CN100394610C - 固体摄像元件及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

在有横型排泄的CCD固体摄像元件中，使加在漏极区上的电压脉冲低压化。将宽度窄的第一区60设置在沟道区50和漏极区54之间设置的分离区56中电荷传输方向的一部分上，其他部分作为宽度相对宽的第二区62。按照与第一区60相邻的传输电极12-2下面的信息电荷所在位置的时序，将电压脉冲加在漏极区54上，使分离区56形成的电位势垒下降。在第一区60中即使脉冲呈低电压，电位势垒也能充分地降低，排出不需要的电荷。另一方面，在信息电荷通过与第二区62相邻的沟道区50的情况下，第二区62的电位势垒能防止电荷向漏极区54漏出，确保传输效率。

Description

固体摄像元件及其驱动方法
技术领域
本发明涉及CCD固体摄像元件及其驱动方法，特别是涉及横型排泄的低功耗化。
背景技术
在固体摄像元件中，如果摄像部中发生信息电荷过剩，则产生信息电荷溢出到周边像素中的模糊现象。为了抑制该模糊现象的发生，设有排出不需要的信息电荷的排泄结构。排泄结构中有纵型排泄结构和横型排泄结构。
其中横型排泄采用专用帧传输方式的CCD固体摄像元件。图5是帧传输方式的CCD固体摄像元件的简略结构图。帧传输方式的CCD固体摄像元件2有摄像部2i、蓄积部2s、水平传输部2h及输出部2d。在摄像部2i中生成的信息电荷的二维排列被高速地传输给蓄积部2s。在与信息电荷被保持在蓄积部2s中的同时，一行一行地被传输给水平传输部2h，再以1像素单位从水平传输部2h传输给输出部2d。输出部2d将每一像素的电荷量变换成电压值，该电压值的变化被作成CCD输出信号。
摄像部2i及蓄积部2s分别由包括沿垂直方向延伸且互相平行配置的多个沟道区、以及沿水平方向延伸且互相平行配置的多个传输电极构成的多个垂直移位寄存器构成。
在横型排泄结构的CCD固体摄像元件的情况下，在相邻的垂直移位寄存器之间形成漏极区，形成横型排泄结构。
图6是表示采用现有的横型排泄结构的帧传输方式的CCD固体摄像元件2i或蓄积部2s的一部分的模式平面图。垂直移位寄存器的沟道区4中，在相邻的沟道区之间的大致中央位置设有漏极区8，在该漏极区8和沟道区4之间设有分离区10。通过与沟道区4平行配置，以一定宽度注入高浓度的N型杂质离子，形成漏极区8。通过在沟道区4和漏极区8之间注入P型杂质离子，形成分离区10，在沟道区4和漏极区8之间形成电位势垒。
在半导体衬底上通过氧化膜形成传输电极12，沿着与沟道区4交叉的方向延伸配置。这些多个传输电极12分别绝缘地互相平行配置，分别接收垂直传输时钟脉冲φf。该垂直传输时钟脉冲φf加在传输电极12上，控制在沟道区4上形成的电位井的状态，依次传输被蓄积的信息电荷。
例如在三相驱动的情况下，时钟脉冲φ1、φ2、φ3分别加在传输电极12-1～12-3上。就是说，在三相驱动时，三个传输电极12-1～12-3被分配给一个像素，每三个传输电极12-1～12-3的置位，定义一个感光像素或信息电荷。
摄像时例如时钟脉冲φ2上升到高电平，在摄像部2i的传输电极12-2的下面形成电位井。由入射到半导体衬底中的光发生的信息电荷移动到其附近的电位井中，蓄积在该电位井中。
另外，利用相位互相不同的时钟脉冲φ1～φ3，能使在传输电极12的下面形成的电位井沿着一定的方向移动，因此，蓄积在电位井中的信息电荷将沟道区4作为传输路径(在图6中例如向下)传输。
图7是一并表示图5所示的X-X剖面的模式剖面图、以及对应于该剖面的部分的电位状态的图。图7(a)是剖面图，在P型半导体衬底Psub的表面上形成分别对应于沟道区4、漏极区8、分离区10的N阱20、N+扩散层22、P-扩散层24。在衬底表面上通过栅极氧化膜26配置传输电极12。图7(b)是表示电位状态的图，纵轴表示电位，向下正电位增加。N阱20由于加在传输电极20上的电压而耗尽，形成电位井30。该电位井30能蓄积信息电荷32。N+扩散层22形成正电位的漏极34，另外作为分离区10的P-扩散层24在传输沟道的电位井30和漏极34之间形成电位势垒36。
排出时钟脉冲φb加在漏极区8上，通常情况下该排出时钟脉冲φb下降到低电平(例如5V)。在此状态下，在沟道区4和漏极区8之间，利用分离区10形成电位势垒36。例如，在过大的光照射而在沟道区中产生大量的信息电荷的情况下，超过沟道区的蓄积允许量的电荷越过电位势垒36，流到漏极区8一侧，排放到CCD固体摄像元件中。通过这样的工作，能抑制剩余电荷漏到周边像素中而使图像混乱的模糊现象。
用上述的结构能进行电子快门工作。在该工作中，使加在漏极区8上的排出时钟脉冲φb上升到高电平，同时使加在传输电极12上的垂直传输时钟脉冲φf下降到低电平。其结果，沟道区4中的电位井变浅，同时沟道区4和漏极区8之间的势垒降低(图中36’)。因此，信息电荷沿电位的梯度移动，蓄积在沟道区4中的信息电荷经由分离区10一并被排放到漏极区8一侧。利用该工作，蓄积在摄像部2i或蓄积部2s中的信息电荷完全被排出，在摄像部2i中新的曝光期间从该时刻开始。
近年来，正在开发例如数码相机和带有照相摄影功能的携带电话这样的使用CCD固体摄像元件的小型轻量的机器。在小型轻量的机器中为了使电池也小型化，希望低功耗化。这里，迄今，为了横型排泄工作而加在漏极区8上的时钟脉冲电压是比较高的电压，降低功耗有余地。
这里如果使加在漏极区上的时钟脉冲低压化，则横型排泄的功耗下降。可是，迄今为止分离区与沟道区和漏极区之间的电位势垒不能充分下降，存在剩余电荷的排出工作和电子快门工作不完全的问题。
另一方面，如果使分离区的宽度变窄，则用低压化的时钟脉冲也能进行作为目的的剩余电荷的排出或电子快门工作。可是，在此情况下，漏极区和沟道区之间的电位势垒变低，存在信息电荷在垂直移位寄存器内传输的期间漏到漏极区中而减少的问题。
本发明就是为了解决上述问题而完成的，目的在于降低使横型排泄工作的时钟脉冲的电压振幅，降低CCD固体摄像元件的功耗，实现良好的排泄功能及电子快门功能，提供一种能获得良好的图像质量的CCD固体摄像元件及其驱动方法。
发明内容
解决上述课题用的本发明是一种固体摄像元件，其特征在于：沟道区，在半导体衬底的一个主面上以规定的间隔互相平行地沿着第一方向配置，且具有第一导电型的杂质区；多个漏极区，具有第一导电型的杂质区，该杂质区的杂质浓度比上述沟道区的杂质浓度要高，在相邻的沟道区之间沿着上述第一方向延伸配置；分离区，在上述沟道区及上述漏极区的间隙中配置，且具有与上述第一导电型不同的导电型的第二导电型；以及多个传输电极，在上述半导体衬底上沿着与上述第一方向交叉的第二方向延伸互相平行配置，以多个传输电极中的N个传输电极为一组，N为2以上的整数，上述分离区使得上述一组的传输电极中至少一个传输电极下面的区域的宽度比其他传输电极下面的区域的宽度窄。
如果采用本发明，则设置在沟道区和漏极区之间的分离区的宽度(将沟道区和漏极区隔开的距离)局部地形成得窄(即电位势垒的厚度薄)，其余部分的宽度宽(即电位势垒的厚度厚)。宽度形成得窄的第一区的电位势垒比宽度形成得宽的第二区容易受漏极区的电压的影响。即，在将时钟脉冲加在漏极区上、将信息电荷从沟道区排出的情况下，即使使时钟脉冲电压低压化，在第一区中也能进行电荷排出。另一方面，第一区只是分离区的一部分，由第二区构成另一部分，所以不会使传输效率劣化，能传输信息电荷。
这里，在上述固体摄像元件中，上述多个传输电极按与上述一组的传输电极对应的上述多个沟道区的每一个定义一个感光像素。
在本形态中，按照对应于沿沟道区的像素的排列周期的间隔设置第一区。因此对排列在沟道区中的多个信息电荷能同时通过第一区进行信息电荷的排出。
解决上述课题用的本发明的另一形态，是一种固体摄像元件的驱动方法，该固体摄像元件在半导体衬底的一个主面上以规定的间隔互相平行配置的多个沟道区之间配置漏极区，在上述沟道区及上述漏极区的间隙中配置分离区，同时在上述半导体衬底上配置多个传输电极，以多个传输电极中的N个传输电极为一组，N为2以上的整数，上述分离区使得上述一组的传输电极中至少一个传输电极下面的区域的宽度比其他传输电极下面区域的宽度窄，该固体摄像元件的驱动方法的特征在于包括：使上述多个传输电极中在宽度窄的分离区上形成的传输电极上施加的第一时钟脉冲上升，将信息电荷蓄积在与上述宽度窄的分离区相邻的上述沟道区中的蓄积步骤；以及将周期性地使电位变化的时钟脉冲供给上述多个传输电极，传输在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷的传输步骤。
在本形态中，在沟道区中与作为宽度窄的分离区的第一区相邻的部分形成电位井，由光电变换产生的信息电荷蓄积在该电位井中。采用该方法，例如在由于入射光量多等而产生过剩的信息电荷的情况下，由于第一区与好还有使上述第一时钟脉冲照样上升，且使加在上述漏极区上的第二时钟脉冲上升，将在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷的一部分排放到上述漏极区中，限制上述沟道区的蓄积电荷量的限制步骤。
本发明使第一时钟脉冲照样上升，且使第二时钟脉冲上升，在沟道区中蓄积的信息电荷被传输之前，蓄积的电荷的一部分被排放到漏极区中，能限制蓄积电荷量。因此，传输信息电荷时，即使在传输路径中有与第一区相邻的沟道区，信息电荷也不会泄漏到沟道区中，不会使传输效率劣化，能传输信息电荷。
另外，在上述固体摄像元件的驱动方法中，最好还有在使上述第一时钟脉冲下降的同时，使加在上述漏极区上的第二时钟脉冲上升，将在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷排放到上述漏极区中的排出步骤。
在本发明中，在信息电荷被保持在沟道区中与第一区相邻的部分的状态下，与第一时钟脉冲下降的同时，第二时钟脉冲上升，沟道区的电位井消失，蓄积在这里的信息电荷基本上全部经由第一区被排放到漏极区中。就是说，能将蓄积在CCD固体摄像元件的摄像部或蓄积部中的信息电荷全部排出，实现进行复位的电子快门。
附图说明
图1是表示采用本发明的横型排泄结构的帧传输方式的CCD固体摄像元件的摄像部或蓄积部的一部分的模式平面图。
图2是说明本发明的实施形态的CCD固体摄像元件的横型排泄部分的形成方法的工序流程图。
图3是说明本发明的实施形态的CCD固体摄像元件的摄像部中的模糊现象抑制工作用的垂直移位寄存器中的电位分布图。
图4是对应于图3所示的工作的时钟脉冲φ1~φ3及加在漏极区54上的漏极电压信号Vdr的时序图。
图5是帧传输方式的CCD固体摄像元件的简略结构图。
图6是表示采用现有的横型排泄结构的帧传输方式的CCD固体摄像元件的摄像部或蓄积部的一部分的模式平面图。
图7是一并表示与设置了横型排泄的垂直移位寄存器的电荷传输方向正交的方向的模式剖面图、以及对应于其剖面的部分的电位分布图。
具体实施方式
其次，参照附图说明本发明的实施形态的帧传输方式的CCD固体摄像元件。帧传输方式的CCD固体摄像元件的简略结构如图5所示，引用该图。帧传输方式的CCD固体摄像元件有摄像部2i、蓄积部2s、水平传输部2h及输出部2d。摄像部2i沿垂直方向延伸，由互相平行排列的多个移位寄存器构成，各移位寄存器的各位具有光电二极管的功能，构成感光像素。蓄积部2s由对摄像部2i的垂直移位寄存器连续遮光的多个移位寄存器构成，各移位寄存器的各位构成蓄积像素。水平传输部2h由沿水平方向延伸的单一的移位寄存器构成，蓄积部2s的移位寄存器的输出端连接在各位上。输出部2d包括暂时蓄积从水平传输部2h输出的电荷的电容、以及排出该电容中蓄积的电荷的复位晶体管。因此，蓄积在摄像部2i的各感光像素中的信息电荷在每个像素中独立地传输给蓄积部2s的蓄积像素后，一行一行地从蓄积部2s被传输给水平传输部2h，再以1像素单位从水平传输部2h传输给输出部2d。然后，在输出部2d中每一像素的电荷量被变换成电压值，该电压值的变化作为CCD输出信号供给外部电路。
在构成摄像部2i及蓄积部2s的多个垂直移位寄存器的沟道区的各沟道区之间设有漏极区，作成横型排泄结构。
图1是表示采用本发明的横型排泄结构的帧传输方式的CCD固体摄像元件的摄像部2i或蓄积部2s的一部分的模式平面图。
垂直移位寄存器的沟道区50中，在相邻的沟道区之间大致中央位置设有漏极区54，在该漏极区54和沟道区50之间设有分离区56。漏极区54与沟道区50平行配置，以一定宽度注入高浓度的N型杂质离子，形成漏极区54。通过在沟道区50和漏极区54之间注入P型杂质离子，形成分离区56，在沟道区50和漏极区54之间形成电位势垒。
本CCD固体摄像元件的大的结构上的特征在于在分离区56中形成一部分宽度窄的部分。该部分中沟道区50和漏极区54之间的电位势垒薄。以下，将该部称为第一区60，将除此以外的电位势垒相对厚的部分称为第二区62。在图1所示的结构中，使分离区52的宽度在对应于第一区60的部分中比其他部分形成得细，具体地说，第一区60的宽度为0.1～0.2微米左右，第二区62的宽度为0.3～0.5微米左右，第二区的宽度与现有的分离区大致相同。另一方面，以一定宽度形成漏极区54，为0.3～0.5微米左右。这些第一区60、第二区62及漏极区54的宽度考虑到信息电荷的传输效率和向漏极区的排出效率，验证的结果表明，最佳值分别是：第一区60的宽度为0.2微米，第二区62的宽度为0.4微米，而且，漏极区54的宽度为0.4微米。
本元件例如是三相驱动的，分别被施加垂直传输时钟脉冲φ1、φ2、φ3的传输电极12-1～12-3沿着与它们延伸的方向交叉的方向配置在上述的沟道区50、漏极区54、分离区56上。在三相驱动的情况下，由传输电极12-1～12-3这三个传输电极构成的组对应于摄像部2i及蓄积部2s中的一个像素。第一区60设置在配置这三个传输电极中的一个、例如传输电极12-2的位置上。这里第一区60的长度(在图1中纵向的尺寸)形成得与传输电极12-2的宽度大致一致。另外，在对应于一个像素的三个传输电极的每一组中设置一个第一区60。
图2是说明本元件的横型排泄部分的形成方法的工序流程图。将绝缘膜82层叠在P型半导体衬底80(Psub)上后，再层叠多晶硅膜、氮化硅膜。此后，对多晶硅膜及氮化硅膜进行构图，形成层叠了多晶硅84及氮化硅86的掩模88。在后面所述的几个离子注入工序中利用该掩模88。掩模88的一个侧壁90规定形成沟道区50的N型杂质的离子注入区，另一侧壁92、92’规定形成分离区52的P型杂质的离子注入区。这里，侧壁92对应于第二区62，侧壁92’对应于第一区60(图2(a))。
将抗蚀剂涂敷在形成了掩模88的半导体衬底80上，进行曝光，形成抗蚀剂图形94。该抗蚀剂图形94将形成分离区52的衬底区域(互相相对的侧壁92之间、以及侧壁92’之间)覆盖。将这些掩模88及抗蚀剂图形94作为掩模，注入N型杂质离子，形成N型杂质区96(图2(b))。N型杂质区96的边界基本上位于掩模88的侧壁90的下面。N型杂质区96在将抗蚀剂图形94除去后，通过进行热处理而进行扩散，形成作为沟道区50的N阱98(图2(c))。由于扩散，N型杂质区96向深度方向发展，同时沿水平方向扩展，在掩模88的侧壁92、92’的下面在边缘位置形成N阱98。
其次，将抗蚀剂涂敷在形成了N阱98的半导体衬底80上，进行曝光，形成抗蚀剂图形100。该抗蚀剂图形100将形成了N阱98的衬底区域(互相相对的侧壁96之间)覆盖。将该抗蚀剂图形100及掩模88作为掩模，注入P型杂质离子，形成相当于分离区52的P+扩散层102(图2(d))。如上所述，由于掩模88的侧壁92’比其他部分的侧壁92突出，所以用侧壁92’夹着的部分的P+扩散层102的宽度比用侧壁92夹着的部分的宽度小。
在P+扩散层102的宽度方向的中央部分注入形成漏极区54用的N型杂质离子，不进行该离子注入的部分成为分离区56。分离区56的宽度在第一区60、第二区62中都很细，由于将该微细的宽度作为掩模，所以在掩模88的两侧形成侧壁104(图2(e))。在将抗蚀剂图形100除去后，将氧化膜层叠在半导体衬底80上，对该氧化膜进行各向同性刻蚀处理，形成该侧壁104。该侧壁104的厚度规定分离区56的宽度，在对应于第一区60的部分上薄薄地形成侧壁104。例如，氧化膜形成后，将有开口的掩模覆盖在互相相对的侧壁92’之间，对带有该掩模的原氧化膜稍微进行了刻蚀后，将该掩模除去，再进行氧化膜的刻蚀。因此在对应于侧壁92’的部分，氧化膜的刻蚀量比侧壁92多，能使侧壁104的厚度薄。
这样形成了侧壁104后，在将抗蚀剂涂敷在半导体衬底80上，进行曝光，形成抗蚀剂图形106。该抗蚀剂图形106将形成了N阱98的区域覆盖。将该抗蚀剂图形106、掩模88、以及侧壁104作为掩模，注入N型杂质离子，在相当于分离区52的中央部分形成相当于漏极区54的N+扩散层108(图2(f))。另外，P+扩散层102中利用侧壁104作掩模，未进行N型杂质注入而剩余的P+扩散层110分别成为分离区56。
将抗蚀剂图形106、氮化硅86、以及多晶硅84依次除去后(图2(g))，利用与现有的CCD固体摄像元件同样的制造工序，进行传输电极和保护膜的形成。
其次说明本元件的驱动方法。图3是表示构成摄像部2i的垂直移位寄存器的电位的状态的图。图3中按照纵向排列表示时刻t1～t4的电位分布。图3(a)表示各时刻沿沟道的电位变化，图3(b)表示施加垂直传输时钟脉冲φf2的传输电极12-2的位置的沿图1中的X-X剖面的电位变化。在各电位分布图中，纵轴表示电位，向下正电位增加。另外图4是对应于图3中的工作的垂直传输时钟脉冲φf1～φf3及加在漏极区54上的排出时钟脉冲φb的时序图。
这里，在与分离区56的第一区60相邻的沟道区50上形成电位井，由光电变换产生的信息电荷蓄积在该电位井中。就是说，在时刻t1，使垂直传输时钟脉冲φf2上升到高电平，在传输电极12-2下面的N阱98中形成空的电位井150。关于沟道方向，由低电平的φf1、φf3在传输电极12-1、12-3的下面形成的高的电位成为势垒，相邻的电位井150被隔开(参照图3(a))。另外关于与沟道正交的方向，在与沟道区50(N阱98)相邻的分离区56(P+扩散层110)与漏极区54(N+扩散层108)之间形成电位势垒。这里，传输电极12-2的位置的分离区56是第一区60，在图3(b)中的对应于时刻t1的图中，用实线表示第一区60形成的电位势垒154。顺便说一下，该图中使φf1、φf3上升到高电平，在传输电极12-1、12-3的下面形成了电位井的情况下，为了对比，用虚线表示由第二区62形成的电位势垒156。在图3(a)中的对应于时刻t1的图中，用虚线表示电位势垒154、156各自的峰值电平158、160。电位势垒154、156的峰值有比势垒电位152高的势垒。另外一般说来，第一区60的电位势垒154虽然与第二区62的电位势垒156相同，但比它低一些。
在传输电极12-2及其附近产生的信息电荷162集中在电位井150中，电位井150的电位逐渐升高。在入射光强度大的像素中，由于信息电荷的蓄积，传输电极12-2下面的电位能接近相邻的传输电极12-1、12-3下面的势垒电位152。时刻t2的蓄积在电位井中的信息电荷164表示该状态。如果电位井150完全被电子填满，则再产生的信息电荷便扩散到邻近的传输电极12-1、12-3中，进而到达另一像素的电位井中。这是模糊现象，为了防止该现象的发生，采用横型排泄结构。
如图4所示，在时刻t3，加在漏极区54上的排出时钟脉冲φb从低电平上升到高电平，同时加在传输电极12-2上的垂直传输时钟脉冲φf2从高电平下降到低电平，进行电子快门工作。其结果，如对应于图3(b)中的时刻t3的图所示，沟道区50的电位浅浅地降低而消灭，同时第一区60的电位势垒降低得较低。因此，沟道区50的电位井150中蓄积的信息电荷一并被排放到漏极区54中。作为排出时钟脉冲φb，由于第一区60的宽度窄，原电位峰值低，所以上升到能使该峰值低的电位势垒下降的程度的电压即可，与以往以一定的宽度构成全部分离区的情况相比，能将高电平的电压抑制得低一些。这样，在本元件中，能用电压低的排出时钟脉冲φb进行电子快门工作，能降低功耗。
电子快门工作一旦结束，蓄积期间便开始，如图4所示，排出时钟脉冲φb下降到低电平，同时垂直传输时钟脉冲φf2再次上升到高电平。因此，如对应于图3(a)中的时刻t4的图所示，形成电位井150，同时形成第一区60及第二区62的电位势垒。因此，电子快门工作结束后产生的信息电荷被蓄积在电位井150中，呈与时刻t2相同的状态。
在时刻t5，加在漏极区54上的排出时钟脉冲φb从低电平上升到高电平。形成分离区56的电位势垒利用加在漏极区54上的电压而受到调制。具体地说，排出时钟脉冲φb呈低电平的时序，在第一区60中如上所述产生电位势垒154时，如果排出时钟脉冲φb上升到高电平，则电位势垒下降。对应于图3(b)中的时刻t5的图表示该状态，在第一区60中形成比电位势垒154及势垒电位152都低的电位势垒166。顺便说一下，在该图中，使垂直传输时钟脉冲φf1、φf3下降到低电平，在传输电极12-1、12-3的下面形成形成了电位井的情况下，为了进行对比，用虚线表示由第二区62形成的电位势垒168。另外在对应于图3(a)中的时刻t3的图中，用虚线表示电位势垒166、168各自的峰值电位电平170、172。将垂直传输时钟脉冲φf2照样上升到高电平，并使排出时钟脉冲φb上升到高电平，第一区60的电位势垒下降得比势垒电位低。
因此，蓄积在电位井150中的信息电荷中超过电位电平170的部分通过第一区60排放到漏极区54中，限制蓄积电荷量。
这样，由于限制蓄积在电位井150中的信息电荷的蓄积量，所以在信息电荷的传输中，能防止信息电荷泄漏到漏极区54中。即，在与作为传输路径的沟道区50相邻的分离区中，第一区60的电位势垒薄，与第二区62相比，信息电荷容易泄漏到漏极区54中。在此情况下，传输过程中通过第一区60部分的次数越多的信息电荷，电荷量减少得也越多。因此，在传输信息电荷之前，通过减少并限制蓄积电荷量，能使蓄积电荷量在信息电荷的传输过程中不泄漏到漏极区54中。
以上，说明了本发明的实施形态。在本实施形态中，形成宽度窄的第一区60及宽度宽的第二区62时，如图1所示，虽然在分离区56和沟道区50的接合面上形成得带有凹凸，但不受此限。例如，如图5所示，也可以使分离区56和沟道区50的接合面随意呈直线形状，变更漏极区54的宽度，形成第一区60及第二区62。
另外，在本实施形态中，作为驱动方法给出了三相驱动的例，但本发明也适用于四相驱动或更多相的驱动。例如，在四相驱动的情况下，在构成一个像素的4个传输电极中，既可以在一个传输电极下面的区域中形成第一区60，或者如图6所示，也可以在4个传输电极中的两个传输电极下面的区域中形成。
如果采用本发明的固体摄像元件及其驱动方法，则在横型排泄结构中，将宽度窄的部分设置在分离区中，从该部分排出电荷，由于电荷排出，所以能使加在漏极区上的电压脉冲低压化，能降低元件的功耗。这时，分离区的其他部分的宽度构成得较宽，能防止信息电荷从沟道区意外地漏出，能确保传输效率。

Claims (5)

1.一种固体摄像元件，其特征在于：备有
沟道区，在半导体衬底的一个主面上以规定的间隔互相平行地沿着第一方向配置，且具有第一导电型的杂质区；
多个漏极区，具有第一导电型的杂质区，该杂质区的杂质浓度比上述沟道区的杂质浓度要高，在相邻的沟道区之间沿着上述第一方向延伸配置；
分离区，在上述沟道区及上述漏极区的间隙中配置，且具有与上述第一导电型不同的导电型的第二导电型；以及
多个传输电极，在上述半导体衬底上沿着与上述第一方向交叉的第二方向延伸互相平行配置，
以多个传输电极中的N个传输电极为一组，N为2以上的整数，上述分离区使得上述一组的传输电极中至少一个传输电极下面的区域的宽度比其他传输电极下面的区域的宽度窄。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述多个传输电极按与上述一组的传输电极对应的上述多个沟道区的每一个定义一个感光像素。
3.一种固体摄像元件的驱动方法，该固体摄像元件在半导体衬底的一个主面上以规定的间隔互相平行配置的多个沟道区之间配置漏极区，在上述沟道区及上述漏极区的间隙中配置分离区，同时在上述半导体衬底上配置多个传输电极，以多个传输电极中的N个传输电极为一组，N为2以上的整数，上述分离区使得上述一组的传输电极中至少一个传输电极下面的区域的宽度比其他传输电极下面的区域的宽度窄，该固体摄像元件的驱动方法的特征在于包括：
使上述多个传输电极中在宽度窄的分离区上形成的传输电极上施加的第一时钟脉冲上升，将信息电荷蓄积在与上述宽度窄的分离区相邻的上述沟道区中的蓄积步骤；以及
将周期性地使电位变化的时钟脉冲供给上述多个传输电极，传输在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷的传输步骤。
4.根据权利要求3所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于：
在上述传输步骤之间，还有
使上述第一时钟脉冲照样上升，且使加在上述漏极区上的第二时钟脉冲上升，将在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷的一部分排放到上述漏极区中，限制上述沟道区的蓄积电荷量的限制步骤。
5.根据权利要求3所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于：
还有在使上述第一时钟脉冲下降的同时，使加在上述漏极区上的第二时钟脉冲上升，将在上述蓄积步骤中蓄积的信息电荷排放到上述漏极区中的排出步骤。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080007622A1 (en) * 2006-06-08 2008-01-10 Eastman Kodak Company Method of improving solid-state image sensor sensitivity
JP5089135B2 (ja) * 2006-07-27 2012-12-05 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド フレーム転送方式のｃｃｄ固体撮像素子
US8772891B2 (en) 2008-12-10 2014-07-08 Truesense Imaging, Inc. Lateral overflow drain and channel stop regions in image sensors
JP5701220B2 (ja) * 2008-12-10 2015-04-15 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 側部にオーバーフロードレインを備えるイメージセンサ
JP5243983B2 (ja) * 2009-01-30 2013-07-24 浜松ホトニクス株式会社 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子
CN103594480A (zh) * 2013-12-02 2014-02-19 中国电子科技集团公司第四十四研究所 具备信号电荷选择功能的ccd像元结构
KR20180005033A (ko) * 2016-07-05 2018-01-15 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1194469A (zh) * 1996-12-27 1998-09-30 松下电子工业株式会社 固体摄像器件及其驱动方法和制造方法
CN1041976C (zh) * 1994-09-29 1999-02-03 东芝株式会社 固体摄像装置的驱动方式
CN1373603A (zh) * 2001-02-28 2002-10-09 松下电器产业株式会社 固体摄像器件及其驱动方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4696021A (en) * 1982-06-03 1987-09-22 Nippon Kogaku K.K. Solid-state area imaging device having interline transfer CCD means
US4995061A (en) * 1987-12-17 1991-02-19 Texas Instruments Incorporated Two-phase CCD imager cell for TV interlace operation
KR100276971B1 (ko) * 1989-06-20 2001-01-15 다카노 야스아키 고체촬상소자의 구동방법
JP3033524B2 (ja) 1997-05-23 2000-04-17 日本電気株式会社 固体撮像装置
US6369413B1 (en) * 1999-11-05 2002-04-09 Isetex, Inc. Split-gate virtual-phase CCD image sensor with a diffused lateral overflow anti-blooming drain structure and process of making

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1041976C (zh) * 1994-09-29 1999-02-03 东芝株式会社 固体摄像装置的驱动方式
CN1194469A (zh) * 1996-12-27 1998-09-30 松下电子工业株式会社 固体摄像器件及其驱动方法和制造方法
CN1373603A (zh) * 2001-02-28 2002-10-09 松下电器产业株式会社 固体摄像器件及其驱动方法

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