JPH06283704A - Ccd-type solid-state image sensing element - Google Patents
Ccd-type solid-state image sensing elementInfo
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素
子、特に各画素毎に信号電荷の横方向への電子シャッタ
ーによる排出、あるいは横方向への電子シャッターによ
る排出と横方向への横型オーバーフロードレインによる
排出が可能なＣＣＤ型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 type solid-state image pickup device, and more particularly to the discharge of signal charges for each pixel by an electronic shutter in the lateral direction, or the discharge by an electronic shutter in the lateral direction and a lateral overflow in the lateral direction. The present invention relates to a CCD type solid-state image sensor that can be discharged by a drain.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＣＣＤ型固体撮像素子とし各画素で発生
した信号電荷を横方向に排出方向することのできる横型
シャッター機能を備えたものがある。図９はそのような
ＣＣＤ型固体撮像素子の従来例の一を示す平面図、図１
０は図９に示すＣＣＤ型固体撮像素子の画素を成す受光
素子の深さ方向のポテンシャルプロフィール図、図１１
（Ａ）は図９のＸ−Ｘ線に沿う概略断面構造図、（Ｂ）
は信号電荷読み出し時における図９のＸ−Ｘ線に沿う横
方向ポテンシャルプロフィール図、（Ｃ）はシャッター
時（信号電荷排出時）における図９のＸ−Ｘ線に沿う横
方向ポテンシャルプロフィール図である。2. Description of the Related Art There is a CCD type solid-state image pickup device having a horizontal shutter function capable of laterally discharging signal charges generated in each pixel. FIG. 9 is a plan view showing an example of a conventional example of such a CCD type solid-state imaging device, and FIG.
0 is a potential profile diagram in the depth direction of the light receiving element forming the pixel of the CCD type solid-state image sensor shown in FIG. 9, and FIG.
(A) is a schematic cross-sectional structural view taken along the line XX of FIG. 9, (B).
9C is a lateral potential profile diagram along the line XX of FIG. 9 at the time of reading signal charges, and FIG. 9C is a lateral potential profile diagram along the line XX of FIG. 9 at the time of shuttering (when signal charges are discharged). .
【０００３】図面において、１は画素を成す受光素子
で、ｎ+ 型拡散層からなり、その表面部にはホールアキ
ュムレートを成すｐ+ 型拡散層１ａが形成されている。
受光素子１は多数一方向に配列されており、その列をセ
ンサ列２ということとする。３は該センサ列２の一方の
側（図９における下側）に設けられたシフトゲート、４
は該シフトゲート３の反センサ列２側に設けられたＣＣ
Ｄアナログシフトレジスタ（以後単に「シフトレジス
タ」という）で、センサ列２からシフトゲート３を通し
てパラレルに読み出されたセンサ列２の各画素１、１、
…の信号電荷を転送する。５は該シフトレジスタ４から
１画素分ずつ出力される信号電荷を電圧に変換するバッ
ファである。In the drawing, reference numeral 1 denotes a light receiving element forming a pixel, which is composed of an n + type diffusion layer, and a p + type diffusion layer 1a forming a hole accumulation is formed on the surface portion thereof.
Many light receiving elements 1 are arranged in one direction, and the row is called a sensor row 2. 3 is a shift gate provided on one side of the sensor array 2 (lower side in FIG. 9), 4
Is a CC provided on the side opposite to the sensor row 2 of the shift gate 3.
Each pixel 1, 1, of the sensor row 2 read out in parallel from the sensor row 2 through the shift gate 3 by a D analog shift register (hereinafter simply referred to as “shift register”).
Transfers the signal charge of ... Reference numeral 5 is a buffer for converting the signal charge output from the shift register 4 for each pixel into a voltage.
【０００４】６は上記センサ列２の他方の側（反シフト
ゲート３側、図９における上側）に設けられたシャッタ
ーゲート、７は該シャッターゲート６の反センサ列２側
に設けられたシャッタードレインであり、ｎ+ 型拡散層
からなる。このＣＣＤ型固体撮像素子はセンサ列２の信
号電荷を読み出すときはシフトゲート３を「ハイ」レベ
ルにして各受光素子１、１、…の信号電荷を一斉にシフ
トレジスタ４に転送する。その時の横方向のポテンシャ
ルプロフィールは図１１（Ｂ）に示すようになってい
る。また、信号電荷をシャッターゲート６側に排出する
ときはシャッターゲート６を「ハイ」レベルにして各受
光素子１、１、…の信号電荷を一斉にシャッタードレイ
ン７に転送する。Reference numeral 6 denotes a shutter gate provided on the other side of the sensor row 2 (the side opposite to the shift gate 3; the upper side in FIG. 9), and reference numeral 7 denotes a shutter drain provided on the side opposite to the sensor row 2 of the shutter gate 6. And consists of an n + type diffusion layer. When reading the signal charge of the sensor array 2, the CCD type solid-state image pickup device sets the shift gate 3 to the “high” level and transfers the signal charges of the respective light receiving elements 1, 1, ... To the shift register 4 all at once. The potential profile in the lateral direction at that time is as shown in FIG. Further, when the signal charges are discharged to the shutter gate 6 side, the shutter gate 6 is set to the “high” level, and the signal charges of the respective light receiving elements 1, 1, ... Are simultaneously transferred to the shutter drain 7.
【０００５】図１１（Ａ）、（Ｂ）はＣＣＤ型固体撮像
素子の別の従来例を示すもので、（Ａ）は概略断面構造
図、（Ｂ）は横方向のポテンシャルプロフィール図であ
る。本ＣＣＤ型固体撮像素子は各画素を成す受光素子１
に信号電荷の読み出し方向に行くに従って濃度が高くな
る不純物濃度勾配を設けるようにしたもので、これによ
り読み出し方向へのポテンシャル勾配ができ、信号電荷
のシフトレジスタ４への転送がスムーズに行われるよう
にすることができる。尚、１ｂは受光素子１のｎ- 型領
域、１ｃはｎ+ 型領域であり、この１ｂ・１ｃ間の不純
物濃度の差がポテンシャル勾配をもたらす。図９に示す
ＣＣＤ型固体撮像素子であれ、図１２に示すＣＣＤ型固
体撮像素子であれ、従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、一
般に信号電荷の読み出し方向と信号電荷の排出方向とは
互いに正反対の方向であった。換言すれば、１８０度異
なっていた。FIGS. 11A and 11B show another conventional example of a CCD type solid-state image pickup device. FIG. 11A is a schematic sectional structural view and FIG. 11B is a lateral potential profile view. This CCD type solid-state image sensor has a light-receiving element 1 which constitutes each pixel.
An impurity concentration gradient in which the concentration increases in the signal charge reading direction is provided, so that a potential gradient in the reading direction can be created and the signal charge can be smoothly transferred to the shift register 4. Can be 1b is an n − type region of the light receiving element 1 and 1c is an n + type region, and the difference in impurity concentration between 1b and 1c causes a potential gradient. Whether the CCD type solid-state imaging device shown in FIG. 9 or the CCD type solid-state imaging device shown in FIG. 12 is a conventional CCD type solid-state imaging device, the signal charge reading direction and the signal charge discharging direction are generally opposite to each other. It was the direction. In other words, they were 180 degrees different.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＣＤ型固
体撮像素子製造業界においては小型化、高集積化の要請
に応じて微細化技術が非常に発達しているが、その反面
においてＣＣＤ型固体撮像素子の大型化の要請に応える
技術の発達はそれ程でもない。そして、例えばバーコー
ドリーダー等においてはセンササイズが２０μｍ×２０
μｍというようにきわめて大きなＣＣＤ型固体撮像素子
が要求されており、このような大センササイズＣＣＤ型
固体撮像素子の用途も拡っているのである。そして、セ
ンササイズが大きなＣＣＤ型固体撮像素子における大き
な問題点の一つが受光素子１のサイズが大きいが故に各
受光素子１の中央部に強い読み出し電界にかけることが
難しく、そのため転送効率を高めることが難しいという
ことである。これは残像の原因となり、また、低照度時
における入出力特性のリニアリティに悪影響を及ぼすの
で問題となるのである。By the way, in the CCD type solid-state image pickup device manufacturing industry, a miniaturization technique has been greatly developed in response to a demand for miniaturization and high integration. The development of technology to meet the demand for larger devices is not so great. For example, in a bar code reader, the sensor size is 20 μm × 20.
An extremely large CCD type solid-state image pickup device such as μm is required, and the use of such a large sensor size CCD type solid-state image pickup device is expanding. One of the major problems in the CCD type solid-state image pickup device having a large sensor size is that it is difficult to apply a strong read electric field to the central portion of each light receiving device 1 because the size of the light receiving device 1 is large, and therefore the transfer efficiency is improved. Is difficult. This causes an afterimage and adversely affects the linearity of the input / output characteristics at low illuminance, which is a problem.
【０００７】尤も、図１２に示す従来例のように受光素
子１に信号電荷の読み出し方向に沿ってポテンシャルが
深くなるような不純物濃度勾配をつけるようにすると信
号電荷の読み出し時における転送効率を高めることがで
きる。しかし、シャッター時に各受光素子１、１、…の
信号電荷をシャッタードレイン７へ排出するときはポテ
ンシャル排出を抑制するような勾配を有するので、排出
方向の転送効率が悪くなるので好ましくない。However, as in the conventional example shown in FIG. 12, if the light receiving element 1 is provided with an impurity concentration gradient such that the potential becomes deeper along the signal charge reading direction, the transfer efficiency at the time of signal charge reading is improved. be able to. However, when the signal charges of the respective light receiving elements 1, 1, ... Are discharged to the shutter drain 7 at the time of shuttering, there is a gradient that suppresses potential discharge, which is not preferable because the transfer efficiency in the discharge direction deteriorates.
【０００８】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、各画素毎に信号電荷の横方向への電
子シャッターによる排出、あるいは横方向への電子シャ
ッターによる排出と横方向への横型オーバーフロードレ
インによる排出が可能なＣＣＤ型固体撮像素子におい
て、信号電荷の読み出し及び排出の転送効率を共に高く
できるようにすることを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and discharges the signal charge for each pixel in the horizontal direction by the electronic shutter, or discharges in the horizontal direction by the electronic shutter and the horizontal direction. It is an object of the present invention to make it possible to increase both the transfer efficiency of reading and discharging of signal charges in a CCD type solid-state image pickup device that can be discharged by a horizontal overflow drain.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１のＣＣＤ型固体
撮像素子は、各画素からその互いに隣接する辺側に信号
電荷の読み出しと排出が行われるようにしたことを特徴
とする。請求項２のＣＣＤ型固体撮像素子は、各画素か
らその互いに隣接する辺側に信号電荷の読み出しとシャ
ッター機能による排出が行われるようにし、各画素の残
りの辺の一つ側にオーバーフロードレインが行われるよ
うにしたことを特徴とする。A CCD type solid-state image pickup device according to a first aspect of the present invention is characterized in that signal charges are read from and discharged from each pixel to adjacent sides thereof. According to another aspect of the CCD solid-state imaging device of the present invention, signal charges are read out from each pixel on the sides adjacent to each other and discharged by a shutter function, and an overflow drain is provided on one side of the remaining sides of each pixel. It is characterized in that it is performed.
【００１０】請求項３のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項２のＣＣＤ型固体撮像素子において、各画素とオーバ
ーフロードレインとの間のポテンシャルバリアがオーバ
ーフロードレインコントロールゲートに印加された電圧
により形成されるようにしたことを特徴とする。請求項
４のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求項２のＣＣＤ型固体
撮像素子において、各画素とオーバーフロードレインと
の間のポテンシャルバリアが不純物拡散領域により形成
されるようにしたことを特徴とする。According to a third aspect of the CCD solid-state imaging device of the present invention, in the CCD-type solid-state imaging device of the second aspect, the potential barrier between each pixel and the overflow drain is formed by the voltage applied to the overflow drain control gate. It is characterized by doing so. According to a fourth aspect of the CCD solid-state image pickup device of the present invention, in the CCD-type solid-state image pickup device of the second aspect, the potential barrier between each pixel and the overflow drain is formed by an impurity diffusion region.
【００１１】請求項５のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項１、２、３又は４のＣＣＤ型固体撮像素子において、
各画素が信号電荷の読み出し方向と排出方向との間の斜
め方向に深くなるポテンシャル勾配を有することを特徴
とする。請求項６のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求項５
のＣＣＤ型固体撮像素子において、ポテンシャル勾配が
画素領域に不純物濃度勾配を設けることによりつけられ
てなることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a CCD type solid-state image pickup device according to the first, second, third or fourth aspect.
It is characterized in that each pixel has a potential gradient that becomes deep in an oblique direction between a signal charge reading direction and a signal charge discharging direction. The CCD type solid-state imaging device according to claim 6 is the same as that according to claim 5.
In the CCD type solid-state image pickup device, the potential gradient is provided by providing an impurity concentration gradient in the pixel region.
【００１２】[0012]
【作用】請求項１のＣＣＤ型固体撮像素子によれば、画
素からその互いに隣接する辺側に信号電荷の読み出しと
排出が行われるようにしたので、従来の互いに正反対の
方向に読み出しと排出を行うようにした場合のように一
方の転送効率を良くすると他方の転送効率が悪くなると
いう二律背反の関係がなくなる。従って、読み出しと排
出の両方の転送効率を高めることができるようになる。
請求項２のＣＣＤ型固体撮像素子によれば、画素からそ
の互いに隣接する辺側に信号電荷の読み出しと排出が行
われるようにしたので、従来の互いに正反対の方向に読
み出しと排出を行うようにした場合のように一方の転送
効率を良くすると他方の転送効率が悪くなるという二律
背反の関係がなくなる。従って、読み出しと排出の両方
の転送効率を高めることができるようになる。According to the CCD type solid-state image pickup device of the present invention, the signal charges are read out and discharged from the pixels to the sides adjacent to each other. Therefore, the reading and discharging are performed in the opposite directions. When the transfer efficiency of one is improved as in the case of performing the transfer, the contradictory relationship that the transfer efficiency of the other is deteriorated disappears. Therefore, the transfer efficiency of both reading and discharging can be improved.
According to the CCD type solid-state image pickup device of the second aspect, since the signal charges are read and discharged from the pixels to the sides adjacent to each other, the conventional reading and discharging are performed in the opposite directions. In this case, if one transfer efficiency is improved as in the case described above, the other trade-off relationship is deteriorated. Therefore, the transfer efficiency of both reading and discharging can be improved.
【００１３】尚、横型オーバーフロードレイン方向が電
子シャッターによる排出方向と例え正反対になったとし
ても、オーバーフロードレインはあくまでポテンシャル
バリアを越えたオーバーフローの電荷のみを排出すれば
良く、電子シャッターの場合におけるように画素中の信
号電荷を全部排出する必要はなく、転送効率が高いこと
が特に要求されない。従って、オーバーフロードレイン
方向が信号電荷読み出し方向の方向と正反対であっても
特に支障はない。Even if the direction of the horizontal overflow drain is opposite to the direction of discharge by the electronic shutter, the overflow drain needs to discharge only the overflow charge that has exceeded the potential barrier, as in the case of the electronic shutter. It is not necessary to discharge all the signal charges in the pixel, and high transfer efficiency is not particularly required. Therefore, even if the overflow drain direction is opposite to the signal charge reading direction, there is no particular problem.
【００１４】請求項３のＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、オーバーフロードレインコントロールゲートに電圧
を加えることにより生じる電界によりポテンシャルバリ
アを形成することができ、そのバリアを越える過剰な信
号電荷を排出することができる。そして、そのコントロ
ールゲートにかける電圧によりそのバリアのポテンシャ
ルを調整することができる。請求項４のＣＣＤ型固体撮
像素子によれば、不純物拡散領域によりポテンシャルバ
リアを形成するので、かかるバリアの形成のためにオー
バーフロードレインコントロールゲートを設けること、
それにオーバーフロードレインコントロールゲート電圧
を印加することが不要である。According to the CCD type solid-state image pickup device of claim 3, a potential barrier can be formed by an electric field generated by applying a voltage to the overflow drain control gate, and excess signal charges exceeding the barrier can be discharged. You can Then, the potential of the barrier can be adjusted by the voltage applied to the control gate. According to the CCD type solid-state imaging device of claim 4, since the potential barrier is formed by the impurity diffusion region, an overflow drain control gate is provided for forming the barrier.
It is not necessary to apply an overflow drain control gate voltage to it.
【００１５】請求項５のＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、各画素が信号電荷の読み出し方向と排出方向との間
の斜め方向に深くなるポテンシャル勾配を有するので、
読み出し方向にも排出方向にも信号電荷の転送効率を高
めることができる。請求項６のＣＣＤ型固体撮像素子に
よれば、画素に不純物濃度勾配をつけることによりポテ
ンシャル勾配をつけるので、画素を部分的に不純物濃度
を変えるための拡散工程を単に増すだけで読み出し方向
にも排出方向にも信号電荷の転送効率を高めることがで
きる。According to the CCD type solid-state image pickup device of the fifth aspect, since each pixel has a potential gradient that becomes deep in an oblique direction between the signal charge reading direction and the signal charge discharging direction,
The transfer efficiency of the signal charges can be improved in both the reading direction and the discharging direction. According to the CCD type solid-state image pickup device of claim 6, since the potential gradient is provided by providing the impurity concentration gradient to the pixels, the diffusion process for partially changing the impurity concentration of the pixels is simply added to the reading direction. The transfer efficiency of the signal charges can be increased also in the discharging direction.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明ＣＣＤ型固体撮像素子を図示実
施例に従って詳細に説明する。図１は本発明ＣＣＤ型固
体撮像素子の第１の実施例を１画素分を示す平面図、図
２（Ａ）、（Ｂ）はこのＣＣＤ型固体撮像素子の横方向
の断面構造及び横方向ポテンシャルプロフィールを示
し、（Ａ）は電子シャッターによる排出方向方向の図１
のＨ−Ｈ線に沿う断面の構造及びポテンシャルプロフィ
ールを、（Ｂ）は信号電荷の読み出し方向方向の図１の
Ｖ−Ｖ線に沿う断面の構造及びポテンシャルプロフィー
ルをそれぞれ示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The CCD solid-state image pickup device of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a plan view showing one pixel of a first embodiment of a CCD type solid-state image pickup device of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are a horizontal sectional structure and a horizontal direction of this CCD type solid-state image pickup device. The potential profile is shown in FIG. 1 (A) in the discharge direction by the electronic shutter.
2B shows the cross-sectional structure and potential profile along line H-H, and FIG. 6B shows the cross-sectional structure and potential profile along line V-V in FIG.
【００１７】図面において、１は画素を成す受光素子
で、ｎ+ 型拡散層からなり、その表面部にはホールアキ
ュムレート用ｐ+ 型拡散層１ａが形成されている。受光
素子１は多数一方向に配列されてセンサ列２を成してい
る。３は該センサ列２の一方の側（図１における下側）
に設けられたシフトゲート、４は該シフトゲート３の反
センサ列２側に設けられたＣＣＤアナログシフトレジス
タで、センサ列２からシフトゲート３を通してパラレル
に読み出されたセンサ列２の各画素１、１、…の信号電
荷を転送する。In the drawing, reference numeral 1 is a light receiving element which constitutes a pixel, and is composed of an n + type diffusion layer, and a p + type diffusion layer 1a for hole accumulation is formed on the surface thereof. A large number of light receiving elements 1 are arranged in one direction to form a sensor array 2. 3 is one side of the sensor row 2 (lower side in FIG. 1)
Is a CCD analog shift register provided on the side opposite to the sensor row 2 of the shift gate 3, and each pixel 1 of the sensor row 2 read in parallel from the sensor row 2 through the shift gate 3 The signal charges of 1, ... Are transferred.
【００１８】６はセンサ列２の他方の側（反シフトゲー
ト３側、図１における上側）に設けられたシャッターゲ
ート、７はシャッターゲート６の反センサ列２側に設け
られたシャッタードレインであり、ｎ+ 型拡散層からな
る。このＣＣＤ型固体撮像素子は、図１に示すように上
から視てシャッターゲート６及びシャッタードレイン７
が櫛歯状に形成され各隣接画素１・１間に入り込むよう
に形成され、そして、電子シャッターによる排出方向と
信号電荷読み出し方向とが略９０度の角度を成してい
る。即ち、画素１で発生した信号電荷のシフトレジスタ
４への読み出しは画素１の一辺１ｄ側の方向に行われる
のに対して、電子シャッターによるシャッターゲート６
越しのシャッタードレイン７への排出は画素の上記一辺
１ｄに隣接した辺１ｅ側の方向に行われるようになって
おり、この点で図９、図１０に示したＣＣＤ型固体撮像
素子と大きく異なっている。Reference numeral 6 denotes a shutter gate provided on the other side of the sensor row 2 (the side opposite to the shift gate 3; the upper side in FIG. 1), and reference numeral 7 denotes a shutter drain provided on the side opposite to the sensor row 2 of the shutter gate 6. , N + type diffusion layers. This CCD type solid-state image pickup device has a shutter gate 6 and a shutter drain 7 when viewed from above as shown in FIG.
Are formed in a comb shape so as to be inserted between the adjacent pixels 1 and 1, and the discharge direction by the electronic shutter and the signal charge reading direction form an angle of about 90 degrees. That is, the signal charge generated in the pixel 1 is read out to the shift register 4 in the direction of the side 1d of the pixel 1, whereas the shutter gate 6 by the electronic shutter is used.
The discharge to the shutter drain 7 through the shutter is performed in the direction of the side 1e adjacent to the one side 1d of the pixel, which is largely different from the CCD type solid-state image sensor shown in FIGS. 9 and 10. ing.
【００１９】このようなＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、信号電荷の読み出し方向と排出方向が互いに逆方向
にはなっておらず略直角の方向になっているので、読み
出し方向と排出方向の双方において転送効率を高めるこ
とが可能となる。尚、シフトゲート３、シャッターゲー
ト６に印加した電圧のみにより充分な読み出し電界を画
素１内につくることができる場合には、図１に示すよう
なＣＣＤ型固体撮像素子で良い。しかし、センササイズ
が非常に大きくシフトゲート３、シャッターゲート６に
よってみのでは充分な読み出し電界をつくれないときは
転送効率を高めるべく画素１内にポテンシャル勾配をつ
くる方が良いが、図３にそのようにしたＣＣＤ型固体撮
像素子、即ち本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第２の実施
例を示す。According to such a CCD type solid-state image pickup device, the read-out direction and the discharge direction of the signal charge are not mutually opposite but substantially perpendicular to each other, so that both the read-out direction and the discharge direction are obtained. It is possible to improve the transfer efficiency in. If a sufficient read electric field can be created in the pixel 1 only by the voltage applied to the shift gate 3 and the shutter gate 6, the CCD solid-state image pickup device as shown in FIG. 1 may be used. However, when the sensor size is very large and a sufficient read electric field cannot be created only by the shift gate 3 and the shutter gate 6, it is better to form a potential gradient in the pixel 1 in order to improve the transfer efficiency. A second embodiment of the CCD solid-state image pickup device thus constructed, that is, the CCD solid-state image pickup device of the present invention will be described.
【００２０】図３は本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第２
の実施例を示す平面図、図４（Ａ）、（Ｂ）は該実施例
の横方向の断面構造及び横方向のポテンシャルプロフィ
ールを示し、（Ａ）は電子シャッターによる排出方向方
向の図１のＨ−Ｈ線に沿う断面の構造及びポテンシャル
プロフィールを、（Ｂ）は信号電荷の読み出し方向方向
の図１のＶ−Ｖ線に沿う断面の構造及びポテンシャルプ
ロフィールをそれぞれ示す。FIG. 3 shows a second CCD solid-state image pickup device according to the present invention.
4A and 4B show a lateral cross-sectional structure and a lateral potential profile of the embodiment, and FIG. 4A shows a lateral potential profile of the electronic shutter in FIG. 1B shows the structure and potential profile of the cross section taken along the line H-H, and FIG. 6B shows the structure and potential profile of the cross section taken along the line VV of FIG.
【００２１】本実施例は、各画素１のホールアキュムレ
ート領域１ａからなる表面を除くｎ型領域を、ｎ- 領域
１ｂとｎ+ 領域１ｃにより構成することにより信号電荷
の読み出し方向及び排出方向に沿ってｎ型不純物濃度が
高くなる濃度勾配がつくるようになっている。具体的に
は、画素１のレジスタ４からもその画素１からの電荷を
吸収するシャッタードレイン７からも遠い部分がｎ- 領
域１ｂからなる。そして、その画素１の残りの部分、即
ちレジスタ４に近い部分及びシャッタードレイン７に近
い部分がｎ+ 領域１ｃからなり、その１ｂ・１ｃ間の境
界は斜めになっている。In this embodiment, the n-type region except the surface of the hole accumulated region 1a of each pixel 1 is constituted by the n − region 1b and the n + region 1c, so that the signal charge is read out and discharged. A concentration gradient is formed along which the concentration of n-type impurities increases. Specifically, a portion far from the register 4 of the pixel 1 and the shutter drain 7 that absorbs the charge from the pixel 1 is the n − region 1b. The remaining part of the pixel 1, that is, the part close to the register 4 and the part close to the shutter drain 7 are n + regions 1c, and the boundaries between 1b and 1c are slanted.
【００２２】その境界が斜めというのは、具体的には、
信号電荷の読み出し方向とシャッター排出方向方向の双
方に対して斜め（例えば略４５度）になっていることを
意味する。従って、不純物濃度勾配はその斜めの境界に
対して直角の方向についていることになる。依って、画
素１内におけるポテンシャルプロフィールは、図４
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、シャッター排出方向に
行くに従っても読み出し方向に行くに従ってもポテンシ
ャルが深くなるようにポテンシャル勾配がついたプロフ
ィールになる。That the boundary is slanted specifically means that
This means that it is oblique (for example, about 45 degrees) with respect to both the signal charge reading direction and the shutter discharge direction. Therefore, the impurity concentration gradient is in the direction perpendicular to the oblique boundary. Therefore, the potential profile in the pixel 1 is shown in FIG.
As shown in (A) and (B), the profile has a potential gradient such that the potential becomes deeper both in the shutter discharge direction and in the read direction.
【００２３】しかして、本ＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、信号電荷の読み出しについても電子シャッターによ
る排出についても信号電荷の転送効率を高めることがで
き、従来におけるように信号電荷の読み出しの転送効率
を高めると電子シャッターによる排出の転送効率が低下
するということがなくなる。Therefore, according to the CCD type solid-state image pickup device, the transfer efficiency of the signal charge can be improved both in the reading of the signal charge and the discharge by the electronic shutter, and the transfer efficiency of the reading of the signal charge as in the conventional case. If the value is increased, the transfer efficiency of discharge by the electronic shutter does not decrease.
【００２４】図５は本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第３
の実施例を示すもので、本実施例は、第２の実施例に存
在するところの信号電荷と排出方向を逆方向ではなく例
えば約９０度にすると共に、信号電荷の読み出し方向と
排出方向の間の斜め方向にポテンシャル濃度勾配がつく
ように各画素１に不純物濃度勾配をつけるという技術的
思想を横型オーバーフロードレイン構造を有するＣＣＤ
型固体撮像素子に適用したものである。図６は図５のＨ
−Ｈ線に沿う断面構造及びポテンシャルプロフィール図
である。FIG. 5 shows a third CCD solid-state image pickup device according to the present invention.
In this embodiment, the signal charge and discharge direction existing in the second embodiment are set not to the opposite direction but to, for example, about 90 degrees, and the signal charge read-out direction and the signal charge discharge direction are set to about 90 degrees. A CCD having a horizontal overflow drain structure has the technical idea of forming an impurity concentration gradient in each pixel 1 so that a potential concentration gradient is formed in an oblique direction.
Type solid-state image sensor. FIG. 6 shows H of FIG.
It is a cross-sectional structure and potential profile figure which follow the -H line.
【００２５】８はオーバーフローコントロールゲート
で、上から視て櫛歯状に形成されており、その点ではシ
ャッターゲート６と同じである。７はシャッタードレイ
ン・オーバーフロードレイン共用領域である。そして、
オーバーフロー方向は、電子シャッターによる排出方向
と正反対の方向、つまり図５、図６における左に向う方
向になっている。このように、オーバーフロー方向と電
子シャッターによる排出方向とが正反対であっても、オ
ーバーフロードレインはあくまでポテンシャルバリアを
越えたオーバーフローの電荷のみを排出すれば良く、電
子シャッターの場合におけるように画素中の信号電荷を
全部排出する必要はなく、転送効率が高いことが特に要
求されない。従って、オーバーフロードレイン方向が信
号電荷読み出し方向の方向と正反対であっても特に支障
はない。このように、本発明は横型シャッター機能及び
横型オーバーフロードレインを有するＣＣＤ型固体撮像
素子にも適用することができる。Reference numeral 8 denotes an overflow control gate, which is formed in a comb-like shape when viewed from above, and in that respect is the same as the shutter gate 6. Reference numeral 7 denotes a shutter drain / overflow drain common area. And
The overflow direction is the direction opposite to the discharge direction of the electronic shutter, that is, the direction toward the left in FIGS. 5 and 6. As described above, even if the overflow direction and the discharge direction by the electronic shutter are opposite, the overflow drain only needs to discharge the charge of the overflow that exceeds the potential barrier, and the signal in the pixel as in the case of the electronic shutter. It is not necessary to discharge all charges, and high transfer efficiency is not particularly required. Therefore, even if the overflow drain direction is opposite to the signal charge reading direction, there is no particular problem. As described above, the present invention can be applied to a CCD type solid-state imaging device having a horizontal shutter function and a horizontal overflow drain.
【００２６】尚、図５、図６に示す第３の実施例におい
ては、オーバーフローコントロールゲート８を設けて該
ゲート８に電圧を加えることにより画素１とシャッター
ドレイン・オーバーフロードレイン共用領域７との間の
領域にポテンシャルバリアを生ぜしめるようにしたの
で、該ゲート８に加える電圧によりポテンシャルバリア
の高さを調整することができる。In the third embodiment shown in FIG. 5 and FIG. 6, an overflow control gate 8 is provided and a voltage is applied to the gate 8 so that a space between the pixel 1 and the shutter drain / overflow drain common region 7 is provided. Since the potential barrier is generated in the area of, the height of the potential barrier can be adjusted by the voltage applied to the gate 8.
【００２７】図７は図５、図６に示すＣＣＤ型固体撮像
素子の変形例の断面構造及び横方向ポテンシャルプロフ
ィール図であり、本変形例はポテンシャルバリアを、オ
ーバーフロードレインコントロールゲートを設けそれに
電圧を加えることによってではなく、ｐ--型（あるいは
ｎ--型）の不純物拡散領域１０を設けることによって設
けるようにしたものである。FIG. 7 is a cross-sectional structure and lateral potential profile diagram of a modification of the CCD type solid-state image pickup device shown in FIGS. 5 and 6. In this modification, a potential barrier is provided, an overflow drain control gate is provided, and a voltage is applied thereto. It is provided not by adding but by providing a p -- type (or n -- type) impurity diffusion region 10.
【００２８】本ＣＣＤ型固体撮像素子によれば、該不純
物拡散領域１０の不純物濃度によりポテンシャルバリア
を所望の高さにすることができる。尚、第３の実施例及
びその変形例においてはオーバーフロードレインとシャ
ッタードレインが同じ拡散領域により形成されていた。
とはいっても１つの画素１のオーバーフロー電荷は左側
に排出され、電子シャッターによる排出は右側にされて
おり、１つの画素１で発生した信号電荷の排出される場
所はオーバーフローの場合と電子シャッターの場合とは
異なるが、オーバーフロードレインとシャッタードレイ
ンが同じ拡散領域により形成されていることには変りな
い。しかし、オーバーフロードレインとシャッタードレ
インを別々に、即ち別々の拡散領域により形成しても良
いことはいうまでもない。According to the CCD type solid-state image pickup device, the potential barrier can be made to have a desired height depending on the impurity concentration of the impurity diffusion region 10. Incidentally, in the third embodiment and its modification, the overflow drain and the shutter drain were formed by the same diffusion region.
However, the overflow charge of one pixel 1 is discharged to the left side, and the discharge charge by the electronic shutter is set to the right side. The place where the signal charge generated in one pixel 1 is discharged is Although different from the case, the overflow drain and the shutter drain are still formed by the same diffusion region. However, it goes without saying that the overflow drain and the shutter drain may be formed separately, that is, by different diffusion regions.
【００２９】尚、上記各実施例は本発明ＣＣＤ型固体撮
像素子を普通のリニアセンサに適用したものであった
が、本発明ＣＣＤ型固体撮像素子は、図８に示すよう
に、センサ列の両側に読み出すタイプの二出力方式リニ
アセンサにも適用することができる。尚、この図におい
ては、シャッタードレイン、シフトゲートの図示を省略
した。また、本発明ＣＣＤ型固体撮像素子はエリアセン
サにも適用することができる。In each of the above embodiments, the CCD type solid-state image pickup device of the present invention was applied to an ordinary linear sensor. However, the CCD type solid-state image pickup device of the present invention is arranged in a sensor array as shown in FIG. It can also be applied to a dual-output type linear sensor that reads out on both sides. In this figure, the shutter drain and the shift gate are not shown. Further, the CCD type solid-state image pickup device of the present invention can be applied to an area sensor.
【００３０】[0030]
【発明の効果】請求項１のＣＣＤ型固体撮像素子は、各
画素からその互いに隣接する辺側に信号電荷の読み出し
と排出が行われるようにしたことを特徴とするものであ
る。従って、請求項１のＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、画素からその互いに隣接する辺側に信号電荷の読み
出しと排出が行われるようにしたので、従来の互いに正
反対の方向に読み出しと排出を行うようにした場合のよ
うに一方の転送効率を良くすると他方の転送効率が悪く
なるという二律背反の関係がなくなる。従って、読み出
しと排出の両方の転送効率を高めることができる。According to the first aspect of the present invention, the CCD type solid-state image pickup device is characterized in that the signal charges are read from and discharged from each pixel to the sides adjacent to each other. Therefore, according to the CCD type solid-state image pickup device of the first aspect, the signal charges are read and discharged from the pixels to the sides adjacent to each other. Therefore, the conventional read and discharge are performed in the opposite directions. As in the above case, if one transfer efficiency is improved, the other transfer efficiency is deteriorated, which eliminates the trade-off relationship. Therefore, the transfer efficiency of both reading and discharging can be improved.
【００３１】請求項２のＣＣＤ型固体撮像素子は、各画
素からその互いに隣接する辺側に信号電荷の読み出しと
排出が行われるようにし、各画素の残りの辺の一つ側に
オーバーフロードレインが行われるようにしたことを特
徴とするものである。従って、請求項２のＣＣＤ型固体
撮像素子によれば、画素からその互いに隣接する辺側に
信号電荷の読み出しと排出が行われるようにしたので、
従来の互いに正反対の方向に読み出しと排出を行うよう
にした場合のように一方の転送効率を良くすると他方の
転送効率が悪くなるという二律背反の関係がなくなる。
従って、読み出しと排出の両方の転送効率を高めること
ができる。According to another aspect of the CCD solid-state image pickup device of the present invention, the signal charge is read from and discharged from each pixel to the side adjacent to each other, and the overflow drain is provided on one side of the remaining side of each pixel. It is characterized by being performed. Therefore, according to the CCD type solid-state image pickup device of the second aspect, the signal charges are read and discharged from the pixels to the sides adjacent to each other.
As in the conventional case where reading and discharging are performed in opposite directions, if one transfer efficiency is improved, the other transfer efficiency is deteriorated, which eliminates the trade-off relationship.
Therefore, the transfer efficiency of both reading and discharging can be improved.
【００３２】請求項３のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項２のＣＣＤ型固体撮像素子において、各画素とオーバ
ーフロードレインとの間のポテンシャルバリアがオーバ
ーフロードレインコントロールゲートに印加された電圧
により形成されるようにしたことを特徴とするものであ
る。従って、請求項３のＣＣＤ型固体撮像素子によれ
ば、オーバーフロードレインコントロールゲートに電圧
を加えることにより生じる電界によりポテンシャルバリ
アを形成することができ、そのバリアを越える過剰な信
号電荷を排出することができる。そして、バリアのポテ
ンシャルをその電圧により調整することができる。According to a third aspect of the CCD solid-state imaging device of the present invention, in the CCD-type solid-state imaging device of the second aspect, the potential barrier between each pixel and the overflow drain is formed by the voltage applied to the overflow drain control gate. It is characterized by doing so. Therefore, according to the CCD type solid-state imaging device of the third aspect, the potential barrier can be formed by the electric field generated by applying a voltage to the overflow drain control gate, and excess signal charge exceeding the barrier can be discharged. it can. Then, the potential of the barrier can be adjusted by the voltage.
【００３３】請求項４のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項２のＣＣＤ型固体撮像素子において、各画素とオーバ
ーフロードレインとの間のポテンシャルバリアが不純物
拡散領域により形成されるようにしたことを特徴とする
ものである。従って、請求項４のＣＣＤ型固体撮像素子
によれば、不純物拡散領域によりポテンシャルバリアを
形成するので、かかるバリアの形成のためにオーバーフ
ロードレインコントロールゲートを設けること、それに
オーバーフロードレインコントロールゲート電圧を印加
することが不要である。According to a fourth aspect of the CCD solid-state imaging device of the present invention, in the CCD-type solid-state imaging device of the second aspect, the potential barrier between each pixel and the overflow drain is formed by an impurity diffusion region. It is what Therefore, according to the CCD type solid-state imaging device of claim 4, since the potential barrier is formed by the impurity diffusion region, an overflow drain control gate is provided for forming the barrier, and the overflow drain control gate voltage is applied thereto. Is unnecessary.
【００３４】請求項５のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項１、２、３又は４のＣＣＤ型固体撮像素子において、
各画素が信号電荷の読み出し方向と排出方向との間の斜
め方向に深くなるポテンシャル勾配を有することを特徴
とするものである。従って、請求項５のＣＣＤ型固体撮
像素子によれば、各画素が信号電荷の読み出し方向と排
出方向との間の斜め方向に深くなるポテンシャル勾配を
有することを特徴とするので、読み出し方向にも排出方
向にも信号電荷の転送効率を高めることができる。The CCD type solid-state image pickup device of claim 5 is the CCD type solid-state image pickup device of claim 1, 2, 3 or 4.
It is characterized in that each pixel has a potential gradient that becomes deep in an oblique direction between the signal charge reading direction and the signal charge discharging direction. Therefore, according to the CCD type solid-state imaging device of the fifth aspect, each pixel has a potential gradient that becomes deep in an oblique direction between the signal charge reading direction and the discharging direction. The transfer efficiency of the signal charges can be increased also in the discharging direction.
【００３５】請求項６のＣＣＤ型固体撮像素子は、請求
項５のＣＣＤ型固体撮像素子において、ポテンシャル勾
配が画素領域に不純物濃度勾配を設けることによりつけ
られてなることを特徴とするものである。従って、請求
項６のＣＣＤ型固体撮像素子によれば、画素に不純物濃
度勾配をつけることによりポテンシャル勾配をつけるの
で、画素を部分的に不純物濃度を変えるための拡散工程
を増すことにより読み出し方向にも排出方向にも信号電
荷の転送効率を高めることができる。According to a sixth aspect of the CCD solid-state imaging device of the present invention, in the CCD-type solid-state imaging device of the fifth aspect, the potential gradient is provided by providing an impurity concentration gradient in the pixel region. . Therefore, according to the CCD type solid-state image pickup device of the sixth aspect, since the potential gradient is formed by forming the impurity concentration gradient in the pixel, the diffusion process for partially changing the impurity concentration in the pixel is increased to increase the read direction. Also, the transfer efficiency of signal charges can be improved in the discharge direction.
【図１】本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第１の実施例の
平面図である。FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of a CCD type solid-state image sensor according to the present invention.
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は第１の実施例の断面構造及び
横方向ポテンシャルプロフィールを示す図、（Ａ）は図
１のＨ−Ｈ線に沿う電子シャッターによる排出方向の断
面、（Ｂ）は図１のＶ−Ｖ線に沿う信号電荷読み出し方
向の断面について示す。2A and 2B are views showing a sectional structure and a lateral potential profile of the first embodiment, and FIG. 2A is a sectional view taken along the line HH of FIG. 1B shows a cross section in the signal charge reading direction along the line VV in FIG.
【図３】本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第２の実施例の
平面図である。FIG. 3 is a plan view of a second embodiment of the CCD type solid-state imaging device of the present invention.
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は第２の実施例の断面構造及び
横方向ポテンシャルプロフィールを示す図、（Ａ）は図
３のＨ−Ｈ線に沿う電子シャッターによる排出方向の断
面、（Ｂ）は図３のＶ−Ｖ線に沿う信号電荷読み出し方
向の断面について示す。4A and 4B are views showing a sectional structure and a lateral potential profile of the second embodiment, and FIG. 4A is a sectional view taken along the line HH in FIG. 3B shows a cross section in the signal charge reading direction along the line VV of FIG.
【図５】本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の第３の実施例の
平面図である。FIG. 5 is a plan view of a third embodiment of the CCD type solid-state imaging device of the present invention.
【図６】第３の実施例の断面構造及び横方向ポテンシャ
ルプロフィールを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure and a lateral potential profile of a third example.
【図７】第３の実施例の変形例の断面構造及び横方向ポ
テンシャルプロフィールを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure and a lateral potential profile of a modified example of the third embodiment.
【図８】本発明ＣＣＤ固体撮像素子の二出力リニアセン
サへの適用例を示す概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view showing an application example of the CCD solid-state imaging device of the present invention to a two-output linear sensor.
【図９】横型シャッター機能付きＣＣＤ型固体撮像素子
の従来例を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a conventional example of a CCD type solid-state imaging device with a horizontal shutter function.
【図１０】図９のＣＣＤ型固体撮像素子の画素（受光素
子）の深さ方向のポテンシャルプロフィール図である。10 is a potential profile diagram in the depth direction of a pixel (light receiving element) of the CCD type solid-state imaging device of FIG.
【図１１】（Ａ）乃至（Ｃ）は図９のＣＣＤ型固体撮像
素子の断面の構造及び横方向ポテンシャルプロフィール
を示すもので、（Ａ）は図９のＸ−Ｘ線に沿うもので、
（Ａ）は図９のＸ−Ｘ線に沿う概略断面構造図、（Ｂ）
は読み出し時のポテンシャルプロフィール図、（Ｃ）は
シャッター時のポテンシャルプロフィール図である。11A to 11C show a cross-sectional structure and a lateral potential profile of the CCD type solid-state imaging device of FIG. 9, and FIG. 11A is a view taken along line XX of FIG.
(A) is a schematic cross-sectional structural view taken along the line XX of FIG. 9, (B).
Is a potential profile diagram at the time of reading, and (C) is a potential profile diagram at the time of shutter.
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）は横型シャッター機能付きＣ
ＣＤ型固体撮像素子の別の従来例を示すもので、（Ａ）
は断面構造図、（Ｂ）はポテンシャルプロフィール図で
ある。12A and 12B are C with a horizontal shutter function.
Another conventional example of a CD type solid-state imaging device is shown (A)
Is a cross-sectional structure diagram, and (B) is a potential profile diagram.
１ 画素（受光素子） １ｂ、１ｃ 画素の不純物濃度の異なる領域 １ｃ、１ｄ 画素の辺 ３ シフトゲート ４ シフトレジスタ ６ シャッターゲート ７ シャッタードレイン（オーバーフロードレイン） ８ オーバーフロードレインコントロールゲート １０ ポテンシャルバリアとなる半導体領域 1 Pixel (light receiving element) 1b, 1c Region with different impurity concentration of pixel 1c, 1d Side of pixel 3 Shift gate 4 Shift register 6 Shutter gate 7 Shutter drain (overflow drain) 8 Overflow drain control gate 10 Semiconductor region to be a potential barrier
Claims (6)
電荷を横方向に排出する機能を有するＣＣＤ型固体撮像
素子において、 上記画素の一辺の側に信号電荷が読み出され、 一辺と隣接するもう一つの辺側に信号電荷が排出される
ようにしたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子1. A CCD type solid-state imaging device having a function of laterally discharging a signal charge generated in each pixel formed of a light receiving element, wherein the signal charge is read out to one side of the pixel and is adjacent to the one side. A CCD type solid-state image pickup device characterized in that signal charges are discharged to the other side.
電荷を横方向に排出する電子シャッター機能及び同じく
過剰電荷を横方向に排出するオーバーフロードレイン機
能を有するＣＣＤ型固体撮像素子において、 上記各画素の一辺の側に信号電荷が読み出され、 上記各画素の上記一辺と隣接する一つの辺の側に電子シ
ャッター排出がされ、上記各画素の残りの一つの辺の側
にオーバーフロードレインされるようにしたことを特徴
とするＣＣＤ型固体撮像素子2. A CCD type solid-state imaging device having an electronic shutter function for laterally discharging a signal charge generated in each pixel composed of a light receiving element and an overflow drain function for similarly discharging an excessive charge laterally, wherein each pixel is The signal charge is read out to the side of one side, the electronic shutter is discharged to the side of one side adjacent to the one side of each pixel, and the overflow drain is discharged to the side of the remaining one side of each pixel. CCD type solid-state image sensor characterized by
バリアがオーバーフロードレインコントロールゲートに
印加された電圧により形成されるようにしたことを特徴
とする請求項２記載のＣＣＤ型固体撮像素子3. The CCD type solid-state imaging device according to claim 2, wherein the potential barrier of the overflow drain is formed by a voltage applied to the overflow drain control gate.
バリアが不純物拡散領域により形成されるようにしたこ
とを特徴とする請求項２記載のＣＣＤ型固体撮像素子4. The CCD type solid-state image pickup device according to claim 2, wherein the potential barrier of the overflow drain is formed by an impurity diffusion region.
方向との間の斜め方向に深くなるポテンシャル勾配を有
することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＣ
ＣＤ型固体撮像素子5. The C according to claim 1, wherein each pixel has a potential gradient that becomes deep in an oblique direction between a signal charge reading direction and a signal charge discharging direction.
CD type solid-state image sensor
度勾配を設けることによりつけられてなることを特徴と
する請求項５記載のＣＣＤ型固体撮像素子6. The CCD type solid-state image pickup device according to claim 5, wherein the potential gradient is provided by providing an impurity concentration gradient in the pixel region.
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|---|---|---|---|
| JP09092693A JP3297947B2 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | Solid-state imaging device |
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