JPS59115556A - 電荷転送形シフトレジスタ - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はラインセンサなどに用いられる電荷転送形シフ
トレジスタに係シ、特に過剰電荷が電荷転送形シフトレ
・ゾスタに流入した際の過剰電荷によるシフトレジスタ
中のブルーミング現象を防止するだめの構造に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図（、）は従来の２相駆動形の電荷転送形シフトレ
ジスタの平面構成を概略的に示しておシ、そのＢ　−Ｂ
’線に沿う断面を第１図（ｂ）に示し、同じ＜　ｃ　−
ｃ’線に沿う断面および半導体基板内の電位井戸の分布
状態の一例を第１図（ｃ）に示している。第１図（、）
乃至（ｃ）において、１は一導電形半導体基板（たどえ
はｐ形シリコン基板）でおシ、その上に絶縁膜２を介し
て転送電極群が電荷転送方向に並設されている。この場
合、クロックツ９ルスφｌが印加される転送電極用とし
ては２個並設された１組の転送電極３’Ｌｒ３Ｌがクロ
ックパルスφ２が印加される転送電極としては同じく２
個並設された１組の転送電極３′２゜３２とが交互に繰
り返している。４は上記転送電極群下の電荷転送チャン
ネルであシ、このチャンネル４は電荷転送方向に沿って
形成される前記基板１と同−導電形の不純物領域である
ｐ領域５によってその幅が定義されている。この場合、
上記チャンネル４は、前記基板１とは反対導電形の互い
に濃度が異なる２種類の不純物領域であるｎ領域および
ｎ−領域が同一相の２個の転送電極下にそれぞれ対応し
て設けられることによって、電荷転送の方向性を持つよ
うに形成されている。

上記構成のシフトレジスタにおいては、第１相クロツク
φｌが正の所定電圧（ハイレベル）、第２相クロツクφ
２が接地電位（ロウレベル）のときには、第１図（ｃ）
に示すように第１相用の転送電極３’１　　ｐ３１下の
電位井戸が第２相用の転送電極３’２．３２下の電位井
戸よシも深くなる。次に、上記とは逆に第１相クロツク
φ１がロウレベル、第２相クロツクφ２がハイレベルの
ときには、第１相用の転送電極３’ｌ、３１下の電位井
戸が浅くなり、第２相用の転送電極３’２ｚ３２下の電
位井戸が深くなる。なお、第１相用の転送電極３′ｌ　
、３１下ではｎ領域。

ｎ″″″領域異によシ所定の電位差ΔＶが生じ、同様に
第２相用の転送電極”２ｐ３２下でも電位差ΔＶが生じ
る。したがって、第１相クロツクφｌおよび第２相クロ
ツクφ２が交互に印加されることによって、シフトレジ
スタの入力信号電荷が上記クロックφ１　、φ２に同期
して電荷転送方向（転送電極３１→３′２→３２→３′
１→３１・・・）へ転送される。

〔背景技術の問題点〕

上記シフトレジスタにおいて、最大転送電荷量は、通常
は同一相の１組の転送電極下の２種類の不純物領域（ｎ
領域、ｎ−領域）に生じる電位差ΔＶ（電位井戸の深さ
の差）で決まる。

ここで、該１組の転送電極の内深い方の電位井戸に対応
する転送電極を以下の説明では電荷蓄積用転送電極と称
し、浅い方の電位井戸に対応する転送電極を電荷転送用
転送電極と称する。

この最大電荷転送量以上の電荷が上記シフトレジスタに
入力すると、−転送段の転送能力を越える過剰な電荷は
転送されずに取シ残され、後段側の転送段から転送され
てくる電荷に加算されるようになる。即ち、おる転送段
で一度でも過剰電荷の取シ残しが起こると、それに続く
後段側の転送段からの電荷情報が劣化してしまう。

しだがって、上記シフトレジスタをたとえばラインセン
サにおける信号電荷の読み出しに用いる場合に次のよう
な問題が生じる。即ち、ラインセンサにおいては、ライ
ン状に配列された各感光領域で発生した信号電荷は、感
光領域に隣接して並設された電荷転送形シフトレジスタ
に同時に（並列に）転送され、このシフトレジスタ中を
転送されて外部に時系列的に読み出される。いま、上記
感光領域で発生した電荷量が前記シフトレジスタの最大
転送電荷量以上になると上記過剰電荷の取シ残しが生じ
、感光領域での発生電荷量がさらに増大すると、信号電
荷の読み出しに続く空送り期間（感光領域からシフトレ
ジスタへの信号電荷の転送がない期間）に漏れ込むよう
になる。この空送シ期間の読み出し出力は、通常は信号
電荷出力がない場合の基準レベルとして用いられ、信号
電荷出力がある場合の読み出し出力レベルと上記基準レ
ベルとの差を信号出力として使用している。したがって
、上記基準レベルに過剰電荷の漏れによる成分が含まれ
ると、信号出力に誤差が生じ、ラインセンサの性能が劣
化してしまう。

そこで、通常は上記問題の対策として、感光領域に過剰
電荷を吸収するだめのオーバーフロードレインを設け、
感光領域で発生し蓄積される信号電荷の最大値を電荷転
送形シフトレジスタの最大転送電荷量以下にすることに
よって、過剰電荷の取シ残しの防止を図っている。

しかし、上記のような構造を採用しても、感光領域の信
号電荷を電荷転送形シフトレジスタへ転送する期間に発
生した電荷に対してはオーバーフロードレインは無力で
あるので、感光領域への入力光が強力になると信号電荷
の発生刊が多くなり、過剰電荷の取り残しが起こるとい
う問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、最大転送
電荷量以上の信号電荷が入力しても各転送段で過剰電荷
の取シ残しが起こることはなく、性能の良い電荷転送形
シフトレジスタを提供するものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の電荷転送形シフトレジスタは、半導体基
板上に設けられたシフトレジスタ部の片側でその電荷転
送方向に沿って前記基板とは逆導電形の不純物領域より
なるオーバーフロードレインを設け、このオーバーフロ
ードレインと前記シフトレジスタの各転送段の電荷蓄積
用転送電極との間で上記転うＡ電極に隣接して電荷転送
制御領域を設け、この制御領域下には前記転送電極のう
ち電荷蓄積用転送電極下の電位井戸より浅くかつ電荷転
送用転送電極下の電位井前記オーバーフロードレインに
は前記転送電極下の電位井戸よりも常に深い電位を与え
るようにしたことを特徴とするものである。

したがって、各転送段の最大蓄積電荷量が、電荷蓄積用
転送電極下の電位井戸と制御領域下の電位井戸との差に
よって決まるように、シフトレジスタに上記最大蓄積電
荷量以上の信号電荷が入力したときには過剰分の電荷が
制御領域下を経てオーバーフロードレインに排出される
ようになシ、各転送段で過剰電荷が取り残されるような
ことはない。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例として２相駆動形の電荷転送形
シフトレジスタについて図面を参照して詳細に説明する
。第２図（、）は上記シフトレジスタの平面構成を概略
的に示しており、そのＢ　−Ｂ’線に沿う断面および半
導体基板内の電位井戸の分布状態の変化の様子を第２図
（ｂ）に示している。第２図（、）　（ｂ）に示すシフ
トレジスタにおいて、半導体基板１．絶縁膜２．転送電
極群（つまり、第１相用の１組の転送電極３′１゜３１
および第２相用の１組の転送電極３′２゜３２）、電荷
転送チャネル（ｎ領域、ｎ−領域）、ｐ＋領域５は、第
１図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）を参照してそれぞれ前述し
たものと同じであるので、第１図中と同一符号を付して
その説明を省略する。このようにシフトレジスタ部が形
成された半導体基板１上において、シフトレジスタ部の
片側でその電荷転送方向に沿って一定幅のオーバーフロ
ードレイン６が形成されており、これは半導体基板１と
反対導電形（本例ではｎ形）の不純物領域からなり、正
の高電圧が印加される。７は、各相の転送電極のうちｎ
領域の上方の電荷蓄積用の転送電極３１ｅ３２それぞれ
に隣接し前記オーバーフロードレイン６との間に形成さ
れた電荷転送制御領域（オーバーフロー制御デート電極
）であって、隣接する転送電極３１または３２と同電位
に保たれるように配線されている。また、上記ダート電
極７下にも電荷転送チャンネル４′が形成されており、
このチャンネル４′と上記転送電極３１，３．下の電荷
転送チャンネル４とが連続するように前記ｐ＋領領域が
形成されている。この場合、ダート電極７下の電位井戸
が電荷蓄積用転送電極３１．３２下の電位井戸と転送電
極３′ｌ　　ｔ　３’２下の電位井戸との中間値になる
ように形成されている。即ち、上記各電極下の電位井戸
は第３図に示すような電極電圧依存特性を有する。ここ
で、電極電圧のロウレベルおヨヒハイレペルは、クロッ
クφｌ　、φ２の低電圧（接地電位）および正の所定電
圧に和尚する。また、上記電荷蓄積用転送電極３１　。

３２にハイレベルが印加されたときのその電極下の電位
井戸よりも前記オーバーフロードレイン６の電位が深い
。

したがって、上記シフトレジスタにおいて、第１相クロ
ツクφｌがノｈイレペル、第２相クロックφ２がロウレ
ベルのときには、基板１内の電位井戸の分布は第２図（
ｂ）に実線で示すようになシ、上記とは逆に第１相クロ
ツクφ１がロウレベル、ｆＦ、２相クロツクφ２がノ・
イレベルノトきには、第２図（ｂ）に点線で示すような
電位井戸分布となる。なお、第２図（ｂ）中の点線矢印
は、上記クロックφ２がノ・イレペルからロウレベルに
変化し、クロックφ１−がロウレベルから７１イレペル
に変化したときに、電位井戸分布が点線表示から実線表
示へ変化することによって信号電荷が第２相用の電荷蓄
積用転送電極３２下の電位井戸から電荷転送方向側の第
１相用の電荷蓄積用転送電極３１下の電位井戸まで転送
される様子を示している。この際、上記転送電極３１下
に蓄積可能な最大蓄積電荷量は、上記転送電極３１下の
電位井戸と隣接するケ゛−ト電極７下の電位井戸との深
さの差（電位井戸差）ΔＶ′で決まシ、この値は第１相
の１組の転送電極３′１ｔＪｌ下の電位井戸差ΔＶで決
まる最大転送電荷量より小さい。したがって、上記電荷
蓄積用転送電極３１下の最大蓄積電荷量を越える過剰電
荷は隣接するダート電極７下を経てオーバーフロードレ
イン６に排出される。

同様に、上記とは逆に第１相用の転送段から第２相用の
転送段へ信号電荷が転送されるときには、第２相用の電
荷蓄積用転送電極３２下の最大蓄積電荷量を越える過剰
電荷が隣接するダート電極７下を経てオーバーフロード
レイン６に排出される。

即ち、上記シフトレジスタによれば、電荷蓄積用転送電
極３１あるいは３２とこれに隣接するダート電極７との
各電極下の電位井戸差ΔＶ′によって決まる最大蓄積電
荷量が同一相の１組の転送電極３′、、ｓ、あるいは”
２ｖ３２の各電極下の電位井戸差ΔＶよシも常に小さく
、各転送段において上記最大蓄積電荷量を越える過剰電
荷があればオーバーフロードレイン６へ排出される。し
たがって、上記シフトレジスタにその最大転送電荷量以
上の信号電荷が入力したとしても、従来例におけるよう
な各転送段で過剰電荷が取シ残されて後段側の転送段か
らの電荷情報を劣化させるというような問題は解決され
、性能の良いシフトレジスタが得られる。

まだ、上記シフトレジスタをたとえばラインセンサの信
号電荷読み出し転送部に用いる場合には、感光領域から
電荷転送形シフトレジスタへ信号電荷を転送する期間に
過剰な電荷が発生しても、この過剰電荷はオーバーフロ
ー制御ダート電極下を経てオーバーフロードレインへ排
出されるので、上記シフトレジスタの実際の最大転送電
荷量が最大蓄積電荷量以下のままであり、過剰電荷の取
り残しが生じることはない。

なお、上記実施例は二相駆動形のシフトレジスタを示し
たが、本発明はこれに限らず単相９三相、四相駆動形の
電荷虻送形シフトレジスタにも適用できるものでアシ、
電荷転送制御領域下の電位井戸がそれに対応する電荷蓄
積用転送電極下の電位井戸に電荷転送方向の反対側で隣
接する電位井戸よりも常に深くなるように形成すること
によって上記実施例と同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明の電荷転送形シフトレジスタによ
れば、最大転送電荷量以上の信号電荷が入力しても各転
送段で過剰電荷の取シ残しが起こることはなく、電荷情
報の劣化を防止でき、性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の電荷転送形シフトレジスタの平面
的な構成を概略的に示す構成説明図、第１図（ｂ）は第
１図（、）のＢ　−Ｂ’線に沿う断面構造を示す構成説
明図、第１図（ｃ）は第１図（、）のｃ　−ｃ’線に沿
う断面構造および電位井戸分布を示す構成説明図、第２
図（−）は本発明に係る電荷転送形シフトレジスタの平
面的構成を概略的に示す構成説明図、第２図（ｂ）は第
２図（、）のＢ　−Ｂ’線に沿う断面構造および電位井
戸分布を示す構成説明図、第３図は第２図（、）の２種
の転送電極およびダート電極に対する電極電圧対電種下
電位井戸の深さの関係の一例を示す特性図である。 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３’ｌ＋３１＋
”２ｔＪ２・・・転送電極、４，４’・・・電荷転送チ
ャンネル、６・・・オーバーフロードレイン、７・・・
オ−パーフロー制御ダート電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に設けられた電荷転送形シフトレジスタ部
   と、このシフトレジスタ部の片側でその電荷転送方向に
   沿って形成され前記半導体基板とは逆導電形の不純物領
   域よりなるオーバー７０−ドＶインド、このオーバーフ
   ロードレインと前記シフトレジスタの各転送段の電荷蓄
   積用転送電極との間でこの転送電極に隣接して形成され
   た電荷転送制御領域とを具備し、上記電荷転送制御領域
   下の電位井戸には該電荷転送制御領域と隣接する前記転
   送電極下の電位井戸よシも浅く、かつ電荷転送方向の反
   対側で隣接する電位井戸よりも常に深くなるような電位
   井戸を形成し、前記オーバーフロードレインには前記転
   送電極下よりも常に深い電位を与えるようにしてなるこ
   とを特徴とする電荷転送形シフトレジスタ。