JP3598648B2 - 電荷転送素子及び電荷転送素子の駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷転送素子及び電荷転送素子の駆動方法に関し、例えばCCD固体撮像素子及び撮像装置に適用して、起動時、初期化電圧を印加することにより、またはチャンネル下部の不純物濃度を増大することにより、電荷転送部のチャンネルを速やかに空乏化して、起動後、短時間で正しく電荷を転送できるようにする。
【0002】
【従来の技術】
従来、CCD固体撮像素子においては、水平電荷転送部及び垂直転送部において、空乏化したチャンネルのポテンシャルを順次切り換えて、光電変換部により生成された蓄積電荷を転送するようになされている。
【0003】
すなわち図4は、この種のCCD固体撮像素子を示す平面図である。CCD固体撮像素子1は、フォトセンサでなる光電変換部2がマトリックス状に配置されると共に、水平方向に連続するこれら光電変換部2間に、垂直転送部3が配置され、この垂直転送部3の下端に、水平転送部4が配置される。ここで光電変換部2は、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成する。各垂直転送部3は、各光電変換部2の蓄積電荷を一定周期で読み出し、読み出した蓄積電荷を水平転送部4に順次転送する。水平転送部4は、垂直転送部3より転送される蓄積電荷を電荷検出部5に向かって順次転送し、電荷検出部5は、この蓄積電荷を電気信号に変換して出力する。
【0004】
ここで垂直転送部3及び水平転送部4は、所定のプロセスにより作成された半導体基板のチャンネル上に、絶縁膜を間に挟んで、一部重なり合うように、順次ポリシリコンによる転送電極が配列されて形成される。これにより垂直転送部3は、例えば4相の駆動パルスを印加して隣接する電極下のポテンシャルを順次切り換え、蓄積電荷を転送する。これに対して水平転送部4においては、隣接する電極下のチャンネルにおいて、不純物濃度が異なるように形成され、これにより隣接する電極により電極対を形成すると共に、隣接する電極対に2相の駆動パルスを印加して、蓄積電荷を順次転送するようになされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種のCCD固体撮像素子においては、動作停止時、水平転送部及び垂直転送部のチャンネルに電荷が充満していることにより、起動時、これらチャンネルに充満する電荷を排出してチャンネルを空乏化しなければ正しい蓄積電荷を出力することが困難になる。この電荷の排出は、通常、蓄積電荷を出力する場合と同様に、水平転送部を介して電荷検出部のリセットドレインより排出されることになる。
【0006】
これにより従来のCCD固体撮像素子においては、電源を投入して駆動パルスの印加を開始した直後、数フィールドの期間、チャンネルの空乏化に時間を要し、起動後、短時間で正しく蓄積電荷を出力することが困難な問題があった。
【0007】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、起動後、短時間で正しく電荷を出力することができる電荷転送素子及び電荷転送素子の駆動方法を提案しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、チャンネルの、P型の領域の下層の領域について、他の領域に比して不純物濃度を高濃度に形成する。
【0009】
また駆動開始時、所定期間、N型半導体基板及びP型の領域間に初期化の電圧を印加する。
【0010】
チャンネルの、P型の領域の下層の領域について、他の領域に比して不純物濃度を高濃度に形成すれば、この領域においては、P型の領域とN型半導体基板との間に電圧を印加してポテンシャルを切り換えた場合に、他の領域に比してチャンネルに充満する電荷をN型半導体基板に向けて排出し易くなる。従ってその分短時間でチャンネルを空乏化することができる。
【0011】
また駆動開始時、所定期間、N型半導体基板及びP型の領域間に、初期化の電圧を印加すれば、チャンネルに充満する電荷をN型半導体基板に排出することができ、電荷を転送しなくても、チャンネルを空乏化することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【0013】
図1は、本発明の実施の形態に係るCCD固体撮像素子について、垂直転送部及び光電変換部の断面を取って示す断面図である。ここでCCD固体撮像素子10は、垂直転送部11のチャンネル下層に不純物濃度を高濃度化した領域12が形成され、これにより起動後、短時間で正しい撮像結果を出力できるようになされている。
【0014】
すなわちCCD固体撮像素子1においては、N型半導体基板13上のチャンネル形成領域に予めN型不純物をドープして不純物濃度を高濃度化した領域12が形成された後、P型ウエルの領域14が堆積され、このN型半導体基板13とP型ウエルの領域14との境界によりオバーフローバリヤーが形成される。さらにCCD固体撮像素子10は、このP型ウエルの領域14に不純物が順次ドープされてPウエルの領域15とN型の領域16により垂直転送部11のチャンネルが形成され、また垂直転送部11のチャンネルに隣接してチャネルストップ領域17が形成される。なお水平転送部においては、この垂直転送部11と同一の工程によりチャンネルの形成領域に不純物が注入された後、電極を一部形成した後の別工程において、改めて不純物が注入されてチャンネルが形成される。
【0015】
CCD固体撮像素子10は、続いて絶縁膜19が形成された後、垂直転送部11及び水平転送部の第1層電極20が形成され、絶縁層を間に挟んで垂直転送部11及び水平転送部の第2層電極が形成される。さらにCCD固体撮像素子10は、高エネルギーのイオン注入により光電変換部21が形成された後、続いて遮光膜等が形成される。
【0016】
このようにして形成されるCCD固体撮像素子10においては、駆動回路22により垂直転送部11を駆動する4相の駆動パルス、水平転送部を駆動する2相の駆動パルス等が生成される。すなわち駆動回路22は、このCCD固体撮像素子10を搭載する撮像装置のタイミングジェネレータより、水平同期信号、垂直同期信号、クロック等の供給を受けて、このCCD固体撮像素子10の動作に必要な各種駆動信号を生成する。
【0017】
このとき駆動回路22は、図2に示すように、フィールド周期で信号レベルが立ち下がるフィールドパルスFD(図2(A))を基準にして、電源が投入されて駆動パルスの出力を開始した時点Tより、1フィールド未満の所定期間の間、信号レベルが大きく立ち上がる初期化信号PD(図2(B))をPウエルの領域14及びN型半導体基板13間に印加する。
【0018】
ここでこの初期化信号PDの信号レベルは、同様に、Pウエルの領域14及びN型半導体基板13間に印加する電子シャッターの駆動パルスに比して、充分に大きな信号レベルに設定されるようになされている。
【0019】
以上の構成において、電源が投入されて駆動パルスの出力が開始されると、1フィールド未満の所定期間の間、信号レベルが大きく立ち上がる初期化信号PDが印加されることにより、図3に示すように、光電変換部21においては、起動時、PN接合部に存在する余剰の電子が速やかにN型半導体基板13に排出される。これにより光電変換部21においては、電源投入後の遅くとも2フィールド目で空乏化され、これにより電源投入後、短時間で正しい蓄積電荷を生成出力できる状態に設定される。
【0020】
これに対して、水平転送部及び垂直転送部11は、同様に、電源が投入されて駆動パルスの出力が開始されると、信号レベルが大きく立ち上がる初期化信号PDが印加されることにより、チャンネルポテンシャルが大きく立ち下がり、余剰の電荷がPウエルの領域14を介してN型半導体基板13に排出される。このとき水平転送部及び垂直転送部11は、N型半導体基板13に形成された不純物濃度の高い領域12によりこの余剰電子の排出が促進され空乏化された状態に設定される。これにより水平転送部及び垂直転送部11においても、電源投入後、短時間で正しい蓄積電荷を転送できる状態に設定される。
【0021】
以上の構成によれば、電源が投入されて駆動パルスの出力を開始した後、1フィールド未満の所定期間の間、信号レベルが大きく立ち上がる初期化信号PD(図2(B))をPウエルの領域14及びN型半導体基板13間に印加することにより、短時間で光電変換部21と、垂直転送部11及び水平転送部のチャンネルとを空乏化することができ、これにより電源投入後、短時間で正しい撮像結果を出力することができる。
【0022】
またこのとき水平転送部及び垂直転送部11のチャンネル下層に、不純物濃度の高い領域12を形成したことにより、初期化信号PDを印加した際の余剰電子の排出を促進することができ、これによっても短時間で正しい撮像結果を出力することができる。
【0023】
なお上述の実施の形態においては、水平転送部及び垂直転送部11のチャンネル下層に、不純物濃度の高い領域12を形成すると共に、初期化信号PDを印加する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて不純物濃度の高い領域12を省略してもよい。
【0024】
上述のように本発明によれば、起動時、初期化の電圧を印加することにより、またはチャンネル下部の不純物濃度を増大することにより、電荷転送部のチャンネルを速やかに空乏化して、起動後、短時間で正しく電荷を転送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るCCD固体撮像素子を示す断面図である。
【図2】図1のCCD固体撮像素子の動作の説明に供する信号波形図である。
【図3】図1のCCD固体撮像素子の動作の説明に供する特性曲線図である。
【図4】従来のCCD固体撮像素子を示す平面図である。
【符号の簡単な説明】
1、10……CCD固体撮像素子、2、21……光電変換部、3、11……垂直転送部、22……駆動回路
Claims (2)
- 半導体基板に形成されたチャネルのポテンシャルを順次切り換えて、電荷を転送する電荷転送素子において、
前記チャネルは、
N型半導体基板上に作成されたP型の領域に形成され、
前記P型の領域の下層の領域には、前記チャネルに充満する電荷を起動時の電圧印加によって前記N型半導体基板へ排出し易くするため、他の領域に比して不純物濃度の高い領域が形成されており、
前記電荷転送素子の電源が投入されて駆動パルスの出力を開始した時点から所定期間、前記N型半導体基板及びP型の領域間に初期化の電圧を印加する駆動回路を備えている
ことを特徴とする電荷転送素子。 - 半導体基板に形成されたチャネルのポテンシャルを順次切り換えて、電荷を転送する電荷転送素子の駆動方法において、
前記チャネルは、
N型半導体基板上に作成されたP型の領域に形成され、
前記駆動方法は、
前記電荷転送素子の電源が投入されて駆動パルスの出力を開始した時点から所定期間、前記N型半導体基板及びP型の領域間に初期化の電圧を印加する
ことを特徴とする電荷転送素子の駆動方法。
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