JPH0693766B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0693766B2
JPH0693766B2 JP62015142A JP1514287A JPH0693766B2 JP H0693766 B2 JPH0693766 B2 JP H0693766B2 JP 62015142 A JP62015142 A JP 62015142A JP 1514287 A JP1514287 A JP 1514287A JP H0693766 B2 JPH0693766 B2 JP H0693766B2
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康夫 垂井
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインターライントランスフア (interlinetransfer)方式のCCDから成る固体撮像装置
に関し、特に高集積化、高画素化に好適な構造の固体撮
像装置に関する。
〔従来例〕
従来、かかる方式のCCDからなる固体撮像装置は第5図
に示すものがある。同図は受光領域の要部を上面から見
たときの概略平面図であり、半導体基板の表面部分に形
成されたp形シリコン層(p−well)内にn形層をマト
リクス状に形成することにより、複数のフオトダイオー
ドpd1,pd2……が形成されている。夫々のフオトダイオ
ードpd1,pd2……の間には、垂直方向に信号電荷を転送
するための複数の電荷転送チヤンネルL1,L2,L3,……が
形成され、フオトダイオード群pd1,pd2,……と電荷転
送チヤンネルL1,L2,L3,……を除く部分(同図中、点線
で囲まれた斜線部分)はチヤネルストツプ領域となつて
いる。
電荷転送チヤネルL1,L2,L3,……の上面には、水平方向
に延びるポリシリコン層から成る複数の伝送電極G1,G2,
G3,G4,……が並設され、4本の転送電極を1組として
4相駆動方式に基づくクロツク信号φ,φ,φ
φが印加されるようになつている。即ち、フオトダイ
オードpd1が並ぶ行に対して2本の転送電極G1,G2が対応
して形成され、フオトダイオードpd2が並ぶ行に対して
2本の転送電極G3,G4が対応して形成され、図示してい
ないが他のフオトダイオード及び転送電極についても同
様の構成となつている。そして、クロック信号φ,φ
,φ,φの電圧変化に応じてポテンシヤル井戸を
電荷転送チヤネルL1,L2,L3,……に形成させることによ
り、フオトダイオードpd1,pd2,……に発生した信号電
荷を出力方向Yへ転送するようになつている。尚、フオ
トダイオードpd1,pd2,……と電荷転送チヤネルL1,L2,L
3,……は、夫々トランスフアゲートTg1,Tg2,……を介
して接続されている。
次に、4相駆動方式による電荷転送動作を、第6図及び
第7図に基づいて説明する。第6図は第5図のX−X線
矢視断面に相当する断面図であり、転送電極G1,G2,G3,G
4,……とポテンシヤル井戸との関係を示し、例えばフ
オトダイオード群pd1と転送電極G1,G2を奇数行、フオト
ダイオード群pd2と転送電極G3,G4を偶数行とする組合せ
で示されるように、4本の転送電極を1組として1つの
信号電荷の塊りを転送することができる構造となつてい
る。
この転送動作を第7図に示すポテンシヤルプロフアイル
でもつて詳述すれば、例えば時刻t0において、転送電極
に印加するクロツク信号φ,φ,φ,φの電圧
レベルをそれぞれ“L,H,H,H"とすることにより、奇数行
あるいは偶数行に位置するフオトダイオードpd1,pd2
発生した信号電荷を図示するようにポテンシヤル井戸へ
移すことができ、次の時刻t1においてクロック信号
φ,φ,φ,φを“L,L,H,H"に変化させると、
クロック信号φが印加された転送電極の下にポテンシ
ヤル・バリアが形成されるので信号電荷は転送方向へ移
される。更に時刻t2においてクロツク信号φ,φ
φ,φの電圧レベルを“H,L,H,H"、時刻t3において
“H,L,L,H"、時刻t4において“H,H,L,H"とすることによ
り信号電荷を転送することができ、以上説明した4種の
ポテンシヤルプロフアイルの変化によって転送が実現さ
れる。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
しかしながらこのような固体撮像装置にあつては、1つ
のフオトダイオードに対して少なくとも2本の転送電極
が必要であり、このため、垂直方向(電荷転送方向)の
集積度の向上及び高画素化を妨げる問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであ
り、電荷転送方向の高集積化及び高画素化に好適なイン
ターライントランスフア方式のCCDから成る固体撮像装
置を提供することを目的とする。
この目的を達成するため本発明は、マトリクス状に配列
された複数のホトダイオード等の受光エレメント群と、
各行毎に配列された該受光エレメント群に対し1対1対
に対応して設けられた転送電極群とを有するインターラ
イントランスフア方式のCCDから成る固体撮像装置にお
いて、最も出力側に位置する転送電極を基準として該転
送電極に一定周期Tで反転を繰返す矩形信号を印加し且
つn番目(nは正の整数)の転送電極に上記基準となる
転送電極に信号の印加を開始した基準時点より(n−
1)T14遅れた時点から上記基準の転送電極に印加する
矩形信号と等しい周期Tで位相が−(n−1)π/2ずれ
た矩形信号を印加するシフトレジスタを備えたことを特
徴とする。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を図面とともに説明する。
まず第1図に基づいて構成を説明すると、同図は受光領
域の要部を上面から見たときの概略平面図であり、半導
体基板の表面部分に形成されたpウエル内にn形層をマ
トリクス状に形成することにより、複数のフオトダイオ
ードp1,p2,p3,p4,……が形成され、夫々のフオトダイ
オードp1,p2,p3,p4,……の間には、垂直方向に信号電
荷を転送するための複数の電荷転送チヤネルl1,l2,l3
…が形成され、フオトダイオードp1,p2,p3,p4,……及
び電荷転送チヤネルl1,l2,l3,……を除く部分(同図
中、点線で囲まれた斜線部分)がチヤネルストツプ領域
となつている。
電荷転送チヤネルl1,l2,l3,……の上面には水平方向に
延びるポリシリコン層から成る複数の転送電極g1,g2,
g3,g4,……が並設され、例えばフオドダイオード群P1
が並ぶ行に転送電極g1、フオトダイオード群P2が並ぶ行
に転送電極g2が夫々対応している様に、各行に配列され
たフオトダイオードと転送電極は相互に1対1に対応し
て設けられている。更に転送電極g1,g2,g3,g4,……は
転送用クロツク信号φ1′,φ2′,φ′3′
φ4′,……が印加されるシフトレジスタSRの所定ビッ
トb1,b2,b3,b4……の出力端子に接続されている。尚、
後述が、シフトレジスタSRによつて発生されるクロツク
信号φ1′,φ2′,φ3′,φ4′……は従来の4相
駆動方式による信号パターンとは異なつており、夫々の
転送g1,g2,g3,g4,……を相互に独立したクロツク信号
φ1′,φ2′,φ3′,φ4′,……で駆動し、従来
のように単に4種類のクロツク信号(第7図参照)で駆
動されるものではない。
次に第2図ないし第3図に基づいて信号電荷の転送動作
を説明する。第2図は第1図のA−A線矢視断面に相当
する部分の転送電極とポテンシヤルプロフアイルとの関
係を示す説明図であり、第1図中のフオトダイオード群
p1,p3,……(奇数行)に発生した信号電荷を転送する
場合について示している。
同図の時刻T0において、奇数行目の転送電極g1,g3,g5
…に“H"レベルのクロツク信号φ1′,φ3′
φ5′,……を印加し、偶数行目の転送電極g2,g4,g6
…に“L"レベルのクロツク信号φ2′,φ4′,φ6′
……を印加すると、第1図のフオトダイオード群p1,
p3,……に発生した信号電荷が電荷転送チヤネル内に形
成されたポテンシヤル井戸a,b,c,……に移される。次の
時刻t1においてクロツク信号φ6′を“L"から“H"レベ
ルに反転させるとポテンシヤル井戸caが拡張され、次の
時刻t2においてクロツク信号φ5′を“H"から“L"レベ
ルに反転させると転送電極g5の下にポテンシャル・バリ
アが形成され、ポテンシヤル井戸c中の信号電荷が出力
側へ転送される。尚、この期間はポテンシヤル井戸a,b
中の信号電荷は転送されないで停止している。
次に、時刻t3において、クロツク信号φ4′を“L"から
“H"レベル、クロツク信号φ6′を“H"から“L"レベル
へ夫々反転させると、ポテンシヤル井戸bが拡張される
と共にポテンシヤル井戸cの信号電荷が転送され、次の
時刻t4においてクロツク信号φ3′を“H"から“L"レベ
ル、クロック信号φ5′を“L"から“H"レベルに反転さ
せることによりポテンシヤル井戸b中の信号電荷が転送
される。
更に時刻t5においてクロツク信号φ2′を“L"から“H"
レベル、クロック信号φ4′を“H"から“L"レベル、ク
ロツク信号φ6′を“L"から“H"レベルへ同時に反転さ
せると、ポテンシヤル井戸a,bが拡張され、以下同様の
制御動作により信号電荷が順次転送されていく。
このように、この転送方式は、従来の4相駆動方式では
4本の転送電極を1組として見れば夫々の組のポテンシ
ヤルプロフアイルが全て同じ形状で変化を繰返すのと異
なり、出力側から徐徐に転送を行なつていく特徴を有す
る。
次に、第3図に基づいて、この転送方式に基づくクロツ
ク信号φ1′,φ2′,……を発生するシフトレジスタ
SRの構成と、一例として8本の転送電極g0,g1,……g6,
g7によつて信号電荷が転送されるプロセスを説明するこ
とにより更に詳述する。尚、同図(a)はシフトレジス
タSRを作動させる制御信号の波形図、同図(b)はシフ
トレジスタSRの構成図及び出力されたクロック信号φ
0′〜φ7′の波形図、同図(c)は信号電荷が転送さ
れる様子を一定時間毎に示した説明図であり、電荷転送
チヤネルのうち黒部分がポテンシヤル井戸に存在する信
号電荷q1,q2,q3,q4、白部分がポテンシヤル・バリア又
は信号電荷の存在しない部分を示し、更に は水平転送チヤネルであるとする。
シフトレジスタSRは、同一周期で相互に位相が異なるタ
イミング信号V1,V2に同期して入力信号IMをシリアルに
シフトする所定数のフリツプフロツプから成り、各フリ
ツプフロツプよりクロツク信号φ0′〜φ7′が発生す
る。尚、最初のクロック信号φ7′は入力信号IMと等価
である。したがつて、クロック信号φ0′〜φ7′の波
形は、時間の経過とともに同図(b)の右側に示すよう
な矩形波となつて現れる。
まず、時刻t1前の時点において同図(b)に示す電圧レ
ベルのクロツク信号φ0′〜φ7′が各々の転送電極に
印加されると、フオトダイオードに発生した信号電荷が
飛び飛びに形成されたポテンシヤル井戸へ移される。
次に時刻t2において信号電荷aが外へ出力され、次に時
刻t2から時刻t3の期間に次の信号電荷q2の転送が行なわ
れ、時刻t3の後半から時刻t4の期間に信号電荷q2,q3
転送が行なわれ、時刻t4において信号電荷q2が出力され
る。
次に、時刻t4の後半から信号電荷q4の転送が開始され、
時刻t5において信号電荷q3が出力される。そして、時刻
t5の後半から時刻t6の期間において最後の信号電荷q4
転送され、時刻t6においてこれが出力される。このよう
に、相互に隣接する信号電荷が転送中に混ることなく確
実に転送される。
ここで、本発明に関わる転送方式の原理を第3図(b)
に示すクロツク信号のタイミングを参照しつつ説明す
る。
最も出力側に位置する転送電極を基準として、この転送
電極に一定周期Tで反転を繰返す矩形信号を印加すると
共に、n番目(nは正の整数)の転送電極には基準の転
送電極に該矩形信号を印加した時点より(n−1)T/4
遅れた時点から矩形信号の印加を開始する。この関係を
第3図(b)のタイミングに対応させると、クロツク信
号φ7′が印加される第1番目の点巣電極には、n=
1、(n−1)T=0であるから、図示するような矩形
信号が印加される。次に、第2番目の転送電極に印加さ
れるクロツク信号φ5′はn=2、(n−1) であるから、クロツク信号φ7′が印加される基準時点
7′が印加される基準時点t0よりも時間T/4だけ遅れ
位相に−π/2ずれて表わされる。このように、転送電極
には、順番が上がる毎に位相が−π/2ずれた矩形信号が
周期T/4づつ遅延した時点から印加される。
このような関係に基づくクロツク信号により第1図に構
成の転送電極を駆動すれば、各行に配列されるフオトダ
イオード群と転送電極を1対1に対応して設けることが
できるため、電荷転送方向の画素数を増大し且つ集積度
を向上させることができる。
次に、本発明の他の実施例を第4図に基づいて説明す
る。同図は受光領域の要部を上面より見たときの概略平
面図であり、第1図と同一又は相当する部分には同一符
号を付してある。第1図に示すものとの構成の相違点を
述べると、第1図では電荷転送方向Yに凸部を有する転
送電極g1,g2,g3,g4,……を全て同じ向きに配置してあ
るが、これに対し第2図に示すこの実施例では、1対の
転送電極g1とg2、g3とg4……の様に凸部を相対向させて
配置してある。更に1対のフオトダイオードP1とP2、P3
とP4……は、電気的に分離する分離領域DV1,DV2,……
で分けられることにより形成されている。この分離領域
DV1,DV2……による分離はイオン打込み技術等により不
純物の層を形成することで実現され、極めて幅を狭くす
ることができ、且つ光の入射を妨げる電極が無いため各
フオトダイオードP1,P2,P3,P4……の開口率を第1図の
場合と比較して大きくすることができる。尚、この実施
例においても、各々の行に位置するフオドダイオードと
転送電極は1対1に対応しており、しかも第1の実施例
と同様の転送駆動方式にて電荷転送を行なうので、画素
数の増加及び集積度の向上を図ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、マトリクス状に配
列された複数の受光エレメント群と、各行毎に配列され
た該受光エレメント群に対し1対1に対応して設けられ
た転送電極群とを有するインターライントランスフア方
式のCCDから成る固体撮像装置において、最も出力側に
位置する転送電極を基準としてこの転送電極に一定周期
Tで反転を繰返す矩形信号を印加し且つn番目(nは正
の整数)の転送電極に上記基準となる転送電極に信号の
印加を開始した基準時点より(n−1)T/4遅れた時点
から上記基準の転送電極に印加する矩形信号と等しい周
期Tで位相が−(n−1)π/2ずれた矩形信号を印加開
始するシフトレジスタを備えたので、電荷転送方向の画
素数の増加及び高集積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による固体撮像装置の一実施例を示すた
めに受光領域の要部構造を示す概略平面図、第2図は第
1図の実施例の作動を示すためのポテンシヤルプロフア
イル、第3図は更に第1図に示す実施例の動作原理を示
す説明図、第4図は本発明の他の実施例を示すために受
光領域の要部構造を示す概略平面図、第5図は従来例の
構造を示すために受光領域の要部構造を示す概略平面
図、第6図は第5図のX−X線矢視断面図、第7図は第
5図に示す従来例の作用を示すためのポテンシヤルプロ
フアイルである。 P1,P2,P3,P4:フオトダイオード g1,g2,g3,g4,g5:転送電極 l1,l2,l3:電荷転送チヤネル SR:シフトレジスタ φ,φ,φ,φ,φ,φ,φ,φ:ク
ロツク信号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マトリクス状に配列された複数の受光エレ
    メント群と、 各行毎に配列された該受光エレメント群に対し1対1に
    対応して設けられた転送電極群とを有するインターライ
    ントランスフア方式のCCDから成る固体撮像装置におい
    て、 最も出力側に位置する転送電極を基準として該転送電極
    に一定周期Tで反転を繰返す矩形信号を印加し且つn番
    目(nは正の整数)の転送電極に上記基準となる転送電
    極に信号の印加を開始した基準時点より(n−1)T/4
    遅れた時点から上記基準の転送電極に印加する矩形信号
    と等しい周期Tで位相が−(n−1)π/2ずれた矩形信
    号を印加開始するシフトレジスタを備えたことを特徴と
    する固体撮像装置。
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JP2736121B2 (ja) * 1989-07-12 1998-04-02 株式会社東芝 電荷転送装置及び固体撮像装置
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