JPH01308072A

JPH01308072A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH01308072A
Application number: JP63139947A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shibata; 英紀柴田; Mamoru Yasaka; 守家坂; Shinji Osawa; 慎治大澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1989-12-12
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2713991B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、複数本の水・ｒｚ　ｃ　ＣＤを有する固体撮
像装置に係わり、特に水゛＋ｔ　ｃ　ＣＤ間の電荷転送
の改良をはかった固体撮像装置に関する。

（従来の技術）近年、ＣＣＤ撮像装置は、家庭用ビデオカメラ等に広く
用いられ、また放送用カメラにおいても撮像管からの変
換が進められている。家庭用ビデオカメラにおけるスー
パーＶＨ５方式（Ｓ−ＶＨ５方式）や、テレビ放送にお
けるＨＤＴＶ方式等の新しいシステムの出現に１ｆい、
多画素固体撮像装置のニーズが高まっている。これらの
システムでは、垂直方向の画素数はＳ　−Ｖ　Ｈ，Ｓ方
式で約５００画素、ＨＤＴＶ方式で約１０００画素と決
まっており、多画素化のニーズは水平方向画素の高集積
化に向けられている。

水宅方向の画素数の増加に伴い、信号出力の読出し周波
数及び水平ＣＣＤの駆動周波数が高くなるため、従来用
いられてきた１本の水平ＣＣＤの構造では、ＣＣＤを駆
動するための電力の増加や、水平ＣＣＤにおける転送効
率の低下等の問題が生じるようになった。そこで、これ
らの問題を解決するものとして、複数本の水平ＣＣＤを
有する構造が発表されている。例えば、文献（ｒ　ｌ／
２インチ７ＨＸ　４９２素子ＣＣＤイメージセンサ」Ｔ
ｖ技報、昭和６１年２月、ＴＥＢＳ　１０９　ＥＤ９４
２）。

以下、この２線水平ＣＣＤを有する従来のＣＣＤ撮像装
置の一例を第５図を参照して説明する。第５図において
１０は半導体基板、２０は感光部であるフォトダイオー
ド、３０．、　　。

３０Ｍ　、３０Ｍ＋１、〜，３ＯＮは垂直ＣＣＤであり
、垂直ＣＣＤはφＶ、〜φｖ４が印加される４組の電極
で構成されて４層駆動で動作する。さらに、３０Ｍ、３
０Ｍ＋１のような隣接する２列の垂直ＣＣＤに対応し、
１段を構成する水平ＣＣＤ４１．４２が並列に配置され
ている。２本の水平ＣＣＤ４１，４２には各々出力アン
プ５１゜５２が設けられている。また、垂直ＣＣＤと水
平ＣＣＤとの間には、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤ間の転送
のタイミングを取るための電極５３．５４が、２本の水
平ＣＣＤの間には水平ＣＣＤ間の電荷の転送を行うため
の電極５５が設けられている。

このような構造では、フォトダイオード２０に一定期間
蓄積された信号電荷は、各々対応する垂直ＣＣＤに読出
されたのち垂直方向に転送される。

例えば３０Ｍ、３０Ｍ＋１のような隣接する２列の垂直
ＣＣＤにより転送される信号電荷の動き今見ると、φ、
Ｌが与えられる７ｄ極５３，５４を介して水ｉ７Ｚ　Ｃ
ＣＤ　４１に転送された信号電荷のうち、垂直ＣＣＤ３
０Ｍ＋１の電荷はさらに、φＴが与えられる電極５５を
介して水平ＣＣＤ４２に転送される。２本の水平ＣＣＤ
に振分けられた隣接する垂直ＣＣＤからの信号電荷は各
々の水平ＣＣＤに分離されたまま水平方向に転送され、
出力アンプ５１．５２より出力される。

次に、第６図及び第７図を用いて２本の水平ＣＣＤへの
信号電荷の振分けの動作について説明する。第６図は垂
直ＣＣＤの最終段（ここではφ９□が与えられる電極５
６）、電極５３，５４．２本の水平ＣＣＤ４１．４２、
電極５５の具体的な構造の一例を示す図、第７図は第６
図の各電極に印加される駆動パルスを示す図である。

第６図において、実線は第１層目の電極、破線は第２層
目の電極、１点鎖線は第３層目の電極を示している。ま
た、斜線で示しであるのは素子分離領域である。水平Ｃ
ＣＤ４１．４２は２層駆動で動作するため、水平方向の
電荷の転送において、電荷を一時蓄積するチャネル上の
電極６２．６３（ここでは第２層目の電極を用いている
）と水平方向の電荷の転送においてバリアとなるチャネ
ル上の電極６４．６５　（ここでは第３層目の電極を用
いている）の４種類の電極があり、電極６２゜６４、電
極６３．６５を各々電気的に接続してφ□とφ＋１２の
２組の転送電極を構成している。なお、水平Ｃ０Ｄ４１
．４２間の電荷の転送では水平ＣＣＤ４１の下のチャネ
ルが電荷の通り道となる。

第６図の■〜■は信号電荷７１．７２の転送時の動きを
示し、第７図の夕°イミング■〜■と対応している。タ
イミング■で信号電荷７１．７２は電極５６から電極５
３．５４へ、タイミング■で電極５３．５４から水平Ｃ
ＣＤ４１に転送される。

タイミング■、■において、信号電荷７１は素子分離領
域によって水平ＣＣＤ４１に止まる。これに対し信号型
（、：Ｉ　７２はタイミング■で電極５５に、さらにタ
イミング■で水＊１ｔ　ｃ　ＣＤ　４２に転送される。

以上のようにして隣接する垂直ＣＣＤからの信号電荷を
２本の水平ＣＣＤ４１，４２に振分けている。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、２本の水・ｌ’ＺｃｃＤ４１゜４２間
の電荷の転送時に電荷の通り道となるチャネル上の電極
６２が長方形をしており、これを現在電極材料として用
いられている多結晶シリコンで形成すると、電極の周辺
部に２０００人程度０ギザギザが発生する。このため、
電極６２の幅（水平方向の長さ）が１枚の電極内で最大
４０００人程度形成つくことになる。このばらつきは、
信号電荷が通過するチャネル電位を変化させ、幅が広い
場合は電位は高い方に、幅が狭い場合は低い方に変化さ
せる。

これについて第８図を参照して史に説明する。

第８図は第６図において、信号電荷７２の転送動作■、
■に関わる電極部と、転送動作における各電極下のチャ
ネルの電位を電荷の転送方向に沿って示した図である。

電極６２の設計上の幅をＬとし、判り易いように電極６
２の中央付近の両側に２０００人の出っ張りが発生した
とすると、この部分での電極幅はＬ　＋　４０００人と
なる。電極幅がＬ　＋　４０００人となった部分では、
チャネルの電位が他の部分のチャネルの電位に比べてΔ
Ｖたけ高くなっている。ここで、Ｌの値を４μｍにする
と、ΔＶは約５０ｍ　Ｖとなり、電子の熱励起電圧（電
子が熱励起によって越えられる電位障壁の電位差）であ
る約２５ｍ　Ｖよりも大きな値となる。つまり、電極６
２の１枚の電極の下のチャネル内に局所的に電位の高い
部分（以下電位のポケットと呼ぶ）が発生し、電荷の転
送が完全に行われないのである。そしてこの場合、再生
した画面に不規則な縦線が発生し画質が著しく劣化する
ことになる。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、複数本の水平ＣＣＤを有する固体撮像
装置では、水平ＣＣＤ間の電荷の転送不良により再生画
面上に不規則な縦線が発生するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、水平ＣＣＤ間の電荷の転送不良をな
くし、縦線発生による画質の劣化のない良好な画像を得
ることのできる固体撮像装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、信号電荷の水平ＣＣＤ間の転送に対し
て、信号電荷の入口に対して出口側のチャネル電位が高
くなるように、チャネル幅或いは不純物ドープ量を選択
することにある。

即ち本発明は、半導体基板上にマトリックス状に配列さ
れた感光部と、これらの感光部配列に沿って前記基板上
に配列形成され、該感光部に蓄積された信号電荷を読出
す複数列の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤと直交す
る方向に前記基板上に平行配列され、該垂直ＣＣＤより
転送される各行の信号電荷を振分けて水平方向に転送す
る複数本の水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装置において
、前記複数本の水平ＣＣＤを、該水平ＣＣＤのチャネル
のうち水平ＣＣＤ間の信号電荷の転送に供されるチャネ
ルが、信号電荷の入口側に対して出口側が広くなるよう
に形成するようにしたものである。

また本発明は、上記固体撮像装置において、前２複数本
の水平ＣＣＤを、該水平ＣＣＤのチャネルのうち水平Ｃ
ＣＤ間の信号電荷の転送に供されるチャネルが、信号電
荷の入口側に対して出口側でチャネル電位が高くなるよ
うに不純物ドープ量を異ならせて形成するようにしたも
のである。

さらに本発明は、上記固体撮像装置において、前記複数
本の水平ＣＣＤを、該水平ＣＣＤのチャネルのうち水平
ＣＣＤ間の信号電荷の転送に洪されるチャネルが、信号
１１ｉ荷の入口側に対して出口側が広くなるように形成
し、且つ信号電荷の入口側に対して出口側でチャネル電
位が高くなるように、チャネルの不純物ドープ量を異な
らせて形成するようにしたものである。

（作　用）本発明によれば、水平ＣＣＤ間の電荷の転送時に信号電
荷が通過するチャネルが信号電荷の入口側に対して出口
側が広くなるように電極が形成されている。このチャネ
ルの広がりによって、チャネルの電位が信号電荷の水平
ＣＣＤ間の転送方向に沿って高くなるような電位の勾配
が生じる。

従って、電極のギザギザによる電位のポケットをこの電
位勾配により打消すことができ、水平ＣＣＤ間の転送に
おいて信号電荷の完全転送が可能となる。つまり、水平
ＣＣＤ間の信号電荷の転送に際して転送不良が起こらず
、縦線発生による画質の劣化のない良好な画像を再生す
ることが可能となる。

また、チャネル幅を可変する代りに、不純物ドープ量に
よってチャネルの電位を可変することができ、上記と同
様な電位勾配をもたせることができる。これにより、水
平ＣＣＤ間で信号電荷を完全転送することが可能となる
。さらに、チャネル幅及び不純物ドープ量の双方を上記
のように制御することにより、水平ＣＣＤ間の信号電荷
転送をより完全に行うことが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる２線水平ＣＣＤを用
いたＣＣＤ撮像装置を示す概略構成図であり、垂直ＣＣ
Ｄの最終段以降の電極部配置を示している。また、第６
図と同一部分には同一符号を付している。この実施例で
は、水平ＣＣＤ４１．４２間の転送において信号電荷の
通り道となるチャネル８０が、信号電荷の入口側（電極
５３．５４）に対して出口側（電極５５）の方が広くな
るように形成されている。ここで、チャネル８０上の電
極６１が第２層の電極によって形成されており、この電
極６１の水平ＣＣＤ４１上の形状がチャネル８０の形状
となる。従って電極６１を、その幅が信号電荷の入口側
に対して出口側の方が広くなるように形成することによ
って、上記チャネル形状を実現している。なお、チャネ
ル８０及び電極６１以外の基本的な構造、？ｔＳ荷転送
の動作は、第６図及び第７図で示した従来のものと同様
であるため、ここでは説明を省略する。

第１図において、チャネル８０が信号電荷７２の水平Ｃ
ＣＤ４１，４２間の転送方向に沿って広くなるように形
成されているため、チャネル８０には電ｔｉ５３．５４
側に対して電極５５側の方が高くなる電位勾配ができ、
タイミング■、■における電荷の転送が速やかに行える
。

第２図に、チャネル８０の幅の中心値を４μｍとし、３
μｍから５．５μｍまでチャネル幅を変化した場合のチ
ャネル電位の変化を示す。第２図において、チャネル幅
が３μｍと　５．５μｍの電位の差は約４２０ｍ　Ｖで
ある。ここで、チャネル８０の垂直方向の長さを１５μ
ｍとすると、電位勾配は２８ｍＶ／μｍとなる。電極６
１のギザギザによる電位ポケットはこの電位勾配を持っ
たチャネルに生じるが、チャネル電位から見ると傾斜部
に電位ポケットが存在することになるので、電位ポケッ
トの大きさは電位勾配骨だけ実質的に小さくなる。

従って、従来構造で問題となっていた５０ｍ　Ｖの電位
ポケットが実効的に２２ｍ　Ｖに低減し電子の熱励起電
圧以下になるので、信号電荷の完全転送が可能になる。

かくして本実施例によれば、電極６１の幅を信号電荷の
入口側に対して出口側の方を広く形成し、水平ＣＣＤ４
１．４２間の信号電荷の転送に供されるチャネル８０の
電位を入口側に対して出口側の方を高くしている。この
ため、水平ＣＣＤ４１゜４２間の信号電荷の転送を速や
かに行うことができると共に、電極６１のギザギザに起
因する電位ポケットをチャネル８０の電位勾配により打
消すことができる。従って、水平ＣＣＤ間の転送におい
て信号電荷の完全転送が可能となり、縦線発生による画
質の劣化を未然に防止し、良好な画像を再生することが
できる。また、基本的な構成を変更することなく、電極
６１の幅を信号電荷転送方向に沿って可変するのみで簡
易に実現し得る等の利点もある。

第３図は本発明の他の実施例の要部構成を示す平面図で
あり、電極６４．６５を第２層目、チャネル上の電極６
１を第３層目とした例である。この場合、チャネル８０
の形状は第３図に示すように水平ＣＣＤ４１において第
２層目の電極６４゜６５で覆われていない部分の形状に
なり、第３層目の電極６１はチャネル８０を完全に覆う
ように形成してあればその形状に制約はない。このよう
な構成であっても、チャネル８０の形状が水平ＣＣＤ４
１，４２間の信号電荷の転送方向に沿って入口側より出
口側の方が広くなっているので、先の第１の実施例と同
様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では第４図（ａ）に示す如くチャネル８０
の形状が垂直方向に対して幅の増加の割合が一定な台形
について説明したが、チャネル８０の信号電荷の出入口
付近の部分には前記電極４３．４４及び電極４５等によ
り各々フリンジ電界が生じている。そこで、電荷の出入
口付近は電極の幅を変化させず、第４図（ｂ）に示す如
く中央部付近だけチャネル８０の幅（電極の幅）を変化
させてもよい。さらに、幅の割合も一定ではなく、中央
部付近だけチャネルの幅を変化させてもよい。

また、チャネル幅の可変に加え、チャネル領域にドープ
する不純物柱、ドープ量により電位差を持たせてもよい
。例えば、第４図（Ｃ）に示す如く、チャネル８０の信
号電荷入口側８１にボロン（Ｂ）を５　Ｘ　１０”　〜
Ｉ　Ｘ　１０”／　ｃｍ　３程度ドーピングし、出口側
８２に燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ）をドーピングし、信号電
荷の出口側のチャネル電位をより高めるようにしてもよ
い。さらに、この不純物種。

ドープ量を選択することにより、チャネル幅を変えるこ
となく、信号電荷の転送方向に対してチャネル電位に勾
配を持たせることができ、これにより本発明の目的を達
成することも可能である。

また、実施例では電極２線水平ＣＣＤの構造を例に用い
て説明してきたが、３線以上の複数本の水平ＣＣＤにつ
いても、水平ＣＣＤ間の電荷の転送で電荷の通り道とな
るチャネルに対して本発明を適用することが可能である
。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、垂直ＣＣＤの信号
電荷の振分けを行うための水平ＣＣＤ間のチャネルにお
いて、信号電荷の入口側よりも出口側の方が高くなる電
位勾配を形成することができる。従って、電極周辺部の
ギザギザ等に起因する電位ポケットの影響をなくし、電
荷の転送を完全転送とすることができ、不規則な縦線の
発生する画質の劣化のない再生画像を得ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるＣＣＤ撮像装置の概
略構成を説明するためのもので垂直ＣＣＤの最終段以降
の構成を示す平面図、第２図は同実施例の作用を説明す
るためのものでチャネル幅に対するチャネル電位の変化
を示す特性図、第３図は本発明の他の実施例の要部構成
を示す平面図、第４図は変形例を説明するための平面図
、第５図乃至第８図はそれぞれ従来のＣＣＤ撮像装置を
説明するためのもので、第５図は全体構成を示す平面図
、第６図は垂直ＣＣＤの最終段以降の構成を示す平面図
、第７図は各部電極に印加する信号を示す信号波形図、
第８図は信号電荷転送方向に沿ったチャネル電位の変化
を示す模式図である。１０・・・半導体基板、２０・・・フォトダイオード（
感光部）　、３０１、〜，３ＯＮ・・・垂直ＣＣＤ。４１．４２・・・水平ＣＣＤ、５１．５２・・・出力ア
ンプ、５３．〜，５５・・・垂直転送電極、６１．〜。６５・−・水平転送電極、７１．７２・・・信号電荷、
８０・・・チャネル。出願人代理人　弁理士　鈴γ■武彦＋ヤ不ル鴨（、ａｍ）− 第　３ｒｌｌ（ａ）（ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｃ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上にマトリックス状に配列された感光
部と、これらの感光部配列に沿って前記基板上に配列形
成され、該感光部に蓄積された信号電荷を読出す複数列
の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤと直交する方向に
前記基板上に平行配置され、該垂直ＣＣＤより転送され
る各行の信号電荷を振分けて水平方向に転送する複数本
の水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装置において、前記複
数本の水平ＣＣＤは、該水平ＣＣＤのチャネルのうち水
平ＣＣＤ間の信号電荷の転送に供されるチャネルが、信
号電荷の入口側に対して出口側が広くなるように形成さ
れてなることを特徴とする固体撮像装置。
（２）半導体基板上にマトリックス状に配列された感光
部と、こられの感光部配列に沿って前記基板上に配列形
成され、該感光部に蓄積された信号電荷を読出す複数列
の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤと直交する方向に
前記基板上に平行配置され、該垂直ＣＣＤより転送され
る各行の信号電荷を振分けて水平方向に転送する複数本
の水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装置において、前記複
数本の水平ＣＣＤは、該水平ＣＣＤのチャネルのうち水
平ＣＣＤ間の信号電荷の転送に供されるチャネルが、信
号電荷の入口側に対して出口側でチャネル電位が高くな
るように不純物ドープ量を異ならせて形成されてなるこ
とを特徴とする固体撮像装置。
（３）半導体基板上にマトリックス状に配列された感光
部と、これらの感光部配列に沿って前記基板上に配列形
成され、該感光部に蓄積された信号電荷を読出す複数列
の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤと直交する方向に
前記基板上に平行配置され、該垂直ＣＣＤより転送され
る各行の信号電荷を振分けて水平方向に転送する複数本
の水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装置において、前記複
数本の水平ＣＣＤは、該水平ＣＣＤのチャネルのうち水
平ＣＣＤ間の信号電荷の転送に供されるチャネルが、信
号電荷の入口側に対して出口側が広くなるように形成さ
れ、且つ信号電荷の入口側に対して出口側でチャネル電
位が高くなるように、チャネルの不純物ドープ量を異な
らせて形成されてなることを特徴とする固体撮像装置。