JPH06105719B2 - 電荷転送装置およびその駆動方法 - Google Patents

電荷転送装置およびその駆動方法

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JPH06105719B2
JPH06105719B2 JP59047463A JP4746384A JPH06105719B2 JP H06105719 B2 JPH06105719 B2 JP H06105719B2 JP 59047463 A JP59047463 A JP 59047463A JP 4746384 A JP4746384 A JP 4746384A JP H06105719 B2 JPH06105719 B2 JP H06105719B2
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隆男 黒田
賢樹 堀居
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松下電子工業株式会社
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
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    • H01L29/76816Output structures
    • HELECTRICITY
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電荷転送装置およびその駆動方法に関するもの
である。
従来例の構成とその問題点 固体撮像素子は撮像管と比較して多くの利点を有するた
め盛んに開発が進められているが、解像度についてはま
だ撮像管の方が優っているといえる。このため固体撮像
素子の解像度を向上させる努力がなされている。
以下にインターライン転送方式CCD撮像素子(以下IT−C
CDと略記する。)を例にとって説明する。
まず、第1図にIT−CCDの全体構成図を示す。光電変換
素子1に蓄積された信号電荷は垂直方向に転送するCCD
(以下V−CCDと略記する)2に転送され、それから水
平方向に転送するCCD(以下HCCDと略記する)3に転送
される。更に、HCCD3の中を転送され順次電荷検知部4
に送られ検知出力される。
従来例を第2図に示し、説明する。同図はHCCD3と電荷
検知部付近を示している。信号電荷は矢印5の方向に従
ってVCCDからHCCDのチャンネル6に転送される。ここに
示してHCCDは埋め込みチャンネル型で転送電極11と13の
下の不純物濃度がそれぞれ転送電極12と14の下の不純物
濃度と異なるようにして転送電極11,13より転送電極12,
14の方がチャンネルのポテンシャルが深くなっている。
2相駆動CCDである。端子7,8にはそれぞれの2相駆動パ
ルスのφH1,φH2が印加される。HCCDのチャンネル6に
入った信号電荷は順次転送され、アウトプット電極9を
経て浮遊拡散層(以下FDと略記する)10に送られ、そこ
の電位変化をソースフォロワで端子15から出力される。
それから次の信号電荷の入る前にリセット電極16をON状
態にすることによってリセットドレイン17に印加されて
いる電圧にFD10を設定する。この従来例のHCCDは1つの
信号電荷につき4枚の転送電極が必要である。前に述べ
た様に固体撮像素子の解像度を向上させるために一水平
期間内に読み出す信号電荷の数が増す傾向にある。従来
例の構造のままでこれに対応しようとすると、転送電極
を高密度に配置しなければならない。これは微細加工技
術上、難しさを生じ、また歩留を低下させる。また転送
電極の駆動周波数が高くなり消費電力が増大し、固体撮
像素子の利点を著しく損う。
発明の目的 本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、転送周波数を高く
することなく、電荷転送素子で転送できる信号電荷の数
を増すことができる電荷転送装置およびその駆動方法を
提供するものである。
発明の構成 本発明は並列配置された少なくとも第1および第2の電
荷転送チャンネルと、前記電荷転送チャンネルを駆動す
るための第1のクロックパルスが印加される印加端子
と、第1のクロックパルスが与えられるも第1の電荷転
送チャンネルより第2の電荷転送チャンネルに延在配設
された第1の転送電極と、複数の電荷転送チャンネル間
に配設された第2の転送電極と、第1および第2の電荷
転送チャンネルからの信号電荷を合成するための合成電
極と、前記合成電極で合成された出力信号を出力検知す
る電荷検知器と、前記合成電極に接続供給され前記電荷
検知器からの出力信号と同一の第2のクロックパルスを
印加する第2の転送電極とを備えた電荷転送装置および
その駆動方法であります。
実施例の説明 本発明の第一の実施例を第3図に示して説明する。同図
ではHCCDチャンネルが27と28の二本が並列に配置され
る。その間にHCCDチャンネル27から28への信号電荷の転
送を制御する第2の転送電極29が設けられていること、
及び二本のHCCDチャンネル27,28が合成電極25,26を経
て、同一のFD30へ接続されている。このHCCDはnチャン
ネルであり、第1の転送電極21と22,23と24の関係は、
第2図に示した転送電極11と12,23と24の関係と同じで
やはり二相駆動CCDである。しかし第2図の従来例と異
なるのは、例えば第1の転送電極21は、HCCDチャンネル
27より28へ延在配設され、両チャンネルの共通転送電極
として形成している点である。他の第1の転送電極22,2
3および24も同じ構成である。また合成電極25と26の関
係も第1の転送電極21と22,23と24の関係と同じであ
る。また第2の転送電極29は、第1の電荷転送チャンネ
ルのHCCD27と第2の電荷転送チャンネルのHCCD28との間
に配設される。この図では、一層目のポリシリコンで形
成されており、転送電極22と24は二層目、21と23は三層
目のポリシリコンで形成されたものとする例を示す。も
ちろんこれとは異なる組合わせも可能である。
本実施例における動作を説明する。まず矢印31の方向に
従って信号電荷がHCCDチャンネル27の転送電極22と24の
下に転送されてくる。
HCCDチャンネル27の転送電極24の下にある信号電荷を転
送電極29を用いて、36の矢印の如くHCCDチャンネル28の
転送電極22の下に転送する。同図で38はチャンネルスト
ッパー、厚い酸化膜等による分離領域である。このと
き、HCCDの転送電極には第1のクロックパルスとして、
端子32からφH11及び端子33からはφH12の駆動パルスが
それぞれ印加される。それから信号電荷は二本のHCCDを
転送されて合成電極25,26、アウトプット電極34を経てF
D30に転送される。このときの駆動パルス例を第4図に
示す。同図でφVGは転送電極29に印加され、第2のクロ
ックパルスとしてのφAG端子33から合成電極25,26に印
加され、φRはリセット電極35に印加される駆動パルス
である。
時刻t0は、VCCDからHCCDへの転送が終了している状態で
ある。これからわかるように本発明によれば、第1クロ
ックパルスφH11及びφH12の周波数は電荷検知部からの
出力の周波数(φRの周波数と等しい)の半分でよいた
め駆動回路を作製する上でも、消費電力の上でも大きな
利点がある。またHCCDは従来例の半分の密度でよいた
め、加工上も極めて容易になる。また、二本のCCDチャ
ンネル27と28を転送されてきた信号電荷は、合成電極2
5,26に印加される駆動パルスφAGの立ち下がりのタイミ
ングでFD30に転送されるため、どちらのHCCDチャンネル
を転送されて来ても出力に差は生じない。
また第3図に示すようにHCCDチャンネル27の転送電極24
の垂直線上にHCCDチャンネル28の転送電極22が配置され
ておれば、合成電極25,26で両チャンネルを合成する際
に対称性のよい合成ができるので両チャンネルによる出
力の差が一層生じにくい。
次に第二の実施例を第5図に示して説明する。第一の実
施例は一水平期間内にHCCDで転送する信号電荷が一度に
HCCDに転送される例であった。第二の実施例はHCCDへの
転送が二度にわけられる場合である。第5図の構造が第
3図と事なるのはVCCDから転送されてくるのは矢印40で
示すようにHCCDチャンネル27の転送電極24の下へだけで
ある。同図ではそれ以外の構造は第3図と同一なので、
同一番号をつける。
この場合の動作を説明する。まず矢印40の方向に従って
一回目の信号電荷がHCCDチャンネル27の転送電極24の下
に転送される。その信号電荷を矢印41に示すようにHCCD
チャンネル27で転送する。それから二回目の信号電荷が
HCCDチャンネル27の転送電極24に転送されてくる。これ
を転送電極29を開いてHCCDチャンネル28の転送電極22に
転送する。これで一回目の転送電荷が二回目の転送電荷
よりも1/2段進んだ状態でHCCDに存在する。これ以後
は、第一の実施例と同じくHCCDの中を転送する。このと
きの駆動パルス例を第6図aに示す。また次のように順
序を逆にすることもできる。まず時刻t1に矢印40の方向
に従って一回目の信号電荷がHCCDチャンネル27の転送電
極24の下に転送される。この信号電荷を矢印42に示すよ
うにHCCDチャンネル28に転送する。それから時刻t2に二
回目の信号電荷がHCCDチャンネル27の転送電極24に転送
される。この電荷を矢印41のようにHCCDチャンネル27の
転送電極22の下に転送する。これで先程の実施例とは逆
に二回目の信号電荷が一回目の信号電荷より1/2段進ん
だ状態でHCCDに存在する。これ以後は第一の実施例と同
じくHCCDの中を転送する。このときの駆動パルス例を第
6図bに示す。以上のように一回目と二回目の転送電荷
のどちらでも1/2段進んだ状態にすることができる。固
体撮像素子ではA,Bの二つのフィールドによってインタ
ーレース駆動をすることが多いが、素子の構成によって
は、フィールドごとに、1/2段進んだ状態にするべき信
号電荷が入れ替わることがある。この場合には第二の実
施の二つの駆動法をフィールドごとに使い分けることに
よって容易に実現できる。
以上述べた実施例は簡単のため三層ポリシリコン構造で
あったが、二層ポリシリコン構造でも可能である。また
IT−CCDを例にとったが説明でもわかるように垂直転送
手段に何を用いるかは無関係である。したがって、MOS
型の撮像部とCCDによる水平転送を組み合わせた、いわ
ゆるMOS−CCD,及びCPDにももちろん有効である。またHC
CDとして二相駆動CCDを例としたが、もちろん四相,三
相駆動も可能である。この場合は、それぞれの相数以下
のHCCDチャンネルを合成することができる。また二次元
固体撮像素子を例にとったが、一次元固体撮像素子や、
メモリー等、他の電荷転送素子にも、同じ効果があるこ
とはいうまでもない。またnチャンネル埋め込みCCDを
例にとったがもちろんpチャンネルも、表面CCDも可能
である。また転送電極29のチャンネルを埋め込みチャン
ネルとしてもよい。ただし、この場合には、駆動パルス
φVGのローレベルとして負電圧を印加する必要があるこ
とがある。
また水平CCDチャンネル27の転送電極21,22,23,24と同じ
く28の転送電極21,22,23,24の接続は、全て同じ方向に
接続した例を挙げたが、転送電極21と23の接続方向に対
して転送電極22と24を交差する方向に接続することも可
能である。また以上はp基板上に形成された素子を例に
とったが、n基板上に設けられたいわゆるpウエル内に
形成された素子にも同様に有効であることはもちろんで
ある。
発明の効果 以上のように、本発明は第1のクロックパルスで被転送
電荷を転送する複数本の電荷転送素子を第1の転送電極
で形成し、前記複数本の電荷転送素子の信号出力発生点
を電荷検知器へ共通接続するとともに、前記複数本の電
荷転送素子の異なる電荷転送素子を形成する前記第1の
転送電極が、第2の転送電極を介して接続され、異なる
電荷転送素子間で被転送電荷を転送することにより、転
送周波数が電荷検知からの信号出力周波数を電荷転送素
子の本数で除した周波数ですむため、消費電力も高くな
らず、駆動回路の作製も容易であり、電荷転送素子も低
密度で構成できるため、加工上も極めて容易であり、そ
の工業上の効果は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図はインターライン転送方式CCDの全体構成図、第
2図は従来例を説明するための部分拡大図、第3図は本
発明の第一の実施例を説明するための部分拡大図、第4
図は第一の実施例の駆動パルス図、第5図は本発明の第
二の実施例を説明するための部分拡大図、第6図は第二
の実施例の駆動パルス図である。 21,22,23,24……転送電極、25,26……合成電極、27,28
……水平CCDチャンネル、29……転送電極、30……浮遊
拡散層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】並列配置された少なくとも第1および第2
    の電荷転送チャンネルと、前記電荷転送チャンネルを駆
    動するための第1のクロックパルスが印加される印加端
    子と、前記印加端子に接続されるとともに第1の電荷転
    送チャンネルより第2の電荷転送チャンネルに延在配設
    された第1の転送電極と、第1と第2の電荷転送チャン
    ネル間に配設された第2の転送電極と、第1および第2
    の電荷転送チャンネルからの信号電荷を合成するための
    合成電極と、前記合成電極で合成された出力信号を検知
    出力するための電荷検知器と、前記合成電極に接続供給
    され前記電荷検知器から出力される出力信号と同一周波
    数の第2のクロックパルスの印加端子とを備えたことを
    特徴とする電荷転送装置。
  2. 【請求項2】第1のクロックパルスによって、並列配置
    された少なくとも第1および第2の電荷転送チャンネル
    を駆動し、第1および第2の電荷転送チャンネルの信号
    電荷を第1及び第2の転送電極で転送し、第1のクロッ
    クパルスは第1の転送電極に結合されており、第2の転
    送電極は第1の電荷転送チャンネルと第2の転送チャン
    ネル間に配設されており、第1の電荷転送チャンネルと
    第2の電荷転送チャンネルの信号電荷を合成電極で1つ
    の信号電荷に合成を行い、その合成電荷を電荷検知器に
    出力するにあたり、前記合成電極に前記電荷検知器より
    出力される出力信号と同一周波数からなる第2のクロッ
    クパルスを与えることを特徴とする電荷転送装置の駆動
    方法。
  3. 【請求項3】第1の電荷転送チャンネルに転送された第
    1の被転送電荷を第1の転送チャンネル内で1/2段転送
    した後、第1の電荷転送チャンネルに転送された第2の
    被転送電荷を、第1の転送チャンネルと第2の転送チャ
    ンネルとの間の第2の転送電極に印加する電圧を制御す
    ることによって第2の電荷転送チャンネルに転送するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電荷転送装
    置の駆動方法。
  4. 【請求項4】第1の電荷転送チャンネルに転送された第
    1の被転送電荷を、第2の転送電極に印加する電圧を制
    御することによって第2の電荷転送チャンネルに転送し
    た後、第1の電荷転送チャンネルに転送された第2の被
    転送電荷を第1の電荷転送チャンネル内で1/2段転送す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電荷転
    送装置の駆動方法。
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