JPS624362A - 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 本発明は固体撮像素子に係り、特に残像現象を抑制し得
る固体１像素子に関する。

従来の技術 昨今、家庭用単板式カラーカメラに撮像管に代え、固体
撮像素子が用いられ始めている。固体１像素子は焼き付
けがなく、長寿命である等の撮像管には無い多くの利点
がある。この固体撮像素子としては種々の構造の物が提
案されており、その中のひとつに光重変換機能と自己走
査機能を兼ねそなえた電荷結合ディバイス（Ｃｈａｒｇ
ｅ　ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ以下ＣＣＤと略称する
）と呼ばれる固体撮像素子がある。ＣＯＤを用いた撮像
方式にはフレームトランスファ方式とインターライン方
式とがあるが、ここではインターライン方式について述
べる。インターライン方式は光電変換部と信号の走査を
行なう転送部を空間的に分離させた構成となっている。

このインターライン方式は、複数個垂直方向に配設され
た光！変換部とこの光電変換部に相隣るように垂直方向
に延在するよう配設された垂直転送部とよりなる構造と
なっており、各光電変換部と垂直転送部はトランスファ
ゲートにで接続されている。そして光電変換部にて光電
変換された撮像信号はトランスファゲートを介して垂直
転送部へ転送される構成とイ【つていた。第７図に示す
如く、従来のインターライン転送方式の固体撮像素子１
においては、光電変換部２と垂直転送８Ｉ１３を接続す
るトランスフアゲ−１−４の形状は、矩形をなしていた
。

発明が解決しようとする問題点 ここで従来の如くトランスファゲート４の形状が矩形を
なした固体撮像索子１における、ひとつの光電変換部２
に対応するトランスファゲート４゜垂直転送部３のポテ
ンシャル図を第８図に示す。

なお同図において、光電変換部２．垂直転送部３゜トラ
ンスフ７ゲー１〜４に夫々対応するポテンシャルには各
符号にｒａＪを添記して示す。また図中、５はグー１〜
電圧を印加するための電極、斜ａは信号電荷を示してお
り、同図はゲート電圧が印加されていない状態を示して
いる。ここで電極５にゲート電圧を印加すると、第９図
に示す如く、トランスファゲート４にはチャネル４−１
が形成され、光電変換部２にて光電変換された撮像信号
電荷６はチャネル４−１を通って垂直転送部３へ転送さ
れる。

しかるにＦ記従来の固体撮像索子１では、トランスファ
ゲート４の形状が矩形をなしていたため、電極５にゲー
ト電圧を印加した場合の１−ランスファゲート４のポテ
ンシャル４ａは、光電変換部２側から垂直転送部３側へ
向け平坦なポテンシャル状態となる。転送が進むにつれ
て転送すべき電荷量は減少し、光電変換部２のボテンシ
ｔ・ルは１〜ランスフアゲート４のポテンシャルに限り
なく近ずく。この結果、拡散による転送が支配的となり
、転送効率が非常に悪くなる。このためゲート電圧の印
加を停止した瞬間、光電変換部２に転送されない電荷が
残留することになる。この残留電荷が次のフレームの電
荷に重畳され、いわゆる残像現象が生じてしまうという
問題点があった。

そこで本発明では、ゲーｊ−電圧の印加時に１−ランス
ファゲートにおけるポテンシャルが光電変換部側から垂
直転送部側へ向【ノ大となるポテンシャル勾配を有する
よう構成することにより、上記問題点を解決した固体撮
像索子を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明では、光電変換部に
て光電変換された搬像信号をトランスフアゲ−１−を介
して垂直転送部へ転送するインターライン転送方式の固
体撮像索子において、光電変換部から垂直転送部への上
記撮像信号の転送時におけるトランスファゲートのポテ
ンシャルが光電変換部側から垂直転送部側に向け大とな
るポテンシャル勾配を右するよう、トランスファゲート
の幅寸法を光電変換部側から垂直転送部側へ向かい大と
なる形状に形成した。

実施例 第１図及び第２図に本発明になる固体撮像索子の一実施
例を示す。両図は第３図に示す本発明を用いたインター
ライン方式のＣＯＤ固体１１［１４１素子７にお番プる
光電変換部８．垂直転送部９近傍を拡大して示す図であ
る。また第２図は第１図におけるＡ−Ａ断面を示してい
る。第１図及び第２図に示す固体ｓｐａ素子７は、大略
光電変換部８．°垂直転送部９．トランスファゲート１
０等より構成されている。Ｌ配光電変換部８．垂直転送
部９．トランスファゲート１０は、第２図に示ず如く、
ｎ型半導体基板１１上にまずＰウェル１２を形成後、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて形成される。なお１３は
絶縁用の５ｆＯｚ傅膜（第１図に梨地で示ず。なお光電
変換部８．垂直転送部９．トランス７７ゲート１０上の
５ｉＯ２Ｂ膜には梨地を「ず。）であり、また１４はゲ
ート電極である。

光電変換部８はｐｎ接合のフォトダイオードであり、撮
像体よりの光に応じて光電変換を行ない撮像信号となる
電荷を発生すると共に一時このＴｉ荷をＭ績する。垂直
転送部９はＣＣＤにより構成され、各光電変換部８より
転送される撮像信号電荷を水平転送部１５（第３図に示
す）に向け転送する。トランスファゲート１０は第１図
に示す如く、その幅寸法が光電変換部８側から垂直転送
部９側に向け漸次大となる台形形状をなしている。この
トランスファゲート１０の光電変換部８側のグー１−幅
寸法（第１図中、矢印Ｌ＋で示す）は狭チｔＩネル効果
の生じる小なる１法に選定されている。

またトランスファゲート１０の垂直転送部９側のグー］
・幅寸法（第１図中、矢印Ｌ２で示す）はＬｌより大な
る寸法に選定されている。

ここで第１図に示すような固体搬像素子７において、ト
ランスファゲート幅を変化さゼた場合のポテンシャルを
考える。トランスフアゲ−Ｉ・幅を変化させた時の信号
’ｍＡのポテンシャル変化を第４図に示す。同図に示す
如く、トランスファゲート幅が一定の寸法（図中Ｌ３で
示す）以上である時には、ポテンシャルは一定の高い値
を示す。しかるに上記Ｍ法１−３よりトランスファゲー
ト幅が狭くなるにつれ又ポテンシャルは小となり、狭チ
ャネル効果が生じる。

上記の点に鑑み、第１図に示す形状を有するｌ−ランス
ファゲート１０の電荷のポテンシャル状態について以下
説明する。前記の如＜　１−ランスファゲート１０の光
電変換部８側のゲート幅寸法Ｌ１は狭チャネル効果の生
ずる小なる寸法に選定されており、かつトランスファゲ
ート１０の垂直転送部９側のゲート幅寸法Ｌ２はゲート
幅寸法し１より大なる寸法に選定されている。従って、
ゲート電極１４にゲート電圧゛を印加した際、トランス
ファゲート１０のボテフシ１１ル状態は第５図に示すポ
テンシャル図のようになる。りなわら光電変換部８側の
ポテンシャルが小となり、また垂直転送部９側のポテン
シャルが大となると共に光電変換部８と垂直転送部９の
間のポテンシャルは、トランスファゲート１０の幅寸法
に対応して垂直転送部９に向けボテンシｉｚルが瀬次大
となる、ポテンシャル勾配を有したポテンシャル状態と
なる。なお信号電荷（１１子）１６は大なるポテンシャ
ルを有する方へ引ぎ奇せられるため、ポテンシャル勾配
を有した１−ランスフアゲ−１−１０内において、信号
電荷１６の転送速度は速くなる。なお同図において、光
電変換部８．垂直転送部９．１〜ランスフアゲート１０
に夫々対応するポテンシャルには各符号にｒａＪを添記
して示した。

上記構成の固体搬像素子７において、ｍ像信号が転送さ
れる手順を以下説明する。撮像体からの光が光電変換部
８内に入射すると、この光のエネルギーによって搬像信
号となる信号電荷１６が励起されて光電変換部８内に蓄
積される（第６図に示す）。次にゲート電極１４にゲー
ト電圧を印加１゛ると、ゲート電極１４のＦ部には信号
電荷１６の通り道となるヂＡノネル１０−１が形成され
る。

これと共に、同じくグー１−電極１４ｒ一部に配設され
た垂直転送部９のポテンシャルが大となり、光電変換部
８に蓄積された信号電荷１６は、チャネル１０−１を通
過して垂直転送部９へ転送される。

信号電荷１６が光電変換部８より垂直転送部９へ転送さ
れる際、トランスファゲート１０のポテンシャルは光電
変換部８側から垂直転送部９側に向け大となるポテンシ
ャル勾配を有しているため、信号電荷１６の転送速度は
チャネル１０−１内で加速され信号電荷１６の転送は極
めて高速に行なわれる。よってゲート電極１４にゲート
電圧の印加及び停止が行なわれても、チャネル１０−１
に信号電荷１６が残存するようなことはなく、また上記
のように信号電荷１６の転送は極めて高速に行なわれる
ため、光電変換部９に信号電荷１６が残ってしまう、い
わゆる不完全転送が生じＵることもなく、残像現象のな
い良好な搬像画面を実現することができる。

なお上記の如く狭ヂｔＩネル効果を利用して、トランス
ファゲート幅を適宜選定することにより、チャンネル内
を転送される電荷の転送速度を大とする構成は、上記し
た固体搬像素子７と似た構造を有するＭＯＳ　（ｍｅｔ
ａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｃ＋５ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）
ディバイスも応用が１４能であると考えられる。１なわ
ちＭＯＳ　ｔ−ランジスタにおけるトランスファゲート
のチャネル幅をソース側を狭チ１シネル効果の生じ得る
幅寸法とし、またトレイン側をこれより大なる幅寸法と
することにより、チャネル内の電荷速度を速めることが
でき、よってスイッチング速度を向上させることかでき
る。

発明の効果 上述の如く本発明になる固体搬像素子によれば、光電変
換部から垂直転送部への泥像信すの転送時におけるトラ
ンスファゲートのポテンシャルが光電変換部側から垂直
転送部側に向け大となるボテンシＪｐル勾配を右Ｊるよ
う、］・ランスファゲートの幅寸法を光電変換部側から
垂直転送部側°へ向かい大となる形状に形成ケることに
より、搬像信号となる信号電荷はトランスファゲートを
通過する際次第に加速され信号電荷の光電変換部から垂
直転送部への転送は極めて高速に行なうことができるた
め、高周波数をもってグー１−電圧の印加及び停止が行
なわれても、光電変換部に蓄積された信号電荷は確実に
ほとんど全て垂直転送部へ転送され、かつグー１−ｆｆ
ｉ圧の印加停止時にトランスフアゲ−１−に信号電荷が
残存することもなく、従って残像現象の発生の少＜１い
良好な搬像画面を実現することができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる固体撮像素子の一実施例のトラン
スファゲート近傍部分を拡大して示ず平面図、第２図は
第１図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、第３図は本発明
になる固体Ｉｆｆ像素子の全体構成を示す図、第４図は
狭チャネル効果を説明するための図、第５図は本発明に
なる固体１像素子においてゲート電圧を印加した時のポ
テンシャル状態を説明するための図、第６図は第５図に
おいてゲート電圧の印加を停止した時のポテンシャル状
態を説明するための図、第７図は従来の固体撮像素子の
一例のトランスファゲート近傍部分を拡大して示す図、
第８図は従来の固体撮像素子においてゲート電圧が印加
されていない時のポテンシャルの状態を説明するための
図、第９図は第８図においてゲート電圧が印加された時
のポテンシャルの状態を説明するための図である。 ７・・・固体ｌｌ像素子、８・・・光電変換部、９・・
・垂直転送部、１０・・・トランスノアゲート、１０−
１・・・チャネル。 特徴出願人　日本ビクター株式会社 第１図　　１ ｗ！、２図 Ｗ、６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光電変換部にて光電変換された撮像信号をトランスファ
   ゲートを介して垂直転送部へ転送するインターライン転
   送方式の固体撮像素子において、該光電変換部から該垂
   直転送部への該撮像信号の転送時における該トランスフ
   ァゲートのポテンシャルが該光電変換部側から該垂直転
   送部側に向け大となるポテンシャル勾配を有するよう、
   該トランスファゲートの幅寸法を該光電変換部側から該
   垂直転送部側へ向かい大となる形状に形成してなること
   を特徴とする固体撮像素子。