JP3366634B2 - Integrated electronic shutter for charge-coupled devices - Google Patents

Integrated electronic shutter for charge-coupled devices

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JP3366634B2
JP3366634B2 JP51031393A JP51031393A JP3366634B2 JP 3366634 B2 JP3366634 B2 JP 3366634B2 JP 51031393 A JP51031393 A JP 51031393A JP 51031393 A JP51031393 A JP 51031393A JP 3366634 B2 JP3366634 B2 JP 3366634B2
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マサチユーセツツ・インステイテユート・オブ・テクノロジー
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、電荷結合デバイス(CCD)に使用するため
の電子シャッタ、特に、高速演算を提供すると共にCCD
検出域からデバイスの像記憶域に像を転送する際に頻繁
に起こるスミアを低減するために、裏面照射フレーム転
送CCD構造体内に集積化される新規の電子シャッタに関
する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electronic shutters for use in charge coupled devices (CCDs), and in particular to providing high speed computation and CCDs.
The invention relates to a new electronic shutter integrated in a backside illuminated frame transfer CCD structure to reduce smearing that frequently occurs when transferring an image from the detection area to the image storage area of the device.

発明の背景 スミアによって惹起される画像ぶれを排除するため及
び/または時間的に近接している光パルスを分離するた
めに、光検出器アレーには高速シャッタ処理が必要であ
る。像転送時間が像凝視または積分(integration)時
間に匹敵するかまたはそれより大きい高速度フレーム転
送アプリケーションにおいては、かかる条件下の像スミ
アは画像情報を著しく損ない得るので、像スミアを排除
することが重要である。短い露出時間を要求する及び/
またはスミアに高感度を示す装置の例としては、高速度
写真装置、標的追跡装置、レンジゲーティング(range
gating)装置及びリアルタイム適応性光学装置を挙げる
ことができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Photodetector arrays require fast shuttering to eliminate image blurring caused by smear and / or to separate light pulses that are close in time. In high speed frame transfer applications where the image transfer time is comparable to or greater than the image gaze or integration time, image smear under such conditions can significantly impair the image information, thus eliminating image smear. is important. Requires short exposure times and /
Or, as an example of a device having high sensitivity to smear, a high-speed photographic device, a target tracking device, a range gating (range
gating) devices and real-time adaptive optics.

CCDタイプの多くのフレーム転送光検出器アレーは、
像積分時間、即ち像露出時間が像転送時間よりも実質的
に長く、通常は像スミアが問題とならないように作動さ
れる。しかしながら、このような方法は上記タイプの撮
像装置の使用を著しく制限し、高いフレーム転送速度ま
たは短い露出時間を与えることが望ましいアプリケーシ
ョンにおいてそれらを使用することはできない。シャッ
タ機能を含む他の固体撮像素子(solid state image se
nsor)は、高いフレーム転送速度または短い露光時間を
与えるように構成することができるが、そうするために
は、高い画素充填係数(pixel fill factor)を得る能
力を失ったり比較的高度の複雑さを要求することが多
く、従って、コストが増大すると共に製造が困難にな
る。
Many CCD type frame transfer photodetector arrays are
The image integration time, or image exposure time, is substantially longer than the image transfer time and is usually operated such that image smear is not a problem. However, such methods severely limit the use of imaging devices of the above type and cannot be used in applications where it is desirable to provide high frame transfer rates or short exposure times. Other solid state image sensors (shutter function)
nsor) can be configured to provide high frame transfer rates or short exposure times, but in order to do so, it loses the ability to obtain high pixel fill factors or has a relatively high degree of complexity. Are often required, thus increasing costs and making manufacturing more difficult.

適当なコストで製造し得るより単純な構造を有するデ
バイスを提供するために、CCD、例えば裏面照射フレー
ム転送CCDの構造中に特に組込み得る高速度電子シャッ
タを使用するCCD撮像装置を提供することが望まれる。
かかるデバイスは、スミアが実質的に低減されるかまた
は排除され、高い画素充填係数(実質的に100%または
これに近い値)が得られ、変更自在な積分時間が可能と
なり、低ノイズオペレーションが起こり、可視スペクト
ルにおいて近傍反射制限された量子効率(near−reflec
tion−limited quantum efficiencies)が同時に得られ
るよう動作すべく構成される必要がある。
To provide a CCD imager using a high speed electronic shutter that can be specifically incorporated into the structure of a CCD, for example a backside illuminated frame transfer CCD, to provide a device with a simpler structure that can be manufactured at a reasonable cost. desired.
Such devices have substantially reduced or eliminated smear, high pixel fill factors (substantially 100% or close to), variable integration times, and low noise operation. Occurs, and near-reflec-limited quantum efficiency (near-reflec) in the visible spectrum.
motion-limited quantum efficiency).

積分時間が転送時間以下である場合に像スミアの問題
に対する他の解決策が提案されているが、いずれも、上
記のごとき望ましいオペレーションを得ることはできな
い。例えば、適当に設計されたアルゴリズムを使用して
イメージデータにポストプロセッサデータオペレーショ
ンを実施することにより像スミアを除去し得ることが提
案されている。しかしながらこのような方法は、時間を
費やし且つ高いハードウェアコストをかけて達成され
る。別に提案された方法は、ポッケルまたはカーセルの
ような電子光学シャッタをCCDの前に設置することであ
る。かかる電子光学シャッタは比較的高速、即ちナノ秒
の大きさのスイッチング時間を有するが、例えば極めて
高い動作電圧(即ち多くはキロボルト範囲)を要するな
ど他の問題点を有する。またこれらは、未偏光の光の損
失が比較的高く(例えば50%)、温度に敏感であり、光
学収差を生成する傾向がある。
Other solutions to the image smear problem have been proposed when the integration time is less than or equal to the transfer time, but none of them achieve the desired operation as described above. For example, it has been proposed that image smear can be eliminated by performing post-processor data operations on image data using a suitably designed algorithm. However, such a method is time consuming and expensive to achieve. Another proposed method is to place an electro-optical shutter such as a Pockel or a Kersel in front of the CCD. Such electro-optical shutters have a relatively high speed, i.e. switching times on the order of nanoseconds, but have other problems, for example requiring very high operating voltages (i.e. often in the kilovolt range). They also have a relatively high loss of unpolarized light (eg 50%), are temperature sensitive and tend to produce optical aberrations.

更に別の方法においては、種々の方法によって電子シ
ャッタをCCD構造体中に製造することが提案されてい
る。この典型例は、感光域内に収集された光電子が、像
捕獲作業の最後に隣接するCCDのチャネル内に転送され
るライン間転送CCDである。隣接するCCDチャネルは、光
電子が更に収集されるのを禁止する遮断層によって被覆
されている。このような装置においては像信号は、無理
なく無視し得るほどの像スミアを含み、チップからクロ
ック出力され得る。この方法によるシャッタ処理は、電
荷を光収集現場(photosite)からCCDチャネルに転送す
るのに要する時間(典型的には単一クロックサイクル)
しか必要でない。しかしながらこのような構造体におい
ては、各画素域の有意な部分がCCD転送チャネルによっ
て使用されねばならないことから、画素充填係数が著し
く低下する(例えば100%には全く満たない)。
In yet another method, it has been proposed to fabricate electronic shutters in CCD structures by various methods. A typical example of this is a line-to-line transfer CCD in which photoelectrons collected in the light sensitive area are transferred into the channels of adjacent CCDs at the end of the image capture operation. Adjacent CCD channels are covered by a blocking layer that prevents further collection of photoelectrons. In such devices, the image signal contains reasonably negligible image smear and can be clocked out of the chip. Shuttering in this manner takes the time it takes to transfer charge from the photosite to the CCD channel (typically a single clock cycle).
Only needed. However, in such a structure, the pixel fill factor is significantly reduced (eg, less than 100%) because a significant portion of each pixel area must be used by the CCD transfer channel.

別の方法の例は、像全体、即ちその全ての画素を撮像
アレーからフレーム格納アレー内に転送することにより
シャッタ機能を果たすフレーム転送CCD撮像装置であ
る。ここではフレーム格納アレーは不透明材料によって
被覆されている。このようなシャッタ機能によると、画
素の位置に依存した像スミアが生じ、像スミア作用は、
フレーム格納アレーから最も遠くに位置する撮像アレー
内の画素において起こり、しかも顕著である。かかる画
素における“スミア”光電子の数は、クロック速度に撮
像アレーカラム内の画素数を乗じた値に反比例する。
Another example of a method is a frame transfer CCD imager that performs a shutter function by transferring the entire image, or all of its pixels, from the imaging array into the frame storage array. Here, the frame storage array is covered by an opaque material. According to such a shutter function, image smear depending on the pixel position occurs, and the image smear effect is
It occurs and is significant in the pixels in the imaging array that are furthest from the frame store array. The number of "smear" photoelectrons in such a pixel is inversely proportional to the clock rate times the number of pixels in the imaging array column.

更に別のCCD撮像装置は、CCD転送チャネル上に感光域
を配置することによりシャッタ機能を生み出す。このよ
うな方法は、高画素充填係数を有する光収集画素を与
え、光電子信号を比較的迅速にシャッタすることができ
る。しかしながら残念なことに、感光層は、イメージラ
グ(image lag)のようなCCDの他の動作問題を惹起し、
装置は高い動作電圧を有し、比較的大きくて望ましくな
い暗電流を生じ易い。
Yet another CCD imager creates a shutter function by placing a light sensitive area on the CCD transfer channel. Such a method provides a light collecting pixel with a high pixel filling factor and can shutter the optoelectronic signal relatively quickly. Unfortunately, however, the photosensitive layer causes other operational problems of the CCD, such as image lag,
The device has a high operating voltage and is prone to relatively large and unwanted dark currents.

発明の要約 本発明は、裏面照射フレーム転送CCD撮像装置内に一
体的に形成されるべく開発された電子シャッタであっ
て、高速スイッチング時間、極めて高い即ち実質的に10
0%の画素充填係数及び高い消衰比(extinction rati
o)を与えるように設計されており、一方では、他の構
造体において生じる上述の問題点を解消または最小化す
る電子シャッタを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an electronic shutter developed to be integrally formed within a backside illuminated frame transfer CCD imager, which has a fast switching time, which is extremely high or substantially 10%.
0% pixel filling factor and high extinction ratio (extinction rati
o), while providing an electronic shutter that eliminates or minimizes the above-mentioned problems that occur in other structures.

本発明によれは、入力光信号に応答する電荷結合デバ
イスは、基板内に形成された画素アレーを含んでおり、
各画素は空乏井戸域を有している。各画素の空乏井戸域
を基板内部に拡大するために、第1像露出状態(シャッ
タ“開放”状態)において動作可能である手段が備えら
れている。かかる第1状態の間、各画素において入力光
信号によって生成された実質的に全ての入射光電子は、
拡大された空乏井戸域内に蓄積される。更に、各画素の
空乏井戸域を縮小し、縮小された空乏井戸域内に光電子
が更に蓄積されるのを実質的に禁止するために、第2蓄
積状態(シャッタ“閉鎖”状態)において動作可能であ
る手段が備えられている。蓄積に次いで、蓄積されてい
る光電子は、縮小された空乏井戸域からフレーム格納ア
レー域に容易に転送され得る。このような動作によっ
て、スミアは実質的に排除され、高速シャッタ動作が提
供され、更に、高い消衰比、高い画素充填係数及び高速
データ転送速度が得られる。このような動作は、無理の
ないコストで比較的容易に製造することができる比較的
単純な構造体を用いて達成される。
According to the invention, a charge coupled device responsive to an input optical signal comprises a pixel array formed in a substrate,
Each pixel has a depletion well region. Means are provided that are operable in the first image exposure state (shutter "open" state) to extend the depletion well region of each pixel into the substrate. During such a first state, substantially all of the incident photoelectrons generated by the input optical signal at each pixel are
Accumulates in the expanded depletion well area. In addition, it is operable in a second storage state (shutter “closed” state) to reduce the depletion well region of each pixel and substantially prevent further photoelectrons from accumulating within the reduced depletion well region. Means are provided. Following storage, stored photoelectrons can easily be transferred from the reduced depletion well area to the framed array area. Such operation substantially eliminates smear, provides high speed shutter operation, and also provides high extinction ratio, high pixel fill factor and high data rate. Such operation is accomplished with a relatively simple structure that can be relatively easily manufactured at reasonable cost.

発明の詳細 添付の図面を参照して本発明をより明確に記述する。Details of the invention   The present invention will be described more clearly with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明のフレーム転送CCD素子の平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of a frame transfer CCD device of the present invention.

図2は、図1の素子の画素例の平面図である。  2 is a plan view of an example pixel of the device of FIG.

図3は、図2の画素例の線分3−3に沿った断面の拡
大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a cross section along the line segment 3-3 of the pixel example of FIG.

図4は、シャッタ“開放”状態にある図1〜図3の素
子の画素例の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an example pixel of the device of FIGS. 1-3 in the shutter “open” state.

図5は、シャッタ“閉鎖”状態にある図1〜図3の素
子の画素例の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an example pixel of the device of FIGS. 1-3 in the shutter “closed” state.

図6は、本発明の典型的な素子のシャッタ立上がり域
及び立下がり域における、正規化したCCD出力信号測定
値を時間の関数として示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the normalized CCD output signal measurements as a function of time in the shutter rise and fall regions of a typical device of the present invention.

図7は、本発明の典型的な素子における画素応答をシ
ャッタ積分時間の関数として示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the pixel response of a typical device of the present invention as a function of shutter integration time.

図8は、本発明の素子の所定の領域の典型的な不純物
濃度例を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an example of typical impurity concentration in a predetermined region of the device of the present invention.

図9は、本発明の素子の他の所定の領域の典型的な不
純物濃度例を示したグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of typical impurity concentration in another predetermined region of the device of the present invention.

図10は、“絞り”動作モードにおいて使用される図1
〜図3の素子の画素例の断面図である。
FIG. 10 shows the FIG. 1 used in the “iris” mode of operation.
4A-4C are cross-sectional views of example pixels of the device of FIG.

図1は、当業者には公知の3相入力π1、π2及びπ
3並びに入力ゲート端子12に適した端子を有する画素の
3相撮像アレー11を含むフレーム転送CCD素子10の概略
図である。各画素の入力ダイオード13は入力ダイオード
電極14に接続されており、各画素間にあるシャッタドレ
イン域15は、図のごとくそれに接続されたシャッタドレ
イン電極16を有する。フレーム格納アレー17は撮像アレ
ー11に隣接して形成されており、このアレー17内には、
撮像アレー11の各画素において蓄積された全フレームの
電荷が、公知のフレーム転送CCDオペレーションに従っ
て転送される。通常の3相制御入力π1、π2及びπ3
はフレーム格納アレー17にも備えられている。アレー17
内に格納されたフレームデータは、フレーム格納から出
力レジスタ18にクロック出力され、そこから出力ゲート
18A及びビデオ出力端子19に、出力レジスタ18と関係す
る適当な3相クロック信号π1、π2及びπ3を使用し
て与えられる。フレーム転送CCD素子の一般構造及びオ
ペレーションに精通している当業者には公知のごとく、
適当なチャネルストップ域20が縦方向の各電荷転送チャ
ネル群21の間に形成されている。
FIG. 1 illustrates three-phase inputs π1, π2 and π known to those skilled in the art.
3 is a schematic diagram of a frame transfer CCD device 10 including a 3-phase imaging array 11 of pixels having terminals suitable for 3 and an input gate terminal 12. FIG. The input diode 13 of each pixel is connected to the input diode electrode 14, and the shutter drain region 15 between each pixel has a shutter drain electrode 16 connected to it as shown. The frame storage array 17 is formed adjacent to the imaging array 11, and in the array 17,
The charges of all the frames accumulated in each pixel of the imaging array 11 are transferred according to the known frame transfer CCD operation. Normal three-phase control inputs π1, π2 and π3
Is also included in the frame storage array 17. Array 17
The frame data stored in the frame is clocked out from the frame store to the output register 18, from which the output gate
18A and video output 19 are provided using the appropriate three-phase clock signals .pi.1, .pi.2 and .pi.3 associated with output register 18. As is known to those skilled in the art who are familiar with the general structure and operation of frame transfer CCD devices,
Suitable channel stop regions 20 are formed between each vertical charge transfer channel group 21.

図2は、図1のnチャネルフレーム転送CCD素子10の
撮像アレー11にある1つの裏面照射画素の例の平面図で
ある。この素子は後に詳述するような本発明の電子シャ
ッタを含む。図3は、図2の画素の線分3−3における
側面図を示している。図に見られるように、各画素は例
えばp型シリコン基板のようなp型半導体材料基板22中
に形成されている。ここに示した構造体は、その中に一
体的に形成されている集積化電子シャッタ構造を除き、
ほぼ標準的なフレーム転送画素構造体である。かかるシ
ャッタは、撮像アレー内にある縦方向転送チャネル間に
配置されたn+シャッタドレイン域15と、段差のあるp型
埋込み層26とを含む。p型埋込み層26は画素を横切って
広がっており、その深さは、図3に示したような第1の
深さ23及び第2の深さ24の間で変化する。第1の深さに
あるp型埋込み層26の部分は通常、画素の収集部分とし
て作用するn+埋込みチャネル25とシャッタドレイン域15
の両方の下方で中心が合わせられており、これらの間、
即ち第2の深さにあるp型埋込み層26の部分は、既に収
集された電荷の蓄積域として機能する。
FIG. 2 is a plan view of an example of one backside illuminated pixel in the imaging array 11 of the n-channel frame transfer CCD device 10 of FIG. This device includes the electronic shutter of the present invention as described in detail below. FIG. 3 shows a side view of the line segment 3-3 of the pixel of FIG. As can be seen, each pixel is formed in a p-type semiconductor material substrate 22, such as a p-type silicon substrate. The structure shown here, except for the integrated electronic shutter structure that is integrally formed therein,
It is a nearly standard frame transfer pixel structure. Such a shutter includes an n + shutter drain region 15 disposed between longitudinal transfer channels within the imaging array and a stepped p-type buried layer 26. The p-type buried layer 26 extends across the pixel and its depth varies between a first depth 23 and a second depth 24 as shown in FIG. The portion of the p-type buried layer 26 that is at the first depth typically serves as the n + buried channel 25 and shutter drain region 15 that acts as the collection portion of the pixel.
Centered under both of, and between these,
That is, the portion of the p-type buried layer 26 at the second depth functions as a storage area for the already collected charges.

図8及び図9は、図2及び図3に示した典型的な画素
の領域の不純物濃度を表わす一般曲線を示している。図
8は、画素の中央にあるn型埋込みチャネル域25及びp
型埋込み層域22における対数濃度を、図3の線分8−8
に沿った深さの関数として表しており、図9は、画素の
左側にあるn型シャッタドレイン域15及びp型埋込み層
域22における対数濃度を、図3の線分9−9に沿った深
さの関数として表している。
8 and 9 show general curves representing the impurity concentrations in the regions of the typical pixels shown in FIGS. 2 and 3. FIG. 8 shows an n-type buried channel region 25 and p in the center of the pixel.
The logarithmic concentration in the mold burying layer region 22 is calculated as the line segment 8-8 in FIG.
FIG. 9 shows the logarithmic concentration in the n-type shutter drain region 15 and the p-type buried layer region 22 on the left side of the pixel along the line segment 9-9 in FIG. Expressed as a function of depth.

図1〜図3のデバイスの動作は、通常の画素における
それぞれシャッタ“開放”(図4)及びシャッタ“閉
鎖”(図5)動作モードを示す図4及び図5を参照する
と最もよく説明される。
The operation of the device of FIGS. 1-3 is best described with reference to FIGS. 4 and 5, which show shutter “open” (FIG. 4) and shutter “closed” (FIG. 5) operating modes, respectively, in a normal pixel. .

シャッタが開放モードにあるときは、波線矢印31で示
したように基板22の裏面30から各画素を照射する入射光
像の全ての光電子を捕獲することが望まれる。かかるモ
ードにおいて、光電子は、基板内に形成されているn型
チャネル空乏域25内に収集される。このような目的で、
像捕獲、即ちシャッタ開放モードの間、適当に選択され
た値を有する電圧VIAが、撮像アレークロック電極32の
ゲート電極域33(この電極は図4に示したように各画素
に接続されている)に印加される。電圧VIAが印加され
ると、n型埋込みチャネル空乏域25(図3参照)が拡大
して、拡大されたn型埋込みチャネル空乏域25Aが形成
される。この領域25Aは、ゲート誘電性領域からp型埋
込み層26(図4に破線で示してあるもの)を貫いてp型
低濃度ドープ基板内部にまで広がっている。接合部を逆
バイアスに維持するためには、図4に示したように、シ
ャッタドレイン電極34を介して電圧VSDを各画素に印加
する。電圧VSDは、ドレイン域の空乏がp型埋込み層26
を貫かないようなものとする。基板に進入した光信号に
よって生成された光電子(即ち負電荷)は、各画素にお
いて電圧VIAによって確立された電場によって拡大され
たn型埋込みチャネル空乏域25Aに引き付けられ、その
中に電荷が蓄積される。p型埋込み層22の非空乏域は、
光電子をシャッタドレイン域15から排斥するような電場
を生成する。
When the shutter is in the open mode, it is desired to capture all the photoelectrons of the incident light image illuminating each pixel from the back surface 30 of the substrate 22, as indicated by the dashed arrow 31. In such a mode, photoelectrons are collected in the n-type channel depletion region 25 formed in the substrate. For this purpose,
During image capture, or shutter open mode, a voltage V IA having an appropriately selected value is applied to the gate electrode area 33 of the imaging array clock electrode 32 (this electrode is connected to each pixel as shown in FIG. 4). Applied). When the voltage V IA is applied, the n-type buried channel depletion region 25 (see FIG. 3) expands to form an expanded n-type buried channel depletion region 25A. This region 25A extends from the gate dielectric region through the p-type buried layer 26 (shown in phantom in FIG. 4) into the p-type lightly doped substrate. In order to maintain the junction at a reverse bias, the voltage V SD is applied to each pixel via the shutter drain electrode 34, as shown in FIG. The voltage V SD depends on the p-type buried layer 26 when the depletion in the drain region is
Should not penetrate. Photoelectrons (ie, negative charges) generated by the optical signal entering the substrate are attracted to the n-type buried channel depletion region 25A expanded by the electric field established by the voltage V IA in each pixel, and the charge is accumulated therein. To be done. The non-depletion region of the p-type buried layer 22 is
An electric field is generated to repel photoelectrons from the shutter drain region 15.

従って、光電子は、p型基板から画素の中央付近にあ
るp型埋込み層26のより浅い部分にある領域35を通って
n型埋込み空乏チャネル25Aに進入する。n+シャッタ
ドレインにおけるものと同様のポテンシャル障壁が、p
型埋込み層26のより深い部分にある領域36の上方にある
n型埋込みチャネル域に光電子が直接進入するのを阻止
する。より深いp型埋込み層域36に隣接するn型埋込み
チャネル内のポテンシャル井戸は、そのより浅い領域35
に隣接するものよりも正電荷が高い。その結果、より浅
いp型埋込み層部分35に向かって移動する電子は、p型
埋込み層26のその部分の上方にあるn型埋込みチャネル
蓄積空乏域25Bに転送される。画素の中央収集部分下方
の空乏域35は、捕獲された光電子の数に対しておおよそ
最大量までは感度が低く、即ち拡大は一定のままであ
る。この最大値を超えた光電子は、かかる蓄積空乏域
と、画素のp型埋込み層26下方の収集空乏域との間で共
有され、空乏域全体を次第に崩壊することになる。
Therefore, photoelectrons enter the n-type buried depletion channel 25A from the p-type substrate through the region 35 in the shallower portion of the p-type buried layer 26 near the center of the pixel. A potential barrier similar to that at n + shutter drain is p
It prevents photoelectrons from directly entering the n-type buried channel region above the region 36 in the deeper part of the mold buried layer 26. The potential well in the n-type buried channel adjacent to the deeper p-type buried layer region 36 has a shallower region 35.
Have a higher positive charge than those adjacent to. As a result, the electrons moving toward the shallower p-type buried layer portion 35 are transferred to the n-type buried channel storage depletion region 25B above that portion of the p-type buried layer 26. The depletion region 35 below the central collection portion of the pixel is insensitive to approximately the maximum amount of trapped photoelectrons, ie the expansion remains constant. Photoelectrons exceeding this maximum value are shared between the accumulation depletion region and the collection depletion region below the p-type buried layer 26 of the pixel, and the entire depletion region is gradually collapsed.

電子シャッタが閉鎖されると(図5)、別の選択され
た値を有する電圧VIAが撮像アレー電極32に印加され
る。この電圧は、シャッタが開放のときよりも低い値を
有し、空乏域25がp型埋込み層22を通して減退し、拡大
するのに十分ではなくて、空乏域25Aが図示したような
領域25Bまで縮小するような値を有する。しかしながら
かかる電圧は、電荷を画素から画素へ転送するには十分
である。シャッタ閉鎖モードの間、縮小されたn型埋込
みチャネル域25Bとp型基板の間にp型埋込み層26によ
ってポテンシャル障壁が生成される。この障壁は、縮小
されたn型埋込みチャネル25Bから光電子を排斥する電
場を伴なう。シャッタ閉鎖モードの間n+シャッタドレ
インに印加されている電圧VSDは、シャッタ開放モード
の間に印加されるよりも大きく、ドレイン空乏域15を、
図5に領域15Aで示したようにp型埋込み層を超えてよ
り深部に、p型基板内部にまで拡大する。かかる条件下
で、光電子(負電荷)はそこに確立された電場によって
拡大されたシャッタドレイン域15Aに引き付けられ、そ
の結果、縮小されたn型埋込みチャネル域25内で検出も
収集もされない。
When the electronic shutter is closed (FIG. 5), a voltage V IA having another selected value is applied to the imaging array electrode 32. This voltage has a lower value than when the shutter is open and is not sufficient for the depletion region 25 to decay and expand through the p-type buried layer 22 and the depletion region 25A to the region 25B as shown. It has a value that reduces. However, such a voltage is sufficient to transfer charge from pixel to pixel. During the shutter closed mode, a potential barrier is created by the p-type buried layer 26 between the reduced n-type buried channel region 25B and the p-type substrate. This barrier is accompanied by an electric field that rejects photoelectrons from the reduced n-type buried channel 25B. The voltage V SD applied to the n + shutter drain during the shutter close mode is greater than that applied during the shutter open mode, causing the drain depletion region 15 to
As shown by the region 15A in FIG. 5, it extends deeper than the p-type buried layer to the inside of the p-type substrate. Under such conditions, photoelectrons (negative charges) are attracted to the enlarged shutter drain region 15A by the electric field established therein, so that they are neither detected nor collected within the reduced n-type buried channel region 25.

要約すると、シャッタが開放のときは、各画素におけ
る拡大されたn型埋込みチャネル空乏域25Aが、入射光
像からそこに入射した実質的に全ての光電子を捕獲し、
それらを空乏域25B内に蓄積する。p型埋込み層26は、
シャッタが開放モードにあるときに各画素に進入する実
質的に全ての電荷が捕獲される(実際、100%画素充填
係数を与える)よう、かかる入射光電子電荷がドレイン
域に引き付けられるのを禁止する。
In summary, when the shutter is open, the enlarged n-type buried channel depletion region 25A in each pixel captures substantially all of the photoelectrons incident on it from the incident light image,
Accumulate them in the depletion zone 25B. The p-type buried layer 26 is
Prevent such incident optoelectronic charge from being attracted to the drain area so that substantially all charge entering each pixel is captured (in effect giving 100% pixel fill factor) when the shutter is in open mode .

シャッタ閉鎖モードにおいては、縮小されたn型埋込
みチャネル域が、シャッタが開放のときに捕獲された電
荷を保持しており、入射電荷が更に捕獲されることはな
く、更なる電荷がn型埋込みチャネルに進入することは
p型埋込み層26によって阻止され、更に到来した電荷
は、拡大されたドレイン空乏域15Aを介して基板から排
出される。
In the shutter-closed mode, the reduced n-type buried channel region retains the charge that was trapped when the shutter was open, so that no additional charge was trapped, and no additional charge was buried. Entry into the channel is blocked by the p-type buried layer 26, and the incoming charge is drained from the substrate through the expanded drain depletion region 15A.

全シャッタ動作によって、開放のときには実質的に全
ての入射光電子電荷が蓄積され、閉鎖のときには実質的
に電荷が蓄積されないような高消衰比を有する迅速に動
作するシャッタが生成される。蓄積された電荷は、各画
素のn型埋込みチャネル域25から対応するアレー17のフ
レーム格納域に、従来の公知のフレーム転送技術を使用
し、スミアなしに転送することができる。
Full shutter operation produces a fast-acting shutter having a high extinction ratio such that substantially all incident photoelectron charge is stored when open and substantially no charge is stored when closed. The accumulated charge can be transferred from the n-type buried channel area 25 of each pixel to the corresponding frame storage area of the array 17 using a conventionally known frame transfer technique without smear.

作動のために高電圧を要する既に提案されているシャ
ッタ装置とは違い、本明細書に記載の装置は電極32及び
34に比較的低い電圧を使用する。即ち、シャッタ開放モ
ードの間、電圧VIAは18V≦VIA≦25Vであり、電圧VSDは0
V≦VSD≦6Vである。シャッタ閉鎖モードの間の電圧は、
−6≦VIA≦12V及び6V≦VSD≦18Vである。
Unlike previously proposed shutter devices that require high voltage for operation, the device described herein uses electrodes 32 and
Use a relatively low voltage for 34. That is, during the shutter open mode, the voltage V IA is 18V ≦ V IA ≦ 25V and the voltage V SD is 0V.
V ≦ V SD ≦ 6V. The voltage during shutter close mode is
-6 ≤ V IA ≤ 12V and 6V ≤ V SD ≤ 18V.

このような作動において、波長が短くなるにつれて消
衰比は増大することが判っている。本発明に従って製造
した試作デバイスにおいて3種の波長例に対する消衰比
は以下のようであった。@(nm.) 消衰比 450 >5500 543.5 5100 632.8 107 上記表から判るように、約540nm以下の波長においては
消衰比は5000より高く、波長450nmにおいてこの比は、
使用した実験条件によって測定し得るよりも高かった。
It has been found that in such an operation, the extinction ratio increases as the wavelength becomes shorter. The extinction ratios for the three wavelength examples in the prototype device manufactured according to the present invention were as follows. @ (Nm.) Extinction ratio 450> 5500 543.5 5100 632.8 107 As can be seen from the table above, the extinction ratio is higher than 5000 at wavelengths of about 540 nm and below, and this ratio at wavelength 450 nm is
It was higher than could be measured depending on the experimental conditions used.

本発明の典型的な実施態様のシャッタ立上がり時間及
び立下がり時間を、シャッタ遷移領域を通して光パルス
を段階的に与えることにより測定し(即ち閉鎖モードか
ら開放モードへ、及び開放モードから閉鎖モードへの両
方に移行するとき)、CCD出力応答対時間ステップを記
録した。固有シャッタ速度を表わすシャッタ関数S
(t)は、存在する全光電子数に対する検出された光電
子のフラクションと定義することができ、消衰比は無限
であると仮定する。CCD出力応答O(t)は、シャッタ
関数S(t)と光電子パルス入力I(t)の合成積とし
て表すことができ、O(t)=S(t)*I(t)と書
き表される。図6は、測定されたCCD出力信号を正規化
した値をシャッタ立上がり及び立下がり動作時間の関数
として表したものであり、スイッチング時間は、10%〜
90%の値の間で取ると、55nsより小さいことが判る。
The shutter rise and fall times of an exemplary embodiment of the invention are measured by stepwise applying light pulses through the shutter transition region (i.e., from closed mode to open mode and from open mode to closed mode). CCD output response vs. time step was recorded). Shutter function S representing the intrinsic shutter speed
(T) can be defined as the fraction of detected photoelectrons with respect to the total number of photoelectrons present, and the extinction ratio is assumed to be infinite. The CCD output response O (t) can be expressed as a composite product of the shutter function S (t) and the photoelectron pulse input I (t), and is written as O (t) = S (t) * I (t). It FIG. 6 shows a normalized value of the measured CCD output signal as a function of shutter rise and fall operation time, and the switching time is 10% to
Taken between 90% values, it turns out to be less than 55ns.

段差を有するまたは二重深度のp型埋込み層26を使用
することで、おおよそ最大量まで井戸内に蓄積される信
号とは無関係なn型埋込み空乏域を使用することができ
る。図7は、単一の深さのp型埋込みチャネルを使用し
た場合(図7の四角のプロット点参照)と比較した二重
深度のp型埋込み層26(図7の三角形のプロット点参
照)における、画素応答(即ち1画素当たりに捕獲され
た電子数)対積分時間(即ちシャッタ開放時間)を示し
ている。かかる動作において、シャッタドレインは、各
ケースで拡大されたn型埋込み空乏域25Aがp型埋込み
層を貫き且つそれを僅かに超えるようにバイアスした。
検出領域に関係する空乏域が一定である限り、画素応答
は積分時間にほぼ直線形に依存するはずである(図7の
実線)。図7の結果は、二重深度のp型埋込み層におけ
る画素応答は、図に示されているように画素の約3分の
2の“充填”状態まで直線性を維持するが、単一の深さ
のp型埋込み層は比較的低い信号レベルで非直線性にな
ることを示している。
The use of a stepped or dual depth p-type buried layer 26 allows the use of n-type buried depletion regions that are independent of the signal stored in the well to approximately the maximum amount. FIG. 7 shows a dual depth p-type buried layer 26 (see triangle plot points in FIG. 7) compared to using a single depth p-type buried channel (see square plot points in FIG. 7). Shows the pixel response (ie, the number of electrons captured per pixel) versus the integration time (ie, shutter open time). In such an operation, the shutter drain was biased so that the enlarged n-type buried depletion region 25A in each case penetrated the p-type buried layer and slightly exceeded it.
As long as the depletion zone related to the detection area is constant, the pixel response should depend almost linearly on the integration time (solid line in Figure 7). The results in FIG. 7 show that the pixel response in the dual depth p-type buried layer remains linear until the "filled" state of about two-thirds of the pixels as shown. The deep p-type buried layer is shown to be non-linear at relatively low signal levels.

従って本発明によれば、電子シャッタは、フレーム転
送裏面照射CCD撮像装置の構造中にうまく組み込まれ
る。電子シャッタは高い消衰比、例えば540nmより短い
波長に対しては5000以上の消衰比を有し、且つ極めて短
時間、例えば約55ns以下で効果的に切り換えられる。
Therefore, according to the present invention, the electronic shutter is successfully incorporated into the structure of a frame transfer backside illuminated CCD imager. The electronic shutter has a high extinction ratio, for example, an extinction ratio of 5000 or more for wavelengths shorter than 540 nm, and can be effectively switched in a very short time, for example, about 55 ns or less.

更に、上述したような段差のあるまたは二重深度のp
型埋込み層を使用すると、光電子収集域と蓄積域とを別
々に有する画素を生成することにより、画素の実質的な
“充填”状態のフラクションまで実質的に直線性の応答
がもたらされる。
In addition, the stepped or double depth p as described above
The use of a buried mold layer produces a pixel having separate photoelectron collection and storage areas, which results in a substantially linear response up to a substantial "filled" fraction of the pixel.

本発明のデバイスを電子シャッタとして作動させる上
に、かかるデバイスは電圧制御絞りの態様で作動させる
こともできる。かかる作動においては、n+シャッタド
レインに関係する空乏域15A及びn型埋込みチャネルに
関係する空乏域25Aは、図10に示したように、n型埋込
み層26を超えてp基板22内にまで広がる。各シャッタド
レイン域及びn型埋込みチャネル域は、入射光信号から
光電子(電荷)の一部を収集する。n型埋込みチャネル
収集域25Aによって収集された光電子フラクションは、
シャッタドレイン電圧VSDを上昇させるかまたは撮像ア
レーゲート電極電圧VIAを低下させることにより減少さ
せることができる。シャッタドレイン電圧が上昇する
と、空乏域15Aを基板22内にまで拡大させ、より多くの
光電子をn型埋込みチャネル域25Aからn+シャッタド
レイン15に引き付ける電場を生成することにより、絞り
が閉じられる。シャッタドレインは、シャッタドレイン
電圧が上昇すると、存在する入力信号光電子の総数のよ
り大きなフラクションを排除する。従って、n型埋込み
チャネル検出域25Aによって収集される入力信号電子は
より少なくなる。即ち、絞り開放は、VIAもしくはVSD
いずれかの電圧の値またはこれらの組合せを調節するこ
とにより制御することができる。
In addition to operating the device of the present invention as an electronic shutter, such device can also be operated in the form of a voltage controlled diaphragm. In such an operation, the depletion region 15A associated with the n + shutter drain and the depletion region 25A associated with the n-type buried channel extend beyond the n-type buried layer 26 and into the p-substrate 22 as shown in FIG. . Each shutter drain region and n-type buried channel region collects a portion of the photoelectrons (charges) from the incident optical signal. The photoelectron fraction collected by the n-type buried channel collection area 25A is
It can be reduced by raising the shutter drain voltage V SD or lowering the imaging array gate electrode voltage V IA . As the shutter drain voltage increases, the aperture is closed by expanding the depletion region 15A into the substrate 22 and creating an electric field that attracts more photoelectrons from the n-type buried channel region 25A to the n + shutter drain 15. The shutter drain eliminates a larger fraction of the total number of input signal photoelectrons present as the shutter drain voltage increases. Therefore, less input signal electrons are collected by the n-type buried channel detection area 25A. That is, aperture opening can be controlled by adjusting the value of either V IA or V SD or a combination thereof.

このような“絞り”動作モードにおいて電子シャッタ
を使用すると、例えば、特に高度に照射された撮像条件
下、例えば極めて明るい入射信号下で、適当なコントラ
ストを維持することができる。このような絞り制御を与
えることのできない通常の光学検出器アレーは、高入力
信号レベルにおいては画素が飽和する、即ち全ての画素
が実質的に同じレベルになるのでコントラストを失い易
く、ほとんどまたは全くテクスチャをもたない画像、即
ち事実上空白のスクリーンとなる。
The use of electronic shutters in such "aperture" mode of operation makes it possible, for example, to maintain a suitable contrast, especially under highly illuminated imaging conditions, for example under very bright incident signals. Conventional optical detector arrays that are unable to provide such aperture control tend to lose pixel contrast at high input signal levels, that is, because all pixels are at substantially the same level and thus lose contrast, with little or no contrast. The image has no texture, which is effectively a blank screen.

上述の本発明の特定の実施例は本発明の好ましい実施
態様を表わしているが、本発明の主旨及び範囲内で当業
者には変更が可能であろう。従って本発明は、請求の範
囲に記載のものを除き、本明細書に記載の特定の実施例
には制限されない。
While the particular embodiments of the invention described above represent preferred embodiments of the invention, those skilled in the art will be able to make modifications within the spirit and scope of the invention. Therefore, the invention is not limited to the specific embodiments described herein except as set forth in the claims.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コシキ,バーナード・ビー アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01720、アクトン、フオート・ポンド・ ロード・39 (72)発明者 サボイ,ユージーン・デイー アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01742、コンコード、ベツドフオード・ ストリート・689 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/148 H04N 5/335 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koshiki, Bernard Bee, USA, Masachi Yousets-01720, Acton, Huart Pond Road 39 (72) Inventor Savoy, Eugene Day USA, Masachi Yousets-01742, Concord, Bethford Ord Street 689 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/148 H04N 5/335

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板内に形成された画素アレーを有する電
荷結合デバイスであって、前記画素の各々が空乏井戸域
を有しており、前記アレーが入力光信号に対して応答性
であり、 前記各画素において前記入力光信号によって生成される
実質的に全ての入射光電子を拡大された前記空乏井戸域
内に蓄積すべく前記各画素の井戸域を拡大し、および前
記各画素の拡大された空乏井戸域を縮小するための手段
と、 この縮小された空乏井戸域内に前記各画素において前記
入力光信号によって生成される光電子が蓄積されるのを
実質的に禁止するため手段 とを含む電荷結合デバイス。
1. A charge-coupled device having an array of pixels formed in a substrate, wherein each of said pixels has a depletion well region, said array being responsive to an input optical signal, Expanding the well area of each pixel to accumulate substantially all of the incident photoelectrons generated by the input optical signal in each pixel in the expanded depletion well area, and the expanded depletion of each pixel. Charge coupled device comprising means for reducing a well region and means for substantially inhibiting accumulation of photoelectrons generated by the input optical signal in each pixel within the reduced depletion well region. .
【請求項2】半導体基板中に形成された画素アレーを有
する電荷結合デバイスに使用するための電子シャッタで
あって、前記アレーが入力光信号に対して応答性であ
り、前記画素の各々が前記基板の表面にあるゲート電極
を有しており、 前記各画素に形成された空乏井戸域と、 前記アレーの隣り合った画素間にそれぞれ形成されてい
る複数のドレイン空乏域と、 前記各画素において前記空乏井戸域及びそのドレイン空
乏域下方に形成されている埋込み層と、 シャッタ開放モードの間に、前記各画素の埋込み層の下
方で前記基板内部に広がる拡大された空乏井戸域を生成
すべく、前記各画素において前記ゲート電極に第1の電
圧を印加するための第1電圧手段と、 前記各画素の前記ドレイン空乏域と埋込み層の間に逆電
圧バイアスを与えるべく、前記画素間にある前記ドレイ
ン空乏域に第2の電圧を印加するための第2電圧手段 とを含んでおり、前記シャッタ開放モードの間、前記各
画素において前記入力光信号から前記基板に与えられた
光電子が前記拡大された空乏井戸域内に蓄積され、前記
埋込み層が、前記光電子が前記ドレイン空乏域へ移動す
るのを禁止する電子シャッタ。
2. An electronic shutter for use in a charge-coupled device having an array of pixels formed in a semiconductor substrate, said array being responsive to an input optical signal, each of said pixels comprising: A gate electrode on the surface of the substrate, a depletion well region formed in each pixel, a plurality of drain depletion regions formed between adjacent pixels of the array, and in each pixel A buried layer formed below the depletion well region and its drain depletion region, and an enlarged depletion well region spreading inside the substrate below the buried layer of each pixel during the shutter open mode. , A first voltage means for applying a first voltage to the gate electrode in each pixel, and a reverse voltage bias between the drain depletion region and the buried layer of each pixel A second voltage means for applying a second voltage to the drain depletion region between the pixels, the second voltage means for applying a second voltage from the input optical signal to the substrate in each pixel during the shutter opening mode. An electronic shutter in which given photoelectrons are accumulated in the enlarged depletion well region and the buried layer inhibits the photoelectrons from migrating to the drain depletion region.
【請求項3】シャッタ閉鎖モードにおいて、 前記第1電圧手段が、前記拡大された空乏井戸域を、前
記埋込み層上方の実質的により小さい縮小された空乏井
戸域に縮小すべく、前記各画素において前記ゲート電極
に第3の電圧を印可し、 前記第2電圧手段が、前記ドレイン空乏域を、前記各画
素において前記埋込み層下方で前記基板内部に拡大すべ
く、前記各画素間にある前記ドレイン空乏域に第4の電
圧を印可し、 それによって、前記シャッタ閉鎖モードの間、前記各画
素において前記基板に与えられた光電子が前記拡大され
たドレイン空乏域に引き付けられ、前記縮小された空乏
井戸域へ移動するのが禁止される請求項2に記載の電子
シャッタ。
3. In a shutter-closed mode, the first voltage means reduces the enlarged depletion well region to a substantially smaller reduced depletion well region above the buried layer at each pixel. A third voltage is applied to the gate electrode, and the second voltage means extends the drain depletion region to the inside of the substrate below the buried layer in each pixel, and the drain between the pixels is provided. A fourth voltage is applied to the depletion region, whereby photoelectrons imparted to the substrate in each pixel are attracted to the enlarged drain depletion region during the shutter closing mode, and the reduced depletion well. The electronic shutter according to claim 2, wherein movement to the area is prohibited.
【請求項4】前記埋込み層の一部が第1の深さにあり、
前記埋込み層の他の部分が、前記空乏井戸域及び前記ド
レイン空乏域下方の、前記第1の深さより大きい第2の
深さにある請求項2または3に記載の電子シャッタ。
4. A portion of the buried layer is at a first depth,
4. The electronic shutter according to claim 2, wherein the other portion of the buried layer is at a second depth below the depletion well region and the drain depletion region that is larger than the first depth.
【請求項5】前記第1の深さにある前記埋込み層の一部
が前記空乏井戸域の中央領域の下方にあり、前記第1の
深さにある他の部分が、前記ドレイン空乏域の下方にあ
り、前記第2の深さにある前記埋込み層の一部が前記中
央領域と前記ドレイン空乏域の間の領域の下方にある請
求項4に記載の電子シャッタ。
5. A portion of the buried layer at the first depth is below the central region of the depletion well region, and another portion at the first depth is of the drain depletion region. The electronic shutter of claim 4, wherein a portion of the buried layer below and at the second depth is below a region between the central region and the drain depletion region.
【請求項6】前記第1の電圧が約18V〜約25Vの値を有
し、前記第2の電圧が約0V〜約6Vの値を有する請求項2
に記載の電子シャッタ。
6. The first voltage has a value of about 18V to about 25V, and the second voltage has a value of about 0V to about 6V.
The electronic shutter according to.
【請求項7】前記第3の電圧が約−6V〜約12Vの値を有
し、前記第4の電圧が約6V〜約18Vの値を有する請求項
3に記載の電子シャッタ。
7. The electronic shutter of claim 3, wherein the third voltage has a value of about −6V to about 12V and the fourth voltage has a value of about 6V to about 18V.
【請求項8】前記基板がp型埋込み層を含んでおり、前
記空乏井戸域がn型空乏チャネルを含んでおり、前記ド
レイン空乏域がn型ドレインチャネルである請求項2に
記載の電子シャッタ。
8. The electronic shutter according to claim 2, wherein the substrate includes a p-type buried layer, the depletion well region includes an n-type depletion channel, and the drain depletion region is an n-type drain channel. .
【請求項9】前記p型埋込み層が、その対数濃度が約12
atoms/cm3〜約16atoms/cm3の範囲内にあるような不純物
濃度を有しており、前記n型埋込み層が、その対数濃度
が約12atoms/cm3〜約16.5atoms/cm3の範囲内にあるよう
な不純物濃度を有しており、前記n型ドレインチャネル
の各々が、その対数濃度が約12atoms/cm3〜約20atoms/c
m3の範囲内にあるような不純物濃度を有している請求項
8に記載の電子シャッタ。
9. The p-type buried layer has a logarithmic concentration of about 12.
atoms / cm 3 has an impurity concentration such that in the range of about 16atoms / cm 3, the n-type buried layer, the range that log concentration of about 12atoms / cm 3 ~ about 16.5atoms / cm 3 Each of the n-type drain channels has a logarithmic concentration of about 12 atoms / cm 3 to about 20 atoms / c.
9. The electronic shutter according to claim 8, having an impurity concentration in the range of m 3 .
【請求項10】半導体基板中に形成された画素アレーを
有する電荷結合デバイスに使用するための電子絞りであ
って、前記画素の各々が前記基板の表面にあるゲート電
極を有しており、 前記アレーの隣り合った画素間にそれぞれ形成されてい
る複数のドレイン空乏域と、 前記各画素において空乏井戸域及びそのドレイン空乏域
下方に形成されている埋込み層と、 前記各画素の埋込み層下方で前記基板内部に広がる拡大
された空乏井戸域を生成すべく、前記各画素において前
記ゲート電極に第1の電圧を印加するための第1電圧手
段と、 前記各画素において前記埋込み層下方の前記基板内に前
記ドレイン空乏域を拡大すべく、前記画素間にある前記
ドレイン空乏域に第2の電圧を印加するための第2電圧
手段とを含んでおり、少なくとも前記第1電圧手段また
は前記第2電圧手段が、前記各画素において前記入力光
信号から前記基板に与えられ前記拡大された空乏井戸領
域内に蓄積される光電子の部分を調節するように制御さ
れる電子絞り。
10. An electronic aperture for use in a charge coupled device having a pixel array formed in a semiconductor substrate, each of said pixels having a gate electrode on the surface of said substrate, A plurality of drain depletion regions formed respectively between adjacent pixels of the array; a buried layer formed below the depletion well region and its drain depletion region in each pixel; and below the buried layer of each pixel. First voltage means for applying a first voltage to the gate electrode in each pixel to create an enlarged depletion well region extending inside the substrate; and the substrate below the buried layer in each pixel. A second voltage means for applying a second voltage to the drain depletion region between the pixels in order to expand the drain depletion region. An electron controlled by the first voltage means or the second voltage means to adjust a portion of the photoelectrons applied to the substrate from the input optical signal and stored in the enlarged depletion well region in each pixel. Aperture.
【請求項11】前記第2電圧手段が、前記入力光信号か
ら前記基板に与えられ前記拡大された空乏井戸域内に蓄
積される光電子の部分を制御すべく、前記ドレイン空乏
域が前記基板内部に拡大する程度を調節するよう制御さ
れる請求項10に記載の絞り。
11. The drain depletion region within the substrate for controlling the portion of photoelectrons provided to the substrate from the input optical signal and stored in the expanded depletion well region by the second voltage means. The aperture according to claim 10, wherein the aperture is controlled to adjust the degree of enlargement.
【請求項12】前記第1及び第2電圧手段が、前記入力
光信号から与えられ前記拡大された空乏井戸域内に蓄積
される光電子の部分を制御すべく、前記空乏井戸域及び
前記ドレイン空乏域がそれぞれ前記基板内部に拡大する
程度を調節するよう制御される請求項10に記載の絞り。
12. The depletion well region and the drain depletion region for controlling the portion of photoelectrons provided from the input optical signal and accumulated in the expanded depletion well region, by the first and second voltage means. 11. The diaphragm according to claim 10, wherein each of the diaphragms is controlled to adjust a degree of expansion inside the substrate.
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