JP3301176B2 - 電荷転送装置 - Google Patents
電荷転送装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号電荷を順次転送す
る電荷転送装置に関し、特にＣＣＤ型固体撮像素子やＣ
ＣＤ型遅延素子等における電荷転送部として用いて好適
な電荷転送装置に関する。
る電荷転送装置に関し、特にＣＣＤ型固体撮像素子やＣ
ＣＤ型遅延素子等における電荷転送部として用いて好適
な電荷転送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、例えばインターライン転送方式
のＣＣＤ型固体撮像素子の一例を示す概略構成図であ
る。
のＣＣＤ型固体撮像素子の一例を示す概略構成図であ
る。
【０００３】図９において、マトリクス状に２次元配列
されかつ光電変換して得られる信号電荷を蓄積する多数
のフォトセンサ（光電変換部）２１と、これらのフォト
センサ２１の垂直列毎に配されてフォトセンサ２１から
読み出された信号電荷を垂直方向に順次転送する複数本
の垂直転送レジスタ２２とによって撮像部２３が構成さ
れている。垂直転送レジスタ２２は、垂直駆動パルスφ
Ｖ１〜φＶ４によって４相駆動される構成となってい
る。
されかつ光電変換して得られる信号電荷を蓄積する多数
のフォトセンサ（光電変換部）２１と、これらのフォト
センサ２１の垂直列毎に配されてフォトセンサ２１から
読み出された信号電荷を垂直方向に順次転送する複数本
の垂直転送レジスタ２２とによって撮像部２３が構成さ
れている。垂直転送レジスタ２２は、垂直駆動パルスφ
Ｖ１〜φＶ４によって４相駆動される構成となってい
る。
【０００４】撮像部２３からは、水平転送レジスタ２４
に信号電荷がライン単位で転送される。この信号電荷
は、水平転送レジスタ２４によって水平方向に順次転送
され、終端に配置された電荷検出部２５に供給される。
水平転送レジスタ２４は、水平駆動パルスφＨ１，φＨ
２によって２相駆動される構成となっている。電荷検出
部２５は、例えばフローティング・ディフュージョン・
アンプによって構成され、水平転送レジスタ２４によっ
て転送されてきた信号電荷を検出して信号電圧を変換す
る。
に信号電荷がライン単位で転送される。この信号電荷
は、水平転送レジスタ２４によって水平方向に順次転送
され、終端に配置された電荷検出部２５に供給される。
水平転送レジスタ２４は、水平駆動パルスφＨ１，φＨ
２によって２相駆動される構成となっている。電荷検出
部２５は、例えばフローティング・ディフュージョン・
アンプによって構成され、水平転送レジスタ２４によっ
て転送されてきた信号電荷を検出して信号電圧を変換す
る。
【０００５】このＣＣＤ型固体撮像素子の例えば垂直転
送レジスタ２２の従来の断面構造を図１０に示す。同図
において、Ｐ型半導体基板３１上には、シリコン酸化膜
３２を介して電極３３1〜３３4がポリシリコンによって
２層構造にて形成されている。この２層構造の電極３３
1〜３３4のうち、２層目の電極３３1，３３3には第１，
第３相の垂直駆動パルスφＶ１，φＶ３がそれぞれ印加
され、１層目の電極３３2，３３4には第２，第４相の垂
直駆動パルスφＶ２，φＶ４がそれぞれ印加される。図
１１に、４相の垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の波形を
示す。
送レジスタ２２の従来の断面構造を図１０に示す。同図
において、Ｐ型半導体基板３１上には、シリコン酸化膜
３２を介して電極３３1〜３３4がポリシリコンによって
２層構造にて形成されている。この２層構造の電極３３
1〜３３4のうち、２層目の電極３３1，３３3には第１，
第３相の垂直駆動パルスφＶ１，φＶ３がそれぞれ印加
され、１層目の電極３３2，３３4には第２，第４相の垂
直駆動パルスφＶ２，φＶ４がそれぞれ印加される。図
１１に、４相の垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の波形を
示す。
【０００６】次に、垂直転送レジスタ２２の転送動作に
つき、図１１の波形図を参照しつつ図１２（Ａ），
（Ｂ）の動作原理図に基づいて説明する。
つき、図１１の波形図を参照しつつ図１２（Ａ），
（Ｂ）の動作原理図に基づいて説明する。
【０００７】ｔ＝ｔ1（Ａ）では、垂直駆動パルスφＶ
１が高（Ｈ）レベルから低（Ｌ）レベルに遷移する。す
ると、電極３３1の下のポテンシャルが深い状態から浅
い状態へ変化する。これにより、電極３３1の下の信号
電荷が電極３３2側へ転送される。ｔ＝ｔ2（Ｂ）では、
垂直駆動パルスφＶ２が高レベルから低レベルに遷移す
ると、電極３３2の下のポテンシャルが深い状態から浅
い状態へ変化する。これにより、電極３３2の下の信号
電荷が電極３３3側へ転送される。この動作の繰返しに
より、図の左側から右側へ信号電荷の転送が行われる。
１が高（Ｈ）レベルから低（Ｌ）レベルに遷移する。す
ると、電極３３1の下のポテンシャルが深い状態から浅
い状態へ変化する。これにより、電極３３1の下の信号
電荷が電極３３2側へ転送される。ｔ＝ｔ2（Ｂ）では、
垂直駆動パルスφＶ２が高レベルから低レベルに遷移す
ると、電極３３2の下のポテンシャルが深い状態から浅
い状態へ変化する。これにより、電極３３2の下の信号
電荷が電極３３3側へ転送される。この動作の繰返しに
より、図の左側から右側へ信号電荷の転送が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＣＣＤ
型固体撮像素子の垂直転送レジスタ２２では、４相の垂
直駆動パルスφＶ１〜φＶ４によって信号電荷の転送方
向が決められているが、図１２（Ａ），（Ｂ）から明ら
かなように、ひとつの電極下ではポテンシャルが平坦に
なるため、十分な大きさの転送電界が得られないことが
あり、特に電極のＷ／Ｌ（Ｌは電極の長さ、Ｗはその
幅）が小さい場合には、転送路中に電界の非常に小さな
部分が生じることから、信号電荷の転送残しが多く発生
し、転送効率が悪化するという問題があった。
型固体撮像素子の垂直転送レジスタ２２では、４相の垂
直駆動パルスφＶ１〜φＶ４によって信号電荷の転送方
向が決められているが、図１２（Ａ），（Ｂ）から明ら
かなように、ひとつの電極下ではポテンシャルが平坦に
なるため、十分な大きさの転送電界が得られないことが
あり、特に電極のＷ／Ｌ（Ｌは電極の長さ、Ｗはその
幅）が小さい場合には、転送路中に電界の非常に小さな
部分が生じることから、信号電荷の転送残しが多く発生
し、転送効率が悪化するという問題があった。
【０００９】そこで、本発明は、転送効率を大幅に改善
し、不良率の低減および歩留りの向上を可能とした電荷
転送装置を提供することを目的とする。
し、不良率の低減および歩留りの向上を可能とした電荷
転送装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による電荷転送装
置は、規則的に配列された多数の電極を有し、これらの
電極に所定の駆動パルスを印加することによって電極下
の電荷転送路において電極配列方向に信号電荷を順次転
送する電荷転送装置であって、同一電極下に電極配列方
向においてポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複
数の領域を有し、これら複数の領域間の境界が電極配列
方向に対してＶ字状に形成された構成となっている。
置は、規則的に配列された多数の電極を有し、これらの
電極に所定の駆動パルスを印加することによって電極下
の電荷転送路において電極配列方向に信号電荷を順次転
送する電荷転送装置であって、同一電極下に電極配列方
向においてポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複
数の領域を有し、これら複数の領域間の境界が電極配列
方向に対してＶ字状に形成された構成となっている。
【００１１】
【作用】上記構成の電荷転送装置では、同一電極下に電
極配列方向の下手に存在するほどポテンシャルが深くな
る複数の領域が存在することで、ひとつの電極下でポテ
ンシャル段差が生じる。これにより、十分な大きさの転
送電界が得られるため、転送残しを生ずることなく、信
号電荷を転送できる。特に、複数の領域間の境界が電極
配列方向に対してＶ字状であることにより、電荷転送路
でのフォトセンサ側およびその反対側のポテンシャルが
同じになる。したがって、複数の領域間の境界を斜めに
形成したことによって生ずる読出し電 圧Ｖt の変化を無
くせる。
極配列方向の下手に存在するほどポテンシャルが深くな
る複数の領域が存在することで、ひとつの電極下でポテ
ンシャル段差が生じる。これにより、十分な大きさの転
送電界が得られるため、転送残しを生ずることなく、信
号電荷を転送できる。特に、複数の領域間の境界が電極
配列方向に対してＶ字状であることにより、電荷転送路
でのフォトセンサ側およびその反対側のポテンシャルが
同じになる。したがって、複数の領域間の境界を斜めに
形成したことによって生ずる読出し電 圧Ｖt の変化を無
くせる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、例えばＣＣＤ型固体撮像素子の４
相駆動の垂直転送レジスタに適用された本発明の参考例
を示す概略平面図であり、図２にそのＡ‐Ａ′線断面構
造を示す。図１および図２において、Ｐ型半導体基板１
１上には、シリコン酸化膜１２を介して電極１３1〜１
３4が例えばポリシリコンによって２層構造にて形成さ
れている。
に説明する。図１は、例えばＣＣＤ型固体撮像素子の４
相駆動の垂直転送レジスタに適用された本発明の参考例
を示す概略平面図であり、図２にそのＡ‐Ａ′線断面構
造を示す。図１および図２において、Ｐ型半導体基板１
１上には、シリコン酸化膜１２を介して電極１３1〜１
３4が例えばポリシリコンによって２層構造にて形成さ
れている。
【００１３】この２層構造の電極１３1〜１３4におい
て、電極の長さに関しては、図からも明らかなように、
２層目の電極１３1，１３3の方が１層目の電極１３2，
１３4よりも長く形成されている。また、２層目の電極
１３1，１３3には、図１１に示す位相関係にある４相の
垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４のうち、第１，第３相の
垂直駆動パルスφＶ１，φＶ３がそれぞれ印加され、１
層目の電極１３2，１３4には、第２，第４相の垂直駆動
パルスφＶ２，φＶ４がそれぞれ印加されるようになっ
ている。
て、電極の長さに関しては、図からも明らかなように、
２層目の電極１３1，１３3の方が１層目の電極１３2，
１３4よりも長く形成されている。また、２層目の電極
１３1，１３3には、図１１に示す位相関係にある４相の
垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４のうち、第１，第３相の
垂直駆動パルスφＶ１，φＶ３がそれぞれ印加され、１
層目の電極１３2，１３4には、第２，第４相の垂直駆動
パルスφＶ２，φＶ４がそれぞれ印加されるようになっ
ている。
【００１４】これら電極１３1〜１３4下には、電極配列
方向に沿って垂直転送路１４が形成されている。この垂
直転送路１４において、２層目の電極１３1，１３3の各
電極下には、Ｐ型半導体基板１１上のＮ型半導体層１５
の表面に、ポテンシャルの異なる例えば３つの領域１６
1〜１６3が形成されている。また、１層目の電極１
３2，１３4の各電極下にも同様に、ポテンシャルの異な
る例えば２つの領域１７1，１７2が形成されている。
方向に沿って垂直転送路１４が形成されている。この垂
直転送路１４において、２層目の電極１３1，１３3の各
電極下には、Ｐ型半導体基板１１上のＮ型半導体層１５
の表面に、ポテンシャルの異なる例えば３つの領域１６
1〜１６3が形成されている。また、１層目の電極１
３2，１３4の各電極下にも同様に、ポテンシャルの異な
る例えば２つの領域１７1，１７2が形成されている。
【００１５】電極１３1，１３3下の３つの領域１６1〜
１６3は、Ｎ型半導体層１５の表面側から領域１６1，１
６2に対してＰ型不純物イオンを異なる濃度で注入する
ことによって形成される。本例では、図に網目で示す領
域１６1の方が、斜線で示す領域１６2よりもイオン濃度
が高くなっている。これにより、電極１３1，１３3下に
おいては、３つの領域１６1〜１６3によって３段階のポ
テンシャル段差が得られる。
１６3は、Ｎ型半導体層１５の表面側から領域１６1，１
６2に対してＰ型不純物イオンを異なる濃度で注入する
ことによって形成される。本例では、図に網目で示す領
域１６1の方が、斜線で示す領域１６2よりもイオン濃度
が高くなっている。これにより、電極１３1，１３3下に
おいては、３つの領域１６1〜１６3によって３段階のポ
テンシャル段差が得られる。
【００１６】一方、電極１３2，１３4下の２つの領域１
７1，１７2は、Ｎ型半導体層１５の表面側から領域１７
1に対してＰ型不純物イオンを異なる濃度で注入するこ
とによって形成される。これにより、電極１３2，１３4
下においては、２つの領域１７1，１７2によって２段階
のポテンシャル段差が得られる。これらの領域１６1〜
１６3および１７1，１７2において、各領域間の境界
は、図１に示すように、電極配列方向（電荷転送方向）
に対して斜めに形成されている。
７1，１７2は、Ｎ型半導体層１５の表面側から領域１７
1に対してＰ型不純物イオンを異なる濃度で注入するこ
とによって形成される。これにより、電極１３2，１３4
下においては、２つの領域１７1，１７2によって２段階
のポテンシャル段差が得られる。これらの領域１６1〜
１６3および１７1，１７2において、各領域間の境界
は、図１に示すように、電極配列方向（電荷転送方向）
に対して斜めに形成されている。
【００１７】このように、各領域間の境界を電極配列方
向に対して斜めに形成することにより、電極配列方向に
対して直角に形成した場合よりも、電極配列方向におけ
る各領域間でのポテンシャル段差がなめらかなものとな
り、電荷転送により適したポテンシャル・プロファイル
が得られる。
向に対して斜めに形成することにより、電極配列方向に
対して直角に形成した場合よりも、電極配列方向におけ
る各領域間でのポテンシャル段差がなめらかなものとな
り、電荷転送により適したポテンシャル・プロファイル
が得られる。
【００１８】図３に、各領域間の境界を電極配列方向に
対して斜めに形成した場合（Ａ）と電極配列方向に対し
て直角に形成した場合（Ｂ）の平面パターン（ａ）およ
びポテンシャル（ｂ）をそれぞれ示す。
対して斜めに形成した場合（Ａ）と電極配列方向に対し
て直角に形成した場合（Ｂ）の平面パターン（ａ）およ
びポテンシャル（ｂ）をそれぞれ示す。
【００１９】ここで、電極の電荷転送方向の長さをＬ、
その幅をＷ、同一電極下の複数の領域の数をｎとすると
き、各領域間の境界の位置およびその角度θの最適条件
について、図４の模式図に基づいて考える。なお、角度
θは、電極配列方向に沿う電極の中心線Ｏに垂直な線に
対する境界の傾斜角を表わすものとする。
その幅をＷ、同一電極下の複数の領域の数をｎとすると
き、各領域間の境界の位置およびその角度θの最適条件
について、図４の模式図に基づいて考える。なお、角度
θは、電極配列方向に沿う電極の中心線Ｏに垂直な線に
対する境界の傾斜角を表わすものとする。
【００２０】先ず、各領域間の境界の角度θに関して
は、 Ｌ／ｎＷ＜ｔａｎθ＜４Ｌ／ｎＷ ……（１） なる条件を満足するように設定すれば良い。また、各領
域間の境界の位置に関しては、各境界と中心線Ｏとの交
点をＰ1，Ｐ2，……，Ｐnとするとき、各交点Ｐ1，
Ｐ2，……，Ｐnが電極の長さＬをｎ等分する近傍に設定
すれば良い。ただし、この境界の位置については、各領
域に注入する不純物のイオン濃度がすべて等しいものと
する。
は、 Ｌ／ｎＷ＜ｔａｎθ＜４Ｌ／ｎＷ ……（１） なる条件を満足するように設定すれば良い。また、各領
域間の境界の位置に関しては、各境界と中心線Ｏとの交
点をＰ1，Ｐ2，……，Ｐnとするとき、各交点Ｐ1，
Ｐ2，……，Ｐnが電極の長さＬをｎ等分する近傍に設定
すれば良い。ただし、この境界の位置については、各領
域に注入する不純物のイオン濃度がすべて等しいものと
する。
【００２１】本参考例の場合には、各領域間の境界の位
置およびその角度θの最適条件を、２層目の電極１
３1，１３3側についてはｎ＝３として、１層目の電極１
３2，１３4側についてはｎ＝２としてそれぞれ求めれば
良い。
置およびその角度θの最適条件を、２層目の電極１
３1，１３3側についてはｎ＝３として、１層目の電極１
３2，１３4側についてはｎ＝２としてそれぞれ求めれば
良い。
【００２２】次に、上記構成の垂直転送レジスタの転送
動作につき、図１１に示す４相の垂直駆動パルスφＶ１
〜φＶ４の波形図を参照しつつ図５（Ａ），（Ｂ）の動
作原理図に基づいて説明する。
動作につき、図１１に示す４相の垂直駆動パルスφＶ１
〜φＶ４の波形図を参照しつつ図５（Ａ），（Ｂ）の動
作原理図に基づいて説明する。
【００２３】先ず、ｔ＝ｔ1（Ａ）では、垂直駆動パル
スφＶ１が高レベルから低レベルに遷移する。すると、
電極１３1の下のポテンシャルが深い状態から浅い状態
へ変化するとともに、そのポテンシャルに電極１３1側
から電極１３2側に向かって下る、即ち電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなるな
めらかな階段状の段差が生じる。このように、ひとつの
電極１３1下でポテンシャル段差が生じることにより、
十分な大きさの転送電界が得られることになるため、信
号電荷の転送残しを生ずることなく、電極１３1下の信
号電荷が電極１３2側へ転送される。
スφＶ１が高レベルから低レベルに遷移する。すると、
電極１３1の下のポテンシャルが深い状態から浅い状態
へ変化するとともに、そのポテンシャルに電極１３1側
から電極１３2側に向かって下る、即ち電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなるな
めらかな階段状の段差が生じる。このように、ひとつの
電極１３1下でポテンシャル段差が生じることにより、
十分な大きさの転送電界が得られることになるため、信
号電荷の転送残しを生ずることなく、電極１３1下の信
号電荷が電極１３2側へ転送される。
【００２４】次に、ｔ＝ｔ2（Ｂ）では、垂直駆動パル
スφＶ２が高レベルから低レベルに遷移すると、電極１
３2の下のポテンシャルが深い状態から浅い状態へ変化
するとともに、電極１３2下にも電極１３2側から電極１
３3側に向かって下る、即ち電極配列方向の下手に存在
する領域ほどそのポテンシャルが深くなる階段状のポテ
ンシャル段差が生じる。これにより、電極１３1下から
電極１３2下に転送されてきた信号電荷は、電極１３2下
からさらに電極１３3下へスムーズに転送される。
スφＶ２が高レベルから低レベルに遷移すると、電極１
３2の下のポテンシャルが深い状態から浅い状態へ変化
するとともに、電極１３2下にも電極１３2側から電極１
３3側に向かって下る、即ち電極配列方向の下手に存在
する領域ほどそのポテンシャルが深くなる階段状のポテ
ンシャル段差が生じる。これにより、電極１３1下から
電極１３2下に転送されてきた信号電荷は、電極１３2下
からさらに電極１３3下へスムーズに転送される。
【００２５】この動作の繰返しにより、図の左側から右
側へ信号電荷の転送が行われる。なお、１層目の電極１
３2，１３4下は、比較的Ｗ／Ｌが大きいため、ポテンシ
ャルの異なる領域が２つでも十分な効果が得られる。
側へ信号電荷の転送が行われる。なお、１層目の電極１
３2，１３4下は、比較的Ｗ／Ｌが大きいため、ポテンシ
ャルの異なる領域が２つでも十分な効果が得られる。
【００２６】上述したように、同一電極下に電極配列方
向においてポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複
数の領域（本例では、領域１６1〜１６3と領域１７1，
１７2）を形成したことにより、ひとつの電極下でポテ
ンシャル段差が生じ、十分な大きさの転送電界が得られ
るため、転送効率が大幅に改善され、不良率を低減でき
るとともとに、歩留りを向上できる。特に、複数の領域
間の境界を電極配列方向に対し斜めに形成したことによ
り、電極配列方向における各領域間のポテンシャル段差
がなめらかになり、電荷転送により適したポテンシャル
・プロファイルが得られるため、信号電荷の転送がより
スムーズに行われることになる。
向においてポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の
下手に存在する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複
数の領域（本例では、領域１６1〜１６3と領域１７1，
１７2）を形成したことにより、ひとつの電極下でポテ
ンシャル段差が生じ、十分な大きさの転送電界が得られ
るため、転送効率が大幅に改善され、不良率を低減でき
るとともとに、歩留りを向上できる。特に、複数の領域
間の境界を電極配列方向に対し斜めに形成したことによ
り、電極配列方向における各領域間のポテンシャル段差
がなめらかになり、電荷転送により適したポテンシャル
・プロファイルが得られるため、信号電荷の転送がより
スムーズに行われることになる。
【００２７】図６に、本願発明者によるシミュレーショ
ン結果を示す。本例では、Ｗ／Ｌ＝１／３の電極を想定
するとともに、同一濃度のイオン注入を２度行って３段
階のポテンシャル段差を形成し、ポテンシャル段差なし
の場合（ａ）と、各領域間の境界の角度θだけを４通り
に変えた場合（ｂ）〜（ｅ）の５種類のシミュレーショ
ンを行った結果を示している。また、電極配列方向に沿
う電極の中心線と各境界との交点については、電極の長
さＬを３等分する位置に固定とする。なお、図６には、
図１１のｔ＝ｔ1におけるポテンシャルの形状を等電位
線で表現している。
ン結果を示す。本例では、Ｗ／Ｌ＝１／３の電極を想定
するとともに、同一濃度のイオン注入を２度行って３段
階のポテンシャル段差を形成し、ポテンシャル段差なし
の場合（ａ）と、各領域間の境界の角度θだけを４通り
に変えた場合（ｂ）〜（ｅ）の５種類のシミュレーショ
ンを行った結果を示している。また、電極配列方向に沿
う電極の中心線と各境界との交点については、電極の長
さＬを３等分する位置に固定とする。なお、図６には、
図１１のｔ＝ｔ1におけるポテンシャルの形状を等電位
線で表現している。
【００２８】ここで、図６（ａ）〜（ｅ）の各ケースに
ついて考察するに、ポテンシャル段差なしの場合（ａ）
には、電極中央に電界が小さくなる部分が発生し、ｔａ
ｎθ＝０の場合（ｂ）には、ポテンシャル段差なしの場
合よりも全体に電界が大きくなるが、各領域間のポテン
シャル段差がはっきりと現れる。
ついて考察するに、ポテンシャル段差なしの場合（ａ）
には、電極中央に電界が小さくなる部分が発生し、ｔａ
ｎθ＝０の場合（ｂ）には、ポテンシャル段差なしの場
合よりも全体に電界が大きくなるが、各領域間のポテン
シャル段差がはっきりと現れる。
【００２９】また、０＜ｔａｎθ＜１／３・Ｌ／Ｗの場
合（ｃ）には、各領域間のポテンシャル段差がややなめ
らかになるものの、まだ充分とは言えない。１／３・Ｌ
／Ｗ＜ｔａｎθ＜４／３・Ｌ／Ｗの場合（ｄ）には、１
つの電極下のほぼ全域に亘ってなめらかなポテンシャル
が得られる。一方、４／３・Ｌ／Ｗ＜ｔａｎθの場合
（ｅ）のように、境界の角度θを大きくとりすぎると、
各領域間にポテンシャル段差が現れ、逆効果となる。
合（ｃ）には、各領域間のポテンシャル段差がややなめ
らかになるものの、まだ充分とは言えない。１／３・Ｌ
／Ｗ＜ｔａｎθ＜４／３・Ｌ／Ｗの場合（ｄ）には、１
つの電極下のほぼ全域に亘ってなめらかなポテンシャル
が得られる。一方、４／３・Ｌ／Ｗ＜ｔａｎθの場合
（ｅ）のように、境界の角度θを大きくとりすぎると、
各領域間にポテンシャル段差が現れ、逆効果となる。
【００３０】このシミュレーション結果から明らかなよ
うに、境界の角度θが式（１）の条件を満足すること
で、最適なポテンシャル・プロファイルを得ることがで
きる。
うに、境界の角度θが式（１）の条件を満足すること
で、最適なポテンシャル・プロファイルを得ることがで
きる。
【００３１】再び図１において、１層目の電極１３2，
１３4を表わす一点鎖線と２層目の電極１３1，１３3を
表わす破線とで囲まれた矩形領域は、画素を構成するフ
ォトセンサ１８（図９のフォトセンサ２１に相当する）
の開口を示している。
１３4を表わす一点鎖線と２層目の電極１３1，１３3を
表わす破線とで囲まれた矩形領域は、画素を構成するフ
ォトセンサ１８（図９のフォトセンサ２１に相当する）
の開口を示している。
【００３２】このフォトセンサ１８の垂直列毎に上記構
成の垂直転送路１４が形成されており、垂直転送路１４
とフォトセンサ１８の間が、フォトセンサ１８に蓄積さ
れた信号電荷を垂直転送路１４に読み出すための読出し
ゲート１９となっている。そして、フォトセンサ１８か
ら信号電荷を読み出すタイミングで、２層目の電極１３
1，１３3に読出し電圧Ｖt が印加されるようになってい
る。
成の垂直転送路１４が形成されており、垂直転送路１４
とフォトセンサ１８の間が、フォトセンサ１８に蓄積さ
れた信号電荷を垂直転送路１４に読み出すための読出し
ゲート１９となっている。そして、フォトセンサ１８か
ら信号電荷を読み出すタイミングで、２層目の電極１３
1，１３3に読出し電圧Ｖt が印加されるようになってい
る。
【００３３】ここで、電極１３1〜１３4下における各領
域間の境界の傾斜の向きについて考える。
域間の境界の傾斜の向きについて考える。
【００３４】本参考例では、図１に示すように、各領域
間の境界が信号電荷の読出し対象となるフォトセンサ１
８側に傾斜して形成されている。これによれば、垂直転
送路１４において、フォトセンサ１８側のポテンシャル
がその反対側のポテンシャルよりも深くなるため、フォ
トセンサ１８から信号電荷を読み出す際に電極１３1，
１３3に印加する読出し電圧Ｖt の低電圧化が図れる効
果がある。換言すれば、低い読出し電圧Ｖt でも、フォ
トセンサ１８から信号電荷を確実に読み出せることにな
る。
間の境界が信号電荷の読出し対象となるフォトセンサ１
８側に傾斜して形成されている。これによれば、垂直転
送路１４において、フォトセンサ１８側のポテンシャル
がその反対側のポテンシャルよりも深くなるため、フォ
トセンサ１８から信号電荷を読み出す際に電極１３1，
１３3に印加する読出し電圧Ｖt の低電圧化が図れる効
果がある。換言すれば、低い読出し電圧Ｖt でも、フォ
トセンサ１８から信号電荷を確実に読み出せることにな
る。
【００３５】ところで、フォトセンサ１８から垂直転送
路１４へ信号電荷を読み出す期間以外、即ち電極１
３1，１３3に読出し電圧Ｖt が印加される期間以外で
は、フォトセンサ１８から垂直転送路１４への信号電荷
の漏れがあってはならない。この信号電荷の漏れ防止に
有効に対処するためには、各領域間の境界を、図７に示
すように、信号電荷の読出し対象となるフォトセンサ１
８とは反対側に傾斜して形成するようにすれば良い。
路１４へ信号電荷を読み出す期間以外、即ち電極１
３1，１３3に読出し電圧Ｖt が印加される期間以外で
は、フォトセンサ１８から垂直転送路１４への信号電荷
の漏れがあってはならない。この信号電荷の漏れ防止に
有効に対処するためには、各領域間の境界を、図７に示
すように、信号電荷の読出し対象となるフォトセンサ１
８とは反対側に傾斜して形成するようにすれば良い。
【００３６】これによれば、垂直転送路１４において、
フォトセンサ１８側のポテンシャルがその反対側のポテ
ンシャルよりも浅くなるため、電荷転送時に、電極１３
1〜１３4に印加される垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の
高レベル側の電圧のマージンを大きくとれる効果があ
る。この垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の電圧マージン
は、読出し電圧Ｖt のマージンにも影響を及ぼすもので
ある。
フォトセンサ１８側のポテンシャルがその反対側のポテ
ンシャルよりも浅くなるため、電荷転送時に、電極１３
1〜１３4に印加される垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の
高レベル側の電圧のマージンを大きくとれる効果があ
る。この垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の電圧マージン
は、読出し電圧Ｖt のマージンにも影響を及ぼすもので
ある。
【００３７】続いて、本発明の実施例について図８を用
いて説明する。本実施例に係る電荷転送装置は、上述し
た各領域間の境界を斜めに形成することによって生ずる
読出し電圧Ｖt の変化を無くためになされたものであ
る。当該読出し電圧Ｖt の変化を無くために、本実施例
に係る電荷転送装置では、図８に示すように、各領域間
の境界が電荷転送方向（電極配列方向）に対してＶ字状
に形成した構成を採っている。
いて説明する。本実施例に係る電荷転送装置は、上述し
た各領域間の境界を斜めに形成することによって生ずる
読出し電圧Ｖt の変化を無くためになされたものであ
る。当該読出し電圧Ｖt の変化を無くために、本実施例
に係る電荷転送装置では、図８に示すように、各領域間
の境界が電荷転送方向（電極配列方向）に対してＶ字状
に形成した構成を採っている。
【００３８】この場合、境界の角度θに関しては、領域
が２つの場合を考えると、 Ｌ／Ｗ＜ｔａｎθ＜４Ｌ／Ｗ なる条件を満足するように設定すれば良い。また、各領
域間の境界の位置に関しては、中心線Ｏと垂直転送路１
４の両側部との中間の補助中心線Ｏ1，Ｏ2と境界との交
点をＰ1，Ｐ2とするとき、各交点Ｐ1，Ｐ2が電極の長さ
Ｌを２等分する近傍に設定すれば良い。
が２つの場合を考えると、 Ｌ／Ｗ＜ｔａｎθ＜４Ｌ／Ｗ なる条件を満足するように設定すれば良い。また、各領
域間の境界の位置に関しては、中心線Ｏと垂直転送路１
４の両側部との中間の補助中心線Ｏ1，Ｏ2と境界との交
点をＰ1，Ｐ2とするとき、各交点Ｐ1，Ｐ2が電極の長さ
Ｌを２等分する近傍に設定すれば良い。
【００３９】このように、各領域間の境界が電荷転送方
向に対してＶ字状に形成することにより、垂直転送路１
４でのセンサ側およびその反対側のポテンシャルが同一
になるので、各領域間の境界を斜めに形成することによ
って生ずる読出し電圧Ｖt の変化を無くすことができ
る。
向に対してＶ字状に形成することにより、垂直転送路１
４でのセンサ側およびその反対側のポテンシャルが同一
になるので、各領域間の境界を斜めに形成することによ
って生ずる読出し電圧Ｖt の変化を無くすことができ
る。
【００４０】なお、本例では、ポテンシャルが異なる領
域が２つの場合を例にとって説明したが、ポテンシャル
が異なる領域を３つ以上形成しても良いことは勿論であ
り、境界の角度θおよび位置に関しては、各領域間の境
界を斜めに形成した場合と同様の考え方で設定すれば良
い。
域が２つの場合を例にとって説明したが、ポテンシャル
が異なる領域を３つ以上形成しても良いことは勿論であ
り、境界の角度θおよび位置に関しては、各領域間の境
界を斜めに形成した場合と同様の考え方で設定すれば良
い。
【００４１】なお、上記実施例では、不純物イオンの注
入によって同一電極下にポテンシャルの異なる複数の領
域を形成するとしたが、イオン注入に限定されるもので
はなく、例えば電極下の絶縁膜（シリコン酸化膜）の膜
厚を変えることによっても、同一電極下にポテンシャル
の異なる複数の領域を形成することが可能である。
入によって同一電極下にポテンシャルの異なる複数の領
域を形成するとしたが、イオン注入に限定されるもので
はなく、例えば電極下の絶縁膜（シリコン酸化膜）の膜
厚を変えることによっても、同一電極下にポテンシャル
の異なる複数の領域を形成することが可能である。
【００４２】また、上記実施例においては、ＣＣＤ型固
体撮像素子の４相駆動の垂直転送レジスタに適用した
が、２相駆動の水平転送レジスタ等、リニアセンサを含
むＣＣＤ型固体撮像素子全般の電荷転送部、さらにはＣ
ＣＤ型遅延素子の電荷転送部等にも適用し得る。
体撮像素子の４相駆動の垂直転送レジスタに適用した
が、２相駆動の水平転送レジスタ等、リニアセンサを含
むＣＣＤ型固体撮像素子全般の電荷転送部、さらにはＣ
ＣＤ型遅延素子の電荷転送部等にも適用し得る。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電荷
転送装置によれば、同一電極下に電極配列方向において
ポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の下手に存在
する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複数の領域を
形成したことにより、ひとつの電極下でポテンシャル段
差が生じ、十分な大きさの転送電界を得ることができる
ため、転送残しを生ずることなく信号電荷を転送できる
ことになる。特に、複数の領域間の境界を電極配列方向
に対してＶ字状に形成したことにより、電荷転送路での
フォトセンサ側およびその反対側のポテンシャルが同じ
になるため、複数の領域間の境界を斜めに形成したこと
によって生ずる読出し電圧Ｖt の変化を無くすことがで
きる。
転送装置によれば、同一電極下に電極配列方向において
ポテンシャルが異なり、かつ電極配列方向の下手に存在
する領域ほどそのポテンシャルが深くなる複数の領域を
形成したことにより、ひとつの電極下でポテンシャル段
差が生じ、十分な大きさの転送電界を得ることができる
ため、転送残しを生ずることなく信号電荷を転送できる
ことになる。特に、複数の領域間の境界を電極配列方向
に対してＶ字状に形成したことにより、電荷転送路での
フォトセンサ側およびその反対側のポテンシャルが同じ
になるため、複数の領域間の境界を斜めに形成したこと
によって生ずる読出し電圧Ｖt の変化を無くすことがで
きる。
【図１】ＣＣＤ型固体撮像素子の４相駆動の垂直転送レ
ジスタに適用された本発明の参考例を示す概略平面図で
ある。
ジスタに適用された本発明の参考例を示す概略平面図で
ある。
【図２】図１のＡ‐Ａ′線断面構造図である。
【図３】電極下の複数の領域の形状およびポテンシャル
を示す図である。
を示す図である。
【図４】複数の領域間の境界の傾斜角および位置の設定
条件を説明するための模式図である。
条件を説明するための模式図である。
【図５】参考例に係る垂直転送レジスタの転送動作を説
明する動作原理図である。
明する動作原理図である。
【図６】参考例に係るシミュレーション結果を示す図で
ある。
ある。
【図７】電極下の複数の領域間の境界の向きの他の例を
示す概略平面図である。
示す概略平面図である。
【図８】本発明の一実施例に係る電極下の複数の領域の
形状を示す概略平面図である。
形状を示す概略平面図である。
【図９】インターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素
子の一例を示す概略構成図である。
子の一例を示す概略構成図である。
【図１０】ＣＣＤ型固体撮像素子の４相駆動の垂直転送
レジスタの従来例を示す断面構造図である。
レジスタの従来例を示す断面構造図である。
【図１１】４相の垂直駆動パルスφＶ１〜φＶ４の波形
図である。
図である。
【図１２】従来例における垂直転送レジスタの転送動作
を説明する動作原理図である。
を説明する動作原理図である。
１１…Ｐ型半導体基板、１３1，１３3…２層目の電極、
１３2，１３4…１層目の電極、１４…垂直転送路、１６
1〜１６3，１７1，１７2…領域、１８…フォトセンサ、
１９…読出しゲート
１３2，１３4…１層目の電極、１４…垂直転送路、１６
1〜１６3，１７1，１７2…領域、１８…フォトセンサ、
１９…読出しゲート
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−58271（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 29/762 H01L 27/148 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 規則的に配列された多数の電極を有し、
これらの電極に所定の駆動パルスを印加することによっ
て電極下の電荷転送路において電極配列方向に信号電荷
を転送する電荷転送装置であって、 同一電極下に前記電極配列方向においてポテンシャルが
異なり、かつ前記電極配列方向の下手に存在する領域ほ
どそのポテンシャルが深くなる複数の領域を有し、 前記複数の領域間の境界が前記電極配列方向に対してＶ
字状に形成されていることを特徴とする電荷転送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24387193A JP3301176B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 電荷転送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24387193A JP3301176B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 電荷転送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774344A JPH0774344A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3301176B2 true JP3301176B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=17110223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24387193A Expired - Fee Related JP3301176B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301176B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6818483B2 (en) | 2002-07-16 | 2004-11-16 | Fairchild Imaging | Large area, fast frame rate charge coupled device |
| JP2004303982A (ja) | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像素子 |
| JP4706184B2 (ja) * | 2004-05-07 | 2011-06-22 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 |
| WO2012081139A1 (ja) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1993
- 1993-09-03 JP JP24387193A patent/JP3301176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0774344A (ja) | 1995-03-17 |
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