JPS6242554B2

JPS6242554B2 -

Info

Publication number: JPS6242554B2
Application number: JP53091265A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamazaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-07-26
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1987-09-09
Also published as: NL7905798A; FR2435178A1; JPS5518064A; DE2930402A1; DE2930402C2; FR2435178B1; GB2026769A; GB2026769B; US4328432A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えば固体撮像装置に用いられる電
荷転送装置に係わる。

固体撮像装置においては、受光期間中、その受
光量に応じて生じた電荷キヤリアを蓄積する蓄積
部が設けられるが、この蓄積部において取扱い得
る電荷量以上の過剰のキヤリアが局部的に生じた
場合、これが他の蓄積部、即ち他の絵素へと流れ
込み、いわゆるブルーミングが生ずる。

このようなブルーミングの発生を回避するため
に、固体撮像装置においては、上述した過剰のキ
ヤリアを除去する種々の方法が採られている。

例えば表面チヤンネル型の電荷転送装置を用い
フレーム転送方式の固体撮像装置においては、過
剰電荷を少数キヤリアの形で、基体（バルク）領
域に注入するようにしている。第１図を参照し
て、２相クロツク型の表面チヤンネル型電荷転送
装置について説明すると、この場合、半導体基
体、例えばＰ型のシリコン基体１の表面に絶縁層
２が被着され、これの上に複数の電極３が配列被
着され、１つ置きの電極３を組として、これら２
組の電極３Ａ及び３Ｂに２相のクロツク電圧Φ_１
及びΦ_２が与えられるようになされている。そし
て、例えば各電極３下の絶縁層２の厚さが、電荷
の転送方向に関して前段側と後段側とで異なるよ
うになされていて非対称の表面ポテンシヤルが生
ずるようになされ、２相のクロツクによつて所定
の一方向、図示の例では矢印ａで示す方向に電荷
転送が行われるようになされている。そして、受
光期間では、電極３のうちの一方の組の電極３Ａ
には、例えば負の所定の電圧を与えてここにおけ
る基体表面が多数キヤリアの蓄積状態、いわゆる
アキユムレーシヨン（accumulation）の状態とさ
れ、他方の組の電極３Ｂには、例えば正の所定電
圧を与えてここにおける基体表面が空乏状態、若
しくは反転状態とされる。この時のポテンシヤル
は、第１図中実線ｂで示すようになり、そのアキ
ユムレーシヨン状態のポテンシヤルは、同図中に
破線ｃで示す基体ポテンシヤルよりわずかに高い
（浅い）レベルとなる。したがつて、この状態
で、例えば基体１の裏面から光が与えられその受
光量に応じた電荷キヤリアが生じた場合、電極３
Ｂ下におけるポテンシヤルの井戸、即ち少数キヤ
リアの蓄積部に受光量に応じた量の少数キヤリア
が蓄積されることになるが、光量が大で、この蓄
積部における取扱い電荷量以上の電荷キヤリアが
生じた場合、この過剰電荷は、アキユムレーシヨ
ン表面には流れず、これがアキユムレーシヨンポ
テンシヤルより低い状態のバルク中に、少数キヤ
リアの形で注入される。このように過剰の電荷を
バルクに流し、この過剰の電荷が他の蓄積部、即
ち他の絵素に直接流れ込んだり、他の絵素の電荷
と共に転送されたりすることがないようにするも
のであるが、このような方法による場合、過剰電
荷が少数キヤリアの形で、バルクに注入され、こ
れが等方的にバルク内を拡散するので、一部のキ
ヤリアは、他の絵素の蓄積部に達し、これに捕え
られる場合がある。したがつて、この方法では、
必ずしも完全なブルーミング阻止の機能を果せな
い。

また、例えば、インターライン転送方式による
固体撮像装置においては、第２図に示すように、
半導体基体、例えばＰ型のシリコン基体１１の表
面に絶縁層１２が被着され、これの上に例えば、
透明電極より成るセンサー電極１３が被着されて
受光がなされ、この受光量に応じて生じた電荷を
蓄積するセンサー部即ち、受光・蓄積部が設けら
れるが、このセンサー部に隣接して、基体１１と
は異なる導電型の、例えばＮ型のオーバーフロー
ドレイン領域１４が基体１１の表面に臨んで設け
られる。１５は、シフトレジスタ部（図示せず）
とセンサー部との間に設けられたトランスフアゲ
ート電極である。この構成において受光状態で
は、センサー電極１３に、例えば、正の所定電圧
を与えるが、この場合、例えば絶縁層１２の厚さ
を部分的に異ならしめて第２図中に実線ｄでその
表面ポテンシヤルの分布を示すように、部分d₁で
示すポテンシヤルの井戸が形成される部分、即
ち、少数キヤリアの蓄積部を構成すると共に、こ
の蓄積部とオーバーフロードレイン領域１４との
間に部分d₂で示すポテンシヤルのバリアを形成す
る部分とを設け、このバリアd₂で規定された蓄積
部における取扱い電荷量以上の過剰の電荷を矢印
ｅで示すようにオーバーフロードレイン領域１４
に扱い込ませるようにしている。しかしながら、
このようにオーバーフロードレイン領域１４を設
けることは、その製造工程が複雑となり、また、
この基体１１とは異る導電型の領域１４を設ける
ための面積、更にはこの領域１４に所要の電圧を
与えるための電極配置部を設けるための面積を必
要とするなどよりして素子の高密度化をはかり得
ない。

本発明は、上述したような欠点がなく、しかも
過剰電荷の排除を効果的に行うことができるよう
にした新規な電荷転送装置を提供しようとするも
のである。

即ち、本発明においては、受光・蓄積部の取扱
い電荷量以上の過剰電荷キヤリアを、表面準位を
介して多数キヤリアと再結合させて消滅させる。

先ず第３図及び第４図を参照して本発明装置に
おける過剰電荷キヤリアの消滅、特に、表面チヤ
ンネルにおける電荷蓄積部の過剰電荷キヤリアを
排除消滅させる機構について説明する。第３図及
び第４図は、Ｐ型のシリコン基体Ｐ―Si上にSiO₂
絶縁層が被着されて、これの上にゲート電極が被
着されたMOS構造のエネルギーバンドモデルを
示す。この構造においてゲート電極にＰ―Si基体
に対して負の所要電圧を与えて基体表面をアキユ
ムレーシヨン状態（第３図）とする。このように
すると、×印を付して示す表面準位（再結合中
心）にトラツプ（捕獲）されている少数キヤリア
の電子は、急速にホールと再結合して表面準
位には殆んど電子が存在しない状態となる。次
に、ゲート電極に正の所要電圧を与えて基体表面
を空乏状態（第４図）とすると同時に過剰電荷
（電子）を基体表面にもつてくると前述したよう
に、電子がホールと再結合して空にされた表
面準位に過剰電荷（電子）が急速にトラツプされ
る。そして、この時の表面電位が過剰電荷の吸収
電圧となる。尚、厳密には、トラツプの一部は価
電子帯から熱励起された電子によつても埋められ
るが、空乏状態の時間が短かければ、その割合は
無視できる程度である。そして再び第３図のアキ
ユムレーシヨン状態とすると第４図の状態でトラ
ツプされた過剰電荷の電子が基体から誘起された
ホールと再結合し、結果的に過剰電荷の電子が多
数キヤリア（ホール）電流として放出されること
になる。このように第３図及び第４図で説明した
状態を繰り返し行えば過剰電荷の放出、即ちポン
ピングを行うことができることになる。尚、この
１サイクルの操作での過剰キヤリアの吸収（再結
合）能力、即ち１回のポンピング能力は、約１×
10²／μm²である。

本発明は、このようなポンピングによつて過剰
電荷の消滅を行う。

以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。先ず、本発明を表面チヤンネル型の電荷転送
装置に適用し、フレーム転送方式による撮像装置
を構成する場合について説明する。フレーム転送
方式による固体撮像装置の概略的構成は、良く知
られているように、第５図に示すように、撮像光
学像に応じた、即ち受光量に応じた電荷パターン
を得るイメージ部２１と、このイメージ部２１よ
りの電荷パターン、即ち映像情報を一旦貯蔵する
貯蔵部２２と、この情報貯蔵部２２よりの信号を
例えば各水平ライン毎に順次出力検出部２４に転
送する水平シフトレジスタ部２３とを共通の半導
体基体に構成する。

イメージ部２１は、例えば第６図にその要部の
略線的拡大上面図を示し、第７図にそのＡ―Ａ線
上の拡大断面図を示すように、２相クロツク型構
成となし得る。この場合、１の導電型を有する半
導体基体、例えばＰ型の不純物濃度が、例えば５
×10¹⁴／cm³のシリコン基体３０が設けられ、その
表面に例えばSiO₂膜より成る第１の絶縁層３１
ａが被着形成され、これの上に、例えば水平方向
に延長して帯状の第１の電極３２ａが所要の間隔
を保持して被着される。第１の電極３２ａ上と、
各第１の電極３２ａの間の絶縁層３１ａ上には、
同様に例えばSiO₂膜より成る第２の絶縁層３１
ｂが被着される。そして、第１の電極３２ａ間
の、第１及び第２の絶縁層３１ａ及び３１ｂの積
層によつて厚さが大となつた部分に水平方向に延
長して帯状の第２の電極３２ｂが被着される。隣
り合う第１の電極３２ａと第２の電極３２ｂとは
電気的に接続されて、更にこのように接続された
第１及び第２の電極３２ａ及び３２ｂの１つ置き
を電気的に共通に接続して、これら共通に接続さ
れた２組の電極３２_１及び３２_２に、電圧φ_１及
びφ_２が与えられるようになされる。この場合、
各組の電極３２_１及び３２_２に関し、夫々第１及
び第２の電極３２ａ及び３２ｂには、共通の電圧
が与えられるものであるが、この場合、第１及び
第２の各電極３２ａ及び３２ｂ下に存する絶縁層
の実質的厚さが相互に異り、例えば第１の電極３
２ａ下の絶縁層の厚さは1400Å、第２の電極３２
ａ下の絶縁層の厚さは2400Åとなるので、第１図
で説明したと同様に、第１及び第２の各電極３２
ａ及び３２ｂ下における基体３０の表面ポテンシ
ヤル（ミニマムポテンシヤル）は電極の配列方
向、即ち電荷の転送方向に関して非対称となる。

尚、半導体基体３０には、その表面に臨んで、
基体３０と同導電型を有するもこれに比し充分高
い不純物濃度を有する帯状のチヤンネルストツパ
ー領域３３が、各電極３２ａ及び３２ｂの延長方
向と交る方向の例えば垂直方向に延長して所要の
間隔を保持して形成され、各チヤンネルストツパ
ー領域３３間に各垂直ラインが区劃されるように
なされる。

そして、このイメージ部２１には、撮像すべき
光学像が基体３０の電極３２ａ及び３２ｂが被着
された側より、または裏面側より与えられる。電
極３２ａ及び３２ｂ側より光学像を与える場合に
は、電極３２ａ及び３２ｂは、透明電極によつて
構成される。

本発明においては、このイメージ部２１の受光
の蓄積期間において、特殊の操作をなして先に述
べた原理に基く過剰キヤリアのポンピングを行
う。

即ち、本発明においては、第８図に、各組の電
極３２_１及び３２_２に与える電圧φ_１及びφ_２の
関係を示す電圧図を示し、第９図Ｂ及びＣに、第
９図Ａに示す断面での各状態での表面ポテンシヤ
ル図を示すように、例えば１つ置きのフレーム期
間（Ａフレーム期間とする）t₁〜t₃間の受光・蓄
積期間t₁〜t₂で、一方の組の電極３２_２への印加
電圧φ_２を正の所定電圧Ｖ〓_2H、例えば×10Vに
する。このようにして、一方の組の電極３２_２の
第１の電極３２ａ下に対応する部分に、第９図Ｂ
及びＣに示すように、ポテンシヤルの井戸、即ち
少数キヤリアの蓄積部ｓを形成する。このように
して、各蓄積部ｓに、その近傍の受光によつて生
じた電荷キヤリア即ち情報電荷を斜線を付して示
すように蓄積する。この場合、各蓄積部ｓにおけ
る電荷の取扱い量は、電極３２_２の第１及び第２
の電極３２ａ及び３２ｂ下の各部のポテンシヤル
の差△Ｅによつて規定され、これを超える電荷が
過剰電荷ｆとなる。また、この期間t₁〜t₂におい
て、他方の組の電極３２_１に、負の所要の電圧Ｖ
〓_1L、例えば−5Vを与えてこの組の電極３２_１
下に対応する部分の基体表面をアキユムレーシヨ
ン状態となして、第３図で説明した再結合動作を
行わしめる区間τ_aと、電極３２_１に正の所要の
電圧Ｖ〓_1M、例えば＋5Vを与えてこの電極３２
_１下に対応する部分の基体表面を空乏ないしは反
転状態にするポテンシヤルとして、第４図で説明
したように、先の再結合動作で空にされた表面準
位に、過剰キヤリアｆをトラツプさせる区間τ_b
とを設け、これら区間τ_a及びτ_bが繰返されるよ
うにする。第９図Ｂは、区間τ_aの状態を、同図
Ｃは区間τ_bの状態を示す。

そして、この受光・蓄積期間において、少くと
も電極３２_１の第２の電極３２ｂ下における部分
のポテンシヤルによつて第９図Ｂ及びＣに示され
るように各蓄積部ｓ間の電荷キヤリアの相互の移
動を阻止する障壁が形成される。

そして、この受光・蓄積期間後の、例えばテレ
ビジヨン映像における垂直帰線期間のt₂〜t₃にお
いてイメージ部２１から情報貯蔵部２２に電荷の
転送を行うものであるが、この転送は、通常のよ
うに２相の電極３２_１及び３２_２に２相のクロツ
ク電圧を与えて第１図中実線ｂで示す非対称なポ
テンシヤルによる階段状ポテンシヤルを電極３２
_１から３２_２へと、３２_２から３２_１へと順次形
成して、第６図に示す各チヤンネルストツパー領
域３３間に区劃された垂直ラインに沿つて電荷キ
ヤリアの転送を行い第５図に示す情報貯蔵部２２
へと電荷を転送する。

そして、次のフレーム（Ｂフレームとする）期
間における受光・蓄積期間t₃〜t₄においては、第
８図に示すように、前述したＡフレーム期間の受
光・蓄積期間t₁〜t₂における電圧φ_１及びφ_２と
は、逆の電圧関係を有する電圧φ_１及びφ_２を与
え、この場合、Ａフレームで蓄積部ｓを形成した
組の電極３２_２とは異る組の電極３２_１の第１の
電極３２ａ下に蓄積部ｓを形成する。そして、こ
のＢフレームでは区間τ_aで電極３２_２下でアキ
ユムレーシヨン状態を形成し、区間τ_bで空乏状
態を形成する。このように電極３２_２に与える電
圧φ_２を区間τ_aとτ_bが繰返される電圧とする。

この受光・蓄積期間t₃〜t₄後の期間t₄〜t₅では、
電圧φ_１及びφ_２として２相のクロツク電圧によ
つて電荷の転送を、情報貯蔵部２２へと行う。

尚、このイメージ部２１の次段に設けられる情
報貯蔵部２２、水平シフトレジスタ２３、出力検
出部２４等は、従来のフレーム転送方式による固
体撮像装置のそれと同様の構成と動作とを採り得
るので、その説明は省略する。

上述したように、本発明構成によれば、各受
光・蓄積期間において、通常のように受光によつ
て生じた電荷キヤリア（少数キヤリア）を蓄積す
る蓄積部を構成するが、これに隣接して、第３図
及び第４図で説明したポンピング操作、即ちアキ
ユムレーシヨン状態と、空乏化状態とが繰返され
て、表面準位にトラツプされた電荷の再結合と過
剰キヤリアｆの表面準位へのトラツプとが繰返し
行われる部分、云い換えれば、過剰キヤリアの消
滅手段が設けられるようにしたので、この過剰キ
ヤリアによるブルーミングの防止を効果的に行う
ことができる。

このように本発明においては、過剰キヤリアの
消滅手段を具備させるものであるが、この過剰キ
ヤリア（少数キヤリア）は、結果的に基体の多数
キヤリア電流の形で放出させるので、過剰キヤリ
アが他の蓄積部に達して、これに影響を及ぼすよ
うな、即ちブルーミングを生じさせるようなおそ
れがない。また、従来のオーバーフロードレイン
領域のように、基体の導電型と異る導電型の領域
を設ける必要もないので集積度の向上をはかるこ
とができるという利益もある。

尚、上述した例では、蓄積部ｓの取扱い電荷
量、即ち飽和電荷量を、第９図Ｂ及びＣに示すよ
うに、この蓄積部ｓを構成する電極と共通に接続
される電極下のポテンシヤルの差△Ｅによつて規
定するようにしたものであるが、第８図に示すよ
うに、受光・蓄積期間t₁〜t₂、及びt₃〜t₄におい
て、電圧φ_１及びφ_２の区間τ_bにおける電圧φ_s
を、第８図中破線で示すように、蓄積部ｓを構成
する組の電極に与える電圧Ｖ〓_2H、Ｖ〓_1Hの、例
えば＋10Vより大きい電圧、例えば＋12Vを与え
て、取扱い電荷量の規制を行うようにすることも
できる。即ち、例えばＡフレームの受光・蓄積期
間についてみるに、区間τ_aにおいては、第９図
Ｄに示すように、前述した第９図Ｂと同様の表面
ポテンシヤル状態を形成するが、区間τ_bにおい
て、第９図Ｅに示すように、電極３２_１の第２の
電極３２ｂ下に、蓄積部ｓに対し、△Ｅ_bの障壁
を形成するようにする。そして、この時（即ち、
区間τ_bにおける）電圧φ_２より大に選んだの
で、障壁△Ｅ_bは、電極３２_２の第２の電極３２
ｂ下における障壁△Ｅより小になる。したがつ
て、蓄積部ｓの取扱い電荷量は、障壁△Ｅ_bによ
つて規制されることになり、過剰電荷は障壁△Ｅ
_bを越えて、電極３２_１の第１の電極３２ａ下に
おける表面準位にトラツプされる。そして、この
過剰電荷に関しての消滅は、前述したと同様のポ
ンピング動作によつて多数キヤリア電流として基
体領域に放出されることによつて行われる。尚、
このように、ポンピング動作を行う側において、
蓄積部ｓの取扱い量を規制する場合、その障壁△
Ｅ_bの大きさ、即ち電圧φ_sを選定することによつ
て、その飽和電荷量を設定できるので、この電圧
φ_sを制御することによつていわゆるガンマ補正
やAGCを行うこともできる。

第６図ないし第９図で説明した例は、２相クロ
ツク型構成とした場合であるが、４相クロツク
型、或いは３相クロツク型等、種々の構成を採り
得る。例えば３相クロツク型においては、第１０
図にその要部の略線的拡大上図面を示し、第１１
図にそのＡ―Ａ線上の拡大断面図を示すように、
半導体基体３０例えばＰ型のシリコン基体の表面
に一様の厚さ例えば1200Åの厚さのSiO₂絶縁層
３１が被着される。これの上には、例えば水平方
向に延長して帯状の電極が平行配列され、２つ置
きの電極を組として３組の電極３２_１，３２_２及
び３２_３が配置され、各組の電極３２_１，32₂及
び32₃に電圧φ_１、φ_２及びφ_３が与えられる。

これら電圧φ_１、φ_２、及びφ_３は、例えば第
１２図に示すように、受光・蓄積期間t₁〜t₃にお
いて、電極３２_１に与える電圧φ_１としては、負
の所定電圧Ｖ〓_1L、例えば−5Vを与え電極３２
_１下の基体表面をアキユムレーシヨン状態に保持
する。電極３２_２に与える電圧φ_２としては、負
の所定電圧Ｖ〓_2L、例えば−5Vを与え、この電
極３２_２下の基体表面をアキユムレーシヨン状態
にして、第３図で説明した再結合動作を行わしめ
る区間τ_aと、正の所定電圧Ｖ〓_2M、例えば＋5V
を与えて、第４図で説明したように再結合動作で
空にされた表面準位に過剰キヤリアをトラツプさ
せる区間τ_bが繰返されるポンピング電圧が与え
られる。また、この期間t₁〜t₂において電極３２
_３に与える電圧φ_３としては、正の所定電圧Ｖ〓
_３Ｈ、例えば＋10Vを与えて、この電極３２_３下の
基体表面にポテンシヤルの井戸を形成して情報電
荷の蓄積部ｓを形成する。第１３図Ｂ及びＣは、
第１３図Ａに示す断面での、各区間τ_a及びτ_bに
おけるポテンシヤル図で、第１３図Ｂに示す状
態、即ち区間τ_aで、電極３２_１及び３２_２下に
相当する部分がアキユムレーシヨン状態とされる
ことによつてこの部分において表面準位にトラツ
プされている電荷が再結合されて空の状態とさ
れ、第１３図Ｃに示す状態、即ち区間τ_bで電極
３２_２下の空の表面準位に、過剰キヤリアｆがト
ラツプされ、次の第１３図Ｂに示す状態でこの過
剰キヤリアが再結合されて消滅されるという動作
が繰返され、ポンピング動作がなされるようにす
る。このようにして過剰電荷の消滅がなされる。
そして、この場合、Ｂフレームにおける受光・蓄
積期間t₃〜t₄においても、期間t₁〜t₂におけると同
様の電圧を与えて過剰電荷の消滅操作を行い得
る。

次に、本発明を一次元撮像装置に適用する場合
の一例について説明する。第１４図に、この撮像
装置の概略的構成を示す。この例では、夫々受光
がなされると共に、これによつて生じた電荷キヤ
リアを蓄積する複数の蓄積部、即ち受光・蓄積部
４１ａが一列に配列されたセンサー部４１が設け
られ、その両側に夫々シフトレジスタ４２Ａ及び
４２Ｂが配列されたデユアルチヤンネル型とした
場合である。このデユアルチヤンネル型の撮像装
置においては、１つ置きの受光・蓄積部４１ａの
受光によつて生じた電荷キヤリア、即ち情報電荷
をシフトレジスタ４２Ａ、または４２Ｂに送り、
出力回路４３に交互に転送してこれより順次読み
出すようになされる。

第１５図は、本発明によるデユアルチヤンネル
型の一次元撮像装置の要部の拡大上面図を示し、
第１６図はそのＡ―Ａ線上の断面図、第１７図は
Ｂ―Ｂ線上の断面図である。

このデユアルチヤンネル型一次元撮像装置は、
半導体基体、例えば不純物濃度が５×10¹⁴／cm³の
Ｐ型のシリコン基体５０の表面に、例えば厚さが
1200ÅのSiO₂膜より成る絶縁層５１が被着され
る。基体５０には、これと同導電型を有するも、
これに比し十分高い不純物濃度を有するチヤンネ
ルストツパー領域５３が設けられる。このチヤン
ネルストツパー領域５３は、各受光・蓄積部４１
ａを分離するように、これら受光・蓄積部４１ａ
の配列方向、即ちセンサー部４１の延長方向を横
切るように延長して平行配列される帯状部分５３
ａと、隣合う部分５３ａの端部間を連結するよう
にセンサー部４１の延長方向に沿うように延長す
る部分５３ｂとより成り、部分５３ｂは、部分５
３ａ間の１つ置きに異る端部間を連結するように
して全体的にジグザグパターンを描くようになさ
れる。

そして、チヤンネルストツパー領域５３の部分
５３ａによつて挾まれる部分間上を横切つて絶縁
層５１上において、中央に帯状の例えば透明のセ
ンサー電極いわゆるフオトゲート電極５４を被着
し、その両側に、後述する過剰電荷の消滅手段と
してのポンプ電極５５Ａ及び５５Ｂを帯状に平行
に被着し、更にその両外側にトランスフアーゲー
ト電極５６Ａ及び５６Ｂを被着する。

チヤンネルストツパー領域５３の部分５３ｂよ
り外側には、シフトレジスタ４２Ａ及び４２Ｂを
配置する。これらシフトレジスタ４２Ａ及び４２
Ｂは、表面チヤンネル型、埋込みチヤンネル型の
構成を採り得るものであり、２相クロツク型を始
めとして、３相クロツク型、４相クロツク型等の
任意の構成を採り得るが各シフトレジスタ４２Ａ
及び４２Ｂは、各ビツトが１つ置きの受光・蓄積
部４１ａに対応して設けられる。図示の例では、
２相クロツク型の埋込みチヤンネル型電荷転送素
子によつて構成した場合で、この場合、第１５図
及び第１７図に示すように、半導体基体５０上に
被着された例えば厚さ2400ÅのSiO₂膜より成る
第１の絶縁層５１ａ上に、所要の間隔を保持して
第１の電極５７ａを被着する。これら、第１の電
極５７ａは、チヤンネルストツパー領域５３の部
分５３ａ間に、部分５３ｂを挾んで、或いは、挾
むことなく対向するように配置される。また、第
１の電極５７ａ間の基体表面には例えばSiO₂の
厚さ1200Åの第２の絶縁層５１ｂが被着され、こ
の第２の絶縁層５１ｂ上に第２の電極５７ｂが被
着される。隣合う第１及び第２の電極５７ａ及び
５７ｂは相互に接続され、このように接続された
第１及び第２の電極５７ａ及び57bの１つ置きを
電気的に接続して、各シフトレジスタ４２Ａ及び
４２Ｂに関して、夫々２組の電極５７A₁，５７
A₂，５７B₁，５７B₂を構成する。５８は、基体
５０と異る導電型の埋込みチヤンネル領域であ
る。

そして、センサー部４１に光学像を与える。こ
の光学像は、基体５０のセンサー部４１等が設け
られた側の面から与え、センサー電極５４を透明
電極より構成する。

次に、この一次元撮像装置の動作を説明する。
第１８図は各電極に与える電圧図で、第１９図
Ｂ、Ｃ及びＤは、第１９図Ａに略線的断面を示す
第１５図のＡ―Ａ線上の断面でのミニアムポテン
シヤル図を示すものである。この場合、センサー
電極５４に与える電圧φ_sは、全期間において、
各センサー部４１の各部４１ａに、少数キヤリア
に対するポテンシヤルの井戸を形成して、この少
数キヤリアを蓄積し得る状態とする正の所定電圧
Vs、例えば＋15Vとする。そして、受光・蓄積期
間t₁〜t₂、t₃〜t₄、……において、トランスフアー
ゲート電極５６Ａ及び５６Ｂに与える電圧φ_t
は、これら電極５６Ａ及び５６Ｂ下における基体
表面を少数キヤリアに対してバリアを形成し得る
電圧Ｖ_tL、例えば0Vにする。そして、この期間t₁
〜t₂、t₃〜t₄、……において、ポンプ電極５５Ａ
及び５５Ｂに与える電圧φ_pは、これら電極５５
Ａ及び５５Ｂ下の基体表面をアキユムレーシヨン
状態とする負の所要の電圧Ｖ_pL、例えば−5Vを
与える区間τ_aと、空乏ないしは反転状態とする
正の所要の電圧Ｖ_pM、例えば＋5Vを与える区間
τ_bとが繰返される電圧とする。尚、この期間t₁
〜t₂、t₃〜t₄、……において、シフトレジスタ４
２Ａ及び４２Ｂでは、出力回路４３へと情報電荷
を順次転送する期間に相当するものであり、この
期間t₁〜t₂、t₃〜t₄、……において、各シフトレジ
スタ４２Ａ及び４２Ｂの各２組の電極５７A₁，
５７A₂及び５７B₁，５７B₂に与える電圧φ_1A、
φ_2A及びφ_1B、φ_2Bとしては２組のクロツク電圧
を与える。

そして、センサー部４１から、シフトレジスタ
４２Ａ及び４２Ｂに、電荷キヤリアを転送するも
のであるが、これらの期間t₂〜T₃、t₄〜t₅、……
においては、トランスフアーゲート電極５６Ａ及
び５６Ｂの電圧φ_tは、正の所定電圧Ｖ_tH例えば
＋15Vを与え、ポンプ電極５５Ａ及び５５Ｂに与
える電圧φ_pは、ポンピングの電圧Ｖ_pMより高い
正の所定電圧Ｖ_pH、例えば＋10Vを与える。ま
た、シフトレジスタ４２Ａ及び４２Ｂの、夫々１
つ置きの受光・蓄積部４１ａに対応する組の電
極、図示の例では、電極５７A₂、及び５７B₁に
与える電圧φ_2A、及びφ_1Bに、これら電極下に相
当する埋込みチヤンネルのミニマムポテンシヤル
が情報電荷（少数キヤリア）を蓄積できるポテン
シヤルとする正の所定電圧Ｖ_cH、例えば＋20Vを
与える。

このようにすると、受光・蓄積期間t₁〜t₂、t₃
〜t₄、……において、第１９図Ｂ及びＣに示すよ
うに、センサー電極５４の受光・蓄積部４１ａに
は、ポテンシヤルの井戸が形成されるので、ここ
に受光量に応じた情報電荷が蓄積される。そし
て、この期間t₁〜t₂、t₃〜t₄において、区間τ_aに
おいては、ポンプ電極５５Ａ及び５５Ｂ、トラン
スフア電極５６Ａ及び５６Ｂ下の基体表面はアキ
ユムレーシヨン状態とされて、蓄積部４１ａの電
荷キヤリアの移動が阻止される障壁が形成される
と共に、第３図で説明したように表面単位にトラ
ツプされている電荷を再結合される動作が生ず
る。そして、次の区間τ_bにおいては、第１９図
Ｃに示すように蓄積部４１ａに隣り合う電極５５
Ａ及び５５Ｂの領域における基体表面が空乏状態
となつて、ここにおいて、先の再結合動作によつ
て空にされた表面準位に、蓄積部４１ａの過剰キ
ヤリアｆが、第４図で説明したようにトラツプさ
れ、これが次の区間τ_aにおける再結合で消滅さ
れる。即ち、蓄積部４１ａと隣合う位置に、上述
した区間τ_aとτ_bの繰返しによつて蓄積部４１ａ
の過剰キヤリアｆがポンピングされ、過剰キヤリ
アの消滅がなされる手段が構成される。そして、
このポンピングの期間中、トランスフアゲート電
極５６Ａ及び５６Ｂ下のポテンシヤルによつて蓄
積部４１ａから他部、即ちシフトレジスタ４２Ａ
及び４２Ｂへの電荷の移動、ひいては、各蓄積部
４１ａの電荷キヤリアの相互の混入が阻止されて
いる。

そして、次の期間t₂〜t₃、t₄〜t₅、……では、第
１９図Ｄに示すように、トランスフアーゲート電
極５６Ａ及び５６Ｂ下のチヤンネルストツパー領
域５３の部分５３ｂが存在しない部分でのポテン
シヤルの障壁が排除され、受光・蓄積部４１ａの
情報電荷キヤリアは、シフトレジスタ部４２Ａ及
び４２Ｂの、第１の電極５７ａ下に転送される。

このようにして、シフトレジスタ部４２Ａ及び
４２Ｂに転送された情報電荷キヤリアを次の期間
t₃〜t₄、t₅〜t₆、……で２相のクロツク電圧φ_1A、
φ_2A、及びφ_1B、φ_2Bの印加によつて出力回路４
３へと転送する。尚、この時、同時にセンサー部
４１において前述した受光とこれに応じた電荷の
蓄積が行われる。

尚、この構成においては、センサー部４１の受
光・蓄積部４１ａにおける取扱い電荷量、即ち、
飽和電荷量は、第１９図Ｃ及びＤを比較してみる
ことによつて明らかなように、受光・蓄積部４１
ａと隣り合うポンプ電極５５Ａ及び５５Ｂ下の区
間τ_bにおけるポテンシヤル（第１９図Ｃ）と、
シフトレジスタへの転送期間におけるポテンシヤ
ル（第１９図Ｄ）との差△Esによつて設定され
る。そして、この例では、第１９図Ｄに示される
ように、蓄積部４１ａには、シフトレジスタ部４
２Ａ及び４２Ｂへの電荷の転送がなされない電荷
ｒが生ずるが、これは、情報の読み出しを損うも
のではない。

第１５図ないし第１９図で説明した一次元撮像
装置では、チヤンネルストツパー領域５３によつ
て分離された受光・蓄積部４１ａの両側にポンプ
電極５５Ａ及び５５Ｂによる過剰電荷の消滅手段
が設けられた場合であるが、第２０図に、その要
部の拡大上面図を示すように、チヤンネルストツ
パー領域５３の部分５３Ｂを、夫々一方のポンプ
電極５５Ａ又は５５Ｂ下に亘る幅に選定し、受
光・蓄積部４１ａの１側にのみ過剰電荷キヤリア
の消滅手段が設けられるようにすることもでき
る。このときには、第１９図で説明した残留の電
荷ｒを生じないようにすることができる。第２１
図は、この場合の各電極に与える電圧図で、第２
２図Ｂ、Ｃ及びＤは、第２２図Ａに略線的断面を
示す第２０図のＡ―Ａ線上の断面でのミニマムポ
テンシヤル図を示すものである。この場合、セン
サー電極５４に与える電圧φ_sは、全期間におい
て、正の所定電圧Vs、例えば＋10Vとする。そし
て、受光・蓄積期間t₁〜t₂、t₃〜t₄、……におい
て、トランスフアーゲート電極５６Ａ及び５６Ｂ
に与える電圧φ_tは、前述の例と同様に正の所定
電圧Ｖ_tL、例えば0Vとする。そしてこの期間t₁〜
t₂、t₃〜t₄、……において、ポンプ電極５５Ａ及
び５５Ｂに与える電圧φ_pは、前述したと同様に
ポンピングを行う正及び負の各所要の電圧Ｖ_pL及
びＶ_pM、例えば−5Vと＋5Vとの各区間τ_aとτ_b
とが繰返されるようにする。この時、シフトレジ
スタ４２Ａ及び４２Ｂにはクロツク電圧が与えら
れる。

そして、次のセンサー部４１からシフトレジス
タ４２Ａ及び４２Ｂに、情報電荷キヤリアを転送
する期間t₂〜t₃、t₄〜t₅、……においては、トラン
スフアーゲート電極５６Ａ及び５６Ｂの電圧φ_t
として、正の所定電圧Ｖ_tH、例えば＋20Vを与え
る。この時、ポンプ電極５５Ａ及び５５Ｂの電圧
φ_pとしては、ポンピング電圧Ｖ_pMより高い正の
所定電圧Ｖ_pH、例えば＋15Vを与える。また、こ
の時、シフトレジスタ４２Ａ及び４２Ｂの、夫々
１つ置きの受光・蓄積部４１ａに対応する組の電
極、図示の例では、電極５７A₂及び５７B₁に与
える電圧φ_2A、及びφ_1Bに、正の所定電圧Ｖ_cH例
えば＋25Vを与える。

このようにすると、受光・蓄積、且つシフトレ
ジスタ４２Ａ及び４２Ｂでの電荷転送期間t₁〜
t₂、t₃〜t₄、……において、第２２図Ｂ及びＣに
示すように、第１９図Ｂ及びＣで説明したように
ポンピングによつて過剰キヤリアｆが消滅され
る。しかしながら、この例では、この過剰キヤリ
アの消滅動作は、蓄積部４１ａの１側においての
みなされる。そして、次の期間t₂〜t₃、t₄〜t₅、…
…において、第２２図Ｄに示す階段状のポテンシ
ヤルが形成され、蓄積部４１ａの情報電荷キヤリ
アは、その殆んどすべてがシフトレジスタ４２Ａ
及び４２Ｂに転送される。

尚、上述した例は、ポンピング電圧と、シフト
レジスタ４２Ａ及び４２Ｂへの例えば２相のクロ
ツク電圧とを独立した電圧として与えた場合であ
るが、或る場合は、この２相のクロツク電圧の一
方をポンピング電圧と兼ねしめることもできる。
したがつて、これに伴つてポンプ電極を、シフト
レジスタ４２Ａ及び（又は）４２Ｂの何れか一方
の組の電極の一部より延長して形成することもで
きる。

次に本発明をインターライン転送方式による二
次元撮像装置に適用する場合について説明する。

先ず第２３図を参照してインターライン転送方
式による固体撮像装置の概略的構成について説明
する。この固体撮像装置は、受光し、この受光に
応じて生じた情報電荷キヤリアを蓄積するいわば
絵素となる複数の受光・蓄積部６１が行及び列方
向即ち水平及び垂直方向に配列され、夫々、共通
の垂直ライン上の受光・蓄積部６１に対応して共
通に設けられた電荷転送素子よりなる垂直シフト
レジスタ部６２と、各垂直シフトレジスタ６２に
対して共通に設けられた同様に電荷転送素子より
なる水平シフトレジスタ部６３が設けられる。６
４は出力回路である。

この構成において、例えば奇数番目のフイール
ドで１つ置きの水平ライン上の受光・蓄積部６１
に受光量に応じて得た情報電荷キヤリアを垂直シ
フトレジスタ６２に転送し、これにより各水平ラ
イン毎の情報電荷キヤリアを水平シフトレジスタ
６３へと転送し、この水平シフトレジスタ６３に
よつて順次情報電荷キヤリアを出力回路６４へと
送り、これよりその情報信号を順次とり出し、偶
数番目のフイールドで他の１つ置きの水平ライン
上の各受光・蓄積部６１の情報電荷キヤリアを垂
直シフトレジスタに転送し、同様に水平シフトレ
ジスタ６３に転送し、出力回路６４に送り、これ
よりこの情報信号を順次とり出すようになされ
る。第２４図は、このインターライン転送方式に
よる固体撮像装置に本発明を適用した場合の一例
の要部を示す。この例においては、前述した一次
元撮像装置と基本的には、同一の構成を採つた場
合で、この第２４図において、第１５図及び第２
０図と対応する部分には同一符号を付すことによ
つて詳細な説明は省略することとする。尚、この
場合の受光・蓄積部６１とシフトレジスタ６２
は、夫々第１５図及び第２０図の受光・蓄積部４
１ａとシフトレジスタ４２Ａ又は４２Ｂに対応す
る。

チヤンネルストツパー領域５３は、各受光・蓄
積部６１間、更にこれら受光・蓄積部６１と連結
されるべきシフトレジスタ６２の対応部以外の相
互間を分離するように、各受光・蓄積部６１を、
そのシフトレジスタ６２との連結部分を除いてと
り囲むように設けられる。

そして、この場合においても、各シフトレジス
タ６２は、２相クロツク型構成とした場合で、通
常のこの種撮像装置と同様に、各シフトレジスタ
６２に対し共通の水平ライン上の第１及び第２の
各電極５７ａ及び５７ｂが共通に水平方向に延長
して設けられ、その１ビツト分が垂直方向に隣り
合う２つの受光・蓄積部６１に対応するように設
けられる。各シフトレジスタ６２において、第１
の電極５７ａ下における絶縁層の厚さは、第２の
電極５７ｂ下における絶縁層の厚さより大に選定
されて第１の電極５７ａ下に、いわゆる電荷キヤ
リアのストレージ部Stが構成され、第２の電極５
７ｂ下にいわゆるトランスフア部Trが構成され
るようになされる。ストレージ部Stと、これに対
応する受光・蓄積部６１との間には、トランスフ
アーゲート電極５６が被着されこれによつて制御
される部分が介存される。尚、この例では、トラ
ンスフアーゲート電極５６と第２の電極５７ｂと
を共通にした場合である。そして、このトランス
フアーゲート電極５６と、受光・蓄積部６１との
間にポンプ電極５５が設けられて過剰電荷キヤリ
アの消滅手段が構成される。

尚、受光・蓄積部６１上に設けられるセンサー
電極５４は、例えば透明電極より成り、各受光・
蓄積部６１に対して共通に設け得るので、全面的
に被着することができる。

このような構成によるインターライン転送方式
による撮像装置は、通常のこの種装置と同様の方
法によつて駆動されるが、その受光・蓄積期間に
おいて、ポンプ電極５５に、第１８図及び第１９
図、第２１図及び第２２図で説明したように、受
光の蓄積部６１に隣接する部分において、アキユ
ムレーシヨン状態を形成して表面準位に、トラツ
プされた電荷を再結合させる電圧を与える区間τ
_aと、空乏ないしは反転状態として過剰電荷キヤ
リアを表面準位にトラツプされる電圧を与える区
間τ_bとが繰返される電圧φ_pを与える。

このようにすると一次元撮像装置で説明したと
同様に、各受光・蓄積部６１の過剰電荷キヤリア
が消滅される。

尚、第２４図に示した例では、各受光・蓄積部
６１と、トランスフアーゲート部５６との間にポ
ンプ電極５５による過剰電荷キヤリアの消滅手段
を設けた場合であるが、このポンプ電極５５を各
受光・蓄積部６１を挾んで、その両側に、或いは
トランスフアーゲート電極５６とは反対側にのみ
設けることもできるなど、その配置は、種々の態
様をとり得る。また、このポンプ電極５５は、他
の電極と独立に設けることもできるが、或る場合
は、シフトレジスタ６２の何れか一方の組の電極
と共通にして、そのクロツク電圧によつてポンピ
ング電圧を兼ねるようにすることもできる。

そして、このようにクロツク電圧とポンプ電圧
とを共通に、即ちシフトレジスタの電極とポンプ
電極とを共通にするとするときは、例えば、各垂
直ライン上で隣合う受光・蓄積部６１間のチヤン
ネルストツパー領域５３の幅を小とすることがで
きる。即ち、通常のものでは、各シフトレジスタ
の対応する電極の連結する部分が上述の垂直ライ
ン上で隣合う受光・蓄積部６１間のチヤンネルス
トツパー領域５３上に走るようにする必要がある
ことからこの領域５３の幅は比較的大きく選ばれ
るが、この電極連結部をポンプ電極として利用す
ることによつて上述の領域５３の幅を小とするこ
とができ、このようなポンプ作用を持つ過剰キヤ
リアの消滅手段を設けることによる面積の増大化
を回避できる。

以上に述べたところは、表面チヤンネルにおけ
る電荷蓄積部の過剰電荷キヤリアを消滅させるよ
うにしたいわば表面チヤンネル型ポンピング構成
によつた場合であるが、本発明は、電荷蓄積部を
埋込みチヤンネル型としたものにおいて、その過
剰電荷キヤリアを消滅させる機能を持たしめるい
わば、埋込みチヤンネル型ポンピング構成による
こともできる。

先ず、第２５図及び第２６図を参照して、この
埋込みチヤンネル型ポンピング構成による過剰電
荷キヤリアの消滅機構について説明する。第２５
図及び第２６図では、Ｐ型のシリコン基体Ｐ―Si
の表面に臨んで形成された低不純物濃度のN^-層
上にSiO₂絶縁層が被着され、この上にゲート電
極が被着された構造のエネルギーバンドモデル図
である。この構造において、ゲート電極にN^-層
に対して、負の所要電圧を与えN^-層表面に反転
層を作る。このようにすると、この反転層表面に
は、基体Ｐ―Si中の多数キヤリアのホール、即
ち、実際においては、第２５図及び第２６図の紙
面と直交する方向に基体表面に臨み、N^-層と隣
接して、Ｐ型の高濃度のチヤンネルストツパー領
域が設けられるので、この領域中の多数キヤリア
のホールが集められ、表面準位（再結合中心：×
印で示している）にトラツプ（捕獲）されている
N^-層における多数キヤリアの電子は、急速に
ホールと再結合して表面準位には、殆んど電子
が存在しない状態となる。次に、ゲート電極
に、N^-層に対して正の所要の電圧を与えて、フ
ラツトバンド状態とする。このようにすると、
N^-層の表面に電子が存在する場合は、この電
子が空の表面準位にトラツプされる。次に、再
び第２５図の反転状態とする。このようにする
と、表面準位にトラツプされた電子がホールと
再結合し、これが消滅する。したがつて今、この
N^-層の表面に存在する電子が過剰電荷キヤリ
アであるとすれば、上述の第２５図及び第２６図
の状態を繰返すことによつて過剰の電荷キヤリア
が消滅されることになる、即ち過剰電荷キヤリア
のポンピングがなされる。尚、第２６図において
は、ゲート電極の電圧によつてフラツトバンド状
態を得るものとして説明したが、第２７図に示す
ようにゲート電圧Ｖ_Gを一定とした埋込みチヤン
ネルによる電荷キヤリアの蓄積部に電荷キヤリア
が蓄積されて行く状態をみると、キヤリアの増加
につれ、バンドモデルは曲線b₁、b₂、b₃、…、ｂ
_n、…ｂ_oに示すように変化し、或る量に達すると
曲線ｂ_nに示すようにフラツトバンド状態とな
る。この場合、各曲線の破線c₁及びc₂で挾んだ部
分がキヤリアの存在し得る位置を示すもので、フ
ラツトバンド状態でキヤリアがN^-層の表面に達
し、表面準位にトラツプされ得る状態になる。即
ち、ゲート電圧Ｖ_Gによつてフラツトバンドの生
ずるキヤリアの量、云い換えれば埋込みチヤンネ
ルにおけるキヤリアの飽和量（取り扱い量）を規
定できることになる。

次に、このような埋込みチヤンネル型のポンピ
ング機能を利用した本発明装置の一例を第２８図
以下を参照して説明する。この例は、埋込みチヤ
ンネル型構成によるインターライン転送方式によ
る固体撮像装置に適用した場合であり、その概略
的構成は、第２３図で説明したと同様の構成を採
り得るものである。第２８図は、その一部の受
光・蓄積部６１と、これに対応する垂直シフトレ
ジスタ６２の一部を示す略線的上面図で、第２９
図、第３０図、及び第３１図は、夫々第２８図の
Ａ―Ａ線、Ｂ―Ｂ線、及びＣ―Ｃ線上の各断面図
である。

この例においては、１の導電型を有する半導体
基体、例えばＰ型のシリコン基体５０の表面、即
ち１主面に臨んで、これと同導電型のＰ型の高不
純物濃度のチヤンネルストツパー領域５３を設け
る。このチヤンネルストツパー領域５３は、第２
４図で説明したと同様に、各受光・蓄積部６１
間、更にこれら受光・蓄積部６１と連結されるべ
きシフトレジスタ６２の対応部以外の相互間を分
離するように、各受光・蓄積部６１を、そのシフ
トレジスタ６２との連結部分を除いてとり囲むよ
うに設けられる。

そして、このチヤンネルストツパー領域５３に
よつてとり囲まれ、受光・蓄積部６１を構成する
各部分と、垂直シフトレジスタを構成する部分と
に、夫々選択的に基体５０の表面に臨んで、基体
５０と異る導電型のＮ型の埋込みチヤンネルを形
成する領域７０が設けられる。

また、この例においても、シフトレジスタ６２
は、２相クロツク型構成とした場合で、各シフト
レジスタ６２に対し共通の水平ライン上の第１及
び第２の各電極５７ａ及び５７ｂが共通に水平方
向に延長して設けられ、各シフトレジスタ６２に
おいて、第１の電極５７ａ下における第１の絶縁
層７１ａが存し、第２の電極５７ｂ下に第１の絶
縁層７１ａより薄い第２の絶縁層７１ｂが存する
ようになされて、各電極５７ａ及び５７ｂ下のポ
テンシヤルの深さが相違するようになし、埋込み
チヤンネルのポテンシヤル、即ちミニマムポテン
シヤルにおいて、第１の電極５７ａ下に少数キヤ
リア（情報電荷キヤリア）に対し、ポテンシヤル
の井戸が生ずるいわゆるストレージ部Stを形成
し、第２の電極５７ｂ下に、これに対しポテンシ
ヤルのバリアを形成するトランスフア部Trを形
成する。

各ストレージ部Stと、これに対応する受光・蓄
積部６１との間上には、例ええば第２の電極５７
ｂと一体に延長して形成されたトランスフアーゲ
ート電極５６が設けられる。

また、この場合においても、受光・蓄積部６１
に設けられるセンサー電極５４は、例えば透明電
極より成り、各受光・蓄積部６１に対して共通
に、全面的に絶縁層７１ｃを介して被着し得る。

本発明においては、この装置において、特殊の
操作をなして、第２５図、第２６図、及び第２７
図で説明した機能を生じさせて過剰キヤリアの消
滅を行う。この例においても、通常のように、シ
フトレジスタ６２の、各受光・蓄積部６１に対応
して設けられる第１及び第２の電極５７ａ及び５
７ｂを相互に接続し、２組の電極５７_１及び５７
_２を構成する。第３２図はこれら組の電極５７_１
及び５７_２に与える電圧φ_１及びφ_２と、センサ
ー電極５４に与える電圧φ_sのタイミング図であ
る。また、第３３図B₁〜Ｄは、第３３図Ａに示
す断面、即ち第２８図のＡ―Ａ線の断面でのミニ
マムポテンシヤル図で、同図B₂〜C₂は、Ａ図の
Ａ―Ａ線の断面でのバンドモデルを示す。

第３２図において、期間t₁〜t₂、t₃〜t₄、……
は、例えばテレビジヨン映像における垂直ブラン
キング期間に相当し、この期間において、受光・
蓄積部６１の情報電荷キヤリアを垂直シフトレジ
スタ６２に転送し、期間t₂〜t₃、t₄〜t₅、……にお
いて、垂直シフトレジスタ６２に転送された各情
報キヤリアを第２３図で説明した水平シフトレジ
スタ６３へと転送すると共に、この間、受光・蓄
積を行う。先ず、例えば奇数番目のフイールド
（Ａフイールド）の受光・蓄積、及び垂直シフト
レジスタ６２から水平シフトレジスタ６３への転
送期間の直前に相当する受光・蓄積部６１からシ
フトレジスタ６２への転送期間t₁〜t₂、t₅〜t₆、…
…では、一方の組の電極５７_１に与える電圧φ_１
として、正の大なる所定電圧Ｖ〓_1H、例えば＋
20Vを与え、第３３図Ｄに示すように、シフトレ
ジスタ６２の埋込みチヤンネルにおいて、この組
の電極５７_１の第１の電極５７ａ下のストレージ
部Stにポテンシヤルの井戸を形成すると共に、こ
のストレージ部Stと、これに対応する受光・蓄積
部６１との間のトランスフアーゲート５６下のポ
テンシヤルのバリアを低めて、この受光・蓄積
部、即ち１つ置きの水平ライン上の受光・蓄積部
６１の情報電荷キヤリアを送り込む。この時、他
方の組の電極５７_２に与える電圧φ_２は、例えば
0Vとしてこの組に対応する受光・蓄積部の情報
電荷キヤリアに関しては、これがシフトレジスタ
６２に送り込まれることがないようにする。そし
て、次の期間t₂〜t₃、t₆〜t₇……において両組の電
極５７_１及び５７_２には、２相のクロツクパルス
を与えて、各シフトレジスタ６２において、垂直
方向に電荷転送を行う。そして、次の例えば偶数
フイールド（Ｂフイールド）の受光・蓄積及び垂
直シフトレジスタ６２から水平シフトレジスタ６
３への転送期間t₄〜t₅、t₈〜t₉、……の直前に相当
する受光・蓄積部６１から垂直シフトレジスタ６
２への電荷転送期間t₃〜t₄、t₇〜t₈においては、他
方の組の電極５７_２に与える電圧φ_２として正の
大なる所定電圧Ｖ〓_2H、例えば＋20Vを与え、前
述の期間t₁〜t₂、t₅〜t₆とは逆に、第２の電極５７
_１下のストレージ部Stに、これらに対応する１つ
置きの受光・蓄積部６１の情報電荷キヤリアを送
り込む。

そして、上述したＡフイールド及びＢフイール
ドの双方の受光・蓄積期間t₂〜t₃、t₄〜t₅、t₆〜
t₇、……において、特に本発明においては、セン
サー電極５４に与える電圧φ_sとして通常のよう
に一定の電圧Vsを与えるものではなく、過剰キ
ヤリアの消滅動作を行うポンピング電圧を与え
る。即ち、この受光・蓄積期間において、電圧φ
_sとして、この受光・蓄積部６１を構成する埋込
みチヤンネル上の表面、即ち、埋込みチヤンネル
の形成領域７０の表面を第２５図で説明した反転
層を形成する状態とする電圧Ｖ_sp、例えば−10V
を与えて表面準位にトラツプされている電荷キヤ
リア（電子）を再結合させる区間τ_aと、第２７
図で説明したように、受光・蓄積部６１において
フラツトバンドを形成するキヤリアの蓄積量を設
定する所要の電位、例えば＋5Vを与える区間τ_b
とが繰返されるようにする。第３３図B₁及びB₂
は、区間τ_aの状態でのミニマムポテンシヤル図
と、バンドモデル図で、同図C₁及びC₂は、区間
τ_bでのミニマムポテンシヤル図とバンドモデル
図で、区間τ_bにおいて、B₁及びB₂に示すよう
に、受光・蓄積部６１に、これの上の表面ポテン
シヤルと一致する以上のミニマムポテンシヤル
（即ち、この受光・蓄積部６１における埋込みチ
ヤンネルのポテンシヤル）、即ちフラツトバンド
を与える電荷量以上の電荷キヤリア（過剰電荷キ
ヤリア）が生じた場合、これが表面に達し、区間
τ_aで空にされた表面準位にトラツプされること
になる。このようにして、この区間τ_aとτ_bとの
繰返しによつて過剰電荷キヤリアが消滅されるこ
とになる。そして、このようにして過剰キヤリア
がとり除かれ、所定の飽和電荷量以下にある情報
電荷キヤリアは、上述したように、各期間t₃〜
t₄、t₇〜t₈、……又はt₅〜t₆、t₉〜₁₀……におい
て、第３３図Ｄに示すようにシフトレジスタ６２
へと転送される。

このように本発明装置によれば、過剰電荷キヤ
リアの排除を行うことができるので、これが他部
の情報電荷に混入してブルーミングを生ずるよう
なおそれを回避できる。そして、この埋込みチヤ
ンネル型のものにおいても過剰キヤリアを基体に
対して多数キヤリアの形で放出させるので、冒頭
に述べた少数キヤリアで放出させる場合の欠点を
回避できる。また、この埋込みチヤンネル型の構
成とするときは、埋込みチヤンネル部と同一位置
の表面が過剰キヤリアのポンピング領域となり、
また、ポンプ電極を設けるなどの必要もないの
で、面積の縮小化と製造の簡略化をはかることが
できる利益がある。

尚、表面チヤンネル型のポンピング構成とする
ときは、多量の少数キヤリアがポンプ領域の表面
にあるとき、急速にこの表面をアキユムレーシヨ
ン状態にすると、表面準位にトラツプされている
電荷を除いて他の全ての少数キヤリアが、蓄積部
に戻ることができず、その一部が基体中に少数キ
ヤリアのまま放出されるようなことがないよう
に、この少数キヤリアでの拡散応答時間よりも長
い立上り時間でポンピング部の表面をアキユムレ
ーシヨンさせるという考慮が望ましい。

ところが、埋込みチヤンネル型のポンプ機構に
よるときは、表面を反転化するとき、このチヤン
ネル形成領域７０における多数キヤリア（N^-層
のときは電子）を領域７０の内部に引寄せる電界
が発生し、この領域７０のポテンシヤルは、常に
基体領域のそれより低いので、少数キヤリアの形
で過剰電荷キヤリアが放出されるおそれは全くな
いという利点がある。

尚、上述した各例では、受光・蓄積部が、いわ
ゆるMOS構造とした場合であるが、フオトダイ
オード構成とすることもできるし、またチヤンネ
ルストツパー領域５３に代えて、他のキヤリアの
障壁となる適当手段とすることもできるなど、そ
の転送方式等においても種々の変型変更をなし得
ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフレーム転送方式による固体撮
像装置の要部の説明図、第２図は従来のインター
ライン転送方式による固体撮像装置の要部の説明
図、第３図及び第４図は夫々本発明装置の表面チ
ヤンネル型過剰キヤリアの消滅機構の説明図、第
５図は本発明の説明に供するフレーム転送方式に
よる固体撮像装置の構成図、第６図は本発明によ
る電荷転送装置の一例の要部の拡大略線的上面
図、第７図はそのＡ―Ａ線上の拡大断面図、第８
図はその操作電圧図、第９図はその動作の説明に
供するポテンシヤル図、第１０図は本発明装置の
他の例の要部の拡大略線的上面図、第１１図はそ
のＡ―Ａ線上の拡大断面図、第１２図は、その操
作電圧図、第１３図はその動作の説明に供するポ
テンシヤル図、第１４図は本発明装置の他の例の
概略的構成図、第１５図はその要部の略線的上面
図、第１６図及び第１７図は夫々そのＡ―Ａ線上
及びＢ―Ｂ線上の断面図、第１８図はその操作電
圧図、第１９図はその動作の説明に供するポテン
シヤル図、第２０図は本発明装置の他の例の要部
の略線的上面図、第２１図はその操作電圧図、第
２２図はその動作の説明に供するポテンシヤル
図、第２３図は、本発明装置の更に他の例の概略
的構成図、第２４図はその要部の略線的上面図、
第２５図、第２６図及び第２７図は埋込みチヤン
ネル型の過剰キヤリアの消滅機構の説明図、第２
８図は本発明装置の例の要部の上面図、第２９
図、第３０図、及び第３１図は夫々第２８図のＡ
―Ａ線上、Ｂ―Ｂ線上、及びＣ―Ｃ線上の断面
図、第３２図は電圧図、第３３図はポテンシヤル
及びバンドモデル図である。２１はイメージ部、２２は情報貯蔵部、２３は
水平シフトレジスタ部、２４は出力検出部、３０
は半導体基体、３１ａ及び３１ｂは第１及び第２
の絶縁層、３２ａ及び３２ｂは第１及び第２の電
極、３２_１，３２_２及び３２_３は各組の電極、３
３はチヤンネルストツパー領域、４１はセンサー
部、４１ａはその受光・蓄積部、４２Ａ及び４２
Ｂはシフトレジスタ、５０は半導体基体、５１ａ
及び５１ｂは第１及び第２の絶縁層、５３はチヤ
ンネルストツパー領域、５４はセンサー電極、５
５Ａ及び５５Ｂはポンプ電極、５６Ａ及び５６Ｂ
はトランスフアーゲート電極、５７ａ及び５７ｂ
は第１及び第２の電極、５７A₁，５７B₁及び５
７A₂，５７B₂は各組の電極、６１は受光・蓄積
部、６２は垂直シフトレジスタ、６３は水平シフ
トレジスタ、６４は出力回路、７０は埋込みチヤ
ンネルの形成領域、７１ａ及び７１ｂは第１及び
第２の絶縁層である。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体基体に、相互に離隔した位置に夫々電
荷キヤリアを蓄積する蓄積部を有する蓄積手段
と、上記電荷キヤリアを転送する転送手段と、定
められた期間において上記蓄積部に蓄積された電
荷キヤリアの移動を阻止する障壁手段と、一定量
をこえる過剰のキヤリアを消滅させる消滅手段と
が設けられて成り、該過剰キヤリアの消滅手段は上記蓄積部に隣接
し、表面準位に捕獲された電荷キヤリアと同極性
の電荷と再結合する上記基体の多数キヤリアを上
記基体の表面に誘起するに充分な第１の電位と、
上記過剰の電荷キヤリアを上記表面準位に捕獲さ
せるに充分な第２の電位とを交互に各々複数回印
加させる電圧印加手段を具備して成ることを特徴
とする電荷転送装置。