JP3322078B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤイメージセンサ
などの固体撮像装置に関し、特に不揮発性メモリを内蔵
した固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
などの固体撮像装置に関し、特に不揮発性メモリを内蔵
した固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装
置においては、メモリ機能を持たないことから、ダイナ
ミック動作で画素（絵素）情報を順次読み出さないとそ
の情報が消えてしまう。そのため、従来は、ＣＣＤイメ
ージセンサから画素情報を一旦外部に読み出し、Ａ／Ｄ
変換器でディジタル画像情報に変換し、外部メモリに記
憶して保持せざるを得なかった。
置においては、メモリ機能を持たないことから、ダイナ
ミック動作で画素（絵素）情報を順次読み出さないとそ
の情報が消えてしまう。そのため、従来は、ＣＣＤイメ
ージセンサから画素情報を一旦外部に読み出し、Ａ／Ｄ
変換器でディジタル画像情報に変換し、外部メモリに記
憶して保持せざるを得なかった。
【０００３】これに対し、固体撮像装置の各画素ごとに
不揮発性メモリを内蔵した半導体画像記憶装置が、例え
ば特開昭６１−４８９７２号公報や特開平２−２６０７
６号公報などに開示されている。特開昭６１−４８９７
２号公報に開示の半導体画像記憶装置（以下、従来例１
と称する）は、Ｘ‐Ｙマトリクス型固体撮像装置の各画
素部に、酸化膜と電荷捕獲準位を有する窒化膜からなる
ゲート絶縁膜を用いたＭＮＯＳ(Metal Nitride Oxide S
emiconductor) 型不揮発性アナログメモリを設け、この
ＭＮＯＳ型不揮発性アナログメモリのソースを光電変換
素子を介して接地した構成となっている。
不揮発性メモリを内蔵した半導体画像記憶装置が、例え
ば特開昭６１−４８９７２号公報や特開平２−２６０７
６号公報などに開示されている。特開昭６１−４８９７
２号公報に開示の半導体画像記憶装置（以下、従来例１
と称する）は、Ｘ‐Ｙマトリクス型固体撮像装置の各画
素部に、酸化膜と電荷捕獲準位を有する窒化膜からなる
ゲート絶縁膜を用いたＭＮＯＳ(Metal Nitride Oxide S
emiconductor) 型不揮発性アナログメモリを設け、この
ＭＮＯＳ型不揮発性アナログメモリのソースを光電変換
素子を介して接地した構成となっている。
【０００４】一方、特開平２−２６０７６号公報に開示
の半導体装置（以下、従来例２と称する）は、揮発性半
導体記憶装置と不揮発性半導体記憶装置とフォトダイオ
ードとを組み合わせ、フォトダイオードに照射された光
信号を電気信号に変換するとともに、そのデータを不揮
発性半導体記憶装置に転送、記憶させる構成となってい
る。
の半導体装置（以下、従来例２と称する）は、揮発性半
導体記憶装置と不揮発性半導体記憶装置とフォトダイオ
ードとを組み合わせ、フォトダイオードに照射された光
信号を電気信号に変換するとともに、そのデータを不揮
発性半導体記憶装置に転送、記憶させる構成となってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来例１および従来例２では共に、各画素の情報を
破壊することなく読み出す非破壊読み出しとなってお
り、不揮発性アナログメモリ（不揮発性半導体記憶装
置）に電流を流してその記憶情報を読み出すことになる
ので、消費電力が大きく、特に従来例２の場合には定常
電流が流れるため消費電力が極めて大きいという問題が
あった。
成の従来例１および従来例２では共に、各画素の情報を
破壊することなく読み出す非破壊読み出しとなってお
り、不揮発性アナログメモリ（不揮発性半導体記憶装
置）に電流を流してその記憶情報を読み出すことになる
ので、消費電力が大きく、特に従来例２の場合には定常
電流が流れるため消費電力が極めて大きいという問題が
あった。
【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、各画素の情報の記憶
保持およびその読み出しを低消費電力にて実現可能な固
体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
であり、その目的とするところは、各画素の情報の記憶
保持およびその読み出しを低消費電力にて実現可能な固
体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
装置は、インターライン転送方式の固体撮像装置であっ
て、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ、各受光部の信号電荷をファウラー‐ノルド
ハイム（以下、Ｆ‐Ｎ(Fowler-Nordheim) と記す）トン
ネル電流としてフローティングゲートに吸い上げること
によって蓄積し、その信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動作に
よって垂直電荷転送部に読み出す不揮発性メモリを備え
た構成となっている。
装置は、インターライン転送方式の固体撮像装置であっ
て、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ、各受光部の信号電荷をファウラー‐ノルド
ハイム（以下、Ｆ‐Ｎ(Fowler-Nordheim) と記す）トン
ネル電流としてフローティングゲートに吸い上げること
によって蓄積し、その信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動作に
よって垂直電荷転送部に読み出す不揮発性メモリを備え
た構成となっている。
【０００８】請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法
は、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ不揮発性メモリを有するインターライン転送
方式の固体撮像装置において、各受光部で光電変換され
た信号電荷をＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティング
ゲートに吸い上げることによって蓄積し、このフローテ
ィングゲートに蓄積された信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動
作によって垂直電荷転送部に読み出すようにしている。
は、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々と垂直電荷転送部との間
に設けられ不揮発性メモリを有するインターライン転送
方式の固体撮像装置において、各受光部で光電変換され
た信号電荷をＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティング
ゲートに吸い上げることによって蓄積し、このフローテ
ィングゲートに蓄積された信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動
作によって垂直電荷転送部に読み出すようにしている。
【０００９】請求項３記載の固体撮像装置は、フレーム
転送方式の固体撮像装置であって、フローティングゲー
トを下層に持つ２層ゲート構造を有して複数個の受光部
の各々に対応して設けられ、各受光部の信号電荷をＦ‐
Ｎトンネル電流としてフローティングゲートに吸い上げ
ることによって蓄積し、その信号電荷をＦ‐Ｎトンネル
動作によって受光部に読み出す不揮発性メモリを備えた
構成となっている。
転送方式の固体撮像装置であって、フローティングゲー
トを下層に持つ２層ゲート構造を有して複数個の受光部
の各々に対応して設けられ、各受光部の信号電荷をＦ‐
Ｎトンネル電流としてフローティングゲートに吸い上げ
ることによって蓄積し、その信号電荷をＦ‐Ｎトンネル
動作によって受光部に読み出す不揮発性メモリを備えた
構成となっている。
【００１０】請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法
は、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々に対応して設けられた不
揮発性メモリを感光部に持つフレーム転送方式の固体撮
像装置において、各受光部で光電変換された信号電荷を
Ｆ‐Ｎトンネル電流としてフローティングゲートに吸い
上げることによって蓄積し、このフローティングゲート
に蓄積された信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動作で受光部に
読み出すようにしている。
は、フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造
を有して複数個の受光部の各々に対応して設けられた不
揮発性メモリを感光部に持つフレーム転送方式の固体撮
像装置において、各受光部で光電変換された信号電荷を
Ｆ‐Ｎトンネル電流としてフローティングゲートに吸い
上げることによって蓄積し、このフローティングゲート
に蓄積された信号電荷をＦ‐Ｎトンネル動作で受光部に
読み出すようにしている。
【００１１】
【作用】インターライン転送方式の固体撮像装置および
その駆動方法において、２層ゲート構造の上層ゲートに
相当するコントロールゲートにゲート電圧を印加するこ
とで、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜に
よる障壁エネルギーを電子がトンネル現象、即ちＦ‐Ｎ
トンネリングによって通り抜ける。これにより、受光部
からフローティングゲートに電子が注入される。その結
果、各受光部で光電変換された信号電荷に基づく画素情
報がフローティングゲートに書き込まれ、ここに記憶保
持される。一方、垂直電荷転送部の転送電極に読み出し
電圧を印加することで、フローティングゲートに記憶保
持された画素情報は、Ｆ‐Ｎトンネル動作にて垂直電荷
転送部に読み出される。すなわち、画素情報は、破壊読
み出しにて読み出される。
その駆動方法において、２層ゲート構造の上層ゲートに
相当するコントロールゲートにゲート電圧を印加するこ
とで、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜に
よる障壁エネルギーを電子がトンネル現象、即ちＦ‐Ｎ
トンネリングによって通り抜ける。これにより、受光部
からフローティングゲートに電子が注入される。その結
果、各受光部で光電変換された信号電荷に基づく画素情
報がフローティングゲートに書き込まれ、ここに記憶保
持される。一方、垂直電荷転送部の転送電極に読み出し
電圧を印加することで、フローティングゲートに記憶保
持された画素情報は、Ｆ‐Ｎトンネル動作にて垂直電荷
転送部に読み出される。すなわち、画素情報は、破壊読
み出しにて読み出される。
【００１２】フレーム転送方式の固体撮像装置およびそ
の駆動方法において、２層ゲート構造の上層ゲートに相
当するコントロールゲートにゲート電圧を印加すること
で、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜によ
る障壁エネルギーを電子がＦ‐Ｎトンネリングによって
通り抜ける。これにより、受光部からフローティングゲ
ートに電子が注入される。その結果、各受光部で光電変
換された信号電荷に基づく画素情報がフローティングゲ
ートに書き込まれ、ここに記憶保持される。一方、各受
光部の透明な転送電極に読み出し電圧を印加すること
で、フローティングゲートに記憶保持された画素情報
は、Ｆ‐Ｎトンネル動作にて再び受光部に読み出され
る。すなわち、画素情報は、破壊読み出しにて読み出さ
れる。
の駆動方法において、２層ゲート構造の上層ゲートに相
当するコントロールゲートにゲート電圧を印加すること
で、フローティングゲートの下面側のゲート絶縁膜によ
る障壁エネルギーを電子がＦ‐Ｎトンネリングによって
通り抜ける。これにより、受光部からフローティングゲ
ートに電子が注入される。その結果、各受光部で光電変
換された信号電荷に基づく画素情報がフローティングゲ
ートに書き込まれ、ここに記憶保持される。一方、各受
光部の透明な転送電極に読み出し電圧を印加すること
で、フローティングゲートに記憶保持された画素情報
は、Ｆ‐Ｎトンネル動作にて再び受光部に読み出され
る。すなわち、画素情報は、破壊読み出しにて読み出さ
れる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は、インターライン転送（Ｉ
Ｔ）方式の固体撮像装置に適用された本発明の一実施例
を示す構成図である。図１において、フォトダイオード
などからなる複数個の受光部１１は、水平および垂直方
向にて２次元配列され、画素単位で入射光をその光量に
応じた電荷量の信号電荷に変換する。これら受光部１１
の垂直列ごとに、電荷結合デバイス（ＣＣＤ；Charge C
oupled Device)からなり、信号電荷を垂直転送する複数
本の垂直電荷転送部１２が設けられている。これら垂直
電荷転送部１２は、例えば４相の転送クロックＶφ１〜
Ｖφ４によって転送駆動される。
つつ詳細に説明する。図１は、インターライン転送（Ｉ
Ｔ）方式の固体撮像装置に適用された本発明の一実施例
を示す構成図である。図１において、フォトダイオード
などからなる複数個の受光部１１は、水平および垂直方
向にて２次元配列され、画素単位で入射光をその光量に
応じた電荷量の信号電荷に変換する。これら受光部１１
の垂直列ごとに、電荷結合デバイス（ＣＣＤ；Charge C
oupled Device)からなり、信号電荷を垂直転送する複数
本の垂直電荷転送部１２が設けられている。これら垂直
電荷転送部１２は、例えば４相の転送クロックＶφ１〜
Ｖφ４によって転送駆動される。
【００１４】また、受光部１１の各々と垂直電荷転送部
１２の間には、下層にフローティングゲート１３を持
ち、上層にコントロールゲート１４を持つ２層ゲート構
造の不揮発性メモリ１５が設けられている。垂直電荷転
送部１２の図面上の下側には、垂直電荷転送部１２から
移送される信号電荷を水平転送する水平電荷転送部１６
が設けられている。この水平電荷転送部１６は、例えば
２相の転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって転送駆動さ
れる。水平電荷転送部１６の転送先の端部には、信号電
荷を検出して信号電圧に変換する例えばフローティング
・ディフュージョン（ＦＤ）構成の電荷検出部１７が設
けられている。
１２の間には、下層にフローティングゲート１３を持
ち、上層にコントロールゲート１４を持つ２層ゲート構
造の不揮発性メモリ１５が設けられている。垂直電荷転
送部１２の図面上の下側には、垂直電荷転送部１２から
移送される信号電荷を水平転送する水平電荷転送部１６
が設けられている。この水平電荷転送部１６は、例えば
２相の転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって転送駆動さ
れる。水平電荷転送部１６の転送先の端部には、信号電
荷を検出して信号電圧に変換する例えばフローティング
・ディフュージョン（ＦＤ）構成の電荷検出部１７が設
けられている。
【００１５】図２に、単位画素の受光部周辺の断面構造
を示す。図２において、ｎ型半導体基板２１の上層には
ｐウェル２２が形成されており、受光部１１はｐウェル
２２の表面側に形成されたｎ型拡散層２３からなるｎｐ
接合のフォトダイオード構成となっている。ｎ型拡散層
２３の垂直電荷転送部１２側を除く周囲には、チャネル
ストップ部となるｐ+ 型拡散層２４が形成されている。
一方、垂直電荷転送部１２は、ｐウェル２２の表面側に
形成されたｎ- 型拡散層２５と、その上方に絶縁膜２６
を介して転送方向（紙面に垂直な方向）に一定のピッチ
で配列された転送電極２７とによって構成されている。
を示す。図２において、ｎ型半導体基板２１の上層には
ｐウェル２２が形成されており、受光部１１はｐウェル
２２の表面側に形成されたｎ型拡散層２３からなるｎｐ
接合のフォトダイオード構成となっている。ｎ型拡散層
２３の垂直電荷転送部１２側を除く周囲には、チャネル
ストップ部となるｐ+ 型拡散層２４が形成されている。
一方、垂直電荷転送部１２は、ｐウェル２２の表面側に
形成されたｎ- 型拡散層２５と、その上方に絶縁膜２６
を介して転送方向（紙面に垂直な方向）に一定のピッチ
で配列された転送電極２７とによって構成されている。
【００１６】受光部１１と垂直電荷転送部１２との間の
基板表面上には、第１ゲート絶縁膜２８が形成され、さ
らにその上にはフローティングゲート電極１３が形成さ
れている。また、このフローティングゲート電極１３の
上には第２ゲート絶縁膜２９が形成され、さらにその上
にはコントロールゲート電極１４が形成されている。こ
のように、フローティングゲート電極１３を下層に、コ
ントロールゲート電極１４を上層にそれぞれ持つ２層ゲ
ート構造により、不揮発性メモリ１５が構成されてい
る。
基板表面上には、第１ゲート絶縁膜２８が形成され、さ
らにその上にはフローティングゲート電極１３が形成さ
れている。また、このフローティングゲート電極１３の
上には第２ゲート絶縁膜２９が形成され、さらにその上
にはコントロールゲート電極１４が形成されている。こ
のように、フローティングゲート電極１３を下層に、コ
ントロールゲート電極１４を上層にそれぞれ持つ２層ゲ
ート構造により、不揮発性メモリ１５が構成されてい
る。
【００１７】次に、上記構成のインターライン転送方式
のＣＣＤ固体撮像装置における撮像動作について説明す
る。先ず、ある露光期間で露光すると、各受光部１１で
は入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電
変換が行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモ
リ１５のコントロールゲート電極１４に正のゲート電圧
Ｖcgを印加すると、第１ゲート絶縁膜２８による障壁エ
ネルギーを電子ｅがトンネル現象、即ちＦ‐Ｎトンネリ
ングによって通り抜けることにより、受光部１１のｎ型
拡散層２３から不揮発性メモリ１５のフローティングゲ
ート電極１３に電子ｅが注入される。
のＣＣＤ固体撮像装置における撮像動作について説明す
る。先ず、ある露光期間で露光すると、各受光部１１で
は入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電
変換が行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモ
リ１５のコントロールゲート電極１４に正のゲート電圧
Ｖcgを印加すると、第１ゲート絶縁膜２８による障壁エ
ネルギーを電子ｅがトンネル現象、即ちＦ‐Ｎトンネリ
ングによって通り抜けることにより、受光部１１のｎ型
拡散層２３から不揮発性メモリ１５のフローティングゲ
ート電極１３に電子ｅが注入される。
【００１８】このとき、図３のポテンシャル図に示すよ
うに、受光部１１で光電変換された信号電荷の電荷量だ
けＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティングゲート電極
１３に吸い上げられる。これにより、各受光部１１で光
電変換された信号電荷に基づく画素情報は、不揮発性メ
モリ１５のフローティングゲート電極１３に書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
うに、受光部１１で光電変換された信号電荷の電荷量だ
けＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティングゲート電極
１３に吸い上げられる。これにより、各受光部１１で光
電変換された信号電荷に基づく画素情報は、不揮発性メ
モリ１５のフローティングゲート電極１３に書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
【００１９】一方、フローティングゲート電極１３に記
憶保持された情報は、垂直電荷転送部１２の転送電極１
２に正の読み出し電圧Ｖroを印加することにより、図４
のポテンシャル図に示すように、Ｆ‐Ｎトンネル動作に
よって垂直電荷転送部１２に読み出される。すなわち、
不揮発性メモリ１５の記憶情報は、破壊読み出しによっ
て垂直電荷転送部１２に読み出されることになる。垂直
電荷転送部１２に読み出された信号電荷は、垂直電荷転
送部１２によって垂直転送され、さらに水平電荷転送部
１６によって水平転送された後、電荷検出部１７で信号
電圧に変換されて出力される。
憶保持された情報は、垂直電荷転送部１２の転送電極１
２に正の読み出し電圧Ｖroを印加することにより、図４
のポテンシャル図に示すように、Ｆ‐Ｎトンネル動作に
よって垂直電荷転送部１２に読み出される。すなわち、
不揮発性メモリ１５の記憶情報は、破壊読み出しによっ
て垂直電荷転送部１２に読み出されることになる。垂直
電荷転送部１２に読み出された信号電荷は、垂直電荷転
送部１２によって垂直転送され、さらに水平電荷転送部
１６によって水平転送された後、電荷検出部１７で信号
電圧に変換されて出力される。
【００２０】上述したように、インターライン転送方式
のＣＣＤ固体撮像装置に対し、各受光部１１と垂直電荷
転送部１２との間に不揮発性メモリ１５を設け、メモリ
機能を持たせたことにより、各受光部１１の画素情報を
不揮発性メモリ１５に記憶保持できるため、その画像情
報を時間的に任意に取り出すことができる。このときの
画像情報は、１枚の写真に相当するものである。したが
って、このメモリ機能を持つＣＣＤ固体撮像装置は、ス
チール（静止画）カメラに用いて有用なものとなる。特
に、不揮発性メモリ１５の記憶情報を破壊読み出しによ
って電荷結合デバイスからなる垂直電荷転送部１２に読
み出すようにしたことにより、その読み出しの際に直流
電流が流れることはないため、低消費電力化が図れ、携
帯用製品に用いることで利便性の高いものとなる。
のＣＣＤ固体撮像装置に対し、各受光部１１と垂直電荷
転送部１２との間に不揮発性メモリ１５を設け、メモリ
機能を持たせたことにより、各受光部１１の画素情報を
不揮発性メモリ１５に記憶保持できるため、その画像情
報を時間的に任意に取り出すことができる。このときの
画像情報は、１枚の写真に相当するものである。したが
って、このメモリ機能を持つＣＣＤ固体撮像装置は、ス
チール（静止画）カメラに用いて有用なものとなる。特
に、不揮発性メモリ１５の記憶情報を破壊読み出しによ
って電荷結合デバイスからなる垂直電荷転送部１２に読
み出すようにしたことにより、その読み出しの際に直流
電流が流れることはないため、低消費電力化が図れ、携
帯用製品に用いることで利便性の高いものとなる。
【００２１】図５に、不揮発性メモリ１５の構造の変形
例を示す。この変形例では、図５に示すように、不揮発
性メモリ１５の第１ゲート絶縁膜２８を厚く形成し、そ
の上にフローティングゲート電極１３を形成し、さらに
第２ゲート絶縁膜２９を介してコントロールゲート電極
１４を形成した構造を採る。この構造によれば、平面視
での不揮発性メモリ１５の面積を図２の構造の場合のそ
れと同じと仮定した場合、フローティングゲート電極１
３およびコントロールゲート電極１４の中央部が盛り上
がっていることで、実質的な電極面積を大きくとること
ができ、それに伴って容量も大きくなる。換言すれば、
より少ない専有面積にて同じ容量の不揮発性メモリ１５
を形成できることになる。
例を示す。この変形例では、図５に示すように、不揮発
性メモリ１５の第１ゲート絶縁膜２８を厚く形成し、そ
の上にフローティングゲート電極１３を形成し、さらに
第２ゲート絶縁膜２９を介してコントロールゲート電極
１４を形成した構造を採る。この構造によれば、平面視
での不揮発性メモリ１５の面積を図２の構造の場合のそ
れと同じと仮定した場合、フローティングゲート電極１
３およびコントロールゲート電極１４の中央部が盛り上
がっていることで、実質的な電極面積を大きくとること
ができ、それに伴って容量も大きくなる。換言すれば、
より少ない専有面積にて同じ容量の不揮発性メモリ１５
を形成できることになる。
【００２２】図６は、フレーム転送（ＦＴ）方式のＣＣ
Ｄ固体撮像装置に適用された本発明の他の実施例を示す
構成図である。このフレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像
装置は、画素単位で光電変換を行う感光部６１と、この
感光部６１で光電変換された１フィールド分の信号電荷
を蓄積する蓄積部６２と、この蓄積部６２から１ライン
分ずつ移される信号電荷を転送するライン転送部６３
と、このライン転送部６３の転送先の端部に設けられて
信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部６４とを備え
た構成となっている。蓄積部６２は、外部光が混入しな
いように遮光された構造となっている。
Ｄ固体撮像装置に適用された本発明の他の実施例を示す
構成図である。このフレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像
装置は、画素単位で光電変換を行う感光部６１と、この
感光部６１で光電変換された１フィールド分の信号電荷
を蓄積する蓄積部６２と、この蓄積部６２から１ライン
分ずつ移される信号電荷を転送するライン転送部６３
と、このライン転送部６３の転送先の端部に設けられて
信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部６４とを備え
た構成となっている。蓄積部６２は、外部光が混入しな
いように遮光された構造となっている。
【００２３】感光部６１には、複数個の受光部６５が２
次元配列されて設けられている。そして、垂直列の各受
光部６５は互いに連続して設けられており、その上部に
透明な転送電極（図示せず）が配されることにより、各
受光部６５で光電変換した信号電荷を蓄積部６２へ転送
する転送部の機能をも有している。また、各受光部６５
の横には、下層にフローティングゲート６６を持ち、上
層にコントロールゲート６７を持つ２層ゲート構造の不
揮発性メモリ６８が設けられている。
次元配列されて設けられている。そして、垂直列の各受
光部６５は互いに連続して設けられており、その上部に
透明な転送電極（図示せず）が配されることにより、各
受光部６５で光電変換した信号電荷を蓄積部６２へ転送
する転送部の機能をも有している。また、各受光部６５
の横には、下層にフローティングゲート６６を持ち、上
層にコントロールゲート６７を持つ２層ゲート構造の不
揮発性メモリ６８が設けられている。
【００２４】次に、上記構成のフレーム転送方式のＣＣ
Ｄ固体撮像装置における撮像動作について説明する。先
ず、ある露光期間で露光すると、各受光部６５では入射
光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電変換が
行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモリ６８
のコントロールゲート６７に正のゲート電圧を印加する
と、先の実施例の場合と同じ動作原理により、各受光部
６５の信号電荷がＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティ
ングゲート６６に吸い上げられることによって書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
Ｄ固体撮像装置における撮像動作について説明する。先
ず、ある露光期間で露光すると、各受光部６５では入射
光をその光量に応じた電荷量の信号電荷への光電変換が
行われる。その露光期間の終了後、不揮発性メモリ６８
のコントロールゲート６７に正のゲート電圧を印加する
と、先の実施例の場合と同じ動作原理により、各受光部
６５の信号電荷がＦ‐Ｎトンネル電流としてフローティ
ングゲート６６に吸い上げられることによって書き込ま
れ、ここに記憶保持される。
【００２５】一方、フローティングゲート６６に記憶保
持された情報を読み出す際には、先ず、各受光部６５に
それまで蓄積されている信号電荷を蓄積部６２およびラ
イン転送部６３を介して掃き捨てる処理を行う。このよ
うにして、各受光部６５に不要な電荷が無い状態にした
後、各受光部６５の透明な転送電極（図示せず）に正の
読み出し電圧を印加することにより、フローティングゲ
ート６６に記憶保持されていた情報がＦ‐Ｎトンネル動
作によって各受光部６５に読み出される。そして、各受
光部６５に読み出された信号電荷は蓄積部６２に移さ
れ、さらにライン転送部６３を介して１ライン分ずつ転
送された後、電荷検出部６４で信号電圧に変換されて出
力される。
持された情報を読み出す際には、先ず、各受光部６５に
それまで蓄積されている信号電荷を蓄積部６２およびラ
イン転送部６３を介して掃き捨てる処理を行う。このよ
うにして、各受光部６５に不要な電荷が無い状態にした
後、各受光部６５の透明な転送電極（図示せず）に正の
読み出し電圧を印加することにより、フローティングゲ
ート６６に記憶保持されていた情報がＦ‐Ｎトンネル動
作によって各受光部６５に読み出される。そして、各受
光部６５に読み出された信号電荷は蓄積部６２に移さ
れ、さらにライン転送部６３を介して１ライン分ずつ転
送された後、電荷検出部６４で信号電圧に変換されて出
力される。
【００２６】なお、上記各実施例では、インターライン
転送方式のＣＣＤ固体撮像装置およびフレーム転送方式
のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明した
が、フレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣ
Ｄ固体撮像装置にも同様に適用することが可能である。
転送方式のＣＣＤ固体撮像装置およびフレーム転送方式
のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明した
が、フレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣ
Ｄ固体撮像装置にも同様に適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各受光部に対応して不揮発性メモリを設け、この不揮発
性メモリに各画素情報を記憶するとともに、その情報を
破壊読み出しにて読み出すようにしたことにより、その
読み出しの際に直流電流が流れることはないため、各画
素の情報の記憶保持およびその読み出しを低消費電力に
て実現できることになる。
各受光部に対応して不揮発性メモリを設け、この不揮発
性メモリに各画素情報を記憶するとともに、その情報を
破壊読み出しにて読み出すようにしたことにより、その
読み出しの際に直流電流が流れることはないため、各画
素の情報の記憶保持およびその読み出しを低消費電力に
て実現できることになる。
【図１】インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置
に適用された本発明の一実施例を示す構成図である。
に適用された本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】単位画素の受光部周辺の断面構造を示す断面図
である。
である。
【図３】Ｆ‐Ｎトンネリングによる書き込み時のポテン
シャル図である。
シャル図である。
【図４】Ｆ‐Ｎトンネリングによる読み出し時のポテン
シャル図である。
シャル図である。
【図５】不揮発性メモリの構造の変形例を示す断面図で
ある。
ある。
【図６】フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用
された本発明の一実施例を示す構成図である。
された本発明の一実施例を示す構成図である。
１１，６５ 受光部 １２ 垂直電荷転送部 １３，６６ フローティングゲート １４，６７ コントロールゲート １５，６８ 不揮発性メモリ ６１ 感光部 ６２ 蓄積部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/148 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792
Claims (4)
- 【請求項１】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する２次元配列された複数個の受光部と、前
記複数個の受光部の垂直列ごとに配された電荷結合デバ
イスからなる複数本の垂直電荷転送部とを有するインタ
ーライン転送方式の固体撮像装置であって、 フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々と前記垂直電荷転送部と
の間に設けられ、各受光部の信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、その信号電荷をフ
ァウラー‐ノルドハイムトンネル動作によって前記垂直
電荷転送部に読み出す不揮発性メモリを備えたことを特
徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する２次元配列された複数個の受光部と、前
記複数個の受光部の垂直列ごとに配された電荷結合デバ
イスからなる複数本の垂直電荷転送部と、フローティン
グゲートを下層に持つ２層ゲート構造を有して前記複数
個の受光部の各々と前記垂直電荷転送部との間に設けら
れ不揮発性メモリとを有するインターライン転送方式の
固体撮像装置において、 前記受光部で光電変換された信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、 前記フローティングゲートに蓄積された信号電荷をファ
ウラー‐ノルドハイムトンネル動作で前記垂直電荷転送
部に読み出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方
法。 - 【請求項３】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する２次元配列された複数個の受光部からな
る感光部と、前記感光部で光電変換された信号電荷を一
時的に蓄積する蓄積部とを有するフレーム転送方式の固
体撮像装置であって、 フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々に対応して設けられ、各
受光部の信号電荷をファウラー‐ノルドハイムトンネル
電流として前記フローティングゲートに吸い上げること
によって蓄積し、その信号電荷をファウラー‐ノルドハ
イムトンネル動作によって前記受光部に読み出す不揮発
性メモリを備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に変換する２次元配列された複数個の受光部および
フローティングゲートを下層に持つ２層ゲート構造を有
して前記複数個の受光部の各々に対応して設けられた不
揮発性メモリからなる感光部と、前記感光部で光電変換
された信号電荷を一時的に蓄積する蓄積部とを有するフ
レーム転送方式の固体撮像装置において、 前記受光部で光電変換された信号電荷をファウラー‐ノ
ルドハイムトンネル電流として前記フローティングゲー
トに吸い上げることによって蓄積し、 前記フローティングゲートに蓄積された信号電荷をファ
ウラー‐ノルドハイムトンネル動作で前記受光部に読み
出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14598295A JP3322078B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14598295A JP3322078B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08340100A JPH08340100A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3322078B2 true JP3322078B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=15397460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14598295A Expired - Fee Related JP3322078B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3322078B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001085660A (ja) | 1999-09-10 | 2001-03-30 | Toshiba Corp | 固体撮像装置及びその制御方法 |
| JP4183464B2 (ja) | 2002-09-20 | 2008-11-19 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置とその駆動方法 |
| US8049293B2 (en) | 2005-03-07 | 2011-11-01 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device, electronic apparatus using such solid-state image pickup device and method of manufacturing solid-state image pickup device |
| TW201101476A (en) | 2005-06-02 | 2011-01-01 | Sony Corp | Semiconductor image sensor module and method of manufacturing the same |
| CN111029357B (zh) * | 2019-12-24 | 2020-08-25 | 湖北三维半导体集成制造创新中心有限责任公司 | 半导体结构及其制备方法 |
-
1995
- 1995-06-13 JP JP14598295A patent/JP3322078B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08340100A (ja) | 1996-12-24 |
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