JPH09307816A - Ｃｃｄ - Google Patents
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- JPH09307816A JPH09307816A JP9005970A JP597097A JPH09307816A JP H09307816 A JPH09307816 A JP H09307816A JP 9005970 A JP9005970 A JP 9005970A JP 597097 A JP597097 A JP 597097A JP H09307816 A JPH09307816 A JP H09307816A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
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- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
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- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14806—Structural or functional details thereof
- H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L27/14—Devices 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
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- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76833—Buried channel CCD
- H01L29/76841—Two-Phase CCD
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のようなシフトゲートを無くしてフォトダ
イオードと電荷移送部との接続構造を簡単にし、信号電
荷の移送方法を改善する。 【解決手段】各フォトダイオード４１−１，・・・４１
−ｎの電荷出口上から、電荷移送部４３に形成されたＮ
領域上にかけて絶縁膜を介して第１シフト電極Ｐ１を形
成する。電荷移送部４３の各Ｎ領域間にはＮ- 領域を形
成し、Ｎ- 領域上であって各第１シフト電極Ｐ１間に第
２シフト電極Ｐ２を形成する。そして、第１シフト電極
Ｐ１にのみ＋電位のパルスを印加することにより各フォ
トダイオードと第１シフト電極Ｐ１間にチャンネルが形
成され、Ｎ領域に電位ウェルが形成され、電荷がＮ領域
に移送される。
イオードと電荷移送部との接続構造を簡単にし、信号電
荷の移送方法を改善する。 【解決手段】各フォトダイオード４１−１，・・・４１
−ｎの電荷出口上から、電荷移送部４３に形成されたＮ
領域上にかけて絶縁膜を介して第１シフト電極Ｐ１を形
成する。電荷移送部４３の各Ｎ領域間にはＮ- 領域を形
成し、Ｎ- 領域上であって各第１シフト電極Ｐ１間に第
２シフト電極Ｐ２を形成する。そして、第１シフト電極
Ｐ１にのみ＋電位のパルスを印加することにより各フォ
トダイオードと第１シフト電極Ｐ１間にチャンネルが形
成され、Ｎ領域に電位ウェルが形成され、電荷がＮ領域
に移送される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ(Charge-co
upled device: 電荷結合素子) に係り、特に高速線形Ｃ
ＣＤに適宜にフォトダイオードと電荷移送部の連結部位
の構造及び信号電荷の移送方法を改善する技術に関す
る。
upled device: 電荷結合素子) に係り、特に高速線形Ｃ
ＣＤに適宜にフォトダイオードと電荷移送部の連結部位
の構造及び信号電荷の移送方法を改善する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤは、入射光を光電変換し、光電変
換された電荷を半導体表面の近傍に形成された電位ウェ
ルに蓄積しつつ、ゲート電極にパルス電圧を加えてこの
電位ウェル内の電荷を移送する撮像素子である。従来の
ＣＣＤの概略的なレイアウトの一例を図６に示す。
換された電荷を半導体表面の近傍に形成された電位ウェ
ルに蓄積しつつ、ゲート電極にパルス電圧を加えてこの
電位ウェル内の電荷を移送する撮像素子である。従来の
ＣＣＤの概略的なレイアウトの一例を図６に示す。
【０００３】この従来のＣＣＤは、入射光を光電変換す
る複数のフォトダイオード１０からなるフォトダイオー
ドアレイ(PHOTO-Diode-Array) と、該フォトダイオード
アレイの両側に位置したポリシリコンからなる電荷移送
部１３、１４と、各フォトダイオード１０に生じた電荷
を電荷移送部１３、１４に移すためのポリシリコンから
なるシフトゲート１１、１２と、電荷移送部１３、１４
から伝達される電荷を出力端子に送り出す出力ゲート１
５と、フローティング状態で伝達される電荷を受けてセ
ンスアンプ１７に送り出すＦＤ(Floating Diffusion)１
６と、を備えている。
る複数のフォトダイオード１０からなるフォトダイオー
ドアレイ(PHOTO-Diode-Array) と、該フォトダイオード
アレイの両側に位置したポリシリコンからなる電荷移送
部１３、１４と、各フォトダイオード１０に生じた電荷
を電荷移送部１３、１４に移すためのポリシリコンから
なるシフトゲート１１、１２と、電荷移送部１３、１４
から伝達される電荷を出力端子に送り出す出力ゲート１
５と、フローティング状態で伝達される電荷を受けてセ
ンスアンプ１７に送り出すＦＤ(Floating Diffusion)１
６と、を備えている。
【０００４】次に、この線形ＣＣＤの動作について説明
する。シフトゲート１１またはシフトゲート１２がオン
した時、フォトダイオード１０により光電変換された信
号（電荷）は、奇数、偶数に分かれてジグザグ状に電荷
移送部１３、１４に移送される。すなわち、仮に奇数フ
ォトダイオードの電荷が電荷移送部１３に送り出されれ
ば、偶数のものはその逆に電荷移送部１４に送り出され
る。
する。シフトゲート１１またはシフトゲート１２がオン
した時、フォトダイオード１０により光電変換された信
号（電荷）は、奇数、偶数に分かれてジグザグ状に電荷
移送部１３、１４に移送される。すなわち、仮に奇数フ
ォトダイオードの電荷が電荷移送部１３に送り出されれ
ば、偶数のものはその逆に電荷移送部１４に送り出され
る。
【０００５】電荷移送部１３、１４には電位ウェルが形
成され、各フォトダイオード１０から送り出された電荷
が電位ウェルに蓄積される。この電位ウェルに蓄積され
た電荷は、電荷移送部１３、１４のクロックにより出力
ゲート１５方向に移送され、、ＦＤ１６とセンスアンプ
１７とを介して出力される。図７は図６において点線で
示すＡＡ部のレイアウトを示す図である。また、図８
（Ａ）は，図７においてIII −III 線で切断したときの
断面を模式的に示す断面図であり、図８（Ｂ）は、図８
（Ａ）の断面における電位状態を示す。
成され、各フォトダイオード１０から送り出された電荷
が電位ウェルに蓄積される。この電位ウェルに蓄積され
た電荷は、電荷移送部１３、１４のクロックにより出力
ゲート１５方向に移送され、、ＦＤ１６とセンスアンプ
１７とを介して出力される。図７は図６において点線で
示すＡＡ部のレイアウトを示す図である。また、図８
（Ａ）は，図７においてIII −III 線で切断したときの
断面を模式的に示す断面図であり、図８（Ｂ）は、図８
（Ａ）の断面における電位状態を示す。
【０００６】図８（Ａ）において、Ｎ型領域２０はＰ型
半導体基板３０にチャネルストップ層２６とシフトゲー
ト１１の一端を境界とした領域内でＰ−Ｎ接合をなして
いる。このＮ型領域２０とその上のＰ+ 領域とが図６及
び図７のフォトダイオード（フォトセル）１０に対応す
る。そして電荷移送部１３領域には、シフト電極２３
（Ｐ１、Ｐ２）が、Ｎ型にドープされた半導体基板３０
領域上に絶縁層３１を挟んでそれぞれ形成されており、
このシフト電極２３とＮ型領域２０との間にシフトゲー
ト１１もやはり絶縁層３１を挟んで半導体基板３０上に
形成されている。また、チャネルストップ層２６’はシ
フト電極２３の他端に形成されており、Ｎ型領域２０以
外の部分は遮光膜３２で覆われている。
半導体基板３０にチャネルストップ層２６とシフトゲー
ト１１の一端を境界とした領域内でＰ−Ｎ接合をなして
いる。このＮ型領域２０とその上のＰ+ 領域とが図６及
び図７のフォトダイオード（フォトセル）１０に対応す
る。そして電荷移送部１３領域には、シフト電極２３
（Ｐ１、Ｐ２）が、Ｎ型にドープされた半導体基板３０
領域上に絶縁層３１を挟んでそれぞれ形成されており、
このシフト電極２３とＮ型領域２０との間にシフトゲー
ト１１もやはり絶縁層３１を挟んで半導体基板３０上に
形成されている。また、チャネルストップ層２６’はシ
フト電極２３の他端に形成されており、Ｎ型領域２０以
外の部分は遮光膜３２で覆われている。
【０００７】次に、このＣＣＤの動作について説明す
る。シフトゲート１１、１２に信号電圧が印加されたと
き、図８（Ｂ）に示すように、シフトゲート１１の下部
の電位２１’が点線で示すように低下し、Ｎ型領域２０
に蓄積された電荷（斜線部）がＮ型領域２０’からシフ
トゲート１１の下部を通過してシフト電極２３により形
成されたウェル２３’に移送される。Ｎ型領域２０の電
荷がシフト電極２３の下部のウェル２３’に移送された
後は、直ちにシフトゲート２１の印加電圧をローにして
電荷の通路を遮断する。
る。シフトゲート１１、１２に信号電圧が印加されたと
き、図８（Ｂ）に示すように、シフトゲート１１の下部
の電位２１’が点線で示すように低下し、Ｎ型領域２０
に蓄積された電荷（斜線部）がＮ型領域２０’からシフ
トゲート１１の下部を通過してシフト電極２３により形
成されたウェル２３’に移送される。Ｎ型領域２０の電
荷がシフト電極２３の下部のウェル２３’に移送された
後は、直ちにシフトゲート２１の印加電圧をローにして
電荷の通路を遮断する。
【０００８】通常、シフト電極２３の電極Ｐ１、Ｐ２の
うち、一方には０Ｖ（又はロー）が印加され、もう一方
には、＋（Ｈ又はハイ）の電圧が印加される。すなわ
ち、シフト電極Ｐ１、Ｐ２には、夫々、ハイ−ローを繰
り返すクロックパルスが印加され、電荷が出力側に移送
される。言い換えれば、Ｎ型領域２０からシフト電極２
３の下のウェル２３’に電荷を移送するためには、シフ
トゲート２１にクロックが印加されない状態（遮断され
た状態）において、フォトダイード２０の電荷出口に位
置したシフト電極にハイ（＋Ｖ）電圧を印加して電位ウ
ェルを深く掘って置き、シフトゲート１１にハイパルス
を印加すれば、シフトゲート１１の下部の電荷通路が開
いて（ターンオンの状態）フォトダイオード２０に蓄え
られた電荷がフォトダイオードの出口側に当接する電荷
移送部１３の該当シフト電極の下部の電荷ウェルに移送
される。
うち、一方には０Ｖ（又はロー）が印加され、もう一方
には、＋（Ｈ又はハイ）の電圧が印加される。すなわ
ち、シフト電極Ｐ１、Ｐ２には、夫々、ハイ−ローを繰
り返すクロックパルスが印加され、電荷が出力側に移送
される。言い換えれば、Ｎ型領域２０からシフト電極２
３の下のウェル２３’に電荷を移送するためには、シフ
トゲート２１にクロックが印加されない状態（遮断され
た状態）において、フォトダイード２０の電荷出口に位
置したシフト電極にハイ（＋Ｖ）電圧を印加して電位ウ
ェルを深く掘って置き、シフトゲート１１にハイパルス
を印加すれば、シフトゲート１１の下部の電荷通路が開
いて（ターンオンの状態）フォトダイオード２０に蓄え
られた電荷がフォトダイオードの出口側に当接する電荷
移送部１３の該当シフト電極の下部の電荷ウェルに移送
される。
【０００９】信号電荷の電荷移送部１３への移送が完了
したとき、シフトゲート１１はオフし、フォトダイオー
ド１０と電荷移送部１３間のチャネルが隔離され、電荷
移送部クロックがシフト電極２３に印加され、信号電荷
が出力ゲート１５及びＦＤ１６方向に移動する。
したとき、シフトゲート１１はオフし、フォトダイオー
ド１０と電荷移送部１３間のチャネルが隔離され、電荷
移送部クロックがシフト電極２３に印加され、信号電荷
が出力ゲート１５及びＦＤ１６方向に移動する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＣＣＤでは、フォトダイオードアレイと、そ
の両側の電荷移送部１３、１４と、の間に備えられた二
つのシフトゲート１１、１２により電荷を送り出すよう
にしているので、構造が複雑でとなる。また、シフトゲ
ート１１、１２を備えているので、シフトゲート１１、
１２にパルスが印加されるようにＣＣＤパッケージに外
部ピンを設けなければならないといった不便な点もあ
る。
うな従来のＣＣＤでは、フォトダイオードアレイと、そ
の両側の電荷移送部１３、１４と、の間に備えられた二
つのシフトゲート１１、１２により電荷を送り出すよう
にしているので、構造が複雑でとなる。また、シフトゲ
ート１１、１２を備えているので、シフトゲート１１、
１２にパルスが印加されるようにＣＣＤパッケージに外
部ピンを設けなければならないといった不便な点もあ
る。
【００１１】また、電荷移送部１３、１４のクロックパ
ルスには、０ないし＋ＨＶ間の電圧が用いられるので、
電荷移送部１３、１４のチャネルの表面が蓄積状態とな
らず、表面から漏れ電荷が流れるといった不都合な点が
ある。また、ポリシリコンをシフトゲートとして使うの
で電荷移送部１３、１４のポリシリコンと隔離するため
にフォトダイオード１０と電荷移送部１３、１４間の経
路を長くしなければならず、シフトゲート１１、１２が
オンしたとき、信号電荷が通る距離が長いため、電荷を
送り出すのに長時間を要し、よってイメ−ジラグ(image
lag)現象を起こし易く、これを防止するためには、フォ
トダイオード１０と電荷移送部１３、１４の電位差を大
きくしなければならないといった不都合な点もあった。
ルスには、０ないし＋ＨＶ間の電圧が用いられるので、
電荷移送部１３、１４のチャネルの表面が蓄積状態とな
らず、表面から漏れ電荷が流れるといった不都合な点が
ある。また、ポリシリコンをシフトゲートとして使うの
で電荷移送部１３、１４のポリシリコンと隔離するため
にフォトダイオード１０と電荷移送部１３、１４間の経
路を長くしなければならず、シフトゲート１１、１２が
オンしたとき、信号電荷が通る距離が長いため、電荷を
送り出すのに長時間を要し、よってイメ−ジラグ(image
lag)現象を起こし易く、これを防止するためには、フォ
トダイオード１０と電荷移送部１３、１４の電位差を大
きくしなければならないといった不都合な点もあった。
【００１２】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、シフトゲートを備えずにフォトダイオ
ードの電荷出口と電荷移送部とを直接に接続する構造に
して電荷を移送することが可能なＣＣＤを提供すること
を目的とする。
なされたもので、シフトゲートを備えずにフォトダイオ
ードの電荷出口と電荷移送部とを直接に接続する構造に
して電荷を移送することが可能なＣＣＤを提供すること
を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかるＣＣＤは、光信号を電荷に変換するフォトダ
イオードを並べたフォトダイオード列と、該フォトダイ
オードの電荷を、出力側に移送する電荷移送部と、を備
え、該電荷移送部は、各フォトダイオードに対応して配
置され、電位ウェルが形成される第１の電位ウェル形成
領域と、前記各フォトダイオードの電荷出口上から該第
１の電位ウェル形成領域上にかけて絶縁膜を介して形成
され、各フォトダイオードと第１の電位ウェル形成領域
との間にチャンネルが形成され、第１の電位ウェル形成
領域に電位ウェルが形成されるように電圧が印加される
第１シフト電極と、前記第１の電位ウェル形成領域間に
配置され、電位ウェルが形成される第２の電位ウェル形
成領域と、該第２の電位ウェル形成領域上に形成され、
第２の電位ウェル形成領域に電位ウェルが形成されるよ
うに電圧が印加される第２シフト電極と、を含めて構成
されている。
明にかかるＣＣＤは、光信号を電荷に変換するフォトダ
イオードを並べたフォトダイオード列と、該フォトダイ
オードの電荷を、出力側に移送する電荷移送部と、を備
え、該電荷移送部は、各フォトダイオードに対応して配
置され、電位ウェルが形成される第１の電位ウェル形成
領域と、前記各フォトダイオードの電荷出口上から該第
１の電位ウェル形成領域上にかけて絶縁膜を介して形成
され、各フォトダイオードと第１の電位ウェル形成領域
との間にチャンネルが形成され、第１の電位ウェル形成
領域に電位ウェルが形成されるように電圧が印加される
第１シフト電極と、前記第１の電位ウェル形成領域間に
配置され、電位ウェルが形成される第２の電位ウェル形
成領域と、該第２の電位ウェル形成領域上に形成され、
第２の電位ウェル形成領域に電位ウェルが形成されるよ
うに電圧が印加される第２シフト電極と、を含めて構成
されている。
【００１４】かかる構成によれば、各フォトダイオード
と第１の電位ウェル形成領域との間にチャンネルが形成
されるように所定の電圧が第１のシフト電極に印加され
たとき、各フォトダイオードで変換された電荷はこのチ
ャンネルを介して第１のシフト電極に蓄えられる。そし
て、夫々、第１のシフト電極、第２のシフト電極を介し
て第１のウェル形成領域、第２の電位ウェル形成領域に
電圧が印加されて電位ウェルが形成され、第１のシフト
電極に蓄えられた電荷が順次、出力側へと移送される。
即ち、従来のようなシフトゲートを備えなくてもフォト
ダイオードの電荷が出力側へと移送される。
と第１の電位ウェル形成領域との間にチャンネルが形成
されるように所定の電圧が第１のシフト電極に印加され
たとき、各フォトダイオードで変換された電荷はこのチ
ャンネルを介して第１のシフト電極に蓄えられる。そし
て、夫々、第１のシフト電極、第２のシフト電極を介し
て第１のウェル形成領域、第２の電位ウェル形成領域に
電圧が印加されて電位ウェルが形成され、第１のシフト
電極に蓄えられた電荷が順次、出力側へと移送される。
即ち、従来のようなシフトゲートを備えなくてもフォト
ダイオードの電荷が出力側へと移送される。
【００１５】請求項２の発明にかかるＣＣＤでは、前記
電荷移送部はフォトダイオード列の両側に配置され、前
記フォトダイオード列は、夫々のフォトダイオードの電
荷出口が両側に配置された電荷移送部に交互に向くよう
に形成されている。かかる構成によれば、各フォトダイ
オードで変換された電荷は、両側に配置された電荷移送
部に出力される。
電荷移送部はフォトダイオード列の両側に配置され、前
記フォトダイオード列は、夫々のフォトダイオードの電
荷出口が両側に配置された電荷移送部に交互に向くよう
に形成されている。かかる構成によれば、各フォトダイ
オードで変換された電荷は、両側に配置された電荷移送
部に出力される。
【００１６】請求項３の発明にかかるＣＣＤでは、前記
第１シフト電極と第２シフト電極とは、側面で絶縁膜を
介して一部重なるように配置されている。かかる構成に
よれば、第１のウェル形成領域に形成された電位ウェ
ル、第２のウェル形成領域に形成された電位ウェル間で
電荷の移送が行われる。請求項４の発明にかかるＣＣＤ
では、前記第１シフト電極と第２シフト電極とに、逆極
性の２相パルスを印加するとともに、フォトダイオード
から第１の電位ウェル形成領域に形成された電位ウェル
に電荷を移す時は第１シフト電極にのみ、チャンネルを
形成するための＋電圧のパルスを印加する電圧制御手段
を備えている。
第１シフト電極と第２シフト電極とは、側面で絶縁膜を
介して一部重なるように配置されている。かかる構成に
よれば、第１のウェル形成領域に形成された電位ウェ
ル、第２のウェル形成領域に形成された電位ウェル間で
電荷の移送が行われる。請求項４の発明にかかるＣＣＤ
では、前記第１シフト電極と第２シフト電極とに、逆極
性の２相パルスを印加するとともに、フォトダイオード
から第１の電位ウェル形成領域に形成された電位ウェル
に電荷を移す時は第１シフト電極にのみ、チャンネルを
形成するための＋電圧のパルスを印加する電圧制御手段
を備えている。
【００１７】かかる構成によれば、電圧制御手段により
第１シフト電極にのみ＋電圧のパルスが印加されたと
き、フォトダイオードと第１のウェル形成領域間にチャ
ンネルが形成され、第１の電位ウェル形成領域に電位ウ
ェルが形成される。従って、フォトダイオードで変換さ
れた電荷が第１の電位ウェル形成領域に形成された電位
ウェルに移送される。
第１シフト電極にのみ＋電圧のパルスが印加されたと
き、フォトダイオードと第１のウェル形成領域間にチャ
ンネルが形成され、第１の電位ウェル形成領域に電位ウ
ェルが形成される。従って、フォトダイオードで変換さ
れた電荷が第１の電位ウェル形成領域に形成された電位
ウェルに移送される。
【００１８】請求項５の発明にかかるＣＣＤでは、前記
第１の電位ウェル形成領域は半導体基板に形成されたＮ
領域であり、第２の電位ウェル形成領域は半導体基板に
形成されたＮ- 領域である。かかる構成によれば、半導
体基板に形成されたＮ領域に、フォトダイオードからの
電荷を蓄えて移送するための電位ウェルが形成され、同
じく半導体基板に形成されたＮ- 領域に電荷を移送する
ための電位ウェルが形成され、電荷は出力側へと移送さ
れる。
第１の電位ウェル形成領域は半導体基板に形成されたＮ
領域であり、第２の電位ウェル形成領域は半導体基板に
形成されたＮ- 領域である。かかる構成によれば、半導
体基板に形成されたＮ領域に、フォトダイオードからの
電荷を蓄えて移送するための電位ウェルが形成され、同
じく半導体基板に形成されたＮ- 領域に電荷を移送する
ための電位ウェルが形成され、電荷は出力側へと移送さ
れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図１〜図５に基づ
き、本発明の望ましい実施の形態を詳述する。尚、図６
〜図８と同一要素のものについては同一符号を付して説
明は省略する。本実施の形態におけるＣＣＤは、図１に
示すように、特にフォトダイオード列４１と、このフォ
トダイオード列４１の両側に形成された電荷移送部４
２、４３と、を含み、図７に示す従来のＣＣＤとはシフ
トゲートの有無、フォトダイオードと電荷移送部４２、
４３の接続部を覆うシフト電極の配列、及びシフト電極
にクロックパルスを印加する方式などにおいて相異なっ
ている。
き、本発明の望ましい実施の形態を詳述する。尚、図６
〜図８と同一要素のものについては同一符号を付して説
明は省略する。本実施の形態におけるＣＣＤは、図１に
示すように、特にフォトダイオード列４１と、このフォ
トダイオード列４１の両側に形成された電荷移送部４
２、４３と、を含み、図７に示す従来のＣＣＤとはシフ
トゲートの有無、フォトダイオードと電荷移送部４２、
４３の接続部を覆うシフト電極の配列、及びシフト電極
にクロックパルスを印加する方式などにおいて相異なっ
ている。
【００２０】図２は、図１のＢＢ部分拡大図であり、こ
の図において、フォトダイオード４１−１、４１−２、
４１−３、・・・、４１−ｎは、フォトダイオード列４
１として半導体基板４０内の領域に一列に配列され、夫
々、交互に配列された電荷出口４２−１、４２−２、・
・・、４２−ｎを備えている。電荷移送部４２、４３に
は、夫々、この電荷出口が１つおきに接続される。例え
ば、電荷移送部４３には、電荷出口４２−１と、１つお
いて次の電荷出口４２−３とが接続される。
の図において、フォトダイオード４１−１、４１−２、
４１−３、・・・、４１−ｎは、フォトダイオード列４
１として半導体基板４０内の領域に一列に配列され、夫
々、交互に配列された電荷出口４２−１、４２−２、・
・・、４２−ｎを備えている。電荷移送部４２、４３に
は、夫々、この電荷出口が１つおきに接続される。例え
ば、電荷移送部４３には、電荷出口４２−１と、１つお
いて次の電荷出口４２−３とが接続される。
【００２１】各電荷出口４２−１、４２−２、・・・、
４２−ｎ上には、後述する絶縁層４５（図４）を介して
第１シフト電極Ｐ１が形成され、第２シフト電極Ｐ２が
各第１シフト電極Ｐ１に隣接して形成されている。即
ち、この第１シフト電極Ｐ１と第２シフト電極Ｐ２とは
対をなして連続的に交互に配列されている。次に、図２
のIII-111 線による断面図、電荷移送部４２、４３の配
線及び電位分布を、夫々、図４、図５に示す。図４に示
すように、第１シフト電極Ｐ１と下部の半導体基板４０
との間にはＮ領域５０−１が形成され、このＮ領域５０
−１と第１シフト電極Ｐ１との間には絶縁膜４５が形成
されている。
４２−ｎ上には、後述する絶縁層４５（図４）を介して
第１シフト電極Ｐ１が形成され、第２シフト電極Ｐ２が
各第１シフト電極Ｐ１に隣接して形成されている。即
ち、この第１シフト電極Ｐ１と第２シフト電極Ｐ２とは
対をなして連続的に交互に配列されている。次に、図２
のIII-111 線による断面図、電荷移送部４２、４３の配
線及び電位分布を、夫々、図４、図５に示す。図４に示
すように、第１シフト電極Ｐ１と下部の半導体基板４０
との間にはＮ領域５０−１が形成され、このＮ領域５０
−１と第１シフト電極Ｐ１との間には絶縁膜４５が形成
されている。
【００２２】また、図５に示すように、第２シフト電極
Ｐ２と下部の半導体基板４０との間にはＮ- 領域５０−
２が形成され、Ｎ- 領域５０−２と第２シフト電極Ｐ２
との間についても、同様に絶縁膜４５が形成されてい
る。即ち、電荷移送部４３は、多数の第１シフト電極Ｐ
１と第２シフト電極との対、Ｎ領域５０−１とＮ- 領域
５０−２、及び該電極と領域とを絶縁する絶縁膜４５を
備えている。
Ｐ２と下部の半導体基板４０との間にはＮ- 領域５０−
２が形成され、Ｎ- 領域５０−２と第２シフト電極Ｐ２
との間についても、同様に絶縁膜４５が形成されてい
る。即ち、電荷移送部４３は、多数の第１シフト電極Ｐ
１と第２シフト電極との対、Ｎ領域５０−１とＮ- 領域
５０−２、及び該電極と領域とを絶縁する絶縁膜４５を
備えている。
【００２３】図５に示すように、第１シフト電極Ｐ１と
第２シフト電極Ｐ２とは対をなしてクロックパルスライ
ンＨ０１、Ｈ０２に接続される。例えば、フォトダイオ
ード４１−１の出口側に形成された第１シフト電極Ｐ１
と第２シフト電極Ｐ２の対がクロックパルスラインＨ０
１に接続され、その隣の対がクロックパルスラインＨ０
２に接続される。もう一方の電荷移送部４２にもフォト
ダイオードの出口側に形成された第１シフト電極Ｐ１と
第２シフト電極Ｐ２との対がクロックパルスラインＨ０
１に接続され、その隣の対がクロックパルスラインＨ０
２に接続される。このクロックパルスラインＨ０１、Ｈ
０２は、電圧制御手段としての電圧制御部６０に接続さ
れている。尚、この接続状態については、システムの設
計時にクロックラインを変えて接続するようにしても良
い。
第２シフト電極Ｐ２とは対をなしてクロックパルスライ
ンＨ０１、Ｈ０２に接続される。例えば、フォトダイオ
ード４１−１の出口側に形成された第１シフト電極Ｐ１
と第２シフト電極Ｐ２の対がクロックパルスラインＨ０
１に接続され、その隣の対がクロックパルスラインＨ０
２に接続される。もう一方の電荷移送部４２にもフォト
ダイオードの出口側に形成された第１シフト電極Ｐ１と
第２シフト電極Ｐ２との対がクロックパルスラインＨ０
１に接続され、その隣の対がクロックパルスラインＨ０
２に接続される。このクロックパルスラインＨ０１、Ｈ
０２は、電圧制御手段としての電圧制御部６０に接続さ
れている。尚、この接続状態については、システムの設
計時にクロックラインを変えて接続するようにしても良
い。
【００２４】そして、フォトダイオード４１列と電荷移
送部４３との外側にはＰ+ 型のチャネルストップ領域４
６、４６’が形成され、遮光膜４７は各フォトダイオー
ドの受光部以外の領域を覆うように、絶縁膜４５を介し
て形成されている。次に、図３〜図５に基づいて動作を
説明する。入射光は、フォトダイオード４１−１によっ
て光電変換され、フォトダイオード４１−１に電荷が蓄
積される。この電荷（映像信号）は、図３に示すように
電荷移送部クロックがブランキング期間T1〜T4中で＋の
パルスが印加されることにより電荷移送部４２、４３に
移送される。
送部４３との外側にはＰ+ 型のチャネルストップ領域４
６、４６’が形成され、遮光膜４７は各フォトダイオー
ドの受光部以外の領域を覆うように、絶縁膜４５を介し
て形成されている。次に、図３〜図５に基づいて動作を
説明する。入射光は、フォトダイオード４１−１によっ
て光電変換され、フォトダイオード４１−１に電荷が蓄
積される。この電荷（映像信号）は、図３に示すように
電荷移送部クロックがブランキング期間T1〜T4中で＋の
パルスが印加されることにより電荷移送部４２、４３に
移送される。
【００２５】即ち、ブランキング期間T1〜T4の最初の時
刻T1〜T2では、クロックパルスラインＨ０１に０Ｖ、ク
ロックパルスラインＨ０２に−ＨＶの電位が印加され
る。フォトダイオード４１−１とＮ領域５０−１との間
の経路には第１シフト電極Ｐ１に０Ｖの電圧が印加さ
れ、図４（Ｂ）に示すようにポテンシャル段差２が残
る。この状態で時刻T2〜T3において、クロックパルスラ
インＨ０１には＋ＫＶ電圧が印加され、クロックパルス
ラインＨ０２には−ＨＶの電圧が印加され、フォトダイ
オード４１−１とＮ領域５０−１間には、チャンネルが
形成されて破線で示すように電荷の通路が形成される。
そして、電荷移送部４２、４３のポテンシャルがフォト
ダイオード４１−１のポテンシャルより低くなり、フォ
トダイオード４１−１の電荷はＮ領域５０−１に移送さ
れる。
刻T1〜T2では、クロックパルスラインＨ０１に０Ｖ、ク
ロックパルスラインＨ０２に−ＨＶの電位が印加され
る。フォトダイオード４１−１とＮ領域５０−１との間
の経路には第１シフト電極Ｐ１に０Ｖの電圧が印加さ
れ、図４（Ｂ）に示すようにポテンシャル段差２が残
る。この状態で時刻T2〜T3において、クロックパルスラ
インＨ０１には＋ＫＶ電圧が印加され、クロックパルス
ラインＨ０２には−ＨＶの電圧が印加され、フォトダイ
オード４１−１とＮ領域５０−１間には、チャンネルが
形成されて破線で示すように電荷の通路が形成される。
そして、電荷移送部４２、４３のポテンシャルがフォト
ダイオード４１−１のポテンシャルより低くなり、フォ
トダイオード４１−１の電荷はＮ領域５０−１に移送さ
れる。
【００２６】電荷が電荷移送部４２、４３に移送された
後の時刻T3〜T4では、時刻T1〜T2と同じようにクロック
パルスラインＨ０１に０Ｖ、クロックパルスラインＨ０
２に−ＨＶの電位が印加され、フォトダイオード４１−
１とＮ領域５０−１間の通路にポテンシャル段差２が再
び形成され、フォトダイオード４１−１と電荷移送部４
２、４３との間が遮断される。
後の時刻T3〜T4では、時刻T1〜T2と同じようにクロック
パルスラインＨ０１に０Ｖ、クロックパルスラインＨ０
２に−ＨＶの電位が印加され、フォトダイオード４１−
１とＮ領域５０−１間の通路にポテンシャル段差２が再
び形成され、フォトダイオード４１−１と電荷移送部４
２、４３との間が遮断される。
【００２７】この時刻T3〜T4では、図５（Ｂ）に示すよ
うにフォトダイオード出口側の第１シフト電極Ｐ１の下
部のＮ領域５０−１に生成された電位ウェルが最も低く
なる。次いで、ブランキング期間が完了した時刻T4か
ら、図３に示すように０Ｖから−ＨＶまでの電位を有す
る波形のクロックパルスが印加される。
うにフォトダイオード出口側の第１シフト電極Ｐ１の下
部のＮ領域５０−１に生成された電位ウェルが最も低く
なる。次いで、ブランキング期間が完了した時刻T4か
ら、図３に示すように０Ｖから−ＨＶまでの電位を有す
る波形のクロックパルスが印加される。
【００２８】時刻T4では、クロックサイクルが変わって
クロックパルスラインＨ０１が−ＨＶとなり、クロック
パルスラインＨ０２が０Ｖとなり、最も電位が低いウェ
ルは、図５（Ｃ）に示すように出力ゲート１５側に移動
し、電荷は最も低い電位ウェルの移動に伴って移送され
る。この動作は、クロックパルスが変わる度に繰り返し
行われ、電荷は出力ゲート１５へと移送され、ＦＤ１６
を介してセンスアンプ１７に出力される。そして、この
電荷による信号はセンスアンプ１７により増幅され、映
像信号として出力される。
クロックパルスラインＨ０１が−ＨＶとなり、クロック
パルスラインＨ０２が０Ｖとなり、最も電位が低いウェ
ルは、図５（Ｃ）に示すように出力ゲート１５側に移動
し、電荷は最も低い電位ウェルの移動に伴って移送され
る。この動作は、クロックパルスが変わる度に繰り返し
行われ、電荷は出力ゲート１５へと移送され、ＦＤ１６
を介してセンスアンプ１７に出力される。そして、この
電荷による信号はセンスアンプ１７により増幅され、映
像信号として出力される。
【００２９】かかる構成によれば、第１シフト電極Ｐ１
がシフトゲートの機能を有することにより、シフトゲー
トがなくなるので構造が簡単になり、フォトダイオード
と電荷移送部４２、４３間の経路を短くすることもで
き、信号電荷を迅速に移送することができ、外部ピンの
数が減り、パッケージの構造も簡単になる。また、信号
電荷を電荷移送部４２、４３に移送する際、最も電位が
低い電位ウェルに信号電荷が移送されるので、フォトダ
イオードとの電位段差を大きくして（内部電気場が大き
くなる）イメージ遅延特性を改善しうる。
がシフトゲートの機能を有することにより、シフトゲー
トがなくなるので構造が簡単になり、フォトダイオード
と電荷移送部４２、４３間の経路を短くすることもで
き、信号電荷を迅速に移送することができ、外部ピンの
数が減り、パッケージの構造も簡単になる。また、信号
電荷を電荷移送部４２、４３に移送する際、最も電位が
低い電位ウェルに信号電荷が移送されるので、フォトダ
イオードとの電位段差を大きくして（内部電気場が大き
くなる）イメージ遅延特性を改善しうる。
【００３０】さらに、電荷移送部が動作する際、蓄積モ
ードとして動作するので表面に電荷が発生するのを抑制
し、漏れ電流を減らすことができる。
ードとして動作するので表面に電荷が発生するのを抑制
し、漏れ電流を減らすことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかるＣＣＤによれば、従来のＣＣＤに比べてシフトゲ
ートがないので構造が簡単になり、フォトダイオードと
電荷移送部の接続通路が短くなり、信号電荷を迅速に移
送することができる。また、シフトゲート用の外部ピン
が無くなるのでパッケージの構造が簡単になる。のみな
らず、信号電荷を電荷移送部に移送する際、第１シフト
電極下部の最もポテンシャルの低い電位ウェルに電荷が
移送されるので、内部電気場が大きくなりフォトダイオ
ードとの電位段差を大きくしてイメージ遅延特性を改善
しうる。さらに、電荷移送部が動作する際、蓄積モード
として動作するので表面発生電荷を抑制して漏れ電流を
減らすことができる。
かかるＣＣＤによれば、従来のＣＣＤに比べてシフトゲ
ートがないので構造が簡単になり、フォトダイオードと
電荷移送部の接続通路が短くなり、信号電荷を迅速に移
送することができる。また、シフトゲート用の外部ピン
が無くなるのでパッケージの構造が簡単になる。のみな
らず、信号電荷を電荷移送部に移送する際、第１シフト
電極下部の最もポテンシャルの低い電位ウェルに電荷が
移送されるので、内部電気場が大きくなりフォトダイオ
ードとの電位段差を大きくしてイメージ遅延特性を改善
しうる。さらに、電荷移送部が動作する際、蓄積モード
として動作するので表面発生電荷を抑制して漏れ電流を
減らすことができる。
【００３２】請求項２の発明にかかるＣＣＤによれば、
各フォトダイオードで変換された電荷を交互に移送する
ことができ、また、第１シフト電極、第２シフト電極を
無理なく並べることができる。請求項３の発明にかかる
ＣＣＤによれば、第１のウェル形成領域に形成された電
位ウェル、第２のウェル形成領域に形成された電位ウェ
ル間の電位差が大きくなり、電荷の移送をスムーズに行
うことができる。
各フォトダイオードで変換された電荷を交互に移送する
ことができ、また、第１シフト電極、第２シフト電極を
無理なく並べることができる。請求項３の発明にかかる
ＣＣＤによれば、第１のウェル形成領域に形成された電
位ウェル、第２のウェル形成領域に形成された電位ウェ
ル間の電位差が大きくなり、電荷の移送をスムーズに行
うことができる。
【００３３】請求項４の発明にかかるＣＣＤによれば、
フォトダイオード、第１の電位ウェル形成領域間にチャ
ンネルを形成することができる。請求項５の発明にかか
るＣＣＤによれば、Ｎ領域、Ｎ- 領域に電位ウェルを形
成してフォトダイオードの電荷を蓄え、電荷を出力側へ
移送することができる。
フォトダイオード、第１の電位ウェル形成領域間にチャ
ンネルを形成することができる。請求項５の発明にかか
るＣＣＤによれば、Ｎ領域、Ｎ- 領域に電位ウェルを形
成してフォトダイオードの電荷を蓄え、電荷を出力側へ
移送することができる。
【図１】本発明のＣＣＤの実施の形態を示すレイアウト
図。
図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】図１のシフト電極に印加されるクロック波形
図。
図。
【図４】図２のVI−VI線切断断面図。
【図５】図１の電荷移送部の電位分布図。
【図６】従来のＣＣＤのレイアウト図。
【図７】図７のＡＡ部の詳細図。
【図８】図８のIII −III 線切断断面図。
１７ センスアンプ ４０ 半導体基板 ４１ フォトダイオード列 ４１−１、４１−２、４１−３、・・・、４１−ｎ フ
ォトダイオード ４２、４３ 電荷移送部 ４６、４６’ チャネルストップ領域 ４７ 遮光膜
ォトダイオード ４２、４３ 電荷移送部 ４６、４６’ チャネルストップ領域 ４７ 遮光膜
Claims (5)
- 【請求項１】光信号を電荷に変換するフォトダイオード
を並べたフォトダイオード列と、 該フォトダイオードの電荷を、出力側に移送する電荷移
送部と、を備え、 該電荷移送部は、 各フォトダイオードに対応して配置され、電位ウェルが
形成される第１の電位ウェル形成領域と、 前記各フォトダイオードの電荷出口上から該第１の電位
ウェル形成領域上にかけて絶縁膜を介して形成され、各
フォトダイオードと第１の電位ウェル形成領域との間に
チャンネルが形成され、第１の電位ウェル形成領域に電
位ウェルが形成されるように電圧が印加される第１シフ
ト電極と、 前記第１の電位ウェル形成領域間に配置され、電位ウェ
ルが形成される第２の電位ウェル形成領域と、 該第２の電位ウェル形成領域上に形成され、第２の電位
ウェル形成領域に電位ウェルが形成されるように電圧が
印加される第２シフト電極と、を含めて構成されたこと
を特徴とするＣＣＤ。 - 【請求項２】前記電荷移送部はフォトダイオード列の両
側に配置され、 前記フォトダイオード列は、夫々のフォトダイオードの
電荷出口が両側に配置された電荷移送部に交互に向くよ
うに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣ
Ｄ。 - 【請求項３】前記第１シフト電極と第２シフト電極と
は、側面で絶縁膜を介して一部重なるように配置された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣＣ
Ｄ。 - 【請求項４】前記第１シフト電極と第２シフト電極と
に、逆極性の２相パルスを印加するとともに、フォトダ
イオードから第１の電位ウェル形成領域に形成された電
位ウェルに電荷を移す時は第１シフト電極にのみ、チャ
ンネルを形成するための＋電圧のパルスを印加する電圧
制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３
のいずれか１つに記載のＣＣＤ。 - 【請求項５】前記第１の電位ウェル形成領域は半導体基
板に形成されたＮ領域であり、第２の電位ウェル形成領
域は半導体基板に形成されたＮ- 領域であることを特徴
とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＣＣ
Ｄ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960000982A KR100541712B1 (ko) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 선형ccd촬상소자 |
| KR982/1996 | 1996-01-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09307816A true JPH09307816A (ja) | 1997-11-28 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3072505B2 (ja) |
| KR (1) | KR100541712B1 (ja) |
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| JP2002110958A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-04-12 | Nec Kyushu Ltd | リニアセンサ及びその駆動方法 |
| US6618088B1 (en) | 1998-02-06 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Charge transfer device having three pixel rows arranged adjacently to each other |
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| WO2008133016A1 (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | 光センサ及び表示装置 |
| DE102007056263A1 (de) | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Siegfried Generics International Ag | Dosiervorrichtung zur Inhalierung einer pulverförmigen Substanz |
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| US4117514A (en) * | 1977-02-14 | 1978-09-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid state imaging device |
| US4174528A (en) * | 1978-06-30 | 1979-11-13 | International Business Machines Corporation | Exposure control for document scanner arrays |
| JPS5778167A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Toshiba Corp | Charge transfer area image sensor |
| JPS5875382A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-05-07 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| JPS5916472A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-27 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
| JPH0712079B2 (ja) * | 1985-08-13 | 1995-02-08 | 三菱電機株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP3123068B2 (ja) * | 1990-09-05 | 2001-01-09 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| KR100259064B1 (ko) * | 1992-06-11 | 2000-06-15 | 김영환 | Ccd 영상소자 제조방법 |
| JPH06314706A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-08 | Nec Corp | 電荷転送装置、その駆動方法およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-01-18 KR KR1019960000982A patent/KR100541712B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-01-17 US US08/784,388 patent/US5869853A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-17 JP JP9005970A patent/JP3072505B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6618088B1 (en) | 1998-02-06 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Charge transfer device having three pixel rows arranged adjacently to each other |
| JP2002110958A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-04-12 | Nec Kyushu Ltd | リニアセンサ及びその駆動方法 |
| JP4593751B2 (ja) * | 2000-09-28 | 2010-12-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | リニアセンサ及びその駆動方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100541712B1 (ko) | 2006-06-13 |
| KR970060517A (ko) | 1997-08-12 |
| JP3072505B2 (ja) | 2000-07-31 |
| US5869853A (en) | 1999-02-09 |
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