JP2928562B2

JP2928562B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2928562B2
Application number: JP1298764A
Authority: JP
Inventors: 英紀柴田; 郁子井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-18
Filing date: 1989-11-18
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH02224272A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、固体撮像装置に係わり、特にバイアス電荷
の注入手段を備えた固体撮像装置に関する。

（従来の技術）固体撮像素子チップ上に光導電膜を積層した２階立て
構造の固体撮像装置（積層型固体撮像装置は、感光部の
開口面積を広くすることができるため、高感度、且つ低
スミアという優れた特長を有する。このため、この固体
撮像装置は、各種監視用テレビジョンや高品位テレビジ
ョン等のカメラとして有望視されている。積層型固体撮
像装置用の光導電膜としては、現在のところ、アモルフ
ァス材料膜が用いられている。例えば、Se−As−Ts膜,Z
nSe−ZnCdTe,a−Si:H膜（水素化非晶質シリコン膜）等
である。これらの材料の中で特に、特性や加工性の良
さ、低温形成の可能性から、ａ−Si:H膜が本命になりつ
つある。

従来の固体撮像装置、例えばIEEE Transaction on el
ectron device,Vol.ED−32,No.8,August 1985に開示さ
れた固体撮像装置によると、透明電極から入射した光は
光導電膜で光電変換され、これにより電子−正孔対がで
きる。蓄積ダイオードに電気的に接続されている画素電
極の電位は透明電極よりも高くなっているため、電子は
画素電極に向かって、正孔は透明電極に向かって移動す
る。正孔は透明電極を介して外部回路に流出し、電子は
画素電極に接続されている蓄積ダイオードに蓄積され、
該ダイオードの電位を低下させる。一定期間蓄積された
信号電荷（電子）は、信号電荷読出しゲートに信号電荷
読出しパルスが印加されると、蓄積ダイオードから垂直
CCDチャネルに読出される。なお、垂直CCDチャネルに読
出され転送された電荷は水平CCDチャネルを介して出力
されることになる。

（発明が解決しようとする課題）上記の従来の固体撮像装置にあっては、次のような問
題があった。即ち、蓄積ダイオードと自由電子が充満し
ている画素電極配線とが電気的に接続されているため、
蓄積ダイオードは完全に空乏化せず、信号電荷の読出し
が不完全転送となり、これにより容量性残像が発生する
という問題があった。また、光導電膜内で光電変換され
た電荷は膜内に存在するトラップ準位に捕獲され、ある
時間をおいて放出されるため、固体撮像装置における残
像特性を悪くする問題があった。

上記の残像は、蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入
することにより低減することができ、例えば撮像管を用
いたテレビカメラでは光源を使って光によりバイアス電
荷を注入している。しかし、この方法ではチップ上に光
を均一に照射することが極めて難しく、確実に残像を低
減することはできない。また、新たに光源等が必要とな
り、固体撮像装置の構成が複雑化する。

このように、従来の積層型固体撮像装置においては、
蓄積ダイオードからの信号電荷の読出し動作が不完全転
送であり、容量性残像が発生するという問題があった。
また、従来の光源を用いたバイアス電荷の注入により残
像を低減する方法では、バイアス電荷を均一に注入する
ことはできず、さらに構成が複雑化する問題があった。

従って、本発明の目的は、光源等を設けることなく信
号電荷蓄積ダイオードに均一にバイアス電荷を注入する
ことができ、残像特性の向上をはかり得る固体撮像装置
を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、バイアス電荷の注入用のゲート及び
ダイオードを設けることにより、蓄積ダイオードへのバ
イアス電荷の注入を電気的に行うことにある。

本発明は、半導体基板上にマトリックス状に配列され
た複数の信号電荷蓄積ダイオード、複数の信号電荷読み
出し素子及び複数の信号電荷転送素子と、前記信号電荷
蓄積ダイオードに電気的に接続された画素電極が形成さ
れた最上部とを有する固体撮像素子チップと、このチッ
プ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成さ
れた透明電極とを備えた固体撮像装置において、前記信
号電荷蓄積ダイオードから信号電荷を読み出した後に開
かれるゲートおよび前記ゲートおよび前記信号電荷読み
出し素子を介して前記信号電荷蓄積ダイオードにバイア
ス電荷を注入するためのダイオードを前記信号電荷転送
素子に隣接して設けたことを特徴とする固体撮像装置を
提供する。

また、本発明は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオ
ード、信号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成さ
れ、且つ最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接
続された画素電極が形成された固体撮像素子チップと、
このチップ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上
に形成された透明電極とを備えた固体撮像装置におい
て、前記信号電荷蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入
するためのバイアス電荷注入用ゲート及びダイオードを
信号電荷蓄積ダイオードに隣接して設けると共に、前記
信号電荷蓄積ダイオードに注入れたバイアス電荷を前記
信号電荷読み出し部を介して排出するためのバイアス電
荷排出用ゲート及びダイオードを前記信号電荷転送部に
隣接して設けたことを特徴とする固体撮像装置を提供す
る。

（作用）本発明によれば、信号電荷蓄積ダイオードに対して電
気的にバイアス電荷を注入するためのゲート及びダイオ
ードが設けられることより、光源を用いることなく信号
電荷蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入することが可
能である。従って、容量性残像を十分低減するだけのバ
イアス電荷を均一に注入できる。また、一旦注入したバ
イアス電荷を信号電荷読出しゲートを介して排出するこ
とにより、暗時出力電流が一定量以上のバイアス電荷に
対して依存しなくなるので、バイアス電荷のばらつきを
無視することができる。

（実施例）第１図に示す積層型固体撮像装置によると、Si基板上
に信号電荷蓄積ダイオード10がマトリックス状に配列さ
れ、これらの蓄積ダイオード10に隣接して列方向に垂直
CCDの転送電極20が設けられている。これらの転送電極2
0には、それぞれ駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4が印加
され、垂直CCDは４相駆動となっている。駆動パルスφV
1,φV3が印加される電極20の一部は信号電荷読出しケー
ト30を兼ねている。

この固体記憶装置においては、電荷注入用のゲート40
及びダイオード50が設けられている。即ち、垂直CCDの
蓄積ダイオード10とは反対側にはバイアス電荷注入用ゲ
ート40及びバイアス電荷注入用ダイオード50が設けられ
ている。ゲート40には駆動パルスφB1,φB2が印加さ
れ、ダイオード50には駆動パルスφD1,φD2が印加され
る。これにより、ダイオード50からゲート40および読出
しゲート30を介して蓄積ダイオード10にバイアス電荷が
注入される。

第2A図に示す固体撮像装置の平面図によると、転送電
極20のうち駆動パルスφV1,φV3が印加される電極21,23
は第１層ポリSiであり、駆動パルスφV2,φV4が印加さ
れる電極22,24は第２層ポリSiである。また、バイアス
電荷注入用ゲート40は第３層ポリSiである。なお、垂直
CCDチャネル60が垂直に設けられる。電極51はバイアス
電荷注入用ダイオード50に接続される。また、蓄積ダイ
オード10は転送電極21に隣接するダイオード11、および
転送電極23に隣接するダイオード12を有する。同様に、
信号電荷読出しゲート30,バイアス電荷注入用ゲート40,
バイアス電荷注入用ダイオード50及び電極70は、蓄積ダ
イオード11に対応する信号電荷読み出しゲート31,バイ
アス電荷注入用ゲート41,バイアス電荷注入用ダイオー
ド51,電極71および、蓄積ダイオード12に対応する信号
電荷読み出しゲート32,バイアス電荷注入用ゲート42,バ
イアス電荷注入用ダイオード52,電極72をそれぞれ有す
る。

第2B図および第2C図に示すように、ｐ型基板81にｎ型
CCDチャネル領域60が形成される。チャネル領域60上に
は、この領域60に沿って転送電極21ないし24が順次形成
される。チャネル領域60に隣接してダイオード領域11が
形成され、このダイオード領域11に画素電極配線82が接
続される。このダイオード領域11とは反対側においてチ
ャネル領域60の側部にバイアス電荷注入用ダイオード領
域51が形成され、このダイオード領域51にはバイアス電
荷注入用電極71が接続される。ダイオード領域51とチャ
ネル領域60との間において基板81上に絶縁してバイアス
電荷注入用ゲート電極41、42が形成される。これらゲー
ト電極41、42は転送電極21、24間および22、23間上をそ
れぞれ延びている。バイアス電荷注入用電極71,72は絶
縁層を介して転送電極上を延びており、画素電極配線82
は画素電極83にそれぞれ接続される。

上記半導体構造の上部全面に光導電膜84が形成され、
この光導電膜84の上部全面には透明電極85が形成され
る。

次に、本装置の動作について説明する。

第３図に転送電極20への駆動パルスφV1〜φV4のタイ
ミングチャートが示され、第4A図〜第4E図に第２図のＢ
−Ｂ線に沿った固体撮像装置の概略断面と同装置におけ
るポテンシャル状態の変化が示されている。第３図に付
した番号１〜16は第4B図〜第4E図に付した番号１〜16に
それぞれ対応する。

第３図に示す如く時刻t0〜t1において、信号電荷読出
しゲート31の電圧φV1が読出し電圧ＶFSとなると、第4A
図なしい第4C図に示す如く転送電極21の下のチャネルに
蓄積ダイオード11より信号電荷が読出される。続いて、
時刻t1〜t4で各転送電極20の駆動パルスφV1〜φV4が第
３図に示す如く変化させると、第4C図ないし第4E図に示
す如く信号電荷が転送電極23の下のチャネルに転送され
る。時刻t4〜t5において、蓄積ダイオード11に本発明に
よるバイアス電荷が注入される。このバイアス電荷の注
入動作については後に説明する。

時刻t5〜t7の間に信号電荷読出しゲート32の電圧φV3
が読出し電圧ＶFSとなると、第4E図〜第4G図に示す如
く、蓄積ダイオード12より信号電荷が読出され、この信
号電荷は転送電極23の下のチャネルにおいて蓄積ダイオ
ード11の信号電荷に加算される。続いて、時刻t7〜t10
で各転送電極20の駆動パルスφV1〜φV4が第３図に示す
如く変化されると、第4G図〜第4J図に示す如く信号電荷
は次の転送電極21の下のチャネルに転送される。時刻t1
0〜t11において、蓄積ダイオード12にバイアス電荷が注
入される。なお、上に述べた信号電荷の転送は、従来の
インターレース方式（フイールド蓄積方式）と同様であ
る。

次に、バイアス電荷の注入方法について説明する。こ
こでは蓄積ダイオード11へのバイアス電荷の注入につい
て説明するが、蓄積ダイオード12へのバイアス電荷の注
入も同様にして行われる。

第５図に転送電極21,バイアス電荷注入用ゲート41及
びバイアス電荷注入用ダイオード51への駆動パルスφV
1,φB1,φD1を、第6A図〜第6E図に第２図のＢ−Ｂ線に
沿った固体撮像装置の概略断面と撮像装置のポテンシャ
ル状態の変化を示す。第５図に付した番号１〜６は第6B
図〜第6E図に付した番号１〜６にそれぞれ対応するタイ
ミングである。また、第５図のtaは第３図のt4に対応
し、teはt5に対応している。

第５図に示す如く、時刻ta〜tbで転送電極21に信号電
荷読出し時と同一の電圧ＶFSが印加されると、第6A図及
び第6B図に示す如く信号電荷読出しゲート31がON状態に
なる。時刻tb〜tcにおいて、バイアス電荷注入用ゲート
41にＶONが印加されると、第6C図に示す如く、このゲー
ト41が開く。続いて、時刻tc〜tdの間にバイアス電荷注
入用ダイオード51に印加される電圧がＶDR→ＶINJに変
わると、第6D図に示す如くバイアス電荷がバイアス電荷
注入用ゲート41及び信号電荷読出しゲート31を介して蓄
積ダイオード11に注入される。さらに、転送電極21に印
加される電圧がＶFS→0Vに変わると、信号電荷読出しゲ
ート31はOFF状態となり、蓄積ダイオード11に一定量の
バイアス電荷が残る。

また、時刻td〜teでバイアス電荷注入用ダイオード51
に印加される電圧がＶINJ→ＶDRに変わると、第6E図に
示す如く余分な電荷はバイアス電荷注入用ダイオード51
に排出され、最後にバイアス電荷注入用ゲート41の電圧
が0Vに変り、ゲート41が閉じて一連のバイアス電荷注入
動作が終了する。

第７図に蓄積容量6.5nF、信号電流300nAの場合のバイ
アス電荷と１フィールド目の残像値の関係を示す。この
図から判るように、電流換算で40nA程度のバイアス電荷
が蓄積ダイオードに注入されることにより、残像値は0.
1％以下の殆ど無視できる値となる。本実施例におい
て、40nAのバイアス電荷を蓄積ダイオードに注入するた
めには、バイアス電荷注入用ダイオードの注入時の電位
ＶINJを信号電荷読出し部のポテンシャルに対して0.1V
低くすれば、残像を十分に低減するだけのバイアス電荷
が蓄積ダイオードに注入できる。

上記した様に本実施例によれば、信号電荷蓄積ダイオ
ード10に電気的にバイアス電荷を注入するためのゲート
40及びダイオード50が設けられているので、光源を用い
ることなく蓄積ダイオード50にバイアス電荷を注入する
ことが可能である。従って、容量性残像を十分低減する
だけのバイアス電荷を蓄積ダイオード10に均一に注入す
ることができ、残像の低減に極めて有効である。また、
固体撮像装置は積層型であることから、バイアス電荷注
入用のゲート40及びダイオード50が設けられても、感光
部面積が減少する等の不都合はない。

次に、第１図に示す固体撮像装置の他の駆動方法につ
いて説明する。

第５図及び第６図を参照して説明したバイアス電荷の
注入動作以外の動作は前述の実施例と同様である。

第８図には、転送電極21,バイアス電荷注入用ゲート4
1及びバイアス電荷注入用ダイオード51へ供給される駆
動パルスφV1,φB1,φD1が示され、第9A図ないし第9E図
には、第２図のＢ−Ｂ線に沿った概略断面および固体撮
像装置のポテンシャル状態の変化が示される。第５図に
付した番号１〜６は第６図に付した番号１〜６にそれぞ
れ対応するタイミングである。第５図のtaは第３図のt4
に対応し、teはt5に対応している。

前述の駆動方法との違いは、一旦信号電荷蓄積ダイオ
ード11に注入されたバイアス電荷が信号電荷読出しゲー
ト31を介してバイアス電荷注入用ダイオード51に排出さ
れることである。時刻ta〜tcまで動作は先の実施例と同
様であり、時刻tc〜tdの間にバイアス電荷注入用ダイオ
ード51に印加される電圧がＶDR→ＶINJに変わると、第9
B図に示す如くバイアス電荷がバイアス電荷注入用ゲー
ト41及び信号電荷読出しゲート31を介して蓄積ダイオー
ド11に注目される。次いで、時刻td〜teにおいて、バイ
アス電荷注入用ダイオード51に印加される電圧がＶINJ
→ＶDRに変わると、第9C図に示す如く蓄積ダイオード11
に一旦蓄積されたバイアス電荷がバイアス電荷注入用ダ
イオード51に排出される。転送電極21に印加される電圧
がＶFS→0Vに変わると、第9D図に示す如く信号電荷読出
しゲート31はOFF状態となり、蓄積ダイオード11に一定
量のバイアス電荷が残る。最後にバイアス電荷注入用ゲ
ート41の電圧が0Vに変り、第9E図に示す如くゲート41が
閉じて一連のバイアス電荷注入動作が終了する。

上記実施例では、信号電荷読出しゲート31がOFF状態
になる前にバイアス電荷注入用ダイオード51の電圧がＶ
INJからＶDRに変化されることによりバイアス電荷が排
出されるが、一旦信号電荷読出しゲート31をOFF状態に
した後、再び信号電荷読出しゲート31をON状態にするこ
とにより、バイアス電荷が排出されるようにしてもよ
い。

第10図に本実施例によるバイアス電荷と１フィールド
目の残像値及び暗時出力電流との関係が示される。本実
施例によれば、バイアス電荷の注入が一定量以上になる
と、暗時出力電流が殆どバイアス電荷に依存しなくな
る。このため、蓄積ダイオードに注入するバイアス電荷
が各画素毎にばらついていても一定量以上であれば、そ
のばらつきは暗時出力電流のばらつきにはならず無視で
きる。従って実施例によれば、先の実施例と同様の効果
は勿論のこと、バイアス電荷のばらつきを無視できる利
点がある。

本発明は上述した各実施例に限定されるものではな
い。例えば、信号電荷注入用のゲート及びダイオードは
CCDチャネルの信号電荷蓄積ダイオードと反対側に限る
ものではなく、信号電荷読出しゲートを介してバイアス
電荷を蓄積ダイオードに注入できる構造であれば、信号
電荷注入用のゲート及びダイオードは信号電荷蓄積ダイ
オード側に設けられてもよい。また、実施例ではバイア
ス電荷注入用のゲート及びダイオードのみが設けられて
いるが、信号電荷蓄積ダイオードに隣接してバイアス電
荷注入用のゲート及びダイオードが設けられ、電荷転送
部に隣接してバイアス電荷排出用のゲート及びダイオー
ドが設けられてもよい。また、尚、排出用ダイオード及
びゲートはバイアス電荷を信号電荷読み出しゲートを介
して排出することが可能であれば、排出用ダイオード及
びゲートの位置は限定されない。この発明は積層型に限
らず一般にCCD撮像装置にも適用することが可能であ
る。

第11図に示す積層型固体撮像装置によると、Si基板上
に信号電荷蓄積ダイオード10がマトリックス状に配列さ
れ、これらの蓄積ダイオード10に隣接して列方向に垂直
CCDの転送電極20が設けられている。これらの転送電極2
0には、それぞれ駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4が印加
され、垂直CCDは４相駆動となっている。駆動パルスφV
1,φV3が印加される電極20の一部は信号電荷読出しゲー
ト30を兼ねている。

この固体記憶装置においては、電荷注入用のゲート40
及びダイオード50並びに排出用ゲート140及び排出用ダ
イオード50が設けられている。即ち、垂直CCDの蓄積ダ
イオード10とは反対側にはバイアス電荷排出用ゲート14
0及びダイオード50が設けられ、蓄積ダイオード10に隣
接してバイアス電荷注入用ゲート40及びバイアス電荷注
入用ダイオード50が設けられている。ゲート40には駆動
パルスφB1,φB2が印加され、ゲート140には駆動パルス
φC1及びφC2が印加され、更にダイオード50には駆動パ
ルスφD1,φD2が印加される。これにより、ダイオード5
0からゲート40を介してバイアス電荷が蓄積ダイオード
に注入され、蓄積ダイオード10の蓄積バイアス電荷は蓄
積ダイオード10から読み出しゲート30、垂直CCD及びゲ
ート140を介して排出用ダイオード50に排出される。

第12A図に示す固体撮像装置の平面図によると、転送
電極20のうち駆動パルスφV1,φV3が印加される電極21,
23は第１層ポリSiであり、駆動パルスφV2,φV4が印加
される電極22,24は第２層ポリSiである。また、バイア
ス電荷注入用ゲート40は第３層ポリSiである。なお、垂
直CCDチャネル60が垂直に設けられる。電極51はダイオ
ード50に接続される。また、蓄積ダイオード10は転送電
極21に隣接するダイオード11、および転送電極23に隣接
するダイオード12を有する。同様に、信号電荷読出しゲ
ート30,バイアス電荷注入用ゲート40,バイアス電荷排出
用ゲート140、ダイオード250及び電極70は、蓄積ダイオ
ード11に対応する信号電荷読み出しゲート31,バイアス
電荷注入用ゲート41,バイアス電荷排出用ゲート141、ダ
イオード51,電極71および、蓄積ダイオード12に対応す
る信号電荷読出しゲート32,バイアス電荷注入用ゲート4
2,バイアス電荷排出用ゲート142、ダイオード52,電極72
をそれぞれ有する。

第12B図および第12C図に示すように、ｐ型基板81にｎ
型CCDチャネル領域60が形成される。チャネル領域60上
には、この領域60に沿って転送電極21ないし24が順次形
成される。チャネル領域60に隣接してダイオード領域11
が形成され、このダイオード領域11に画素電極配線82が
接続される。このダイオード領域11とは反対側において
チャネル領域60の側部にダイオード領域51が形成され、
このダイオード領域51にはバイアス電荷注入用電極71が
接続される。ダイオード領域51とチャネル領域60との間
およびダイオード領域51と蓄積ダイオード11との間にお
いて基板81上に絶縁してバイアス電荷注入用ゲート電極
41、42並びにバイアス電荷排出用ゲート241、242が形成
される。これらゲート電極41、42、141、142は転送電極
21、24間および22、23間上をそれぞれ延びている。バイ
アス電荷注入用電極71、72は絶縁層を介して転送電極上
を延びており、画素電極配線82は画素電極83にそれぞれ
接続される。

第11図〜第12C図に示された固体撮像装置の動作は第
３図および第4A図〜第4L図に示されたタイミングチャー
トに従って行なわれる。即ち、第３図に示す如く時刻t0
〜t1において、信号電荷読出しゲート31の電圧φV1が読
出し電極ＶFSとなると、第4A図ないし第4C図に示す如く
転送電極21の下のチャネルに蓄積ダイオード11より信号
電荷が読出される。続いて、時刻t1〜t4で各転送電極20
の駆動パルスφV1〜φV4が第３図に示す如く変化させる
と、第4C図ないし第4E図に示す如く信号電荷が転送電極
23の下のチャネルに転送される。時刻t4〜t5において、
本発明によるバイアス電荷の注入及び排出が行なわれ
る。このバイアス電荷の注入・排出動作については後に
説明する。

時刻t5〜t7の間に信号電荷読出しゲート32の電圧φV3
が読出し電圧ＶFSとなると、第4E図〜第4G図に示す如
く、蓄積ダイオード12より信号電荷が読出され、この信
号電荷は転送電極23の下のチャネルにおいて蓄積ダイオ
ード11の信号電荷に加算される。続いて、時刻t7〜t10
で各転送電極20の駆動パルスφV1〜φV4が第３図に示す
如く変化されると、第4G図〜第4J図に示す如く信号電荷
は次の転送電極21の下のチャネルに転送される。時刻t1
0〜t11において、蓄積ダイオード12に対してのバイアス
電荷の注入及び排出が行なわれる。なお、上に述べた信
号電荷の転送は、従来のインタレース方式（フイールド
蓄積モード）と同様である。

次に、バイアス電荷の注入方法について説明する。こ
こでは蓄積ダイオード11へのバイアス電荷の注入につい
て説明するが、蓄積ダイオード12へのバイアス電荷の注
入も以下と同様にして行われる。

第５図に転送電極21,バイアス電荷注入用ゲート41及
びバイアス電荷排出用ゲート141、ダイオード51への駆
動パルスφV1,φB1,φC1、φD1を、第６図に第2A図のＢ
−Ｂ線に沿った固体撮像装置の概略断面と撮像装置のポ
テンシャル状態の変化を示す。第５図に付した番号１〜
６は第６図に付した番号１〜６にそれぞれ対応するタイ
ミングである。また、第５図のtaは第３図のt4に対応
し、tfはt5に対応している。

第13図に示すように時刻ta〜tbにおいてバイアス電荷
注入ゲート141にＶONが印加されると、第14A図に示され
るゲート141が開く、ここでダイオード51にはバイアス
電荷注入電圧ＶINJが印加され、このダイオードバイア
ス電荷注入用ダイオードとして動作し、蓄積ダイオード
にバイアス電荷注入ゲート141を介してダイオード51か
らバイアス電荷が注入される。続いて時刻tb〜tfcにお
いて、バイアス電荷注入ゲート141に印加される電圧が
ＶONからＶOFFに変わると、第14B図に示すようにゲート
は閉成し、バイアス電荷の注入が終了する。また、ダイ
オード51に印加される電圧がＶINJからＶDRに変化し、
ダイオード51がバイアス電荷排出ダイオードとして動作
する準備をする。続いて、時刻tc〜tdにおいて、転送電
極21に信号電荷読み出し時と同じ電圧ＶFSが印加される
と、第14C図に示すように信号電荷読み出しゲート31がO
N状態になり、バイアス電荷が蓄積ダイオードから垂直C
CDに排出される。更に、バイアス電荷ゲート41にＶONが
印加されると、第14D図に示すようにゲート41が閉成
し、バイアス電荷が垂直CCDからダイオード51に排出さ
れる。更に、時刻td〜teにおいて、転送電極21に印加さ
れる電圧がＶFSから0Vに変わると、第14D図に示すよう
に信号電荷読み出しゲート31がOFFとなる。最後に、時
刻te〜tfにおいて、バイアス電荷排出ゲート141に印加
される電圧がＶONから0Vに変化し、ダイオード51に印加
される電圧がＶRDからＶINJに変化して、第14E図に示す
ようにバイアス電荷排出ゲート141が閉成する。これに
より、ダイオード51がバイアス電荷注入ダイオードとし
て動作する準備をし、この実施例による一連のバイアス
電荷注入及び排出の動作が終了する。この実施例では、
ダイオード50が注入及び排出に共用されているが、注入
ダイオード及び排出ダイオードが独立して設けられた場
合には、注入ダイオードに電圧ＶINJが印加され、排出
ダイオードに電圧ＶDRが印加され、他の部分は上記実施
例と同様に動作させれば、一連のバイアス電荷注入及び
排出動作が行える。

（発明の効果）以上詳述したように本発明によれば、バイアス電荷の
注入，排出用のゲート及びダイオードを設けることによ
り、蓄積ダイオードへのバイアス電荷の注入，排出が電
気的に行うことができる。従って、光源等を設けること
なく信号電荷蓄積ダイオードに均一にバイアス電荷を注
入することができ、残像特性の向上をはかり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像装置の基本構成を平面的に示す模式
図、第2A図は第１図の固体撮像装置の具体化な平面図、
第2B図は第2A図のＢ−Ｂ線に沿った固体撮像装置の断面
図、第2C図は第2A図のＣ−Ｃ線に沿った固体撮像装置の
断面図、第３図は転送電極への駆動パルスを示す信号波
形図、第４図は第2A図のＢ−Ｂ断面の概略とそのポテン
シャル状態の変化を示す図、第５図は転送電極，バイア
ス電荷注入用ゲート及びダイオードへの駆動パルスを示
す信号波形図、第6A図〜第6E図は第2A図のＣ−Ｃに沿っ
た固体撮像装置の概略断面および固体撮像装置のポテン
シャル状態の変化を示す図、第７図はバイアス電荷と１
フィールド目の残像値の関係を示す特性図、第８図は転
送電極，バイアス電荷注入用ゲート及びダイオードへの
駆動パルスを示す信号波形図、第９図は第2A図のＣ−Ｃ
線に沿った固体撮像装置の概略断面および固体撮像装置
のポテンシャル状態の変化を示す図、第10図はバイアス
電荷と１フィールド目の残像値及び暗時出力電流との関
係を示す特性図、第11図は他の実施例に従った固体撮像
装置の概略平面図、第12A図は第11図の固体撮像装置の
具体的な平面図、第12B図は第12A図のＢ−Ｂ線に沿った
固体撮像装置の断面図、第12C図は第12A図のＣ−Ｃ線に
沿った固体撮像装置の断面図、第13図は第11図の固体撮
像装置の転送電極，バイアス電荷注入用ゲート及びダイ
オードへの駆動パルスを示す信号波形図、そして第14A
図〜第14E図は第12A図のＣ−Ｃに沿った固体撮像装置の
概略断面および固体撮像装置のポテンシャル状態の変化
を示す図である。 10（11,12）……信号電荷蓄積ダイオード、20（21,〜,2
4）……転送電極、30（31,32）……信号電荷読出しゲー
ト、40（41,42）……バイアス電荷注入用ゲート、50（5
1,52）……バイアス電荷注入用ダイオード、60……垂直
CCDチャネル、70（71,72）……電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にマトリックス状に配列され
た複数の信号電荷蓄積ダイオード、複数の信号電荷読み
出し素子及び複数の信号電荷転送素子と、前記信号電荷
蓄積ダイオードに電気的に接続された画素電極が形成さ
れた最上部とを有する固体撮像素子チップと、このチッ
プ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成さ
れた透明電極とを備えた固体撮像装置において、前記信号電荷蓄積ダイオードから信号電荷を読み出した
後に開かれるゲートおよび前記ゲートおよび前記信号電
荷読み出し素子を介して前記信号電荷蓄積ダイオードに
バイアス電荷を注入するためのダイオードを前記信号電
荷転送素子に隣接して設けたことを特徴とする固体撮像
装置。
【請求項２】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード、
信号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成され、且
つ最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続され
た画素電極が形成された固体撮像素子チップと、このチ
ップ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成
された透明電極とを備えた固体撮像装置において、前記信号電荷蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入する
ためのバイアス電荷注入用ゲート及びダイオードを信号
電荷蓄積ダイオードに隣接して設けると共に、前記信号
電荷蓄積ダイオードに注入されたバイアス電荷を前記信
号電荷読み出し部を介して排出するためのバイアス電荷
排出用ゲート及びダイオードを前記信号電荷転送部に隣
接して設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】前記画素電極及び信号電荷蓄積ダイオード
はマトリックス状に配列され、前記信号電荷転送部は前
記信号電荷蓄積ダイオードの配列に沿って列状に複数本
に配列され、前記バイアス電荷の注入のためのゲート及
びダイオードは前記信号電荷蓄積ダイオードに対応して
それぞれ設けられたものであり、前記バイアス電荷の注入を列状に配列された複数の前記
信号電荷蓄積ダイオードの１行おきに行われることを特
徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記信号電荷転送素子は前記信号電荷蓄積
ダイオードの配列に沿って列状に複数本に配列され、前
記バイアス電荷の注入のためのゲート及びダイオードは
前記信号電荷蓄積ダイオードに対応してそれぞれ設けら
れ、前記バイアス電荷の注入を列状に配列された複数の前記
信号電荷蓄積ダイオードの１行おきに行われることを特
徴とする請求項１記載の固体撮像装置。