JPS5875382A - 固体撮像装置 - 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】 本発明は電荷転送素子を用いて構成された固体撮像装置
に関し、より詳細には、改良された構造を有し、垂直電
荷転送部に於ける転送効率が改善されたインターライン
転送型固体撮像装置を提供するものである。

電荷結合素子（チャージ舎カップルド・ディバイス、以
下ＣＯＤと呼ぶ）等の電荷転送素子を用いた固体撮像装
置には、大別して、フレーム転送型とインターライン転
送型とがあり、夫々、その長所を有効に生かすべく使い
分けられている。

例えば、インターライン転送型固体撮像装置された複数
列の垂直転送部と、受光部と垂直転送部との間に形成さ
れた読出ゲート部とを含んで成る受光・垂直転送部と、
この受光拳垂直転送部に結合された別のＣＣＤ群で形成
された水平転送部と、水平転送部に結合した出力部とか
ら構成され、出力部からは信号出力端子が導出される。

垂直転送部及び水平転送部には、夫々、所定の転送電極
が配され、これらに垂直転送りロック信号及び水平転送
りロック信号が供給されて電荷転送動作が行われるよう
にされる。そして、受光部は受光により信号電荷を蓄積
し、この信号電荷が読出ゲート部を介して垂直転送部へ
読み出され、垂直転送部の電荷転送動作によシ各水平帰
線期間に相当する期間ごとに順次水平転送部へ転送され
ていく。

水平転送部には信号電荷が受光工部の／水平列で得られ
る信号電荷ごとに順次転送−され、これが各水平映像期
間に相当する期間に出力部へ水平転送されていき、信号
出力端子に撮像出力信号が得られる。

従来のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置の受光・垂
直転送部に於ける単位側°素構成部分の一例は図面の第
１図に示される如くの構造となっている。ｌは受光部、
コは垂直転送部、３は読出ゲート部、そして、す・はオ
ーバーフロー・トレイ／で、夫々、半導体基体上に形成
されている３、さらに、受光部ｌと垂直転送部コとの間
には読出ゲート部３につながるチャンネル・ストップ領
域！　。

隣接する２つの受光部／の間には受光部間チャンネル・
ストップ領域６、受光部ｌとオーバーフロー・ドレイン
リドの間にはオーバーフロー・コントロール・ゲート部
を形成する垂直方向に延びるチャンネル・ストップ領域
７が配されている。ざは受光部間チャシネル・ストップ
領域６とチャンネル・ストップ領域りとが重なる部分で
ある。ｔた、オーバーフロー・ドレイ／ｑのチャ／ネル
−ストップ領域りの側とは反対側には垂直方向に延びる
チャンネル・ストップ領域ワが配されている。

そして、上述の垂直転送部ａ上に垂直転送電極が設けら
れている。この垂直転送電極は、垂直転送部２のうちの
チャ／ネル・ストップ領域Ｓに隣接する部分及びチャ／
ネル・ストップ領域Ｓを覆って全体として水平方向に延
びる第一電極１０と垂直転送電極のうちの読出ゲート部
３に隣接する部分及び読出ゲート部３を覆って全体とし
て水平方向に延びる第二電極／／とから成っており、こ
の第二電極／／は読出ゲート電極を兼ねている。また、
受光部間チャンネル・ストップ領域を上及びその水平方
向の延長上では第一電極ｌＯと第二電極ｌ／とが重なっ
ている。斯かる輌−電極１０及び−二電極ｌ／が垂直方
向に延びる垂直転送部コ上に交互に設けられており、こ
れらに所定の垂直転送りロック信号が供給される。

ここで、受光部ｌの電位をＶ　／　ｓ’垂垂直転送ココ
電位をＶ２、読出ゲート部３の電位をｖｇ・チャ／ネル
・ストップ領域りの電位をｖｓ、チャンネル・ストップ
領域７の電位をｖ７及び部分ｇの電位をｖｇとすると、
これら電位間には次の如くの制約がある。即ち、受光部
ｌが受光し信号電荷を蓄積する受光時には、 （１）、過剰電荷ｔ−オーバーフロー・ドレインダへ排
出させてプルーミングを抑制するため、Ｖ／＞Ｖ？＞Ｖ
、？・・・・・・・・・・・・・・（１）（２）、垂直
転送部コでの垂直電荷転送をするため、Ｖ２＞Ｖ、？　
　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（コ）
（３）、各単位画素間の分離をするため、Ｖｑ＞Ｖｓ、
Ｖ７＞Ｖｇ・・・・・・・（３）また、受光部／に蓄積
された信号電荷が受光部ｌから垂直転送部コヘ読み出さ
れる読出時には、（ｐ）、（ｌ電荷ヲオーバーフロー・
ドレインｌへ流出させないため、 Ｖ２＞Ｖｓ＞Ｖ７　・−・・・・・・・・・・・・（す
０）、各単位画素間分離をするため、 Ｖｓ＞Ｖｓ、ｖｇ〉ｖｇ°゛°°・°・（Ｓ）の各不等
式が成立する必要がある。

もし、読出ゲート部３と部分ｇとが同一の不純物濃度を
もって形成されてい石とすと、読出時で第二電極／／に
読出電圧が供給される時に於いて、上記の（＆）式が成
立せずｖ３＝ｖｇとなってしまい、信号電荷の一部が部
分ざを介してオーバーフロー・ドレインリへ流出してし
まうことになる。

このため通常は、読出時に読出ゲート部３の電位ｖ３が
部分Ｓの電位ｖｇより高く（深く）なるように、読出ゲ
ート部３を部分ざとは不純物濃度条件を異ならしめて形
成せざるを得ない。飼えば、部分ｇがＰ型不純物層電位
障壁形成部とされている場合には、読出ゲート部３は表
面型電位障壁形成部とされる。このように、読出ゲート
部３を部分ｇ及びチャ／ネル−ストップ領域Ｓ及び７と
は異なった不純物濃度とすると、上記の（り式及び（り
）式の制約から、垂直転送部λ、読出ゲート部３及びチ
ャンネル・ストップ領域夕を、夫々、互いに異なった不
純物濃度で形成することになシ、垂直転送部コとチャン
ネル・ストップ領域夕との境界線（第１図に於けるａ　
−ｂ及びｃ　−ｄ　）と、垂直転送部２と読出ゲート部
３；との境界線（第１図に於けるｂ　−ｃ　）とは一致
しなくなる。そのため、垂直転送部コのチャンネル・ス
トップ領域！で規制される幅（第１図に於けるＷ／）と
読出ゲート部３で規制される幅（第１図に於けるＷ２）
とに差ができ、この差に伴う狭チャンネル効果により第
１図に於けるａ−ａ’二ｂり−ｂで囲まれる部分とｂ−
ｂ′−Ｃ′−Ｃで囲まれる部分との間に電位差が生ずる
ようになる。また、仮に、極めて高精度なマスク合せ技
術が用いられ、上述の境界線ａ転送部の幅Ｗ／とＷ２と
が等しくなって吟るとしても、読出ゲート部３とチャン
ネル・ストップ領域！との間の不純物濃度差により、上
述のａ　−ａ’−ｂ’−ｂで囲まれる部分とｂ　−ｂ”
−ｃ’　−ｃで囲まれる部分との間には電位差が存在す
る結果となる。

従来の撮像装置に於ける斯かる垂直転送部内の電位差は
、垂直転送部に於ける電荷転送効率を劣化させることに
なり、また、この電荷転送効率の劣化が、装置全体の小
型化や感度を向上させるだめの垂直転送部の縮小化に際
して大きな問題となって装置の設計限界を規定する要因
ともなυ、従来の撮像装置に伴う欠点を生せしめるもの
となっていた。

そこで本発明は、垂直転送部を同一の不純物濃度を有し
その一部で読出ゲート部を形成するチャンネル・ストッ
プ領域で包囲するとともに垂直転送電極構造を改良して
、垂直転送部内に望ましくない電位差を生ぜしめること
なく各部に要求させる上述の（１）〜（５）式の如くの
電位関係を作シ出すようにして、従来の撮像装置に伴う
欠点を解消したインターライン転送型固体撮像装置を提
供する。以下、図面の第２図以降を参照して本発明の実
施例について説明する。

本発明に係るインターライン転送型固体撮像装置は、基
本的には、従来と同様に受光・垂直転送部と、水平転送
部と、出力部とから構成されており、その受光・垂直転
送部の構造及び動作に特徴を有すものである。第２図は
本発明に係る固体撮像装置の受光・垂直転送部に於ける
単位画素構成部の一例を示す。２１は受光部；、２２は
垂直転送部、２３は読出ゲート部及び２ＩＩはオーバー
フロー・ドレイ゛／であって、夫々、半導体基体上に形
成されており、これら各部の機能は、第１図に示される
受光・垂直転送部の単位画素構成部分に於ける対応する
各部、即ち、受光部１１垂直転送部コ、読出ゲート部３
及びオーバーフロー命ドレインダと同様である。上述の
受光部２１は、一部で読出ゲート部２３を形成する、受
光部２１と垂直転送部ココとの間のチャンネル・ストッ
プ領域コＳ１受光部間チャンネル・ストップ領域２Ａ及
び受光部２１とオーバーフロー・ドレイ７２’ｌとノ間
ノオーバーフローＱコ／トロール・ケ）部を形成するチ
ャ／ネル・ストップ領域２７で包囲されている。これら
各チャンネルーストップ領域コ！、２６及び２７は読出
ゲート部２３も含めて同一不純物濃度で形成されている
。従って、受光部間チャンネル・ストップ領域２Ａとチ
ャンネル・ストップ領域２７が重なる部分２ｇも読出ゲ
ート部コ３と同一不純物濃度となっている。２９はオー
バーフロｍ−ドレイ７２’ｌのチャンネル・ストップ領
域２７の側とは反対側に配された垂直方向に延びるチャ
ンネル・ストップ領域である。

そして、垂直転送部２２に於ける垂直電荷転送のための
垂直転送電極が配されるが、この垂直転送電極は、垂直
転送部２２のうちのチャ／ネル・ストップ領域２３に隣
接する部分及びチャンネル・ストップ領域２５を覆って
全体として水平方向に延びる第一電極３０と、垂直転送
部２２のうちの読出ゲート部２３に隣接する部分及び読
出ゲ−ト部２３を覆って全体として水平方向に延びる第
二電極３１とから成っている。ここで、第二電極３１は
読出ゲート電極を兼ねており、受光部間チャンネル・ス
トップ領域２６上及びその水平方向の延長上では第一電
極３０上に第二電極３１が重なっている。特に、受光部
間チャンネル・ストップ領域２６上では、第一電極３０
０幅がその上に配される第二電極３１の幅よシ大とされ
ていて、第二電極３１はその全幅に亘って第一電極３ｏ
上に配置されておシ、受光部間チャンネル・ストップ領
域２６及び部分２ｇに対し、て第一電極３ｏによるシー
ルド効果を受けるようにされている。斯かる第一電極３
０及び第二電極３１が垂直方向に延びる垂直転送部２２
上に交互に設けられておシ、これらに所定の垂直転送り
ロック信号が供給される。また、チャンネル・ストップ
領域２７上にはオーバーフロー・コントロール−ケ−）
電極カ配され、所定のバイアス電圧が供給される。

ここで、受光部２１の電位を■コバ垂直転送部２２の電
位をｖ２２、読出ゲート部２３の電位を■２３、チャン
ネル・ストップ領域２Ｓの電位をｖ２ｋ、チャンネル・
ストップ領域２７の電位をＶ２７及び部分λｇの電位を
７２ｇ、！、すると、前述した第１図に示される例の場
合と同様にして、受光部２１が受光し信号電荷を蓄積す
る受光時には、 Ｖ、２／＞Ｖ、２？＞Ｖ、２．７　　＝＝°°°°°＝
　（／’）■２２〉■２３１１１１１゛°°°°°°（
２′）Ｖ２ｔ＞Ｖ２ｓｚ　Ｖ：ｉｑ＞Ｖ２ｇ　＝°°°
（３’）また、受光部２１に蓄積された信号電荷が受光
部２１から垂直転送部２２へ読み出される読出時には、 Ｖ２２＞　Ｖ２３＞　Ｖ２ｑ　・・・−・”・・（Ｆ　
’）■２３〉■２！；１Ｖ２３〉７２ｇ１１°（Ｓ′）
の各不等式が成立する必要がある。

上述の第２図に示される如くの本発明に係る例の構成に
あっては、第二電極３／に所定の電圧がかかる時に於い
て、第二電極３／は、受光部間チャンネル・ストップ領
域２６及び部分λｇに対しては、第一電極３θによるシ
ールド効果を受けるので、第二電極３１に印加される電
圧による電界がチャンネル・ストップ領域２６及び部分
２ｇには作用しないか、あるいは、極めて微弱に作用す
るにすぎない。従って、読出ゲート部２３と部分２ｇと
が同一の不純物濃度をもって形成されてい電位とに対し
て独立の電位設定ができ、上記の（ｌ′）〜０りの式に
加え０′）式をも成立させることができる。但し、第一
電極３θと第二電極３１とは読出時には別個の電圧が供
給、されている必要があり、垂直転送りロック信号がダ
相信号の場合には問題ないが、２相信号である場合には
、垂直電荷転送時にのみ第一電極３０及び第二電極３１
に共通のクロック信号を印加し、読出時には第一電極３
０と第二電極３〆とには互いに異なる電圧を印加するよ
うになす。

第３図は、第２図に示された受光・垂直転送部に於ける
単位画素構成部の例を有す本発明に係る固体撮像装置に
供給される垂直転送りロック信号の例を示す。第３図Ａ
はｌ相りロック信号の一例であシ、φ／〜φグのｑ相り
ロック信号は、連続する２つの垂直転送電極の各々の第
二電極３１、第一電極３０、第二電極３／、第一電極３
０に夫々対応して供給される。クロック信号φｌ〜φダ
は、夫々、ｌ水平期間・／Ｈごとに発生するり相の転送
りロックパルスψｌ〜ψすを含み、クロック信号φｌは
奇数フィールドＦ／に於いて、また、クロック信号φ３
は偶数フィールドＦ２に於いて、夫々の読出期間ｔｒで
読出電圧Ｖｒを有すものとなってりる。第３図Ｂはコ相
クロック信号の一例であり、φ′ｌ及びφ′コのコ相ク
ロック信号は、夫々、クロック信号φ’／／とφ’／２
及びφ’２／とφ′２２とで構成され、クロック信号φ
′／ハφ′１２、φ′２ハφ′２２は連続する２つの垂
直転送電極の各々の第二電極３／、第一電極３０、第二
電極３／、第一電極３０に夫々対応して供給される。ク
ロック信号／／／とφ’／２はｌ水平期間・／’［（ご
とに発生する転送りロックパルスψ′ｌを含み、また、
クロック信号φ’２／とφ′２２はｌ水平期間・／Ｈご
とに発生する、転送りロックパルスψ′ｌとは逆相の、
転送りロックパルスψ′λを含んでおシ、クロック信号
φ’／／のみが奇数フィールドＦ／に於ける読出期間ｔ
、で読出電圧ｖｒを有し、また、クロック信号φ′、２
１のみが偶数フィールドＦ２に於ける読出期間ｔｒで読
出電圧ｖｒを有している。これらのＶ相りロック信号φ
ｌ〜φす又はコ相クロック信号φ′ｌ及びφ′コが垂直
転送電極を構成する第一電極３０及び第二電極３１に、
上述の如くの対応関係をもって、供給されることによシ
、いずれの場合も読出時には信号読出しに係る単位画素
部、の第一電極３０と第二電極３１に別個の電圧が印加
されて、信号電荷の受光部２／から垂直転送部２２への
読出しがされ、さらに、それに続く垂直転送部２２に、
於ける転送が行われる。

以上の本発明の詳細な説明から理解される如く、本発明
に係る固体撮像装置にあっては、受光部と垂直転送部と
の間に位置する読出ゲート部及びそれに続くチャンネル
・ストップ領域が同一不純物濃度で形成されていること
になるので、垂直転送部のうちの読出ゲート部に隣接す
る部分と読出ゲート部に続くチャンネル・ストップ領域
に隣接する部分とでその幅が変化することもなく、これ
らの部分の間で転送時に不所望な電位差が生ずることが
ない。従って、垂直転送部に於ける電荷転送効率が著る
しく改善される。また、この電荷転送効率が改善される
結果、垂直転送部の幅の縮小が可能となり、装置全体の
小型化、高感度化、あるいは、単位画素数の増大による
高解像度化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイ／ターライ／転送型ＣＣＤ撮像装置の
部分を示す部分拡大平面図、第２図は本発明に係る固体
撮像装置の一例の部分を示す部分拡大平面図、第３図は
本発明に係る固体撮像装置に供給される垂直転送りロッ
ク信号の例を示す波形図である。　　： 図中、２１は受光部、コ２は垂直転送部、２３は読出ゲ
ート部、２ｔｉはオーバーフロー・ドレイン、２Ｓ％　
２４．２７及びコ９はチャ／ネル・ストップ領域、３０
は第一電極、３１は第二電極である。 第■図 第３図 Ａ 手続補正書 昭和Ｓ７年１り月／２日 １、事件の表示 昭和３６年特許願第１／３３ｇ２号 ２、発明の名称固体撮像装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 ６、補正により増加す、る発明の数　な　し７、補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面（１）明細書中
、第３頁７３行「垂直転送部」とある金「受光部」に訂
正する。 （２）図面中、第１図、第３図Ａ及びＢを添付図面の通
り補正する。 以上 第　−図 第３図 手続補正音 昭和５７年１２月６日 １、事件の表示 昭和Ｓ乙年特許願第１／３３ｇ２号− ２、発明の名称　固体撮像装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 代表者大賀典雄 ６、補正によシ増加する発明の数　８な　し以上 第１図 ３１８４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光により信号電荷を蓄積する受光部と、上記信号電荷
   を転送する垂直転送部と、上記信号電荷を上記受光部か
   ら上記垂直転送部へ読み出す読出ゲート部と、上記受光
   部を包囲して配されその一部に於いて上記読出ゲート部
   を形成するチャンネル拳ストップ領域とを含んで単位画
   素が構成され、各単位画素の上記垂直転送部のシ一部分
   及び上記チャンネル・ストップ領域のうちの隣接する２
   つの受光部間に配された受光部間チャ／ネルΦストップ
   領域上に第一の転送電極が配されるとともに、上記各単
   位画素の上記垂直転送部の他の一部分、上記読出ゲート
   部及び上記受光部間チャ／ネル・ストップ領域上に第二
   の転送電極が配され、上記第二の転送電極は上記垂直転
   送部の他の一部分及び読出ゲート部上、を除く他の部分
   に於いて上記第一の電極上に位置せしめられて、該第−
   の電極による上記単位画素に対してのンールド効果を受
   けるようにされて成る固体撮像装置。