JPH06163871A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モニター出力画面上の白黒縦筋状固定パター
ンノイズの発生を抑え、かつ水平転送効率の劣化を抑え
ることにより、高画質化、高解像度化および低消費電力
化を可能とした固体撮像装置を提供する。 【構成】 ２本の水平転送レジスタ４，５を具備した全
画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサにおいて、水平
転送レジスタ４，５間の信号電荷の転送を加速するため
の不純物注入領域１１を、第１水平転送レジスタ４から
第２水平転送レジスタ５への電荷転送に寄与するφＨ２
の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓのみならず、他の転送ゲート部Ｈ
１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２Ｔにも形成し、水平有効期間での信
号電荷１５の水平転送を第１水平転送レジスタ４の転送
路Ｐ１に沿って行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に複数本の水平転送レジスタを具備することによって
いわゆる全画素読出しが可能なＣＣＤイメージセンサの
如き固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤイメージセンサとして、解像度の
より向上を図るために、水平転送レジスタを例えば２本
具備し、奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷
とを別々の水平転送レジスタにて同時に水平転送し、１
Ｈ（Ｈ：水平走査期間）内に二ライン分の信号電荷を読
み出すことによって全画素読出しを可能とした構成のも
のが周知である。

【０００３】この全画素読出しＣＣＤイメージセンサの
構成の一例を図７に示す。図７において、画素単位で２
次元配列された複数個のフォトセンサ１と、これら複数
個のフォトセンサ１の垂直列毎に配されてフォトセンサ
で発生した信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送レ
ジスタ２とによってイメージ部３が構成されている。垂
直転送レジスタ２は、垂直走査に相当する動作を受け持
っており、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって４
相駆動される。

【０００４】垂直転送レジスタ２の出力側には、垂直転
送レジスタ２から移送された信号電荷を各々水平転送す
る例えば２本の第１，第２水平転送レジスタ４，５が併
置されている。第１，第２水平転送レジスタ４，５は、
水平走査に相当する動作を受け持っており、水平転送ク
ロックφＨ１，φＨ２によって２相駆動される。この第
１，第２水平転送レジスタ４，５には、垂直転送レジス
タ２から２ライン分の信号電荷が転送される。そして、
第１，第２水平転送レジスタ４，５への信号電荷の振分
けは、両者間に配されたＨＨ転送ゲート６によってライ
ン単位で行われる。このＨＨ転送ゲート６には、ゲート
パルスφＨＨＧが印加される。

【０００５】第１，第２水平転送レジスタ４，５の出力
側には、転送されてきた信号電荷を検出して信号電圧に
変換する例えばフローティング・ディフュージョン・ア
ンプ構成の出力部７，８が設けられており、これら出力
部７，８から２ライン分の画素信号が出力される。以上
により、１フィールド期間内に全画素の信号電荷を独立
に２ライン分ずつ読み出し、点順次の２チャンネルの画
素信号として出力する全画素読出し方式のＣＣＤイメー
ジセンサが構成されている。

【０００６】この全画素読出し方式のＣＣＤイメージセ
ンサにおいて、第１水平転送レジスタ４から第２水平転
送レジスタ５への信号電荷の転送の際に、信号電荷の一
部が第１水平転送レジスタ４に残留すると、この信号電
荷の残留に起因してモニター出力画面上に白黒縦筋状固
定パターンノイズが発生し、画質を劣化させることにな
る。このため、従来は、図８に示すように、第１水平転
送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５への信号電荷
（図の●印）４１の転送に寄与する第１水平転送レジス
タ４の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓに、不純物注入領域４２を傾
斜をつけて形成していた。

【０００７】このように、水平転送レジスタ４，５間の
電荷転送に寄与する蓄積ゲート部Ｈ２Ｓに不純物注入領
域４２を形成することにより、イメージ部３（図７参
照）側から第２水平転送レジスタ５側へ向けて下降する
ポテンシャル勾配が形成されるため、第１水平転送レジ
スタ４から第２水平転送レジスタ５への信号電荷４１の
転送が加速され、信号電荷４１が第１水平転送レジスタ
４に残留することなく第２水平転送レジスタ５へ転送さ
れる。これにより、この信号電荷４１の一部が第１水平
転送レジスタ４に残留することに起因する、モニター出
力画面上での白黒縦筋状固定パターンノイズの発生を抑
制できるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水平有効期間
で行われる信号電荷（図の○印）４３の水平転送時にお
いては、信号電荷４３は転送路Ｐ５に沿って不純物注入
領域４２を通過することになる。この転送路Ｐ５におい
ては、図９に示すように、２相目（φＨ２）の蓄積ゲー
ト部Ｈ２Ｓ−転送ゲート部Ｈ２Ｔ間でポテンシャル段差
の減少した箇所４４を信号電荷４３が通過することにな
るため、水平転送効率を劣化させる要因となっていた。

【０００９】また、従来の構造では、不純物注入領域４
２は水平転送電極Ｈ１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２Ｓ，Ｈ２Ｔの形
成前に不純物注入によって形成されるので、この不純物
注入領域４２を水平転送電極Ｈ１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２Ｓ，
Ｈ２Ｔとはセルフアラインで形成することはできない。
したがって、不純物注入領域４２とこれら水平転送電極
との間には相対的なズレが発生し、かつ、そのズレ量は
ばらつくことになる。そして、そのズレ量が大きくなっ
た場合、ポテンシャルのディップあるいはバリヤーが発
生する。

【００１０】たとえば、図９に示すように、不純物注入
領域４２が転送ゲート部Ｈ２Ｔ側にずれて形成された場
合、ポテンシャルのバリヤー４５が発生し、これにより
信号電荷４３の水平転送が阻害され、水平転送効率が低
下するため、モニター出力画面上で水平解像度が劣化し
易いという問題があった。特に、低消費電力化を図る目
的で、水平転送電極Ｈ１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２Ｓ，Ｈ２Ｔに
印加する水平転送クロックφＨ１，φＨ２のパルス電圧
の振幅を下げた場合に、水平解像度の劣化が顕著にな
る。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、モニター出力画面上の白黒縦筋状固定パターン
ノイズの発生を抑え、かつ水平転送効率の劣化を抑える
ことにより、高画質化、高解像度化および低消費電力化
を可能とした固体撮像装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画素単位で２次元配列された複数個の
フォトセンサと、複数個のフォトセンサで発生した信号
電荷を垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジス
タと、複数本の垂直転送レジスタから各々ライン単位で
転送された信号電荷を水平転送する複数本の水平転送レ
ジスタとを具備し、複数本の水平転送レジスタ間で信号
電荷をライン単位で転送しつつ複数ライン分の信号電荷
を水平転送するようになされた固体撮像装置において、
複数本の水平転送レジスタ間での信号電荷の転送を加速
するための不純物注入領域を、水平転送レジスタにその
一方の側端を除いて水平転送方向に沿って形成した構成
を採っている。

【００１３】

【作用】複数本の水平転送レジスタを具備した固体撮像
装置において、複数本の水平転送レジスタ間での信号電
荷の転送を加速するための不純物注入領域を、水平転送
レジスタにその一方の側端を除いて水平転送方向に沿っ
て形成することで、水平転送レジスタ間の信号電荷の転
送に寄与するゲート部には転送先に向けて下降するポテ
ンシャル勾配を形成できる一方、水平転送レジスタの一
方の側端に水平転送方向に沿って転送路を形成できる。
水平転送レジスタ間の信号電荷の転送に寄与するゲート
部にポテンシャル勾配が形成されることにより、水平転
送レジスタ間での信号電荷の転送が加速されるため、信
号電荷を転送元のレジスタに残留させることなく転送で
きる。また、水平転送レジスタの一方の側端に水平転送
方向に沿って転送路が形成されることにより、この転送
路にて何ら阻害を受けることなく信号電荷の水平転送が
行われるため、信号電荷の水平転送効率を改善できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す水平
転送レジスタ部の平面図である。また、図１のＡ−Ａ′
線断面における構造（Ａ）およびそのポテンシャルプロ
ファイル（Ｂ）を図２に、図１のＢ−Ｂ′線断面におけ
る構造（Ａ）およびそのポテンシャルプロファイル
（Ｂ）を図３にそれぞれ示す。本実施例においては、図
１に斜線で示すように、水平転送レジスタ４，５間の信
号電荷の転送を加速するための不純物注入領域１１を、
第１水平転送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５へ
の電荷転送に寄与する第１水平転送レジスタ４の２相目
（φＨ２）の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓに傾斜をつけて形成
し、さらに他の転送ゲート部（１相目（φＨ１）の蓄積
ゲート部Ｈ１Ｓ、転送ゲート部Ｈ１Ｔおよび２相目の転
送ゲート部Ｈ２Ｔ）にも形成した構成となっている。

【００１５】具体的には、図２（Ａ）に示すように、第
１水平転送レジスタ４のチャネル１２を形成する主な導
電型（本例では、Ｎ型）の不純物とは逆導電型（Ｐ型）
の不純物を注入することによって不純物注入領域１１が
形成される。この不純物注入領域１１の形成により、第
１水平転送レジスタ４のφＨ２の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓに
は、図２（Ｂ）に示すように、イメージ部３（図７参
照）側から第２水平転送レジスタ５側へ向けて下降する
ポテンシャルの勾配（以下、ポテンシャル勾配と称す
る）１３が形成される。

【００１６】このポテンシャル勾配１３により、第１水
平転送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５への信号
電荷１４の転送が加速され、信号電荷１４が第１水平転
送レジスタ４に残留することなく第２水平転送レジスタ
５へ転送される。これにより、この信号電荷４１の一部
が第１水平転送レジスタ４に残留することに起因する、
モニター出力画面上での白黒縦筋状固定パターンノイズ
の発生を抑制できる。ここで、図１に示すように、不純
物注入領域１１をφＨ２の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓにおいて
傾斜をつけて形成することは、ポテンシャル勾配１３を
均一に形成せしめることになるので、白黒縦筋状固定パ
ターンノイズの発生に対する抑制効果は大きい。

【００１７】また、不純物注入領域１１をφＨ２の蓄積
ゲート部Ｈ２Ｓだけでなく、第１水平転送レジスタ４か
ら第２水平転送レジスタ５への信号電荷１４の転送に寄
与しない他の転送ゲート部Ｈ１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２Ｔにも
形成したことにより、第１水平転送レジスタ４にその一
方（本例では、第２水平転送レジスタ５側）の側端に水
平転送方向に沿って転送路Ｐ１が形成される。これによ
り、信号電荷量が少ないとき（小光量撮像時）において
は、水平有効期間に行われる信号電荷１５の水平転送
を、図１の不純物注入領域１１の存在しない転送路Ｐ１
で行うことができる。

【００１８】この転送路Ｐ１においては、図３（Ｂ）に
示すように、φＨ２の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓ−転送ゲート
部Ｈ２Ｔ間でポテンシャル段差の減少はない。また、不
純物注入領域１１の形成時の合わせズレによって発生す
るポテンシャルのディップあるいはバリヤーの影響もな
い。したがって、水平有効期間での信号電荷１５の水平
転送を転送路Ｐ１に沿って行うことにより、この転送路
Ｐ１には水平転送を阻害するφＨ２の蓄積ゲート部Ｈ２
Ｓ−転送ゲート部Ｈ２Ｔ間でポテンシャル段差の減少
や、ポテンシャルのディップあるいはバリヤーの影響が
ないので、水平転送効率の点で有利となる。

【００１９】特に、水平転送電極Ｈ１Ｓ，Ｈ１Ｔ，Ｈ２
Ｓ，Ｈ２Ｔに印加する水平転送クロックφＨ１，φＨ２
のパルス電圧の振幅を下げた場合にその効果が大きく、
したがって当該パルス電圧の小振幅化により低消費電力
化が図れる。なお、ここでは、信号電荷１５の量が少な
いとき（小光量撮像時）を例にとって説明したが、信号
電荷１５がある程度以上ある場合（標準光量以上の撮像
時）は、信号電荷１５の一部は、図１における加速電界
領域が存在する転送路Ｐ２に沿って転送されることにな
るが、信号電荷量が多いことから転送劣化は目立たない
ので、実用上問題となることはない。

【００２０】上述したように、２本の水平転送レジスタ
４，５を具備した全画素読出し方式のＣＣＤイメージセ
ンサにおいて、水平転送レジスタ４，５間の信号電荷の
転送を加速するための不純物注入領域１１を、第１水平
転送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５への電荷転
送に寄与する第１水平転送レジスタ４のφＨ２の蓄積ゲ
ート部Ｈ２Ｓのみならず、他の転送ゲート部Ｈ１Ｓ，Ｈ
１Ｔ，Ｈ２Ｔにも形成し、水平有効期間での信号電荷１
５の水平転送を第１水平転送レジスタ４の転送路Ｐ１に
沿って行うようにしたことにより、モニター出力画面上
の白黒縦筋状固定パターンノイズの発生を抑え、かつ水
平転送効率の劣化を抑えることができるので、高画質
化、高解像度化および低消費電力化が図れる。

【００２１】なお、本実施例では、第１水平転送レジス
タ４において、不純物注入領域１１を水平転送方向に連
続したパターンで形成したが、必ずしも連続して形成す
る必要はない。すなわち、図４に示すように、第１水平
転送レジスタ４において、不純物注入領域１１を水平転
送方向で分離したパターンとして形成するようにしても
良く、要は、第１水平転送レジスタ４の一方の側端に沿
って信号電荷の転送路を形成できれば良く、この転送路
に沿って水平有効期間での信号電荷１５の水平転送を行
わせることで、所期の目的を達成することができる。

【００２２】さらには、図４に示すように、第２水平転
送レジスタ５にも不純物注入領域１６を形成し、第２水
平転送レジスタ５における小信号電荷量の転送路Ｐ３を
形成するようにしても良い。このように、第２水平転送
レジスタ５にも転送路Ｐ３を形成することにより、第２
水平転送レジスタ５における小信号電荷の水平転送効率
を向上することができることになる。

【００２３】図５は、本発明の第２の実施例を示す水平
転送レジスタ部の平面図である。また、図５のＣ−Ｃ′
線断面における構造を図６に示す。本実施例において
は、図５から明らかなように、不純物注入領域１７を第
１の実施例の場合とほぼ逆のパターンでＨＨ転送ゲート
６に沿って形成した構成となっている。具体的には、図
６に示すように、第１水平転送レジスタ４のチャネル１
２を形成する主な導電型（本例では、Ｎ型）の不純物と
は同導電型（Ｎ型）の不純物を注入することによって不
純物注入領域１７が形成される。

【００２４】この不純物注入領域１７の形成により、第
１水平転送レジスタ４のφＨ２の蓄積ゲート部Ｈ２Ｓに
は、第１の実施例の場合と同様に、ポテンシャル勾配が
形成される。また、信号電荷量が少ないとき（小光量撮
像時）においては、信号電荷の水平転送を全て不純物注
入領域１７の内部の転送路Ｐ４で行うことができる。以
上により、第１の実施例の場合と同様な効果を得ること
ができる。

【００２５】なお、上記各実施例では、水平転送レジス
タを２本具備したＣＣＤイメージセンサに適用した場合
について説明したが、３本以上の水平転送レジスタを具
備したＣＣＤイメージセンサにも同様に適用し得ること
は勿論である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、複数本の水平転送
レジスタを具備した固体撮像装置において、複数本の水
平転送レジスタ間での信号電荷の転送を加速するための
不純物注入領域を、水平転送レジスタにその一方の側端
を除いて水平転送方向に沿って形成したことにより、水
平転送レジスタ間の信号電荷の転送に寄与するゲート部
には転送先のレジスタに向けて下降するポテンシャル勾
配が形成される一方、水平転送レジスタの一方の側端に
水平転送方向に沿って転送路が形成される。その結果、
水平転送レジスタ間での信号電荷の転送が加速され、モ
ニター出力画面上の白黒縦筋状固定パターンノイズの発
生を抑えることができるとともに、水平転送効率の劣化
を抑えることができるため、高画質化、高解像度化およ
び低消費電力化が図れることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′線断面構造（Ａ）およびポテン
シャルプロファイル（Ｂ）を示す図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ′線断面構造（Ａ）およびポテン
シャルプロファイル（Ｂ）を示す図である。

【図４】第１の実施例の変形例を示す平面図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す平面図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ′線断面構造図である。

【図７】全画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサの一
例を示す構成図である。

【図８】従来例を示す平面図である。

【図９】図８のＤ−Ｄ′線断面構造（Ａ）およびポテン
シャルプロファイル（Ｂ）を示す図である。

【符号の説明】

１ フォトセンサ ２ 垂直転送レジスタ ３ イメージ部 ４ 第１水平転送レジスタ ５ 第２水平転送レジスタ ６ ＨＨ転送ゲート １１，１６，１７ 不純物注入領域 １２ チャネル １３ ポテンシャル勾配 １４，１５ 信号電荷

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素単位で２次元配列された複数個のフ
   ォトセンサと、前記複数個のフォトセンサで発生した信
   号電荷を垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジ
   スタと、前記複数本の垂直転送レジスタから各々ライン
   単位で転送される信号電荷を水平転送する複数本の水平
   転送レジスタとを具備し、前記複数本の水平転送レジス
   タ間で信号電荷をライン単位で転送しつつ複数ライン分
   の信号電荷を水平転送するようになされた固体撮像装置
   において、 前記複数本の水平転送レジスタ間での信号電荷の転送を
   加速するための不純物注入領域を、水平転送レジスタに
   その一方の側端を除いて水平転送方向に沿って形成した
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記複数本の水平転送レジスタは、２本
   の水平転送レジスタであることを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像装置。