JPH04115678A - 固体撮像素子及びその駆動方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、スミア電荷の発生を低減する固体撮像素子及
びその駆動方法に関する。

（ロ）従来の技術 第４図は縦型オーバーフロードレイン構造のＣＣＤ固体
撮像素子の撮像部の平面図であり、第５図はそのｘ−ｙ
断面図である。

Ｎ型のＳｉ基板（１）の一方の面には、Ｐ−Ｗｅｌｌ領
域（２）が形成され、このＰ−Ｗｅｌｌ領域（２）内に
分離領域（３）で区画されたＮ型の拡散領域（４）が互
いに並行に配列されて埋込み型の蓄積転送チャネルが構
成される０分離領域（３）は、例えばＰ゛型の拡散領域
からなり、水平方向の画素分離を成している。拡散領域
（４）上には、分離領域（３）に直交して複数のＰｏ１
ｙ−Ｓｉ転送電極（５ａ　）　（５ｂ　）　（５ｃ　）
　（５ｄ　）が配列形成される。この転送電極（５ａ）
　（５ｂ）　（５ｃ）　（５ｄ）は、一部が互いに重な
る２層構造を成し、夫々に４相の転送りロックφ、〜φ
４が印加される。また、上層側の転送電極（５ａ）　（
５ｃ）は、分離領域（３）上で幅が狭（形成され、上層
側の転送電極（５ａ）　（５ｃ）と下層側の転送電極（
５ｂ）　（５ｄ）との間に開口部が形成される。

さらに、開口部から露出する拡散領域（４）には、Ｎ−
型の拡散領域（６）が形成される。そして、これらの転
送電極（５ａ）　（５ｂ）　（５ｃ）　（５ｄ）は、５
ｉｄｌＬ等の絶縁膜（７）により保護される。

方、Ｓｉ基板（１）には、Ｓｉ基板（１）内部のポテン
シャルを制御する基板クロックが印加され、転送りロッ
クφ１〜φ４との作用により蓄積転送チャネル内に蓄積
される情報電荷がＳｉ基板（１）側に排出可能なように
構成される。

第６図は、第５図の縦方向のポテンシャルの状態を示す
図で、情報電荷の蓄積時（実線）及び排出時（破線）を
示す。

情報電荷の蓄積時には、基板クロックを低電位に固定し
、転送りロックφ２を高電位に固定することによりＰ−
Ｗｅｌｌ領域（２）付近にポテンシャル障壁が形成され
、このポテンシャル障壁と拡散領域（４）表面のポテン
シャル障壁との間に情報電荷が蓄積される。

一方、情報電荷の排出時には、蓄積時とは逆に基板クロ
ックを高電位とすると共に転送りロックφ２を低電位と
してＰ−Ｗｅｌｌ領域（２）付近に形成されたポテンシ
ャル障壁を消滅させる。従って、ポテンシャル障壁の間
に蓄積された情報電荷は、第６図の破線に示すようにポ
テンシャルの勾配に従ってＳｉ基板（１）側に排出され
る。

第７図は転送りロックφ、〜φ４の波形図−ｃ、第８図
は各タイミングのポテンシャルを示す図である。

転送りロックφ１〜φ４は、例えばデユーティ比５０％
の４相のクロックで、夫々転送電極（５ａＨ５ｂＨ５ｃ
）　（５ｄ）に印加される。タイミングＴ１で転送電極
（５ｂ）下に蓄積される情報電荷は、次のタイミングＴ
２で転送りロックφ！、φ、が反転し、さらにタイミン
グＴ３で転送りロックφ２、φ４が反転すると転送電極
（５ｄ）転送される。そして、タイミングＴ４で転送り
ロックφ３、φ３が反転し、続いて転送りロックφ２、
φ、が反転してタイミングＴ１の状態になる。このよう
なタイミングＴ１〜Ｔ４の動作を繰り返すことにより蓄
積転送チャネル内の情報電荷は、所定の方向に転送出力
される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述のように受光部がそのまま転送部となるフレームト
ランスファ方式のＣＯＤ固体撮像素子に於いては、情報
電荷を転送出力する過程でも光の照射により蓄積転送チ
ャネル内に電荷が発生し、この電荷がスミア電荷として
情報電荷に重畳することになる。このように情報電荷に
重畳するスミア電荷は、再生画面上に縦縞状になって表
れるため、固体撮像素子から得られる映像信号の処理段
階で補正されることにより抑圧される。

このようなスミア電荷成分の補正のためには、例えば特
公昭５６−３５０６７号公報に開示されているような特
殊な回路構成が必要となり、コストアップの要因となっ
ている。

そこで本発明は、固体撮像素子自体をスミア電荷が情報
電荷に重畳しにくくなるように構成し、スミア電荷の重
畳を抑圧する駆動方法の提供を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので
、第１の特徴とするところは、半導体基板の一主面上に
複数の電荷転送領域が配列形成されると共に、多層構造
を有する複数の転送電極が上記電荷転送領域と交差して
互いに並行に形成された固体撮像素子に於いて、上記転
送電極の一層が入射光を遮光する遮光電極からなり、こ
の遮光電極上に照射される光を非遮光電極上或いは転送
電極の間隙側に導く光学手段が上記転送電極を覆うよう
に設けられることにある。

そして第２の特徴とするところは、半導体基板の一主面
上に複数の電荷転送領域が配列形成され、一層が入射光
を遮光する多層構造の複数の転送電極が互いに並行に形
成された固体撮像素子に於いて、上記情報電荷が上記電
荷転送領域内を転送される過程で、上記情報電荷が上記
遮光電極下にあるとき、非遮光電極下の電荷転送領域と
これに隣接する過剰電荷吸収領域との間の電位障壁を消
滅させ、非遮光電極を通して電荷転送領域内に入射され
る光により発生するスミア電荷を上記過剰電荷吸収領域
に排出することにある。

（ホ）作用 本発明によれば、情報電荷が蓄積転送チャネル内を転送
される過程で、遮光電極の下に情報電荷があるときには
、情報電荷のある領域でのスミア電荷の発生自体が抑圧
され、情報電荷へのスミア電荷の混入が無くなる。

また、非遮光転送電極を通して拡散領域に照射される光
により発生するスミア電荷は、その領域に情報電荷がな
ければ基板側に排出される。従って、情報電荷にスミア
電荷が重畳されるのは情報電荷が非遮光電極下を通過す
るときのみとなり、理論上スミア電荷の情報電荷への混
入は１／４となる。

（へ）実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の固体撮像素子の撮像部の平面図であり
、第２図はそのＸ−Ｙ断面図である。この図に於いて、
　Ｓｉ基板（１）、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域（２）、分離領域
（３）及び拡散領域（４）は、第４図と同一であり、同
一部分には同一符号が付しである。

本発明の特徴とするところは、２相構造の転送電極（１
０ａ）　（１０ｂ）（ＩＯＣ）　（１０ｄ）のうち、下
層側の転送電極（１０ｂ）　（１０ｄ）を入射光に対し
て不透明なＷ−５ｉ（タングステンシリサイド）等の高
融点金属或いはその合金により形成し、この転送型ｉ　
（］Ｏｂ）　（１０ｄ）上に照射される光を開口部側に
屈折させるマイクロレンズ層（１１）を絶縁膜（７）上
に設けたことにある。即ち、転送電極（１０ａ）　（１
０ｂ）　（１０ｃ）　（１０ｄ）の下層側を遮光電極と
して転送過程の情報電荷にスミア電荷が混入するのを防
止し、さらに遮光電極による感度の低下を防止するため
にアクリル樹脂からなるマイクロレンズ層（１１）を設
けて転送電極（１０ａ）　（１０ｂ）　（１０ｃ）　（
１０ｄ）の開口部に光を集光するように構成される。

このような固体撮像素子に於いては、情報電荷が転送電
極（Ｊｏｂ）　（１０ｄ）下にあるときには、スミア電
荷そのものの発生が抑圧されることから、情報電荷にス
ミア電荷が重畳するのを防止できる。

第３図は、本発明の駆動方法を説明するポテンシャルの
状態を示す図である。ここで、タイミングＴ１〜Ｔ４は
、第７図のタイミングＴ１〜Ｔ４に一致している。

転送りロックφ０、φ３は、高電位時には第６図の実線
に示すようにＰ−Ｗｅｌｌ領域（２）付近にポテンシャ
ル障壁を形成し、低電位時には第６図の破線に示すよう
にポテンシャル障壁が消滅するような電位に設定される
。転送りロックφ２、φ４が印加される転送電極（Ｊｏ
ｂ）　（１０ｄ）は、遮光電極であるｔこめ光が照射さ
れず、入射光に対して感度を有していない、従って、第
３図に示すように、転送りロックφ、　φ３の作用によ
り無感度領域となる転送電極（１０ａ）　（］Ｏｃ）の
領域と、遮光する転送電極（１０ｂ）　（１０ｄ）の領
域とにより情報電荷が転送される過程の３／４が入射光
に対して感度がなくなり、情報電荷にスミア電荷が重畳
されるのは、転送電極（１０ａ）　＜１０ｃ）下を通過
する時のみとなる。

ここで、タイミングＴ２からタイミングＴ３、或いはタ
イミングＴ４からタイミングＴ１にかけて転送電極（１
０ａ）　（］Ｏｃ）下の蓄積転送チャネルを情報電荷が
通過する時間が短くなるように転送りロックφ１〜φ４
のデユーティ比を設定すれば、さらにスミア電荷の混入
を低減できる。

出願人らの測定によれば、転送電極（１０ａ）　（１０
ｂ）（１０ｃ）　（１０ｄ）の一方を遮光電極とするこ
とでスミア比を３．５ｄＢ改善することができた。さら
に、転送りロックφ１〜φ４のデユーティ比を最適化す
ることでさらに９．５ｄＢの改善が望める。

一方、情報電荷の蓄積時には転送電極（１０ａ）（１０
Ｃ）による無感度領域を無くして必要な情報電荷が基板
側に漏れ出すのを防止して感度の低下防止が図られる。

（ト）発明の効果 本発明によれば、固体撮像素子での情報電荷へのスミア
電荷の混入を低減できるため、映像信号に対してスミア
電荷成分の補正処理を施す必要がなくなり、回路構成の
増大を防止できる。

従って、コストの大幅な増大なしにスミア電荷成分の抑
圧ができ、安価で高画質の映像を得ることのできる固体
撮像装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の平面図、第２図は第１
図の断面図、第３図は本発明の駆動方法を説明するポテ
ンシャル図、第４図は従来の固体撮像素子の平面図、第
５図は第４図の断面図、第６図は第４図のポテンシャル
状態図、第７図は転送りロックの波形図、第８図は従来
の駆動方法を説明するポテンシャル図である。 （１）・＝　Ｓｉ基板、（２）−−Ｐ−Ｗｅｌｌ領域、
（３）＝　・分離領域、（４）−＝拡散領域、（５ａＨ
５ｂ）　（５ｃ）（５ｄ）（１０ａ＞　（１ｏｂ）　（
１０ｃ）　（］０ｄｌ−転送電極、（ＩＪ、）−＝　フ
ィクロレンズ層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面上に複数の電荷転送領域が配
   列形成されると共に、 多層構造を有する複数の転送電極が上記電荷転送領域と
   交差して互いに並行に形成された固体撮像素子に於いて
   、 上記転送電極の一層が入射光を遮光する遮光電極からな
   り、 この遮光電極上に照射される光を非遮光電極上或いは転
   送電極の間隙側に導く光学手段が上記転送電極を覆うよ
   うに設けられることを特徴とする固体撮像素子。
2. （２）入射光を受けて発生した情報電荷を上記電荷転送
   領域に蓄積することを特徴とする請求項第１項記載の固
   体撮像素子。
3. （３）半導体基板の一主面上に複数の電荷転送領域が配
   列形成され、一層が入射光を遮光する多層構造の複数の
   転送電極が互いに並行に形成された固体撮像素子に於い
   て、 上記情報電荷が上記電荷転送領域内を転送される過程で
   、上記情報電荷が上記遮光電極下にあるとき、 非遮光電極下の電荷転送領域とこれに隣接する過剰電荷
   吸収領域との間の電位障壁を消滅させ、非遮光電極を通
   して電荷転送領域内に入射される光により発生するスミ
   ア電荷を上記過剰電荷吸収領域に排出することを特徴と
   する固体撮像素子の駆動方法。