JPS60124097A - 電荷結合装置 - Google Patents

電荷結合装置

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JPS60124097A
JPS60124097A JP58232586A JP23258683A JPS60124097A JP S60124097 A JPS60124097 A JP S60124097A JP 58232586 A JP58232586 A JP 58232586A JP 23258683 A JP23258683 A JP 23258683A JP S60124097 A JPS60124097 A JP S60124097A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、信号電荷が転送されるCCD遅延線等のレジ
スタを有し、このレジスタの入力直流バイアス電圧レベ
ルを自動調節し得るようにした電荷結合装置に関する。
背景技術とその問題点 近年、テレビジョン受像機等において、ビデオ信号等の
アナログ信号の遅延処理のために、CCD遅延線が多く
用いられている。このCCD遅延線においては、入力部
に所定の直流バイアス電圧を与えた状態で信号を入力す
るのが通常である。
上述の直流バイアス電圧は、従来、遅延線の外部に設け
られているボリウム等により所定値に調節していた。し
かしながら、このような方法では、遅延線の入力部の温
度特性によって、温度が変化するとバイアス電圧レベル
が変化してしまったり、また所定のバイアス電圧レベル
に調節するために手間がかかる等の問題があった。
発明の目的 本発明は、上述の問題にかんがみ、直流バイアス電圧レ
ベルを所定値に自動調節することができると共に、温度
変化による直流バイアス電圧レベルの変化を防止するこ
とができる電荷結合装置を提供することを目的とする。
発明の概要 本発明に係る電荷結合装置は、半導体基板と、この半導
体基板中に形成されかつ信号電荷が転送される第1のレ
ジスタと、上記半導体基板中に上記第1のレジスタに対
して並列的に配置されかつこの第1のレジスタと実質的
に同一の入力構造を有する第2のレジスタと、上記半導
体基板中に上記第1及び第2のレジスタに対してそれぞ
れ並列的に形成されかつこの第2のレジスタと実質的に
同一の出力構造及び上記第2のレジスタの最大取り扱い
電荷量に対する所定比率の最大取り扱い電荷量をそれぞ
れ有する第6のレジスタと、上記第1、第2及び第6の
レジスタ上に絶縁層を介してそれぞれ形成されかつこれ
らの第1、第2及び第6のレジスタ中で電荷の蓄積また
は転送を行うための複数の電極と、上記第2及び第6の
レジスタからそれぞれ出力される電荷量を検出してこれ
らの第2及び第6のレジスタ中をそれぞれ転送される電
荷量を実質的に等しく保つための調節手段とをそれぞれ
具備している。このように構成することによって、第1
のレジスタの入力部に与えられる直流バイアス電圧レベ
ルを所定値に自動調節することができると共に、温度変
化による直流バイアス電圧レベルの変化を防止すること
ができる。
実施例 以下本発明に係る電荷結合装置の一実施例として、二相
形式で動作する二層電極構造のnチャ\ネルBCCD(
埋め込みチャネルC0D)から成るCOD遅延線を有す
る電荷結合装置につき図面を参照しながら説明する。
第1図及び第2図に示すように、本実施例による電荷結
合装置においては、p型シリコン基板(1)中に、信号
電荷が転送されかつ所定幅aを有する第1のレジスタ(
2) (COD遅延線)と、この第1のレジスタ(2)
と同一の幅aと長さlとを有する第2のレジスタ(3)
と、第2のレジスタ(3)と同じく長さlを有する第6
のレジスタ(4)とがそれぞれ形成されている。なお第
6のレジスタ(4)は、その入力側が長さΔ1に亘って
幅a / 2を有し、またその出力側が長さ12に亘っ
て@畠を有している。また上記第1、第2及び第3のレ
ジスタ(2)(3) +4)は、上記pmシリコン基板
(1)の表面に形成されているn層から成っている。
上記第1のレジスタ(2)の入力側の一端には、n十層
から成るソース領域(5)が形成されている。また上記
第1のレジスタ(2)上には、 810. から成る絶
縁層(6)を介して、それぞれDOPO8(不純物をド
ープした多結晶シリコン)から成る第1及び第2の入力
ゲート電極(7) (8)と、第1層の多数の転送電極
(9)及び第2層の多数の転送電極αeとが形成されて
いる。なお上記第1層及び第2層の転送電極(9) Q
l並びに第1及び第2の入力ゲート電極(カ(8)は、
S tO2から成る層間絶縁膜aυによって互いに電気
的に絶縁されている。また上記第1及び第2の入力ゲー
ト電極f7) (8)は第2のレジスタ(3)上に迄延
びて形成されていて、第2のレジスタ(3)の第1及び
第2の入力ゲート電極を兼用している。さらに上記第1
層及び第2層の転送電極(9)(10)は第2及び第3
のレジスタ(3) (4)上に迄延びて形成されていて
、これらの第2及び第3のレジスタ(3) (4)の第
1層及び第2層の転送電極を兼用している。
また上記第2のレジスタ(3)の入力側の一端には、第
1のレジスタ(2)のソース領域(5)と同一のソース
領域0zが、また他端にはn十層から成る浮動拡散領域
(1尋がそれぞれ形成されている。さらに浮動拡散領域
峙から所定間隔離れた部分のp型シリコン基板(1)中
にはプレチャージドレイン領域04)が形成されている
。また上記第2のレジスタ(3)上には、上記第1及び
第2の入力ゲート電極(7) (8)並びに第1層及び
第2層の転送電極(9) (1Gに加えて、それぞれD
OPO8から成る出力ゲート電極(1!9及びプレチャ
ージゲート電極四が形成されている。なおこれらの出力
ゲート電極端及びプレチャージゲート電極(I(9は第
3のレジスタ(4)上に迄延びて形成されていて、第6
のレジスタ(4)の出力ゲート電極及びプレチャージゲ
ート電極を兼用している。
次に上記第3のレジスタ(4)の入力側の一端には、1
層から成るンース領域同が、また他端には第2のレジス
タ(3)の浮動拡散領域(131と同一の浮動拡散領域
OIがそれぞれ形成されている。さらにこの浮動拡散領
域0Iから所定間隔離れて、第2のレジスタ(3)のプ
レチャージドレイン領域Q4)と同一のプレチャージド
レイン領域OIが形成されている。また上記第3のレジ
スタ(4)上には、第1層及び第2層の転送電極(9)
α11出力ゲート電極a1及びプレチャージゲート電極
(IIに加えて、上記第1及び第2のレジスタ(2) 
(31の第1及び第2の入力ゲート電極(7)(8)に
対応する位置にDOPO8から成る第1層及び第2層の
転送電極■(財)が形成されている。
なお第2及び第6のレジスタ(3) (4)のプレチャ
ージドレイン領域Q4) (19は、浮動拡散領域(1
噌01の電荷を後述のスイッチ(ハ)の開閉動作に関連
して蓄積するためのものであり、プレチャージゲート電
極端によって電荷の蓄積が制御される。
また上記第2のレジスタ(3)の浮動拡散領域−は、M
OS F’ET(謁((へ)から成るソース・ホロワ(
24)及びMOS FET(図示せず)から成るスイッ
チ(ハ)を介して、差動増幅器(20のマイナス端子(
26SL)に接続されている。同様に、第6のレジスタ
(4)の浮動拡散領域α樽は、MOS FET12℃(
渦から成るソース・ホロワ(ハ)及びMOS FET(
図示せず)から成るスイッチ(ト)を介して、上記差動
増幅器I2!のプラス端子(:26b)に接続されてい
る。
上記差動増幅器00の出力端子(26c)は、第2のレ
ジスタ(3)のソース領域αりに接続されると共に、抵
抗Gυを介して第1のレジスタ(2)のソース領域(5
)に接続されている。またこのソース領域(5)には、
コンデンサ0壜を介して信号源0濠が接続されている。
なお抵抗G1)は、信号源(至)を差動増幅器弼及び第
2のレジスタ(3)から分離するためのものである。
なお上記ソーx e ホo 7C1!4c+9、スイ7
2[(31、差動増幅器(至)、抵抗01)及びコンデ
ンサ働は、第1、第2及び第6のレジスタ(2) (3
)(4)等と同様にp型シリコン基板(1)上に形成さ
れている。
次に上述のように構成された電荷結合装置の動作につき
説明する。なお以下においては、第3図に示すように、
第1のレジスタ(2)をダイナミックレンジの中央(v
o)に直流バイアスする場合を考える。
第1図及び第2図において、第3のレジスタ(4)のソ
ース領域αηに接続されている電源014)の電圧を十
分大きくすることによって、この第6のレジスタ(4)
にその最大取り扱い電荷量に等しい電荷を常時転送させ
ておく。なお電荷の転送は、第1層の転送電極(9) 
(2Gと第2層の転送電極(IHI)とから成る対に所
定の二相の電圧(クロックパルス電圧)φ1、φ2を印
加することによって行われる。また電荷の転送方向は、
互いに対をなす上記第1層の転送電極(9)(7)と上
記第2層の転送電極Ql(2υとの間に所定の電位差(
電池(ハ)で示す)を設けることによってレジスタに非
対称なポテンシャル井戸を形成することにより決定され
ている。
次に上述のようにして第6のレジスタ(4)中を転送さ
れて浮動拡散領域+tSに到達した電荷は、ソースeホ
ロワ(21によって電圧に変換された後、スイッチ(至
)によりサンプル争ホールドが行われる。このようにし
て、差動増幅器(イ)のプラス端子(26b)に、第6
のレジスタ(4)の最大取り扱い電荷量に応じた大きさ
の電圧が供給される。ところで、電荷結合装置の動作開
始時においては、第2のレジスタ(3)には電荷が存在
しないため、差動増幅器(イ)のマイナス端子(26a
)への供給電圧は0となる。そして、差動増幅器(イ)
の出力端子(2Sc)から、プラス端子(26b)及び
マイナス端子(2Sa)にそれぞれ供給される電圧の差
に応じた大きさの帰還電圧が第2のレジスタ(3)のソ
ース領域aつに供給されるので、この帰還電圧によって
上記ソース領域04のポテンシャル井戸は所定の深さに
なる。この状態で第1及び第2の入力ゲート電極(7)
 (8)に所定のサンプリングパルス電圧v1、v2を
印加すれば、ソース領域(1辱から、第1層及び第2層
の転送電極(9) (II下の第2のレジスタ(3)中
に電荷が供給される。次いでこの電荷は上記第1層及び
第2層の転送電極(9)(11によって上記第2のレジ
スタ(3)中を転送され、最終的に浮動拡散領域(1:
1に転送される。なお第1層及び第2層の転送電極(9
) fiO並びに出力ゲート電極(11は第2のレジス
タ(3)と第6のレジスタ(4)とで共通であるため、
第2のレジスタ(3)の浮動拡散領域Q1に上記電荷が
転送されるタイミングと同一のタイミングで、第6のレ
ジスタ(4)の浮動拡散領域α樽にもこの第6のレジス
タ(4)の最大取り扱い電荷量に等しい量の電荷が転送
される。
次に上述の第2のレジスタ(3)の浮動拡散領域(1漕
と第3のレジスタ(4)の浮動拡散領域08とにそれぞ
れ転送された上記電荷は、ソースeホ四ワ(24)@に
よってそれぞれ電圧に変換された後、同一のタイミング
でサンプル・ホールドが行われる。この結果、差動増幅
器0eのマイナス端子(26m)には第2のレジスタ(
3)中を転送されている電荷量に応じた大きさの電圧が
、またそのプラス端子(26b) 屹は第6のレジスタ
(4)の最大取り扱い電荷量に応じた大きさの電圧がそ
れぞれ供給される。このようにして、差動増幅器−の出
力端子(26e)から、上記マイナス端子(26a)及
びプラス端子(26b)にそれぞれ供給される電圧の差
に応じた大きさの帰還電圧が再び出力され、この出力さ
れた帰還電圧によって第2のレジスタ(3)のソース領
域(12)のポテンシャル井戸の深さが変えられる。こ
の結果、第2のレジスタ(3)中を転送される電荷量が
再び変化する。
このようにして、第2のレジスタ(3)中を転送される
電荷量が第6のレジスタ(4)中を転送される電荷量と
等しくなるように、差動増幅器(イ)の出力端子(25
e)から帰還電圧が出力され、この帰還電圧が第2のレ
ジスタ(3)のソース領域02に供給されるようになっ
ている。このため、定常状態においては第2のレジスタ
(3)中を転送される電荷量は常に第3のレジスタ(4
)中を転送されるその最大取り扱い電荷量と等しく保た
れる。
ところで、上記第2のレジスタ(3)の幅は既述のよう
に第6のレジスタ(4)の入力側の部分の幅の2倍であ
るから、第2のレジスタ(3)の最大取り扱い電荷量は
第3のレジスタ(4)の最大取り扱い電荷量の2倍であ
る。このため、第2のレジスタ(3)は、その最大取り
扱い電荷量の1/2のバイアス条件で動作していること
になる。そして、本実施例においては、第1のレジスタ
(2)の幅を第2のレジスタ(3)の幅と等しくシ、第
1のレジスタ(2)のソース領域(5)と第2のレジス
タ(3)のソース領域a4を同一に構成しているばかり
でなく、第1及び第2の入力ゲート電極(7) (8)
を共通にすることにより、第1のレジスタ(2)と第2
のレジスタ(3)とを同一の入力構造にしているので、
第1のレジスタ(2)もその最大取り扱い電荷量の1/
2のバイアス条件になっていることになり、第6図に示
すバイアス条件が実現されたことになる。従って、信号
源(至)により、第1のレジスタ(2)のソース領域(
5)にコンデンサ0りを介して正弦波入力信号を加えれ
ば、第4図に示すように、ダイナミックレンジの1/2
 の点を中心として動作することがわかる。
上述の実施例によれば、差動増幅器(ハ)の作用によっ
て、第1のレジスタ(2)の直流バイアス電圧レベルを
自動的にダイナミツ久レンジの中央に設定することがで
きる。このため、バイアス電圧レベルを調節するために
従来のようにボリウムを用いる必要が全くないばかりで
なく、バイアス電圧レベルを調節すること自体が不要と
なる。また第1のレジスタ(2)と第2のレジスタ(3
)の入力構造を同一にすると共に、第2のレジスタ(3
)と第6のレジスタ(4)の出力重構造を同一にしてい
るので、温度が変化した場合、第1のレジスタ(2)の
入力部及び第2のレジスタ(3)の入力部は共に同一の
影響を受け、また第2のレジスタ(3)の出力部及び第
3のレジスタ(4)の出力部も共に同一の影響を受ける
。このため、温度変化による第1のレジスタ(2)の直
流バイアス電圧レベルの変化を防止することができる。
また上述の実施例によれば、第2のレジスタ(3)の幅
を第3のレジスタ(4)の入力側の部分の幅の2倍にす
ることによって、バイアス点をダイナミックレンジの中
央に設定している。そしてレジスタの幅は、半導体装置
の製造工程の露光工程において用いられるフォトマスク
パターンによって決めることができるので、バイアス電
圧レベルを所定値に高精度かつ再現性良く設定すること
ができる。
さらに上述の実施例においては、第1、第2及び第6の
レジスタ(2) (3) (4)を互いに並列的に配置
しているので、第1層及び第2層の転送電極(9) Q
lを第1、第2及び第3のレジスタ(2) (3) (
4)で共通に、また第1及び第2の入力ゲート電極(力
(8)を第1及び第2のレジスタ(2) (3)で共通
に、さらに出力ゲート電極0四及びプレチャージゲート
電極(16)を第2及び第6のレジスタ(31(4)で
共通にすることができる。
なお上述の実施例においては、第6のレジスタ(4)の
入力側の部分の幅をa / 2としたが、これに限定さ
れるものでは勿論なく、設定すべきバイアス電圧レベル
に応じて、第2のレジスタ(3)の幅に対する所定比率
の幅にすることができる。即ち、一般的に言えば、第6
のレジスタ(4)は第2のレジスタ(3)の最大取り扱
い電荷量に対する所定比率の最大取り扱い電荷量を有す
るようにその幅を決めればよい。なお他の例を具体的に
挙げると、例えば第6のレジスタ(4)の入力側の部分
の幅を(3a) / 4にすると、第5図に示すように
、ダイナミックレンジの3/4の点にバイアスされる。
この場合には、この6/4の点の電圧レベルでクランプ
すればよい。
また上述の実施例においては、第2及び第6のレジスタ
(3) (4)の浮動拡散領域(1:1 (IIに転送
される電荷をノース・ホロワ(24翰によって電圧に変
換後、差動増幅器(21によってそれぞれの電圧を比較
検出しているが、例えば次のようにしてもよい。即ち、
第6図に示すように、第2及び第6のレジスタ(3)(
4)上に絶縁膜(6)を介してDOPO8から成る浮遊
ゲート電極(36) C37)をそれぞれ形成し、これ
らの浮遊ゲート電極(至)(37)をソース・ホロワC
2(イ)(ハ)に接続するようにしてもよい。なおこの
場合には、第2及び第3のレジスタ(3) (4)中を
転送される電荷を上記浮遊ゲート電極(至)t3?)に
生ずる鏡像電荷として検出することができる。またMO
S FET(至)はリセットスイッチであって、このス
イッチのオン・オフにより浮遊ゲート電極(至)のポテ
ンシャルが制御される。なお浮遊ゲート電極(至)G7
)中の電荷をソース−ホロワ(財)(ハ)によって電圧
に変換後、差動増幅器弼によって両電圧を比較検出する
ことは上述の実施例と同様である。
それぞれ接続し、この間の電圧降下を差動増幅器−によ
って比較検出するようにしてもよい。
また上述の実施例においては、第1、第2及び第3のレ
ジスタ(2) (3) (4)にソース領域(5)a2
1(Lηをそれぞれ形成し、これらのソース領域(5)
 a7Jαηに電圧を印加することによって信号を入力
する方法(ダイオード・カットオフ法)を用いたが、他
の方法、例えば電位平衡法等を用いてもよい。なお差動
増幅器翰の接続の仕方は、入力方式に応じて変えればよ
い。
応用例 上述の実施例に詔いては、不発明に係る電荷結合装置を
二相形式で動作する二層電極構造のnチャネルBCCD
から成るCCD遅延線を有する電荷結合装置に適用した
場合につき説明したが、表面チャネルCCDから成るC
CD遅延線を有する電荷結合装置に対しても適用するこ
とができることは勿論、三相またはそれよりも多相の構
成のCCD遅延線を有する電荷結合装置に対しても、ま
た単層電極構造または三層以上の多層の電極構造のCC
D遅延線を有する電荷結合装置にも適用することができ
る。
発明の効果 本発明に係る電荷結合装置によれば、特に半導体基板中
に第1のレジスタに対して並列的に配置されかつこの第
1のレジスタと実質的に同一の入力構造を有する第2の
レジスタと、半導体基板中に第1及び第2のレジスタに
対してそれぞれ並列的に形成されかつこの第2のレジス
タと実質的に同一の出力構造及び上記第2のレジスタの
最大取り扱い電荷量に対する所定比率の最大取り扱い電
荷量をそれぞれ有する第3のレジスタと、第2及び第3
のレジスタからそれぞれ出力される電荷量を検出してこ
れらの第2及び第3のレジスタ中をそれぞれ転送される
電荷量を実質的に等しく保つための調節手段とを具備し
ているので、第1のしジスタの入力部に与えられる直流
バイアス電圧レベルを所定呟に自動調節することができ
ると共に、温度変化による直流バイアス電圧レベルの変
化を防止することができる。
また、第2のレジスタを第1のレジスタに対して並列的
に、第3のレジスタを第1及び第2のレジスタに対して
それぞれ並列的に半導体基板中にそれぞれ形成している
ので、第1、第2及び第3のレジスタのうちの2つまた
は3つのレジスタの転送電極及び入出力ゲート電極等を
共通にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る電荷結合装置の一実施例としての
二相形式で動作する二層電極構造のnチャネルBCCD
から成るCCD遅延線を有する電荷結合装置の断面図、
第2図は第1図に示す電荷結合装置の平面図、第6図、
第4図及び第5図はCCD遅延線の入出力伝達特性を示
すグラフ、第6図及び第7図は実施例とは異なる電荷検
出方式を説明するための第1図と同様な断面図である。 なお図面に用いた符号において、 (1)・・・・・・・・・・・・・・・ p型シリコン
基板(2)・・・・・・・・・・・・・・・第1のレジ
スタ(3)・・・・・・・・・・・・・・・第2のレジ
スタ(4)・・・・・・・・・・・・第6のレジスタ(
6)・・・・・・・・・・・・・・・絶縁層(7)・・
・・・・・・・・・・・・・第1の入力ゲート電極(8
)・・・・・・・・・・・・・第2の入力ゲート電極(
9X?■・・・・・・・・・・・・・・第1層の転送電
極0@→・・・・・・・・・・・・・・第2層の転送電
極0鵠樽・・・・・・・・・・・・・浮動拡散領域(2
0・・・・・・・・・・・・・・差動増幅器(調節手段
)0づ・・・・・・・・・・・信号源 である。 代理人 上屋 勝 l 常包芳男 ! 杉浦俊賀

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板と、この半導体基板中に形成されかつ信号電
    荷が転送される第1のレジスタと、上記半導体基板中に
    上記第1のレジスタに対して並列的に配置されかつこの
    第1のレジスタと実質的に同一の入力構造を有する第2
    のレジスタと、上記半導体基板中に上記第1及び第2の
    レジスタに対してそれぞれ並列的に形成されかつこの第
    2のレジスタと実質的に同一の出力構造及び上記第2の
    レジスタの最大取り扱い電荷量に対する所定比率の最大
    取り扱い電荷量をそれぞれ有する第3のレジスタと、上
    記第1、第2及び第3のレジスタ上1こ絶縁層を介して
    それぞれ形成されかつこれらの第1、第2及び第3のレ
    ジスタ中で電荷の蓄積または転送を行うための複数の電
    極と、上記第2及び第3のレジスタからそれぞれ出力さ
    れる電荷量を検出してこれらの第2及び第3のレジスタ
    中をそれぞれ転送される電荷量を実質的に等しく保つた
    めの調節手段とをそれぞれ具備することを特徴とする電
    荷結合装置。
JP58232586A 1983-12-09 1983-12-09 テレビジョン信号の遅延装置 Expired - Lifetime JPH0721960B2 (ja)

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DE8484114928T DE3484190D1 (de) 1983-12-09 1984-12-07 Ladungsgekoppeltes bauelement mit steuerbarer gleichstrom-eingangsspannung.
US07/102,432 US5029189A (en) 1983-12-09 1987-09-29 Input structure for charge coupled devices with controllable input bias

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JPH0721960B2 (ja) 1995-03-08

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