JPH05502756A - イメージセンサ - 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】 イメージセンサ 本発明はイメージセンサ、特に、二重水平転送レジスタを有するイメージセンサ に関する。

インターライン方式の固体検出イメージセンサは、通常は光検出器の縦列と横列 とで構成されたアレーを存する。いわゆる垂直シフトレジスタは光検出器の縦列 に隣り合うように配置され、光検出器に発生したキャリアは、それぞれのフレー ム時間の間に垂直シフトレジスタに転送される。検出された全イメージは、その 後同時にンフトダウノされ、−列間時に水平シフトレジスタに転送される。水平 シフトレジスタは、次のラインか転送されてくるまでに、各ラインのキャリアを 信号処理回路へ供給する。

上述したタイプのアレーでは、いかにしてキャリアを光検出器から信号処理回路 へ高速且つ効率的に転送するかが問題となる。これは、ＵＳＰ４７５００４２号 に具体的に示されるように、二重水平転送レジスタを配置することによって部分 的に解決可能である。上記特許におけるイメージセンサは、マトリクス状に配置 された複数の受光エレメント、該マトリクスから受光エレメントに集められたキ ャリアを転送する垂ａｃｃＤ、及び転送ゲートを通して受像位置に接続された２ つの水平転送レジスタ、から構成される。この２つの水平転送レジスタは、キャ リアを−のレジスタから他のレジスタへ転送できるように、ゲート電極を介して 互いに手行に接続されている。キャリアは、両レジスタに満たされた後、クロッ ク信号により出力回路へ転送される。このようなイメージセンサでは、２つの水 平レジスタの間に別のゲート電極を配置しなければならないという欠点がある。

この結果、個別のクロック信号を各ゲート電極に供給する必要が生しるために、 デバイスの製造が複雑化すると共にその調整も困難になってしまう。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、改良されたイメージセン サの提供を目的とする。

本発明のイメージセンサは、半導体材料からなる基板を含みキャリアを蓄積しこ の領域から本ヤリアを転送するための手段を有するイメージ領域と、並んで隣り 合っている領域に配置され該領域からキャリアを受ける少なくとも２つのレジス タと、 １つのレジスタから他のレジスタへのキャリアの転送を調整するためにシフトレ ジスタ間の半導体材料中に形成されたバリアインブラントを有する手段と、／フ トレジスタから他のシフトレジスタへキャリアを転送させる手段と、上記レジス タから出力回路へ上記キャリアバケットを転送するために上記シフトレジスタに クロック信号を与える手段と、からなる。

本発明における一実施例では、イメージセンサは、キャリアを集積するための感 光素子のマトリクスを有するイメージ領域と、該イメージ領域からキャリアを転 送するためのＣＣＤの列と、を有する。キャリアは、出力回路にキャリアを転送 する２つの水平シフトレジスタに転送される。２つの水平レジスタは、１つのレ ジスタのゲート電極の接触部として形成されているゲート機構の手段により２つ のレジスタ間にキャリアのローが転送されるように接続されている。

従来技術にない本発明の他の利点として、イメージ領域と水平シフトレジスタ間 及び２つの水平シフトレジスタ間へのゲート電極が不要になることかある。レジ スタ間のキャリアの転送は比較的広い転送領域と該転送領域にバリアインブラン を有する転送ゲート手段によってなされる。この広い転送領域は狭チャネル効果 により生ずるポテンシャル障壁を除去する機能を果たす。本発明は他の方式と同 様にインターライン方式でもフレーム転送方式でも採用することができる。

本発明の実施例は添付した図面に詳細に表されている。

図１は本発明のイメージセンサの平面図である。

図２は水平／フトレジスタの部分の拡大平面図である。

図３は従来のデバイスの断面図である。

図４は図２における４−４断面図である。

図５は本発明の他の実施例の断面図である。

図６は水平シフトレジスタとレジスタにキャリアを転送するためにイメージセン サに入力された信号のシーケンスを示すタイミングチャートである。

図７はイメージ領域と水平シフトレジスタ間及びシフトレジスタ間のキャリアの 転送の様子を示した模式図である。

図１に本発明によって構成されるイメージセンサ１０を示す。イメージセンサ１ ０は縦横に配列される感光エレメント１４を存するイメージ領域１２を存してい る。お互い隣り合うエレメント１４の各コラムはエレメント１４からのキャリア を受けてイメージ領域１２からキャリアを転送する垂直シフトレジスタ１５であ る。キャリアは領域１２から水平シフトレジスタ２０．２２へ転送される。シフ トレジスタ１５．２０．２１はＣＣＤである。以下に詳細に説明するように、イ メージ領域１２からのキャリアはレジスタ２０へ一列が同時に転送される。キャ リアの列は、他のキャリアの列かレジスタ２０ヘシフトされるように、レジスタ ２０からレジスタ２２ヘシフトされる。両方のレジスタ２０と２２が満たされた とき、緩衝増幅器を介して図示しない出力回路にシフトされる。

図３では、従来の構成によるシフトレジスタ間でのキャリア転送が示されている 。デバイス３０は、図３に示すように、内部にＮ型の埋込チャネル３４を有する Ｐ型のＸ仮３２を有している。シリコン酸化絶縁層３６は基板３２の上に形成さ れている。第２レジスタ３９のＣＣＤの電極３８はデバイス３０の一端に示され ている。第２レジスタのＣＣＤの電極４０はデバイス３０の反対側の他端に示さ れている。電極３８と電極４０間にはゲート電極４２がある。第２レジスタのＣ ＣＤから第２レジスタへのキャリアの転送においては、電極３８がオフになり、 電極４０と４２かオンになる。キャリアｅ−を転送する間に生ずるポテンシャル プロフィール４５は図３のように示される。チャネルポテンシャルφＣＭは矢印 の方向に増加する。このタイプのデバイスの不利な点は、上述したように、別の 電極４２と、あるレジスタから他のレジスタへキャリアの転送をなすための別の ゲート電極４２へのクロック信号を備える必要があることである。

図４にイメージセンサ１０のレジスタ２０と２２間の断面図を示す。図４に示さ れるように、基板５０は埋込チャネル５２を有している。基板５０は例えばＰ型 材料、埋込チャネル５２はＮ型材料とすることができる。絶縁層５４は基板５０ の上に形成され、レジスタ２０の電極５６とレジスタ２２の電極５８は絶縁層５ ４の上に形成されている。電極５６と５８は例えばポリシリコンで形成される。

Ｐ型のバリアインブラント６０は、電極５８とともに機能する転送ゲート６２を 形成するために埋込チャネル５２内に形成される。以上のように構成すれば図３ の従来のデバイスに示すような別の転送ゲート電極が必要でなくなる。ポテンシ ャルプロフィール６４は図４にレジスタ２０からレジスタ２２へのキャリアの転 送として示される。ポテンシャルプロフィール６４は電極５６への［ｆＥがオフ になり、電極５８へのオンになったときに生ずる。図４に示される構成は、真性 二相ＣＣＤプロセスである。

キャリアは転送ゲート６２と傭だタイプの図２及び図７に示すような転送ゲート ６５を介して垂直レジスタ１５からレジスタ２０へ転送される。バリアインブラ ント６６と電極５６はインプラ／トロ０と電極５８と同しように機能する。二の ように構成した結果として、転送ゲートとしてのゲート電極は必要ない。図２に 示されるように、レジスタ］５はレジスタ２０に隣り合う延長された蓄積領域８ ０を有している。蓄積領域８０は図示しない幅広の母線を収容するために延長さ れている。蓄積領域からのキャリアの効果的な転送をするために、テーバ状のバ リアインブラント８２が電界中にキャリアのフィールドドリフトを生ヒさせる結 果となっている。

フィールドドリフトは、長いゲート電極を有するデバイスによく採用される鵡拡 散方式よりもより速い転送方式である。各レジスタ２０．２１のキャリア容量は 垂直レジスタの２倍であり、望むべくは２×１のキャリア集約単位か可能である 。垂直レジスタにおける＆積領域のキャリア容量は例えば、５０００ｅ−である 。

レジスタ２０からレジスタ２２へのキャリアの転送の上述した手段の重要な特徴 は、図２に示されている。この図に示されるように、レジスタ２０とレジスタ２ ２の間の転送領域７０は、レジスタ２０における隣接する蓄積領域７２よりも広 いことである。もし、転送領域７０の蓄積領域７２よりも狭い場合、ポテンシル 障壁は蓄積領域７２と転送領域７０の間に存在する二とになる。このようなボテ ンシャル障壁は３つの要因により引き起こされる。そのうちの２つの要因は図示 しないチャネルストップの構成と関連がある。チャネルストップのローカルフィ ールドの分離の成長の間、・・−ドビークとホウ素が正キャリア領域にまで侵入 する。そのためにその幅が有効に減少する。このような要因は、３番目の要因つ まり、ボテ／ンヤル障壁を形成する静電効果につながる。領域７０を広くする結 果として、ボテン／ヤル＃壁が除去され、キャリアの効果的な転送か可能となる 。

図５には、概ね図４と０通った構成が示されている。ただし、真性二相プロセス ではなど、擬侃ニド目プロセスが示されている。図５に示される具体例では、埋 込チャネル５２゛　が　Ｐ型基板５０′中に形成され、図示しないが２つの並列 しているレジスタの電極５６’　、５８’　は層５４“上に形成されている。転 送ゲート６２′　は、電極５６’　、５８’　間に別のボリンリコン層５９と埋 込チャネル５２゛　に配設されるＰ型バリアインブラント６０′　によって形成 されている。インブラント６０’　はす５９の下に位置している。電極５８と層 ５９は結線６３という手段により電気的に繋がっている。ポテンシャルプロフィ ール６４゛は、図５に示すように、電極５６°がオフになり、電極５８′　がオ ンになったときに生ずる。

レジスタ２０．２２へのそして２つのレジスタ間のキャリアの転送は、図６と図 ７に示されている。図６ではイメージ領域１２からレジスタ２０へのキャリアの 転送がセンサ１０へ人力される信号のタイミングチャートとして表されている。

図７では、ｔｌからｔ４のキャリアの転送の様子が示されている。図６ではφＶ １とφＶ２はイメージ領域１２における垂直ＣＣＤレジスタ１５へのクロック信 号を表している。二のようにｔｌてはφＶ１とφＶ２は低く、φＶ２とφＨＩＡ とφＨＩＢは高くなっている。キャリアパケットＱ１は垂直シフトレジスタ１５ のゲート電極５７下まで移動する。ｔ２においては、φＶ２は低くなり、キャリ アパケットＱ１はレジスタ２０の電極５６下まで移動する。ｔ３ではφＶ２は高 くなり、ψＨＩＡは低くなり、キャリアパケットはレジスタ２２の電極５８下に 移動する。そして、新たなキャリアパケットＱ２は電極５７下に移動する。ｔ４ ではφＶ２は低くなり、キャリアパケットＱ２は、電極５６下へ移動する。ｔ４ の後ニハ　φＨ１，Ａ、φＨＩＢ、φＨ２は上記のようにレジスタ２０と２２か らのキャリアパケットの移動に伴い反復する。φＨＩＡ、ψＲＩＢがこの間一致 して出力波形を示し、インブラント６０によって生じたポテンシャル障壁が別々 のキャリアパケットＱ１．．Ｑ２を維持することは特ｉに値する。

以上のような水平レジスタの構成は毎秒３０フレームをはるかに越えたデータ転 送速度で、２つの完全な信号キャリアのラインの並行した読出しが可能となる。

それぞれの水平レジスタはイメージ領域からのフルラインの情報を維持するため の十分な画素を有しているので、希望するならば、シフグルチャンネルの読出し モードも可能である。イメージ領域の水平レジスタ間に別の転送ケートを除去す ることかできるので、両方のレジスタを操作するには３つのクロック信号のみが 必要になる。本発明の原理は、２つの水平レジスタ以上のデバイスで使用できる ことはいうまでもない。

ＰＲＩ○ＲＡＲＴ ｔｌ　↑２　ｔ３　土４ 国際調査報告 １・・電ｅ＋ｗｓ１ｍ−＾ｅｅｍａ＋°””ＰＣＴ／ＵＡ９０／ｎ６１’ｌ＋Ｆ ｌ国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体材料からなる基板を含むイメージ領域で、キャリアを蓄積し、この領 域からキャリアを転送するための手段（１４，１５）を上記材料中に有するイメ ージ領域（１２）と、 並んで隣り合っている上記領域（１２）に配置され、該領域（１２）からキャリ アを受けるために改良された少なくとも２つのレジスタ（２０，２２）と、１つ のレジスタ（２０）から他のレジスタヘ（２２）のキャリアの転送を調整する手 段（６２，６２′）であって、上記シフトレジスタ（２０，２２）間の半導体材 料中に形成されたバリアインプラント（６０，６０′）を有する手段（６２，６ ２）と、上記シフトレジスタから他のシフトレジスタヘのキャリアの転送を果た す手段（５８，５８′，５９）と、 上記レジスタから出力回路へ上記キャリアのバケットを転送するため上記シフト レジスタ（２０，２２）にクロック信号を与える手段（ＱＨ１Ａ、ＱＨ１Ｂ、Ｑ Ｈ２）とからなることを特徴とするイメージセンサ。 ２．一つのレジスタ（２０）が、領域（１２）からキャリアを受け入れるための 一連の蓄積領域（７２）を有するＣＣＤレジスタであることを特徴とする請求項 １記載のイメージセンサ。 ３．上記手段（６２，６２′）が上記蓄積領域（７２）のそれぞれと隣り合う転 送領域（７０）を有し、上記転送領域（７０）が上記蓄積領域（７２）よりも広 いことを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。 ４．シフトレジスタ（２０，２２）が出力回路へのキャリアバケットの転送する ように一致してクロックすることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 ５．キャリアを蓄積し、転送する手段（１４，１５）が光電変換エレメント（１ ４）のマトリクスを有することを特徴とするイメージセンサ。 ６．キャリアを蓄積し、転送する手段（１４，１５）がキャリアを上記エレメン トから受け入れるＣＣＤシフトレジスタ（１５）の列を含むことを特徴とする請 求項５記載のイメージセンサ。 ７．上記シフトレジスタがＣＣＤシフトレジスタ（２０，２２）であることを特 徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 ８．バリアインプラント（６０，６０′）がＰ型材料であることを特徴とする請 求項１記載のイメージセンサ。 ９．上記達成手段が上記他のレジスタに電極（５８，５８′）を有することを特 徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 １０．他のレジスタにおける電極（５８）が上記バリアインプラント（６０）上 を伸びることを特徴とするイメージセンサ。 １１．上記調整手段が、上記レジスタ（２０，２２）と他のレジスタ（２０，２ ２）間において別の導電層（５９）を有し、上記別の導電層（５９）が電極（５ ８′）と電気的に接続していることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ 。 １２．半導体材料からなる基板を含むイメージ領域で、キャリアを蓄積し、この 領域からキャリアを転送するための手段（１４，１５）を上記材料中に有するイ メージ領域（１２）と、 並んで隣り合っている上記領域（１２）に配置されている２つのＣＣＤシフトレ ジスタ（２０，２２）、つまり、該領域（１２）からキーヤリアを受けるために 一連の蓄積領域（７２）を有する第１シフトレジスタと第１レジスタの蓄積領域 （７２）からキャリアを受けるために改良された第２レジスタと、第１レジスタ （２０）から第２レジスタ（２２）へのキャリアの転送を調整する手段（６２， ６２′）、つまり、半導体材料中に各蓄積領域（７２）に隣り合う転送領域（７ ０）を有する手段であり、この各転送領域（７０）は内部にバリアインプラント （６２，６２′）を有している。 上記第１シフトレジスタ（２０）から第２シフトレジスタ（２２）へのキャリア の転送を果たす手段（５８，５８′，５９）と、上記レジスタから出力回路へ上 記キャリアのバケットを転送するため上記シフトレジスタ（２０，２２）にクロ ック信号を与える手段（φＨ１Ａ、φＨ１Ｂ、φＨ２）とからなることを特徴と するイメージセンサ。 １３．各転送領域（７０）が隣り合う蓄積領域（７２）よりも広いことを特徴と する請求項１２記載のイメージセンサ。 １４．転送ゲート（６５）がイメージ領域（１２）と第１レジスタの間の蓄積領 域に第２のバリアインプラントを有することを特徴とする請求項１３記載のイメ ージセンサ。 １５．イメージ領域（１２）の延長された蓄積領域（８０）が第２のバリアイン プラントとテーバー状のバリアインプラントによって端部が定められていること を特徴とする請求項１４のイメージセンサ。