專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
作為固體攝像裝置，分別具有光感應(yīng)區(qū)域的多個光電轉(zhuǎn)換部在一維方向(沿著光 感應(yīng)區(qū)域的短邊方向的方向)上配置為陣列狀的裝置已為人熟知(例如，參照專利文獻1)， 該光感應(yīng)區(qū)域?qū)?yīng)于光入射而產(chǎn)生電荷且平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致 矩形。像這樣的固體攝像裝置，較以往來說，可用于各種各樣的用途，特別地，作為分光器的 光檢測單元而被廣泛使用。專利文獻1 日本特開2005-164363號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，專利文獻1所記載的固體攝像裝置具有以下的問題點。專利文獻1所記載 的固體攝像裝置中，在光感應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的電荷從光感應(yīng)區(qū)域的短邊側(cè)被讀出。因此，產(chǎn)生的 電荷必須沿著光感應(yīng)區(qū)域的長邊方向移動，該移動距離較長。其結(jié)果，難以高速地讀出所產(chǎn) 生的電荷。專利文獻1所記載的固體攝像裝置中，配置有分別與光感應(yīng)區(qū)域的一對短邊鄰 接、存儲電荷的擴散區(qū)域和將該擴散區(qū)域中生成的電壓信號放大并輸出的放大區(qū)域。即專 利文獻1所記載的固體攝像裝置中，分別從與光感應(yīng)區(qū)域的各短邊鄰接配置的一對放大區(qū) 域輸出信號，所以有必要進行用于得到一維圖像的信號處理。其結(jié)果，恐怕會使圖像處理變 得煩雜。本發(fā)明的目的在于，提供一種圖像處理不煩雜且能夠?qū)⒃诠飧袘?yīng)區(qū)域中產(chǎn)生的電 荷高速地讀出的固體攝像裝置。解決問題的方法本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置具備多個光電轉(zhuǎn)換部，分別具有光感應(yīng)區(qū)域和電 位梯度形成區(qū)域，該光感應(yīng)區(qū)域?qū)?yīng)于光入射而產(chǎn)生電荷且平面形狀為由兩條長邊和兩條 短邊形成的大致矩形，該電位梯度形成區(qū)域相對于光感應(yīng)區(qū)域而形成沿著從形成光感應(yīng)區(qū) 域的平面形狀的一個短邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的第1方向變高的電位梯度，并且沿著與第 1方向交叉的第2方向并列設(shè)置；多個第1傳輸部，分別與光電轉(zhuǎn)換部對應(yīng)且配置于形成光 感應(yīng)區(qū)域的平面形狀的另一個短邊側(cè)，將從對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部取得的電荷在第1方向上傳 輸；多個電荷存儲部，分別與第1傳輸部相對應(yīng)地配置，將從對應(yīng)的第1傳輸部傳輸?shù)碾姾?存儲；多個第2傳輸部，分別與電荷存儲部相對應(yīng)地配置，將存儲于對應(yīng)的電荷存儲部的電 荷在第1方向上傳輸；電荷輸出部，相對于多個第2傳輸部而配置，將分別從該第2傳輸部 傳輸?shù)碾姾稍诘?方向上傳輸并輸出。本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置中，在各光電轉(zhuǎn)換部中，由電位梯度形成區(qū)域形成沿著上述第1方向變高的電位梯度，因而光感應(yīng)區(qū)域中所產(chǎn)生的電荷沿著由所形成的電位 梯度而形成的電勢傾斜，向另一個短邊側(cè)移動。向另一個短邊側(cè)移動的電荷被第1傳輸部 取得，并在第1方向上被傳輸。由此，電荷的移動速度由電位梯度(電勢的傾斜)來支配， 使電荷的讀出速度高速化。另外，本發(fā)明中，從第1傳輸部傳輸?shù)碾姾杀淮鎯τ陔姾纱鎯Σ?，之后，由?傳輸 部在第1方向上傳輸。然后，從各第2傳輸部傳輸?shù)碾姾赏ㄟ^電荷輸出部而在第2方向上 傳輸并被輸出。其結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，無須預(yù)先執(zhí)行用于得到一維圖像的信號處理，并且能 夠防止圖像處理的煩雜化。本發(fā)明中，光感應(yīng)區(qū)域的平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致矩形。因 此，光感應(yīng)區(qū)域中的飽和電荷量較大。本發(fā)明中，優(yōu)選，將整個第1期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷與比第1期間短的 整個第2期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷，連續(xù)且交替地輸出。如果存儲整個第1期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷，那么由于曝光時間比較 長，因而強的入射光由于信號飽和而難以確切地檢測，但是，弱的入射光作為足夠大的信號 而被檢測。另一方面，如果存儲整個第2期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷，那么由于曝光 時間比較短，因而弱的入射光由于信號微弱而難以作為信號充分地檢測，但是，強的入射光 沒有飽和，并且作為信號而被確切地檢測。這樣，無論入射光的強度，入射光均可以作為信 號而被確切地檢測，實效的動態(tài)范圍變大。而且，本發(fā)明中，具備電荷存儲部。由此，能夠?qū)⒄麄€第1期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部中 產(chǎn)生的電荷存儲，并經(jīng)由第2傳輸部而傳輸至電荷輸出部，使其不成為傳輸整個第2期間內(nèi) 在光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷時的障礙。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供圖像處理不煩雜并且可高速地讀出光感應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生的電 荷的固體攝像裝置。


圖1為顯示本實施方式所涉及的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2為用于說明沿著圖1中的II-II線的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖3為本實施方式所涉及的固體攝像裝置中的輸入的各信號的時序圖。圖4為用于說明圖3中的各時刻的電荷的存儲以及排出動作的電勢圖。圖5為用于說明圖3中的各時刻的電荷的存儲以及排出動作的電勢圖。圖6為用于說明光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的移動的模式圖。符號的說明1…固體攝像裝置、3…光電轉(zhuǎn)換部、5…第1傳輸部、7…電荷存儲部、9…第2傳輸 部、11···移位寄存器、13···光感應(yīng)區(qū)域、15···電位梯度形成區(qū)域。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行詳細的說明。此外，在說明中，對 相同要素或者具有相同功能的要素標(biāo)以相同符號，省略重復(fù)的說明。
圖1為顯示本實施方式所涉及的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2為用于說明沿著 圖1中的II-II線的截面結(jié)構(gòu)的圖。固體攝像裝置1具備多個光電轉(zhuǎn)換部3、多個第1傳輸部5、多個電荷存儲部7、多 個第2傳輸部9、以及作為電荷輸出部的移位寄存器11。固體攝像裝置1能夠作為分光器 的光檢測單元而使用。各光電轉(zhuǎn)換部3具有光感應(yīng)區(qū)域13和電位梯度形成區(qū)域15。光感應(yīng)區(qū)域13感 應(yīng)光的入射，對應(yīng)于入射光強度而產(chǎn)生電荷。電位梯度形成區(qū)域15相對于光感應(yīng)區(qū)域13 而形成沿著從形成光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀的一個短邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的第1方向 (沿著光感應(yīng)區(qū)域13的長邊方向的方向)變高的電位梯度。通過電位梯度形成區(qū)域15，光 感應(yīng)區(qū)域13中產(chǎn)生的電荷從光感應(yīng)區(qū)域13的另一個短邊側(cè)被排出。光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀成為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致矩形。多個光 電轉(zhuǎn)換部3沿著與上述第1方向交叉的第2方向并列設(shè)置，在一維方向上配置成陣列狀。多 個光電轉(zhuǎn)換部3在沿著光感應(yīng)區(qū)域13的短邊方向的方向上并列設(shè)置。本實施方式中，光感 應(yīng)區(qū)域13的長邊方向上的長度例如設(shè)定為Imm左右。光感應(yīng)區(qū)域13的短邊方向上的長度 例如設(shè)定為24 μ m左右。相對于各光感應(yīng)區(qū)域13，以在沿著光感應(yīng)區(qū)域13的短邊方向的方向上夾持該光 感應(yīng)區(qū)域13的方式，配置有隔離區(qū)域17和溢出漏極(OFD)區(qū)域19。隔離區(qū)域17與光感應(yīng) 區(qū)域13的一個長邊鄰接，在沿著光感應(yīng)區(qū)域13的長邊方向的方向上延伸。隔離區(qū)域17使 夾持隔離區(qū)域17且相鄰的一對光感應(yīng)區(qū)域13電氣分離。溢出漏極區(qū)域19與光感應(yīng)區(qū)域13的另一個長邊鄰接，在沿著光感應(yīng)區(qū)域13的長 邊方向的方向上延伸。溢出漏極區(qū)域19包括由柵極晶體管構(gòu)成的溢出柵極(OFG)，在光感 應(yīng)區(qū)域13中產(chǎn)生超過該光感應(yīng)區(qū)域13的存儲容量的電荷時，排出超過存儲容量的量的電 荷。由此，防止了從超過存儲容量的光感應(yīng)區(qū)域13溢出的電荷向其他光感應(yīng)區(qū)域13漏出 的高光溢出(blooming)等的不良情況。各第1傳輸部5分別對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換部3且配置于形成光感應(yīng)區(qū)域13的平面形 狀的另一個短邊側(cè)。即多個第1傳輸部5在形成光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀的另一個短邊 側(cè)，在上述第2方向(沿著光感應(yīng)區(qū)域13的短邊方向的方向)上并列設(shè)置。第1傳輸部5 通過電位梯度形成區(qū)域15而取得從光感應(yīng)區(qū)域13排出的電荷，將取得的電荷在第1方向 上傳輸。相鄰的第1傳輸部5之間，配置有隔離區(qū)域(圖中沒有表示)，該隔離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)第 1傳輸部5之間的電氣分離。各電荷存儲部7分別對應(yīng)于第1傳輸部5且在第1方向上與第1傳輸部5鄰接地 配置。即多個電荷存儲部7在形成光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀的另一個短邊側(cè)，在上述第2 方向上并列設(shè)置。電荷存儲部7將從對應(yīng)的第1傳輸部5傳輸?shù)碾姾梢来未鎯?。相鄰的?荷存儲部7之間，配置有隔離區(qū)域(圖中沒有表示)，該隔離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電荷存儲部7之間的 電氣分離。各第2傳輸部9分別對應(yīng)于電荷存儲部7且在第1方向上與電荷存儲部7鄰接地 配置。即多個第2傳輸部9在形成光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀的另一個短邊側(cè)，在上述第2 方向上并列設(shè)置。第2傳輸部9取得對應(yīng)的電荷存儲部7中存儲的電荷，將取得的電荷在 第1方向上傳輸。相鄰的第2傳輸部9之間，配置有隔離區(qū)域(圖中沒有表示)，該隔離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)第2傳輸部9之間的電氣分離。移位寄存器11相對于多個第2傳輸部9而言，在第1方向上與各第2傳輸部9鄰 接地配置。移位寄存器11接收分別從第2傳輸部9傳輸?shù)碾姾桑谏鲜龅?方向上傳輸， 并依次輸出至放大部21。從移位寄存器11輸出的電荷，由放大部21進行電壓轉(zhuǎn)換，作為在 第2方向上配置的每個光電轉(zhuǎn)換部3(光感應(yīng)區(qū)域13)的電壓而輸出至固體攝像裝置1的 外部。如圖2所示，多個光電轉(zhuǎn)換部3、多個第1傳輸部5、多個電荷存儲部7、多個第2傳 輸部9以及移位寄存器11形成于半導(dǎo)體基板30上。半導(dǎo)體基板30包括成為半導(dǎo)體基板 30的基體的ρ型半導(dǎo)體層31、以及形成于ρ型半導(dǎo)體層31的一個面?zhèn)鹊摩切桶雽?dǎo)體層32、 34、36、38、40、42、η_型半導(dǎo)體層33、35、37、39、41和p.型半導(dǎo)體層43。本實施方式中，使用 Si作為半導(dǎo)體，所謂“高雜質(zhì)濃度”，例如是指雜質(zhì)濃度為1 X IO17Cm-3左右以上，對導(dǎo)電型標(biāo) 以“ + ”來表示，所謂“低雜質(zhì)濃度”，例如是指雜質(zhì)濃度為1 X IO15CnT3左右以下，對導(dǎo)電型標(biāo) 以“_”來表示。作為η型雜質(zhì)，為砷等，作為ρ型雜質(zhì)，為硼等。ρ型半導(dǎo)體層31和η型半導(dǎo)體層32形成ρη結(jié)，由η型半導(dǎo)體層32構(gòu)成通過光的 入射而產(chǎn)生電荷的光感應(yīng)區(qū)域13。η型半導(dǎo)體層32在平面視圖中為由兩條長邊和兩條短 邊形成的大致矩形。η型半導(dǎo)體層32沿著與上述第1方向(即從形成η型半導(dǎo)體層32的 平面形狀的一個短邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的、沿著η型半導(dǎo)體層32的長邊方向的方向)交 叉的第2方向并列設(shè)置，在一維方向上配置成陣列狀。各η型半導(dǎo)體層32在沿著η型半導(dǎo) 體層32的短邊方向的方向上并列配置。上述隔離區(qū)域17能夠由ρ+型半導(dǎo)體層構(gòu)成。對于η型半導(dǎo)體層32，配置有一對電極51、52。一對電極51、52由透過光的材料， 例如多晶硅膜構(gòu)成，經(jīng)由絕緣層(圖中沒有表示)而形成于η型半導(dǎo)體層32上。通過一對 電極51、52，構(gòu)成電位梯度形成區(qū)域15。電極51、52可以以橫跨沿著第2方向并列配置的 多個η型半導(dǎo)體層32的方式，在第2方向上連續(xù)延伸而形成。電極51、52也可以形成于各 個η型半導(dǎo)體層32上。電極51構(gòu)成所謂的電阻性柵極，在從形成η型半導(dǎo)體層32的平面形狀的一個短 邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的方向(上述第1方向)上延伸而形成。電極51通過對兩端賦予 定電位差，從而形成對應(yīng)于該電極51的第1方向上的電阻成分的電位梯度，即沿著上述第 1方向變高的電位梯度。從控制電路(圖中沒有表示)對電極51的一端賦予信號MGL，從 控制電路(圖中沒有表示)對電極51的另一端和電極52賦予信號MGH。信號MGL、MGH為 H電平時，在η型半導(dǎo)體層32上形成沿著上述第1方向變高的電位梯度。配置有與電極52在第1方向上相鄰接的一對傳輸電極53、54。傳輸電極53、54經(jīng) 由絕緣層(圖中沒有表示)而分別形成在η_型半導(dǎo)體層33和η型半導(dǎo)體層34上。η_型 半導(dǎo)體層33和η型半導(dǎo)體層34配置于形成η型半導(dǎo)體層32的平面形狀的另一個短邊側(cè)。 傳輸電極53、54例如由多晶硅膜構(gòu)成。從控制電路(圖中沒有表示)對傳輸電極53、54賦 予信號TG1。由傳輸電極53、54、傳輸電極53、54下的η_型半導(dǎo)體層33以及η型半導(dǎo)體層 34，構(gòu)成第1傳輸部5。配置有與傳輸電極54在第1方向上鄰接的、多對(本實施方式中為5對)電極 55 58。電極55 58在上述第1方向上依次配置，經(jīng)由絕緣層(圖中沒有表示)而分 別形成于η—型半導(dǎo)體層35、η型半導(dǎo)體層36、η—型半導(dǎo)體層37、以及η型半導(dǎo)體層38上。電極55 58例如由多晶硅膜構(gòu)成。從控制電路(圖中沒有表示)對電極55、56賦予信號 P1V，從控制電路(圖中沒有表示)對電極57、58賦予信號P2V。由電極55 58、電極55 58下的n_型半導(dǎo)體層35、37以及η型半導(dǎo)體層36、38，構(gòu)成電荷存儲部7。配置有與電極56在第1方向上鄰接的、一對傳輸電極59、60。傳輸電極59、60經(jīng) 由絕緣層(圖中沒有表示)而分別形成在η_型半導(dǎo)體層39和η型半導(dǎo)體層40上。η_型 半導(dǎo)體層39和η型半導(dǎo)體層40被配置為，與電極55 58中的位于第1方向上的最后段 的η型半導(dǎo)體層36在第1方向上鄰接。傳輸電極59、60例如由多晶硅膜構(gòu)成。從控制電 路(圖中沒有表示)對傳輸電極59、60賦予信號TG2。由傳輸電極59、60、傳輸電極59、60 下的η—型半導(dǎo)體層39以及η型半導(dǎo)體層40，構(gòu)成第2傳輸部9。配置有與傳輸電極60在第1方向上相鄰接的一對傳輸電極61、62。傳輸電極61、 62經(jīng)由絕緣層(圖中沒有表示)而分別形成在η_型半導(dǎo)體層41和η型半導(dǎo)體層42上。 η_型半導(dǎo)體層41和η型半導(dǎo)體層42與η型半導(dǎo)體層40在第1方向上鄰接地配置。傳輸 電極61、62例如由多晶硅膜構(gòu)成。從控制電路(圖中沒有表示)對傳輸電極61、62賦予信 號Ρ1Η。由傳輸電極61、62、傳輸電極61、62下的η_型半導(dǎo)體層41以及η型半導(dǎo)體層42， 構(gòu)成移位寄存器11。ρ+型半導(dǎo)體層43使η型半導(dǎo)體層32、34、36、38、40、42和ιΓ型半導(dǎo)體層33、35、37、 39,41與半導(dǎo)體基板30的其他部分電氣分離。上述的各絕緣層由透過光的材料，例如硅氧 化膜構(gòu)成。優(yōu)選，為了防止產(chǎn)生不需要的電荷，除了 η型半導(dǎo)體層32之外的、η型半導(dǎo)體層 34、36、38、40、42和ιΓ型半導(dǎo)體層33、35、37、39、41 (第1傳輸部5、電荷存儲部7、第2傳輸 部9、以及移位寄存器11)配置遮光部件等而被遮光。接著，基于圖3 圖6，說明固體攝像裝置1的動作。圖3為本實施方式所涉及的 固體攝像裝置1中的輸入至電極51 62的各信號1 ^、101361、？1￥、？2￥362、？1!1的時 序圖。圖4(a) (h)以及圖5(a) (h)為用于說明圖3中的各時刻tl tl6的電荷的 存儲以及排出動作的電勢圖。圖6為用于說明光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的移動的模式圖。然而，η型的半導(dǎo)體中存在正離子化的施主，ρ型的半導(dǎo)體中存在負離子化的受 主。半導(dǎo)體中的電勢，η型比ρ型高。換而言之，由于能帶圖中的電勢向下為電勢的正方向， 因而η型的半導(dǎo)體中的電勢在能帶圖中比P型的半導(dǎo)體的電勢深(高)，能級變低。此外，如 果向各電極施加正電位，那么電極正下方的半導(dǎo)體區(qū)域的電勢變深(向正方向變大)。如果 減小向各電極施加的正電位的大小，那么對應(yīng)的電極正下方的半導(dǎo)體區(qū)域的電勢變淺(向 正方向變小)。如圖3 所示，在時亥Ij {1，信號]\ ^、]\01、TG1、P1V、P2V、TG2、PlH 為 L 電平時，η 型
半導(dǎo)體層32的電勢Φ32比η_型半導(dǎo)體層33的電勢Φ33深，形成電勢Φ32的勢阱(參照圖 4(a)) 0在該狀態(tài)下，如果光入射至η型半導(dǎo)體層32而產(chǎn)生電荷，那么所產(chǎn)生的電荷被存儲 于電勢Φ32的勢阱內(nèi)。在電勢Φ32中存儲有電荷量QL115在時刻t2，信號MGL、MGH為H電平時，在η型半導(dǎo)體層32中形成沿著上述第1方 向變高的電位梯度，電勢Φ32以朝向η—型半導(dǎo)體層33側(cè)變深的方式傾斜，形成電勢Φ32的 梯度(參照圖4(b))。相同地，在時刻t2，信號TGl、P2V、TG2為H電平時，n_型半導(dǎo)體層 33和η型半導(dǎo)體層34的各電勢Φ33、Φ34、η_型半導(dǎo)體層37和η型半導(dǎo)體層38的各電勢 Φ 37-1 > Φ 37-2 > Φ 38-1 > Φ 38-2、以及Π—型半導(dǎo)體層39和Il型半導(dǎo)體層40的各電勢Φ 39、Φ 4(1變深，形成電勢Φ34、Φ 38-1 > Φ 38-2 > Φ4。的各勢阱。電勢Φ32的勢阱中所存儲的電荷C如圖5 所示那樣沿著電勢Φ32的梯度移動，被傳輸至電勢Φ34的勢阱內(nèi)。電勢Φ34中存儲有電荷 量 QL10在時刻t3，信號MGL、MGH、TGl為L電平時，電勢Φ32的梯度消失，并且電勢Φ33、 Φ34變淺(參照圖4(c))。由此，與時刻tl相同地，所產(chǎn)生的電荷存儲在電勢Φ32的勢阱 內(nèi)。電勢Φ32中存儲有電荷量QL2。另外，在時刻t3，信號P2V、TG2為L電平并且信號PlV 為H電平時，電勢Φ 37_i、Φ 37_2、Φ 38-! > Φ 38-2 > Φ 39> Φ 40變淺，^型半導(dǎo)體層35和Π型半導(dǎo)體 層36的各電勢
辦 35-1、辦 35-2、辦 35-3、^ 36-1、^ 36-2、^ 36-3 較深，因而形成電勢 辦 36-1、辦 36-2、辦 36-3
的各勢阱。電勢Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中 存儲有電荷量QL115在時刻丨4，信號1 ^、101361、？2￥362為H電平并且信號PlV為L電平時，與時 刻t2相同地，形成電勢Φ 32的梯度，并且形成電勢Φ34、Φ38-!> Φ 38-2 > Φ 4。的各勢阱(參照 圖4(d))。電勢Φ32的勢阱內(nèi)所存儲的電荷沿著電勢Φ32的梯度被傳輸至電勢Φ34的勢阱 內(nèi)。電勢φ34中存儲有電荷量QL2。電勢C^i1的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ3 Μ 的勢阱內(nèi)。電勢φI1內(nèi)存儲有電荷量QL115在時刻t5，信號MGL、MGH、TGI、P2V、TG2為L電平并且信號PlV為H電平時，與時
刻t3相同地，電勢Φ32的梯度消失，并且形成電勢Φ^、Φ 36-2 >小36-3的各勢阱(參照圖 4(e))。由此，與時刻tl、t3相同地，所產(chǎn)生的電荷被存儲在電勢Φ32的勢阱內(nèi)。電勢Φ32 中存儲有電荷量QL3。電勢Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢C^i1的勢阱內(nèi)。電 勢Φ^中存儲有電荷量QL2。電勢Φ3 Μ的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_2的勢 阱內(nèi)。電勢小36_2中存儲有電荷量QL115在時刻t6，信號MGL、MGH、TGI、P2V、TG2為H電平并且信號PlV為L電平時，與時 刻t2、t4相同地，電勢Φ32的梯度被形成，并且電勢Φ34、Φ^、Φ38_2、Φ4(1的各勢講被形成 (參照圖4(f))。電勢Φ32的勢阱內(nèi)所存儲的電荷沿著電勢Φ32的梯度被傳輸至電勢Φ34 的勢阱內(nèi)。電勢Φ34中存儲有電荷量QL3。電勢Ctf1的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電 勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中存儲有電荷量QL2。電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被 傳輸至電勢Φ38-2的勢阱內(nèi)。電勢Φ38_2中存儲有電荷量QL115在時刻t7，在信號MGL、MGH為H電平的狀態(tài)下，信號TGI、P2V、TG2為L電平并且 信號PlV為H電平時，維持形成電勢Φ 32的梯度的狀態(tài)，但是，由于電勢Φ 33較淺，因而所產(chǎn) 生的電荷被存儲在電勢Φ32的勢阱內(nèi)。電勢Φ32中存儲有電荷量QL4(參照圖4(g))。在時 刻t7，電勢φ^、φ36_2、φ36_3的各勢阱被形成。電勢Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至 電勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中存儲有電荷量QL3。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷 被傳輸至電勢Φ36-2的勢阱內(nèi)。電勢Φ36_2中存儲有電荷量QL2。電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)所存 儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_3的勢阱內(nèi)。電勢$36_3中存儲有電荷量QL115在時刻t8，信號MGL、MGH、TGI、P2V、TG2、PlH為H電平并且信號PlV為L電平時， 電勢φ34、φ^、φ38_2、Φ4(ι的各勢阱被形成(參照圖4(h))。電勢Φ32的勢阱內(nèi)所存儲的 電荷沿著電勢Φ32的梯度被傳輸至電勢Φ34的勢阱內(nèi)。電勢Φ34中存儲有電荷量QL4。電 勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ3 的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中存儲有電荷量 QL30電勢$36_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)。電勢$38_2中存儲有電荷量QL2。電勢勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ4(1的勢阱內(nèi)。電勢Φ4(1中 存儲有電荷量QL115在時刻t8，由于信號PlH為H電平，因而η—型半導(dǎo)體層41和η型半導(dǎo) 體層42的各電勢Φ41、Φ42較深，形成電勢Φ42的勢阱。在時刻t9，在信號MGL、MGH、PlH為H電平的狀態(tài)下，信號TGI、P2V、TG2為L電平 并且信號PlV為H電平時，與時刻t7相同地，在形成電勢Φ32的梯度的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的電 荷被存儲在電勢Φ32的勢阱內(nèi)。電勢Φ 32中存儲有電荷量QL5 (參照圖5 (a))。在時刻t9， 與時刻t7相同地，電勢Φ ρΦ ρΦ^的各勢阱被形成。電勢Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電 荷被傳輸至電勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中存儲有電荷量QL4。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所 存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)。電勢Φ36_2中存儲有電荷量QL3。電勢Φ38_2的 勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36-3的勢阱內(nèi)。電勢小36_3中存儲有電荷量QL2。在時 刻t9，由于電勢Φ39、Φ4(ι較淺，因而電勢Φ4(1的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ42的 勢阱內(nèi)。電勢Φ42中存儲有電荷量QL115在時刻tlO，信號MGL、MGH、TG1、P2V、TG2、P1H為H電平并且信號PlV為L電平時，
與時刻t8相同地，電勢Φ34、Φ38-!> Φ 38-2 > Φ4(1的各勢阱被形成(參照圖5(b))。電勢Φ32 的勢阱內(nèi)所存儲的電荷沿著電勢Φ32的梯度被傳輸至電勢Φ34的勢阱內(nèi)。電勢Φ34中存儲 有電荷量QL5。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ3 Μ的勢阱內(nèi)。電勢Φ3 Μ 中存儲有電荷量QL4。電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)。電 勢小38_2中存儲有電荷量QL3。電勢636_3的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ4(1的勢阱 內(nèi)。電勢Φ4(1中存儲有電荷量QL2。在時刻tll，在信號MGL、MGH、P1H為H電平的狀態(tài)下，信號TG1、P2V、TG2為L電平 并且信號PlV為H電平時，與時刻t9相同地，在形成電勢Φ32的梯度的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的電 荷被存儲在電勢Φ32的勢阱內(nèi)。電勢Φ 32中存儲有電荷量QL6(參照圖5 (c))。在時刻tll， 與時刻t9相同地，電勢Φ ρΦ ρΦ^的各勢阱被形成。電勢Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電 荷被傳輸至電勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ^中存儲有電荷量QL5。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所 存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)。電勢Φ36_2中存儲有電荷量QL4。電勢Φ38_2的 勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36-3的勢阱內(nèi)。電勢$36_3中存儲有電荷量QL3。電勢 Φ4。的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ42的勢阱內(nèi)。加上電荷量QL1，電勢Φ42中還存 儲有電荷量QL2。在時刻tl2，信號MGL、MGH、TG1、P2V、TG2、P1H為H電平并且信號PlV為L電平時，
與時刻t8相同地，電勢Φ34、Φ38-!> Φ 38-2 > Φ4(1的各勢阱被形成(參照圖5(d))。電勢Φ32 的勢阱內(nèi)所存儲的電荷沿著電勢Φ32的梯度被傳輸至電勢Φ34的勢阱內(nèi)。電勢Φ34中存儲 有電荷量QL6。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ3 Μ的勢阱內(nèi)。電勢Φ3 Μ 中存儲有電荷量QL5。電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)。電 勢小38_2中存儲有電荷量QL4。電勢636_3的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ4(1的勢阱 內(nèi)。電勢Φ4。中存儲有電荷量ql3。在時刻tl3，在信號PlH為H電平的狀態(tài)下，信號MGL、MGH、TG1、P2V、TG2為L電平 并且信號PlV為H電平時，電勢Φ32的梯度消失，電勢Φ32的勢阱內(nèi)存儲新產(chǎn)生的電荷(參 照圖5(e))。在時刻tl3，與時刻t9相同地，電勢ΦιρΦ^^μ的各勢阱被形成。電勢 Φ34的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φι:的勢阱內(nèi)。電勢小^中存儲有電荷量隊…電勢Φ3 的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36-2的勢阱內(nèi)。電勢Φ36-2中存儲有電荷 量QL5。電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_3的勢阱內(nèi)。電勢Φ36_3中存 儲有電荷量QL4。電勢Φ4(1的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ42的勢阱內(nèi)。在時刻tl3，包含從電勢Φ4(1傳輸?shù)碾姾桑妱荭?2中還以累計的狀態(tài)存儲有各電 荷量QLp QL2, QL30其后，所累計的電荷量QLp QL2, QL3的電荷在電荷傳輸期間TPl的期間 內(nèi)，在第2方向上被依次傳輸，被輸出至放大部21。圖3中的圖示被省略，但是，在電荷傳輸 期間TPl內(nèi)，用于使累計的電荷量QLi、QL2、QL3在第2方向上傳輸?shù)男盘栕鳛樾盘朠lH而被 賦予。接著，在時刻tl4，在信號PlH為H電平且信號MGL、MGH、TG1為L電平的狀態(tài)下，信 號PlV為L電平并且信號P2V、TG2為H電平時，電勢φ3 Μ、φ38_2、φ40的各勢阱被形成(參 照圖5(f))。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ^的勢阱內(nèi)。電勢Φ3 中存儲有電荷量QL6。電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)。電 勢小38_2中存儲有電荷量QL5。電勢636_3的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ4(1的勢阱 內(nèi)。電勢Φ4(1中存儲有電荷量QL4。在時刻tl5，在信號PlH為H電平且信號MGL、MGH、TGl為L電平的狀態(tài)下，信號 P2V、TG2為L電平并且信號PlV為H電平時，電勢Φ^、Φ36_2、Φ36_3的各勢阱被形成(參 照圖5(g))。電勢Φ^的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_2的勢阱內(nèi)。電勢Φ36_2 中存儲有電荷量QL6。電勢Φ38_2的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ36_3的勢阱內(nèi)。電 勢φ36_3中存儲有電荷量QL5。電勢Φ4(ι的勢阱內(nèi)所存儲的電荷被傳輸至電勢Φ42的勢阱 內(nèi)。電勢Φ42中存儲有電荷量QL4。之后，重復(fù)對應(yīng)于時刻tl4、tl5的動作，到達時刻tl6時，電勢φ36_2、φ36_3中所存 儲的各電荷被傳輸至電勢Φ42的勢阱內(nèi)(參照圖5(h))。在時刻tl6，電勢Φ42中以累計的 狀態(tài)存儲有各電荷量QL4、QL5, QL6。之后，所累計的電荷量QL4、QL5, QL6的電荷在電荷傳輸 期間TP2期間內(nèi)，在第2方向上被依次傳輸，被輸出至放大部21。圖3中的圖示被省略，但 是，在電荷傳輸期間TP2內(nèi)，用于使累計的電荷量QL4、QL5, QL6在第2方向上傳輸?shù)男盘栕?為信號PlH而被賦予。如以上所述，本實施方式中，光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊 形成的大致矩形。在此情況下，可以增加光感應(yīng)區(qū)域13的長邊方向上的長度，并能夠增大 各光感應(yīng)區(qū)域13中的飽和電荷量從而實現(xiàn)SN比的提高。多個光電轉(zhuǎn)換部3沿著與上述第1方向交叉的第2方向并列設(shè)置，在一維方向上 配置成陣列狀。本實施方式中，多個光電轉(zhuǎn)換部3在沿著光感應(yīng)區(qū)域13的短邊方向的方向 上并列設(shè)置。各光電轉(zhuǎn)換部3中，由電極51形成沿著上述第1方向變高的電位梯度，因而 光感應(yīng)區(qū)域13中產(chǎn)生的電荷沿著由所形成的電位梯度而形成的電勢的傾斜而移動至另一 個短邊側(cè)。移動至另一個短邊側(cè)的電荷由第1傳輸部5取得，在第1方向上被傳輸。由此， 電荷的移動速度由電位梯度(電勢的傾斜)來支配，使電荷的讀出速度高速化。本實施方式中，從第1傳輸部5傳輸?shù)碾姾杀淮鎯τ陔姾纱鎯Σ?，之后，由第2傳 輸部9在第1方向上傳輸。然后，從各第2傳輸部9傳輸?shù)碾姾赏ㄟ^移位寄存器11而在第 2方向上傳輸并被輸出。其結(jié)果，在固體攝像裝置1中，無須預(yù)先執(zhí)行用于得到一維圖像的 信號處理，并且能夠防止圖像處理的煩雜化。
本實施方式中，光感應(yīng)區(qū)域13的平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致 矩形。其結(jié)果，光感應(yīng)區(qū)域13中的飽和電荷量較大。本實施方式中，將整個第1期間(圖3中的期間Tl)內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3(光感應(yīng)區(qū) 域13)中產(chǎn)生的電荷(電荷量QLp QL2, QL3的和)、與比第1期間短的整個第2期間(圖3 中的期間T2)內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3(光感應(yīng)區(qū)域13)中產(chǎn)生的電荷(電荷量QL4、QL5, QL6W 和)，連續(xù)且交替地輸出。即本實施方式中，將第1期間Tl和第2期間T2的和作為一個讀 出周期，在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷被存儲且被輸出。本實施方式中，整個第1期間內(nèi)在 光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷在電荷傳輸期間TPl內(nèi)被讀出，整個第2期間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部 3中產(chǎn)生的電荷在電荷傳輸期間TP2內(nèi)被讀出。本實施形態(tài)中，第1期間Tl被設(shè)定為例如 9. 99ms左右，第2期間T2被設(shè)定為例如10 μ s左右，第1期間Tl為第2期間T2的約1000 倍。在第1期間Tl被設(shè)定為9. 99ms、第2期間T2被設(shè)定為10 μ s的情況下，整個第1 期間Tl內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷量飽和時，可以將基于整個第2期間T2內(nèi)在光電 轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷量的輸出擴大1000倍并作為固體攝像裝置1的輸出。此外，整個第 1期間Tl內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷量未飽和時，也可以將基于整個第1期間Tl內(nèi)在 光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷量與整個第2期間T2內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷量的和 的輸出作為固體攝像裝置1的輸出。如果存儲整個第1期間Tl內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷，那么由于曝光時間比 較長，因而強的入射光由于信號飽和而難以確切地檢測。與此相對，弱的入射光作為足夠大 的信號而被檢測。另一方面，如果存儲整個第2期間T2內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷， 那么由于曝光時間比較短，因而弱的入射光由于信號微弱而難以作為信號充分地檢測。與 此相對，強的入射光不飽和，并且作為信號而被確切地檢測。這樣，固體攝像裝置1中，無論 入射光的強度，入射光均可以作為信號而被確切地檢測，實效的動態(tài)范圍變大。本實施方式中，具備電荷存儲部7。由此，以不成為傳輸整個第2期間T2內(nèi)在光電 轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電荷時的障礙的方式，將整個第1期間Tl內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換部3中產(chǎn)生的電 荷存儲，并經(jīng)由第2傳輸部9而傳輸至移位寄存器11。以上，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行了說明，但是，本發(fā)明并不限于上述的實施 方式，在不超出本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以進行的各種變更。本實施方式中，在電荷存儲部7中，配置有5對電極55 58，但是，并不限于此，也 可以配置5對以上的電極。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明可以用作分光器的光檢測單元。
權(quán)利要求
一種固體攝像裝置，其特征在于，具備多個光電轉(zhuǎn)換部，分別具有光感應(yīng)區(qū)域和電位梯度形成區(qū)域并且沿著與第1方向交叉的第2方向并列設(shè)置，其中，所述光感應(yīng)區(qū)域?qū)?yīng)于光入射而產(chǎn)生電荷且平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致矩形，所述電位梯度形成區(qū)域相對于所述光感應(yīng)區(qū)域而形成沿著所述第1方向變高的電位梯度，所述第1方向是從形成所述光感應(yīng)區(qū)域的平面形狀的一個短邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的方向；多個第1傳輸部，分別與所述光電轉(zhuǎn)換部對應(yīng)且配置于形成所述光感應(yīng)區(qū)域的平面形狀的另一個短邊側(cè)，將從對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部的光感應(yīng)區(qū)域取得的電荷在所述第1方向上傳輸；多個電荷存儲部，分別與所述第1傳輸部相對應(yīng)地配置，將從對應(yīng)的第1傳輸部傳輸?shù)碾姾纱鎯?；多個第2傳輸部，分別與所述電荷存儲部相對應(yīng)地配置，將存儲于對應(yīng)的電荷存儲部的電荷在所述第1方向上傳輸；以及電荷輸出部，相對于所述多個第2傳輸部而配置，將分別從該第2傳輸部傳輸?shù)碾姾稍谒龅?方向上傳輸并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，將整個第1期間內(nèi)在所述光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷與比所述第1期間短的整個第2期 間內(nèi)在所述光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的電荷，連續(xù)且交替地輸出。
全文摘要
固體攝像裝置(1)具備多個光電轉(zhuǎn)換部(3)、多個第1傳輸部(5)、多個電荷存儲部(7)、多個第2傳輸部(9)以及移位寄存器(11)。各光電轉(zhuǎn)換部(3)具有平面形狀為由兩條長邊和兩條短邊形成的大致矩形的光感應(yīng)區(qū)域(13)、和形成沿著從形成光感應(yīng)區(qū)域(13)的平面形狀的一個短邊側(cè)朝向另一個短邊側(cè)的第1方向變高的電位梯度的電位梯度形成區(qū)域(15)。各第1傳輸部(5)配置于形成對應(yīng)的光感應(yīng)區(qū)域(13)的平面形狀的另一個短邊側(cè)，將從對應(yīng)的光感應(yīng)區(qū)域(13)取得的電荷在第1方向上傳輸。各電荷存儲部(7)存儲從對應(yīng)的第1傳輸部(5)傳輸?shù)碾姾?。由此，實現(xiàn)了圖像處理不煩雜并且可以高速地讀出光感應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生的電荷的固體攝像裝置。
文檔編號H04N5/372GK101981698SQ20098011102
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者大塚慎也, 村松雅治, 米田康人, 鈴木久則 申請人:浜松光子學(xué)株式會社