(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のステージが設けられている水平ＣＣＤレジスタと、この水平ＣＣＤレジスタにその信号電荷の転送方向へ直列に接続されている出力アンプとを有する固体撮像素子において、
前記複数のステージの各々に一対の蓄積電極及び転送電極が設けられており、
前記複数のステージは、ｎ回目の前記転送で１番目からｎ番目までの前記ステージにおける前記信号電荷を転送することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
複数の受光部と、複数のステージが設けられている水平ＣＣＤレジスタと、前記複数の受光部から夫々前記水平ＣＣＤレジスタへ信号電荷を転送する複数の垂直転送手段と、前記水平ＣＣＤレジスタにその信号電荷の転送方向へ直列に接続されている出力アンプとを有する固体撮像素子において、
前記複数のステージの各々に一対の蓄積電極及び転送電極が設けられており、
前記複数のステージは、ｎ回目の前記転送で１番目からｎ番目までの前記ステージにおける前記信号電荷を転送することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
複数の受光部と、複数のステージが設けられている水平ＣＣＤレジスタと、前記複数の受光部から夫々前記水平ＣＣＤレジスタへ信号電荷を転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタと、前記水平ＣＣＤレジスタにその信号電荷の転送方向へ直列に接続されている出力アンプとを有する固体撮像素子において、
前記複数のステージの各々に一対の蓄積電極及び転送電極が設けられており、
前記複数のステージは、ｎ回目の前記転送で１番目からｎ番目までの前記ステージにおける前記信号電荷を転送することを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、水平ＣＣＤレジスタ及び出力アンプを有する固体撮像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子における水平ＣＣＤレジスタは２相駆動方式が多いが、各垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷同士が水平ＣＣＤレジスタで混じり合うことを防止するために、従来の固体撮像素子では、垂直ＣＣＤレジスタの各々に対応する水平ＣＣＤレジスタの各ステージに二対ずつの蓄積電極及び転送電極が設けられていた。
【０００３】
そして、水平ＣＣＤレジスタの全体に駆動電圧を印加して、水平ＣＣＤレジスタの一つのステージにおける二対の蓄積電極及び転送電極のうちで信号電荷が蓄積されていない一方の対における転送電極で隣接のステージに対するポテンシャル障壁を形成しつつ、全ステージの信号電荷を一斉に転送していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、垂直ＣＣＤレジスタの各々に対応する水平ＣＣＤレジスタの各ステージに二対ずつの蓄積電極及び転送電極が設けられていると、水平方向の画素ピッチ内に４枚の電極が設けられていることになる。このため、従来の固体撮像素子では、画素の微細化に伴って水平ＣＣＤレジスタにおける蓄積電極及び転送電極の幅が狭くなってきており、微細加工上の余裕が小さくなってきて、多画素高密度化が困難であった。
【０００５】
また、水平ＣＣＤレジスタにおける信号電荷の転送に際して、水平ＣＣＤレジスタの全体に駆動電圧を印加している従来の固体撮像素子では、低消費電力化が困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明による固体撮像素子は、複数のステージの各々に一対の蓄積電極及び転送電極が設けられており、複数のステージが、ｎ回目の転送で１番目からｎ番目までのステージにおける信号電荷を転送することを特徴としている。
【０００７】
本願の発明による固体撮像素子では、水平ＣＣＤレジスタにおけるｎ回目の転送で１番目からｎ番目のステージまでの信号電荷しか転送しないので、１回の転送毎に、信号電荷が蓄積されていない空きステージがｎ番目のステージに１つずつ形成されながら、信号電荷が転送されていく。このため、各ステージに一対の蓄積電極及び転送電極しか設けられていなくても、出力アンプへ転送されるべき信号電荷同士が混じり合うことはない。
【０００８】
そして、水平ＣＣＤレジスタの各ステージに一対の蓄積電極及び転送電極しか設けられていなくてよいので、３枚以上の電極が必要な構造に比べて、水平ＣＣＤレジスタにおける蓄積電極及び転送電極の幅を広くすることができて微細加工上の余裕が大きい。
【０００９】
また、水平ＣＣＤレジスタにおけるｎ回目の転送で１番目からｎ番目のステージまでの信号電荷しか転送しないので、全ステージの信号電荷を一斉に転送する構造に比べて、駆動電圧を印加すべき水平ＣＣＤレジスタの蓄積電極及び転送電極の数が少なくてよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本願の発明の一実施形態を、図１、２を参照しながら説明する。図２が、本実施形態の固体撮像素子を示している。本実施形態の固体撮像素子でも、半導体チップ１１に複数本の垂直ＣＣＤレジスタ１２が設けられており、これらの垂直ＣＣＤレジスタ１２同士の間に複数個の受光部１３が垂直方向に並べられており、垂直ＣＣＤレジスタ１２に接続されている水平ＣＣＤレジスタ１４が出力アンプ１５に接続されている点は、従来の固体撮像素子と同様である。
【００１１】
しかし、本実施形態の固体撮像素子における水平ＣＣＤレジスタ１４では、垂直ＣＣＤレジスタ１２の各々に対して、つまり、各ステージに、一対の蓄積電極１６及び転送電極１７しか設けられておらず、これらの蓄積電極１６及び転送電極１７にスキャナ１８が接続されている。なお、図２からも明らかな様に、各ステージの蓄積電極１６及び転送電極１７には、スキャナ１８から共通の駆動電圧が印加される。
【００１２】
図１は、垂直ＣＣＤレジスタ１２から１行分の信号電荷が転送された後の水平ＣＣＤレジスタ１４における一連の動作を示している。この図１で左方に出力アンプ１５が設けられており、従って、信号電荷１９は図１中で左方へ転送される。
【００１３】
また、この図１は総ての垂直ＣＣＤレジスタ１２から水平ＣＣＤレジスタ１４へ信号電荷１９が転送された場合を示しており、従って、垂直ＣＣＤレジスタ１２から信号電荷１９が転送された直後の状態を示している図１（ａ）で、蓄積電極１６下に信号電荷１９が蓄積されている領域が垂直ＣＣＤレジスタ１２に対応している領域である。
【００１４】
図１（ａ）の状態では、転送電極１７で隣接のステージに対するポテンシャル障壁が形成されていて、各垂直ＣＣＤレジスタ１２から転送されてきた信号電荷１９同士が混じり合うことはない。なお、蓄積電極１６下と転送電極１７下とにおけるポテンシャルの差は、ゲート絶縁膜の厚さの差によって設けられてもよく、拡散層の不純物濃度の差によって設けられてもよい。
【００１５】
図１（ａ）の状態から信号電荷１９を転送するためには、まず、出力アンプ１５に最も近い１番目の信号電荷１９が蓄積されているステージのみにスキャナ１８から駆動電圧を印加してこのステージのポテンシャルを高くするか、または、そのステージの出力アンプ１５側に隣接しているステージのみにスキャナ１８から駆動電圧を印加してこのステージのポテンシャルを低くする。
【００１６】
この結果、図１（ｂ）に示す様に、１番目の信号電荷１９のみが１ステージ分だけ転送されて、この１番目の信号電荷１９が蓄積されていたステージが、信号電荷１９が蓄積されていない空きステージになる。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示す様に、１番目の信号電荷１９と２番目の信号電荷１９のみを１ステージ分だけ転送する。この結果、１番目の信号電荷１９が蓄積されているステージと２番目の信号電荷１９が蓄積されているステージとの間に１個の空きステージが確保された状態で、２番目の信号電荷１９が蓄積されていたステージが、信号電荷１９が蓄積されていない空きステージになる。
【００１８】
なお、上述の様に、１番目の信号電荷１９が蓄積されているステージと２番目の信号電荷１９が蓄積されているステージとの間には１個の空きステージが確保されているので、１番目の信号電荷１９と２番目の信号電荷１９とを同時に転送しても、これらの信号電荷１９同士は混じり合わない。
【００１９】
次に、図１（ｄ）に示す様に、１番目の信号電荷１９と２番目の信号電荷１９と３番目の信号電荷１９のみを１ステージ分だけ転送し、更に、図１（ｅ）（ｆ）に示す様に、水平ＣＣＤレジスタ１４におけるｎ回目の転送で、信号電荷１９が蓄積されていない空きステージをｎ番目のステージに１つずつ形成しながら、１番目からｎ番目までの信号電荷１９を出力アンプ１５側へ転送していく。
【００２０】
以上の様に、本実施形態の固体撮像素子における水平ＣＣＤレジスタ１４では、各ステージに一対の蓄積電極１６及び転送電極１７しか設けられていないので、水平方向の画素ピッチ内に２枚の電極しか設けられていないことになる。このため、水平方向の画素ピッチ内に４枚の電極が設けられている従来の２相駆動方式の水平ＣＣＤレジスタや４相駆動方式の水平ＣＣＤレジスタを有する固体撮像素子に比べて、蓄積電極１６及び転送電極１７の幅を２倍にすることができる。
【００２１】
また、水平方向の画素ピッチ内に３枚の電極が設けられている３相駆動方式の水平ＣＣＤレジスタに比べても、蓄積電極１６及び転送電極１７の幅を１．５倍にすることができる。従って、本実施形態の固体撮像素子では、画素が微細化されても水平ＣＣＤレジスタ１４の加工上の余裕が大きくて、多画素高密度化が可能である。
【００２２】
一方、図１についての説明からも明らかな様に、水平ＣＣＤレジスタ１４における信号電荷１９の転送に際して、全ステージの蓄積電極１６及び転送電極１７ではなく実際に信号電荷１９を転送するステージの蓄積電極１６及び転送電極１７にのみ駆動電圧を印加しているので、低消費電力化が可能である。例えば、水平方向の画素数が１０００の場合は、駆動電圧が印加される蓄積電極１６及び転送電極１７の対の数と駆動電圧の印加回数との積は従来の１／４程度である。
【００２３】
なお、図１、２に示した一実施形態では、水平ＣＣＤレジスタ１４のうちで垂直ＣＣＤレジスタ１２に対応している領域と出力アンプ１５との間に、垂直ＣＣＤレジスタ１２に対応していない領域が水平ＣＣＤレジスタ１４に設けられているが、これは垂直ＣＣＤレジスタ１２と出力アンプ１５とのレイアウト上の制限に起因しているだけで、垂直ＣＣＤレジスタ１２に対応していない領域は水平ＣＣＤレジスタ１４に必ずしも必要ではない。
【００２４】
【発明の効果】
本願の発明による固体撮像素子では、水平ＣＣＤレジスタにおける蓄積電極及び転送電極の幅を広くすることができて微細加工上の余裕が大きいので、多画素高密度化が可能であり、また、駆動電圧を印加すべき水平ＣＣＤレジスタの蓄積電極及び転送電極の数が少なくてよいので、低消費電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願の発明の一実施形態の概略的な平面図である。
【図２】  一実施形態の水平ＣＣＤレジスタにおける一連の動作を説明するための模式図ある。
【符号の説明】
１２  垂直ＣＣＤレジスタ            １４  水平ＣＣＤレジスタ
１６  蓄積電極    １７  転送電極    １８  スキャナ    １９  信号電荷
【図１】
0003713863.tif 000002
【図２】
0003713863.tif 000003