JP2904180B2 - 電荷転送装置の駆動方法 - Google Patents

電荷転送装置の駆動方法

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JP2904180B2 JP9080833A JP8083397A JP2904180B2 JP 2904180 B2 JP2904180 B2 JP 2904180B2 JP 9080833 A JP9080833 A JP 9080833A JP 8083397 A JP8083397 A JP 8083397A JP 2904180 B2 JP2904180 B2 JP 2904180B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電荷転送装置の駆動
方法に関し、特にCCDレジスタの駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、電子スティルカメラ、パソコンの
入力として使用されている固体撮像装置は、カメラ一体
型VTR用に開発されたものを流用しており、標準テレ
ビ受像機の表示方式(インタレース方式)とパソコン用
モニタとの表示方式(プログレッシブ方式)の違いのた
め、画素数や走査方式を変換する等の信号処理が必要と
なっている。このため、電子スティルカメラ、パソコン
の入力として簡単に使用できる固体撮像装置の必要性が
でてきた。
【0003】プログレッシブ方式の固体撮像装置は、1
画素当りに3つの転送電極を備えた3相駆動の電荷転送
装置を使用して実現できる。このようなプログレッシブ
方式の固体撮像装置のうち構造が簡単なものが特開平4
−72762号公報に開示されている。以下、これにつ
いて説明する。
【0004】図4(a)はプログレッシブ方式の固体撮
像装置を概略的に示すブロック図、図4(b)は画素を
示す平面図、図4(c)は図4(b)のX−X線断面図
である。
【0005】この固体撮像装置は、P型シリコン基板1
(シリコン基板の表面部に形成されたPウェルでもよ
い)の表面部にストライプ状に形成されたN型拡散層2
でなる埋込チャネル領域の表面を絶縁膜3−1,3−
2,3−3(同一厚さに設計)を介してそれぞれ横断し
て第1の電荷転送電極G1(読出ゲート電極を兼ねてい
る)、第2の電荷転送電極G2及び第3の電荷転送電極
G3が設けられ、それぞれ転送パルスφ1,φ2及びφ
3が印加される。第3の電荷転送電極G3は1層目の多
結晶シリコン膜、第1の電荷転送電極G1は2層目の多
結晶シリコン膜でなり、絶縁膜4を介して第3の電荷転
送電極G3と一部でオーバラップしている。第2の電荷
転送電極G2はアルミニウム膜でなり絶縁膜5を介して
G1,G3を被覆しN型拡散層2とその近傍のP+ 型チ
ャネルストッパ8に光が入射するのを防止する遮光膜を
兼ねている。6は表面にP+ 型拡散層を有するN型拡散
層でなるフォトダイオード(列状に配置されて光電変換
部101をなす)、7は読出ゲート領域である。
【0006】図5は転送パルスφ1,φ2及びφ3を示
すタイムチャート、図6は電荷転送について説明するた
めのポテンシャル図である。
【0007】まず、水平ブランキング期間のタイミング
t1において、φ1が読出ゲートを導通させるレベル
(以下“T”レベルと記す)、φ2が“H”レベル、φ
3が“L”レベルになると、任意の画素列における各画
素のフォトダイオード6に蓄積されている信号電荷Q
1,Q2,Q3…,は読出ゲート領域7を通って各電荷
転送装置の第1の電荷転送電極G1下のN型拡散層2に
移る。
【0008】次にタイミングt2において、φ1が
“H”レベルになると信号電荷Q1,Q2,Q3,…,
の一部は隣接する第2の電荷転送電極G2下へ移り、タ
イミングt3でφ1が“L”レベルになると信号電荷Q
1,Q2,Q3の第2の電荷転送電極下への移動が完了
する。
【0009】タイミングt4において、φ3を“H”レ
ベル、φ2を“L”レベルにすると、信号電荷Q1,Q
2,Q3,…,は隣接する画素の第1の電荷転送電極下
へ移る。各光電変換部101最終段のフォトダイオード
からの信号電荷61,62,…,63は水平電荷転送部
103へ転送される。
【0010】次に、垂直ブランキング期間に一水平ライ
ン分の信号電荷は水平電荷転送部103内を転送されて
出力回路104により信号電圧として検出され増幅され
て出力電圧Voutとして順次に出力される。
【0011】タイミングt2〜t6のサイクルを繰返す
ことによって1フィールド分の映像信号を得る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の電荷
転送装置を垂直電荷転送部に有する固体撮像装置の駆動
方法は、第1及び第3の電荷転送電極を構成する多結晶
シリコン膜の抵抗値(膜厚0.4μmの場合、約30Ω
/□程度)と、遮光膜を兼ねる第2の電荷転送電極を構
成する金属膜(たとえばアルミニウム膜)の抵抗値(膜
厚1μmの場合、約0.03Ω/□)と非常に異なるた
め、時定数の相違により、各電極間に異なる波形のなま
り、遅延が発生すると行った問題が生じ、パルスのタイ
ミングが合わず垂直電荷転送部での信号電荷の転送効率
の劣化、および取扱電荷量の低下が発生し、特に転送周
波数の速い場合に於いては、電荷転送自体が困難になる
と言う問題が発生するという欠点があった。
【0013】本発明の目的は、このような欠点のない、
高速転送可能な、3つの転送電極の組を繰返し単位とし
て有する電荷転送装置の駆動方法を提供することにあ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の電荷転送装置の
駆動方法は、半導体基板表面部の第1導電型半導体層の
表面部のチャネル領域の表面を絶縁膜を介してそれぞれ
横断して第1の電荷転送電極,第2の電荷転送電極及び
第3の電荷転送電極でなる複数の組を順次に配列してな
り、前記第2の電荷転送電極が第1の電荷転送電極及び
第3の電荷転送電極より電気抵抗が低く前記チャネル領
域に光が入射するのを防ぐ遮光膜を兼ねる電荷転送装置
の駆動方法であって、前記第2の電荷転送電極に所定の
定電圧を印加し、前記第1の電荷転送電極及び第3の電
荷転送電極に互いに位相差のある転送パルスを印加して
前記チャネル領域内で信号電荷を転送するというもので
ある。
【0015】この場合、第1の電荷転送電極及び第3の
電荷転送電極に互いに90度の位相差のある転送パルス
を印加するのが好ましい。
【0016】又、信号電荷の転送時に第2の電荷転送電
極下のチャネル領域の電位がその両側の第1又は第2の
電荷転送電極下のチャネル領域の電位の中間になるよう
に定電圧を設定するのが好ましい。
【0017】更に、第1の電荷転送電極、第2の電荷転
送電極及び第3の電荷転送電極の組あたりに1つの光電
変換部が設けられて固体撮像装置を構成していてもよ
い。
【0018】更に又、第1の電荷転送電極及び第3の電
荷転送電極が層次の異なる多結晶シリコン膜でなり、第
2の電荷転送電極が金属膜でなるものであってもよい。
【0019】電気抵抗の低い第2の電荷転送装置の電位
を固定しておくので、転送パルスを印加する第1,第3
の電荷転送電極の時定数の相違が小さくなる。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明の発明の実施の形態
について説明する。
【0021】図1(a)は本発明の一実施の形態につい
て説明するためのプログレッシブ方式の固体撮像装置を
概略的に示すブロック図で、光電変換部101,垂直電
荷転送部102でなる画素列を複数有する撮像部と、水
平電荷転送部103,出力回路部104で構成されてい
ることは、図4の従来例と同じである。垂直電荷転送部
には、2相転送パルスと所望の定電圧VS が印加され
る。光電変換部の構成単位(フォトダイオード)に対し
て垂直電荷転送部の1段が対応して配置されている。
【0022】このような電荷転送装置を垂直電荷転送部
に有する固体撮像装置の駆動方法の概略について説明す
る。
【0023】まず、平面上に配置された光電変換部10
1にて入射光の光量に応じて信号電荷が蓄積される。
【0024】次に、すべての光電変換部101の信号電
荷11,12,13,21,22,23,31,32,
33,41,42,43,51,52,53,61,6
2,63が対応する垂直電荷転送部102へと読み出さ
れる。次に、垂直電荷転送部を構成する第1の電荷転送
電極と第3の電荷転送電極にそれぞれ90度位相の異な
る転送パルスφ1a,φ2aを、第2の電荷転送電極に
所望の定電圧VS を印加することにより、信号電荷1
1,12,13,21,22,23,31,32,3
3,41,42,43,51,52,53,61,6
2,63は、各垂直電荷転送部102中を垂直方向に転
送され、水平の1ライン毎に水平電荷転送部103へ送
られ、水平電荷転送部103中を水平方向に転送され出
力回路部104を介して出力される。
【0025】これによって1フレームすなわち、全フォ
トダイオードの信号電荷が読み出されることになる。
【0026】次に、垂直電荷転送部の構造と動作につい
て詳細に説明する。
【0027】図1(b)は、固体撮像装置のセル部(画
素)を示す平面図、図1(c)は、図1(b)のX−X
線断面図であり、P型シリコン基板1、N型拡散層2、
1層目の多結晶シリコン膜で形成された第3の電荷転送
電極G3、2層目の多結晶シリコン膜で形成された第1
の電荷転送電極G1、金属遮光膜を兼ねる第2の電荷転
送電極G2を有し、構造上は図4のものと同じである
が、第1〜第3の電荷転送電極にφ1a,VS ,φ2a
を印加する点で相違がある。
【0028】図2は本発明の一実施の形態について説明
するためのタイムチャート、図3は電荷転送について説
明するためのポテンシャル図である。
【0029】水平ブランキング期間のタイミングt1に
おいてφ2aが“L”レベル、φ1aが“T”レベルに
なり、任意の光電変換部101より同じ画素列の垂直電
荷転送部102にそれぞれ読み出された信号電荷Q1
a,Q2a,Q3a,…,は、読み出し電圧VT が印加
されている第1の電荷転送電極G1下に蓄積される。次
にタイミングt2において、φ1aが“H”レベルにな
っても信号電荷Q1a,Q2a,Q3a,…,は、ハイ
電圧VH が印加されている第1の電荷転送電極G1下に
蓄積されたままである。以下同様にしてタイミングt3
において、φ1aが“L”レベルになると、信号電荷Q
1a,…,は、定電圧VS が印加されている第2の電荷
転送電極G2下に移動し、第3の電荷転送電極G3下に
移動し、タイミングt5において、φ1aが“H”レベ
ルになると第3の電荷転送電極G3と隣りの画素の第1
の電荷転送電極G1下に移動し、タイミングt6におい
てφ2aが“L”レベルになると第1の電荷転送電極G
1下に順次移動する。
【0030】以後t2〜t6のタイミングを繰り返すこ
とにより信号電荷は、垂直電荷転送部を転送されてい
く。
【0031】抵抗値の低い第2の電荷転送電極には定電
圧VS (VL <VS <VH )を印加し、多結晶シリコン
膜でなり、比較的電気抵抗の高い第1,第3の電荷転送
電極に転送パルスφ1a,φ2aを印加するので時定数
の相違があまりなく、タイミングが取り易い。従って、
転送効率や取扱電荷量(転送可能な最大電荷量)の低下
を回避でき、高速転送が可能となる。又、2相駆動であ
るので駆動回路が簡単になる。
【0032】なお、第1,第3の電荷転送電極は各行
(水平)方向に連結され、第2の電荷転送電極は各列毎
に分割されている(実際には一端で共通接続されてVS
を印加する)場合を図示したが、第2の電荷転送電極も
各行方向に連結してもよい。
【0033】又、埋込チャネル型の垂直電荷転送部を有
する場合について説明したが、表面チャネル型にも本発
明を適用しうることはいうまでもない。更に、固体撮像
装置に限らず、単なる電荷転送装置に本発明を適用する
ことができる。
【0034】なお、パルスの位相差は90度が最も好ま
しいが、180度未満で0を超える任意の値ならば電荷
転送は可能なので特性上の許容範囲と製造上のばらつき
などを考慮して所望の値に設計すればよいことは改めて
詳細に説明をするまでもなく明らかなことである。
【0035】
【発明の効果】本発明の電荷転送装置の駆動方法は、抵
抗値の低い遮光膜を兼ねる第2の電荷転送電極に、定電
圧を印加し、抵抗値の高い第1及び第3の電荷転送電極
に互いに位相のずれた転送パルスを印加するので、転送
パルスを印加とするので転送パルスを印加する電荷転送
電極の時定数の差が小さくなり、タイミングを合せ易く
なり転送効率及び転送可能最大電荷量の低下を防止し、
高速転送が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態について説明するための
プログレッシブ方式の固体撮像装置を概略的に示すブロ
ック図(図1(a))、画素を示す平面図(図1
(b))、及び図1(b)のX−X線断面図(図1
(c))。
【図2】本発明の一実施の形態について説明するための
タイムチャート。
【図3】本発明の一実施の形態について説明するための
ポテンシャル図。
【図4】従来例について説明するためのプログレッシブ
方式の固体撮像装置を概略的に示すブロック図(図4
(a))、画素を示す平面図(図4(b))及び図4
(b)のX−X線断面図(図4(c))。
【図5】従来例について説明するためのタイムチャー
ト。
【図6】従来例について説明するためのポテンシャル
図。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 N型拡散層 3−1,3−2,3−3,4,5 絶縁膜 6 フォトダイオード 7 流出ゲート領域 8 P+ 型チャネルストッパ 11〜61,12〜62,…,13−63 信号電荷 101 光電変換部(フォトダイオード列) 102 垂直電荷転送部 103 水平電荷転送部 104 出力回路部 φ1,φ1a,φ2,φ2a,φ3 転送パルス VS 定電圧

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面部の第1導電型半導体層
    の表面部のチャネル領域の表面を絶縁膜を介してそれぞ
    れ横断して第1の電荷転送電極,第2の電荷転送電極及
    び第3の電荷転送電極でなる複数の組を順次に配列して
    なり、前記第2の電荷転送電極が第1の電荷転送電極及
    び第3の電荷転送電極より電気抵抗が低く前記チャネル
    領域に光が入射するのを防ぐ遮光膜を兼ねる電荷転送装
    置の駆動方法であって、前記第2の電荷転送電極に所定
    の定電圧を印加し、前記第1の電荷転送電極及び第3の
    電荷転送電極に互いに位相差のある転送パルスを印加し
    て前記チャネル領域内で信号電荷を転送することを特徴
    とする電荷転送装置の駆動方法。
  2. 【請求項2】 第1の電荷転送電極及び第3の電荷転送
    電極に互いに90度の位相差のある転送パルスを印加す
    る請求項1記載の電荷転送装置の駆動方法。
  3. 【請求項3】 信号電荷の転送時に第2の電荷転送電極
    下のチャネル領域の電位がその両側の第1又は第2の電
    荷転送電極下のチャネル領域の電位の中間になるように
    定電圧を設定する請求項1又は2記載の電荷転送装置の
    駆動方法。
  4. 【請求項4】 第1の電荷転送電極、第2の電荷転送電
    極及び第3の電荷転送電位の組あたりに1つの光電変換
    部が設けられて固体撮像装置を構成する請求項1,2又
    は3記載の電荷転送装置の駆動方法。
  5. 【請求項5】 第1の電荷転送電極及び第3の電荷転送
    電極が層次の異なる多結晶シリコン膜でなり、第2の電
    荷転送電極が金属膜でなる請求項1,2,3又は4記載
    の電荷転送装置の駆動方法。
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