專(zhuān)利名稱(chēng)：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備用于增加信號(hào)電荷的電荷增加部的攝像裝置。
技術(shù)背景作為現(xiàn)有技術(shù)公知具有用于使電子(信號(hào)電荷)倍增(增加)的倍增部(電荷增加部)的CCD (Charge Coupled Device)圖像傳感器(攝像裝 置)。在該以往的CCD圖像傳感器中，如圖17所示，在硅基板101的表 面上形成有柵極氧化物102。另外，在柵極氧化物102上表面上的規(guī)定區(qū) 域，隔著規(guī)定的間隔形成有4個(gè)柵電極103 106。該柵電極103 106構(gòu) 成為被供給4相的時(shí)鐘信號(hào)①ll cD14。另外，在柵電極103 106下的傳送溝道107中分別形成有像素分離 障壁、臨時(shí)蓄積井、電荷傳送障壁、以及電荷積累井。該像素分離障壁具 有劃分臨時(shí)蓄積井與相鄰的像素的電荷積累井，并將相鄰的電荷積累井的 電子傳送到臨時(shí)蓄積井的功能。另外，臨時(shí)蓄積井具有在傳送電子時(shí)臨時(shí) 蓄積電子的功能。另外，電荷傳送障壁具有劃分臨時(shí)蓄積井和電荷積累井、 并且將蓄積在臨時(shí)蓄積井的電子傳送到電荷積累井的功能。另外，電荷積累井具有蓄積從臨時(shí)蓄積井傳送來(lái)的電子的功能，并且 還具有作為通過(guò)電場(chǎng)的碰撞電離而使電子倍增的倍增部的功能。即，在電 荷傳送障壁和電荷積累井的界面形成有被調(diào)整為高電位的高電場(chǎng)區(qū)域 108，從而被傳送到高電場(chǎng)區(qū)域108的電子從高電場(chǎng)區(qū)域108獲得能量。 然后，獲得能量的電子在高電場(chǎng)區(qū)域108內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中與硅基板101的晶 格原子碰撞，通過(guò)該碰撞產(chǎn)生電子以及空穴。在生成的電子以及空穴中， 通過(guò)高電場(chǎng)區(qū)域108僅將電子匯集到電荷積累井。由此，可以進(jìn)行電子的 倍增。另外，該電子的倍增可以在傳送通過(guò)受光區(qū)域的光電二極管而生成 的電子的過(guò)程中進(jìn)行。
接著，參照?qǐng)D17，對(duì)以往的CCD圖像傳感器的倍增動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，向柵電極103供給時(shí)鐘信號(hào)O11，使柵電極103成為導(dǎo)通狀態(tài)， 并從向柵電極103供給時(shí)鐘信號(hào)11的時(shí)刻開(kāi)始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后，使相鄰 的像素的柵電極106成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，蓄積于相鄰的像素的電荷積累 井中的電子被傳送到像素分離障壁。然后，向柵電極104供給時(shí)鐘信號(hào)12，使柵電極104成為導(dǎo)通狀態(tài)， 并且使柵電極103成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，被傳送到像素分離障壁的電子被 傳送到臨時(shí)蓄積井。接著，向柵電極106供給時(shí)鐘信號(hào)14，使柵電極106成為導(dǎo)通狀態(tài)。 由此，向柵電極106施加高電壓，在電荷傳送障壁和電荷積累井的界面形 成高電場(chǎng)區(qū)域108。此后，通過(guò)在使柵電極106成為導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)下， 使柵電極104成為截止?fàn)顟B(tài)，由此蓄積于臨時(shí)蓄積井的電子越過(guò)電荷傳送 障壁而被傳送到電荷積累井。由此，通過(guò)高電場(chǎng)的碰撞電離使所傳送的電 子倍增，并且將倍增的電子蓄積于電荷積累井。另外，始終不向柵電極105 供給時(shí)鐘信號(hào)①13，使柵電極105—直保持截止?fàn)顟B(tài)。但是，在將圖17所示的以往的CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于CMS 圖像傳感器的情況下，當(dāng)為了讀出數(shù)據(jù)而向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(floating diffusion)傳送蓄積于電荷積累井中的電子時(shí)，與電荷積累井對(duì)應(yīng)的柵電 極成為截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，被供給到與電荷積累井對(duì)應(yīng)的柵電極的高電壓的 時(shí)鐘信號(hào)下降，與該柵電極對(duì)應(yīng)的電子的傳送區(qū)域(電荷積累井)的電位 大幅變動(dòng)。因此，與該柵電極對(duì)應(yīng)的電子的傳送區(qū)域(電荷積累井)電位 大的變動(dòng)波及到與該柵電極相鄰的用于讀出數(shù)據(jù)的柵電極所對(duì)應(yīng)的電子 的傳送區(qū)域，所以出現(xiàn)與用于讀出數(shù)據(jù)的柵電極對(duì)應(yīng)的電子的傳送區(qū)域的 電位變動(dòng)的不良情況。其結(jié)果，由于從電荷積累井傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的 電子數(shù)量出現(xiàn)離散偏差，所以存在難以正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明第一方式的攝像裝置，其包括蓄積部，其用于蓄積并傳送信 號(hào)電荷；第一電極，其用于產(chǎn)生使蓄積部蓄積信號(hào)電荷的電場(chǎng)；電荷增加 部，其用于通過(guò)碰撞電離來(lái)增加蓄積于蓄積部中的信號(hào)電荷；第二電極，
其用于產(chǎn)生在電荷增加部使信號(hào)電荷碰撞電離的電場(chǎng)；電壓變換部，其用 于將信號(hào)電荷變換為電壓；和第三電極，其設(shè)置于第一電極和電壓變換部 之間，用于從蓄積部向電壓變換部傳送信號(hào)電荷，第二電極相對(duì)于第一電 極被設(shè)置于第三電極以及電壓變換部的相反側(cè)。本發(fā)明的第二方式的攝像裝置，其包括蓄積機(jī)構(gòu)，其用于蓄積并傳 送信號(hào)電荷；第一電極，其用于產(chǎn)生使蓄積機(jī)構(gòu)蓄積信號(hào)電荷的電場(chǎng)；電 荷增加機(jī)構(gòu)，其用于通過(guò)碰撞電離來(lái)增加蓄積于蓄積機(jī)構(gòu)中的信號(hào)電荷； 第二電極，其用于產(chǎn)生由電荷增加機(jī)構(gòu)使信號(hào)電荷碰撞電離的電場(chǎng)；電壓 變換機(jī)構(gòu)，其用于將信號(hào)電荷變換為電壓；和第三電極，其設(shè)置于第一電 極和電壓變換機(jī)構(gòu)之間，用于從蓄積機(jī)構(gòu)向電壓變換機(jī)構(gòu)傳送信號(hào)電荷， 第二電極相對(duì)于第一電極被設(shè)置于第三電極以及電壓變換機(jī)構(gòu)的相反側(cè)。 其中，本發(fā)明的信號(hào)電荷是指電子或空穴。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的整體構(gòu)成的 俯視圖。圖2是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的 剖面圖。圖3是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的 剖面圖。圖4是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的像素的 俯視圖。圖5是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電路構(gòu) 成的電路圖。圖6是用于說(shuō)明圖1所示的第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電 子的傳送動(dòng)作的信號(hào)波形圖。圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電子的 傳送動(dòng)作的電勢(shì)圖。圖8是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中的電子 的倍增動(dòng)作的信號(hào)波形圖。
圖9是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中的電子 的倍增動(dòng)作的電勢(shì)圖。圖10是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖11是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電子的 傳送動(dòng)作的信號(hào)波形圖。圖12是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電子的 傳送動(dòng)作的電勢(shì)圖。圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中的電子 的倍增動(dòng)作的信號(hào)波形圖。圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中的電子的倍增動(dòng)作的電勢(shì)圖。圖15是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖16是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖17是表示以往的CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 (第一實(shí)施方式)首先，參照?qǐng)D1 圖5說(shuō)明第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。 另外，在第一實(shí)施方式中，對(duì)在作為攝像裝置一例的無(wú)源(passive)型的 CMOS圖像傳感器中應(yīng)用本發(fā)明的情況進(jìn)行說(shuō)明。第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器如圖1所示，具備包括配置為 矩陣狀(matrix)的多個(gè)像素50的攝像部51;行選擇寄存器52;和列選 擇寄存器53。作為第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的像素50的剖面結(jié)構(gòu)，如圖 2以及圖3所示，在p型硅基板l的表面上，形成用于分別分離各像素50 的元件分離區(qū)域2。另外，在由元件分離區(qū)域2包圍的各像素50的p型硅
基板1的表面上，按照夾著由iT型雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的傳送溝道3的方式，隔 開(kāi)規(guī)定間隔地形成有光電二極管部(PD) 4以及由n+型雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的浮 動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5。其中，傳送溝道3是本發(fā)明的"信號(hào)電荷的傳送區(qū)域"的 一例，光電二極管部4是本發(fā)明的"光電變換部"的一例。另外，浮動(dòng)擴(kuò) 散區(qū)域5是本發(fā)明的"電壓變換部"以及"電壓變換機(jī)構(gòu)"的一例。光電二極管部4具有根據(jù)入射光量生成電子的同時(shí)，蓄存該生成的電 子的功能。另外，光電二極管部4被形成為與元件分離區(qū)域2相鄰，并且 與傳送溝道3相鄰。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5具有比傳送溝道3的雜質(zhì)濃度(n一) 高的雜質(zhì)濃度(n+)。另外，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5具有保持傳送來(lái)的電子的電 荷信號(hào)，同時(shí)將該電荷信號(hào)變換為電壓的功能。另外，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5被 形成為與元件分離區(qū)域2相鄰，并且與傳送溝道3相鄰。由此，浮動(dòng)擴(kuò)散 區(qū)域5被形成為隔著傳送溝道3與光電二極管部4對(duì)置。這里，在第一實(shí)施方式中，在傳送溝道3的上表面上，形成有柵極絕 緣膜6。另外，在柵極絕緣膜6的上表面上，隔著規(guī)定的間隔，從光電二 極管部4側(cè)朝向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5側(cè)按照順序形成有傳送柵電極7、倍增柵 電極8、傳送柵電極9、傳送柵電極IO、讀出柵電極ll。即，傳送柵電極 7被形成為與光電二極管部4相鄰。另外，傳送柵電極7形成在光電二極 管部4和倍增柵電極8之間。另外，傳送柵電極9形成在倍增柵電極8和 傳送柵電極10之間。另外，倍增柵電極8相對(duì)于傳送柵電極10形成在讀 出柵電極11以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的相反側(cè)。另外，讀出柵電極11形成于 傳送柵電極10和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5之間。另外，讀出柵電極ll被形成為與 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5相鄰。另外，傳送柵電極7、 9以及傳送柵電極10分別是 本發(fā)明的"第五電極"、"第四電極"以及"第一電極"的一例。另外，倍 增柵電極8是本發(fā)明的"第二電極"的一例，讀出柵電極11是本發(fā)明的 "第三電極"的一例。另外，如圖4所示，供給用于電壓控制的時(shí)鐘信號(hào)Ol、 02、 03、 0)4 以及0>5的布線(xiàn)層20、 21、 22、 23以及24，分別經(jīng)接點(diǎn)部7a、 8a、 9a、 10a 以及l(fā)la而與傳送柵電極7、倍增柵電極8、傳送柵電極9、傳送柵電極 10以及讀出柵電極11電連接。另外，該布線(xiàn)層20、 21、 22、 23以及24 按行形成，并且分別與各行的多個(gè)像素50的傳送柵電極7、倍增柵電極8、 傳送柵電極9、傳送柵電極10以及讀出柵電極11電連接。另外，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5經(jīng)接點(diǎn)部5a與用于取出信號(hào)的信號(hào)線(xiàn)25連接。其中，該信號(hào)線(xiàn) 25按列形成，并且與各列的多個(gè)像素50的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5電連接。另外，如圖3所示，構(gòu)成為在經(jīng)布線(xiàn)層20、 22、 23以及24，分別 向傳送柵電極7、 9、 lO以及讀出柵電極ll供給時(shí)鐘信號(hào)O)l、 (D3、 $4以 及05的開(kāi)通信號(hào)(onsignal)(高電平的信號(hào))時(shí)，向傳送柵電極7、 9、 10以及讀出柵電極11施加約2.9V的電壓。由此，構(gòu)成為在向傳送柵電 極7、 9、 10以及讀出柵電極11供給時(shí)鐘信號(hào)d)l、 03、 (D4以及①5的開(kāi) 通信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，傳送柵電極7、 9、 10以及讀出柵電極11下 的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V電位的狀態(tài)。另外，構(gòu)成為在向傳送 柵電極7、 9、 10以及讀出柵電極11供給時(shí)鐘信號(hào)Ol、 03、 04以及(D5 的斷開(kāi)信號(hào)(off signal)(低電平的信號(hào))時(shí)，傳送柵電極7、 9、 10以及 讀出柵電極11下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約IV電位的狀態(tài)。另外，構(gòu)成為當(dāng)從布線(xiàn)層21向倍增柵電極8供給時(shí)鐘信號(hào)02的開(kāi) 通信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，向倍增柵電極8施加約24V的電壓。由此， 構(gòu)成為當(dāng)向倍增柵電極8供給時(shí)鐘信號(hào)①2的開(kāi)通信號(hào)(高電平的信號(hào)) 時(shí)，倍增柵電極8下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約25V的高電位的狀態(tài)。 另外，構(gòu)成為在向倍增柵電極8供給時(shí)鐘信號(hào)02的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的 信號(hào))時(shí)，倍增柵電極8下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀 態(tài)。另外，構(gòu)成為光電二極管部4以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5成為分別被調(diào)整 為約3V以及約5V的電位的狀態(tài)。由此，如圖2所示，構(gòu)成為傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄 積部3a)，在向傳送柵電極10供給開(kāi)通信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，在傳送 柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部(臨時(shí)蓄積井)3a)形成臨時(shí)蓄積 電子的電場(chǎng)。另外，電子蓄積部3a是本發(fā)明的"蓄積部"以及"蓄積機(jī) 構(gòu)"的一例。另外，構(gòu)成為在向倍增柵電極8供給開(kāi)通信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)， 通過(guò)將倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)調(diào)整為約25V的電 位，從而在倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部(電荷積累井)3b) 形成使電子碰撞電離而倍增(增加)的高電場(chǎng)。另外，構(gòu)成為電子的碰
撞電離是在倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)和傳送柵電極 9下的傳送溝道3之間的交界部產(chǎn)生的。另外，電子倍增部3b是本發(fā)明的 "電荷增加部"以及"電荷增加機(jī)構(gòu)"的一例。 -另外，傳送柵電極7下的傳送溝道3具有在向傳送柵電極7供給開(kāi)通 信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，將蓄積在光電二極管部4中的電子傳送到電子 倍增部3b的功能，并且在向傳送柵電極7傳送斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào)) 時(shí)，作為劃分光電二極管部4和電子倍增部3b的光電二極管分離障壁起 作用。另外，傳送數(shù)據(jù)9下的傳送溝道3具有在向傳送柵電極9供給開(kāi)通信 號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，將蓄積于電子蓄積部3a中的電子傳送到電子倍 增部3b，并且將蓄積于電子倍增部3b中的電子傳送到電子蓄積部3a的功 能。另外，傳送數(shù)據(jù)9下的傳送溝道3在向傳送柵電極9供給斷開(kāi)信號(hào)(低 電平的信號(hào))時(shí)，作為劃分電子蓄積部3a和電子倍增部3b的電荷傳送障 壁起作用。即，傳送柵電極9被構(gòu)成為通過(guò)被供給開(kāi)通信號(hào)(高電平的 信號(hào))，由此能將蓄積于電子蓄積部3a中的電子傳送到電子倍增部3b，并 且將蓄積于電子倍增部3b的電子傳送到電子蓄積部3a。另外，讀出柵電極11下的傳送溝道3具有在向讀出柵電極11供給開(kāi) 通信號(hào)(高電平的信號(hào))時(shí)，將蓄積于電子蓄積部3a的電子傳送到浮動(dòng) 擴(kuò)散區(qū)域5的功能，并且具有在向讀出柵電極11供給斷開(kāi)信號(hào)(低電平 的信號(hào))時(shí)，劃分電子蓄積部3a和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的功能。即，讀出柵 電極ll被構(gòu)成為通過(guò)被供給開(kāi)通信號(hào)(高電平的信號(hào))，由此能將蓄積 于電子蓄積部3a的電子傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5。另外，如圖5所示，各列的信號(hào)線(xiàn)25的一端分別與復(fù)位柵晶體管(reset gate transistor) 26的源極連接。向該復(fù)位柵晶體管26的柵極供給復(fù)位信 號(hào)的同時(shí)，向漏極施加復(fù)位電壓Vrd (約5V)。由此，復(fù)位柵晶體管26 具有以下功能在讀出像素50的數(shù)據(jù)之后，將信號(hào)線(xiàn)25的電壓復(fù)位成復(fù) 位電壓Vrd (約5V)，并且在讀出像素50的數(shù)據(jù)時(shí)，將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5 保持在浮動(dòng)狀態(tài)(浮動(dòng)狀態(tài))。另外，各列的信號(hào)線(xiàn)25的另一端分別與電壓變換晶體管27的柵極連 接。該電壓變換晶體管27的源極與選擇晶體管28的漏極連接，并且向漏
極供給電源電壓VDD。選擇晶體管28的柵極與列選擇線(xiàn)連接，源極與輸出線(xiàn)連接。l個(gè)晶體管29的漏極與輸出線(xiàn)連接。晶體管29的源極接地， 并且柵極被施加了使晶體管29作為定電流源發(fā)揮作用的規(guī)定電壓。另外， 通過(guò)各列的電壓變換晶體管27和晶體管29構(gòu)成源跟隨器電路。接著，參照?qǐng)D5對(duì)第一實(shí)施方式CMOS圖像傳感器的讀出動(dòng)作進(jìn)行 說(shuō)明。首先，通過(guò)向規(guī)定行的布線(xiàn)層24供給H電平的信號(hào)，從而使攝像部 51的一行份的各像素50的讀出柵電極11成為導(dǎo)通狀態(tài)，并且通過(guò)向規(guī)定 行的布線(xiàn)層23供給L電平的信號(hào)，從而使攝像部51的一行份的各像素 50的傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，蓄積于一行份的各像素50的電 子蓄積部3a的電子被讀出到各像素50的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5。由此，在各列 的信號(hào)線(xiàn)25出現(xiàn)與規(guī)定行的各像素50的信號(hào)對(duì)應(yīng)的電位。另外，在該狀 態(tài)下，由于選擇晶體管28為截止?fàn)顟B(tài)，所以在電壓變換晶體管27以及晶 體管29構(gòu)成的源跟隨器電路中沒(méi)有電流流過(guò)。接著，通過(guò)向列選擇線(xiàn)順次供給H電平的信號(hào)，從而使選擇晶體管 28順次成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，由于電流順次流過(guò)各列的電壓變換晶體管 27以及選擇晶體管28，所以根據(jù)各電壓變換晶體管27的導(dǎo)通狀態(tài)(各電 壓變換晶體管27的柵電位(信號(hào)線(xiàn)25的電位))輸出各像素50的信號(hào)。 然后，在全部的輸出結(jié)束后，通過(guò)向復(fù)位柵晶體管26的柵極供給高電平 的復(fù)位信號(hào)，從而使復(fù)位柵晶體管26成為導(dǎo)通狀態(tài)，從而使信號(hào)線(xiàn)25的 電位復(fù)位成約5V。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作，從而進(jìn)行第一實(shí)施方式的 CMOS圖像傳感器的讀出動(dòng)作。接著，參照?qǐng)D6以及圖7，對(duì)第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電 子的傳送動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，在圖6的期間A中，如圖7所示，通過(guò)使傳送柵電極7成為導(dǎo) 通狀態(tài)，從而傳送柵電極7下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的 狀態(tài)。此時(shí)，由于光電二極管部4被調(diào)整為約3V的電位，所以由光電二 極管部4生成并且被蓄積的電子從光電二極管部4被傳送到傳送柵電極7 下的傳送溝道3。此后，通過(guò)使倍增柵電極8成為導(dǎo)通狀態(tài)，從而倍增柵 電極8下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約25V的電位的狀態(tài)。此時(shí)，由于傳
送柵電極7下的傳送溝道3被調(diào)整為約4V的電位，所以被傳送到傳送柵 電極7下的傳送溝道3的電子被傳送到倍增柵電極8下的傳送溝道3。此 后，通過(guò)使傳送柵電極7成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極7下的傳送溝道 3成為被調(diào)整為約IV的電位的狀態(tài)。接著，在圖6的期間B中，如圖7所示，使傳送柵電極9成為導(dǎo)通狀 態(tài)，并且使倍增柵電極8成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極9下的傳送溝道 3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且倍增柵電極8下的傳送溝道3 成為被調(diào)整為約IV電位的狀態(tài)。因此，蓄積于倍增柵電極8下的傳送溝 道3中的電子被傳送到傳送柵電極9下的傳送溝道3，該傳送柵電極9下 的傳送溝道3的電位(約4V)被調(diào)整為高于倍增柵電極8下的傳送溝道3 的電位(約1V)。接著，在圖6的期間C，如圖7所示，通過(guò)使傳送柵電極10成為導(dǎo) 通狀態(tài)，并且使傳送柵電極9成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極10下的傳 送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極9下的傳送 溝道3成為被調(diào)整為約1V電位的狀態(tài)。因此，蓄積于傳送柵電極9下的 傳送溝道3中的電子被傳送到傳送柵電極10下的傳送溝道3，該傳送柵電 極10下的傳送溝道3的電位(約4V)被調(diào)整為高于傳送柵電極9下的傳 送溝道3的電位(約1V)。由此，從光電二極管部4傳送來(lái)的電子被臨時(shí) 蓄積于傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部(臨時(shí)蓄積井)3a)。 此后，反復(fù)多次(例如約400次)進(jìn)行后述的電子的倍增動(dòng)作。由此，從 光電二極管部4傳送來(lái)的電子倍增到約2000倍。接著，在圖6的期間D中，如圖7所示，在電子被臨時(shí)蓄積于傳送柵 電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)的狀態(tài)下，使讀出柵電極ll成 為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)，從而讀出柵電極ll下 的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極10下的傳 送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀態(tài)。因此，蓄積于傳送柵電極IO 下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)中的電子通過(guò)被調(diào)整為約4V電位的讀 出柵電極11下的傳送溝道3，被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5，該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域 5的電位被調(diào)整為比傳送柵電極10下的傳送溝道3的電位(約IV)高的 電位(約5V)。
接著，參照?qǐng)D8和圖9，對(duì)第一實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電子 倍增動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，在圖7的期間C的傳送動(dòng)作之后，在圖8的期間E中，如圖9 所示，在電子蓄積于傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)的 狀態(tài)下，通過(guò)使倍增柵電極8成為導(dǎo)通狀態(tài)，從而倍增柵電極8下的傳送 溝道3 (電子倍增部3b)成為被調(diào)整為約25V的高電位。接著，在圖8的期間F中，如圖9所示，通過(guò)使傳送柵電極9成為導(dǎo) 通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極9下的傳 送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極10下的傳送 溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀態(tài)。因此，蓄積于傳送柵電極10下 的傳送溝道3中的電子被傳送到傳送柵電極9下的傳送溝道3，該傳送柵 電極9下的傳送溝道3的電位被調(diào)整為比傳送柵電極10下的傳送溝道3 的電位(約IV)高的電位(約4V)。另外，被傳送到傳送柵電極9下的 傳送溝道3中的電子被傳送到倍增柵電極8下的傳送溝道3，該倍增柵電 極8下的傳送溝道3的電位被調(diào)整為比傳送柵電極9下的傳送溝道3的電 位(約4V)高的電位(約25V)。然后，被傳送到倍增柵電極8下的傳送 溝道3 (電子倍增部3b)的電子在倍增柵電極8下的傳送溝道3和傳送柵 電極9下的傳送溝道3的交界部移動(dòng)的過(guò)程中從高電場(chǎng)獲得能量。然后， 具有高能量的電子與硅原子碰撞生成電子和空穴。然后，通過(guò)碰撞電離生 成的電子在電場(chǎng)的作用下蓄積于倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增 部3b)。接著，在圖8的期間G，如圖9所示，通過(guò)使傳送柵電極9成為截止 狀態(tài)，從而傳送柵電極9下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀 態(tài)。接著，通過(guò)進(jìn)行上述的圖7的期間B以及C的電子的傳送動(dòng)作，從 而蓄積于倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部(電荷積累井)3b) 中的電子被傳送到傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子倍增部(臨時(shí)積累 井)3a)。之后，通過(guò)反復(fù)多次(例如約400次)進(jìn)行上述的期間E G的 倍增動(dòng)作以及期間B以及C的傳送動(dòng)作，從而被傳送到光電二極管部4 的電子倍增到約2000倍。
在第一實(shí)施方式中，如上所述，在傳送柵電極10和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5之間設(shè)置讀出柵電極ll，并且在相對(duì)于傳送柵電極10，與讀出柵電極ll 以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5相反的一側(cè)設(shè)置倍增柵電極8，從而在讀出數(shù)據(jù)時(shí)， 不會(huì)使電子進(jìn)行碰撞電離的電場(chǎng)產(chǎn)生用的被施加在倍增柵電極8上的高電 壓(約24V)變化，而使施加到傳送柵電極10上的比較低的電壓(約2.9V) 變化，從而可以將蓄積于電子蓄積部3a的電子傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5。因 此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出時(shí)，由于能抑制倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子 倍增部3b)的高電位(約25V)變化所引起的讀出柵電極11下的傳送溝 道3的電位變動(dòng)，所以能抑制從電子蓄積部3a傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電 子數(shù)量上產(chǎn)生離散偏差。結(jié)果，可以正確進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。另外，在第一實(shí)施方式中，在倍增柵電極8和傳送柵電極10之間設(shè) 置用于傳送電子的傳送柵電極9，且在將倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電 子倍增部3b)調(diào)整為約25V的高電位的狀態(tài)下，使傳送柵電極9成為導(dǎo) 通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)，此后，使傳送柵電極9成 為截止?fàn)顟B(tài)，由此，能容易地將蓄積于電子蓄積部3a中的電子傳送到電 子倍增部3b而使電子倍增。另外，在第一實(shí)施方式中，在將電子蓄積于倍增柵電極8下的傳送溝 道3 (電子倍增部3b)的狀態(tài)下，使傳送柵電極9成為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使 倍增柵電極8成為截止?fàn)顟B(tài)，之后，使傳送柵電極10成為導(dǎo)通狀態(tài)，并 且使傳送柵電極9成為截止?fàn)顟B(tài)，由此，能容易地將通過(guò)電子倍增部3b 倍增后的電子傳送并蓄積于電子蓄積部3a。另外，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)交替地反復(fù)進(jìn)行以下兩種動(dòng)作，即從 電子蓄積部3a向電子倍增部3b傳送電子而使電子倍增；從電子倍增部3b 向電子蓄積部3a傳送電子，從而能進(jìn)行多次(例如約400次)電子的倍 增動(dòng)作，所以能提高電子的倍增率。由此，能使從光電二極管4傳送的電 子的數(shù)量增加到約2000倍。(第二實(shí)施方式)在該第二實(shí)施方式中，與上述的第一實(shí)施方式不同，說(shuō)明以下所述的 例子在向傳送柵電極7以及讀出柵電極11供給時(shí)鐘信號(hào)Ol以及(D5的
斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，傳送柵電極7以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位被調(diào)整成比倍增柵電極8、傳送柵電極9以及傳送柵電極 10下的傳送溝道3的電位更低的電位(高的勢(shì)壘)。這里，在第二實(shí)施方式中，如圖10所示，分別經(jīng)由布線(xiàn)層21、 22以 及23向倍增柵電極8、傳送柵電極9以及傳送柵電極10供給時(shí)鐘信號(hào)(D2、 0>3以及(D4的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，向倍增柵電極8、傳送柵電 極9以及傳送柵電極10施加約0V的電壓。另外，此時(shí)，倍增柵電極8、 傳送柵電極9以及傳送柵電極10下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約IV的電 位的狀態(tài)。另外，分別經(jīng)由布線(xiàn)層20以及24向傳送柵電極7以及讀出柵 電極11供給時(shí)鐘信號(hào)Ol以及05的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，向傳 送柵電極7以及讀出柵電極11施加約一2V的電壓。另夕卜，此時(shí)，傳送柵 電極7以及讀出柵電極11下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約0.5V的電位的 狀態(tài)。另外，第二實(shí)施方式的其他的構(gòu)成與第一實(shí)施方式的構(gòu)成相同，所 以省略說(shuō)明。接著，對(duì)第二實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的電子的傳送動(dòng)作以及 倍增動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，在圖11的期間A中，如圖12所示，通過(guò)使傳送柵電極7成為 導(dǎo)通狀態(tài)，從而傳送柵電極7下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位 的狀態(tài)。因此，由被調(diào)整為約3V的電位的光電二極管部4蓄積的電子， 從光電二極管部4被傳送到傳送柵電極7下的傳送溝道3。此后，通過(guò)使 倍增柵電極8成為導(dǎo)通狀態(tài)，從而倍增柵電極8下的傳送溝道成為被調(diào)整 為約25V的電位的狀態(tài)。由此，被傳送到傳送柵電極7下的傳送溝道3的 電子，被傳送到倍增柵電極8下的傳送溝道3。然后，通過(guò)使傳送柵電極 7成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極7下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約0.5V 電位的狀態(tài)。另外，在該時(shí)刻(期間A的結(jié)束時(shí)刻)，傳送柵電極7下的 傳送溝道3的電位以及倍增柵電極8下的傳送溝道3的電位之差約為 24.5V,在傳送溝道3內(nèi)成為電位差最大的狀態(tài)。接著，在圖11的期間B中，如圖12所示，通過(guò)使傳送柵電極9成為 導(dǎo)通狀態(tài)，并且使倍增柵電極8成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極9下的傳 送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且倍增柵電極8下的傳送
溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀態(tài)。由此，蓄積于倍增柵電極8下 的傳送溝道3中的電子被傳送到傳送柵電極9下的傳送溝道3 。接著，在圖11的期間C中，如圖12所示，通過(guò)使傳送柵電極10成 為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使傳送柵電極9成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極10下 的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極9下的 傳送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀態(tài)。因此，被傳送到傳送柵電 極9下的傳送溝道3的電子，被傳送到傳送柵電極10下的傳送溝道3。由 此，從光電二極管部4傳送來(lái)的電子被臨時(shí)蓄積于傳送柵電極10下的傳 送溝道3 (電子蓄積部(臨時(shí)蓄積井)3a)。此后，反復(fù)進(jìn)行多次(例如約 400次)后述的電子的倍增動(dòng)作。由此，能使從光電二極管4傳送來(lái)的電 子倍增到約2000倍。接著，在圖11的期間D中，如圖12所示，在電子被臨時(shí)蓄積于傳送 柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)的狀態(tài)下，使讀出柵電極ll 成為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)，從而讀出柵電極ll 下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極10下的 傳送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的狀態(tài)。因此，蓄積于傳送柵電極 10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)中的電子通過(guò)被調(diào)整為約4V電位的 讀出柵電極11下的傳送溝道3，被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5，該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū) 域5的電位被調(diào)整為約5V。另外，從期間A中將電子傳送到倍增柵電極 8下的傳送溝道3并且使傳送柵電極7成為截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)刻開(kāi)始，到期間 D中為了向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5傳送電子而使讀出柵電極11成為導(dǎo)通狀態(tài)為 止，傳送柵電極7下的傳送溝道3以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的 電位被維持在約0.5V。接著，對(duì)CMOS圖像傳感器的電子的倍增動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，在圖11的期間C的傳送動(dòng)作之后，在圖13的期間E中，如圖 14所示，在電子蓄積于傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a) 的狀態(tài)下，通過(guò)使倍增柵電極8成為導(dǎo)通狀態(tài)，從而倍增柵電極8下的傳 送溝道3 (電子倍增部3b)成為被調(diào)整為約25V的高電位的狀態(tài)。接著，在圖13的期間F中，如圖14所示，通過(guò)使傳送柵電極9成為 導(dǎo)通狀態(tài)，并且使使傳送柵電極9成為截止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極9下的
傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)，并且傳送柵電極10下的傳 送溝道3成為被調(diào)整為約IV的電位的狀態(tài)。因此，蓄積于傳送柵電極10 下的傳送溝道3中的電子被傳送到傳送柵電極9下的傳送溝道3。另外， 被傳送到傳送柵電極9下的傳送溝道3中的電子被傳送到倍增柵電極8下 的傳送溝道3。然后，與第一實(shí)施方式同樣，被傳送到倍增柵電極8下的 傳送溝道3 (電子倍增部3b)的電子，與硅原子碰撞生成電子和空穴，并 且通過(guò)碰撞電離生成的電子在電場(chǎng)的作用下蓄積于倍增柵電極8下的傳送 溝道3 (電子倍增部3b)。接著，在圖13的期間G，如圖14所示，通過(guò)使傳送柵電極9成為截 止?fàn)顟B(tài)，從而傳送柵電極9下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約1V的電位的 狀態(tài)。接著，通過(guò)進(jìn)行上述的圖11的期間B以及C的電子的傳送動(dòng)作，從 而蓄積于倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)中的電子被傳送 到傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子倍增部3a)。之后，通過(guò)反復(fù)多次 (例如約400次)進(jìn)行上述的期間E G的倍增動(dòng)作以及期間B以及C的 傳送動(dòng)作，由此從光電二極管部4傳送的電子倍增到約2000倍。另外，如上所述，在從期間E中將電子蓄積于傳送柵電極10下的傳 送溝道3 (電子蓄積部3a)的狀態(tài)開(kāi)始，到期間G中將電子傳送并蓄積于 倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)為止，傳送柵電極7下的 傳送溝道3以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位被維持在約0.5V的 狀態(tài)。即，在第二實(shí)施方式中，從傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄 積部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)進(jìn)行電子的傳 送動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)向傳送 柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作時(shí)，傳 送柵電極7下的傳送溝道3的電位、以及讀出柵電極11下的傳送溝道3 的電位，被控制成低于倍增柵電極8下、傳送柵電極9下以及傳送柵電極 10下的各自的傳送溝道3的電位。在第二實(shí)施方式中，如上所述，在傳送柵電極10和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5 之間設(shè)置讀出柵電極ll，并且相對(duì)于傳送柵電極10，在與讀出柵電極ll 以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5相反的一側(cè)設(shè)置倍增柵電極8，從而在讀出數(shù)據(jù)時(shí)， 不會(huì)使電子進(jìn)行碰撞電離的電場(chǎng)產(chǎn)生的被施加在倍增柵電極8上的高電壓(約24V)變化，而使施加到傳送柵電極IO上的比較低的電壓(約2.9V) 變化，從而可以將蓄積于電子蓄積部3a的電子傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5。因 此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出時(shí)，由于能抑制倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子 倍增部3b)的高電位(約25V)變化所引起的讀出柵電極11下的傳送溝 道3的電位變動(dòng)，所以能抑制從電子蓄積部3a傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電 子數(shù)量上產(chǎn)生離散偏差。其結(jié)果，能正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。另外，在第二實(shí)施方式中，從傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄 積部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)進(jìn)行電子的傳 送動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)向傳送 柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作時(shí)，傳 送柵電極7下的傳送溝道3的電位、以及讀出柵電極11下的傳送溝道3 的電位，被控制成低于倍增柵電極8下、傳送柵電極9下以及傳送柵電極 10下的傳送溝道3各自的電位，從而傳送柵電極7下以及讀出柵電極11 下的傳送溝道3的電位低于倍增柵電極8下、傳送柵電極9下以及傳送柵 電極10下的傳送溝道3的電位。SP，在傳送溝道3中，傳送柵電極7下 以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電勢(shì)高于倍增柵電極8下、傳送柵 電極9下以及傳送柵電極10下的傳送溝道3的電勢(shì)，所以相應(yīng)地提高了 對(duì)電子移動(dòng)的障壁(電荷障壁)。由此，從傳送柵電極10下的傳送溝道3(電子蓄積部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)進(jìn)行 電子的傳送動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b) 向傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作 時(shí)，抑制電子越過(guò)傳送柵電極7下以及讀出柵電極11下的傳送溝道3中 產(chǎn)生的電荷障壁，而泄漏到光電二極管部4或浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5中。由此， 能可靠地抑制從電子蓄積部3a傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的電子數(shù)量上產(chǎn)生 離散偏差。其結(jié)果，能正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。另外，第二實(shí)施方式的其他動(dòng)作以及效果與上述第一實(shí)施方式相同。(第三實(shí)施方式)在該第三實(shí)施方式中，與上述的第二實(shí)施方式不同，說(shuō)明以下所述的
例子在向傳送柵電極7以及讀出柵電極11供給時(shí)鐘信號(hào)Ol以及05的 斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，傳送柵電極7以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位分別為不同的電位，且被調(diào)整成比倍增柵電極8、傳送柵 電極9以及傳送柵電極10下的傳送溝道3的電位低的電位(高的勢(shì)壘(potential barrier))。這里，在第三實(shí)施方式中，如圖15所示，分別經(jīng)由布線(xiàn)層2K 22以 及23向倍增柵電極8、傳送柵電極9以及傳送柵電極10供給時(shí)鐘信號(hào)(D2、 03以及04的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，向倍增柵電極8、傳送柵電 極9以及傳送柵電極10施加約0V的電壓。此時(shí)，倍增柵電極8、傳送柵 電極9以及傳送柵電極10下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約IV的電位的狀 態(tài)。另外，分別經(jīng)由布線(xiàn)層20以及24向傳送柵電極7以及讀出柵電極11 供給時(shí)鐘信號(hào)Ol以及(D5的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào))時(shí)，向傳送柵電極 7以及讀出柵電極11分別施加約一2V以及約一1V的電壓。此時(shí)，傳送柵 電極7下的傳送溝道3以及讀出柵電極11下的傳送溝道3成為被調(diào)整為 約0.5V以及約0.8V的電位的狀態(tài)。另外，第三實(shí)施方式的其他的構(gòu)成與 第一實(shí)施方式的構(gòu)成相同，所以省略說(shuō)明。在第三實(shí)施方式中，如上所述，從傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電 子蓄積部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)進(jìn)行電子 的傳送動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)向 傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作時(shí)， 將傳送柵電極7下以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位，被控制成 低于倍增柵電極8下、傳送柵電極9下以及傳送柵電極10下的傳送溝道3 的電位，并且將傳送柵電極7的傳送溝道3的電位控制成低于讀出柵電極 11下的傳送溝道3的電位，從而與電子倍增部3b相鄰位置的傳送柵電極 7下的傳送溝道3的電勢(shì)最高(電荷障壁最高)。由此，從傳送柵電極10 下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子 倍增部3b)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3(電子倍增部3b)向傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn) 行電子的傳送動(dòng)作時(shí)，抑制電子越過(guò)傳送柵電極7下的傳送溝道3中產(chǎn)生 的電荷障壁而泄漏到光電二極管部4中。另外，由于讀出柵電極ll下的 傳送溝道3的電位也低于倍增柵電極8下、傳送柵電極9下以及傳送柵電 極10下的傳送溝道3的電位，所以能抑制電子越過(guò)讀出柵電極11下的傳 送溝道3中產(chǎn)生的電荷障壁而泄漏到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5中。另外，第三實(shí)施方式的其他的效果與上述第一實(shí)施方式相同。(第四實(shí)施方式)在該第四實(shí)施方式中，對(duì)在上述的第二實(shí)施方式的構(gòu)成中還使傳送柵 電極7的柵極長(zhǎng)度大于其他柵電極的柵極長(zhǎng)度的例子進(jìn)行說(shuō)明。在第四實(shí)施方式中，如圖16所示，傳送柵電極7的柵極長(zhǎng)度(圖16 的Ll )被構(gòu)成為大于傳送柵電極7以外的柵電極的柵極長(zhǎng)度(圖16的L2)。 另外，在第四實(shí)施方式中，分別經(jīng)由布線(xiàn)層20以及24向傳送柵電極7以 及讀出柵電極11供給時(shí)鐘信號(hào)①1以及05的斷開(kāi)信號(hào)(低電平的信號(hào)) 時(shí)，向傳送柵電極7以及讀出柵電極11分別施加約一1.5V以及約一2V的 電壓。此時(shí)，傳送柵電極7下以及讀出柵電極11下的傳送溝道3成為被 調(diào)整為約0.5V電位的狀態(tài)。另外，第四實(shí)施方式的其他的構(gòu)成以及動(dòng)作 與第一實(shí)施方式的構(gòu)成以及動(dòng)作相同。在第四實(shí)施方式中，如上所述，通過(guò)將傳送柵電極7的柵極長(zhǎng)度(圖 16的Ll)構(gòu)成為大于傳送柵電極7以外的柵電極的柵極長(zhǎng)度(圖16的 L2),從而與傳送柵電極7的柵極長(zhǎng)度的大小成比例地，由傳送柵電極7 下的傳送溝道3的電勢(shì)產(chǎn)生的障壁(電荷障壁)的長(zhǎng)度(圖16的箭頭X 方向的長(zhǎng)度)也變大。由此，從傳送柵電極0下的傳送溝道3 (電子蓄積 部3a)向倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)進(jìn)行電子的傳送 動(dòng)作時(shí)，以及從倍增柵電極8下的傳送溝道3 (電子倍增部3b)向傳送柵 電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)進(jìn)行電子的傳送動(dòng)作時(shí)，與上 述的第二實(shí)施方式相比，能進(jìn)一步可靠地抑制電子越過(guò)傳送柵電極7下的 傳送溝道3中產(chǎn)生的障壁(電荷障壁)而泄漏到光電二極管部4。由此， 能抑制從電子蓄積部3a傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的電子的數(shù)量上產(chǎn)生離散 偏差。其結(jié)果，能正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。另外，第四實(shí)施方式的其他效果與上述第一實(shí)施方式相同。另外，本次公開(kāi)的實(shí)施方式在所有方面都只是例示，并不能認(rèn)為用來(lái)
限定本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍限定而并非由上 述的實(shí)施方式說(shuō)明限定，其還包括與權(quán)利要求的范圍意思相同以及范圍內(nèi) 的所有的變更。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示在各像素50中不放大電荷信號(hào)的無(wú)源(Passive)型的CMOS圖像傳感器來(lái)作為攝像裝置的一例， 但本發(fā)明并非限定于此，也可以應(yīng)用在各像素中放大電荷信號(hào)的有源 (Active)型的CMOS圖像傳感器。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，表示了按照各列的多個(gè)像素50 形成1個(gè)復(fù)位柵晶體管26的例子，本發(fā)明并不限定于此，也可以按每一 個(gè)像素形成1個(gè)復(fù)位柵晶體管。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示了在期間G中，在使傳送 柵電極9成為截止?fàn)顟B(tài)后，在期間B中使傳送柵電極9成為導(dǎo)通狀態(tài)，并 且使倍增柵電極8成為截止?fàn)顟B(tài)，從而將蓄積于電子倍增部3b中的電子 發(fā)送到傳送柵電極9下的傳送溝道3的例子，但本發(fā)明并非限定于此，也 可以是在使電子倍增后，使傳送柵電極9維持在導(dǎo)通狀態(tài)，并且使倍增柵 電極8維持在截止?fàn)顟B(tài)，由此將蓄積于電子倍增部3b中的電子發(fā)送到傳 送柵電極9下的傳送溝道3。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示了在傳送柵電極7、 9、 10 以及讀出柵電極ll處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，傳送柵電極7、 9、 IO以及讀出柵電 極11下的傳送溝道3成為被調(diào)整為約4V的電位的狀態(tài)的例子，但本發(fā)明 并非限定于此，也可以是當(dāng)傳送柵電極7、 9、 10以及讀出柵電極11處于 導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，傳送柵電極7、 9、 10以及讀出柵電極11下的傳送溝道3成 為被調(diào)整為分別不同的電位的狀態(tài)。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示了下述的例子通過(guò)使讀 出柵電極ll為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10成為截止?fàn)顟B(tài)，從而蓄積 于傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)中的電子經(jīng)由調(diào)整為 約4V的電位的讀出柵電極11下的傳送溝道3，被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5， 該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的電位被調(diào)整為比傳送柵電極10下的傳送溝道3的電 位(約IV)高的約5V的電位。但本發(fā)明并非限定于此，也可以是通過(guò) 使讀出柵電極ll為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使傳送柵電極10維持導(dǎo)通狀態(tài)，從而
蓄積于傳送柵電極10下的傳送溝道3 (電子蓄積部3a)中的電子被傳送 到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5，該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的電位被調(diào)整為比傳送柵電極10 以及讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位(約4V)高的約5V的電位。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示了在p型硅基板l的表面 形成傳送溝道3、光電二極管部4以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域5的例子，但本發(fā)明 并非限定于此，也可以是在n型硅基板的表面形成p型阱區(qū)域，并且在該 p型阱區(qū)域的表面形成傳送溝道、光電二極管部以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。另外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，例示了使用電子作為信號(hào)電荷 的例子，但本發(fā)明并非限定于此，也可以通過(guò)使基板雜質(zhì)的導(dǎo)電型以及施 加的電壓的極性完全相反，由此采用空穴作為信號(hào)電荷。另外，在上述第三實(shí)施方式中，例示了當(dāng)使傳送柵電極7以及讀出柵 電極11成為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，將傳送柵電極7下的傳送溝道3的電位控制成 低于讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位的例子，但本發(fā)明并非限定于 此，也可以將讀出柵電極11下的傳送溝道3的電位控制成低于傳送柵電 極7下的傳送溝道3的電位。另外，在上述第四實(shí)施方式中，例示了將傳送柵電極7的柵極長(zhǎng)度構(gòu) 成為大于傳送柵電極7以外的柵電極的柵極長(zhǎng)度的例子，但本發(fā)明并非限 定于此，也可以將讀出柵電極11的柵極長(zhǎng)度構(gòu)成為大于讀出柵電極11以 外的柵電極的柵極長(zhǎng)度。另外，也可以將傳送柵電極7以及讀出柵電極11 這兩者的柵極長(zhǎng)度構(gòu)成為大于傳送柵電極7和讀出柵電極11以外的柵電 極的柵極長(zhǎng)度。此時(shí)，通過(guò)使配置于傳送溝道3的電子倍增部3b附近的 傳送柵電極7的柵極長(zhǎng)度變長(zhǎng)，能更有效地抑制電子的泄漏。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，其包括蓄積部，其用于蓄積并傳送信號(hào)電荷；第一電極，其用于產(chǎn)生使所述蓄積部蓄積信號(hào)電荷的電場(chǎng)；電荷增加部，其用于通過(guò)碰撞電離來(lái)增加蓄積于所述蓄積部中的信號(hào)電荷；第二電極，其用于產(chǎn)生在所述電荷增加部使信號(hào)電荷碰撞電離的電場(chǎng)；電壓變換部，其用于將信號(hào)電荷變換為電壓；和第三電極，其設(shè)置于所述第一電極和所述電壓變換部之間，用于從所述蓄積部向所述電壓變換部傳送信號(hào)電荷，所述第二電極相對(duì)于所述第一電極而被設(shè)置于所述第三電極以及所述電壓變換部的相反側(cè)。
2. 如權(quán)利要求l所述的攝像裝置，其特征在于， 還包括第四電極，其設(shè)置于所述第二電極和所述第一電極之間，用于傳送信號(hào)電荷，在通過(guò)所述第二電極產(chǎn)生用于使信號(hào)電荷碰撞電離的電場(chǎng)的狀態(tài)下， 控制所述第一電極以及所述第四電極，以便將蓄積于所述蓄積部中的信號(hào) 電荷傳送到所述電荷增加部。
3. 如權(quán)利要求2所述的攝像裝置，其特征在于， 在將蓄積于所述蓄積部中的信號(hào)電荷傳送到所述電荷增加部時(shí)，控制所述第二電極，以便向所述第二電極持續(xù)供給使所述第二電極成為導(dǎo)通狀 態(tài)的規(guī)定信號(hào)，并且控制所述第一電極以及所述第四電極，以便在向所述 第四電極供給使所述第四電極成為導(dǎo)通狀態(tài)的規(guī)定信號(hào)之后向所述第一 電極供給使所述第一電極成為截止?fàn)顟B(tài)的規(guī)定信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求2所述的攝像裝置，其特征在于， 控制所述第二電極、所述第四電極以及所述第一電極，以便將通過(guò)所述電荷增加部增加了的信號(hào)電荷傳送到所述蓄積部。
5. 如權(quán)利要求4所述的攝像裝置，其特征在于， 在將通過(guò)所述電荷增加部增加了的信號(hào)電荷傳送到所述蓄積部時(shí)，控制所述第四電極以及所述第二電極，使得所述第四電極成為導(dǎo)通狀態(tài)后使 所述第二電極成為截止?fàn)顟B(tài)，之后控制所述第一電極以及所述第四電極， 使得所述第一電極成為導(dǎo)通狀態(tài)后使所述第四電極成為截止?fàn)顟B(tài)。
6. 如權(quán)利要求4所述的攝像裝置，其特征在于， 交替地反復(fù)進(jìn)行以下動(dòng)作從所述蓄積部向所述電荷增加部傳送信號(hào)電荷而使信號(hào)電荷增加；從所述電荷增加部向所述蓄積部傳送信號(hào)電荷。
7. 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，還包括光電變換部，其生成信號(hào)電荷；和第五電極，其設(shè)置于所述光電變換部和所述第二電極之間， 一個(gè)像素內(nèi)包括所述第五電極、所述第二電極、所述電荷增加部、所 述第一電極、所述蓄積部、所述第三電極以及所述電壓變換部。
8. 如權(quán)利要求l所述的攝像裝置，其特征在于， 所述攝像裝置是CMOS圖像傳感器。
9. 如權(quán)利要求7所述的攝像裝置，其特征在于， 所述蓄積部以及所述電荷增加部設(shè)置于信號(hào)電荷的傳送區(qū)域內(nèi)， 構(gòu)成為通過(guò)分別對(duì)所述第五電極、所述第二電極、所述第四電極、所述第一電極以及所述第三電極進(jìn)行導(dǎo)通截止控制，從而在所述信號(hào)電荷 的傳送區(qū)域內(nèi)傳送信號(hào)電荷。
10. 如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其特征在于， 在從所述光電變換部向所述信號(hào)電荷的傳送區(qū)域傳送由所述光電變換部生成的信號(hào)電荷時(shí)，所述第五電極被控制成導(dǎo)通狀態(tài)。
11. 如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其特征在于， 在從所述信號(hào)電荷的傳送區(qū)域向所述光電變換部傳送所述信號(hào)電荷的傳送區(qū)域內(nèi)的信號(hào)電荷時(shí)，所述第三電極被控制成導(dǎo)通狀態(tài)。
12. 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，還包括 光電變換部，其生成信號(hào)電荷；第四電極，其設(shè)置于所述第二電極和所述第一電極之間，用于傳送所 述信號(hào)電荷，和第五電極，其設(shè)置于所述光電變換部和所述第二電極之間， 分別在所述第五電極、所述第二電極、所述第四電極、所述第一電極以及所述第三電極的下方，設(shè)置傳送溝道，在從所述蓄積部向所述電荷增加部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)、以及從所述電荷增加部向所述蓄積部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)，與所述第五電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道以及與所述第三電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的至少一方的電位被控制成低于與所述第四電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位。
13. 如權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其特征在于， 在從所述蓄積部向所述電荷增加部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)、以及從所述電荷增加部向所述蓄積部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)，與所述第五電極 對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位以及與所述第三電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位都被 控制成低于與所述第四電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位。
14. 如權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其特征在于， 在從所述蓄積部向所述電荷增加部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)、以及從所述電荷增加部向所述蓄積部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)，與所述第五電極 對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位以及與所述第三電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位被控 制成為相同電位。
15. 如權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第五電極被配置成與所述第二電極相鄰，在從所述蓄積部向所述電荷增加部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)、以及從 所述電荷增加部向所述蓄積部進(jìn)行信號(hào)電荷傳送動(dòng)作時(shí)，與所述第五電極 對(duì)應(yīng)的傳送溝道的電位被控制成低于與所述第三電極對(duì)應(yīng)的傳送溝道的 電位。
16. 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，還包括 光電變換部，其生成信號(hào)電荷；和第五電極，其設(shè)置于所述光電變換部和所述第二電極之間， 沿著所述第五電極以及所述第三電極至少一方的電極的信號(hào)電荷傳送方向的長(zhǎng)度，比沿著所述第五電極以及所述第三電極至少一方的電極以外的任意一個(gè)電極的信號(hào)電荷傳送方向的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
17. 如權(quán)利要求16所述的攝像裝置，其特征在于，沿著所述第五電極的信號(hào)電荷的傳送方向的長(zhǎng)度比沿著所述第五電 極以外的任意一個(gè)電極的信號(hào)電荷傳送方向的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
18. —種攝像裝置，其包括蓄積機(jī)構(gòu)，其用于蓄積并傳送信號(hào)電荷；第一電極，其用于產(chǎn)生使所述蓄積機(jī)構(gòu)蓄積信號(hào)電荷的電場(chǎng)；電荷增加機(jī)構(gòu)，其用于通過(guò)碰撞電離來(lái)增加蓄積于所述蓄積機(jī)構(gòu)中的 信號(hào)電荷；第二電極，其用于產(chǎn)生由所述電荷增加機(jī)構(gòu)使信號(hào)電荷碰撞電離的電場(chǎng)；電壓變換機(jī)構(gòu)，其用于將信號(hào)電荷變換為電壓；和第三電極，其設(shè)置于所述第一電極和所述電壓變換機(jī)構(gòu)之間，用于從 所述蓄積機(jī)構(gòu)向所述電壓變換機(jī)構(gòu)傳送信號(hào)電荷，所述第二電極相對(duì)于所述第一電極而被設(shè)置于所述第三電極以及所 述電壓變換機(jī)構(gòu)的相反側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，其包括第一電極，其用于產(chǎn)生蓄積信號(hào)電荷的電場(chǎng)；電荷增加部，其用于增加蓄積的信號(hào)電荷；第二電極，其用于使電荷增加部產(chǎn)生電場(chǎng)；電壓變換部，其用于將信號(hào)電荷變換為電壓；和第三電極，其設(shè)置于第一電極和電壓變換部之間，用于向電壓變換部傳送信號(hào)電荷，第二電極相對(duì)于第一電極而被設(shè)置于第三電極以及電壓變換部的相反側(cè)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101118917SQ200710137140
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者中島勇人, 清水龍 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社