JP2008124386A - Two branch output solid-state imaging element, and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電荷転送路(転送レジスタ)の出力端部を2つの分岐転送路に並列に分岐したCCD(Charge Coupled Devices:電荷結合素子)タイプの固体撮像素子及び撮像装置に係り、特に、転送電荷を各分岐転送路へ転送残り無く良好に振り分けることができる出力2分岐型固体撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a CCD (Charge Coupled Devices) type solid-state imaging device and imaging apparatus in which an output end of a charge transfer path (transfer register) is branched in parallel into two branch transfer paths, and in particular, transfer charges. The present invention relates to an output two-branch solid-state imaging device and an imaging device that can be well distributed to each branch transfer path without remaining transfer.
近年のCCDタイプの固体撮像素子は、半導体微細加工技術の進歩に伴って多画素化が進み、数百万画素以上を搭載する様になってきている。このため、撮像画像信号を読み出す水平電荷転送路の転送段数が増し、撮像画像信号を高速に読み出すために転送駆動周波数を高くする必要が生じている。しかし、転送駆動周波数を高くすると、出力アンプから出力される電圧値信号の波形が乱れてしまうという問題が生じる。 In recent years, CCD-type solid-state imaging devices have increased in number of pixels with the progress of semiconductor microfabrication technology, and have been equipped with millions of pixels or more. For this reason, the number of transfer stages of the horizontal charge transfer path for reading the picked-up image signal increases, and it is necessary to increase the transfer drive frequency in order to read the picked-up image signal at high speed. However, when the transfer drive frequency is increased, there is a problem that the waveform of the voltage value signal output from the output amplifier is disturbed.
そこで、水平電荷転送路の出力端部を並列に分岐し、水平電荷転送路の転送駆動は高周波信号で行い、水平電荷転送路上を順次転送されてきた信号電荷を電荷振分部(電荷分岐部)で各分岐転送路に順次振り分けることで、分岐転送路の駆動周波数を水平電荷転送路の駆動周波数より1/2にする技術が開発されている(例えば、特許文献1,2)。
Therefore, the output end of the horizontal charge transfer path is branched in parallel, and the transfer drive of the horizontal charge transfer path is performed by a high-frequency signal, and the signal charge sequentially transferred on the horizontal charge transfer path is transferred to the charge distribution section (charge branch section). ), A technique has been developed in which the drive frequency of the branch transfer path is halved from the drive frequency of the horizontal charge transfer path by sequentially allocating to each branch transfer path (for example,
図7は、特許文献1記載の電荷振分部周りの表面模式図である。この従来技術では、水平電荷転送路1の出力端部を2つの分岐転送路2,3に分岐し、水平電荷転送路1上を転送されてきた信号電荷を電荷振分部4で交互に分岐転送路2,3に振り分ける様にしている。
FIG. 7 is a schematic view of the surface around the charge distribution unit described in
水平電荷転送路1,分岐転送路2,3,電荷振分部4は、夫々、埋め込みチャネル及びその上に絶縁層を介して積層された転送電極膜で構成され、転送電極膜は、電荷転送方向に交互に配置された蓄積電極膜と障壁電極膜とでなる。
Each of the horizontal
図7に示す電荷振分部4の蓄積電極膜の形状は、T字形になっている。これは、電荷振分部4の水平電荷転送路1側且つ分岐転送路3側の端部位置A2に、分岐転送路2側の端部A3を近づけるためである。即ち、位置A2にある信号電荷を分岐転送路2に振り分ける場合、位置A2と位置A3とが近い方が、電荷振分部4の信号電荷を分岐転送路2に振り分けるのが容易になるためである。
The shape of the storage electrode film of the
しかし、電荷振り分けを行う電位が電荷振分部の蓄積電極膜に印加されたとき、位置A2の電位と位置A3の電位は同電位となるため、電荷振り分けを行うときに信号電荷が電荷振分部4に残ってしまい、次に電荷振分部4が信号電荷を分岐転送路3に振り分けるとき前回の残留電荷が混入してしまう虞がある。
However, when the potential for charge distribution is applied to the storage electrode film of the charge distribution unit, the potential at position A2 and the potential at position A3 are the same, so that the signal charge is distributed when charge distribution is performed. When the
そこで、特許文献2記載の従来技術では、図8に示す様に、電荷振分部5に設ける蓄積電極膜の形状を扁平三角形状とし、位置A2付近での蓄積電極膜幅を狭くすることでショートチャネル効果を強めている。これにより、位置A2付近でのポテンシャルが三角形重心位置に対して勾配を持ち、電荷振分部5内における電荷転送が良好に行われる。
Therefore, in the prior art described in
しかしながら、電荷振分部5の形状を単純な三角形状にしても、電荷振分部5内に残留電荷が発生する虞がある。図9は、電荷振分部5の蓄積電極膜の形状を単純な三角形状としたときの電位部分を計算した図である。三角形状の電荷振分部5の中央部分に、平坦な同一ポテンシャル領域6が存在することが分かる。
However, even if the shape of the
この同一ポテンシャル領域6内では電位勾配は無く、領域6を横切る転送電荷がこの同一ポテンシャル領域6内に取り残され、次に振り分ける信号電荷に混入してしまう虞がある。
There is no potential gradient in the same
本発明の目的は、電荷振り分けを良好に行うことができる出力2分岐型固体撮像素子及び撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an output two-branch solid-state imaging device and an imaging apparatus that can perform charge distribution satisfactorily.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子は、水平電荷転送路と、該水平電荷転送路に沿って転送されてきた信号電荷を交互に2方向に振り分ける電荷分岐部と、前記2方向に対応して設けられた2つの分岐転送路とを備える出力2分岐型固体撮像素子において、前記電荷分岐部に設けられる振分電極膜の形状を、底辺部分が前記水平電荷転送路の端部に隣接し2つの斜辺の一方が前記分岐転送路の一方に隣接し他方の斜辺が他方の前記分岐転送路に隣接する三角形状に形成され、該三角形状の前記底辺に対向する頂点から前記2つの分岐転送路を分離する突起状の電極膜が延設されることを特徴とする。 The output bifurcated solid-state imaging device of the present invention corresponds to a horizontal charge transfer path, a charge branch section that alternately distributes signal charges transferred along the horizontal charge transfer path in two directions, and the two directions. In the output two-branch type solid-state imaging device including two branch transfer paths provided in the same manner, the shape of the sorting electrode film provided in the charge branch portion is adjacent to the end of the horizontal charge transfer path. One of the two hypotenuses is formed in a triangular shape adjacent to one of the branch transfer paths and the other hypotenuse is adjacent to the other branch transfer path, and the two branch transfers from the apex facing the base of the triangle A protruding electrode film for separating the paths is extended.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子の前記突起状の電極膜は2つの前記分岐転送路間を分離する素子分離帯まで延設されることを特徴とする。 The protruding electrode film of the output bifurcated solid-state imaging device of the present invention is characterized in that it extends to an element separation zone that separates the two branch transfer paths.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子の前記突起状の電極膜の幅は、該電極膜が分離する2つの前記分岐転送路の障壁電極膜の幅(電荷が横切る方向の長さ)より狭くしたことを特徴とする。 The width of the protruding electrode film of the output bifurcated solid-state imaging device of the present invention is narrower than the width of the barrier electrode film of the two branch transfer paths separated by the electrode film (the length in the direction in which charges cross). It is characterized by that.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子の前記三角形状は扁平二等辺三角形であることを特徴とする。 In the output bifurcated solid-state imaging device of the present invention, the triangular shape is a flat isosceles triangle.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子は、前記電荷分岐部が電荷振分を行うとき前記振分電極に固定電圧が印加され前記水平電荷転送路から流れ込んだ信号電荷を蓄積することなく前記分岐転送路の一方に流し込むことを特徴とする。 In the output bifurcated solid-state imaging device according to the present invention, when the charge branching unit performs charge distribution, a fixed voltage is applied to the distribution electrode, and the branching is performed without accumulating the signal charge flowing from the horizontal charge transfer path. It is characterized by flowing into one of the transfer paths.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子は、前記信号電荷は電子であり、前記水平電荷転送路と前記電荷分岐部と前記分岐転送路の夫々埋め込みチャネルがn型不純物層でなり、該n型不純物層の不純物濃度が、水平電荷転送路<電荷分岐部<分岐転送路の順に濃くなっていることを特徴とする。 In the output two-branch solid-state imaging device of the present invention, the signal charge is an electron, and the horizontal charge transfer path, the charge branching section, and the branch transfer path are embedded in an n-type impurity layer. The impurity concentration of the impurity layer is characterized by increasing in the order of horizontal charge transfer path <charge branch portion <branch transfer path.
本発明の出力2分岐型固体撮像素子は、前記水平電荷転送路の幅(電荷転送方向に対して直角方向の長さ)が前記電荷分岐部に近づくにつれて狭くなっていることを特徴とする。 The output bifurcated solid-state imaging device of the present invention is characterized in that the width of the horizontal charge transfer path (the length in the direction perpendicular to the charge transfer direction) becomes narrower as it approaches the charge branch portion.
本発明の撮像装置は、上記のいずれかに記載の出力2分岐型固体撮像素子と、該出力2分岐型固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記出力2分岐型固体撮像素子から読み出された撮像画像信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする。 The image pickup apparatus of the present invention is read from the output two-branch solid-state image pickup device according to any one of the above, drive means for driving the output two-branch solid-state image pickup device, and the output two-branch solid-state image pickup device. And a signal processing means for processing the captured image signal.
本発明によれば、電荷振り分けを良好に行うことができ高品質の画像を撮像することが可能となる。 According to the present invention, charge distribution can be performed satisfactorily and a high-quality image can be taken.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成図である。図示するデジタルカメラは、撮影レンズ10と、詳細は後述するCCDタイプの固体撮像素子100と、この両者の間に設けられた絞り12と、赤外線カットフィルタ13と、光学ローパスフィルタ14とを備える。デジタルカメラの全体を統括制御するCPU15は、フラッシュ発光部16及び受光部17を制御し、レンズ駆動部18を制御して撮影レンズ10の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部19を介し絞り12の開口量を制御して露光量調整を行う。
FIG. 1 is a configuration diagram of a digital camera according to an embodiment of the present invention. The digital camera shown in the figure includes a
また、CPU15は、撮像素子駆動部20を介して固体撮像素子100に後述のφ1〜φ5等を出力して駆動し、撮影レンズ10を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。CPU15には、操作部21を通してユーザからの指示信号が入力され、CPU15はこの指示に従って各種制御を行う。
Further, the
デジタルカメラの電気制御系は、固体撮像素子100の出力に接続されたアナログ信号処理部22と、このアナログ信号処理部22から出力されたRGBの色信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路23とを備え、これらはCPU15によって制御される。
The electric control system of the digital camera includes an analog
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ(フレームメモリ)24に接続されたメモリ制御部25と、補間演算やガンマ補正演算,RGB/YC変換処理等を行うデジタル信号処理部26と、撮像画像をJPEG画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部27と、測光データを積算しデジタル信号処理部26が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部28と、着脱自在の記録媒体29が接続される外部メモリ制御部30と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部31が接続される表示制御部32とを備え、これらは、制御バス33及びデータバス34によって相互に接続され、CPU15からの指令によって制御される。
Furthermore, the electric control system of the digital camera includes a memory control unit 25 connected to a main memory (frame memory) 24, a digital
図2は、図1に示す固体撮像素子100の平面模式図である。図示する固体撮像素子100は出力2分岐型となっている。この固体撮像素子100は、半導体基板上に多数のフォトダイオード(光電変換素子)101が二次元アレイ状に配列形成され、奇数行のフォトダイオード101に対して偶数行のフォトダイオード101が1/2ピッチづつずらして配置(所謂、ハニカム画素配列)されている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the solid-
各フォトダイオード101上に図示した「R」「G」「B」は各フォトダイオード上に積層されたカラーフィルタの色(赤=R,緑=G,青=B)を表しており、各フォトダイオード101は、3原色のうちの1色の受光量に応じた信号電荷を蓄積する。尚、原色系カラーフィルタを搭載した例を説明するが、補色系カラーフィルタを搭載することでも良い。
“R”, “G”, and “B” illustrated on each
半導体基板表面の水平方向には、各フォトダイオード101を避けるように蛇行して垂直転送電極が敷設されている。半導体基板には垂直方向に並ぶフォトダイオード列の側部に図示しない埋め込みチャネルが、フォトダイオード101を避けるように垂直方向に蛇行して形成されている。この埋め込みチャネルと、この上に設けられ垂直方向に蛇行して配置される垂直転送電極とで、垂直転送路(VCCD)102が形成される。
In the horizontal direction of the semiconductor substrate surface, vertical transfer electrodes are laid to meander to avoid each
半導体基板の下辺部には、水平転送路(HCCD)103が設けられている。この水平転送路103も、埋め込みチャネルとその上に設けられた水平転送電極とで構成され、この水平転送路103は、撮像素子駆動部20から出力される転送パルスφ1,φ2によって2相駆動される。
A horizontal transfer path (HCCD) 103 is provided on the lower side of the semiconductor substrate. This
水平転送路103の出力端部は、電荷振分部(電荷分岐部)120により、第1分岐転送路104と、第2分岐転送路105とに2分岐される。第1分岐転送路104,第2分岐転送路105の構成は水平転送路103と同様の構成(埋め込みチャネル及び転送電極)になっており、第1分岐転送路104の出力端部には、該出力端に転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を出力する第1出力アンプ106が設けられ、第2分岐転送路105の出力端部には、該出力端に転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を出力する第2出力アンプ107が設けられている。
The output end of the
第1分岐転送路104と第2分岐転送路105とは、撮像素子駆動部20が水平転送路103を駆動する転送パルスφ1,φ2を夫々1/2に分周することで生成した転送パルスφ4,φ5によって2相駆動される。
The first
本実施形態の出力2分岐型固体撮像素子100は、各垂直転送路102の端部と水平転送路103との境界部分に、水平転送路103に沿うラインメモリ108を備える。
The output bifurcated solid-
ラインメモリ108は、例えば特開2002―112119号公報に記載されている様に、各垂直転送路102から受け取った信号電荷を一時蓄積し、水平転送路103に出力するタイミングを制御することで、信号電荷の水平方向の画素加算を行うため等に使用される。画素加算は、デジタルカメラで動画撮影を行うとき即ち縮小画像を出力するとき行い、静止画像を撮像する場合には画素加算は行わない。
The
本実施形態では、ラインメモリ108を設けた出力2分岐型固体撮像素子を図示したが、ラインメモリ108を用いずに、垂直転送路102を転送されてきた信号電荷を水平転送路103に直接受け渡す構成でも良い。また、ハニカム画素配置のカラー固体撮像素子100について説明したが、フォトダイオードを正方格子状に配置し、カラーフィルタをベイヤー配列した固体撮像素子でも良い。
In the present embodiment, the output bifurcated solid-state imaging device provided with the
尚、「垂直」「水平」という用語を使用して説明したが、これは、半導体基板表面に沿う「1方向」「この1方向に対して略直角の方向」という意味である。 Although the terms “vertical” and “horizontal” have been used, this means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate and “a direction substantially perpendicular to the one direction”.
本実施形態の水平転送路103は、電荷振分部120に近づくに従って、埋め込みチャネルの幅が徐々に狭くなるように形成され、転送電極の幅(垂直方向の長さ)もこれに合わせて短く形成されている。図示する例では、水平転送路103の底辺103cに対して上辺103dが徐々に近づくように、幅が約1/2程度に狭められている。
The
図3は、水平転送路103から各分岐転送路104,105に転送される信号電荷の順序を例示する模式図である。「R」とは赤色フィルタを搭載したフォトダイオードから読み出された信号電荷であり、「G」とは緑色フィルタを搭載したフォトダイオードから読み出された信号電荷である。水平転送路103に沿って、R,G,R,G,…の順序で信号電荷が転送されている。
FIG. 3 is a schematic view illustrating the order of signal charges transferred from the
この信号電荷の転送により、タイミングT=2でR信号電荷が先ず電荷振分部120に流れ込むと、このR信号電荷は、電荷振分部120を通り、第2分岐転送路105に流れ込むことになる。
When the R signal charge first flows into the
次のタイミングT=3で、今度は、G信号電荷が電荷振分部120の隣接位置まで転送され、T=4でG信号電荷が電荷振分部120に流れ込むと、このG信号電荷は、電荷振れ分け部120を素通りして第1分岐転送路104に流れ込むことになる。
At the next timing T = 3, this time, the G signal charge is transferred to the adjacent position of the
以下、同様にして、図示する実施形態では、R信号電荷は全て第2分岐転送路105側に流れ込み、第2分岐転送路105の出力に設けられた出力アンプ107によって電圧値信号が読み出される。G信号電荷は全て第1分岐転送路104側に流れ込み、第1分岐転送路104の出力に設けられた出力アンプ106によって電圧値信号が読み出される。
Similarly, in the illustrated embodiment, all the R signal charges flow into the second
この様に、本実施形態の出力2分岐型固体撮像素子100では、電圧値信号は水平転送路103の1/2の駆動周波数で転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた信号として出力されるため、水平転送路103を高速駆動しても、出力データの波形が乱れることは無い。
As described above, in the output bifurcated solid-
図3に示す様に、本実施形態では、第1分岐転送路104に設ける転送電極の段数に対し、第2分岐転送路105に設ける転送電極の段数を1段多くしている。これは、第1分岐転送路104と第2分岐転送路105とを同一の転送パルスHPφ3,φ4で駆動し、第1分岐転送路104によって出力端まで転送されてきたG信号電荷の電圧値信号をアンプ106によって読み出すとき、同時に、第2分岐転送路105によって出力端まで転送されてきたR信号電荷の電圧値信号をアンプ107によって読み出すことができる様にするためである。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the number of transfer electrodes provided in the second
これにより、固体撮像素子から読み出されたアナログの画像データをアナログフロントエンドで相関二重サンプリングするときの位相調整が1系統で済むようになる。 As a result, only one system is required for phase adjustment when the analog image data read from the solid-state imaging device is correlated double-sampled by the analog front end.
また、電圧値信号を読み出した後の信号電荷を、第1分岐転送路104,第2分岐転送路で同時に同一リセット信号を用いてリセットドレインに廃棄することが可能となる。尚、信号電荷をリセットドレインに廃棄するとき、信号電荷の存在範囲が狭い方が良い。このため、第1分岐転送路104,第2分岐転送路105の出力端部の幅を狭める様に構成する。
In addition, the signal charge after reading the voltage value signal can be discarded to the reset drain simultaneously using the same reset signal in the first
図2に示す画素配列では、水平転送路103でR,G,R,G,…の順に並ぶ信号電荷を分岐転送路104,105に振り分けて出力させた後、次に水平転送路103には、B,G,B,G,…の順序でラインメモリ108から信号電荷が転送される。この場合でも、上記と同様にして、B信号電荷は分岐転送路105に、G信号電荷は分岐転送路104に振り分け、いずれの状態でもG信号電荷を分岐転送路104を用いて転送し出力する構成にするのが良い。
In the pixel array shown in FIG. 2, after the signal charges arranged in the order of R, G, R, G,... Are distributed to the
これにより、G信号電荷の電圧値信号は必ず出力アンプ106によって読み出され、R信号電荷及びB信号電荷の夫々の電圧値信号は必ず出力アンプ107によって読み出され、ホワイトバランス補正を行うことで、アンプ106,107間のゲイン差が吸収される。
Thereby, the voltage value signal of the G signal charge is always read by the
図4は、図2に示す水平転送路103と分岐転送路104,105との接続部における電荷振分部120の詳細を示す表面模式図である。水平転送路103は、埋め込みチャネルと、その上に繰り返し積層された第1層電極103a及び第2層電極103bの組とから成り、第1層電極103a及び第2層電極103bの組のうち1つ置きの組に転送パルスφ1が印加され、残りの1つ置きの組に、転送パルスφ1と逆位相の転送パルスφ2が印加される周知の構成になっている。
FIG. 4 is a schematic surface view showing details of the
分岐転送路104と分岐転送路105との間はp型不純物の高濃度領域でなる素子分離帯110で分離され、水平転送路103と、分岐転送路104,105との間に、電荷振分部120が設けられる。この電荷振分部120は、幅狭に形成された埋め込みチャネル上に積層された第1層電極120a及び第2層電極120bでなる振分電極(分岐電極)を備える。
The
第1層電極120aは本体部分は上面視で扁平二等辺三角形の形状を為すが、分岐転送路104,105の初段の転送電極膜104a,104b,105a,105bが電荷振分部120内に入り込む形で設けられるため、第1層電極膜120aの頂点部分と素子分離帯110との間に突起状の細い電極膜120cだけを残し、全体として漏斗形状となっている。
The
即ち、第1層電極膜120aの本体頂点位置は突起状の電極膜120cの長さ分だけ、素子分離帯110から離間して設けられる。また、電極膜120cの幅Xは、転送電極膜104b,105bの幅(転送方向の長さ)Yよりも狭くなっている。
That is, the main body vertex position of the first
第2層電極膜120bは、第1層電極膜120aの底辺部分に絶縁層を介して短冊状に設けられる。この第1層電極120a(120cを含む)及び第2層電極120bには、撮像素子駆動部20から固定電圧φ3が印加される。
The second
第1分岐転送路104は、振分電極120aの斜辺の1辺側に連設され、第2分岐転送路105は、振分電極120aの他辺側に連設される。本実施形態の水平転送路103は、その電荷振分部120側近傍において、この1辺側すなわち片側(分岐転送路104側)でのみチャネル幅が徐々に絞られる構成となっている。
The first
第1分岐転送路104,第2分岐転送路105は共に、水平電荷転送路103と同様に、埋め込みチャネルと、その上に繰り返し積層された第1層電極及び第2層電極の組とで成り、第1層電極及び第2層電極の組のうち1つ置きの組に転送パルスφ4が印加され、残りの1つ置きの組に、転送パルスφ4と逆位相の転送パルスφ5が印加される構成になっている。
Each of the first
そして、第1分岐転送路104の振分電極120aに最隣接する第1層電極104a及び第2層電極104bに転送パルスφ5が印加されるとき、第2分岐転送路105の振分電極120aに最隣接する第1層電極105a及び第2層電極105bに転送パルスφ4が印加される。
When the transfer pulse φ5 is applied to the
図5は、図4のA1―A2―A3―A4に沿う断面模式図とそのポテンシャルプロファイルを示す図である。n型半導体基板の表面部に形成されたpウェル層130には、n型の埋め込みチャネル131が形成されている。そして、この半導体基板の表面には、第1層電極膜103a,120a,105a(第1分岐転送路の場合には104a)が積層されると共に、各第1層電極膜間に、絶縁層を介して第2層電極膜103b,120b,105b(104b)が積層される。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along A1-A2-A3-A4 in FIG. 4 and a diagram showing a potential profile thereof. An n-type buried
n型の埋め込みチャネル131は、水平電荷転送路103を構成するNドープ領域Iと、電荷振分部120を構成するNドープ領域IIと、分岐転送路104,105を構成するNドープ領域IIIとに分けられ、不純物濃度は、
領域I < 領域II < 領域III
となっている。
The n-type buried
Region I <Region II <Region III
It has become.
このため、そのポテンシャルプロファイルは、分岐前の水平電荷転送路103のポテンシャルより、分岐後の分岐転送路104,105のポテンシャルが深く形成され、分岐部120におけるポテンシャルがその中間位置となる。
For this reason, in the potential profile, the potentials of the
従って、分岐部120の電極120a,120bに固定電圧(例えばアース電圧)を印加しそのポテンシャルを固定することで、水平電荷転送路103で転送されてきた信号電荷は、分岐部120に流れ込み、そのまま、分岐転送路104または105に流れ込む。
Therefore, by applying a fixed voltage (for example, ground voltage) to the
分岐転送路104,105の印加電圧φ4,φ5は位相が逆位相になっているため、そのポテンシャルは交互に上下する。これにより、分岐部120のポテンシャルより深くなった分岐転送路の方に信号電荷が流れ込むことになる。
Since the applied voltages φ4 and φ5 of the
本実施形態では、図5に示す様に、電荷分岐部120におけるポテンシャルが全領域において勾配を持つため、水平電荷転送路103から電荷分岐部120に流れ込んだ信号電荷は、電荷分岐部120内に留まることなく、そのまま分岐転送路104または105内に流れ込むことになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, since the potential in the
図6は、本実施形態の様に、振分電極120aが漏斗形状をした電荷分岐部における電位分布を計算した結果を示す図である。図4の位置A2付近では、扁平三角形状の底辺の端部分であるため、ショートチャネル効果により、位置A3に較べてポテンシャルは浅くなっており、位置A2から位置A3に向かってポテンシャルは深くなるようにスロープが形成される。
FIG. 6 is a diagram illustrating a result of calculating the potential distribution in the charge branching portion in which the
また、扁平三角形状の頂点位置は、素子分離帯(p型高濃度不純物領域)110から離れているため、素子分離帯110のポテンシャルに引っ張られて浅くなることが抑制され、深い状態が維持される。
In addition, since the apex position of the flat triangular shape is away from the element isolation band (p-type high concentration impurity region) 110, it is suppressed from being pulled shallow by the potential of the
更に、突起状の電極膜120cの幅を狭くしているため、その突起状の部分のポテンシャルは、ショートチャネル効果により浅くなる。従って、振分電極膜120a内で扁平三角形状の頂点位置が最もポテンシャルの深い領域となり、電荷はこの領域を通過して流れるような経路で分岐転送路104,105へ転送される。
Further, since the width of the protruding
以上の結果、水平電荷転送路103から電荷振分部120に流れ込んだ信号電荷を分岐転送路105に流し込む場合、電荷振分部120の遠い場所A2に流れ込んだ信号電荷でも、A2―A3間のポテンシャル勾配によって、スムースに分岐転送路105に流れ込み、電荷分岐部120に取り残されることがなくなる。
As a result, when the signal charge that has flowed from the horizontal
以上述べた様に、本実施形態によれば、電荷分岐部120の振分電極を、扁平三角形状の本体部分と、該本体部分の頂点位置から突出し2つの分岐転送路の障壁電極間を分離する突起部分とで構成し、該突起部分の幅を前記障壁電極の幅(転送電荷が横切る長さ)より狭くし、突起部分の長さを、2つの分岐転送路を分離する素子分離領域から上記扁平三角形状の頂点位置を十分に離し素子分離領域のポテンシャルが上記頂点箇所のポテンシャルに及ばない長さにしたため、振分電極下に形成されるポテンシャルは、全体的に勾配を持つことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the distribution electrode of the
これにより、本実施形態の出力2分岐型固体撮像素子では、水平電荷転送路の信号電荷を、良好に、取り残し無く、2つの分岐転送路に振り分けることが可能となり、混色等の無い高品質の画像を撮像することが可能となる。 As a result, in the output two-branch solid-state imaging device of the present embodiment, the signal charge of the horizontal charge transfer path can be distributed to the two branch transfer paths without leaving any good, and high quality without color mixing or the like. An image can be taken.
本発明に係る固体撮像素子は、高精細画像を撮像することが可能なデジタルカメラ等の撮像装置に搭載すると、有用である。 The solid-state imaging device according to the present invention is useful when mounted on an imaging device such as a digital camera capable of capturing a high-definition image.
100 固体撮像素子
103 水平電荷転送路
104,105 分岐転送路
106,107 出力アンプ
103a 水平電荷転送路の蓄積電極膜(第1層電極膜)
103b 水平電荷転送路の障壁電極膜(第2層電極膜)
104a,105a 分岐転送路の蓄積電極膜(第1層電極膜)
104b,105b 分岐転送路の障壁電極膜(第2層電極膜)
120 電荷振分部(電荷分岐部)
120a 電荷振分部の振分電極(分岐電極)膜(第1層電極膜)
120b 電荷振分部の障壁電極膜(第2層電極膜)
120c 電荷振分部の振分電極膜の突起部
φ1,φ2 水平電荷転送路の転送パルス
φ3 電荷振分部に印加する固定電圧
φ4,φ5 分岐転送路の転送パルス
100 Solid-
103b Barrier electrode film (second layer electrode film) of horizontal charge transfer path
104a, 105a Storage electrode film (first layer electrode film) of branch transfer path
104b, 105b Barrier electrode film (second layer electrode film) of branch transfer path
120 Charge distribution part (charge branching part)
120a Distribution electrode (branch electrode) film (first layer electrode film) of charge distribution unit
120b Barrier electrode film (second layer electrode film) of charge distribution unit
120c Projection portions φ1 and φ2 of the distribution electrode film of the charge distribution section Transfer pulse φ3 of the horizontal charge transfer path Fixed voltage φ4 and φ5 applied to the charge distribution section Transfer pulse of the branch transfer path
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006309221A JP2008124386A (en) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Two branch output solid-state imaging element, and imaging apparatus |
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