JPH02272742A - 電荷転送装置 - Google Patents

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） 本発明は電荷転送装置、特に低電圧駆動のＣＣＤイメー
ジセンサ等に使用される電荷転送装置に係り、特にその
出力部構造に関する。

（従来の技術） 代表的な電荷転送装置として埋込みチャネル型のＣＣＤ
イメージセンサが知られている。このような電荷転送装
置の電源・駆動電圧は現在１２Ｖ系が主流である。しか
し、低消費電力化、低コスト化等の要請から、今後は低
電圧駆動が必要となり、電源電圧が５ｖで駆動パルスが
０−５ｖの５ｖ系に移行することが期待されている。

しかしながら、このように５ｖ系に低電圧化された場合
、■ＣＯＤＣＣＤレジスタ電圧マージンが小さくなる、
■出力部のリセット電圧が低くなり、出力信号のダイナ
ミックレンジが小さくなるかりセットが不可能となる、
という２つの点が問題となる。

■の問題点に関しては、２相駆動ＣＯＤの場合、転送電
極下の電位段差を製造工程において小さく制御すること
により従来と同様の構造で対処することができる。

これに対して、■の問題点に関しては、リセット電圧を
昇圧することにより解決する方法が知られている。

第７図〜第１０図は従来例におけるリセット電圧の昇圧
のための構造と動作を説明するものである。

第７図はＣＣＤレジスタの出力部近傍の断面構造を示し
た断面図である。同図において、ＣＣＤは埋込みチャネ
ル型で、２層に形成されたポリシリコン電極による２相
駆動電極を用いた２相駆動構造を採用している。ｐ型シ
リコン基板１の表面所望領域にｎ型埋込みチャネル領域
２が形成されている。この埋込みチャネル領域２内には
このチャネル領域２より低濃度のｎ−型領域３が形成さ
れ、転送電極内に電荷の逆流を防ぐための電位障壁を形
成している。

ＣＣＤレジスタの最終段には、一定電圧ＯＧが印加され
る出力ゲートが形成され、これに隣接してｎ　型浮遊拡
散領域４が形成される。浮遊拡散領域４はＣＣＤレジス
タから転送されてきた電荷をこの浮遊拡散領域の静電容
量に蓄積し、その電位変化をソースフォロワ回路等で形
成される出力回路１１で受けて出力する。この浮遊拡散
領域４に隣接してリセットゲート６が設けられ、リセッ
トドレイン５に印加されている所定のリセット電圧ｖＲ
Ｄを浮遊拡散領域４に設定する。リセットゲート６にリ
セットパルスＲ８が印加された時にリセット電圧ｖＲＤ
の設定が行なわれる。

リセットドレイン５にはリセット電圧ＶＲＤを供給する
ためのリセット電圧発生回路１２が接続されている。こ
のリセット電圧発生回路１２は後述するように電源電圧
ｖＤＤを昇圧し、リセット電圧ＶＩ？Ｄを発生させるも
のである。

第８図は、第７図における各部の電位分布を示す図であ
る。ＣＣＤレジスタ８．９下の電位は、転送時に電荷が
表面の欠陥により失われることを防止するため、最小値
を３ｖ以上にすることが必要となる。また５ｖの電圧で
駆動するために電極内の電位段差を１〜２ｖ付加する必
要がある。この結果、転送電極８．９の深い方の電位は
パルスがローレベルの時４〜５Ｖとなり、出力ゲート７
の電位は６〜７ｖ必要となる。このような状態でリセッ
ト電圧Ｖ　を電源電圧ｖＤＤ（５ｖ）に設定Ｄ すると、リセットが不可能となるため、リセット電圧ｖ
ＲＤを昇圧しておく必要が生ずる。

第９図は第７図の回路を動作させるためのタイミングチ
ャートである。第１相パルスφｌとリセットパルスＲ９
とのタイミングにより出力ｖｏＵＴが図に示すように出
力され、出力信号ｖｓｉｇが得られる。

第１０図は昇圧されたリセット電圧ｖｌ？Ｄを生成する
ためのリセット電圧発生回路１２の構成を示す回路図で
ある。まずＭＯＳＦＥＴと容量との組合せにより構成さ
れる回路１３により２相りロック信号φ、φを印加して
電荷を電源ｖＤＤにくみ出して電圧を順次深くしていく
ことにより昇圧電圧ＶＯを発生させる。ついでこの昇圧
電圧Ｖ　を電源とする回路１４から低出力インピーダン
スのリセット電圧■ＲＤを得る。なお回路１４に流れる
電流は回路１３によって電源ｖＤＤにくみ出される。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の昇圧回路では、印加されるクロック信
号φ、φの周波数に昇圧電圧Ｖ　の電流容量が比例する
ため、印加クロック信号の最低周波数をあまり小さくす
ることができない。すなわち、１回の転送でくみ出すこ
とのできる電流量が決っているため、クロック周波数を
低下させるとくみ出せる電流量よりも信号電流量が多く
なってリセット電流が変化する。このため、印加クロッ
ク信号φ、φをＣＣＤレジスタに印加されるクロック信
号φ１、φ２と兼用した場合、最低周波数に制限を受け
ることになる。したがってＣＯＤリニアイメージセンサ
等の使用周波数の広いものでは最低周波数の制限が存在
することにより使用範囲の制約を受けるという問題があ
る。

また、印加クロックφ、φをリングオシレータ等により
内部で高速クロックとして発生させた場合、出力信号に
廻り込みノイズがのることによってＳ／Ｎ比を低下させ
る虞れがある。

さらに、昇圧部の回路１３をオンチップで形成する場合
には、容量値を十分大きくする必要があるためチップ面
積が増大するという問題点もある。

本発明は上述した従来の問題点を解消するためになされ
たもので、簡単な方法で昇圧されたリセット電圧を得る
ことができ、しかも動作周波数の制限がなく、回路規模
も小さ（することができる低電圧電源系の電荷転送装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジスタの出
力段に出力ゲートを介して隣接する浮遊拡散領域と、こ
の浮遊拡散領域にリセットゲートを介して隣接するリセ
ットドレインとを有し、所定のタイミングでリセットゲ
ートを開閉することによりリセットドレインに印加され
ているリセット電圧を浮遊拡散領域の電位に設定する電
荷転送装置において、リセットドレインに一端が接続さ
れ、他端に所定のタイミングでパルス電圧を印加するこ
とによりリセット電圧を昇圧する静電容量を設けたこと
を特徴とする。リセットドレインに第２のリセットゲー
トを介して隣接する、電源電圧に保持されたドレインを
さらに備えるとよい。

また、電圧発生回路とＭＯＳスイッチとを直列接続して
なるパルス発生回路をさらに備え、これら電圧発生回路
とＭＯＳスイッチの接続中点に静電容量の他端側を接続
すると共にＭＯＳスイッチと第２のリセットゲートに共
通のリセットパルスを印加するようにすると必要なパル
スを内部で発生させることができて好適である。

さらに本発明は、ＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジス
タの出力段に出力ゲートを介して隣接する浮遊拡散領域
と、この浮遊拡散領域にリセットゲートを介して隣接す
るリセットドレインとを有し、所定のタイミングでリセ
ットゲートを開閉することによりリセットドレインに印
加されているリセット電圧に浮遊拡散領域の電圧を設定
する電荷転送装置において、浮遊拡散領域に一端が接続
され、他端に所定のタイミングでパルス電圧を印加する
ことによりリセット電圧を昇圧する静電容量を設けたこ
とを特徴としている。

（作　用） 本発明ではリセット電圧を昇圧するために、高速クロッ
ク信号を用いることなく、リセットドレイを電源電圧に
設定した後フローティング状態にして、リセットドレイ
ンに接続する静電容量の一端の電圧を上げて容量結合に
よりリセットドレインを昇圧する。あるいは浮遊拡散領
域に接続された静電容量の一端の電圧を上げて直接、浮
遊拡散領域のリセット電圧を昇圧する。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図〜第６図に基づいて詳細に
説明する。

ｍ１図は、本発明の第１の実施例を示す電荷転送装置の
出力部近傍の断面構造を示したものであり、−従来装置
と同じ部分には同一の番号を付して詳細な説明を省略す
る。

また第２図は、第１図の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。

この実施例において構造上従来のものと異なる点は、リ
セットドレイン５を電源電圧ｖＤＤにリセットするため
に第２のリセットゲート１５と電源電圧ＶＤＩ）が接続
されたドレイン１６とが追加され、かつリセットドレイ
ン（ＲＤ）５に静電容量１７の一端を接続させた点であ
る。なお静電容量１７の他端には所定のタイミングでパ
ルスφ３が印加されている。

次に第２図を参照して第１図の構成における動作を説明
する。図中に■で示されるタイミングで、ゲート１５に
パルスＲ８２を印加し、リセットドレイン５を電源電圧
ｖＤＤに設定する。

次に■のタイミングで容量１７に印加されるパルスφ３
をハイレベルとしてリセットドレイン５を昇圧する。

最後に■のタイミングでリセットゲート６に印加される
リセットパルスＲ３Ｉをオン・オフして浮遊拡散領域（
ＦＪ）４をリセットドレイン５の電位にリセットする。

その後■のタイミングで駆動パルスφ１をローレベルと
じＣＯＤレジスタ７．８から浮遊拡散領域４に信号電荷
を流入させる。ここで浮遊拡散領域４の最終的なリセッ
ト電圧はリセット前の浮遊拡散領域４の電圧に依存して
多少変動するが、容量１７の大きさを浮遊拡散領域４に
比べて大きく設定しておけば、その変動は無視すること
ができる。

第３図は、発明の第２の実施例を示したものであり、第
４図はそのタイミングチャートである。

第３図においては、静電容量１７の一端に電圧発生回路
１８とスイッチ１９とを接続した点であが、第１の実施
例と異なる。これによりパルスφ３を内部で発生させ、
外部から印加するパルス数を減らしている。

第４図に示すように、まず■のタイミングでリセットパ
ルスＲＳ２をハイレベルとすると、ゲート１５が導通し
てリセットドレイン５は電源電圧”ＤＤにリセットされ
る。これと同時にゲート１９が導通しパルスφ３はロー
レベルとなる。

次にリセットパルスＲ８２がローレベルになると、ゲー
ト１５と１９とが非導通になり、続いてパルスφ３がハ
イレベルとなってリセットドレイン５が昇圧される。

最後に■のタイミングでリセットパルスＲＳＩをリセッ
トゲートに印加し、浮遊拡散領域４をリセットドレイン
５の電位にリセットする。

第５図は本発明の第３の実施例を示したものである。こ
こでは静電容量２０を浮遊拡散領域４に直接接続して昇
圧している。

このため本実施例ではリセットドレイン２３をゲート２
２を介して浮遊拡散領域４に隣接させ、リセットドレイ
ン２３に電源電圧ｖＤＤを接続する。

さらに静電容量２０の他端にゲート２１を介して所定の
タイミングでパルスφ４を印加するようにしている。ゲ
ート２１および２２にはリセットパルスＲＳ４、Ｒ３３
がそれぞれ印加される。

第６図は、第５図の動作を説明するためのタイミングチ
ャートである。まず■のタイミングでリセットパルスＲ
３３、ＲＳ４をハイレベルにし、浮遊拡散領域４を電源
電圧ｖＤＤに、容量２０の一端をパルスφ４のローレベ
ルに設定する。

ついで■のタイミングでリセットパルスＲ３３をローレ
ベルにして浮遊拡散領域４をフローティングとし、■の
タイミングでパルスφ４をハイレベルにして浮遊拡散領
域４を昇圧する。

最後に■のタイミングでリセットパルスＲ３４をローレ
ベルとして浮遊拡散領域４と静電容量２０とをフローテ
ィングにする。

なお第３の実施例においては、リセット期間が多少■〜
■までのタイミングが必要となって長くなることと、浮
遊拡散領域４の静電容量を大きくする必要がある。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明で
はリセットドレインまたは浮遊拡散領域に静電容量を接
続し、その他端に所定のタイミングでパルスを印加して
直接電圧を押し上げているため、従来の昇圧回路のよう
に高速のクロックパルスを外部から印加する必要がなく
、使用周波数を広くとることができる。。

また、リセットゲートの開閉を利用して昇圧を行うよう
にした場合には内部発振回路で高速クロック信号を発生
させる必要もないため回路構成も簡単になり、チップ面
積も小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面構造図、第２
図は第１の実施例の動作を説明するタイミングチャート
、第３図は第２の実施例を示す断面構造図、第４図は第
２の実施例の動作を説明するタイミングチャート、第５
図は第３の実施例を示す断面構造図、第６図は第３の実
施例の動作を説明するためのタイミングチャート、第７
図は従来の電荷転送装置の出力部の断面構造を示す図、
第８図は第７図の回路の各部の電位分布図、第９図は第
７図の動作を説明するためのタイミングチャート、第１
０図は従来の電荷転送装置に用いられる昇圧回路の回路
図である。 １・・・ｐ形シリコン基板、２・・・ｎ形埋込みチャネ
ル領域、４・・・浮遊拡散領域、５・・・リセットドレ
イン、６・・・リセットゲート、８〜１０・・・ＣＣＤ
レジスタ、１１・・・出力回路、１２・・・リセット電
圧発生回路（昇圧回路）、１５・・・第２リセツトゲー
ト、１６・・・ドレイン、１７・・・静電容量、１８・
・・電圧発生回路、１９〜２２・・・ゲート、２３・・
・ドレイン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジスタの出力段に
   出力ゲートを介して隣接する浮遊拡散領域と、この浮遊
   拡散領域にリセットゲートを介して隣接するリセットド
   レインとを有し、所定のタイミングで前記リセットゲー
   トを開閉することにより前記リセットドレインに印加さ
   れているリセット電圧に前記浮遊拡散領域の電位を設定
   する電荷転送装置において、前記リセットドレインに一
   端が接続され、他端に所定のタイミングでパルス電圧を
   印加することにより前記リセット電圧を昇圧する静電容
   量を設けたことを特徴とする電荷転送装置。 ２、前記リセットドレインに第２のリセットゲートを介
   して隣接する、電源電圧に保持されたドレインをさらに
   備えた請求項１記載の電荷転送装置。 ３、前記第２のリセットゲートに印加されるパルスを入
   力とし、そのパルスに同期した任意の振幅のパルスを出
   力するパルス発生回路を備え、そのパルス発生回路の出
   力を前記静電容量の他端側に接続してなることを特徴と
   する、請求項２記載の電荷転送装置。 ４、ＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジスタの出力段に
   出力ゲートを介して隣接する浮遊拡散領域と、この浮遊
   拡散領域にリセットゲートを介して隣接するリセットド
   レインとを有し、所定のタイミングで前記リセットゲー
   トを開閉することにより前記リセットドレインに印加さ
   れているリセット電圧に前記浮遊拡散領域の電位を設定
   する電荷転送装置において、前記浮遊拡散領域に一端が
   接続され、他端に所定のタイミングでパルス電圧を印加
   することにより前記浮遊拡散領域の電圧を昇圧する静電
   容量を設けたことを特徴とする電荷転送装置。