JP2007173774A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水平シフトレジスタの高速駆動化と画質劣化が生じない固体撮像装置を提供する。
【解決手段】水平シフトレジスタの電荷転送経路1は水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部分で、ある角度θを持って2つに分岐される。電荷転送経路1の分岐を形成する電極H1に隣接して、それぞれの電荷転送経路1上には分岐前の水平シフトレジスタと同様に第1層目の電極2と第2層目の電極3が接続された電送電極が1対配置され、それぞれの転送経路1の水平シフトレジスタの転送電極HLa、HLbを形成する。それぞれの最終段の転送電極HLa、HLbには、クロックパルスφHLa、φHLb が印加される。また分岐後のどちらか一方の転送経路上に1対の転送電極を追加で設置され、分岐後に配置した一方の転送経路とは反対のクロックパルスが印加される。
【選択図】図2
【解決手段】水平シフトレジスタの電荷転送経路1は水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部分で、ある角度θを持って2つに分岐される。電荷転送経路1の分岐を形成する電極H1に隣接して、それぞれの電荷転送経路1上には分岐前の水平シフトレジスタと同様に第1層目の電極2と第2層目の電極3が接続された電送電極が1対配置され、それぞれの転送経路1の水平シフトレジスタの転送電極HLa、HLbを形成する。それぞれの最終段の転送電極HLa、HLbには、クロックパルスφHLa、φHLb が印加される。また分岐後のどちらか一方の転送経路上に1対の転送電極を追加で設置され、分岐後に配置した一方の転送経路とは反対のクロックパルスが印加される。
【選択図】図2
Description
本発明は、ビデオカメラや画像入力装置などに利用される固体撮像装置に関するものである。
図10に、特許文献1に記載された従来技術の固体撮像装置における水平シフトレジス
タの平面図を示す。
一般にCCD(Charge Coupled Devices)における固体撮像装置の水平シフトレジスタは、半導体基板上に形成された電荷転送経路1の上部に、ポリシリコン等で形成される第1層目の電極2と、ポリシリコンから形成される第2層目の電極3が平面視において部分的に重なり合い、位置をずらして転送電極経路1と直角に交差して配置されており、第1層目の電極2と第2層目の電極3の間は絶縁膜により電気的に絶縁されている構造である。
タの平面図を示す。
一般にCCD(Charge Coupled Devices)における固体撮像装置の水平シフトレジスタは、半導体基板上に形成された電荷転送経路1の上部に、ポリシリコン等で形成される第1層目の電極2と、ポリシリコンから形成される第2層目の電極3が平面視において部分的に重なり合い、位置をずらして転送電極経路1と直角に交差して配置されており、第1層目の電極2と第2層目の電極3の間は絶縁膜により電気的に絶縁されている構造である。
そして第1層目の電極2は隣接する第2層目の電極3と接続され、1対の転送電極H1、H2を構成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
水平シフトレジスタの最終段に隣接して、ポリシリコンから形成され、ある電圧VOGが印加された出力ゲート4が配置されている。
また出力ゲート4の後段には、転送されてきた電荷を電圧に変換するための出力部6と、ある電位Vdに固定されたドレイン部10、電荷をドレイン部へ排出するためリセットクロックパルスが印加されるリセットゲート8が配置されている。
また出力ゲート4の後段には、転送されてきた電荷を電圧に変換するための出力部6と、ある電位Vdに固定されたドレイン部10、電荷をドレイン部へ排出するためリセットクロックパルスが印加されるリセットゲート8が配置されている。
図11は図10に示す固体撮像装置における水平シフトレジスタの駆動クロックパルス
の例である。
転送電極H1、転送電極H2には交互に逆相のクロックパルスを印加する事で、それぞれの転送電極下のポテンシャル電位を制御し、2相クロックによる電荷転送を実現している。なお、斜線で示した電荷は右の方から左の方に転送される。
の例である。
転送電極H1、転送電極H2には交互に逆相のクロックパルスを印加する事で、それぞれの転送電極下のポテンシャル電位を制御し、2相クロックによる電荷転送を実現している。なお、斜線で示した電荷は右の方から左の方に転送される。
水平シフトレジスタの最終段に転送された転送電荷は、出力ゲート4を介して、出力部6へ流れ込み、電圧変換される。
その後、リセットゲート8にH(ハイ)レベルのクロックが印加されることで、リセットゲート8下のポテンシャル電位が低くなり、出力部6の電荷をドレイン部10へ排出する。
その後、リセットゲート8にH(ハイ)レベルのクロックが印加されることで、リセットゲート8下のポテンシャル電位が低くなり、出力部6の電荷をドレイン部10へ排出する。
さらに、近年、CCDの高画素化に伴い水平シフトレジスタにおけるクロックパルスの周波数の高速化が求められており、特許文献1に記載された固体撮像装置の水平シフトレジスタの構成では、水平シフトレジスタを例えば30MHz以上の高速周波数で駆動する場合、固体撮像装置に備えられた出力回路の周波数特性等に影響され固体撮像装置の特性が制限されてしまう課題がある。
このため図10に示した構造の水平シフトレジスタを複数個形成し、垂直シフトレジスタから水平シフトレジスタへ電荷転送を行う時に、それぞれの水平シフトレジスタへ転送電荷を振り分けることで水平シフトレジスタの駆動周波数を低く抑えた固体撮像装置が特許文献2に示されている。
特開平04−223373号公報
特開昭59−122180号公報
特許文献2に示された固体撮像装置は、水平シフトレジスタが複数個必要であるため、固体撮像素子を構成するために必要な面積が大きくなるという第1の課題を有している。
また、複数の水平シフトレジスタの特性を均一化することが難しく、転送効率等の特性の不均一性等により画質に不具合が発生するという第2の課題を有している。
また、複数の水平シフトレジスタの特性を均一化することが難しく、転送効率等の特性の不均一性等により画質に不具合が発生するという第2の課題を有している。
前記課題に鑑み、本発明は固体撮像装置を構成するために必要な面積を大きくさせること無く、また水平シフトレジスタの特性の不均一による画質の劣化を起こさない固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、マトリックス状に複数個配列された光電変換により電荷を発生させる受光部と、電荷を転送する複数列に配列された垂直シフトレジスタと、垂直シフトレジスタより転送された電荷を水平方向へ転送する水平シフトレジスタと、水平シフトレジスタで転送された電荷を出力する出力部とを備え、水平シフトレジスタは分岐され複数の出力部が配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の固体撮像装置は、水平シフトレジスタの転送電極は水平シフトレジスタの分岐が始まる分岐点から出力部までに1個の転送電極を配置する構造とする。
また、本発明の固体撮像装置は、前記水平シフトレジスタの分岐が始まる分岐点から出力部までに1個の転送電極と、分岐されたどちらか一方の電荷転送経路において、転送電極を1個追加した配置をする構造をとる。
また、本発明の固体撮像装置は、前記水平シフトレジスタの分岐が始まる分岐点から出力部までに1個の転送電極と、分岐されたどちらか一方の電荷転送経路において、転送電極を1個追加した配置をする構造をとる。
また、本発明の固体撮像装置は、水平シフトレジスタは電荷転送経路を分岐点から出力ゲートに向かって絞り込む構造とする。
また、本発明の固体撮像装置は、水平シフトレジスタは出力部で検出した電荷を排出するためのクロックパルスの配線を共通にする。
また、本発明の固体撮像装置は、水平シフトレジスタは出力部で検出した電荷を排出するためのクロックパルスの配線を共通にする。
また、本発明の固体撮像装置は、水平シフトレジスタの電荷転送経路は、水平シフトレジスタの最終段の転送電極に隣接する転送電極部分で2つに分岐されていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、1つの水平シフトレジスタで構成されているため水平シフトレジスタの不均一による画質の劣化は発生しない。
またそれぞれの最終段の転送電極HLa、HLb下の転送経路は出力ゲートに向かって絞り込んだ形状をしているため、電荷の転送残りによる不具合が発生しない。
またそれぞれの最終段の転送電極HLa、HLb下の転送経路は出力ゲートに向かって絞り込んだ形状をしているため、電荷の転送残りによる不具合が発生しない。
さらに、それぞれのリセットゲートに接続される配線は共通化されている。このため、リセットゲートに印加されるクロックパルスは同等であり、それぞれの出力部に与えるノイズ等の影響を同等にすることができるので、出力電圧のばらつきを最小限にすることが出来る。
さらに、水平シフトレジスタの最終段の転送電極に隣接する転送電極部分で、2つに分岐されていることにより、水平シフトレジスタの特性を均一化することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図1は本発明に係る固体撮像装置の部分の構成図を示すものである。
本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換するため半導体基板上にマトリックス状に複数形成、配置された受光部12と、受光部12で変換した電荷を転送するため受光部12に隣接して垂直方向に複数列配置された垂直シフトレジスタ13と、前記垂直シフトレジスタ13から転送された電荷を受け取り、出力部7へ転送するための水平シフトレジスタ14と、水平シフトレジスタ14から転送された電荷を電圧変換する出力部7とを有している。
本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換するため半導体基板上にマトリックス状に複数形成、配置された受光部12と、受光部12で変換した電荷を転送するため受光部12に隣接して垂直方向に複数列配置された垂直シフトレジスタ13と、前記垂直シフトレジスタ13から転送された電荷を受け取り、出力部7へ転送するための水平シフトレジスタ14と、水平シフトレジスタ14から転送された電荷を電圧変換する出力部7とを有している。
図2は本発明の実施形態に係る固体撮像装置であり、特に水平シフトレジスタの平面図である。
半導体基板上に形成された電荷転送経路1の上部にポリシリコン等で形成される第1層目の電極2と、ポリシリコン等から形成される第2層目の電極3が部分的に重なり合わされて配置されており、第1層目の電極2と第2層目の電極3の間は絶縁膜により電気的に絶縁されている。
半導体基板上に形成された電荷転送経路1の上部にポリシリコン等で形成される第1層目の電極2と、ポリシリコン等から形成される第2層目の電極3が部分的に重なり合わされて配置されており、第1層目の電極2と第2層目の電極3の間は絶縁膜により電気的に絶縁されている。
そして第1層目の電極2は隣接する第2層目の電極3と接続され、1対の転送電極H1、H2を構成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域(図示せず)が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域(図示せず)が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
水平シフトレジスタの電荷転送経路1は水平シフトレジスタ14の最終段の隣接電極部分で、ある角度θを持って2つに分岐される。即ち電荷転送経路1終端部分の転送電極H2の領域で、電荷転送経路1のセンターラインが、角度2θで一方方向(図2において上方)と、他方向(図2において下方)に枝分かれし、電荷転送経路1がこの枝分かれしたセンターラインに沿って配置される。
このとき水平シフトレジスタの転送経路を分岐するための角度θは、90度までの範囲で任意に設定されるが、鈍角にならない範囲で有ればCCDの設計レイアウトの許容する範囲の角度を用いることが出来る。
分岐部分の電荷転送経路1は、分岐点となる転送電極H2からそれぞれの出力ゲート4,5に向かって絞り込んだ形状となっている。即ち、それぞれの分岐の基端部分は、分岐点となる転送電極H2の第1層目の電極2の後側縁から出力ゲート4,5の前側縁に向かって幅が狭くなるように形成され、その後は同一幅である。
そして電荷転送経路1の分岐の基点となる電極H2の第1層目の電極2に隣接して、それぞれの電荷転送経路1上には、分岐前の水平シフトレジスタ14と同様に、第1層目の電極2と第2層目の電極3が接続された転送電極HLa,HLbが、それぞれの電荷転送経路1の分岐したそれぞれのセンターラインに対して直角に交差するように配置され、それぞれの電荷転送経路1の水平シフトレジスタ14の最終段の転送電極HLa,HLbを形成する。
また、分岐された電荷転送経路1のどちらか一方の電荷転送経路において、転送電極を1つ配置する。即ち、図2において下側へ分岐された電荷転送経路に配置された電極HLbの後側縁と出力ゲート5の前側縁の間に転送電極HLbaを設置する。
この転送電極HLbaも電荷転送経路1の分岐したセンターラインに対して直角に交差するよう形成されている。
それぞれの転送電極HLa,HLbにはクロックパルスφHLa,φHLbが印加される。また、転送電極HLbaはクロックパルスφHLaと同一のクロックパルスが印加される。
それぞれの転送電極HLa,HLbにはクロックパルスφHLa,φHLbが印加される。また、転送電極HLbaはクロックパルスφHLaと同一のクロックパルスが印加される。
なお、分岐の基点となる電極H2の第1層目の電極2は、後側縁が分岐したそれぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差し、鈍角に折れ曲がった側縁として形成されている。
そして、それぞれの転送電極HLa,HLbaに隣接して、ある電位VOGに固定された出力ゲート4,5が設けられる。
この出力ゲート4,5も、それぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように配置されている。
この出力ゲート4,5も、それぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように配置されている。
また、それぞれの電荷転送経路1の出力ゲート4,5の後段には、転送されてきた電荷を電圧に変換するための出力部6,7が配置されている。さらに、それぞれの電荷転送経路の終端には、ある電位Vdに固定されたドレイン部10,11を配置し、転送電荷をドレイン部10,11へ排出するためリセットクロックパルスが印加されるリセットゲート8,9がそれぞれ配置されている。
なお、それぞれのリセットゲート8,9に接続されている配線は共通化されている。
以上、説明したように本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、一本の水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部で、ある角度θをもって分岐しそれぞれの電荷転送経路に対して2つの出力部6,7を配置するという装置構成上の特徴を備えている。
以上、説明したように本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、一本の水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部で、ある角度θをもって分岐しそれぞれの電荷転送経路に対して2つの出力部6,7を配置するという装置構成上の特徴を備えている。
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は水平シフトレジスタ14をクロックパルスの実効値が低くても電荷転送が可能であり、小型の固体撮像装置では水平シフトレジスタ14の1つの転送電極あたりの転送経路長が短くなるため、ポテンシャル段差が小さくても電荷転送残りが起こり難くなっている。
したがって、水平シフトレジスタ14を一本で構成することができ、これにより固体撮像装置を構成するのに必要な面積を小さくすることが出来る。
また、転送電極HLbaをもう一方の電荷転送経路(図2において上方)に追加することも出来る。この場合、転送電極HLaの後側縁と出力ゲート4の前側縁の間に電極2、3で構成された転送電極を、分岐した上方の電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように1つ配置する。
また、転送電極HLbaをもう一方の電荷転送経路(図2において上方)に追加することも出来る。この場合、転送電極HLaの後側縁と出力ゲート4の前側縁の間に電極2、3で構成された転送電極を、分岐した上方の電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように1つ配置する。
また、この時に前記転送電極には、クロックパルスφHLbと同じクロックパルスが印加される。
次に図3、図4、図5を用いて本発明における固体撮像装置の水平シフトレジスタの動作について説明する。
次に図3、図4、図5を用いて本発明における固体撮像装置の水平シフトレジスタの動作について説明する。
図3は本発明に係わる実施例における固体撮像装置の水平シフトレジスタ14の駆動タイミング例であり、図4は図2中のA−X間断面の電位ポテンシャルプロファイル、図5は図2中のB−X間断面のポテンシャルプロファイルである。
水平シフトレジスタの転送電極H1、H2には交互に逆相のクロックパルスを印加する事で、それぞれの転送電極下のポテンシャル電位を制御し、2相クロックによる電荷転送を実現している。
タイミングt1では、φH2がH(ハイ)レベルにあり、水平転送シフトレジスタ14を転送されてきた電荷Bは、分岐点となるH2電極下のストレージ領域に蓄積された状態となる。
タイミングt2では、φHLaはL(ロー)レベル、φHLbがHレベルになる。このためHLb電極下のポテンシャル電位が下がる。またφH2がLレベルになるため、H2電極下のポテンシャルレベルが高くなり、転送電荷BはHLb電極下のストレージ領域へ転送される。
タイミングt3ではφHLaはLレベル、φHLbはHレベルのままである。φH2がHレベルになるため、水平転送レジスタを転送されてきた電送電荷Aが分岐点となるH2電極下のストレージ領域へ転送される。
タイミングt4では、φHLaはHレベルとなり、φHLbはLレベルとなる。このためHLa電極下のポテンシャル電位は下がり、φHLb電極下のポテンシャル電位は高くなる。このときφH2はLレベルとなるため、転送電荷AはHLa電極下のストレージ領域へ転送される。またφHLbaはHレベルとなり、HLba電極下のポテンシャル電位が下がるため、転送電荷BはHLBa下のストレージ領域へ転送される。
タイミングt5ではφHLaはHレベル、φHLbはLレベルのままである。φH2がHレベルになるため、水平転送レジスタ14を転送されてきた電送電荷B'が分岐点となるH2電極下のストレージ領域へ転送される。
タイミングt6ではφHLa、およびφHLbaがともにLレベルとなる。このためHLa,およびHLba電極下のポテンシャル電位が高くなり、転送電荷Aは出力部6,転送電極Bは出力部7へ転送される。
このときφHLbはHレベルとなり、HLb電極下のポテンシャル電位が下がる。またφH2がLレベルになるため、H2電極下のポテンシャル電位が高くなり転送電荷B'は、HLb電極下のストレージ領域へ転送される。
タイミングt7ではφRがHレベルとなりリセットゲート8、およびリセットゲート9下のポテンシャル電位が下がることで、出力部6の転送電荷Aはドレイン部10、出力部7の転送電荷Bがドレイン部11へ排出される。
以下、一連の動作を繰り返すことにより転送電荷を水平シフトレジスタ14の最終段のポテンシャル電位を制御することで、それぞれの出力部6,7に交互に振り分ける事が出来る。
転送電荷の振り分けは水平シフトレジスタ14の最終段のポテンシャル電位の制御で行うため、最終段の駆動クロック周波数を遅くすることが出来、最終段から出力部6,7への電荷転送時間が増え、電荷転送残りを抑制できる。
加えて電荷転送経路が出力ゲート4、5に向かって絞り込まれた構造を有するため、更に電荷転送残りを回避でき、転送残りによる画質異常を抑制できる。
また出力部6、7の動作を低速に出来るため、出力回路の周波数特性による制限を回避する事が出来る。
また出力部6、7の動作を低速に出来るため、出力回路の周波数特性による制限を回避する事が出来る。
さらにリセットクロックパルスは、同じパルスをそれぞれのリセットゲート8、9に印加するため、それぞれの出力部6、7より変換した信号に同じリセットクロックパルスが影響を与えることになり、それぞれの信号に微妙な差が生じ難くなり、画質異常を抑制できる。
また本発明に拘わるもう一つの実施形態について説明する。
図6は本発明の実施形態に拘わる固体撮像装置の部分平面図であり、特に水平シフトレジスタの部分平面図である。
図6は本発明の実施形態に拘わる固体撮像装置の部分平面図であり、特に水平シフトレジスタの部分平面図である。
半導体基板上に形成された電荷転送経路1の上部にポリシリコン等で形成される第1層目の電極2と、ポリシリコン等から形成される第2層目の電極3が部分的に重なり合わされて配置されており、第1層目の電極2と第2層目の電極3の間は絶縁膜により電気的に絶縁されている。
そして第1層目の電極2は隣接する第2層目の電極3と接続され、1対の転送電極H1、H2を構成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域(図示せず)が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
また第2層目の電極3下はp型の不純物領域(図示せず)が形成されており、この不純物領域の形成により、第2層目の電極3の下のポテンシャル電位は第1層目の電極2下のポテンシャル電位より高くなっており、ポテンシャルによる障壁を形成している。
水平シフトレジスタの電荷転送経路1は水平シフトレジスタ14の最終段の隣接電極部分で、ある角度θを持って2つに分岐される。即ち電荷転送経路1終端部分の転送電極H1の領域で、電荷転送経路1のセンターラインが、角度2θで一方方向(図6において上方)と、他方向(図6において下方)に枝分かれし、電荷転送経路1がこの枝分かれしたセンターラインに沿って配置される。
このとき水平シフトレジスタの転送経路を分岐するための角度も、90度までの範囲で任意に設定されるが、鈍角にならない範囲で有ればCCDの設計レイアウトの許容する範囲の角度を用いることが出来る。
分岐部分の電荷転送経路1は、分岐点となる転送電極H1からそれぞれの出力ゲート4,5に向かって絞り込んだ形状となっている。即ち、それぞれの分岐の基端部分は、分岐点となる転送電極H1の第1層目の電極2の後側縁から出力ゲート4,5の前側縁に向かって幅が狭くなるように形成され、その後は同一幅である。
そして電荷転送経路1の分岐の基点となる電極H1の第1層目の電極2に隣接して、それそれの電荷転送経路1上には、分岐前の水平シフトレジスタ14と同様に、第1層目の電極2と第2層目の電極3が接続された転送電極HLa,HLbが、それぞれの電荷転送経路1の分岐したセンターラインに対して直角に交差するように配置され、それぞれの電荷転送経路1の水平シフトレジスタ14の最終段の転送電極HLa,HLbを形成する。
それぞれの最終段の転送電極HLa,HLbにはクロックパルスφHLa,φHLbが印加される。
なお、分岐の基点となる電極H1の第1層目の電極2は、後側縁が分岐したそれぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差し、鈍角に折れ曲がった側縁として形成されている。
なお、分岐の基点となる電極H1の第1層目の電極2は、後側縁が分岐したそれぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差し、鈍角に折れ曲がった側縁として形成されている。
そして、それぞれの最終段の転送電極HLa,HLbに隣接して、ある電位VOGに固定された出力ゲート4,5が設けられる。
この出力ゲート4,5も、それぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように配置されている。
この出力ゲート4,5も、それぞれの電荷転送経路1のセンターラインに対して直角に交差するように配置されている。
また、それぞれの電荷転送経路1の出力ゲート4,5の後段には、転送されてきた電荷を電圧に変換するための出力部6,7が配置されている。さらに、それぞれの電荷転送経路の終端には、ある電位Vdに固定されたドレイン部10,11を配置し、転送電荷をドレイン部10,11へ排出するためリセットクロックパルスが印加されるリセットゲート8,9がそれぞれ配置されている。
なお、それぞれのリセットゲート8,9に接続されている配線は共通化されている。
以上、説明したように本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、一本の水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部で、ある角度θをもって分岐しそれぞれの電荷転送経路に対して2つの出力部6,7を配置するという装置構成上の特徴を備えている。
以上、説明したように本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、一本の水平シフトレジスタの最終段の隣接電極部で、ある角度θをもって分岐しそれぞれの電荷転送経路に対して2つの出力部6,7を配置するという装置構成上の特徴を備えている。
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は水平シフトレジスタ14をクロックパルスの実効値が低くても電荷転送が可能であり、小型の固体撮像装置では水平シフトレジスタ14の1つの転送電極あたりの転送経路長が短くなるため、ポテンシャル段差が小さくても電荷転送残りが起こり難くなっている。
したがって、水平シフトレジスタ14を一本で構成することができ、これにより固体撮像装置を構成するのに必要な面積を小さくすることが出来る。
次に図7、図8、図9を用いて本発明における固体撮像装置の水平シフトレジスタの動作について説明する。
次に図7、図8、図9を用いて本発明における固体撮像装置の水平シフトレジスタの動作について説明する。
図7は本発明における固体撮像装置の水平シフトレジスタの駆動タイミング例であり、図8は図6中のA−X間断面の電位ポテンシャルプロファイル、図9は図6中のB−X間断面のポテンシャルプロファイルである。
水平シフトレジスタ14の転送電極H1,H2には交互に逆相のクロックパルスを印加する事で、それぞれの転送電極下のポテンシャル電位を制御し、2相クロックによる電荷転送を実現している。
タイミングt1では、φHLa、φHLbはどちらもL(ロー)レベルにあり、水平シフトレジスタ14を転送されてきた転送電荷Aは、最終段の1段前のH1ゲート下のストレージ領域に蓄積された状態となる。
タイミングt2では、φHL1がLレベルとなる。またφHLaがH(ハイ)レベル、φHLbがLレベルとなる。このためHLa電極下のポテンシャル電位が下がる。HLb電極下のポテンシャル電位は高いままであるため、転送電荷AはHLa電極下のストレージ領域へ振り分けられ転送される。
タイミングt3ではφHLaがLレベルになり、転送電荷Aが出力ゲート4を介して出力部6へ転送される。このときφHLbはLレベルのままであるため、次ビットの転送電荷Bは最終段の1段前のH1ゲート下のストレージ領域に蓄積された状態となる。
タイミングt4ではφHLaはLレベル、φHLbがHレベルとなる。このためHLb電極下のポテンシャル電位が下がり、転送電荷BはHLb電極下のストレージ領域へ転送される。
またリセットゲート8にはHレベルのリセットパルスが印加されることにより、出力部6の転送電荷Aをドレイン部10へ排出する。
タイミングt5ではφHLbがLレベルになり、転送電荷Bは出力ゲート5を介して出力部7へ転送される。このときφHLaはLレベルのままであるため、次々ビットの転送電荷は最終段の1段前のH1ゲート下のストレージ領域に蓄積された状態となっている。
タイミングt5ではφHLbがLレベルになり、転送電荷Bは出力ゲート5を介して出力部7へ転送される。このときφHLaはLレベルのままであるため、次々ビットの転送電荷は最終段の1段前のH1ゲート下のストレージ領域に蓄積された状態となっている。
タイミングt6ではφHLaがHレベル、φHLbはLレベルであるため、転送電荷A'はHLaゲート下のストレ一ジ領域へ振り分けられ転送される。
またリセットゲート9にはHレベルのリセットパルスが印加されることにより、出力部7の転送電荷Bをドレイン部11へ排出する。
またリセットゲート9にはHレベルのリセットパルスが印加されることにより、出力部7の転送電荷Bをドレイン部11へ排出する。
以下、一連の動作を繰り返すことにより転送電荷を水平シフトレジスタ14の最終段のポテンシャル電位を制御することで、それぞれの出力部6,7に交互に振り分ける事が出来る。
転送電荷の振り分けは水平シフトレジスタ14の最終段のポテンシャル電位の制御で行うため、最終段の駆動クロック周波数を遅くすることが出来、最終段から出力部6,7への電荷転送時間が増え、電荷転送残りを抑制できる。
加えて電荷転送経路1が出力ゲート4、5に向かって絞り込まれた構造を有するため、更に電荷転送残りを回避でき、転送残りによる画質異常を抑制できる。
さらにリセットクロックパルスは、同じパルスをそれぞれのリセットゲート8、9に印加するため、それぞれの出力部6、7より変換した信号に同じリセットクロックパルスが影響を与えることになり、それぞれの信号に微妙な差が生じ難くなり、画質異常を抑制できる。
さらにリセットクロックパルスは、同じパルスをそれぞれのリセットゲート8、9に印加するため、それぞれの出力部6、7より変換した信号に同じリセットクロックパルスが影響を与えることになり、それぞれの信号に微妙な差が生じ難くなり、画質異常を抑制できる。
以上説明したように、本発明による固体撮像装置は水平シフトレジスタの高速駆動に対して画質劣化を防止するので、ビデオカメラや画像入力装置などに利用される場合に有用である。
1 電荷転送経路
2 第1層目の電極
3 第2層目の電極
4 出力ゲート
5 出力ゲート
6 出力部
7 出力部
8 リセットゲート
9 リセットゲート
10 ドレイン部
11 ドレイン部
12 受光部
13 垂直シフトレジスタ
14 水平シフトレジスタ
2 第1層目の電極
3 第2層目の電極
4 出力ゲート
5 出力ゲート
6 出力部
7 出力部
8 リセットゲート
9 リセットゲート
10 ドレイン部
11 ドレイン部
12 受光部
13 垂直シフトレジスタ
14 水平シフトレジスタ
Claims (6)
- マトリックス状に複数個配列された光電変換により電荷を発生させる受光部と、前記電荷を転送する複数列に配列された垂直シフトレジスタと、前記垂直シフトレジスタより転送された電荷を水平方向へ転送する水平シフトレジスタと、前記水平シフトレジスタで転送された電荷を出力する出力部とを備え、
前記水平シフトレジスタは分岐され、複数の前記出力部が配置されることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記水平シフトレジスタの転送電極は前記水平シフトレジスタの分岐が始まる分岐点から出力部までに1個の転送電極を配置することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記水平シフトレジスタの転送電極は前記水平シフトレジスタの分岐が始まる分岐点から出力部までに1個の転送電極と、分岐されたどちらか一方の電荷転送経路において、転送電極を1個追加で配置することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記水平シフトレジスタは電荷転送経路を前記分岐点から出力ゲートに向かって絞り込む構造としたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記水平シフトレジスタは出力部で検出した電荷を排出するためのクロックパルスの配線を共通にしたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 水平シフトレジスタの電荷転送電荷経路は、水平シフトレジスタの最終段の転送電極に隣接する転送電極部分で、2つに分岐されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
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