JPS59213160A - Solid-state image pickup element - Google Patents

Solid-state image pickup element

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Publication number
JPS59213160A
JPS59213160A JP58087049A JP8704983A JPS59213160A JP S59213160 A JPS59213160 A JP S59213160A JP 58087049 A JP58087049 A JP 58087049A JP 8704983 A JP8704983 A JP 8704983A JP S59213160 A JPS59213160 A JP S59213160A
Authority
JP
Japan
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region
transfer
electrodes
vertical
optical signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP58087049A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Matsumoto
松本 博行
Yoshimi Hirata
芳美 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP58087049A priority Critical patent/JPS59213160A/en
Publication of JPS59213160A publication Critical patent/JPS59213160A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

Abstract

PURPOSE:To simplify the process of manufacturing the titled element by reducing the number of electrodes in case of using a CCD as said element. CONSTITUTION:The photo receiving part 15A of said element 15 has a plurality of sensor regions SENS formed by arrangement in the horizontal and vertical directions, respectively, at fixed pitches. Many vertical shift registers VR extending respectively in the vertical direction are formed by arrangement between said regions SENS formed by arrangement in the horizontal direction. A temporarily accumulated region PS wherein a part of photo signal charges photoelectrically converted respectively by sensor regions SENSA and SENSB adjacent to each other in the vertical direction is accumulated is formed between said regions SENS formed by arrangement in the vertical direction. The N<-> type region 23 for a readout gate region ROG is formed at the region between this temporarily accumulated region PS and the vertical shift register VR and between selectively formed P<+> type regions 20, and the region other than that is made as the region CS for a channel stopper. Thus, the electrodes for the readout gate and channel stopper can be omitted.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はCCDなどの電荷転送素子を用いた固体撮像
素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a solid-state image pickup device using a charge transfer device such as a CCD.

背景技術とその問題点 例えば、CCDを固体撮像素子として使用する場合、受
光領域(絵素)をMO8構成とする場合と、PN接合構
成とする場合がある。
Background Art and Problems Therein For example, when a CCD is used as a solid-state imaging device, the light-receiving region (picture element) may have an MO8 configuration or a PN junction configuration.

第1図は前者の一例で、第2図は後者の一例であって、
(1)はこの例ではP型シリコンの基体で、基体(1)
の上面近傍rは垂直シフトレジスタVl(をバルクチャ
ンネル(埋込みチャンネル)とするためN型領域(2)
が形成されると共に、センサー領域子 0FCGのためのP型頭域(4;が、右側にチャンネ+ ルストツパC8用のP型頭域(5)が夫々形成さ4、て
いる0ROGは読出し用のコントロールゲートを示す。
Figure 1 is an example of the former, Figure 2 is an example of the latter,
In this example, (1) is a P-type silicon substrate;
Near the top surface r is an N-type region (2) in order to make the vertical shift register Vl (a bulk channel (embedded channel)).
At the same time, a P-type head area (4) for the sensor area 0FCG is formed, and a P-type head area (5) for the channel + last part C8 is formed on the right side. Control gate is shown.

そして、基体(1)の上面には5IO2等の絶縁層(7
)を介して垂直転送用のポリシリコン等よりなる電極(
8)が形成され、(9)はセンサー領域5DNSをコン
トロールする透明電極である。
Then, an insulating layer (7
) for vertical transfer through an electrode made of polysilicon, etc. (
8) is formed, and (9) is a transparent electrode that controls the sensor area 5DNS.

第1図において、基体(1)と絶縁層(7)と透明電極
(9)とによってMO8構成のセンサー領域5DNSが
形成され、また第2図において基体(1)中に形成され
たN型領域(12+と基体(11とによってPN接合構
成のセンサー領域5ENSが形成される。
In FIG. 1, a sensor region 5DNS having an MO8 configuration is formed by the base (1), an insulating layer (7), and a transparent electrode (9), and in FIG. 2, an N-type region is formed in the base (1). (12+ and the base (11) form a sensor region 5ENS having a PN junction configuration.

第1図構成のものではセンサー領域5ENSに形成され
た透明電極(9)によって光が吸収されるため、赤、緑
及び青の各色光に対する感度が全体的に低下すると共に
、基体(1)中に形成される空乏層の拡がりが浅いため
゛に空乏層外の基体の奥深く筐で進入する長波長の光信
号(赤信号等)による光信号電荷が基体中に拡散してこ
れが垂直シフトレジスタVB、に流れ込んでスミアが発
生する。筐た、オーバーフ日−ドレインOFDは二次元
的に配置されているため素子面を有効に利用することが
できない。
In the configuration shown in FIG. 1, since light is absorbed by the transparent electrode (9) formed in the sensor area 5ENS, the sensitivity to red, green, and blue color light decreases overall, and the Since the spread of the depletion layer formed in the VB is shallow, optical signal charges caused by long-wavelength optical signals (red signals, etc.) that enter deep inside the substrate outside the depletion layer are diffused into the substrate, and this is caused by the vertical shift register VB. , and a smear occurs. Since the housing and overflow drain OFD are arranged two-dimensionally, the device surface cannot be used effectively.

第2図構成のものでは、センサー領域5ENSに透明電
極(9)がないので感度の低下は抑えられる反面、この
場合も基体(1)中での空乏層の拡がりが浅いためにス
ミアが発生すると共に、PN接合構成であるために光信
号電荷の読出し時、センサー領域の1光信号電荷を完全
に垂直シフトレジスタ11側に転送することができない
から残像が発生する。
In the configuration shown in FIG. 2, since there is no transparent electrode (9) in the sensor region 5ENS, a decrease in sensitivity can be suppressed, but in this case as well, smear occurs because the depletion layer in the substrate (1) is shallow. Additionally, due to the PN junction configuration, when reading optical signal charges, one optical signal charge in the sensor area cannot be completely transferred to the vertical shift register 11 side, resulting in an afterimage.

このような従来の問題点は受光部を例えば第3図以下に
示すような構成とすることによって解決することができ
る。
These conventional problems can be solved by configuring the light receiving section as shown in FIG. 3, for example.

第3図はインターライン転送構成あるいはフレーム若し
くはフィールド転送構成の変形とも(・うべき固体撮像
素子の一例である。
FIG. 3 is an example of a solid-state image pickup device that can be used as an interline transfer configuration or a modification of a frame or field transfer configuration.

この固体撮像素子a9は、受光部(15A)と蓄積部(
15B)を有し、受光部(15A)は受光領域(絵素と
なるセンサー領域)SEN8と、このセンサー領域5B
NSで光電変換された光信号電荷を転送する垂直シフト
レジスタVR,とが夫々独立に設けられる。
This solid-state image sensor a9 includes a light receiving section (15A) and a storage section (
15B), and the light receiving section (15A) has a light receiving area (sensor area that becomes a picture element) SEN8 and this sensor area 5B.
Vertical shift registers VR, which transfer optical signal charges photoelectrically converted by the NS, are provided independently.

一方蓄積部(15B)は各垂直シフトレジスタV’Rカ
)らの光信号電荷をセンサー領域ごとに蓄える領域を有
し、この領域と垂直シフトレジスタVBと力1共通に使
用されるようになされたものである。
On the other hand, the storage section (15B) has a region for storing optical signal charges from each vertical shift register V'R for each sensor region, and is designed to be used in common with this region and the vertical shift register VB. It is something that

受光!(15A)から蓄積部(15B)への電荷転送は
垂直ブランキング期間に行なわれ、蓄積部(15B)に
転送蓄積された電荷は1水平期間ごとに順次水平シフト
レジスタ(読出しレジスタ) (15C)に転送されて
読出される。
Light reception! The charge transfer from (15A) to the storage section (15B) is performed during the vertical blanking period, and the charges transferred and accumulated in the storage section (15B) are transferred to the horizontal shift register (readout register) (15C) sequentially every horizontal period. The data is transferred to and read out.

このような固体撮像素子(151において受光部(15
A)を第4図以下に示すように構成する。
In such a solid-state image sensor (151), a light receiving section (15
A) is configured as shown in FIG. 4 and below.

受光部(15A)は水平及び垂直方向に夫々所定のピッ
チをもって複数のセンサー領域5DNSが配列形成され
、水平方向に配列形成されたセンサー領域5BNSの間
には夫々垂直方向に延びる複数の垂直シフトレジスタV
)Lが配列形成される。垂直方向に配列形成されたセン
サー領域5ENSの間には夫々垂直方向に隣り合うセン
サー領域S DN S、と5BNS j(1、Jはi番
目及びj番目のセンサー領域)とで夫々光゛電変換され
た光信号電荷の一部が蓄積される一時蓄積領域PSが形
成される。この一時蓄積領域PSと垂直シフトレジスタ
VBとの間には夫々一時蓄積領域PSVc蓄えられた光
信号電荷を垂直シフトレジスタvkLに読出し転送する
ための読出しゲート領域几OQが設けられる。
In the light receiving section (15A), a plurality of sensor regions 5DNS are arranged at a predetermined pitch in the horizontal and vertical directions, and a plurality of vertical shift registers extending in the vertical direction are arranged between the sensor regions 5BNS arranged in the horizontal direction. V
) L is arrayed. Between the sensor areas 5ENS arranged in the vertical direction, the vertically adjacent sensor areas SDN S and 5BNS j (1 and J are the i-th and j-th sensor areas) perform photoelectric conversion, respectively. A temporary storage region PS is formed in which a portion of the optical signal charges generated are stored. A readout gate region OQ is provided between the temporary storage region PS and the vertical shift register VB, respectively, for reading out and transferring the optical signal charges stored in the temporary storage region PSVc to the vertical shift register vkL.

第5図は第4図のI−I線上における受光部(151の
断面構成の一例を示すものであって、この例ではP型シ
リコン基体(1)が使用される。基体+n内にはバルク
チャンネル(埋込みチャンネル)型の垂直シフトレジス
タvRとすべくN型領域(2)が形成され、センサー領
域5ENSは基体(1)と5I02等の絶縁層(7)と
によって形成される。
FIG. 5 shows an example of the cross-sectional configuration of the light receiving section (151) taken along line I-I in FIG. 4. In this example, a P-type silicon substrate (1) is used. An N-type region (2) is formed to form a channel (buried channel) type vertical shift register vR, and a sensor region 5ENS is formed by a base body (1) and an insulating layer (7) such as 5I02.

第6図は第4図の■−■線上における断面図であり、1
だ第7図は一時蓄積領域PSの縦断面図であって、一時
蓄積領域PSに対応する部分にはバルクチャンネル用の
N型頭域aDが形成さiてこの部分に光信号電荷が蓄積
される。他方のN型領域(18はチャンネルストッパ領
域C8用のものである。
Figure 6 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in Figure 4;
However, FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of the temporary storage region PS, in which an N-type head region aD for a bulk channel is formed in a portion corresponding to the temporary storage region PS, and optical signal charges are accumulated in this portion. Ru. The other N-type region (18 is for channel stopper region C8).

領域+21とaDとの間に対応する基体(1)の表面に
は夫々電極σ槌と(11が垂直方向に延在するように所
定の幅をもって被着形成されて、一方の電極(181が
チャンネルストッパ領域C8用の電極として利用され、
他方の電極α9が電荷の読出しゲート領域1(、OQ用
の電極として利用される。基体(1)の上面にはさらに
電荷を垂直転送するための複数の電極ダl〜y4が被着
形成される。
On the surface of the substrate (1) corresponding to the areas +21 and aD, electrodes (11) are formed with a predetermined width so as to extend in the vertical direction, and one electrode (181) is formed with a predetermined width. Used as an electrode for channel stopper region C8,
The other electrode α9 is used as an electrode for the charge readout gate region 1 (OQ).A plurality of electrodes l to y4 for vertical charge transfer are further formed on the upper surface of the substrate (1). Ru.

84図にその電極形状の一例を示す。この例では4本の
電極O1〜ダ4によって光信号電荷を垂直転送するよう
にした場合で、N型領域+21の形成された基体il+
の上面には、水平方向に延在等る4本の電極絢〜ダ4が
垂直方向に順次交互に被着形成される。センサー領域5
BNS上は第5図にも示すように電極グ1〜ダ4で覆わ
4ないようにするため、夫々は櫛歯状をなし、1!極ダ
2とグ3及びダ1と芦4の各歯部が互いに向い合い、か
つ夫々の先端が一部重なり合うように各電極絢〜ダ4の
形成位置が選定さ贋−る。
Figure 84 shows an example of the electrode shape. In this example, optical signal charges are vertically transferred by four electrodes O1 to O4, and the substrate il+ has an N-type region +21 formed thereon.
Four electrodes 4 extending in the horizontal direction are sequentially and alternately adhered to the upper surface of the electrode 4 in the vertical direction. Sensor area 5
As shown in FIG. 5, the top of the BNS is covered with electrodes 1 to 4, each having a comb-like shape. The formation positions of the electrodes 2 to 4 are selected so that the teeth of the electrodes 2 and 3 and the teeth 1 and 4 face each other, and their tips partially overlap.

そして、これら各電極層〜g4はセンサー領域5ENS
上を覆わないで水平方向に延在させるため、各電極絢〜
ダ4の櫛歯状の基部(共通電極部分)は読出しゲート領
域几OG及び一時蓄積領域PSに対応する基体(1)の
上面に形成される。このため、それらの部分の電極構造
は2層構造となる(第6図参照)。
Each of these electrode layers ~g4 is a sensor area 5ENS.
In order to extend horizontally without covering the top, each electrode
A comb-like base portion (common electrode portion) of the electrode 4 is formed on the upper surface of the base body (1) corresponding to the readout gate region OG and temporary storage region PS. Therefore, the electrode structure in those parts becomes a two-layer structure (see FIG. 6).

受光期間中、センサー領域5ENSで光電変換された光
信号電荷は第4図の矢印a、b、c・・・で示す方向に
拡散して一時蓄積領域PS下のポテンシャルウェルに蓄
積される(第6図N及び第7図参照)。
During the light reception period, the optical signal charges photoelectrically converted in the sensor region 5ENS are diffused in the directions shown by arrows a, b, c, etc. in FIG. (See Figure 6N and Figure 7).

読出し期間(垂直ブランキング期間内)ではゲートパル
スヲコントロールして読出しゲート領域BOGを開けて
(第6図B)、一時蓄積領域P8に蓄積された光信号電
荷を垂直シフトレジスタvR側に転送する。その後電極
絢〜ダ4に供給されるクロックに基いて光信号電荷が垂
直方向に転送されて、蓄積部(15B)に蓄積される。
During the readout period (within the vertical blanking period), the gate pulse is controlled to open the readout gate region BOG (FIG. 6B), and the optical signal charge accumulated in the temporary accumulation region P8 is transferred to the vertical shift register vR side. . Thereafter, the optical signal charge is transferred in the vertical direction based on the clock supplied to the electrode layer 4, and is accumulated in the accumulation section (15B).

この構成によれば、 ■ センサー領域5ENSにはポリシリコン等の電極層
がないので、感度、特に短波長の感度が劣化しない。
According to this configuration, (1) Since there is no electrode layer such as polysilicon in the sensor region 5ENS, the sensitivity, especially the sensitivity at short wavelengths, does not deteriorate.

■ 受光中、基体(1)の奥深くで光電変換された長波
長成分による電荷はノ(ルク中に拡散して垂直シフトレ
ジスタV)Lにその一部が蓄積されるが、その電荷は掃
出し転送されるためスミア成分とはならない。しかも真
の光信号電荷の転送は高速で行なわれるのでスミアの発
生を抑制で伴る。
■ During light reception, the charge due to the long wavelength component photoelectrically converted deep inside the substrate (1) is diffused into the light and a part of it is accumulated in the vertical shift register V, but the charge is swept out and transferred. Therefore, it does not become a smear component. Moreover, since the true optical signal charge transfer is performed at high speed, the occurrence of smear is suppressed.

■ 受光期間、読出しゲート領域BOGを介して過剰電
荷が垂直シフトレジスタVRに流出するので、プルーミ
ングを抑圧できると共に、垂直シフトレジスタ■几をオ
ーバーフロードレインとしても利用することができるた
め、素子面を有効に利用することができる。
■During the light reception period, excess charge flows into the vertical shift register VR via the readout gate region BOG, so plumping can be suppressed and the vertical shift register can also be used as an overflow drain, making the element surface more effective. It can be used for.

■ PN接合によるセンサー構成のものに比し、N″″
型領域aηによって蓄積された電荷を転送するので完全
転送となり、残像が少ない。
■ Compared to the sensor configuration using PN junction, N″″
Since the charges accumulated in the mold region aη are transferred, complete transfer is achieved and there is little afterimage.

などの特徴を有するから、従来の問題点を一掃できる。Because it has the following characteristics, it can eliminate the problems of conventional methods.

ところで、上述したように構成する場合には、第1〜第
4の転送電極グ1〜ダ4のほかに読出しゲート用の電極
a9とチャンネルストツノく用の電極aδが必要になる
ので、素子の製造工程が増えるきらいがある。
By the way, in the case of the above-described configuration, in addition to the first to fourth transfer electrodes G1 to D4, an electrode a9 for a readout gate and an electrode aδ for a channel block are required, so that the element This tends to increase the number of manufacturing processes.

発明の目的 そこで、この発明の主たる目的は上述した固体撮像素子
の特徴を生かしつつ、電極数を削減して素子の製造工程
を簡略化しようとするものである。
OBJECT OF THE INVENTION Therefore, the main purpose of the present invention is to reduce the number of electrodes and simplify the manufacturing process of the device while making use of the above-described characteristics of the solid-state image sensor.

発明の概要 そのため、この発明では、固体撮像素子を水平及び垂直
方向に夫々所定のピッチで配列された複数の受光領域と
、垂直方向に延びる複数の垂直シフトレジスタと、垂直
方向に配列された受光領域の間に夫々形成され、垂直方
向において隣り合う受光領域で夫々光電変換された光信
号電荷が蓄積される一時蓄積領域と、この一時蓄積領域
と垂直シフトレジスタとの間に形成された読出しゲート
領域と、垂直シフトレジスタ上に形成された第1〜第4
の転送電極で構成し、これら転送電極は転送方向に向っ
て順次交互に被着形成し、第1及び第3の転送電極は一
時蓄積領域上にも延在して形成すると共に、第2及び第
4の転送電極は読出し領域上にも延在して形成すること
によって上記目的を達成したものである。
Summary of the Invention Therefore, in the present invention, a solid-state image sensor is provided with a plurality of light-receiving areas arranged at a predetermined pitch in the horizontal and vertical directions, a plurality of vertical shift registers extending in the vertical direction, and a plurality of light-receiving regions arranged in the vertical direction. Temporary storage regions formed between the regions and in which optical signal charges photoelectrically converted in the vertically adjacent light receiving regions are stored, and read gates formed between the temporary storage regions and the vertical shift register. and the first to fourth regions formed on the vertical shift register.
These transfer electrodes are sequentially and alternately deposited in the transfer direction, and the first and third transfer electrodes are formed to extend over the temporary storage area, and the second and third transfer electrodes are The above object is achieved by forming the fourth transfer electrode so as to extend over the readout region.

実施例 続いて、この発明に係る固体撮像素子の一例を第8図以
下を参照して詳細に説明する。実施例は第3図に示す固
体撮像素子にこの発明を適用した場合である。
Embodiment Next, an example of the solid-state image sensing device according to the present invention will be explained in detail with reference to FIG. 8 and subsequent figures. An example is a case where the present invention is applied to a solid-state image sensor shown in FIG.

この発明に係る固体撮像素子α9の受光部(15A)も
第4図に示したとほぼ同様な平面構成をとる。
The light receiving section (15A) of the solid-state image sensor α9 according to the present invention also has a planar configuration substantially similar to that shown in FIG.

従って、この受光部(15A)は第8図に示すように、
水平及び垂直方向に夫々所定のピッチをもって複数のセ
ンサー領域5ENSが配列形成さ4、水平方向に配列形
成されたセンサー領域5ENSの間には夫々垂直方向に
延びる複数の垂直シフトレジスタVRが配列形成さ4る
。垂直方向に配列形成されたセンサー領域SEMSの開
には夫々垂直方向に隣り合うセンサー領域S BN S
、と5EN8j (1、jは五番目及びj番目のセンサ
ー領域)とで夫々光電変換された光信号電荷の一部が蓄
積される一時蓄積領域PSが形成さ4る。この一時蓄積
領域PSと垂直シフトレジスタVRとの間に形成される
領域のうち、所定の領域には夫々一時蓄積領域PSに蓄
えられた光信号電荷を垂直シフトレジスタV)Lに読出
し転送するだめの読出しゲート領域ROGが設けられる
。それ以外の領域はチャンネルストッパー用の領域C8
とされる。
Therefore, as shown in FIG. 8, this light receiving section (15A)
A plurality of sensor regions 5ENS are arrayed at a predetermined pitch in the horizontal and vertical directions, respectively.A plurality of vertical shift registers VR extending in the vertical direction are arrayed between the sensor regions 5ENS arranged in the horizontal direction. 4 Ru. Each vertically adjacent sensor area S BN S is located between the sensor areas SEMS arranged in the vertical direction.
, and 5EN8j (1 and j are the fifth and jth sensor regions), respectively, form a temporary storage region PS in which a part of the photoelectrically converted optical signal charge is stored. Of the regions formed between the temporary storage region PS and the vertical shift register VR, a predetermined region is used to read and transfer the optical signal charge stored in the temporary storage region PS to the vertical shift register V)L. A read gate region ROG is provided. The other area is area C8 for channel stopper.
It is said that

第9図は第8図のト」線上における受光部05)の断面
構成の一例を示すものであって、センサー領域5BNS
とN型領域(2)との間にはチャンネルストッパ領域C
8として機能するP型領域f2Ql 、 +211が形
成さハる。一方のP 型領域■は第8図の平面構成から
も明らかなように垂直転送方向に向って選択的に形成さ
れる。
FIG. 9 shows an example of the cross-sectional configuration of the light receiving section 05) on the line T in FIG. 8, and shows the sensor area 5BNS.
and the N-type region (2) is a channel stopper region C.
A P-type region f2Ql, +211 functioning as 8 is formed. One P type region (2) is selectively formed in the vertical transfer direction, as is clear from the planar configuration of FIG.

第10図は第8図のIT−IV線上における断面図であ
り、筐だ第12図はVI−VI線−ヒの断面図であって
、一時蓄積領域PSに対応する部分には、例えば第8図
に斜線で示すような平面形状をなすノシルクチャンネル
用のN型領域Q7)が形成されてこの部分に光信号電荷
が蓄積される。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line IT-IV in FIG. 8, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. An N-type region Q7) for a no-silk channel having a planar shape as shown by diagonal lines in FIG. 8 is formed, and optical signal charges are accumulated in this region.

第11図は第8図の■−■線上の断面図であって、一時
蓄積領域PSの夫々に対応して、この一時蓄積領域PS
と垂直シフトレジスタVRとの間で、しかも選択的に形
成されたP型領域(20の間にある領域には、読出しゲ
ート領域ROG用のN型領域(至)が形成さ刺る。基体
(1)の上面にはさらに電荷を読出し、読出された電荷
を垂直転送するための電極絢〜ダ4が被着形成される。
FIG. 11 is a cross-sectional view along the line ■-■ in FIG.
An N-type region (to) for the readout gate region ROG is formed in the region between the selectively formed P-type region (20) and the vertical shift register VR. 1), an electrode layer 4 is formed on the upper surface for reading charges and vertically transferring the read charges.

第8図にその電極形状の一例を示す。この例では4本の
電極y1〜ダ4によって光信号電荷を垂直転送するよう
にした場合で、N型領域(21の形成された基体(1)
の上面には、水平方向に延在する4本の電極部〜04が
垂直方向に順次交互に被着形成される。センサー領域5
BNS上は第9図にも示すように電極ダ1〜04で覆わ
れないようにするため、夫々は櫛歯状をなし、電極グ2
とダ3及びダ1とg4の各歯部が互いに向い合い、かつ
夫々の先端が一部重なり合うように各電極絢〜ダ4の形
成位置が選定される。
FIG. 8 shows an example of the electrode shape. In this example, optical signal charges are vertically transferred by four electrodes y1 to d4, and the substrate (1) formed with an N-type region (21)
Four electrode portions 04 extending in the horizontal direction are sequentially and alternately adhered and formed on the upper surface of the electrode. Sensor area 5
As shown in FIG. 9, on the BNS, in order to prevent the electrodes 1 to 04 from being covered, each has a comb-like shape, and the electrodes 2
The formation positions of the electrodes A to D4 are selected such that the teeth of D3 and D1 and G4 face each other, and their tips partially overlap.

そして、これら各電極絢〜ダ4はセンサー領域5ENS
上を覆わないで水平方向に延在させるため、各電極絢〜
ダ4の櫛歯状の基部(共通電極部分)は読出しゲート領
域I(、OG及び一時蓄積領域PSに対応する基体(1
)の上面に形成される。ただし、読出しゲート用のP型
領域□□□の上面は、第2及び第4の電極グ2./4の
みが被着形成されるように、第1及び第3の電極Ox 
+ 03の形状が選定される(第8図参照)。
Each of these electrodes is connected to the sensor area 5ENS.
In order to extend horizontally without covering the top, each electrode
The comb-shaped base (common electrode part) of the holder 4 is connected to the base (1) corresponding to the readout gate region I (, OG, and temporary storage region PS).
) is formed on the top surface of the However, the upper surface of the P-type region □□□ for the readout gate is connected to the second and fourth electrode groups 2. The first and third electrodes Ox
+03 shape is selected (see Figure 8).

このようにするのは、第2及び第4の電極部。This is done for the second and fourth electrode parts.

グ4に加えらj、るクロックCK2.CK4によって?
Jr出しゲート領域ROGをコントロールできるように
するためである。
clock CK2. By CK4?
This is to enable control of the Jr output gate region ROG.

1だ、 第11図のようなポテンシャルウェルとするた
め、第2及び第4の電極ダ2 + /lJ4は第12図
にも示すように第1及び第3の複極961 、 J2’
3.J:りも上層に位置するように選定される。続いて
、光信号電荷の読出し及び転送について第14図以下を
参照して説明する。
1. In order to form a potential well as shown in FIG. 11, the second and fourth electrodes 2 + /lJ4 are connected to the first and third bipolar electrodes 961 and J2' as shown in FIG.
3. J: Selected to be located in the upper layer. Next, readout and transfer of optical signal charges will be explained with reference to FIG. 14 and subsequent figures.

第14図はセンサー領域5ENSで光信号電荷のすべて
をフィールドごとに読出す場合の一例で、1フイールド
の期間は受光期間と垂直ブランキング期間V−BLKと
に分けられ、ブランキング期間V−BLKはさらに掃出
し転送期間と、光信号電荷の読出し期間と、この光信号
電荷の電荷転送期間とに分けられる。従って、垂直ブラ
ンキング期間V−BLK中は第14図〜第16図に示す
ように、第1及び第3の電極絢、ダ3には転送りロック
CK1.CN3が、第2及び第4の電極12. J2’
4には転送りロックCK2.CK4が加えられる。
FIG. 14 is an example of reading out all optical signal charges field by field in the sensor region 5ENS, where one field period is divided into a light reception period and a vertical blanking period V-BLK, and the blanking period V-BLK is further divided into a sweep transfer period, an optical signal charge readout period, and a charge transfer period for the optical signal charges. Therefore, during the vertical blanking period V-BLK, as shown in FIGS. 14 to 16, the first and third electrodes are transferred to the lock CK1. CN3 is the second and fourth electrode 12. J2'
4 is the transfer lock CK2. CK4 is added.

受光期間は垂直シフトレジスタVRはオーバーフロード
レインとしても機能するように、第2及び第4の電極グ
2とダ4には、第14図Bに示すような所定電位V1(
>0)に選定された一定レベルのクロックCK2.CK
4が加えら4、こガに対し第1及び第3の電極11.1
213はこれよりも低電位で一定レベルのクロックCK
IICK3が夫々加えられている。これによって、セン
サー領域5BNS、 読出しゲート領域ROG及び一時
蓄積領域PSの基体表面に対するポテンシャルは第11
図Aのよう釦なる。
During the light reception period, the vertical shift register VR also functions as an overflow drain, so that the second and fourth electrodes G2 and D4 are provided with a predetermined potential V1 (as shown in FIG. 14B).
>0) at a constant level of the clock CK2. C.K.
4 is added to the first and third electrodes 11.1
213 is a clock CK with a lower potential than this and a constant level.
IICK3 is added respectively. As a result, the potential of the sensor region 5BNS, readout gate region ROG, and temporary storage region PS with respect to the substrate surface becomes 11th.
The button is as shown in Figure A.

受光期間中、センサー領域5ENSで光電変換された光
信号電荷は第8図の矢印a、b、c・・・で示す方向に
拡散して一時蓄積領域PS下のポテンシャルウェルに蓄
積される(第12図参照)。
During the light reception period, the optical signal charges photoelectrically converted in the sensor region 5ENS are diffused in the directions shown by arrows a, b, c, etc. in FIG. (See Figure 12).

このとき、第11図Aに示すように読出しゲート領域R
OQのポテンシャルは電位Vlに対応した深さをもつの
で、受光期間中このポテンシャルを越える電荷が一時蓄
積領域PSに流れ込む(そのときのポテンシャルを破線
で示す)と、それらの電荷はすべて過剰な電荷となって
垂直シフトレジスタVRにオーバーフローする。そのた
め、垂直ブランキング期間V、BLKの前半部ではこの
過剰電荷を掃出し転送する必要がある。
At this time, as shown in FIG. 11A, the read gate region R
Since the potential of OQ has a depth corresponding to the potential Vl, when charges exceeding this potential flow into the temporary storage region PS during the light reception period (the potential at that time is shown by a broken line), all of those charges become excess charges. This causes an overflow to the vertical shift register VR. Therefore, in the first half of the vertical blanking period V, BLK, it is necessary to sweep out and transfer this excess charge.

掃出し転送期間では、上述とは異る電位関係に選ばれた
クロックCK1〜CK4が電極絢〜y4に供給されて過
剰電荷が掃出し転送される。この転送動作は次に述べる
映像信号用の電荷転送動作の説明から容易に理解できる
ので、その詳細説明は省略する。
In the sweep-out transfer period, clocks CK1 to CK4 selected to have potential relationships different from those described above are supplied to the electrodes A-y4 to sweep out and transfer excess charges. This transfer operation can be easily understood from the following explanation of the video signal charge transfer operation, so detailed explanation thereof will be omitted.

垂直シフトレジスタVRに蓄積された過剰電荷は蓄積部
(1,5B)に蓄積されることなく水平シフトレジスタ
(15C)に転送さ4.て捨て去らjる。すなわち、信
号キャリヤとしては使用されない。掃出し転送が終了す
ると、光信号電荷の読出し期間に入る。
4. The excess charge accumulated in the vertical shift register VR is transferred to the horizontal shift register (15C) without being accumulated in the accumulation section (1, 5B). and throw it away. That is, it is not used as a signal carrier. When the sweep transfer is completed, a read period for optical signal charges begins.

読出し期間では、第2及び第4の電極12. P4のみ
に第14図B及び第15図に示す読出しクロック(パル
ス) PRが印加される。これによって垂直シフトレジ
スタVB、と読出しゲート領域BOGには所定の電位が
共通に加えられるので、そのときのポテンシャルウェル
は第1】図Bのようになって、一時蓄積領域PSに蓄え
られていた光信号電荷が読出しゲート領域BOGを介し
て垂直シフトレジスタVl(の対応するウェルに転送さ
れる(第111宋81第13図A)。
During the readout period, the second and fourth electrodes 12. A read clock (pulse) PR shown in FIGS. 14B and 15 is applied only to P4. As a result, a predetermined potential is commonly applied to the vertical shift register VB and the readout gate region BOG, so the potential well at that time becomes as shown in Figure 1B, and is stored in the temporary storage region PS. The optical signal charge is transferred to the corresponding well of the vertical shift register Vl (111th Song 81, FIG. 13A) through the readout gate region BOG.

この転送が終了すると電荷の転送期間に入る。When this transfer is completed, a charge transfer period begins.

電荷転送に使用するクロックCKl−CK4の一例を第
15図に示す。クロックCK、〜CK4はともに600
 KHz程度の同一の高周波パルスであって、クロック
CKlとCN3及びCN3とCN3とは夫々逆相のパル
スであり、クロックCK1とCN3及びCN3なお、こ
の例ではインターレースを考慮した場合であるので、今
奇数フィールド時に使用するクロックCK1〜CK4が
第15図のものであるとすれば、偶数フィールド時W使
用するクロックCK1〜CK4は第16図に示すように
、第15図のものより−クロツク分だけシフトしたクロ
ックCK1〜CN3が使用されると共に、各フィールド
の対応する電荷転送期間の転送スタート時、第2及び第
4の電極12t 04には夫々スタートパルス、この例
−レベルのスタートパルスPs(第15図、第16図)
が挿入される。
FIG. 15 shows an example of clocks CKl to CK4 used for charge transfer. Clock CK, ~CK4 are both 600
The clocks CKl and CN3 and CN3 and CN3 are the same high-frequency pulses of about kHz, respectively, and have opposite phases, and the clocks CK1, CN3, and CN3 are the same high-frequency pulses of approximately kHz, and the clocks CK1, CN3, and CN3 are the same high-frequency pulses. If the clocks CK1 to CK4 used in the odd field are those shown in FIG. 15, the clocks CK1 to CK4 used in the even field are as shown in FIG. The shifted clocks CK1 to CN3 are used, and at the start of the transfer of the corresponding charge transfer period of each field, the second and fourth electrodes 12t04 are each supplied with a start pulse, in this example - a level start pulse Ps ( 15, 16)
is inserted.

第12図参照Eは奇数フィールドでの転送モードを示す
もので、時点to−t4は第15図の時点t□〜t4に
対応する。
Reference E in FIG. 12 shows a transfer mode in an odd field, and time to-t4 corresponds to time t□ to t4 in FIG.

光信号電荷は垂直シフトレジスタV凡のうち第2及び第
4の電極J’2 + Ji14に対応するポテンシャル
ウェルに蓄積されている(第13図A)。スタートパル
スPsにより、第2及び第4の電極ダ2゜ダ4下のポテ
ンシャルのみ変化して第1の電極グーの両側に形成され
たポテンシャルウェルに蓄積すれた光信号電荷が混合さ
れる(第13図B)。光信号電荷幅と8n(m 、 n
番目のセンサー領域5ENSの光(i号電荷を示す)と
が混合された結果をSmnで示す。
The optical signal charges are accumulated in potential wells corresponding to the second and fourth electrodes J'2 + Ji14 of the vertical shift register V (FIG. 13A). By the start pulse Ps, only the potential under the second and fourth electrodes 2 and 4 changes, and the optical signal charges accumulated in the potential wells formed on both sides of the first electrode are mixed (the first Figure 13B). Optical signal charge width and 8n (m, n
The result of mixing the light of the th sensor region 5ENS (indicating the i-th charge) is indicated by Smn.

スタートパルスPsに続く転送りロックCKl〜CK4
で光信号電荷Smnは第13図C−Eに示すように転送
されて、受光部(15A)の光信号電荷は蓄積部(15
B)の対応する位置に蓄積される。
Transfer lock CKl to CK4 following start pulse Ps
The optical signal charge Smn is transferred as shown in FIG.
B) is stored in the corresponding position.

偶数フィールドでは第16図の転送りロックCK1〜C
K4及びスタートパルスPsが供給されるノテ、スター
トパルスPSによって混合された光信号電荷5n(r+
+1)は第】3図Fに示すウェルに蓄えられる。これに
よって、前のフィールドでの水平ラインとは異る水平ラ
イン上の光信号電荷を得ることができる。第13図に示
す時点t5〜t7は第16図の時点t5〜t7に対応す
る。
In the even field, transfer locks CK1 to C shown in Figure 16 are used.
Note that K4 and the start pulse Ps are supplied, and the optical signal charge 5n (r+
+1) is stored in the well shown in FIG. 3F. This makes it possible to obtain optical signal charges on a horizontal line different from the horizontal line in the previous field. Time points t5 to t7 shown in FIG. 13 correspond to time points t5 to t7 in FIG. 16.

第17図は光信号電荷をフレーム転送する場合の一例で
ある。フレーム転送とは、第2の電極g2に対応する光
信号電荷と、第4の電極ダ4に対応する光信号電荷とを
フィールドごとに交互圧読出して転送する方式をいい、
この場合夫々の光信号電荷についてみれば1フレームを
単位として読出されることになる。そのため、クロック
CK2とOK、とに挿入される読出しゲートパルスPs
はフレーム単位で、しかも挿入されるフィールドが界る
(第17図B、C)。この結果、例えば、第2の電極ダ
2に加える読出しゲートパルスPRによって奇数フレー
ムの光信号電荷が読出し転送されるときには、第4の電
極ダ4に加える読出しゲートパルスPRによって偶数フ
レームの光信号電荷が読出し転送される。
FIG. 17 shows an example of frame transfer of optical signal charges. Frame transfer refers to a method in which optical signal charges corresponding to the second electrode g2 and optical signal charges corresponding to the fourth electrode 4 are read out alternately for each field and transferred.
In this case, each optical signal charge is read out in units of one frame. Therefore, the read gate pulse Ps inserted between the clocks CK2 and OK.
The inserted fields are frame-by-frame, and the fields to be inserted are separated (FIGS. 17B and C). As a result, for example, when the optical signal charges of odd frames are read out and transferred by the readout gate pulse PR applied to the second electrode 2, the optical signal charges of even frames are read and transferred by the readout gate pulse PR applied to the fourth electrode 4. is read and transferred.

フレーム転送ではクロックCK2.CK4とも第15図
あるいは第16図に示すいずれかのクロックを使用すれ
ばよい。掃出し転送時のクロックCK1%CK4には特
にスタートパルスPsヲ挿入する必要はない。
In frame transfer, clock CK2. Either one of the clocks shown in FIG. 15 or FIG. 16 may be used for CK4. There is no particular need to insert a start pulse Ps into the clocks CK1%CK4 during sweep transfer.

この発明は通常のインターライン転送方式、・その他の
転送方式の固体撮像素子にも適用することができる。
The present invention can also be applied to solid-state image pickup devices using a normal interline transfer method or other transfer methods.

発明の詳細 な説明したよう忙、この発明の構成によれば、スミアや
残像の発生がなく、しかも素子面を有効利用できる高感
度な固体撮像素子を実理できると共に、第1〜第4の電
極絢〜グ4の形状を上述のように選定し、基体fil内
の構成を上述のようにすることによって、読出しゲート
用の電極やチャンネルストッパ用の電極を設けないでも
、それらの電極ケ設けたときと同様な動作を具現できる
As described in detail, according to the configuration of the present invention, it is possible to realize a highly sensitive solid-state image pickup device that does not cause smear or afterimage and can effectively utilize the device surface, and also achieves the first to fourth aspects. By selecting the shape of the electrode layer 4 as described above and making the structure inside the base film as described above, it is possible to provide these electrodes even if the readout gate electrode and the channel stopper electrode are not provided. It is possible to realize the same behavior as when

その結果、第4図構成のものに比し、受光部(15A)
の製造工程を簡略化できる@また、この発明によれば、
フィールド転送及びフレーム転送のいずれでも行うこと
ができるから用途に応じた使い分けをすることができる
等の特徴を有する。
As a result, compared to the configuration shown in Figure 4, the light receiving section (15A)
According to this invention, the manufacturing process can be simplified.
It has the feature that it can perform either field transfer or frame transfer, so it can be used depending on the purpose.

なお、センサー領域5ENS中にN型領域を形成して(
N −P)によるセンサー領域5DNSとすれば、この
センサー領域8ENSで光電変換された光信号電荷を有
効に、効率よく一時蓄積領域PSに蓄積することができ
る。
Note that an N-type region is formed in the sensor region 5ENS (
If the sensor region 5DNS is based on the sensor region 8ENS, the optical signal charges photoelectrically converted in the sensor region 8ENS can be effectively and efficiently stored in the temporary storage region PS.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図は固体撮像素子の従来例を示す要部の
断面図、第3図はこの発明の説明に供する固体撮像素子
の一例を示す平面図、第4図はその受光部の一例を示す
平面図、第5図はそのI −■線上断面図及び基体表面
に対するポテンシャルを示す図、第6図は…−■線上の
断面図及びそのポテンシャルを示す図、第7図は一時蓄
積領域の断面図及びそのポテンシャルを示す図、第8図
はこの発明に係る固体撮像素子の受光部の一例を示す平
面図、第9図は第8図のll−1を線上の断面図及びポ
テンシャルを示す図、第10図ばIV−IV線上の断面
図及びそのポテンシャル乞示す図、第11図はv−■線
上の断面図及びそのポテンシャルを示す図、第12図は
Vl−Vl線上の断面図及びそのポテンシャルを示す図
、第13図は垂直シフトレジスタの縦断面図及び電荷転
送状態のポテンシャル図、第14図〜第16図はフィー
ルド転送時に使用する転送りロックの説明図、第17図
はフレーム転送時に使用する転送りロックの説EiA図
である。 (I9は固体撮像素子、(]5幻は受光部、(15B)
は蓄積部、(1)、 (201,+211は−の導電型
の基体、(2j、αnは他導電型の領域、VRはシフト
レジスタ、兄OGは読出しゲート領域、5ENSはセン
サー領域、C8はチャンネルストッパー領域、PSは一
時蓄[J域、町〜14は転送電極である。 第9図 第8図 □□□」 」 −へ 第11図 第12図 )rへ 第13図 ■     ” 3,7゜ 第14図 第17図
1 and 2 are cross-sectional views of essential parts of a conventional example of a solid-state image sensor, FIG. 3 is a plan view of an example of a solid-state image sensor used to explain the present invention, and FIG. A plan view showing an example, Fig. 5 is a cross-sectional view on the I-■ line and a diagram showing the potential with respect to the substrate surface, Fig. 6 is a cross-sectional view on the ...-■ line and a diagram showing the potential, and Fig. 7 is a diagram showing temporary accumulation. FIG. 8 is a plan view showing an example of the light-receiving section of the solid-state image sensor according to the present invention; FIG. 9 is a cross-sectional view along the line ll-1 in FIG. 8 and the potential thereof. Fig. 10 is a cross-sectional view on the line IV-IV and its potential, Fig. 11 is a cross-sectional view on the v-■ line and its potential, and Fig. 12 is a cross-sectional view on the line Vl-Vl. Figure 13 is a vertical cross-sectional view of the vertical shift register and a potential diagram of the charge transfer state, Figures 14 to 16 are explanatory diagrams of the transfer lock used during field transfer, Figure 17 is a diagram EiA of a transfer lock used during frame transfer. (I9 is the solid-state image sensor, (]5 is the light receiving unit, (15B)
(1), (201, +211 are negative conductivity type substrates, (2j, αn are other conductivity type regions, VR is a shift register, older brother OG is a readout gate region, 5ENS is a sensor region, C8 is a Channel stopper area, PS is temporary storage [J area, town ~ 14 is transfer electrode. 7゜Figure 14Figure 17

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 水平及び垂直方向に夫々所定のピッチで配列された複数
の受光領域と、垂直方向に延びる複数の垂直シフトレジ
スタと、上記垂直方向に配列された受光領域の間に夫々
形成され、上記隣り合う受光領域で夫々光電変換された
光信号電荷が蓄積される一時蓄積領域と、この一時蓄積
領域と垂直シフトレジスタとの間圧形成された読出しゲ
ート領域と、上記垂直シフトレジスタ上に形成された第
1〜第4の転送電極とからなり、これら転送電極は転送
方向に向って順次交互に被着形成され、第1及び第3の
転送電極は上記一時蓄積領域上に延在して形成されると
共に、第2及び第4の転送電極は上記読出し領域上に延
在して形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of light-receiving regions arranged at predetermined pitches in the horizontal and vertical directions, a plurality of vertical shift registers extending in the vertical direction, and a plurality of light-receiving regions each formed between the light-receiving regions arranged in the vertical direction, A temporary storage region in which optical signal charges photoelectrically converted are stored in each region, a readout gate region formed with a gap between the temporary storage region and the vertical shift register, and a first gate region formed on the vertical shift register. ~4th transfer electrodes, these transfer electrodes are sequentially and alternately deposited in the transfer direction, and the first and third transfer electrodes are formed extending over the temporary storage area, and . A solid-state imaging device, wherein the second and fourth transfer electrodes are formed to extend over the readout region.
JP58087049A 1983-05-18 1983-05-18 Solid-state image pickup element Pending JPS59213160A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6384151A (en) * 1986-09-29 1988-04-14 Matsushita Electronics Corp Solid-state image sensing device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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