JPS60254888A - 固体撮像装置及びその駆動方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置及びその駆動方法に関するもので
ある。

（従来技術とその問題点） 固体撮像装置は小型軽量μ信頼性、量産が可能などの特
徴を生かして急速に開発が進められている。現在開発さ
れている固体撮像装置はＭＯ８型撮像装置および電荷転
送型撮像装置に大別できる。

また、電荷転送型撮像装置は、フレーム転送方式、イン
ターライン転送方式と呼ばれる方式が開発されている。

本発明はインターライン転送方式の撮像装置及びその駆
動方法に関するものである。

従来のインターライン転送方式の駆動方法は例えば、１
９８３年のテレビジョン学会全国大会において織口らが
「縦形オーバフロー構造ＣＯＤイメージセンサのプルー
ミング抑制機構」と題してＰ−ウェル内に形成されたト
ランスファゲート電極のないインターライン転送方式撮
像装置及びその駆動方法が述べられている。しかし、こ
のような撮像装置および駆動方法においては以下のよう
な欠点がある。

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φＶ１１φ■
２で駆動する複数列の垂直シフトレジスタ１０と、各垂
直シフトレジスタの一側に隣接し、且つ互いに電気的に
分離された光電変換領域１１と、垂直シフトレジスタと
光電変換領域間の信号電荷転送を制御するトランスファ
ゲート領域１２と各垂直シフトレジスタの一端に電気的
に結合した電荷転送水平シフトレジスタ１３と、水平シ
フトレジスタの一端で信号電荷を検出する装置１４から
構成されている。第２図は第１図に示す撮像装置のＩ−
ＩＩ線上の断面を模式的に示したものである。

半導体基板１５の主面には基板半導体とは異りた第２の
導電型層で接合の深さが異なる第１の領域１６と第２の
領域１７が形成されている。第２の領域１７の主面に絶
縁物１８を介して垂直シフトレジスタの電荷転送電極１
９、電荷転送電極１９で制御するトランス７アゲート領
域２０１電荷転送垂直レジスタの埋込みチャネル層２１
がそれぞれ形成されている。また第１の領域１６の主面
には基板半導体１５と同一導電型をもち第１の領域１６
とｐ−ｎ接合を構成する光電変換領域が形成されている
。光電変換領域２２と隣接する垂直電荷転送装置２１は
比較的不純物濃度が高い第２の導電型からなるチャネル
ストップ領域２２によって分離されている。また、光電
変換領域以外は例えば金属層２３で光遮蔽されている。

このようなインターライン転送方式電荷転送装置で標準
テレビジョン方式による撮像を行う場合、通常第３図に
示すよりなφｖ１を駆動する転送パルス２４と、φｖ２
を駆動する転送パルス２５が用いられる。

第１フイールドでは垂直ブランキング期間２６でφｖｔ
のクロックパルス２５にトランス７アゲートパルス２７
が重畳されφ■、に対応した光電変換領域の信号電荷を
垂直シフトレジスタ１０に読み出す。以後順次垂直水平
転送によって外部に取シ出する。第２フイールドでは垂
直ブランキング期間２８でφｖＩのクロックパルス２４
にトランスファゲートパルス２７が重畳されφＶユに対
応した光電変換領域の信号電荷が垂直シフトレジスタ１
０へ読み出される。以後第１フイールドと同様順次垂直
Ｐ水平転送を行い時系列の信号として外部に出力する。

このようにして２：１インターレースを行うことができ
る。

しかしながら第２図で示したような基板半導体と異る導
電型をもつ第１ｊ第２の領域１６，１７上に形成され、
且つトランスファゲート電極が電荷転送電極１９と共通
になっている撮像装置においては、トランス７アゲート
パルスによって第１ｊ第２の領域１６９１７に電位変動
が生じ、飽和出力にシェーゾングが起きる。

以下説明を簡単にするためＮチャネル撮像装置の例を用
いてシェーゾングの現象を説明する。第４図は第１図に
示すｌ［−Ｍ線上の断面を模式的に示したものである。

２９．３０は垂直転送電極である。通常２相駆動の転送
電極は、各転送電極２７゜２８共に蓄積領域障壁領域の
二つの領域をもつがここでは省略している。３１は例え
ば二酸化シリコンのような絶縁膜、３０はＮ型半導体基
板１５上に形成されたＰウェル層で第２図の第２の領域
１７に対応する。３３はＰウェル３２のコンタクト部で
第１図の撮像装置の周辺（図示してない）に形成されて
いる。第５図は第３図に示した転送りロックパル２４，
２５の垂直ブランキング期間２８近傍の拡大と、クロッ
クパルスに対応したＰウェルの電位変化３４を模式的に
示したものであシ、実線３６は撮像装置の中心部の電位
、破線３５はＰウェルコンタクト３３近傍のＰウェル電
位を示している。

転送期間Ｔ、　Ｆ　’Ｉ’、では転送パルス２４，２５
が相補関係にあるためＰウェルの電位は変動しない。

しかし垂直ブランキング期間２８の時刻ｔ１では転送パ
ルス２４にトランスファゲートパルス２７が重畳される
ためＰウェル層３２の電位はＰウェル層３２と転送パル
ス２４が印加される転送電極２９の結合容量と、Ｐウェ
ル層３２と基板１５の結合容量によって決まる容量分割
の電圧値に変動する。

その後Ｐ−ウェル３２の電位３４はＰウェル内の各領域
からＰウェルコンタクト３３までの抵抗の時定数で基準
電位に近ずく、すなわち第５図に示すように、撮像装置
の周辺部はＰウェルコンタクトに近いため破線３５のよ
うに急速に基準電位になるが、中心部では時定数が長く
３６のようにトランスファゲートパルが印加されている
期間（時刻ｔ、〜１１）に基準電圧までもどれない場合
もある。

モジ、トランスファゲートパルス２７がオフする時刻ｔ
、までに基板電圧３４が基準電位にもどっていないと、
光電変換領域に印加される電圧は領域によって異り、飽
和の出力信号のバラツキになる。

第６図はこの現象を示すもので構軸は撮像装置の中心を
通る線上の各領域の飽和出力曲線３７を模式的に示して
いる。図示して々いが第６図のような飽和出力のシェー
デング現象は飽和出力に満たない微弱光においても観測
されており、Ｐ−ウェル構造撮像装置の大きな欠点とさ
れて来た。またとのＰ−ウェルの電位変動現象は撮像装
置の７リツカーの原因にもなり、再生画像を損ねていた
。

（本発明の目的） 本発明の目的は、上記のような欠点をなくしたインター
ライン転送方式による固体撮像装置及びその駆動法を提
供することにある。

本発明によれば半導体基板の主面に、前記基板と反対の
導電型を形成してなる接合領域で、低不純物濃度の第１
の領域と、前記第１の領域よシネ鈍物濃度が高い第２の
領域を設け、前記第１の領域の主面には前記基板と同一
の導電型からなる第１および第２の光電変換素子群を形
成し、前記第２の領域の主面には前記第１の光電変換素
子群に対応して第１および第２層目の電極群形成された
第１および第２の転送電極群と、前記第２の光電変換素
子群に対応して第１および第２層目の電極群で形成され
た第３および第４の転送電極群からなる４相駆動電荷転
送垂直レジスタ列が設けてカリ、且つ前記各光電変換素
子群と対応する前記垂直レジスタ列間に配置される転送
ゲート領域が、前記第２層目の電極群で形成される第２
および第４の転送電極群で被われていることを特徴とす
る固体撮像装置が得られる。

さらに本発明によれば前記固体撮像装置の駆動において
、垂直ブランキング期間に、前記第２あるいは第３の転
送電極に印加する転送パルスへ電荷読み出しパルスを重
畳することによシ前記各光電変換素子群で蓄積された信
号電荷を対応する前記垂直レジスタへ転送することを特
徴とする固体撮像装置の駆動方法が得られる。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第６図は本発明の実施例を示すインターライン転送方式
固体撮像装置の平面模式で、従来例の第１図に対応して
いる。従来例との違いは垂直シフトレジスタ列１０が４
相の電荷転送電極群φＶ１　ｔφＶ２　ｙφｖＢｚφｖ
４で駆動されることにある。

第８図は実施例をさらに詳しく説明するため第７図の一
部を拡大した平面模式図で、ＰＭ、Ｎ、ＰＭヨ、Ｎ・・
・”Ｍ＋　ｌ　ｒ　Ｎ＋　１は光電変換部、〜ｐ　Ｒ’
Ｎは垂直シフトレジスタ列、３８はチャンネルストップ
領域である。３９　ａ　ｊ３９ｂ　ｔ　４０ａ　ツ４０
ｂ−は垂直レジスタ列を駆動する電荷転送電極で、各転
送電極群は各光電変換部を垂直方向に分離するチャンネ
ルストップ領域２７上を通して隣接する垂直レジスタの
転送電極と接続されている。この転送電極は一点鎖線３
９ｂ　ｐ　４０ｂで示す第１層目の電極と、破線３９ａ
−４０ａで示す第２層目の電極とからなる２層電極構造
で構成されている。４１はトランスファゲート領域で半
導体基板に絶縁物を介して第２層目の電極３９ａｊ４０
ａで被われている。このトランスファゲート領域のチャ
ンネル幅４２は第１層目の転送電極３９ｂ　ｐ　４０ｂ
の間隔で決められている。

第９図は本実施例の撮像装置を駆動する垂直シフトレジ
スタの転送パルス例で、従来例の第３図に対応している
。

第９図の転送パルス４３＋４４ｙ４５ｐ４６はそれぞれ
第７図のφｖ１ｙφＶ！ｊφＶ３　ｒφｖ４および第８
図の３９ａ　ｙ　３９ｂ　ｐ　４０ａ　ｙ　４０ｂに印
加する波形で、トランスファゲートパルス４７は第２層
目の転送電極３９ａ＝４０ａに印加する転送パルス４３
．４５に重畳されている。垂直シフトレジスタが信号電
荷を転送している期間Ｔ１１Ｔ、では転送パルス４３と
４５．４４と４６が相補関係にあシ、従来例で説明した
ように第１ｊ第２の領域からなるＰウェルの変動はない
。垂直ブランキング期間４８ではＰ−ウェルとの結合容
量が大きい第１層目の電極３９ｂＰ４０ｂに印加する転
送パルス、４４と４６は相補関係にあシ、第２層目の電
極３９　ａν４０ａにトランスファゲートパルス４７が
重畳される期間だけ相補関係を満たさない。

しかし、第２層目の転送電極３９　ａ　ｊ４０　ａは第
８図で示すように大部分が第１層目の転送電極上に形成
されておシ、わずかトランスファゲート領域４１と垂直
シフトレジスタ部の一部がＰウェルと容量結合している
。この容量のうち垂直レジスタ部の容量は電極直下の埋
込みチャネル部が空乏化しているだめ、第２層目の電極
とＰウェル間の容量は見かけ上トランスファゲート領域
の面積になる。このためトランス７アグートパルス４７
が重畳されている期間でのＰウェル変動は小さ〈従来欠
点されていたシェーデング現象は問題ない程度まで低減
することができる。

（発明の効果） 以上本発明のように基板と反対の導電型をもつ領域に形
成されたインターライン転送方式固体撮像装置で、且つ
垂直レジスタの転送電極が２層電極構造からなる固体撮
像装置及びその駆動方法において、光電変換に蓄えられ
た信号電荷を対応する垂直レジスタに読み出すトランス
ファゲート領域が第２層目の転送電極で被われておシ、
この第２層目の転送電極に印加する転送パルスにトラン
スファゲートパルスを重畳することにょシ前記基板と反
対の領域の電位変動を小さくシ、シェーデングｐフリッ
カのない撮像装置及びその駆動方法が得られる。

尚、本発明はＮチャネル固体撮像装置で、且っ光電変換
部はフレーム情報を蓄積する動作で説明したが、Ｐチャ
ネルおよびフィールド蓄積動作でも同様に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターライン転送方式の構成図、第２図は第
１図のＩ−Ｉ線上断面図、第３図は従来の駆動方法の一
例、第４図は第１図のＮ−１１１線上の断面模式図、第
５図はブランキング期間近傍の転送パルス拡大図、第６
図は従来駆動方式による飽和出力信号のシェーデング特
性、第７図は本発明によるインターライン転送方式の構
成図、第８図は第７図の一部拡大図、第９図は本発明に
よる転送パルスの一例を示す。 １０は垂直レジスタ、１１９２２は光電変換領域、１２
ｐ２０ｚ４１はトランスファゲート領域、１５は基板半
導体、１６，１７は基板と反対の導電型をもつ領域、１
９は転送電極、２３は遮光層、２４ｙ２５ｊ４３＊４４
−４５ｙ４６は転送バルス、２７．４７はトランスファ
ゲートパルス、３４は領域１６．ｉ７の電位、３９ａ夕
４０ａは第２層目の電極、３９ｂｙ４０ｂは第１層目の
電極を示す。 第１図 第５図 オフ図 ７８図 ＭＲＮ ７１−９図 下へト１１缶了

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の主面に、前記基板と反対の導電型を形
   成してなる接合領域で、低不純物濃度の第１の領域と、
   前記第１の領域より不純物濃度が高い第２の領域を設け
   、前記第１の領域の主面には前記基板と同一の導電型か
   らなる第１および第２０光電変換素子群を形成し、前記
   第２の領域の主面には前記第１０光電変換素子群に対応
   して第１および第２層目の電極群形成された第１および
   第２の転送電極群と、前記第２の光電変換素子群に対応
   して第１および第２層目の電極群で形成された第３およ
   び第４の転送電極群からなる４相駆動電荷転送垂直レジ
   スタ列が設けてカリ、且つ前−記各光電変換素子群と対
   応する前記垂直レジスタ列間に配置される転送ゲート領
   域が、前記第２層目の電極群で形成される第２および第
   ４の転送電極群で被われてい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、前記基板と反対の導電型を形
   成してなる接合領域で、低不純物濃度の第１の領域と、
   前記第１の領域よシネ納物濃度が高い第２の領域を設け
   、前記第１の領域の主面には前記基板と同一の導電型か
   らなる第１および第２の光電変換素子群を形成し、前記
   第２の領域の主面には前記第１の光電変換素子群に対応
   して第１および第２層目の電極群形成された第１および
   第２の転送電極群と、前記第２の光電変換素子群に対応
   して第１および第２層目の電極群で形成された第３およ
   び第４の転送電極群からなる４相駆動電荷転送垂直レジ
   スタ列が設けてなシ、且つ前記各光電変換素子群と対応
   する前記垂直レジスタ列間に配置される転送ゲート領域
   が、前記第２層目の電極群で形成される第２および第４
   の転送電極群で被われている固体撮像装置の駆動におい
   て、垂直ブランキング期間に、前記第２あるいは第３の
   転送電極に印加する転送パルスへ電荷読み出しパルスを
   重畳することによシ前記各党電変換素子群で蓄積された
   信号電荷を対応する前記垂直レジスタへ転送することを
   特徴とする固体撮像装置の駆動方法。