JPH04264773A - 固体撮像装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数本の水平レジスタ
を有する固体撮像装置に関し、特に、水平レジスタ間の
電荷の転送効率の改善を図った固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、水平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レジスタ（ＣＣＤ）の
駆動周波数が高くなるため、従来から用いられてきた１
本の水平レジスタの構造では、ＣＣＤを駆動するための
消費電力の増加や水平レジスタにおける電荷の転送効率
の低下等の問題が生じてきている。そこで、これらの問
題を解決するものとして、複数本の水平レジスタを有す
るＣＣＤ固体撮像装置の構造が提案されている（テレビ
ジョン学会誌Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１１（１９８７）”
超高解像度ＣＣＤイメージセンサ”及び特開平１−３０
８０７２号公報参照）。

【０００３】このＣＣＤ固体撮像装置は、図５に示すよ
うに、２本の水平レジスタＨ１及びＨ２を転送電極２１
を挟んで並列に配置し、隣合う垂直レジスタＶ２ｍ−１
及びＶ２ｍからの信号電荷を夫々水平レジスタＨ１及び
Ｈ２に振り分けて転送するようになされている。

【０００４】即ち、受光部Ｓに一定期間蓄積された信号
電荷は、夫々対応する垂直レジスタＶに読み出されたの
ち、垂直方向に転送され、上記信号電荷のうち、例えば
、一方の垂直レジスタＶ２ｍ−１に関する信号電荷は、
電極２２，２３を介して水平レジスタＨ１に転送され、
他方の垂直レジスタＶ２ｍに関する信号電荷は、更に、
電極２１を介して水平レジスタＨ２に転送される。２本
の水平レジスタＨ１及びＨ２に振り分けられた互いに隣
接する垂直レジスタＶ２ｍ−１及びＶ２ｍからの信号電
荷は、夫々の水平レジスタＨ１及びＨ２において分離さ
れたまま水平方向に転送されて後段の出力アンプ２４，
２５より出力される。

【０００５】図６は、上記従来のＣＣＤ固体撮像装置に
おける垂直レジスタＶの最終段の垂直転送電極２６及び
垂直・水平転送電極２２，２３、２本の水平レジスタＨ
１及びＨ２並びに転送電極２１の具体的な構造の一例を
示す構成図である。ここで、破線は第１層目の電極、一
点鎖線は第２層目の電極、実線は第３層目の電極を示し
、斜線領域ＣＳはチャンネル・ストッパ領域を示す。

【０００６】この図６に基いて各垂直レジスタＶ２ｍ−
１，Ｖ２ｍ上の信号電荷ｅの転送動作を説明すると、各
信号電荷ｅは垂直転送電極２６から垂直・水平転送電極
２２，２３を介して上段の水平レジスタＨ１に転送され
る。そして、一方の垂直レジスタＶ２ｍ−１からの信号
電荷ｅはチャンネル・ストッパ領域ＣＳによってこの上
段の水平レジスタＨ１に留まるが、他方の垂直レジスタ
Ｖ２ｍからの信号電荷ｅは転送電極２１を介して更に下
段の水平レジスタＨ２に転送される。以上のようにして
、隣接する垂直レジスタＶ２ｍ−１，Ｖ２ｍからの各信
号電荷ｅが２本の水平レジスタＨ１，Ｈ２に振り分けら
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＣＣＤ固体撮像装置においては、水平レジスタＨ１
及びＨ２間の信号電荷ｅの転送時に、その電荷ｅの通り
道となるチャンネル上の水平転送電極を長方形状に形成
しているため、この水平転送電極２７を現在電極材料と
して使用している多結晶シリコン層で形成した場合、電
極２７の周辺部に２０００Å程度のギザギザが発生する
。このため、電極２７の幅（水平方向の長さ）が１枚の
電極２７内で最大４０００Å程度ばらつくことになる。 このばらつきは、信号電荷ｅが通過するチャンネル電位
を変化させ、上記幅が広い場合、上記電位は高い方に、
上記幅が狭い場合は低い方に変化させる。特に、上記ば
らつきにより、電位の高い部分（所謂電位のポケット）
が局部的に発生し、信号電荷の転送が完全に行われない
という現象が生じる。この現象は、再生画面に不規則な
縦線を発生させるなど、画質の著しい劣化を引き起こす
という不都合がある。

【０００８】上記不都合を解決するために、従来では、
上記電極２７を台形状に形成して電荷の転送効率を向上
させるようにしているが（特開平１−３０８０７２号公
報参照）、ハイビジョン用に対応させるためには、電荷
の転送効率の点でまだ不十分である。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、複数の水平レジスタ
間における信号電荷の転送効率の改善が図れ、画質の向
上並びにハイビジョン用に対応させることができる固体
撮像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の垂直レ
ジスタＶ２ｍ−１，Ｖ２ｍと、複数の水平レジスタＨ１
，Ｈ２とを有する固体撮像装置において、上記水平レジ
スタＨ１及びＨ２中、少なくとも上記複数の垂直レジス
タＶ２ｍ−１，Ｖ２ｍに最も近い水平レジスタＨ１を構
成する転送電極２を、電荷ｅの入口側に対して出口側が
広くなるように形成し、かつ上記転送電極２の水平転送
方向に隣接する部分に不純物拡散領域７を形成して構成
する。

【００１１】

【作用】上述の本発明の構成によれば、少なくとも上記
複数の垂直レジスタＶ２ｍ−１，Ｖ２ｍに最も近い水平
レジスタＨ１を構成する転送電極２の形状を、電荷ｅの
入口側に対して出口側が広くなるように末広状にしたの
で、垂直レジスタＶ２ｍからの信号電荷ｅを一方の水平
レジスタＨ１から他方の水平レジスタＨ２に転送させる
際、転送電極２下のチャンネル電位が電荷ｅの入口側に
対して出口側の方が高くなる。即ち、転送電極２下の垂
直方向に関するポテンシャルでみると、電荷ｅの入口側
の方が出口側よりも高くなり、出口側に向かって徐々に
低くなる傾斜状のポテンシャルが形成される。

【００１２】更に、本発明では、上記構成に加えて転送
電極２の水平転送方向に隣接する部分に不純物拡散領域
７を形成したので、この不純物拡散領域７におけるポテ
ンシャルの上昇に乗じて電荷ｅの入口側のポテンシャル
が持ち上げられ、転送電極２下の垂直方向に関するポテ
ンシャルの傾斜勾配が更に大きくなり、垂直レジスタＶ
２ｍから転送された信号電荷ｅは高速に一方の水平レジ
スタＨ１から他方の水平レジスタＨ２に転送される。そ
の結果、信号電荷の転送効率が大幅に向上し、画質の改
善を効率よく図ることができると共に、ハイビジョン用
に容易に対応させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図１〜図４を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図１は、本実施例に係るＣＣＤ固体撮
像装置、特に、垂直レジスタの最終段から水平レジスタ
にかけての電極配置を示す概略構成図である。

【００１４】このＣＣＤ固体撮像装置は、水平方向に延
びる転送電極１を挟んで２本の水平レジスタＨ１及びＨ
２を有し、これら２本の水平レジスタＨ１及びＨ２を跨
るように２枚の水平転送電極２及び３が夫々１組になっ
て順次水平方向に配列、形成されている。また、垂直レ
ジスタＶの最終段においては、水平方向に延びる垂直転
送電極４並びに垂直・水平転送電極５及び６が形成され
ている。ここで、破線は第１層目の電極、一点鎖線は第
２層目の電極、実線は第３層目の電極を示し、斜線領域
ＣＳはチャンネル・ストッパ領域を示す。従って、垂直
レジスタＶは垂直方向に延びるチャンネル・ストッパ領
域ＣＳ間に形成され、この垂直レジスタＶを介して信号
電荷が上記水平レジスタＨに転送されるように構成され
ている。

【００１５】しかして、本例においては、特に、水平レ
ジスタＨにおける一方の水平転送電極、即ち、垂直レジ
スタＶからの信号電荷が転送されるチャンネル領域上の
第１の水平転送電極２を、その電荷の入口側よりも出口
側の方を広く、所謂末広状に形成し、更に、該水平転送
電極２の水平転送方向に隣接する部分に不純物拡散領域
７を形成して構成する。

【００１６】この不純物拡散領域７は、例えば、図２Ａ
に示すように、多結晶シリコン層のパターニングにより
形成された第１の水平転送電極２上を含む全面にフォト
レジスト膜８を形成したのち、該フォトレジスト膜８を
パターニングして図２Ｂに示すように該フォトレジスト
膜８、第１の水平転送電極２、垂直・水平転送電極６及
び転送電極１により囲まれた開口９を形成し、その後、
該開口９を通じて不純物を下層のシリコン基板あるいは
ウェル領域１０にイオン注入することにより形成される
。この場合、上記不純物拡散領域７は、フォトレジスト
膜８及び各転送電極１，２，６をマスクとしてイオン注
入することにより自己整合的に形成することができるた
め、マスクずれの影響がなく、第１の水平転送電極２に
沿って高精度に形成することができる。

【００１７】次に、本例に係るＣＣＤ固体撮像装置の動
作を図３の波形図も参照しながら説明する。まず、区間
ｔ１　において、駆動パルスφｖｌが高レベルから低レ
ベルに変化し、駆動パルスφｖｈが低レベルから高レベ
ルに変化することから、垂直転送電極４下のポテンシャ
ルが高くなり、垂直・水平転送電極５及び６下のポテン
シャルが低くなる。従って、垂直転送電極４下にあった
信号電荷ｅは、垂直・水平転送電極５及び６下に転送さ
れる。

【００１８】次に、区間ｔ２　において、駆動パルスφ
ｖｈ及びφｔが高レベルから低レベルに変化し、駆動パ
ルスφｈ２が低レベルから高レベルに変化することから
、垂直・水平転送電極５，６下及び転送電極１下のポテ
ンシャルが高くなり、第１の水平転送電極２下のポテン
シャルが低くなる。従って、垂直・水平転送電極５，６
下にあった信号電荷ｅは、第１の水平転送電極２下に転
送される。このとき、転送電極１下のポテンシャルが所
謂バリアとなるため、上記信号電荷ｅは、上段の水平レ
ジスタＨ１上における第１の水平転送電極２下に転送・
蓄積される。

【００１９】次に、区間ｔ３　において、駆動パルスφ
ｈ１及びφｈ２が高レベルから低レベルに変化し、駆動
パルスφｔが低レベルから高レベルに変化することから
、第１及び第２の水平転送電極２及び３下のポテンシャ
ルが高くなり、転送電極１下のポテンシャルが低くなる
。このとき、例えば奇数列の垂直レジスタＶ２ｍ−１か
ら転送されてきた信号電荷ｅは、２本の水平レジスタＨ
１及びＨ２間に形成されたチャンネル・ストッパ領域Ｃ
Ｓによりその転送が阻止され、上段の水平レジスタＨ１
上における第１の水平転送電極２下に留まる。

【００２０】一方、偶数列の垂直レジスタＶ２ｍから転
送されてきた信号電荷ｅは、チャンネル・ストッパ領域
ＣＳ等の障壁がないため、下段の転送電極１下に転送さ
れる。この電荷転送時、第１の水平転送電極２の形状が
末広状になっており、かつ該水平転送電極２に沿って不
純物拡散領域７が形成されていることから、この水平転
送電極２における垂直方向のポテンシャルは、図４に示
すように、下段の水平レジスタＨ２に向かって、徐々に
低下する傾斜状のポテンシャル（実線ｂ参照）となり、
上記信号電荷ｅは高速に転送電極１下に転送される。

【００２１】次に、区間ｔ４　において、駆動パルスφ
ｔが高レベルから低レベルに変化し、駆動パルスφｈ１
が低レベルから高レベルに変化し、更に、駆動パルスφ
ｈ２が低レベルのままであることから、転送電極１下及
び第２の水平転送電極３下のポテンシャルが高くなり、
第１の水平転送電極２下のポテンシャルが低くなる。こ
のとき、上記奇数列の垂直レジスタＶ２ｍ−１から転送
されてきた信号電荷ｅは、依然２本の水平レジスタＨ１
及びＨ２間に形成されたチャンネル・ストッパ領域ＣＳ
によりその転送が阻止され、上段の水平レジスタＨ１上
における第１の水平転送電極２下に留まる。一方、上記
偶数列の垂直レジスタＶ２ｍから転送されてきた信号電
荷ｅは、転送電極１下から次の隣接する第１の水平転送
電極２下に転送される。

【００２２】このようにして、垂直レジスタＶの最終段
から転送されてきた信号電荷ｅのうち、奇数列に関する
垂直レジスタＶ２ｍ−１からの信号電荷ｅが上段の水平
レジスタＨ１上における第１の水平転送電極２下に夫々
蓄積され、偶数列に関する垂直レジスタＶ２ｍからの信
号電荷ｅが下段の水平レジスタＨ２上における第１の水
平転送電極２（上記奇数列に関する垂直レジスタＶ２ｍ
−１からの信号電荷が蓄積される電極と同じ電極）下に
夫々蓄積される。

【００２３】その後、各水平転送電極２及び３を組とし
て各組に対し、互いに逆相の駆動パルスφｈ１及びφｈ
２を供給することにより、各水平レジスタＨ１及びＨ２
上の信号電荷ｅを水平方向に、かつ互いに並行に転送し
、図示しない出力アンプを介して出力信号（撮像信号）
に変換させる。この場合、上段の水平レジスタＨ１に関
しては、第１の水平転送電極２に沿って不純物拡散領域
７を形成しているため、該不純物拡散領域７において第
２の転送段が形成され、従って、実効的な電極長を短く
することができ、この上段の水平レジスタＨ１における
水平方向の電荷転送効率が向上する。図示の例では、上
記不純物拡散領域７を上段の水平レジスタＨ１のみに形
成した例を示しているが、下段の水平レジスタＨ２にも
同様の不純物拡散領域７を形成することにより、上下段
における水平レジスタＨ１及びＨ２の水平方向の電荷転
送効率を同時に向上させることができる。

【００２４】上述のように、本例によれば、上段の水平
レジスタＨ１を構成する水平転送電極２及び３のうち、
第１の水平転送電極２の形状を、電荷ｅの入口側に対し
て出口側が広くなるように末広状にしたので、例えば偶
数列に関する垂直レジスタＶ２ｍからの信号電荷ｅを上
段の水平レジスタＨ１から下段の水平レジスタＨ２に転
送させる際、第１の水平転送電極２下におけるチャンネ
ル電位が電荷ｅの入口側に対して出口側の方が高くなる
。 即ち、第１の水平転送電極２下の垂直方向に関するポテ
ンシャルでみると、図４に示すように、電荷ｅの入口側
の方が出口側よりも高くなり、出口側に向かって徐々に
低くなる傾斜状のポテンシャルが形成される（一点鎖線
ａ参照）。

【００２５】更に、本実施例では、上記構成に加えて第
１の水平転送電極２の水平転送方向に隣接する部分に不
純物拡散領域７を形成したので、この不純物拡散領域７
におけるポテンシャルの上昇に乗じて電荷ｅの入口側の
ポテンシャルが持ち上げられ、水平転送電極２下の垂直
方向に関するポテンシャルの傾斜勾配が更に大きくなり
（実線ｂ参照）、垂直レジスタＶ２ｍから転送された信
号電荷ｅは高速に上段の水平レジスタＨ１から下段の水
平レジスタＨ２に転送される。その結果、信号電荷ｅの
転送効率が大幅に向上し、画質の改善を効率よく図るこ
とができると共に、ハイビジョン用に容易に対応させる
ことができる。

【００２６】尚、上記実施例は、２本の水平レジスタを
有するＣＣＤ固体撮像装置に適用した例を示したが、も
ちろん３本以上の水平レジスタを有するＣＣＤ固体撮像
装置にも適用させることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、複
数の水平レジスタ間における信号電荷の転送効率を向上
させることができ、画質の向上が図れると共に、固体撮
像装置自体をハイビジョン用に容易に対応させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部を示
す概略構成図。

【図２】本実施例に係る不純物拡散領域の形成例を示す
説明図。

【図３】本実施例に係る垂直−水平転送の信号処理を示
す波形図。

【図４】本実施例に係る第２の水平転送電極下のポテン
シャルを示す説明図。

【図５】２本の水平レジスタを有するＣＣＤ固体撮像装
置の一般的構成を示す平面図。

【図６】従来例に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部を示す
概略構成図。

【符号の説明】

Ｈ１　　上段の水平レジスタ Ｈ２　　下段の水平レジスタ Ｖ２ｍ−１，Ｖ２ｍ　　垂直レジスタ １　　転送電極 ２　　第１の水平転送電極 ３　　第２の水平転送電極 ４　　垂直転送電極 ５，６　　垂直・水平転送電極 ７　　不純物拡散領域 ＣＳ　　チャンネル・ストッパ領域 ｅ　　信号電荷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の垂直レジスタと、複数の水平レ
   ジスタとを有する固体撮像装置において、上記水平レジ
   スタ中、少なくとも上記複数の垂直レジスタに最も近い
   水平レジスタを構成する転送電極が、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、かつ上記転送電
   極の水平転送方向に隣接する部分に不純物拡散領域を有
   してなることを特徴とする固体撮像装置。