JP2517258B2 - フレ−ム・トランスフア−型固体撮像素子 - Google Patents
フレ−ム・トランスフア−型固体撮像素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14887—Blooming suppression
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、ビデオカメラに使用されるフレーム・トラ
ンスファー型固体撮像素子に関する。
ンスファー型固体撮像素子に関する。
（ロ）従来の技術 フレーム・トランスファー型電荷結合素子方式（FT−
CCD）固体撮像素子において、その構造上垂直スミア現
象が問題となる。垂直スミア現象とは、撮像部の一部分
に光を照射し、その出力信号をモニタテレビジョンで観
測した場合に照射部に対応した部分の上下に縦方向の帯
状の信号が現われる現象である。これは、撮像部から蓄
積部へのフレームシフト期間においても撮像部に光が入
射し、光電変換により発生したキャリアが転送用CCDに
入り、転送され信号として出力されることが原因であ
る。例えば、箕谷他：クロスゲート構造のブルーミング
及び垂直スミアの抑制，テレビ学会技報,TEBS 94−５
ED 774（Feb.1984）等で説明されている。
CCD）固体撮像素子において、その構造上垂直スミア現
象が問題となる。垂直スミア現象とは、撮像部の一部分
に光を照射し、その出力信号をモニタテレビジョンで観
測した場合に照射部に対応した部分の上下に縦方向の帯
状の信号が現われる現象である。これは、撮像部から蓄
積部へのフレームシフト期間においても撮像部に光が入
射し、光電変換により発生したキャリアが転送用CCDに
入り、転送され信号として出力されることが原因であ
る。例えば、箕谷他：クロスゲート構造のブルーミング
及び垂直スミアの抑制，テレビ学会技報,TEBS 94−５
ED 774（Feb.1984）等で説明されている。
FT−CCD固体撮像素子において、垂直スミア現象を低
減する方法として次の３つが考えられている。第１はフ
レーム転送周波数を高くする方法、第２は垂直スミア成
分を検出し、これによって映像信号を修正する方法及び
第３はフレームシフト期間の間だけ光をしゃ断する方法
である。
減する方法として次の３つが考えられている。第１はフ
レーム転送周波数を高くする方法、第２は垂直スミア成
分を検出し、これによって映像信号を修正する方法及び
第３はフレームシフト期間の間だけ光をしゃ断する方法
である。
（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これらの方法には以下の問題点が存在
する。第１の方法は周波数増加に伴う転送用ゲートまわ
りのアドミタンスの上昇により、周波数の増加にも限界
のある。第２の方法については、周辺回路が複雑になり
かつ信号処理により画質劣化が恐れがある。第３の方法
については、開時には光の透過率が高い高速の電気的な
シャッターを作ることは技術的に困難でありまた小型、
軽量であるはずの素子を大きなものあるいは高価なもの
にしてしまう。
する。第１の方法は周波数増加に伴う転送用ゲートまわ
りのアドミタンスの上昇により、周波数の増加にも限界
のある。第２の方法については、周辺回路が複雑になり
かつ信号処理により画質劣化が恐れがある。第３の方法
については、開時には光の透過率が高い高速の電気的な
シャッターを作ることは技術的に困難でありまた小型、
軽量であるはずの素子を大きなものあるいは高価なもの
にしてしまう。
（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は斯上した問題点に鑑みてなされ、FT−CCD固
体撮像素子の半導体基板内の光電変換領域の大きさを光
電変換期間とフレームシフト期間とで異ならしめて、従
来の垂直スミア現象を低減したFT−CCD固体撮像素子を
提供するものである。
体撮像素子の半導体基板内の光電変換領域の大きさを光
電変換期間とフレームシフト期間とで異ならしめて、従
来の垂直スミア現象を低減したFT−CCD固体撮像素子を
提供するものである。
（ホ）作用 実質的な光電変換領域の大きさを外部信号の半導体基
板への印加により、フレームシフト期間において縮少さ
せ、フレームシフト期間に撮像部への光入射により発生
するキャリアを低減させることにより、垂直スミア現象
を減少させることが出来る。
板への印加により、フレームシフト期間において縮少さ
せ、フレームシフト期間に撮像部への光入射により発生
するキャリアを低減させることにより、垂直スミア現象
を減少させることが出来る。
（ヘ）実施例 以下に本発明に依るFT−CCD固体撮像素子の一実施例
を第１図および第２図を参照して詳述する。
を第１図および第２図を参照して詳述する。
第１図は本発明に依るクロスゲート構造を持つFT−CC
D固体撮像素子の構造を示す部分断面斜視図である。こ
のクロスゲート構造のFT−CCD固体撮像素子はCMOS2層ポ
リシリコン・１層アルミニウムプロセスで製造され、第
１図はその撮像部を図示している。
D固体撮像素子の構造を示す部分断面斜視図である。こ
のクロスゲート構造のFT−CCD固体撮像素子はCMOS2層ポ
リシリコン・１層アルミニウムプロセスで製造され、第
１図はその撮像部を図示している。
第１図において、（１）（１′）は第１ゲート、
（２）（２′）は第２ゲートであり、ともにポリシリコ
ンで形成され、第１ゲート（１）（１′）は水平方向
（図中のＸ軸方向）に第２ゲート（２）（２′）は垂直
方向（図中のＹ軸方向）に延在され互いに直交して配置
されたクロスゲート構造を採っている。第１ゲート
（１）（１′）下のシリコン基板（３）はフィールド酸
化膜より成る素子分離領域（４）の下を除いてゲート酸
化膜（５）を介してＮ型とする。また第２ゲート（２）
（２′）下のシリコン基板（３）は素子分離領域（４）
下を除いてゲート酸化膜（５）を介してN-型とする。第
１ゲート（１）（１′）および第２ゲート（２）
（２′）に覆われていない開口部分（６）の下はゲート
酸化膜（５）を介してＰ型とする。これらの３つの領域
はＮ型シリコン基板（７）の上面全面に設けたＰ型ウェ
ル領域（８）表面にイオン注入及び熱処理技術を用いて
形成する。更に素子分離領域（４）下には高不純物濃度
のP+型のチャンネルストップ領域（９）を設ける。第１
ゲート（１）（１′）および第２ゲート（２）（２′）
には４相のクロックパルスφ1,φ2,φ3,φ４を印加する
ためのアルミニウム電極（図示せず）が接続され、基板
（７）の裏面には金電極（10）が形成されている。なお
Ｐ型ウェル領域（８）は基準電位零に固定され、第２図
に示すクロックパルスの波高値はこの基準電位を零とし
たときの値である。Ｐ型ウェル領域（８）と基板（７）
とで形成されるPN接合の深さは素子分光感度が視覚分光
感度に近づくように最適値を選択している。
（２）（２′）は第２ゲートであり、ともにポリシリコ
ンで形成され、第１ゲート（１）（１′）は水平方向
（図中のＸ軸方向）に第２ゲート（２）（２′）は垂直
方向（図中のＹ軸方向）に延在され互いに直交して配置
されたクロスゲート構造を採っている。第１ゲート
（１）（１′）下のシリコン基板（３）はフィールド酸
化膜より成る素子分離領域（４）の下を除いてゲート酸
化膜（５）を介してＮ型とする。また第２ゲート（２）
（２′）下のシリコン基板（３）は素子分離領域（４）
下を除いてゲート酸化膜（５）を介してN-型とする。第
１ゲート（１）（１′）および第２ゲート（２）
（２′）に覆われていない開口部分（６）の下はゲート
酸化膜（５）を介してＰ型とする。これらの３つの領域
はＮ型シリコン基板（７）の上面全面に設けたＰ型ウェ
ル領域（８）表面にイオン注入及び熱処理技術を用いて
形成する。更に素子分離領域（４）下には高不純物濃度
のP+型のチャンネルストップ領域（９）を設ける。第１
ゲート（１）（１′）および第２ゲート（２）（２′）
には４相のクロックパルスφ1,φ2,φ3,φ４を印加する
ためのアルミニウム電極（図示せず）が接続され、基板
（７）の裏面には金電極（10）が形成されている。なお
Ｐ型ウェル領域（８）は基準電位零に固定され、第２図
に示すクロックパルスの波高値はこの基準電位を零とし
たときの値である。Ｐ型ウェル領域（８）と基板（７）
とで形成されるPN接合の深さは素子分光感度が視覚分光
感度に近づくように最適値を選択している。
斯上した構造により、第１ゲート（１）（１′）およ
び第２ゲート（２）（２′）下にＰ型ウェル領域（８）
内に埋め込みCCDを形成でき、縦型オーバーフロードレ
イン構造を持つ固体撮像素子が構成される。
び第２ゲート（２）（２′）下にＰ型ウェル領域（８）
内に埋め込みCCDを形成でき、縦型オーバーフロードレ
イン構造を持つ固体撮像素子が構成される。
次にこの固体撮像素子の駆動方法を第２図のタイミン
グチャートを参照して説明する。第１ゲート（１）
（１′）及び第２ゲート（２）（２′）にはそれぞれ、
第２図のタイミングチャートに示す、φ2,φ4,φ1,φ３
の電圧クロックパルスを印加する。奇数フィールドの光
電変換期間には、主にφ１が印加された第２ゲート
（２）下に、偶数フィールドのそれには主にφ３が印加
された第２ゲート（２′）下に、光電変換により発生し
た信号電荷が蓄積される。撮像部から蓄積部への転送の
期間は、伝統的な４相駆動であり、高速転送を行なう。
蓄積部から水平転送部への転送も４相駆動を用いる。
グチャートを参照して説明する。第１ゲート（１）
（１′）及び第２ゲート（２）（２′）にはそれぞれ、
第２図のタイミングチャートに示す、φ2,φ4,φ1,φ３
の電圧クロックパルスを印加する。奇数フィールドの光
電変換期間には、主にφ１が印加された第２ゲート
（２）下に、偶数フィールドのそれには主にφ３が印加
された第２ゲート（２′）下に、光電変換により発生し
た信号電荷が蓄積される。撮像部から蓄積部への転送の
期間は、伝統的な４相駆動であり、高速転送を行なう。
蓄積部から水平転送部への転送も４相駆動を用いる。
本発明でも最も特徴とする点は、第２図で示された時
間変化するφsubなる電圧クロックパルスをシリコン基
板（７）裏面上の金電極（10）に印加することである。
光電変換期間には、比較的低い電圧を、また撮像部から
蓄積部への転送期間には、高い電圧をＮ基板（７）に印
加する。印加電位は、Ｎ基板（７）側が正極（＋）とな
るような逆方向に印加する。φsubのタイミングは第２
図のタイミングチャートに示すとおりである。光電変換
期間のφsubの電圧は、ブルーミング抑圧が充分でかつ
感度低下が起こらないよう決定し、撮像部から蓄積部へ
のフレームシフト期間では、転送効率低下と感度低下が
起こらずかつスミアの抑制が充分となるように決定す
る。
間変化するφsubなる電圧クロックパルスをシリコン基
板（７）裏面上の金電極（10）に印加することである。
光電変換期間には、比較的低い電圧を、また撮像部から
蓄積部への転送期間には、高い電圧をＮ基板（７）に印
加する。印加電位は、Ｎ基板（７）側が正極（＋）とな
るような逆方向に印加する。φsubのタイミングは第２
図のタイミングチャートに示すとおりである。光電変換
期間のφsubの電圧は、ブルーミング抑圧が充分でかつ
感度低下が起こらないよう決定し、撮像部から蓄積部へ
のフレームシフト期間では、転送効率低下と感度低下が
起こらずかつスミアの抑制が充分となるように決定す
る。
この結果、Ｐ型ウェル領域（８）上に埋め込みCCDを
持つＮ型基板（７）の裏面に逆方向バイアスを印加する
ことにより、Ｐ型ウェル領域（８）とＮ型基板（７）間
の空乏層の拡がりを制御することが出来る。これは、Ｐ
型ウェル領域（８）内で光電変換により発生した電荷が
逆方向印加電圧を高くすればするほどＮ型基板（７）側
により多くの電荷がはき出されることを利用するもので
ある。したがって光電変換期間には、Ｎ型基板（７）裏
面に印加する逆方向バイアス電圧を低圧にすることによ
り、光電変換により発生した信号電荷が効率良く転送の
ためのCCDに蓄積されるようになり、フレームシフト期
間には電圧の電圧を印加することによりCCDに入り込
む、光電変換により発生した電荷を抑えることすなわ
ち、スミア低減が出来る。要約すると、実質的な光電変
換領域の大きさを光電変換期間は拡大し、フレームシフ
ト期間では縮少することが出来る固体撮像素子を実現で
きる。
持つＮ型基板（７）の裏面に逆方向バイアスを印加する
ことにより、Ｐ型ウェル領域（８）とＮ型基板（７）間
の空乏層の拡がりを制御することが出来る。これは、Ｐ
型ウェル領域（８）内で光電変換により発生した電荷が
逆方向印加電圧を高くすればするほどＮ型基板（７）側
により多くの電荷がはき出されることを利用するもので
ある。したがって光電変換期間には、Ｎ型基板（７）裏
面に印加する逆方向バイアス電圧を低圧にすることによ
り、光電変換により発生した信号電荷が効率良く転送の
ためのCCDに蓄積されるようになり、フレームシフト期
間には電圧の電圧を印加することによりCCDに入り込
む、光電変換により発生した電荷を抑えることすなわ
ち、スミア低減が出来る。要約すると、実質的な光電変
換領域の大きさを光電変換期間は拡大し、フレームシフ
ト期間では縮少することが出来る固体撮像素子を実現で
きる。
（ト）発明の効果 本発明に依れば、Ｎ型基板（７）上のＰ型ウェル領域
（８）に埋め込みCCDを形成し、Ｎ型基板（７）とＰ型
ウェル領域（８）とで形成されるPN接合の逆方向バイア
スを光電変換期間とフレームシフト期間で変化させるこ
とにより、光電変換領域の大きさを光電変換期間には拡
大しフレームシフト期間には縮少することができるの
で、半導体基板内のみで垂直スミア現象を大幅に低減で
きるフレーム・トランスファー型固体撮像素子を実現で
きる利点を有する。
（８）に埋め込みCCDを形成し、Ｎ型基板（７）とＰ型
ウェル領域（８）とで形成されるPN接合の逆方向バイア
スを光電変換期間とフレームシフト期間で変化させるこ
とにより、光電変換領域の大きさを光電変換期間には拡
大しフレームシフト期間には縮少することができるの
で、半導体基板内のみで垂直スミア現象を大幅に低減で
きるフレーム・トランスファー型固体撮像素子を実現で
きる利点を有する。
第１図は本発明に依るFT−CCD固体撮像素子を説明する
ための部分断面斜視図、第２図は本発明のFT−CCD固体
撮像素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャー
ト図である。 （１）（１′）は第１ゲート、（２）（２′）は第２ゲ
ート、（３）は半導体基板、（４）は素子分離領域、
（５）はゲート酸化膜、（６）は開口部、（７）はＮ型
基板、（８）はＰ型ウェル領域、（９）はチャンネルス
トップ領域、（10）は金電極である。
ための部分断面斜視図、第２図は本発明のFT−CCD固体
撮像素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャー
ト図である。 （１）（１′）は第１ゲート、（２）（２′）は第２ゲ
ート、（３）は半導体基板、（４）は素子分離領域、
（５）はゲート酸化膜、（６）は開口部、（７）はＮ型
基板、（８）はＰ型ウェル領域、（９）はチャンネルス
トップ領域、（10）は金電極である。
Claims (1)
- 【請求項１】撮像部と蓄積部とを有し、前記撮像部で光
電交換により発生したキャリアが前記撮像部の電荷結合
素子に蓄積される光電変換期間と前記撮像部から前記蓄
積部に前記キャリアが転送されるフレームシフト期間と
で制御されるフレーム・トランスファー型固体撮像素子
において、前記撮像部がＮ型基板上面に形成されるＰ型
ウェル領域に形成され、前記フレームシフト期間に前記
Ｎ型基板に印加される電位が、前記光電交換期間に前記
Ｎ型基板に印加される電位よりも高く設定されることを
特徴とするフレーム・トランスファー型固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034749A JP2517258B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | フレ−ム・トランスフア−型固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62034749A JP2517258B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | フレ−ム・トランスフア−型固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63202065A JPS63202065A (ja) | 1988-08-22 |
| JP2517258B2 true JP2517258B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=12422978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62034749A Expired - Lifetime JP2517258B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | フレ−ム・トランスフア−型固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517258B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5667977A (en) * | 1979-11-09 | 1981-06-08 | Toshiba Corp | Substrate voltage control method of charge transfer element |
-
1987
- 1987-02-18 JP JP62034749A patent/JP2517258B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63202065A (ja) | 1988-08-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |