固体摄像装置

摘要

本发明的能量线感应区域(11)，其水平方向被分割成以垂直方向作为长度方向的m个列，此外，其垂直方向被分割成以水平方作为长度方向的n个行，包括m×n个二维排列的光电转换部(13)。该光电转换部(13)分别感应能量线的入射而生成电荷。在能量线感应区域(11)的表面一侧，以覆盖该能量线感应区域(11)的方式而设置有多个传输电极(15)。多个传输电极(15)分别以水平方向作为长度方向而设置，沿着垂直方向排列。各传输电极(15)通过各分压电阻(17)进行电气连接。各分压电阻(17)对应于各传输电极(15)进行设置，对来自直流电源(19)的直流输出电压进行分压而生成直流输出电位，供给对应该直流输出电位的传输电极(15)。

权利要求

1.一种固体摄像装置，其特征在于，包括：

能量线感应区域，它在半导体基板的表面一侧形成，同时，构成为具有在n行m列上二维排列的多个光电转换部，感应能量线的入射而生成电荷，其中，n和m为2以上的整数；

多个传输电极，它在所述能量线感应区域的表面一侧分别设置成以所述二维排列中的行方向作为长度方向，并用于在由所述多个光电转换部中排列在同一列上的n个光电转换部所构成的m个光电转换部组中，在所述二维排列中的列方向上传输所述电荷；和分压电阻，它对应于所述传输电极而进行设置，将来自直流电源的直流输出电压分压而生成直流输出电位，并将该直流输出电位供给至对应的所述传输电极，在所述多个传输电极下形成的电势在电荷传输方向逐渐升高，分别对于所述m个光电转换部的组形成一个电势斜度。

2.一种固体摄像装置，其特征在于，包括：

能量线感应区域，它在半导体基板的表面一侧形成，同时，构成为具有在n行m列上二维排列的多个光电转换部，感应能量线的入射而生成电荷，其中，n和m为2以上的整数；

多个传输电极，它在所述能量线感应区域的表面一侧分别设置成以所述二维排列中的行方向作为长度方向，并用于在由所述多个光电转换部中排列在同一列上的n个光电转换部所构成的m个光电转换部组中，在所述二维排列中的列方向上传输所述电荷，其中，将规定的电位分别供给所述多个传输电极，使得在该多个传输电极下形成的电势在电荷传输方向逐渐升高，分别对于所述m个光电转换部的组形成一个电势斜度。

3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括：

电荷积蓄部，它按每个在所述列方向上排列的光电转换部组积蓄通过所述多个传输电极而传输的电荷，将该按每个光电转换部组积蓄的电荷一并输出；和电荷输出部，它输入从所述电荷积蓄部按每个在所述列方向上排列的所述光电转换部组输出的电荷，并将其顺序输出。

说明书

固体摄像装置

技术领域

[0001] 本发明涉及固体摄像装置。

背景技术

[0002] 作为一维的线传感器而使用的固体摄像装置，公知有下述固体摄像装置：使具有像素二维排列的能量线感应部的固体摄像装置进行装仓(binning)(线装仓)动作，来对微弱的光的分布进行高精度检测(例如参照专利文献1)。

[0003] 所谓装仓动作是指，将在每个行方向和列方向二维排列的多个像素(光电转换部)积蓄的光电荷全部传输到列方向，将在列方向的各像素上积蓄的电荷加在每一列上，此后，将加在每一列上的电荷传输到行方向上。当采用此装仓动作时，由于将在列方向的各像素上积蓄的电荷加在每一列上，所以，即使对于微弱的光，也可以对行方向的光的分布进行高精度检测。

[0004] 专利文献1：日本专利特开2002-196075号公报

发明内容

[0005] 在上述专利文献1中记载的结构的固体摄像装置中，通过向以行方向作为长度方向而形成的传输电极上施加规定相位的驱动电压(传输电压)，来将像素上积蓄的电荷依次传输到下一个像素。因此，需要仅仅是像素部分的传输时间，要将在各像素积蓄的传输电荷加在每一列上需要时间。此外，在相对一个像素设置多个传输电极的情况下，需要对各个传输电极施加多个相位不同的相的驱动电压，使传输控制变得复杂。

[0006] 本发明是鉴于上述问题而进行的发明，其目的在于提供一种可以使装仓动作快速而且简单进行的固体摄像装置。

[0007] 为了实现上述目的，本发明的固体摄像装置的特征在于，包括：能量线感应区域，它在半导体基板的表面一侧形成，同时，构成为具有二维排列的多个光电转换部，感应能量线的入射而生成电荷；多个传输电极，它在能量线感应区域的表面一侧分别设置成以二维排列中的第一方向作为长度方向，用于在二维排列中的第二方向上传输电荷；和分压电阻，它对应于传输电极进行设置，将来自直流电源的直流输出电压分压而生成直流输出电位，并将该直流输出电位供给至对应的传输电极。

[0008] 其中，所谓的能量线也包括紫外线、红外线、其他可见光的电子射线、放射线、X射线。

[0009] 在本发明的固体摄像装置中，将通过对应的分压电阻而生成的直流输出电位分别供给多个传输电极。因此，在多个传输电极下形成的电势在电荷传输方向逐渐升高，对于在第二方向上排列的光电转换部组形成一个电势斜度。生成的电荷沿上述电势斜度而移动。因此，在电荷传输时，没有必要如现有技术那样施加规定相位的驱动电压，从而可以简单地进行电荷传输。此外，传输速度受电势斜度所控制，因此可以使速度提高，使传输时间缩短。 [0010] 本发明的固体摄像装置的特征在于，包括：能量线感应区域，它在半导体基板的表面一侧形成，同时，构成为具有二维排列的多个光电转换部，感应能量线的入射而生成电荷；和多个传输电极，它在能量线感应区域的表面一侧分别设置成将二维排列中的第一方向作为长度方向，用于在二维排列中的第二方向上传输电荷，其中，将规定的电位分别供给多个传输电极，使得在该多个传输电极下形成的电势在电荷传输方向逐渐升高。 [0011] 在本发明的固体摄像装置中，在多个传输电极下形成的电势在电荷传输方向逐渐升高，相对于在第二方向上排列的光电转换部组形成一个电势斜度。生成的电荷沿着上述电势斜度而移动。因此，在电荷传输时，没有必要如现有技术那样施加规定相位的驱动电压，从而可以简单地进行电荷传输。此外，传输速度受电势斜度控制，因此可以使速度提高，使传输时间缩短。

[0012] 此外，优选还包括：电荷积蓄部，它按每个在第二方向上排列的光电转换部组积蓄通过多个传输电极而传输的电荷，将该按每个光电 转换部组积蓄的电荷一并输出；和电荷输出部，它输入从电荷积蓄部按每个在第二方向上排列的光电转换部组输出的电荷，并将其顺序输出。

[0013] 本发明的固体摄像装置的特征在于：是在半导体基板的表面上通过绝缘层而设置，具有沿着一个方向排列的传输电极组的固体摄像装置，其中，包括与各个传输电极进行电气连接的分压电阻。

[0014] 在本发明的固体摄像装置中，由于各个传输电极通过分压电阻而进行电气连接，所以在传输电极组下形成的电势在传输电极的排列方向逐渐升高，也就是在电荷传输方向逐渐升高，相对于传输电极组而形成一个电势斜度。生成的电荷沿着上述电势斜度移动。因此，在电荷传输时，没有必要如现有技术那样施加规定相位的驱动电压，可以简单地进行电荷传输。此外，传输速度受电势斜度所控制，因此可以使速度提高，使传输时间缩短。 [0015] 此外，分压电阻优选对来自直流电源的直流输出电压进行分压。在这样的构成情况下，可以稳定形成上述电势。

[0016] 此外，优选还包括电荷积蓄部，它积蓄通过传输电极组传输的电荷，将积蓄的电荷一并输出；和电荷输出部，它输入从电荷积蓄部输出的电荷，并顺序输出。 [0017] 附图说明

[0018] 图1是表示本实施方式的固体摄像装置的简要结构图。

[0019] 图2是用于说明沿着图1中的II-II线的截面结构图。

[0020] 图3A是用于说明本实施方式的固体摄像装置的动作的时序图，表示分压电阻17组的一端17a一侧的电压变化。

[0021] 图3B是用于说明本实施方式的固体摄像装置的动作的时序图，表示分压电阻17组的另一端17b一侧的电压变化。

[0022] 图3C是用于说明本实施方式的固体摄像装置的动作的时序图，表示在栅极电极59中输入的时钟信号的电压水平的变化。

[0023] 图3D是用于说明本实施方式的固体摄像装置的动作的时序图，表示在水平传输电极61组中输入的时钟信号的电压水平的变化。

[0024] 图4A是表示在本发明实施方式的固体摄像装置中的时刻ta的电荷 状态的垂直方向的电势图。

[0025] 图4B是表示在本发明实施方式的固体摄像装置中的时刻tb的电荷状态的垂直方向的电势图。

[0026] 具体实施方式

[0027] 参照附图对本发明的实施方式的固体摄像装置进行说明。其中，在说明中对相同要素或具有相同功能的要素采用相同的标号，并省略了重复的说明。

[0028] 图1是表示本实施方式的固体摄像装置的简要结构图。图2是用于说明沿着图1中的II-II线的截面结构图。

[0029] 固体摄像装置1是全帧传输(FFT)型CCD，如图1所示，其包括能量线感应区域11、作为电荷积蓄部的垂直传输门部21、和作为电荷输出部的水平移位寄存器31。 [0030] 能量线感应区域11包含在m列(m为2以上的整数)n行(n为2以上的整数，在本实施方式中设定为“6”。)上二维排列的多个光电转换部13。该光电转换部13分别感应能量线(紫外线、红外线、可见光、电子射线等)的入射而生成电荷。

[0031] 多个传输电极15被设置在能量线感应区域11的表面一侧，以覆盖该能量线感应区域11。多个传输电极15分别设置成以水平方向(上述二维排列中的第一方向)作为长度方向，沿着垂直方向(上述二维排列中的第二方向)排列。在本实施方式中，传输电极15相对于各行设置两个，利用电阻分割而施加两种不同的电压。

[0032] 各传输电极15利用各分压电阻17进行电气连接。对应于各传输电极15来设置各分压电阻17。各分压电阻17对来自直流电源19的直流输出电压进行分压而生成直流输出电位，并供给对应于该直流输出电位的传输电极15。

[0033] 垂直传输门部21包括m个积蓄部23，该m个积蓄部23按每个在垂直方向上排列的光电转换部13组积蓄通过各光电转换部13生成的电荷。各积蓄部23积蓄从对应的光电转换部13组传输来的电荷，将该按每个光电转换部13组积蓄的电荷一并输出。 [0034] 水平移位寄存器31接收在垂直传输门部21的各积蓄部23积蓄后而输出的电荷，向水平方向传输，顺序向放大器部41输出。从水平移位寄存器31输出的电荷通过放大器部41而变换成电压，作为每个垂直方向排列的光电转换部13组的电压向固体设像装置1的外部输出，也就是作为每列的电压向固体设像装置1的外部输出。

[0035] 如图2所示，在半导体基板51上形成能量线感应区域11、传输电极15、垂直传输门部21、水平移位寄存器31、分压电阻17和其他的电路。半导体基板51包括：导电型为P型、构成半导体基板51的基体的P型Si基板53，在其表面一侧形成的N型半导体层55和+ +P 型半导体层(图中没有表示)。N型半导体层55和P 型半导体层以能量线感应区域11的垂直方向作为长度方向而在水平方向交互设置。N型半导体层55和P型Si基板53构成pn接合。N型半导体层55构成为通过能量线的入射而生成电荷的能量线感应区域。N型+
半导体层55构成能量线感应区域11的各列。P 型半导体层起到分离各列的隔离区域的作用。

[0036] 传输电极15通过绝缘层57而设置在半导体基板51的表面上。传输电极15以能量线感应区域11的水平方向作为长度方向，在垂直方向交互设置而构成各行。通过这些N型半导体层55和传输电极15而构成在n行m列二维排列的光电转换部13。传输电极15和绝缘层57由透过能量线的材料所构成。在本实施方式中，传输电极15由聚硅膜构成，绝缘层57由硅氧化膜构成。

[0037] 此外，在半导体基板51的表面上，通过绝缘层57来设置栅极电极59和水平传输电极61组。栅极电极59被设置成以能量线感应区域11的水平方向作为长度方向，在电荷传输方向上看，与位于最下游的传输电极15相邻。电压水平为H水平或L水平的时钟信号通过端子59a输入到栅极电极59。半导体基板51具有屏障区域63，它以在位于靠近传输电极15的栅极电极59下的N型半导体层55中成为低浓度的N型半导体的方式而形成。该屏障区域63被设置成以能量线感应区域11的水平方向作为长度方向。因此，在栅极电极59下，分别存在屏障区域63和N型半导体的区域55a，通过这些栅极电极59和两个区域
63、55a而构成垂直传输门部21。

[0038] 水平传输电极61组与栅极电极59相邻，沿着能量线感应区域 11的水平方向排列。通过由水平传输电极61组和在水平传输电极61组下的N型半导体层55或者在该N型半导体层55上形成的低能度的N型半导体区域65等而制成的台阶状的电势，来构成水平移位寄存器31。

[0039] 下面，对上述结构的固体摄像装置1中的动作进行说明。图3A～图3D是用于说明本实施方式的固体摄像装置中的动作的时序图。图4A和图4B分别表示在时刻的ta、tb的电荷状态的垂直方向的电势图。

[0040] 分压电阻17串联在直流电源19上，分压电阻组17的一端17a一侧经常保持一定的负电位(参照图3A)，另一端17b一侧经常保持一定的正电位(参照图3B)。这样，通过对应的分压电阻17而生成的直流输出电位分别供给多个传输电极15。因此，如图4A和图4B所示，在该多个传输电极15下的N形半导体层55上形成的电势在电荷传输方向上逐渐升高，对于在垂直方向上排列的光电转换部13组形成一个电势斜度。在各传输电极15下的N型半导体层55上生成的电荷沿着上述电势的斜度移动。此外，未必需要分压电阻17组的一端17a保持负电位，且另一端17b保持正电位。例如，分压电阻17组的一端17a上为-8V，另一端17b上为-2V，与分压电阻17组的一端17a相比，只要另一端17b为高电位就可以。

[0041] 如图3C所示，在时刻ta输入栅极电极59的时钟信号的电压水平为H水平。此时，如图4A所示，在栅极电极59下的N型半导体层55(区域)产生根据H水平的电压的势阱，在该势阱中积蓄沿着上述电势的斜度移动来的电荷。这样，电荷被传输到垂直传输门部21，被加(线装仓)在每个在垂直方向排列的光电转换部13组上。其中，N型半导体的区域55a的电势变得比屏障区域63高。

[0042] 然后，输入栅极电极59的时钟信号的电压水平被替换。如图3C所示，在替换后的时刻tb中，在电极中输入的时钟信号的电压水平为L水平，如图4B所示，栅极电极59下的N型半导体层55(区域)和屏障区域63的电势变低。然后，在栅极电极59下的N型半导体层55的区域积蓄的电荷被输送到水平传输电极61组下的N型半导体层55。这样，在垂直传输门部21积蓄的电荷被输出到水平 移位寄存器31。

[0043] 如图3D所示，在水平移位寄存器31的水平传输电极61组中，若在电极中输入的时钟信号的电压水平从L水平被替换成H水平，也就是在垂直传输门部21积蓄的电荷被输出到水平移位寄存器31，则时钟信号被输入。这样，被输入到水平移位寄存器31的电荷顺序在水平方向传输，被输出到放大器部41。

[0044] 通过上述动作，固体摄像装置1与一维光电二极管相同，具有线传感器的功能。 [0045] 如上述这样，在本实施方式的固体摄像装置1中，在多个传输电极15下形成的电势在电荷传输方向上逐渐升高，相对于在垂直方向上排列的光电转换部13组形成一个电势斜度。在光电转换部13(N型半导体层55)生成的电荷沿着上述电势的斜度移动。因此，没有必要如现有技术那样施加规定相位的驱动电压，可以简单地进行电荷传输。 [0046] 此外，电荷的传输速度受电势斜度控制，也就是受电荷本身的速度的控制，可以使速度提高，使传输时间缩短。

[0047] 在现有的二维CCD的线装仓动作中，要对六个像素进行装仓，需要六次电荷传输。与此相反，在本实施方式的固体摄像装置1中，可以非常快地一次传输完六个像素的传输。 [0048] 此外，在本实施方式的固体摄像装置1中，分压电阻17对来自直流电源19的直流输出电压进行分压。这样可以稳定地形成上述电势。

[0049] 本发明并不限定于上述的实施方式。例如在各行设置的传输电极15的数量也不限定于是“2”，“1”或“3”以上也可以。此外，在本实施方式中，将生成的电荷在垂直传输门部21(电荷积蓄部)积蓄一次后进行加法运算，但也不限于此，也可以是不设置垂直传输门部21，在水平移位寄存器31(电荷输出部)积蓄后进行加法运算的结构。

[0050] 工业实用性

[0051] 本发明可以用于将CCD图象传感器等利用线装仓动作而作为一维线传感器使用的固体摄像装置中。