JPS6019670B2 - 電荷結合型一次元撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ブルーミングを減少させる構造を有する電
荷結合型一次元撮像装置に関するものである。

電荷結合素子（以下ＣＣＤと略す。

）による一次元撮像装置、すなわち電荷結合型一次元撮
像装置は、一般に、独立した受光素子アレイで光信号の
蓄積を行い、蓄積された信号電荷を一括して受光素子ア
レイから光遮へいされた議出し用のＣＣＤシフトレジス
タに転送し、転送クロックパルスにより順次、出力段で
謙出すもので、受光素子アレイに沿って片側に１個のＣ
ＣＤシフトレジスタを設けたもの（以下片側転送方式と
呼ぶ）と、集積度を増すために、受光素子アレイに沿っ
て両側にそれぞれＣＣＤシフトレジスタを設けたもの（
以下両側平行転送方式と呼ぶ）とがある。そして、受光
素子アレイは、一般に、ＭＯＳキャパシタで構成され、
ポリシリコンのような半透明材質による単一のゲート電
極を用い、チャンネルストップ拡散領域で個々の受光素
子が分離されている。また、光生成された信号電荷は、
各受光素子において、ＭＯＳキャパシタの半導体基板表
面近傍の空乏層に形成されたポテンシャル井戸で蓄積さ
れる。このような電荷結合型一次元撮像装置において、
受光素子アレイに局所的に強い光が照射されると、受光
素子のポテンシャル井戸に多くの電荷が生成され、ポテ
ンシャル井戸が電荷で埋められると、隣接する受光素子
のポテンシャル井戸に余剰電荷があふれることがある。

これは、ブルーミング現象と呼ばれるものである。この
ブルーミングを減少させる対策は、基本的には、信号電
荷と同じ極性のバスドレィン拡散領域を受光素子アレイ
に沿って設け、この拡散領域を基板に対し逆バィアスし
て、余剰電荷を吸出すことである。このブルーミング対
策を施した従来の電荷結合型一次元撮像装置を第１図に
示すと、図中１０は受光素子アレイ電極、１１は一括転
送電極、１２はＣＣＤシフトレジスタ、１３はバスドレ
ィン拡散領域、２０はチャンネルストップ拡散領域で、
上記受光素子アレイ電極１０とバスドレィン拡散領域１
３の間には、障壁となるポテンシャルを形成する制御電
極１４が設けられる。なお、この装層は片側転送方式で
ある。しかるに、このような従来の装置では、受光素子
を分離しているチャンネルストップ拡散領域２０とバス
ドレィン拡散領域１３のオーバーラップが生じ、バスド
レィン拡散領域１３の耐圧が低下する欠点がある。また
、チャンネルストップ拡散領域２０を、制御電磁１４下
の領域で、耐圧向上のためにバスドレィン拡散領域１３
から離すと、制御電極１４下のポテンシャルがバスラィ
ンを形成し、ブルーミングを起こした受光素子からあふ
れた余剰電荷が上記ポテンシャルのバスラィンを拡散し
て一部、ブルーミングを起こしていない受光素子のポテ
ンシャル井戸に流入する欠点がある。この発明は上記の
点に鑑みなされたもので、受光素子のポテンシャル井戸
と余剰電樹吸出しのためのバスドレィン拡散領域の間に
２種類の障壁ポテンシャルを形成するとともに、受光素
子を分離するチャンネルストップ拡散領域をバスドレィ
ン拡散領域から離すことにより、バスドレィン拡散領域
の耐圧を向上させ、かつ余剰電荷のバスドレィン拡散領
域への転送を一意的にしてブルーミングの生じていない
受光素子への余剰電荷の流入を防止した電荷結合型一次
元撮像装置を提供することを目的とする。

以下この発明の実施例を図面を参照する。

第２図はこの発明の第１の実施例を示す概略図である。
この図において、３０は受光素子アレイ電極、３１は一
括転送電極、３２は読出し用のＣＣＤシフトレジスタ、
このＣＣＤシフトレジスタ３２は、受光素子アレイ電極
３０（受光素子アレイ）の一方の側に、一括転送電極３
１を介して設けられる。３３はバスドレイン拡散領域、
３４は第１の制御電極、３５は第２の制御電極で、バス
ドレィン拡散領域３３は、受光素子アレイ電極３０（受
光素子アレイ）の他方の側に、第１および第２の２つの
制御電極３４．３５を介して設けられる。

４０は各受光素子を分離するチャンネルストップ拡散領
域である。

この場合、チャンネルストップ拡散領域４川ま、第２の
制御電極３５の下まで延び、かっこの第２の制御電極３
５の下でバスドレィン拡散領域３３と離されている。ま
た、３３０３，３３０ｂ，３３０ｃ・・・・・・は受光
素子アレイ電極３０下の各領域、３３１ａ，３３１・ｂ
’３３１ｃ・・・・・・は一括転送電極３１下の各領域
、３３４，３３４ｂ，３３４ｃ・・・・・・は第１の制
御電極３４下の各領域、３３５は第２の制御電極３５下
の後述するチャンネルストップ領域を除く部分の領域、
４３０ａ，４３０ｂ，４３０ｃ・・・・・・，４３１ａ
，４３１ｂ，４３１ｃ・・・，４３４ａ，４３４ｂ，４
３４ｃ・・・，４３５ａ．４３５ｂ，４３５ｃ・・・・
・・は各チャンネルストップ領域であり、これら各領域
および上記バスドレィン拡散領域３３のポテンシャルに
ついては、頭に小を付した同一符号を示して以下説明す
るようにする。このように構成された装置においては、
第１および第２の制御電極３４，３５を適宜バイアスす
ることにより、光蓄積状態において各受光素子のポテン
シャル井戸一たとえば領域３３０ｂのポテンシャル井戸
一をとりまいている領域のポテンシャル、すなわち一括
転送電極３１下の領域３３１ｂポテンシャルＪ３３１ｂ
および受光素子を分離するチャンネルストップ領域４３
０ａ，４３０ｂのポテンシャルレ４３０ａ，小４３０ｂ
よりも第１の制御電極３４下の領域３３４ｂのポテンシ
ャル少３３４ｂを深くし、さらに第２の制御電極３５下
の領域３３６のポテンシャルＪ３３５を上記ポテンシャ
ル心３３４ｂよりも深くする。

また、バスドレイン拡散領域３３は、そのポテンシャル
Ｊ３３がポテンシャル心３３５と等しいか「それより深
くなるように逆バイアスする。この状態でのポテンシャ
ル概念図を第３図に示す。この図において、実線は第２
図におけるＡ一Ａ′線の断面でのポテンシャル、破線は
第２図におけるＢ−Ｂ′線の断面でのポテンシャルを表
わす。このようにすることにより、領域３３０ｂのポテ
ンシャル井戸の蓄積される電荷は、ブルーミングが生じ
た場合、ポテンシャル心３３４ｂ，少３３５によって形
成されるチャンネルを通ってバスドレイン拡散領域３３
に吸出される。また、余剰電荷は、チャンネルストップ
領域４３０ａ，４３０ｂのポテンシャルＪ４３０ａ，し
４３０ｂが障壁となって領域３３０ａ，３３０ｃである
隣接する受光素子のポテンシャル井戸にあふれ出すこと
がなく、さらにポテンシャル心３３１ｂが障壁となって
ＣＣＤシフトレジスタ３２に流入することもない。また
、第２の制御電極３６下の領域にはチャンネルストップ
拡散領域４０が一部しかなく、第２の制御電極３５下の
領域は領域３３５とチャンネルストップ領域４３５ａ，
４３５ｂ，４３５ｃ・・・に分けられ、ポテンシャル心
３３５は受光素子アレイに沿って１つのバスドレィンを
形成するが、ブルーミングが生じた１つの受光素子から
の余剰電荷が第１の制御電極３４下の領域の障壁を越え
て領域３３５まで流れ込み、広い範囲にわたって拡散し
ても、各受光素子のポテンシャル井戸に隣接するポテン
シャル小３３４ａ，心３３４ｂ，少３４ｃ・・・が障壁
となって、拡散した余剰電荷はブルーミングの生じてい
ない別の受光素子に流入せず、バスドレイン拡散領域３
３に吸出される。なお、第４図は第２図のＡ−Ａ′線ま
たはＢ−Ｂ′線における断面図で、図中５１はゲート絶
縁膜、５２は半導体基板である。

この第４図では表面チャンネルの構造を示しているが、
埋込みチャンネルであっても、この発明の適用には何ら
さしつかえない。上述のように、この発明の第１の実施
例では、各受光素子を分離するチャンネルストップ拡散
領域４０とバスドレィン拡散領域３３が離れて形成され
ているため、このバスドレィン拡散領域３３の耐圧が向
上す。

また、制御電極を２つ設けることにより、受光素子アレ
イからバスドレィン拡散領域３３への余剰電荷転送の方
向性を一意的にする２レベルのポテンシャルを形成でき
るために、バスドレィン拡散領域３３に近い方の制御電
極下の一部チャンネルストップ拡散の入っていない領域
で拡散する余剰電荷がブルーミングの生じていない受光
素子へ流入するここを防止できるものである。上述第１
の実施例では、余剰電荷の転送方向を一意図にする２つ
のレベルのポテンシャルを、２つの制御電極を設けるこ
とにより形成したが、受光素子が埋込みチャンネルの場
合、第５図に示す第２の実施例のようにして２レベルの
ポテンシャルを形成してもよい。

すなわち、この場合は、制御電極６５下のゲート絶縁膜
５１の厚さをバスドレィソ拡散領域３３に近い方で厚く
し、チャンネルストップ拡散領域４０をゲート絶縁膜５
１の厚い領域でバスドレィン拡散領域３３と離すもので
、このようにすればゲート絶縁膜５１の厚さの違いによ
り制御電極６５下に所望の２レベルのポテンシャルを形
成できる。なお、第５図において、５３は埋込み層であ
る。さらに、受光素子が表面チャンネルの場合は、第６
図に示す第３の実施例、第７図に示す第４図の実施例の
ようにしてもよい。

すなわち、第３の実施例の場合は、受光素子アレイ電極
３０下のゲート絶縁膜５１の厚さをバスドレィン拡散領
域３３側で厚くなるように変えるとともに、連続して厚
いゲート絶縁膜５１上に制御電極７５を設け、この制御
電極７５下の領域でチャンネルストップ拡散領域４０と
バスドレィン拡散領域３３を離したものでこのようにし
ても所望の結果が得られる。また、第４の実施例の場合
は、制御電極を除去するとともに、第６図において制御
電極のある領域はゲート絶縁膜５１を薄くし、この領域
まで受光素子アレイ電極３０で覆ったもので、このよう
にすれば第４の実施例と同じ結果が得られる。以上詳述
したように、この発明によれば、受光素子を分離するチ
ャンネルストップ拡散領域とバスドレィン拡散領域が離
れているためにバスドレイン拡散領域の耐圧が向上し、
しかも余剰電荷をバスドレィン拡散領域へ転送するチャ
ンネルで２レベルのポテンシャルを形成することにより
転送方向を一意的にできるので有効なブルーミング対策
をもつ電荷結合型一次元撮像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はブルーミング対策を施した従来に電荷結合型一
次元撮像装置を示す概略図、第２図はこの発明による電
荷結合型一次元撮像装置の第１の実施例を示す概略図、
第３図は上記第１の実施例の動作を説明するためのポテ
ンシャル概略図、第４図は第２図におけるＡ−Ａ′線ま
たはＢ−Ｂ′線の断面図、第５図ないし第７図はこの発
明の他の実施例をそれぞれ示す断面図である。 ３０・・・・・・受光素子アレイ電極、３１・・・・・
・一括転送電極、３２・・・・・・ＣＣＤシフトレジス
タ、３３．．・・・・バスドレィン拡散領域、３４・・
・・・・第１の制御電極、３５・・・・・・第２の制御
電極、４０……チャンネルストップ拡散領域、３３０ａ
，３３１ａ，３３４ａ，３３５，４３０ａ，４３１ａ，
４３４ａ，４３５ａ・・・・・・各領域、心３３，Ｊ３
３０ｂ，心３３１ｂ，心３３４ｂ，心３３５，小４３０
ｂ，し４３１ｂ，小４３４ｂ，小４３５ｂ・・・・・・
各ポテンシャル、５１．．．．．．絶縁膜、６５，７５
・・・・・・制御電極。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 受光素子アレイの一方の側に一括転送電極を介して
   、電荷結合素子による読出し用シフトレジスタを備え、
   他方の側にバスドレイン拡散領域を備えた電荷結合型一
   次元撮像装置において、各受光素子のポテンシヤル井戸
   とバスドレイン拡散領域の間に、２つのレベルのポテン
   シヤルを形成し、バスドレイン拡散領域に連なるポテン
   シヤルを、各受光素子のポテンシヤル井戸に接するポテ
   ンシヤルより深くするとともに、各受光素子を分離する
   チヤンネルストツプ拡散領域が、上記２レベルのポテン
   シヤルのより深い方のポテンシヤル領域まで延び、かつ
   その領域で、チヤンネルストツプ拡散領域がバスドレイ
   ン拡散領域と離れていることを特徴とする電荷結合型一
   次元撮像装置。