 출력 레지스터에 의해 한 방향으로 전송하고, 당해 전하를 제1 코너 레지스터를 통해 제1 증배 레지스터에 전송하고, 제1 증배 레지스터에 의해 전하를 증배하고, 증배된 전하에 기초하는 신호를 제1 앰프로부터 출력한다.
선행 기술 문헌
비특허 문헌
비특허 문헌 1 : E2V CCD97-00 Back Illuminated 2-Phase IMO Series Electron Multiplying CCD Sensor Spec Sheet
비특허 문헌 1에 기재된 전하 증배형 고체 촬상 장치나 상술한 멀티 포트 형의 전하 증배형 고체 촬상 장치에서는 2개 앰프 중 1개 앰프로부터만 전하를 출력하는 경우에, 노이즈가 생기는 경우가 있었다.
본 발명은 노이즈를 저감 가능한 전하 증배형 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원 발명자는 비특허 문헌 1에 기재된 전하 증배형 고체 촬상 장치에서, 제2 앰프로부터만 신호를 출력하는 경우에, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것에 의해 노이즈가 생기고 있는 것을 발견하였다. 또, 상술한 멀티 포트형의 전하 증배형 고체 촬상 장치에서는 1개 앰프로부터만 신호를 출력하는 경우에, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것에 의해 노이즈가 생기고 있는 것을 발견하였다. 본 발명은 이와 같은 식견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, 촬상 영역, 출력 레지스터, 코너 레지스터, 증배 레지스터, 제1 앰프, 제2 앰프, 및 밸브 게이트 전극을 구비하고 있다. 출력 레지스터는 촬상 영역으로부터 전송되는 전하를 받아서 그 전하를 전송하는 전송 레지스터이다. 출력 레지스터는 한 방향 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향에 선택적으로 전하를 전송할 수 있다. 코너 레지스터는 출력 레지스터로부터 한 방향으로 전송되는 전하를 전송한다. 증배 레지스터는 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하면서 전송한다. 제1 앰프는 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 생성한다. 제2 앰프는 출력 레지스터에 의해 다른 방향으로 전송되는 전하에 기초하는 신호를 생성한다. 밸브 게이트 전극은 출력 레지스터와 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 전극이다.
이 고체 촬상 장치에 의하면, 제2 앰프로부터 신호를 출력할 때에 밸브 게이트 전극에 전압을 주는 것에 의해, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치는 코너 레지스터 및 증배 레지스터에 축적된 전하를 배출하기 위한 오버플로우 드레인을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 오버플로우 드레인에 의해 코너 레지스터 및 증배 레지스터에 축적된 전하를 배출함으로써, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 다른 요소에 미치는 영향이 억제된다.
본 발명의 고체 촬상 장치는 출력 레지스터로부터 다른 방향으로 전송되는 전하를 제2 앰프에 전송하기 위한 레지스터인 오버스캔 엘리먼트와, 출력 레지스터와 오버스캔 엘리먼트 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 다른 밸브 게이트 전극을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제1 앰프로부터 신호를 출력할 때에 당해 다른 밸브 게이트 전극에 전압을 주는 것에 의해, 오버스캔 엘리먼트로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 다른 고체 촬상 장치는 촬상 영역, 출력 레지스터, 제1 코너 레지스터, 제1 증배 레지스터, 제1 앰프, 제2 코너 레지스터, 제2 증배 레지스터, 제2 앰프, 제1 밸브 게이트 전극, 및 제2 밸브 게이트 전극을 구비하고 있다. 출력 레지스터는 촬상 영역으로부터 전송되는 전하를 받아서 그 전하를 전송하는 전송 레지스터이다. 출력 레지스터는 한 방향 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향에 선택적으로 전하를 전송할 수 있다. 제1 코너 레지스터는 출력 레지스터로부터 한 방향으로 전송되는 전하를 전송한다. 제1 증배 레지스터는 제1 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하면서 전송한다. 제1 앰프는 제1 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 출력한다. 제2 코너 레지스터는 출력 레지스터로부터 다른 방향으로 전송되는 전하를 전송한다. 제2 증배 레지스터는 제2 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하면서 전송한다. 제2 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 출력한다. 제1 밸브 게이트 전극은 출력 레지스터와 제1 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 전극이다. 제2 밸브 게이트 전극은 출력 레지스터와 제2 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 전극이다.
이 고체 촬상 장치에 의하면, 제1 앰프 및 제2 앰프 중 하나로부터 신호를 출력할 때에 제1 밸브 게이트 전극 및 제2 밸브 게이트 전극 중 대응하는 하나에 전압을 주는 것에 의해, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 고체 촬상 장치는 제1 및 제2 코너 레지스터 및 제1 및 제2 증배 레지스터에 축적된 전하를 방출하기 위한 오버플로우 드레인을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 오버플로우 드레인에 의해 전하를 배출함으로써, 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 다른 요소에 미치는 영향이 억제된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 미사용된 코너 레지스터 및 증배 레지스터로부터의 전하가 출력 레지스터에 유입되는 것을 방지할 수 있으므로, 노이즈를 저감 가능한 전하 증배형 고체 촬상 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 고체 촬상 장치를 배선 부착하여 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 III－III 선에 있어서 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV－IV 선에 있어서 단면도이다.
도 5는 오버플로우 드레인의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 1의 V-V 선에 있어서 단면도이다.
도 6은 오버플로우 드레인의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7은 별도의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 고체 촬상 장치를 배선 부착하여 나타내는 도면이다.
도 9는 3상의 클록 신호의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1에 나타내는 고체 촬상 장치를 배선 부착하여 나타내는 도면이다.
또한, 도 2에서는 후술 하는 오버플로우 드레인이 나타나 있지 않다.
도 1 및 도 2에 나타내는 고체 촬상 장치(10)는 촬상 영역(12), 출력 레지스터(14), 코너 레지스터(16), 증배 레지스터(18), 제1 앰프(20), 제2 앰프(22), 및 제1 밸브 게이트 전극(VG1)을 구비하고 있다. 또, 고체 촬상 장치(10)는 오버스캔 엘리먼트(24), 오버플로우 드레인(26a 및 26b), 및 제2 밸브 게이트 전극(VG2)을 추가로 구비할 수 있다.
촬상 영역(12)은 입사하는 광에 감응하여 전하를 생성하는 영역이다. 구체적으로, 촬상 영역(12)은 2차원으로 배열된 복수의 화소를 포함하고 있고, 각 화소는 포토다이오드를 포함하고 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 장치(10)는 촬상 영역(12)에 추가하여 전하 축적 영역(28)을 구비하고 있다. 전하 축적 영역(28)은 촬상 영역(12)에 의해 생성된 전하를 후술하는 출력 레지스터에 전송하기 전에 일시적으로 축적하는 부분이다. 이와 같은 전하 축적 영역(28)을 가지는 고체 촬상 장치(10)는 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서로 불리는 것이다. 그렇지만 본 발명의 고체 촬상 장치는 인터 라인 CCD 이미지 센서, 또는 풀 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서이어도 된다.
출력 레지스터(14)는 촬상 영역(12)에 의해 생성되어 수직 방향으로 전송된 전하를 받아서, 당해 전하를 수평 방향으로 전송하는 전송 레지스터이다. 출력 레지스터(14)는 한 방향 X1 및 당해 한 방향 X1과 반대인 다른 방향 X2에 전하를 선택적으로 전송하는 것이 가능하다. 구체적으로, 도 2에 나타내는 바와 같이, 출력 레지스터(14)는 단자(P1 ~ P3)에 주어지는 3상(相)의 클록 신호를 받는 것에 의해 전하를 전송한다. 3상의 클록 신호는 한 방향 X1에 전하를 전송하는 경우에, 일부 오버랩한 형태에서 단자(P1, P2, P3)의 순으로 주어지고(도 9(a) 참조), 다른 방향 X2에 전하를 전송하는 경우에는, 일부 오버랩한 형태에서 단자(P3, P2, P1)의 순으로 주어진다(도 9(b) 참조). 또한, 단자(P1 ~ P3)로부터 뻗는 배선은 출력 레지스터(14), 코너 레지스터(16), 및 오버스캔 엘리먼트(24)에 공통의 배선이고, 출력 레지스터(14), 코너 레지스터(16), 및 오버스캔 엘리먼트(24)의 각각에 접속되어 있다.
코너 레지스터(16)는 출력 레지스터(14)로부터 X1 방향으로 전송되는 전하를 받고, 당해 전하를 다시 증배 레지스터(18)에 전송한다. 구체적으로, 코너 레지스터(16)는 상술한 3상의 클록 신호를 받는 것에 의해 전하를 전송한다.
증배 레지스터(18)는 임팩트 이오나이제이션(impact ionization) 효과에 의해 전하를 증배하고, 증배한 전하를 전송하는 레지스터이다. 증배 레지스터(18)는 코너 레지스터(16)로부터의 전하를 받아서 증배한 전하를 생성하고, 당해 증배한 전하를 제1 앰프(20)에 전송한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 증배 레지스터에는 단자(PM1 ~ PM3 및 PDC)로부터 뻗는 배선이 접속되어 있다. 단자(PM1 ~ PM3)는 증배 레지스터(18)에 3상의 클록 신호를 입력하기 위한 단자이다. 또, 단자(PDC)는 증배 레지스터(18)에 장벽을 형성하기 위한 DC 전압이 입력되는 단자이다. 증배 레지스터(18)는 이 단자(PM1 ~ PM3 및 PDC)에 입력되는 신호를 받는 것에 의해, 증배한 전하를 생성하고, 당해 전하를 전송한다.
제1 앰프(20)는 증배 레지스터(18)에 의해 증배된 전하를 받아서 전하 전압 변환을 행하고, 받은 전하의 양에 따른 신호를 생성한다. 제1 앰프(20)로서는 플로팅 디퓨전 앰프를 사용하는 것이 가능하다.
제2 앰프(22)는 출력 레지스터(14)에 의해 다른 방향 X2로 전송된 전하를, 오버스캔 엘리먼트(24)를 통해 받아서, 당해 전하의 양에 따른 신호를 출력한다. 이 제2 앰프(22)로서는 플로팅 디퓨전 앰프를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 오버스캔 엘리먼트(24)는 출력 레지스터(14)와 동일하게, 단자(P1 ~ P3)에 주어지는 3상의 클록 신호를 받는 것에 의해, 전하를 제2 앰프(22)에 전송하는 전송 레지스터이다.
이하, 도 2와 함께 도 3 및 도 4를 참조하여, 제1 밸브 게이트 전극(VG1) 및 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에 대해 설명한다. 여기서, 도 3은 도 2의 III－III 선에 있어서 단면도이고, 도 4는 도 2의 IV－IV 선에 있어서 단면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(10)는 p형 기판(30), p형 에피택셜층(32), n형 영역(34), 및 복수의 전극(36)을 구비하고 있다. p형 에피택셜층(32)은 p형 기판(30) 상에 마련되어 있고, n형 영역(34)은 p형 에피택셜층(32)의 상면으로부터 당해 층(32)의 일부 영역에 n형의 불순물을 주입함으로써 형성된 영역이다. n형 영역(34)의 위쪽 또한 유전체층(40) 상에는 복수의 전극(36)이 마련되어 있다. 출력 레지스터(14) 및 코너 레지스터(16)의 각 단(段)은 p형 기판(30), p형 에피택셜층(32), n형 영역(34), 및 3개 전극(36)에 의해 구성된다.
제1 밸브 게이트 전극(VG1)은 출력 레지스터(14)에 인접하는 코너 레지스터(16)의 단(16a)을 구성하는 3개 전극(36) 중 출력 레지스터(14)에 가장 가까운 위치에 존재하는 전극이다. 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에는 코너 레지스터(16)의 사용 시, 즉 제1 앰프(20)로부터 신호를 출력하는 경우에, 3상의 클록 신호 중 단자(P1)에 주어지는 클록 신호와 같은 신호가 주어진다. 그렇지만 제1 밸브 게이트 전극(VG1)은 단자(P1)와 다른 단자(PVG1)에 접속되어 있다. 코너 레지스터(16)의 미사용 시, 즉 제2 앰프(22)로부터 신호를 출력하는 경우에, 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에는 단자(PVG1)로부터 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 증배 레지스터(18) 및 코너 레지스터(16)로부터의 전하가 출력 레지스터(14)에 유입되는 것을 방해할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 오버스캔 엘리먼트(24)의 각 단도 p형 기판(30), p형 에피택셜층(32), n형 영역(34), 및 3개 전극(36)에 의해 구성된다. 제2 밸브 게이트 전극(VG2)은 출력 레지스터(14)에 인접하는 오버스캔 엘리먼트(24)의 단(24a)을 구성하는 3개 전극(36) 중 출력 레지스터(14)에 가장 가까운 전극이다.
제2 밸브 게이트 전극(VG2)에는 오버스캔 엘리먼트(24)의 사용 시, 즉 제2 앰프(22)로부터 신호를 출력하는 경우에, 3상의 클록 신호 중 단자(P3)에 주어지는 클록 신호와 같은 신호가 주어진다. 그렇지만 제2 밸브 게이트 전극(VG2)은 단자(P3)와 다른 단자(PVG2)에 접속되어 있다. 오버스캔 엘리먼트(24)의 미사용 시, 즉 제1 앰프(20)로부터 신호를 출력하는 경우에, 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에는 PVG2로부터 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 오버스캔 엘리먼트(24)로부터의 전하가 출력 레지스터(14)에 유입되는 것을 방해할 수 있다.
이어서, 도 1 및 도 5를 참조하면서, 오버플로우 드레인(26a 및 26b)에 대해 설명한다. 도 5는 오버플로우 드레인의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 1의 V-V 선에 있어서 단면도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, n형 영역(34)의 양 이웃에는 p＋형의 채널 스톱층(38)이 형성되어 있다. 이 n형 영역(34) 및 채널 스톱층(38) 상에는 SiO2층이라고 하는 유전체층(40)이 마련되어 있다. 오버플로우 드레인(26a)은 n＋형의 반도체 영역이고, n형 영역(34)의 가장자리를 따라서 마련되어 있다. 또, 오버플로우 드레인(26a)의 위쪽으로서 유전체층(40) 상에는 오버플로우 게이트(42a)가 형성되어 있다. 또, 오버플로우 게이트(42a)와 전극(36)은 유전체층(44)에 의해 전기적으로 분리되어 있다. 이와 같은 구조의 오버플로우 드레인(26a)에는 게이트(42a)에 소정의 전압을 주는 것에 의해, 코너 레지스터(16)에 축적된 전하가 배출된다.
오버플로우 드레인(26b)에 대해서도 오버플로우 드레인(26a)와 동일하게, 증배 레지스터(18)를 구성하는 n형 영역(34)을 따라서 마련되어 있고, 그 위쪽에는 오버플로우 게이트(42b)가 형성되어 있다(도시하지 않음). 오버플로우 드레인(26b)에는 게이트(42b)에 소정의 전압을 주는 것에 의해, 증배 레지스터(18)에 축적된 전하가 배출된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 오버플로우 드레인(26a) 및 게이트(42a)는 코너 레지스터(16), 출력 레지스터(14), 및 오버스캔 엘리먼트(24)의 가장자리를 따라서 마련되어 있다. 또, 오버플로우 드레인(26b) 및 게이트(42b)는 오버플로우 드레인(26a) 및 게이트(42a)와 분리되어 있고, 증배 레지스터(18)를 따라서 마련되어 있다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 오버플로우 게이트 대신에, n－형의 반도체 영역(46)이 오버플로우 드레인(26a 및 26b)과 n형 영역(34) 사이에 마련되어도 된다.
이하, 고체 촬상 장치(10)의 동작을 설명한다. 고체 촬상 장치(10)에서는 촬상 영역(12)으로부터의 전하에 기초하는 신호를 제1 앰프(20)로부터 출력하는 경우에는, 촬상 영역(12)으로부터의 전하가 출력 레지스터(14)에 의해 한 방향 X1로 전송된다. 이 전하는 코너 레지스터(16)를 통해 증배 레지스터(18)에 전송된다. 그리고 증배 레지스터(18)에 의해 증배된 전하가 생성하면서 전송되고, 당해 증배된 전하에 기초하는 신호가 제1 앰프(20)에 의해 생성된다. 이와 같이 제1 앰프(20)로부터 신호를 출력하는 경우에는, 단자(PVG2)로부터 소정의 전압이 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에 주어진다. 이로 인해, 미사용된 오버스캔 엘리먼트(24)로부터의 불필요한 전하가 출력 레지스터(14)에 유입되는 것을 방해할 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 장치(10)로부터의 출력 신호에 있어서 노이즈가 저감된다.
한편, 제2 앰프(22)로부터 신호를 출력하는 경우에는, 촬상 영역(12)으로부터의 전하가 출력 레지스터(14)에 의해 다른 방향 X2로 전송된다. 이 전하는 오버스캔 엘리먼트(24)에 의해 다시 전송된다. 그리고 제2 앰프(22)에 의해, 오버스캔 엘리먼트(24)로부터의 전하에 기초하는 신호가 생성된다. 이와 같이 제2 앰프(22)로부터 신호를 출력하는 경우에는, 소정의 전압이 단자(PVG1)로부터 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에 주어진다. 이로 인해, 미사용된 코너 레지스터(16) 및 증배 레지스터(18)로부터의 불필요한 전하가 출력 레지스터(14)에 유입되는 것을 방해할 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 장치(10)로부터의 출력 신호에 있어서 노이즈가 저감된다.
또한, 고체 촬상 장치(10)에서는 축적 가능한 전하량보다 많은 양의 전하가 각 레지스터에 발생해도 오버플로우 드레인(26a 및 26b)에 의해 그와 같은 전하가 배출된다. 따라서, 미사용된 레지스터로부터의 전하가 다른 요소에 미치는 영향이 저감된다.
이하, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에 대해 설명한다. 도 7은 다른 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7에 나타내는 고체 촬상 장치를 배선 부착하여 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8에 나타내는 고체 촬상 장치(10A)는 2포트형의 고체 촬상 장치이고, 촬상 영역(12A), 출력 레지스터(14A), 제1 코너 레지스터(161), 제2 코너 레지스터(162), 제1 증배 레지스터(181), 제2 증배 레지스터(182), 제1 앰프(20A), 제2 앰프(22A), 제1 밸브 게이트 전극(VG1), 및 제2 밸브 게이트 전극(VG2)을 구비하고 있다. 또, 고체 촬상 장치(10A)는 오버플로우 드레인(26a 및 26b)을 추가로 구비할 수 있다.
촬상 영역(12A)은 고체 촬상 장치(10)의 촬상 영역(12)과 동일하게, 입사하는 광에 감응하여 전하를 생성하는 영역이다. 촬상 영역(12A)은 제1 에어리어(121) 및 제2 에어리어(122)를 포함하고 있다. 제1 에리어(121) 및 제2 에어리어(122)는 도면 중에서는 수평 방향으로 늘어선 에어리어이다. 제1 에어리어(121) 및 제2 에어리어(122)는 각각 복수의 화소 열을 포함하고 있다.
또한, 고체 촬상 장치(10A)도 전하 축적 영역(28)을 구비하는 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서이다. 그렇지만 본 발명의 고체 촬상 장치는 인터 라인 CCD 이미지 센서, 또는 풀 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서이어도 된다.
출력 레지스터(14A)는 촬상 영역(12A)으로부터 수직 되는 전하를 수평 방향으로 전송하는 전송 레지스터이다. 출력 레지스터(14A)는 촬상 영역(12A)으로부터의 전하를, 한 방향 X1 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향 X2에 선택적으로 전송할 수 있다.
본 고체 촬상 장치(10A)에서는 출력 레지스터(14A)는 제1 출력 레지스터(141) 및 제2 출력 레지스터(142)를 포함하고 있다. 제1 출력 레지스터(141)는 제1 에어리어(121)로부터의 전하를 받는 전송 레지스터이고, 제2 출력 레지스터(142)는 제2 에어리어(122)로부터의 전하를 받는 전송 레지스터이다.
제1 출력 레지스터(141)에는 단자(P11, P21, P31)로부터 뻗는 배선이 접속되어 있다. 또, 제2 출력 레지스터(142)에는 단자(P12, P22, P32)로부터 뻗는 배선이 접속되어 있다. 제1 출력 레지스터(141)는 일부 오버랩한 형태에서 단자(P11, P21 , P31)의 순으로 3상의 클록 신호가 주어지는 것에 의해, 전하를 한 방향 X1로 전송한다. 또, 제1 출력 레지스터(141)는 일부 오버랩한 형태에서 단자(P31, P21, P11)의 순으로 3상의 클록 신호가 주어지는 것에 의해, 전하를 다른 방향 X2로 전송한다. 제2 출력 레지스터(142)는 단자(P12, P22, P32)의 순으로 3상의 클록 신호가 주어지는 것에 의해, 전하를 다른 방향 X2로 전송한다. 또, 제2 출력 레지스터(142)는 단자(P32, P22, P12)의 순으로 3상의 클록 신호가 주어지는 것에 의해, 전하를 한 방향 X1로 전송한다.
제1 코너 레지스터(161)는 출력 레지스터(14A)로부터 전송되는 전하를 제1 증배 레지스터(181)에 전송하는 전송 레지스터이다. 제2 코너 레지스터(162)는 출력 레지스터(14A)로부터의 전하를 제2 증배 레지스터(182)에 전송하는 레지스터이다.
단자(P11, P21, P31)로부터 뻗는 배선은 제1 출력 레지스터(141)와 제1 코너 레지스터(161)에 공통의 배선이고, 제1 코너 레지스터(161)에도 접속되어 있다. 또, 단자(P12, P22, P32)로부터 뻗는 배선은 제2 출력 레지스터(142)와 제2 코너 레지스터(162)에 공통의 배선이고, 제2 코너 레지스터(162)에도 접속되어 있다.
고체 촬상 장치(10A)에 있어서 제1 밸브 게이트 전극(VG1)은 출력 레지스터(14A)에 인접하는 제1 코너 레지스터(161)의 단(161a)이 갖는 복수의 전극으로서, 클록 신호가 주어지는 전극 중 가장 출력 레지스터(14A)에 가까운 전극이다. 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에는 단자(PVG1)로부터의 배선이 접속되어 있다. 제1 코너 레지스터(161)에 의해 전하를 전송하여 제1 앰프(20A)로부터 신호를 출력하는 경우에, 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에는 단자(P11)로부터 주어지는 클록 신호와 동일한 클록 신호가 단자(PVG1)로부터 주어진다. 한편, 제1 코너 레지스터(161)의 미사용 시에는 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에 단자(PVG1)로부터 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 제1 코너 레지스터(161)로부터 출력 레지스터(14A)에 전하가 유입되는 것을 방해할 수 있다.
또, 제2 밸브 게이트 전극(VG2)은 출력 레지스터(14A)에 인접하는 제2 코너 레지스터(162)의 단(162a)이 갖는 복수의 전극으로서 클록 신호가 주어지는 전극 중 가장 출력 레지스터(14A)에 가까운 전극이다. 제2 밸브 게이트 전극(VG2)은 단자(PVG2)로부터의 배선이 접속되어 있다. 제2 코너 레지스터(162)에 의해 전하를 전송하여 제2 앰프(22A)로부터 신호를 출력하는 경우에, 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에는 단자(P12)로부터 주어지는 클록 신호와 동일한 클록 신호가 단자(PVG2)로부터 주어진다. 한편, 제2 코너 레지스터(162)의 미사용 시에는 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에 단자(PVG2)로부터 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 제2 코너 레지스터(162)로부터 출력 레지스터(14A)에 전하가 유입되는 것을 방해할 수 있다.
제1 증배 레지스터(181)는 임팩트 이오나이제이션 효과에 의해 전하를 증배하고, 증배한 전하를 전송하는 레지스터이다. 제1 증배 레지스터(181)는 제1 코너 레지스터(161)로부터의 전하를 받아서 증배한 전하를 생성하고, 당해 증배한 전하를 제1 앰프(201)에 전송한다.
제1 증배 레지스터(181)에는 단자(PM11, PDC1, PM21, 및 PM31)로부터 뻗는 배선이 접속되어 있다. 단자(PM11, PM21, 및 PM31)는 제1 증배 레지스터(181)에 3상의 클록 신호를 입력하기 위한 단자이다. 또, 단자(PDC1)는 제1 증배 레지스터(181)에 장벽을 형성하기 위한 DC 전압이 입력되는 단자이다. 제1 증배 레지스터(181)는 이 단자(PM11, PDC1, PM21, 및 PM31)에 입력되는 신호를 받는 것에 의해, 증배한 전하를 생성하고, 당해 전하를 전송한다.
제2 증배 레지스터(182)도 임팩트 이오나이제이션 효과에 의해 전하를 증배하고, 증배한 전하를 전송하는 레지스터이다. 제2 증배 레지스터(182)는 제2 코너 레지스터(162)로부터의 전하를 받아서 증배한 전하를 생성하고, 당해 증배한 전하를 제2 앰프(202)에 전송한다.
제2 증배 레지스터(182)에는 단자(PM12, PDC2 , PM22, 및 PM32)로부터 뻗는 배선이 접속되어 있다. 단자(PM12, PM22, 및 PM32)는 제2 증배 레지스터(182)에 3상의 클록 신호를 입력하기 위한 단자이다. 또, 단자(PDC2)는 제2 증배 레지스터(182)에 장벽을 형성하기 위한 DC 전압이 입력되는 단자이다. 제2 증배 레지스터(182)는 이 단자(PM12, PDC2, PM22, 및 PM32)에 입력되는 신호를 받는 것에 의해, 증배한 전하를 생성하고, 당해 전하를 전송한다.
제1 앰프(20A)는 제1 증배 레지스터(181)에 의해 증배된 전하를 받아서 전하 전압 변환을 행하고, 받은 전하의 양에 따른 신호를 출력한다. 제1 앰프(20A)로서는 플로팅 디퓨전 앰프를 사용하는 것이 가능하다.
제2 앰프(22A)는 제2 증배 레지스터(182)에 의해 증배된 전하를 받아서 전하 전압 변환을 행하고, 받은 전하의 양에 따른 신호를 출력한다. 제2 앰프(22A)에도 플로팅 디퓨전 앰프를 사용하는 것이 가능하다.
오버플로우 드레인(26a)은 출력 레지스터(14A), 제1 코너 레지스터(161), 및 제2 코너 레지스터(162)의 가장자리를 따라서 마련되어 있다. 오버플로우 드레인(26a)의 위쪽에는 고체 촬상 장치(10)의 구조와 동일하게 오버플로우 게이트(42a)가 마련되어 있다. 이 오버플로우 드레인(26a)은 오버플로우 게이트(42a)에 소정의 전압이 주어지는 것에 의해, 출력 레지스터(14A), 제1 코너 레지스터(161), 및 제2 코너 레지스터(162)로부터의 전하를 배출할 수 있다.
또, 제1 증배 레지스터(181)의 가장자리 및 제2 증배 레지스터(182)의 가장자리의 각각에 따라서, 오버플로우 드레인(26b)이 마련되어 있다. 오버플로우 드레인(26b)의 위쪽에는 고체 촬상 장치(10)의 구조와 동일하게, 오버플로우 게이트(42b)가 마련되어 있다. 오버플로우 드레인(26b)은 소정의 전압이 주어지는 것에 의해, 제1 증배 레지스터(181) 및 제2 증배 레지스터(182)로부터의 전하를 배출할 수 있다.
또한, 고체 촬상 장치(10)의 경우와 동일하게, 오버플로우 게이트 대신에, n형 반도체 영역과 오버플로우 드레인 사이에 n－형의 반도체 영역이 형성되어 있어도 된다.
이하, 고체 촬상 장치(10A)의 동작을 설명한다. 고체 촬상 장치(10)에서는 2포트로부터 신호를 출력하는 경우에, 즉 제1 앰프(20A) 및 제2 앰프(22A)로부터 신호를 출력하는 경우에, 제1 에어리어(121)로부터의 전하가 제1 출력 레지스터(141)에 의해 한 방향 X1로 전송된다. 또, 제2 에어리어(122)로부터의 전하가 제2 출력 레지스터(141)에 의해 다른 방향 X2로 전송된다.
　제1 출력 레지스터(141)로부터의 전하는 제1 코너 레지스터(161)를 통해 제1 증배 레지스터(181)에 전송된다. 이어서, 제1 증배 레지스터(181)에 의해 증배된 전하가 생성된다. 그리고 제1 증배 레지스터(181)에 의해 증배된 전하에 기초하는 신호가 제1 앰프(20A)에 의해 생성된다.
제2 출력 레지스터(142)로부터의 전하는 제2 코너 레지스터(162)를 통해 제2 증배 레지스터(182)에 전송된다. 이어서, 제2 증배 레지스터(182)에 의해 증배된 전하가 생성되어 전송된다. 그리고, 제2 증배 레지스터(182)에 의해 증배된 전하에 기초하는 신호가 제2 앰프(22A)에 의해 생성된다. 이와 같이, 2포트에서의 동작을 행하는 경우, 고체 촬상 장치(10A)는 고속으로 신호를 출력하는 것이 가능하다.
한편, 2포트로부터 신호를 출력하는 것이 아니라, 동작은 늦어지는데 1개 제1 앰프(20A) 및 제2 앰프(22A) 중 하나로부터만 촬상 영역(12)의 전체 에어리어로부터의 전하에 기초하는 신호를 출력하는 것이 요구되는 경우가 있다. 이는 2개 증배 레지스터를 사용한 경우 당해 2개 증배 레지스터 사이의 게인 차에 의한 영향을 출력 신호로부터 배제하기 위해서이다.
예를 들어, 제1 앰프(20A)로부터만 신호를 출력하는 경우에는, 촬상 영역(12)의 전체 에어리어로부터의 전하가 출력 레지스터(14A)에 의해 한 방향 X1로 전송된다. 출력 레지스터(14A)로부터의 전하는 제1 코너 레지스터(161)를 통해 제1 증배 레지스터(181)에 전송된다. 이어서, 제1 증배 레지스터(181)에 의해 증배된 전하가 생성된다. 그리고 제1 증배 레지스터(181)에 의해 증배된 전하에 기초하는 신호가 제1 앰프(20A)에 의해 생성된다.
이와 같이 제1 앰프(20A)로부터만 신호를 출력하는 경우에는, 제2 밸브 게이트 전극(VG2)에 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 미사용된 제2 코너 레지스터(162) 및 제2 증배 레지스터(182)로부터의 전하가 출력 레지스터(14A)에 유입되는 것을 방해할 수 있다. 그 결과, 제1 앰프(20A)로부터 출력되는 신호에 있어서 노이즈가 저감된다.
또, 제2 앰프(22A)로부터만 신호를 출력하는 경우에는, 촬상 영역(12)의 전체 에어리어로부터의 전하가 출력 레지스터(14A)에 의해 다른 방향 X2로 전송된다. 출력 레지스터(14A)로부터의 전하는 제2 코너 레지스터(162)를 통해 제2 증배 레지스터(182)에 전송된다. 이어서, 제2 증배 레지스터(182)에 의해 증배된 전하가 생성되어 전송된다. 그리고 제2 증배 레지스터(182)에 의해 증배된 전하에 기초하는 신호가 제2 앰프(22A)에 의해 생성된다.
　이와 같이 제2 앰프(22A)로부터만 신호를 출력하는 경우에는, 제1 밸브 게이트 전극(VG1)에 소정의 전압이 주어진다. 이로 인해, 미사용된 제1 코너 레지스터(161) 및 제1 증배 레지스터(181)로부터의 전하가 출력 레지스터(14A)에 유입되는 것을 방해할 수 있다. 그 결과, 제2 앰프(20A)로부터 출력되는 신호에 있어서 노이즈가 저감된다.
또한, 고체 촬상 장치(10A)에서는 축적 가능한 전하량보다 많은 양의 전하가 각 레지스터에 발생해도 오버플로우 드레인(26a 및 26b)에 의해 그 전하가 배출된다. 따라서, 미사용된 레지스터로부터의 전하가 다른 요소에 미치는 영향이 저감된다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 일 없이 각종 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태의 고체 촬상 장치는 3상 구동의 고체 촬상 장치이었으나, 본 발명의 고체 촬상 장치는 4상 구동의 고체 촬상 장치이어도 되며, 입력되는 클록 신호의 상수(相數)는 아무런 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 1에 나타내는 구조 및 도 7에 나타내는 구조는 멀티 포트화되어 있어도 된다. 구체적으로, 본 발명의 고체 촬상 장치는 고체 촬상 장치(10)의 출력 레지스터(14), 코너 레지스터(16), 증배 레지스터(18), 제1 앰프(20), 제2 앰프(22), 및 제1 밸브 게이트 전극(VG1)을 포함하는 구조를 1 유닛으로 하여, 복수의 당해 유닛을 구비하고 있어도 된다. 이 경우에는, 각 유닛의 출력 레지스터는 촬상 영역의 대응하는 화소 열로부터의 전하를 전송한다. 또, 각 유닛에는 제2 밸브 게이트(VG2), 오버스캔 엘리먼트(24), 및 오버플로우 드레인(26a 및 26b)이 포함되어 있어도 된다.
또, 본 발명의 고체 촬상 장치는 고체 촬상 장치(10A)의 출력 레지스터(14), 코너 레지스터(161 및 162), 증배 레지스터(181 및 182), 앰프(20A 및 22A), 및 밸브 게이트 전극(VG1 및 VG2)을 포함하는 구조를 1 유닛으로 하여, 복수의 당해 유닛을 구비하고 있어도 된다. 이 경우에는, 각 유닛의 출력 레지스터는 촬상 영역의 대응하는 화소 열로부터의 전하를 전송한다. 또, 각 유닛에는 오버플로우 드레인(26a 및 26b)이 포함되어 있어도 된다.
또한, 도 7에 나타내는 고체 촬상 장치(10A)는 2포트의 고체 촬상 장치였으나, 본 발명의 고체 촬상 장치는 촬상 영역으로부터의 대응하는 화소 열로부터의 전하를 받는 출력 레지스터, 당해 출력 레지스터로부터의 전하를 전송하는 코너 레지스터, 당해 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배한 전하를 생성하는 증배 레지스터, 당해 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 생성하는 출력 레지스터, 및 코너 레지스터로부터 출력 레지스터로의 전하의 유입을 방해하는 밸브 게이트 전극을 포함하는 구조를 1 유닛으로 하여, 복수의 당해 유닛을 구비하는 멀티 포트형의 고체 촬상 장치이어도 된다.
10ㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
12ㆍㆍㆍ촬상 영역,
14ㆍㆍㆍ출력 레지스터,
16ㆍㆍㆍ코너 레지스터,
18ㆍㆍㆍ증배 레지스터,
20ㆍㆍㆍ제1 앰프,
22ㆍㆍㆍ제2 앰프,
24ㆍㆍㆍ오버스캔 엘리먼트,
26a, 26bㆍㆍㆍ오버플로우 드레인,
28ㆍㆍㆍ전하 축적 영역,
3ㆍㆍㆍp형 기판,
32ㆍㆍㆍp형 에피택셜층,
34ㆍㆍㆍn형 영역,
36ㆍㆍㆍ전극,
38ㆍㆍㆍ채널 스톱층,
40ㆍㆍㆍ유전체층,
42a, 42bㆍㆍㆍ오버플로우 게이트,
44ㆍㆍㆍ유전체층,
46ㆍㆍㆍn－형 반도체 영역,
P1, P2, P3, PM1, PM2, PM3, PDC, PVG1, PVG2ㆍㆍㆍ단자,
VG1ㆍㆍㆍ제1 밸브 게이트 전극,
VG2ㆍㆍㆍ제2 밸브 게이트 전극,
10Aㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
12Aㆍㆍㆍ촬상 영역,
121ㆍㆍㆍ제1 에어리어,
122ㆍㆍㆍ제2 에어리어,
14Aㆍㆍㆍ출력 레지스터,
141ㆍㆍㆍ제1 출력 레지스터,
142ㆍㆍㆍ제2 출력 레지스터,
161ㆍㆍㆍ제1 코너 레지스터,
162ㆍㆍㆍ제2 코너 레지스터,
181ㆍㆍㆍ제1 증배 레지스터,
182ㆍㆍㆍ제2 증배 레지스터,
20Aㆍㆍㆍ제1 앰프,
22Aㆍㆍㆍ제2 앰프,
P11, P21, P31, P12, P22, P32, PM11, PM21, PM31, PM12, PM22, PM32, PDC1, PDC2ㆍㆍㆍ단자.

Claims (5)

  1. 촬상 영역과,
    상기 촬상 영역으로부터 전송되는 전하를 받아서 그 전하를 전송하는 출력 레지스터로서, 한 방향 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향에 선택적으로 전하를 전송 가능한 상기 출력 레지스터와,
    상기 출력 레지스터로부터 상기 한 방향으로 전송되는 전하를 전송하는 코너 레지스터와,
    상기 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하는 증배 레지스터와,
    상기 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 출력하는 제1 앰프와,
    상기 출력 레지스터에 의해 상기 다른 방향으로 전송되는 전하에 기초하는 신호를 생성하는 상기 제2 앰프와,
    상기 출력 레지스터와 상기 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 밸브 게이트 전극을 구비하는 고체 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코너 레지스터 및 상기 증배 레지스터에 축적된 전하를 배출하기 위한 오버플로우 드레인을 추가로 구비하는 고체 촬상 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 출력 레지스터로부터 상기 다른 방향으로 전송되는 전하를 상기 제2 앰프에 전송하기 위한 레지스터인 오버스캔 엘리먼트와,
    상기 출력 레지스터와 상기 오버스캔 엘리먼트 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 다른 밸브 게이트 전극을 추가로 구비하는 고체 촬상 장치.
  4. 촬상 영역과,
    상기 촬상 영역으로부터 전송되는 전하를 받아서 그 전하를 전송하는 출력 레지스터로서, 한 방향 및 당해 한 방향과 반대인 다른 방향에 선택적으로 전하를 전송 가능한 상기 출력 레지스터와,
    상기 출력 레지스터로부터 상기 한 방향으로 전송되는 전하를 전송하는 제1 코너 레지스터와,
    상기 제1 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하는 제1 증배 레지스터와,
    상기 제1 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 생성하는 제1 앰프와,
    상기 출력 레지스터로부터 상기 다른 방향으로 전송되는 전하를 전송하는 제2 코너 레지스터와,
    상기 제2 코너 레지스터로부터의 전하를 받아서 증배된 전하를 생성하는 제2 증배 레지스터와,
    상기 제2 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 기초하는 신호를 생성하는 제2 앰프와,
    상기 출력 레지스터와 상기 제1 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 제1 밸브 게이트 전극과,
    상기 출력 레지스터와 상기 제2 코너 레지스터 사이에서 전하의 전송을 방해하기 위한 제2 밸브 게이트 전극을 구비하는 고체 촬상 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코너 레지스터 및 상기 제1 및 제2 증배 레지스터에 축적된 전하를 방출하기 위한 오버플로우 드레인을 추가로 구비하는 고체 촬상 장치.
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