JPS5817789A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合素子（ＣＯＤ）を用いた固体球像装置
に係シ、特にオーバフロードレインを有するインターラ
イントラざスフγ方式瞥よる固体撮像装置に関する。

ＣＣＤ　を利用したインターティント２フ１フ丁方式の
固体撮像装置は、ＪＩＩｌ的には第１図に示す構成とな
り工いる。すなわち、同一半導体基板１上に−ｒ）リク
ス状に配置した多数の感光画素１と、この各画素２０間
隙部を垂直方向に延びる複数の垂直レジスタ３と、出力
端子側に信号電荷を転送する水平レジスタ４と、各画素
列間に垂直方向に延びる形に設けられたオーバフロード
レイン５と、各画素２からこのオーバーフロードレイン
５への過剰電荷の排出制御を行ナウオーバーフロードレ
インコントロールｒ　−トロとを具備している。上記垂
直レジスタ３は４相駆動であシ、転送電極φ１〜φ４１
−有している・なお、各画素２から対応する垂直レジス
タ３０転送電極φ１〜φ４への電荷転送制御を行なうシ
フト電極は、転送電極φ１〜φ４下に４テンシヤル差を
設けることによシ省略するととができ、この事は特開昭
５１−７５３２１号にて公知であシ、以下このような構
造で説明する。

上記装置の概略動作としては、各画素２で光情報に応じ
て光電変換された信号電荷を図示矢印の如く垂直レジス
タ３に転送し、この垂直レジスタ３中を垂直方向に転送
すると共に水平レジスタ４を通じてその信号電荷を１水
平走査毎に転送し、その出力端よシ撮像出力として取シ
出すようにしている。なお、上記装置ではインターレー
スを行なう構造を示しているので、奇数フィールドの画
素２から転送転極への電荷転送を実線矢印で、偶数フィ
ールドの画素の信号電荷の転送を点線矢印で示している
。

第１開缶）Ｋｍ１図（、）の装置のＡ−Ａ線に沿う矢視
断面構造と各領域での電位Ｉテンシャル分布を示し、ま
た第２図に第１図（ｂ）の後述する領域１，８部におけ
る電位４テンシヤルの電極電圧依存特性を示す、ヒれら
第１図（ロ）及び第２図を参照してさらに第１図（ａ）
の固体撮像装置を説明する。第１開缶）において、各画
素２社フォトダイオードにて構成するために１例えばｐ
形シリコン基板１上Ｋｍ領域として配設され、転送電極
φ１〜−４はぼりシリコンにて図のように設けられてい
る。この転送電極−１〜φ４下には、表面チャンネル領
域１と埋込みチャンネルのｎ領域ａが形成されている。

また、９はｍ％純物層で形成されたオーバフロードレイ
ン領域５への信号伝達のためのｌ−チャンネル領域であ
す、このチャンネル領域９上にはオーバフロードレイン
コントロールｆ−）　６がＩシサシコンにて形成されそ
いる。さらに、１０は画素２とオーバフロードレイン５
との間のｐ　層チャンネルストップ領域、１１は絶縁膜
１２上に設けられ、前記画素２上以外の光を遮蔽する金
属膜で形成された光遮蔽膜である。

前記転送電極φ！〜φ４には、第２図に示すヨウナハイ
レペルφ１゛ローレベルφ’　なる４相ノ母ルスが印加
され、それぞれｖＰＷ　＃　ｖＰＷなる電位？テンシャ
ルが形成され、信号電荷の転送動作は埋込チャンネルモ
ードにて動作する。各画素２には、入射光を光電変換し
て得られた信号電荷が蓄積されている′、この画素２と
隣接する部分は表面チャンネル領域１となっているため
、転送を極φ１〜φ４にノーイレペルの電圧が印加され
ても、その電極乍の電位ポテンシャルはｖＰＷ　Ｌか形
成されず、しかもコントロールゲート６の電位ポテンシ
ャルｖ：Ｗを深く保つようＫしているので、画′素２に
て発生した過剰電荷は上記り−）＃ｔ−通１）オーバフ
ロードレイン５へ流入し、重置しジス゛りＳへは漏れ込
まないようになっている。また、埋込みチャンネル領域
８の転送電極にロー°レベル電圧印加時の電位−テンシ
ャルは、常に表面チャンネル領域ｒの電位４テンシヤル
よ）も十分浅くなゐように設定しているので、垂直レジ
スタｓ内を転送中の信号電荷が画素２へ逆流讐ることも
ない０画素２から垂直レジスタＳへの電荷転送は、画素
２！１ｃｌｉｉＩ接する転送電極を十分ハイレベルφ？
に振込むことによシ表面チャンネル領域１の一位一テン
シャルｖｋｔ−コントロールゲート６下の電位ｆテンシ
ャルＶ−よ〕も十分圧深くシ、これＫよ〕画素２にて発
生した信号電荷を垂直レジスタ３へ転送することができ
る。

以上が第１図（ａ）に示す装置の動作であるが、オーバ
フロードレインコントローに？”−）σには一定電位を
印加しているために配線が複線になる。そこで従来は、
第３図に示すように画素２とオーＩぐ一フロードレイン
５表の間のチャンネルストップ領域１０の幅りをフリシ
ジ効果が期待できる程に十分小さく（通常２μｍ程度）
することによシ、第１図（ｂ）と同じ電位−テンシャル
分布をとらせたシ、光遮蔽膜１１ｆ十分高電位にしてオ
ーバーフロードレイン動作を実現するような対策がとら
れている。しかし、との際チャンネルストップ領域１０
の幅りは微細加工技術を必要とするため、歩留シ上問題
になると共にプロセス上のバラツキも大きくなる・さら
に、光遮蔽膜１１下の絶縁膜１２の膜厚は通常１μｍ以
上の厚さであシ、オーバ７０−ドレイン動作をするため
には上記光遮蔽膜１１に印加する電圧として２０Ｖ前後
の値が必要であシ、まタオーパフロードレイン動作の制
御性も悪くする等の欠点を有している。

本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので、
感光画素で発生した過剰電荷を排出するためのオーバー
フロードレインを制御するオーバーフロードレインコン
トロールｆ−）と８光画素からの信号電荷を転送するた
めの転送電極とｔ連結して同一電極で構成することによ
って、高電圧を必要とせず、容易にオーバーフロードレ
イン動作を実施できる固体撮像装置を提供することを目
的とする。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
４図（ａ）は固体撮像装置の平面図であシ、第４図６）
は第４図（、）のＡ−ム線に沿う断面とその電位−テン
シャル分布を示している。なお、第１図と同様の部分°
には同一符号を付けてその説明は略述する。すなわち、
第４図において、１はｐ形半導体基板、２は感光画素、
１は垂直レジスタ、４は水平レジスタ、５はオーバーフ
ロードレイン、６はオーバーフロードレインコントロー
ルグー）、ｙａ表表面キャンネル領域１は埋込みチャン
ネル領域、９は１不純物’ｆＡ域、Ｊ　ｏはｐ十チャン
ネルストップ領域、１１は絶縁膜、１１は光遮蔽膜であ
る０本装置では、オーバーフロードレイン；ントロール
ｒ−トーと一部の転送電極φ寓　、φ４とが連結された
構造に形成されていること１０黴としている。

第５図に上記各領域７〜９における電位ポテンシャルの
電極電圧依存特性を示す、この特性図かられかるように
、オーバフロードレインコントロールｒ−）ｇＫハイレ
ベルのクロック／母ルスφ３が印加された時にｎ−不純
物領域９に形成される電位？テンシャル＜は、転送電極
φ１にハイレベルのクロックパルスφ８が印加された時
に画素２と＠接する表面チャンネル領域１に形成される
電位ポテンシャル■−よシも深く形成される。つまシ本
装置では、撮像動作は前述した第１図と略同様であるが
、従来はコントロールグー）６下の電位ポテンシャルｖ
ＰＷは一定であるのに対して本発明ではクロックツ９ル
スのハイレベルφ８、ローレベルφＬ４Ｃ対応してコン
トロールグートロ下の電位ポテンシャルはｖ：’ｗ＊’
ｉｖと変動するーようにしている。このため、感光画素
２の最大電荷量ＱｍｌｌＫは、図に示すように画素２か
ら垂直レジスタ３への電荷転送の際に画素２に瞬接する
転送電極φ鳳又はφｌに十分なハイレベル電圧φ　を印
加した場合の電位−テン酋ルｖＬと、上記コントロール
ゲート６下の電位／＋ｙシャルｖＷとの差よシ決定され
る。なお、この場合、画素１からの信号電荷を転送すべ
き垂直レジスタ１０転送電極φ！　、φ１とコントロー
ルｆ−）６に連結された転送電極φＳ　。

φ４とは別々に駆動する必要がある。このようにコント
ロールグートロ下の電位ポテンシャルが印加されるり四
ツクパルスのハイレベルφ、ｐ−レベル−１に応じて一
テンシャル’：ｗ　ト４テンシャルＶ−との間を変化す
るが、垂直レジスタ３の転送周期、すなわちｌ水平走査
線の軌出し周期毎に、このコントロールｒ−）ｇ下の１
−不純物領域１１ｆ：４りてオーバーフロ−ドレイン５
に画素２からの過剰電子を排出し、オーバーフロードレ
イン動作が実施される。

しかしながら、図中、表面チャンネル領域７の電位？テ
ンシャルｖＦＷよ〕も；ントロールｒ−ト６下のｎ′″
不純物領域９の電位４テンシヤルｖｆｆの方が浅い場合
で、しかも上記ｌ水平走査線の読出し周期にて画素２に
発生する過剰電荷量が電位デテンシャルｖ：コと電位が
テンシャル■−の差にて決まる電荷量よシも太き、い場
合には、画素２−から垂直レジスタ３へ電荷の漏れ出し
が起るが、これは表面チャンネル領域１の電位？・テン
シャルを上記ポテンシャル゛ｖ；↓”；ｗよシも深く設
定するようにしておけば、画素２から垂直レジスタ３へ
の過剰電荷の漏れ出し゛は起こらず、従来と同様のオー
パーフロートイン動作が可能となる。

上記装置によれば、オーバー７０゛−ドレインコントロ
・−ルｒ−）５と転送電極の一部とを共”透化している
の〜で配線が簡単になると共に、コントロールゲート６
と転送電極とを同一の電極で形成しているのでゲート６
下の電位−テンシャルの制御性が良くなる。さらに、従
来のように高電圧・も必要なくなるので容易にオーツ肴
フロードレイン動作を実現できるようになる。

なお、上記実施例では、画素２をフォトダイ′オードで
形成しているが、これし１ｌＩＩＯＳキヤノｆシタで構
成するようにしてもよい、また、第６図゛に”示□すよ
うに画素２から垂直レジスタ３へ電荷を転送制御するた
めのｆ−）電極１３をｔｆφ３、−４に−て形成し、転
送された電荷を受ける垂直レジスタＳの転送電極を電極
φ１　、φｌばて構成する場合には１．オーバーフロー
ドレインコントロールゲート６としてけ転送電極φｌ。

φ１と同一電極で構成してもよい。との場合にも前述の
実施例同様の効果を有する。さらに、上記実施“例では
、垂直レジスタ３の駆動は４相駆動で説明しているが、
その他の駆動にても実施できる。但し、画素から垂直レ
ジスタへの転送を制御する転送電極とオーバフロードレ
インコントロールｆ−）とは独立した電極構造とする必
要があシ、またインターレース方式の装置には２相駆動
を採用できない。

以上説明したように本発明によれば、感光画素で発生し
た過剰電荷を排出するためのオーバーフロードレイン゛
を°制御するオーバーフロードレインコントロールゲー
トと感光画素からの信号電荷を転送するための転送電極
とを連結して同一電極で構成しているので、高電圧を必
要とせず、良好な制御性で容易にオーバフロードレイン
動作全実施できる固体撮像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　ｕ従来のインターライント
ランスファ一方式の固体撮像装％″會示し、第１図（＆
）はその平面図、第１図（ｂ）は第１図（、）のＡ−Ａ
線に沿う矢視断面とポテンシャル分布図、第２図は第１
図の装置の動作を説明するための電位ポテンシャルの電
極′亀圧依存特性図、第３図は第１図とは異なる従来の
固体撮像装置、の一部断面とポテンシャル分布を示す図
−第４図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例に係るイン
ターライントランスファ一方式の固体撮像装置を示し、
第４図（、）はその平向図、ｍ４図（ｂ）は第４図（ａ
）ＯＡ　−Ａ線に沿う矢視断面とポテンシャル分布図、
第゛５図は第４図の装置の動作ｔ−説明するための電位
ポテンシャルの’［ｉ電圧依存特性図、・第６図は本発
明の・変形例に係る固体撮像装置の平面図である。 １・・・半導体基板、２・・・感光画素、３・・・垂直
レジスタ、４・・・水平レジスタ、５−オーバフロード
レイン、６・・・オーバフロードレインコントロールグ
ー）、Ｆ−・・表面チャンネル領域、８・・・埋込みチ
ャンネル領域、９・”　ｎ−不純物領域、１゜・・・チ
ャンネルストップ領域、１１−・光鎖蔽膜、１２−・絶
縁膜、１ｓ−・制御Ｐ−）。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 ＩＮ＜、　３図 第４図 第５図 篇６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 、（１）半導体基板上にマトリクス状に配設され光情報
   を光電変換して相当する信号電荷を得る、　？７鰐個の
   感光画素と、この感光画素からの信号電荷を水平走査方
   向に対して垂直方向に転送する複数の転送電極を有する
   垂直レジスタと、この垂直レジスタからの信号電荷を１
   水平走査線、　毎に取シ入れて転送読出しする水平レジ
   スタと、前年画岑にて兄生じた過剰電荷を吸収轡、出す
   るオーバフロードレイン領域と、とのオーバフロードレ
   イン領域と上記藁光画素との間に設けられ前記感光画素
   からの過剰電荷をオーバフロードレイン領域へ転送する
   オーバフロードレイン＊ＨＩＱな５オーバーフロードレ
   インコントロールｆ−，１’とを具備し、前記オーバー
   フロードレインコントロールゲートを前記転送ｔａの一
   部と連結させてオーバーフロードレイン動作を実施する
   ようにしたこと￥７Ｉ：％徴とする固体撮像装置。 （２）前記感光画素と垂直レジスタとの間に上記感光画
   素からの信号電荷を働直レジスタに導出する制御を行う
   制御ダートを設け、この制御ｆ−）ｔ−前Ｅオーバフロ
   ードレインコントロールゲートに接続された転送電極と
   は異なる転送電極に連結して信号電荷の転送動作を制御
   するよう核したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体撮像装置。