JPS6012768A - 電荷結合半導体装置及び電荷結合撮像装置 - 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】

本発明は半導体本体を具え、この半導体本体の主表面に
少なくとも１個の電荷転送チャネルを画成し、この同じ
主表面に！極系を設け、この電極系に電荷の蓄積のため
に基準信号を供給でき、電、荷の転送のためにり四ツク
信号を供給できる電荷結合半導体装置に関するものであ
る。 上述した装置は（３０Ｄ（［荷結合装置）として知られ
、種々の技術分野、例えば遅延線又はメモリ素子の分野
で用いられている。特に撮像装置の分野では使われる機
会が増えつつある。 それ数本発明は特に上述した種類の電荷結合撮像装置に
関するもので、そこでは主表面に相互に分離された多数
の電荷ｉ送チャネルを画成し、放射線感応部からメモリ
部への電荷の転送に用いている。 このような撮像装置は固体カメラで用いられるが、そこ
ではメモリ部に蓄えられている情報を電子手段によりテ
レビジョン信号に変換したり、例えば、メモリディスク
又はメモリテープに一時的に蓄えたりする。 この種類の撮像装置は米国特許第３，９０９，８０８号
から既知である。この明細書には４相転送用の電荷結合
撮像装置が記載されているが、そこではどれも４個の電
極により画成される種々のイメ、−ジ要素において電荷
が交互に４個の電極の各々の下に集められる。この目的
で、第１の露光期間に・おいては、電荷が第１の組の電
極の下で集められ、その後でこの電荷が適当なりロック
電圧の変化によりメモリ部に転送される。次に、第２の
露光期間において、第１の組の傍らに位置する第２の組
の電極の下に電荷が集められ、この電荷も次いでメモリ
部に転送される。次に、第８の組と第４の組の電極の下
でこれが行なわれる。こうしていつも集積が別々に各組
の電極の下で行なわれるため、このような撮像装置では
分解能が高くなる。 しかし、この改良は他の電極の下に発生した電荷担体が
関連する電極の下に集められることにより一部削減され
る。 また、これは相当に長いセンシング時間を要する。電荷
は第１の組の電極の下に集められた後、次の組の電極の
下に電荷が集められる前にメモリ部に排出しなければな
らない。このためこの例ではセンシング時間はほぼ４倍
になっている。また、４個の集積期間は時間的に分離さ
れるように生じ、メモリ部には４個の順次の集積時間の
シーンから成る像が蓄えられる。 本発明の目的は集積された電荷が一層効率良くメモリ部
に転送され且つ種々の形態の多相転送に対して設計され
る冒頭に記載した種類の撮像装置を提供するにある。 もつと一般的に云えば、本発明の目的は情報密度が既知
の装置よりも高い電荷結合半導体装置、特に電荷結合撮
像装置を提供するにある。 このような本発明は電荷を集積したり蓄えたりするため
に半導体本体内にポテンシャル井戸を生ずる電極を選択
的に駆動することにより達成できることを認識し、この
認識に基づいてなされたものである。 この目的で、本発明装置は半導体本体にスイッチング要
素を設け、これらのスイッチング要素により少なくとも
１個の電極の個別の群に基準信号又はクロック信号を供
給できるように構成したことを特徴とする。 このようにすると情報密度を、２倍にできる。 これは特に本発明に係る撮像装置では放射線感応部もメ
モリ部も相当に小さな半導体表面区域に作れることを意
味する。これは、一方では生産凰の増大に結びつき、他
方ではクロックパルス発生器のような電子制御装置の部
分及び、所望とあらば、増幅器を撮像装置と一緒に一つ
の半導体本体内に作れるようにする。また、同じ表面区
域にすれば画像ラインの数を大きくでき、これは高分解
能のカメラ（高品位テレビジョン）に適したセンサ装置
を与える。 本発明に係る装置はそれ自体は米国特許第４．１７８．
６１４号から既知の方法により動作させられる。この明
細書に記載した方法では、電荷結合装置の一部を形成す
る′ｉＩ！極系の電極が直接レジスタから制御される。 しかし、通常行なわれるように、このような電極系を多
層配線システムで作ると、しきい値電圧に差が生ずるた
め、椋々の相の電極の下で、同じ動作電圧でありながら
、できるポテンシャル井戸の深さに差が生ずる。 その結果、所謂飛越しを行なうと、偶数番ラインでの集
積の挙動が奇数番ラインに対する集積の挙動と異なって
くる。これに対し、本発明装置では、偶数番目のライン
の電極と奇数番目のラインの電極とを、集積期間におい
て、異なる基準電圧に保持できるため、このような集積
挙動の差異を解消できる。 図面につき実施例を挙げて本発明の詳細な説明Ｔる。 図面は略図であって、原寸通りではない０簡明ならしめ
るため、断面図において特に厚さ方向の寸法が大いに誇
張されている。同じ導疋形の半導一体領域は一般に同じ
方向のハンチングを施しである。また各図を通して対応
する部分には同じ符号を付した。 第１図は所謂フレーム−フィールド転送形の撮像装置ｌ
の原理回路図である。このような撮像装置は放射線に感
応するセンサ部２を具えるが、ここでは所定の露光期間
中に放射線像に対応する逃荷担体のパターンが形成され
る。露光期間が終ると１この厖荷担体のパターンは一時
的にメモリ部８に蓄えられ、そこから１個又は僕数個の
シフトレジスタ４により順次に続出される。この読出し
動作は既知の技術により行なうことができる。ｊ’９ｊ
望とあらば、信号を更に処理する前に略式図示した増幅
器６により増幅してもよい。 （第１図及び第２図の）撮像装置は半ｊ１体本体゛５を
具えるが、この半導体本体５は、例えば、抵抗率が約１
０Ω・ＣｒＩＬ（約５−　Ｘ　１０１４Ｆす−（ｊｉ、
子１ｍ８Ｊのｎ形のシリコン基板５０と、ここに形成さ
れたドーピング濃度が約８×１０　アクセプタ原子／（
１）８のＰ影領域７とを具える。このＰ影領域７は、例
えば、イオン注入をし、その後で拡散工程を施すことに
より形成することができる。半導体本体５の主表面８に
近く多数の相互に分離されほぼ平行に延在する電荷転送
チャネル（第１図に符号９を付して示す）を画成する。 電荷はこの埴荷転送チャネル内で第１図に矢印ＩＯで略
式図示されたように転送される。本例では璽荷転送装置
即ち０（３Ｄがバルク転送形の０ＣＤ（Ｂ（３（３Ｄン
により構成されている。ここで電荷転送チャネルはＰ影
領域で相互に分離されたｎ影領域１１により構成される
。本例ではこのｎ影領域］１の平均不純物製度は約１０
１６原子／　ｃｍ８であり、深さが約Ｉｐｍで、幅が約
５μｍである。 主表面８（第２図参照］は絶縁材料、例えば、酸化シリ
コンの層１２で覆う。この絶縁材料層１２の上に多数の
電極を設け、これらの電極により半導体材料内にポテン
シャル井戸を作り、電荷の蓄積と転送に用いる。 第２図の半導体装置は、４相転送に適したものであるが
、センサ部２のチャネル９、ｌｌ内の所ｎ［蓄積単位Ｊ
　（ｓｔｏｒａｇｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　）が各々４個の
電極２１．２２．２８．２４及び８１．８２゜８８．３
４を具え、これらが数個のチャネル内の「蓄積単位」

【
こ共通になっている。同じように、メモリ部３ではこの
ような「蓄積単位」が電極　ｌ・・４１．４２．４８．
４４及び５１．５２．５３゜５４により形成される。勿
論、この半導体装置はここに示したよりもずっと多数の
１住極を具え、所１１１ＰＡＬ方式用の撮像装置では、
センサ部もメモリ部も約６００個の電極を具えており、
−これは電荷転送チャネル当り１５０個の「＠積単位」
に対応する。 ６００個の電極を具える本例では、センサ部でもメモリ
部でも、各電極がスイッチングされ、蓄積信号（基準レ
ベルＪのクロツクパルスを供給できるようにする。この
目的で半導体装置にスイッチング要素２６．２７．２８
＋２９．３６＊８７嗜８８．８９．４６．４７　Ｉ４８
．４９．５６゜５７．５８．ｆＭＪを設け、これにより
信号ライン１４．１６と基準ライン１５　、１５’との
間及び信号ライン１７．１９と基準ライン１８．１８’
との間で電極を切換えられるようにする。基準ライン１
５＋１８（１５’１１８’〕は必らずしも固定電位にす
る必要はない。後に詳述するように、この基準電位を調
整できるようにすると好適である。 上記のスイッチング要素はレジスタ１８　、１８’から
制御される。一つの配線レベルにあるＩＩ極が交互に左
側のレジスタ１３’と右側のレジスタ１８とにより制御
される場合は、レジスタのピッチ（即ち、２個の順次の
出力間の間隔）が一つの配線レベルの電極のピンチのは
Ｆｆ２倍となり、製造が相当に簡単になる。 注意子べきことは、レジスタ１８　、１８’のレジスタ
段の各出力端子は毎回同時に２個のスイッチング要素を
制御し、これにより２個の電極の挙動を決定することで
ある。これは前述した米国特許第４１７８６１４号昏こ
示されている４相転送用の装置と対照的である。この米
国特許の装置では各レジスタ段は１個の電極しか制御し
ない。それ故レジスタ１８　、１８’は米国特許に示さ
れているレジスタの十ですむ。また、第１図の装置では
レジスタ段の出力側には２個のスイッチング要素（本例
ではゲー）　’ＦｔＥ極フしか負荷とするものがない事
実によって更に小どくすることができる。前記米国特＃
′ＦψＪ細書による装置では各レジスタ段に電荷結合装
置の１個の電極が負荷としてかかるが、これは撮像装置
６では相当【こ大きな容針性の負荷となる。 一層良く理解Ｔるために述べるべきことは、第１図で基
Ｉｖ〜ライン１５’及び１８′が、所望″とあらば、夫
々基準ライン１５及び１８と同じ信号で駆動できること
である。こｎはこれらのラインを接続点６５　、６５’
及び６８．６８’を介して接続することにより外部的に
実行することができる。本例では、このような接続を更
に基準信号用の接続点７５・７８に接続しである。 第１図に示した装置ではセンサ部２とメモリ部８に別々
にクロックパルス信号を供給している。 センサ部ではクロック信号ライン１４　、１４’及び１
７菅１７’を接続点６４　、６４’及び６７　、６７’
を介して外部接続端子７４　、７４’及び７７．７７’
に接続し、４相クロンク系を構成している。メモリ部で
は、クロック信号ライン１６　、１６’及び１９゜１　
ｕｌを接続点６６會６６′及び６９　、６９’を介して
外部接続端子７６　、７６’及び７９　、７９’に接続
し、これまた４相クロンク系を構成している。所望とあ
らば、この目的に同じ接続点を使うことができる。代り
に、クロック信号ラインｊ４．１４’及び１７・１７′
をクロック信号ライン１６　、１６’及び１１Ｊ　、　
ｌ　９’に接続することもできる。後者の場合は、接続
点６６・６６′及び６υ、６９′並びに外部接続端子７
６　、７６’及び７９　、７９’を省くことができる。 スイッチング要素２６．２７．２８．２９゜８６．８７
．８８．８９．４６．４７＠４８゜４９．５６．５７．
５８．５１Ｊを制御するレジスタ１３　、１．３’は、
例えば、図示していないが補助の電子装置により制御す
ることができ、これを同期の目的で外部接続端子７４．
７６及び７４′１７６′又は７７．７９及び？？’、７
９′にあるクロックパルス信号により制御することがで
きる。 スイッチング要素２６．２７は、例えは、第８図に示す
ようにＭＯＳ）ランジスタにより構成することができる
。これらのｎＭＯＳ）ランジスタは共通ゲート電極６１
Ｇこよりレジスタ】８から駆動することができる。この
ゲート電極上の信号が高レベルにある時は、ＭＯＳ）ラ
ンジスタ２６゜２７が導通し、接続点１４及び１７から
ソース領域に供給されるクロックパルス信号が電極２１
・２２に送られる。このようにしてスイッチング要素２
６．２７．２８・２９．３６．８７．８８゜８９．１・
・・・、８６．８７．８８．８９及び５（５゜５７・５
８．５１Ｊ、・・・・・、４６．４７．４８．４９によ
り夫々センサ部２とメモリ部３０［８ｉｉ２１゜２２　
管　２８．２４．８１．８２　量　８８　啼　８４．・
・・・・・８１．８２．８８．８４及び５１参５２．５
８゜５４・・・・・４１．４２．４３．４４にある共通
りロックライン１４．１４’、１７．１７’及び１６゜
１６’　、　１９・１！Ｊ′を介して４相クロツクを供
給できる。逆にゲート電極の信号が低い時は、ＭＯＳト
ランジスタ２６．２７がカットオフとなり、電極２１　
、２２の電位がこれらのＭＯＳ）ランジスタの出力側の
電位により決まる。この電位は固定された電圧とＴるこ
ともできるが、ライン１５゜１８の調整可能な信号によ
り決めることもできる。。 史Ｇこ処理するために、撮像された画像に対応すル信号
をテレビジョン受像機用の信号に変換する。 この場合画像スクリーンの偶数番のラインと奇数番のラ
インとを交互に活性化するのが普通である。 それ故、この所謂飛越しのために、１画像期間（六〜去
秒）内に２回放射線に感応するセンサ部からメモリ部へ
の転送が行なわれ、電荷の蓄積が交互にメモリ部の異な
る部分で行なわれるようにするのが望ましい。この目的
で、この撮像装置では１画像期間内のｍ荷パケットがラ
イン１５゜１５’、］８．］８’の電圧に依存して交互
に異なる区域、即ち、電極２１．２８．８１．３８等の
下の区域と電極２２．２４．８２．８４等の下、の区域
で集められるようにする。 正極２１．２８．８１．３８・・・・・の下で集積する
のに貿する一集積期間中に用いられる蓄積ｍ圧（基準レ
ベル］は電極２２．２４Ｉδ２Ｉ８４・・・・の下で集
積するための次の期間中に使用される蓄積電圧と等しく
する必要はない。これらのｍｆｉｌｉｉ群は一般に異な
る配線層内に作られるから、しきいｍＷ圧、従ってポテ
ンシャル井戸が異なってもよいのである。この場合集積
の挙動は両方の電極群に苅し兵なってくる。そしてこの
不均等性の程度に依存して、接続点６５＋６５’１６ｇ
・６８′には異なる蓄積ｍ圧を供給する。しかし、こ−
の集積の挙動の不均等性が実際上無視できる場合は、接
続点ｏ　５．６５’及び６８　、６８’を夫々外部接続
端子７５及び’１８Ｇこ共通に接続できる。 第１図Ｇこ示した撮像装置の動作を第２図につき説明す
る。 第２ａ図は瞬時１−０における一画像期間の第１の半部
内の集積期間の終りにおける１個のチャネルの状態を示
す◇ この集積は電極２２．２＋、８２．８４．・・・・・彎
８２．８４の下で起きているが、これはこれらの電極が
スイッチング要素２７．２９．８？、（９゜・・・・、
８７　、８９を介して高い電圧レベルにあった基準ライ
ン１８　、１８’に接続されていたからである。電極２
１．２８．８１．８８．・・・・・、８１゜８８の方は
スイッチング要素２６．２８．８６・８８、・・・・・
、８６．８８を介して低い電圧レベルにあった基準ライ
ン１５　、１５’の方に接続されていた。 半導体本体上の転送°Ｎ極での亀正により得られる表面
電位の変化を第２ａないし２に図で破線により示してい
る。この電位分布は通常の態様で示してあり、ポテンシ
ャル井戸はエネルギーの極小点に対応する。従って電子
に対しては高い電圧にあるｗ１極の下に位置する半導体
本体の部分がポテンシャル井戸となる。第２ａ図の破線
は少なくとも左側の部分はセンサ部の′Ｉｌ！極２１．
２２．２８↓２４．８１．８２．８３．１４．・山・、
８１１８２１８８．８４にある固定電圧による集積期間
中に定まる電位分布に対応Ｔる。この集積期間において
は、電荷パケット２０．２５ｚｌＯ及び３５が夫々’Ｂ
極２２．．ｚ４．ｓｚ及び８４の下に集めらｎている口
電極４１．４２．４８・４４及び５１゜ａｚ？５３．５
４はスイッチング要素４６．４７１４８．４９及び５６
．５７．５８．５９を介して、前述したように４相クロ
ツクが供給され得る信号ライン１６．１υ、　１６’　
、　Ｉ　ＩＪ’に接続されている。 第２ａ図に示す装置の右側半部（メモリ部）の破線は関
連する電位分布を示す。この場合、瞬時を電０において
ポテンシャル井戸が夫々％ＩＭｉｈ２゜４８及び５２．
５８並びに対応する逍極め下に位置し、屯梗４１．４４
及び５１．５４並びに対応する１極の下には電位障壁が
位置Ｔるようなりロックパルスパターンが供給される。 メモリ部内のポテンシャル井戸はこの瞬時１−０におい
て、電荷が全く蓄えられていないか又は雑音による極〈
少最の電荷しか蓄わえていないと仮定する。 第２ａ図から明らかなように、センサ部２では４個のｍ
ａｒの寸法を有する各「蓄積単位」の下に２個の電荷パ
ケットが集められている。従って、６００個のＷｔ極を
用いれば１チャネル当り８ｏ。 個の電荷パケットを蓄えることができる。これは画像セ
ンサ部の場合先行する集積期間内にこの画像センサ部内
に８００本の画像ツインが記録されることを意味する。 米国特許第８１１０９８０８号に記載されている装置で
はｌ集積期間当り、同じ数の亀＄５を用いて２倍の数の
画像ラインが記録される。また、スイッチング要素を用
いると蓄積されている電荷を２方向にシフトできるが、
これは信号処理において成る種の利点を与える〇第２ｂ
図はｔ、　−０，１２５ＰＢｅＯＣオケル装置’１ｇ示
す。この時スイッチング要素２６及び２７がレジスタ１
８から制御ライン６１を介してスイッチｇｎ％！！２１
及び２２が夫々クロックライン１４及び１７に接続され
る。クロックライン１４及び１７は本例ではり四ツクラ
イン１６及び１９と同じように駆動される。この結果１
ｉ！２２の左側（第２ｂ図２では半導体本体の電位分布
が斐わらず、Ｎ極２８の右側では電位分布が信号ライン
１４．１？、１０．１９．１６’及び１９’のクロンク
パルスパターンにより決まる。これは電極２１の一位が
高くなり、電荷パケット２０を蓄わえているポテンシャ
ル井戸の幅が２倍・こなることを意味する。関連Ｔる電
荷は電極２１・２２の下のポテンシャル井戸全体に分布
する。％＠２Ｂの右側の部分ではＮ極４会ｆｂ会及び対
応する電極の下に電位障壁が存在Ｔる。 ライン１４．１７．１（＋、１９．１６’ｌ１９’には
瞬時ｔ２＝　０．２５μｓｅｃにおいてＴＬ極４３．５
８及び対応する電極での一位が低くなるようなりロック
パルスが与えらｎる。他の正極は前゛と同じ電位を保ち
、従ってＷＬ極４８．４４及び５８＋５４並びに対応Ｔ
る１α極の下に電位障壁が存在する（第２Ｃ図参照］０
戒極２１．２２の下のポテンシャル井戸は保存され、従
って電荷パケット２０は同じ場所にとどまる。 ・　瞬時ｔ８−０．８７５μｓｅＯにおいてはメモリ部
では電極４８．５２１及び対応する電極だけが低い一位
にあり、従ってこれらの電極の下だけに電位障壁が存在
する（第２ｄ図参照）。この結果、電荷パケット２０は
電極２２．２１及び４４の下にあるポテンシャル井戸全
体に分布する。 １１時ｔ、−０．５μｓｅＣでは、スイッチング要素２
８及び２９が制御レジスタ１８′から制御ライン６２を
介してスイッチングされ、電極２８及び２４がクロック
ライン１４’及び１７’に接続され１これらのクロック
ライン】４′及び１７′がクロンクライン１６′及び１
　Ｇ’と同じように駆動される。この結果電極２４の左
側では半導体本体内の電位分布が変わらず、１ａａ３１
の右側の一位分布は信号ライン１４．１７豐１６．１９
彎１４’、１７’嗜１６’及ｉＪ　１９’のクロックパ
ルスパターンにより決まる。このクロックパルスパター
ンにより電極２１．２２及び４１．４２並びに５２＠５
８及び対応Ｔる電極の下の半導体本体内に電位障壁が形
成される（第２ｅ図」。これは電荷パケット２５・が電
極２３の下に集中された状態にとどまり、電荷パケット
２０が電極４８．４４の下に存在することを意味する。 斯くして、この１Ｂ荷バクント２０は瞬時ｔ２における
状部に対し１電極距離だけシフトさせられる。 瞬時ｔ、　””　ｏ、ａ　２５　ｐＢｅｏ　（第２ｆ図
参照〕においては、屯ｆ！２１．４１　ｅ’５２及びメ
モリ部の類似の％極の下に電位障壁が存在する０屯荷パ
ケツト２０及び２５は、夫々、８　（ａ＋７）ｍｔｄｊ
ｉ　（４２。 ４１３．４４７及び２個の電極（２２・２８）の下に分
布する。このようにしてｍ荷パケット２０はセンサＮ）
２を去り、メモリ部８に転送される。またこの時以后’
％荷バケント２５がクロックパルスパターンの影響の下
にメモリ部に送られてゆく。 上述したスイッチングパターンは瞬時１−１４９．５μ
ｓｅＣにおいてスイッチング要素８ｇ。 ８９（第１図）がスイッチされ、電極８８・８４が信号
ライン１４′及び１７’に接＃すれる迄続く。 この瞬時において、センサ部とメモリ部の両方の全ての
ｍ１ｆｉがライン１４．１７＠１６＠１９゜、１４’、
　１７’、　１６’、　１９’のクロックパルスパター
ンにより制御される。転送チャネル９の各々において、
最初屯ｔｉｌｉｉ２ｚ、ｚ４．ａｚ、ａ＋、・・・・・
嘲８２．８４の下に存在した電荷パケットがセンサ部及
びメモリ部の両方におけるチャネルをほぼ貫通して延在
する砥荷バクットの行進伸張されることはない。 次に、これらの電荷パケットはメモリ部に転送される。 このようにして、瞬時ｔ　−１５０，３７５μｓｅＣに
おいて■荷パケット２０は電極５１．５２の下にあり、
こｎは電極５３の下の電位障壁により電荷パケット２５
から分離される（第２ｇ（２）参照　ノ　〇 電荷パケン）２０．２５．３０．３５・・・・・をメモ
リ部に蓄えるために、このメモリ部の転送電極を順次に
固定電位にＴる。このようにして、瞬時ｔ−１５０，５
μＳｅＣにおいてスイッチング要素５６及び５７を各々
一定の゛電位を有するライン１５及び１８に切換える。 この結果電位障壁が電極５２の下にでき、電荷パケット
２０が電極５１の下の・ポテンシャル井戸に固定される
（第２ｈ図参ＩＫ１）。 夫々瞬時を雪１５０．６２５μＳ６Ｃ，ｔ＝１５０・７
５μＳｅｃ及びｔ＝１５０．８７５μｓｅｃ　＆こおけ
る電極５１．５２．５８．５４の区域の状態を表わす第
２１図、第２ｊ図及び第２に図から明らかなようにクロ
ックパルスの変化はも早やこのプロセスに影響しない。 瞬時ｔ＝１ｆｉｌμｓｅｃに１５いて、電極５８及び５
４はスイッチング要素５８及び５９を介してｈｉＦ記固
定亀位にされ、　？ｉｉ荷パケット２５が？１１極５８
の下Ｇこ蓄えられる。この手続は瞬時ｔ＝３００μｓｅ
Ｃにおいてセンサ部２から来る元の電荷パターンが完全
にメモリ部３　、Ｉ’ｌｌち＠極５１゜５３、・・・・
・、４１．４８の下に蓄えられる迄続く。 これはこれらの電極及びｉ［，１１ｉＴ１ｉ５２・５４
．・・・・・、４２４４１がスイッチング要素５６　、
５７１５８　、５９．’・・・す４６．４７，４８．４
９を介して各々が固定電位にあるライン１５．１５’、
１８及び１８′に接続されることによる。これは個別の
接続点６５゜６８・６５′及び６８’又は共通の外部接
続端子７５及び７８により達成できる。 センサ部の電極はこの吹時迄上述したクロックｌパルス
信号によ′り制御できる。それからは基準ライン１５　
、１８　、１５’、　’１８’に接続される。そして、
メモリ部と回じように、センサ部内にも電極２１．２８
．・・・・・、８１．８３の下Ｇこポテンシャル井戸が
形成される。 代りに、元電極８４の下に発生した電荷バクットが電極
８２の左側の電極の下Ｑこ分布さｎ終った瞬時から、電
極８３及び８４をスイッチング要素５８及び５９を介し
て基準ライン１５′及び１８′に接続することもできる
。発生させられた屯荷が更にメモリ部にシフ）Ｆせられ
る時、増大する数の電極が同じようにして基準ライン１
５　、１８　。 １５’、１８／に接続され、電極８３　、８１．・・・
・・、２３・２１の下にポテンシャル井戸か形成ざｎる
。 コノ結果次の集積期間において、電極８４．８２゜１．
１２４　、２２の下の代りにこれらの電極の下で集積が
起る。このようにして飛越しが可能となる。 この集積期間において、情報はメモリ部から１個又は仮
数側の出力レジスタ４に送らｎる。これはメモリ部の電
極５１．５２．５８．５４．・・・・。 ４１．４２．４３９４４に順次＆こクロンクツ＜　ルス
信号を受けている信号ライン１６’、　ｌｔｌ　、　１
６’＋１９’に接続することにより実行できる。カラー
表示のためには、各々か１　（１７−σ）色成分を担当
する８個の平行に（〆続さｎた出力レジスタをＩｔＪし
）る０８Ｓカレジスタ４からの信号は、必要とあら番ま
、ｊ曽叫１器６により増巾１６される。 第４図及び第５図の装置は２相転送Ｇこ適した一像装置
１を具える。この装置もセンサ部２に６００伊の電極を
有しくそのうちで第４図Ｇは１１極２１゜２２．２８．
２４．８１．８２，８８．８４　だ　しすを示すフ、メ
モリ部８に６００個ｆｆ）　［極を有する（そのうちで
電極４１・４２・４８°４４°５１゜５２＋５．８＋５
４だけを示す〕。　′センサ部の電極２１．２８．８１
及び５ａｎ９びＧこ対応する電極はスイッチンク°装素
２６．２７゜８６１１１１７等Ｇこより基準ライン１５
とクロックツマルスが供給ざγしるライン１４とσ）　
ｍｌで切換えられる。同じようをこして、メモリ部σ）
電極４１．４８゜５】及び５８並ひに対応する電極はス
イッチング要素４６．４７．５６及び５７により基準ラ
イン１５とライン１４との間で切換えらｎる。 類似した態様で、電極２２．２４．８２．８４゜４２．
４４．５２．５４はスイッチング要素２８゜２９．８８
．８υ・４８，４９．５８．５９によりライン１７（ク
ロックパルスノと基準ライン１８の間で切換えられるう
スイッチング要素２６゜２７．２８．２１Ｊ、・・・・
・、８（＋、８７．８８．８９はレジスタ１８　、１３
’により制御され、基準ライン１５・１８に対して電圧
が接続点６５・６８に供給される。クロックパルスライ
ンは接続点６４及び６７に供給ｇｒｂる。本例では、セ
ンサ部に対するクロックパルスラインとメモリ部に対す
るクロックパルスラインとが相互に接続ざｎている。し
かし、所産とあらは、メモリ部に対するクロックパルス
屯圧を別々に接続点６６及び６９に供給することもでき
る。所望とあらば、こわらのクロックパルスがレジスタ
ｌ　８　、　’１８’を制ｆｉｌ　Ｔ　／）補助電子装
置も制御できるようにすることができる。 第４図に示す例では、センサ部もメモリ部も６００個の
゛電極を具える。後述するように、こｎらの電極の各々
の下Ｏこ屯荷を同時に集積したり蓄わえたりでき、−画
像センサ期間の内に第１図及び第２図に示Ｔ装置と比軟
して２倍の数の画像ラインをｊｇ積できる。 第４１＊＋　＆こ示した撮像装置の動作を第５図につき
詳細に説明】−る〇 第５ａ図は瞬時ｔ’＝ｏにおいて集積期間が終了したと
ころで一屯荷転送チャ千ルの一部の状態を示す。この集
積はセンサ部２の全ての”ａｌＩＪ！２１゜２２．２３
．２４．・・山＋８１＋８’２＋８３＋８４の下で行な
わｎ終っている。これらの電極の各々の下にはｎ形注入
領域６０が８ψけられて゛いるから、これらの電極の下
にはこれらの°電極をスイッチング要素２６．２７　・
２８Ｉ２す、・・・・・、８６．８７゜８８．８９を介
して一定正位にある信号ライン１５．１８に接続するな
らはポテンシャル井戸が存在する。集４７１期間が終っ
た時、屯荷パケット２０．２５．３０．８５．ｉ’ｉ極
２１．２２．２８゜２４に関連するポテンシャル井戸内
に集めラレ終っている。 □璽］１電、極　４１．４２．４３’、４４　伊り山噛
　５　１　響　５２　市５８．５４Ｌｔスイッチングｆ
ｆ＄４６．４７・４８・４９、・・・・・１５６＋５７
．５８＋５υを介して２相クロツクが供給される信号ラ
イン１４・１７に接続する。この結果、第５ａ図の右半
部内の電位分布は左半部内の電位分布と全＜Ｉ４なる外
観を有する。右半部の関連するポテンシャル井戸は瞬時
ｔ−０において電荷を蓄えていないと仮定する。 第５　ｂ図はスイッチング狡素２６がレジスタ１８を介
して電極２１がクロンクライン１４Ｇこ接続されるよう
に切換えらｎ終った後の瞬時１．　＝０．２５μｓｅｃ
における装置を示す。関連する電位変化のため、電荷バ
ケツ）２０はｍ極ｊｋ４の下のポテンシャル井戸に移行
する。 瞬時ｔ２−０．５μｓｅｃにおいて、一極２２７ｉ：ク
ロンクライン１７に接続する。この結果Ｉ！１ｌｌｉ接
する半導体本体内に得られる電位分布は（第５ｃ図参照
）゛瞬時ｔ＝Ｑにおける半導体本体の右半部におけるの
と同じになり、電荷パケット２０及び２５が夫々電極４
８及び２１の下のポテンシャル井戸に移行する。 第１図及び第２図の４相装同につき述べたところと同じ
態様で、次に一極２３．２４・・・・・・・８１゜８２
＋８８　＋８４を一つづつクロンク信号ライン１４．１
７に接続する。この結果、電荷パケットはメモリ部の万
に１送される。１舜時ｔ＝１５０μｓｅＣにおいて、電
荷パケット２０がに極５］の下に達しく第５ｄ図参照）
　、’ｉｌｉ／Ｒパケット２５が電極５８の下に存在す
る。その内時において、全ての一極がクロンクライン１
４．１７Ｇこ接続される０ 瞬時ｔ　＝　１５０．５　ｐｓｅｏにおいて、ｍ極５１
がスイッチング安素５６を介して一定電位にある基準ラ
イン１５に接続される（第５ｅ図参照）。この瞬時から
、■荷バケント２０は電極５１の下に保持さてしる。同
じようにして、ｔ＝１５１μ８８０から、電荷バテット
２５が電極５２の下に保持される（第５ｆ図参照）。メ
モリ部の残り−の電極は順次に基準ツイン１５．１８に
接Ｈされ、瞬時を層８００μｓｅＯにおいてメモリ部の
全ての一極の下にポテンシャル井戸が仔在し、これらの
ポテンシャル井戸の中に瞬時ｔ＝　ＯＧｌ：おけるセン
サ部内と同じ電荷パターンが蓄えられる〇 こうしてメモリ部に蓄えられた情報は順々ニ読出しレジ
スタ４の方に転送することかできる。今度はこれらのレ
ジスタを二重構造にすると好適で６００本のラインを交
互に奇数ラインに対Ｔるレジスタと、偶数ラインに対す
るレジスタを介して読出下。レジスタ４から供給される
信号は、必要とあらば、増幅器６で増幅する。 所望４とあらば、装置を毎回一つのシーンを記録Ｔるの
に使用することもできる。而してこの場合は１集積期間
の後情報が読／ＩＢされ、磁気テープのような情報相体
に記録される。この場合、情報をメモリ部に畜える必要
はなく、センサ部２から直接読出しレジスタを経て、例
えは、情報処理装置に送ることかできる。 本発明はまた多重飛越しの装置でも使用できるが、この
場合はセンサ部の４　ｔｄｆ＜の数とメモリ部の一極の
故を互に適合させ、１：ｎ飛越しでは、センサ部の°一
極の数をメモリ部の化４償（の数の７倍とし、メモリ部
がセンサ部の電極の数の一個しか具えないようにする。 加えて、本発明の原理は直列／並列／直列メモリ（ＳＰ
Ｓメモリンでも用いることができるが、ここでは数個の
瞬接する■荷転送チャ子ルを具え、情報が先ず直列に入
力レジスタに読込まれ、その内容が毎回並列に亀荷転送
チャネルに移され、ここで情報が並列に移行ぎせらち、
再び直列に読出しレジスタによりβ’ｔ　ｔＪ！ｒ　ａ
れる。ここで上述したように転送と蓄積を並列に行なう
とすると、そこでの情報密度は２倍にできる。この、た
め２相クロンク用の装置では、情報ビ’ｙ　）が各チャ
子ルで各一極の下に蓄えることができる。本発明の原理
はまた他の■荷結合装置（ＯＯＤＪで用いることもでき
るが、ここでは、例えば、このような装置ａを遅延線と
して用いる場合ならば、■荷を一時的に蓄えるだけにし
、後刻蓄えられている電荷の形態で情報を読出すことに
する。またいくつかのこのような装置をマルチプレクス
回路内に設ける場合は、任意に一つのｍ荷結合装置から
情報を読出Ｔことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４相クロツクにより制御される本発明撮像装置
の略図、 第２ａ図は第１図のｎ−…線で切った略式断面図、 第２ｂ〜２に図は第１図の装置浜の動作を説明するため
の説明図、 第８図は、第１図に示した装置のスイッチング要素の回
路図、 第４図は２相クロツクにより制御される撮像装置の略図
、 第５ａ図は第４図のｖ　−ｖ線で切った略式断面図、 第５ｂ〜５ｆ図は第４図の装置の動作を示す説明図であ
る。 ｌ・・・撮像装置　２・・・センサ部 ８・・・メモリ部　４・・・シフトレジスタ５・・・半
導体本体　６・・・増幅器 ７・・・Ｐ影領域　８・・・主表向 ９°・・電荷転送チャネル　ｌＯ・・・電荷の転送を示
す矢印１１・・・ｎ影領域　】２・・・絶縁材料層１８
　、１８’・・・レジスタ １４１　、１６　、１７　、１９・・・クロック信号ラ
イン１５　、１８・・・基準ライン ２０　、２５　、８０１８５・・・電荷パケット２１〜
２４　、８１〜３４’、　４１〜４４　、５１〜５４　
、８１〜８４・・・電極 ５０・・・シリコン基板 ２６〜２１Ｊ　、　８６〜３９　、４６〜４９　、５６
〜５９　、８６〜８υ・・・スイッチング要素 ６０・・・ｎ形注入領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体本体を具え、この半導体本体の主表面に少な
   くとも１個の電荷転送チャネルを画成し、この同じ主表
   面に′ｍ電極系設け、この電極系に電荷の蓄積のために
   基準信号を供給でき、電荷の転送のためにクロック信号
   を供給できる電荷結合半導体装置において、半導体本体
   にスイッチング要素を設け、これらのスイッチング要素
   により少なくとも１個の電極の個別の群に基準信号又は
   クロック信号を供給できるように構成したことを特徴と
   する電荷結合半導体装置。 λ　放射線像を集め、これを電気信号に変換するために
   、半導体本体を具え、この半導体□本体の主表面に放射
   線感応部から出力回路又は処理装置に電荷を転送するた
   めのいくつかの電荷転送チャネルを画成し、半導体本体
   の同じ主表面に電極系を設け、この電極系に電荷蓄積の
   ために基準信号を供給し、電荷転送のためにクロック信
   号を供給できるようにした電荷結合撮像装置において、
   半導体本体にスイッチング要素を設け、これらのスイッ
   チング要素により少なくとも一個の電極の個別の群に基
   準信号又はクロック信号を供給できるように構成したこ
   とを特徴とする電荷結合撮像装置。 ＆　放射線像を集め、これを電気信号に変換するために
   、半導体本体を具え、この半導体本体の主表面に放射線
   感応部からメモリ部に電荷を転送するための多数の相互
   に分離された電荷転送チャネルを画成し、半導体本体の
   同じ主表面に電極系を設け、この電極系に°電荷蓄積の
   ために基準信号を供給し、電荷転送のためにクロック信
   号を供給できるようにした電荷結合撮像装置において、
   半導体本体にスイッチング要素を設け、これらのスイッ
   チング要素によ゛り少なくとも一個の電極の個別の群に
   基準信号又はクロック信号を供給できるように構成した
   ことを特徴とする電荷結合撮像装置。 ４　基準信号が少なくとも一部の電極の下にｎ≧１とし
   てｎ個の電極につき繰返される電位障壁とポテンシャル
   井戸とから成る電位分布を作り、クロック信号が少なく
   とも一部の電極の下にｍ　）　ｎとしてｍ個の電極につ
   き繰返される電位障壁とポテンシャル井戸とから成る電
   位分布を作ることを特徴とする特許請求の範囲前記各項
   のいずれか一項に記載の電荷結合半導体装置。 ム　スイッチング要素がＭＯＳ　）ランジスタを具える
   ことを特徴とする特許請求の範囲前記各項のいず塾か一
   項に記載の装置。 ＆　スイッチング要素をレジスタから制御することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   一項に記載の装置。 Ｌ　基準信号を可変としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第６項のいずれか一項に記載の装置。 ＆　２相転送のた−めに、前記撮像装置に少なくとも１
   個の二重構造の読出しレジスタを持たせたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項又は第８項に記載の電荷結合
   撮像装置。 ９、　スイッチング要素を制御するための要素と、読出
   しのための要素と、増幅のための要素とを同じ半導体本
   体内に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   ないし第８項のいずれか一項に記載の電荷結合撮像装置
   。 １０．１：ｎ飛越しのために放射線感応部の電極の数を
   メモリ部の転送電極の数の１倍としたことを特徴とする
   特＃′Ｆ請求の範ＦＩＭ第８項ないし第９項のいずれか
   一項に記載の電荷結合撮像装置。