JPH08316459A - 電荷転送装置および固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 転送チャネル内に小信号時の信号電荷を転送
するための小信号用チャネルを設けた電荷転送装置およ
びこの電荷転送装置を水平転送部に使用した固体撮像装
置において、小信号時の電荷転送の際における転送効率
を向上させることができるようにする。 【構成】 固体撮像装置の水平転送部１０における転送
チャネル１１は、撮像部側の側部は直線状に形成される
と共に反撮像部側の側部は最終段側における一部が徐々
に撮像部側に近づくように形成されることによって、最
終段側の一部が最終段に向けて幅が徐々に狭くなるよう
に形成され、最終段が信号検出部４に接続されている。
小信号用チャネル１５は、転送チャネル１１内において
撮像部側の側部に沿って信号検出部４に向けて一直線状
に形成され、最終段が信号検出部４に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupl
ed Device ；電荷結合デバイス）を用いた電荷転送装置
および固体撮像装置に係り、特に転送チャネル内に小信
号時の信号電荷を転送するための小信号用チャネルを設
けた電荷転送装置およびこの電荷転送装置を水平転送部
に使用した固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤを用いた電荷転送装置は、固体撮
像装置の水平転送部やディレイライン（Delay line）や
アナログシフトレジスタ等に用いられている。この電荷
転送装置では、例えば特開昭６３−３１３８６２号公報
や、特開平３−５３５３５号公報に示されるように、小
信号時の信号電荷の転送効率を改善するために、転送チ
ャネル内に小信号時の信号電荷を転送するための小信号
用チャネルを設けたものがある。

【０００３】図８は上述のように転送チャネル内に小信
号用チャネルを設けた従来の電荷転送装置の一例を示す
平面図、図９は図８におけるＤ−Ｄ´線断面におけるポ
テンシャルを示す説明図である。この電荷転送装置は固
体撮像装置の水平転送部として用いられているものであ
る。この電荷転送装置は、例えばＰ型の半導体基板にＮ
型不純物をドープすることによって形成された転送チャ
ネル１０１と、この転送チャネル１０１上に絶縁膜を介
して形成されたストレージ部駆動用転送電極１０２およ
びトランスファ部駆動用転送電極１０３を有している。
ストレージ部駆動用転送電極１０２とトランスファ部駆
動用転送電極１０３は、転送チャネル１０１を横切るよ
うに短冊状に形成され、且つ互いに一部が重なるように
転送方向に沿って交互に配置されている。ここで、隣り
合う１つのストレージ部駆動用転送電極１０２と１つの
トランスファ部駆動用転送電極１０３とを１組として、
第１相駆動用電極と第２相駆動用電極が構成され、この
第１相駆動用電極と第２相駆動用電極が交互に配置され
ている。第１相駆動用電極と第２相駆動用電極には、そ
れぞれ第１相の水平転送信号Ｈ１と第２相の水平転送信
号Ｈ２が印加され、これにより、信号電荷が転送チャネ
ル１０１内を移動するようになっている。

【０００４】転送チャネル１０１内には、水平転送部小
信号ガイド（以下、ＨＳＳＧという。）１０４によっ
て、幅の狭い小信号用チャネル１０５が形成されてい
る。図９に示したように、ＨＳＳＧ１０４は、転送チャ
ネル１０１内に小信号用チャネル１０５を形成するため
に、小信号用チャネル１０５に比べてポテンシャルが浅
くなるように形成された部分である。従って、小信号用
チャネル１０５はＨＳＳＧ１０４に比べてポテンシャル
が深くなっている。そして、通常の信号量の場合には信
号電荷は転送チャネル１０１全体によって転送される
が、転送電荷量の少ない小信号時には信号電荷は小信号
用チャネル１０５によって転送されるようになってい
る。なお、図８および図９において、符号Ｗ₀ は転送チ
ャネル１０１の幅、Ｗ₁ は小信号用チャネル１０５の幅
を表している。

【０００５】図８に示したように、転送チャネル１０１
の最終段には、転送チャネル１０１内を転送されてきた
信号電荷を電圧に変換する浮動拡散増幅器（フローティ
ング・ディフュージョン・アンプリファイヤ；ＦＤＡ）
１０６が接続されている。転送チャネル１０１の幅Ｗ₀
は浮動拡散増幅器１０６の幅よりも広いので、転送チャ
ネル１０１の最終段側は、幅方向の両側から均等に絞り
込まれて浮動拡散増幅器１０６に接続されている。その
ため、小信号用チャネル１０５の最終段側は、転送チャ
ネル１０１の最終段側の絞り込み形状に対応するよう
に、符号１０７で示す部分で曲げられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
小信号用チャネルの最終段側が曲げられていると、小信
号時の電荷転送の際に、小信号用チャネルの曲げられた
部分で転送劣化を起こす場合があるという問題点があ
る。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、転送チャネル内に小信号時の信号電
荷を転送するための小信号用チャネルを設けた電荷転送
装置およびこの電荷転送装置を水平転送部に使用した固
体撮像装置において、小信号時の電荷転送の際における
転送効率を向上させることができるようにした電荷転送
装置および固体撮像装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電荷転送
装置は、最終段側の一部が最終段に向けて幅が徐々に狭
くなるように半導体基板上に形成され、信号電荷を転送
するための転送チャネルと、この転送チャネル上に電荷
転送方向に沿って並べられ、転送チャネル内を通して信
号電荷を移動させるための複数の電極と、転送チャネル
の最終段に接続され、転送チャネル内を通して転送され
た信号電荷に基づく信号を検出する信号検出部と、転送
チャネル内において信号検出部に向けて一直線状に形成
され、小信号時の信号電荷を転送するための小信号用チ
ャネルとを備えたものである。

【０００９】請求項２記載の固体撮像装置は、光電変換
によって信号電荷を蓄積し、この信号電荷を垂直方向に
転送する撮像部と、この撮像部の信号電荷転送先に配置
され、撮像部より転送された信号電荷を水平方向に転送
する水平転送部と、この水平転送部の最終段に接続さ
れ、水平転送部によって転送された信号電荷に基づく信
号を検出する信号検出部とを備えたものにおいて、水平
転送部が、撮像部側の側部は直線状に形成されると共に
反撮像部側の側部は最終段側における一部が徐々に撮像
部側に近づくように形成されることによって、最終段側
の一部が最終段に向けて幅が徐々に狭くなるように半導
体基板上に形成され、且つ最終段が信号検出部に接続さ
れ、信号電荷を転送するための転送チャネルと、この転
送チャネル上に電荷転送方向に沿って並べられ、転送チ
ャネル内を通して信号電荷を移動させるための複数の電
極と、転送チャネル内において撮像部側の側部に沿って
信号検出部に向けて一直線状に形成され、小信号時の信
号電荷を転送するための小信号用チャネルとを有するも
のである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の電荷転送装置では、通常の信号
量の場合には信号電荷は転送チャネル全体によって転送
され、転送電荷量の少ない小信号時には信号電荷は小信
号用チャネルによって転送される。小信号用チャネルは
信号検出部に向けて一直線状に形成されているので、小
信号時の電荷転送の際における転送劣化が防止される。

【００１１】請求項２記載の固体撮像装置では、水平転
送部の転送チャネル内における小信号用チャネルは、撮
像部側の側部に沿って信号検出部に向けて一直線状に形
成されているので、小信号時の電荷転送の際における転
送劣化が防止されると共に、小信号時の信号電荷が転送
チャネル内においてトラップに捕獲される確率が減少す
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図３は本発明の第１の実施例に係る電荷転
送装置を水平転送部に使用した固体撮像装置の全体構成
を表すものである。この固体撮像装置１は、ＣＣＤを用
いたものであり、光電変換によって信号電荷を蓄積し、
この信号電荷を垂直方向に転送する撮像部２と、この撮
像部２の信号電荷転送先に配置され、撮像部２より転送
された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部１０
と、撮像部２と水平転送部１０の間に設けられ、撮像部
２からの信号電荷を水平転送部１０へ転送するための垂
直水平転送ゲート３と、水平転送部１０の最終段に接続
され、水平転送部１０によって転送された信号電荷に基
づく信号を検出する信号検出部４とを備えている。

【００１４】撮像部１は受光部１ａと電荷蓄積部１ｂと
を有している。受光部１ａは、入力した光の量に応じて
信号電荷を発生させるマトリックス状の感光素子と、こ
の感光素子で発生した信号電荷を垂直方向に転送するた
めの垂直転送用のＣＣＤとからなる。なお、受光部２の
構造は一般に知られたものであり、特にマトリックス状
の感光素子と垂直転送用のＣＣＤを区別して図示しては
いない。また、電荷蓄積部１ｂは、受光部１ａで発生し
た信号電荷をマトリックスの垂直方向に転送して保持す
るためのマトリックス状のレジスタから構成されてい
る。この電荷蓄積部１ｂも従来のものと同様の構成であ
るので、特に詳細は図示しない。なお、図３には、撮像
部２としてフレーム転送方式のものを示したが、撮像部
２はインタライン方式のものでも良い。

【００１５】垂直水平転送ゲート３は、転送信号が印加
されると、電荷蓄積部２ｂに蓄積された信号電荷を１行
分ずつ水平転送部１０に転送するようになっている。水
平転送部１０は、例えば２相の転送パルスが印加され
て、信号電荷を図の右側から左側に向けて転送するよう
になっている。信号検出部４には、例えば、水平転送部
１０によって転送された信号電荷を電圧に変換する浮動
拡散増幅器（フローティング・ディフュージョン・アン
プリファイヤ；ＦＤＡ）が用いられる。

【００１６】図１は本実施例に係る電荷転送装置として
の水平転送部１０を示す平面図、図２は図１におけるＡ
−Ａ´線断面におけるポテンシャルを示す説明図であ
る。この水平転送部１０は、例えばＰ型の半導体基板に
Ｎ型不純物をドープすることによって形成された転送チ
ャネル１１と、この転送チャネル１１上に酸化シリコン
膜等の絶縁膜を介して形成された第１層の多結晶シリコ
ン層からなるストレージ部駆動用転送電極１２と、転送
チャネル１１およびストレージ部駆動用転送電極１２の
上に酸化シリコン膜等の絶縁膜を介して形成された第２
層の多結晶シリコン層からなるトランスファ部駆動用転
送電極１３とを有している。ストレージ部駆動用転送電
極１２とトランスファ部駆動用転送電極１３は、転送チ
ャネル１１を横切るように短冊状に形成され、且つ互い
に一部が重なるように転送方向に沿って交互に並べられ
ている。ここで、隣り合う１つのストレージ部駆動用転
送電極１２と１つのトランスファ部駆動用転送電極１３
とを１組として、第１相駆動用電極と第２相駆動用電極
が構成され、この第１相駆動用電極と第２相駆動用電極
が交互に配置されている。第１相駆動用電極と第２相駆
動用電極には、それぞれ第１相の水平転送信号Ｈ１と第
２相の水平転送信号Ｈ２が印加され、これにより、信号
電荷が転送チャネル１１内を移動するようになってい
る。

【００１７】転送チャネル１１は、撮像部側（図の上
側）の側部は直線状に形成されると共に反撮像部側の側
部は最終段側（図の左側）における一部が徐々に撮像部
側に近づくように形成されることによって、最終段側の
一部が最終段に向けて幅が徐々に狭くなるように形成さ
れ、且つ最終段が信号検出部４に接続されている。転送
チャネル１１内には、水平転送部小信号ガイド（以下、
ＨＳＳＧという。）１４によって、幅の狭い小信号用チ
ャネル１５が形成されている。本実施例では、この小信
号用チャネル１５は、転送チャネル１１内において撮像
部側の側部に沿って信号検出部４に向けて一直線状に形
成され、最終段が信号検出部４に接続されている。図２
に示したように、ＨＳＳＧ１４は、転送チャネル１１内
に小信号用チャネル１５を形成するために、小信号用チ
ャネル１５に比べてポテンシャルが浅くなるように形成
された部分である。従って、小信号用チャネル１５はＨ
ＳＳＧ１４に比べてポテンシャルが深くなっている。そ
して、通常の信号量の場合には信号電荷は転送チャネル
１１全体によって転送されるが、転送電荷量の少ない小
信号時には信号電荷は小信号用チャネル１５によって転
送されるようになっている。なお、図１および図２にお
いて、符号Ｗ₀ は転送チャネル１１の幅、Ｗ₁は小信号
用チャネル１５の幅を表している。ＨＳＳＧ１４は、例
えば、Ｐ型の半導体基板にＮ型不純物をドープして転送
チャネル１１を形成した場合には、ＨＳＳＧ１４を形成
する部分にＮ型不純物をドープして、小信号用チャネル
１５を形成する部分よりもＮ型不純物の濃度を高くする
ことによって形成される。あるいは、特開平３−５３５
３５号公報に示されるように、小信号用チャネル１５に
対応する部分におけるストレージ部駆動用転送電極１２
の幅のトランスファ部駆動用転送電極１３の幅に対する
比を、他の部分に比べて大きくすることによって、小信
号用チャネル１５を形成しても良い。

【００１８】次に、本実施例に係る固体撮像装置１の動
作について説明する。まず、撮像部２の受光部２ａで
は、入力した光の量に応じて信号電荷が発生し、この信
号電荷は垂直方向に転送された後、電荷蓄積部２ｂにお
いて保持される。電荷蓄積部２ｂに蓄積された画像イメ
ージに対応する信号電荷は、垂直水平転送ゲート３に転
送信号が印加されると、１行分ずつ水平転送部１０に転
送される。水平転送部１０に転送された信号電荷は、ス
トレージ部駆動用転送電極１２とトランスファ部駆動用
転送電極１３に印加される水平転送信号Ｈ１，Ｈ２に応
じて、転送チャネル１１内を移動して、信号検出部４側
へ転送され、信号検出部４において信号電荷に応じた電
圧として信号が検出される。

【００１９】本実施例では、転送チャネル１１内に小信
号用チャネル１５が形成されており、通常の信号量の場
合には信号電荷は転送チャネル１１全体によって転送さ
れるが、転送電荷量の少ない小信号時には信号電荷は幅
の狭い小信号用チャネル１５によって転送される。これ
により、小信号時においては単位面積当たりの信号電荷
密度が上がるため自己誘起電界が増すと共に、チャネル
面積が減少する分トラップの影響が減り、転送効率が向
上される。

【００２０】また、本実施例では、小信号用チャネル１
５が信号検出部４に向けて一直線状に形成されているの
で、小信号用チャネル１５はどのビットでも均一であ
り、転送劣化が起こる部分（チャネルの曲げられた部
分）がなく、小信号時における転送効率がより向上され
る。

【００２１】更に、本実施例では、小信号用チャネル１
５が、転送チャネル１１内において撮像部側の側部に沿
って形成されているので、撮像部２から転送された小信
号時の信号電荷が転送チャネル１１内においてトラップ
に捕獲される確率が減少し、小信号時における転送効率
がより一層向上される。

【００２２】図４は本発明の第２の実施例に係る電荷転
送装置を示す平面図、図５は図４におけるＢ−Ｂ´線断
面におけるポテンシャルを示す説明図である。本実施例
における転送チャネル１１は、最終段側の一部において
幅方向の両側から均等に絞り込まれて、最終段側の一部
が最終段に向けて幅が徐々に狭くなるように形成され、
且つ最終段が信号検出部４に接続されている。また、小
信号用チャネル１５は、転送チャネル１１内の幅方向の
中央部分に、信号検出部４に向けて一直線状に形成され
ている。その他の構成および動作は第１の実施例と同様
である。

【００２３】図６は本発明の第３の実施例に係る電荷転
送装置を示す平面図、図７は図６におけるＣ−Ｃ´線断
面におけるポテンシャルを示す説明図である。本実施例
における転送チャネル１１は、反撮像部側の側部は直線
状に形成されると共に撮像部側の側部は最終段側におけ
る一部が徐々に反撮像部側に近づくように形成されるこ
とによって、最終段側の一部が最終段に向けて幅が徐々
に狭くなるように形成され、且つ最終段が信号検出部４
に接続されている。また、小信号用チャネル１５は、転
送チャネル１１内において反撮像部側の側部に沿って信
号検出部４に向けて一直線状に形成されている。その他
の構成および動作は第１の実施例と同様である。

【００２４】上記の第２の実施例または第３の実施例に
係る電荷転送装置では、これを固体撮像装置１の水平転
送部１０に使用した場合には、図５および図７において
符号３０で示すように、撮像部２から転送された小信号
時の信号電荷がＨＳＳＧ１４を通過して小信号用チャネ
ル１５に到達するため、第１の実施例に比べると、小信
号時の信号電荷がＨＳＳＧ１４内においてトラップに捕
獲される確率が高くなるが、小信号用チャネル１５が信
号検出部４に向けて一直線状に形成されていることによ
る効果は第１の実施例と同様に有する。また、信号検出
部４とは反対側の端部に信号入力部を設け、電荷転送装
置をディレイライン等に使用する場合には、第２の実施
例または第３の実施例に係る電荷転送装置においても小
信号時の信号電荷がＨＳＳＧ１４内においてトラップに
捕獲されることがなくなり、第１ないし第３の各実施例
は同様の効果を奏することになる。

【００２５】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、例えば本発明の電荷転送装置は、固体撮像装置の水
平転送部のみならず、ディレイラインやアナログシフト
レジスタ等としても使用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の電荷
転送装置によれば、転送チャネル内における小信号用チ
ャネルを、信号検出部に向けて一直線状に形成したの
で、小信号時の電荷転送の際における転送劣化が防止さ
れ、小信号時の電荷転送の際における転送効率を向上さ
せることができるという効果がある。

【００２７】また、請求項２記載の固体撮像装置によれ
ば、水平転送部の転送チャネル内における小信号用チャ
ネルを、撮像部側の側部に沿って信号検出部に向けて一
直線状に形成したので、小信号時の電荷転送の際におけ
る転送劣化が防止されると共に、小信号時の信号電荷が
転送チャネル内においてトラップに捕獲される確率が減
少し、小信号時の電荷転送の際における転送効率を向上
させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る電荷転送装置を示
す平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ´線断面におけるポテンシ
ャルを示す説明図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る電荷転送装置を水
平転送部に使用した固体撮像装置の全体構成を表す説明
図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る電荷転送装置を示
す平面図である。

【図５】図４におけるＢ−Ｂ´線断面におけるポテンシ
ャルを示す説明図である。

【図６】本発明の第３の実施例に係る電荷転送装置を示
す平面図である。

【図７】図６におけるＣ−Ｃ´線断面におけるポテンシ
ャルを示す説明図である。

【図８】従来の電荷転送装置を示す平面図である。

【図９】図８におけるＤ−Ｄ´線断面におけるポテンシ
ャルを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 固体撮像装置 ２ 撮像部 ４ 信号検出部 １０ 水平転送部 １１ 転送チャネル １２ ストレージ部駆動用転送電極 １３ トランスファ部駆動用転送電極 １４ 水平転送部小信号ガイド（ＨＳＳＧ） １５ 小信号用チャネル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最終段側の一部が最終段に向けて幅が徐
   々に狭くなるように半導体基板上に形成され、信号電荷
   を転送するための転送チャネルと、 この転送チャネル上に電荷転送方向に沿って並べられ、
   転送チャネル内を通して信号電荷を移動させるための複
   数の電極と、 前記転送チャネルの最終段に接続され、転送チャネル内
   を通して転送された信号電荷に基づく信号を検出する信
   号検出部と、 前記転送チャネル内において前記信号検出部に向けて一
   直線状に形成され、小信号時の信号電荷を転送するため
   の小信号用チャネルとを備えたことを特徴とする電荷転
   送装置。
2. 【請求項２】 光電変換によって信号電荷を蓄積し、こ
   の信号電荷を垂直方向に転送する撮像部と、この撮像部
   の信号電荷転送先に配置され、撮像部より転送された信
   号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、この水平転
   送部の最終段に接続され、水平転送部によって転送され
   た信号電荷に基づく信号を検出する信号検出部とを備え
   た固体撮像装置において、 前記水平転送部は、 撮像部側の側部は直線状に形成されると共に反撮像部側
   の側部は最終段側における一部が徐々に撮像部側に近づ
   くように形成されることによって、最終段側の一部が最
   終段に向けて幅が徐々に狭くなるように半導体基板上に
   形成され、且つ最終段が前記信号検出部に接続され、信
   号電荷を転送するための転送チャネルと、 この転送チャネル上に電荷転送方向に沿って並べられ、
   前記転送チャネル内を通して信号電荷を移動させるため
   の複数の電極と、 前記転送チャネル内において撮像部側の側部に沿って前
   記信号検出部に向けて一直線状に形成され、小信号時の
   信号電荷を転送するための小信号用チャネルとを有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。