JPH04369266A - Ccd solid-state image sensor - Google Patents

Ccd solid-state image sensor

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Publication number
JPH04369266A
JPH04369266A JP3144838A JP14483891A JPH04369266A JP H04369266 A JPH04369266 A JP H04369266A JP 3144838 A JP3144838 A JP 3144838A JP 14483891 A JP14483891 A JP 14483891A JP H04369266 A JPH04369266 A JP H04369266A
Authority
JP
Japan
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register
overflow
vertical
region
charge
Prior art date
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Pending
Application number
JP3144838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Kobayashi
篤 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP3144838A priority Critical patent/JPH04369266A/en
Publication of JPH04369266A publication Critical patent/JPH04369266A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To avoid a phenomenon of overflowing signal charge in a horizontal register, to prevent a decrease in a dynamic range of a photodetector having knee characteristics, and to suppress deterioration of quality of an image on a monitor screen. CONSTITUTION:An overflow drain region 10 by an N-type impurity diffused region is formed at an upper stage side from a narrow width part of particularly a second vertical transfer electrode 8 of a space Sp between vertical registers 2, and an overflow control gate 11 of an offset OS formed between one end 10a of the region 10 and one end 8a of the electrode 8, is formed. An overflow control gate electrode 12 is formed on an overflowing part 5 made of the region 10 and the gate 11, a control potential to be applied to the electrode 12 is controlled to regulate a maximum handling charge amount of a final stage of the register 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、CCD固体撮像素子に
関し、特にCCDで構成された垂直レジスタと水平レジ
スタを有する例えばインターライン転送方式のCCD固
体撮像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD solid-state image pickup device, and more particularly to a CCD solid-state image pickup device using, for example, an interline transfer method and having a vertical register and a horizontal register made up of CCDs.

【0002】0002

【従来の技術】従来の例えばインターライン方式のCC
D固体撮像素子は、図5に示すように、フォトダイオー
ドで構成された受光部21が水平及び垂直方向にマトリ
クス状に配列され、夫々共通の垂直ライン上の受光部2
1に対応して共通に設けられた垂直レジスタ22と、各
垂直レジスタ22に対して共通に設けられた水平レジス
タ23が設けられて構成されている。
[Prior Art] Conventional CC of interline type, for example.
As shown in FIG. 5, in the D solid-state image sensor, light receiving sections 21 made up of photodiodes are arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions, and the light receiving sections 21 are arranged on a common vertical line.
1, and a horizontal register 23 that is commonly provided for each vertical register 22.

【0003】そして、電荷蓄積期間において受光部21
で蓄積された信号電荷を、次の読出し期間において、垂
直レジスタ22に読出し、水平ブランキング期間におい
て、信号電荷を行ごとに転送し、垂直レジスタ22の最
終段に蓄積されている信号電荷を水平レジスタ23に転
送する。そして、次の水平出力期間(テレビジョンの1
水平走査期間に相当する)において、水平レジスタ23
上の信号電荷を順次出力部24側に転送し、出力部24
から撮像信号Sとして取り出すという動作を行う。
[0003] During the charge accumulation period, the light receiving section 21
The signal charges accumulated in the last stage of the vertical register 22 are read out to the vertical register 22 in the next read period, and the signal charges are transferred row by row in the horizontal blanking period, and the signal charges accumulated in the final stage of the vertical register 22 are read out to the vertical register 22. Transfer to register 23. Then, the next horizontal output period (TV 1
(corresponding to the horizontal scanning period), the horizontal register 23
The above signal charges are sequentially transferred to the output section 24 side, and the output section 24
The operation of extracting the image signal S from the image signal S is performed.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CCD固体撮像素子においては、垂直レジスタ22から
の信号電荷を直接水平レジスタ23に転送する構成とな
っているため、例えば、水平レジスタ23の最大取扱い
電荷量が、垂直レジスタ22の最大取扱い電荷量に対し
て少ない場合、受光部21から垂直レジスタ22の最大
取扱い電荷量ぎりぎりに読出された信号電荷が水平レジ
スタ23に転送されるときに、水平レジスタ23で信号
電荷があふれるという現象が生じる。水平レジスタ23
で信号電荷があふれると、モニタの画面上では、高輝度
の光源を撮像している部位で右側に画像が流れて見える
など、画質の劣化につながる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional CCD solid-state image pickup device, since the signal charge from the vertical register 22 is directly transferred to the horizontal register 23, for example, the maximum handling of the horizontal register 23 is If the amount of charge is smaller than the maximum amount of charge that can be handled by the vertical register 22, when the signal charge read out from the light receiving section 21 just before the maximum amount of charge that can be handled by the vertical register 22 is transferred to the horizontal register 23, the horizontal register 22 23, a phenomenon occurs in which signal charges overflow. Horizontal register 23
If the signal charge overflows, the image quality will deteriorate on the monitor screen, with the image appearing to flow to the right at the area where the high-intensity light source is being imaged.

【0005】また、受光部21の光電変換特性には、そ
の受光部21の構造によって、読出される信号に対し、
ニー特性と呼ばれる現象がある。ニー特性がある場合、
受光部21から読出される信号電荷量は、光量が小さい
ときは、光量に対して線形特性を有するが、ある光量以
上になると非線形特性になる。この非線形特性の部分は
、画像信号として使用できない領域である。
[0005] Further, the photoelectric conversion characteristics of the light receiving section 21 include the structure of the light receiving section 21, which causes a difference in the readout signal.
There is a phenomenon called the knee characteristic. If there is a knee characteristic,
The amount of signal charge read out from the light receiving section 21 has linear characteristics with respect to the amount of light when the amount of light is small, but becomes nonlinear when the amount of light exceeds a certain amount. This nonlinear characteristic portion is an area that cannot be used as an image signal.

【0006】ところで、垂直レジスタ22及び水平レジ
スタ23においては、この非線形特性の領域における信
号電荷に対してもあふれないことが必要であるため、水
平レジスタ23の取扱い電荷量に対応して受光部21に
おける光電変換特性の線形領域を低く設定しなければな
らない。このことは、受光部21のダイナミックレンジ
を小さくすることにつながり、特性上非常に不安定とな
る。
Incidentally, since it is necessary that the vertical register 22 and the horizontal register 23 do not overflow even with signal charges in this region of nonlinear characteristics, the light receiving section 21 is adjusted in accordance with the amount of charge handled by the horizontal register 23. The linear region of the photoelectric conversion characteristics must be set low. This leads to a reduction in the dynamic range of the light receiving section 21, resulting in extremely unstable characteristics.

【0007】ところで、従来のCCD固体撮像素子の中
には、例えば特開昭63−105578号公報に示すよ
うに、垂直レジスタ22の最終段にオーバーフロードレ
イン領域を形成したものがある。この例では、信号電荷
の水平レジスタ23への転送前に予め、垂直レジスタ2
2に存在するスミア等の偽信号電荷をオーバーフロード
レイン領域に蓄積し、該領域の電荷取扱い電荷量を越え
る過剰電荷(偽信号電荷)を縦型オーバーフロードレイ
ン構造により基板に吸収させて掃き出すというものであ
る。
By the way, some conventional CCD solid-state imaging devices have an overflow drain region formed at the last stage of the vertical register 22, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 63-105578, for example. In this example, before the signal charges are transferred to the horizontal register 23, the vertical register 23 is
2, false signal charges such as smear that exist in the overflow drain region are accumulated in the overflow drain region, and excess charges (false signal charges) that exceed the amount of charge handled in the region are absorbed into the substrate by the vertical overflow drain structure and swept away. be.

【0008】しかし、この例の場合、単にスミア等の偽
信号電荷を信号電荷の転送前にすべて掃き出すだけのも
のであるため、実際の信号電荷の転送時においては、こ
のオーバーフロードレイン領域は単に電荷転送段を構成
するのみである。即ち、信号電荷の転送時に上記のよう
な動作を行った場合、信号電荷自体が基板に吸収され、
信号電荷を水平レジスタに転送することができないとい
う不都合が生じるからである。従って、この例において
も、上述した水平レジスタ23上での信号電荷のあふれ
現象、及びニー特性を有する受光部21のダイナミック
レンジの低下は避けられない。
However, in this example, all false signal charges such as smear are simply swept out before signal charge transfer, so during actual signal charge transfer, this overflow drain region simply drains the charge. It only constitutes a transfer stage. In other words, when the above operation is performed when transferring signal charges, the signal charges themselves are absorbed by the substrate,
This is because a disadvantage arises in that the signal charge cannot be transferred to the horizontal register. Therefore, even in this example, the above-mentioned overflow phenomenon of signal charges on the horizontal register 23 and a reduction in the dynamic range of the light receiving section 21 having knee characteristics are unavoidable.

【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、垂直レジスタの最大
取扱い電荷量に対して水平レジスタの最大取扱い電荷量
が小さい場合においても、水平レジスタにおいて、信号
電荷があふれるという現象を防止することができると共
に、ニー特性を有する受光部のダイナミックレンジの低
下を防止でき、モニタ画面上での画質の劣化を防止する
ことができるCCD固体撮像素子を提供することにある
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the amount of charge that can be handled by the horizontal register even when the maximum amount of charge that can be handled by the horizontal register is smaller than the maximum amount of charge that can be handled by the vertical register. A CCD solid-state image sensor that can prevent the phenomenon of signal charges overflowing in registers, prevent a decrease in the dynamic range of a light receiving section with knee characteristics, and prevent deterioration of image quality on a monitor screen. Our goal is to provide the following.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】本発明は、CCDで構成
された垂直レジスタ2と水平レジスタ3を有するCCD
固体撮像素子において、垂直レジスタ2の最終段に、所
定の電位Vcが印加されるオーバーフローコントロール
ゲート11と、該オーバーフローコントロールゲート1
1に上記所定の電位Vcが印加されることによって、垂
直レジスタ2からの信号電荷のうち、所定量以上の信号
電荷が掃き出されるオーバーフロードレイン領域10と
からなるオーバーフロー部5を形成して構成する。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a CCD having a vertical register 2 and a horizontal register 3 configured with a CCD.
In the solid-state image sensor, an overflow control gate 11 to which a predetermined potential Vc is applied to the final stage of the vertical register 2, and the overflow control gate 1
An overflow portion 5 is formed and constituted by an overflow drain region 10 from which a predetermined amount or more of signal charges from the vertical register 2 is swept out by applying the predetermined potential Vc to the vertical register 1. .

【0011】[0011]

【作用】上述の本発明の構成によれば、垂直レジスタ2
の最終段にオーバーフローコントロールゲート11とオ
ーバーフロードレイン領域10が存在することとなるた
め、オーバーフローコントロールゲート11に印加する
電位Vcを制御することにより、オーバーフローコント
ロールゲート11下のポテンシャル障壁11Pの高低を
調整して、例えば垂直レジスタ2の最終段における最大
取扱い電荷量を水平レジスタ3の最大取扱い電荷量と同
等にすることができる。従って、例えば垂直レジスタ2
の最大取扱い電荷量に対して水平レジスタ3の最大取扱
い電荷量が小さい場合においても、水平レジスタ3にお
いて、信号電荷があふれるという現象を防止することが
できる。
[Operation] According to the configuration of the present invention described above, the vertical register 2
Since the overflow control gate 11 and the overflow drain region 10 are present in the final stage of the overflow control gate 11, the height of the potential barrier 11P under the overflow control gate 11 can be adjusted by controlling the potential Vc applied to the overflow control gate 11. Thus, for example, the maximum amount of charge handled by the last stage of the vertical register 2 can be made equal to the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3. Therefore, for example, vertical register 2
Even if the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3 is smaller than the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3, it is possible to prevent the phenomenon of signal charges overflowing in the horizontal register 3.

【0012】また、ニー特性を有する受光部1からの信
号電荷のうち、非線形特性領域における信号電荷をオー
バーフロードレイン領域10に掃き出すことができるた
め、受光部1のダイナミックレンジを水平レジスタ3の
最大取扱い電荷量に対応して小さくする必要がなくなる
。従って、水平レジスタ3のダイナミックレンジが小さ
い場合でも、水平レジスタ3のダイナミックレンジを効
率よく使用することができる。
Furthermore, among the signal charges from the light receiving section 1 having the knee characteristic, the signal charges in the nonlinear characteristic region can be swept out to the overflow drain region 10. There is no need to reduce the size according to the amount of charge. Therefore, even if the dynamic range of the horizontal register 3 is small, the dynamic range of the horizontal register 3 can be used efficiently.

【0013】また、スミア等の偽信号電荷を掃き出すた
めの専用のオーバーフロードレイン領域を設ける必要が
ないため、設計上の自由度が広がる。
Furthermore, since there is no need to provide a dedicated overflow drain region for sweeping out false signal charges such as smear, the degree of freedom in design is increased.

【0014】[0014]

【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
像素子の構成を示す概略平面図である。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a CCD solid-state image sensor according to this embodiment.

【0015】このCCD固体撮像素子は、フォトダイオ
ードで構成された受光部1が水平及び垂直方向にマトリ
クス状に配列され、夫々共通の垂直ライン上の受光部1
に対応して共通に設けられた垂直レジスタ2と、各垂直
レジスタ2に対して共通に設けられた水平レジスタ3が
設けられて構成されている。
In this CCD solid-state image sensing device, light receiving sections 1 composed of photodiodes are arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions, and the light receiving sections 1 are arranged on a common vertical line.
A vertical register 2 is provided in common for each vertical register 2, and a horizontal register 3 is provided in common for each vertical register 2.

【0016】そして、電荷蓄積期間において受光部1で
蓄積された信号電荷を、次の読出し期間において、垂直
レジスタ2に読出し、水平ブランキング期間において、
信号電荷を行ごとに転送し、垂直レジスタ2の最終段に
蓄積されている信号電荷を水平レジスタ3に転送する。 そして、次の水平出力期間(テレビジョンの1水平走査
期間に相当する)において、水平レジスタ3上の信号電
荷を順次出力部4側に転送し、この出力部4において、
信号電荷を電荷−電圧変換し、出力端子φoutから電
圧信号(撮像信号)Sとして取り出す。
Then, the signal charge accumulated in the light receiving section 1 during the charge accumulation period is read out to the vertical register 2 during the next readout period, and during the horizontal blanking period,
The signal charges are transferred row by row, and the signal charges accumulated in the final stage of the vertical register 2 are transferred to the horizontal register 3. Then, in the next horizontal output period (corresponding to one horizontal scanning period of a television), the signal charges on the horizontal register 3 are sequentially transferred to the output section 4 side, and in this output section 4,
The signal charge is subjected to charge-voltage conversion and taken out as a voltage signal (imaging signal) S from the output terminal φout.

【0017】しかして、本例においては、垂直レジスタ
2の最終段に、後述するオーバーフロー部5を設けて構
成する。
In this example, an overflow section 5, which will be described later, is provided at the final stage of the vertical register 2.

【0018】次に、オーバーフロー部5の具体的構成に
ついて図2〜図4を参照しながら説明する。
Next, the specific structure of the overflow section 5 will be explained with reference to FIGS. 2 to 4.

【0019】図2は、垂直レジスタ2の最終段周辺を示
す拡大平面図である。この図2において、斜線の領域a
で示す部分が垂直レジスタ2であり、斜線の領域bで示
す部分が水平レジスタ3である。特に、垂直レジスタ2
は、その最終段の部分において幅広となっている。尚、
幅CSで示す部分はチャンネル・ストッパ領域6である
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the vicinity of the final stage of the vertical register 2. As shown in FIG. In this FIG. 2, the diagonally shaded area a
The part indicated by the dotted line is the vertical register 2, and the part indicated by the diagonally shaded area b is the horizontal register 3. In particular, vertical register 2
is wide at its final stage. still,
The portion indicated by width CS is the channel stopper region 6.

【0020】また、垂直レジスタ2上には、水平方向に
電荷転送用の第1、第2及び第3の垂直転送電極7,8
及び9が形成され、これら垂直転送電極7,8及び9中
、第1及び第3の垂直転送電極7及び9は帯状に形成さ
れ、第2の垂直転送電極8は、垂直レジスタ2上におい
てその幅が広く、垂直レジスタ2上以外の部分において
その幅が狭く形成されている。尚、図において、第1の
垂直転送電極7を実線、第2の垂直転送電極8を破線、
第3の垂直転送電極9を二点鎖線で示す。
Further, on the vertical register 2, there are first, second and third vertical transfer electrodes 7, 8 for charge transfer in the horizontal direction.
and 9 are formed, among these vertical transfer electrodes 7, 8 and 9, the first and third vertical transfer electrodes 7 and 9 are formed in a band shape, and the second vertical transfer electrode 8 is formed on the vertical register 2. The width is wide, and the width is narrow in areas other than those above the vertical register 2. In the figure, the first vertical transfer electrode 7 is indicated by a solid line, the second vertical transfer electrode 8 is indicated by a broken line,
The third vertical transfer electrode 9 is indicated by a two-dot chain line.

【0021】そして、本例においては、垂直レジスタ2
間のスペースSpの、特に第2の垂直転送電極8の幅が
狭くなっている部分よりも上段側にN型の不純物拡散領
域によるオーバーフロードレイン領域10が形成されて
いる(破線枠で示す)。この領域10は、垂直レジスタ
2の幅広の部分にオーバーラップして形成され、この領
域10の垂直レジスタ側端10aと第2の垂直転送電極
8の幅広部分のオーバーフロードレイン領域側端8aと
の間には幅OSで示すオフセットが形成される。このオ
フセットOSの部分がオーバーフローコントロールゲー
ト11を構成し、このオーバーフローコントロールゲー
ト11と上記オーバーフロードレイン領域10にてオー
バーフロー部5が構成される。
In this example, vertical register 2
In the space Sp between them, an overflow drain region 10 made of an N-type impurity diffusion region is formed (indicated by a broken line frame), particularly on the upper side of the narrowed portion of the second vertical transfer electrode 8. This region 10 is formed to overlap the wide part of the vertical register 2, and is between the vertical register side end 10a of this region 10 and the overflow drain region side end 8a of the wide part of the second vertical transfer electrode 8. An offset is formed with a width OS. This offset OS portion constitutes an overflow control gate 11, and this overflow control gate 11 and the overflow drain region 10 constitute an overflow portion 5.

【0022】そして、このオーバーフロー部5を含む領
域上に水平方向に延びるオーバーフローコントロールゲ
ート電極12(一点鎖線で示す)が形成される。このと
き、第1及び第3の垂直転送電極7及び9が夫々1層目
の多結晶シリコン層にて形成され、第2の垂直転送電極
8が2層目の多結晶シリコン層にて形成され、オーバー
フローコントロールゲート電極12が3層目の多結晶シ
リコン層にて形成される。
[0022] Then, an overflow control gate electrode 12 (indicated by a dashed line) extending horizontally is formed on a region including this overflow portion 5. At this time, the first and third vertical transfer electrodes 7 and 9 are formed from the first polycrystalline silicon layer, and the second vertical transfer electrode 8 is formed from the second polycrystalline silicon layer. , an overflow control gate electrode 12 is formed of a third polycrystalline silicon layer.

【0023】上記オーバーフロー部5の断面を図3に示
す。図3A及び図3Bは、夫々図2におけるA−A線上
及びB−B線上の断面図である。これらの断面図では、
シリコン基板13をN型で示しているが、P型のシリコ
ン基板を用いて他の不純物拡散領域、例えば垂直レジス
タ2やチャンネル・ストッパ領域6のN型とP型を入れ
替えても何ら問題はない。また、これら断面図では、C
CDを埋め込みチャンネル型CCDで示してあるが、垂
直レジスタ2の不純物を使用しない表面チャンネル型C
CDを用いた場合でも同様のことが言える。ただし、以
下の本実施例における形成方法の説明においては、これ
ら断面図に基いて行う。
A cross section of the overflow portion 5 is shown in FIG. 3A and 3B are cross-sectional views taken along the line AA and line BB in FIG. 2, respectively. In these cross-sectional views,
Although the silicon substrate 13 is shown as N-type, there is no problem even if a P-type silicon substrate is used and the N-type and P-type in other impurity diffusion regions, such as the vertical resistor 2 or the channel stopper region 6, are replaced. . In addition, in these cross-sectional views, C
Although the CD is shown as a buried channel type CCD, it is also a surface channel type CCD that does not use impurities in the vertical register 2.
The same thing can be said when using a CD. However, the following description of the forming method in this example will be based on these cross-sectional views.

【0024】まず、N型のシリコン基板13にP型のウ
ェル領域14とN型の垂直レジスタ2を形成する。この
P型のウェル領域14は、スミアを圧縮するためのもの
である。次に、上記垂直レジスタ2の横にP型の不純物
拡散領域によるチャンネル・ストッパ領域6を形成する
。その後、ゲート絶縁膜15を介して1層目の多結晶シ
リコン層による第1及び第3の垂直転送電極7及び9を
形成した後、層間絶縁膜16を介して2層目の多結晶シ
リコン層による第2の垂直転送電極8を形成する。
First, a P-type well region 14 and an N-type vertical resistor 2 are formed on an N-type silicon substrate 13. This P-type well region 14 is for compressing the smear. Next, a channel stopper region 6 made of a P-type impurity diffusion region is formed next to the vertical register 2 . Thereafter, first and third vertical transfer electrodes 7 and 9 are formed using a first polycrystalline silicon layer with a gate insulating film 15 interposed therebetween, and then a second polycrystalline silicon layer is formed with an interlayer insulating film 16 interposed therebetween. The second vertical transfer electrode 8 is formed by the following method.

【0025】その後、図2の破線枠で示す部分にN型の
不純物をイオン注入してオーバーフロードレイン領域1
0を形成した後、このオーバーフロードレイン領域10
上にゲート絶縁膜15を介して3層目の多結晶シリコン
層によるオーバーフローコントロールゲート電極12を
形成して本例に係るCCD固体撮像素子を得る。尚、こ
のオーバーフローコントロールゲート電極12と第2の
垂直転送電極8間には層間絶縁膜17が介在する。また
、幅(オフセット)OSで示す部分においてオーバーフ
ローコントロールゲート11が構成される。また、この
図3において、18は水平レジスタ3上に形成される水
平転送電極を示す。
Thereafter, N-type impurity ions are implanted into the portion indicated by the broken line frame in FIG. 2 to form the overflow drain region 1.
0, this overflow drain region 10
An overflow control gate electrode 12 made of a third polycrystalline silicon layer is formed thereon via a gate insulating film 15 to obtain a CCD solid-state imaging device according to this example. Note that an interlayer insulating film 17 is interposed between the overflow control gate electrode 12 and the second vertical transfer electrode 8. Further, an overflow control gate 11 is configured in a portion indicated by a width (offset) OS. Further, in FIG. 3, reference numeral 18 indicates a horizontal transfer electrode formed on the horizontal register 3.

【0026】ここで、垂直レジスタ2、P型のウェル領
域14及びチャンネル・ストッパ領域6の不純物濃度と
しては、通常用いられる不純物濃度に設定される。また
、オーバーフロードレイン領域10の不純物濃度として
は、オーバーフローコントロールゲート電極12にかか
る電位によりその表面が空乏化する程度の不純物濃度に
設定される。尚、上記オーバーフロードレイン領域10
を形成するためのN型不純物のイオン注入は、第2の垂
直転送電極8を形成する前に行うようにしてもよい。
Here, the impurity concentrations of the vertical register 2, the P-type well region 14, and the channel stopper region 6 are set to normally used impurity concentrations. Further, the impurity concentration of the overflow drain region 10 is set to such an extent that the surface thereof is depleted by the potential applied to the overflow control gate electrode 12. Note that the overflow drain region 10
The ion implantation of N-type impurities for forming may be performed before forming the second vertical transfer electrode 8.

【0027】次に、本例に係るオーバーフロー部5の動
作を図4のポテンシャル図も参照しながら説明する。
Next, the operation of the overflow section 5 according to this example will be explained with reference to the potential diagram shown in FIG.

【0028】まず、図4Aに示すように、オーバーフロ
ーコントロールゲート電極12に印加される制御電位V
cを調整して、図2及び図3で示したオフセットOSで
構成されるオーバーフローコントロールゲート11下の
ポテンシャル障壁11Pの高低を制御する。即ち、本例
では、垂直レジスタ2の最終段における第2の垂直転送
電極8下に蓄積される信号電荷の最大取扱い電荷量が水
平レジスタ3の最大取扱い電荷量よりも若干少なくなる
ように(例えば水平レジスタ3における最大取扱い電荷
量の90%程度)、オーバーフローコントロールゲート
11下のポテンシャル障壁11Pの高さを調整する。
First, as shown in FIG. 4A, the control potential V applied to the overflow control gate electrode 12 is
c is adjusted to control the height of the potential barrier 11P under the overflow control gate 11 configured by the offset OS shown in FIGS. 2 and 3. That is, in this example, the maximum handling charge amount of the signal charges accumulated under the second vertical transfer electrode 8 in the final stage of the vertical register 2 is set to be slightly smaller than the maximum handling charge amount of the horizontal register 3 (for example, (approximately 90% of the maximum charge amount handled by the horizontal register 3), the height of the potential barrier 11P below the overflow control gate 11 is adjusted.

【0029】このとき、オーバーフロードレイン領域1
0では、その不純物濃度が充分に高いため、基板電位V
subに固定される。このため、上段の垂直レジスタ2
から水平レジスタ3の最大取扱い電荷量よりも多い電荷
量の信号電荷が垂直レジスタ2の最終段に転送された場
合、この最終段において、上記信号電荷が水平レジスタ
3における最大取扱い電荷量の90%にカットされ、カ
ットされた信号電荷は、オーバーフローコントロールゲ
ート11を越えてオーバーフロードレイン領域10に掃
き出され、更に図3Aの矢印で示すように、オーバーフ
ロードレイン領域10を経て基板13に流れ込む。即ち
、オーバーフロー部5において信号電荷のオーバーフロ
ー動作が行われる。
At this time, overflow drain region 1
0, the impurity concentration is sufficiently high, so the substrate potential V
Fixed to sub. Therefore, the upper vertical register 2
When a signal charge whose amount is larger than the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3 is transferred to the final stage of the vertical register 2, at this final stage, the signal charge becomes 90% of the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3. The cut signal charge is swept out over the overflow control gate 11 into the overflow drain region 10, and further flows into the substrate 13 through the overflow drain region 10, as shown by the arrow in FIG. 3A. That is, an overflow operation of signal charges is performed in the overflow section 5.

【0030】尚、図4A及び図4Bにおいて、第2の垂
直転送電極8下に形成されたポテンシャル中、実線で示
すポテンシャルPaは第2の垂直転送電極8下に信号電
荷が蓄積されていない状態を示し、破線で示すポテンシ
ャルPbは第2の垂直転送電極8下に少量の信号電荷が
蓄積されている状態を示し、一点鎖線で示すポテンシャ
ルPcは信号電荷がオーバーフローして、一定の信号電
荷量(水平レジスタ3における最大取扱い電荷量の90
%)に維持されている状態を示す。また、V1 ,V2
 及びV3 は夫々第1,第2及び第3の垂直転送電極
に印加される駆動パルス電位を示し、Hは水平転送電極
に印加される駆動パルス電位を示す。
In FIGS. 4A and 4B, among the potentials formed under the second vertical transfer electrode 8, the potential Pa indicated by a solid line is a state in which no signal charge is accumulated under the second vertical transfer electrode 8. The potential Pb shown by a broken line indicates that a small amount of signal charge is accumulated under the second vertical transfer electrode 8, and the potential Pc shown by a dashed dotted line indicates that the signal charge overflows to a certain amount of signal charge. (90% of the maximum charge amount handled by horizontal register 3)
%). Also, V1, V2
and V3 indicate drive pulse potentials applied to the first, second and third vertical transfer electrodes, respectively, and H indicates a drive pulse potential applied to the horizontal transfer electrodes.

【0031】従って、水平レジスタ3には、その最大取
扱い電荷量の90%以上の信号電荷は転送されないこと
になり、水平レジスタ3において信号電荷があふれると
いう現象は回避される。
Therefore, signal charges of 90% or more of the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3 are not transferred, and the phenomenon of signal charges overflowing in the horizontal register 3 is avoided.

【0032】上述のように、本例によれば、例えば垂直
レジスタ2の最大取扱い電荷量に対して水平レジスタ3
の最大取扱い電荷量が小さい場合においても、水平レジ
スタ3において、信号電荷があふれるという現象を防止
することができ、水平レジスタ3上での信号電荷のあふ
れに伴う画質の劣化を抑制することができる。
As described above, according to this example, for example, the horizontal register 3
Even when the maximum amount of charge that can be handled is small, it is possible to prevent the phenomenon of signal charges overflowing on the horizontal register 3, and it is possible to suppress deterioration of image quality due to overflow of signal charges on the horizontal register 3. .

【0033】また、図1で示す受光部1の構造により、
その光電変換特性にニー特性がある場合、オーバーフロ
ーコントロールゲート電極12に印加される制御電位V
cを調整して、非線形特性領域の信号電荷をオーバーフ
ロードレイン領域10を介して基板13に捨てることが
できるため、水平レジスタ3には、線形特性領域の信号
電荷のみが転送されることになり、CCD固体撮像素子
の特性の安定化を図ることができる。しかも、受光部1
のダイナミックレンジを水平レジスタ3の最大取扱い電
荷量に対応して小さくする必要がなくなるため、水平レ
ジスタ3のダイナミックレンジが小さい場合でも、水平
レジスタ3のダイナミックレンジを効率よく使用するこ
とができる。
Furthermore, due to the structure of the light receiving section 1 shown in FIG.
When the photoelectric conversion characteristic has a knee characteristic, the control potential V applied to the overflow control gate electrode 12
By adjusting c, the signal charges in the nonlinear characteristic region can be discarded to the substrate 13 via the overflow drain region 10, so that only the signal charges in the linear characteristic region are transferred to the horizontal register 3. The characteristics of the CCD solid-state image sensor can be stabilized. Moreover, the light receiving section 1
Since there is no need to reduce the dynamic range of the horizontal register 3 in accordance with the maximum amount of charge handled by the horizontal register 3, the dynamic range of the horizontal register 3 can be used efficiently even if the dynamic range of the horizontal register 3 is small.

【0034】また、スミア等の偽信号電荷を掃き出すた
めの専用のオーバーフロードレイン領域を設ける必要が
ないため、設計上の自由度が広がる。
Furthermore, since there is no need to provide a dedicated overflow drain region for sweeping out false signal charges such as smear, the degree of freedom in design is increased.

【0035】上記実施例では、第2の垂直転送電極8下
に信号電荷が蓄積しているときにオーバーフローさせる
ようにしたが、その他、第2及び第3の垂直転送電極8
及び9下に信号電荷が蓄積しているときにオーバーフロ
ーさせるようにしてもよい。
In the above embodiment, when the signal charge is accumulated under the second vertical transfer electrode 8, it is caused to overflow, but in addition, the second and third vertical transfer electrodes 8
It is also possible to overflow when signal charges are accumulated under 9 and 9.

【0036】また、上記実施例ではオーバーフロードレ
イン領域10を垂直レジスタ2の幅広の部分にオーバー
ラップして形成するようにしたが、もちろんオーバーフ
ロードレイン領域10を垂直レジスタ2の幅広の部分に
オーバーラップさせずに形成してオフセットOSの幅を
広げるようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the overflow drain region 10 is formed so as to overlap the wide portion of the vertical register 2, but of course, the overflow drain region 10 is formed to overlap the wide portion of the vertical register 2. Alternatively, the width of the offset OS may be expanded by forming the offset OS.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明に係るCCD固体撮像素子によれ
ば、垂直レジスタの最大取扱い電荷量に対して水平レジ
スタの最大取扱い電荷量が小さい場合においても、水平
レジスタにおいて、信号電荷があふれるという現象を防
止することができると共に、ニー特性を有する受光部の
ダイナミックレンジの低下を防止でき、モニタ画面上で
の画質の劣化を防止することができる。
Effects of the Invention According to the CCD solid-state image sensor according to the present invention, even when the maximum amount of charge handled by the horizontal register is smaller than the maximum amount of charge handled by the vertical register, there is a phenomenon in which signal charges overflow in the horizontal register. In addition, it is possible to prevent a decrease in the dynamic range of a light receiving section having knee characteristics, and it is also possible to prevent deterioration of image quality on a monitor screen.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本実施例に係るCCD固体撮像素子の構成を示
す概略平面図。
FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a CCD solid-state image sensor according to this embodiment.

【図2】本実施例に係るCCD固体撮像素子の垂直レジ
スタの最終段周辺を示す拡大平面図。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the vicinity of the final stage of the vertical register of the CCD solid-state image sensor according to the present embodiment.

【図3】Aは、図2におけるA−A線上の断面図。Bは
、図2におけるB−B線上の断面図。
FIG. 3A is a sectional view taken along line A-A in FIG. 2; B is a sectional view taken along line B-B in FIG. 2.

【図4】Aは、図3Aにおけるポテンシャル図。Bは、
図3Bにおけるポテンシャル図。
FIG. 4A is a potential diagram in FIG. 3A. B is
Potential diagram in FIG. 3B.

【図5】従来例に係るCCD固体撮像素子の構成を示す
概略平面図。
FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of a conventional CCD solid-state image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  受光部 2  垂直レジスタ 3  水平レジスタ 4  出力部 5  オーバーフロー部 6  チャンネル・ストッパ領域 7  第1の垂直転送電極 8  第2の垂直転送電極 9  第3の垂直転送電極 10  オーバーフロードレイン領域 11  オーバーフローコントロールゲート12  オ
ーバーフローコントロールゲート電極13  シリコン
基板
1 Light receiving section 2 Vertical register 3 Horizontal register 4 Output section 5 Overflow section 6 Channel stopper region 7 First vertical transfer electrode 8 Second vertical transfer electrode 9 Third vertical transfer electrode 10 Overflow drain region 11 Overflow control gate 12 Overflow control gate electrode 13 Silicon substrate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  CCDで構成された垂直レジスタと水
平レジスタを有するCCD固体撮像素子において、上記
垂直レジスタの最終段に、所定の電位が印加されるオー
バーフローコントロールゲートと、該オーバーフローコ
ントロールゲートに上記所定の電位が印加されることに
よって、垂直レジスタからの信号電荷のうち、所定量以
上の信号電荷が掃き出されるオーバーフロードレイン領
域とからなるオーバーフロー部が形成されていることを
特徴とするCCD固体撮像素子。
1. A CCD solid-state image sensing device having a vertical register and a horizontal register configured with a CCD, an overflow control gate to which a predetermined potential is applied to the final stage of the vertical register, and an overflow control gate to which a predetermined potential is applied to the overflow control gate. A CCD solid-state image pickup device, characterized in that an overflow region is formed, and an overflow region is formed in which a predetermined amount or more of signal charges from a vertical register is swept out by applying a potential of .
JP3144838A 1991-06-17 1991-06-17 Ccd solid-state image sensor Pending JPH04369266A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440343A (en) * 1994-02-28 1995-08-08 Eastman Kodak Company Motion/still electronic image sensing apparatus
US7053948B2 (en) 2000-03-22 2006-05-30 Sharp Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup device with discharge gate operable in an arbitrary timing

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