JPH03250982A

JPH03250982A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03250982A
Application number: JP2048180A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakamura; 聡中村; Tetsuya Iizuka; 哲也飯塚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2864626B2

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】（産業上の利用分野〕本発明は複数の並列して設けられた水平電荷転送部を有
する固体撮像素子に関する。

［発明の概要］本発明は、複数の水平電荷転送部を有し、その水平電荷
転送部間の転送が転送ゲートが制御するチャンネル領域
を挟んで対向した領域にかかる異相の転送信号のレベル
変化に基づいて行われる固体撮像素子において、それら
レベル変化を高速転遂時よりも低速にすることにより、
その位相マージンを増大させて、確実な水平電荷転送部
間の転送を図るものである。

［従来の技術］非常に多くの画素を有する固体撮像素子では、その水平
転送周波数が高くなるため、その転送が困難となる。そ
こで、その水平転送周波数を低くするために、水平電荷
転送部（水平レジスタ）を２本以上設け、これに信号電
荷を振り分けて転送することが行われている。

例えば、２つの互いに並行して設けられた水平電荷転送
部を有し、２相の転送信号ΦＨ１，ΦＨ２により各水平
電荷転送部で高速転送が行われる固体撮像素子では、２
つの水平電荷転送部の転送電極は、転送ゲートを挾んで
共通とされ、共通の転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が与えられ
ている。転送ゲートの下部には、チャンネル領域がチャ
ンネルストップ領域に挟まれて設けられており、そのチ
ャンネル領域を介して水平電荷転送部間の転送が行われ
る。そのチャンネル傾城は、一方の水平電荷転送部の転
送信号ΦＨ２が与えられる領域と、他方の水平電荷転送
部の転送信号ΦＨ１が与えられる領域に挾まれおり、一
方の水平電荷転送部の転送信号ΦＨ１が与えられる領域
は転送ゲートの下部のチャンネルストップ領域に隣接す
る。従って、転送ゲートを開状態とした場合でも転送信
号ΦＨ１が与えられる領域の電荷が次の水平電荷転送部
に転送されることはなく、電荷の振り分けが行われる。

具体的には、信号電荷の振り分けは、まず転送ゲートを
導通状態とし、次に転送信号ΦＨ１，ΦＨ２を同時に高
レベルから低レベルに変化させて、−旦転送ゲートの下
部のチャンネル領域に電荷を蓄積し、最後に転送信号Φ
Ｈ１のみを高レベルに変化させる。すると、転送ゲート
の下部のチャンネル領域に蓄積されていた電荷が他方の
水平電荷転送部の転送信号ΦＨ１にかかる領域に転送さ
れ、これで２つの水平電荷転送部の各転送信号ΦＨ１に
かかる領域に信号電荷が振り分けられたことになる。

［発明が解決しようとする課題〕ところで、第５図に示すように、従来の固体撮像素子の
水平電荷転送部１０１の転送電極は、第１層目のポリシ
リコン層１０２と、第２層目のポリシリコン層１０３か
ら構成され、転送方向である水平（Ｈ）方向に沿って交
互に配置されている。

そして、各ポリシリコン層１０２，１０３には、交互に
転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が供給されており、第１層目及
び第２層目のポリシリコン層１０２１０３の間には、シ
リコン酸化膜１０４が形成されている。

ここで、前述の水平電荷転送部間の転送時について考え
てみると、その転送時には、転送ゲートが開状態となる
のに続いて、転送電極に供給されるΦＨ１，ΦＨ２が共
に高レベルから低レベルに変化する。特に、このレベル
変化は、第６図のモデルからも説明できるように、水平
方向の電荷の高速転送を行う場合ではその対地容量はＣ
３＋２Ｃ２であるが、共にレベル変化をさせる水平電荷
転送部間の転送時ではＣ２が零となるため、対地容量Ｃ
０のみのものとなる。従って、実際は極めて遷移時間の
短いレベル変化となる。

ところが、このような遷移時間の短いレベル変化では、
次のような問題が生ずる。すなわち、第７図に示すよう
に、転送信号ΦＨ１とΦＨ２が時間Δτ程度ずれた場合
を考えてみると、この時間Δτの期間では、転送信号Φ
Ｈ１が低レベルであり、転送信号ΦＨ２が高レベルであ
るために、同一の水平電荷転送部内での転送信号Φ１（
１に制御される領域から転送信号ΦＨ２に制御される領
域に向かって転送が生じてしまうことになる。このよう
な隣接信号の混合によって、いわゆる縦すじが発生した
り、一方の水平電荷転送部からの出力信号が失われる等
の問題を生ずる。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、水平電荷
転送部間の振り分は転送を確実に行うような固体撮像素
子の提供を目的とする。

〔！ｉ題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、
マトリクス状に配列された複数の受光部と、それら受光
部からの電荷をそれぞれ転送するために各受光部の垂直
列毎に設けられた複数の垂直電荷転送部と、互いに並行
に設けられ且つ上記各垂直電荷転送部からの電荷を共通
の多相の転送信号を用いて高速転送させる複数の水平電
荷転送部と、上記複数の水平電荷転送部間に設けられて
該水平電荷転送部間の転送を制御する転送ゲートとを有
している。この固体撮像素子において、上記水平電荷転
送部間の転送は、上記転送ゲートが制御するチャンネル
領域を挟んで対間した２つの上記水平電荷転送部の領域
に対する異相の上記転送信号のレベルを、共に上記高速
転送時よりも低速度に変化させることで行われる。この
本発明の固体撮像素子では、その低速度への変化は、水
平電荷転送部間の転送時に、転送信号を発生する駆動回
路の出力端子に容量を付加することや、転送信号を発生
する駆動回路を高速型回路から低速型回路に切り替える
ことで行うことができる。

〔作用］複数の水平電荷転送部は、共通の多相の転送信号によっ
て駆動されるため、隣接する転送電極では、異なる位相
の転送信号による駆動が行われる。

そして、水平電荷転送部間の転送を図るため、チャンネ
ル領域を挟んで対向した２つの領域にかかる異相の転送
信号を共に低速度でレベル変化させた時には、仮に異相
の転送信号のレベル遷移のタイミングが何らかの原因で
ずれた場合でも、異相の転送信号の間のレベル差が大き
く開くことはない。このため、同一の水平電荷転送部内
でも隣接する転送電極間でのレベル差が小さくなること
になり、同じ水平電荷転送部内でのポテンシャルの勾配
は小さなものとなる。従って、確実な振り分は転送が行
われることになる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、ＦＩＴ（フレームインターライントランス
ファ）型のＣＣＤイメージセンサ−の例であり、水平電
荷転送周波数を低減させるために２本の水平電荷転送部
を有している。

第１図はその模式的な平面図である。第１図に示すよう
に、本実施例のＣＣＤイメージセンサ−１は、信号電荷
を光電変換により発生させる撮像部２と、その信号電荷
を一時的に蓄積する蓄積部３と、水平電荷転送部である
第１の水平レジスタ４と、同じく水平電荷転送部である
第２の水平レジスタ５を主たる構成要素としており、こ
れらはシリコン基板上に半導体製造技術を以て形成され
ている。

撮像部２は、マトリクス状に配列された受光部６を有し
ており、これら受光部６でそれぞれ入射光の光電変換が
行われる。これら受光部６は、例として、ｎ型のシリコ
ン基板、Ｐウェルに形成されるｎ型の不純物拡散領域と
、その表面のｐ型の正孔蓄積層からなり、表面から順に
ρｎｐｎ構造とされる。各受光部６の各垂直列に沿って
、各垂直列毎に第１の垂直レジスタ７が設けられている
。これら第１の垂直レジスタ７は受光部６からの電荷を
垂直方向に転送する。これら第１の垂直レジスタ７には
、それぞれ電荷を転送するための埋め込みチャンネル層
がシリコン基板に形成され、その埋め込みチャンネル層
上には絶縁膜を介して複数の転送電極が形成される。こ
の第１の垂直レジスタ７の転送電極には、転送信号ΦＩ
ＭＩ〜ΦＩＭ４が供給される。

蓄積部３には、第１の垂直レジスタ７に電気的に連続す
るように複数の第２の垂直レジスタ８が形成されており
、第１の垂直レジスタ７と第２の垂直レジスタ８の数は
一対一に対応する。第１の垂直レジスタ７から第２の垂
直レジスタ８に垂直ブランキング期間に高速に信号電荷
を転送することで、スメアの低減がなされる。これら第
２の垂直レジスタ８には、転送信号ΦＳＴＩ〜ΦＳＴ４
が供給される。

蓄積部３と第１の水平レジスタ４０間には、ゲ−ト９が
設けられ、このゲート９は信号ΦＶＨにより制御される
。信号ΦＶＨが高レベルの時、ゲート９が導通状態とな
り、信号ΦＶＨが低レベルの時、ゲート９が遮断状態と
なる。

第１の水平レジスタ４及び第２の水平レジスタ５は、互
いに並列に、蓄積部３の垂直方向の端部にゲート９を介
して設けられている。これら第１の水平レジスタ４及び
第２の水平レジスタ５には、第５図に示したような転送
電極が形成されており、それら転送電極には高速転送時
に互いに逆相の関係となる位相の転送信号ΦＨ１，ΦＨ
２が供給される。水平レジスタ４には、転送信号ΦＨ１
により制御される領域１３と、転送信号ΦＨ２により制
御される領域１４が水平方向に交互に形成され、水平レ
ジスタ５には、転送信号ΦＨ１により制御される領域１
５と、転送信号ΦＨ２により制御される領域工６が水平
方向に交互に形成される。各領域１３〜１６中、各レジ
スタ４，５の終端部に近い側にストレージ部が設けられ
、その逆側にトランスファ一部が設けられる。これら第
１の水平レジスタ４及び第２の水平レジスタ５０転送電
極は、共通の層から形成され、例えば第２層目及び第３
層目のポリシリコン層からなる。これら第１の水平レジ
スタ４及び第２の水平レジスタ５の間には、転送ゲート
１０が設けられており、これら２つの水平レジスタ間の
転送を制御する。この転送ゲートは、例えば第１層目の
ポリシリコン層からなる。転送デー）１０には、信号Φ
ＨＨＧが供給されており、この信号ΦＩ（ＨＧのレベル
で、２つの水平レジスタ間の転送が制御される。この転
送ゲート１０の下部の基板の表面には、図中斜線で示す
チャンネルストップ領域１１が設けられ、それらチャン
ネルストップ領域１１に挟まれた領域がチャンネル領域
１２とされる。このチャンネル領域１２は、第１の水平
レジスタ４０転送信号ΦＨ２に制御される領域１４と、
水平レジスタ５の転送信号ΦＨ１に制御される領域１５
をその両端に対向させるように設けられている。チャン
ネル領域１２が第１の水平レジスタ４の領域１４に連続
して設けられるため、第１の水平レジスタ４の領域１３
はチャンネルストップ領域１１に連続する。従って、転
送ゲート１０のレベルが高くなっても、転送信号ΦＨ１
に制御される領域１３から電荷が次の水平レジスタ５に
転送されるようなことはない。各水平レジスタ４．５の
終端部には、それぞれ出力回路１７が設けられ、各出力
回路１７から出力信号Ｖｏｕｔ＋、　Ｖｏｕｔ、、が出
力される。

このような構造の本実施例のＣＯＤイメージセンサ−は
、２本の水平レジスタ４．５により一水平ライン分の信
号電荷の転送が行われるため、その水平転送周波数が低
減される。そこで、２本の水平レジスタ４，５による転
送のためには、前もってそれら２本の水平レジスタ４．
５に電荷を振り分ける必要がある。ここで、第２図を参
照しながら、その水平レジスタ４．５の間の振り分は転
送について説明する。

まず、時刻ｔ０で、水平方向に電荷を転送する各水平レ
ジスタ４．５の高速転送が終了し、転送信号ΦＨ１，Φ
Ｈ２は共に高レベルとされる（図中（ｂ）、　（Ｃ）参
照。）。この段階で各水平レジスタ４５は信号電荷が全
て転送済の状態とされる。

次に、時刻ｔ、で、蓄積部３と水平レジスタ４の間のゲ
ート９に供給される信号ΦＶＨが低レベルから高レベル
となり（図中（ａ）参照。）、同時に２つの水平レジス
タ４，５０間に設けられた転送ゲート１０に供給される
信号ΦＨＨＧも低レベルから高レベルに遷移する（図中
（ｄ）参照、）。すると、ゲート９が導通状態となるこ
とで、各第２の垂直レジスタ８の最終端部に蓄積されて
いた信号電荷が、そのゲート９を介して六平レジスタ４
の各領域１３．１４に転送される。同時に、転送ゲート
１０も導通状態となるために、チャンネル領域１２の下
部には電荷が蓄積される状態となり、第２の垂直レジス
タ８からの信号電荷の一部は、チャンネル領域１２を介
して水平レジスタ５０転送信号ΦＨ１に制御される領域
１５にも至る。水平レジスタ４に第２の垂直レジスタ８
の最終端部の信号電荷が全て転送されたところで、信号
Φ■Ｈが高レベルから低レベルとなり、ゲート９は遮断
状態となる。また、その時刻ｔ、の後、転送信号ΦＨ１
，ΦＨ２を発生させる後述するような駆動回路の駆動能
力を切り換えるための信号Ｗｄパルス（図中（ｅ）参照
。）が発生する。この信号Ｗｄパルスが発生している間
、即ち、そのレベルが高レベルとなっている時は、駆動
回路の駆動能力は低くされ、そのレベルが低レベルとな
っている時は、駆動回路の駆動能力は高くされる。

次に時刻ｔ２〜時刻ｔ、までの間、高レベルとされてい
た転送信号ΦＨ１，ΦＨ２のレベルが共に低速度で遷移
して、時刻ｔ３では共に低レベルとなる。このように転
送信号ΦＨ１，ΦＨ２が共に低レベルにシフトすること
で、領域１３に転送された信号電荷はそのまま領域１３
に止まるが、領域１４．１５に転送された信号電荷はチ
ャンネル領域１２に転送され、そのチャンネル領域１２
に集められることになる。この時、そのレベル変化が低
速度であるために、転送信号ΦＨ１，ΦＨ２の一方が仮
に時間的にずれたとしても、両者の間の電位差は小さく
て済むため、例えば水平レジスタ４の領域１３から領域
１４への電荷の漏れ等の問題は生じない。このような低
速度で転送信号ΦＨ１，ΦＨ２が遷移した後、Ｗｄパル
ス信号が止まり、そのレベルは低レベルになる（図中（
ｅ）参照。）。

転送信号ΦＨ１，ΦＨ２のレベルが共に低速度で遷移し
た後の時刻ｔ４では、信号電荷は、領域１３とチャンネ
ル領域１２に存在し、領域１４には信号電荷は存在しな
い。そして、この状態から、転送信号ΦＨ１のみが低レ
ベルから高レベルに変化する。この時、転送信号ΦＨ２
は低レベルのままとされる。すると、時刻ｔ、では、チ
ャンネル領域１２に存在していた信号電荷の一部が水平
レジスタ５０転送信号ΦＨ１に制御される領域１５に転
送される。

領域１５に信号電荷の一部が振り分けられた後、転送ゲ
ート１０に供給されている信号ΦＨＨＧが高レベルから
低レベルに変化する。その結果、時刻も、では、転送ゲ
ートｌＯの下部のチャンネル領域１２に蓄積されていた
電荷は全て領域１５に転送されて、水平レジスタ４．５
への電荷の振り分は転送が完了する。

そして、時刻ｔ、で再び、各水平レジスタ４５の中の１
水平ライン分の信号電荷が水平方向に高速転送され、そ
れらが出力回路１７．１７を介して出力されることにな
る。

このように本実施例のＣＣＤイメージセンサ−では、水
平レジスタ４．５の間の転送の際、時刻ｔ２〜時刻ｔ、
の間で転送信号ΦＨ１，ΦＨ２のレベルが低速度に遷移
するために、位相マージンが増大し、振り分は転送が確
実に行われることになる。従って、縦すじや一方のレジ
スタで出力不能となるような問題は未然に解決される。

第３図は水平レジスタ４．５を駆動するための転送信号
ΦＨ１，ΦＨ２を発生させる駆動回路の一例を示してい
る。この駆動回路は、所要のクロアク信号が入力するド
ライバー３１を有しており、基本的には、高速転送に対
応した駆動能力を有している。そして、その出力端子に
は、容量３２が接続されており、その容量３２と接地の
間にはスイッチ３３が配されている。このスイッチ３３
は、第２図のタイミングで発生するＷｄパルスによって
制御され、そのＷｄパルスが供給された時に、スイッチ
３３は閉成される。その結果、ドライバー３１の駆動す
べき容量が容量３２の分だけ増大することになり、結果
としてＷｄパルスの期間だけドライバー３１の駆動能力
は低下する。このため第２図の時刻Ｌ２〜時刻ｔ３の間
の如き低速度の遷移が行われる。

また、第４図は水平レジスタ４．５を駆動するための転
送信号ΦＨ１，ΦＨ２を発生させる駆動回路の他の一例
を示している。この駆動回路は、並列に接続された２つ
のドライバー４１．４２を有している。ドライバー４１
は、低速用のドライバーであり、そのチャンネル幅等は
小さくされて駆動能力は低い。ドライバー４２は、高速
用のドライバーであり、そのチャンネル幅等は大きく形
成されて駆動能力は高い。これらドライバー４１４２の
出力端子は、共にスイッチ４３に接続される。このスイ
ッチ４３は、切り換えスイッチであり、第２図の（ｅ）
に示したＷｄパルスによって制御される。通常の場合す
なわちＷｄパルスの発生がない時、スイッチ４３は高速
用のドライバー４２側に切り替わっており、転送信号Φ
Ｈ１ΦＨ２はドライバー４２より発生する。ところが、
水平レジスタ４．５の間の転送を図る場合では、Ｗｄパ
ルスが発生し、スイッチ４３は低速用のドライバー４１
に切り替わる。従って、信号ΦＨ１，ΦＨ２は低速にし
か遷移しなくなり、その結果として確実な水平レジスタ
間の転送がなされることになる。

なお、上述の実施例において、水平レジスタの数を２本
としたが、３本またはそれ以上の水平レジスタを存する
固体撮像素子であっても良い。また、ＦＩＴ型に限定さ
れず、■・Ｔ（インターライン転送）型であっても良い
。また、水平レジスタに供給される多相の転送信号も２
相に限定されない。

〔発明の効果］本発明の固体撮像素子は、複数の水平電荷転送部関の電
荷の転送の際に、チャンネル領域を挟んだ領域を制御す
る異なる位相の転送信号が共に低速度で遷移するために
、その位相マージンが増大し、仮に転送信号の一方が時
間的にずれた場合でも、確実に信号電荷の振り分けが行
われることになる。従って、振り分は転送の劣化に起因
する縦すじノイズの発生や一方の水平レジスタの出力信
号が劣化する等の問題が解決され、安定した高画質の出
力信号を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の一例の模式的な平面図
、第２図はその一例の水平レジスタ間の転送時のタイミ
ングチャート、第３図はその一例に用いられる駆動回路
の一例を示す回路図、第４図はその一例に用いられる駆
動回路の他の一例を示す回路図、第５図は水平電荷転送
部の一般的な構造を示す断面図、第６図は従来の固体撮
像素子の転送電極における容量の関係を示す図、第７図
は従来の固体撮像素子で水平電荷転送部間の転送を行っ
た場合の問題点を説明するためのタイミングチャートで
ある。２・・・撮像部３・・・蓄積部４．５・・・水平レジスタ６・・・受光部７・・・第１の垂直レジスタ８・・・第２の垂直レジスタ９・・・ゲート１０・・・転送ゲート１１・・・チャンネルストップ領域１２・・・チャンネル領域１３〜１６川領域 ΦＨ１，ΦＨ２・・・転送信号

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリクス状に配列された複数の受光部と、それ
ら受光部からの電荷をそれぞれ転送するために各受光部
の垂直列毎に設けられた複数の垂直電荷転送部と、互い
に並行に設けられ且つ上記各垂直電荷転送部からの電荷
を共通の多相の転送信号を用いて高速転送させる複数の
水平電荷転送部と、上記複数の水平電荷転送部間に設け
られて該水平電荷転送部間の転送を制御する転送ゲート
とを有し、上記水平電荷転送部間の転送は、上記転送ゲートが制御
するチャンネル領域を挟んで対向した２つの上記水平電
荷転送部の領域に対する異相の上記転送信号のレベルを
、共に上記高速転送時よりも低速度に変化させることで
行われることを特徴とする固体撮像素子。
（２）水平電荷転送部間の転送時に、転送信号を発生さ
せる駆動回路の出力端子に、容量が付加されること特徴
する請求項（１）記載の固体撮像素子。
（３）水平電荷転送部間の転送時に、転送信号を発生さ
せる駆動回路が高速型回路から低速型回路に切り替わる
ことを特徴とする請求項（１）記載の固体撮像素子。