專利名稱：固體攝像元件及其驅動方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CCD固體攝像元件及其驅動方法，特別是涉及橫型排泄的低功耗化。
背景技術：
在固體攝像元件中，如果攝像部中發(fā)生信息電荷過剩，則產生信息電荷溢出到周邊像素中的模糊現象。為了抑制該模糊現象的發(fā)生，設有排出不需要的信息電荷的排泄結構。排泄結構中有縱型排泄結構和橫型排泄結構。
其中橫型排泄采用專用幀傳輸方式的CCD固體攝像元件。圖5是幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的簡略結構圖。幀傳輸方式的CCD固體攝像元件2有攝像部2i、蓄積部2s、水平傳輸部2h及輸出部2d。在攝像部2i中生成的信息電荷的二維排列被高速地傳輸給蓄積部2s。在與信息電荷被保持在蓄積部2s中的同時，一行一行地被傳輸給水平傳輸部2h，再以1像素單位從水平傳輸部2h傳輸給輸出部2d。輸出部2d將每一像素的電荷量變換成電壓值，該電壓值的變化被作成CCD輸出信號。
攝像部2i及蓄積部2s分別由包括沿垂直方向延伸且互相平行配置的多個溝道區(qū)、以及沿水平方向延伸且互相平行配置的多個傳輸電極構成的多個垂直移位寄存器構成。
在橫型排泄結構的CCD固體攝像元件的情況下，在相鄰的垂直移位寄存器之間形成漏極區(qū)，形成橫型排泄結構。
圖6是表示采用現有的橫型排泄結構的幀傳輸方式的CCD固體攝像元件2i或蓄積部2s的一部分的模式平面圖。垂直移位寄存器的溝道區(qū)4中，在相鄰的溝道區(qū)之間的大致中央位置設有漏極區(qū)8，在該漏極區(qū)8和溝道區(qū)4之間設有分離區(qū)10。通過與溝道區(qū)4平行配置，以一定寬度注入高濃度的N型雜質離子，形成漏極區(qū)8。通過在溝道區(qū)4和漏極區(qū)8之間注入P型雜質離子，形成分離區(qū)10，在溝道區(qū)4和漏極區(qū)8之間形成電位勢壘。
在半導體襯底上通過氧化膜形成傳輸電極12，沿著與溝道區(qū)4交叉的方向延伸配置。這些多個傳輸電極12分別絕緣地互相平行配置，分別接收垂直傳輸時鐘脈沖φf。該垂直傳輸時鐘脈沖φf加在傳輸電極12上，控制在溝道區(qū)4上形成的電位井的狀態(tài)，依次傳輸被蓄積的信息電荷。
例如在三相驅動的情況下，時鐘脈沖φ1、φ2、φ3分別加在傳輸電極12-1～12-3上。就是說，在三相驅動時，三個傳輸電極12-1～12-3被分配給一個像素，每三個傳輸電極12-1～12-3的置位，定義一個感光像素或信息電荷。
攝像時例如時鐘脈沖φ2上升到高電平，在攝像部2i的傳輸電極12-2的下面形成電位井。由入射到半導體襯底中的光發(fā)生的信息電荷移動到其附近的電位井中，蓄積在該電位井中。
另外，利用相位互相不同的時鐘脈沖φ1～φ3，能使在傳輸電極12的下面形成的電位井沿著一定的方向移動，因此，蓄積在電位井中的信息電荷將溝道區(qū)4作為傳輸路徑(在圖6中例如向下)傳輸。
圖7是一并表示圖5所示的X-X剖面的模式剖面圖、以及對應于該剖面的部分的電位狀態(tài)的圖。圖7(a)是剖面圖，在P型半導體襯底Psub的表面上形成分別對應于溝道區(qū)4、漏極區(qū)8、分離區(qū)10的N阱20、N+擴散層22、P-擴散層24。在襯底表面上通過柵極氧化膜26配置傳輸電極12。圖7(b)是表示電位狀態(tài)的圖，縱軸表示電位，向下正電位增加。N阱20由于加在傳輸電極20上的電壓而耗盡，形成電位井30。該電位井30能蓄積信息電荷32。N+擴散層22形成正電位的漏極34，另外作為分離區(qū)10的P-擴散層24在傳輸溝道的電位井30和漏極34之間形成電位勢壘36。
排出時鐘脈沖φb加在漏極區(qū)8上，通常情況下該排出時鐘脈沖φb下降到低電平(例如5V)。在此狀態(tài)下，在溝道區(qū)4和漏極區(qū)8之間，利用分離區(qū)10形成電位勢壘36。例如，在過大的光照射而在溝道區(qū)中產生大量的信息電荷的情況下，超過溝道區(qū)的蓄積允許量的電荷越過電位勢壘36，流到漏極區(qū)8一側，排放到CCD固體攝像元件中。通過這樣的工作，能抑制剩余電荷漏到周邊像素中而使圖像混亂的模糊現象。
用上述的結構能進行電子快門工作。在該工作中，使加在漏極區(qū)8上的排出時鐘脈沖φb上升到高電平，同時使加在傳輸電極12上的垂直傳輸時鐘脈沖φf下降到低電平。其結果，溝道區(qū)4中的電位井變淺，同時溝道區(qū)4和漏極區(qū)8之間的勢壘降低(圖中36’)。因此，信息電荷沿電位的梯度移動，蓄積在溝道區(qū)4中的信息電荷經由分離區(qū)10一并被排放到漏極區(qū)8一側。利用該工作，蓄積在攝像部2i或蓄積部2s中的信息電荷完全被排出，在攝像部2i中新的曝光期間從該時刻開始。
近年來，正在開發(fā)例如數碼相機和帶有照相攝影功能的攜帶電話這樣的使用CCD固體攝像元件的小型輕量的機器。在小型輕量的機器中為了使電池也小型化，希望低功耗化。這里，迄今，為了橫型排泄工作而加在漏極區(qū)8上的時鐘脈沖電壓是比較高的電壓，降低功耗有余地。
這里如果使加在漏極區(qū)上的時鐘脈沖低壓化，則橫型排泄的功耗下降。可是，迄今為止分離區(qū)與溝道區(qū)和漏極區(qū)之間的電位勢壘不能充分下降，存在剩余電荷的排出工作和電子快門工作不完全的問題。
另一方面，如果使分離區(qū)的寬度變窄，則用低壓化的時鐘脈沖也能進行作為目的的剩余電荷的排出或電子快門工作?？墒?，在此情況下，漏極區(qū)和溝道區(qū)之間的電位勢壘變低，存在信息電荷在垂直移位寄存器內傳輸的期間漏到漏極區(qū)中而減少的問題。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的，目的在于降低使橫型排泄工作的時鐘脈沖的電壓振幅，降低CCD固體攝像元件的功耗，實現良好的排泄功能及電子快門功能，提供一種能獲得良好的圖像質量的CCD固體攝像元件及其驅動方法。

發(fā)明內容
解決上述課題用的本發(fā)明是一種固體攝像元件，其特征在于備有在半導體襯底的一個主面上以規(guī)定的間隔互相平行地沿著第一方向配置的一種導電型的溝道區(qū)；有高濃度的一種導電型，在相鄰的溝道區(qū)之間沿著上述第一方向延伸配置的多個漏極區(qū)；在上述溝道區(qū)及上述漏極區(qū)的間隙中配置的逆導電型的分離區(qū)；以及在上述半導體襯底上沿著與上述第一方向交叉的第二方向延伸互相平行配置的多個傳輸電極，上述分離區(qū)使得每適當個數的傳輸電極中至少一個傳輸電極下面的區(qū)域的寬度比其他傳輸電極下面的區(qū)域的寬度窄。
如果采用本發(fā)明，則設置在溝道區(qū)和漏極區(qū)之間的分離區(qū)的寬度(將溝道區(qū)和漏極區(qū)隔開的距離)局部地形成得窄(即電位勢壘的厚度薄)，其余部分的寬度寬(即電位勢壘的厚度厚)。寬度形成得窄的第一區(qū)的電位勢壘比寬度形成得寬的第二區(qū)容易受漏極區(qū)的電壓的影響。即，在將時鐘脈沖加在漏極區(qū)上、將信息電荷從溝道區(qū)排出的情況下，即使使時鐘脈沖電壓低壓化，在第一區(qū)中也能進行電荷排出。另一方面，第一區(qū)只是分離區(qū)的一部分，由第二區(qū)構成另一部分，所以不會使傳輸效率劣化，能傳輸信息電荷。
這里，在上述固體攝像元件中，上述多個傳輸電極適合對上述每適當個數的上述多個溝道區(qū)分別定義一個感光像素。
在本形態(tài)中，按照對應于沿溝道區(qū)的像素的排列周期的間隔設置第一區(qū)。因此對排列在溝道區(qū)中的多個信息電荷能同時通過第一區(qū)進行信息電荷的排出。
解決上述課題用的本發(fā)明的另一形態(tài)，是一種固體攝像元件的驅動方法，該固體攝像元件在半導體襯底的一個主面上以規(guī)定的間隔互相平行配置的多個溝道區(qū)之間配置漏極區(qū)，在上述溝道區(qū)及上述漏極區(qū)的間隙中配置分離區(qū)，同時在上述半導體襯底上配置多個傳輸電極，上述分離區(qū)使得每適當個數的傳輸電極中至少一個傳輸電極下面的區(qū)域的寬度比其他區(qū)域的寬度窄，該固體攝像元件的驅動方法的特征在于包括使上述多個傳輸電極中在寬度窄的分離區(qū)上形成的傳輸電極上施加的第一時鐘脈沖上升，將信息電荷蓄積在與上述寬度窄的分離區(qū)相鄰的上述溝道區(qū)中的蓄積步驟；以及將周期性地使電位變化的時鐘脈沖供給上述多個傳輸電極，傳輸在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷的傳輸步驟。
在本形態(tài)中，在溝道區(qū)中與作為寬度窄的分離區(qū)的第一區(qū)相鄰的部分形成電位井，由光電變換產生的信息電荷蓄積在該電位井中。采用該方法，例如在由于入射光量多等而產生過剩的信息電荷的情況下，由于第一區(qū)與該電位井相鄰，所以容易控制剩余電荷的排出，還能有效地進行排出。
另外，在上述固體攝像元件的驅動方法中，在上述傳輸步驟之間，最好還有使上述第一時鐘脈沖照樣上升，且使加在上述漏極區(qū)上的第二時鐘脈沖上升，將在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷的一部分排放到上述漏極區(qū)中，限制上述溝道區(qū)的蓄積電荷量的限制步驟。
本發(fā)明使第一時鐘脈沖照樣上升，且使第二時鐘脈沖上升，在溝道區(qū)中蓄積的信息電荷被傳輸之前，蓄積的電荷的一部分被排放到漏極區(qū)中，能限制蓄積電荷量。因此，傳輸信息電荷時，即使在傳輸路徑中有與第一區(qū)相鄰的溝道區(qū)，信息電荷也不會泄漏到溝道區(qū)中，不會使傳輸效率劣化，能傳輸信息電荷。
另外，在上述固體攝像元件的驅動方法中，最好還有在使上述第一時鐘脈沖下降的同時，使加在上述漏極區(qū)上的第二時鐘脈沖上升，將在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷排放到上述漏極區(qū)中的排出步驟。
在本發(fā)明中，在信息電荷被保持在溝道區(qū)中與第一區(qū)相鄰的部分的狀態(tài)下，與第一時鐘脈沖下降的同時，第二時鐘脈沖上升，溝道區(qū)的電位井消失，蓄積在這里的信息電荷基本上全部經由第一區(qū)被排放到漏極區(qū)中。就是說，能將蓄積在CCD固體攝像元件的攝像部或蓄積部中的信息電荷全部排出，實現進行復位的電子快門。


圖1是表示采用本發(fā)明的橫型排泄結構的幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的攝像部或蓄積部的一部分的模式平面圖。
圖2是說明本發(fā)明的實施形態(tài)的CCD固體攝像元件的橫型排泄部分的形成方法的工序流程圖。
圖3是說明本發(fā)明的實施形態(tài)的CCD固體攝像元件的攝像部中的模糊現象抑制工作用的垂直移位寄存器中的電位分布圖。
圖4是對應于圖3所示的工作的時鐘脈沖φ1~φ3及加在漏極區(qū)54上的漏極電壓信號Vdr的時序圖。
圖5是幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的簡略結構圖。
圖6是表示采用現有的橫型排泄結構的幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的攝像部或蓄積部的一部分的模式平面圖。
圖7是一并表示與設置了橫型排泄的垂直移位寄存器的電荷傳輸方向正交的方向的模式剖面圖、以及對應于其剖面的部分的電位分布圖。
具體實施例方式
其次，參照

本發(fā)明的實施形態(tài)的幀傳輸方式的CCD固體攝像元件。幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的簡略結構如圖5所示，引用該圖。幀傳輸方式的CCD固體攝像元件有攝像部2i、蓄積部2s、水平傳輸部2h及輸出部2d。攝像部2i沿垂直方向延伸，由互相平行排列的多個移位寄存器構成，各移位寄存器的各位具有光電二極管的功能，構成感光像素。蓄積部2s由對攝像部2i的垂直移位寄存器連續(xù)遮光的多個移位寄存器構成，各移位寄存器的各位構成蓄積像素。水平傳輸部2h由沿水平方向延伸的單一的移位寄存器構成，蓄積部2s的移位寄存器的輸出端連接在各位上。輸出部2d包括暫時蓄積從水平傳輸部2h輸出的電荷的電容、以及排出該電容中蓄積的電荷的復位晶體管。因此，蓄積在攝像部2i的各感光像素中的信息電荷在每個像素中獨立地傳輸給蓄積部2s的蓄積像素后，一行一行地從蓄積部2s被傳輸給水平傳輸部2h，再以1像素單位從水平傳輸部2h傳輸給輸出部2d。然后，在輸出部2d中每一像素的電荷量被變換成電壓值，該電壓值的變化作為CCD輸出信號供給外部電路。
在構成攝像部2i及蓄積部2s的多個垂直移位寄存器的溝道區(qū)的各溝道區(qū)之間設有漏極區(qū)，作成橫型排泄結構。
圖1是表示采用本發(fā)明的橫型排泄結構的幀傳輸方式的CCD固體攝像元件的攝像部2i或蓄積部2s的一部分的模式平面圖。
垂直移位寄存器的溝道區(qū)50中，在相鄰的溝道區(qū)之間大致中央位置設有漏極區(qū)54，在該漏極區(qū)54和溝道區(qū)50之間設有分離區(qū)56。漏極區(qū)54與溝道區(qū)50平行配置，以一定寬度注入高濃度的N型雜質離子，形成漏極區(qū)54。通過在溝道區(qū)50和漏極區(qū)54之間注入P型雜質離子，形成分離區(qū)56，在溝道區(qū)50和漏極區(qū)54之間形成電位勢壘。
本CCD固體攝像元件的大的結構上的特征在于在分離區(qū)56中形成一部分寬度窄的部分。該部分中溝道區(qū)50和漏極區(qū)54之間的電位勢壘薄。以下，將該部稱為第一區(qū)60，將除此以外的電位勢壘相對厚的部分稱為第二區(qū)62。在圖1所示的結構中，使分離區(qū)52的寬度在對應于第一區(qū)60的部分中比其他部分形成得細，具體地說，第一區(qū)60的寬度為0.1～0.2微米左右，第二區(qū)62的寬度為0.3～0.5微米左右，第二區(qū)的寬度與現有的分離區(qū)大致相同。另一方面，以一定寬度形成漏極區(qū)54，為0.3～0.5微米左右。這些第一區(qū)60、第二區(qū)62及漏極區(qū)54的寬度考慮到信息電荷的傳輸效率和向漏極區(qū)的排出效率，驗證的結果表明，最佳值分別是第一區(qū)60的寬度為0.2微米，第二區(qū)62的寬度為0.4微米，而且，漏極區(qū)54的寬度為0.4微米。
本元件例如是三相驅動的，分別被施加垂直傳輸時鐘脈沖φ1、φ2、φ3的傳輸電極12-1～12-3沿著與它們延伸的方向交叉的方向配置在上述的溝道區(qū)50、漏極區(qū)54、分離區(qū)56上。在三相驅動的情況下，由傳輸電極12-1～12-3這三個傳輸電極構成的組對應于攝像部2i及蓄積部2s中的一個像素。第一區(qū)60設置在配置這三個傳輸電極中的一個、例如傳輸電極12-2的位置上。這里第一區(qū)60的長度(在圖1中縱向的尺寸)形成得與傳輸電極12-2的寬度大致一致。另外，在對應于一個像素的三個傳輸電極的每一組中設置一個第一區(qū)60。
圖2是說明本元件的橫型排泄部分的形成方法的工序流程圖。將絕緣膜82層疊在P型半導體襯底80(Psub)上后，再層疊多晶硅膜、氮化硅膜。此后，對多晶硅膜及氮化硅膜進行構圖，形成層疊了多晶硅84及氮化硅86的掩模88。在后面所述的幾個離子注入工序中利用該掩模88。掩模88的一個側壁90規(guī)定形成溝道區(qū)50的N型雜質的離子注入區(qū)，另一側壁92、92’規(guī)定形成分離區(qū)52的P型雜質的離子注入區(qū)。這里，側壁92對應于第二區(qū)62，側壁92’對應于第一區(qū)60(圖2(a))。
將抗蝕劑涂敷在形成了掩模88的半導體襯底80上，進行曝光，形成抗蝕劑圖形94。該抗蝕劑圖形94將形成分離區(qū)52的襯底區(qū)域(互相相對的側壁92之間、以及側壁92’之間)覆蓋。將這些掩模88及抗蝕劑圖形94作為掩模，注入N型雜質離子，形成N型雜質區(qū)96(圖2(b))。N型雜質區(qū)96的邊界基本上位于掩模88的側壁90的下面。N型雜質區(qū)96在將抗蝕劑圖形94除去后，通過進行熱處理而進行擴散，形成作為溝道區(qū)50的N阱98(圖2(c))。由于擴散，N型雜質區(qū)96向深度方向發(fā)展，同時沿水平方向擴展，在掩模88的側壁92、92’的下面在邊緣位置形成N阱98。
其次，將抗蝕劑涂敷在形成了N阱98的半導體襯底80上，進行曝光，形成抗蝕劑圖形100。該抗蝕劑圖形100將形成了N阱98的襯底區(qū)域(互相相對的側壁96之間)覆蓋。將該抗蝕劑圖形100及掩模88作為掩模，注入P型雜質離子，形成相當于分離區(qū)52的P+擴散層102(圖2(d))。如上所述，由于掩模88的側壁92’比其他部分的側壁92突出，所以用側壁92’夾著的部分的P+擴散層102的寬度比用側壁92夾著的部分的寬度小。
在P+擴散層102的寬度方向的中央部分注入形成漏極區(qū)54用的N型雜質離子，不進行該離子注入的部分成為分離區(qū)56。分離區(qū)56的寬度在第一區(qū)60、第二區(qū)62中都很細，由于將該微細的寬度作為掩模，所以在掩模88的兩側形成側壁104(圖2(e))。在將抗蝕劑圖形100除去后，將氧化膜層疊在半導體襯底80上，對該氧化膜進行各向同性刻蝕處理，形成該側壁104。該側壁104的厚度規(guī)定分離區(qū)56的寬度，在對應于第一區(qū)60的部分上薄薄地形成側壁104。例如，氧化膜形成后，將有開口的掩模覆蓋在互相相對的側壁92’之間，對帶有該掩模的原氧化膜稍微進行了刻蝕后，將該掩模除去，再進行氧化膜的刻蝕。因此在對應于側壁92’的部分，氧化膜的刻蝕量比側壁92多，能使側壁104的厚度薄。
這樣形成了側壁104后，在將抗蝕劑涂敷在半導體襯底80上，進行曝光，形成抗蝕劑圖形106。該抗蝕劑圖形106將形成了N阱98的區(qū)域覆蓋。將該抗蝕劑圖形106、掩模88、以及側壁104作為掩模，注入N型雜質離子，在相當于分離區(qū)52的中央部分形成相當于漏極區(qū)54的N+擴散層108(圖2(f))。另外，P+擴散層102中利用側壁104作掩模，未進行N型雜質注入而剩余的P+擴散層110分別成為分離區(qū)56。
將抗蝕劑圖形106、氮化硅86、以及多晶硅84依次除去后(圖2(g))，利用與現有的CCD固體攝像元件同樣的制造工序，進行傳輸電極和保護膜的形成。
其次說明本元件的驅動方法。圖3是表示構成攝像部2i的垂直移位寄存器的電位的狀態(tài)的圖。圖3中按照縱向排列表示時刻t1～t4的電位分布。圖3(a)表示各時刻沿溝道的電位變化，圖3(b)表示施加垂直傳輸時鐘脈沖φf2的傳輸電極12-2的位置的沿圖1中的X-X剖面的電位變化。在各電位分布圖中，縱軸表示電位，向下正電位增加。另外圖4是對應于圖3中的工作的垂直傳輸時鐘脈沖φf1～φf3及加在漏極區(qū)54上的排出時鐘脈沖φb的時序圖。
這里，在與分離區(qū)56的第一區(qū)60相鄰的溝道區(qū)50上形成電位井，由光電變換產生的信息電荷蓄積在該電位井中。就是說，在時刻t1，使垂直傳輸時鐘脈沖φf2上升到高電平，在傳輸電極12-2下面的N阱98中形成空的電位井150。關于溝道方向，由低電平的φf1、φf3在傳輸電極12-1、12-3的下面形成的高的電位成為勢壘，相鄰的電位井150被隔開(參照圖3(a))。另外關于與溝道正交的方向，在與溝道區(qū)50(N阱98)相鄰的分離區(qū)56(P+擴散層110)與漏極區(qū)54(N+擴散層108)之間形成電位勢壘。這里，傳輸電極12-2的位置的分離區(qū)56是第一區(qū)60，在圖3(b)中的對應于時刻t1的圖中，用實線表示第一區(qū)60形成的電位勢壘154。順便說一下，該圖中使φf1、φf3上升到高電平，在傳輸電極12-1、12-3的下面形成了電位井的情況下，為了對比，用虛線表示由第二區(qū)62形成的電位勢壘156。在圖3(a)中的對應于時刻tf的圖中1用虛線表示電位勢壘154、156各自的峰值電平158、160。電位勢壘154、156的峰值有比勢壘電位152高的勢壘。另外一般說來，第一區(qū)60的電位勢壘154雖然與第二區(qū)62的電位勢壘156相同，但比它低一些。
在傳輸電極12-2及其附近產生的信息電荷162集中在電位井150中，電位井150的電位逐漸升高。在入射光強度大的像素中，由于信息電荷的蓄積，傳輸電極12-2下面的電位能接近相鄰的傳輸電極12-1、12-3下面的勢壘電位152。時刻t2的蓄積在電位井中的信息電荷164表示該狀態(tài)。如果電位井150完全被電子填滿，則再產生的信息電荷便擴散到鄰近的傳輸電極12-1、12-3中，進而到達另一像素的電位井中。這是模糊現象，為了防止該現象的發(fā)生，采用橫型排泄結構。
如圖4所示，在時刻t3，加在漏極區(qū)54上的排出時鐘脈沖φb從低電平上升到高電平，同時加在傳輸電極12-2上的垂直傳輸時鐘脈沖φf2從高電平下降到低電平，進行電子快門工作。其結果，如對應于圖3(b)中的時刻t3的圖所示，溝道區(qū)50的電位淺淺地降低而消滅，同時第一區(qū)60的電位勢壘降低得較低。因此，溝道區(qū)50的電位井150中蓄積的信息電荷一并被排放到漏極區(qū)54中。作為排出時鐘脈沖φb，由于第一區(qū)60的寬度窄，原電位峰值低，所以上升到能使該峰值低的電位勢壘下降的程度的電壓即可，與以往以一定的寬度構成全部分離區(qū)的情況相比，能將高電平的電壓抑制得低一些。這樣，在本元件中，能用電壓低的排出時鐘脈沖φb進行電子快門工作，能降低功耗。
電子快門工作一旦結束，蓄積期間便開始，如圖4所示，排出時鐘脈沖φb下降到低電平，同時垂直傳輸時鐘脈沖φf2再次上升到高電平。因此，如對應于圖3(a)中的時刻t4的圖所示，形成電位井150，同時形成第一區(qū)60及第二區(qū)62的電位勢壘。因此，電子快門工作結束后產生的信息電荷被蓄積在電位井150中，呈與時刻t2相同的狀態(tài)。
在時刻t5，加在漏極區(qū)54上的排出時鐘脈沖φb從低電平上升到高電平。形成分離區(qū)56的電位勢壘利用加在漏極區(qū)54上的電壓而受到調制。具體地說，排出時鐘脈沖φb呈低電平的時序，在第一區(qū)60中如上所述產生電位勢壘154時，如果排出時鐘脈沖φb上升到高電平，則電位勢壘下降。對應于圖3(b)中的時刻t5的圖表示該狀態(tài)，在第一區(qū)60中形成比電位勢壘154及勢壘電位152都低的電位勢壘166。順便說一下，在該圖中，使垂直傳輸時鐘脈沖φf1、φf3下降到低電平，在傳輸電極12-1、12-3的下面形成形成了電位井的情況下，為了進行對比，用虛線表示由第二區(qū)62形成的電位勢壘168。另外在對應于圖3(a)中的時刻t3的圖中，用虛線表示電位勢壘166、168各自的峰值電位電平170、172。將垂直傳輸時鐘脈沖φf2照樣上升到高電平，并使排出時鐘脈沖φb上升到高電平，第一區(qū)60的電位勢壘下降得比勢壘電位低。
因此，蓄積在電位井150中的信息電荷中超過電位電平170的部分通過第一區(qū)60排放到漏極區(qū)54中，限制蓄積電荷量。
這樣，由于限制蓄積在電位井150中的信息電荷的蓄積量，所以在信息電荷的傳輸中，能防止信息電荷泄漏到漏極區(qū)54中。即，在與作為傳輸路徑的溝道區(qū)50相鄰的分離區(qū)中，第一區(qū)60的電位勢壘薄，與第二區(qū)62相比，信息電荷容易泄漏到漏極區(qū)54中。在此情況下，傳輸過程中通過第一區(qū)60部分的次數越多的信息電荷，電荷量減少得也越多。因此，在傳輸信息電荷之前，通過減少并限制蓄積電荷量，能使蓄積電荷量在信息電荷的傳輸過程中不泄漏到漏極區(qū)54中。
以上，說明了本發(fā)明的實施形態(tài)。在本實施形態(tài)中，形成寬度窄的第一區(qū)60及寬度寬的第二區(qū)62時，如圖1所示，雖然在分離區(qū)56和溝道區(qū)50的接合面上形成得帶有凹凸，但不受此限。例如，如圖5所示，也可以使分離區(qū)56和溝道區(qū)50的接合面隨意呈直線形狀，變更漏極區(qū)54的寬度，形成第一區(qū)60及第二區(qū)62。
另外，在本實施形態(tài)中，作為驅動方法給出了三相驅動的例，但本發(fā)明也適用于四相驅動或更多相的驅動。例如，在四相驅動的情況下，在構成一個像素的4個傳輸電極中，既可以在一個傳輸電極下面的區(qū)域中形成第一區(qū)60，或者如圖6所示，也可以在4個傳輸電極中的兩個傳輸電極下面的區(qū)域中形成。
如果采用本發(fā)明的固體攝像元件及其驅動方法，則在橫型排泄結構中，將寬度窄的部分設置在分離區(qū)中，從該部分排出電荷，由于電荷排出，所以能使加在漏極區(qū)上的電壓脈沖低壓化，能降低元件的功耗。這時，分離區(qū)的其他部分的寬度構成得較寬，能防止信息電荷從溝道區(qū)意外地漏出，能確保傳輸效率。
權利要求
1.一種固體攝像元件，其特征在于備有在半導體襯底的一個主面上以規(guī)定的間隔互相平行地沿著第一方向配置的一種導電型的溝道區(qū)；有高濃度的一種導電型，在相鄰的溝道區(qū)之間沿著上述第一方向延伸配置的多個漏極區(qū)；在上述溝道區(qū)及上述漏極區(qū)的間隙中配置的逆導電型的分離區(qū)；以及在上述半導體襯底上沿著與上述第一方向交叉的第二方向延伸互相平行配置的多個傳輸電極，上述分離區(qū)使得每適當個數的傳輸電極中至少一個傳輸電極下面的區(qū)域的寬度比其他傳輸電極下面的區(qū)域的寬度窄。
2.根據權利要求1所述的固體攝像元件，其特征在于上述多個傳輸電極對上述每適當個數的上述多個溝道區(qū)分別定義一個感光像素。
3.一種固體攝像元件的驅動方法，該固體攝像元件在半導體襯底的一個主面上以規(guī)定的間隔互相平行配置的多個溝道區(qū)之間配置漏極區(qū)，在上述溝道區(qū)及上述漏極區(qū)的間隙中配置分離區(qū)，同時在上述半導體襯底上配置多個傳輸電極，上述分離區(qū)使得每適當個數的傳輸電極中至少一個傳輸電極下面的區(qū)域的寬度比其他區(qū)域的寬度窄，該固體攝像元件的驅動方法的特征在于包括使上述多個傳輸電極中在寬度窄的分離區(qū)上形成的傳輸電極上施加的第一時鐘脈沖上升，將信息電荷蓄積在與上述寬度窄的分離區(qū)相鄰的上述溝道區(qū)中的蓄積步驟；以及將周期性地使電位變化的時鐘脈沖供給上述多個傳輸電極，傳輸在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷的傳輸步驟。
4.根據權利要求3所述的固體攝像元件的驅動方法，其特征在于在上述傳輸步驟之間，還有使上述第一時鐘脈沖照樣上升，且使加在上述漏極區(qū)上的第二時鐘脈沖上升，將在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷的一部分排放到上述漏極區(qū)中，限制上述溝道區(qū)的蓄積電荷量的限制步驟。
5.根據權利要求3所述的固體攝像元件的驅動方法，其特征在于還有在使上述第一時鐘脈沖下降的同時，使加在上述漏極區(qū)上的第二時鐘脈沖上升，將在上述蓄積步驟中蓄積的信息電荷排放到上述漏極區(qū)中的排出步驟。
全文摘要
在有橫型排泄的CCD固體攝像元件中，使加在漏極區(qū)上的電壓脈沖低壓化。將寬度窄的第一區(qū)60設置在溝道區(qū)50和漏極區(qū)54之間設置的分離區(qū)56中電荷傳輸方向的一部分上，其他部分作為寬度相對寬的第二區(qū)62。按照與第一區(qū)60相鄰的傳輸電極12－2下面的信息電荷所在位置的時序，將電壓脈沖加在漏極區(qū)54上，使分離區(qū)56形成的電位勢壘下降。在第一區(qū)60中即使脈沖呈低電壓，電位勢壘也能充分地降低，排出不需要的電荷。另一方面，在信息電荷通過與第二區(qū)62相鄰的溝道區(qū)50的情況下，第二區(qū)62的電位勢壘能防止電荷向漏極區(qū)54漏出，確保傳輸效率。
文檔編號H04N5/341GK1519949SQ20031011811
公開日2004年8月11日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權日2002年11月15日
發(fā)明者岡田吉弘 申請人:三洋電機株式會社