JPH1155572A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷転送手段の構成を簡素化するとともに、
簡単な切り替えで電荷転送方向の反転を行うこと。 【解決手段】 本発明の固体撮像装置１は、光電変換し
て得た電荷を所定方向へ転送する水平転送レジスタ３
と、水平転送レジスタ３のの上方に形成される複数の電
極と、複数の電極のうち１つおきに配置される第１電極
群に印加する各々逆相となる２つの転送信号Ｈφ１、Ｈ
φ２から成る第１転送信号を発生するタイミング発生部
５と、転送信号Ｈφ１、Ｈφ２を用い、各々逆相となる
２つの積分信号Ｈφ１’Ｈφ２’から成る第２転送信号
を生成し複数の電極のうち第１電極群とは異なる１つお
きに配置される第２電極群に印加する積分回路５１、５
２と、転送信号Ｈφ１、Ｈφ２と積分信号Ｈφ１’、Ｈ
φ２’との切り替えを行うスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電荷転送手段に所
定の信号を印加して電荷を所定方向へ転送する固体撮像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の固体撮像装置におけるＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device ）水平転送レジスタ部の構
造を示す模式断面図である。すなわち、従来のＣＣＤ水
平転送レジスタ部は、Ｎ型基板１０のＰウェル領域１１
に形成されたＮ型チャネル領域１２と、このＮ型チャネ
ル領域１２上の絶縁層１３を介して形成されたポリシリ
コンから成る１層目電極Ｄ１および２層目電極Ｄ２とか
ら構成されている。

【０００３】また、Ｎ型チャネル領域１２の２層目電極
Ｄ２の下方には、２層目電極Ｄ２を形成する前にＰ型不
純物イオンを注入することで他の部分よりポテンシャル
を浅くしたＮ^- 領域１２ａが形成されている。

【０００４】このような構成から成る固体撮像装置で
は、隣接する１層目電極Ｄ１と２層目電極Ｄ２とを１組
として、１つおきの組に水平転送信号Ｈφ１を印加し、
他の１つおきの組に水平転送信号Ｈφ２が印加して電荷
を転送する２相駆動が行われる。

【０００５】図９は水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２のタイ
ミングチャート、図１０は図９におけるｔ１〜ｔ３の各
タイミングにおけるポテンシャルプロファイルを示す図
である。すなわち、ｔ１のタイミングではＨφ１がＨｉ
ｇｈレベル、Ｈφ２がＬｏｗレベルとなっており、Ｈφ
１に対応する部分のポテンシャル井戸が深くなる。この
際、図８に示すように２層目電極Ｄ２の下方にＮ^- 領域
１２ａが形成されていることから、同じレベルの電圧が
印加されてもＮ^- 領域１２ａ以外の部分のポテンシャル
井戸が深くなってそこに電荷が蓄積される。

【０００６】ｔ２のタイミングではＨφ１およびＨφ２
が中間レベルとなることから、Ｈφ１に対応する部分の
ポテンシャル井戸が浅くなり、Ｈφ２に対応する部分の
ポテンシャル井戸が深くなっていく。

【０００７】そして、ｔ３のタイミングではＨφ１がＬ
ｏｗレベル、Ｈφ２がＨｉｇｈレベルとなり、Ｈφ１に
対応する部分のポテンシャル井戸がさらに浅くなり、Ｈ
φ２に対応する部分のポテンシャル井戸がさらに深くな
る。これによって、Ｈφ１が印加される領域でＮ^- 領域
１２ａ以外の部分に蓄積されていた電荷がＨφ２が印加
される領域でＮ^- 領域１２ａ以外の部分に転送されるこ
とになる。

【０００８】このｔ１〜ｔ３のタイミングを繰り返し行
うことで、Ｎ^- 領域１２ａの形成された側から形成され
ていない側すなわち図中左方向へと電荷を順次転送でき
るようになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな固体撮像装置においては、２相駆動での転送方向を
決定するためのＮ型チャネル領域の２層目電極の下方に
Ｎ^- 領域をイオン注入等によって形成する必要がある。
また、このＮ^- 領域の濃度等で転送電荷量が決定してし
まうことから、取り扱い電荷量の変更が非常に困難であ
る。しかも、このＮ^- 領域の位置によって電荷の転送方
向が構造的に決まってしまうため、転送方向を変更した
い場合に対応ができないという問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された固体撮像装置である。すなわ
ち、本発明は、光電変換して得た電荷を所定方向へ転送
する電荷転送手段と、電荷転送手段の上方に形成され電
荷を転送するための電圧を印加する複数の電極と、複数
の電極のうち１つおきに配置される第１電極群に印加す
る各々逆相となる２つの転送信号から成る第１転送信号
を発生する信号発生手段と、信号発生手段で発生した第
１転送信号の２つの転送信号を用い、各々逆相となる２
つの積分信号から成る第２転送信号を生成し複数の電極
のうち第１電極群とは異なる１つおきに配置される第２
電極群に印加する積分信号生成手段と、第１転送信号の
２つの転送信号とその２つの転送信号に対応する２つの
積分信号との印加位置を各々切り替える切り替え手段と
を備えている。

【００１１】本発明では、積分信号生成手段によって第
２電極群に印加する第２転送信号として、信号発生手段
で発生した第１転送信号の積分信号を印加することか
ら、第１転送信号と第２転送信号とによりポテンシャル
井戸の深さの差を形成でき、その印加位置に応じて転送
方向を決定できるようになる。また、第１転送信号の２
つの転送信号と、これに対応する２つの積分信号との印
加位置を切り替え手段で切り替えることにより、ポテン
シャル井戸の深さの差を形成する方向を反転させること
ができ、電気的な切り替えのみで電荷の転送方向を反転
できるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置に
おける実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実
施形態における固体撮像装置を説明する構成図、図２は
水平転送レジスタ部の構造を示す模式断面図である。

【００１３】図１に示すように、本実施形態における固
体撮像装置１は、マトリクス状に配置された複数の受光
部Ｓで光電変換して得た電荷を図中縦方向に転送する垂
直転送レジスタ２と、垂直転送レジスタ２で転送された
電荷を図中横方向に転送する水平転送レジスタ３と、水
平転送レジスタ３で転送された電荷を信号電圧に変換し
て出力する出力部４ａ、４ｂと、垂直転送レジスタ２お
よび水平転送レジスタ３に与える電荷転送のための信号
を生成するタイミング発生部５と、タイミング発生部５
により生成される水平転送レジスタ３への水平転送信号
Ｈφ１、Ｈφ２を積分する積分回路５１、５２と、水平
転送信号Ｈφ１、Ｈφ２とそれに対応する積分信号との
切り替えを行うスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２とを備えた
構成となっている。

【００１４】この固体撮像装置１のタイミング発生部５
からは垂直転送レジスタ２へ与えられる例えば４相の垂
直転送信号Ｖφ１〜Ｖφ４と、水平転送レジスタ３へ与
えられる２相の水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２が出力され
る。

【００１５】水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２は各々相が反
転している信号であり、そのままスイッチ回路ＳＷ１、
ＳＷ２へ入力されるものと、積分回路５１、５２へ入力
されるものとに分けられている。

【００１６】また、スイッチ回路ＳＷ１には水平転送信
号Ｈφ１とその積分信号Ｈφ１’とが入力され、スイッ
チ回路ＳＷ２には水平転送信号Ｈφ２とその積分信号Ｈ
φ２’とが入力されており、各々の印加位置を切り替え
られるようになっている。

【００１７】したがって、水平転送レジスタ３には、タ
イミング発生部５から出力される２つの水平転送信号Ｈ
φ１、Ｈφ２に基づき、積分回路５１、５２およびスイ
ッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２を介して水平転送信号Ｈφ１、
Ｈφ２、積分信号Ｈφ１’、Ｈφ２’の４つの信号が入
力されることになる。

【００１８】図２に示すように、水平転送レジスタ３
は、Ｎ型基板１０のＰウェル領域１１に形成されたＮ型
チャネル領域１２と、このＮ型チャネル領域１２上の絶
縁層１３を介して形成されたポリシリコンから成る１層
目電極Ｄ１および２層目電極Ｄ２とから構成されてい
る。

【００１９】このうち、１つおきに配置される１層目電
極Ｄ１には、先に説明した水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２
がその並び順に沿って交互に印加され、また他の１つお
きに配置される２層目電極Ｄ２には、先に説明した積分
信号Ｈφ１’、Ｈφ２’がその並び順に沿って交互に印
加される。

【００２０】このような信号が印加されることにより、
Ｎ型チャネル領域１２の２層目電極Ｄ２の下方にＮ^- 領
域（図８参照）が形成されていなくても、順次電荷を所
定の方向へ転送できるようになる。

【００２１】図３は積分回路５１、５２の一例を示す回
路図である。すなわち、積分回路５１、５２は、抵抗器
ＲとコンデンサＣとの組み合わせによって構成されてお
り、水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２を入力信号としてその
積分信号Ｈφ１’、Ｈφ２’を生成する。

【００２２】また、図４はスイッチ回路ＳＷ１の一例を
示す回路図である。スイッチ回路ＳＷ１は、水平転送信
号Ｈφ１および先に説明した積分信号Ｈφ１’の切り替
えを行うものであり、切り替え信号によってａ接点が選
択されると、水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’が
そのまま出力され、ｂ接点が選択されると、水平転送信
号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’が切り替わり出力される。
なお、スイッチ回路ＳＷ２もスイッチ回路ＳＷ１と同じ
回路となっており、水平転送信号Ｈφ２と積分信号Ｈφ
２’との切り替えを行う。

【００２３】次に、図５のタイミングチャートおよび図
６のポテンシャルプロファイルに基づいて本実施形態に
おける固体撮像装置の電荷転送動作を説明する。本実施
形態の固体撮像装置における水平転送レジスタには、先
に説明したような水平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２およびそ
の積分信号Ｈφ１’、Ｈφ２’が印加される。

【００２４】なお、図５において、破線で示す信号が水
平転送信号Ｈφ１、Ｈφ２を示し、実線で示す信号が積
分信号Ｈφ１’、Ｈφ２’を示しており、図６のｔ１〜
ｔ４に示すポテンシャルプロファイルは図５に示すｔ１
〜ｔ４の各タイミングに対応している。

【００２５】先ず、図５に示すｔ１のタイミングにおい
ては、水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’がともに
Ｈｉｇｈレベル、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈφ
２’がともにＬｏｗレベルであることから、図６のｔ１
に示すように、Ｈφ１’、Ｈφ１に対応する部分にポテ
ンシャル井戸が形成され、そこに電荷（図中斜線部分）
が蓄積される。

【００２６】次に、図５に示すｔ２のタイミングでは、
水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’ともにＨｉｇｈ
レベルからＬｏｗレベルへ、また水平転送信号Ｈφ２、
積分信号Ｈφ２’ともにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベ
ルへと変化するが、その変化速度はＨφ１、Ｈφ２より
Ｈφ１’、Ｈφ２’の方が遅いため、過渡的に図６のｔ
２に示すようなポテンシャルプロファイルとなる。

【００２７】つまり、Ｈφ１’に対応する部分よりＨφ
１に対応する部分の方がポテンシャル井戸が深くなり、
電荷はＨφ１’の部分に転送されるようになる。

【００２８】次に、図５に示すｔ３のタイミングでは、
水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’ともにさらにＬ
ｏｗレベルへ変化し、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈ
φ２’ともにさらにＨｉｇｈレベルへ変化する。これに
よって、図６のｔ３に示すように、Ｈφ１’に対応する
部分よりＨφ２に対応する部分の方がポテンシャル井戸
が深くなり、電荷はＨφ１’の部分からＨφ２の部分へ
と転送される。

【００２９】そして、図５に示すｔ４のタイミングで
は、水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’がともにＬ
ｏｗレベル、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈφ２’が
ともにＨｉｇｈレベルとなり、図６のｔ４に示すよう
に、Ｈφ２、Ｈφ２’の部分にポテンシャル井戸が形成
され、そこに電荷が転送される。

【００３０】これらの動作を繰り返し行うことで、電荷
は図中右側から左側へと順次転送され、図１に示す水平
転送レジスタ３の図中左側に設けられた出力部４ａを介
して出力されることになる。

【００３１】また、本実施形態の固体撮像装置では、図
１に示すスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２の切り替えによっ
て、水平転送信号Ｈφ１と積分信号Ｈφ１’、水平転送
信号Ｈφ２と積分信号Ｈφ２’を各々切り替えて印加す
ることで、水平転送レジスタ３での電荷の転送方向を切
り替えることができる。

【００３２】図７は切り替えを行った場合のポテンシャ
ルプロファイルである。なお、図７のｔ１〜ｔ４に示す
ポテンシャルプロファイルは図５に示すｔ１〜ｔ４の各
タイミングに対応している。

【００３３】すなわち、図７に示すように、スイッチ回
路ＳＷ１、ＳＷ２（図１参照）による切り替えで、図６
に示すＨφ１とＨφ１’との印加位置が入れ替わり、Ｈ
φ２とＨφ２’との印加位置が入れ替わることになる。

【００３４】先ず、図５に示すｔ１のタイミングにおい
ては、水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’がともに
Ｈｉｇｈレベル、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈφ
２’がともにＬｏｗレベルであることから、図７のｔ１
に示すように、Ｈφ１’、Ｈφ１に対応する部分にポテ
ンシャル井戸が形成され、そこに電荷が蓄積される。

【００３５】次に、図５に示すｔ２のタイミングでは、
水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’ともにＨｉｇｈ
レベルからＬｏｗレベルへ、また水平転送信号Ｈφ２、
積分信号Ｈφ２’ともにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベ
ルへと変化するが、その変化速度はＨφ１、Ｈφ２より
Ｈφ１’、Ｈφ２’の方が遅いため、過渡的に図７のｔ
２に示すようなポテンシャルプロファイルとなる。

【００３６】つまり、Ｈφ１’に対応する部分よりＨφ
１に対応する部分の方がポテンシャル井戸が深くなり、
図６のｔ２に示す状態とは反対の位置となるＨφ１’の
部分に電荷が転送されるようになる。

【００３７】次に、図５に示すｔ３のタイミングでは、
水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’ともにさらにＬ
ｏｗレベルへ変化し、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈ
φ２’ともにさらにＨｉｇｈレベルへ変化する。これに
よって、図７のｔ３に示すように、Ｈφ１’に対応する
部分よりＨφ２に対応する部分の方がポテンシャル井戸
が深くなり、図６のｔ３に示す状態とは反対の位置とな
るＨφ１’の部分からＨφ２の部分へと電荷が転送され
る。

【００３８】そして、図５に示すｔ４のタイミングで
は、水平転送信号Ｈφ１、積分信号Ｈφ１’がともにＬ
ｏｗレベル、水平転送信号Ｈφ２、積分信号Ｈφ２’が
ともにＨｉｇｈレベルとなり、図７のｔ４に示すよう
に、Ｈφ２、Ｈφ２’の部分にポテンシャル井戸が形成
され、そこに電荷が転送される。

【００３９】これらの動作を繰り返し行うことで、電荷
は図中左側から右側へと順次転送され、図１に示す水平
転送レジスタ３の図中右側に設けられた出力部４ｂを介
して出力されることになる。

【００４０】このように、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２
の切り替えによって、水平転送レジスタ３での電荷の転
送方向を容易に切り替えることができるようになる。つ
まり、図６で示す電荷の転送動作によって例えば正像を
得るとすると、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２での切り替
えのみで、図７で示すような電荷の反転転送を行って鏡
像を得ることができるようになる。

【００４１】なお、本実施形態では、図１に示す水平転
送レジスタ３の両端に出力部４ａ、４ｂを設けていずれ
の方向に電荷を転送しても出力信号を得られるような構
成を示したが、本発明はのような構成に限定されず、他
の位置に出力部を備えているものであっても同様であ
る。また、図３に示す積分回路５１、５２、図４に示す
スイッチ回路ＳＷ１も一例であり、他の回路構成を用い
てもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば次のような効果がある。すなわち、本発明
では、第１転送信号とその積分信号とによって電荷転送
手段での電荷の転送方向を制御できることから、電荷転
送手段を一様な構成にすることが可能となる。また、電
荷転送手段の一様な構成によって、転送信号の振幅を増
加させることで転送できる取り扱い電荷量を増加させる
ことが可能となる。

【００４３】さらに、切り替え手段で第１転送信号の２
つの転送信号の相を逆転させるのみで電荷の転送方向を
反転させることができ、簡単な切り替えのみで正像／鏡
像の切り替えを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における固体撮像装置を説明する構
成図である。

【図２】水平転送レジスタ部の構造を示す模式断面図で
ある。

【図３】積分回路の一例を示す回路図である。

【図４】スイッチ回路の一例を示す回路図である。

【図５】転送信号および積分信号のタイミングチャート
である。

【図６】ポテンシャルプロファイルを示す図（その１）
である。

【図７】ポテンシャルプロファイルを示す図（その２）
である。

【図８】従来の固体撮像装置における水平転送レジスタ
部の構造を示す模式断面図である。

【図９】転送信号のタイミングチャートである。

【図１０】従来の水平転送レジスタでのポテンシャルプ
ロファイルを示す図である。

【符号の説明】

１…固体撮像装置、２…垂直転送レジスタ、３…水平転
送レジスタ、５…タイミング発生部、５１…積分回路、
５２…積分回路、ＳＷ１…スイッチ回路、ＳＷ２…スイ
ッチ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換して得た電荷を所定方向へ転送
   する電荷転送手段と、 前記電荷転送手段の上方に形成され前記電荷を転送する
   ための電圧を印加する複数の電極と、 前記複数の電極のうち１つおきに配置される第１電極群
   に印加する各々逆相の２つの転送信号から成る第１転送
   信号を発生する信号発生手段と、 前記信号発生手段で発生した前記第１転送信号の２つの
   転送信号を用い、各々逆相となる２つの積分信号から成
   る第２転送信号を生成し前記複数の電極のうち前記第１
   電極群とは異なる１つおきに配置される第２電極群に印
   加する積分信号生成手段と、 前記第１転送信号の２つの転送信号と、その２つの転送
   信号に対応する前記２つの積分信号との印加位置を各々
   切り替える切り替え手段とを備えていることを特徴とす
   る固体撮像装置。