JPS5850874A - 固体撮像装置およびその駆動法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動法Info
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- JPS5850874A JPS5850874A JP56149168A JP14916881A JPS5850874A JP S5850874 A JPS5850874 A JP S5850874A JP 56149168 A JP56149168 A JP 56149168A JP 14916881 A JP14916881 A JP 14916881A JP S5850874 A JPS5850874 A JP S5850874A
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Classifications
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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
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電荷転送装置を用いた固体撮像装置に関するも
のである。
のである。
電荷転送装置を用いた撮像装置には大きく分けて７レ一
＾転送方式とインターライン転送方式がありそれらは固
体撮像装置の特徴である小型、＠量、低消費電力、高信
頓性といった使い易さの面の長所を柱に急速に発展して
いる。電荷転送装置を用いた撮像装置は特性面からは雑
音、残像、焼き付き等では現在使用されている撮像管や
他の固体撮像装置より優れているがブルーミングスミア
が大きいという大きな欠点を有している。また電極配線
が微細で豪雑なために、配線間の断線、シ翳−トが発生
して歩留が悪くなる事も欠点である。
＾転送方式とインターライン転送方式がありそれらは固
体撮像装置の特徴である小型、＠量、低消費電力、高信
頓性といった使い易さの面の長所を柱に急速に発展して
いる。電荷転送装置を用いた撮像装置は特性面からは雑
音、残像、焼き付き等では現在使用されている撮像管や
他の固体撮像装置より優れているがブルーミングスミア
が大きいという大きな欠点を有している。また電極配線
が微細で豪雑なために、配線間の断線、シ翳−トが発生
して歩留が悪くなる事も欠点である。
従来のインターライン転送方式による電荷転送撮像装置
は第１図に示すように同一電荷転送電極群で駆動される
複数列の垂直シフトレジスター１００と、各垂直レジス
ターの一側にＩａ接しかつ互に電気的に分離された光電
変換部ｌｏｌと、垂直シフトレジスターと光電変換部間
の信号電荷の転送を制御するトランスファー電極１０２
と、各垂直シフトレジスターの一端に設けられた水平シ
フトレジスター１０３と水平レジスターの一端に設けら
れた信号電荷を検出する装ｆｌ１０４よりなる。垂直シ
フトレジスターはｆｉ子１０６，１０７ヨリハルスφ１
．φ、にょって駆動され、トランスファーゲートは端子
１０５からパ、ルスφＴによって駆動される。
は第１図に示すように同一電荷転送電極群で駆動される
複数列の垂直シフトレジスター１００と、各垂直レジス
ターの一側にＩａ接しかつ互に電気的に分離された光電
変換部ｌｏｌと、垂直シフトレジスターと光電変換部間
の信号電荷の転送を制御するトランスファー電極１０２
と、各垂直シフトレジスターの一端に設けられた水平シ
フトレジスター１０３と水平レジスターの一端に設けら
れた信号電荷を検出する装ｆｌ１０４よりなる。垂直シ
フトレジスターはｆｉ子１０６，１０７ヨリハルスφ１
．φ、にょって駆動され、トランスファーゲートは端子
１０５からパ、ルスφＴによって駆動される。
このようなインターライン転送方式にょる撮像装置では
光電変換部１０１に入射光量に応じて蓄積された信号電
荷はトランスファーゲート１０２を介してそれぞれ対応
するシフトレジスター１０Ｇへ転送される。垂直シフト
レジスターへ信号電荷を転送したのちトランスファーゲ
ートが閉じられ光電変換部１．０１は次の周期（フィー
ルドあるいはフレーム）０信号電荷を蓄積する。一方垂
直しシスター１００に転送された信号電荷は並列に垂直
方向に転送−され、各垂直レジスターの一水平ラインご
とに水平レジスター１０３に転送される。
光電変換部１０１に入射光量に応じて蓄積された信号電
荷はトランスファーゲート１０２を介してそれぞれ対応
するシフトレジスター１０Ｇへ転送される。垂直シフト
レジスターへ信号電荷を転送したのちトランスファーゲ
ートが閉じられ光電変換部１．０１は次の周期（フィー
ルドあるいはフレーム）０信号電荷を蓄積する。一方垂
直しシスター１００に転送された信号電荷は並列に垂直
方向に転送−され、各垂直レジスターの一水平ラインご
とに水平レジスター１０３に転送される。
水平レジスターに送られた電荷は次に垂直シフトレジス
ターから信号電荷が転送されて来るまでに水平方向に転
送され電−検出部１０４から時系列の映像信号として外
部にとりだされる。
ターから信号電荷が転送されて来るまでに水平方向に転
送され電−検出部１０４から時系列の映像信号として外
部にとりだされる。
このようなインターライン転送方式０典形的な単位セル
の上面図を第２Ｅ（ａ）に、第２図（ａ）Ｑ） Ｉ −
１’ Ｉａ、ｌ −１’ １１オヨヒｉ［＝ １’ ！
ＩＫｅｚＴｈｌｉ面図をそれぞれ第２図（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）に示す。以下Ｏ＠明において岡一番号で表
わされる部分番ま同一の構造をもち同一〇働らきをする
。第２図において単位セルはＰ＠牛導体基板２０１の主
面に薄い絶縁膜２０２を介して二相駆動垂直レジスター
Ｏ蓄積領域２１５．バリアー領域２１４上にそれぞれ形
成された電荷転送電極２０３，２０４．光電変換部１０
１から垂直レジスターへの信号電荷の転送を制御するト
ランスファーゲート電極１０２および基板半導体２０１
と該基板半導体と異なる導電型を有するＮ型導電形層２
０５で構成されるＰ−Ｎ接合よりなる光電変換＠１０１
よりなり各々の光電変換部はド接する垂直シフトレジス
ターや他の光電変換部から基板と同一導電形でかつ高渋
度の不純物領域２０７と厚い絶縁膜２１１の二重層によ
って電気的に分離されている。
の上面図を第２Ｅ（ａ）に、第２図（ａ）Ｑ） Ｉ −
１’ Ｉａ、ｌ −１’ １１オヨヒｉ［＝ １’ ！
ＩＫｅｚＴｈｌｉ面図をそれぞれ第２図（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）に示す。以下Ｏ＠明において岡一番号で表
わされる部分番ま同一の構造をもち同一〇働らきをする
。第２図において単位セルはＰ＠牛導体基板２０１の主
面に薄い絶縁膜２０２を介して二相駆動垂直レジスター
Ｏ蓄積領域２１５．バリアー領域２１４上にそれぞれ形
成された電荷転送電極２０３，２０４．光電変換部１０
１から垂直レジスターへの信号電荷の転送を制御するト
ランスファーゲート電極１０２および基板半導体２０１
と該基板半導体と異なる導電型を有するＮ型導電形層２
０５で構成されるＰ−Ｎ接合よりなる光電変換＠１０１
よりなり各々の光電変換部はド接する垂直シフトレジス
ターや他の光電変換部から基板と同一導電形でかつ高渋
度の不純物領域２０７と厚い絶縁膜２１１の二重層によ
って電気的に分離されている。
また二つの転送電極２０３，２０４は互に絶縁膜２０８
で分離されている。また転送電極とトランスファーゲー
ト電極は絶縁膜２１３で分離されている。また光電変換
部以外はたとえば金属層２１２で光しやへいされている
。なお第２図（ａ）においては光しゃへい層は図示され
ていない。また絶縁膜２０９は金属層による光しゃへい
の際に転送ＩｆＪｔ極２０３，２０４が短らくするのを
防止している。また２１０は埋込チャネル電荷転送路を
形成するための基板と異った導電型を有する層であり、
２１２は二相駆動を実現するためにこの層中に形成した
基板と同じ導電型を有する層であるまた一つの転送段を
構成する転送電極２０３゜２０４は配置［２１６によっ
て結合されておりこの例のように垂直レジスターに二相
駆動を用いる場合には転送電極２０３，２０４を対とし
て一つおきに別々の転送パルスφ怠、φ雪が印加される
。
で分離されている。また転送電極とトランスファーゲー
ト電極は絶縁膜２１３で分離されている。また光電変換
部以外はたとえば金属層２１２で光しやへいされている
。なお第２図（ａ）においては光しゃへい層は図示され
ていない。また絶縁膜２０９は金属層による光しゃへい
の際に転送ＩｆＪｔ極２０３，２０４が短らくするのを
防止している。また２１０は埋込チャネル電荷転送路を
形成するための基板と異った導電型を有する層であり、
２１２は二相駆動を実現するためにこの層中に形成した
基板と同じ導電型を有する層であるまた一つの転送段を
構成する転送電極２０３゜２０４は配置［２１６によっ
て結合されておりこの例のように垂直レジスターに二相
駆動を用いる場合には転送電極２０３，２０４を対とし
て一つおきに別々の転送パルスφ怠、φ雪が印加される
。
このような従来の電荷転送装置では、転送電極２０３．
２０４およびシランス７アーゲート電極１０２が凹凸の
ある面上に配線されるため断線を起し易い。また転送電
極２０３，２０４は第２図（ａ）に矢印で示した領域ム
て細くなるため断線を起したり配線抵抗が高くなって高
い周波数での電荷転送が困難になる。また電極間相互や
電極と光じゃへい層のオーバーラツプが多いためにそれ
らの間がしばしば短絡する。また三層の電極配線と一層
の光しやへい層を必要とするため製造工程が多くなり歩
留りが悪（なる。更に構造が複雑で製造時に種々のマー
ジン（目合七、オーパラ、プ等）を必要とするため微細
化や多素子化が困難であったり受光領域の開口率が小さ
くなる欠点があった。 。
２０４およびシランス７アーゲート電極１０２が凹凸の
ある面上に配線されるため断線を起し易い。また転送電
極２０３，２０４は第２図（ａ）に矢印で示した領域ム
て細くなるため断線を起したり配線抵抗が高くなって高
い周波数での電荷転送が困難になる。また電極間相互や
電極と光じゃへい層のオーバーラツプが多いためにそれ
らの間がしばしば短絡する。また三層の電極配線と一層
の光しやへい層を必要とするため製造工程が多くなり歩
留りが悪（なる。更に構造が複雑で製造時に種々のマー
ジン（目合七、オーパラ、プ等）を必要とするため微細
化や多素子化が困難であったり受光領域の開口率が小さ
くなる欠点があった。 。
本発明の目的は上記の欠点を無くした新しい構造の電荷
転送装置とその駆動法を提供することにある。
転送装置とその駆動法を提供することにある。
本発明によれば半導体基板の主部に該半導体基板と反対
導電型の層を設け、その層上に二次元的に配列した光１
！蛮換蓄積領−と複数個の電荷転送レジスター領域と前
記二領域の間の電荷の移動を制御するトランスファーゲ
ート領域と水平レジスター領域と電荷検出領域よりなる
固体撮像装置において垂直レジスター領域の駆動電極が
一個の垂直方向電極よりなることを特徴とする同体撮ｍ
ａ装置が得られる。
導電型の層を設け、その層上に二次元的に配列した光１
！蛮換蓄積領−と複数個の電荷転送レジスター領域と前
記二領域の間の電荷の移動を制御するトランスファーゲ
ート領域と水平レジスター領域と電荷検出領域よりなる
固体撮像装置において垂直レジスター領域の駆動電極が
一個の垂直方向電極よりなることを特徴とする同体撮ｍ
ａ装置が得られる。
さらに本発明によれば半導体基板の主面に敞半導体と反
対導電型の層を設け、その層上に二次元的に配置した光
電変換蓄積領域と、−傭の垂直方向電極により駆動され
る電荷転送垂直レジスターとトランスファーゲー、）゛
領域□と、水平レジスターと電荷検出領域を設けてなる
固体撮像装置において光電変換時には前記半導体基板と
前記度対導電型層の間に大きな逆バイアス電圧を印加し
、該逆バイアス電圧を滅することによって充電変換蓄積
領域に蓄わえられた信号電荷を前記垂直レジスターに移
すことを特徴とする固体撮像装置の駆動法が得られる。
対導電型の層を設け、その層上に二次元的に配置した光
電変換蓄積領域と、−傭の垂直方向電極により駆動され
る電荷転送垂直レジスターとトランスファーゲー、）゛
領域□と、水平レジスターと電荷検出領域を設けてなる
固体撮像装置において光電変換時には前記半導体基板と
前記度対導電型層の間に大きな逆バイアス電圧を印加し
、該逆バイアス電圧を滅することによって充電変換蓄積
領域に蓄わえられた信号電荷を前記垂直レジスターに移
すことを特徴とする固体撮像装置の駆動法が得られる。
前記本発明−では従来構造ではきわめて複雑な構造をし
ていた垂直レジスターとトランス７アーゲーシ領域が重
置方向の単一の電極によって形成出来るので前述の欠点
を克服出来る。また後述するように本発明は残像の少な
いフィールド蓄積モードで駆動出来る。
ていた垂直レジスターとトランス７アーゲーシ領域が重
置方向の単一の電極によって形成出来るので前述の欠点
を克服出来る。また後述するように本発明は残像の少な
いフィールド蓄積モードで駆動出来る。
次に本発明の実施例について図面を用いて異体的に説明
する。以後の本発明の詳細な説明はＮチャネルの半導体
装置について行うが、本発明はＰチャネルの場合につい
ても適用出来ることは云うまでもない。
する。以後の本発明の詳細な説明はＮチャネルの半導体
装置について行うが、本発明はＰチャネルの場合につい
ても適用出来ることは云うまでもない。
８３ｍおよび８４ｍは本発明の構造の一実施例を示し第
３図は全体図、第４図はその単位セルの構造を示す。ｔ
ｓ４ｍＩｌｃ’ｓいて（Ｊｌ）は単位セルの上面図、（
ｂ）ｖ！Ｊおよび（ｃ）ＩＪは（ｓＬ）図の１−、Ｉ／
線、トＩ′線に沿った断面図を示している。従来ＩＩＩ
Ｉ造との火箸な違いは第３図および第４Ｗｉより解るよ
うに従来構造における）ランスファーゲートはなく垂直
レジスター電極が薄い酸化＠２０２の上に形成された一
層の垂直方向電極３０１に置き換えられていることであ
る。
３図は全体図、第４図はその単位セルの構造を示す。ｔ
ｓ４ｍＩｌｃ’ｓいて（Ｊｌ）は単位セルの上面図、（
ｂ）ｖ！Ｊおよび（ｃ）ＩＪは（ｓＬ）図の１−、Ｉ／
線、トＩ′線に沿った断面図を示している。従来ＩＩＩ
Ｉ造との火箸な違いは第３図および第４Ｗｉより解るよ
うに従来構造における）ランスファーゲートはなく垂直
レジスター電極が薄い酸化＠２０２の上に形成された一
層の垂直方向電極３０１に置き換えられていることであ
る。
もう一つの大きな違いは活性領域がＮ基板４１２上のＰ
ウェル４１３中に作れていることである。
ウェル４１３中に作れていることである。
次にこれらの部分の構造と動作について説明する。
まず、垂直レジスタ一部は四つの領域４０１゜４０２．
４０３，４０４よりなりその不鈍物分布はそれぞれ異っ
ている。すなわち４０１，４０２に対応する部分ではＰ
ウェル４１３上にそれぞれＮ領域４０７（ドナー濃度Ｎ
４ ）および４０６（）”ナー濃度Ｎｓ＞が形成されて
おり、更にその上にＰ＋領域４０５が形成されている。
４０３，４０４よりなりその不鈍物分布はそれぞれ異っ
ている。すなわち４０１，４０２に対応する部分ではＰ
ウェル４１３上にそれぞれＮ領域４０７（ドナー濃度Ｎ
４ ）および４０６（）”ナー濃度Ｎｓ＞が形成されて
おり、更にその上にＰ＋領域４０５が形成されている。
また４０３，４０４に対応する部分はＰウェル４１３上
にそれぞれＮ領域４０９（ドナー濃度Ｎ、 ）および４
０８（ドナ鍛度Ｎｌ）が形成されている。
にそれぞれＮ領域４０９（ドナー濃度Ｎ、 ）および４
０８（ドナ鍛度Ｎｌ）が形成されている。
ドナー濃度Ｎ、〜Ｎ、を適切に選ぶと、これらのＮ領域
をデプレッション（ｄｅｐｌ＠ｔｉｏｎ）にしだときの
その中の最大電位ｆｒｍＸと垂直方向電極電圧φデの関
係を第５図５０１〜５０４のよ□うにすることが出来る
。即ち領域４０１のψｍａ工と領域４０２のψｍ工はＰ
＋領域４０５が存在するためにＩＦＰ Ｋ無関係−であ
りかつ領域４０１のψｍａｘは領域４０２のψ１＆工よ
り大になっている。ｔＴｈ債域４ｏ３のψｗａｘと領域
４０４のψｍａｘはＰ領域がないためφＰの関数となり
φデが高いとき（φデー−１のとき）には共に領域４０
１，４０２の９’ｍａ工より高くなりφ？が低い（φｒ
＝φｔのとき）ときには共に低くなっている。またφＰ
にか＼わらず領域４０３のψｗａｘは４０４のψ’ｍａ
工より高くなっている。領域４０１と４０３はシフトレ
ジスターの蓄積領域であり領域４０２と４０４はバリア
ー領域である。トランス７アーゲートに対応する領域は
Ｐウェル上にＮ領域４１１が形成されその上にＰ領域４
１０が形成されている。この部分の動作は領域４０１，
４０２と原理的に同じであるがデバイスの動作上重要で
あるのでくわしく説明しておく。
をデプレッション（ｄｅｐｌ＠ｔｉｏｎ）にしだときの
その中の最大電位ｆｒｍＸと垂直方向電極電圧φデの関
係を第５図５０１〜５０４のよ□うにすることが出来る
。即ち領域４０１のψｍａ工と領域４０２のψｍ工はＰ
＋領域４０５が存在するためにＩＦＰ Ｋ無関係−であ
りかつ領域４０１のψｍａｘは領域４０２のψ１＆工よ
り大になっている。ｔＴｈ債域４ｏ３のψｗａｘと領域
４０４のψｍａｘはＰ領域がないためφＰの関数となり
φデが高いとき（φデー−１のとき）には共に領域４０
１，４０２の９’ｍａ工より高くなりφ？が低い（φｒ
＝φｔのとき）ときには共に低くなっている。またφＰ
にか＼わらず領域４０３のψｗａｘは４０４のψ’ｍａ
工より高くなっている。領域４０１と４０３はシフトレ
ジスターの蓄積領域であり領域４０２と４０４はバリア
ー領域である。トランス７アーゲートに対応する領域は
Ｐウェル上にＮ領域４１１が形成されその上にＰ領域４
１０が形成されている。この部分の動作は領域４０１，
４０２と原理的に同じであるがデバイスの動作上重要で
あるのでくわしく説明しておく。
第６図（ａ）はシランス７アーゲートに対応する領域の
厚さ方向の構造を第６図（ｂ）はトランスファーゲート
対応領域のＳｉｎ、膜表面Ｏ電位ｖｙｏと深さ方向の電
位分布の関係を示している。この８ ｉ ０゜上には電
極はないがその表面の電位はφｒの振巾の範囲で変化す
る可能性がある。Ｖｔｏが東、あるいは正で小さいとき
にはＰ領域４１Ｇは空乏化しないのでＮ領域４１１中の
最大電位むｏ−ｗａｘは人で示される一定値ψ礼、工、
工に保たれる。■！。
厚さ方向の構造を第６図（ｂ）はトランスファーゲート
対応領域のＳｉｎ、膜表面Ｏ電位ｖｙｏと深さ方向の電
位分布の関係を示している。この８ ｉ ０゜上には電
極はないがその表面の電位はφｒの振巾の範囲で変化す
る可能性がある。Ｖｔｏが東、あるいは正で小さいとき
にはＰ領域４１Ｇは空乏化しないのでＮ領域４１１中の
最大電位むｏ−ｗａｘは人で示される一定値ψ礼、工、
工に保たれる。■！。
が大きくなるとＰ領域は空乏化しｂ ｌｔＧ、ｍａｘは
ム→Ｂ４Ｃと増加する。図中にＰ領域が丁度空乏化する
のに必要な電位Ｖｆｏを示しである。このことがらＶｉ
ｅがφすより大になるようにＰ領域の論度を高くしてお
けば、ψＴＯ−ｍＸは常に一定値ψも。
ム→Ｂ４Ｃと増加する。図中にＰ領域が丁度空乏化する
のに必要な電位Ｖｆｏを示しである。このことがらＶｉ
ｅがφすより大になるようにＰ領域の論度を高くしてお
けば、ψＴＯ−ｍＸは常に一定値ψも。
ｍａｘに保たれる。ψＴＯ−１１１１１ｊＬ工のレベル
を第５図５０５に示す。光％ｃ毅換領域は第４［（ｂ）
に示すように薄いＰ領域上に８層４１４が形成され、そ
の上にＰ＋領域４１５が形成されている。この領域の厚
さ方向の構造と電位分布をＮ基板４１２とＰウェル４１
３の間の逆バイアス電圧ＥＢをパラメーターにとって第
７図（ａ） 、 、 （ｂ）に示す。図のたて軸は電位
を示す。まずＥ１＝０の場合、信号電子がない場合の電
位分布は７０２であられされ、信号電子が蓄積すると７
０１になる。一方逆バイアス電圧ＥＢがＥである場−合
は、信号電子がない場合は７０５であられされ、信号電
子が増加するに従って７０４゜７０３と変化する。７０
３は信号電子がＮ −８ｕｂにオーバー７０−する状態
を示している。なお第５図の’Ｔｏ−ｒｎａｘの位置が
図のたて軸に示されている。
を第５図５０５に示す。光％ｃ毅換領域は第４［（ｂ）
に示すように薄いＰ領域上に８層４１４が形成され、そ
の上にＰ＋領域４１５が形成されている。この領域の厚
さ方向の構造と電位分布をＮ基板４１２とＰウェル４１
３の間の逆バイアス電圧ＥＢをパラメーターにとって第
７図（ａ） 、 、 （ｂ）に示す。図のたて軸は電位
を示す。まずＥ１＝０の場合、信号電子がない場合の電
位分布は７０２であられされ、信号電子が蓄積すると７
０１になる。一方逆バイアス電圧ＥＢがＥである場−合
は、信号電子がない場合は７０５であられされ、信号電
子が増加するに従って７０４゜７０３と変化する。７０
３は信号電子がＮ −８ｕｂにオーバー７０−する状態
を示している。なお第５図の’Ｔｏ−ｒｎａｘの位置が
図のたて軸に示されている。
次に本発明の詳細な説明する。今ＦＳ、＝ｎにして光電
変換領域に光像が入射すると光の強度に比例した電子が
Ｎ領域４１４に蓄積される。φ、＝φＹにしてＢＢ＝０
にすると各光電変換領域に蓄積されていた電子はレジス
ターの対応する蓄積領域に移動する。次にＥ、 ： Ｂ
にすると共にφ、＝φ蓼にすると充電変換領域では信号
電荷の蓄積が始められ、デバイスの全領域において４０
１に対応する蓄積領域の信号電子は１段上方の４０３に
対応する蓄積領域に移る。このときＰｘ−ｍ、ｐｉｃ番
目の光電変換領域に生じた電子は蓄積領域４０３に集め
られｓ Ｐ）Ｃ＋１．ＰＩＣ４４番目の光電変換領域に
生じた電子がＰＫ＋２の右側の４０３に対応する領域に
移ることになる。このような電荷の集め方をＡフィール
ドとする。このような電荷は垂直方向電極の端子３０２
にφ、＝φ（とφＦ ” ！Ｆを交互に印加することに
よって上方に転送され第１図の場合と同じようにして水
平レジスターを介して出力部から読み出される。すべて
の電荷が読み出されてしまったら今度はφ、＝φＷｌ”
ｌｋ”０にしたのちｌＢ＝！＝ Ｂ 、φ、＝φ（にす
ると光電変換領域では信号電荷の蓄積が始められＰＫ、
ＰＩＣ＋１番目の光電変換領域に生じた電荷が蓄積領域
４０１に集められることになる。このような電荷の集め
方をＢフィールドとする。このような信号電荷もＢフィ
ールドと同様に読み出される。このようなＡ ｙ ４−
ルド読み出しとＢフィールド読みだしを交互にくり返す
ことによってインターレース走査が行なわれる。
変換領域に光像が入射すると光の強度に比例した電子が
Ｎ領域４１４に蓄積される。φ、＝φＹにしてＢＢ＝０
にすると各光電変換領域に蓄積されていた電子はレジス
ターの対応する蓄積領域に移動する。次にＥ、 ： Ｂ
にすると共にφ、＝φ蓼にすると充電変換領域では信号
電荷の蓄積が始められ、デバイスの全領域において４０
１に対応する蓄積領域の信号電子は１段上方の４０３に
対応する蓄積領域に移る。このときＰｘ−ｍ、ｐｉｃ番
目の光電変換領域に生じた電子は蓄積領域４０３に集め
られｓ Ｐ）Ｃ＋１．ＰＩＣ４４番目の光電変換領域に
生じた電子がＰＫ＋２の右側の４０３に対応する領域に
移ることになる。このような電荷の集め方をＡフィール
ドとする。このような電荷は垂直方向電極の端子３０２
にφ、＝φ（とφＦ ” ！Ｆを交互に印加することに
よって上方に転送され第１図の場合と同じようにして水
平レジスターを介して出力部から読み出される。すべて
の電荷が読み出されてしまったら今度はφ、＝φＷｌ”
ｌｋ”０にしたのちｌＢ＝！＝ Ｂ 、φ、＝φ（にす
ると光電変換領域では信号電荷の蓄積が始められＰＫ、
ＰＩＣ＋１番目の光電変換領域に生じた電荷が蓄積領域
４０１に集められることになる。このような電荷の集め
方をＢフィールドとする。このような信号電荷もＢフィ
ールドと同様に読み出される。このようなＡ ｙ ４−
ルド読み出しとＢフィールド読みだしを交互にくり返す
ことによってインターレース走査が行なわれる。
光電変換領域から垂直レジスターへの信号電荷の転送に
は次めよへなモードを用いてもよい。まずφ、＝１にし
て一＝０にすると６光電変換領域に蓄積されていた電荷
はレジスターの対応する蓄積領域に移る・次にシフトレ
ジスターの中では信号電荷の喜動が起りＩ ｐｘ−ｓ
Ｉ’ｒ：番目の光電変換領域に生じた電荷は蓄積り域４
０３に集められ、Ｐ電＋ｉ、Ｉ’ｘ＋ｓ番目の光電変換
領域に生じた電子がＰＫ＋ｍの右側の４０３に対応する
蓄積領域に集められることになる。すなわちＡフィール
ドの読みだしになる。またφ、＝φシにしてＢ、＝０に
すると光電変換領域からレジスターへの電荷転送が行な
われつづいてシフトレジスターの中で電荷の移動が起り
ＰＫ、 ＰＫ＋１番目の光電変換領域に生じた電荷は蓄
積領域４０１に集められる。このときはＢフィールドの
読みだしになる。このよりなムフィールドとＢフィール
ドを交互にくり返すことによって前述したと同じような
インターレース走査が′可能である。この読みだし方で
もＥＢ＝。
は次めよへなモードを用いてもよい。まずφ、＝１にし
て一＝０にすると６光電変換領域に蓄積されていた電荷
はレジスターの対応する蓄積領域に移る・次にシフトレ
ジスターの中では信号電荷の喜動が起りＩ ｐｘ−ｓ
Ｉ’ｒ：番目の光電変換領域に生じた電荷は蓄積り域４
０３に集められ、Ｐ電＋ｉ、Ｉ’ｘ＋ｓ番目の光電変換
領域に生じた電子がＰＫ＋ｍの右側の４０３に対応する
蓄積領域に集められることになる。すなわちＡフィール
ドの読みだしになる。またφ、＝φシにしてＢ、＝０に
すると光電変換領域からレジスターへの電荷転送が行な
われつづいてシフトレジスターの中で電荷の移動が起り
ＰＫ、 ＰＫ＋１番目の光電変換領域に生じた電荷は蓄
積領域４０１に集められる。このときはＢフィールドの
読みだしになる。このよりなムフィールドとＢフィール
ドを交互にくり返すことによって前述したと同じような
インターレース走査が′可能である。この読みだし方で
もＥＢ＝。
にして垂直レジスターに信号電荷を移したら直ちにＥＢ
＝ＥＫＬ、て次のフィールドの信号電荷の蓄積が行なわ
れるこ゛とは云うまでもない。
＝ＥＫＬ、て次のフィールドの信号電荷の蓄積が行なわ
れるこ゛とは云うまでもない。
以上の構造および動作のｌＩ＆明から本発明の装置の特
徴は次のようにまとめられる。
徴は次のようにまとめられる。
１、従来構造のトランスファーゲートがなく、垂直レジ
スター電極が一本の垂直方向電極にまとめられるので断
線や電極間のシ曹−トを生じない。
スター電極が一本の垂直方向電極にまとめられるので断
線や電極間のシ曹−トを生じない。
λ 垂直方向電極は遮光層を兼ねられるので一眉の金属
電極で製作出来、プロセスが簡単である。
電極で製作出来、プロセスが簡単である。
象 受光領域の間に電極がないため、光電変換効率が向
上する。
上する。
４、電極構哉が簡単なので光電変換領域の開口比率を大
きくしたり多素子化するのに有利である。
きくしたり多素子化するのに有利である。
翫 従来の構造では転送電極下に寄生ＭＯ８Ｔが生じて
光電変換領域間或は光電変換領域と左右のレジスターが
シ菖−トする危険があった。ところが本発明では垂直方
向電極だけしか存在しないから上記のような寄生ＭＯａ
Ｔが生ずることはない。従って本発明の装置においては
素子分離領域は第２図で述べたような高不純物濃度領域
と厚い酸化膜の二重層である必要はなく厚い酸化膜を除
去してもさしつかえない。このようにすると素子分離領
域の巾を狭く出来るのでａｅｔｉｖｅ領域の割合や開口
率を大きく出来るし多素子化も一容易になる。
光電変換領域間或は光電変換領域と左右のレジスターが
シ菖−トする危険があった。ところが本発明では垂直方
向電極だけしか存在しないから上記のような寄生ＭＯａ
Ｔが生ずることはない。従って本発明の装置においては
素子分離領域は第２図で述べたような高不純物濃度領域
と厚い酸化膜の二重層である必要はなく厚い酸化膜を除
去してもさしつかえない。このようにすると素子分離領
域の巾を狭く出来るのでａｅｔｉｖｅ領域の割合や開口
率を大きく出来るし多素子化も一容易になる。
なお本発明においてＰウェルの深さは光電変換領域では
浅く、その他の部分では深くなっている。
浅く、その他の部分では深くなっている。
これはＰ−ウェル４１３とＮ基板の間の間に逆バイアス
したとき、光電変換領域ではＰウェルがデプレッシ諺ン
状隷になりＮ領域４１５の電位が大になることによって
、電荷蓄積期間中に信号電子がレジスターにもれないよ
うにするためである。
したとき、光電変換領域ではＰウェルがデプレッシ諺ン
状隷になりＮ領域４１５の電位が大になることによって
、電荷蓄積期間中に信号電子がレジスターにもれないよ
うにするためである。
またＰウェルをデプレッシ曹ン状態にすることによって
Ｎ基板４１２とＮ＋領領域間のポテンシャルバリアーを
小さくしてＮ＋領領域電位が弓。、工に達する前に過剰
な信号電子をＮ基板に流すようにしている。従ってＮ領
＠４１４で蓄積出来る最大電荷量をＣＣＤレジスターで
転送出来る電荷量より少なくしておけばいわゆるプルー
ミングは起らない。
Ｎ基板４１２とＮ＋領領域間のポテンシャルバリアーを
小さくしてＮ＋領領域電位が弓。、工に達する前に過剰
な信号電子をＮ基板に流すようにしている。従ってＮ領
＠４１４で蓄積出来る最大電荷量をＣＣＤレジスターで
転送出来る電荷量より少なくしておけばいわゆるプルー
ミングは起らない。
また光電変換領域はＰウェル上にＮ領域４１４を作りそ
の上からＰ＋領域４１５を形成している。
の上からＰ＋領域４１５を形成している。
Ｐ＋領域の段目は醸化膜２０２上の浮遊電荷によるこの
領域の電位変化を防ぐことと、Ｎ領域４１４とのＰ”−
Ｎ接合に大きな容量を持たせて蓄積可能な電荷量を増加
することと、ＳｔＯ，膜２０２とＮ領域４１４の界面が
空乏化することによる暗電流の増加を防ぐことである。
領域の電位変化を防ぐことと、Ｎ領域４１４とのＰ”−
Ｎ接合に大きな容量を持たせて蓄積可能な電荷量を増加
することと、ＳｔＯ，膜２０２とＮ領域４１４の界面が
空乏化することによる暗電流の増加を防ぐことである。
本発明ではＮ領域の濃度は比較的低くＮ領域が空乏化し
たときのその領域の最大電位がψ？。−ｍａｘより小さ
くなっている。
たときのその領域の最大電位がψ？。−ｍａｘより小さ
くなっている。
従って信号電荷がＮ領域４１４からトランス７アーゲー
Ｆ領域を介してＣＯＤに移るとき’：（）、ｆｎ＆工は
常にＮ領域４１１の電位より大であるので残像は殆んど
生じない。
Ｆ領域を介してＣＯＤに移るとき’：（）、ｆｎ＆工は
常にＮ領域４１１の電位より大であるので残像は殆んど
生じない。
これらの説明より理解出来るように本発明は電極構造が
単純な固体撮像デバイスを提供するだけでなく、特性的
にも歿像やプルーミングをなくし゛た固体撮像装置とそ
の駆動法が得られる。
単純な固体撮像デバイスを提供するだけでなく、特性的
にも歿像やプルーミングをなくし゛た固体撮像装置とそ
の駆動法が得られる。
第１図は従来ρインターライン方式電荷転送撮像装置の
全体構成を示し、第２図（＝）はその単位セルの上面図
、第２図（ｂ）、 （ｃ）、 （ｄ）はそれぞれ単位セ
ルの断ＷＪｖ！Ｊである。これらの図において１００は
ＣＣＤ！直レジスレジスター１はホトダイオード、１０
２幡トランスフアーゲート、１０３は水平レジスター、
１０４は出力アンプ、１０５はトランス７アーゲート端
子、１０６，１０７は共に垂直レジスターの駆動端子、
φ、はトランス７アーゲーシへの駆動パルス、φ１．φ
、は共に垂直レジスターの駆動パルスである。また２０
１はＰ型半導体基板、２０２は８ｉ０．膜、２０３，２
０４は転送電極、２０５はＮ領域、２０７はＰ＋領域、
２０８．２０９はｓｉｏ、膜、２１ｏはＮ領域、２１２
はＰ領域（あるいはＰ−領域）、２１１はＳ凰Ｏ１，２
１３も８１０．．２１４はバリアー領域、２１５は蓄積
領域、２１６は２０３と２０４を結ぶ結線である。第３
ｇは本発明の装置の全体構成を示し、第４ｖｌ（ａ）は
その単位セルの上面図、第４ＷＪ （ｂ） 、 ’（ｃ
）は単位セルの断面図である。これらの図において３０
１は垂直方向電極、３０２はその端子、すはそれへの印
加電圧である。また４０１４０３は蓄積領域、４０２，
４０４はバリアー領域、４０５はＰ＋鎮域、４０６〜４
０９はそれぞれＮ領域、４１０はＰ領域、４１１はＮ領
域、４１２はＮ基板、４１３はＰウェル、４１４はＮ領
域、４１５はＰ領域である。第５図は垂直方向電極の印
加電圧りと領域４０６〜４０９と領域４１１中の最大電
位ψｍａｘの関係を示している。 折れ線５０１〜５０４はそれぞれ領域４０６〜４０９に
ついての関係を示し、第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
）ランスファゲートに対応する領域の厚さ方向の構造お
よび厚さ方向の電位分布を示している。第７図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ光電変換領域の厚さ方向の構造および
厚さ方向の電位分布を示す。同図７０１〜７０２はＥＢ
：０のときの電位分布、７０３〜７０５はｇＢ＝ｂのと
きの電位分布を示す。 も １ 回 循Ｚ図 （ｂ） も２図 （Ｃ） （（〕７ン 曝−図 （０，） 且 第４−図 （１７） （０） 第５図 楽ｑ図
全体構成を示し、第２図（＝）はその単位セルの上面図
、第２図（ｂ）、 （ｃ）、 （ｄ）はそれぞれ単位セ
ルの断ＷＪｖ！Ｊである。これらの図において１００は
ＣＣＤ！直レジスレジスター１はホトダイオード、１０
２幡トランスフアーゲート、１０３は水平レジスター、
１０４は出力アンプ、１０５はトランス７アーゲート端
子、１０６，１０７は共に垂直レジスターの駆動端子、
φ、はトランス７アーゲーシへの駆動パルス、φ１．φ
、は共に垂直レジスターの駆動パルスである。また２０
１はＰ型半導体基板、２０２は８ｉ０．膜、２０３，２
０４は転送電極、２０５はＮ領域、２０７はＰ＋領域、
２０８．２０９はｓｉｏ、膜、２１ｏはＮ領域、２１２
はＰ領域（あるいはＰ−領域）、２１１はＳ凰Ｏ１，２
１３も８１０．．２１４はバリアー領域、２１５は蓄積
領域、２１６は２０３と２０４を結ぶ結線である。第３
ｇは本発明の装置の全体構成を示し、第４ｖｌ（ａ）は
その単位セルの上面図、第４ＷＪ （ｂ） 、 ’（ｃ
）は単位セルの断面図である。これらの図において３０
１は垂直方向電極、３０２はその端子、すはそれへの印
加電圧である。また４０１４０３は蓄積領域、４０２，
４０４はバリアー領域、４０５はＰ＋鎮域、４０６〜４
０９はそれぞれＮ領域、４１０はＰ領域、４１１はＮ領
域、４１２はＮ基板、４１３はＰウェル、４１４はＮ領
域、４１５はＰ領域である。第５図は垂直方向電極の印
加電圧りと領域４０６〜４０９と領域４１１中の最大電
位ψｍａｘの関係を示している。 折れ線５０１〜５０４はそれぞれ領域４０６〜４０９に
ついての関係を示し、第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
）ランスファゲートに対応する領域の厚さ方向の構造お
よび厚さ方向の電位分布を示している。第７図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ光電変換領域の厚さ方向の構造および
厚さ方向の電位分布を示す。同図７０１〜７０２はＥＢ
：０のときの電位分布、７０３〜７０５はｇＢ＝ｂのと
きの電位分布を示す。 も １ 回 循Ｚ図 （ｂ） も２図 （Ｃ） （（〕７ン 曝−図 （０，） 且 第４−図 （１７） （０） 第５図 楽ｑ図
Claims (2)
- （１） 半導体基鈑の主面に験牛導体基叡と反対導電
１ｌＩＯ層を設け、その層上に二次元的に配列した光電
変換蓄積領域と複数個の電荷転送レジスター領域と前記
二領域の間の電荷の移動を制御するトランスファーゲー
ト領域と水平レジスター領域と電荷検出領域を設けた固
体撮像装置において垂直レジスター領域の駆動電極がｍ
個の垂直方向電極よりなることを特徴とする固体撮像装
置。 - （２）半導体基板の主面に該半導体基板と反対導電型の
層を設け、その層上に二次元的に配置した光電変換蓄積
領域と、−個の垂直方向電極により駆動される電荷転送
垂直レジスターと、トランスファーゲート領域と水平レ
ジスターと電荷検出領域を設けてなる固体撮像装置にお
いて。 光電変換時には前記半導体基板と前記反対導電種層の間
に大きな逆バイアス電圧を印加し、該逆バイアス電圧を
滅することによって光電変換蓄積領域に蓄わえられた信
号電荷を前記垂直レジスターに−移すことを特徴とする
固体撮像装置の駆動法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56149168A JPS5850874A (ja) | 1981-09-21 | 1981-09-21 | 固体撮像装置およびその駆動法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56149168A JPS5850874A (ja) | 1981-09-21 | 1981-09-21 | 固体撮像装置およびその駆動法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5850874A true JPS5850874A (ja) | 1983-03-25 |
| JPH0322755B2 JPH0322755B2 (ja) | 1991-03-27 |
Family
ID=15469277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56149168A Granted JPS5850874A (ja) | 1981-09-21 | 1981-09-21 | 固体撮像装置およびその駆動法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5850874A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049743A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Seiko Epson Corp | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| US7342270B2 (en) | 2004-09-22 | 2008-03-11 | Seiko Epson Corporation | Solid state imaging system and driving method thereof |
| US7583306B2 (en) | 2004-08-09 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Solid state imaging device with reduced cell pitch and driving method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54124480U (ja) * | 1978-02-20 | 1979-08-31 |
-
1981
- 1981-09-21 JP JP56149168A patent/JPS5850874A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54124480U (ja) * | 1978-02-20 | 1979-08-31 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049743A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Seiko Epson Corp | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| US7583306B2 (en) | 2004-08-09 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Solid state imaging device with reduced cell pitch and driving method thereof |
| JP4525235B2 (ja) * | 2004-08-09 | 2010-08-18 | セイコーエプソン株式会社 | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| US7342270B2 (en) | 2004-09-22 | 2008-03-11 | Seiko Epson Corporation | Solid state imaging system and driving method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0322755B2 (ja) | 1991-03-27 |
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