(57)【要約】【課題】  高速動作ＣＣＤリニア・イメージ・センサにおいて、高解像度モードと低解像度モードの切り替えを行う。【解決手段】  電荷排出部１０９は、低解像度モードにおいて電荷を排出するドレイン１１０と、排出ゲート１１１を有している。排出ゲート１１１の下部には、排出電荷を転送する排出チャネル２０６が形成されている。排出チャネル２０６の入力側のチャネル幅Ｗ３ａは、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送チャネル２０５のチャネル幅Ｗ１よりも小さくなるように形成されている。ドレイン側のチャネル幅Ｗ３ｂが、転送電極２０３側のチャネル幅Ｗ３ａよりも大きくなるように形成されている。これによって、ドレイン側へ向かう電界が強まるので、電荷排出処理において、出力側に電荷がこぼれることを防止する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する電荷生成部と、
前記電荷生成部によって生成された電荷を転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部によって転送された電荷を検出する電荷検出部と、
前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷転送部から排出する電荷排出部と、
を備え、
前記電荷排出部は、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートとを有し、
前記電荷排出部は、前記排出ゲートの下部において、第１のチャネル部と、前記第１のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第１のチャネル部よりもチャネル幅の広い第２のチャネル部とを有している、
固体撮像装置。
【請求項２】
複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する第２の電荷生成部と、
前記第２の電荷生成部によって生成された電荷を転送する第２の電荷転送部と、
をさらに備え、
高解像度モードにおいて、前記電荷転送部及び前記第２の電荷生成部によって転送された電荷が前記電荷検出部に転送され、
低解像度モードにおいて、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷排出部は前記電荷転送部から排出する、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２のチャネル部は、前記排出ゲートの下部のドレイン側端部を含み、
前記第２のチャネル部のチャネル幅は、前記ドレインに向かって徐々に大きくなるように形成されている、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ドレインは、前記電荷検出部の反対側においてチャネル幅が拡大され、
前記第２のチャネル部のチャネル幅は、前記電荷検出部の反対側において、前記ドレインに向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されている、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１のチャネル部のチャネル幅は、狭チャネル効果によって前記電荷転送部が前記電荷検出部に電荷を転送するように、前記電荷転送部のチャネル幅よりも小さく形成されている、請求項１から４のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、
前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極に対して、当該転送電極に電荷を転送する駆動信号が印加されており、前記排出ゲートがＯＮ状態となるように当該排出ゲートに制御信号が印加されている、
請求項１から５のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、
前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極の次段の転送電極に対して、当該次段の転送電極への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加されている、請求項１から６のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
電荷を順次転送する電荷転送部を転送される電荷を、制御信号に従って排出する電荷排出部であって、
電荷が排出されるドレインと、
前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートと、
前記排出ゲートの下部において、前記電荷転送部のチャネルよりもチャネル幅の小さい第１のチャネル部と、
前記第１のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第１のチャネル部よりもチャネル幅の広い第２のチャネル部と、
を備えている電荷排出部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電荷転送部を転送される電荷の電荷排出に関し、特に、電荷転送部の電荷を排出する電荷排出部およびそれを備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成され、電荷転送機能を持つＣＣＤリニア・イメージ・センサは、フォトダイオードを含む画素列が受光した光を光電変換によって信号電荷に変換し、各画素に蓄積された信号電荷を順次出力することによって、画像情報を取得する。このような機能を有するＣＣＤリニア・イメージ・センサは、スキャナやコピー機の光学読み取り部分のキー・デバイスとして広く利用されている。
【０００３】
２ラインの画素列により画像を読み取る固体撮像装置において、画質の劣化や回路規模の増大を招くことなく、低密度での読み取りを高速化する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。一つのラインには、排出ゲートを介して、信号電荷を排出する電荷排出ドレインが接続されている。高密度で画像を読み取る場合は、排出ゲートをｏｆｆし、２ラインで読み取った信号電荷を全て電荷検出部へ転送する。低密度で画像を読み取る場合は、最終段の転送電極での信号電荷の転送を停止する一方、排出ゲートのゲートをｏｎされ、２ラインで読み取った信号電荷のうち、一つのＣＣＤシフトレジスタから外部に排出され、他方のＣＣＤシフトレジスタからの信号電荷のみが電荷検出部へ転送される。
【０００４】
図５は、従来のＣＣＤリニア・イメージ・センサ５００の概略構成を示す平面図である。ＣＣＤリニア・イメージ・センサ５００は、第１のフォトダイオード列５０１と第２のフォトダイオード列５０２の２列のフォトダイオード列を備えている。第１及び第２のフォトダイオード列５０１、５０２の光電変換によって蓄積された電荷は、それぞれ、制御信号φＴＧによって制御される第１の読み出しゲート５０３及び第２の読み出しゲート５０４を介して、第１のＣＣＤレジスタ５０５、第２のＣＣＤレジスタ５０６に読み出される。
【０００５】
第１及び第２のＣＣＤレジスタ５０５、５０６は２相駆動方式によって駆動され、各レジスタ５０５、５０６は、駆動パルスφ１、φ２に従って電荷を出力回路部５０７に転送する。転送された電荷は、出力回路部５０７から外部回路へ出力される。ＣＣＤリニア・イメージ・センサ５００は、低解像度モードと高解像度モードの２つのモードを有しており、高解像度モードにおいては、第１及び第２のＣＣＤレジスタ５０５、５０６からの電荷が交互に、出力回路５０７に順次出力され、低解像度モードにおいては、第１のＣＣＤレジスタ５０５からの電荷が出力回路部５０７に転送され、第２のＣＣＤレジスタ５０６からの電荷は、電荷排出部５０８に排出される。電荷排出部５０８は、電荷を排出するドレイン５０９と、ドレインへの電荷の排出を制御するゲート５１０を有している。
【０００６】
図６は、電荷排出部５０８及びその近傍の第２のＣＣＤレジスタ５０６の概略構成を示す平面図である。第２のＣＣＤレジスタ５０６は、第１の駆動パルスφ１が印加される複数の第１の転送電極６０１と、第２の駆動パルスφ２が印加される第２の複数の転送電極６０２とを有している（図は一部のみ記載）。第１の転送電極６０１と第２の転送電極６０２とは交互に配置されている。
【０００７】
電荷排出部５０８は、第１の転送電極の一つである転送電極６０３に隣接して形成されている。又、電荷排出部５０８よりも出力回路部５０７側には、第２の転送電極の一つである、出力側転送電極６０４が形成されている。転送電極６０１−６０４の下部には、電荷を転送するための転送チャネル６０５が形成されている。転送チャネル６０５のチャネル幅はＷ１で示されている。電荷排出部５０８において、排出ゲート５１０の下部には、排出電荷を転送する排出チャネル６０６が形成されている。ドレイン５０９のチャネル幅はＷ２で示されている。排出チャネル６０６のチャネル幅は、Ｗ３で示されている。
【０００８】
電荷排出部５０８が接続されている転送電極６０３には、駆動パルスφ１Ａが印加される。排出ゲート５１０には、排出ゲート制御信号φＳＷが印加される。高解像度モードにおいて、排出ゲート５１０がオフ状態になるように制御信号φＳＷが印加される。排出チャネル６０６のチャネル幅Ｗ３は、転送チャネル６０５のチャネル幅Ｗ１よりも狭い。そのため、狭チャネル効果によって、排出チャネル６０６のチャネル電位は、転送電極６０３下部の転送チャネル６０５のチャネル電位よりも浅くなり、転送電荷は出力回路部５０７に転送される。
【０００９】
低解像度モードにおいて、排出ゲート５１０はオン状態にセットされ、排出ゲート５１０と転送電極６０３に印加するφ１Ａは同電位に固定される。排出チャネル６０６のチャネル電位は、狭チャネル効果によって、転送電極６０３下部の転送チャネル６０５のチャネル電位よりも浅くなる。ＣＣＤレジスタを転送されてきた電荷は、最初に転送電極６０３下部に蓄積され、排出ゲート５１０と転送電極６０３のチャネル電位差以上に蓄積された電荷は、排出チャネル６０６を通ってドレイン５０９に排出される。
【００１０】
図７は、電荷排出部５０８及びその近傍の第２のＣＣＤレジスタ５０６の概略構成を示す平面図である。Ｎ型シリコン基板７０１にＰ型不純物を注入し、Ｐウェル７０２を形成している。そのＰウェル７０２上にＮ型のチャネル領域７０３を形成して、熱酸化膜７０４、多結晶シリコンによる排出ゲート電極５１０と転送電極６０３を形成する構成である。ドレイン５０９の周辺には、Ｎ＋領域７０５を設け、電源電圧を印加することによって、周囲よりも深いチャネル電位となって、ここにたどり着いた電荷は排出される。ドレインは、Ｎ＋領域７０５や電源電圧の給電部を設けるため、レイアウトの制約上、この領域のチャネル幅Ｗ２は排出チャネルのチャネル幅Ｗ３よりも大きくなることがある。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２４４８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
Ｎ＋領域７０５は、排出ゲート５１０に近づけると、ここのチャネル電位が変調によって高くなり、排出ゲート５１０をオフしてもドレイン５０９に排出されるので、変調の影響を無視することができるとこまで離す必要がある。ドレインン５０９に排出するときに、排出チャネル６０６を通った後も、高抵抗のＮチャネル７０３を通るため、ドレイン５０９に排出するまでに時間がかかる。
【００１３】
また、電荷排出部５０８は、排出チャネル６０６の狭チャネル効果を使用して、ドレイン５０９に電荷を排出する。そのため、排出チャネル６０６のチャネル幅をあまり大きくすることはできない。このため、ドレイン５０９に電荷を排出するときは、電荷の排出速度は、排出チャネル６０６を通る電荷の速度で制限される。ＣＣＤレジスタ５０６が高速で動作しているときにドレイン５０９に電荷を排出すると、排出チャネル６０６に大量の電荷が流れ込むため、電荷が溢れ、出力回路部５０７側に電荷がこぼれる恐れがある。
【００１４】
本発明は以上のような事情を背景としてなされたものであって、本発明の一つの目的は、固体撮像装置において、電荷転送部から電荷排出部への電荷の排出を効果的に行うことである。本発明の他の目的は、２ラインの画素列により画像を読み取る固体撮像装置において、高解像度と低解像度の切り替えを効果的行うことである。本発明の他の目的は、高解像度と低解像度の切り替えを行うリニア・イメージ・センサにおいて、高速動作をより確実に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様は固体撮像装置であって、複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する電荷生成部と、前記電荷生成部によって生成された電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部によって転送された電荷を検出する電荷検出部と、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷転送部から排出する電荷排出部と、を備え、前記電荷排出部は、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートとを有し、前記電荷排出部は、前記排出ゲートの下部において、第１のチャネル部と、前記第１のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第１のチャネル部よりもチャネル幅の広い第２のチャネル部と、を有しているものである。この構成を有することによって、電荷を効果的に排出することができる。
【００１６】
上記第１の態様の固体撮像装置は、複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれが受光した光に応じた電荷を生成する第２の電荷生成部と、前記第２の電荷生成部によって生成された電荷を転送する第２の電荷転送部と、をさらに備え、高解像度モードにおいて、前記電荷転送部及び前記第２の電荷生成部によって転送された電荷が前記電荷検出部に転送され、低解像度モードにおいて、前記電荷検出部に転送されない電荷を、前記電荷排出部は前記電荷転送部から排出することが好ましい。この構成を有することによって、高解像度及び低解像度による選択的撮像を効果的に行うことができる。
【００１７】
前記第２のチャネル部は、前記排出ゲートの下部のドレイン側端部を含み、前記第２のチャネル部のチャネル幅は、前記ドレインに向かって徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。さらに、前記ドレインは、前記電荷検出部の反対側においてチャネル幅が拡大され、前記第２のチャネル部のチャネル幅は、前記電荷検出部の反対側において、前記ドレインに向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。この構成を有することによって、電荷をより効果的に排出することができる。
【００１８】
前記第１のチャネル部のチャネル幅は、狭チャネル効果によって前記電荷転送部が前記電荷検出部に電荷を転送するように、前記電荷転送部のチャネル幅よりも小さく形成されていることが好ましい。この構成を有することによって、転送電荷を効果的に電荷検出部へ転送することができる。
【００１９】
前記電荷転送部は、電荷を順次転送する複数の転送電極を備え、前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極に電荷が転送されるように当該転送電極に駆動信号が印加されており、前記排出ゲートがＯＮ状態となるように当該排出ゲートに制御信号が印加されていることが好ましい。これにより、効果的に電荷を排出することができる。
【００２０】
前記電荷排出部が電荷を排出する処理において、前記電荷排出部に隣接する転送電極の次段の転送電極に当該次段の転送電極への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加されていることが好ましい。これによって、電荷が電荷検出部側へ転送されることをより効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、電荷を順次転送する電荷転送部を転送される電荷を、制御信号に従って排出する電荷排出部であって、電荷が排出されるドレインと、前記ドレインへの電荷の排出を制御する排出ゲートと、前記排出ゲートの下部において、前記電荷転送部のチャネルよりもチャネル幅の小さい第１のチャネル部と、前記第１のチャネル部よりも前記ドレイン側に形成され、前記第１のチャネル部よりもチャネル幅の広い第２のチャネル部とを備えている。これによって、電荷転送部からの転送電荷を効果的に排出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電荷転送部から電荷排出部への電荷の排出を効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００２４】
図１は、本発明の一例として、本実施形態におけるＣＣＤリニア・イメージ・センサ１００の概略構成を示している。図１において、１０１は複数の画素を構成する第１のフォトダイオード列、１０２は複数の画素を構成する第２のフォトダイオード列、１０３は第１の読み出しゲート、１０４は第２の読み出しゲート、１０５は第１のＣＣＤレジスタ、１０６は第２のＣＣＤレジスタ、１０７は出力ゲート、１０８は出力回路部である。
【００２５】
第１及び第２のフォトダイオード列１０１、１０２の光電変換によって蓄積されて電荷は、ＣＣＤレジスタ１０５、１０６によって出力回路部１０８に転送され、外部回路へ出力される。ＣＣＤリニア・イメージ・センサ１００は、低解像度モードと高解像度モードの２つのモードを有しており、高解像度モードにおいては、第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６からの電荷が交互に、出力回路１０８に順次出力され、低解像度モードにおいては、第１のＣＣＤレジスタ１０５からの電荷が出力回路に転送され、第２のＣＣＤレジスタ１０６からの電荷は電荷排出部１０９に排出される。
【００２６】
図１を参照して、ＣＣＤリニア・イメージ・センサ１００の構成について詳細に説明する。第１及び第２のフォトダイオード列１０５、１０６のそれぞれにおいて、複数のフォトダイオードが一方向に配列されており、両フォトダイオード列１０１、１０２におけるフォトダイオードの配列ピッチは、同じである。第１のフォトダイオード列１０１と第２のフォトダイオード列１０２とは、半ピッチずれた位置関係において、平行に配置されている。外部から入射した光は各フォトダイオードによって受光され、入射光量に応じて光電変換によって生成された電荷は、各画素に蓄積される。
【００２７】
第１の読み出しゲート１０３は、第１のフォトダイオード列１０５から、第１のＣＣＤレジスタ１０５への蓄積電荷の読み出しを制御する。同様に、第２の読み出しゲート１０４は、第２のフォトダイオード列１０６から、第２のＣＣＤレジスタ１０６への蓄積電荷の読み出しを制御する。第１及び第２の読み出しゲート１０３、１０４は、駆動信号φＴＧによってＯＮもしくはＯＦＦ状態にセットされることによって、電荷の蓄積もしくは蓄積電荷の読み出しを制御する。
【００２８】
第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６は、それぞれ、第１及び第２のフォトダイオード列から読み出された電荷を順次転送する機能を有している。ＣＣＤレジスタ１０５、１０６として、本形態においては、２相駆動方式のＣＣＤレジスタが示されている。２相駆動方式のＣＣＤレジスタは、第１の駆動パルスφ１と第２の駆動パルスφ２が交互に印加されることによって、読み出された各画素に対応する電荷を、駆動信号に従って出力回路部１０８に向けて順次転送する。第１のＣＣＤレジスタ１０５と第２のＣＣＤレジスタ１０６とは、出力側で結合されており、高解像度モードにおいて、各ＣＣＤレジスタ１０５、１０６からの出力電荷が、交互に出力回路部１０８に出力される。
【００２９】
出力回路部１０８は、浮遊拡散領域によって形成され、信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷検出部と、ソース・フォロワやインバータ等を含むアナログ回路とを備えている。ＣＣＤレジスタ１０５、１０６からの出力電荷は、浮遊拡散領域において信号電圧に変換され、アナログ回路を介して出力回路部１０８から外部回路に出力される。ＣＣＤレジスタ１０５、１０６から出力回路部１０８への電荷の出力は、出力ゲート１０７によって制御される。
【００３０】
第２のＣＣＤレジスタ１０６には、低解像度モードにおいて出力回路部１０８へ転送されない電荷を排出するための電荷排出部１０９が形成されている。電荷排出部１０９は、第２のＣＣＤレジスタ１０６の出力端近傍に形成され、第２のＣＣＤレジスタ１０６の側部に分岐して形成されている。電荷排出部１０９は、電荷が排出されるドレイン１１０、第２のＣＣＤレジスタ１０６の出力方向とは異なる方向のチャネル１１１、及び排出ゲート１１２を有している。高解像度モードにおいて排出ゲート１１２はオフにセットされており、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電荷はドレイン１１０に転送されることなく、出力回路部１０８に転送される。低解像度モードにおいて排出ゲート１１２はオンにセットされており、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電荷は、出力回路部１０８に転送されることなく、ドレイン１１０に排出される。
【００３１】
ＣＣＤリニア・イメージ・センサ１００の動作について説明する。図２は、ＣＣＤリニア・イメージ・センサ１００に印加される制御信号のタイミングを示す、タイミング・チャートである。図２（ａ）は、高解像度モードにおけるタイミング・チャート、図２（ｂ）は、低解像度モードにおけるタイミング・チャートである。φ１、φ２は、２相駆動パルスとして第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６に印加される、第１の駆動パルスと第２の駆動パルスである。φ１Ａ、φ２Ａについては、後に説明される。φＳＷは、排出ゲート１１２に印加される、排出ゲート制御信号である。
【００３２】
第１及び第２のフォトダイオード列１０１、１０２が光を受光すると、各フォトダイオードは、入射光強度に応じて、光電変換によって電荷を生成する。第１及び第２の読み出しゲート１０３、１０４は制御信号φＴＧによってオフ状態にあり、第１及び第２のフォトダイオード列１０１、１０２において生成された電荷は、各画素に蓄積される。次に、第１及び第２の読み出しゲート１０３、１０４は制御信号φＴＧによってオン状態にセットされ、第１及び第２のフォトダイオード列１０１、１０２の各画素に蓄積されていた電荷は、第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６に一斉に読み取られる。
【００３３】
高解像度モードにおける動作について説明する。第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６には、２相駆動パルスとして、第１の駆動パルスφ１と第２の駆動パルスφ２が印加される。第１の駆動パルスφ１と第２の駆動パルスφ２のそれぞれは、第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６の複数の第１転送電極と複数の第２転送電極のそれぞれに印加される。転送電極については、後に説明される。第１の駆動パルスφ１と第２の駆動パルスφ２は、図２（ａ）に示すように、１８０度位相が異なり、それぞれのＨレベルが交互に入れ替わるように第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６に印加される。第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６は、駆動パルスに同期して、読み取った電荷を出力回路部１０８側へ順次転送する。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、排出ゲート制御信号φＳＷはＬレベルにあり、排出ゲート１１２はオフ状態にセットされている。このため、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電荷は、出力回路部１０８に転送される。出力回路部１０８には、第１のＣＣＤレジスタ１０５と第２のＣＣＤレジスタからの転送電荷が、２相駆動パルスに応じて、交互に順次入力される。出力回路部１０８は、入力された信号電荷を信号電圧に変換し、外部回路に出力する。
【００３５】
低解像度モードにおいて、図２（ｂ）に示すように、排出ゲート制御信号φＳＷはＨレベルにあり、排出ゲート１１２はオン状態にセットされている。第２のＣＣＤレジスタ１０６を転送された電荷は、ドレイン１１０に排出される。第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６のそれぞれには、図２（ｂ）に示すように、２相駆動パルスとして、第１の駆動パルスφ１と第２の駆動パルスφ２が印加される。駆動パルスφ１、φ２のタイミングは、高解像度モードと同様である。
【００３６】
駆動パルスφ１、φ２に同期して、第１及び第２のＣＣＤレジスタ１０５、１０６は読み取った電荷を出力回路部１０８側へ転送する。上記のように、排出ゲート１１２はオン状態にセットされており、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電荷は、電荷排出部１０９に排出される。出力回路部１０８には、駆動パルスφ１、φ２に従って第１のＣＣＤレジスタ１０５からの転送電荷が入力される。これによって、低解像度の画像信号が出力される。
【００３７】
図３は、電荷排出部１０９、及び、第２のＣＣＤレジスタ１０６の電荷排出部１０９近傍の概略構成を示す平面図である。図４（ａ）は、図３において矢視ａ−ａ‘で指示された部分に関する、一部の構成を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された断面構造における、各部のチャネル電位を示している。図３を参照して、第２のＣＣＤレジスタ１０６は、第１の駆動パルスφ１が印加される複数の第１の転送電極２０１と、第２の駆動パルスφ２が印加される複数の第２の転送電極２０２とを有している（図においては、一部が例示されている）。
【００３８】
第１の転送電極２０１と第２の転送電極２０２とは交互に配置されている。第１及び第２の転送電極２０１、２０２のそれぞれは、２層の電極によって構成されおり、第１の転送電極２０１は、バリア電極（不図示）、蓄積電極２０１ｂから構成され、第２の転送電極２０２は、バリア電極２０２ａ、蓄積電極２０２ｂから構成されている。電荷の転送において、蓄積電極の下部に電荷が蓄積され、バリア電極の下部はバリア層として機能する。
【００３９】
図３に示すように、電荷排出部１０９は、第１の転送電極の一つである転送電極２０３に隣接して形成されている。転送電極２０３は、バリア電極２０３ａ、蓄積電極２０３ｂから構成されている。又、電荷排出部１０９よりも出力回路部１０８側には、第２の転送電極の一つである、出力側転送電極２０４が形成されている。出力側転送電極２０４は、バリア電極２０４ａ、蓄積電極２０４ｂから構成されている。転送電極２０１−２０４の下部には、電荷を転送するための転送チャネル２０５が形成されている。転送チャネル２０５のチャネル幅は、Ｗ１で示されている。
【００４０】
電荷排出部１０９は、低解像度モードにおいて電荷を排出するドレイン１１０と、排出ゲート１１１を有している。排出ゲート１１１の下部には、排出電荷を転送する排出チャネル２０６が形成されている。ドレイン１１０のチャネル幅はＷ２で示されている。排出チャネル２０６のチャネル幅は、転送電極２０３側における排出電荷の入力部でのチャネル幅はＷ３ａで示されおり、ドレイン側端部でのチャネル幅がＷ３ｂで示されている。本形態において、排出チャネル２０６の入力側のチャネル幅Ｗ３ａは、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送チャネル２０５のチャネル幅Ｗ１よりも小さくなるように形成されている。また、排出チャネル２０６のチャネル幅について、ドレイン側のチャネル幅Ｗ３ｂが、転送電極２０３側のチャネル幅Ｗ３ａよりも大きくなるように形成されている。
【００４１】
第１の転送電極２０１には第１の駆動パルスφ１が印加され、第２の転送電極２０２には第２の駆動パルスφ２が印加される。ただし、電荷排出部１０９が接続されている第１の転送電極である転送電極２０３には、駆動パルスφ１Ａが印加される。また、第２の転送電極の一つである出力側転送電極２０４には、駆動パルスφ２Ａが印加される。排出ゲート１１１には、排出ゲート制御信号φＳＷが印加される。
【００４２】
図４の断面図に示すように、電荷排出部１０９及び転送電極２０３近傍の構造は、Ｎ型シリコン基板４０１上に形成されている。Ｎ型シリコン基板４０１上は、Ｐ型不純物をＮ型シリコン基板に注入することによって形成される、Ｐウェル４０２が配置されている。Ｐウェル４０２上にはＮ型のチャネル領域４０３が形成されており、Ｎ型のチャネル領域４０３の上面は熱酸化膜４０４によって覆われている。熱酸化膜４０４上には、多結晶シリコンによって電極が形成されており、排出ゲート１１１と転送電極２０３のそれぞれが、熱酸化膜４０４を介してＮ型のチャネル領域４０３上に形成されている。
【００４３】
第２のＣＣＤレジスタ１０６側（ドレインの反対側）において、転送電極２０３の下部の一部には、Ｐ＋領域４０６が形成されている。ドレイン１１０の周辺部にはＮ＋領域４０５が形成されている。図４（ｂ）に示すように、ドレイン１１０に電源電圧を印可することによって、ドレイン１１０の周囲よりも深いチャネル電位になり、ここに辿りついた電荷は外部回路に排出される。
【００４４】
図４（ｂ）を参照して、高解像度モード及び低解像度モードにおけるチャネル電位、及び、それによる電荷の転送プロセスについて説明する。図４（ｂ）において、４５１は高解像度モードにおけるチャネル電位を示しており、４５２は低解像度モードにおけるチャネル電位を示している。図４（ｂ）のＸ軸はＮ型シリコン基板上の位置を示し、Ｙ軸はＮ型シリコン基板上の各位置におけるチャネル電位を示している。Ｘ軸に示される位置は、図４（ａ）の断面図と対応している。また、Ｙ軸において、紙面下方に向かってチャネル電位が大きくなるように、チャネル電位が記載されている。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、高解像度モードにおいて、排出ゲート１１１にはＬレベルのφＳＷ信号が与えられており、排出ゲート１１１はオフ状態にセットされている。転送電極２０３と出力側転送電極のそれぞれに印加される制御信号φ１、φ２は、２相駆動パルスφ１、φ２のそれぞれと同様である。電荷排出部１０９の排出チャネル２０６と第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送チャネル２０５とは、排出チャネル２０６が狭チャネル効果を起こすように形成されている。電荷排出部１０９のチャネル幅Ｗ３ａは、第２のＣＣＤレジスタ１０６のチャネル幅Ｗ１よりも小さくなるように形成されている。
【００４６】
高解像度モードにおいて、排出ゲート１１１にはＬレベルのφＳＷ信号が与えられている。電荷排出部１０９のチャネル電位は、狭チャネル効果により、転送電極２０３の下部におけるチャネル電位よりも低くなる。このため、第２のＣＣＤレジスタ１０６の電荷は、出力回路部１０８側へ転送される。図４において、ＬレベルのφＳＷ信号が与えられているときの電荷排出部１０９のチャネル電位Ｖａと、Ｌレベルのφ１Ａが印加されているときの第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電極２０３の下部におけるチャネル電位Ｖｂが示されている。図４から理解されるように、電荷排出部１０９のチャネル電位Ｖａは、狭チャネル効果により、常に第２のＣＣＤレジスタ１０６のチャネル電位Ｖｂよりも小さくなる。
【００４７】
図２（ｂ）に示すように、低解像度モードにおいて、排出ゲート１１１にはＨレベルのφＳＷ信号が与えられており、排出ゲート１１１はオン状態にセットされる。電荷排出部１１１に隣接する転送電極２０３へは、転送電極２０３へ電荷転送を行う駆動信号である、Ｈレベルの信号φ１Ａが印加される。好ましくは、出力側電極２０４へＬレベルの信号φ２Ａが印加される。これによって、出力回路部１０８側へ蓄積電荷が転送されないように制御される。本例において、転送電極２０３へは、排出ゲート１１１と同電位のＨレベル信号が印加され、その電位に固定される。電荷排出部１０９のチャネル２０６のチャネル電位は、狭チャネル効果により、第２のＣＣＤレジスタ１０６の転送電極２０３のチャネル電位よりも低くなる。
【００４８】
図４（ｂ）において、ＨレベルのφＳＷ信号が与えられているときの電荷排出部のチャネル電位Ｖｃと、Ｈレベルのφ１Ａが印加されているときの第２のＣＣＤレジスタのチャネル電位Ｖｄが示されている。本例において、これらは同電位である。図４（ｂ）に示されるように、電荷排出部１０９のチャネル電位Ｖｃは、第２のＣＣＤレジスタ１０６のチャネル電位Ｖｄよりも低い。このため、第２のＣＣＤレジスタ１０６を転送されてきた電荷は、最初に転送電極２０３の下部に蓄積され、転送電極２０３のチャネル電位と排出ゲート１１１のチャネル電位の電位差以上に溜まった電子が、電荷排出部１０９の排出チャネル２０６を通り、ドレイン１１０に排出される。
【００４９】
本形態において、図３に示すように、電荷排出部１０９は、ドレイン１１０側に第２のＣＣＤレジスタ１０６側のチャネル部よりもチャネル幅の広いチャネル部を有している。具体的には、排出チャネル２０６は、チャネル幅Ｗ３ａがほぼ同一な第２のＣＣＤレジスタ１０６側のチャネル部と、チャネル幅が徐々に広がり、ドレイン１１０側のチャネル端部においてチャネル幅Ｗ３ｂであるように形成されているドレイン１１０側のチャネル部とを有している。このように、電荷排出部１０９のチャネル幅は、第２のＣＣＤレジスタ１０６側のチャネル幅Ｗ３ａよりもドレイン側のチャネル幅Ｗ３ｂが大きくなっている。
【００５０】
このため、チャネル幅が同一であるチャネルを有する従来の電荷排出部と比較して、ドレイン１１０側において電位が高くなる。図４において、従来の電荷排出部におけるチャネル電位Ｖｃ´が比較のために例示されている。このように、本形態においては、ドレイン１１０付近でチャネル幅が広がっているため、ドレイン付近１１０での電位がより深くなり、電荷に対するドレイン１１０方向への電界が強まる。これによって、電荷がドレイン１１０に効果的に排出され、出力回路部１０８側へ電荷が転送されることを実質的に防止することができる。特に、高速動作するＣＣＤリニア・イメージ・センサにおいて、低解像度モードのための電荷排出処理を効果的に行うことができる。
【００５１】
一方、第２のＣＣＤレジスタ側におけるチャネル幅Ｗ３ａは、転送チャネルのチャネル幅Ｗ１よりも小さく、電荷排出部のチャネル幅は全体では広げられていない。このため、高解像度モードにおいて出力回路部１０８に電荷を転送する場合において、電荷排出部のチャネル電位Ｖａは狭チャネル効果によって、転送チャネル２０５よりも電位が浅くなり、従来の電荷排出部におけるチャネル電位Ｖａ´と実質的に変わらない。これによって、高解像度モードにおいて、電荷がドレイン１１０に実質的に排出されやすくなることはなく、出力回路部１０８へ電荷転送を行うことができる。
【００５２】
排出チャネル２０６のチャネル幅は、ドレイン１１０側において、ドレイン１１０に向かって、徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。これによって、急激なチャネル幅変化による好ましくない電位変化を防止し、効果的に電界を強めることができる。ドレイン１１０は、出力回路部１０８側とは反対側に凸部を有しており、排出チャネル２０６は、ドレイン１１０側において、出力回路部１０８側とは反対側に向かってチャネル幅が徐々に大きくなるように形成されている。これによって、ドレインに接続される電源電圧の給電部などのレイアウトを効率的に行うことができる。
【００５３】
低解像度モードにおいて、出力側転送電極２０４には、好ましくは、Ｌレベルの駆動信号φ２Ａが印加され、出力側転送電極２０４への電荷の転送を妨げるように駆動信号が印加される。出力側転送電極２０４に、出力側転送電極２０４へ電荷転送を妨げるような制御信号を印加し、その電位に固定することによって、第２のＣＣＤレジスタ１０６の電荷が、低解像度モードにおいて、出力回路部１０８側にこぼれることを、より効果的に防止することができる。
【００５４】
尚、本例においては、排出ゲート１０５下部に形成される排出チャネル２０６のチャネル幅は、徐々に大きくなるように形成されているが、例えば、Ｗ３ａからＷ３ｂへチャネル幅が大きくなる段差を有するように形成することも可能である。この場合、例えば、排出チャネル２０６のドレイン側のチャネル部は、Ｗ３ｂの幅を維持するように形成する。また、本例において、排出チャンネル２０６の出力回路部１０８と反対側においてチャネル幅が広げられているが、チャネルの両側において、もしくは出力回路部１０８においてチャネル幅が広げられる構成とすることができる。排出チャネル２０６において、チャネルのどの部分、あるいは、どの部分においてチャネル幅を広げるかは、設計に従って好適なものを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態における、ＣＣＤリニア・イメージ・センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】本実施の形態における、ＣＣＤリニア・イメージ・センサにおける制御信号のタイミングを示すタイミング・チャートである。
【図３】本実施の形態における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す平面図である。
【図４】本実施の形態における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す断面図及び、チャネル電位を示す図である。
【図５】従来の技術における、ＣＣＤリニア・イメージ・センサの概略構成を示す平面図である。
【図６】従来の技術における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す平面図である。
【図７】従来の技術における、電荷排出部及びその近傍の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  ＣＣＤリニア・イメージ・センサ、
１０１  第１のフォトダイオード列、１０２  第２のフォトダイオード列、
１０３  第１の読み出しゲート、１０４  第２の読み出しゲート、
１０５  第１のＣＣＤレジスタ、１０６  第２のＣＣＤレジスタ、
１０７  出力ゲート、１０８  出力回路部、１０９  電荷排出部、
１１０  ドレイン、１１１  排出チャネル、１１２  排出ゲート、
２０１  第１の転送電極、２０２  第２の転送電極、２０３  転送電極、
２０４  出力側転送電極、２０５  転送チャネル、２０６  排出チャネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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