JP3522340B2

JP3522340B2 - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP3522340B2
Application number: JP15088294A
Authority: JP
Inventors: 智広石川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JPH0818868A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固体撮像素子及びその
駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０は従来の固体撮像素子の構造を模
式的に示す平面図である。また、図２１及び図２２は、
それぞれ図１９のＡＡ線及びＢＢ線における断面構造を
模式的に示す断面図である。

【０００３】光検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃがＹ方向
に配列されて設けられている。光検出器１９ｂは、絶縁
膜１５ａ，１５ｂによって、それぞれ光検出器１９ａ，
１９ｃと絶縁されている。

【０００４】これらの光検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ
に対してＸ方向に隣接して、電荷転送部３９がＹ方向に
延びて敷設されている。電荷転送部３９は例えばＣＣＤ
から構成されている。光検出器１９ｂと電荷転送部３９
とは伝達部２ｂによって接続されている。同様にして光
検出器１９ｃと電荷転送部３９とは伝達部２ｃによって
接続されている。勿論、図示されないが、光検出器１９
ａと電荷転送部３９とは他の伝達部で接続されている。

【０００５】光検出器１９ｂは半導体基板８において形
成されており、伝達部２ｂは半導体基板８のうち表面に
露呈している部分２１ｂと、これと絶縁して設けられた
トランスファーゲート２２ｂとから構成されている。伝
達部２ｃも同様にして半導体基板８の部分２１ｃと、ト
ランスファーゲート２２ｃとから構成されている。

【０００６】図２０が繁雑になるのを避けるため一部省
略して描いているが、トランスファーゲート２２ｂは電
荷伝達制御ライン５ｂに接続されている。電荷伝達制御
ライン５ｂはＸ方向に延びて敷設されている。電荷伝達
制御ライン５ｃも同様にして設けられ、トランスファー
ゲート２２ｃと接続されている。

【０００７】電荷転送部３９は電荷転送ゲート３１ｂ，
３１ｃを備えており、これらはそれぞれトランスファー
ゲート２２ｂ，２２ｃを含んでいる。電荷転送ゲート３
１ｂ，３１ｃは重なっている領域があるが、互いに絶縁
されている。

【０００８】この様な構造はＸ方向、Ｙ方向のいずれに
も周期的に配列されている。即ち構成単位Ｕで示される
構造がＸ方向、Ｙ方向のいずれにも周期的に配列されて
いる。構成単位ＵのＸ方向の長さＵ_x及びＹ方向の長さ
Ｕ_yは、それぞれ図２１及び図２２に示されている。

【０００９】光検出器１９ｂを例に採って、図２０乃至
図２２において示された固体撮像素子の動作を説明す
る。光検出器１９ｂはこれに照射された光を受光する事
によって信号電荷を発生する。つまり光を電荷に変換す
る機能を果たす。かかる機能は、半導体基板８と、半導
体基板８の導電型とは反対の導電型を有する半導体層と
のＰＮ接合によってや、ショットキーダイオードを用い
て光検出器を構成することによって実現できる。

【００１０】この信号電荷は、光検出器１９ｂに隣接し
て設けられた半導体層１３ｂに与えられる。そして伝達
部２ｂを介して電荷が電荷転送部３９に与えられる。伝
達部２ｂにおける電荷の伝達はトランスファーゲート２
２ｂの電位によって制御される。

【００１１】図２３はトランスファーゲート２２ｂに与
えられる電位φ_TGの変化を示すタイミングチャートであ
る。電位φ_TGは周期的にパルス状に活性化し、その１周
期は１フレームと呼ばれる。ここでは半導体基板８がｎ
型の場合を想定しており、電位φ_TGがグランド電位ＧＮ
Ｄから電位Ｖ_TGに上昇することによって半導体基板８の
部分２１ｂの表面近傍にチャネルができる。

【００１２】図２４及び図２５は、伝達部２ｂを介して
光検出器１９ｂから電荷転送部３９に電荷が伝達される
様子を示すポテンシャル図である。いずれも横軸には光
検出器１９ｂ、伝達部２ｂ、電荷転送部３９の位置を採
り、縦軸にはポテンシャルの深さを採っている。但し簡
単のため、半導体層１３ｂに関しては省略している。ポ
テンシャルの深さが下になるほど、電位は高いことを示
している。図２４は電位φ_TGが活性化していない場合
を、図２５は活性化している場合を、それぞれ示してい
る。

【００１３】図２５に示されるように、伝達部２ｂにお
けるポテンシャルが深い（電位φ_ＴＧが電位Ｖ_ＴＧにあ
る場合）と、光検出器１９ｂの電位レベルは伝達部のポ
テンシャルＬ₁と同じレベルとなる。従って、図２４に
示されるように、電位φ_TGがグランド電位ＧＮＤにある
光検出器１９ｂはフローティング状態となり、その電位
レベルはポテンシャルＬ₁に固定され、伝達部２ｂの電
位がＶ_TGからＧＮＤの間にある部分で信号電荷が蓄積さ
れる。

【００１４】換言すれば、電位φ_TGが電位Ｖ_TGにある場
合の伝達部２ｂにおけるポテンシャルの深さＬが、光検
出器１９ｂのリセットレベルとなる。そして電位φ_TGが
グランド電位ＧＮＤに低下して伝達部２ｂにおけるポテ
ンシャルの深さが減少すると、光検出部１９ｂにおいて
電荷が蓄積されて行く。この蓄積は１フレームの間に行
われ、その後電位φ_TGが電位Ｖ_TGに上昇すると、光検出
部１９ｂに蓄積されていた全ての電荷Ｑ_19b1が電荷転送
部３９に伝達される。ここで電荷転送部３９が転送でき
る信号電荷の電荷量は、電荷転送部３９の蓄積容量によ
って決まる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一方、固体撮像素子の
感度を向上させるには、光検出器１９ａ，１９ｂ，１９
ｃの面積を増大させ、素子全体の面積に対する光検出器
が占める面積（画素エリア）の比である開口率を向上す
ることが効果的である。しかし画素エリアを拡大すると
電荷転送部３９の占める面積が削減され、転送可能な電
荷量が減少する。

【００１６】特に赤外線に感度を持つ固体撮像素子で
は、信号電荷の大部分はバックグラウンドとなる背景信
号が殆どであり、各光検出器間の信号差は僅かである。
従って、発生する信号電荷を増大させるべく単純に開口
率を向上させても、読み出し可能な電荷量が却って減少
し、高感度化が阻まれるという問題点があった。かかる
問題点は、光検出器及び電荷転送部を同一基板上に形成
するモノリシック型固体撮像素子において特に顕著であ
る。

【００１７】また、信号電荷の内、外部に読み出すこと
ができるものの最大値は電荷転送部３９に蓄積できる電
荷量によって制限される。これを増大させるためには電
荷転送ゲート３１ｂの電位を高くする必要がある。トラ
ンスファーゲート２２ｂは電荷転送ゲート３１ｂと接続
されているので、電荷転送部３９が信号電荷を転送して
いる間に光検出器１９ｂから電荷転送部３９に電荷が移
らないようにするためには、伝達部２ｂにおけるチャネ
ル形成のしきい値を高く設定する必要がある。

【００１８】この場合しきい値が高いために、伝達部２
ｂにおけるチャネルポテンシャルは浅くなる。このため
に光検出器１９ｂのリセットレベルは高くなり、光検出
器１９ｂにおいて蓄積できる電荷量が減少してしまう。

【００１９】つまり従来の技術において、電荷転送部３
９において転送可能な電荷量を増大させることは、却っ
て光検出器１９ｂにおいて蓄積できる電荷量を減少さ
せ、却って読み出し可能な電荷量を減少させてしまうと
いう問題点があった。

【００２０】一方、ＨｇＣｄＴｅ等を用いたハイブリッ
ド型赤外線固体撮像素子では背景信号を排出することに
より、転送すべき電荷の低減が図られている。ハイブリ
ッド型赤外線固体撮像素子では光検出器と電荷転送部と
は別々に構成される。

【００２１】ハイブリッド型固体撮像素子では光検出部
から電荷転送部に信号電荷を読み出す前に、スキミング
動作と呼ばれる操作で背景信号が排出される。しかしこ
のスキミング動作をモノリシック型固体撮像素子に適用
しようとすると、新たに排出用のゲートとドレインを、
光検出部及び電荷転送部と同一基板上に付加する必要が
ある。かかる排出用のゲートとドレインを光検出部が配
列される平面上に設けると、画素エリアは小さくなる。
これは結局のところ感度の低下を招来してしまうことと
なる。

【００２２】この発明は上記の問題点を解消するために
なされたもので、排出用のゲート及びドレインのための
領域を、光検出部が配列される平面上には特に設けるこ
となく信号電荷の一部を排出し、開口率を向上させて、
固体撮像素子の感度を向上させる技術を提供することを
目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項１
にかかるものは、（ａ）第１の方向及び前記第１の方向
とは垂直な第２の方向について２次元的な配列がなさ
れ、それぞれが受光した光を信号電荷に変換する、複数
の光検出部と、（ｂ）前記光検出部の第１方向に隣接し
て前記第２方向に延びて敷設され、前記信号電荷の第１
の部分を前記光検出部から転送する少なくとも一つの電
荷転送手段と、（ｃ）前記光検出部に対応して前記光検
出部の前記第２の方向に隣接して設けられ、前記信号電
荷の第２の部分を前記光検出部から排出する電荷排出素
子とを備える固体撮像素子である。そして前記電荷排出
素子は（ｃ−１）前記信号電荷の前記第２の部分を排出
するチャネルを発生させるＭＩＳ構造を有し、前記チャ
ネルは前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれにも
垂直な第３の方向に発生する。

【００２４】この発明のうち請求項２にかかるものは、
請求項１記載の固体撮像素子であって、前記電荷排出素
子の各々は（ｃ−２）対応する前記光検出部に電気的に
接続された第１の半導体領域と、（ｃ−３）前記チャネ
ルを介して前記第１の半導体領域と電気的に接続される
第２半導体領域とを有する。

【００２５】この発明のうち請求項３にかかるものは、
請求項１記載の固体撮像素子であって、前記光検出部、
前記電荷転送手段及び前記電荷排出素子は同一の半導体
基板上に形成される。そして前記光検出部は前記半導体
基板とＰＮ接合を形成する第１の半導体領域を有し、前
記電荷排出素子の各々は（ｃ−２）前記チャネルを介し
て前記第１の半導体領域と電気的に接続される第２半導
体領域を更に有する。

【００２６】この発明のうち請求項４にかかるものは、
請求項２記載の固体撮像素子であって、前記電荷排出素
子は、対応する前記光検出部と、当該光検出部に隣接す
る前記光検出部との間に設けられる。

【００２７】この発明のうち請求項５にかかるものは、
請求項２記載の固体撮像素子であって、前記第２半導体
領域は前記電荷排出素子の何れにおいても共有される。

【００２８】この発明のうち請求項６にかかるものは、
請求項２記載の固体撮像素子であって、前記第２半導体
領域は、前記チャネルを介して電気的に接続される前記
第１の半導体領域と第３の方向において対向する領域に
選択的に形成される。

【００２９】この発明のうち請求項７にかかるものは、
（ａ）第１の方向及び前記第１の方向とは垂直な第２の
方向について２次元的な配列がなされ、それぞれが受光
した光を信号電荷に変換する、複数の光検出部と、
（ｂ）前記信号電荷の第１の部分を前記光検出部から転
送する少なくとも一つの電荷転送手段と、（ｃ）前記光
検出部に対応して設けられ、前記信号電荷の第２の部分
を前記光検出部から排出する電荷排出素子とを備える固
体撮像素子である。そして前記電荷排出素子は（ｃ−
１）前記信号電荷の前記第２の部分を排出するチャネル
を発生させるＭＩＳ構造を有し、前記チャネルは前記第
１の方向及び前記第２の方向のいずれにも垂直な第３の
方向に発生する。前記電荷排出素子の各々は（ｃ−２）
対応する前記光検出部に電気的に接続された第１の半導
体領域と、（ｃ−３）前記チャネルを介して前記第１の
半導体領域と電気的に接続される第２半導体領域とを有
する。前記電荷排出素子は、対応する前記光検出部と、
当該光検出部に隣接する前記光検出部との間に設けられ
る。そして前記電荷排出素子の各々は（ｃ−４）前記チ
ャネルに隣接する絶縁壁と、（ｃ−５）前記絶縁壁を介
して前記チャネルの発生／消滅を制御するゲートとを更
に有する。そして前記ゲートは前記第２半導体領域と電
気的に接続される。

【００３０】この発明のうち請求項８にかかるものは、
請求項７記載の固体撮像素子であって、前記第２半導体
領域は前記電荷排出素子の何れにおいても共有される。

【００３１】この発明のうち請求項９にかかるものは、
請求項７記載の固体撮像素子であって、前記第２半導体
領域は前記チャネルを介して電気的に接続される前記第
１の半導体領域と第３の方向において対向する領域に選
択的に形成される。

【００３２】この発明のうち請求項１０にかかるもの
は、請求項９記載の固体撮像素子であって、前記電荷排
出素子の各々は（ｃ−６）対応する前記光検出部と共に
前記電荷排出素子自身を挟む前記光検出部に電気的に接
続され、前記チャネルを介して前記第１の半導体領域と
電気的に接続される第３の半導体領域を更に有する。

【００３３】この発明のうち請求項１１にかかるもの
は、請求項９記載の固体撮像素子であって、前記電荷転
送手段は前記第２の方向に配列された前記光検出部毎に
対応して設けられ、（ｄ）前記第２の方向に走査しつ
つ、前記第１の方向毎に一斉に前記信号電荷の前記第１
部分を前記電荷転送手段へ伝達する電荷伝達制御回路
と、（ｅ）前記電荷転送手段において電荷を前記第１の
方向へ順次転送するタイミングを制御する電荷転送制御
手段と、（ｆ）前記第２の方向に走査しつつ、前記信号
電荷の前記第１部分が前記電荷転送手段へ伝達される時
刻よりも所定時間だけ前にパルス的に前記チャネルを発
生させる電荷排出制御回路と、（ｇ）前記電荷転送手段
の全てに接続され、前記信号電荷の前記第１部分を前記
第１の方向毎に出力する出力部とを更に備える。

【００３４】この発明のうち請求項１２にかかるもの
は、請求項６記載の固体撮像素子であって、前記電荷排
出素子の各々は（ｃ−６）対応する前記光検出部と共に
前記電荷排出素子自身を挟む前記光検出部に電気的に接
続され、前記チャネルを介して前記第１の半導体領域と
電気的に接続される第３の半導体領域を更に有する。

【００３５】

【００３６】

【作用】この発明のうち請求項１にかかる固体撮像素子
においては、光検出部で得られる信号電荷のうち、第２
の部分を電荷排出素子によって排出し、第１の部分のみ
を電荷転送手段に与える。通常、光検出部で得られる信
号電荷の殆どは背景信号に対応するので、第２の部分を
排出することにより、電荷転送部に与えられる背景信号
は低減される。電荷排出素子において発生するチャネル
は第３の方向に形成されるので、信号電荷の第２の部分
は第３の方向に排出される。

【００３７】この発明のうち請求項２にかかる固体撮像
素子においては、第１の半導体領域、第２の半導体領域
が縦型ＭＩＳトランジスタを構成し、これらの間にチャ
ネルが形成される。

【００３８】この発明のうち請求項３にかかる固体撮像
素子においては、第１の半導体領域が光検出部の構成要
素となる。

【００３９】この発明のうち請求項４にかかる固体撮像
素子においては、隣接する光検出部の間においてチャネ
ルが第３の方向に設けられる。

【００４０】この発明のうち請求項５にかかる固体撮像
素子においては、いずれの光検出器から得られた信号電
荷に対しても、その第２の部分が第２の半導体領域へ排
出される。

【００４１】この発明のうち請求項６にかかる固体撮像
素子においては、第２の半導体領域が、第３の方向に平
行な２つの方向から光検出器へ向かう光の入射を妨げな
い。

【００４２】この発明のうち請求項７にかかる固体撮像
素子においては、第２半導体領域に与えられる電位によ
ってゲートに与えられる電位が制御される。

【００４３】この発明のうち請求項８にかかる固体撮像
素子においては、いずれの光検出器から得られた信号電
荷に対しても、その第２の部分が第２の半導体領域へ排
出される。

【００４４】この発明のうち請求項９にかかる固体撮像
素子においては、第２の半導体領域が、第３の方向に平
行な２つの方向から光検出器へ向かう光の入射を妨げな
い。

【００４５】この発明のうち請求項１０及び請求項１２
にかかる固体撮像素子においては、第３半導体層は第１
半導体層と同様に機能するので、チャネル幅が実効的に
増大する。

【００４６】この発明のうち請求項１１にかかる固体撮
像素子においては、第１の方向に配列された光検出器に
おいて、所定期間において受光された光に対応する信号
電荷が転送される。

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【実施例】

Ａ．固体撮像素子の構造についての実施例：（ａ−１）第１実施例：図１はこの発明の第１実施例に
かかる固体撮像素子の構造を模式的に示す平面図であ
る。図２及び図３はそれぞれ図１のＣＣ線及びＤＤ線に
おける断面構造を模式的に示す断面図である。図１乃至
図３は、従来の固体撮像素子の構造を示す図２０乃至図
２２にそれぞれ対応している。

【００５０】固体撮像素子は、例えばｐ型の半導体基板
８においてモノリシックに形成されている。そして半導
体基板８には、導電型の異なる、例えばｎ型の半導体層
７ａが埋め込まれて形成されている。

【００５１】光検出器１ａ，１ｂ，１ｃは従来の技術に
おける光検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃと同様にＹ方向
に配列される。また、電荷転送部３は光検出器１ａ，１
ｂ，１ｃに対してＸ方向に隣接して、電荷転送部３９と
同様にＹ方向に延びて敷設されている。この様な構造は
従来の場合と同様、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれにも周期的
に配列されている。即ち構成単位Ｗで示される構造がＸ
方向、Ｙ方向のいずれにも周期的に配列されている。

【００５２】ただし、電荷転送部３のＸ方向の寸法は、
電荷転送部３９のそれよりも細い。そのため電荷転送部
３がその上部に備える電荷転送ゲート３０ｂ，３０ｃの
幅も、電荷転送部３９が備える電荷転送ゲート３１ｂ，
３１ｃの幅よりも細い。

【００５３】一方、光検出器１ａ，１ｂ，１ｃのＸ方向
の寸法は、光検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれより
も広い。このため、第１実施例において構成単位ＷのＸ
方向の長さＷ_xは従来の技術における構成単位Ｕのそれ
Ｕ_xと同一であっても開口率が大きい。

【００５４】従来の技術において、光検出器１ａ，１ｂ
を分離していた絶縁膜１５ａが設けられていた位置には
縦型ＭＯＳトランジスタ４ａが設けられている。同様に
して光検出器１ｂ，１ｃを分離していた絶縁膜１５ｂが
設けられていた位置には縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂが
設けられている。

【００５５】縦型ＭＯＳトランジスタ４ａは、光検出器
１ａに接続された半導体層１４ａ及び半導体層７ａをそ
れぞれソース及びドレインとする。そしてトレンチ状の
絶縁膜４２ａに包まれた電極４１ａをゲートとしてい
る。電極４１ａは例えば絶縁膜４２ａ内に充填されたポ
リシリコンを用いることができる。

【００５６】同様にして縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂ
は、光検出器１ｂに接続された半導体層１４ｂ及び半導
体層７ａ、並びに絶縁膜４２ｂに包まれた電極４１ｂを
ゲートとしている。

【００５７】半導体層１４ａ，１４ｂの導電型はｎ型で
あり、半導体基板８の導電型と反対である。

【００５８】図１が繁雑になるのを避けるために一部を
省略しているが、従来技術と同様にしてＸ方向に延びて
敷設される電荷伝達制御ライン５ｂ，５ｃが設けられて
いるほか、電荷排出制御ライン６ａ，６ｂもＸ方向に延
びて敷設されている。電荷排出制御ライン６ａ，６ｂは
それぞれ縦型ＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂの上方を通
っており、それぞれゲート４１ａ，４１ｂに接続されて
いる。

【００５９】縦型ＭＯＳトランジスタ４ａと光検出器１
ｂとの間にはｐ型の半導体層は存在しない。両者の間に
は半導体基板８の表面が領域８ｂにおいて露呈してい
る。同様にして縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂと光検出器
１ｃとの間には半導体基板８の表面が領域８ｃにおいて
露呈している。領域８ｂ，８ｃは絶縁膜で覆われていて
もよい。

【００６０】従って、縦型ＭＯＳトランジスタ４ａにお
いてゲート４１ａに高い電位が与えられ、絶縁膜４２ａ
の近傍の半導体基板８においてチャネル４３ａが形成さ
れても、縦型ＭＯＳトランジスタ４ａは光検出器１ａに
おいて蓄積された信号電荷のみを半導体層７ａに与え、
他の光検出器、例えば光検出器１ｂにおいて蓄積された
信号電荷を排出することはない。即ち、各縦型ＭＯＳト
ランジスタ４ａ，４ｂは光検出器１ａ，１ｂに対応して
設けられ、対応する光検出器において蓄積された信号電
荷のみが、それぞれチャネル４３ａ，４３ｂを通って排
出される。

【００６１】このようにして、光検出器１ｂに蓄積され
た信号電荷の一部（第１の部分）は従来と同様にして伝
達部２１ｂを介して電荷転送部に伝達される一方、信号
電荷の他の一部（第２の部分）は縦型ＭＯＳトランジス
タ４ｂによって半導体層７ａへ排出することができる。
従って、第２の部分を排出し、第１の部分のみを電荷転
送部３に伝達することにより背景信号の影響を少なく
し、各光検出器間の差異を損なわずに少量の電荷で高い
感度を得ることができる。そして電荷転送部３に必要な
面積は小さくて済む。

【００６２】しかも、排出するための縦型ＭＯＳトラン
ジスタは光検出器の間に設けられるので、これに必要な
面積は小さくて済む。第１実施例においては、構成単位
Ｗの長さＷ_yは、構成単位ＵのそれＵ_yと同一に設定さ
れている。

【００６３】このため、構成単位の面積が同一であって
も光検出器の面積（画素エリア）を増大させることがで
き、開口率を向上させることができる。そしてこのよう
に光検出器の面積が大きくなって、蓄積される信号電荷
が多量となっても、電荷転送部３において転送されるの
はその第１の部分のみであるので、電荷転送部３に必要
な面積は小さくて済む。

【００６４】なお、光検出器をＰＮ接合によって形成す
ることで、半導体層１４ａ，１４ｂ，…の形成を省略す
ることもできる。図４に示すようにｎ型半導体層１４０
ａ，１４０ｂ，…を基板８上で形成すれば、光検出器１
ａ，１ｂ，…が構成されると共に、半導体を１４ａ，１
４ｂ，…の機能も果たすので、構成が簡易となる。

【００６５】その一方、光検出器をショットキーダイオ
ードによって構成した場合には、半導体層１４ａ，１４
ｂ，…がガードリングとしても機能する。

【００６６】以上のようにして、第１実施例にかかる固
体撮像素子では、開口率の向上と高感度化とがトレード
オフの関係に陥ることがないので、感度の向上した固体
撮像素子を提供することができる。

【００６７】特に赤外線に対して高い感度を有する固体
撮像素子においては、発生する信号電荷の殆どが、背景
温度で決まる輻射を変換したものであり、各光検出器間
の信号の差のみを電荷転送部に読み出すことにより、開
口率の向上は直接に感度の向上につながる。

【００６８】或いは観点を変えれば、本発明を適用しつ
つ従来と同一の開口率に保つことにより、別の角度から
の効果を得ることができる。この場合には電荷転送部３
の領域を大きく確保できるので、信号電荷の転送におい
て必要なクロックの電圧を低減することができる。従っ
て、電荷転送部で発生する消費電力が低減されるばかり
でなく、電荷を読み出す部分での消費電力をも抑制する
ことができる。例えば電荷を読み出すのにフローティン
グディフュージョンアンプを用いる場合には、そのリセ
ットトランジスタを通過する電流が低減するので、ここ
での消費電力を低減することができる。特に、赤外線検
出に用いられる固体撮像素子のように冷却を必要とする
場合には、その冷却を行う手段に必要な電力の消費をも
抑制することになる。

【００６９】なお、特許請求の範囲にいう第１の方向と
はＸ方向を、第２の方向とはＹ方向を、第３の方向とは
半導体基板８の厚み方向を指している。そして電荷転送
手段は電荷転送部３のみならず伝達部２ｂ，２ｃを含め
て示している。

【００７０】（ａ−２）第２実施例：図５はこの発明の
第２実施例にかかる固体撮像素子の構造を模式的に示す
断面図であり、図１のＤＤ断面を示している。第２実施
例は半導体層７ａの代わりに半導体層７ｂを設けている
点のみが第１実施例と異なる。

【００７１】半導体層７ｂは半導体基板８に埋め込まれ
て形成されているのではなく、その一面が固体撮像素子
の裏面（光検出素子が形成されている面と反対側の面）
において露出している。このため、半導体層７ｂは半導
体層７ａよりも容易に形成できるという効果がある。

【００７２】（ａ−３）第３実施例：図６はこの発明の
第３実施例にかかる固体撮像素子の構造を模式的に示す
平面図である。図７は図６のＥＥ線における断面構造を
模式的に示す断面図である。図６及び図７は、第１実施
例の固体撮像素子の構造を示す図１及び図３にそれぞれ
対応している。

【００７３】第２実施例は半導体層７ａの代わりに半導
体層７１ａ，７１ｂ，…を設けている点のみが第１実施
例と異なる。但し図５が繁雑になることを避けるため、
電荷転送ゲート３０ｂ，３０ｃ、電荷転送制御ライン５
ｂ，５ｃ、電荷排出制御ライン６ａ，６ｂは省略されて
いる。

【００７４】半導体層７１ａ，７１ｂ，…はそれぞれ半
導体層１４ａ，１４ｂ，…に対向するようにして半導体
基板８の裏面に選択的に形成されており、それぞれ縦型
ＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂのドレインとして機能す
る。

【００７５】このような構成においても、光検出器１
ａ，１ｂのそれぞれにおいて蓄積された信号電荷のう
ち、背景信号に相当する第２の部分はそれぞれ縦型ＭＯ
Ｓトランジスタ４ａ，４ｂを介して半導体層７１ａ，７
１ｂへと排出される。

【００７６】半導体層７１ａ，７１ｂ，…はＸ方向に延
びて形成されている。電荷転送部３に対してＸ方向に隣
接する光検出器１ｄ，１ｅ，１ｆの間には、縦型ＭＯＳ
トランジスタ４ｄ，４ｅが形成されており、半導体層７
１ａ，７１ｂは、それぞれにおいてドレインとして機能
する。

【００７７】従って、半導体層７１ａ，７１ｂ，…はＹ
方向において同一の位置にある複数の光検出器において
蓄積される信号電荷の第２の部分を共通して排出するこ
とができる。

【００７８】しかも第３実施例にかかる固体撮像素子に
おいては、半導体基板８の裏面から光が入射する場合に
も、これが光検出器に到達することを妨げることがな
い。そのため、例えば半導体基板８がシリコンで形成さ
れていた場合における赤外線の検出などのように、半導
体基板８が検出すべき光を透過させる場合には、裏面か
らの光をも検出することを妨げずに、第１実施例の効果
を得ることができる。

【００７９】（ａ−４）第４実施例：図８はこの発明の
第４実施例にかかる固体撮像素子の構造を模式的に示す
平面図である。図９は図８のＦＦ線における断面構造を
模式的に示す断面図である。図８及び図９は、第１実施
例の固体撮像素子の構造を示す図１及び図３にそれぞれ
対応している。

【００８０】第４実施例においては第２実施例と同様
に、半導体基板８の裏面全体に半導体層７ｂを形成して
いる。しかし第２実施例とは異なり、光検出器１ａ，１
ｂ，１ｃは従来技術と同様に絶縁膜１５ａ，１５ｂで隔
たっている。そして縦型ＭＯＳトランジスタ４０ａ，４
０ｂが絶縁膜１５ａ，１５ｂの下方でそれぞれ形成され
ている。

【００８１】縦型ＭＯＳトランジスタ４０ａは絶縁膜４
２ｂに囲まれたゲート４１ａを有しており、ゲート４１
ａは半導体層７ｂと接続される。これを実現するために
絶縁膜４２ｂは第１及び第２実施例とは異なり、底面を
有しない。同様にして縦型ＭＯＳトランジスタ４０ｂは
半導体層７ｂと接続されたゲート４１ｂを有し、ゲート
４１ｂは筒状の絶縁膜４１ｂを介して半導体基板８と対
峙している。

【００８２】このように、ゲート４１ａ，４１ｂ，…が
同電位となるので、これらを有する縦型ＭＯＳトランジ
スタ４０ａ，４０ｂ，…の駆動は一斉に行われる。従っ
て、固体撮像素子の全ての光検出器のリセットを一斉に
行う場合には、第４実施例に示す構造を用いることによ
り電荷排出制御ライン６ａ，６ｂを別途設ける必要がな
く、簡単な構造で第２実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００８３】信号電荷の第２の部分の排出を行う場合に
は、各縦型ＭＯＳトランジスタ４０ａ，４０ｂ，…のし
きい値電圧以上の電圧を半導体層７ｂに与え、これらを
飽和状態で駆動させる。

【００８４】全ての光検出器のリセットを一斉に行う場
合には、光検出器１ｂと絶縁膜１５ａとの間に半導体層
１２ｂを設けることができる。半導体層１２ｂは縦型Ｍ
ＯＳトランジスタ４０ａのソースとして機能し、光検出
器１ｂから排出されるべき信号電荷の第２の部分はチャ
ネル４３ｂのみならず、チャネル４４ｂからも排出され
ることになる。

【００８５】同様にして、光検出器１ｃと絶縁膜１５ｂ
との間に半導体層１２ｃを設け、これを縦型ＭＯＳトラ
ンジスタ４０ｂのソースとして機能させることができ
る。

【００８６】このような構成を採ることにより、第４実
施例では上記の効果の他、信号電荷の第２の部分を排出
するチャネル幅を実効的に増大させることができ、信号
電荷の第２の部分の排出を速やかに行うことができると
いう効果も付随する。

【００８７】（ａ−５）第５実施例：図１０はこの発明
の第５実施例にかかる固体撮像素子の構造を模式的に示
す平面図である。図１１は図９のＧＧ線における断面構
造を模式的に示す断面図である。図１０及び図１１は、
第１実施例の固体撮像素子の構造を示す図１及び図３に
それぞれ対応している。

【００８８】第５実施例は半導体層７ａの代わりに半導
体層７２ａ，７２ｂ，…を設けている点のみが第４実施
例と異なる。半導体層７２ａはゲート４１ａにおいてこ
れに接続され、半導体層１４ａ，１２ｂに対向して設け
られている。同様にして半導体層７２ｂはゲート４１ａ
においてこれに接続され、半導体層１４ａ，１２ｂに対
向して設けられている。

【００８９】縦型ＭＯＳトランジスタ４９ａは絶縁膜１
５ａの下方において、ゲート４１ａと共に、半導体層１
４ａ，１２ｂをソースとし、半導体層７２ａをドレイン
として構成される。そしてこれが駆動されることによ
り、光検出器１ａ，１ｂの蓄積する信号電荷の第２の部
分が排出される。

【００９０】同様にして、縦型ＭＯＳトランジスタ４９
ｂは絶縁膜１５ｂの下方において、ゲート４１ｂと共
に、半導体層１４ｂ，１２ｃをソースとし、半導体層７
２ｂをドレインとして構成される。そしてこれが駆動さ
れることにより、光検出器１ｂ，１ｃの蓄積する信号電
荷の第２の部分が排出される。

【００９１】以上のように構成されるので、第５実施例
の第４実施例に対する関係は第３実施例の第１実施例に
対する関係と同様であり、光検出部１ａ，１ｂ，１ｃに
半導体基板８を透過してくる光をも検出させつつ、第４
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００９２】Ｂ．固体撮像素子の駆動方法に関する実施
例：以下では、上記の様に構成された固体撮像素子の駆
動方法を説明する。簡単のため、第１実施例で示された
場合の光検出器１９ｂに蓄積された電荷の転送に関して
説明するが、他の光検出器であっても、他の実施例であ
っても同様の説明ができる。

【００９３】（ｂ−１）第６実施例：図１２はこの発明
の第６実施例を説明する、トランスファーゲート２２ｂ
に与えられる電位φ_TG及び縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂ
のゲート４１ｂに与えられる電位φ_MGの変化を示すタイ
ミングチャートである。また、図１３乃至図１５は伝達
部２ｂ及び縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂの動作を示すポ
テンシャル図である。

【００９４】電位φ_MGが、縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂ
においてチャネルを形成するのに必要な電位Ｖ_MGに達し
ておらず、また電位φ_TGが電位Ｖ_TGに達してもいないと
きには、光検出器１ｂにはポテンシャルの井戸が形成さ
れており、信号電荷は蓄積されて行く。このような電荷
蓄積期間Ｔ_Qは時刻ｔ₁まで継続する。そして時刻ｔ₁
の直前には図１３に示されるように、電荷Ｑ_1b1，Ｑ
_1b2の合計が光検出器１ｂに蓄えられているとする。

【００９５】その後、時刻ｔ₁において電位φ_TGが電位
Ｖ_TGに達すると、伝達部２ｂにおけるポテンシャルが下
がり、電荷Ｑ_1b1が伝達部２ｂを通って電荷転送部３に
与えられる（図１４）。電荷Ｑ_1b1が信号電荷の第１の
部分に相当する。

【００９６】そして時刻ｔ₂において電位φ_TGがグラン
ド電位ＧＮＤに低下すると、再び伝達部２ｂにおけるポ
テンシャルが上昇し、光検出器１ｂから伝達部２ｂを介
しての電荷転送部３への信号電荷の伝達は行われない。

【００９７】一方、時刻ｔ₂において電位φ_MGが電位Ｖ
_MGに達し、縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂのチャネルポテ
ンシャルが深くなる。つまり縦型ＭＯＳトランジスタ４
ｂにおいてチャネルが形成され、電荷Ｑ_1b2がチャネル
を介して半導体層７ａと排出される（図１５）。電荷Ｑ
_1b2が信号電荷の第２の部分に相当する。

【００９８】そしてこのときの縦型ＭＯＳトランジスタ
４ｂのポテンシャルレベルＬ₂が光検出器１ｂのリセッ
トレベルとなる。

【００９９】この後時刻ｔ₃において電位φ_MGもグラン
ド電位ＧＮＤに低下すると、再びポテンシャルの井戸が
光検出器１ｂにおいて形成され、次に電位φ_TGが電位Ｖ
_TGに立ち上がる時刻ｔ₄まで電荷蓄積期間Ｔ_Qが継続す
る。

【０１００】以上のように、伝達部２ｂにおいて信号電
荷の第１の部分Ｑ_1b1を電荷転送部３に与えるタイミン
グと、縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂにおいてチャネルを
介して信号電荷の第２の部分Ｑ_1b2を排出するタイミン
グとをずらせて固体撮像素子を駆動することにより、信
号電荷の第１の部分の転送とは別に光検出器１ｂに蓄積
される信号電荷のリセットレベルを設定することができ
る。

【０１０１】このため、縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂに
おけるチャネル形成のしきい値を低く設定することによ
り、リセットレベルのポテンシャルを深く設定すること
ができる。例えばそのポテンシャルを光検出器１ｂの破
壊耐圧まで設定することができる。

【０１０２】しかも信号電荷の第１の部分を増大させる
ことがないので、信号電荷の第１の部分の転送に必要な
電荷転送部３の寸法を低減することができる。従って第
１実施例で説明されたように、画素エリアを増大させる
ことができ、固体撮像素子の感度を向上させることがで
きる。

【０１０３】特に、信号電荷量の多い高温背景の撮像
や、波長域が１０μｍ帯以上の撮像において効果的であ
る。

【０１０４】（ｂ−２）第７実施例：図１６は、この発
明の第７実施例を説明する、電位φ_TG，φ_MGの変化を示
すタイミングチャートである。

【０１０５】電位φ_MGの活性化するタイミングは、電位
φ_TGの活性化が終了する時刻よりも遅い。つまり電位φ
_TGの活性化が時刻ｔ₂において終了し、その後時刻ｔ₅
において電位φ_MGが活性化する。そして時刻ｔ₆におい
て電位φ_MGの活性化が終了する。このため、電荷蓄積期
間Ｔ_Qは時刻ｔ₆〜ｔ₄の間に制限される。

【０１０６】電位φ_TGの活性化が終了してから電位φ_MG
が活性化するまでの時刻ｔ₂〜ｔ₅においても、光検出
器１ｂには信号電荷が蓄積される。しかし、時刻ｔ₅〜
ｔ₆においてこの信号電荷は縦型ＭＯＳトランジスタ４
ｂを介して排出される。従って、これらの電荷は電荷転
送部３によって転送されることはない。

【０１０７】つまり、電荷転送部３の駆動によって信号
蓄積期間Ｔ_Qを自由に制御でき、電子シャッターを実現
することができる。電子シャッターを実現する技術は従
来から存在し、例えば特開昭５８−１２５９６５号公報
に示されている。しかしここに開示されている技術が基
板に平行なＭＯＳゲートを使用しているのに対し、本願
の発明では縦型ＭＩＳ構造を用いているという点で異な
っており、開口率の向上という点において利点を有して
いる。

【０１０８】（ｂ−３）第８実施例：図１７はこの発明
の第８実施例を説明する、伝達部２ｂ及び縦型ＭＯＳト
ランジスタ４ｂの動作を示すポテンシャル図である。

【０１０９】第８実施例においては縦型ＭＯＳトランジ
スタ４ｂのチャネルポテンシャルＰ_4bを、伝達部２ｂの
それＰ_2bよりも深く設定しておく。これにより、光検出
器１ｂにおいて蓄積される信号電荷の電荷量を制限し、
過剰な電荷を縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂを介して排出
することができる。図１６では電荷Ｑ_1b1，Ｑ_1b2，Ｑ
_1b3の合計に設定しており、図１２で示された場合と等
量の電荷に制限している。

【０１１０】このように、光検出器１ｂにおいて蓄積さ
れる信号電荷の過剰な電荷を縦型ＭＯＳトランジスタ４
ｂを介して排出することにより、過剰な電荷が電荷転送
部や他の光検出器に紛れ込む、いわゆるブルーミングと
呼ばれる現象を回避することができる。

【０１１１】勿論、縦型ＭＯＳトランジスタ４ｂのドレ
インとして機能する半導体層７ａのポテンシャルは、縦
型ＭＯＳトランジスタ４ｂのチャネルポテンシャルより
も深く設定し、過剰な電荷を排出できるようにしておく
必要がある。

【０１１２】ブルーミングを回避する手段としては、特
公昭５９−１７５８１号において開示されるようなバイ
ポーラ動作のパンチスルー現象を利用するものもある
が、本願の発明では縦型ＭＩＳ構造を用いているという
点で異なっている。

【０１１３】Ｃ．応用例：（ｃ−１）第９実施例：図１８はこの発明の第９実施例
を模式的に示す回路図であり、図１９はその動作を説明
するタイミングチャートである。

【０１１４】図１８は複数の光検出器が配列されてい
る。ここでは８行×４列の場合が例示されている。即ち
光検出器１_i1，１_i2，１_i3，１_i4（ｉ＝１〜８）が同一
行に並んでいる。また、光検出器１_1j，１_2j，…，１_8j
（ｊ＝１〜４）が同一列に並んでいる。

【０１１５】列方向には４本の電荷転送部３₁，３₂，
３₃，３₄が敷設されており、電荷転送部３_jには光検
出器１_1j，１_2j，…，１_8jが接続されている。例えば、
第９実施例において図１７に示された光検出器１₁₁，，
１₂₁，１₃₁及び電荷転送部３₁の位置関係は、第１実施
例において図１に示された光検出器１ａ，１ｂ，１ｃ及
び電荷転送部３の位置関係と同様である。

【０１１６】簡単のため図示されないが、各光検出器に
対して図１に示された伝達部２ｂと同様の伝達部が設け
られており、各行において共通して制御される。電荷伝
達制御ライン９１_iは光検出器１_i1，１_i2，１_i3，１_i4
の各々の伝達部の駆動を制御する。電荷伝達制御ライン
９１_i（ｉ＝１〜８）はトランスファーゲート走査回路
９１に接続されており、電荷伝達制御ライン９１_iの電
位φ_TGiを順次活性化させて行く（図１９）。つまりト
ランスファーゲート走査回路９１は光検出器１_ijにおい
て蓄積された信号電荷を一行毎に順次列方向に走査して
電荷転送部３₁，３₂，３₃，３₄に与えて行く。電荷
伝達制御ライン９１_iは第１実施例における電荷伝達制
御ライン５ｂ，５ｃ，…に相当する。

【０１１７】このようにして列方向に走査して電荷転送
部３₁，３₂，３₃，３₄に与えられた信号電荷は、電
荷転送制御回路９２によって順次列方向に転送されてゆ
き、蓄積部９４を介して行方向電荷転送素子９５に与え
られる。そして出力プリアンプ９６によって信号電荷が
シリアルに読み出される。かかる技術は例えば特開昭６
０−１８３８８１号公報において開示されている。但
し、簡単のため図１８においては電荷転送制御回路９２
による転送の様子は示していない。

【０１１８】本発明の第９実施例においては、各光検出
器１_ijに対して図１に示された縦型ＭＯＳトランジスタ
４ｂと同様の縦型ＭＯＳトランジスタが設けられてお
り、各行において共通して制御される。これらの駆動の
制御は電荷排出制御ライン９３_i（ｉ＝１〜８）によっ
て行われる。そして電荷排出制御ライン９３_iは電荷排
出制御回路９３の制御を受け、図１８に示されるような
電位φ_MGiが与えられる。電荷排出制御ライン９３_iは
第１実施例における電荷排出制御ライン６ａ，６ｂ，…
に相当する。電荷排出制御回路９３は電荷転送制御回路
９２と同様の構成を用いることで実現することが可能で
ある。

【０１１９】既に第１実施例で説明したように、それぞ
れの光検出器において蓄積される信号電荷の第２の部分
の排出は別々に制御することができる。また、第７実施
例において説明したように、電荷転送部に電荷を伝達す
るタイミングと、電荷を排出するタイミングとを異なら
せることにより、電子シャッターの機能を付与する異が
できる。従って、電位φ_MGiを順次活性化させて行くこ
とにより、それぞれの行における電荷蓄積期間Ｔ_Qを等
しくすることができる。

【０１２０】電子シャッターを実現する技術は、例えば
特公昭６１−１７２８７号公報においてバイポーラ動作
を用いたものが開示されている。しかし、本願の第９実
施例では、各行毎に電荷を排出するタイミングを制御す
ることができるので、各行の電荷蓄積期間、即ちシャッ
タースピードを制御することができる。よって、全光検
出器に対するシャッタースピードを同一にすることがで
きる。

【０１２１】

【発明の効果】この発明のうち請求項１にかかる固体撮
像素子においては、電荷転送部に与えられる第１の部分
が低減できるので、電荷転送部に必要な面積も低減され
る。しかも第２の部分の排出に必要な電荷排出素子は、
第３の方向に信号電荷の第２の部分を排出するので、電
荷排出素子を構成するのに大きな面積を必要としない。
従って光検出部の面積を大きくすることができ、開口率
を向上させて感度を向上させることができる。

【０１２２】この発明のうち請求項２にかかる固体撮像
素子においては、縦型ＭＩＳトランジスタが構成される
ので、第３の方向に信号電荷の第２の部分を排出するこ
とができる。

【０１２３】この発明のうち請求項３にかかる固体撮像
素子においては、第１の半導体領域が光検出器と別に設
ける必要がないため、構成が簡易となる。

【０１２４】この発明のうち請求項４にかかる固体撮像
素子においては、特に電荷排出素子の為の領域を設ける
ことなくチャネルが形成されるので、更に開口率を向上
させて感度を向上させることができる。

【０１２５】この発明のうち請求項５にかかる固体撮像
素子においては、第２の半導体領域が共有されるので、
単一の半導体領域で第２の半導体領域を構成することが
可能となり、簡易な構造で請求項１の効果を得ることが
できる。

【０１２６】この発明のうち請求項６にかかる固体撮像
素子においては、光検出器に対し、第３の方向に平行な
何れの方向から入射する光をも検出することができるの
で、特に裏面入射型の固体撮像素子において効果的であ
る。

【０１２７】この発明のうち請求項７にかかる固体撮像
素子においては、ゲートに電位を与えるための配線を別
途必要としないので、簡易な構造で請求項１の効果を得
ることができる。

【０１２８】この発明のうち請求項８にかかる固体撮像
素子においては、第２の半導体領域が共有されるので、
単一の半導体領域で第２の半導体領域を構成することが
可能となり、簡易な構造で請求項１の効果を得ることが
できる。

【０１２９】この発明のうち請求項９にかかる固体撮像
素子においては、光検出器に対し、第３の方向に平行な
何れの方向から入射する光をも検出することができる。

【０１３０】この発明のうち請求項１０及び請求項１２
にかかる固体撮像素子においては、光検出器から信号電
荷の第２の部分を速やかに排出することができる。

【０１３１】この発明のうち請求項１１にかかる固体撮
像素子においては、配列された光検出器を第１の方向毎
に第２の方向に走査して信号電荷を転送する際に、全て
の光検出器に対してシャッターが開く時間を同一に設定
することができる。

【０１３２】

【０１３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す平面図である。

【図２】この発明の第１実施例を示す断面図である。

【図３】この発明の第１実施例を示す断面図である。

【図４】この発明の第１実施例を示す断面図である。

【図５】この発明の第２実施例を示す断面図である。

【図６】この発明の第３実施例を示す平面図である。

【図７】この発明の第３実施例を示す断面図である。

【図８】この発明の第４実施例を示す平面図である。

【図９】この発明の第４実施例を示す断面図である。

【図１０】この発明の第５実施例を示す平面図であ
る。

【図１１】この発明の第５実施例を示す断面図であ
る。

【図１２】この発明の第６実施例を説明するタイミン
グチャートである。

【図１３】この発明の第６実施例を説明するポテンシ
ャル図である。

【図１４】この発明の第６実施例を説明するポテンシ
ャル図である。

【図１５】この発明の第６実施例を説明するポテンシ
ャル図である。

【図１６】この発明の第７実施例を説明するタイミン
グチャートである。

【図１７】この発明の第８実施例を説明するポテンシ
ャル図である。

【図１８】この発明の第９実施例を示す回路図であ
る。

【図１９】この発明の第９実施例を説明するタイミン
グチャートである。

【図２０】従来の技術を示す平面図である。

【図２１】従来の技術を示す断面図である。

【図２２】従来の技術を示す断面図である。

【図２３】従来の技術を示すタイミングチャートであ
る。

【図２４】従来の技術を説明するポテンシャル図であ
る。

【図２５】従来の技術を説明するポテンシャル図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１_ij 光検出器、２ｂ，２ｃ伝達
部、３電荷転送部、４ａ，４ｂ４０ａ，４０ｂ縦
型ＭＯＳトランジスタ、４３ａ，４３ｂ，４４ｂ，４４
ｃ，４９ａ，４９ｂチャネル，４１ａ，４１ｂゲー
ト、７ａ，７ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ半
導体層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）第１の方向及び前記第１の方向と
は垂直な第２の方向について２次元的な配列がなされ、
それぞれが受光した光を信号電荷に変換する、複数の光
検出部と、（ｂ）前記光検出部の第１方向に隣接して前記第２方向
に延びて敷設され、前記信号電荷の第１の部分を前記光
検出部から転送する少なくとも一つの電荷転送手段と、（ｃ）前記光検出部に対応して前記光検出部の前記第２
の方向に隣接して設けられ、前記信号電荷の第２の部分
を前記光検出部から排出する電荷排出素子とを備え、前記電荷排出素子は（ｃ−１）前記信号電荷の前記第２の部分を排出するチ
ャネルを発生させるＭＩＳ構造を有し、前記チャネルは前記第１の方向及び前記第２の方向のい
ずれにも垂直な第３の方向に発生する固体撮像素子。
【請求項２】前記電荷排出素子の各々は（ｃ−２）対応する前記光検出部に電気的に接続された
第１の半導体領域と、（ｃ−３）前記チャネルを介して前記第１の半導体領域
と電気的に接続される第２半導体領域とを有する請求項
１記載の固体撮像素子。
【請求項３】前記光検出部、前記電荷転送手段及び前
記電荷排出素子は同一の半導体基板上に形成され、前記光検出部は前記半導体基板とＰＮ接合を形成する第
１の半導体領域を有し、前記電荷排出素子の各々は（ｃ−２）前記チャネルを介して前記第１の半導体領域
と電気的に接続される第２半導体領域を更に有する請求
項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記電荷排出素子は、対応する前記光検
出部と、当該光検出部に隣接する前記光検出部との間に
設けられる、請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項５】前記第２半導体領域は、前記電荷排出素
子の何れにおいても共有される、請求項２記載の固体撮
像素子。
【請求項６】前記第２半導体領域は、前記チャネルを
介して電気的に接続される前記第１の半導体領域と第
３の方向において対向する領域に選択的に形成される、
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項７】（ａ）第１の方向及び前記第１の方向と
は垂直な第２の方向について２次元的な配列がなされ、
それぞれが受光した光を信号電荷に変換する、複数の光
検出部と、（ｂ）前記信号電荷の第１の部分を前記光検出部から転
送する少なくとも一つの電荷転送手段と、（ｃ）前記光検出部に対応して設けられ、前記信号電荷
の第２の部分を前記光検出部から排出する電荷排出素子
とを備え、前記電荷排出素子は（ｃ−１）前記信号電荷の前記第２の部分を排出するチ
ャネルを発生させるＭＩＳ構造を有し、前記チャネルは前記第１の方向及び前記第２の方向のい
ずれにも垂直な第３の方向に発生し、前記電荷排出素子の各々は（ｃ−２）対応する前記光検出部に電気的に接続された
第１の半導体領域と、（ｃ−３）前記チャネルを介して前記第１の半導体領域
と電気的に接続される第２半導体領域とを有し、前記電荷排出素子は、対応する前記光検出部と、当該光
検出部に隣接する前記光検出部との間に設けられ、前記電荷排出素子の各々は（ｃ−４）前記チャネルに隣接する絶縁壁と、（ｃ−５）前記絶縁壁を介して前記チャネルの発生／消
滅を制御するゲートとを更に有し、前記ゲートは前記第２半導体領域と電気的に接続される
固体撮像素子。
【請求項８】前記第２半導体領域は、前記電荷排出素
子の何れにおいても共有される、請求項７記載の固体撮
像素子。
【請求項９】前記第２半導体領域は、前記チャネルを
介して電気的に接続される前記第１の半導体領域と第３
の方向において対向する領域に選択的に形成される、請
求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１０】前記電荷排出素子の各々は（ｃ−６）対応する前記光検出部と共に前記電荷排出素
子自身を挟む前記光検出部に電気的に接続され、前記チ
ャネルを介して前記第１の半導体領域と電気的に接続さ
れる第３の半導体領域を更に有する、請求項９記載の固
体撮像素子。
【請求項１１】前記電荷転送手段は前記第２の方向に
配列された前記光検出部毎に対応して設けられ、（ｄ）前記第２の方向に走査しつつ、前記第１の方向に
配列された前記光検出部に関して一斉に前記信号電荷の
前記第１部分を前記電荷転送手段へ伝達する電荷伝達制
御回路と、（ｅ）前記電荷転送手段において電荷を前記第１の方向
へ順次転送するタイミングを制御する電荷転送制御手段
と、（ｆ）前記第２の方向に走査しつつ、前記信号電荷の前
記第１部分が前記電荷転送手段へ伝達される時刻よりも
所定時間だけ前にパルス的に前記チャネルを発生させる
電荷排出制御回路と、（ｇ）前記電荷転送手段の全てに接続され、前記信号電
荷の前記第１部分を前記第１の方向に関して順次出力す
る出力部とを更に備える、請求項９記載の固体撮像素
子。
【請求項１２】前記電荷排出素子の各々は（ｃ−６）対応する前記光検出部と共に前記電荷排出素
子自身を挟む前記光検出部に電気的に接続され、前記チ
ャネルを介して前記第１の半導体領域と電気的に接続さ
れる第３の半導体領域を更に有する、請求項６記載の固
体撮像素子。