JP3208595B2 - 電荷転送装置 - Google Patents

電荷転送装置

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JP3208595B2
JP3208595B2 JP09302792A JP9302792A JP3208595B2 JP 3208595 B2 JP3208595 B2 JP 3208595B2 JP 09302792 A JP09302792 A JP 09302792A JP 9302792 A JP9302792 A JP 9302792A JP 3208595 B2 JP3208595 B2 JP 3208595B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/713Transfer or readout registers; Split readout registers or multiple readout registers

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送部分がCCD
で構成された電荷転送装置に関し、特にCCDイメージ
センサやCCDリニアセンサ等に用いて好適なものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電荷転送部分がCCDで構成されたもの
として、CCDイメージセンサ、CCDリニアセンサ及
びCCD遅延線等があげられる。
【0003】その中で、例えばインターライン方式のC
CDイメージセンサは、図9に示すように、フォトダイ
オードで構成された受光部21が水平及び垂直方向にマ
トリクス状に配列され、夫々共通の垂直ライン上の受光
部21に対応して共通に設けられた垂直レジスタ22
と、各垂直レジスタ22に対して共通に設けられた水平
レジスタ23が設けられて構成されている。
【0004】そして、電荷蓄積期間において受光部21
で蓄積された信号電荷を、次の読出し期間において、垂
直レジスタ22に読出し、水平ブランキング期間におい
て、信号電荷を行ごとに転送し、垂直レジスタ22の最
終段に蓄積されている信号電荷を水平レジスタ23に転
送する。そして、次の水平出力期間(テレビジョンの1
水平走査期間に相当する)において、水平レジスタ23
上の信号電荷を順次出力部24側に転送し、出力部24
から撮像信号Sとして取り出すという動作を行う。
【0005】特に、上記垂直レジスタ22は、例えば4
枚の転送電極を1組とする転送段が垂直方向に配列さ
れ、各転送電極に互いに位相の異なる駆動パルスを印加
することにより、受光部21から垂直レジスタ22に読
み出された信号電荷を水平レジスタ23側に転送する。
【0006】また、最近では、信号電荷の転送効率を向
上させるために、各転送電極に同じ値の抵抗を接続し、
各転送電極と垂直レジスタ22との間に形成される付加
容量との時定数により、各転送電極に印加される駆動パ
ルス(方形パルス)の波形をなまらせるようにしてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各転送電極
を垂直レジスタ22上に形成する場合、受光部21間の
配線形成領域を利用して行われるが、4枚の転送電極を
全て同じパターンで形成することは不可能である。そこ
で、配線形成上、どうしても各転送電極における垂直レ
ジスタ22との接触面積にばらつきが生じる。
【0008】例えば、図10に示すように、駆動パルス
V1及びV3が印加される転送電極G1及びG3が、駆
動パルスV2及びV4が印加される転送電極G2及びG
4よりも幅広に形成されて垂直レジスタ22との接触面
積が大きい場合、転送電極G1及びG3の付加容量が転
送電極G2及びG4の付加容量よりも大きくなり、時定
数の関係から駆動パルスV1及びV3が、駆動パルスV
2及びV4よりもなまった波形になる。
【0009】従って、図11に示すように、例えばt1
時において、転送電極G1に印加される駆動パルスV1
が下がり切らないうちに、隣接する転送電極G4に印加
される駆動パルスV4が立ち上がり、またt2 時におい
て、転送電極G2に印加される駆動パルスV2が下がり
切らないうちに、隣接する転送電極G1に印加される駆
動パルスV1が立ち上がることになり、垂直レジスタ2
2での最大取扱い電荷量が減少し、特性の劣化を引き起
こすという問題がある。
【0010】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、電荷転送領域の最大
取扱い電荷量を減少させることなく、信号電荷の転送効
率を向上させることができる電荷転送装置を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体1に形成
された電荷転送領域2上に、所定枚数の転送電極G1,
G2,G3及びG4を1組とする転送段が多段に配列さ
れ、各転送段の各転送電極G1,G2,G3及びG4に
夫々位相の異なる駆動パルスV1,V2,V3及びV4
を印加することにより、電荷転送領域2内の信号電荷e
を出力部側に順次転送する電荷転送装置において、各転
送電極G1,G2,G3及びG4に、各転送電極G1,
G2,G3及びG4の付加容量C1,C2,C3及びC
4に応じた値を有する抵抗R1,R2,R3及びR4を
イメージエリア11の周辺部で接続して構成する。
【0012】
【作用】上述の本発明の構成によれば、各転送電極G
1,G2,G3及びG4に、各転送電極G1,G2,G
3及びG4の付加容量C1,C2,C3及びC4に応じ
た値を有する抵抗R1,R2,R3及びR4をイメージ
エリア11の周辺部で接続するようにしたので、各転送
電極G1,G2,G3及びG4に印加される駆動パルス
V1,V2,V3及びV4のなまり具合いをほぼ同じに
することができる。このことから、例えば駆動パルスV
1が印加される転送電極G1の上記駆動パルスV1が下
がり切らないうちに、その隣接する転送電極G4に印加
される駆動パルスV4が立ち上がるという不都合がなく
なり、電荷転送領域2の最大取扱い電荷量を減少させる
ことなく、信号電荷eの転送効率を向上させることがで
きる。
【0013】
【実施例】以下、図1〜図8を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図1は、本実施例に係るCCDイメー
ジセンサの特にその垂直転送部分の原理構造を示す概略
構成図である。
【0014】本例に係る垂直転送部分の構成は、図示す
るように、例えばP型のシリコン基板1にN型の不純物
拡散領域帯による垂直レジスタ2が形成され、この垂直
レジスタ2上にゲート絶縁膜3を介して4枚の転送電極
G1,G2,G3及びG4を1組とする転送段が垂直方
向(Y方向)に配列されて構成されている。
【0015】そして、各転送電極G1,G2,G3及び
G4は、その形成パターンにより、夫々垂直レジスタ2
との接触面積が異なる場合が生じる。図示の例では、各
転送電極G1,G2,G3及びG4の垂直レジスタ2と
の接触面積を夫々A1,A2,A3,A4とすると、A
1>A2>A3>A4の場合を想定している。従って、
各転送電極G1,G2,G3及びG4の付加容量C1,
C2,C3,C4は、C1>C2>C3>C4の関係と
なる。
【0016】このような場合において、本例では、各転
送電極G1,G2,G3及びG4に夫々値の異なる抵抗
R1,R2,R3,R4を接続する。各抵抗の大小関係
は、R1<R2<R3<R4である。これらの抵抗R
1,R2,R3,R4の値は、各転送電極G1,G2,
G3及びG4の夫々の時定数C1・R1、C2・R2、
C3・R3、C4・R4がほぼ同一となるように設定す
る。
【0017】その結果、各転送電極G1,G2,G3及
びG4の入力端子φ1,φ2,φ3及びφ4に、図2A
で示すような、夫々位相の異なる方形の駆動パルスV
1,V2,V3及びV4を印加すると、上記時定数によ
り、駆動パルスV1,V2,V3及びV4はほぼ同じ割
合でなまり、各駆動パルスV1,V2,V3及びV4の
波形は、図2Bに示すようになる。一般に、信号電荷の
転送効率は、各駆動パルスV1,V2,V3及びV4の
例えば高レベルから低レベルに切り替わる期間に依存し
ており、その切り替わる期間が長いほど転送効率が良く
なる。
【0018】従って、本例においては、各駆動パルスV
1,V2,V3及びV4が付加容量C1,C2,C3及
びC4と付加抵抗R1,R2,R3及びR4による時定
数によって波形がなまり、例えば高レベルから低レベル
に切り替わる期間が方形のパルス波形の場合よりも長く
なり、信号電荷の転送効率が向上する。
【0019】また、各駆動パルスV1,V2,V3及び
V4がほぼ同じ割合でなまることから、例えば図2Bの
2 時において、駆動パルスV1が下がり切らないうち
に、転送パルスV4が立ち上がるという現象が確率的に
少なくなる。しかも、各駆動パルスV1,V2,V3及
びV4の出力タイミングを容易に予測することができる
ため、各駆動パルスV1,V2,V3及びV4の例えば
立ち上がりから立ち下がりまでの最適な期間を容易に設
定することができ、上記現象を完全になくすことが可能
となる。
【0020】ここで、図2Bで示す各駆動パルスV1,
V2,V3及びV4の印加によって信号電荷がどのよう
に転送されるかを図3に基いて説明する。
【0021】まず、t0 時において、駆動パルスV1及
びV2が高レベルであることから、転送電極G1及びG
2下に連続するポテンシャル井戸が形成され、信号電荷
eはこのポテンシャル井戸に転送・蓄積される。
【0022】次のt1 時において、駆動パルスV3が高
レベルになることから、転送電極G3下のポテンシャル
が深くなって、転送電極G1、G2及びG3下に連続す
るポテンシャル井戸が形成され、信号電荷eはこのポテ
ンシャル井戸に転送・蓄積される。t0 からt1 時にか
けて駆動パルスV3の高レベルへの切り替え期間が転送
電極G3の時定数により長くなっているため、信号電荷
eは、転送電極G1及びG2から転送電極G3下にわた
って効率よく転送される。
【0023】次に、t2 時において、駆動パルスV1が
低レベルになることから、転送電極G1下のポテンシャ
ルが浅くなり、信号電荷eは、転送電極G2及びG3下
に連続形成されているポテンシャル井戸に転送・蓄積さ
れる。このとき、t1 からt 2 時にかけて駆動パルスV
1の低レベルへの切り替え期間が転送電極G1の時定数
により長くなっているため、転送電極G1下にあった信
号電荷eは、転送電極G2及びG3下に連続形成されて
いるポテンシャル井戸に効率よく転送される。
【0024】次に、t3 時において、駆動パルスV4が
高レベルになることから、転送電極G4下のポテンシャ
ルが深くなって、転送電極G2、G3及びG4下に連続
するポテンシャル井戸が形成され、信号電荷eはこのポ
テンシャル井戸に転送・蓄積される。t2 からt3 時に
かけて駆動パルスV4の高レベルへの切り替え期間が転
送電極G4の時定数により長くなっているため、信号電
荷eは、転送電極G2及びG3から転送電極G4下にわ
たって効率よく転送される。
【0025】次に、t4 時において、駆動パルスV2が
低レベルになることから、転送電極G2下のポテンシャ
ルが浅くなり、信号電荷eは、転送電極G3及びG4下
に連続形成されているポテンシャル井戸に転送・蓄積さ
れる。このとき、t3 からt 4 時にかけて駆動パルスV
2の低レベルへの切り替え期間が転送電極G2の時定数
により長くなっているため、転送電極G2下にあった信
号電荷eは、転送電極G3及びG4下に連続形成されて
いるポテンシャル井戸に効率よく転送される。
【0026】次に、t5 時において、駆動パルスV1が
高レベルになることから、転送電極G1下のポテンシャ
ルが深くなって、転送電極G3、G4及びG1下に連続
するポテンシャル井戸が形成され、信号電荷eはこのポ
テンシャル井戸に転送・蓄積される。t4 からt5 時に
かけて駆動パルスV1の高レベルへの切り替え期間が転
送電極G1の時定数により長くなっているため、信号電
荷eは、転送電極G3及びG4から転送電極G1下にわ
たって効率よく転送される。
【0027】次に、t6 時において、駆動パルスV3が
低レベルになることから、転送電極G3下のポテンシャ
ルが浅くなり、信号電荷eは、転送電極G4及びG1下
に連続形成されているポテンシャル井戸に転送・蓄積さ
れる。このとき、t5 からt 6 時にかけて駆動パルスV
3の低レベルへの切り替え期間が転送電極G3の時定数
により長くなっているため、転送電極G3下にあった信
号電荷eは、転送電極G4及びG1下に連続形成されて
いるポテンシャル井戸に効率よく転送される。
【0028】次に、t7 時において、駆動パルスV2が
高レベルになることから、転送電極G2下のポテンシャ
ルが深くなって、転送電極G4、G1及びG2下に連続
するポテンシャル井戸が形成され、信号電荷eはこのポ
テンシャル井戸に転送・蓄積される。t6 からt7 時に
かけて駆動パルスV2の高レベルへの切り替え期間が転
送電極G2の時定数により長くなっているため、信号電
荷eは、転送電極G4及びG1から転送電極G2下にわ
たって効率よく転送される。
【0029】次に、t8 時において、駆動パルスV4が
低レベルになることから、転送電極G4下のポテンシャ
ルが浅くなり、信号電荷eは、転送電極G1及びG2下
に連続形成されているポテンシャル井戸に転送・蓄積さ
れる。このとき、t7 からt 8 時にかけて駆動パルスV
4の低レベルへの切り替え期間が転送電極G4の時定数
により長くなっているため、転送電極G4下にあった信
号電荷eは、転送電極G1及びG2下に連続形成されて
いるポテンシャル井戸に効率よく転送される。
【0030】上記一連の動作により、1つの転送段にあ
った信号電荷eが隣の転送段に転送されることになる。
そして、上記一連の動作を繰り返すことにより、垂直レ
ジスタ2上の信号電荷eを水平レジスタ(図示せず)側
に順次転送する。
【0031】次に、上記実施例に係る構成を実際のCC
Dイメージセンサに適用した場合について図4〜図8を
参照しながら説明する。
【0032】図4は、本実施例に係るCCDイメージセ
ンサの特にその垂直転送部分を一部破断して示す斜視図
である。この図において、4は受光部を示す。また、図
1と対応するものについては同符号を記す。
【0033】このCCDイメージセンサの垂直転送部分
は、図示するように、駆動パルスV1が印加される第1
の転送電極G1と駆動パルスV3が印加される第3の転
送電極G3が夫々同じパターンで形成され、駆動パルス
V2が印加される第2の転送電極G2と駆動パルスV4
が印加される第4の転送電極G4が夫々同じパターンで
形成され、上記第1及び第3の転送電極G1及びG3
は、その配線幅が第2及び第4の転送電極G2及びG4
の配線幅よりも狭く、また、垂直レジスタ2との接触面
積が広く形成されている。このことから、第1及び第3
の転送電極G1及びG3は、その配線抵抗及び垂直レジ
スタ2との付加容量による時定数が第2及び第4の転送
電極G2及びG4よりも大きくなる。
【0034】従って、本例では、第1及び第3の転送電
極G1及びG3に接続する抵抗R1及びR3の値を互い
に同じにし(R1=R3)、第2及び第4の転送電極G
2及びG4に接続する抵抗R2及びR4の値を互いに同
じにし(R2=R4)、更に、抵抗R1及びR3の値を
抵抗R2及びR4よりも小さくして構成する(R1,R
3<R2,R4)。
【0035】ここで、一つの実験例を示す。図4の構成
において、第1及び第3の転送電極G1及びG3のみに
同じ値の抵抗を接続した場合をサンプル1、各転送電極
G1,G2,G3及びG4に同じ値の抵抗を接続した場
合をサンプル2、第2及び第4の転送電極G2及びG4
のみに同じ値の抵抗を接続した場合をサンプル3とし
て、各サンプル1,2及び3における信号電荷の転送残
り量を測定すると、図5に示すように、サンプル1は、
接続される抵抗の値に関係なく、転送残り量が多いこと
から、この構成を採用することはできない。
【0036】一方、サンプル2とサンプル3について
は、接続される抵抗の値を上げるにしたがって、転送残
り量が減り、転送効率の向上がみられる。しかし、取扱
い電荷量の変化をみた場合、図6に示すように、サンプ
ル2は、抵抗値20Ωくらいから取扱い電荷量が減少す
るのに対し、サンプル3は、抵抗値60Ωくらいから減
少傾向にあり、90Ωくらいから基準の取扱い電荷量1
000mVよりも減少することがわかる。
【0037】このことから、付加容量の小さい第2及び
第4の転送電極G2及びG4に値の大きい抵抗を接続
し、付加容量の大きい第1及び第3の転送電極G1及び
G3に値の小さい抵抗を接続すれば、取扱い電荷量を犠
牲にせずに、転送効率を大きく向上させることができる
ことがわかる。
【0038】図4で示す実施例では、第1及び第3の転
送電極G1及びG3に値が20Ωの抵抗R1及びR3を
接続し、第2及び第4の転送電極G2及びG4に値が6
0Ωの抵抗R2及びR4を接続して構成した。
【0039】ところで、各転送電極G1,G2,G3及
びG4への抵抗R1,R2,R3及びR4の接続は、C
CDイメージセンサを例にとると、そのイメージエリア
の周辺部における配線引き回し用の領域で行うことが好
ましい。即ち、図7に示すように、受光部がマトリクス
状に配列されたイメージエリア11内における垂直レジ
スタ上の各転送電極は、イメージエリア11の周辺部に
おける配線引き回し領域にて、対応する入力端子φ1,
φ2,φ3及びφ4と配線12a,12b,12c及び
12dを介して電気的に接続されるわけだが、ここで上
記各配線12a,12b,12c及び12dを以下のよ
うに構成する。
【0040】各転送電極G1,G2,G3及びG4から
延びる配線層(通常、多結晶シリコン層が用いられる)
12a,12b,12c及び12dと入力端子φ1,φ
2,φ3及びφ4のインナー側を同じ線幅及び長さを有
する抵抗線13a,13b,13c及び13dで電気的
に接続する。
【0041】そして、各配線層12a,12b,12c
及び12dと各抵抗線13a,13b,13c及び13
dとを例えばAl配線14a,14b,14c及び14
dにて接続する。このとき、Al配線14a,14b,
14c及び14dと抵抗線13a,13b,13c及び
13dとの各接続位置a,b,c及びdを各転送電極G
1,G2,G3及びG4の付加容量に応じて適宜選定す
ることによって、各転送電極G1,G2,G3及びG4
に付加容量に応じた抵抗R1,R2,R3及びR4が接
続されたことと等価になる。
【0042】各転送電極G1,G2,G3及びG4が図
4の構成を有する場合、第1及び第3の転送電極G1及
びG3に関しては、Al配線14a及び14cにおける
抵抗線13a及び13cとの接続位置a及びcを夫々入
力端子φ1及びφ3のインナー側に設定して、各抵抗R
1及びR3の値を小さくし、第2及び第4の転送電極G
2及びG4に関しては、Al配線14b及び14dにお
ける抵抗線13b及び13dとの接続位置b及びdを夫
々配線層12b及び12d側に設定して、各抵抗R2及
びR4の値を大きくする。
【0043】上記の方法によれば、簡単に各転送電極G
1,G2,G3及びG4にその付加容量に応じた抵抗R
1,R2,R3及びR4を接続することができる。
【0044】上記例では、CCDイメージセンサに適用
した例を示したが、その他、CCDリニアセンサやCC
D遅延線にも適用させることができる。
【0045】
【発明の効果】本発明に係る電荷転送装置によれば、電
荷転送領域の最大取扱い電荷量を減少させることなく、
信号電荷の転送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るCCDイメージセンサの特にそ
の垂直転送部分の原理構造を示す概略構成図。
【図2】Aは、本実施例の入力端子に供給される駆動パ
ルス(方形パルス)を示す波形図。Bは、本実施例にお
ける実際の駆動パルスの波形図。
【図3】本実施例に係る信号電荷の転送動作を示す動作
概念図。
【図4】本実施例に係る転送電極の実際の形成パターン
例を一部破断して示す斜視図。
【図5】各サンプルの抵抗値に対する転送残り量の変化
を示す特性図。
【図6】サンプル1及び2の抵抗値に対する取扱い電荷
量の変化を示す特性図。
【図7】本実施例に係るイメージエリア周辺部の構成を
示す概略平面図。
【図8】本実施例に係る抵抗の接続方法(形成方法)を
示す説明図。
【図9】CCDイメージセンサの一般的な構成を示す概
略平面図。
【図10】従来例に係るCCDイメージセンサの垂直転
送部分を示す概略構成図。
【図11】従来例の不都合点を示す波形図。
【符号の説明】
G1〜G4 転送電極 C1〜C4 付加容量 R1〜R4 付加抵抗 V1〜V4 駆動パルス 1 基板 2 垂直レジスタ 3 ゲート絶縁膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/339 H01L 27/14 H01L 27/148 H01L 29/762 H04N 5/335

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体に形成された電荷転送領域上に、所
    定枚数の転送電極を1組とする転送段が多段に配列さ
    れ、各転送段の各転送電極に夫々位相の異なる駆動パル
    スを印加することにより、上記電荷転送領域内の信号電
    荷を出力部側に順次転送する電荷転送装置において、 上記各転送電極に、各転送電極の付加容量に応じた値を
    有する抵抗がイメージエリアの周辺部で接続されている
    ことを特徴とする電荷転送装置。
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