專利名稱：固體攝像元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體攝像元件及其制造方法，詳細(xì)而言，涉及一種為了拍攝破壞、
爆炸、燃燒等高速現(xiàn)象而能夠進(jìn)行最佳的高速動作的固體攝像元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往開發(fā)了用于在短時間內(nèi)連續(xù)對例如爆炸、破壞、燃燒、沖突、放電等高速現(xiàn)象 進(jìn)行攝影的高速攝影裝置(高速攝像機(jī))(參照非專利文獻(xiàn)1等)。在這樣的高速攝影裝置 中，甚至需要100萬幀/秒左右以上的極高速攝影。因此，利用了與以往一般攝相機(jī)或數(shù)碼 相機(jī)等中使用的攝像元件不同的、具有特殊結(jié)構(gòu)的、能夠進(jìn)行高速動作的固體攝像元件。
作為這樣的固體攝像元件，以往，利用了專利文獻(xiàn)1等中記載的元件。這些元件被 稱作像素周邊記錄型攝像元件(IS-CCD)。針對該攝像元件進(jìn)行示意說明。S卩，在作為受光部 的每一個光電二極管上具備分別兼作記錄張數(shù)(幀數(shù))份的傳送的蓄積用CCD，在攝影中， 依次向蓄積用CCD傳送由光電二極管進(jìn)行了光電變換后的像素信號。而且，攝影結(jié)束后，統(tǒng) 一讀取存儲在蓄積用CCD中的記錄幀數(shù)份的像素信號，在攝像元件的外部再現(xiàn)記錄幀數(shù)份 的圖像。在攝影中，超過了記錄幀數(shù)份的像素信號按形成時間從早到晚的順序被廢棄，從而 在蓄積用CCD中始終保存最新的規(guī)定幀數(shù)份的像素信號。因此，若在攝影結(jié)束時中止向蓄 積用CCD傳送像素信號，則獲得時間上比該時刻早記錄幀數(shù)份的時間以后的最新的圖像。
但是，在如上述的高速攝影中，為了得到一幀的像素信號而曝光光電二極管的時 間比一般的攝影短很多。例如，進(jìn)行100萬幀/秒的高速攝影時，一幀的圖像的曝光時間是 IP s以下。因此，為了確保檢測靈敏度，需要盡量增加向各像素中的光電二極管的光的入 射量，并且期望盡量增加光電二極管的受光面的尺寸。但是，光電二極管的受光面的尺寸越 大，則產(chǎn)生如下的不良情況。 圖21是表示使用了一般的嵌入型光電二極管的像素結(jié)構(gòu)的俯視圖。構(gòu)成為在光 電二極管PD的側(cè)方配置浮動擴(kuò)散區(qū)FD，設(shè)置在其間的傳送晶體管TX導(dǎo)通時，光電荷從光電 二極管PD流入浮動擴(kuò)散區(qū)FD并被蓄積。RG是用于重置浮動擴(kuò)散區(qū)FD的晶體管。
但是，在這樣的結(jié)構(gòu)中，若光電二極管PD的受光面的尺寸較大，則不能忽略在光 電二極管PD中生成的光電荷到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)FD所需的時間， 一部分電荷不能在規(guī)定的短 的光電變換時間內(nèi)到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)FD。因此，會降低光電荷的利用效率，即使增大光電二極 管PD的受光面的尺寸也不能提高對應(yīng)量的檢測靈敏度，因此成為像質(zhì)劣化的最大的因素。
專利文獻(xiàn)1 :特開2001-345441號公報 非專利文獻(xiàn)1 :近藤等5名，"高速攝像機(jī)HyperVision HPV-1的開發(fā)"，島津評論， 島津評論編輯部，2005年9月30日發(fā)行，第62巻，第1、2號，p. 79-8
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述課題而形成，其主要目的在于提供一種即使為了高速攝影而獲取 一幀圖像的光電荷蓄積時間短的情況下，也能有效地利用光電二極管中生成的光電荷并能夠改善檢測靈敏度的固體攝像元件及其制造方法。 為了解決上述課題而構(gòu)成的本發(fā)明的固體攝像元件是配置了多個像素的固體攝 像元件，其特征在于，各像素具備接受光而生成光電荷的光電二極管；形成在所述光電二 極管的受光面的中央部的浮動區(qū)域；和柵極配置成包圍所述浮動區(qū)域的傳送晶體管。
在該發(fā)明的固體攝像元件中，希望從所述受光面的周邊部向中央部改變電勢，以 使由所述光電二極管生成的光電荷集中到受光面的中央側(cè)。 作為本發(fā)明的固體攝像元件的一個方式，能夠構(gòu)成為從所述光電二極管的受光面 的周邊部向中央側(cè)，使注入到基板中的雜質(zhì)的濃度和/或深度以傾斜狀變化。
另外，作為本發(fā)明的固體攝像元件的另一方式，能夠構(gòu)成為從所述光電二極管的 受光面的周邊部向中央側(cè)，使注入到基板中的雜質(zhì)的濃度和/或深度以階梯狀變化。
實際上，例如通過離子注入等向?qū)盈B形成在半導(dǎo)體基板上的基體(例如p型阱) 導(dǎo)入雜質(zhì)(例如，磷P、砷As、硼B(yǎng)等)時，使雜質(zhì)的濃度和/或深度形成為階梯狀，之后進(jìn) 行基于熱等的退火處理時，雜質(zhì)擴(kuò)散從而雜質(zhì)層的角度變圓，接近于傾斜狀。因此，有時傾 斜狀和階梯狀的差別并不明顯。 另外，作為制造本發(fā)明的固體攝像元件的制造方法的一個方式，可通過使用多個 光掩模來改變雜質(zhì)離子的注入深度，從而從光電二極管的受光面的周邊部向中央改變電 勢。 另外，作為制造本發(fā)明的固體攝像元件的制造方法的其它方式，可通過使用多個 光掩模來改變雜質(zhì)離子的注入量，從而從光電二極管的受光面的周邊部向中央改變電勢。
(發(fā)明效果) 在本發(fā)明的固體攝像元件中，由于在光電二極管的受光面的大致中央處形成有浮 動擴(kuò)散區(qū)等浮動區(qū)域，因此與在光電二極管的受光面的一個端部形成浮動區(qū)域時相比，能 夠縮短從受光面的某一位置到浮動區(qū)域的最大距離。因此，能夠縮短光電二極管中生成的 光電荷到達(dá)浮動區(qū)域所需的時間，即使光電荷蓄積時間有限或者增大了光電二極管的受光 面的尺寸，也能減少不能到達(dá)浮動區(qū)域而被廢棄的即不能反映在光信號中的電荷的量。由 此，能夠提高檢測靈敏度或S/N。 另外，在從受光面的周邊部向中央部改變電勢的構(gòu)成中，根據(jù)按照由雜質(zhì)的濃度 或深度的不同而以傾斜狀或階梯狀變化的方式形成的電勢，從受光面的周邊側(cè)向中央側(cè)促 進(jìn)由光電二極管生成的光電荷的移動。因此，容易在傳送晶體管的周圍聚集光電荷，傳送晶 體管為導(dǎo)通狀態(tài)時，能夠有效且迅速向浮動區(qū)域傳送光電荷。由此，即使光電二極管的受光 面的尺寸大且光電荷蓄積時間短，也能有效地收集光電二極管中生成的光電荷并將其反映 在信號中。由此，能夠提高檢測靈敏度或S/N，并能夠改善高速攝影的圖像質(zhì)量。


圖1是表示本發(fā)明的一實施例的固體攝像元件的半導(dǎo)體芯片上的布局的示意俯 視圖。 圖2是在本實施例的固體攝像元件中表示像素區(qū)域內(nèi)的一個像素的布局的示意 俯視圖。 圖3是表示本實施例的固體攝像元件的像素區(qū)域和存儲區(qū)域的大致構(gòu)成的俯視
4圖。 圖4是本實施例的固體攝像元件的半導(dǎo)體芯片的大致一半的主要部分的模塊構(gòu) 成圖。 圖5是本實施例的固體攝像元件的一個像素的電路構(gòu)成圖。 圖6是在本實施例的固體攝像元件中表示一個像素的光電變換區(qū)域的布局的示 意俯視圖。 圖7是在本實施例的固體攝像元件中以光電變換區(qū)域為中心的主要部件的示意 縱剖視圖。 圖8是圖6的A-A'向視線縱截面的示意電勢圖。 圖9是在本實施例的固體攝像元件中對應(yīng)于排列在垂直方向上的132個像素的一 個存儲部單元的示意構(gòu)成圖。 圖10是本實施例的固體攝像元件的一個存儲部的電路構(gòu)成圖。 圖11是在本實施例的固體攝像元件中表示用于使保持在各存儲部中的信號通過
輸出線來讀取的示意構(gòu)成的模塊圖。 圖12是在本實施例的固體攝像元件中光電荷蓄積時間短時的動作模式的時序 圖。 圖13是圖12所示的動作的各像素內(nèi)的示意電勢圖。 圖14是在本實施例的固體攝像元件中光電荷蓄積時間相對長時的動作模式的時 序圖。 圖15圖14所示的動作的各像素內(nèi)的示意電勢圖。 圖16是在本實施例的固體攝像元件中依次讀取像素信號時的動作時序圖。
圖17是本實施例的固體攝像元件的水平移位寄存器的主要部分的動作時序圖。
圖18是本實施例的固體攝像元件的垂直移位寄存器的主要部分的動作時序圖。
圖19是表示在本實施例的固體攝像元件中形成光電二極管時所使用的光掩模的 示意圖。 圖20是本發(fā)明的其它實施例的固體攝像元件的光電二極管的示意電勢圖。
圖21是表示使用了一般的嵌入型光電二極管的像素構(gòu)成的俯視圖。
圖中l(wèi)-半導(dǎo)體基板；2、2a、2b-像素區(qū)域；10-像素；ll-光電變換區(qū)域；12-像素 電路區(qū)域；13-布線區(qū)域；14、141-像素輸出線；15-驅(qū)動線；31-光電二極管；32-傳送晶 體管；33、331、332-浮動擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion) ;333-金屬布線；34-蓄積晶體管； 35-重置晶體管；36-蓄積電容；37、40-晶體管；38、41-選擇晶體管；39-電流源；43-源極 跟隨放大器；60-n型硅半導(dǎo)體基板；61-p型阱區(qū)域；62-n型半導(dǎo)體區(qū)域；63-p+型半導(dǎo)體區(qū) 域。
具體實施例方式
下面，參照

作為本發(fā)明的一實施例的固體攝像元件及其制造方法。
首先，說明本實施例的固體攝像元件的整體的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)。圖1是表示本實施例 的固體攝像元件的半導(dǎo)體芯片上的整體布局的示意俯視圖，圖3是表示本實施例的固體攝 像元件的像素區(qū)域和存儲區(qū)域的大致構(gòu)成的俯視圖，圖4是本實施例的固體攝像元件的半導(dǎo)體芯片的大致一半的主要部分的模塊構(gòu)成圖。 如圖1所示，在該固體攝像元件中，在半導(dǎo)體基板1上用于接受光來生成每個像素 的信號的像素區(qū)域2(2a、2b)和用于將所述信號保持規(guī)定幀數(shù)份的存儲區(qū)域3a、3b未混在 一起而完全分離，并分別作為統(tǒng)一的區(qū)域來設(shè)置。在大致矩形狀的像素區(qū)域2內(nèi)，二維陣列 狀地配置有N行、M列的共NXM個像素10，該像素區(qū)域2被分割成分別配置了 (N/2)XM個 像素10的第一像素區(qū)域2a、第二像素區(qū)域2b這兩個區(qū)域。 在第一像素區(qū)域2a的下側(cè)，隔著小面積的第一電流源區(qū)域6a而配置有第一存儲 區(qū)域3a，在第二像素區(qū)域2b的上側(cè)，同樣隔著小面積的第二電流源區(qū)域6b而配置有第二 存儲區(qū)域3b。第一和第二存儲區(qū)域3a、3b中分別設(shè)有第一和第二垂直掃描電路區(qū)域4a、4b 以及第一和第二水平掃描電路區(qū)域5a、5b，其中以上兩個掃描區(qū)域中分別設(shè)有用于控制從 存儲區(qū)域3a、3b中讀取信號的移位寄存器或譯碼器等電路。用于從各存儲區(qū)域3a、3b向元 件的外部讀取信號的輸出線束SS01 SS64配置為上下各32組共計64組。
本實施例的固體攝像元件以將像素區(qū)域2的大致中央劃分成上下兩個的水平線 作為邊界，構(gòu)成為大致上下對稱的結(jié)構(gòu)。由于該上半部分和下半部分的結(jié)構(gòu)或動作相同，因 此在以下的說明中，主要描述下方的第l像素區(qū)域2a、第一存儲區(qū)域3a、第一垂直掃描電路 區(qū)域4a、第一水平掃描電路區(qū)域5a的結(jié)構(gòu)以及動作。 像素數(shù)即上述N、M值可以分別任意地決定，這些值越大，則圖像的分辨率就越大， 但是，另一方面會導(dǎo)致整體的芯片面積變大或者每一個像素的芯片面積變小。在該例中，設(shè) N = 264、 M = 320。因此，如圖3、圖4所示，分別配置在第一、第二像素區(qū)域2a、2b中的像 素數(shù)是在水平方向上320像素、在垂直方向上132像素的共計42240像素。
圖2是表示像素區(qū)域2(2a、2b)中的一個像素10的布局的示意俯視圖。 一個像素 10所占的區(qū)域是大致正方形，其內(nèi)部大致區(qū)分成三個區(qū)域，S卩，光電變換區(qū)域11、像素電路 區(qū)域12以及布線區(qū)域13。在布線區(qū)域13中，(N/2) + a根像素輸出線14按照沿縱向方向 延伸的方式集中配置。這里，a可以是0，此時，在本例中通過一個布線區(qū)域13的像素輸出 線的根數(shù)是132根。但是，一般形成多個這樣平行延伸的布線(例如，A1等金屬布線)時， 兩端布線的寬度或寄生電容很容易就會變得不同。因此，實際上，夾持使信號通過的132根 像素輸出線在兩端各設(shè)置一根虛擬布線。此時，a =2，通過一個布線區(qū)域13的布線的根 數(shù)是134根。 圖5是圖2所示的一個像素10的電路構(gòu)成圖。各像素10包括接受光而生成光 電荷的光電二極管31、靠近光電二極管31而設(shè)置的用于傳送光電荷的傳送晶體管32、通過 傳送晶體管32與光電二極管31連接且暫時蓄積光電荷并將其變換為電壓信號的浮動擴(kuò)散 區(qū)33、用于蓄積進(jìn)行光電荷的蓄積動作時從光電二極管31經(jīng)過傳送晶體管32后溢出的即 溢出電荷的蓄積晶體管34以及蓄積電容36、用于排出蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36 中的電荷的重置晶體管35、用于將蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中的電荷或蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33 和蓄積電容36兩者中的電荷作為電壓信號進(jìn)行輸出的由被串聯(lián)連接的兩個PMOS型晶體管 37、38和同樣被串聯(lián)連接的兩個NMOS型晶體管40、41這兩級構(gòu)成的源極跟隨放大器(相當(dāng) 于本發(fā)明的緩沖元件)43、用于向源極跟隨放大器43的前一級的兩個晶體管37、38提供電 流的恒流晶體管等構(gòu)成的電流源39。 在傳送晶體管32、蓄積晶體管34、重置晶體管35以及源極跟隨放大器43的選擇
6晶體管38、41的柵極端子上分別連接用于提供由小T、小C、小R、小X構(gòu)成的控制信號的驅(qū) 動線15。如圖4所示，這些驅(qū)動線在像素區(qū)域2內(nèi)的所有像素中共用。由此，能夠在所有的 像素中同時進(jìn)行驅(qū)動。 源極跟隨放大器43的第二級的選擇晶體管41的輸出42，與配置在上述的布線區(qū) 域13中的132根像素輸出線14中的一根(在圖5中用符號141表示的像素輸出線)連接。 在每一個各像素10中各設(shè)置1根該像素輸出線141，即，針對各像素10獨(dú)立地設(shè)置。因此， 在該固體攝像元件中，設(shè)有與像素數(shù)相同的像素輸出線，即84480根像素輸出線。
源極跟隨放大器43具有作為以高速驅(qū)動像素輸出線141的電流緩沖器的功能。如 圖4所示，由于各像素輸出線141從像素區(qū)域2a延伸到存儲區(qū)域3a，因此會成為某種程度 的大的容性負(fù)載，為了以高速對該像素輸出線141進(jìn)行驅(qū)動，需要能夠使大電流流過的大 尺寸的晶體管。但是，為了提高各像素10的光電變換增益，用于將光電荷變換為電壓的浮 動擴(kuò)散區(qū)33的電容越小越好。由于連接在浮動擴(kuò)散區(qū)33的晶體管的柵極端子的寄生電容 會使浮動擴(kuò)散區(qū)33的電容有效增加，因此由于上述原因，期望該晶體管37是柵極輸入電容 小的小型晶體管。所以，為了滿足輸出側(cè)中的大電流的提供和輸入側(cè)中的低電容，這里，將 源極跟隨放大器43設(shè)置成兩級構(gòu)成，通過使前一級的晶體管37為小型晶體管來抑制輸入 柵極電容，后一級的晶體管40、41使用大的晶體管來確保大的輸出電流。
另外，在源極跟隨放大器43中，從進(jìn)行基本動作的這點(diǎn)來看，也可不設(shè)置前一級 的選擇晶體管38，但是，通過在后一級的選擇晶體管41為截止?fàn)顟B(tài)時同時使選擇晶體管38 也處于截止?fàn)顟B(tài)來不讓電流從電流源39流向晶體管37，從而能夠抑制對應(yīng)量的電流消耗。
圖6是表示一個像素10的光電變換區(qū)域11的布局的示意俯視圖，圖7是以光電 變換區(qū)域11為中心的主要部件的示意縱剖視圖，圖8是圖6的A-A'向視線縱截面的示意 電勢圖。 俯視下具有大致矩形狀的受光面的光電二極管31是嵌入型光電二極管結(jié)構(gòu)。由 于在高速攝影中曝光時間極其短，因此為了確保適當(dāng)?shù)钠毓?，需要盡量使各像素10的光電 二極管的受光面的面積大，并且需要盡量增加入射(受光)的光量。但是，一般，擴(kuò)大光電 二極管的受光面的面積時，特別是在其周邊側(cè)所生成的光電荷到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)的所需時間 成為問題，在高速攝影的短短一個周期期間不能被傳送的光電荷會被浪費(fèi)，或者會成為引 起殘像現(xiàn)象的原因。因此，在本實施例的固體攝像元件中，通過采用如下的特殊結(jié)構(gòu)來提高 電荷傳送的速度。 通常，如上所述，浮動擴(kuò)散區(qū)被配置在光電二極管的側(cè)方，如圖6所示，在該固體 攝像元件中，光電二極管31的大致中央部形成有小面積的浮動擴(kuò)散區(qū)331，按照包圍該浮 動擴(kuò)散區(qū)331的方式環(huán)狀地設(shè)有傳送晶體管32的柵極。如圖7所示，例如，在n型硅半導(dǎo) 體基板(n-sub)60上形成規(guī)定厚度的p型阱(piell)區(qū)域61，并在p型阱區(qū)域61中形成 n型半導(dǎo)體區(qū)域62。在該n型半導(dǎo)體區(qū)域62的表層上形成p+型半導(dǎo)體區(qū)域63，根據(jù)該pn 結(jié)，構(gòu)成嵌入型的光電二極管31。 光電二極管31的中央處形成有n型半導(dǎo)體區(qū)域62，其內(nèi)側(cè)，在p型阱區(qū)域61的表 層上形成有n+型半導(dǎo)體區(qū)域，其構(gòu)成浮動擴(kuò)散區(qū)域331。在作為該n+型半導(dǎo)體區(qū)域的浮 動擴(kuò)散區(qū)域331和周圍的n型半導(dǎo)體區(qū)域62之間，隔著表層的絕緣膜，形成由多晶硅等構(gòu) 成的環(huán)狀的柵極電極，并構(gòu)成傳送晶體管32。這樣，通過在光電二極管31的中央處配置浮動擴(kuò)散區(qū)331，與在相鄰于光電二極管的任一端部而配置浮動擴(kuò)散區(qū)時相比，從光電二極管 31的周邊部到浮動擴(kuò)散區(qū)331的光電荷的最大移動距離能縮短至1/2左右。由此，無論是 在光電二極管31的周邊部的哪一個位置處產(chǎn)生的光電荷，都能縮短其到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)331 的時間，即使分配給光電荷的蓄積動作的時間短，也能減少不能到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)31的光電 荷。 另外，形成p+型半導(dǎo)體區(qū)域63、n型半導(dǎo)體區(qū)域62或p型阱區(qū)域61時，如圖19 所示，使用遮蔽區(qū)域71和通過區(qū)域72的位置不同的多個光掩模70a 70d，使雜質(zhì)的注入 (dope)量(或注入深度)按多個階段變化。而且，通過實施退火處理來使注入的雜質(zhì)適當(dāng) 地進(jìn)行擴(kuò)散，使得雜質(zhì)的摻入量(或注入深度)從光電二極管31的周邊部向中央(即浮動 擴(kuò)散區(qū)331)緩慢增加。因此，向光電二極管31的pn結(jié)施加適當(dāng)?shù)钠珘簳r，如圖8(a)所示， 形成從光電二極管31的周邊部向中央側(cè)向下傾斜的電勢梯度。 該電勢梯度的大小可以根據(jù)如下方式?jīng)Q定。即，針對光電荷在光電二極管31之中 移動時的允許時間t、最大移動距離W、電荷的移動度P 、電勢梯度，針對在光電二極管31中 生成的平均的內(nèi)部電場E，使t《W/(y *E)成立。根據(jù)該形成的即由工序上的方法形成的 電勢梯度，由受光而在光電二極管31中生成的光電荷越在其周邊部生成的電荷越被較大 程度地加速，從而向中央側(cè)前進(jìn)。 此時，若傳送晶體管32為截止?fàn)顟B(tài)，則如圖8 (a)所示，形成在傳送晶體管32的環(huán) 狀柵極電極正下方的勢壘的周圍匯集光電荷，若傳送晶體管32被導(dǎo)通，則如圖8(b)所示， 匯集的光電荷會立刻通過傳送晶體管32落入浮動擴(kuò)散區(qū)331中。另一方面，光正在入射的 期間，傳送晶體管32維持導(dǎo)通狀態(tài)時，沿著電勢梯度集中在中央處的光電荷直接通過傳送 晶體管32落入浮動擴(kuò)散區(qū)331中。在何種情況下都能夠以高的概率且迅速向浮動擴(kuò)散區(qū) 331傳送光電二極管31中生成的光電荷。 在光電二極管31的中央部設(shè)置浮動擴(kuò)散區(qū)331來得到了如上述的很大的優(yōu)點(diǎn)。 但是，與該浮動擴(kuò)散區(qū)331靠近地配置蓄積溢出的光電荷的蓄積電容36等時，會產(chǎn)生數(shù)值 孔徑降低的問題。因此，這里，在像素電路區(qū)域12中，作為n+半導(dǎo)體區(qū)域形成與上述那樣 直接使光電荷流入的浮動擴(kuò)散區(qū)(以下稱作第一浮動擴(kuò)散區(qū))331不同的第二浮動擴(kuò)散區(qū) 332，并且通過利用鋁(Al)等金屬布線333來連接第一浮動擴(kuò)散區(qū)331與第二浮動擴(kuò)散區(qū) 332之間，使兩者變成等電位。即，這里，第一浮動擴(kuò)散區(qū)331和第二浮動擴(kuò)散區(qū)332構(gòu)成一 體，起到作為將電荷信號變換為電壓信號的檢測節(jié)點(diǎn)的浮動擴(kuò)散區(qū)33的作用。
另外，在這里使光電二極管31的電勢構(gòu)成為傾斜狀，但是例如如圖20所示，也可 以使電勢形成為階梯狀。此時，光電二極管31中產(chǎn)生的光電荷在交替地反復(fù)進(jìn)行漂移和擴(kuò) 散的同時向中央側(cè)前進(jìn)。由此，能夠有效地使光電荷流入浮動擴(kuò)散區(qū)331中。
下面，詳細(xì)說明第一和第二存儲區(qū)域3a、3b的內(nèi)部構(gòu)成。如圖4所示，第一和第二 存儲區(qū)域3a、3b內(nèi)，沿著分別與像素區(qū)域2a、2b內(nèi)的排列在垂直方向上的132個像素10連 接的132根像素輸出線14的延伸方向，配置有蓄積幀數(shù)L份的存儲部單元20。在該例中， 蓄積幀數(shù)L即連續(xù)攝影幀數(shù)是104，在垂直方向上排列有104個存儲部單元20，而且其在水 平方向上排列有320個。因此，在第一存儲區(qū)域3a中排列有104X320個=33280個存儲 部單元20。在第二存儲區(qū)域3b中也排列有同樣數(shù)量的存儲部單元20。
圖9是表示1個存儲部單元20的內(nèi)部構(gòu)成的示意圖。 一個存儲部單元20內(nèi)排列有水平方向上的11個、垂直方向上的12個共計132個存儲部22，各存儲部22分別與不同 的一根像素輸出線141連接。通過像素輸出線141，各存儲部22分別與像素區(qū)域2a內(nèi)的像 素10 —一對應(yīng)，一個存儲部單元20內(nèi)的132個存儲部22中分別保持有像素區(qū)域2a內(nèi)的 垂直方向的132個像素10的輸出信號。因此，在圖4中，排列在水平方向的一行上的320 個存儲部單元20(在圖4中，用符號21表示的存儲部單元行)中保持有由132X320像素 (pixel)構(gòu)成的1幀的下半部分的像素信號，在圖3所示的上側(cè)的第二存儲區(qū)域3b中也相 同，排列在水平方向的一行上的320個存儲部單元中保持有由320X 132像素構(gòu)成的1幀的 上半部分的像素信號，兩者構(gòu)成一幀的圖像。通過在垂直方向上排列104個存儲部單元行 21，能夠保持104幀份的像素信號。 如圖9所示，在各存儲部單元20中，132個存儲部22的所有的輸出都被連接在一 起構(gòu)成一根信號輸出線23。而且，如圖4所示，排列在水平方向上的存儲部單元20其相鄰 的每10個構(gòu)成一組，水平方向上具有32組存儲部單元20的組，每一組的IO個存儲部單元 20的信號輸出線23被連接在一起形成一根。另外，排列在垂直方向上的104個存儲部單 元20的信號輸出線23也被連接在一起形成一根。因此，在存儲區(qū)域3a中，對于水平方向 上10個、垂直方向上104個共計1040個存儲部單元20以及包含在各存儲部單元20中的 存儲部22的數(shù)量來說，137280個存儲部22的輸出被連接在一起構(gòu)成一根輸出線23。在圖 3中，用符號50表示了具有同一輸出線23的存儲部單元20的塊，即存儲部單元模塊。根據(jù) 上述構(gòu)成，來自第一存儲區(qū)域3a的信號輸出線23的個數(shù)是32根，從第二存儲區(qū)域3b也抽 出同樣的信號輸出線。用SS01 SS64表示通過這些信號輸出線上的信號。
圖10是表示一個存儲部22的電路構(gòu)成的圖。由與一根像素輸出線141連接的 采樣晶體管26 (26a 26d)、通過采樣晶體管26與像素輸出線141連接的電容25 (25a 25d)、用于讀取保持在電容25中的模擬電壓信號的讀取晶體管27(27a 27d)構(gòu)成作為最 小存儲單位的存儲元件24 (24a 24d)。 一個存儲部22由四個存儲元件24a 24d形成一 組而構(gòu)成。因此，在一個存儲部22中能夠保持從同一個像素輸出的四個不同的模擬電壓信 號。由于通過四個讀取晶體管27a 27d的信號輸出線23a、23b、23c、23d分別被獨(dú)立地設(shè) 置，因此實際上具有四根如圖9所示的信號輸出線23。 這是因為，為了進(jìn)行如后述的動態(tài)范圍擴(kuò)大處理，需要獨(dú)立地保持對應(yīng)于溢出前 的電荷的信號、對應(yīng)于溢出后的電荷的信號、包含在對應(yīng)于溢出前的電荷的信號中的噪聲 信號、包含在對應(yīng)于溢出后的電荷的信號中的噪聲信號這四個模擬電壓信號。但是，并不一 定要拘泥于這樣的目的，也能以其它動作方式利用各存儲元件24a 24d。例如，若不利用 各像素10的蓄積晶體管36，則無需考慮溢出后的信號或包含在溢出后的信號中所包含的 噪聲信號，能夠利用存儲元件24來增加這部分的連續(xù)攝影的幀數(shù)。由此，能夠進(jìn)行兩倍的 208幀的連續(xù)攝影。另外，若也不進(jìn)行噪聲去除，則能夠進(jìn)行進(jìn)一步的兩倍的416幀的連續(xù) 攝影° 與各像素10內(nèi)的蓄積電容36相同，例如能夠由雙多晶硅柵極結(jié)構(gòu)或?qū)盈B(stack) 結(jié)構(gòu)形成電容25a 25d。進(jìn)行利用了CCD結(jié)構(gòu)的電荷保持時，存在因熱激勵等引起暗電荷 而導(dǎo)致的偽信號被附加在光信號中的問題，但是，使用雙多晶硅柵極結(jié)構(gòu)或?qū)盈B結(jié)構(gòu)的電 容25a 25d時，不會產(chǎn)生這樣的暗電荷，因此不會附加偽信號，能夠提高讀取到外部的信 號的S/N。
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圖11是表示用于使保持在存儲區(qū)域3a內(nèi)的各存儲部中的信號通過如上述的信 號輸出線23來讀取的示意構(gòu)成的模塊圖。配置成二維陣列狀的存儲部單元20(20-01 20-10)的垂直方向的每一列上配置有水平移位寄存器HSR1 HSR320，水平方向的每一行 上配置有垂直移位寄存器VSR1 VSR104。進(jìn)行依次讀取時，根據(jù)水平移位寄存器HSR1 HSR320和垂直移位寄存器VSR1 VSR104的組合選擇存儲部單元20，在被選擇的存儲部單 元20中按順序選擇存儲部22來讀取像素信號。 接著，說明使用本實施例的固體攝像元件來進(jìn)行高速攝影時的動作。首先，根據(jù)圖 12 圖15說明各像素10中的光電變換動作和將根據(jù)此而生成的信號保存在一個存儲部 22中的動作。 在本實施例的固體攝像元件中，光電荷蓄積時間短時和光電荷蓄積時間相對長時 能夠選擇不同的兩個動作模式。作為目標(biāo)，前者是光電荷蓄積時間為10i! s至100i! s程度 以下的、能夠忽略傳送晶體管32中產(chǎn)生的暗電荷量的情況，進(jìn)行IOO萬幀/秒以上的高速 攝影時，優(yōu)選采用該動作模式。
(A)光電荷蓄積時間短時的動作模式 圖12是光電荷蓄積時間短時的動作模式的驅(qū)動時序圖，圖13是該動作中的各像 素10內(nèi)的示意電勢圖。另外，在圖13(后述的圖15也相同)中(^、(^、(^分別表示光電 二極管31、浮動擴(kuò)散區(qū)33、蓄積電容36的容量，CFD+CCS表示浮動擴(kuò)散區(qū)33與蓄積電容36 的合成容量。 此時，將提供給各像素10的共同的控制信號小X設(shè)為高電平，使源極跟隨放大器 43內(nèi)的選擇晶體管38、41均維持導(dǎo)通狀態(tài)。而且，在進(jìn)行光電荷蓄積之前，將同樣作為共同 的控制信號的小T、小C、小R設(shè)為高電平，使傳送晶體管32、蓄積晶體管34以及重置晶體管 35均導(dǎo)通(時刻tO)。由此，重置(初始化)浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36。另外，此時，光 電二極管31處于完全被耗盡的狀態(tài)。此時的電勢狀態(tài)如圖13(a)所示。
之后，使小R置于低電平來使重置晶體管35截止時，浮動擴(kuò)散區(qū)33中產(chǎn)生噪聲信 號N2，該噪聲信號N2等效于包括在該浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36中產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲、源 極跟隨放大器43的晶體管37的閾值電壓的偏差引起的固定模式噪聲(參照圖13(b))，并 且對應(yīng)于該噪聲信號N2的輸出電流會流向像素輸出線141。所以，通過在該定時(時刻tl) 向存儲部22賦予采樣脈沖小N2來使采樣晶體管26d導(dǎo)通，從而獲取通過像素輸出線141 輸出的噪聲信號N2并將其保持在電容25d中。 之后，使小C處于低電平來使蓄積晶體管34截止時，根據(jù)浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電 容36的各自的電容CFD、 Ccs之比，分配該時刻蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36中的信 號電荷(參照圖13(c))。此時，浮動擴(kuò)散區(qū)33中產(chǎn)生噪聲信號Nl，該噪聲信號Nl等效于 包括使小C截止時所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲、源極跟隨放大器43的晶體管37的閾值電壓的偏差 引起的固定模式噪聲，并且對應(yīng)于該噪聲信號N1的輸出電流會流向像素輸出線141。所以， 通過在該定時(時刻t2)向存儲部22賦予采樣脈沖小N1來使采樣晶體管26c導(dǎo)通，從而 獲取通過像素輸出線141輸出的噪聲信號Nl并將其保持在電容25c中。
由于傳送晶體管32維持導(dǎo)通狀態(tài)，因此通過入射到光電二極管31的光而產(chǎn)生的 光電荷通過傳送晶體管32(圖8(b)所示的狀態(tài))流入浮動擴(kuò)散區(qū)33中，與之前的噪聲信 號Nl疊加并被蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中(時刻t3)。假設(shè)入射強(qiáng)光而在光電二極管31中產(chǎn)生了大量的光電荷，并且浮動擴(kuò)散區(qū)33已飽和，則溢出的電荷通過蓄積晶體管34被蓄積在 蓄積電容36中(參照圖13(d))。通過將蓄積晶體管34的閾值電壓適當(dāng)設(shè)定得較低，能夠 從浮動擴(kuò)散區(qū)33向蓄積電容36有效地傳送電荷。由此，即使浮動擴(kuò)散區(qū)33的電容CFD較 小而能夠蓄積的最大飽和電荷較少，也能將飽和的電荷無廢棄地有效進(jìn)行利用。這樣，浮動 擴(kuò)散區(qū)33中的電荷飽和(溢出)前和電荷飽和(溢出)后的任意情況下所產(chǎn)生的電荷都 能被作為輸出信號而加以利用。 若經(jīng)過了規(guī)定的光電荷蓄積時間，則在使蓄積晶體管34截止的狀態(tài)下通過向存 儲部22賦予采樣脈沖小Sl來使采樣晶體管26a導(dǎo)通，從而在該時刻(時刻t4)使對應(yīng)于蓄 積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中的電荷的信號通過像素輸出線141輸出，將其保持在電容25a中(參 照圖13(e))。此時，由于蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中的信號是在噪聲信號Nl上疊加了對應(yīng)于 溢出前的電荷的信號Sl的信號，因此保持在電容25a中的是不反映蓄積在蓄積電容36中 的電荷量的S1+N1。 緊接著，使小C處于高電平來使蓄積晶體管34導(dǎo)通時，在該時刻保持在浮動擴(kuò)散 區(qū)33中的電荷和保持在蓄積電容36中的電荷被混合(參照圖13(f))。在該狀態(tài)下，通過 向存儲部22賦予采樣脈沖小S2來使采樣晶體管26b導(dǎo)通(時刻t5)，從而使對應(yīng)于蓄積在 浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36中的電荷的信號，即在噪聲信號N2上疊加了溢出后的信號S2 的信號通過像素輸出線141輸出，并將其保持在電容25b中。因此，保持在電容25b中的是 反映了蓄積在蓄積電容36中的電荷量的S2+N2。 如上所述，在包括在一個存儲部22中的四個電容25a、25b、25c、25d中分別保持信 號S1+N1、S2+N2、N1、N2，以此結(jié)束一個周期的圖像信號的獲取。如上所述，包括隨機(jī)噪聲和 固定模式噪聲的噪聲信號Nl、 N2和包括這些噪聲信號的信號是分別求出的。因此，通過從 電容25a、25b、25c、25d讀取各個信號之后對其進(jìn)行減法運(yùn)算處理，能夠獲得去除了噪聲信 號N1、N2的影響的高S/N的圖像信號。另外，由于從浮動擴(kuò)散區(qū)33溢出的電荷都能無廢棄 地加以利用，因此即使在強(qiáng)光入射的情況下也不易引起飽和，能夠獲得反映了該光的信號， 并且能夠確保大的動態(tài)范圍。另外，關(guān)于能夠擴(kuò)大這樣的動態(tài)范圍的詳細(xì)說明例如在特開 2006-245522號公報等文獻(xiàn)中有記載，因此在這里省略其說明。
(B)光電荷蓄積時間相對長時的動作模式 下面，說明光電荷蓄積時間相對長時的動作。圖14是光電荷蓄積時間相對長時的 驅(qū)動時序圖，圖15是該動作的各像素內(nèi)的示意電勢圖。 與光電荷蓄積時間短時的最大的不同點(diǎn)是在光電荷蓄積期間，使傳送晶體管32 截止并將在光電二極管31中產(chǎn)生的光電荷蓄積在耗盡層中；光電荷蓄積期間使傳送晶體 管32截止；通過在光電荷蓄積期間的最后進(jìn)行噪聲信號Nl的采樣，使浮動擴(kuò)散區(qū)33中產(chǎn) 生的暗電荷(和光電荷)不包括在S1信號中等。使傳送晶體管32截止是因為為了使其柵 極正下方的硅_絕緣膜界面處于蓄電狀態(tài)，從而使硅表面被空穴填充并防止來自硅_絕緣 膜界面的暗電荷的入侵。而且，由于光電荷蓄積時間長，因此為了抑制耗電而使源極跟隨放 大器43的選擇晶體管38、41截止規(guī)定時間。 進(jìn)行光電荷蓄積之前，使小T、小C、小R處于高電平，使傳送晶體管32、蓄積晶體管 34以及重置晶體管35均導(dǎo)通(時刻t10)。由此，對浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36進(jìn)行重 置(初始化)。另外，此時，光電二極管 處于完全被耗盡的狀態(tài)。此時的電勢的狀態(tài)如圖15(a)所示。 之后，使小R處于低電平來使重置晶體管35截止時，在浮動擴(kuò)散區(qū)33中產(chǎn)生噪聲 信號N2，該噪聲信號N2等效于包括在該浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36中產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲、 源極跟隨放大器43的晶體管37的閾值電壓的偏差引起的固定模式噪聲(參照圖15(b))， 并且對應(yīng)于該噪聲信號N2的輸出電流流向像素輸出線141。所以，通過在該定時(時刻 tll)向存儲部22賦予采樣脈沖小N2來使采樣晶體管26d導(dǎo)通，從而在電容25d中保持通 過像素輸出線141輸出的噪聲信號N2。到此為止的動作與上述的光電荷蓄積時間短時的動 作模式相同。 之后，使小C處于低電平來使蓄積晶體管34截止時，根據(jù)浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電 容36的各自的電容CFD、 Ccs之比，分配該時刻蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33和蓄積電容36中的電 荷。而且，使小T處于低電平來使傳送晶體管32截止，使小X也處于低電平來使源極跟隨 放大器43的兩個選擇晶體管38、41也截止(時刻t12)。由此，在光電二極管31和浮動擴(kuò) 散區(qū)33之間形成勢壘，構(gòu)成能夠蓄積光電二極管31中的光電荷的狀態(tài)(參照圖15(c))。
通過入射到光電二極管31中的光而產(chǎn)生的光電荷被蓄積在光電二極管31的電容 CPD中，但是若在光電二極管31中產(chǎn)生飽和，則飽和量以上的過剩的電荷會通過傳送晶體管 32疊加在如上述那樣根據(jù)電容比分配的噪聲信號上，并被蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中。而且， 入射強(qiáng)光而使浮動擴(kuò)散區(qū)33飽和時，電荷通過蓄積晶體管34被蓄積在蓄積晶體管36中 (參照圖15(d))。 通過將蓄積晶體管34的閾值電壓適當(dāng)設(shè)定得比傳送晶體管32的閾值電壓還低， 能夠?qū)⒃诟訑U(kuò)散區(qū)33中飽和的電荷有效地傳送給蓄積電容36，而無需使其回到光電二 極管31側(cè)。由此，即使浮動擴(kuò)散區(qū)33的電容CFD小而能夠蓄積的電荷量少，也能無廢棄地 有效地利用溢出的電荷。這樣，浮動擴(kuò)散區(qū)33中的溢出前和溢出后的任意情況下所產(chǎn)生的 電荷都能作為輸出信號來加以利用。 若經(jīng)過了規(guī)定的光電荷蓄積時間，則使小X處于高電平來使選擇晶體管38、41導(dǎo) 通之后，向存儲部22賦予采樣脈沖小N1來使采樣晶體管26c導(dǎo)通，從而使對應(yīng)于在該時刻 (時刻t13)蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中的信號電荷的噪聲信號Nl通過像素輸出線141而輸 出，并將其保持在電容25c中。此時的噪聲信號N1中包含有因源極跟隨放大器43的晶體 管37的閾值電壓的偏差引起的固定模式噪聲。 之后，使小T處于高電平來使傳送晶體管32導(dǎo)通，將蓄積在光電二極管31中的光 電荷完全傳送給浮動擴(kuò)散區(qū)33 (參照圖15(e))。緊接著(時刻tl4)，通過向存儲部22賦 予采樣脈沖小S1來使采樣晶體管26a導(dǎo)通，從而使對應(yīng)于蓄積在浮動擴(kuò)散區(qū)33中的電荷 的信號通過像素輸出線141輸出，并將其保持在電容25a中。此時的信號是基于在之前的 噪聲信號N1上疊加了蓄積在光電二極管31中的電荷的信號，即疊加了溢出前的信號S1的 信號，因此是S1+N1。 之后，使小C處于高電平來使蓄積晶體管34導(dǎo)通時，在該時刻保持在浮動擴(kuò)散區(qū) 33中的電荷和保持在蓄積電容36中的電荷被混合(參照圖15 (f))。在該狀態(tài)(時刻115) 下，通過向存儲部22賦予采樣脈沖小S2來使采樣晶體管26b導(dǎo)通，從而使對應(yīng)于蓄積在浮 動擴(kuò)散區(qū)33以及蓄積電容36中的電荷的信號通過像素輸出線141輸出，并將其保持在電 容25b中。此時的信號是S2+N2。
12
如以上所述，在一個存儲部22中包含的四個電容25a、25b、25c、25d中分別保持信 號S1+N1、 S2+N2、 Nl、 N2，以此結(jié)束一個周期的圖像信號的獲取。與光電荷蓄積時間短時的 動作模式同樣，分別求出包括隨機(jī)噪聲和固定模式噪聲的噪聲信號Nl、 N2和包括這些噪聲 信號的信號。因此，從電容25a、25b、25c、25d讀取各個信號之后，通過進(jìn)行減法運(yùn)算處理， 能夠獲得去除了噪聲信號Nl、 N2的影響的高S/N的像素信號。另外，由于也能無廢棄地利 用從浮動擴(kuò)散區(qū)33溢出的電荷，因此即使在強(qiáng)光入射下也不易引起飽和，并且能夠獲得反 映了該光的信號，并能確保大的動態(tài)范圍。 如上所述，由于提供給各像素10的控制信號小X、小T、小R、小C相同，因此能在所 有的像素10中同時進(jìn)行如上述的光電荷蓄積動作以及從各像素10向存儲部22的信號的 傳送動作。即，在上述一個周期中，一幀份的圖像信號被保持在圖3中的排列在存儲區(qū)域3a 的水平方向上的320個存儲部單元20內(nèi)的存儲部22中。通過反復(fù)進(jìn)行104次該動作，在 所有的存儲部單元20內(nèi)的存儲部22中保持像素信號。第105次以后，按照再次向最上面 的存儲部單元20中寫入像素信號的方式循環(huán)執(zhí)行保持動作。例如，直到從外部賦予攝影停 止的指示信號為止，反復(fù)進(jìn)行這樣的動作。賦予攝影停止的指示信號來中止攝影時，那個時 刻在存儲區(qū)域3a、3b中保持最新的104幀份的像素信號。 另外，在各存儲部22中，如上所述，在已保持有一些信號的電容25中保持新的信 號時，為了廢棄此前的信號而需要執(zhí)行重置。因此，雖然未圖示，但是，各像素輸出線141上 分別連接有重置用的晶體管，重置某一個存儲部22的電容25時，使該存儲部22的采樣晶 體管26導(dǎo)通并且使與對應(yīng)的像素輸出線141連接的重置用晶體管導(dǎo)通，蓄積在電容25上 的信號通過采樣晶體管26、像素輸出線141被重置。執(zhí)行這樣的重置后，在電容25中保持 新的信號。 保持在各存儲部22的電容25中的信號依次使連接在同一個信號輸出線23上的 讀取晶體管27導(dǎo)通，從而進(jìn)行讀取。由于同一個存儲部22的四個讀取晶體管27a 27d 分別與不同的信號輸出線23a 23d連接，因此能夠同時讀取分別保持在同一個存儲部22 內(nèi)的四個電容25a 25d中的信號。而且，通過由未圖示的減法運(yùn)算電路進(jìn)行(S1+N1)-N1、 (S2+N2)-N2的減法運(yùn)算處理，能夠分別獲取去除了隨機(jī)噪聲和固定模式噪聲的Sl信號、S2 信號。另外，作為像素信號采用S1、S2的哪一個是按照以下方法進(jìn)行的以Sl的飽和信號 量以下的適當(dāng)?shù)男盘栯娖綖榛鶞?zhǔn)(閾值)，根據(jù)在閾值以上還是小于閾值來分別選擇S1、 S2。由于在飽和信號量以下實施這樣的切換，能夠避免信號S1的飽和偏差的影響。
下面，根據(jù)圖16 圖18說明從存儲區(qū)域3a、3b依次讀取信號的動作。圖16是從 存儲區(qū)域3a、3b依次讀取信號時的動作時序圖，圖17是水平移位寄存器HSR的主要部分的 動作時序圖，圖18是垂直移位寄存器VSR的主要部分的動作時序圖。 作為一個事例，在圖11所示的第一幀的320個存儲部單元20中說明左端側(cè)的存 儲部單元模塊50的讀取順序。首先，在左端的存儲部單元20-01中，從左向右按順序讀取 11像素份的圖9所示的水平方向的第一行的存儲部22的像素信號。通過激活水平移位寄 存器HSR1和垂直移位寄存器VSR1來選擇該存儲部單元20-01，并根據(jù)水平方向的讀取時鐘 H-CLK移動從水平方向的左到右方向逐個使存儲部22的讀取晶體管27導(dǎo)通的脈沖信號。 該脈沖信號的一例是圖17所示的yl、 y2、 y3。這樣結(jié)束一行份的讀取時，賦予向垂直方向 進(jìn)行讀取的時鐘V-CLK，由此向接下來的第二行的存儲部22轉(zhuǎn)移，同樣從左向右進(jìn)行移動并讀取ll像素份。根據(jù)該反復(fù)動作，一直到第十二行的結(jié)束為止進(jìn)行像素信號的讀取。激 活該垂直方向的各行的讀取晶體管27的信號的一例是圖18所示的vl、v2、v3。
之后，這次通過激活水平移位寄存器HSR2和垂直移位寄存器VSR1，選擇右邊相鄰 的存儲部單元20-02，如圖16所示，讀取對象向該存儲部單元20-02轉(zhuǎn)移。這樣，與上述同樣 地，通過按行一列的順序逐個像素使各存儲部22的讀取晶體管27導(dǎo)通，從而讀取信號。這 樣，按順序?qū)⒋鎯Σ繂卧?0的選擇進(jìn)行到存儲部單元20-10，在結(jié)束所述存儲部單元20-10 的第十二行的存儲部22的讀取時，完成一幀份的讀取。在其它存儲部單元模塊50中也與 上述動作并行地執(zhí)行從對應(yīng)的存儲部單元的存儲部的信號的讀取。 如上所述，結(jié)束第一幀的所有像素信號的讀取后，接著開始第二幀的像素信號的 讀取。即，由于通過激活水平移位寄存器HSR1和垂直移位寄存器VSR2來選擇圖ll所示的 第二行的存儲部單元中的左端的存儲部，因此按照與第一幀相同的順序執(zhí)行讀取，并通過 反復(fù)進(jìn)行該動作來完成104幀為止的讀取。但是，這樣的讀取順序并不僅限于此，能夠進(jìn)行 適當(dāng)?shù)淖兏?如上所述，在上述實施例的固體攝像元件中，能夠在為了增加受光量而增大光電 二極管31的尺寸的同時，將光電荷迅速且以高效率傳送給浮動擴(kuò)散區(qū)33。因此，即使如高 速的連續(xù)攝影那樣每幀的曝光時間短的情況下，也能提高檢測靈敏度或S/N，并能夠改善圖 像質(zhì)量。 另外，上述實施例是本發(fā)明所涉及的固體攝像元件及其制造方法的一例，顯然，在 本發(fā)明的宗旨范圍內(nèi)即使進(jìn)行適當(dāng)變形或修正、追加也會包括在本申請的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
一種固體攝像元件，配置有多個像素，其特征在于，各像素具備接受光而生成光電荷的光電二極管；形成在所述光電二極管的受光面的中央部的浮動區(qū)域；和柵極配置成包圍所述浮動區(qū)域的傳送晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固體攝像元件，其特征在于，從所述受光面的周邊部向中央部改變電勢，以使由所述光電二極管生成的光電荷集中 到受光面的中央側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像元件，其特征在于，從所述光電二極管的受光面的周邊部向中央側(cè)，使注入到基板中的雜質(zhì)的濃度和/或 深度以傾斜狀變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像元件，其特征在于，從所述光電二極管的受光面的周邊部向中央側(cè)，使注入到基板中的雜質(zhì)的濃度和/或 深度以傾斜狀變化。
5. —種固體攝像元件的制造方法，用于制造權(quán)利要求2 4的任一項所述的固體攝像 元件，其特征在于，通過使用多個光掩模來改變雜質(zhì)離子的注入深度，從而從光電二極管的受光面的周邊 部向中央改變電勢。
6. —種固體攝像元件的制造方法，用于制造權(quán)利要求2 4的任一項所述的固體攝像 元件，其特征在于，通過使用多個光掩模來改變雜質(zhì)離子的注入量，從而從光電二極管的受光面的周邊部 向中央改變電勢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體攝像元件及其制造方法，在嵌入型光電二極管(31)的受光面的大致中央處形成浮動擴(kuò)散區(qū)(331)，按照包圍該浮動擴(kuò)散區(qū)(331)的方式配置傳送晶體管(32)的柵極電極。通過使光電二極管(31)的p+型半導(dǎo)體區(qū)域、n型半導(dǎo)體區(qū)域或p型阱區(qū)域的雜質(zhì)濃度(或深度)從周邊部向中央以傾斜狀變化，向pn結(jié)施加適當(dāng)?shù)钠珘簳r，形成從周邊向中央向下傾斜的電勢梯度。通過受光而產(chǎn)生的光電荷隨著電勢梯度而迅速匯集在中央處。另外，由于從光電二極管(31)的周邊到浮動擴(kuò)散區(qū)(331)的最大移動距離也短，因此即使光電荷蓄積時間短也能有效地收集光電荷。因此，通過有效利用在光電二極管(31)中產(chǎn)生的光電荷來提高檢測靈敏度。
文檔編號H04N5/335GK101796643SQ20088010561
公開日2010年8月4日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者富永秀樹, 近藤泰志, 須川成利 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué);株式會社島津制作所