JPH06105239A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH06105239A JPH06105239A JP4277867A JP27786792A JPH06105239A JP H06105239 A JPH06105239 A JP H06105239A JP 4277867 A JP4277867 A JP 4277867A JP 27786792 A JP27786792 A JP 27786792A JP H06105239 A JPH06105239 A JP H06105239A
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- H10F39/10—Integrated devices
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Abstract
する複数段の転送部からなる水平転送レジスタにおい
て、各転送部の取扱い電荷量を考慮しつつ信号電荷を振
り分けることを可能とした固体撮像装置を提供する。 【構成】 転送部4a,4bを有する第1の水平転送レ
ジスタ4において、各転送部4a,4b間において信号
電荷の振分けを行う制御ゲート部5の一部の領域に、水
平転送方向に沿ってポテンシャルバリア部13を形成
し、この制御ゲート部5のポテンシャルバリア部13の
ない領域に、その領域の面積およびポテンシャルバリア
部13のポテンシャル(高さ)によって決まる電荷量の
信号電荷を蓄積した後、制御ゲート部13のポテンシャ
ルをミドルレベルとすることによって信号電荷を転送部
4aと転送部4bに振り分ける。
Description
特にいわゆる全画素読出しが可能な構成の固体撮像装置
に関する。
り高めるために、水平転送レジスタを例えば2本具備
し、奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷とを
別々の水平転送レジスタにて同時に水平転送し、1H
(Hは水平走査期間)内に2ライン分の信号電荷を読み
出すことによって全画素読出しを可能とした構成のもの
が周知である。
量を十分に多くするには、それに伴って水平転送レジス
タのチャネル幅を広くする必要がある。何故ならば、水
平転送用クロックパルスの振幅を一定としたとき、水平
転送レジスタの取扱い電荷量がレジスタの1ビット当り
の面積に比例するため、1ビット分のチャネル長および
チャネル幅を大きくすることによって取扱い電荷量を多
くすることができるが、水平転送レジスタの1ビット分
のチャネル長はイメージ部の寸法によって制約されてし
まい、大きくすることが許容されるのはチャネル幅だけ
だからである。
極に印加した水平転送用クロックパルスによりレジスタ
に生じる電界強度が弱くなる。特に、水平転送レジスタ
のチャネル幅方向における中央部分において弱くなる。
そして、かかる転送電界強度の低下は水平転送レジスタ
での垂直方向への信号電荷の転送効率の低下を招き、一
部の信号電荷を転送しきれないことがある。したがっ
て、全画素読出しのCCD固体撮像装置においては、2
本の水平転送レジスタのうち、イメージ部側のレジスタ
からその反対側のレジスタへ、1ライン分の信号電荷を
パラレルに転送する場合に完全な転送ができなくなり、
これに伴い画質劣化をもたらす虞れがあった。
おいて、水平転送レジスタでの転送効率を低下させるこ
となく取扱い電荷量を多くするために、イメージ部側の
水平転送レジスタを複数段(例えば、2段)の転送部で
構成し、これら転送部によって同一画素の信号電荷を各
々分担して水平転送するようにしたものが本出願人によ
り提案されている(特開平3−72790号公報参
照)。その構成の概略および動作について、以下に説明
する。図4において、画素単位で2次元配列された複数
個のフォトセンサ1と、これらフォトセンサ1の垂直列
毎に配されてフォトセンサ1で発生した信号電荷を垂直
転送する複数本の垂直転送レジスタ2とによって、イン
ターライン転送方式のCCDイメージ部3が構成されて
いる。
レジスタ4が配されており、この第1の水平転送レジス
タ4は1ライン分の信号電荷を互いに分担して水平転送
する2つの転送部4a,4bからなる。これら転送部4
a,4bは、チャネル幅が略同一で互いにやや離間して
平行に配置され、出力部で一体化している。そして、転
送部4aと4bのチャネル幅の和が第1の水平転送レジ
スタ4のチャネル幅となり、これが十分な取扱い電荷量
を得ることのできる値に設定されている。第1の水平転
送レジスタ4において、2つの転送部4a,4b間には
制御ゲート部5が設けられており、この制御ゲート部5
は同一の画素の信号電荷を転送部4a,4bに振り分け
る制御をなす。
れとやや離間して第2の水平転送レジスタ6が平行に配
置されている。この第2の水平転送レジスタ6のチャネ
ル幅は、第1の水平転送レジスタ4のチャネル幅と略同
一に設定されている。第1の水平転送レジスタ4と第2
の水平転送レジスタ6との間には転送ゲート部7が設け
られており、この転送ゲート部7は垂直転送レジスタ5
から第1の水平転送レジスタ4へ転送された1ライン分
の信号電荷を、さらに第2の水平転送レジスタ6へ転送
する制御をなす。第1,第2の水平転送レジスタ4,6
によって水平転送された信号電荷は、各出力部81 ,8
2 で信号電圧に変換されて出力OUT1,OUT2とし
て導出される。
複数段(本例では、2段)の転送部4a,4bによって
構成したことにより、第1の水平転送レジスタ4全体と
してのチャネル幅は広くても各転送部4a,4bのチャ
ネル幅は狭いので、転送電界強度の低下は起こらず、第
1の水平転送レジスタ4を介しての第2の水平転送レジ
スタ6への信号電荷の転送効率の低下も起こらない。換
言すれば、第1の水平転送レジスタ4での転送効率を低
下させることなく取扱い電荷量を多くできることにな
る。
転送レジスタ4においては、2つの転送部4a,4bに
振り分けられて水平転送された信号電荷は出力部81 で
再び合流することから、2つの転送部4a,4bで各々
転送される電荷量に関係なく、第1の水平転送レジスタ
4でのビット当りの取扱い電荷量は一定である。しかし
ながら、2つの転送部4a,4bでの各々のビット当り
の取扱い電荷量は、1ビット分のチャネル長およびチャ
ネル幅で決まることから、2つの転送部4a,4b間で
信号電荷を振り分けた際に、一方の転送部に振り分けら
れた信号電荷が当該転送部の取扱い電荷量を越えた場合
には、第1の水平転送レジスタ4での取扱い電荷量を多
くできたにも拘らず、1画素分の全信号電荷を完全に転
送できないことになってしまう。したがって、2つの転
送部4a,4b間で信号電荷を振り分ける際に、各転送
部4a,4bでの取扱い電荷量を考慮しつつ振り分ける
必要がある。
して水平転送する複数段の転送部からなる水平転送レジ
スタにおいて、各転送部の取扱い電荷量を考慮しつつ信
号電荷を振り分けることを可能とした固体撮像装置を提
供することを目的とする。
に、本発明は、画素単位で2次元配列された複数個のフ
ォトセンサと、この複数個のフォトセンサで発生した信
号電荷を垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジ
スタと、この複数本の垂直転送レジスタからライン単位
で転送された信号電荷を水平転送する第1の水平転送レ
ジスタと、複数本の垂直転送レジスタから第1の水平転
送レジスタを介してライン単位で転送された信号電荷を
水平転送する第2の水平転送レジスタとを具備した固体
撮像装置において、第1の水平転送レジスタが、同一画
素からの信号電荷を各々分担して水平転送する複数段の
転送部と、この複数段の転送部間において信号電荷の振
分けを行う制御ゲート部と、この制御ゲート部の一部の
領域に水平転送方向に沿って形成されたポテンシャルバ
リア部とを有し、制御ゲート部に信号電荷を蓄積した
後、制御ゲート部と転送部との相対的ポテンシャル差を
制御することによって信号電荷を振り分ける構成を採っ
ている。
タにおいて、ポテンシャルバリア部が形成された制御ゲ
ート部に信号電荷を蓄積した後、制御ゲート部と転送部
との相対的ポテンシャル差を制御することによって信号
電荷を振り分けることにより、一方の転送部にて転送さ
れる電荷量は、制御ゲート部のポテンシャルバリア部の
ない領域の面積およびポテンシャルバリア部のポテンシ
ャル(高さ)によって決まり、他方の転送部にて転送さ
れる電荷量は残りの電荷量となる。したがって、一方の
転送部にて転送される電荷量を、当該転送部での取扱い
電荷量に基づいて決定することにより、各転送部の取扱
い電荷量を考慮しつつ信号電荷を各転送部に振り分ける
ことができる。
に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す平面パタ
ーン図であり、図4における第1の水平転送レジスタ4
の一部分のみを示している。図1において、第1の水平
転送レジスタ4は、イメージ部3(図4参照)から転送
された1ライン分の信号電荷を互いに分担して水平転送
する複数段、例えば2段の転送部4a,4bからなる。
これら転送部4a,4bは、チャネル幅が略同一で互い
にやや離間して平行に配置されている。第1の水平転送
レジスタ4において、その基板上には蓄積ゲート電極
(一点鎖線)11と転送ゲート電極(二点鎖線)12が
水平転送方向において交互に配列されて対をなしてお
り、これら電極対に印加される水平転送用クロックパル
スφH1,φH2によって2相駆動される。
号電荷を転送部4a,4bに振り分けるための制御ゲー
ト部5が設けられている。この制御ゲート部5の転送部
4a側の一部領域には、水平転送方向に沿ってポテンシ
ャルバリア部13が形成されている。このポテンシャル
バリア部13は、その形成位置に転送チャネルを形成す
る不純物とは逆導電型の不純物を打ち込んだり、その形
成位置以外の制御ゲート部5の領域に同導電型の不純物
を打ち込んだりすることによって形成される。また、制
御ゲート部5のゲート酸化膜(図示せず)の膜厚を制御
することによってもポテンシャルバリア部13を形成す
ることが可能である。なお、図中、散点部分14はチャ
ネルストップ部である。
4における信号電荷の振分け動作について、図2のタイ
ミングチャートおよび図3のポテンシャル図を参照しつ
つ説明する。図2において、φVH2は垂直転送レジス
タ2の出力部のゲート電極15に印加されるゲートパル
ス、φH1は2相の水平転送用クロックパルスの1相目
のパルス、φHHGは制御ゲート部5のゲート電極16
に印加されるゲートパルスである。なお、2相目の水平
転送用クロックパルスφH2については、信号電荷の振
分けのタイミングでは常時ハイレベルとなっているため
図示していない。また、図3は、図1におけるA−A′
線断面のポテンシャルを示しており、同図において、時
刻T1〜T5は図2の時刻T1〜T5に対応している。
の水平転送レジスタ4へ信号電荷を転送する直前の状態
である。時刻T2において、ゲートパルスφVH2がハ
イレベルとなると、垂直転送レジスタ2から第1の水平
転送レジスタ4へ信号電荷が転送される。この時刻T2
では、クロックパルスφH1がローレベルであることか
ら、転送部4bのポテンシャルは浅く、またクロックパ
ルスφH2が上述した如くハイレベルでかつゲートパル
スφHHGもハイレベルであることから、転送部4aお
よび制御ゲート部5のポテンシャルは深くなっている。
号電荷は、転送部4aおよび制御ゲート部5に転送さ
れ、特に制御ゲート部5にはポテンシャルバリア部13
があるため、このポテンシャルバリア部13以外の領域
に多く蓄積される。制御ゲート部5に信号電荷を蓄積し
た後、時刻T3において、ゲートパルスφHHGの電位
をミドルレベルとし、ポテンシャルバリア部13のポテ
ンシャルをその変動可能範囲のミドル(中間)レベルに
変化させることにより、制御ゲート部5のポテンシャル
バリア部13のない領域には、その領域の面積およびポ
テンシャルバリア部13のポテンシャル(高さ)に応じ
た電荷量だけ信号電荷が蓄積される。
量を考慮して、制御ゲート部5のポテンシャルバリア部
13のない領域の面積およびポテンシャルバリア13の
ポテンシャルによって決定され、そのまま転送部4bに
て転送される電荷量となる。このとき、ポテンシャルバ
リア部13のポテンシャルは、転送部4bのポテンシャ
ルと同じか、又はそれよりも深くなるように設定され
る。制御ゲート部5に蓄積可能な電荷量には限りがある
ため、制御ゲート部5に溜まり切らずにポテンシャルバ
リア部13から溢れた電荷は、転送部4aの領域に蓄積
される。すなわち、転送部4aにて水平転送される電荷
量は、垂直転送レジスタ2から転送された全電荷量か
ら、転送部4bにて水平転送される電荷量を差し引いた
量となる。
イレベルになり、転送部4bのポテンシャルが深くなる
ことにより、制御ゲート部5に蓄積された信号電荷が転
送部4bに転送される。そして、時刻T5では、ゲート
パルスφHHGがローレベルとなることによって制御ゲ
ート部5のポテンシャルが最も浅くなる。以上の一連の
動作により、垂直転送レジスタ2から第1の水平転送レ
ジスタ4へ転送されてきた同一画素の信号電荷が、転送
部4bでの取扱い電荷量を基準にして転送部4aと転送
部4bに振り分けられる。
部4aと転送部4bに振り分けられた信号電荷は、水平
転送後に再び1画素分の信号電荷に戻される。1画素分
の信号電荷に戻すためには、例えば、第1の水平転送レ
ジスタ4の最終段、即ち当該レジスタ4を2段に分割す
る必要のない場所において、転送部4a,4bのチャネ
ルを繋げることにより、分離された信号電荷を水平転送
時に再び1つの塊とすることができる。ここで、第1の
水平転送レジスタ4を2段に分割する必要のない場所と
は、例えば、図4の構成において、第1の水平転送レジ
スタ4から第2の水平転送レジスタ6へ信号電荷の転送
を行う必要のない場所、具体的には、有効画素信号が垂
直転送レジスタ2から第1の水平転送レジスタ4へ転送
されてこない水平ダミービットなどのことである。
HGとして、3値レベルをとるクロックを用い、そのミ
ドルレベルで信号電荷の振分けを行う構成について説明
したが、必ずしも3値レベルをとるクロックである必要
はなく、遅延回路などを用いてゲートパルスφHHGの
立下がりスピードを十分遅くするようにしても、信号電
荷の振分けを行うことが可能である。さらに、上記実施
例においては、第1の水平転送レジスタ4を2段に分割
した構成のものに適用した場合について説明したが、第
1の水平転送レジスタ4の分割は2段に限定されるもの
ではなく、3段以上の分割であっても良いことは勿論で
ある。
を考慮した信号電荷の振分けを行う必要がない場合に
は、垂直転送レジスタ2からの信号電荷を制御ゲート部
5を含む第1の水平転送レジスタ4全体に蓄積した後、
転送部4a,4bのポテンシャルを変化させずに制御ゲ
ート部5のポテンシャルを浅くすることによっても信号
電荷を振り分けることができる。なお、この場合には、
各転送部4a,4bの取扱い電荷量を考慮した信号電荷
の振分けはなされないものの、制御ゲート部5にポテン
シャルバリア部13が存在することにより、制御ゲート
部5において第1の水平転送レジスタ4側(イメージ部
3)側が高く、その反対側が低いポテンシャルが構築さ
れるため、第1の水平転送レジスタ4から第2の水平転
送レジスタ6へ信号電荷を垂直転送する場合に、その転
送をよりスムーズに行うことができる。
複数段の転送部を有する第1の水平転送レジスタにおい
て、各転送部間において信号電荷の振分けを行う制御ゲ
ート部の一部の領域に、水平転送方向に沿ってポテンシ
ャルバリア部を形成し、この制御ゲート部に信号電荷を
蓄積した後、制御ゲート部と転送部との相対的ポテンシ
ャル差を制御することによって信号電荷を振り分けるよ
うにしたことにより、一方の転送部にて転送される電荷
量が、制御ゲート部のポテンシャルバリア部のない領域
の面積およびポテンシャルバリア部のポテンシャルによ
って決まるため、その電荷量を当該転送部での取扱い電
荷量に基づいて決定することによって各転送部の取扱い
電荷量を考慮しつつ信号電荷を各転送部に振り分けるこ
とができる。
領域にポテンシャルバリア部を形成したことにより、制
御ゲート部においてイメージ部側が高く、その反対側が
低いポテンシャルが構築されるため、イメージ部側の水
平転送レジスタからその反対側の水平転送レジスタへ信
号電荷を垂直転送する場合に、その転送をよりスムーズ
に行うことができるという効果もある。
り、図4における第1の水平転送レジスタ4の一部分の
みを示している。
ングチャートである。
である。
送レジスタ間の転送効率向上を両立させるための構成を
採った全画素読出しのCCD固体撮像装置の構成の一例
を示す平面図である。
転送レジスタ 4a,4b 転送部 5 制御ゲート
部 6 第2の水平転送レジスタ 7 転送ゲート
部 13 ポテンシャルバリア部 14 チャネル
ストップ部
Claims (5)
- 【請求項1】 画素単位で2次元配列された複数個のフ
ォトセンサと、前記複数個のフォトセンサで発生した信
号電荷を垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジ
スタと、前記複数本の垂直転送レジスタからライン単位
で転送された信号電荷を水平転送する第1の水平転送レ
ジスタと、前記複数本の垂直転送レジスタから前記第1
の水平転送レジスタを介してライン単位で転送された信
号電荷を水平転送する第2の水平転送レジスタとを具備
した固体撮像装置において、 前記第1の水平転送レジスタは、同一画素からの信号電
荷を各々分担して水平転送する複数段の転送部と、前記
複数段の転送部間において信号電荷の振分けを行う制御
ゲート部と、前記制御ゲート部の一部の領域に水平転送
方向に沿って形成されたポテンシャルバリア部とを有
し、前記制御ゲート部に信号電荷を蓄積した後、前記制
御ゲート部と前記転送部との相対的ポテンシャル差を制
御することによって信号電荷を振り分けることを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記第1の水平転送レジスタにおいて、
前記複数段の転送部のうち前記第2の水平転送レジスタ
側の転送部と前記ポテンシャルバリア部との間の領域に
信号電荷を蓄積し、この蓄積の際に前記ポテンシャルバ
リア部から溢れた信号電荷を前記第2の水平転送レジス
タ側の転送部に蓄積した後、前記第2の水平転送レジス
タ側の転送部のポテンシャルを深くすることを特徴とす
る請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記第2の水平転送レジスタ側の転送部
と前記ポテンシャルバリア部との間の領域に信号電荷を
蓄積する際に、前記ポテンシャルバリア部のポテンシャ
ルを、前記第2の水平転送レジスタとは反対側の転送部
のポテンシャルと同じか、又はそれよりも深くなるよう
に設定することを特徴とする請求項2記載の固体撮像装
置。 - 【請求項4】 前記第2の水平転送レジスタ側の転送部
と前記ポテンシャルバリア部との間の領域に信号電荷を
蓄積する際に、前記ポテンシャルバリア部のポテンシャ
ルを、その変動可能範囲の中間レベルに設定することを
特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】 前記第1の水平転送レジスタにおいて、
同一画素からの信号電荷を前記複数段の転送部全体に蓄
積した後、前記前記制御ゲート部のポテンシャルを浅く
することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
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| JP3271200B2 JP3271200B2 (ja) | 2002-04-02 |
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| JP27786792A Expired - Lifetime JP3271200B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
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| JP (1) | JP3271200B2 (ja) |
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