JPH11195779A - カラーリニアイメージセンサおよびその駆動方法 - Google Patents
カラーリニアイメージセンサおよびその駆動方法Info
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Abstract
B3色の受光部間の距離(ライン間距離)を大幅に増加
させることなく残像を低減する。 【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は受
光部に隣接して信号電荷蓄積部を設け、信号電荷の読み
出しをこの信号電荷蓄積部から信号電荷読み出し部を経
由して信号電荷転送部に行うようにすることで残像の発
生を抑えるとともに、信号電荷読み出し部と、信号電荷
転送部のうち信号電荷読み出し部に隣接する部分とを電
気的に接続し、駆動パルスを共通にする(φ1(T
G))、あるいは信号電荷蓄積部と、信号電荷転送部の
うち信号電荷読み出し部に隣接しない部分を電気的に接
続し、駆動パルスを共通にする(φ2(ST))ことで
各色の受光部間に配置される配線(パルスライン)の数
を1つ減らし、ライン間距離の増加を抑えている。
Description
ジセンサに関し、特にカラーリニアイメージセンサのラ
イン間距離を大幅に増加させることなく残像を低減する
技術に関する。
写機の高性能化の要求にともない、カラー画像を読みと
るためのカラーリニアイメージセンサの需要が高まって
きている。
通常、電荷転送機能を持つCCDリニアイメージセンサ
を3本並列に配置し、各CCDリニアイメージセンサの
受光部列上に異なる色の色フィルタ、例えばR(赤)、
G(緑)、B(青)フィルタをのせることによって形成
している。
メージセンサの例を示す全体構成図である。
はRGBのカラーフィルタ(図示せず)がのった各受光
部、2a、2b、2cはそれぞれ各受光部で光電変換さ
れ、蓄積された信号電荷を近接した信号電荷転送部3
a、3b、3cに読み出す信号電荷読み出し部であり、
各受光部の信号電荷Q1、Q2、Q3…をそれぞれ信号
電荷転送部に読み出す。(白矢印で示す。読み出しパル
スはφTG1、2、3。パルスラインは図示せず。)信
号電荷転送部3a、3b、3cは通常、CCDリニアイ
メージセンサの場合2相駆動CCDシフトレジスタから
成っており、その2相駆動CCDを駆動するためのパル
スラインL1、L2、L3、L4、L5(クロックはφ
1またはφ2;パルスラインから各信号電荷転送部への
接続は矢印で示す)が各信号電荷転送部に近接して配置
されている。
て転送された信号電荷は、浮遊拡散領域によって形成さ
れ、信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷検出部とソ
ースホロワ、インバータ等のアナログ回路からなる出力
回路4a、4b、4c、によって外部に出力され、カラ
ー信号を得る。
来のカラーリニアイメージセンサの駆動方法を示すタイ
ミングチャートである。(各色共通) 受光部1a、1b、1cの信号電荷はそれぞれ、信号電
荷読み出し部2a、2b、2cに印加されるクロックφ
TG1、2、3がLOWレベルの期間に蓄積され、HI
GHレベルの期間Tに所定の信号電荷転送部3a、3
b、3cに読み出される。
れぞれ2相クロックφ1、φ2(互いに逆相)により信
号電荷の転送が行われ、出力回路4a、4b、4cを通
して出力される。
ジセンサをスキャナーや複写機に使用する場合、カラー
フィルタののった3本のCCDリニアイメージセンサを
それらのCCDリニアイメージセンサの配列方向に対し
て垂直に走査するため、被写体上の所定の場所の画像に
対する色の情報(例えばRGB)を得るためには、所定
の場所を1本目のライン(例えばR)が走査してから3
本目のライン(例えばB)が走査し終わるまで1本目と
2本目のラインの色情報を外部で記憶し、3つの色情報
をそろえてから信号処理を行う必要がある。このため、
かなりの容量の外部メモリが必要となる。
キャナ等に用いられる5300画素×3列クラスのカラ
ーリニアイメージセンサでは、必要な外部メモリの容量
Cは階調を10ビットとる場合 C=5300×10×3×(M+1)ビット ……(1) となる。ここでMは各受光部列間のうち、隣り合う2つ
の受光部列のライン間距離を走査回数で示したものであ
り、例えばR、G、Bの各受光部の1画素のサイズが8
μm×8μm、各受光部列間のライン間距離がR−G
間、G−B間ともに64μmである場合、Mは M=64μm/8μm=8 ……(2) となり、外部メモリの容量Cは1431000ビットと
なる。
を小さくするためには3本の受光部列間の距離を短くし
て、1本目(例えばR)が走査してから3本目(例えば
B)が走査するまでの走査回数を少なくする必要があ
る。
線X1で囲まれた領域の拡大図である。図3−(b)に
おいて1a、1b等、図3−(a)と同じ符号のものは
それぞれ同一物を示す。5は2相のφ1またはφ2クロ
ックが印加されるアルミニウム配線、6はアルミニウム
配線5と信号電荷転送部8aを形成するCCDシフトレ
ジスタの2種類の多結晶シリコン電極11aまたは11
bを接続するためのコンタクト、7は同じくCCDシフ
トレジスタの2種類の多結晶シリコン電極11aと11
bとを接続するためのコンタクトである。8は信号電荷
読み出し部2a、2bを駆動するクロックが印加される
アルミニウム配線、9はアルミニウム配線8と信号電荷
読み出し部2a、2bを形成する多結晶シリコン電極1
1bを接続するためのコンタクトである。12は受光部
の各画素および信号電荷転送部を分離する素子分離領域
である。
ウム配線5および8ではさまれた部分で定まる。
う1種類のアルミニウム配線にて行われるがここでは説
明を省略する。
距離(受光部1aの中心から受光部1bの中心までの距
離)を定める主な要因は (1)受光部の1画素のサイズ (2)信号電荷読み出し部のサイズ (3)信号電荷転送部のサイズ (4)信号電荷転送部とその隣の受光部列の間の素子分
離領域のサイズ(パルスラインのサイズを含む) からなる。例えば図3−(b)の例では、受光部の1画
素のサイズが8μm、信号電荷読み出し部のサイズが1
0μm、信号電荷転送部のサイズが18μm、信号電荷
転送部とその隣の受光部列の間の素子分離領域のサイズ
のサイズが25μmあり、その他に(2)と(3)の接
続部分のサイズ3μmを合わせてライン間距離は全部で
64μm(M=8)となる。
は定められた画素サイズであるため変更できない。
(2)は信号電荷読み出し部を駆動するクロック配線
と、信号電荷読み出し部を形成する多結晶シリコン電極
を接続するための領域が必要なため、10μm以下にす
るのは容易ではない。(3)についてはこのサイズが小
さくなればなるほど信号電荷転送部で取り扱える最大信
号電荷量が小さくなり、出力信号のダイナミックレンジ
も減少するため、この部分の安易な縮小は特性劣化をま
ねく。(4)については、素子分離領域12上でパルス
ラインとなるアルミニウム配線5と信号電荷転送部3a
を形成する2種類の多結晶シリコン電極のうちの1つ1
1bをコンタクト6により接続し、さらに2種類の多結
晶シリコン電極11aと11bをコンタクト7で接続す
るため、(2)と同様に相当の大きさの領域(25μm
程度)が必要となり、変更(縮小)は容易ではない。
れもそのサイズの変更が困難であり、図3−(a)、
(b)に示したような構成のカラーリニアイメージセン
サでは例示したような値のライン間距離がほぼ現状の最
小値となっている。
ような構成のカラーリニアイメージセンサの場合、各受
光部で蓄積された信号電荷を信号電荷読み出し部を通し
てそれぞれ所定の信号電荷転送部に読み出す時に、信号
電荷の読み出し残り(転送残り)が発生し、残像を生じ
るという問題点がある。これを以下に図面を用いて説明
する。
(b)のA−A′断面図である。図3−(c)におい
て、図3−(b)と同一の符号をつけたものはそれぞれ
同一物を示す。つぎにその他の構成物について製造プロ
セスに従って説明をする。
導体基板13上にボロン等のP型不純物をイオン注入し
さらに熱拡散を行ってPウェル14をまず形成する。続
いてリンあるいは砒素等のN型不純物をイオン注入と熱
拡散することによりN型領域15を形成する。同じくリ
ンあるいは砒素等のN型不純物をイオン注入と熱拡散す
ることによりN型領域17を形成する。その後P型不純
物をイオン注入して素子分離領域12を形成しPウェル
14とともに外部から基準電位(0V)をとる。
り、上述した素子分離領域12を形成した後、熱酸化膜
18を絶縁膜としてウェハー上にパターン形成される。
16は受光部を形成するためのP型領域であり、多結晶
シリコン電極11bを形成した後、この多結晶シリコン
電極11bをマスクにしてイオン注入を行いこの多桔晶
シリコン電極とセルフアライン(自己整合)で形成され
る。ここで、P型領域16とN型領域15、Pウェル1
4によって形成されるPN接合によって入射光は光電変
換され、受光部としての動作をする。また、Pウェル1
4とN型領域17、熱酸化膜18、多結晶シリコン電極
11aによって埋め込みチャンネル型トランジスタが形
成され、信号電荷転送部3aを形成する。20はアルミ
ニウム配線5、8をパターニングするのに必要な平坦化
膜である。
部1aと、信号電荷読み出し部2aおよび信号電荷転送
部3a等のチャネル電位を示すものである。ここで図3
−(d)において点線で示すTGoffおよび実線で示
すTGonは図3−(e)のタイミングチャートのTG
offおよびTGonの時点の各部のチャネル電位であ
る。
うに、信号電荷Qは信号電荷Qが蓄積されている受光部
1aから信号電荷転送部3aに転送される(読みだされ
る)時かならず信号電荷読み出し部2aのうちN型領域
15が存在する部分2a1を通過する。この部分のチャ
ネル電位は、信号電荷読み出し部のうちN型領域が存在
せず、Pウェル14が存在する領域2a2のチャネル電
位より高いため、この部分2a1で転送残り(読み出し
残り)ΔQが生じ、この転送残りΔQは次回以後の信号
電荷読みだし時において少しずつ読み出されるため残像
の原因となる。
(f)に示すようにN型領域15を信号電荷読み出し部
2aを形成する多結晶シリコン電極11bから離し、信
号電荷読み出し部2aにN型領域15が存在しないよう
な構造をとることも可能である。しかしながらこのよう
な構造では、P型領域16が信号電荷読み出し部2aを
形成する多結晶シリコン電極11bに対して上述したよ
うにセルフアラインで形成されているため、受光部1a
にP型領域16が存在しN型領域15が存在しない部分
1a1が必ず生じ、受光部1aから信号電荷読み出し部
2aへの信号電荷の転送を妨げることになる。この様子
を図3−(g)に示す。図3−(g)は図3−(f)に
おける受光部1aと、信号電荷読み出し部2aおよび信
号電荷転送部3a等のチャネル電位を示すものである。
ここで図3−(g)において点線で示すTGoffおよ
び実線で示すTGonは図3−(e)のタイミングチャ
ートのTGoffおよびTGonの時点の各部のチャネ
ル電位である。図3−(g)のチャネル電位からわかる
ように受光部1aにおいてP型領域16が存在しN型領
域15が存在しない部分1a1ではそのチャネル電位は
0Vとなっており、信号電荷読み出し部2aに印加され
るパルスの値によらないため受光部での信号電荷Qは信
号電荷転送部に読み出すことができない。
から信号電荷転送部への信号電荷の転送残りおよびそれ
に起因する残像をなくす目的で、図3−(c)で示した
例とは異なる構造を用いてそれを実現した例が特公平8
−10760にある。図4−(a)、(b)は特公平8
−10760の図2から引用したものである。ただし図
4−(a)、(b)においては各部の番号を特公平8−
10760の図2の各部の番号にたいして100番加え
たものとしている。本公知例では、図3−(c)に示し
た例において受光部1aに相当する光電変換部112と
電荷蓄積部113を分離し、この電荷蓄積部113を光
電変換部112とトランスファゲート部114の間に配
置した点が上述した従来例と異なる。しかも、光電変換
部112を形成するP型領域104およびトランスファ
ーゲート部114を形成するP型領域105はそれぞれ
蓄積ゲート電極107および蓄積ゲート電極107とト
ランスファーゲート電極108に対してセルフアライン
(自己整合)で形成されているため、図4−(b)に示
すように光電変換部112からCCDレジスタのゲート
電極109−1a下までの領域にチャネル電位の井戸
(例えば図3−(d)における2a1の部分)やチャネ
ル電位の障壁(例えば図3−(g)における1a1の部
分)が発生する部分は存在せず、信号電荷の転送残りは
発生しないため残像となり得ない。ここで、本公知例で
は蓄積ゲート電極107には蓄積ゲート電極107下の
基板表面電位が基板電位(たとえば0V)と同電位にな
るのに十分な負の電圧(たとえば−8V)が印加されて
いるが、これは、光電変換部112からCCDレジスタ
のゲート電極109−1a下まで信号電荷を滑らかに転
送するため、蓄積ゲート下のチャネル電位ΦSTを、光電
変換部112のチャネル電位ΦPDより深くし、なおかつ
トランスファーゲート電極108にHレベルの電位が印
加された時の本電極下のチャネル電位ΦTGH より浅くす
るためである。したがって、各チャネル電位(ΦPD,Φ
ST,ΦTGH )がΦTGH >ΦST>ΦPDを満たす限り蓄積ゲ
ート電極107あるいはトランスファーゲート電極10
8に印加する電位は任意に変えることができるのは明ら
かである。
て上述したようなカラーリニアイメージセンサを構成し
た場合、図3−(a)〜(b)で示したような従来のカ
ラーリニアイメージセンサに比べてライン間距離が大幅
に増加するという問題生じる。これを図を用いて説明す
る。
のリニアイメージセンサを用いてカラーリニアイメージ
センサを構成した一例の全体構成図である。図5−
(a)において、図3−(a)と同一の符号のものはそ
れぞれ同一物を示す。図5−(a)において、10a〜
cは信号電荷蓄積部であり、DC電圧VSTが印加されて
いる。L6〜11は信号電荷転送部3a〜cを構成する
CCDシフトレジスタを駆動するためのパルスラインで
ある。(クロックはφ1またはφ2:パルスラインから
各信号電荷転送部への接続は矢印で示す。)図5−
(a)と図3−(a)を比較してわかるように、図3−
(a)で示した従来例と本例のカラーリニアイメージセ
ンサの構成上の違いは、各色の受光部に隣接して信号電
荷蓄積部が存在することのほかに、隣り合う色の受光
部、たとえば1aと1bの間に信号電荷転送部を構成す
るCCDシフトレジスタ、例えば3aを駆動するための
パルスラインが1本だけ配置されているか、2本配置さ
れているかにある。この違いを明らかにするため、図3
−(b)と図5−(a)の破線X2で囲まれた領域の拡
大図である図5−(b)を比較して説明する。
の符号のものはそれぞれ同一物を示す。また、図5−
(b)において図3−(b)と同一の符号のものはそれ
ぞれ同一物を示す。図3−(b)において信号電荷転送
部3aを構成する2種類の多結晶シリコン電極11a、
11bのうち、信号電荷読み出し部2aを構成する多結
晶シリコン電極11bに隣接する多結晶シリコン電極1
1aは、信号電荷転送部3aの受光部1aのない側のチ
ャネルストップ12上でもう一つの多結晶シリコン電極
11bとコンタクト7によって接続され、この多結晶シ
リコン電極11bはさらにφ1クロックが印加されるパ
ルスラインL2のアルミニウム配線5とコンタクト6に
よって接続されている。また、同じく信号電荷転送部3
aを構成する残りの多結晶シリコン電極11a、11b
については、受光部1aの信号電荷転送部3aのない側
に配置されたパルスラインL1(クロックはφ2)のア
ルミニウム配線5と多結晶シリコン電極11aがコンタ
クト6によって接続され、この多結晶シリコン電極11
a自体をパルスラインL1から信号電荷転送部3aへの
配線としてチャネルストップ12上を通過させて信号電
荷転送部3aの多結晶シリコン電極11aにつないでい
る。そしてこの多結晶シリコン電極11aは信号電荷転
送部3aの受光部1aのない側のチャネルストップ12
上で残りの多結晶シリコン電極11bとコンタクト7に
よって接続されている。このように、パルスラインL1
からチャネルストップ12上を通過して多結晶シリコン
電極11aを信号電荷転送部3aの多結晶シリコン電極
11aに直に接続できるのは、信号電荷読み出し部2a
を構成する多結晶シリコン電極11bとこれにチャネル
ストップ12上で交差する多結晶シリコン電極11aと
が同一の多結晶シリコン電極でないためであることに注
意しておく。他の2色の受光部1b、1c、信号電荷読
み出し部2b、2c信号電荷転送部3b、3cについて
も同様に、2種類の多結晶シリコン電極のうち1つ(1
1a)は受光部の各画素を分離するチャネルストップ1
2上を配線として通過させることができるので、この従
来例では、隣り合う色の受光部間にパルスラインとして
φ2クロックが印加されるもの1本だけを配置すればよ
い。
ジセンサの場合、図3−(b)の例に比べて受光部1a
と信号電荷読み出し部2aの間に信号電荷蓄積部10a
を設けている。この信号電荷蓄積部10aを構成する多
結晶シリコン電極は隣接する信号電荷読み出し部2aを
構成する多結晶シリコン電極11bとは同一のものは使
用できないので(同一にした場合両者はショートするか
隙間ができてしまうのは明らか)、2種類の多結晶シリ
コン電極のうち残りの11aを用いなければならない。
従って、図3−(b)の例のようにφ2クロックが印加
されるパルスラインを受光部の信号電荷転送部のない側
に配置し、多結晶シリコン電極11aを受光部1aの各
画素を分離するチャネルストップ上に直に配線して信号
電荷転送部3aを構成する多結晶シリコン電極11aに
接続することはできない。このため、φ2クロックが印
加されるパルスラインL7もφ1クロックが印加される
パルスラインL6と同様に信号電荷転送部3aと隣接す
る色の受光部1bの間に配置しなければならない。この
結果、図5−(b)のカラーリニアイメージセンサでは
隣り合う受光部、例えば1aと1bの間に信号電荷転送
部3aを構成するCCDシフトレジスタを駆動する2つ
のパルスラインを2本とも配置しなければならないの
で、図3−(b)で示した従来例に比べて本例は隣り合
う受光部間のライン間距離が増加することになる。具体
的には、図3−(b)のライン間距離を見積もった時
の、ライン間距離を定める各要因の数値をもとに、
(1)受光部の1画素のサイズが8μm、(2)信号電
荷読み出し部のサイズが10μm、(3)信号電荷転送
部のサイズが18μm、(4)信号電荷転送部とその隣
の受光部列の間の素子分離領域のサイズ(2本あるパル
スラインのサイズを含む)が49μm、(5)信号電荷
蓄積部のサイズが8μm、その他に(2)と(3)の接
続部分のサイズ3μmを合わせてライン間距離は全部で
96μm(M=12)となる。これは図3−(b)の従
来例と比べて50%ものライン間距離の増加となり、本
例では残像の低減は実現されるものの、カラーリニアイ
メージセンサとしては不適当である。
基板上に形成され、複数列の受光部と、前記受光部にそ
れぞれ隣接する信号電荷蓄積部と、前記信号電荷蓄積部
に隣接する信号電荷読み出し部と、前記信号電荷蓄積部
から前記信号電荷読み出し部によって読み出された信号
電荷を信号電荷変換部まで転送する信号電荷転送部を持
つカラーリニアイメージセンサにおいて、前記信号電荷
読み出し部は、P(またはN)型半導体ウエルの表面部
に選択的に形成されたN(またはP)型領域と、前記N
(またはP)型領域の表面部に選択的に形成された第1
のP(またはN)型領域と、前記第1のP(またはN)
型領域の上にゲート絶縁膜を介して形成された電極から
構成され、さらに前記信号電荷読み出し部を形成する電
極と、前記信号電荷転送部のうち、前記信号電荷読み出
し部に隣接する部分を形成する電極とを電気的に接続
し、両者の駆動パルスを共通にし(φ1(TG))、さ
らに前記信号電荷蓄積部を形成する電極には、DC電圧
ではなくパルスを印加することにより、あるいは、半導
体基板上に形成され、複数列の受光部と、前記受光部に
それぞれ隣接する信号電荷蓄積部と、前記信号電荷蓄積
部に隣接する信号電荷読み出し部と、前記信号電荷蓄積
部から前記信号電荷読み出し部によって読み出された信
号電荷を信号電荷変換部まで転送する信号電荷転送部を
持つカラーリニアイメージセンサにおいて、前記信号電
荷読み出し部は、P(またはN)型半導体ウエルの表面
部に選択的に形成されたN(またはP)型領域と、前記
N(またはP)型領域の表面部に選択的に形成された第
1のP(またはN)型領域と、前記第1のP(または
N)型領域の上にゲート絶縁膜を介して形成された電極
から構成され、さらに前記信号電荷蓄積部を形成する電
極と、前記信号電荷転送部のうち、前記信号電荷読みだ
し部に隣接しない部分を形成する電極とを電気的に接続
し、両者にはDC電圧ではなく共通の駆動パルスφ2
(ST)を印加することにより隣り合う受光部列の間の
ライン間距離を大幅に増加させることなく残像を低減さ
せることができる。
図1−(a)は、本発明の一実施例を示すカラーリニア
イメージセンサの全体構成図である。
した従来例と同一の符号のものは同一物を示す。
1cと信号電荷読み出し部2a、2b、2cの間に信号
電荷蓄積部10a、10b、10cをそれぞれ設け、こ
れらの信号電荷蓄積部10a、10b、10cにはクロ
ックパルスφSTを印加する。一方、信号電荷読み出し部
2a、2b、2cを構成する電極と、信号電荷転送部3
a、3b、3cのうちそれぞれの信号電荷読み出し部に
隣接した部分を構成する電極を電気的に接続し、パルス
φ1(TG)を印加する。(パルスラインは図示せ
ず。)L12、L13、L14はそれぞれ信号電荷転送
部3a、3b、3cに印加される2相パルスのうち、φ
1(TG)と異なるパルス(φ2)が印加されるパルス
ラインである。
X3で囲まれた領域の拡大図である。図1−(b)にお
いて図1−(a)と同一符号のものはそれぞれ同一物を
示す。また、図1−(b)において図3−(b)と同一
符号のものはそれぞれ同一物を示す。図1−(b)から
わかるようにこの実施例では、信号電荷蓄積部10aを
形成する電極は、信号電荷転送部3aを形成する2種類
の多結晶シリコン電極11a、11bのうち多結晶シリ
コン電極11aと同一の電極によって形成されており、
クロックφSTが印加される。また、この信号電荷蓄積部
10aに隣接する信号電荷読み出し部2aを形成する電
極は、同様に多結晶シリコン電極11bによって形成さ
れており、この多結晶シリコン電極11bは信号電荷転
送部3aを形成する多結晶シリコン電極11bの一部と
直接つながっている。(斜線部)さらに、この信号電荷
読み出し部2aを形成する多結晶シリコン電極11bは
これに隣接する信号電荷転送部3aの多結晶シリコン電
極11aと、コンタクト7によって電気的に接続されて
おり、クロックφ1(TG)が印加される。ここで、こ
のクロックφ1(TG)が印加されるアルミニウム配線
8は図3−(b)の従来例と異なり、信号電荷読み出し
部2aだけでなく200〜500PF程度の容量を持つ
信号電荷転送部3aも駆動するため、信号電荷転送部3
aにクロックφ2を印加するアルミニウム配線5と同程
度、例えば15〜20μmの配線幅にして配線低抗を小
さくしておく。
のライン間距離は、図3−(b)および図5−(b)の
従来例のライン間距離を見積もった時のライン間距離を
定める各要因の数値をもとに、(1)受光部の1画素の
サイズが3μm、(2)信号電荷読み出し部のサイズが
10μm、(3)信号電荷転送部のサイズが18μm、
(4)信号電荷転送部とその隣の受光部列の間の素子分
離領域のサイズ(1本のパルスラインのサイズを含む)
が25μm、(5)信号電荷蓄積部のサイズが8μm、
その他に(2)と(3)の接続領域のサイズ3μmを合
わせてライン間距離は全部で72μm(M=9)とな
る。これは図5−(b)に示した信号電荷蓄積部をもつ
従来例に比べてライン間距離として33.3%少ない値
である。また、図3−(b)に示した信号電荷蓄積部を
もたない従来例に比べても12.5%の増加にとどまっ
ている。ここで信号電荷読み出し部と信号電荷転送部に
印加されるφ1(TG)のパルスライン(アルミニウム
配線8)は、これらの構成要因の配置上、信号電荷蓄積
部と信号電荷読み出し部と信号電荷転送部、およびそれ
ぞれの接続領域の上部に位置しているので上記のライン
間距離に含まれていることに注意しておく。
る。図1−(c)、(d)はそれぞれ図1−(b)にお
けるC−C′およびD−D′断面図である。図1−
(c)、(d)において図1−(b)と同一の符号のも
のはそれぞれ同一物を示す。また、図1−(c)、
(d)において図3−(c)と同一の符号のものはそれ
ぞれ同一物を示す。図1−(c)、(d)において13
はN型半導体基板である。このN型半導体基板13上に
1012〜1013/cm2 程度の濃度のボロン等のP型不
純物をイオン注入し、さらに1200℃程度の高温で1
0時間程度の熱拡散を行ってPウェル14をまず形成す
る。続いて受光部1a、信号電荷蓄積部10a、信号電
荷読み出し部2aおよび信号電荷転送部3aを形成する
所定の場所に100KeV程度のエネルギーで、1012
/cm2 程度の濃度のリンあるいは砒素等のN型不純物
をイオン注入し、さらに1000℃程度の高温で3時間
程度の熱拡散をすることによりN型領域21を形成す
る。その後50KeV程度のエネルギーで1012/cm
2 程度の濃度のP型不純物をイオン注入して所定の場所
に素子分離領域12を形成しPウェル14とともに外部
から基準電位(0V)をとる。11a、11bは厚さ4
00〜500nm程度の多結晶シリコン電極であり、上
述した素子分離領域12を形成した後、100nm程度
の熱酸化膜18を絶縁膜としてウェハー上にパターン形
成される。16は受光部1aを形成するためのP型領域
であり、多結晶シリコン電極11aを形成した後、N型
領域21の表面部にこの多結晶シリコン電極11aをマ
スクにして40eV程度のエネルギーで、1012/cm
2 程度の濃度のボロン等のP型不純物をイオン注入し、
この多結晶シリコン電極11aとセルフアライン(自己
整合)で形成する。ここで、P型領域16とN型領域2
1、Pウェル14によって形成されるPN接合によって
入射光は光電変換され、受光部としての動作をする。ま
た、Pウェル14とN型領域21、熱酸化膜18、多結
晶シリコン電極11aによって埋め込みチャンネル型ト
ランジスタが形成され、信号電荷蓄積部10aおよび信
号電荷転送部3aを形成する。ここで信号電荷蓄積部1
0aを形成する多結晶シリコン電極11aには所定のタ
イミングでクロックφSTが印加される。19は信号電荷
読み出し部2aを形成するためのP型領域であり、信号
電荷蓄積部10aを形成する多結晶シリコン電極11a
と、信号電荷転送部3aを形成する多結晶シリコン電極
11aをマスクにして30KeV程度のエネルギーで、
1011/cm2 程度の濃度のボロン等のP型不純物をN
型領域21の表面部にイオン注入し、これらの多結晶シ
リコン電極11aとセルフアライン(自己整合)で形成
する。このような製造方法によって作られた本実施例で
は、信号電荷読み出し部2aを形成するP型領域19
が、隣接する信号電荷蓄積部10aおよび信号電荷転送
部3aを形成する多結晶シリコン電極11aとセルフア
ラインで形成されているため、信号電荷読み出し部2a
の多結晶シリコン電極11bの下のチャネル電位は一様
であり、図3−(d)で示したようなチャネル電位の異
なる部分(2a1、2a2)が存在しない。従って、信
号電荷蓄積部10aから信号電荷読み出し部2aを通過
して信号電荷転送部3aに信号電荷が読み出される際に
信号電荷の転送残りは発生せず残像は発生しない。この
様子と本実施例における動作を以下に説明する。
した本実施例のタイミングチャートおよびその各時刻
(t1〜t7)における図1−(c)、(d)で示す断
面図の各部分のチャネル電位を示すものである。時刻t
1までの期間に受光部1aに入射した光は光電変換され
て信号電荷蓄積部10aに蓄積される。(信号電荷Q
i)時刻t2において、信号電荷読み出し部2aを形成
する多結晶シリコン電極11bと、この信号電荷読み出
し部2aに接続された信号電荷転送部3aを形成する多
結晶シリコン電極11bに印加されるパルスφ1(T
G)がLOWレベルからHIGHレベルに変化し、蓄積
された信号電荷Qiは信号電荷読み出し部2aを通って
信号電荷転送部3aに転送される。ここで、信号電荷読
み出し部2aを形成する多結晶シリコン電極11bの下
は、N型領域21の表面部にP型領域19が、隣接する
信号電荷蓄積部11aおよび信号電荷転送部3aを形成
する多結晶シリコン電極11aとセルフアラインで形成
されているため、そのチャネル電位は一様であり、この
時刻t2において信号電荷Qiが信号電荷蓄積部10a
から信号電荷転送部3aまで転送される途中に信号電荷
の転送残りが発生する場所は存在しない。
部10aでは、受光部1aで光電変換された次のライン
の信号電荷qiがしだいに蓄積されていく(信号電荷量
は蓄積時間に比例)。また、信号電荷転送部3aでは互
いに逆相のパルスφ1(TG)とφ2によって信号電荷
Qiの転送が行われる。ここで、信号電荷転送期間中
(t3〜t7およびそれ以後)においては、信号電荷蓄
積部10aに印加するパルスφSTをパルスφ1(TG)
と同電位かそれより高いようにしておく。これは、信号
電荷読み出し部2aが上述したようにN型領域21の表
面部にP型領域19を設けてあり、印加電圧が同じなら
ば隣接する信号電荷蓄積部10aのチャネル電位よりも
P型領域19のある分だけ必ず低い(電位差をVBとす
る)ことを利用し、転送される信号電荷Qiと蓄積され
る次のラインの信号電荷qiが混合しないようにするた
めである。すなわち、本実施例においては信号電荷蓄積
部10aで蓄積される最大電荷量はこの電位差VBで定
まる。
る。図2−(a)は本発明のカラーリニアイメージセン
サの第2の実施例を示す全体構成図である。図2−
(a)において、図1−(a)と同一の符号の物はそれ
ぞれ同一物である。本実施例では、各色の受光部1a、
1b、1cと信号電荷読み出し部2a、2b、2cの間
に設けられた信号電荷蓄積部10a、10b、10c
と、信号電荷転送部3a、3b、3cのうちそれぞれ信
号電荷読み出し部に隣接しない部分を構成する電極を電
気的に接続し、パルスφ2(ST)を印加する。L1
5、L19はそのパルスラインである。L16、L1
7、L18はそれぞれの信号電荷転送部3a、3b、3
cに印加される2相パルスのうち、φ2(ST)と異な
るパルス(φ1)が印加されるパルスラインである。
X4で囲まれた領域の拡大図である。図2−(b)にお
いて図2−(a)と同一符号のものはそれぞれ同一物を
示す。また、図2−(b)において図1−(b)と同一
符号のものはそれぞれ同一物を示す。図2−(b)から
わかるようにこの実施例では、信号電荷蓄積部10aを
形成する電極は、信号電荷転送部3aを形成する2種類
の多結晶シリコン電極11a、11bのうち多結晶シリ
コン電極11aと同一の電極によって形成されており、
素子分離領域12上で、信号電荷転送部3aのうち信号
電荷読み出し部2aに隣接しない部分を形成する多結晶
シリコン電極11aとパルスラインL15を形成する多
結晶シリコン電極11aとそれぞれ直接つながっており
(斜線部)、クロックφ2(ST)が印加される。ま
た、この信号電荷蓄積部10aに隣接する信号電荷読み
出し部2aを形成する電極は、同様に多結晶シリコン電
極11bによって形成されており、従来例と同様の信号
電荷読み出しパルスφTGが印加される。
のライン間距離は、図1−(b)の実施例の場合と同様
に、(1)受光部の1画素のサイズが8μm、(2)信
号電荷読み出し部のサイズが10μm、(3)信号電荷
転送部のサイズが18μm、(4)信号電荷転送部とそ
の隣の受光部列の間の素子分離領域のサイズ(1本のパ
ルスラインのサイズを含む)が25μm、(5)信号電
荷蓄積部のサイズが8μm、その他に(2)と(3)の
接続領域のサイズ3μmを合わせてライン間距離は全部
で72μm(M=9)となり、第1の実施例の場合と同
一のライン間距離を実現できる。
る。図2−(c)、(d)はそれぞれ図2−(b)にお
けるE−E′およびF−F′断面図である。図2−
(c)、(d)において図2−(b)と同一の符号のも
のはそれぞれ同一物を示す。また、図2−(c)、
(d)において図1−(c)、(d)と同一の符号のも
のはそれぞれ同一物を示し、それらの製造方法は第1の
実施例で示したものと同一である。
施例では、第1の実施例と同様に信号電荷読み出し部2
aを形成するP型領域19が、隣接する信号電荷蓄積部
10aおよび信号電荷転送部3aを形成する多結晶シリ
コン電極11aとセルフアラインで形成されているた
め、信号電荷読み出し部2aの多結晶シリコン電極11
bの下のチャネル電位は一様であり、図4−(d)で示
したようなチャネル電位の異なる部分(2a1、2a
2)が存在しない。従って、信号電荷蓄積部10aから
信号電荷読み出し部2aを通過して信号電荷転送部3a
に信号電荷が読み出される際に信号電荷の転送残りは発
生せず残像は発生しない。この様子と本実施例における
動作を以下に説明する。
した本実施例のタイミングチャートおよびその各時刻
(t1〜t5)における図2−(c)、(d)で示す断
面図の各部分のチャネル電位を示すものである。時刻t
1までの期間に受光部1aに入射した光は光電変換され
て信号電荷蓄積部10aに蓄積される。(信号電荷Q
i)時刻t2において、信号電荷読み出し部2aを形成
する多結晶シリコン電極11bに印加されるパルスφT
GがLOWレベルからHIGHレベルに変化し、蓄積さ
れた信号電荷Qiは信号電荷読み出し部2aを通って信
号電荷転送部3aに転送される。ここで、信号電荷読み
出し部2aを形成する多結晶シリコン電極11bの下
は、N型領域21の表面部にP型領域19が、隣接する
信号電荷蓄積部11aおよび信号電荷転送部3aを形成
する多結晶シリコン電極11aをセルフアラインで形成
されているため、そのチャネル電位は一様であり、この
時刻t2において信号電荷Qiが信号電荷蓄積部10a
から信号電荷転送部3aまで転送される途中に信号電荷
の転送残りが発生する場所は存在しない。
部10aでは、受光部1aで光電変換された次のライン
の信号電荷qiにしだいに蓄積されていく(信号電荷量
は蓄積時間に比例)。また、信号電荷転送部3aでは互
いに逆相のパルスφ1とφ2(ST)によって信号電荷
Qiの転送が行われる。ここで、信号電荷転送期間中
(t3〜t5およびそれ以後)においては、信号電荷蓄
積部10aにも信号電荷転送パルスφ2(ST)が印加
されるが、第1の実施例と異なって信号電荷蓄積部10
aに隣接する信号電荷読み出し部2aに印加されるパル
スφTGがLOWレベルに保たれているため、転送され
る信号電荷Qiと蓄積される次のラインの信号電荷qi
が混合されることはない。これは、信号電荷読み出し部
2aが上述したようにN型領域21の表面にP型領域1
9を設けてあり、印加電圧が同じならば隣接する信号電
荷蓄積部10aのチャネル電位よりもP型領域19のあ
る分だけ必ず低い(電位差をVBとする)ためである。
すなわち、本実施例においては、第1の実施例に比べて
受光部1aの各画素を分離するための素子分離領域12
上でパルスラインと信号電荷蓄積部10aを構成する多
結晶シリコン電極11aを接続するため、受光部の有効
面積(受光部のうち素子分離領域以外の部分の面積)の
大きさに制限を受けるが、信号電荷の転送中に信号電荷
読み出し部2aに印加されるパルスと信号電荷蓄積部1
0aに印加されるパルスの間にタイミングの制約がない
利点がある。
導体基板上に形成され、複数列の受光部と、前記受光部
にそれぞれ隣接する信号電荷蓄積部と、前記信号電荷蓄
積部に隣接する信号電荷読み出し部と、前記信号電荷蓄
積部から前記信号電荷読み出し部によって読み出された
信号電荷を信号電荷変換部まで転送する信号電荷転送部
を持つカラーリニアイメージセンサにおいて、前記信号
電荷読み出し部は、P(またはN)型半導体ウエルの表
面部に選択的に形成されたN(またはP)型領域と、前
記N(またはP)型領域の表面部に選択的に形成された
第1のP(またはN)型領域と、前記第1のP(または
N)型領域の上にゲート絶縁膜を介して形成された電極
から構成され、さらに前記信号電荷読み出し部を形成す
る電極と、前記信号電荷転送部のうち、前記信号電荷読
み出し部に隣接する部分を形成する電極とを電気的に接
続し、両者の駆動パスルを共通にし(φ1(TG))、
さらに前記信号電荷蓄積部を形成する電極には、DC電
圧ではなくパルスを印加することにより、あるいは、半
導体基板上に形成され、複数列の受光部と、前記受光部
にそれぞれ隣接する信号電荷蓄積部と、前記信号電荷蓄
積部に隣接する信号電荷読み出し部と、前記信号電荷蓄
積部から前記信号電荷読み出し部によって読み出された
信号電荷変換部まで転送する信号電荷転送部を持つカラ
ーリニアイメージセンサにおいて、前記信号電荷読み出
し部は、P(またはN)型半導体ウエルの表面部に選択
的に形成されたN(またはP)型領域と、前記N(また
はP)型領域の表面部に選択的に形成された第1のP
(またはN)型領域と、前記第1のP(またはN)型領
域の上にゲート絶縁膜を介して形成された電極から構成
され、さらに前記信号電荷蓄積部を形成する電極と、前
記信号電荷転送部のうち、前記信号電荷読みだし部に隣
接しない部分を形成する電極とを電気的に接続し、両者
にはDC電圧ではなく共通の駆動パルスφ2(ST)を
印加することにより、隣り合う受光部列の間にライン間
距離を12.5%程度増加させるだけで残像を大幅(原
理的には0)に低減させることができるのでその効果は
大きい。
実施例を示す全体構成図。
の拡大図。
ージセンサのタイミングチャートおよび図1−(c)、
(d)の各部におけるチャネル電位図。
実施例を示す全体構成図。
の拡大図。
メージセンサの第2の実施例のタイミングチャートおよ
び図2−(c)、(d)の各部におけるチャネル電位
図。
成図。
域の拡大図。
図。
ージセンサのタイミングチャート。
N型領域が存在しないような構造例。
図。
(a)。
(b)。
ージセンサを用いてカラーリニアイメージセンサを構成
した例。
域の拡大図。
9、L10、L11、L12、L13、L14、L1
5、L16、L17、L18、L19 パルスライン 13 N型半導体基板 14 Pウェル 15、17、21 N型領域 16、19 P型領域 18 熱酸化膜 101 P型シリコン基板 102 チャネルストップ領域 103 N型領域 104 P型領域 105 P型領域 106−1、2、3 ゲート絶縁膜 107 蓄積ゲート電極 108 トランスファーゲート電極 109−1a CCDレジスタのゲート電極 110 層間絶縁膜 111 光シールド 112 光電変換部 113 電荷蓄積部 114 トランスファーゲート部
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成され、複数列の受光
部と、前記受光部にそれぞれ隣接する信号電荷蓄積部
と、前記信号電荷蓄積部に隣接する信号電荷読み出し部
と、前記信号電荷蓄積部から前記信号電荷読み出し部に
よって読み出された信号電荷を信号電荷変換部まで転送
する信号電荷転送部を持つカラーリニアイメージセンサ
において、前記信号電荷読み出し部は、一導伝型の半導
体ウエルの表面部に選択的に形成された第二導伝型の第
1の領域と、第1の領域の表面部に選択的に形成された
前記一導伝型領域の第2の領域と、前記第2の領域上に
ゲート絶縁膜を介して形成された電極から構成され、さ
らに前記信号電荷読み出し部を形成する電極と、前記信
号電荷転送部のうち、前記信号電荷読み出し部に隣接す
る部分を形成する電極とを電気的に接続したことを特徴
とするカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項2】 前記受光部は、前記一導伝型の半導体ウ
エルの表面部に選択的に形成された前記第1の領域と前
記第1の領域の表面部に、前記信号電荷蓄積部を形成す
る電極に対してセルフアライン(自己整合)で形成され
た前記一導伝型の第3の領域からなり、さらに前記第3
の領域に前記一導伝型の半導体ウエルと同一の電位を印
加することを特徴とする請求項1記載のカラーリニアイ
メージセンサ。 - 【請求項3】 前記信号電荷読み出し部を構成する前記
第2の領域は、前記信号電荷蓄積部を形成する電極およ
び前記信号電荷転送部を形成する電極に対してセルフア
ライン(自己整合)で形成されていることを特徴とする
請求項1記載のカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項4】 前記信号電荷転送部は2相駆動CCDシ
フトレジスタからなることを特徴とする請求項1記載の
カラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項5】 前記信号電荷読み出し部と、前記2相駆
動CCDシフトレジスタのうち、前記信号電荷読み出し
部に隣接した部分の駆動パルスを共通にし、前記信号電
荷蓄積部を形成する電極には、パルス信号を印加する手
段を備えることを特徴とする請求項4記載のカラーリニ
アイメージセンサ。 - 【請求項6】 前記信号電荷蓄積部を形成する電極に印
加される前記パルス信号は、前記信号電荷読み出し部お
よび前記2相駆動CCDシフトレジスタのうち、前記信
号電荷読み出し部に隣接した部分に共通に印加される第
1のパルスと、信号電荷を前記信号電荷蓄積部から前記
信号電荷転送部に読み出す期間以外は前記第1のパルス
と同電位または高いことを特徴とする請求項5記載のカ
ラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項7】 半導体基板上に形成され、複数列の受光
部と、前記受光部にそれぞれ隣接する信号電荷蓄積部
と、前記信号電荷蓄積部に隣接する信号電荷読み出し部
と、前記信号電荷蓄積部から前記信号電荷読み出し部に
よって読み出された信号電荷を信号電荷変換部まで転送
する信号電荷転送部を持つカラーリニアイメージセンサ
において、前記信号電荷読み出し部は、一導伝型の半導
体ウエルの表面部に選択的に形成された第二導伝型の第
1の領域と、前記第1の領域の表面部に選択的に形成さ
れた前記一導伝型の第2の領域と、前記第2の領域の上
にゲート絶縁膜を介して形成された電極から構成され、
さらに前記信号電荷蓄積部を形成する電極と、前記信号
電荷転送部のうち、前記信号電荷読みだし部に隣接しな
い部分を形成する電極とを電気的に接続したことを特徴
とするカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項8】 前記受光部は、前記半導体ウエルの表面
部に選択的に形成された前記第1の領域と前記第1の領
域の表面部に、前記信号電荷蓄積部を形成する電極に対
してセルフアライン(自己整合)で形成された前記一導
伝型の第3の領域からなり、前記第3の領域に前記半導
体ウエルと同一の電位を印加することを特徴とする請求
項7に記載のカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項9】 前記信号電荷読み出し部を構成する前記
第2の領域は、前記信号電荷蓄積部を形成する電極およ
び前記信号電荷転送部を形成する電極に対してセルフア
ライン(自己整合)で形成されていることを特徴とする
請求項8に記載のカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項10】 前記信号電荷転送部は2相駆動CCD
シフトレジスタからなることを特徴とする請求項7に記
載のカラーリニアイメージセンサ。 - 【請求項11】 前記信号電荷蓄積部と、前記2相駆動
CCDシフトレジスタのうち、前記信号電荷読み出し部
に隣接しない部分にはDC電圧ではなく共通の駆動パル
スを印加する手段を有することを特徴とする請求項10
に記載のカラーリニアイメージセンサ。
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