JPH0681280B2 - 電荷結合素子の駆動法 - Google Patents
電荷結合素子の駆動法Info
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- JPH0681280B2 JPH0681280B2 JP59116073A JP11607384A JPH0681280B2 JP H0681280 B2 JPH0681280 B2 JP H0681280B2 JP 59116073 A JP59116073 A JP 59116073A JP 11607384 A JP11607384 A JP 11607384A JP H0681280 B2 JPH0681280 B2 JP H0681280B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge
- coupled device
- pulse
- type
- bccd
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-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D44/00—Charge transfer devices
- H10D44/40—Charge-coupled devices [CCD]
- H10D44/45—Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes
- H10D44/462—Buried-channel CCD
- H10D44/468—Four-phase CCD
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電荷結合素子の駆動法に関し、特に、ブルーミ
ング抑制を可能ならしめる駆動法に関する。
ング抑制を可能ならしめる駆動法に関する。
（従来技術とその問題点） 電荷結合素子（以後CCDと記す）は、従来からの半導体
集積回路技術を基盤として、近年その進歩が著しい。特
に、CCDのなかでも埋込みチャネル電荷結合素子（以後B
CCDと記す）は、信号電荷が表面ではなく、基板内部を
転送されること、隣接電極からのフリンジ電界が効果的
に働くこと等の理由により、転送効率のよい高性能のCC
Dとして、固体撮像素子、アナログ遅延線などの幅広く
用いられている。しかしながら、BCCDは、従来の表面チ
ャネルCCDに比べると取り扱い得る最大信号電荷量が数
分の一と少ない欠点がある。このため、例えば固体撮像
素子のように、高輝度被写体を撮像したときに発生する
多量の電荷はBCCD内部の所定の電位井戸は蓄積され得
ず、いわゆるブルーミング現象となって電荷の拡散現象
を生起する。このような現象を抑制する手段として、従
来、いわゆるオーバフロードレインと称される手段を光
電変換領域に隣接して設け、高輝度被写体を撮像したと
きに発生する過剰電荷をオーバフロードレインに吸収す
ることによって前記ブルーミング現象を抑制しようとす
る試みがなされている。第１図は、従来のBCCDをそのま
ま光電変換領域として利用した固体撮像素子の主要部の
断面図を示す。本図は、電荷転送方向と垂直方向の断面
図について示している。また、以下の説明では便宜上Ｎ
チャネルの素子を例として説明する。図において、１は
Ｐ型基板、2,12,13はBCCDを形成するＮ型半導体領域
で、電荷転送チャネルを形成する。3,5は絶縁膜、４は
転送電極、6,7はＮ型拡散層でオーバフロードレインを
構成する。８〜11はＰ型半導体領域で転送電極とともに
オーバフローコントロールゲート領域を形成する。本素
子においては、通常Ｎ型拡散層で形成されるオーバフロ
ードレイン6,7にはＰ型基板に対し逆バイアス電圧VODが
印加されている。本素子の動作は、例えば、光電変換に
よって過剰に発生した信号電荷（電子）は、BCCDのＮ型
領域2,12,13からＰ型領域８〜11を経由してオーバフロ
ードレイン6,7へと吸収される。これによって、過剰な
信号電荷が隣接チャネルに漏れ込むことなく、また、隣
接電極下へとオーバフローすることもなく、したがって
ブルーミングが抑制される。しかしながら、このような
従来のオーバフロードレインを有する素子は、平面的に
過剰電荷を吸収する手段を設けなければならないため、
高密度化には不適当である。
集積回路技術を基盤として、近年その進歩が著しい。特
に、CCDのなかでも埋込みチャネル電荷結合素子（以後B
CCDと記す）は、信号電荷が表面ではなく、基板内部を
転送されること、隣接電極からのフリンジ電界が効果的
に働くこと等の理由により、転送効率のよい高性能のCC
Dとして、固体撮像素子、アナログ遅延線などの幅広く
用いられている。しかしながら、BCCDは、従来の表面チ
ャネルCCDに比べると取り扱い得る最大信号電荷量が数
分の一と少ない欠点がある。このため、例えば固体撮像
素子のように、高輝度被写体を撮像したときに発生する
多量の電荷はBCCD内部の所定の電位井戸は蓄積され得
ず、いわゆるブルーミング現象となって電荷の拡散現象
を生起する。このような現象を抑制する手段として、従
来、いわゆるオーバフロードレインと称される手段を光
電変換領域に隣接して設け、高輝度被写体を撮像したと
きに発生する過剰電荷をオーバフロードレインに吸収す
ることによって前記ブルーミング現象を抑制しようとす
る試みがなされている。第１図は、従来のBCCDをそのま
ま光電変換領域として利用した固体撮像素子の主要部の
断面図を示す。本図は、電荷転送方向と垂直方向の断面
図について示している。また、以下の説明では便宜上Ｎ
チャネルの素子を例として説明する。図において、１は
Ｐ型基板、2,12,13はBCCDを形成するＮ型半導体領域
で、電荷転送チャネルを形成する。3,5は絶縁膜、４は
転送電極、6,7はＮ型拡散層でオーバフロードレインを
構成する。８〜11はＰ型半導体領域で転送電極とともに
オーバフローコントロールゲート領域を形成する。本素
子においては、通常Ｎ型拡散層で形成されるオーバフロ
ードレイン6,7にはＰ型基板に対し逆バイアス電圧VODが
印加されている。本素子の動作は、例えば、光電変換に
よって過剰に発生した信号電荷（電子）は、BCCDのＮ型
領域2,12,13からＰ型領域８〜11を経由してオーバフロ
ードレイン6,7へと吸収される。これによって、過剰な
信号電荷が隣接チャネルに漏れ込むことなく、また、隣
接電極下へとオーバフローすることもなく、したがって
ブルーミングが抑制される。しかしながら、このような
従来のオーバフロードレインを有する素子は、平面的に
過剰電荷を吸収する手段を設けなければならないため、
高密度化には不適当である。
（発明の目的） 本発明の目的は、上記したような従来の電荷結合素子の
欠点を除去せしめ、高密度化した際にもブルーミング抑
制が可能な電荷結合素子の駆動法を提供することにあ
る。
欠点を除去せしめ、高密度化した際にもブルーミング抑
制が可能な電荷結合素子の駆動法を提供することにあ
る。
（発明の構成） 本発明によれば、一導電型を有する半導体基板上に形成
され、該半導体基板と反対導電型を有する半導体領域内
に形成される埋込みチャネル型の電荷結合素子の駆動法
において、前記埋込みチャネル型の電荷結合素子を駆動
する転送電極にはVL,VM,VHの３値レベルを有するパルス
が印加され、電荷蓄積期間においてはVL,VMの２値レベ
ルを有するパルスが印加され、埋込みチャネル内部の信
号電荷の一部が前記半導体領域を経由して前記半導体基
板へと掃き出されるべく駆動され、電荷転送期間におい
てはVM,VHの２値レベルを有するパルスが印加されるこ
とを特徴とする電荷結合素子の駆動法が得られる。
され、該半導体基板と反対導電型を有する半導体領域内
に形成される埋込みチャネル型の電荷結合素子の駆動法
において、前記埋込みチャネル型の電荷結合素子を駆動
する転送電極にはVL,VM,VHの３値レベルを有するパルス
が印加され、電荷蓄積期間においてはVL,VMの２値レベ
ルを有するパルスが印加され、埋込みチャネル内部の信
号電荷の一部が前記半導体領域を経由して前記半導体基
板へと掃き出されるべく駆動され、電荷転送期間におい
てはVM,VHの２値レベルを有するパルスが印加されるこ
とを特徴とする電荷結合素子の駆動法が得られる。
（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。例えば、Ｎチャネル素子の場合、まず、
Ｎ型基板上にＰ型のウェルを形成する。さらにこのＰ型
ウェル内部にBCCDを形成する。さらに、このBCCDを駆動
する転送電極に印加するパルス電圧としてVL,VM,VH（VL
＜VM＜VH）を用いる。すなわち光電変換の電荷蓄積期間
は、VL,VMのパルスを用いる。このとき、電荷はVMの電
圧が印加された電極下に蓄積されるとともに、過剰電荷
は前記Ｐ型のウェルを経由して基板へとオーバフロー
し、隣接電極あるいは隣接チャネルへとはオーバフロー
させないようにする。つぎに、電荷転送期間にVM,VHの
パルスが前記転送電極に印加され、所定の信号電荷のみ
が転送される。このような動作によってブルーミングが
抑制された固体撮像素子が得られる。
点を解決した。例えば、Ｎチャネル素子の場合、まず、
Ｎ型基板上にＰ型のウェルを形成する。さらにこのＰ型
ウェル内部にBCCDを形成する。さらに、このBCCDを駆動
する転送電極に印加するパルス電圧としてVL,VM,VH（VL
＜VM＜VH）を用いる。すなわち光電変換の電荷蓄積期間
は、VL,VMのパルスを用いる。このとき、電荷はVMの電
圧が印加された電極下に蓄積されるとともに、過剰電荷
は前記Ｐ型のウェルを経由して基板へとオーバフロー
し、隣接電極あるいは隣接チャネルへとはオーバフロー
させないようにする。つぎに、電荷転送期間にVM,VHの
パルスが前記転送電極に印加され、所定の信号電荷のみ
が転送される。このような動作によってブルーミングが
抑制された固体撮像素子が得られる。
（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第２図〜第５図は本発明による第一の実施例を説
明するための図で、第２図，第３図はＮ型基板上にＰウ
ェルを形成し、Ｐウェル内部にBCCDを形成した断面図を
示し、第２図は、電荷転送と直角方向、第３図は、電荷
転送方向の断面図をそれぞれ示す。本実施例では、便宜
上、４相駆動の素子について説明する。第４図は、本素
子を駆動する４相パルスの駆動波形の一実施例を示す。
第５図は、各タイミングでの素子内部のポテンシャル分
布を示す。図において、21はＮ型基板、30はＰウェル、
22,23,24はBCCDを形成するＮ型半導体、25,26はチャネ
ルストッパ、27,29,36は絶縁膜、28,31〜35は転送電
極、φ１〜φ４は駆動波形を示す。通常、ＰウェルとＮ
型基板との間には逆バイアス電圧VSUBが印加される。第
４図において、T1は光電変換期間、T2は電荷転送期間を
示す。いま例えば、転送電極のうちの一電極φ２に相当
する電極下で光電変換された電荷が蓄積されるとする。
このとき第４図に示す光電変換期間T1中において、φ２
は駆動パルス電圧の中間レベルVMに保持され、他の電極
に印加されるパルスφ1,φ3,φ４は低レベルVLに保持さ
れる。いま電荷が蓄積されてないとすると、電圧VMの蓄
積電極（φ２）下の電位分布は第５図の43で示されるよ
うになり、電圧VLのバリヤ電極（φ1,φ3,φ４）下の電
位分布は41のようになっている。光電変換により発生し
た電荷が蓄積されるとともに、蓄積電極（φ２）下の電
位分布は42のように変化してゆく。同時に、一部の過剰
電荷は基板へと流出する。やがて光電変換により発生す
る電荷と基板へ流れ出す電荷とがバランスするようにな
ると電位変化は停止する。このときのＰウェルの最小電
位Ｂが隣接するバリヤ電極下のBCCDの最大電位Ｏよ
りも大きければ、過剰に発生する電荷は全て基板へと掃
き出され隣接する電極下へとは流れてゆかない。したが
ってブルーミングが抑制される。
する。第２図〜第５図は本発明による第一の実施例を説
明するための図で、第２図，第３図はＮ型基板上にＰウ
ェルを形成し、Ｐウェル内部にBCCDを形成した断面図を
示し、第２図は、電荷転送と直角方向、第３図は、電荷
転送方向の断面図をそれぞれ示す。本実施例では、便宜
上、４相駆動の素子について説明する。第４図は、本素
子を駆動する４相パルスの駆動波形の一実施例を示す。
第５図は、各タイミングでの素子内部のポテンシャル分
布を示す。図において、21はＮ型基板、30はＰウェル、
22,23,24はBCCDを形成するＮ型半導体、25,26はチャネ
ルストッパ、27,29,36は絶縁膜、28,31〜35は転送電
極、φ１〜φ４は駆動波形を示す。通常、ＰウェルとＮ
型基板との間には逆バイアス電圧VSUBが印加される。第
４図において、T1は光電変換期間、T2は電荷転送期間を
示す。いま例えば、転送電極のうちの一電極φ２に相当
する電極下で光電変換された電荷が蓄積されるとする。
このとき第４図に示す光電変換期間T1中において、φ２
は駆動パルス電圧の中間レベルVMに保持され、他の電極
に印加されるパルスφ1,φ3,φ４は低レベルVLに保持さ
れる。いま電荷が蓄積されてないとすると、電圧VMの蓄
積電極（φ２）下の電位分布は第５図の43で示されるよ
うになり、電圧VLのバリヤ電極（φ1,φ3,φ４）下の電
位分布は41のようになっている。光電変換により発生し
た電荷が蓄積されるとともに、蓄積電極（φ２）下の電
位分布は42のように変化してゆく。同時に、一部の過剰
電荷は基板へと流出する。やがて光電変換により発生す
る電荷と基板へ流れ出す電荷とがバランスするようにな
ると電位変化は停止する。このときのＰウェルの最小電
位Ｂが隣接するバリヤ電極下のBCCDの最大電位Ｏよ
りも大きければ、過剰に発生する電荷は全て基板へと掃
き出され隣接する電極下へとは流れてゆかない。したが
ってブルーミングが抑制される。
つぎに、光電変換期間が終了し、電荷転送期間T2に入
る。この期間では全てのパルスφ１〜φ４は、第４図に
示すように高レベルVHと中間レベルVMとの間を往復す
る。すなわち、VHとVMの２値レベルを有するパルスφ１
〜φ４によって信号電荷の転送が行なわれる。このとき
素子内部の電位分布は第５図42〜44に示されるように全
体に深くなっており、BCCDとＰウェルとの間の電位差も
大きく、信号電荷が転送中に基板へオーバフローするこ
とはない。
る。この期間では全てのパルスφ１〜φ４は、第４図に
示すように高レベルVHと中間レベルVMとの間を往復す
る。すなわち、VHとVMの２値レベルを有するパルスφ１
〜φ４によって信号電荷の転送が行なわれる。このとき
素子内部の電位分布は第５図42〜44に示されるように全
体に深くなっており、BCCDとＰウェルとの間の電位差も
大きく、信号電荷が転送中に基板へオーバフローするこ
とはない。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明による駆動法によりBCCDをそ
のまま光電変換領域として利用した固体撮像素子におい
て、従来のようなオーバフロードレインを設けることな
く、ブルーミング抑制が可能となる。
のまま光電変換領域として利用した固体撮像素子におい
て、従来のようなオーバフロードレインを設けることな
く、ブルーミング抑制が可能となる。
また以上述べた説明では、パルスφ２が印加される電極
のみに光電変換期間中、信号電荷が蓄積される場合につ
いて述べたが、パルスφ２に隣接する電極、例えばパル
スφ３の電極をも光電変換期間中に中間レベルVMに保持
することにより、φ2,φ３の両電極に電荷を蓄積させる
ような駆動法も可能である。
のみに光電変換期間中、信号電荷が蓄積される場合につ
いて述べたが、パルスφ２に隣接する電極、例えばパル
スφ３の電極をも光電変換期間中に中間レベルVMに保持
することにより、φ2,φ３の両電極に電荷を蓄積させる
ような駆動法も可能である。
さらにまた、以上の説明では４相駆動の場合のみについ
て述べたが、２相あるいは３相駆動等他の駆動法を用い
た場合にも本発明の主旨は同様に適用し得る。また、以
上の説明ではBCCDについて説明したが本発明の主旨は表
面チャネルCCDにも適用できる。
て述べたが、２相あるいは３相駆動等他の駆動法を用い
た場合にも本発明の主旨は同様に適用し得る。また、以
上の説明ではBCCDについて説明したが本発明の主旨は表
面チャネルCCDにも適用できる。
第１図はBCCDを光電変換領域とした固体撮像素子の主要
部の断面図、第２図〜第５図は本発明による第一の実施
例を説明するための図で、第２図，第３図はＮ型基板上
に形成されたＰウェル内部にBCCDを構成した固体撮像素
子の電荷転送方向と直角方向および転送方向の断面図を
それぞれ示し、第４図はこの素子を駆動するパルス波
形、第５図は各タイミングでの素子内部の電位分布を示
す。 図において、１はＰ型基板、2,12,13,22〜24はBCCDを形
成するＮ型半導体、3,5,27,29,36は絶縁膜、4,28,31〜3
5は転送電極、21はＮ型半導体基板、30はＰウェルをそ
れぞれ示す。
部の断面図、第２図〜第５図は本発明による第一の実施
例を説明するための図で、第２図，第３図はＮ型基板上
に形成されたＰウェル内部にBCCDを構成した固体撮像素
子の電荷転送方向と直角方向および転送方向の断面図を
それぞれ示し、第４図はこの素子を駆動するパルス波
形、第５図は各タイミングでの素子内部の電位分布を示
す。 図において、１はＰ型基板、2,12,13,22〜24はBCCDを形
成するＮ型半導体、3,5,27,29,36は絶縁膜、4,28,31〜3
5は転送電極、21はＮ型半導体基板、30はＰウェルをそ
れぞれ示す。
Claims (1)
- 【請求項１】一導電型を有する半導体基板上に形成さ
れ、該半導体基板と反対導電型を有する半導体領域内に
形成される埋込みチャネル型の電荷結合素子の駆動法に
おいて、前記埋込チャネル型の電荷結合素子を駆動する
転送電極にはVL,VM,VHの３値レベルを有するパルスが印
加され、電荷蓄積期間においてはVL,VM,の２値レベルを
有するパルスが印加され、埋込みチャネル内部の信号電
荷の一部が前記半導体領域を経由して前記半導体基板へ
と掃き出されるべく駆動され、電荷転送期間においては
VM,VHの２値レベルを有するパルスが印加されることを
特徴とする電荷結合素子の駆動法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59116073A JPH0681280B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 電荷結合素子の駆動法 |
| US06/910,343 US4694476A (en) | 1984-06-06 | 1986-09-19 | Buried channel charge coupled device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59116073A JPH0681280B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 電荷結合素子の駆動法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260154A JPS60260154A (ja) | 1985-12-23 |
| JPH0681280B2 true JPH0681280B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=14678038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59116073A Expired - Lifetime JPH0681280B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 電荷結合素子の駆動法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4694476A (ja) |
| JP (1) | JPH0681280B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07114276B2 (ja) * | 1988-06-30 | 1995-12-06 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| JPH03187233A (ja) * | 1989-12-08 | 1991-08-15 | Samsung Electron Devices Co Ltd | 埋設形電荷結合素子 |
| JP2620643B2 (ja) * | 1990-03-29 | 1997-06-18 | 三洋電機株式会社 | 固体撮像素子の駆動方法 |
| US5343059A (en) * | 1993-03-30 | 1994-08-30 | Leaf Systems, Inc. | Method and apparatus for reducing blooming in output of a CCD image sensor |
| JPH08264747A (ja) * | 1995-03-16 | 1996-10-11 | Eastman Kodak Co | コンテナ側方オーバーフロードレインインプラントを有する固体画像化器及びその製造方法 |
| JP2848435B2 (ja) * | 1995-04-12 | 1999-01-20 | 日本電気株式会社 | 固体撮像素子 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3896485A (en) * | 1973-12-03 | 1975-07-22 | Fairchild Camera Instr Co | Charge-coupled device with overflow protection |
| DE2527657C3 (de) * | 1975-06-20 | 1979-08-23 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zu seinem Betrieb |
| US3996600A (en) * | 1975-07-10 | 1976-12-07 | International Business Machines Corporation | Charge coupled optical scanner with blooming control |
| JPS5917581B2 (ja) * | 1978-01-13 | 1984-04-21 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| GB2054961B (en) * | 1979-07-26 | 1983-07-20 | Gen Electric Co Ltd | Excess charge removal oin charge transfer devices |
| US4527182A (en) * | 1980-09-19 | 1985-07-02 | Nippon Electric Co., Ltd. | Semiconductor photoelectric converter making excessive charges flow vertically |
| JPS58138187A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-08-16 | Toshiba Corp | 固体イメ−ジセンサ |
-
1984
- 1984-06-06 JP JP59116073A patent/JPH0681280B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-09-19 US US06/910,343 patent/US4694476A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60260154A (ja) | 1985-12-23 |
| US4694476A (en) | 1987-09-15 |
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