JPS63217659A

JPS63217659A - 電荷転送素子を用いた半導体装置

Info

Publication number: JPS63217659A
Application number: JP62050260A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Harada; 望原田; Mamoru Yasaka; 守家坂; Sohei Manabe; 真鍋　宗平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1988-09-09
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565888B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、インターライン転送ＣＣＤ１ｆｉ像装置のよ
うな、並列配置された複数の電荷転送素子レジスタを有
する半導体装置に関する。

（従来の技術）インターライン転送型ＣＣＤＷｉ像装置は、半導体基板
上に、光電変換された信号電荷を蓄積する複数個のフォ
トダイオード、これらフォトダイオードの信号電荷を読
み出す複数列の垂直ＣＣＤレジスタ、およびこの垂直Ｃ
ＣＤレジスタを転送された信号電荷を読み出す水平ＣＣ
Ｄレジスタ、を集積形成して得られる。この様なインタ
ーライン転送型ｃｃｏｒｖｔ装置において、水平ＣＣＤ
レジスタを複数個並列に配列形成したものが知られてい
る。

第４図は、水平ＣＣＤレジスタを２列設けた、従来の２
線式インターライン転送型ｃｃｏａ像素子の構成例であ
る。感光画素としてマトリクス配列されたフォトダイオ
ード１に対して、その各列毎に垂直ＣＣＤレジスタ２が
設けられている。垂直ＣＣＤレジスタ２の出力段には転
送ゲート３を介して第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａが、
更に転送ゲート５を介して第２の水平ＣＣＤレジスタ４
Ｂが配列されている。第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ
４Ａ、４Ｂは、例えばチャネルに同じ条件でｎ型層を形
成した同じ埋込みチャネル型である。これら水平ＣＣＤ
レジスタ４Ａ、４Ｂには。

一部共通に転送電極６，７が形成されている。垂直ＣＣ
Ｄレジスタ２で読み出された信号電荷は、例えば奇数列
の信号電荷が第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａに、偶数列
の信号電荷が第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂにそれぞれ
振分けられた後、並列に転送されるようになっている。

この時、奇数列の垂直ＣＣＤレジスタ２の信号電荷を第
１水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネルに転送し、第２水
平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネルまでは転送されないよ
うにするために、奇数列の垂直ＣＣＤレジスタ２の下に
位置する第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂ間
の転送ゲート５下にはチャネルストッパ９が形成されて
いる。このチャネルストッパ９がある位置では転送ゲー
ト６．７は、第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４
ｅで共通である。偶数列の垂直ＣＣＤレジスタ２の信号
電荷は第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネルを通っ
て第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネルまで転送さ
れる必要があるため、この位置の転送ゲート５下にはチ
ャネルストッパはない。そしてこの部分では、２相の転
送ゲート６．７のうち主として電荷蓄積用である一方の
転送ゲート６は、第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａと第２
の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂとで分離された転送ゲート６
Ａ、６Ｂとなっている。他方の転送ゲート７はこの部分
でも共通である。第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ
、４ｅの転送電極６．７に、は、２相クロックφ１．１
１、φ、２が印加される。２相目のクロックφＨ２は、
これが印加される転送電極が第１の水平ＣＣＤレジスタ
４Ａと第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂとで６Ａと６Ｂに
分離されているため、φＨ２Ａ　＊φ８２Ｂに分けられ
、φ。

ラインは第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａの上に、φ８２
８は第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂの下にそれぞれ配設
されている。

この様な構成として、フォトダイオード１で得られた各
画素の信号電荷は垂直ＣＣＤレジスタ２に転送され、垂
直ＣＣＤレジスタ２で１ライン分ずつ水平ＣＣＤレジス
タに読み出される。このとき第１．第２の水平ＣＣＤレ
ジスタ４Ａ、４ｅへの振分けは次のように行われる。垂
直ＣＣＤレジスタ２から１ライン分の信号電荷がまず、
転送ゲート３に“Ｈ′”レベルのクロックφｖ１を与え
ることにより、第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネ
ルに読み出される。このときクロックφ□１゜φＨ２Ａ
を“Ｈ″レベル第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、
４８間の転送ゲート５に与えるクロックφＨＧ　ｓおよ
びクロックφＨ２Ｂを１１１　Ｉ？レベルとする。この
後第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａの信号電荷の半分を第
２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂに転送する。これは、クロ
ックφ□２Ａを“Ｌ”レベル、クロックφＨＧおよびφ
８２Ｂを“ＨＩｔレベルにすることにより行われ、第１
の水平ＣＣＤレジスタ４Ａの転送電極６Ａの下の信号電
荷が第２の水平ＣＣＤレジスタ４８の転送電極６Ｂの下
に転送される。こうして、偶数列の垂直ＣＣＤレジスタ
２の信号電荷が第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネ
ルを通して、第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネル
まで転送されることになる。この後第１．第２の水平Ｃ
ＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂの信号電荷を並列に転送して読
み出し、これらの信号電荷を位相を１８０°ずらして加
え合わせることにより、１ライン分の画素に対応する電
気信号が得られる。以下、同様の動作を繰返して、２次
元の画像信号が得られる。

この２線式インターライン転送ｃｃｏｍｍ素子では、水
平ＣＣＤレジスタが１本の場合に比べて水平ＣＣＤレジ
スタの駆動周波数が１／２で済むため、駆動が容易にな
るという利点が得られる。

しかしながら第４図のような従来の構成では、再生画像
上で垂直黒線が認められる。これは、第１゜第２の水平
ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂの間で信号電荷の条件が等し
くないためである。即ち第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ
は垂直ＣＣＤレジスタ２に直ぐ隣接しているのに対し、
第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂと垂直ＣＣＤレジスタ２
の間には第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａがある。従って
垂直ＣＣＤレジスタ２から第２の水平ＣＣＤレジスタ４
Ｂへの信号電荷転送には不良が生じることが考えられる
。具体的にその原因としては、第１．第２の水平ＣＣＤ
レジスタ４Ａ、４ｅ間の転送ゲート５下に、垂直ＣＣＤ
レジスタ２の１本おきにチャネルストッパ９が設けられ
ているため、このチャネルストッパ９で挟まれた第１．
第２の水平ＣＣＤレジスタ間の転送部に狭チャネル効果
が生じることが考えられる。

本発明はこの様な問題を解決した、複数列の電荷転送素
子レジスタを用いた半導体装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、並列に配置される複数の電荷転送素子レジス
タをもち、その一つのレジスタの側部に信号電荷パケッ
ト注入口が設けられる構造の半導体装置において、複数
の電荷転送素子レジスタについて、電荷パケット注入口
から遠い方のチャネル不純物濃度を高くし、且つその複
数の電荷転送素子レジスタの出力部近傍の転送数のチャ
ネル不純物濃度を、それらのレジスタの中で最も高いチ
ャネル不純物濃度と同じになるように設定したことを特
徴とする。

（作用）この様な構成とすれば、複数の電荷転送素子レジスタへ
の信号電荷の振分は転送が良好に行われる。何故なら、
複数の電荷転送素子レジタは信号電荷パケット注入口か
らの距離に応じてそのチャネル不純物濃度が設定され、
基板表面電位の段差が形成されるため、電荷パケット注
入口から、これに近い電荷転送素子レジスタのチャネル
を横切って遠い電荷転送素子レジスタへ信号電荷を転送
する際に電荷転送が良好に行われるためである。

しかも複数個の並列電荷転送素子レジスタの出力部近傍
については、そのチャネル不純物濃度を複数の電荷転送
素子レジスタの中で最も高い値に揃えであるから、電荷
パケット注入口付近でチャネル不純物濃度を異ならせた
ことによる出力信号波形への悪影響、即ち複数の電荷転
送素子レジスタでの出力信号波形が異なって同期ノイズ
が発生する等の影響は防止される。この結果例えばイン
ターライン転送ＣＣＤＩＩ像装置等に適用した場合に優
れた再生画像を得ることが可能になる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は、本発明を２線式インターライン
転送型ｃｃｏ＠像装置に適用した実施例の模式的平面図
である。第４図の従来構造と対応する部分には第４図と
同一符号を付して詳細な説明は省略する。第２図は第４
図に対応する、垂直ＣＣＤレジスタ２およびその近傍の
水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂ部の構成を示し、第１図
は水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂの出力部を含む全体構
成を示している。また第３図（ａ）、（ｂ）は第１．第
２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４ａの断面構造を示して
いる。この実施例では、第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ
の埋め込みチャネルのチャネル不純物濃度に対して、第
２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのそれをより高濃度にして
いる。具体的には第３図に示すように、ｐ型Ｓｉ基板２
１を用いた場合、第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ
。

４８のチャネル領域および転送ゲート５の領域全体にｎ
型不純物をイオン注入してｎ型層２２を形成し、更に第
２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネル領域に重ねてｎ
型不純物をイオン注入してより高濃度のｎ型層２３ｅを
形成している。これにより、第１．第２の水平ＣＣＤレ
ジスタ４Ａ。

４Ｂの間で基板表面電位の差が形成される。この際、２
回目のイオン注入は、転送ゲート５下のうち、奇数列の
垂直ＣＣＯレジスタ２の下に位置する部分８Ｂにも行わ
れる。即ち、転送ゲート５下のうち奇数列の垂直ＣＣＤ
レジスタ下のｆＲＫ　８　ｅは、第２の水平ＣＣＤレジ
スタ４Ｂのチャネルと同じ不純物濃度であって、第１の
水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネルから第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ４Ｂへの電荷転送を確実に行うための電荷吸
い込み口となり、偶数列の垂直ＣＣＤレジスタ下の領ｌ
１Ｘ８　Ａは第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネル
と同じ不純物濃度とされる。更に、２回目のイオン注入
は、第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａの出力部近傍のチャ
ネル領域にも行われ、第３図に示すようにより高濃度の
ｎ型層２３Ａが形成される。即ち第１の水平ＣＣＤレジ
スタ４Ａは、第１図に示すように垂直ＣＣＤレジスタ２
に隣接する部分つまり電荷パケット注入口付近のｆＩＡ
域４Ａｌは１回のイオン注入のみであり、出力部近傍４
Ａ２は２回のイオン注入が行われている。結局第１図お
よび第２図の斜線部が他のチャネルｗＡＦｊＩ４より高
濃度になっている。これら水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４
Ｂの転送電極６，７は、共通に配設されている。

各水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４ｓの出力段には、出力ゲ
ート電極１０が共通に設けられ、フローティングのｎ＋
型比出力端子層１１Ａ１１Ｂ、リセットゲート電極１２
Ａ、１２Ｂ、およびｎ＋型リすットドレイン層１３Ａ、
１３ｅが形成されている。出力端子Ｊ１１１Ａ、１１Ｂ
はそれぞれ出力アンブ１４Ａ、１４ｅを介して出力端子
０ＵＴＡ。

０ＬＩＴａに接続されている。

この様な構成として、感光部のフォトダイオード１で蓄
積された信号電荷はまず垂直ＣＣＤレジスタ２に転送さ
れ、その１ライン分ずつが第１図に矢印で示したように
第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂに振分けら
れ、高速で読み出される。その基本動作は従来と同様で
ある。

この実施例の場合、奇数列の垂直ＣＣＤレジスタの信号
電荷は第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａに、偶数列の垂直
ＣＣＤレジスタの信号電荷は第２の水平ＣＣＤレジスタ
４Ｂに振分けられる。このとき、転送ゲート３，５およ
び水平ＣＣＤレジスタの転送電極６および７の制御によ
って、奇数列の垂直ＣＣＤレジスタの信号電荷は転送ゲ
ート５下の領域８Ａに電位障壁が形成される結果、第１
の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネルまで転送されて止
まり、偶数列の垂直ＣＣＤレジスタの信号電荷は第１の
水平ＣＣＤレジスタ４Ａのチャネルを通り、電荷吸込み
口８Ｂを介して第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネ
ルまで転送される。

そして第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂのチャネル不純物
濃度が第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａのそれにより高く
なっていること、および電荷吸込み口８Ｂがあることの
結果、第１の水平ＣＣＤレジスタ４Ａを通過しての第２
の水平ＣＣＤレジスタ４Ｂへの信号電荷転送は良好に行
われる。また。

第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４ｅによる信号
電荷転送は、それらのチャネル不純物が異なるが、出力
信号には悪影響はない。この点を第３図（Ｃ）を用いて
説明する。第３図（Ｃ）は第１、第２の水平ＣＣＤレジ
スタ４Ａ、４Ｂのチャネル電位分布を重ねて示している
。前）ホのように垂直ＣＣＤレジスタに隣接する領域即
ち電荷パケット注入口付近では、第１．第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ４Ａ、４Ｂのチャネル不純物濃度は異なり、
第３図（Ｃ）に実線と破線で示したように転送チャネル
の電位が異なる。しかし出力部近くの転送段から、出力
ゲート電極、出力端子層、リセットゲート電極、および
リセットドレイン層までは、両水平ＣＣＤレジスタ４Ａ
、４Ｂの間でチャネル不純物濃度が等しく、これらの部
分での信号電荷転送および出力の条件は等しい。この結
果、第１゜第２の水平ＣＣＤレジスタ４Ａ、４Ｂの出力
信号波形に差が生じることはなくなり、再生画像上での
同期ノイズの発生は防止される。

以上のようにしてこの実施例では、第１．第２の水平Ｃ
ＣＤレジスタ間でチャネル不純物濃度を異ならせている
。そして第１．第２の水平ＣＣＤレジスタ間の転送ゲー
ト下に格別のチャネルストッパを設けず、第１．第２の
水平ＣＣＤレジスタ間の転送が必要な部分には電荷吸い
込み口を設けている。従って、第２の水平ＣＣ［）レジ
スタへの電荷転送を必要とする部分の転送ゲート下で狭
チャネル効果が生じることはなく、良好なチャネル間電
荷転送が行われる。この結果、再生画像上で垂直黒線が
生じることがなく、優れた画質が得られる。また、第１
．第２の水平ＣＣＤレジスタの出力部近傍では両チャネ
ルの不純物濃度を等しく設定しているので、これらの水
平ＣＣＤレジスタで出力信号波形が異なることがなく、
同期性ノイズの発生は防止される。このことも再生画像
の画質向上に寄与している。

以上の実施例では２線式の撮像素子を説明したが、本発
明は水平ＣＣＤレジスタを３列あるいはそれ以上設けた
場合にも適用できる。特に３線式は、例えばフォトダイ
オード列上に色ストライブフィルタを設けて、Ｒ，Ｇ、
Ｂの色信号を３列の水平ＣＣＤレジスタに振分けて別々
に並列に読み出すことができ、有用である。その場合も
、第１の水平ＣＣＤレジスタに対して第２の水平ＣＣＤ
レジスタのチャネル不純物濃度を高くし、第２の水平Ｃ
ＣＤレジスタに対して第３の水平ＣＣＤレジスタのチャ
ネル不純物濃度を高くする、という濃度関係を設定し、
且つそれらの出力部については複数の水平ＣＣＤレジス
タ中で最も高濃度のチャネル濃度に合わせればよい。ま
た各水平ＣＣＤレジスタ間の転送ゲート下に上記実施例
と同様にして必要な位置に信号電荷吸込み口を設けるこ
とにより、信号電荷の転送不良を確実に防止することが
できる。また実施例では、インターライン転送型ＣＣＤ
撮像素子を説明したが、本発明は槽数列の電荷結合素子
レジスタに対してその一つ側部に電荷パケット注入口が
設けられる構造をもつあらゆる素子に適用して効果があ
る。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、ＣＣＤレジスタを複
数列設けてその側部に信号電荷パケット注入口を設けた
構造を有する半導体素子において、その複数のＣＣＤレ
ジスタのチャネル不純物濃度に差をつけ、且つ出力部に
ついては全てに共通の＾いチャネル不純物濃度に設定す
ることにより、各ＣＣＤレジスタへの信号電荷の振分け
を制御性よく行うことができ、また各ＣＣＤレジスタの
出力波形を等しくして同期性ノイズの発生を確実に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の２線式インタ
ーライン転送型ＣＣＤ撮像素子の要部構成を示す平面図
、第３図（ａ）〜（Ｃ）はその各水平ＣＣＤレジスタの
断面構造とチャネル電位分布を示す図、第４図は従来の
撮像素子を示す平面図である。１・・・フォトダイオード、２・・・垂直ＣＣＤレジス
タ、３・・・転送ゲート、４＾・・・第１の水平ＣＣＤ
レジスタ、４Ｂ・・・第２の水平ＣＣＤレジスタ、５・
・・転送ゲート、６．７・・・転送電極、８Ｂ・・・電
荷吸込み口、１ｏ・・・出力ゲート、１１Ａ、１１ｅ・
・・出力端子層、１２Ａ、１２ｓ・・・リセットゲート
、１３Ａ、１３Ｂ・・・リセットドレイン層、１４Ａ。１４Ｂ・・・出力アンプ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に複数の電荷転送素子レジスタが並
列に配列形成され、その一つの電荷転送素子レジスタの
側部にこれら電荷転送素子レジスタ列に信号電荷パケッ
トを振分けて注入する電荷注入口を有する半導体装置に
おいて、前記複数の電荷転送素子レジスタ列のチャネル
不純物濃度が前記電荷注入口から離れるに従つて高くな
るように設定され、前記複数の電荷転送素子レジスタの
信号電荷出力部近くのチャネル不純物濃度は、これら複
数の電荷転送素子レジスタのチャネルのなかで最も高い
不純物濃度と等しく設定されていることを特徴とする半
導体装置。
（２）前記複数の電荷転送素子レジスタは、インターラ
イン転送型ＣＣＤ撮像装置の水平ＣＣＤレジスタである
特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。