JPH06204573A - 焦電型固体撮像装置 - Google Patents
焦電型固体撮像装置Info
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- JPH06204573A JPH06204573A JP4359026A JP35902692A JPH06204573A JP H06204573 A JPH06204573 A JP H06204573A JP 4359026 A JP4359026 A JP 4359026A JP 35902692 A JP35902692 A JP 35902692A JP H06204573 A JPH06204573 A JP H06204573A
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- pyroelectric
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- charge
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体撮像装置に係り，特に赤外線画像を撮像
する固体撮像装置に関するものである。 【構成】 焦電型固体撮像装置において，初期電圧設定
素子の制御ゲートと結合ゲートを同一の端子で制御でき
るように相互接続し，前記制御ゲートのしきい値電圧を
結合ゲートのしきい値電圧よりも大きくした。
する固体撮像装置に関するものである。 【構成】 焦電型固体撮像装置において，初期電圧設定
素子の制御ゲートと結合ゲートを同一の端子で制御でき
るように相互接続し，前記制御ゲートのしきい値電圧を
結合ゲートのしきい値電圧よりも大きくした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に係り、特
に赤外線画像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
に赤外線画像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】焦電型赤外線センサーでは可視光センサ
ーとは異なりＧｅなどの赤外線光学材料を使用した光学
レンズを用いて赤外線画像を結像する。赤外線は熱とし
て焦電膜に吸収され、膜面には赤外線画像に対応した温
度変化分布が生じる。焦電膜の分極は温度上昇によって
減少するため、その焦電効果によって温度変化分布が膜
の表面電荷分布に変換される。焦電効果は誘電体の時間
的温度変化によるものであるから、静止物体の撮像には
固体撮像素子の前面に赤外光を時間的に断続するチョッ
パーを設ける必要がある。赤外光の時間的断続によって
焦電膜の温度が△Ｔだけ変化した時、焦電係数をＰ Tと
すると膜面に誘起する電荷量△ＱはＰT・△Ｔとなる。
△Ｑは分極の増減によるものであるから、焦電膜の両側
に誘起する電荷量の絶対値は等しく、符号は逆である。
図５は従来の赤外線画像を撮像する焦電型固体撮像装置
の画素部を等価的に示した図である。焦電素子はコンデ
ンサＣと電流源ＩSにより表現されている。焦電素子の
両端を短絡させて初期電圧Ｖｉｎｉｔにするために、リ
セット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２が接続されてい
る。容量素子として信号の積分を行うダイオードＤ１、
Ｄ２に蓄積された電荷は読み出しトランジスタＭＹ１、
ＭＹ２のゲートＹＧ１、ＹＧ２の制御により結合部を経
てＣＣＤに転送される。２０−１、２０−２はＣＣＤの
転送単位を示している。図６（ａ）は焦電素子の一端に
接続されたリセット・トランジスタＭＲ１、ダイオード
Ｄ１、読み出しトランジスタＭＹ１、結合部ＭＣ、ＣＣ
Ｄに沿った断面図である。図６（ｂ）は焦電素子の他の
一端についての同様な構造についての断面図である。こ
のように本従来例では焦電素子から信号を読み出すため
に各画素ごとに２系統の信号転送機構を有している。１
はｐ-形半導体基板、２はＣＣＤチャネル用のｎ-形拡散
層、３−１は配線も兼ねたリセット・ドレインＲＤ用ｎ
+形拡散層、３−３は焦電膜１２の下面と接続する信号
積分ダイオードＤ１形成用のｎ+形拡散層、３−４は焦
電膜１２の上面と接続する信号積分ダイオードＤ２形成
用のｎ+形拡散層である。４−１、４−２はそれぞれ焦
電膜１２の下面および上面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定
するためのリセット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２のチ
ャネル用Ｐ形拡散層、９−１、９−２はそれぞれＭＲ
１、ＭＲ２のゲート電極である。５はチャネルストッパ
用ｐ+形拡散層、６は絶縁分離用ＳiＤ2、８−１、８−
２はそれぞれＤ１、Ｄ２を読み出し電圧Ｖｒｅａｄに設
定するための読み出しゲートＹＧ１、ＹＧ２、２１はダ
イオードＤ１、Ｄ２からの２つの信号の流れを一本にま
とめてＣＣＤチャネル２に転送するための結合ゲートＣ
Ｇであり、ＹＧ１、ＹＧ２およびＣＣＤゲート７と若干
重なりを持ったＹ字形のゲート電極である。１１−４、
１１−５はそれぞれＹＧ１、ＹＧ２と接続する第一層目
のＡｌ層、１０および１４はＳiＯ2もしくはポリイミド
のような層間絶縁膜、１３はニクロム等の熱吸収膜、１
５は配線および遮光用の第二層目のＡｌ層である。図７
は従来例の動作を説明するパルスタイミング図、図８
（ａ）および（ｂ）は図７の時刻ｔ1〜ｔ5における図６
（ａ）および（ｂ）に対応した表面ポテンシャルであ
る。斜線部分は電子で充満していることを示している。
以下、チョッパを開いて素子面に入射赤外光を当て焦電
膜の温度が上昇した時、焦電効果によって焦電膜１２の
下面に負電荷が誘起するように分極処理をした場合につ
いての動作を説明する。図７の時刻ｔ1で示したよう
に、垂直帰線期間（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開
いた状態に変わる間、リセットゲート（ＲＧ）に電圧Ｖ
GHを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜１
２の両面を短絡して電圧をＶｉｎｉｔにセットする。Ｒ
Ｇに電圧ＶGLを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＦＦ状態に
すると、ＹＧ１、ＹＧ２のゲート下のチャネルがＯＦＦ
状態になっているため、フローティング状態になった信
号積分用ダイオードＤ１、Ｄ２では信号積分を開始す
る。温度上昇により焦電膜の下面に負電荷、上面に正電
荷が誘起するため、図７の時刻ｔ2では図８のようにＤ
１の電位は低下し、Ｄ２の電位は上昇する。時刻ｔ3で
はＤ１からＣＣＤ２０−１へ電荷を転送するためＹＧ
１、ＣＧにそれぞれＶYH、ＶCHを印加し、ゲート下のチ
ャネルを開く。この時の電荷量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔ
とＶｒｅａｄによって決まるバイアス電荷量Ｑｂｉａｓ
と焦電膜１２の下面に誘起した電荷量Ｑｓｉｇとによっ
てＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇとなる。Ｖｒｅａｄはゲート印
加電圧ＶYHとＹＧ１のしきい値電圧で決まる。Ｄ１から
の電荷転送が終了する（ダイオードの電圧がＶｒｅａｄ
になる）と、ＹＧ１、ＣＧにそれぞれＶYL、ＶCLを印加
し、ゲート下のチャネルを閉じる。この時、電荷Ｑｒｅ
ａｄは第５図のＣＣＤ２０−１に蓄積されているが、Ｃ
ＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、次のＣＣＤの転
送単位２０−２に移動させる。時刻ｔ4ではＹＧ２、Ｃ
Ｇのチャネルを開きダイオードＤ２からＣＣＤ２０−１
へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑ′ｒｅａｄは焦電
膜の上面に誘起した電荷量Ｑ′ｓｉｇによりＱｂｉａｓ
−Ｑ′ｓｉｇとなる。ＹＧ２、ＣＧのチャネルを閉じた
後、時刻ｔ5では時刻ｔ1と同様にＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ
状態にしてダイオードＤ１、Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔに
再設定する。チョッパを閉じて赤外光を遮断すると焦電
膜の温度が低下するため、これまでとは逆の符号の電荷
が誘起する。この信号電荷積分中に、先にＣＣＤへ転送
していた電荷を順次走査し、撮像素子から取り出す。
外部回路ではこの電荷量を検出して、チョッパの開期間
に蓄積された信号Ｑｓｉｇ、Ｑ′ｓｉｇを含む読み出し
電荷に対しては各々の単位画素ごとにＱｒｅａｄ−Ｑ´
ｒｅａｄ、その逆の期間についてはＱ´ｒｅａｄ−Ｑｒ
ｅａｄを行うことによってバイアス電荷Ｑｂｉａｓをキ
ャンセルし、単位画素から出力されてきた信号Ｑｓｉｇ
＋Ｑ′ｓｉｇを得られるようになる。
ーとは異なりＧｅなどの赤外線光学材料を使用した光学
レンズを用いて赤外線画像を結像する。赤外線は熱とし
て焦電膜に吸収され、膜面には赤外線画像に対応した温
度変化分布が生じる。焦電膜の分極は温度上昇によって
減少するため、その焦電効果によって温度変化分布が膜
の表面電荷分布に変換される。焦電効果は誘電体の時間
的温度変化によるものであるから、静止物体の撮像には
固体撮像素子の前面に赤外光を時間的に断続するチョッ
パーを設ける必要がある。赤外光の時間的断続によって
焦電膜の温度が△Ｔだけ変化した時、焦電係数をＰ Tと
すると膜面に誘起する電荷量△ＱはＰT・△Ｔとなる。
△Ｑは分極の増減によるものであるから、焦電膜の両側
に誘起する電荷量の絶対値は等しく、符号は逆である。
図５は従来の赤外線画像を撮像する焦電型固体撮像装置
の画素部を等価的に示した図である。焦電素子はコンデ
ンサＣと電流源ＩSにより表現されている。焦電素子の
両端を短絡させて初期電圧Ｖｉｎｉｔにするために、リ
セット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２が接続されてい
る。容量素子として信号の積分を行うダイオードＤ１、
Ｄ２に蓄積された電荷は読み出しトランジスタＭＹ１、
ＭＹ２のゲートＹＧ１、ＹＧ２の制御により結合部を経
てＣＣＤに転送される。２０−１、２０−２はＣＣＤの
転送単位を示している。図６（ａ）は焦電素子の一端に
接続されたリセット・トランジスタＭＲ１、ダイオード
Ｄ１、読み出しトランジスタＭＹ１、結合部ＭＣ、ＣＣ
Ｄに沿った断面図である。図６（ｂ）は焦電素子の他の
一端についての同様な構造についての断面図である。こ
のように本従来例では焦電素子から信号を読み出すため
に各画素ごとに２系統の信号転送機構を有している。１
はｐ-形半導体基板、２はＣＣＤチャネル用のｎ-形拡散
層、３−１は配線も兼ねたリセット・ドレインＲＤ用ｎ
+形拡散層、３−３は焦電膜１２の下面と接続する信号
積分ダイオードＤ１形成用のｎ+形拡散層、３−４は焦
電膜１２の上面と接続する信号積分ダイオードＤ２形成
用のｎ+形拡散層である。４−１、４−２はそれぞれ焦
電膜１２の下面および上面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定
するためのリセット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２のチ
ャネル用Ｐ形拡散層、９−１、９−２はそれぞれＭＲ
１、ＭＲ２のゲート電極である。５はチャネルストッパ
用ｐ+形拡散層、６は絶縁分離用ＳiＤ2、８−１、８−
２はそれぞれＤ１、Ｄ２を読み出し電圧Ｖｒｅａｄに設
定するための読み出しゲートＹＧ１、ＹＧ２、２１はダ
イオードＤ１、Ｄ２からの２つの信号の流れを一本にま
とめてＣＣＤチャネル２に転送するための結合ゲートＣ
Ｇであり、ＹＧ１、ＹＧ２およびＣＣＤゲート７と若干
重なりを持ったＹ字形のゲート電極である。１１−４、
１１−５はそれぞれＹＧ１、ＹＧ２と接続する第一層目
のＡｌ層、１０および１４はＳiＯ2もしくはポリイミド
のような層間絶縁膜、１３はニクロム等の熱吸収膜、１
５は配線および遮光用の第二層目のＡｌ層である。図７
は従来例の動作を説明するパルスタイミング図、図８
（ａ）および（ｂ）は図７の時刻ｔ1〜ｔ5における図６
（ａ）および（ｂ）に対応した表面ポテンシャルであ
る。斜線部分は電子で充満していることを示している。
以下、チョッパを開いて素子面に入射赤外光を当て焦電
膜の温度が上昇した時、焦電効果によって焦電膜１２の
下面に負電荷が誘起するように分極処理をした場合につ
いての動作を説明する。図７の時刻ｔ1で示したよう
に、垂直帰線期間（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開
いた状態に変わる間、リセットゲート（ＲＧ）に電圧Ｖ
GHを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜１
２の両面を短絡して電圧をＶｉｎｉｔにセットする。Ｒ
Ｇに電圧ＶGLを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＦＦ状態に
すると、ＹＧ１、ＹＧ２のゲート下のチャネルがＯＦＦ
状態になっているため、フローティング状態になった信
号積分用ダイオードＤ１、Ｄ２では信号積分を開始す
る。温度上昇により焦電膜の下面に負電荷、上面に正電
荷が誘起するため、図７の時刻ｔ2では図８のようにＤ
１の電位は低下し、Ｄ２の電位は上昇する。時刻ｔ3で
はＤ１からＣＣＤ２０−１へ電荷を転送するためＹＧ
１、ＣＧにそれぞれＶYH、ＶCHを印加し、ゲート下のチ
ャネルを開く。この時の電荷量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔ
とＶｒｅａｄによって決まるバイアス電荷量Ｑｂｉａｓ
と焦電膜１２の下面に誘起した電荷量Ｑｓｉｇとによっ
てＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇとなる。Ｖｒｅａｄはゲート印
加電圧ＶYHとＹＧ１のしきい値電圧で決まる。Ｄ１から
の電荷転送が終了する（ダイオードの電圧がＶｒｅａｄ
になる）と、ＹＧ１、ＣＧにそれぞれＶYL、ＶCLを印加
し、ゲート下のチャネルを閉じる。この時、電荷Ｑｒｅ
ａｄは第５図のＣＣＤ２０−１に蓄積されているが、Ｃ
ＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、次のＣＣＤの転
送単位２０−２に移動させる。時刻ｔ4ではＹＧ２、Ｃ
Ｇのチャネルを開きダイオードＤ２からＣＣＤ２０−１
へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑ′ｒｅａｄは焦電
膜の上面に誘起した電荷量Ｑ′ｓｉｇによりＱｂｉａｓ
−Ｑ′ｓｉｇとなる。ＹＧ２、ＣＧのチャネルを閉じた
後、時刻ｔ5では時刻ｔ1と同様にＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ
状態にしてダイオードＤ１、Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔに
再設定する。チョッパを閉じて赤外光を遮断すると焦電
膜の温度が低下するため、これまでとは逆の符号の電荷
が誘起する。この信号電荷積分中に、先にＣＣＤへ転送
していた電荷を順次走査し、撮像素子から取り出す。
外部回路ではこの電荷量を検出して、チョッパの開期間
に蓄積された信号Ｑｓｉｇ、Ｑ′ｓｉｇを含む読み出し
電荷に対しては各々の単位画素ごとにＱｒｅａｄ−Ｑ´
ｒｅａｄ、その逆の期間についてはＱ´ｒｅａｄ−Ｑｒ
ｅａｄを行うことによってバイアス電荷Ｑｂｉａｓをキ
ャンセルし、単位画素から出力されてきた信号Ｑｓｉｇ
＋Ｑ′ｓｉｇを得られるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本従来例ではＣＣＤゲ
ート以外に画素部のゲート配線としてＲＧ、ＹＧ１、Ｙ
Ｇ２、ＣＧの４本が必要となる。ＣＣＤゲートは画素部
に格子上に形成されており、通常一層目と二層目の多結
晶シリコン層で形成する。そこでこの４本の配線は三層
目以降の多結晶シリコン層、または一層目のＡｌ層で配
線することになる。ところが一層目のＡｌ層を配線とし
て使う割合が多いほど焦電膜の面積が減少し、赤外感度
の低下を招く。また多結晶シリコンの層数を増加させる
と製造プロセスの工程増加により歩留りが低下する。本
発明の目的は多結晶シリコンの層数を増加させることな
く一層目のＡｌ層を配線として使う割合を減少させるこ
とにある。
ート以外に画素部のゲート配線としてＲＧ、ＹＧ１、Ｙ
Ｇ２、ＣＧの４本が必要となる。ＣＣＤゲートは画素部
に格子上に形成されており、通常一層目と二層目の多結
晶シリコン層で形成する。そこでこの４本の配線は三層
目以降の多結晶シリコン層、または一層目のＡｌ層で配
線することになる。ところが一層目のＡｌ層を配線とし
て使う割合が多いほど焦電膜の面積が減少し、赤外感度
の低下を招く。また多結晶シリコンの層数を増加させる
と製造プロセスの工程増加により歩留りが低下する。本
発明の目的は多結晶シリコンの層数を増加させることな
く一層目のＡｌ層を配線として使う割合を減少させるこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、結合ゲートＣＧとリセットゲートＲＧの配
線を一つの配線で共用し、リセットゲートのしきい値電
圧を結合ゲートのしきい値電圧よりも大きくしたもので
ある。
成するため、結合ゲートＣＧとリセットゲートＲＧの配
線を一つの配線で共用し、リセットゲートのしきい値電
圧を結合ゲートのしきい値電圧よりも大きくしたもので
ある。
【０００５】
【作用】その結果、結合ゲートがオンしていてもリセッ
トゲートがオフしている状態で信号の読み出しができる
ようになり、画素部のゲート配線数を４本から３本に減
少させ、そのため画素部のレイアウトに余裕が出で多結
晶シリコンの層数を増加させることなく一層目のＡｌ層
を配線として使う割合を減少させることができ、開口
率、感度を向上させられる。
トゲートがオフしている状態で信号の読み出しができる
ようになり、画素部のゲート配線数を４本から３本に減
少させ、そのため画素部のレイアウトに余裕が出で多結
晶シリコンの層数を増加させることなく一層目のＡｌ層
を配線として使う割合を減少させることができ、開口
率、感度を向上させられる。
【０００６】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。図
１は本発明の焦電型固体撮像装置の画素部を等価的に示
した図である。この撮像素子は焦電膜の両側に誘起した
信号電荷をＣＣＤに転送するために２系統の信号転送機
構を有しており、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれの経路
の断面図である。図１に示したように本発明の撮像素子
はリセット・ゲートＲＧ１、ＲＧ２、結合ゲートＣＧの
３つのゲートが一つの端子ＴＧで制御できるように接続
されている。ダイオードＤ１、Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔ
にセットする時にＴＧに加える電圧と、ダイオードＤ
１、Ｄ２から信号をＣＣＤに読み出す時にＴＧに加える
電圧とを異なる値にすることによって画素部の配線を４
本から１本に減らせている。２０−１、２０−２、２０
−３はＣＣＤの転送単位である。図２の２３−１、２３
−２はトランジスタＭＹ１、ＭＹ２、ＭＣのしきい値電
圧を制御するためのＰ形拡散層であり、特にＭＣのしき
い値電圧はＣＣＤチャネル２のｎ-形拡散層との兼ね合
いでトランジスタＭＲ１、ＭＲ２のしきい値電圧よりも
低くなるようになっている。２２−１、２２−２はそれ
ぞれトランジスタＭＹ１のゲート８−１、トランジスタ
ＭＹ２のゲート８−２の配線部であり、３層目の多結晶
シリコンで形成されている。図３は本発明の駆動方法を
説明するためのパルスタイミング図、図４（ａ）、
（ｂ）は図３の時刻ｔａ〜ｔｅでの図２（ａ）、（ｂ）
にそれぞれ対応した表面ポテンシャルである。図４の斜
線部分は電子で充満していることを示す。以下、チョッ
パを開いて素子面に入射赤外光を当てて焦電膜の温度が
上昇した時、焦電効果によって焦電膜の下面に負電荷が
誘起するように分極処理をした場合についての動作を説
明する。図３の時刻ｔａで示したように垂直帰線期間
（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開いた状態に変わる
間、リセットゲートＲＧに電圧ＶGHを印加してリセット
・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜
の両面を短絡してその電圧をＶｉｎｉｔにセットする。
次にＲＧに電圧ＶGLを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＦＦ
状態にするとダイオードＤ１、Ｄ２はフローティング状
態になり信号の積分を開始する。温度上昇により焦電膜
の下面に負電荷、上面に正電荷が誘起するため、図３の
時刻ｔｂでは図４のようにＤ１の電位は低下しＤ２の電
位は上昇する。時刻ｔｃではＹＧ１とＴＧにそれぞれＶ
YH、ＶTMを印加してチャネルを開き、Ｄ１からＣＣＤ２
０−１へ電荷を読み出す。ここでＶTMはリセット・トラ
ンジスタＭＲ１、ＭＲ２がオンしない電圧であり、ＣＧ
のゲート下のポテンシャルがＹＧ１より低くなるように
設定する。リセット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２がオ
ンしてしまえばリセット・ドレインＲＤより電荷が流入
してしまうからである。読み出し電圧ＶｒｅａｄはＹＧ
１のポテンシャルによって決まり、この時読み出す電荷
量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔとＶｒｅａｄによって決まる
バイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜の下面に誘起した電
荷量Ｑｓｉｇとの和Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇになる。ここ
でＶｒｅａｄはＹＧ１に加える電圧ＶYHとトランジスタ
ＭＹ１のしきい値電圧とによって決まる。ダイオードＤ
１の電圧がＶｒｅａｄになり電荷転送が終了するとＹＧ
１とＴＧにそれぞれＶYL、ＶTLを印加してチャネルを閉
じる。そしてＣＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、
図１のＣＣＤ２０−１に蓄積した電荷Ｑｒｅａｄを次の
転送単位に移動させる。次に時刻ｔｄではＹＧ２とＴＧ
にそれぞれＶYH、ＶTHを印加してチャネルを開き、ダイ
オードＤ２からＣＣＤ２０−１に電荷を転送する。この
時の電荷量Ｑ´ｒｅａｄは焦電膜の上面に誘起する電荷
量Ｑ´ｓｉｇによりＱｂｉａｓ−Ｑ´ｓｉｇとなる。転
送終了後ＹＧ２とＴＧにそれぞれＶYL、ＶTLを印加して
チャネルを閉じ、時刻ｔｅでは時刻ｔａと同様にＤ１、
Ｄ２をＶｉｎｉｔにリセットする。チョッパを閉じて赤
外光を遮断すると焦電膜の温度が低下するためこれまで
とは逆の符号の電荷が誘起する。この信号積分中に先に
ＣＣＤへ転送していた電荷をＣＣＤ２０−２からＣＣＤ
２０−３へ、ＣＣＤ２０−１から空いたばかりのＣＣＤ
２０−２へと電荷を順次走査し、撮像素子から取り出
す。
１は本発明の焦電型固体撮像装置の画素部を等価的に示
した図である。この撮像素子は焦電膜の両側に誘起した
信号電荷をＣＣＤに転送するために２系統の信号転送機
構を有しており、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれの経路
の断面図である。図１に示したように本発明の撮像素子
はリセット・ゲートＲＧ１、ＲＧ２、結合ゲートＣＧの
３つのゲートが一つの端子ＴＧで制御できるように接続
されている。ダイオードＤ１、Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔ
にセットする時にＴＧに加える電圧と、ダイオードＤ
１、Ｄ２から信号をＣＣＤに読み出す時にＴＧに加える
電圧とを異なる値にすることによって画素部の配線を４
本から１本に減らせている。２０−１、２０−２、２０
−３はＣＣＤの転送単位である。図２の２３−１、２３
−２はトランジスタＭＹ１、ＭＹ２、ＭＣのしきい値電
圧を制御するためのＰ形拡散層であり、特にＭＣのしき
い値電圧はＣＣＤチャネル２のｎ-形拡散層との兼ね合
いでトランジスタＭＲ１、ＭＲ２のしきい値電圧よりも
低くなるようになっている。２２−１、２２−２はそれ
ぞれトランジスタＭＹ１のゲート８−１、トランジスタ
ＭＹ２のゲート８−２の配線部であり、３層目の多結晶
シリコンで形成されている。図３は本発明の駆動方法を
説明するためのパルスタイミング図、図４（ａ）、
（ｂ）は図３の時刻ｔａ〜ｔｅでの図２（ａ）、（ｂ）
にそれぞれ対応した表面ポテンシャルである。図４の斜
線部分は電子で充満していることを示す。以下、チョッ
パを開いて素子面に入射赤外光を当てて焦電膜の温度が
上昇した時、焦電効果によって焦電膜の下面に負電荷が
誘起するように分極処理をした場合についての動作を説
明する。図３の時刻ｔａで示したように垂直帰線期間
（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開いた状態に変わる
間、リセットゲートＲＧに電圧ＶGHを印加してリセット
・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜
の両面を短絡してその電圧をＶｉｎｉｔにセットする。
次にＲＧに電圧ＶGLを印加してＭＲ１、ＭＲ２をＯＦＦ
状態にするとダイオードＤ１、Ｄ２はフローティング状
態になり信号の積分を開始する。温度上昇により焦電膜
の下面に負電荷、上面に正電荷が誘起するため、図３の
時刻ｔｂでは図４のようにＤ１の電位は低下しＤ２の電
位は上昇する。時刻ｔｃではＹＧ１とＴＧにそれぞれＶ
YH、ＶTMを印加してチャネルを開き、Ｄ１からＣＣＤ２
０−１へ電荷を読み出す。ここでＶTMはリセット・トラ
ンジスタＭＲ１、ＭＲ２がオンしない電圧であり、ＣＧ
のゲート下のポテンシャルがＹＧ１より低くなるように
設定する。リセット・トランジスタＭＲ１、ＭＲ２がオ
ンしてしまえばリセット・ドレインＲＤより電荷が流入
してしまうからである。読み出し電圧ＶｒｅａｄはＹＧ
１のポテンシャルによって決まり、この時読み出す電荷
量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔとＶｒｅａｄによって決まる
バイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜の下面に誘起した電
荷量Ｑｓｉｇとの和Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇになる。ここ
でＶｒｅａｄはＹＧ１に加える電圧ＶYHとトランジスタ
ＭＹ１のしきい値電圧とによって決まる。ダイオードＤ
１の電圧がＶｒｅａｄになり電荷転送が終了するとＹＧ
１とＴＧにそれぞれＶYL、ＶTLを印加してチャネルを閉
じる。そしてＣＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、
図１のＣＣＤ２０−１に蓄積した電荷Ｑｒｅａｄを次の
転送単位に移動させる。次に時刻ｔｄではＹＧ２とＴＧ
にそれぞれＶYH、ＶTHを印加してチャネルを開き、ダイ
オードＤ２からＣＣＤ２０−１に電荷を転送する。この
時の電荷量Ｑ´ｒｅａｄは焦電膜の上面に誘起する電荷
量Ｑ´ｓｉｇによりＱｂｉａｓ−Ｑ´ｓｉｇとなる。転
送終了後ＹＧ２とＴＧにそれぞれＶYL、ＶTLを印加して
チャネルを閉じ、時刻ｔｅでは時刻ｔａと同様にＤ１、
Ｄ２をＶｉｎｉｔにリセットする。チョッパを閉じて赤
外光を遮断すると焦電膜の温度が低下するためこれまで
とは逆の符号の電荷が誘起する。この信号積分中に先に
ＣＣＤへ転送していた電荷をＣＣＤ２０−２からＣＣＤ
２０−３へ、ＣＣＤ２０−１から空いたばかりのＣＣＤ
２０−２へと電荷を順次走査し、撮像素子から取り出
す。
【０００７】
【発明の効果】以上説明したように、従来は画素部のゲ
ート配線としてＲＧ、ＹＧ１、ＹＧ２、ＣＧの４本が必
要であったのに対して、本発明ではＲＧとＣＧの配線を
共用することにより３本に減少するので画素部の配線パ
ターンの複雑度が減少し、平面的な余裕ができるためデ
バイス構成の点での歩留りは向上する。しかも一層目の
Ａｌ層を配線として使う割合が減少するため焦電膜の面
積を増加させることができ、開口率、感度を向上させら
れる。多結晶シリコンの層数を増加させることなく一層
目のＡｌ層を配線として使う割合が減少するため製造プ
ロセスの工程増加が原因となるような歩留りの低下はな
い。
ート配線としてＲＧ、ＹＧ１、ＹＧ２、ＣＧの４本が必
要であったのに対して、本発明ではＲＧとＣＧの配線を
共用することにより３本に減少するので画素部の配線パ
ターンの複雑度が減少し、平面的な余裕ができるためデ
バイス構成の点での歩留りは向上する。しかも一層目の
Ａｌ層を配線として使う割合が減少するため焦電膜の面
積を増加させることができ、開口率、感度を向上させら
れる。多結晶シリコンの層数を増加させることなく一層
目のＡｌ層を配線として使う割合が減少するため製造プ
ロセスの工程増加が原因となるような歩留りの低下はな
い。
【図１】本発明の焦電型固体撮像装置の画素部の等価
図。
図。
【図２】本発明の焦電型固体撮像装置の断面図。
【図３】本発明の動作を説明するためのパルスタイミン
グ図。
グ図。
【図４】本発明の動作を説明するための表面ポテンシャ
ル図。
ル図。
【図５】従来の固体撮像装置の例を示す等価図。
【図６】従来例の断面図。
【図７】従来例のパルスタイミング図。
【図８】従来例の表面ポテンシャル図。
ＲＧ１、ＲＧ２ リセットゲート ＣＧ 結合ゲート Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Claims (1)
- 第一導電型の半導体基板の主表面に焦電気性を示す誘電
体によって形成された焦電素子、前記焦電膜の上面およ
び下面に誘起する電荷を別々に蓄積するための容量素子
からなる光電変換素子を形成し、各々の容量素子につい
てその初期電圧設定素子と読み出し電圧設定ゲートを設
け、各々の容量素子に蓄積した電荷を信号電荷転送素子
に転送するために各々の読み出し電圧設定ゲートと信号
電荷転送素子に接続して結合ゲートを設け、それぞれを
一つの構成単位としてアレー状に形成した焦電型固体撮
像装置において、初期電圧設定素子の制御ゲートと結合
ゲートを同一の端子で制御できるように相互接続し、前
記制御ゲートのしきい値電圧を結合ゲートのしきい値電
圧よりも大きくしたことを特徴とする焦電型固体撮像装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4359026A JPH06204573A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 焦電型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4359026A JPH06204573A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 焦電型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204573A true JPH06204573A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18462365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4359026A Pending JPH06204573A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 焦電型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06204573A (ja) |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4359026A patent/JPH06204573A/ja active Pending
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