JPH03258083A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数の水平電荷転送部を有する固体撮像素子に
関する。

〔発明の概要〕

本発明は、マトリクス状に配列された受光部からの信号
電荷をそれぞれ複数の垂直電荷転送部。

水平電荷転送部を介して読み出すＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、水平電荷転送部間の転送ゲートのゲート電圧の
遷移を段階的に行ったり或いは時間的に長く行うことに
より、転送効率の向上を図るものである。

〔従来の技術〕

非常に多くの画素を有する固体撮像素子では、その水平
転送周波数が高くなるため、その転送が困難となる。そ
こで、その水平転送周波数を低くするために、水平電荷
転送部（水平レジスタ）を２本以上設け、これに信号電
荷を振り分けて転送することが行われている。

例えば、２つの互いに並行して設けられた水平電荷転送
部を有し、２相の転送信号ΦＨ１，ΦＨ２により各水平
電荷転送部で高速転送が行われる固体撮像素子では、２
つの水平電荷転送部の転送電極は、転送ゲートを挟んで
共通とされ、共通の転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が与えられ
ている。転送ゲートの下部には、チャンネル領域がチャ
ンネルストップ領域に挟まれて設けられており、そのチ
ャンネル領域を介して水平電荷転送部間の転送が行われ
る。そのチャンネル領域は、一方の水平電荷転送部の転
送信号ΦＨ２が与えられる領域と、他方の水平電荷転送
部の転送信号ΦＨ１が与えられるＭ￥ｉに挟まれおり、
一方の水平電荷転送部の転送信号ΦＨ１が与えられる領
域は転送ゲートの下部のチャンネルストップ領域に隣接
する。

第５図（ａ）〜（ｄ）は水平電荷転送部間の電荷の転送
をそのポテンシャルから説明する図である。水平電荷転
送部の転送信号ΦＨ２の領域から、信号ΦＨＨＧに制御
される転送ゲートを介して、水平電荷転送部の転送信号
ΦＨ１の領域に電荷の転送をする場合について説明する
と、まず、第５図（ａ）に示すように、信号ΦＨＨＧの
レベルを高くして、転送ゲートを導通状態とし、転送信
号ΦＨ１，ΦＨ２を低レベルにする。すると、転送ゲー
トの下部のチャンネル領域に電荷が蓄積される０次に、
第５図（ハ）に示すように、転送先である転送信号ΦＨ
１のみを高レベルに変化させる。すると、転送ゲートの
下部のチャンネル領域に蓄積されていた電荷が他方の水
平電荷転送部の転送信号ΦＨ１にかかるｆｉｌＪｄｉに
転送される。次に、転送ゲートと遮断状態にするために
、第５図（Ｃ）に示すように、信号ΦＨＨＧのレベルを
高レベルから低レベルに遷移させる。そして、第５図（
ｄ）に示すように、完全に信号ΦＨＨＧのレベルが低レ
ベルとなったところで、２本の水平電荷転送部が電気的
に分離されたことになり、振り分は転送が完了したこと
になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述の水平電荷転送部間の電荷転送には、次
のような問題がある。

すなわち、水平電荷転送部間の電荷の転送の終了時には
、２つの水平電荷転送部の間の転送ゲートを遮断状態に
する必要があるが、その遮断状態にするためのレベル遷
移の時に、転送ゲートの下部のチャンネル領域に存在す
る電荷の一部が元の水平電荷転送部側にも戻されて、転
送効率が劣化する。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、水平電荷
転送部の間の転送効率を向上させるような固体撮像素子
の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成する本発明の固体撮像素子は、マトリ
クス状に配列された複数の受光部と、それら受光部の各
垂直列毎に設けられ該受光部からの電荷を垂直方向に転
送する複数の垂直電荷転送部と、それら垂直電荷転送部
からの電荷を水平方向に転送する複数の水平電荷転送部
を有している。

上記受光部に隣接した垂直電荷転送部と上記水平電荷転
送部の間には、第２の垂直電荷転送部からなる蓄積部を
設けても良い。

そして、本発明の固体撮像素子は、上記複数の水平電荷
転送部の間の転送を制御する転送ゲートのゲート電圧が
、水平電荷転送部間の電荷転送終了時に、該ゲート電圧
が遷移する途中の中間電圧に一時的に設定されたり、或
いは通常の上記ゲート電圧の遷移よりも遅く遷移するこ
とを特徴としている。

ここで、上記中間電圧への一時的な設定は、例えば、２
値パルスであったものを中間レベルを増やして３値パル
スにすることで実現でき、上記遅い遷移はゲート電極の
充電の時定数を変化させ、例えばゲート容量を大きくす
ることで実現可能である。

〔作用〕

水平電荷転送部間の電荷転送の終了時に、水平電荷転送
部の間の転送を制御する転送ゲートのゲート電圧を中間
電圧を介して遷移させたり、或いは通常より遅く遷移さ
せることで、ゲート電極の下部のチャンネル領域の電荷
が十分に転送先の水平電荷転送部に転送された後に、転
送ゲートを遮断状態にすることができる。従って、転送
ゲートにかかる電荷が転送元の水平電荷転送部に逆に転
送されるような弊害が防止され、転送効率が向上するこ
とになる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、ＦＩＴ（フレームインターライントランス
ファ）型のＣＣＤイメージセンサ−の例であり、水平電
荷転送周波数を低減させるために２本の水平電荷転送部
を有している。

第１図はその模式的な平面図である。第１図に示すよう
に、本実施例のＣＣＤイメージセンサ−１は、信号電荷
を光電変換により発生させる撮像部２と、その信号電荷
を一時的に蓄積する蓄積部３と、水平電荷転送部である
第１の水平レジスタ４と、同しく水平電荷転送部である
第２の水平レジスタ５を主たる構成要素としており、こ
れらはシリコン基板上に半導体製造技術を以て形成され
ている。

撮像部２は、マトリクス状に配列された受光部６を有し
ており、これら受光部６でそれぞれ入射光の光電変換が
行われる。これら受光部６は、−例として、ｎ型のシリ
コン基板、ｐウェルに形成されるｎ型の不純物拡散領域
と、その表面のｎ型の正孔蓄積層からなり、表面から順
にｐｎｐｎ構造とされる。各受光部６の各垂直列に沿っ
て、各垂直列毎に第１の垂直レジスタ７が設けられてい
る。これら第１の垂直レジスタ７は受光部６からの電荷
を垂直方向に転送する。これら第１の垂直レジスタ７に
は、それぞれ電荷を転送するための埋め込みチャンネル
層がシリコン基板に形成され、その埋め込みチャンネル
層上には絶縁膜を介して複数の転送電極が形成される。

この第１の垂直レジスタ７の転送電極には、転送信号Φ
ＩＭＩ〜ΦＩＭ４が供給される。

蓄積部３には、第１の垂直レジスタ７に電気的に連続す
るように複数の第２の垂直レジスタ８が形成されており
、第１の垂直レジスタ７と第２の垂直レジスタ８の数は
一対一に対応する。第１の垂直レジスタ７から第２の垂
直レジスタ８に垂直ブランキング期間に高速に信号電荷
を転送することで、スメアの低減がなされる。これら第
２の垂直レジスタ８には、転送信号ΦＳＴＩ〜ΦＳＴ４
が供給される。

蓄積部３と第１の水平レジスタ４の間には、ゲート９が
設けられ、このゲート９は信号ΦＶＨにより制御される
。信号ΦＶＨが高レベルの時、ゲート９が導通状態とな
り、信号ΦＶＨが低しヘルの時、ゲート９が遮断状態と
なる。

第１の水平レジスタ４及び第２の水平レジスタ５は、互
いに並列に、蓄積部３の垂直方向の端部にゲート９を介
して設けられている。これら第１の水平レジスタ４及び
第２の水平レジスタ５には、転送電極が形成されており
、それら転送電極には高速転送時に互いに逆相の関係と
なる位相の転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が供給される。これ
ら第１の水平レジスタ４及び第２の水平レジスタ５の間
には、転送ゲート１０が設けられており、これら２つの
水平レジスタ間の転送を制御する。転送ゲート１０には
、信号ΦＨＨＧが供給されており、この信号ΦＨＨＧの
レベルで、２つの水平レジスタ間の転送が制御される。

各水平レジスタ４．５の終端部には、それぞれフローテ
ィングディフユージゴン領域２１　２２が設けられてい
る。各フローティングディフユージタンｅＭＭ２１．２
２は各増幅器２３．２４に接続されており、信号電荷が
電圧に変換されて、それぞれ出力信号Ｖｏｕｔ＋、　　
Ｖｏｕｔ−が出力される。また、各フローティングディ
フユージッン領域２１゜２２は、リセットゲー１−２５
．２５を介して電圧ＶＲＤＩ、ＶＲＤ２が与えられてい
るリセットドレイン領域２６．２６に接続されている。

従って、リセットゲート２５，２５！こ与えられている
信号ΦＲＧによって、フローティングディフユージッン
領域２１．２２はリセット（プリチャージ）される。

また、上記水平レジスタ５の側部には、信号ΦＳＧが与
えられるス逅アゲート電極２７が設けられ、さらに、そ
のス逅アゲート電極２７に沿って電圧ＶＳＤが与えられ
たスミアドレイン領域２８が形成される。これらスミア
ゲート電極２７及びスミアドレイン領域２８によって、
ス壽ア電荷の掃き出しが行われる。

第２図は２本の水平レジスタ４．５の部分の平面図であ
る。これら２本の水平レジスタ４．５は、転送ゲート１
０を挾んで並列に設けられており、特に第１の水平レジ
スタ４はそれぞれ図中−点鎖線で示す第１層目のポリシ
リコン層からなるゲート９と転送ゲート１０に挟まれて
設けられ、第２の水平レジスタ５はその転送ゲート１０
と同じく第１層目のポリシリコン層からなるスミアゲー
ト電極２７に挟まれて設けられている。各水平レジスタ
４，５には、それぞれ第２層目のポリシリコン層と第３
層目のポリシリコン層からなるそれぞれ複数の転送電極
１１．１２が配されている。転送電極１１は図中実線で
示すように第２層目のポリシリコン層をパターニングし
て形成され、図中■方向を長手方向としているが、２つ
の水平レジスタ４，５に亘る電極が直線上にならないよ
うに転送ゲート１０上で−Ｈ方向に線幅程度曲げられて
おり、各水平レジスタ４．５上では略矩形状とされてい
る。複数の転送電極１１は、Ｈ方向で互いに一定の間隔
を以て離間しており、その離間した領域を覆い且つその
端部が転送電極１１上に重なるようなパターンで図中破
線で示すように第３層目のポリシリコン層からなる転送
電極１２が形成されている。これら転送電極１２も転送
電極１１と同様に、図中Ｖ方向を長手方向としているが
、２つの水平レジスタ４．５に亘る電極が直線上になら
ないように転送ゲート１０上で−Ｈ方向に線幅程度曲げ
られており、Ｈ，−Ｈ方向の側部が共に転送電極ｌｌ上
に重なりながら各水平レジスタ４．５上では略矩形状と
されている。これら転送電極１１．１２には、各転送電
極毎に交互に転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が供給されている
。従って任意の転送電極１１に対して隣接する転送電極
１２の一方は、必ず同相の転送信号が与えられており、
本実施例では転送電極１１の−Ｈ側に隣接する転送電極
１２に同相の転送信号ΦＨ１又はΦＨ２が与えられてい
る。また、同じ電圧を与えた状態で転送電極１１の下部
のチャンネル層が転送電極１２の下部のチャンネル層よ
りもポテンシャル井戸が深くされており、転送電極１１
側がストレージ部となり、転送電極１２側がトランファ
一部として機能する。

転送ゲート１０の下部のシリコン基板の表面には、第２
図中、斜線領域で示すチャンネルストップｆｌＪｉ域１
３が設けられ、それらチャンネルストップ領域１３に挾
まれた領域がチャンネル領域１４とされる。このチャン
ネル領域１４は、転送ゲート１０の下部でＨ方向及び■
方向に対して共に斜めに設けられるパターンとされてお
り、転送電極１１．１２の曲げられた方向とはクロスす
るようになっている。このチャンネル領域１４は、第１
の水平レジスタ４の転送信号ΦＨ２に制御される領域１
５と、水平レジスタ５の転送信号ΦＨ１に制御される領
域１６をその両端に対向させるように設けられている。

チャンネル領域１４が第１の水平レジスタ４の転送信号
ΦＨ２に制御される領域１５に連続して設けられるため
、第１の水平レジスタ４の転送信号ΦＨ２に制御される
領域はチャンネルストップ領域１３に連続する。従って
、転送ゲート１０のゲート電圧が高くなっても、第１の
水平レジスタ４の転送信号ΦＨ１に制御される領域から
電荷が次の水平レジスタ５に転送されるようなことはな
い。なお、第１の水平レジスタ４の蓄積部３側のゲート
９の下部にも図中斜線領域で示すチャンネルストップ領
域１７が設けられる。

このような第１の水平レジスタ４と第２の水平レジスタ
５を有する本実施例のＣＣＤイメージヤは、水平転送周
波数を低減するために水平レジスタ間の振り分は転送が
行われる。第２図中、丸印は第１の水平レジスタ４で転
送される電荷を表したものであり、第１の水平レジスタ
４の転送信号ΦＨ１に制御される領域に蓄積部３から転
送されて来るために、その第１の水平レジスタ４内に止
まる。一方、図中黒丸印で示す電荷は、第１の水平レジ
スタ４を介して第２の水平レジスタ５まで転送される電
荷を表したものであり、はじめに第１の水平レジスタ４
の転送信号ΦＨ１に制御される領域１５へ蓄積部３から
転送されて来るために、チャンネル領域１４を介して第
２の水平レジスタ５の領域１６まで転送される。

次に、第３図及び第４図（ａ）〜（ｄ）を参照して、そ
の第２図の黒丸にかかる水平レジスタ間の振り分は転送
について説明する。

初めに、転送ゲートｌＯに供給されている信号ΦＨＨＧ
が高レベルになって、転送ゲー）１０が導通状態となり
、続いて転送電極１１．１２に供給されている転送信号
ΦＨ１，ΦＨ２が共に低レベルとなることで、第１の水
平レジスタ４の’４Ｍ１５の電荷が少なくともチャンネ
ル領域１４まで転送される。この時のポテンシャルの状
態は、第４図（ａ）に示すように、信号ΦＨＨＧにかか
る領域のポテンシャルだけが落ち込んだものとなる。

続いて、第３図の時刻ｔ１で、転送先の第２の水平レジ
スタ５の領域１６を制御する信号ΦＨ１のレベルが、低
レベルから高レベルに遷移スる。

すると、第４図（ロ）に示すように、信号ΦＨ１にかか
る領域１６のポテンシャルが深くなり、電荷が領域１６
まで転送される。

次に、第３図の時刻ｔ２で転送ゲー）１０に与えられて
いる信号ΦＨＨＧを高レベルから低レベルまで遷移させ
るのではなく、高レベルから中間レベルまで遷移させる
。すると、第４図（Ｃ）に示すように、第２の水平レジ
スタ５の領域１６のポテンシャルの方がチャンネル領域
１４のポテンシャルの深さよりも深くなり、その結果、
信号電荷が十分に第２の水平レジスタ５の領域１６に転
送される。

そして、第３図の時刻ｔ、で、転送ゲー）１０に与えて
いる信号ΦＨＨＧのレベルを中間レベルから低レベルに
遷移させ、転送ゲー）１０を遮断状態とする。この時、
既に信号ΦＨＨＧを中間レベルとした時点で電荷が十分
に第２の水平レジスタ５側に転送されているために、チ
ャンネル領域１４の電荷が逆に転送されてしまうような
問題は生じない。

以上は、振り分は転送終了時において、信号ΦＨＨＧの
高レベルから低レベルへの遷移を高レベルから一旦中間
レベルにし、その中間レベルから低レベルに遷移させる
ようにした例であり、段階的に信号ΦＨＨＧのレベルを
遷移させるものである。このような手段によって、その
転送効率を向上させることが可能となるが、第３図の信
号ΦＨＨＧに破線で示すように、通常の上記ゲート電圧
の遷移よりも遅く遷移させることでも、同様の効果を得
ることができる。例えば、このような遅い遷移は、転送
ゲート１０を駆動するドライバーの駆動能力を切り換え
ることや、遅く遷移させる時のみ容量や抵抗を付加して
時定数を大きくさせる等の手段を講じれば良い。

なお、上述の実施例は、フレームインターライン転送型
のＣＣＤ固体撮像素子の例であるが、本発明の固体撮像
素子は、インターライン転送型のＣＣＤ固体撮像素子で
あっても良い。また、水平レジスタの数は２本に限定さ
れず、本発明の固体撮像素子は、それ以上の数を有して
いるものであっても良い。また、水平レジスタを駆動す
る転送信号も２相のものに限定されない。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像素子は、水平電荷転送部間の転送を制
御する転送ゲートの転送終了時の遷移が、中間電圧を介
したもの或いは時間的にゆっくり行われるものとされる
ため、その転送ゲートの下部のチャンネル領域から逆に
転送元の水平電荷転送部へ転送されるような問題が生し
ない、従って、水平電荷転送部間の転送の転送効率が向
上し、良質な画質の画像信号を各種の映像機器に供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の一例の全体的な構造を
示す模式的な平面図、第２図はその一例の要部平面図、
第３図はその一例の水平レジスタ間の転送の終了時のタ
イミングチャート、第４図（ａ）〜（ｄ）はその−例の
水平レジスタ間の転送の終了時のチャンネル領域付近に
おけるポテンシャル状態を示すポテンシャル図、第５図
（ａ）〜（ｄ）は従来例の水平レジスタ間の転送の終了
時のチャンネル領域付近におけるポテンシャル状態を示
すポテンシャル図である。 ｌ・・・ＣＣＤイメージ中 ２・・・撮像部 ３・・・蓄積部 ４・・・第１の水平レジスタ ５・・・第２の水平レジスタ ６・・・受光部 ７・・・第１の垂直レジスタ ８・・・第２の垂直レジスタ １０・・・転送ゲート １１．１２・・・転送電極 １３・・・チャンネルストップ領域 １４・・・チャンネル領域 １５．１６・・・領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリクス状に配列された複数の受光部と、それ
   ら受光部の各垂直列毎に設けられ該受光部からの電荷を
   垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、それら垂
   直電荷転送部からの電荷を水平方向に転送する複数の水
   平電荷転送部を有する固体撮像素子であって、 上記複数の水平電荷転送部の間の転送を制御する転送ゲ
   ートのゲート電圧は、水平電荷転送部間の電荷転送終了
   時に、該ゲート電圧が遷移する途中の中間電圧に一時的
   に設定されることを特徴とする固体撮像素子。
2. （２）マトリクス状に配列された複数の受光部と、それ
   ら受光部の各垂直列毎に設けられ該受光部からの電荷を
   垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、それら垂
   直電荷転送部からの電荷を水平方向に転送する複数の水
   平電荷転送部を有する固体撮像素子であって、 上記複数の水平電荷転送部の間の転送を制御する転送ゲ
   ートのゲート電圧は、水平電荷転送部間の電荷転送終了
   時に、通常の上記ゲート電圧の遷移よりも遅く遷移する
   ことを特徴とする固体撮像素子。