JPS61194870A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS61194870A JPS61194870A JP60035789A JP3578985A JPS61194870A JP S61194870 A JPS61194870 A JP S61194870A JP 60035789 A JP60035789 A JP 60035789A JP 3578985 A JP3578985 A JP 3578985A JP S61194870 A JPS61194870 A JP S61194870A
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 8
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- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
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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。
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）
本発明は半導体基板上の複数の光電変換素子およびこ１
ら各素子で発生した信号を読出す電荷転送素子からなる
固体撮像装置に関するものである。
ら各素子で発生した信号を読出す電荷転送素子からなる
固体撮像装置に関するものである。
（従来技術と問題点）
第４図は従来の固体撮像装置の一例の要部を示す模式的
平面図で、光電変換部（２）、電荷＃項部（３）、電荷
転送部（５）から成っている。第５図（ａ）は第１図の
Ａ−Ａ間の断面を模式的に示す断面図、第５図中）〜（
ｅ）は第５図（ａ）の各部分のポテンシャルを示す図、
第６図は第４図の動作を示すタイミングチャートである
。図中、ｌはＰ型半導体基板、２はＮ型拡故層、３は蓄
積部ゲート電極、４は転送ゲート、５は電荷転送素子群
、６は光シールド用金属膜、７はＰＷインプラ層である
。
平面図で、光電変換部（２）、電荷＃項部（３）、電荷
転送部（５）から成っている。第５図（ａ）は第１図の
Ａ−Ａ間の断面を模式的に示す断面図、第５図中）〜（
ｅ）は第５図（ａ）の各部分のポテンシャルを示す図、
第６図は第４図の動作を示すタイミングチャートである
。図中、ｌはＰ型半導体基板、２はＮ型拡故層、３は蓄
積部ゲート電極、４は転送ゲート、５は電荷転送素子群
、６は光シールド用金属膜、７はＰＷインプラ層である
。
Ｐ型半導体基板１上に形成さルたＮ型拡散層２からなる
光電変換素子部で発生した信号電荷Ｑｓは、一定電圧Ｖ
８７カ靭口えら几ている蓄積ゲート３の下に形成さｎる
ポテンシャル井戸に蓄積さｎる。
光電変換素子部で発生した信号電荷Ｑｓは、一定電圧Ｖ
８７カ靭口えら几ている蓄積ゲート３の下に形成さｎる
ポテンシャル井戸に蓄積さｎる。
このＳ積されている状■が、第６図の時刻ｔ１に対応し
て第５図（ｂ）に示さｎる。
て第５図（ｂ）に示さｎる。
次に時刻ｔ２に第５図（ｅ）のように、ゲート信号φＴ
Ｏがハイ（Ｈｉｇｈ）レベルとなり、転送ゲート４下の
ポテンシャルが深くなり、蓄積ゲート４下に蓄積されて
いた信号電荷Ｑｓは転送ゲート４の下を通過し、Ｈｉｇ
ｈレベルが印加されている電荷転送素子５の転送ゲート
φ１φ２下に形成さｎるポテンシャル井戸に流入する。
Ｏがハイ（Ｈｉｇｈ）レベルとなり、転送ゲート４下の
ポテンシャルが深くなり、蓄積ゲート４下に蓄積されて
いた信号電荷Ｑｓは転送ゲート４の下を通過し、Ｈｉｇ
ｈレベルが印加されている電荷転送素子５の転送ゲート
φ１φ２下に形成さｎるポテンシャル井戸に流入する。
（第５図（ｄ））。
さらに時刻ｔ４には、第５図（ｅ）のようにφ’ｒＧが
ロウ（Ｌｏｗ）レベルとなり、蓄積ゲート３から電荷の
流入が停止する。その後φ１〜φ４に１４６図に示すタ
イミングでクロックを印加することにより、流入した信
号電荷が順次転送さｎて行く。
ロウ（Ｌｏｗ）レベルとなり、蓄積ゲート３から電荷の
流入が停止する。その後φ１〜φ４に１４６図に示すタ
イミングでクロックを印加することにより、流入した信
号電荷が順次転送さｎて行く。
このようにして光電変換素子（２）で発生した信号電荷
が電荷転送素子５へ送らｎて行くが、従来技術では蓄積
ゲート３から電荷転送索子５への電荷転送時に次に述べ
る問題点が存在していた。
が電荷転送素子５へ送らｎて行くが、従来技術では蓄積
ゲート３から電荷転送索子５への電荷転送時に次に述べ
る問題点が存在していた。
それは、ｉｇ６図において、φＴＧがＯＮとなっている
時間ＴＯＮが短かくなると、残像が増加することである
。すなわち、第５図（ｄ）に示すように、ＴＯＮの期間
ｔ１〜ｔ３内に信号電荷Ｑｓがすべて電荷転送素子に送
らｎるのではなく、ある残留電荷ΔＱが時刻ｔ４におい
て残りているためである。
時間ＴＯＮが短かくなると、残像が増加することである
。すなわち、第５図（ｄ）に示すように、ＴＯＮの期間
ｔ１〜ｔ３内に信号電荷Ｑｓがすべて電荷転送素子に送
らｎるのではなく、ある残留電荷ΔＱが時刻ｔ４におい
て残りているためである。
この残留電荷の’ｔ［、ｆｉｉＴ ＩｔΔＱが存在する
のは、信号が蓄積電極３の下より流出するスピードが有
限であす、シかも転送されるべき電荷粱が少なくなると
、電荷の転送は熱拡散によるものが支配的となり、その
電荷流出の時定数τＴＨは次式のように表わせる。
のは、信号が蓄積電極３の下より流出するスピードが有
限であす、シかも転送されるべき電荷粱が少なくなると
、電荷の転送は熱拡散によるものが支配的となり、その
電荷流出の時定数τＴＨは次式のように表わせる。
ここで、Ｄは電荷の拡散係数、Ｌは電荷を流出する蓄積
電極３の長さである。なお、この式については近代科学
社刊行の図書「電荷転送デバイスＣＯＤ、ＢＢＤの基礎
と応用」の７３頁に述べられている。
電極３の長さである。なお、この式については近代科学
社刊行の図書「電荷転送デバイスＣＯＤ、ＢＢＤの基礎
と応用」の７３頁に述べられている。
この（１）式に具体的数値（Ｄ＝６．７５ｃｍ２／ｓｅ
ｅ。
ｅ。
Ｌ＝５０μｍ）を代入すｎば、時定数ｆ ”： １．５
μｓｅｃと大きな値であることがわかる。
μｓｅｃと大きな値であることがわかる。
このように蓄積ゲート３の下部から電荷を流出させるた
めにはμ８ｅｅオーダーの時間が必要となり、電荷転送
素子を高速駆動する場合には第６図に示すように、φア
。がＯＮの期間ＴＯＮにおいては一度φ１〜φ４クロッ
クを停止させなけｎばならなかりた。つまり、残像の原
因となる残留電荷ΔＱを残すことなく信号電荷のすべて
を電荷転送素子へ流出させるには、電荷転送素子のクロ
ックを一度停止させねばならず、その駆動回路を複軌な
ものにしていた。またこのクロックの一時停止が電荷転
送素子の暗電流の増加を招き特性劣化を生じていた。
めにはμ８ｅｅオーダーの時間が必要となり、電荷転送
素子を高速駆動する場合には第６図に示すように、φア
。がＯＮの期間ＴＯＮにおいては一度φ１〜φ４クロッ
クを停止させなけｎばならなかりた。つまり、残像の原
因となる残留電荷ΔＱを残すことなく信号電荷のすべて
を電荷転送素子へ流出させるには、電荷転送素子のクロ
ックを一度停止させねばならず、その駆動回路を複軌な
ものにしていた。またこのクロックの一時停止が電荷転
送素子の暗電流の増加を招き特性劣化を生じていた。
（発明の目的）
本発明の目的は、このような問題を解決し、残像を起す
ことなく、ＴＯＮ時間を減少させ、クロックを停止させ
ることなく撮像動作を行わせた固体撮像装置を提供する
ことにある。
ことなく、ＴＯＮ時間を減少させ、クロックを停止させ
ることなく撮像動作を行わせた固体撮像装置を提供する
ことにある。
（発明の構成）
本発明の構成は、多数個の光電変換素子からなる光感頬
部と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を蓄積しこ
の光電変換素子に隣接して設けらｎた電荷蓄積部と、こ
の電荷蓄積部に蓄積さルた信号電荷を信号読み出し用の
電荷転送素子に転送する転送ゲート部とを備えた固体撮
像装置において、前記電荷蓄積部内および前記転送ゲー
ト部内に前記電荷転送素子方向へ電荷を押しやる電界を
形成する電界形成手段を具備することを特徴とする。
部と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を蓄積しこ
の光電変換素子に隣接して設けらｎた電荷蓄積部と、こ
の電荷蓄積部に蓄積さルた信号電荷を信号読み出し用の
電荷転送素子に転送する転送ゲート部とを備えた固体撮
像装置において、前記電荷蓄積部内および前記転送ゲー
ト部内に前記電荷転送素子方向へ電荷を押しやる電界を
形成する電界形成手段を具備することを特徴とする。
（実施例）
次に本発明を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を模式的に示す平面図、第２
図（ａ） 、 （ｂ）は第１図のＢＢ’ 断面図およ
びそのポテンシャル図である。本実施例が、第４図の従
来例と異なる点は、蓄積ゲート電極３の下の電荷蓄積部
のＮ型拡散／Ｓ１２のチャネル幅Ｗが光電変換素子に隣
接する幅Ｗ１ と転送ゲート４に隣接する幅Ｗ２とが異
なり、電荷転送素子方向に向けてチャネル幅が広がって
いることにある。このようにチャネル幅Ｗが異なると同
一ゲート電圧を加えてもそのゲート下に形成さ几るチャ
ネル電位は異なったものになる。この現象は一般にナロ
ーチオネル効果として公知の事実である。
図（ａ） 、 （ｂ）は第１図のＢＢ’ 断面図およ
びそのポテンシャル図である。本実施例が、第４図の従
来例と異なる点は、蓄積ゲート電極３の下の電荷蓄積部
のＮ型拡散／Ｓ１２のチャネル幅Ｗが光電変換素子に隣
接する幅Ｗ１ と転送ゲート４に隣接する幅Ｗ２とが異
なり、電荷転送素子方向に向けてチャネル幅が広がって
いることにある。このようにチャネル幅Ｗが異なると同
一ゲート電圧を加えてもそのゲート下に形成さ几るチャ
ネル電位は異なったものになる。この現象は一般にナロ
ーチオネル効果として公知の事実である。
このナローチャネル効果によると、具体的には第３図の
特性図に示すように、幅Ｗが１０μｍと５μｍとでは同
一ゲート′醒圧Ｖｓｒ ＝ ４． Ｑ ＶにおいてもＯ
，Ｓ Ｖのポテンシャル差が存在する。
特性図に示すように、幅Ｗが１０μｍと５μｍとでは同
一ゲート′醒圧Ｖｓｒ ＝ ４． Ｑ ＶにおいてもＯ
，Ｓ Ｖのポテンシャル差が存在する。
従って、第１図の幅Ｗｔ＝５μｒｎ、Ｗ２＝ｌ ０μｍ
とすると、電荷蓄積部内において、そのチャネルポテン
シャルは光電変換素子近辺と、電荷転送素子近辺とは０
．５ｖの差が存在することになる。
とすると、電荷蓄積部内において、そのチャネルポテン
シャルは光電変換素子近辺と、電荷転送素子近辺とは０
．５ｖの差が存在することになる。
このチャネルポテンシャル差の存在によって、本実施例
における各部のチャネルポテンシャルは、第２図（１り
のＢ−Ｂ’間の断面図に対応して第２図中）のポテンシ
ャル図のように示さｎる。この図かられかるように、電
荷蓄積部（３）内において、電荷転送素子５方向へ電荷
を押しやる電界が存在している。このような電荷の存在
によりてφア。にＨｉ ｇｈレベルが印加さｎ１電荷蓄
積部３から電荷転送素子５へ信号電荷が送らｎる時の転
送速度が、電界による移動となるため、熱拡散による場
合よりも大きい速度となる。具体的数値としては、電荷
の移ｄｌｈ度μ＝６００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｅ、蓄積部の
長さし２５０μｍ１その蓄積部内でのチャネル電位差φ
Ｖ＝１ｖとすると、信号電荷がＷ＝Ｗ＞近辺よりＷ＝Ｗ
２近辺まで移動するのに必要な時間τ、は次式％式％ すなわち、前述の熱拡散のみの場合に比べて移動時間が
非常に小さくなっている。
における各部のチャネルポテンシャルは、第２図（１り
のＢ−Ｂ’間の断面図に対応して第２図中）のポテンシ
ャル図のように示さｎる。この図かられかるように、電
荷蓄積部（３）内において、電荷転送素子５方向へ電荷
を押しやる電界が存在している。このような電荷の存在
によりてφア。にＨｉ ｇｈレベルが印加さｎ１電荷蓄
積部３から電荷転送素子５へ信号電荷が送らｎる時の転
送速度が、電界による移動となるため、熱拡散による場
合よりも大きい速度となる。具体的数値としては、電荷
の移ｄｌｈ度μ＝６００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｅ、蓄積部の
長さし２５０μｍ１その蓄積部内でのチャネル電位差φ
Ｖ＝１ｖとすると、信号電荷がＷ＝Ｗ＞近辺よりＷ＝Ｗ
２近辺まで移動するのに必要な時間τ、は次式％式％ すなわち、前述の熱拡散のみの場合に比べて移動時間が
非常に小さくなっている。
このように、本実施例によｎば、電荷蓄積部３から電荷
転送素子５への信号電荷の流出速度を非常に速めること
ができるので、残像を起こす、ことなくクロックを停止
させることなく、高速動作する固体撮像装置が実現でき
る。
転送素子５への信号電荷の流出速度を非常に速めること
ができるので、残像を起こす、ことなくクロックを停止
させることなく、高速動作する固体撮像装置が実現でき
る。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によｎば、電荷蓄積部内に
電荷転送素子方向へ電荷を押しやる電界を形成すること
により、電荷蓄積部から電荷転送部への電荷流出速度を
上げることが出来るので、転送ゲートがＯＮしている時
間を短かくして本残像が起きず、高速動作時でも電荷転
送素子の駆動クロック７を一時停止させる必要がなく高
速動作の可能な固体撮像装置を実現できる。
電荷転送素子方向へ電荷を押しやる電界を形成すること
により、電荷蓄積部から電荷転送部への電荷流出速度を
上げることが出来るので、転送ゲートがＯＮしている時
間を短かくして本残像が起きず、高速動作時でも電荷転
送素子の駆動クロック７を一時停止させる必要がなく高
速動作の可能な固体撮像装置を実現できる。
なお、本実施例で説明した電界は、電荷蓄積部内のみな
らず、転送ゲート部内に存在してもよいことはいうまで
もない。また、本実施例では半導体基板をＰ型とし、信
号電荷を電子として説明したが、導電型の極性を逆にし
、信号電荷を正孔として曳位の正負を逆にすｎば、Ｎ型
半導体基板でもよい。
らず、転送ゲート部内に存在してもよいことはいうまで
もない。また、本実施例では半導体基板をＰ型とし、信
号電荷を電子として説明したが、導電型の極性を逆にし
、信号電荷を正孔として曳位の正負を逆にすｎば、Ｎ型
半導体基板でもよい。
第１図は本発明の一実施例を模式的に示した平面図、第
２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図のＢＢ’ 断面図お
よびそのチャネルポテンシャル図、第３図は第１図ナロ
ーチャネル効果を示すポテンシャル図、第４図は従来の
固体撮像装置の一例の要部を示す模式的平面図、第５図
（ａ）は第４図Ａ −Ａ’ 間の断面をの動作を説明す
るだめのタイミングチャートである。 図において、１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２．１２
・・・・・・Ｎ型拡散層、３・・・・・・蓄積部ゲート
電極、４・・・・・・転送ゲート、５・・・・・・重荷
転送素子部、６・−・・・・光シールド用金属膜、７・
・・・・・Ｐ型インプッ層である。 代理人 弁理士 内 原 晋 ゛ハ→■ （μ
尻２ 第６■
２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図のＢＢ’ 断面図お
よびそのチャネルポテンシャル図、第３図は第１図ナロ
ーチャネル効果を示すポテンシャル図、第４図は従来の
固体撮像装置の一例の要部を示す模式的平面図、第５図
（ａ）は第４図Ａ −Ａ’ 間の断面をの動作を説明す
るだめのタイミングチャートである。 図において、１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２．１２
・・・・・・Ｎ型拡散層、３・・・・・・蓄積部ゲート
電極、４・・・・・・転送ゲート、５・・・・・・重荷
転送素子部、６・−・・・・光シールド用金属膜、７・
・・・・・Ｐ型インプッ層である。 代理人 弁理士 内 原 晋 ゛ハ→■ （μ
尻２ 第６■
Claims (2)
- （１）多数個の光電変換素子からなる感知部と、前記光
電変換素子で発生する信号電荷を蓄積しこの光電変換素
子に隣接して設けられた電荷蓄積部と、この電荷蓄積部
に蓄積された信号電荷を信号読み出し用の電荷転送素子
に転送する転送ゲート部とを備えた固体撮像装置におい
て、前記電荷蓄積部内および前記転送ゲート部内に前記
電荷転送素子方向へ電荷を押しやる電界を形成する電界
形成手段を具備することを特徴とする固体撮像装置。 - （２）電界形成手段が電荷蓄積部と光電変換素子との接
する幅を前記電荷蓄積部と転送ゲートとの接する幅より
短かくして形成される特許請求の範囲第１項に記載の固
体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60035789A JPS61194870A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60035789A JPS61194870A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61194870A true JPS61194870A (ja) | 1986-08-29 |
Family
ID=12451677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60035789A Pending JPS61194870A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61194870A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6314467A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-21 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
| JPH02188963A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | Hamamatsu Photonics Kk | 接合型固体撮像装置 |
| US5182622A (en) * | 1989-02-14 | 1993-01-26 | Sony Corporation | Charge coupled device imager having multichannel readout structure |
| FR2704978A1 (fr) * | 1993-05-07 | 1994-11-10 | Thomson Csf Semiconducteurs | Dispositif à transfert de charges à grille d'étraînement. |
| WO2016035494A1 (ja) * | 2014-09-01 | 2016-03-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1985
- 1985-02-25 JP JP60035789A patent/JPS61194870A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6314467A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-21 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
| JPH02188963A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | Hamamatsu Photonics Kk | 接合型固体撮像装置 |
| US5182622A (en) * | 1989-02-14 | 1993-01-26 | Sony Corporation | Charge coupled device imager having multichannel readout structure |
| FR2704978A1 (fr) * | 1993-05-07 | 1994-11-10 | Thomson Csf Semiconducteurs | Dispositif à transfert de charges à grille d'étraînement. |
| WO1994027322A1 (fr) * | 1993-05-07 | 1994-11-24 | Thomson-Csf Semiconducteurs Specifiques | Dispositif a transfert de charges a grille d'entrainement |
| US6091092A (en) * | 1993-05-07 | 2000-07-18 | Thomson-Csf Semiconducteurs Specifiques | Driving-gate charge-coupled device |
| WO2016035494A1 (ja) * | 2014-09-01 | 2016-03-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
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