JPH09162383A - カラー線形電荷結合素子及びその駆動方法 - Google Patents

カラー線形電荷結合素子及びその駆動方法

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JPH09162383A
JPH09162383A JP8148509A JP14850996A JPH09162383A JP H09162383 A JPH09162383 A JP H09162383A JP 8148509 A JP8148509 A JP 8148509A JP 14850996 A JP14850996 A JP 14850996A JP H09162383 A JPH09162383 A JP H09162383A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各画素間の間隔を縮小してカラー解像度の向
上に適するカラー線形電荷結合素子及びその駆動方法を
提供する。 【構成】 第１導電型の半導体基板に形成された第２導
電型のウェル領域に赤、青、緑用のそれぞれのフォトダ
イオードアレイを平行に並べて配置する。その３列のア
レイの一方の側に沿って第１及び第２ＨＣＣＤシフトレ
ジスタを配置し、他方の側に沿って第３ＨＣＣＤシフト
レジスタを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は撮像装置用カラー線形電
荷結合素子（ＣＣＤ）に係り、特に各画素間の間隔を縮
小してカラー解像度の向上に適するカラー線形電荷結合
素子及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来のカラー線形電荷結合素子を
図面に基づいて説明する。図１は従来のカラー線形ＣＣ
Ｄの構成図である。従来のカラー線形ＣＣＤは光の三原
色、即ち赤色、緑色、青色別に３セットの線形ＣＣＤか
ら構成される。それぞれのＣＣＤセットはフォトダイオ
ードアレイ１、２、３と、前記フォトダイオードアレイ
１、２、３の両側に設けた転送ゲート５と、前記転送ゲ
ート５の上又は下（図面上での方向）に配置した水平Ｃ
ＣＤシフトレジスタ４と、素子の一方側に配置したＦＤ
７と、前記ＦＤ７に連結されたセンス増幅器８とから構
成される。
【０００３】次に、前記構成を有する従来のカラー線形
ＣＣＤの動作を説明する。各フォトダイオードアレイ
１、２、３のそれぞれのフォトダイオードで光電変換さ
れた信号電荷は転送ゲート５がオンすると、前記ＨＣＣ
Ｄシフトレジスタ４へ移動する。フォトダイオードの順
番を奇数番目と偶数番目に分けて、ジグザグ式に上下に
位置したＨＣＣＤシフトレジスタ４にそれぞれ移動させ
る。次に、前記ＨＣＣＤシフトレジスタ４に加えられる
クロックによって一方向に移動させてＦＤ７とセンス増
幅器８によって信号を抽出する。赤色、緑色、青色の三
つの線形ＣＣＤはカラーフィルタを除けば構成が同一で
あるので、動作も同様である。従って、それぞれのセン
ス増幅器８にはそれぞれ赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに該当
する信号が出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来のカラー
線形ＣＣＤはフォトダイオードアレイのそれぞれに２つ
のＨＣＣＤと１つのＦＤ及びセンス増幅器を必要とする
ので、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を抽出するためには、その構造
が黒白用線形ＣＣＤより３倍複雑になり、そしてＲとＧ
との間及びＧとＢとの間の空間にそれぞれ２つの転送ゲ
ート及び２つのＨＣＣＤシフトレジスタが位置するの
で、各フォトダイオードアレイの間の間隔が広くなって
色分離度が垂直方向に悪く現れるという問題点があっ
た。
【０００５】本発明は前記従来のカラー線形電荷結合素
子の問題点を解決するためのもので、その目的は各画素
間の間隔を縮小してカラー解像度の向上に適するように
したカラー線形電荷結合素子及びその駆動方法を提供す
ることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のカラー線形電荷
結合素子は、第１導電型の基板に形成された第２導電型
のウェル領域に赤、青、緑色感知用フォトダイオードア
レイを互いに分離して平行に形成されている。本発明の
ＨＣＣＤシフトレジスタは青と赤用のものを互いに分離
されて平行に赤色感知用フォトダイオードに沿ってその
フォトダイオードから青、赤の順に配置し、緑色用のも
のを緑色感知用フォトダイオードに沿って配置する。そ
れぞれのフォトダイオードアレイで生じた電荷をそれぞ
れのシフトレジスタに転送するための転送ゲートが、緑
色用ＨＣＣＤシフトレジスタと緑色感知用フォトダイオ
ードとの間、青色感知用フォトダイオードと赤色感知用
フォトダイオードとの間、赤色感知用フォトダイオード
と青用ＨＣＣＤシフトレジスタとの間及び青用ＨＣＣＤ
シフトレジスタとの間に設けられている。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のカラー線形電荷結
合素子及びその駆動方法を添付図面に基づいて詳細に説
明する。図２は本発明のカラー線形ＣＣＤの構成図、図
３は本発明のカラー線形ＣＣＤの一部断面で示した拡大
斜視図である。まず、本発明のカラー線形電荷結合素子
の構成について説明する。本発明は、第１導電型の半導
体基板３１に第２導電型のウェル３２を形成させ、その
ウェル３２に赤色感知用、青色感知用及び緑色感知用そ
れぞれの光電変換によって信号電荷を生成するフォトダ
イオードアレイ２３、２４、２５を互いに平行に分離さ
せて形成させてある。これらの３列のアレイを形成させ
て、その３列のアレイの一方の側に、赤色感知用フォト
ダイオードアレイ２３及び青色感知用フォトダイオード
アレイ２４から生成された信号電荷を受けて一定方向に
移動させる第１、２ＨＣＣＤシフトレジスタ２０、２１
を形成させ、３列のアレイの他方の側、すなわち前記緑
色感知用フォトダイオードアレイ２５に沿って、その緑
色感知用フォトダイオードアレイ２５から生成された信
号電荷を受けて一定方向に移動させる第３ＨＣＣＤシフ
トレジスタ２２を形成させてある。
【０００８】青色感知用フォトダイオードアレイ２４と
赤色感知用フォトダイオードアレイ２３との分離領域に
は、加えられるオン、オフ信号によって青色感知用フォ
トダイオードアレイ２４から生成された信号電荷を前記
赤色感知用フォトダイオードアレイ２３領域へ移動させ
る第２転送ゲート２６ｂが設けられている。第２ＨＣＣ
Ｄシフトレジスタ２１と赤色感知用フォトダイオードア
レイ２３の分離領域には、前記青色感知用フォトダイオ
ードアレイ２４又は赤色感知用フォトダイオードアレイ
２３から生成された電荷を前記第２ＨＣＣＤシフトレジ
スタ２１領域へ移動させる第３転送ゲート２６ｃを形成
させてある。さらに、前記第１ＨＣＣＤシフトレジスタ
２０と第２ＨＣＣＤシフトレジスタ２１との分離領域上
には、前記第２ＨＣＣＤシフトレジスタ２１領域へ移動
した赤色感知用フォトダイオードアレイ２３から生成さ
れた電荷を第１ＨＣＣＤシフトレジスタ２０領域へ移動
させる第４転送ゲート２６ｄが形成させてある。一方、
緑色感知用フォトダイオードアレイ２５と前記第３ＨＣ
ＣＤシフトレジスタ２２との分離領域上には、前記緑色
感知用フォトダイオードアレイ２５から生成された電荷
を前記第３ＨＣＣＤシフトレジスタ２２領域へ移動させ
る第１転送ゲート２６ａが形成させてある。また、前記
赤色感知用フォトダイオードアレイ２３の上には、前記
青色感知用フォトダイオードアレイ２４から生成された
電荷の移動を制御するストレージゲート３４が設けられ
ている。それぞれの第１、２、３ＨＣＣＤシフトレジス
タ２０、２１、２２の端部には出力ゲート２８ａ、２８
ｂ、２８ｃと、ＦＤ２９ａ、２９ｂ、２９ｃと、センス
増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃとが配置されている。
【０００９】フォトダイオードアレイ２４と２５の隔離
のために、分離領域には高濃度第２導電型の不純物をイ
オン注入してチャンネルストップ層ＣＳＴ２７を形成す
る。各第１、２、３ＨＣＣＤシフトレジスタ２０、２
１、２２領域上にはポリシリコンからなる電極３３ａ、
３３ｂを交互に形成して、各信号電荷を特定方向に移動
させるようにしている。第１、２、３、４転送ゲート
も、ストレージゲートも同様にポリシリコンで形成して
いる。
【００１０】次に、前記本発明のカラー線形電荷結合素
子の動作を説明する。図中ＴＧは転送ゲートを、ＳＴＧ
ストレージゲートを意味する。図４−図６は本発明のカ
ラー線形ＣＣＤのポテンシャルプロファイル及び動作タ
イミング図である。それぞれのフォトダイオードアレイ
２３、２４、２５で光電変換された信号電荷を、各第
１、２、３ＨＣＣＤシフトレジスタ２０、２１、２２が
駆動されない時、即ちブランキング区間に図５に示すよ
うに、第１、２、３、４転送ゲート２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄを駆動して図４に示すように映像信号電荷
を移動させる。
【００１１】まず、第１、３、４転送ゲート２６ａ、２
６ｃ、２６ｄがオンされると（ｔ1で）電位障壁層が無
くなるので、赤色感知用フォトダイオードアレイ２３で
生成された信号電荷はポテンシャルの差によって第１Ｈ
ＣＣＤシフトレジスタ２０領域へ移動する。このとき、
緑色感知用フォトダイオードアレイ２５で生成された信
号電荷をポテンシャルの差によって第３ＨＣＣＤシフト
レジスト２２領域へ移動する。そして、青色感知用フォ
トダイオードアレイ２４で生成された信号電荷は赤色感
知用フォトダイオードアレイ２３で生成された信号電荷
が第１ＨＣＣＤシフトレジスタ２０領域へ完全に移動し
た後、第１ＨＣＣＤシフトレジスタ２０と第２ＨＣＣＤ
シフトレジスタ２１との分離領域にある第４転送ゲート
２６ｄがオフとなって電位障壁層ができた（ｔ2 で）
後、第２転送ゲート２６ｂがオンとなると、第３転送ゲ
ート２６ｃは既にオンとなっているので、ポテンシャル
差によって第２ＨＣＣＤシフトレジスタ２１領域へ移動
する（ｔ3で）。
【００１２】このとき、赤色感知用フォトダイオードア
レイ２３の上側のストレージゲート３４には赤色感知用
フォトダイオードアレイ２３領域のポテンシャルが青色
感知用フォトダイオードアレイ２４領域のポテンシャル
より大きいようにＤＣバイアスが加えられている。そし
て、緑色感知用フォトダイオードアレイ２５と青色感知
用フォトダイオードアレイ２４との間には電荷隔離層２
７があるので、信号電荷が混ぜられない。
【００１３】前記のようにそれぞれのフォトダイオード
アレイ２３、２４、２５から生成された信号電荷が全て
第１、２、３ＨＣＣＤシフトレジスタ２０、２１、２２
領域へ移動した後、第１、２、３ＨＣＣＤシフトレジス
タ２０、２１、２２の第２、３ポリゲート３３ａ、３３
ｂにクロックが印加されて信号電荷を特定方向に移動さ
せると、それぞれの出力ゲート２８ａ、２８ｂ、２８ｃ
と、ＦＤ２９ｂ、２９ｃと、センス増幅器３０ａ、３０
ｂ、３０ｃとを介してそれぞれの信号を読み出す。この
ように本発明の青色感知用フォトダイオードアレイ２４
を中央に置く理由は、前記第１、２ＨＣＣＤシフトレジ
スタ２０、２１へ信号電荷が移動するとき、上側にある
ストレージゲート３４によってＲ成分が吸収されるのを
防止して色分離度を向上させるためである。
【００１４】
【発明の効果】上述した本発明のカラー線形電荷結合素
子は、ＨＣＣＤシフトレジスタの個数を減らして、素子
の面積及び構造をより簡単にすることができ、それぞれ
のフォトダイオードアレイの間隔を減少させて、しかも
素子の色分離度を大きく向上させるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のカラー線形ＣＣＤの構成図である。
【図２】 本発明のカラー線形ＣＣＤの構成図である。
【図３】 本発明のカラー線形ＣＣＤの垂直断面図であ
る。
【図４】 本発明のカラー線形ＣＣＤのポテンシャル分
布図である。
【図５】 本発明のカラー線形ＣＣＤの動作タイミング
図である。
【図６】 本発明のカラー線形ＣＣＤの動作タイミング
図である。
【符号の説明】
２０ 第１ＨＣＣＤシフトレジスタ ２１ 第２ＨＣＣＤシフトレジスタ ２２ 第３ＨＣＣＤシフトレジスタ ２３ 赤色感知用フォトダイオードアレイ ２４ 青色感知用フォトダイオードアレイ ２５ 緑色感知用フォトダイオードアレイ ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 第１、２、３、４転
送ゲート ２７ チャンネルストップ層 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 出力ゲート ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ ＦＤ ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ センス増幅器 ３１ 第１導電型の半導体基板 ３２ 第２導電型のウェル ３３ａ 第２ポリゲート ３３ｂ 第３ポリゲート ３４ ストレージゲート

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板に形成された第
    ２導電型のウェル領域と、 前記第２導電型のウェルの一定領域に形成された赤色感
    知用フォトダイオードアレイと、前記赤色感知用フォト
    ダイオードアレイに平行に分離して構成される青色感知
    用フォトダイオードアレイ及び緑色感知用フォトダイオ
    ードアレイとからなり、光電変換によって信号電荷を生
    成するフォトダイオードアレイ部と、 前記赤色感知用フォトダイオードアレイの青色感知用フ
    ォトダイオードを形成させた側と反対側にそれぞれ分離
    構成される第１及び第２ＨＣＣＤシフトレジスタと、前
    記緑色感知用フォトダイオードアレイの青色感知用フォ
    トダイオードを形成させた側と反対側に構成される第３
    ＨＣＣＤシフトレジスタとからなり、前記それぞれのフ
    ォトダイオードアレイから生成された信号電荷を受け
    て、その電荷を一定方向に移動させるＨＣＣＤシフトレ
    ジスタと、 前記第３ＨＣＣＤシフトレジスタと前記緑色感知用フォ
    トダイオードアレイとの間、前記青色感知用フォトダイ
    オードアレイと前記赤色感知用フォトダイオードアレイ
    との間、前記赤色感知用フォトダイオードアレイと第２
    ＨＣＣＤシフトレジスタとの間及び第２ＨＣＣＤシフト
    レジスタと第１ＨＣＣＤシフトレジスタとの間にそれぞ
    れ形成させた第１、第２、第３及び第４転送ゲートとを
    有するカラー線形電荷結合素子。
  2. 【請求項２】 第１転送ゲートは緑色感知用フォトダイ
    オードアレイと第３ＨＣＣＤシフトレジスタとの分離領
    域上に位置して、前記緑色感知用フォトダイオードアレ
    イから生成された電荷を前記第３ＨＣＣＤシフトレジス
    タ領域へ移動させることを特徴とする請求項１記載のカ
    ラー線形電荷結合素子。
  3. 【請求項３】 第２転送ゲートは青色感知用フォトダイ
    オードアレイと赤色感知用フォトダイオードアレイとの
    分離領域上に位置して、加えられるオン、オフ信号によ
    って青色感知用フォトダイオードアレイから生成された
    信号電荷を前記赤色感知用フォトダイオードアレイ領域
    へ移動させることを特徴とする請求項１記載のカラー線
    形電荷結合素子。
  4. 【請求項４】 第３転送ゲートは第２ＨＣＣＤシフトレ
    ジスタと赤色感知用フォトダイオードアレイとの分離領
    域上に位置して、前記青色感知用フォトダイオードアレ
    イもしくは赤色感知用フォトダイオードアレイから生成
    された電荷を前記第２ＨＣＣＤシフトレジスタ領域へ移
    動させることを特徴とする請求項１記載のカラー線形電
    荷結合素子。
  5. 【請求項５】 第４転送ゲートは第１ＨＣＣＤシフトレ
    ジスタと第２シフトレジスタとの分離領域上に位置し
    て、前記第２ＨＣＣＤシフトレジスタ領域に移動された
    赤色感知用フォトダイオードアレイから生成された電荷
    を第１ＨＣＣＤシフトレジスタ領域へ移動させることを
    特徴とする請求項１記載のカラー線形電荷結合素子。
  6. 【請求項６】 赤色感知用フォトダイオードアレイ上に
    は青色感知用フォトダイオードアレイから生成された電
    荷の移動を制御するためのストレージゲートがさらに備
    えられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記
    載のカラー線形電荷結合素子。
  7. 【請求項７】 青色感知用フォトダイオードアレイと緑
    色感知用フォトダイオードアレイは高濃度第２導電型の
    不純物をイオン注入して形成するチャンネルストップ層
    によって互いに隔離されることを特徴とする請求項１記
    載のカラー線形電荷結合素子。
  8. 【請求項８】 赤色感知用フォトダイオードアレイと、
    その赤色感知用フォトダイオードアレイに平行にかつ分
    離して形成される青色感知用フォトダイオードアレイ及
    び緑色感知用フォトダイオードアレイとからなり、光電
    変換によって信号電荷を生成するフォトダイオードアレ
    イ部と、 前記赤色感知用フォトダイオードアレイの一方の側に沿
    ってそれぞれ分離構成される第１及び第２ＨＣＣＤシフ
    トレジスタと、前記緑色感知用フォトダイオードアレイ
    の一方の側に沿って構成される第３ＨＣＣＤシフトレジ
    スタとからなり、前記それぞれのフォトダイオードアレ
    イから生成された信号電荷を受けて一定方向に移動させ
    るＨＣＣＤシフトレジスタ部と、 前記それぞれの分離領域上に構成され、前記フォトダイ
    オードアレイ部から生成された信号電荷を前記第１、
    ２、３ＨＣＣＤシフトレジスタへ移動させる第１、２、
    ３、４転送ゲートとを含んでなるカラー線形電荷結合素
    子の駆動方法において、 前記第１、３、４転送ゲートの駆動によって赤色感知用
    フォトダイオードアレイから生成された信号電荷を第２
    ＨＣＣＤシフトレジスタ領域を経て第１ＨＣＣＤシフト
    レジスタ領域へ移動させるとともに、緑色感知用フォト
    ダイオードアレイから生成された信号電荷を第３ＨＣＣ
    Ｄシフトレジスタ領域へ移動させ、それらの移動の後、
    第４転送ゲートをオフにし、第２転送ゲートをオンとし
    て、青色感知用フォトダイオードアレイから生成された
    信号電荷を赤色感知用フォトダイオードアレイ領域を経
    て第２ＨＣＣＤシフトレジスタ領域へ移動させることを
    特徴とするカラー線形電荷結合素子の駆動方法。
JP8148509A 1995-12-11 1996-05-21 カラー線形電荷結合素子 Expired - Lifetime JP2905806B2 (ja)

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