JP3291774B2 - Ｃｃｄ固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子、
特に画素を成す受光素子がマトリックス状に配置され、
各受光素子で検知した信号電荷を受光素子の各垂直列に
対応して設けられた垂直転送レジスタに読み出しゲート
を介して読み出し、該垂直転送レジスタによりその信号
電荷を垂直方向に転送し、その垂直方向に転送された信
号電荷を水平転送レジスタにより水平方向に転送して外
部に出力されるようにされ、水平方向の画素間分離を垂
直に延びるチャンネルストッパにより行うようにしたＣ
ＣＤ固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子として、受光素子を複数一
定の配置ピッチで垂直方向に配置した受光素子垂直列を
複数水平方向に並設し、各受光素子からの信号電荷を垂
直方向に転送する垂直転送レジスタを各隣接受光素子垂
直列間に配置し、該各垂直転送レジスタに信号電荷を垂
直方向へ転送させる水平方向に延びるところの複数の垂
直転送電極をゲート絶縁膜を介して各受光素子の開口を
避けるように形成した固体撮像素子がある。図３は固体
撮像素子の従来例を示す平面図である。図面において、
１、１、…は受光素子で、その平面形状は略正方形で、
マトリックス状に、即ち縦横に配置されている。２、
２、…は水平方向における画素間分離を行うチャネンル
ストッパで、各受光素子垂直列に対応して垂直方向に真
直ぐに延びるように形成されている。３、３、…は各受
光素子１、１、…からの信号電荷を垂直方向に転送する
垂直転送レジスタで、各受光素子垂直列に対応して垂直
方向に真直ぐに延びるように形成されている。

【０００３】４ａ、４ａ、…、４ｂ、４ｂ、…は第１層
目のポリシリコンからなる垂直転送電極、５ａ、５ａ、
…、５ｂ、５ｂ、…は第２層目のポリシリコンからなる
垂直転送電極であり、共に半導体基板上に図面に現われ
ないゲート絶縁膜を介して受光素子１、１、…の開口を
避けるようにして水平方向に延びるように形成されてい
る。該垂直転送電極４ａ、４ａ、…、４ｂ、４ｂ、…、
５ａ、５ａ、…、５ｂ、５ｂ、…は垂直転送クロックを
受けて垂直転送レジスタ３、３、…に信号電荷の垂直方
向の転送をさせる。６、６、…は読み出しゲートで、各
受光素子１、１、…と垂直転送レジスタ３、３、…との
間に介在し、受光素子１、１、…から垂直転送レジスタ
への信号電荷の伝送を許容したり阻んだりする。次に、
垂直転送レジスタ３、３、…の垂直転送電極４ａ、４
ａ、…、４ｂ、４ｂ、…、５ａ、５ａ、…、５ｂ、５
ｂ、…に印加される垂直転送クロックについて説明す
る。

【０００４】図４は、垂直転送クロックＶφ１、Ｖφ
２、Ｖφ３、Ｖφ４を示すパルス図である。この図に示
すように、ＣＣＤ固体撮像素子は、水平転送期間にお
いて垂直転送クロックＶφ１とＶφ２が「ハイ」の状態
を保ち、垂直転送クロックＶφ３とＶφ４が「ロウ」の
状態を保つようになっている。即ち、１Ｐｏｌｙ４ａ、
２Ｐｏｌｙ５ａのゲート電圧（垂直転送クロックＶφ
２、Ｖφ１）は水平転送期間中「ハイ」レベルにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤ固体撮像素子に
は小型化、高解像度化（高画素化）が要求され、その要
求に応えようとすると受光素子の幅や垂直転送レジスタ
の幅を狭くすることが必要となる。というのは、受光素
子の垂直列、読み出しゲート、垂直転送レジスタ、チャ
ンネルストッパを水平方向に並べる必要があり、ＣＣＤ
固体撮像素子の小型化はＣＣＤ固体撮像素子の幅を狭く
することを要求し、高画素化、特に水平解像度の向上は
受光素子垂直列、読み出しゲート、垂直転送レジスタ、
チャンネルストッパの組み合せの数を多くすることを要
求するからである。そして、受光素子の幅を狭くするこ
とは垂直転送レジスタの取扱い電荷量の減少を招き、垂
直転送レジスタの幅を狭くすることは感度の低下、飽和
信号量の減少につながる。

【０００６】本発明はこのような問題を解決すべく為さ
れたもので、受光素子の感度低下、飽和信号量の減少を
伴うことなく垂直転送レジスタの取扱い電荷量の増大を
図り、あるいは垂直転送レジスタの取扱い電荷量の減少
を伴うことなく受光素子の感度の向上、飽和信号量の増
加を図り、小型で高解像度で高感度で広ダイナミックレ
ンジのＣＣＤ固体撮像素子を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１のＣＣＤ固体撮
像素子は、垂直転送レジスタの２層のポリシリコンから
なる垂直転送電極のうち水平転送期間にロウレベルにな
る垂直転送電極の方を水平転送期間にハイレベルになる
垂直転送電極よりも受光素子側方に位置した部分におけ
る幅を狭くしたことを特徴とする。請求項２のＣＣＤ固
体撮像素子は、チャンネルストッパの水平転送期間にロ
ウレベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅の
方を、水平転送期間にハイレベルになる垂直転送電極の
下側の部分における幅よりも狭くしたことを特徴とす
る。

【０００８】請求項３のＣＣＤ固体撮像素子は、読み出
しゲートの水平転送期間にロウレベルになる垂直転送電
極の下側の部分における幅の方を、水平転送期間にハイ
レベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅より
も狭くしたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１のＣＣＤ固体撮像素子によれば、水平
転送期間にロウレベルになる垂直転送電極を狭くしたの
でその分受光素子の面積を広くすることができ、感度の
向上、飽和信号量の増加を図ることができる。そして、
幅を狭くするのは水平転送期間にロウレベルになる垂直
転送電極なので、ブルーミング、スミアの増大の虞れは
ない。従って、ブルーミング、スミアの増大の虞れを伴
うことなく受光素子の面積を広くし、感度の向上、飽和
信号量の増加を図ることができる。

【００１０】請求項２のＣＣＤ固体撮像素子によれば、
チャンネルストッパの幅を狭くした分受光素子の面積を
広くすることができ、感度の向上、飽和信号量の増加を
図ることができる。そして、幅を狭くするのは水平転送
期間にロウレベルになる垂直転送電極の下側にあたる部
分なので、ブルーミング、スミアの増大の虞れは伴わな
い。

【００１１】請求項３のＣＣＤ固体撮像素子によれば、
読み出しゲートの幅を狭くした分受光素子の面積を広く
することができ、感度の向上、飽和信号量の増加を図る
ことができる。そして、幅を狭くするのは水平転送期間
にロウレベルになる垂直転送電極の下側にあたる部分な
ので、ブルーミング、スミアの増大の虞れは伴わない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明ＣＣＤ個体撮像素子を図示実施
例に従って詳細に説明する。図１は本発明ＣＣＤ個体撮
像素子の一つの実施例を示す平面図である。

【００１３】同図において、１、１、・・・は受光素子
で、平面形状は略正方形の各角部を斜めに切り欠いた形
状にされており、マトリックス状に、即ち縦横に配置さ
れている。

【００１４】２、２、…は水平方向の画素間分離を行う
チャンネルストッパで、各受光素子垂直列に対応してそ
の一方の側（本実施例の場合は向って右側）に隣接して
配置されている。この各チャンネルストッパ２、２、…
は受光素子１と接するところにおいてはその受光素子１
の辺に沿うように、上下に（垂直方向に）隣接する受光
素子１・１間と対応するところにおいてはその間に大き
く入り込むように形成されており、従って、従来のよう
に垂直方向に真直ぐにではなく、垂直方向にジグザグに
蛇行して延びている。

【００１５】３、３、…は垂直転送レジスタで、基本的
には真直ぐに垂直方向に延びているとはいえるが、受光
素子垂直列の上下に隣接する各受光素子１・１間に対応
する部分において側方に張り出してその受光素子１・１
間に入り込んでいる。これが本ＣＣＤ固体撮像素子の最
大の特徴点である。６、６、…は各受光素子垂直列の他
方の側（本実施例の場合は右側）に配置された読み出し
ゲートで、各受光素子１、１、…と垂直転送レジスタ
３、３、…との間に存在し受光素子から垂直転送レジス
タへの信号電荷の伝送を許容したり、阻んだりする。

【００１６】この読み出しゲート６、６、…もチャンネ
ルストッパ２、２、…と同様に、受光素子１と接すると
ころにおいてはその受光素子１の辺に沿うように、上下
に（垂直方向に）隣接する受光素子１・１間と対応する
ところにおいてはその間に大きく入り込むように形成さ
れており、従って、従来のように垂直方向に真直ぐにで
はなく、垂直方向にジグザグに蛇行して延びている。
尚、本実施例においては垂直転送電極に関し特に従来の
ＣＣＤ固体撮像素子との相違がないので、図示及び説明
を省略した。

【００１７】このような図１のＣＣＤ固体撮像素子によ
れば、先ず第１に、垂直転送レジスタ３、３、…が受光
素子垂直列の上下に隣接する各受光素子１・１間に対応
する部分において側方に張り出してその受光素子１・１
間に入り込んでいるので、垂直転送レジスタ３、３、…
の上下受光素子１・１間に対応したところにおける幅Ｗ
ｗが広くなり、その分垂直転送レジスタの面積が広くな
る。従って、垂直転送レジスタ３、３、…の取扱い電荷
量を増すことができる。そして、本発明は垂直転送レジ
スタ３、３、…を一方の側において部分的に張り出させ
て受光素子１・１間に入り込ませる態様でも実施するこ
とができるが、本実施例では垂直転送レジスタ３、３、
…を両方の側において部分的に張り出させて垂直転送レ
ジスタの両側の受光素子垂直列の受光素子間に入り込ま
せているので、同じＣＣＤ固体撮像素子面積、同じ受光
素子面積であっても垂直転送レジスタの面積を従来より
も相当に広くできる。

【００１８】ちなみに、従来の場合には垂直転送クロッ
クは本実施例における最も幅の狭い部分の幅Ｗをもって
均一幅に形成されていたのである。尚、垂直転送レジス
タ３、３、…を部分的に張り出させて受光素子１、１、
…間に入り込ませることができたのは、受光素子１と接
するところにおいてはその受光素子１の辺に沿うよう
に、上下に（垂直方向に）隣接する受光素子１・１間と
対応するところにおいてはその間に大きく入り込むよう
に形成されており、従って、従来のように垂直方向に真
直ぐにではなく、垂直方向にジグザグに蛇行して延びる
ようにしたためである。

【００１９】そして、受光素子１、１、…を矩形、正方
形ではなく、その角部を切欠いた平面形状にしたので、
垂直転送レジスタ３、３、…の上下受光素子１・１間に
入り込む面積をより広くすることができ、取扱い電荷量
をより大きくすることができるのである。また、角部を
斜めに切欠いたので垂直転送レジスタ３、３、…の受光
素子１、１、…間に入り込んだ部分もその切欠いた部分
に沿って斜めにできる。従って、信号電荷の流れをスム
ーズにすることが可能である。

【００２０】尚、本実施例によれば、上述したように同
じＣＣＤ固体撮像素子面積、同じ受光素子面積であって
も垂直転送レジスタの面積を従来よりも相当に広くでき
るが、これはとりも直さず、垂直転送レジスタの面積を
従来と同じにすれば各受光素子１、１、…の面積を広く
して感度を高め、飽和信号量を増すことができるという
ことでもある。

【００２１】図２は本発明ＣＣＤ固体撮像素子の他の実
施例を示す平面図である。本実施例は図３に示す従来例
とは垂直転送電極４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂの受光素子１
の側方部分における幅が後述する不均一性を持ち、チャ
ンネルストッパ２、読み出しゲート６もそれに伴って幅
の不均一性を持っている点で異なっているが、それ以外
の点では共通性を有し、共通する点については既に説明
済みであるので、相違する点についてのみ説明する。

【００２２】図２に示す本ＣＣＤ固体撮像素子は、垂直
転送電極４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂのうち水平転送期間
（図４参照。尚、垂直転送電極４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ
に印加される垂直転送クロックについては従来例との違
いはない）においてハイレベルになる垂直転送電極５
ａ、４ａと、水平転送期間においてロウレベルになる
垂直転送電極５ｂ、４ｂとで、受光素子１の側方部分に
おける幅が異なり、後者、即ち垂直転送電極５ｂ、４ｂ
の受光素子１の側方部分における幅の方を狭くしてな
る。それは、その狭くした分受光素子１、１、…の面積
を広くして感度の向上を図り、飽和信号量を増加させる
ためである。

【００２３】ところで、垂直転送電極５ｂ、４ｂの受光
素子１の側方部分における幅を狭くすることは必然的に
チャンネルストッパ２、読み出しゲート６の幅が部分的
に狭くなることにつながるが、しかし、それはブルーミ
ング、スミアの増大にはほとんどつながらない。という
のは、チャンネルストッパ２、読み出しゲート６の幅が
狭くなったのは、垂直転送電極４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ
のうち、水平転送期間中にロウレベルを保つ垂直転送
電極４ｂ、５ｂの下側に位置する部分のみだからであ
る。水平転送期間中にロウレベルを保つ垂直転送電極
４ｂ、５ｂ下には水平転送期間中には電荷がアキュム
レートされないので、チャンネルストッパ２、読み出し
ゲート６の幅を狭くしても支障はないのである。尚、図
２において、ａは読み出しゲート６の広い部分の幅、ａ
´は同じく狭い部分の幅、ｂはチャンネルストッパ２の
広い部分の幅、ｂ´は同じく狭い部分の幅である。

【００２４】即ち、本ＣＣＤ固体撮像素子は、ＣＣＤ固
体撮像素子の大きさ、垂直転送レジスタ３、３、…の面
積が一定の値に規定された場合において受光素子１、
１、…の面積を少しでも広くして感度を高めるために、
水平転送期間中にロウレベルを保つ垂直転送電極５
ｂ、４ｂ下におけるチャンネルストッパ２、２、…、読
み出しゲート６、６、…の幅を狭めたのである。尚、各
受光素子１、１、…の面積を広めないで、垂直転送レジ
スタ３、３、…の面積を広めて垂直転送レジスタの取扱
い電荷量、高光量マージン増加、飽和信号量増加を図る
こともできる。この場合は、本発明によって、各受光素
子１、１、…の面積の減少を伴うことなく垂直転送レジ
スタ３、３、…の面積を広くすることができたというこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１のＣＣＤ固体撮像素子は、垂直
転送レジスタの２層のポリシリコンからなる垂直転送電
極のうち水平転送期間にロウレベルになる垂直転送電極
の方を水平転送期間にハイレベルになる垂直転送電極よ
りも受光素子側方に位置した部分における幅が狭くした
ことを特徴とする。従って、請求項１のＣＣＤ固体撮像
素子によれば、水平転送期間にロウレベルになる垂直転
送電極を狭くしたのでその分受光素子の面積を広くする
ことができ、感度の向上、飽和信号量の増加を図ること
ができる。そして、幅を狭くするのは水平転送期間にロ
ウレベルになる垂直転送電極なので、ブルーミング、ス
ミアの増大の虞れはない。従って、ブルーミング、スミ
アの増大の虞れを伴うことなく受光素子の面積を広く
し、感度の向上、飽和信号量の増加を図ることができ
る。

【００２６】請求項２のＣＣＤ固体撮像素子は、チャン
ネルストッパの水平転送期間にロウレベルになる垂直転
送電極の下側の部分における幅の方を、水平転送期間に
ハイレベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅
よりも狭くしたことを特徴とする。従って、請求項２の
ＣＣＤ固体撮像素子によれば、チャンネルストッパの幅
を狭くした分受光素子の面積を広くすることができ、感
度の向上、飽和信号量の増加を図ることができる。そし
て、幅を狭くするのは水平転送期間にロウレベルになる
垂直転送電極の下側にあたる部分なので、ブルーミン
グ、スミアの増大の虞れはない。

【００２７】請求項３のＣＣＤ固体撮像素子は、読み出
しゲートの水平転送期間にロウレベルになる垂直転送電
極の下側の部分における幅の方を、水平転送期間にハイ
レベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅より
も狭くしたことを特徴とする。従って、請求項３のＣＣ
Ｄ固体撮像素子によれば、読み出しゲートの幅を狭くし
た分受光素子の面積を広くすることができ、感度の向
上、飽和信号量の増加を図ることができる。そして、幅
を狭くするのは水平転送期間にロウレベルになる垂直転
送電極の下側にあたる部分なので、ブルーミング、スミ
アの増大の虞れはない。

【００２８】

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ＣＣＤ固体撮像素子の一つの実施例を示
す平面図である。

【図２】本発明ＣＣＤ固体撮像素子の他の実施例を示す
平面図である。

【図３】ＣＣＤ固体撮像素子の従来例を示す平面図であ
る。

【図４】垂直転送レジスタを駆動する垂直転送クロック
のパルス図である。

【符号の説明】

１ 受光素子 ２ チャンネルストッパ ３ 垂直転送レジスタ ４ａ、５ａ 水平転送期間にハイレベルになる垂直転送
電極 ４ｂ、５ｂ 水平転送期間にロウレベルになる垂直転送
電極 ６ 読み出しゲート

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素を成す受光素子がマトリックス状に
   配置され、各受光素子で検知した信号電荷を受光素子の
   各垂直列に対応して設けられた垂直転送レジスタに読み
   出しゲートを介して読み出し、該垂直転送レジスタによ
   りその信号電荷を垂直方向に転送し、その垂直方向に転
   送された信号電荷を水平転送レジスタにより水平方向に
   転送して外部に出力されるようにされ、垂直方向に延び
   水平方向の画素間分離を行うチャンネルストッパを有
   し、上記垂直転送レジスタが２層ポリシリコン電極構造
   で４相垂直転送クロックにより転送制御されるタイプの
   ＣＣＤ固体撮像素子において、 上記垂直転送レジスタの２層のポリシリコンからなる垂
   直転送電極のうち水平転送期間にロウレベルになる垂直
   転送電極の方を水平転送期間にハイレベルになる垂直転
   送電極よりも受光素子側方に位置した部分における幅を
   狭くしたことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子
2. 【請求項２】 各チャンネルストッパの水平転送期間に
   ロウレベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅
   の方を、水平転送期間にハイレベルになる垂直転送電極
   の下側の部分における幅よりも狭くしたことを特徴とす
   る請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子
3. 【請求項３】 各読み出しゲートの水平転送期間にロウ
   レベルになる垂直転送電極の下側の部分における幅の方
   を、水平転送期間にハイレベルになる垂直転送電極の下
   側の部分における幅よりも狭くしたことを特徴とする請
   求項２又は３記載のＣＣＤ固体撮像素子