JP2677579B2 - 電荷結合装置及びこの装置を具えるカメラ - Google Patents
電荷結合装置及びこの装置を具えるカメラInfo
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- 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
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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- H—ELECTRICITY
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- H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
- H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は電磁放射線を個別の電荷パケットに変換しこ
れら電荷パケットをその読出しによって移送する装置で
あって、表面に直角な方向にこの表面から順次に少なく
とも３つの層を有する半導体本体と、電荷結合装置の電
荷移送チャネルを構成する第１導電型の第１層と、局部
露光により発生した過剰電荷キャリアを前記表面に直角
な方向に流し得る電位障壁を形成する第２導電型の隣接
第２層と、過剰電荷キャリアを排出する第１導電型の隣
接第３層とを具え、前記表面にはアクティブレベル及び
ブロッキングレベル間で変化するクロック電圧を供給す
る手段に接続された電極システムを設け、電位ウエル及
び電位障壁を隣接移送チャネルに誘起するようにした電
荷結合装置及びかかる電荷結合装置を設けたカメラに関
するものである。
れら電荷パケットをその読出しによって移送する装置で
あって、表面に直角な方向にこの表面から順次に少なく
とも３つの層を有する半導体本体と、電荷結合装置の電
荷移送チャネルを構成する第１導電型の第１層と、局部
露光により発生した過剰電荷キャリアを前記表面に直角
な方向に流し得る電位障壁を形成する第２導電型の隣接
第２層と、過剰電荷キャリアを排出する第１導電型の隣
接第３層とを具え、前記表面にはアクティブレベル及び
ブロッキングレベル間で変化するクロック電圧を供給す
る手段に接続された電極システムを設け、電位ウエル及
び電位障壁を隣接移送チャネルに誘起するようにした電
荷結合装置及びかかる電荷結合装置を設けたカメラに関
するものである。
この種の電荷結合装置は、時にIEEEトランザクション
ズ オン エレクトロン デバイシス第ED−32巻 第８
号 1985年 ８月 第1430〜1438頁に、M.J.H.v.d.ステ
ーク等による論文“垂直アンチーブルーミングを有する
フレーム移送CCDカラー撮像器”から既知である。
ズ オン エレクトロン デバイシス第ED−32巻 第８
号 1985年 ８月 第1430〜1438頁に、M.J.H.v.d.ステ
ーク等による論文“垂直アンチーブルーミングを有する
フレーム移送CCDカラー撮像器”から既知である。
電荷結合装置は同一の多数の装置と相俟って例えばカ
メラに用いる二次元のイメージセンサを構成することが
できる。かかるセンサーでは通常局部露出過多の場合に
発生した電荷キャリアが露出過多区域（画素）自体を超
えてセンサー上に広がるのを防止する手段が講じられて
いる。これらの手段は“アンチーブルーミング”として
文献にしばしば示されている。“アンチーブルーミン
グ”の最も既知の方法では、過剰電荷キャリアを排出し
得るいわゆるオーバーフロー障壁及びドレイン領域を半
導体本体の表面に二次元画素のパターンの列間に設け
る。このアンチブルーミング法により、解像度及び感度
が減少するため、特に上述した文献では通常の垂直アン
チーブルーミング（VAB）も減少することが記載されて
いる。上記文献には上側のｎ型層により電荷結合装置の
埋込みチャネルを構成し、ｐ型層により過剰電荷キャリ
アのオーバーフロー障壁を構成し、下側のｎ側層により
過剰電荷キャリアのドレインを構成する垂直npn構造の
センサーが記載されている。中間層即ちｐ型層には電荷
を捕捉する電極の下側に減少された厚さの１部分を設け
ると共に下側のｎ型層が上側のｎ型層に結合される開口
をも設ける。かかる構成では、露出過多によれ“ブルー
ミング”を解像度及び／又は感度に何等又は少なくとも
ほぼ有害な影響を与える異なく有効に防止することがで
きる。
メラに用いる二次元のイメージセンサを構成することが
できる。かかるセンサーでは通常局部露出過多の場合に
発生した電荷キャリアが露出過多区域（画素）自体を超
えてセンサー上に広がるのを防止する手段が講じられて
いる。これらの手段は“アンチーブルーミング”として
文献にしばしば示されている。“アンチーブルーミン
グ”の最も既知の方法では、過剰電荷キャリアを排出し
得るいわゆるオーバーフロー障壁及びドレイン領域を半
導体本体の表面に二次元画素のパターンの列間に設け
る。このアンチブルーミング法により、解像度及び感度
が減少するため、特に上述した文献では通常の垂直アン
チーブルーミング（VAB）も減少することが記載されて
いる。上記文献には上側のｎ型層により電荷結合装置の
埋込みチャネルを構成し、ｐ型層により過剰電荷キャリ
アのオーバーフロー障壁を構成し、下側のｎ側層により
過剰電荷キャリアのドレインを構成する垂直npn構造の
センサーが記載されている。中間層即ちｐ型層には電荷
を捕捉する電極の下側に減少された厚さの１部分を設け
ると共に下側のｎ型層が上側のｎ型層に結合される開口
をも設ける。かかる構成では、露出過多によれ“ブルー
ミング”を解像度及び／又は感度に何等又は少なくとも
ほぼ有害な影響を与える異なく有効に防止することがで
きる。
この装置において、処理すべき露出過多の程度を増大
する必要がある場合には、即ち過剰電荷キャリアの全部
をいまだ排出し得る程度を増大する必要がある場合には
電荷輸送チャネル及びドレイン層間のオーバーフロー障
壁を減少させるのが最も有効である。これは下側のｎ型
層（基板）の電圧を増大すること及び／又はｐ型層に外
部的に供給される電圧を増大することによって実施する
ことができる。基板電圧を増大する場合には最大供給電
圧を高くする必要のある欠点がある。しかし、一層本質
的な欠点はオーバーフロー電位障壁を減少させると後に
詳細に説明するように最大電荷パケットが減少すること
である。一般に画素当たり処理すべき最大電荷パケット
が減少すると信号対雑音比が減少し、その結果表示中の
画像品質が劣化するようになる。
する必要がある場合には、即ち過剰電荷キャリアの全部
をいまだ排出し得る程度を増大する必要がある場合には
電荷輸送チャネル及びドレイン層間のオーバーフロー障
壁を減少させるのが最も有効である。これは下側のｎ型
層（基板）の電圧を増大すること及び／又はｐ型層に外
部的に供給される電圧を増大することによって実施する
ことができる。基板電圧を増大する場合には最大供給電
圧を高くする必要のある欠点がある。しかし、一層本質
的な欠点はオーバーフロー電位障壁を減少させると後に
詳細に説明するように最大電荷パケットが減少すること
である。一般に画素当たり処理すべき最大電荷パケット
が減少すると信号対雑音比が減少し、その結果表示中の
画像品質が劣化するようになる。
処理すべき最大露出過多を増大する他の方法はｎチャ
ネル装置においてブロッキング電圧を減少させ、従って
関連する電極の下側の電位障壁を増大することである。
基盤に対するオーバーフロー電位障壁を一定に保持する
場合には、露出過多が増大し得、従ってブロッキング電
極の下側の高電位障壁のために電荷キャリアが隣接する
画素に追従する事なく電荷パケットの電位レベルも増大
し得るようになる。実際上クロック電圧の電圧スイープ
をかように拡大することは消費電力が高くなり過ぎるた
め不可能、又 は不所望である。
ネル装置においてブロッキング電圧を減少させ、従って
関連する電極の下側の電位障壁を増大することである。
基盤に対するオーバーフロー電位障壁を一定に保持する
場合には、露出過多が増大し得、従ってブロッキング電
極の下側の高電位障壁のために電荷キャリアが隣接する
画素に追従する事なく電荷パケットの電位レベルも増大
し得るようになる。実際上クロック電圧の電圧スイープ
をかように拡大することは消費電力が高くなり過ぎるた
め不可能、又 は不所望である。
本発明の目的は最大電荷パケット（白レベル）の大き
さを処理すべき最大露出過多に対して装置の調整とは実
際上無関係とするようにした垂直アンチーブルーミング
を有する電荷結合装置を提供せんとするにある。
さを処理すべき最大露出過多に対して装置の調整とは実
際上無関係とするようにした垂直アンチーブルーミング
を有する電荷結合装置を提供せんとするにある。
本発明は電磁放射線を別個の電荷パケットに変換しこ
れら電荷パケットをその読出しによって移送する装置で
あって、表面に直角な方向にこの表面から順次に少なく
とも３つの層を有する半導体本体と、電荷結合装置の電
荷移送チャネルを構成する第１導電型の第１層と、局部
露光により発生した過剰電荷キャリアを前記表面に直角
な方向に流し得る電位障壁を形成する第２導電型の隣接
第２層と、過剰電荷キャリアを排出する第１導電型の隣
接第３層とを具え、前記表面にはアクティブレベル及び
ブロッキングレベル間で変化するクロック電圧を供給す
る手段に接続された電極システムを設け、電位ウエル及
び電位障壁を隣接移送チャネルに誘起するようにした電
荷結合装置において、電磁放射線の変換中のブロッキン
グレベルを前記電荷パケットの移送中のブロッキングレ
ベルとは相違させ、電磁放射線の変換中前記アクティブ
レベル及びブロッキングレベル間の差が電荷パケットの
移送中よりも大きくなるようにしたことを特徴とする。
れら電荷パケットをその読出しによって移送する装置で
あって、表面に直角な方向にこの表面から順次に少なく
とも３つの層を有する半導体本体と、電荷結合装置の電
荷移送チャネルを構成する第１導電型の第１層と、局部
露光により発生した過剰電荷キャリアを前記表面に直角
な方向に流し得る電位障壁を形成する第２導電型の隣接
第２層と、過剰電荷キャリアを排出する第１導電型の隣
接第３層とを具え、前記表面にはアクティブレベル及び
ブロッキングレベル間で変化するクロック電圧を供給す
る手段に接続された電極システムを設け、電位ウエル及
び電位障壁を隣接移送チャネルに誘起するようにした電
荷結合装置において、電磁放射線の変換中のブロッキン
グレベルを前記電荷パケットの移送中のブロッキングレ
ベルとは相違させ、電磁放射線の変換中前記アクティブ
レベル及びブロッキングレベル間の差が電荷パケットの
移送中よりも大きくなるようにしたことを特徴とする。
本発明は特に電荷移送中電荷パケットへの電荷キャリ
アの供給が（積分期間）の変換中よりも著しく少なくな
るため、画素間の電位障壁の高さに課せられる要求は積
分期間中よりも電荷移送中に厳しくする必要はないと言
う事実を基にしてなしたものである。ブロッキング電極
の下側の電位障壁が増大すると処理すべき最大露出過多
の程度に不変のオーバーフロー障壁に対する要求に従っ
て調整することができる。電荷移送中このオーバーフロ
ー電位障壁が再び減少し得ると言う事実により低スイー
プの通常のクロック電圧はオーバーフロー電位障壁中充
分な値となる。これがためオーバーフロー電位障壁中主
として生じる電力消費は通常の許容し得る低レベルに保
持されるようになる。
アの供給が（積分期間）の変換中よりも著しく少なくな
るため、画素間の電位障壁の高さに課せられる要求は積
分期間中よりも電荷移送中に厳しくする必要はないと言
う事実を基にしてなしたものである。ブロッキング電極
の下側の電位障壁が増大すると処理すべき最大露出過多
の程度に不変のオーバーフロー障壁に対する要求に従っ
て調整することができる。電荷移送中このオーバーフロ
ー電位障壁が再び減少し得ると言う事実により低スイー
プの通常のクロック電圧はオーバーフロー電位障壁中充
分な値となる。これがためオーバーフロー電位障壁中主
として生じる電力消費は通常の許容し得る低レベルに保
持されるようになる。
図面につき本発明を説明する。
第１図に示す電荷結合装置は１例としてｎ−チャネル
型とするが、これをｐ−チャネル型とすることもでき
る。この電荷結合装置はｎ−型珪素基板１を具え、その
表面にｐ−型領域３を設ける。このｐ−型領域３には適
当な不純物のイオン注入により電荷結合装置の埋込みチ
ャネルを構成するｎ−型領域４を設ける。ｎ−型領域４
は浅いｐ−型表面領域５により横方向に囲み、このｐ−
型表面領域５はこれにｐ−型領域３よりも多量に不純物
をドープし、これによりｎ−型領域４の近くの表面２に
寄生ｎ−型チャネルが形成されるのを防止する。この表
面２には厚さが例えばほぼ100nmの酸化珪素及び／又は
窒化珪素の薄い誘電体層６を被覆する。クロック電極７
〜10のシステムは誘電体層６上に、酸化物層（図示せ
ず）により相互絶縁された多結晶珪素の順次の３層の形
態に設ける。１例として図面には４本のクロックライン
11〜14を具え、クロック電圧φ１、φ２、φ３、φ４を
供給する４−相装置を示す。電極７（多結晶珪素Ｉ）を
クロックライン11（φ１）に接続し、電極８（多結晶珪
素II）をクロックライン12（φ２）に接続し、電極９
（多結晶珪素Ｉ）をクロックライン13（φ３）に接続
し、電極10（多結晶珪素III）をクロックライン14（φ
４）に接続する。前記文献に示されているように、これ
ら電極を適宜形成して、光窓を電極間に画成し、これに
電極材料が被覆されないようにしてブルー光が多結晶珪
素により吸収されることなく半導体本体に到達し得るよ
うにする。クロック電圧φ１〜φ４はクロック電圧源15
（線図的に示す）から供給する。ｎ−型基板１には例え
ば基板の下側に設けられた接点16の形態の電気接続を行
う。しかし、この基板接点を既知のように半導体本体の
上側に設け得ることも勿論である。ｐ−型障壁層３には
第１図に線図的にのみ示す電気接続17を設ける。
型とするが、これをｐ−チャネル型とすることもでき
る。この電荷結合装置はｎ−型珪素基板１を具え、その
表面にｐ−型領域３を設ける。このｐ−型領域３には適
当な不純物のイオン注入により電荷結合装置の埋込みチ
ャネルを構成するｎ−型領域４を設ける。ｎ−型領域４
は浅いｐ−型表面領域５により横方向に囲み、このｐ−
型表面領域５はこれにｐ−型領域３よりも多量に不純物
をドープし、これによりｎ−型領域４の近くの表面２に
寄生ｎ−型チャネルが形成されるのを防止する。この表
面２には厚さが例えばほぼ100nmの酸化珪素及び／又は
窒化珪素の薄い誘電体層６を被覆する。クロック電極７
〜10のシステムは誘電体層６上に、酸化物層（図示せ
ず）により相互絶縁された多結晶珪素の順次の３層の形
態に設ける。１例として図面には４本のクロックライン
11〜14を具え、クロック電圧φ１、φ２、φ３、φ４を
供給する４−相装置を示す。電極７（多結晶珪素Ｉ）を
クロックライン11（φ１）に接続し、電極８（多結晶珪
素II）をクロックライン12（φ２）に接続し、電極９
（多結晶珪素Ｉ）をクロックライン13（φ３）に接続
し、電極10（多結晶珪素III）をクロックライン14（φ
４）に接続する。前記文献に示されているように、これ
ら電極を適宜形成して、光窓を電極間に画成し、これに
電極材料が被覆されないようにしてブルー光が多結晶珪
素により吸収されることなく半導体本体に到達し得るよ
うにする。クロック電圧φ１〜φ４はクロック電圧源15
（線図的に示す）から供給する。ｎ−型基板１には例え
ば基板の下側に設けられた接点16の形態の電気接続を行
う。しかし、この基板接点を既知のように半導体本体の
上側に設け得ることも勿論である。ｐ−型障壁層３には
第１図に線図的にのみ示す電気接続17を設ける。
第２図に示すように、ｐ−型層３にはチャネル４の下
側又はチャネル４の少なくとも集積区域の下側に幅狭部
分18を設ける。この幅狭部分18はその深さを適宜定めて
ｎ−型チャネル４及び基板１間にｎ−型チャネルを残存
させ、このｎ−型チャネルを常規作動状態のもとで完全
に空乏状態として基板及びチャネル４間が短絡されるの
を防止する。この幅狭部分によりｐ−型領域３の厚さを
自由に選択して所望のアンチーブルーミング特性が幅狭
部分18を経て得られるようにする。
側又はチャネル４の少なくとも集積区域の下側に幅狭部
分18を設ける。この幅狭部分18はその深さを適宜定めて
ｎ−型チャネル４及び基板１間にｎ−型チャネルを残存
させ、このｎ−型チャネルを常規作動状態のもとで完全
に空乏状態として基板及びチャネル４間が短絡されるの
を防止する。この幅狭部分によりｐ−型領域３の厚さを
自由に選択して所望のアンチーブルーミング特性が幅狭
部分18を経て得られるようにする。
上述した装置を製造する方法は前記文献を参照された
い。特定の例では燐を（３〜4.5）×1014原子/cm3の濃
度でドープしたｎ−型珪素基板１を出発材料とする。幅
狭部分18を有するｐ−型層３は前記文献に記載されてい
るように得ることができ、この場合には半導体本体の表
面２からある相対距離の箇所にイオン注入及び拡散によ
り２つのｐ−型領域（ポケット）を形成し、これら領域
間のオーバーラップを横方向拡散により得ると共にこれ
ら領域によって幅狭部分18を有する共通ｐ−型領域３を
構成する。イオン注入された領域間の距離を約３μｍと
し、拡散長さを約３μｍとする。イオン注入された領域
の表面濃度を約5.6×1015硼素原子/cm3とする。ｎ−チ
ャネル４はその幅を約５μｍとし、深さ0.9μｍとし、
表面濃度を２×1016原子/cm3とする。
い。特定の例では燐を（３〜4.5）×1014原子/cm3の濃
度でドープしたｎ−型珪素基板１を出発材料とする。幅
狭部分18を有するｐ−型層３は前記文献に記載されてい
るように得ることができ、この場合には半導体本体の表
面２からある相対距離の箇所にイオン注入及び拡散によ
り２つのｐ−型領域（ポケット）を形成し、これら領域
間のオーバーラップを横方向拡散により得ると共にこれ
ら領域によって幅狭部分18を有する共通ｐ−型領域３を
構成する。イオン注入された領域間の距離を約３μｍと
し、拡散長さを約３μｍとする。イオン注入された領域
の表面濃度を約5.6×1015硼素原子/cm3とする。ｎ−チ
ャネル４はその幅を約５μｍとし、深さ0.9μｍとし、
表面濃度を２×1016原子/cm3とする。
本発明を説明するために、先ず最初第４図につき垂直
アンチーブルーミングを有する慣例のCCDイメージセン
サ配置の電位プロフィールを説明する。第４図におい
て、電位Ｖは縦軸（上下）にプロットし、半導体本体１
の表面２からの距離を横軸にプロットする。左側の斜線
区域はクロック電極を示す。又OXで示される領域は酸化
物層６に相当する。更に、領域n1,p及びn2はｎ−チャネ
ル４、ｐ−型層３、及びｎ−基板１を夫々示す。曲線2
0,21及び22は基板電圧VSUB1、例えば16Vを基板１に印加
する場合の電位プロフィールを夫々示す。曲線20はブロ
ッキング電極、即ち低電圧（例えば0V）を印加する電極
の下側の電位を示し、これがため電位障壁がこの電極の
下側に誘起され、これにより２つの隣接画素を互いに絶
縁する。電極の電圧を適宜選定してｎ−層の電位がこの
電極（点Ａ）の下側でｐ−層３の電位よりも僅かだけ高
くなり電極によってｐ−型層３に対する電位障壁を“見
る”ことができる。これがためここに発生した電子は隣
接の画素の一方に好適に流れると共に基板１を経て排出
されなくなる。曲線21は例えば＋10Vの正電圧を印加す
る積分ゲートの下側の電位分布を示す。このゲートの下
側には電子よりなる電荷パケットが蓄積され、その結果
電極の下側の領域が部分的にかつ電気的に中性となる。
第４図において、この電極的に中性な領域を電位分布の
水平ラインで示す。印加電圧を適宜選定して最大許容露
出過多の場合にブロッキングゲートの下側の電位レベル
Ａと積分ゲートの下側の電位レベル即ちレベルＣとの差
が所定値以上とならないようにする。この差Ａ−Ｃの特
定の値を例えば1Vとする。この値では実際には熱励起に
より電子が電位障壁Ａに亘り一方の画素から隣接の画素
に拡散する。特定の例では任意値Ａ−Ｃ1V、及び基板
電圧16Vで、電気的に中性な領域及びｐ−型層３の障壁
間の電圧差ΔVABは約0.4Vとなり、これは約100回の露出
に相当する。露出過多を突然停止する場合又は放射線が
入射しない隣接の蓄積個所に電荷パケットが移送される
場合には障壁ΔVABに亘る過剰電荷キャリアの拡散は停
止せず、曲線22がΔVAB0.6Vに到達するまで継続され
るようになる。値Ａ−Ｃ＝1Vが不変で高い露出過多、例
えば10,000回の露出過多を許容する場合にはΔVABを0.4
Vから約0.3Vに減少させる必要がある。同一の２レベル
クロック電圧を用いる場合には基板１に印加される電圧
及び／又はｐ−型層３に印加される電圧を変化させるこ
とができる。
アンチーブルーミングを有する慣例のCCDイメージセン
サ配置の電位プロフィールを説明する。第４図におい
て、電位Ｖは縦軸（上下）にプロットし、半導体本体１
の表面２からの距離を横軸にプロットする。左側の斜線
区域はクロック電極を示す。又OXで示される領域は酸化
物層６に相当する。更に、領域n1,p及びn2はｎ−チャネ
ル４、ｐ−型層３、及びｎ−基板１を夫々示す。曲線2
0,21及び22は基板電圧VSUB1、例えば16Vを基板１に印加
する場合の電位プロフィールを夫々示す。曲線20はブロ
ッキング電極、即ち低電圧（例えば0V）を印加する電極
の下側の電位を示し、これがため電位障壁がこの電極の
下側に誘起され、これにより２つの隣接画素を互いに絶
縁する。電極の電圧を適宜選定してｎ−層の電位がこの
電極（点Ａ）の下側でｐ−層３の電位よりも僅かだけ高
くなり電極によってｐ−型層３に対する電位障壁を“見
る”ことができる。これがためここに発生した電子は隣
接の画素の一方に好適に流れると共に基板１を経て排出
されなくなる。曲線21は例えば＋10Vの正電圧を印加す
る積分ゲートの下側の電位分布を示す。このゲートの下
側には電子よりなる電荷パケットが蓄積され、その結果
電極の下側の領域が部分的にかつ電気的に中性となる。
第４図において、この電極的に中性な領域を電位分布の
水平ラインで示す。印加電圧を適宜選定して最大許容露
出過多の場合にブロッキングゲートの下側の電位レベル
Ａと積分ゲートの下側の電位レベル即ちレベルＣとの差
が所定値以上とならないようにする。この差Ａ−Ｃの特
定の値を例えば1Vとする。この値では実際には熱励起に
より電子が電位障壁Ａに亘り一方の画素から隣接の画素
に拡散する。特定の例では任意値Ａ−Ｃ1V、及び基板
電圧16Vで、電気的に中性な領域及びｐ−型層３の障壁
間の電圧差ΔVABは約0.4Vとなり、これは約100回の露出
に相当する。露出過多を突然停止する場合又は放射線が
入射しない隣接の蓄積個所に電荷パケットが移送される
場合には障壁ΔVABに亘る過剰電荷キャリアの拡散は停
止せず、曲線22がΔVAB0.6Vに到達するまで継続され
るようになる。値Ａ−Ｃ＝1Vが不変で高い露出過多、例
えば10,000回の露出過多を許容する場合にはΔVABを0.4
Vから約0.3Vに減少させる必要がある。同一の２レベル
クロック電圧を用いる場合には基板１に印加される電圧
及び／又はｐ−型層３に印加される電圧を変化させるこ
とができる。
一例として第４図にΔVABを基板電圧により調整する
場合に生じる状態を示す。この電圧を例えば±0.2V（V
SUB2）に調整する。曲線23は例えば約1,000回の露光に
より生じる状態を示す。障壁ΔABは1Vの電圧差Ａ−Ｃに
より約0.2Vに減少する。この値ΔVAB0.2Vは充分低く
局部的に極めて高い光度で発生した光電流を基板１に排
出する。電荷パケットを隣接の露光されていない蓄積箇
所に転送する場合には基板への電荷移送は再びΔVAB
0.6Vとなるまで継続されるようになる。この状態を曲線
24で示す。レストレベルΔVABに到達する場合には形成
された電荷パケットの中性領域の電位レベルＤは著しく
減少し、基板電圧VSUB1＝16Vでレストレベルにあったレ
ベルＥに対して約1Vとなる。この基板電圧のレベルＤは
積分ゲートの下側に蓄積し得る最大電荷パケットに相当
するため許容し得る露出過多が増大すると最大電荷パケ
ットが著しく減少するようになる。この減少は特に強く
ΔVAB＝0.2Vの目標減少に対して約1Vとなることを確か
めた。その理由は基板電圧が増大するとｐ−型層３の障
壁の高さが減少し、しかもｎ−型層４の電位が同時に減
少するからである。前記差ΔVABは基板電圧が増大する
につれて比較的徐々に減少する。これがためアンチーブ
ルーミング障壁を僅かに減少させる前に層３及び４の電
位レベルを充分に減少させる必要がある。
場合に生じる状態を示す。この電圧を例えば±0.2V（V
SUB2）に調整する。曲線23は例えば約1,000回の露光に
より生じる状態を示す。障壁ΔABは1Vの電圧差Ａ−Ｃに
より約0.2Vに減少する。この値ΔVAB0.2Vは充分低く
局部的に極めて高い光度で発生した光電流を基板１に排
出する。電荷パケットを隣接の露光されていない蓄積箇
所に転送する場合には基板への電荷移送は再びΔVAB
0.6Vとなるまで継続されるようになる。この状態を曲線
24で示す。レストレベルΔVABに到達する場合には形成
された電荷パケットの中性領域の電位レベルＤは著しく
減少し、基板電圧VSUB1＝16Vでレストレベルにあったレ
ベルＥに対して約1Vとなる。この基板電圧のレベルＤは
積分ゲートの下側に蓄積し得る最大電荷パケットに相当
するため許容し得る露出過多が増大すると最大電荷パケ
ットが著しく減少するようになる。この減少は特に強く
ΔVAB＝0.2Vの目標減少に対して約1Vとなることを確か
めた。その理由は基板電圧が増大するとｐ−型層３の障
壁の高さが減少し、しかもｎ−型層４の電位が同時に減
少するからである。前記差ΔVABは基板電圧が増大する
につれて比較的徐々に減少する。これがためアンチーブ
ルーミング障壁を僅かに減少させる前に層３及び４の電
位レベルを充分に減少させる必要がある。
基板電圧を一定に保持する必要がある場合及び一層正
の電圧を接続部３を経てｐ−型層３に供給する必要があ
る場合にも同様の状態が発生する。
の電圧を接続部３を経てｐ−型層３に供給する必要があ
る場合にも同様の状態が発生する。
上述した欠点はクロック電圧を用いてスイープを大き
く例えば0V〜12Vの間で変化させることによって除去す
ることができる。しかし、かようにクロックスイープを
大きくする場合には消費電力も増大する。
く例えば0V〜12Vの間で変化させることによって除去す
ることができる。しかし、かようにクロックスイープを
大きくする場合には消費電力も増大する。
本発明によればクロック電圧源15にクロック電極を接
続し、これにより第３図に示すように２レベルクロック
電圧のかわりに３レベルクロック電圧を供給する。電荷
結合装置は前述したように設定された４−相CCDを具
え、電極8,9及び10又は7,8及び10を積分ゲートとして用
い、かつゲート７又は９をブロッキングゲートとして用
いる。第３図には４個のクロック電圧φ１〜φ４を時間
ｔの関数として示す。時間間隔Ttでは装置に形成された
電荷パケットのパターンを通常の４−相で読出し部材に
転送する。これらクロックは通常のように２レベル間、
例えば0V及び10V間で変化する。時間間隔Ti（積分期
間）では捕捉された放射線像を電荷パケットに変換す
る。期間Ｔi,1では電極７によってブロキングゲートを
構成し、これに低電圧を印加すると共に残存する電極8,
9及び10によって積分ゲートを構成し、これに正電圧を
印加する。積分期間中電極７に印加されるブロッキング
電圧（φ１）は、電荷移送中のクロック電圧φ１の低レ
ベル（0V）よりも低く従って慣例の装置で供給され、か
つ第３図に破線で示すブロッキングレベルよりも低くす
る。この電圧の特定の値を1,000回の露光で例えば−3V
とする。積分期間中ブロッキングケートに供給されるこ
の追加の負電圧のため露出過多の程度は、電荷パケット
（白レベル）の最大レベルを減少する事なく、かつ電力
消費を著しく増大する事なく増大させることが出来る。
３−レベル電圧φ１を用いる場合の効果を説明するため
に、第４図に示す所と同様の電位ダイアグラムを示す。
基板電圧は例えば＋16Vの一定値に保持する。第５図に
おいて、曲線20及び22は夫々第４図の曲線20及び22に相
当し、曲線20によって電荷移送中のみブロッキングゲー
トの下側の電位分布を示し、曲線22は電荷移送中最大の
電荷内容の際の蓄積電極の下側の電位分布を示す。曲線
25は電荷が存在しない場合の積分電圧の下側の電位分布
を示す。曲線26は積分期間中のブロッキングゲート７の
下側の電位分分布を示す。追加の負電圧を−3Vとするた
め、曲線26は曲線20よりこ高い位置にある。ｎ−型層に
おける曲線26の最小値をＦで示す。露出過多が強く例え
ば1,000回以上の露出の場合には中性領域の電位レベル
Ｃを、基板に対するｐ−型層のオーバーフロー電位障壁
ΔVABがほぼ0.2V又はそれ以下となるように増大させる
ことが出来る。従って電圧VF及びVCの差電圧はブロッキ
ングゲートにおける追加の負電圧のため、1Vよりも大き
くなるか又はこれにほぼ等しくなり、その結果、強い露
出過多でも隣接する画素間の分離を満足し得る程度とす
ることが出来る。積分期間Ｔi,1（第３図）の終わりに
は、まず最初クロック電圧φ２が低レベルとなり、その
後クロック電圧φ１が正の能動レベルとなる。これがた
め電極７の下側の高い電位障壁は第５図の曲線20に従う
電位分布に相当する電極８の下側の低い電位障壁により
置換されるようになる。電圧差（VA−VC）を1V以下とし
得るため、ある量の電荷が１つの完全な画素から隣接す
る画素に低すぎる障壁VAを経て流れるようになる。しか
し、電荷移送中クロック周波数が高いためこの電荷の量
は一般に無視し得る程度に少なくなる。放射線の照射を
例えばシャッタにより終了させるか、又はここに示す効
果と同様に、露出過多とならない区域に電荷パケットを
移送する場合にｐ−型層３の電位障壁ΔVABが再び約0.6
Vとなる程度にn1層の電荷パケットのレベルが降下する
まで基板への拡散により電圧レベルVCが減少するように
なる。第５図の曲線22に相当するこの状態はブロッキン
グゲートの電圧の値従って露出過多の許容し得る程度と
は無関係となる。電荷移送中クロック電圧φ１（第３図
参照）は通常の高レベル及び低レベル間を変化するた
め、電力消費は実際には増大しない。
続し、これにより第３図に示すように２レベルクロック
電圧のかわりに３レベルクロック電圧を供給する。電荷
結合装置は前述したように設定された４−相CCDを具
え、電極8,9及び10又は7,8及び10を積分ゲートとして用
い、かつゲート７又は９をブロッキングゲートとして用
いる。第３図には４個のクロック電圧φ１〜φ４を時間
ｔの関数として示す。時間間隔Ttでは装置に形成された
電荷パケットのパターンを通常の４−相で読出し部材に
転送する。これらクロックは通常のように２レベル間、
例えば0V及び10V間で変化する。時間間隔Ti（積分期
間）では捕捉された放射線像を電荷パケットに変換す
る。期間Ｔi,1では電極７によってブロキングゲートを
構成し、これに低電圧を印加すると共に残存する電極8,
9及び10によって積分ゲートを構成し、これに正電圧を
印加する。積分期間中電極７に印加されるブロッキング
電圧（φ１）は、電荷移送中のクロック電圧φ１の低レ
ベル（0V）よりも低く従って慣例の装置で供給され、か
つ第３図に破線で示すブロッキングレベルよりも低くす
る。この電圧の特定の値を1,000回の露光で例えば−3V
とする。積分期間中ブロッキングケートに供給されるこ
の追加の負電圧のため露出過多の程度は、電荷パケット
（白レベル）の最大レベルを減少する事なく、かつ電力
消費を著しく増大する事なく増大させることが出来る。
３−レベル電圧φ１を用いる場合の効果を説明するため
に、第４図に示す所と同様の電位ダイアグラムを示す。
基板電圧は例えば＋16Vの一定値に保持する。第５図に
おいて、曲線20及び22は夫々第４図の曲線20及び22に相
当し、曲線20によって電荷移送中のみブロッキングゲー
トの下側の電位分布を示し、曲線22は電荷移送中最大の
電荷内容の際の蓄積電極の下側の電位分布を示す。曲線
25は電荷が存在しない場合の積分電圧の下側の電位分布
を示す。曲線26は積分期間中のブロッキングゲート７の
下側の電位分分布を示す。追加の負電圧を−3Vとするた
め、曲線26は曲線20よりこ高い位置にある。ｎ−型層に
おける曲線26の最小値をＦで示す。露出過多が強く例え
ば1,000回以上の露出の場合には中性領域の電位レベル
Ｃを、基板に対するｐ−型層のオーバーフロー電位障壁
ΔVABがほぼ0.2V又はそれ以下となるように増大させる
ことが出来る。従って電圧VF及びVCの差電圧はブロッキ
ングゲートにおける追加の負電圧のため、1Vよりも大き
くなるか又はこれにほぼ等しくなり、その結果、強い露
出過多でも隣接する画素間の分離を満足し得る程度とす
ることが出来る。積分期間Ｔi,1（第３図）の終わりに
は、まず最初クロック電圧φ２が低レベルとなり、その
後クロック電圧φ１が正の能動レベルとなる。これがた
め電極７の下側の高い電位障壁は第５図の曲線20に従う
電位分布に相当する電極８の下側の低い電位障壁により
置換されるようになる。電圧差（VA−VC）を1V以下とし
得るため、ある量の電荷が１つの完全な画素から隣接す
る画素に低すぎる障壁VAを経て流れるようになる。しか
し、電荷移送中クロック周波数が高いためこの電荷の量
は一般に無視し得る程度に少なくなる。放射線の照射を
例えばシャッタにより終了させるか、又はここに示す効
果と同様に、露出過多とならない区域に電荷パケットを
移送する場合にｐ−型層３の電位障壁ΔVABが再び約0.6
Vとなる程度にn1層の電荷パケットのレベルが降下する
まで基板への拡散により電圧レベルVCが減少するように
なる。第５図の曲線22に相当するこの状態はブロッキン
グゲートの電圧の値従って露出過多の許容し得る程度と
は無関係となる。電荷移送中クロック電圧φ１（第３図
参照）は通常の高レベル及び低レベル間を変化するた
め、電力消費は実際には増大しない。
移送周期Ttの終わりには全電荷パターンをFTセンサー
の場合に蓄積区分に転送する。次の積分周期Ｔi,2では
クロック電圧φ１を再び追加的に負とし、その結果積分
周期Ｔi,1の場合と同様の状態が得られるようになる。
の場合に蓄積区分に転送する。次の積分周期Ｔi,2では
クロック電圧φ１を再び追加的に負とし、その結果積分
周期Ｔi,1の場合と同様の状態が得られるようになる。
しかし、画素は１ピッチの1/2の距離に亘って前の積
分周期に対してずらせるようにするのが好適である。ブ
ロッキングゲートとして作用する電極９には追加の負の
クロック電圧φ３を供給し、これによりこれら電極の下
側に第５図に示す曲線26に従う電位分布が誘起されるよ
うになる。電極７並びに隣接の電極10及び８には正の電
圧を印加して３つの電極7,8及び10の各群の下側に電荷
パケットを形成し得る電位ウエルを誘起し得るようにす
る。これら電荷パケットは電極９の下側に比較的高い電
位障壁によって互いに有効に分離する。積分周期Ｔi,2
の終わりには電荷パケットは上述した所と同様に再び転
送し得るようにする。積分周期Ｔi,1及びＴi,2で記録さ
れた２つの電荷パターンを互いに相互連結し、従って移
送方向における長さ当たりの画素の数を単一電荷パター
ンの場合における画素の数の２倍とし、その結果解像度
を著しく増大させることが出来る。
分周期に対してずらせるようにするのが好適である。ブ
ロッキングゲートとして作用する電極９には追加の負の
クロック電圧φ３を供給し、これによりこれら電極の下
側に第５図に示す曲線26に従う電位分布が誘起されるよ
うになる。電極７並びに隣接の電極10及び８には正の電
圧を印加して３つの電極7,8及び10の各群の下側に電荷
パケットを形成し得る電位ウエルを誘起し得るようにす
る。これら電荷パケットは電極９の下側に比較的高い電
位障壁によって互いに有効に分離する。積分周期Ｔi,2
の終わりには電荷パケットは上述した所と同様に再び転
送し得るようにする。積分周期Ｔi,1及びＴi,2で記録さ
れた２つの電荷パターンを互いに相互連結し、従って移
送方向における長さ当たりの画素の数を単一電荷パター
ンの場合における画素の数の２倍とし、その結果解像度
を著しく増大させることが出来る。
本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく。
要旨を変更しない範囲で種々の変更を加えることが出来
る。
要旨を変更しない範囲で種々の変更を加えることが出来
る。
例えばイメージセンサーの配置をフレーム移送型とす
るかわりにライン移送型とすることもできる。又、イメ
ージセンサーの配置を一次元センサー又はラインセンサ
ーで構成することもできる。
るかわりにライン移送型とすることもできる。又、イメ
ージセンサーの配置を一次元センサー又はラインセンサ
ーで構成することもできる。
第１図は本発明電荷結合装置の構成を示す断面図； 第２図は電荷結合装置の電荷移送方向に直角な方向の断
面図； 第３図は電荷結合装置に供給されるクロック電圧を時間
の関数として示すクロックダイアグラム； 第４及び５図は従来の電荷結合装置及び本発明電荷結合
装置の動作中に生じる電位分布を夫々示す特性図であ
る。 １……ｎ−型珪素基板、２……表面 ３……ｐ−型領域、４……ｎ−型領域 ５……ｐ−型表面領域、６……誘電体層 ７〜10……クロック電極 11〜14……クロックライン 15……クロック電圧源 16……接点 17……接続ライン 18……幅狭部分 20〜26……特性曲線
面図； 第３図は電荷結合装置に供給されるクロック電圧を時間
の関数として示すクロックダイアグラム； 第４及び５図は従来の電荷結合装置及び本発明電荷結合
装置の動作中に生じる電位分布を夫々示す特性図であ
る。 １……ｎ−型珪素基板、２……表面 ３……ｐ−型領域、４……ｎ−型領域 ５……ｐ−型表面領域、６……誘電体層 ７〜10……クロック電極 11〜14……クロックライン 15……クロック電圧源 16……接点 17……接続ライン 18……幅狭部分 20〜26……特性曲線
Claims (5)
- 【請求項１】電磁放射線を個別の電荷パケットに変換し
これら電荷パケットをその読出しによって移送する装置
であって、表面に直角な方向にこの表面から順次に少な
くとも３つの層を有する半導体本体と、電荷結合装置の
電荷移送チャネルを構成する第１導電型の第１層と、局
部露光により発生した過剰電荷キャリアを前記表面に直
角な方向に流し得る電位障壁を形成する第２導電型の隣
接第２層と、過剰電荷キャリアを排出する第１導電型の
隣接第３層とを具え、前記表面にはアクティブレベル及
びブロッキングレベル間で変化するクロック電圧を供給
する手段に接続された電極システムを設け、電位ウエル
および電位障壁を隣接移送チャネルに誘起するようにし
た電荷結合装置において、電磁放射線の変換中のブロッ
キングレベルを前記電荷パケットの移送中のブロッキン
グレベルとは相違させ、電磁放射線の変換中前記アクテ
ィブレベル及びブロッキングレベル間の差が電荷パケッ
トの移送中よりも大きくなるようにしたことを特徴とす
る電荷結合装置。 - 【請求項２】電荷結合装置によってフレーム移送型の二
次元イメージ変換器を構成するようにしたことを特徴と
する請求項１記載の電荷結合装置。 - 【請求項３】入射光を個別の電荷パケットに変換する２
つの順次の周期内でブロッキングレベルを種々の異なる
電極に変換し、その結果、感光素子をこれら周期内で互
いにシフトするようにしたことを特徴とする請求項１又
は２に記載の電荷結合装置。 - 【請求項４】入射光の変換中前記ブロッキングレベルを
適宜選択してほぼ1,000回の過露光により少なくともほ
ぼ1Vの電位障壁を隣接する電荷パケット間に存在せしめ
るようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
の項に記載の電荷結合装置。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかの項に記載の電荷
結合装置を具えることを特徴とするカメラ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8700282 | 1987-02-06 | ||
| NL8700282A NL8700282A (nl) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Ladingsgekoppelde inrichting en camera voorzien van een dergelijke inrichting. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63213367A JPS63213367A (ja) | 1988-09-06 |
| JP2677579B2 true JP2677579B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=19849526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63022140A Expired - Fee Related JP2677579B2 (ja) | 1987-02-06 | 1988-02-03 | 電荷結合装置及びこの装置を具えるカメラ |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4849814A (ja) |
| EP (1) | EP0278565B1 (ja) |
| JP (1) | JP2677579B2 (ja) |
| KR (1) | KR0128504B1 (ja) |
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