(57)【要約】【課題】高精度な画像信号を生成でき、かつ、低消費電力を有する固体撮像装置を提供する。【解決手段】ＦＤＡ型の出力部１０８を有する固体撮像装置１００であって、複数の光電変換素子１０５と、光電変換素子１０５により変換された信号電荷を垂直転送する垂直ＣＣＤ部１０６と、５０％デューティーである４相駆動信号に従い垂直転送された信号電荷を水平転送する前段水平ＣＣＤ部１０７ａと、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと出力部１０８との間に配置され、２相駆動信号に従い前段水平ＣＣＤ部１０７ａから水平転送された信号電荷を出力部１０８へ水平転送する後段水平ＣＣＤ部１０７ｂと、４相駆動信号を発生させる水平ドライバ回路１０３と、２相駆動信号を発生させる垂直水平ドライバ回路１０２とを備え、４相駆動信号の電圧振幅は、２相駆動信号の電圧振幅より小さい。【選択図】図１
2010161183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア型の電荷検出部を有する固体撮像装置であって、
受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子により変換された信号電荷を垂直転送する複数の垂直転送部と、
Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動信号に従って前記複数の垂直転送部から垂直転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送部と、
前記複数の光電変換素子及び前記複数の垂直転送部と離間され、前記第１水平転送部と前記電荷検出部との間に配置され、Ｌ（ＬはＬ≦Ｎの関係にある２以上の整数）相駆動信号に従って前記第１水平転送部から水平転送された信号電荷を前記電荷検出部へ水平転送する第２水平転送部と、
前記第１水平転送部を駆動する前記Ｎ相駆動信号を発生する第１ドライバ部と、
前記第２水平転送部を駆動する前記Ｌ相駆動信号を発生する第２ドライバ部とを備え、
前記Ｌ相駆動信号は、前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅よりも大きい電圧振幅を有する信号を含む
固体撮像装置。
【請求項２】
前記Ｌ相駆動信号の各相における電圧振幅は全てＶLであり、
前記Ｎ相駆動信号の各相における電圧振幅は全てＶNであり、
ＶL＞ＶNなる関係を満たす
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１水平転送部は、前記Ｎ相駆動信号が印加される複数の第１水平転送電極と当該複数の第１水平転送電極の下に形成された第１水平転送チャネルとを備え、
前記第１水平転送チャネルの一部には、前記複数の第１水平転送電極に対応して、当該第１水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第１ｎ型注入領域が形成され、
前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、
前記第２水平転送チャネルの一部には、前記複数の第２水平転送電極に対応して、当該第２水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第２ｎ型注入領域が形成され、
前記第１ｎ型注入領域の不純物濃度は、前記第２ｎ型注入領域の不純物濃度と異なる
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、
前記Ｌは、２の倍数であり、
隣接する２つの第２水平転送電極を駆動する前記Ｌ相駆動信号の電圧振幅は異なる
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
さらに、
前記電荷検出部に蓄積された信号電荷をリセットするためのリセット信号を発生する第３ドライバ部を備え、
前記Ｌ相駆動信号の電圧振幅のうち、１つは前記リセット信号の電圧振幅と同じであり、他の１つは前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅と同じである
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記Ｎ相駆動信号の各相における電圧振幅はＶNであり、
前記Ｌ相駆動信号の各相における電圧振幅はＶLまたはＶNであり、
ＶL＞ＶNなる関係を満たす
請求項４または５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記Ｎ相駆動信号の一部は、前記Ｌ相駆動信号の一部と共用される
請求項４〜６のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の第２水平転送電極には、前記第２水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させるｎ型注入領域が形成されていない
請求項４〜７のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１ドライバ部及び前記第２ドライバ部は、それぞれ、５０％デューティーを有する前記Ｎ相駆動信号及び前記Ｌ相駆動信号を発生させる
請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記Ｎ相駆動信号の一相における立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、それぞれ、前記Ｎ相駆動信号の他相における立ち下がり及び立ち上がりのタイミングと一致する
請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１水平転送部は、印加される前記Ｎ相駆動信号の位相が１８０度異なり、かつ、長さ及び幅が等しい複数の前記第１水平転送電極を有する
請求項９または１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記固体撮像装置は、
前記第１水平転送電極に接続され、前記第１水平転送電極へ前記Ｎ相駆動信号を供給する配線を複数備え、
前記複数の配線のうち、位相が１８０度異なる信号電圧を同時に供給する配線は隣接している
請求項１１記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第１水平転送部の最後段に位置する第１水平転送電極に印加される前記Ｎ相駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、それぞれ、前記第２水平転送部の最前段に位置する第２水平転送電極に印加される前記Ｌ相駆動信号の立ち下がり及び立ち上がりのタイミングと一致する
請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、
前記第２水平転送チャネルは、
前記複数の第２水平転送電極に対応した複数の第２水平転送チャネル領域からなり、
転送方向の長さまたは転送方向と直交する幅が互いに異なる第２水平転送チャネル領域を有する
請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第１水平転送部は、前記Ｎ相駆動信号が印加される複数の第１水平転送電極と当該複数の第１水平転送電極の下に形成された第１水平転送チャネルとを備え、
前記第１水平転送チャネルは、
前記複数の第１水平転送電極に対応した複数の第１水平転送チャネル領域からなり、
転送方向の長さまたは転送方向と直交する幅が互いに異なる第１水平転送チャネル領域を有する
請求項１〜１４のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア型の電荷検出部を有する固体撮像装置であって、
受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子により変換された信号電荷を垂直転送する複数の垂直転送部と、
Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動信号に従って前記複数の垂直転送部から垂直転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送部と、
前記第１水平転送部から水平転送された信号電荷を前記電荷検出部へ水平転送するための第２水平転送電極と当該第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを有する第２水平転送部と、
前記第１水平転送部を駆動する前記Ｎ相駆動信号を発生させる第１ドライバ部と、
前記第２水平転送部を駆動する第２水平転送駆動信号を発生させる第２ドライバ部と、
前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅が、前記第２水平転送駆動信号の電圧振幅よりも小さく、
前記Ｎ相駆動信号及び前記第２水平転送駆動信号は５０％デューティーであり、
前記第２水平転送チャネルの一部には、前記第２水平転送電極に対応して、当該第２水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第２ｎ型注入領域が形成されている
固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１〜１４のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア（ＦＤＡ）型の電荷検出部を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア（ＦＤＡ）型の電荷検出部を有する固体撮像装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図１８は、従来のＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置の概略構成図である。同図に示されるように、固体撮像装置７００は、固体撮像素子７０１と、垂直ドライバ回路７０２と、水平ドライバ回路７０３と、出力アンプ７０４とを備える。また、固体撮像素子７０１は、格子状に配置された複数の光電変換素子７０５からなる光電変換素子部と、光電変換素子７０５の各列に配置された複数列の垂直ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）部７０６と、各垂直ＣＣＤ部７０６の出力端側に配置された水平ＣＣＤ部７０７と、水平ＣＣＤ部７０７の出力端側に配置された出力部７０８とを備える。出力部７０８は、ＦＤＡ型の電荷検出部である。
【０００４】
ここで、固体撮像装置７００について説明する。光電変換素子７０５は、受光した光を信号電荷に変換する。この信号電荷は光の強度に応じた電荷量となる。垂直ＣＣＤ部７０６は、例えば、４相駆動される構造の電極部を有する。具体的には、各垂直ＣＣＤ部７０６は、２つの光電変換素子７０５に対して４つの転送電極を有している。これにより、垂直ドライバ回路７０２が生成する４相駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４が、上記４つの転送電極にそれぞれ印加される。各垂直ＣＣＤ部７０６は、駆動信号φＶ１〜φＶ４により４相駆動されることにより、光電変換素子７０５にて発生した信号電荷を、列単位で垂直方向へ順次転送する。なお、垂直ドライバ回路７０２の生成するφＶ１〜φＶ４はパルス信号である。
【０００５】
各垂直ＣＣＤ部７０６の端部には、水平ＣＣＤ部７０７が配置されている。具体的には、前段水平ＣＣＤ部７０７ａは１つの垂直ＣＣＤ部７０６に対して４つの転送電極を有する。この４つの転送電極は、隣接する２つの転送電極が１組となり、当該転送電極の２つの組には、それぞれ、水平ドライバ回路７０３が生成する２相駆動信号φＨ１及びφＨ２が印加される。また、最終電極部７０７ｂは２つの転送電極を有し、当該２つの転送電極には、水平ドライバ回路７０３が生成する最終電極駆動信号φＨＬが印加される。水平ＣＣＤ部７０７は、前段水平ＣＣＤ部７０７ａを駆動信号φＨ１及びφＨ２により２相駆動し、最終電極部７０７ｂをφＨＬにより駆動することにより、垂直ＣＣＤ部７０６の出力端から転送された信号電荷を水平方向へ順次転送する。なお、水平ドライバ回路７０３の生成するφＨ１、φＨ２、φＨＬ及び、出力部７０８のリセットゲート７１１を駆動するリセット信号φＲはパルス信号である。
【０００６】
水平ＣＣＤ部７０７の出力側には、ＦＤＡ型の電荷検出部である出力部７０８が配置されている。出力部７０８は、出力ゲート７０９と、出力アンプ７０４に接続されるフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）７１０と、リセットゲート７１１と、リセットドレイン（ＲＤ）７１２とを備える。
【０００７】
出力部７０８は、水平転送された各信号電荷を順次検出し、検出した各信号電荷を順次電圧に変換する。出力ゲート７０９には、一定電圧のＯＧ信号が印加されており、水平ＣＣＤ部７０７の最終電極部７０７ｂに印加される駆動信号φＨＬが“Ｌ”レベルとなって、最終電極部７０７ｂ下の電位が出力ゲート７０９下の電位（ＯＧバリア：電位障壁）よりも低くなったときに、最終電極部７０７ｂに蓄積された信号電荷がＦＤ７１０へ転送される。
【０００８】
一方、リセットドレイン７１２には、一定電圧ＲＤが印加されている。また、リセットゲート７１１には、水平ドライバ回路７０３が生成するリセット信号φＲが印加される。リセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなってリセットゲート７１１がオン状態になると、ＦＤ７１０に蓄積されていた信号電荷がリセットされ、ＦＤ７１０の電圧はリセットドレイン７１２の電圧ＲＤと等しくなる。その後、リセット信号φＲが“Ｌ”レベルとなると、ＦＤ７１０の電圧は基準電圧（フィードスルーレベル）となる。その後、水平ＣＣＤ部７０７からＦＤ７１０へ信号電荷が転送されると、ＦＤ７１０の電圧は、基準電圧から当該信号電荷相当分だけ下がった電圧（信号レベル）となる。このように、ＦＤ７１０は、水平ＣＣＤ部７０７から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する。出力アンプ７０４は、出力部７０８にて変換された電圧信号を増幅して、出力信号Ｖｏｕｔを生成する。出力信号Ｖｏｕｔは、図示しない外部回路において積分型相関二重サンプリング処理されて画像信号となり、図示しないディスプレイへ送信される。ここで積分型相関二重サンプリング処理とは、出力信号Ｖｏｕｔのフィードスルーレベルの積分量と、出力信号Ｖｏｕｔの信号レベルの積分量との差分を演算して１画素分の画像信号を生成する処理である。
【０００９】
次に、固体撮像装置７００における水平転送動作及び電荷検出動作について説明する。図１９は、従来の固体撮像装置のリセット信号φＲ、最終電極駆動信号φＨＬ、２相駆動信号φＨ１及びφＨ２、及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に示されるように、φＨ１とφＨ２とは同振幅及び逆位相、φＨ１とφＨＬとは同振幅及び同位相である。また、φＲは、φＨＬが立ち上がるタイミングとほぼ同じタイミングで立ち上がる。
【００１０】
図２０は、従来の固体撮像装置における水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。同図に示されるように、水平ＣＣＤ部７０７の前段水平ＣＣＤ部７０７ａにおいて、２つの転送電極からなる各組のうち、入力側の転送電極の下には、アクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。また、同様に、最終電極駆動信号φＨＬが印加される最終電極部７０７ｂを構成する２つの転送電極のうち、入力側の転送電極の下には、アクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。
【００１１】
上記構成により、直下に上記不純物注入領域Ｎ-が形成されていない方の転送電極の下に電位の井戸が形成され信号電荷が蓄積され、また、当該信号電荷が入力側の転送電極の下へ逆流することが防止される。
【００１２】
以下、図１９及び図２０を用いて、固体撮像装置７００における水平転送動作及び電荷検出動作について詳細に説明する。なお、図２０において、信号電圧が“Ｈ”レベルであるとは、正電位であることを示しており、図２０に記載された電位分布の方向としては下方向となる。また、信号電圧が“Ｌ”レベルであるとは、零電位または負電位であることを示しており、図２０に記載された電位分布の方向としては上方向となる。
【００１３】
まず、時刻ｔ１において、駆動信号φＨ１及びφＨＬが“Ｈ”レベルとなり、駆動信号φＨ２が“Ｌ”レベルとなる。これにより、駆動信号φＨ１が印加される転送電極の下の電位の井戸に信号電荷が蓄積されるとともに、前段水平ＣＣＤ部７０７ａを転送してきた信号電荷が、駆動信号φＨＬが印加される転送電極の下の電位の井戸に蓄積される。また、リセット信号φＲが“Ｈ”レベルになると、ＦＤ７１０に蓄積されていた信号電荷がリセットされ、ＦＤ７１０の電圧がリセットドレイン７１２の電圧ＲＤと等しくなる。
【００１４】
次に、時刻ｔ２において、リセット信号φＲが“Ｌ”レベルとなる。これによりＦＤ７１０の電圧が基準電圧（フィードスルーレベル）となり、ＦＤ７１０に信号電荷が蓄積される準備が整う。
【００１５】
次に、時刻ｔ３及びｔ４において、駆動信号φＨ１及びφＨＬが“Ｌ”レベルとなり、駆動信号φＨ２が“Ｈ”レベルとなる。これにより、１相目の転送電極下に蓄積されていた信号電荷が、駆動信号φＨ２が印加される２相目の転送電極下の電位の井戸に向けて移動する。また、最終電極部７０７ｂの転送電極下に蓄積されていた信号電荷がＦＤ７１０へ移動し、ＦＤ７１０の電圧は移動してきた信号電荷に応じて基準電圧から下がった電圧（信号レベル）となる。
【００１６】
以降、時刻ｔ１〜ｔ４の動作を繰り返すことにより、垂直ＣＣＤ部７０６から垂直転送された各列の信号電荷を水平転送し、該水平転送した信号電荷を電圧変換して出力信号Ｖｏｕｔを生成する。
【００１７】
以上のように、ＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置では、光電変換素子７０５で発生した信号電荷を垂直転送及び水平転送し、出力部において、各信号電荷を電圧変換している。
【００１８】
しかしながら、近年、固体撮像装置の低消費電力化に対する要求が高い。低消費電力化の対策としては、駆動信号の低電圧化が有効である。特に、高速動作が要求される水平ＣＣＤ部を駆動する駆動信号の低電圧化が実現されれば、消費電力を大幅に低減させることが可能となる。しかし、上述した従来の固体撮像装置７００において、単に水平ドライバ回路７０３で生成される駆動信号の電圧レベルを低くするだけでは、ＦＤ７１０に蓄積可能な飽和信号電荷量の低下、先送り現象等により、画像のダイナミックレンジが減少もしくは正確な画像信号が得られないという問題が発生する。
【００１９】
例えば、固体撮像装置７００において、リセット信号φＲが低電圧化すると、ＦＤ７１０に蓄積された信号電荷が完全にリセットされなくなる。これにより、ＦＤ７１０に蓄積され得る飽和信号電荷量が低下する。
【００２０】
また、固体撮像装置７００において、駆動信号φＨＬが低電圧化すると、駆動信号φＨＬが“Ｈ”レベルであるときの最終電極部７０７ｂ下の電位が低くなる。これにより、最終電極部７０７ｂに転送された信号電荷が、駆動信号φＨＬが“Ｈ”レベルである間にＯＧバリアを超えてＦＤ７１０へ移動してしまうという、いわゆる先送り現象が発生する。また先送り現象により、ＦＤ７１０の基準電圧が低下し、飽和信号電荷量が低下する。結果としてディスプレイに表示される画像のダイナミックレンジが減少する。
【００２１】
上述したような低電圧化に伴う信号電荷転送に関する問題を解決するため、水平ＣＣＤ部を駆動する駆動信号の相数を増加させ、当該水平ＣＣＤ部を駆動するドライバを最終電極駆動信号及びリセット信号を生成するドライバと別に設ける構成が考えられる。
【００２２】
図２１は、従来のＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置の概略構成図である。同図に示されるように、固体撮像装置８００は、固体撮像素子７０１と、垂直水平ドライバ回路８０２と、水平ドライバ回路８０３と、出力アンプ７０４とを備える。また、固体撮像素子７０１は、格子状に配置された複数の光電変換素子７０５からなる光電変換素子部と、光電変換素子７０５の各列に配置された複数列の垂直ＣＣＤ部７０６と、各垂直ＣＣＤ部７０６の出力端側に配置された水平ＣＣＤ部８０７と、水平ＣＣＤ部８０７の出力端側に配置された出力部７０８とを備える。同図に記載された固体撮像装置８００は、図１８に記載された固体撮像装置７００と比較して、水平ＣＣＤ部８０７、垂直水平ドライバ回路８０２及び水平ドライバ回路８０３の構成が異なる。以下、固体撮像装置７００の構成と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００２３】
垂直水平ドライバ回路８０２は、各垂直ＣＣＤ部７０６を駆動する、例えば、４相の駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４を生成する。また、垂直水平ドライバ回路８０２は、水平ＣＣＤ部８０７の最終電極部８０７ｂを駆動する最終電極駆動信号φＨＬを生成する。また、垂直水平ドライバ回路８０２は、出力部７０８のリセットゲート７１１を駆動するリセット信号φＲを生成する。垂直水平ドライバ回路８０２には、電源より、例えば、３．３Ｖの電圧が供給されている。
【００２４】
水平ドライバ回路８０３は、水平ＣＣＤ部８０７の前段水平ＣＣＤ部８０７ａを駆動する４相の駆動信号φＨ4１、φＨ4２、φＨ4３及びφＨ4４を生成する。水平ドライバ回路８０３には、電源より、例えば、１．８Ｖの電圧が供給されている。つまり、水平ドライバ回路８０３は、垂直水平ドライバ回路８０２より低い電圧レベルを有する駆動信号を生成する。
【００２５】
各垂直ＣＣＤ部７０６の端部には、水平ＣＣＤ部８０７が配置されている。具体的には、前段水平ＣＣＤ部８０７ａが２つの垂直ＣＣＤ部８０６に対して８つの転送電極を有する。
【００２６】
この８つの転送電極は、隣接する２つの転送電極が１組となり、当該転送電極の４つの組には、それぞれ、水平ドライバ回路８０３が生成する４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４が印加される。
【００２７】
また、最終電極部８０７ｂは２つの転送電極を有し、当該２つの転送電極には、垂直水平ドライバ回路８０２が生成する最終電極駆動信号φＨＬが印加される。
【００２８】
上記構成により、前段水平ＣＣＤ部８０７ａは駆動信号φＨ4１〜φＨ4４により４相駆動され、各垂直ＣＣＤ部７０６の出力端から転送された信号電荷を水平方向に転送する。また、最終電極部８０７ｂは、駆動信号φＨＬにより駆動され、前段水平ＣＣＤ部８０７ａから転送された信号電荷を出力部７０８へ水平転送する。
【００２９】
次に、固体撮像装置８００における水平転送動作及び電荷検出動作について説明する。図２２は、従来の固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４、最終電極駆動信号φＨＬ及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。また、図２３は、従来の固体撮像装置における水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布の一例を示す図である。
【００３０】
図２２に記載されたように、φＨ4１〜φＨ4４は同じ振幅（例えば１．８Ｖ）を有し、φＲ及びφＨＬは同じ振幅（例えば３．３Ｖ）を有する。つまり、φＨ4１〜φＨ4４の電圧レベルは、φＲ及びφＨＬの電圧レベルより低い。また、φＨ4１〜φＨ4４は、電圧レベルが“Ｈ”である期間と、“Ｌ”である期間の比（デューティー比）は５：３となっている。
【００３１】
図２３に記載されたように、最終電極駆動信号φＨＬが印加される最終電極部８０７ｂを構成する２つの転送電極のうち、入力側の転送電極の下には、アクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。一方、４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４が印加される前段水平ＣＣＤ部８０７ａの各転送電極下には不純物注入領域Ｎ-が形成されていない。
【００３２】
例えば、図２２に記載された時刻ｔ０において、図２３に記載された前段水平ＣＣＤ部８０７ａにおける転送電極下は、上述した４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４のデューティー比が５：３であることから、隣接する６つの転送電極に印加された３相分の駆動信号φＨ4２〜φＨ4４の電圧レベルを“Ｈ”とすることが可能となり、当該６つの転送電極の下に渡って電位の井戸が形成される。これにより、前段水平ＣＣＤ部８０７ａの４相駆動信号の電圧レベルが低くても、一信号電荷の蓄積容量が確保される。よって、固体撮像装置８００の前段水平ＣＣＤ部駆動信号の低電圧化による、固体撮像装置８００の低消費電力化が図られる。
【特許文献１】特開平５−９５００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、上述した固体撮像装置８００のように、前段水平ＣＣＤ部８０７ａをデューティー比が５：３である４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４を用いて駆動する場合、出力信号Ｖｏｕｔには、各駆動信号φＨ4１〜φＨ4４のパルス立ち上がり及び立ち下がり（図２２の破線で図示された部分）に起因するカップリングノイズが発生する。図２４は、従来の固体撮像装置における出力信号に発生するノイズを説明するための出力波形図である。同図に示されるように、特に、基準電圧積分期間及び信号電圧積分期間に上記カップリングノイズ発生する場合には、正確な出力信号が得られず、画像品質を低下させてしまう。
【００３４】
上記問題に鑑み、本発明は、高精度な画像信号を生成でき、かつ、低消費電力を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア型の電荷検出部を有する固体撮像装置であって、受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子により変換された信号電荷を垂直転送する複数の垂直転送部と、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動信号に従って前記複数の垂直転送部から垂直転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送部と、前記複数の光電変換素子及び前記複数の垂直転送部と離間され、前記第１水平転送部と前記電荷検出部との間に配置され、Ｌ（ＬはＬ≦Ｎの関係にある２以上の整数）相駆動信号に従って前記第１水平転送部から水平転送された信号電荷を前記電荷検出部へ水平転送する第２水平転送部と、前記第１水平転送部を駆動する前記Ｎ相駆動信号を発生する第１ドライバ部と、前記第２水平転送部を駆動する前記Ｌ相駆動信号を発生する第２ドライバ部とを備え、前記Ｌ相駆動信号は、前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅よりも大きい電圧振幅を有する信号を含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明の構成によれば、垂直転送部から垂直転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送部がＮ（Ｎは３以上の整数）相駆動されるので、第１水平転送部及び電荷検出部に接続された第２水平転送部がともにＬ（Ｌ≦Ｎ）相駆動される場合と比較して、第１水平転送部の転送電極数が増大する。この転送電極数の増大により、第１水平転送部を駆動する駆動信号の電圧振幅を小さくしても、転送チャネルに蓄積される信号電荷の飽和電荷量を確保することが可能となる。
【００３７】
また、第１水平転送部の駆動相数の増大に伴い、駆動信号の有するパルス波形の立ち上がり及び立ち下がりタイミング数が増加する。本発明の構成によれば、第１水平転送部と電荷検出部との間に、Ｌ（Ｌは２以上の整数）相駆動する第２水平転送部が配置されている。第２水平転送部は第１水平転送部と比較して、総電極数が少ないため静電容量は小さい。この第２水平転送部の配置により、転送チャネルを介在して上記パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりに起因するノイズが電荷検出部にて結合し出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【００３８】
以上により、ノイズが少ない高精度な画像信号を生成でき、かつ、低消費電力を実現することが可能となる。
【００３９】
また、前記Ｌ相駆動信号の各相における電圧振幅は全てＶLであり、前記Ｎ相駆動信号の各相における電圧振幅は全てＶNであり、ＶL＞ＶNなる関係を満たしてもよい。
【００４０】
これにより、第１水平転送部が低電圧で駆動されるので、低消費電力を実現することが可能となる。
【００４１】
また、前記第１水平転送部は、前記Ｎ相駆動信号が印加される複数の第１水平転送電極と当該複数の第１水平転送電極の下に形成された第１水平転送チャネルとを備え、前記第１水平転送チャネルの一部には、前記複数の第１水平転送電極に対応して、当該第１水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第１ｎ型注入領域が形成され、前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、前記第２水平転送チャネルの一部には、前記複数の第２水平転送電極に対応して、当該第２水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第２ｎ型注入領域が形成され、前記第１ｎ型注入領域の不純物濃度は、前記第２ｎ型注入領域の不純物濃度と異なってもよい。
【００４２】
これにより、第１水平転送部の転送チャネル内のポテンシャルレベルを細分することが可能となるので、第１転送部の入力側から出力側に向けて、信号電荷の転送を容易に行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、信号電荷の水平転送を高速化することが可能となる。
【００４３】
また、前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、前記Ｌは、２の倍数であり、隣接する２つの第２水平転送電極を駆動する前記Ｌ相駆動信号の電圧振幅は異なってもよい。
【００４４】
これにより、第２水平転送部の転送チャネルにアクセプタ不純物を注入せずとも、隣接する転送電極間において信号電荷の転送を行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、不純物注入工程が省略されるので製造工程の簡略化が可能となる。またアクセプタ不純物を注入すべき転送チャネルに印加される電圧よりも、アクセプタ不純物を注入しない転送チャネルに印加される電圧の方が低いので、低消費電力化を実現することが可能となる。
【００４５】
また、さらに、前記電荷検出部に蓄積された信号電荷をリセットするためのリセット信号を発生する第３ドライバ部を備え、前記Ｌ相駆動信号の電圧振幅のうち、１つは前記リセット信号の電圧振幅と同じであり、他の１つは前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅と同じであってもよい。
【００４６】
また、前記Ｎ相駆動信号の各相における電圧振幅はＶNであり、前記Ｌ相駆動信号の各相における電圧振幅はＶLまたはＶNであり、ＶL＞ＶNなる関係を満たしてもよい。
【００４７】
これにより、第２水平転送部を駆動する駆動信号の電圧源の一部として、低電圧化された第１水平転送部を駆動する駆動信号の電圧源を用いることが可能となる。よって、低消費電力化を実現することが可能となる。
【００４８】
また、前記Ｎ相駆動信号の一部は、前記Ｌ相駆動信号の一部と共用されてもよい。
【００４９】
これにより、第１水平転送部を駆動する駆動信号を生成する第１ドライバ部の回路構成と、第２水平転送部を駆動する駆動信号を生成する第２ドライバ部の回路構成とを一部供用することが可能となる。よって、さらに、低消費電力化が図られる。
【００５０】
また、前記第１ドライバ部及び前記第２ドライバ部は、それぞれ、５０％デューティーを有する前記Ｎ相駆動信号及び前記Ｌ相駆動信号を発生させることが好ましい。
【００５１】
さらに、前記Ｎ相駆動信号の一相における立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、それぞれ、前記Ｎ相駆動信号の他相における立ち下がり及び立ち上がりのタイミングと一致することが好ましい。
【００５２】
これにより、第１水平転送部を駆動する駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。同様に、第２水平転送部を駆動する駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。よって、上記ノイズが電荷検出部にて結合し、出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【００５３】
さらに、前記第１水平転送部は、印加される前記Ｎ相駆動信号の位相が１８０度異なり、かつ、長さ及び幅が等しい複数の前記第１水平転送電極を有することが好ましい。
【００５４】
これにより、位相反転関係にあるパルス駆動信号の波形品質を合わせることが可能となる。よって、パルス駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合う効果が向上する。
【００５５】
さらに、前記固体撮像装置は、前記第１水平転送電極に接続され、前記第１水平転送電極へ前記Ｎ相駆動信号を供給する配線を複数備え、前記複数の配線のうち、位相が１８０度異なる信号電圧を同時に供給する配線は隣接していることが好ましい。
【００５６】
これにより、各ドライバ部から各水平転送部へ駆動信号を供給するための配線部において、位相反転関係にあるパルス駆動信号を近接させることにより、パルス駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合う効果が向上する。
【００５７】
さらに、前記第１水平転送部の最後段に位置する第１水平転送電極に印加される前記Ｎ相駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、それぞれ、前記第２水平転送部の最前段に位置する第２水平転送電極に印加される前記Ｌ相駆動信号の立ち下がり及び立ち上がりのタイミングと一致してもよい。
【００５８】
これにより、第１水平転送部と第２水平転送部との間で発生するカップリングノイズを低減することが可能となる。
【００５９】
また、前記第２水平転送部は、前記Ｌ相駆動信号が印加される複数の第２水平転送電極と当該複数の第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを備え、前記第２水平転送チャネルは、前記複数の第２水平転送電極に対応した複数の第２水平転送チャネル領域からなり、転送方向の長さまたは転送方向と直交する幅が互いに異なる第２水平転送チャネル領域を有することが好ましい。
【００６０】
信号電荷を高精度に電圧変換することが要求される電荷検出部は、出力電圧の波形歪みを回避するため静電容量を小さくすることが望ましい。一方、第１水平転送部では、出力信号のダイナミックレンジを確保するため、信号電荷を完全転送するための静電容量を保持することが要求される。従って、電荷検出部と第１水平転送部とでは、信号電荷を蓄積する転送電極に対応した各転送チャネル領域の最適形状が異なる。本構成により、第２水平転送部の各転送チャネル領域の幅及び長さを変化させることにより、整合性のとれた水平転送を実現できる。
【００６１】
また、前記第１水平転送部は、前記Ｎ相駆動信号が印加される複数の第１水平転送電極と当該複数の第１水平転送電極の下に形成された第１水平転送チャネルとを備え、前記第１水平転送チャネルは、前記複数の第１水平転送電極に対応した複数の第１水平転送チャネル領域からなり、転送方向の長さまたは転送方向と直交する幅が互いに異なる第１水平転送チャネル領域を有することが好ましい。
【００６２】
第１水平転送部は、必要な飽和信号電荷量に応じて転送チャネルの静電容量が最適化されることが望ましい。本構成により、第１水平転送部の各転送電極に対応した各転送チャネル領域の形状を最適化することが可能となるので、本固体撮像装置の小型化に貢献することが可能となる。
【００６３】
また、本発明に係る固体撮像装置は、フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア型の電荷検出部を有する固体撮像装置であって、受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子により変換された信号電荷を垂直転送する複数の垂直転送部と、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動信号に従って前記複数の垂直転送部から垂直転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送部と、前記第１水平転送部から水平転送された信号電荷を前記電荷検出部へ水平転送するための第２水平転送電極と当該第２水平転送電極の下に形成された第２水平転送チャネルとを有する第２水平転送部と、前記第１水平転送部を駆動する前記Ｎ相駆動信号を発生させる第１ドライバ部と、前記第２水平転送部を駆動する第２水平転送駆動信号を発生させる第２ドライバ部と、前記Ｎ相駆動信号の電圧振幅が、前記第２水平転送駆動信号の電圧振幅よりも小さく、前記Ｎ相駆動信号及び前記第２水平転送駆動信号は５０％デューティーであり、前記第２水平転送チャネルの一部には、前記第２水平転送電極に対応して、当該第２水平転送チャネル内にポテンシャル段差を発生させる第２ｎ型注入領域が形成されていることを特徴とする。
【００６４】
第１水平転送部の駆動相数の増大に伴い、駆動信号の有するパルス波形の立ち上がり及び立ち下がりタイミング数が増加する。本発明の構成によれば、水平転送駆動信号を５０％デューティーで駆動するので、第１水平転送部を駆動する駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。よって、上記ノイズが電荷検出部にて結合し、出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。また、第２水平転送電極の転送チャネルは第１水平転送部よりも濃いアクセプタ不純物を注入するため、第１水平転送部への信号電荷の逆流が防止され、スムーズな水平転送を実現することが可能となる。
【００６５】
また、本発明は、上記のような特徴を有する固体撮像装置として実現することができるだけでなく、このような固体撮像装置を備えるカメラとしても、上記と同様の構成と効果がある。
【発明の効果】
【００６６】
本発明の固体撮像装置によれば、水平転送駆動信号が低電圧化され、かつ、当該駆動信号のパルス立ち上がり及び立ち下がりタイミングに起因したカップリングノイズの発生が抑制されるので、高精度な画像信号を生成し、かつ、低消費電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
（実施の形態１）
本実施の形態における固体撮像装置は、フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア（ＦＤＡ）型の電荷検出部と、受光した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、当該信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、例えば、４相駆動信号に従い当該信号電荷を水平転送する第１水平転送部と、光電変換素子及び垂直転送部と離間され、第１水平転送部と電荷検出部との間に配置され、例えば、２相駆動信号に従い第１水平転送部から水平転送された信号電荷を電荷検出部へ水平転送する第２水平転送部とを備え、４相駆動信号の各相における電圧振幅は、２相駆動信号の電圧振幅より小さい。これにより、第１水平転送部を２相駆動する場合と比較して、第１水平転送部の信号電荷を蓄積することができる転送電極数が増大するため、第１水平転送部を駆動する駆動信号の電圧振幅を小さくしても、転送チャネルに蓄積される信号電荷の飽和電荷量を確保することが可能となる。また、第１水平転送部の駆動相数の増大に伴い、駆動信号の有するパルス波形の立ち上がり及び立ち下がりタイミング数が増加する。しかし、第１水平転送部と電荷検出部との間に、２相駆動する第２水平転送部が配置されている。第２水平転送部は、総電極数が少ないため静電容量は小さい。この第２水平転送部の配置により、転送電極や信号配線を介在して上記パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりに起因するノイズが電荷検出部にて結合し、出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【００６８】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の概略構成図である。同図に示されるように、固体撮像装置１００は、固体撮像素子１０１と、垂直水平ドライバ回路１０２と、水平ドライバ回路１０３と、出力アンプ１０４とを備える。また、固体撮像素子１０１は、格子状に配置された複数の光電変換素子１０５からなる光電変換素子部と、光電変換素子１０５の各列に配置された複数列の垂直ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）部１０６と、各垂直ＣＣＤ部１０６の出力端側に配置された水平ＣＣＤ部１０７と、水平ＣＣＤ部１０７の出力端側に配置された出力部１０８とを備える。出力部１０８は、ＦＤＡ型の電荷検出部である。
【００７０】
垂直水平ドライバ回路１０２は、各垂直ＣＣＤ部１０６を駆動する４相の駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４を生成する。また、垂直水平ドライバ回路１０２は、水平ＣＣＤ部１０７の後段水平ＣＣＤ部１０７ｂを駆動する２相動信号φＨ2１及びφＨ2２を生成する第２ドライバ部である。また、垂直水平ドライバ回路１０２は、出力部１０８のリセットゲート１１１を駆動するリセット信号φＲを生成する第３ドライバ部でもある。垂直水平ドライバ回路１０２には、電源より、例えば、３．３Ｖの電圧が供給されている。
【００７１】
水平ドライバ回路１０３は、水平ＣＣＤ部１０７の前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する４相の駆動信号φＨ4１、φＨ4２、φＨ4３及びφＨ4４を生成する第１ドライバ部である。水平ドライバ回路１０３には、電源より、例えば、１．８Ｖの電圧が供給されている。つまり、水平ドライバ回路１０３は、垂直水平ドライバ回路１０２より低い電圧レベルを有する駆動信号を生成する。
【００７２】
なお、垂直水平ドライバ回路１０２及び水平ドライバ回路１０３に供給する電源電圧は、上述した電圧に限定されるものではない。ただし、垂直水平ドライバ回路１０２は、水平ドライバ回路１０３に比べて振幅が大きい電圧を扱うことができるドライバＩＣである。
【００７３】
また、垂直ＣＣＤ部１０６を駆動するドライバ回路と水平ＣＣＤ部１０７を駆動するドライバ回路とは、それぞれ、独立した回路であってもよい。また、垂直水平ドライバ回路１０２及び水平ドライバ回路１０３を合わせてワンチップのドライバＩＣとしてもよい。
【００７４】
光電変換素子１０５は、受光した光を信号電荷に変換する。この信号電荷は光の強度に応じた電荷量となる。
【００７５】
垂直ＣＣＤ部１０６は、垂直転送部であり、４相駆動される構造の電極部を有する。具体的には、各垂直ＣＣＤ部１０６は、２つの光電変換素子１０５に対して４つの転送電極を有している。これにより、垂直水平ドライバ回路１０２が生成する４相駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４が、上記４つの転送電極にそれぞれ印加される。各垂直ＣＣＤ部１０６は、駆動信号φＶ１〜φＶ４で４相駆動されることにより、光電変換素子１０５にて発生した信号電荷を、列単位で垂直方向へ順次転送する。なお、垂直水平ドライバ回路１０２の生成するφＶ１〜φＶ４はパルス信号である。なお、４相駆動方式以外の駆動方式（例えば、３相駆動方式）の垂直ＣＣＤによって信号電荷を垂直転送する構成としてもよい。
【００７６】
水平ＣＣＤ部１０７は、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと後段水平ＣＣＤ部１０７ｂとを備える。各垂直ＣＣＤ部１０６の出力端には、前段水平ＣＣＤ部１０７ａが配置されている。
【００７７】
前段水平ＣＣＤ部１０７ａは、第１水平転送部であり、１列の垂直ＣＣＤ部１０６に対して、例えば、４つの転送電極を有する。この４つの転送電極には、それぞれ、水平ドライバ回路１０３が生成する４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４が印加される。前段水平ＣＣＤ部１０７ａは、駆動信号φＨ4１〜φＨ4４で４相駆動されることにより、各垂直ＣＣＤ部１０６の出力端から転送された信号電荷を水平方向に転送する。なお、水平ドライバ回路１０３の生成するφＨ4１〜φＨ4４はパルス信号である。
【００７８】
後段水平ＣＣＤ部１０７ｂは、第２水平転送部であり、上記光電変換素子部及び垂直ＣＣＤ部１０６と離間され、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと出力部１０８との間に配置される。また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂは、隣接する２つの転送電極の組を複数組（図１では４組）有し、垂直水平ドライバ回路１０２が生成する２相駆動信号φＨ2１及びφＨ2２が、その組ごとに交互に印加される。後段水平ＣＣＤ部１０７ｂは、駆動信号φＨ2１及びφＨ2２で駆動されることにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａから転送された信号電荷を出力部１０８へ水平転送する。なお、垂直水平ドライバ回路１０２の生成するφＨ2１及びφＨ2２はパルス信号である。
【００７９】
出力部１０８は、ＦＤＡ型の電荷検出部であり、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの出力側に配置されている。出力部１０８は、出力ゲート１０９と、出力アンプ１０４に接続されるフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）１１０と、リセットゲート１１１と、リセットドレイン１１２とを備える。
【００８０】
出力部１０８は、水平転送された各信号電荷を順次検出し、検出した各信号電荷を順次電圧に変換する。出力ゲート１０９には、一定電圧のＯＧ信号が印加されている。後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの最後段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ2２が“Ｌ”レベルとなり、当該転送電極下の電位が出力ゲート１０９下の電位（ＯＧバリア：電位障壁）よりも低くなったときに、当該転送電極に蓄積された信号電荷がＦＤ１１０へ転送される。
【００８１】
一方、リセットドレイン１１２には、一定電圧ＲＤが印加されている。また、リセットゲート１１１には、垂直水平ドライバ回路１０２が生成するリセット信号φＲが印加される。リセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなってリセットゲート１１１がオン状態になると、ＦＤ１１０に蓄積されていた信号電荷がリセットされ、ＦＤ１１０の電圧はリセットドレイン１１２の電圧ＲＤと等しくなる。その後、リセット信号φＲが“Ｌ”レベルとなると、ＦＤ１１０の電圧は基準電圧（フィードスルーレベル）となる。その後、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂからＦＤ１１０へ信号電荷が転送されると、ＦＤ１１０の電圧は、基準電圧から当該信号電荷相当分だけ下がった電圧（信号レベル）となる。このように、ＦＤ１１０は、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂから転送されてきた信号電荷を電圧に変換する。なお、出力部１０８のリセットゲート１１１を駆動するリセット信号φＲはパルス信号である。
【００８２】
出力アンプ１０４は、出力部１０８にて変換された電圧信号を増幅して、出力信号Ｖｏｕｔを生成する。出力信号Ｖｏｕｔは、図示しない外部回路において積分型相関二重サンプリング処理されて画像信号となり、図示しないディスプレイへ送信される。ここで積分型相関二重サンプリング処理とは、出力信号Ｖｏｕｔのフィードスルーレベルの積分量と、出力信号Ｖｏｕｔの信号レベルの積分量との差分を演算して１画素分の画像信号を生成する処理である。
【００８３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。同図に示されるように、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいて、隣接する４つの転送電極には、それぞれ、φＨ4１〜φＨ4４の４相駆動信号が印加される。また、水平転送される各信号電荷は、隣接する２つの転送電極にわたって形成された電位の井戸に蓄積される。これにより、４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４の“Ｈ”レベル（１．８Ｖ）を、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの２相駆動信号φＨ2１及びφＨ2２の“Ｈ”レベル（３．３Ｖ）より低く設定しても、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいてスムーズな水平転送がなされる。
【００８４】
また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂにおいて、２つの転送電極からなる各組のうち、入力側の転送電極の下には、アクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。
【００８５】
上記構成により、直下に上記不純物注入領域Ｎ-が形成されていない方の転送電極の下に電位の井戸が形成され、当該井戸に信号電荷が蓄積される。また、信号電荷が入力側の転送電極の下へ逆流することが防止される。
【００８６】
次に、固体撮像装置１００における水平転送動作及び電荷検出動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に示されるように、４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４においては、各相の電圧振幅は、全て１．８Ｖである。また、４相駆動信号は、デューティー比が５０％で駆動されており、各位相は前段の駆動信号の位相に対し９０度遅れている。また、２相駆動信号φＨ2１及びφＨ2２においては、両相の電圧振幅は、全て３．３Ｖである。また、２相駆動信号は、デューティー比が５０％で駆動されており、２相駆動信号の両位相は、互いに逆位相の関係にある。また、φＲは、φＨ2２が立ち上がるタイミングとほぼ同じタイミングで立ち上がる。
【００８７】
以下、図２及び図３を用いて、固体撮像装置１００における水平転送動作及び電荷検出動作について詳細に説明する。なお、図２において、信号電圧が“Ｈ”レベルであるとは、正電位であることを示しており、図２に記載された電位分布の方向としては下方向となる。また、信号電圧が“Ｌ”レベルであるとは、零電位または負電位であることを示しており、図２に記載された電位分布の方向としては上方向となる。一方、図３に記載されたパルス波形においては、信号電圧が“Ｈ”レベルであるとは上方向を示し、“Ｌ”レベルであるとは下方向を示している。
【００８８】
まず、時刻ｔ１において、φＨ4２及びφＨ4３が“Ｈ”レベルとなり、φＨ4１及びφＨ4４が“Ｌ”レベルとなる。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを転送してきた信号電荷が、φＨ4２及びφＨ4３が印加される転送電極の下の電位の井戸に信号電荷が蓄積される。また、同時に、φＨ2２が“Ｈ”レベルとなり、φＨ2１が“Ｌ”レベルとなる。これにより、φＨ2１が印加される転送電極に対応した転送チャネル領域に蓄積されていた信号電荷が、当該転送チャネル領域の出力側であってφＨ2２が印加される転送チャネル領域に転送される。また、図示していないリセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなり、ＦＤ１１０に蓄積されていた信号電荷がリセットされ、ＦＤ１１０の電圧がリセットドレイン１１２の電圧ＲＤと等しくなる。
【００８９】
次に、時刻ｔ２において、φＨ4３及びφＨ4４が“Ｈ”レベルとなる。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを転送してきた信号電荷が、φＨ4３及びφＨ4４が印加される転送電極の下の電位の井戸に信号電荷が蓄積される。また、リセット信号φＲが“Ｌ”レベルとなる。これによりＦＤ１１０の電圧が基準電圧（フィードスルーレベル）となり、ＦＤ１１０に信号電荷が蓄積される準備が整う。
【００９０】
次に、時刻ｔ３において、φＨ4４及びφＨ4１が“Ｈ”レベルとなり、φＨ4３及びφＨ4２が“Ｌ”レベルとなる。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを転送してきた信号電荷が、φＨ4４及びφＨ4１が印加される転送電極の下の電位の井戸に信号電荷が蓄積される。また、同時に、φＨ2１が“Ｈ”レベルとなり、φＨ2２が“Ｌ”レベルとなる。これにより、φＨ2２が印加される転送チャネル領域に蓄積されていた信号電荷が、当該転送チャネル領域の出力側であってφＨ2１が印加される転送チャネル領域に転送される。また、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの最後段に位置する転送チャネル領域に蓄積されている信号電荷が、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの最前段に位置する転送チャネル領域のうち、不純物注入領域Ｎ-が形成されていない方の転送チャネル領域へ転送される。また、段水平ＣＣＤ部１０７ｂの最後段に位置する転送チャネル領域に蓄積されていた信号電荷が、ＦＤ１１０へ移動し、ＦＤ１１０の電圧は当該信号電荷に応じて基準電圧から下がった電圧（信号レベル）となる。
【００９１】
次に、時刻ｔ４において、φＨ4２及びφＨ4１が“Ｈ”レベルとなる。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを転送してきた信号電荷が、φＨ4２及びφＨ4１が印加される転送電極の下の電位の井戸に信号電荷が蓄積される。
【００９２】
以降、時刻ｔ１〜ｔ４の動作を繰り返すことにより、垂直ＣＣＤ部１０６から垂直転送された各列の信号電荷を水平転送し、該水平転送した信号電荷を電圧変換して出力信号Ｖｏｕｔを生成する。
【００９３】
以上のように、ＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置１００では、光電変換素子１０５で発生した信号電荷を垂直転送及び水平転送し、出力部１０８において、各信号電荷を電圧変換している。
【００９４】
以上の構成及び動作により、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを４相駆動する信号の電圧振幅を、垂直ＣＣＤ部１０６及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｂを駆動する信号の電圧振幅より小さく設定しても、信号電荷の蓄積容量が確保される。
【００９５】
また、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの４相駆動信号及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの２相駆動信号のデューティー比が５０％であることにより、４相駆動信号及び２相駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。
【００９６】
さらに、本実施の形態の構成では、立ち上がり及び立ち下がりタイミングの多い４相駆動信号で駆動される前段水平ＣＣＤ部１０７ａと、出力部１０８との間に、静電容量が小さく立ち上がり及び立ち下がりタイミングの少ない２相駆動信号で駆動される後段水平ＣＣＤ部１０７ｂが配置されている。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａで発生したノイズが、出力部１０８で結合し出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【００９７】
よって、水平転送駆動信号が低電圧化され、かつ、当該駆動信号のパルス立ち上がり及び立ち下がりタイミングに起因したカップリングノイズの発生が抑制されるので、高精度な画像信号を生成し、かつ、低消費電力化を図ることができる。
【００９８】
なお、上記構成において、前段水平ＣＣＤ部１０７ａは１列の垂直ＣＣＤ部１０６に対して４つの転送電極を有するが、転送電極の配置はこれには限定されない。例えば、垂直ＣＣＤ部から水平ＣＣＤ部への信号電荷の転送を選択的に制御できる制御部が固体撮像装置に設けられていれば、水平１ライン分の信号電荷を数回に分割して出力することが可能となる。つまり、分割する数に対応させて４つの転送電極を配置すればよく、一例として、水平１ライン分の信号電荷を２回に分割して出力させる場合は、垂直ＣＣＤ部２列に対して４つの転送電極を配置すればよい。この場合、転送電極長を長くできるため転送チャネル領域の転送方向と直交する方向である幅を減少させることが可能になり、更に電極数が減少することで電極間容量も低減できるため、更なる低消費電力化を図ることができる。
【００９９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る第１の変形例を示す固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に記載された動作タイミングチャートは、図３に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００の動作タイミングチャートと比較して、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを４相駆動する駆動信号φＨ4１〜φＨ4４の駆動位相のみが異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４においては、各相の電圧振幅は、全て１．８Ｖである。また、４相駆動信号は、デューティー比が５０％で駆動されており、各位相は前段の駆動信号の位相に対し９０度遅れている。ここで、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの最前段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ2１と、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの最後段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ4４とは、位相が１８０度異なるようにタイミング調整されている。
【０１００】
これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａ及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｂに発生するノイズを相殺し、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと後段水平ＣＣＤ部１０７ｂとの間で発生するカップリングノイズを低減することが可能となる。
【０１０１】
図５は、本発明の実施の形態１に係る第２の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。同図に記載された固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び出力部は、図２に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００の水平ＣＣＤ部及び出力部と比較して、前段水平ＣＣＤ部１０７ｃの各転送チャネル領域の構造のみが前段水平ＣＣＤ部１０７ａと異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。本発明の実施の形態１に係る第２の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部は、前段水平ＣＣＤ部１０７ｃと、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂとを備える。前段水平ＣＣＤ部１０７ｃの各転送チャネル領域には、それぞれ、入力側の一部領域にアクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。
【０１０２】
この構成により、前段水平ＣＣＤ部１０７ｃの各転送チャネル領域内のポテンシャルレベルを細分化することが可能となるので、各転送チャネル領域内の入力側から出力側に向けて、信号電荷の転送を容易に行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、信号電荷の水平転送を高速化し、転送残りを抑制することが可能となる。
【０１０３】
図６は、本発明の実施の形態１に係る第３の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部、出力部、垂直水平ドライバ回路及び水平ドライバ回路の概略構成図である。同図に記載された固体撮像装置２００は、垂直水平ドライバ回路２０２と、水平ドライバ回路２０３と、水平ＣＣＤ部２０７と、出力部２０８とを備える。同図に記載された固体撮像装置２００は、図１に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００と比較して、後段水平ＣＣＤ部２０７ｂの各転送チャネル領域の形状のみが異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。後段水平ＣＣＤ部２０７ｂの各転送チャネル領域は、最前段の転送チャネル領域から最後段の転送チャネル領域へ向かうにつれ、転送方向の長さが大きくなり、転送方向と直交する方向の幅が小さくなっている。信号電荷を高い変換効率で電圧変換することが要求される出力部２０８は、ＦＤ部２１０の静電容量を小さくすることが望ましい。一方、前段水平ＣＣＤ部２０７ａでは、出力信号のダイナミックレンジを確保するため、また、信号電荷を完全転送するための飽和容量を保持することが要求される。従って、出力部２０８と前段水平ＣＣＤ部２０７ａとでは、信号電荷を蓄積するチャネルの最適形状が異なる。本構成により、後段水平ＣＣＤ部２０７ｂの各転送チャネル領域の幅及び長さを変化させることにより、整合性のとれた水平転送を実現できる。
【０１０４】
図７は、本発明の実施の形態１に係る第４の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部、出力部、垂直水平ドライバ回路及び水平ドライバ回路の概略構成図である。同図に記載された固体撮像装置３００は、垂直水平ドライバ回路３０２と、水平ドライバ回路３０３と、水平ＣＣＤ部３０７と、出力部３０８とを備える。同図に記載された固体撮像装置３００は、図１に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００と比較して、前段水平ＣＣＤ部３０７ａ及び後段水平ＣＣＤ部３０７ｂの各転送チャネル領域の形状のみが異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。後段水平ＣＣＤ部３０７ｂの各転送チャネル領域は、最前段の転送チャネル領域から最後段の転送チャネル領域へ向かうにつれ、転送方向の長さが大きくなり、転送方向と直交する方向の幅が小さくなっている。また、後段水平ＣＣＤ部３０７ｂは、図２に記載された後段水平ＣＣＤ部１０７ｂと比較して、転送電極数及び転送チャネル領域数が多く配置されている。転送チャネル領域の形状を変化させることで得られる効果は、実施の形態１に係る第３の変形例で述べた効果と同様である。また、後段水平ＣＣＤ部３０７ｂのように、転送電極数及び転送電極数を増加させることにより、前述した前段水平ＣＣＤ部の駆動パルスによる出力電圧のカップリングノイズをさらに抑制することが可能となる。
【０１０５】
また、前段水平ＣＣＤ部３０７ａは、必要な飽和信号電荷量に応じて各転送電極および転送チャネル領域について、転送方向の長さおよび転送方向と直行する方向の幅が最適化されている。これにより、固体撮像装置の小型化に貢献することが可能となる。
【０１０６】
図８は、本発明の実施の形態１に係る第５の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び信号配線のレイアウト図である。同図に記載された固体撮像装置は、水平ＣＣＤ部１０７と信号配線１１３とを備える。同図に記載された固体撮像装置は、図１に記載された固体撮像装置１００と比較して、前段水平ＣＣＤ部の転送電極のレイアウトが具体化されている点及び当該転送電極に駆動信号を印加するための信号配線が配置されている点のみが異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１０７】
前段水平ＣＣＤ部は、４相駆動信号のφＨ4１、φＨ4２、φＨ4３及びφＨ4４がそれぞれ印加される転送電極１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ及び１０７Ｄを有する。転送電極１０７Ａ〜１０７Ｄは、例えば、ポリシリコンゲートである。また、信号配線１１３は、水平ドライバ回路１０３と転送電極１０７Ａ〜１０７Ｄとを電気的に接続する。信号配線１１３は、例えば、Ａｌからなるバスラインであり、４つの信号配線１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ及び１１３Ｄを有し、それぞれ、転送電極１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ及び１０７Ｄに接続されている。
【０１０８】
本実施の形態に係る第５の変形例を示す固体撮像装置は、例えば、図３に記載された動作タイミングチャートにより駆動される。位相が１８０度反転の関係にあるφＨ4１とφＨ4３とをそれぞれ転送電極に印加する信号配線１１３Ａと１１３Ｃとは、隣接して配置されている。また、位相が１８０度反転の関係にあるφＨ4２とφＨ4４とをそれぞれ転送電極に印加する信号配線１１３Ｂと１１３Ｄとは、隣接して配置されている。
【０１０９】
これにより、水平ドライバ回路１０３から前段水平ＣＣＤ部１０７ａへ駆動信号を供給するための信号配線１１３において、位相反転関係にある駆動信号を近接させることが可能となる。よって、パルス駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合う効果が向上する。
【０１１０】
また、駆動信号の位相が反転状態にある転送電極１０７Ａと１０７Ｃとは、長さ及び幅が等しい。また、駆動信号の位相が反転状態にある転送電極１０７Ｂと１０７Ｄとは、長さ及び幅が等しい。
【０１１１】
これにより、位相反転関係にあるパルス駆動信号の波形品質を合わせることが可能となる。よって、パルス駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合う効果が向上する。
【０１１２】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の概略構成図である。同図に示されるように、固体撮像装置４００は、固体撮像素子１０１と、垂直水平ドライバ回路４０２と、水平ドライバ回路４０３と、出力アンプ１０４とを備える。また、固体撮像素子４０１は、格子状に配置された複数の光電変換素子１０５からなる光電変換素子部と、光電変換素子１０５の各列に配置された複数列の垂直ＣＣＤ部１０６と、各垂直ＣＣＤ部１０６の出力端側に配置された水平ＣＣＤ部４０７と、水平ＣＣＤ部４０７の出力端側に配置された出力部１０８とを備える。同図に記載された固体撮像装置４００は、図１に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００と比較して、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄ、垂直水平ドライバ回路４０２及び水平ドライバ回路４０３の構成及び動作が異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１１３】
垂直水平ドライバ回路４０２は、各垂直ＣＣＤ部１０６を駆動する４相の駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４を生成する。また、垂直水平ドライバ回路４０２は、水平ＣＣＤ部４０７の後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの一部を駆動するための擬似２相駆動信号φＨ2２及びφＨ2４を生成する第２ドライバ部である。また、垂直水平ドライバ回路４０２は、出力部１０８のリセットゲート１１１を駆動するリセット信号φＲを生成する第３ドライバ部を兼用する。垂直水平ドライバ回路４０２には、電源より、例えば、３．３Ｖの電圧が供給されている。
【０１１４】
水平ドライバ回路４０３は、水平ＣＣＤ部４０７の前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動するための４相の駆動信号φＨ4１、φＨ4２、φＨ4３及びφＨ4４を生成する第１ドライバ部である。また、水平ドライバ回路４０３は、水平ＣＣＤ部４０７の後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの一部を駆動するための擬似２相駆動信号φＨ2１及びφＨ2３を生成する第２ドライバ部を兼用する。水平ドライバ回路４０３には、電源より、例えば、１．８Ｖの電圧が供給されている。つまり、水平ドライバ回路４０３は、垂直水平ドライバ回路４０２より低い電圧レベルを有する駆動信号を生成する。
【０１１５】
なお、垂直水平ドライバ回路４０２及び水平ドライバ回路４０３に供給する電源電圧は、上述した電圧に限定されるものではない。
【０１１６】
水平ＣＣＤ部４０７は、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと後段水平ＣＣＤ部１０７ｄとを備える。
【０１１７】
後段水平ＣＣＤ部１０７ｄは、第２水平転送部であり、上記光電変換素子部及び垂直ＣＣＤ部１０６と離間され、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと出力部１０８との間に配置される。また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄは、隣接する４つの転送電極には、それぞれ、φＨ2１〜φＨ2４の４相駆動信号が印加される。ただし、φＨ2１とφＨ2２とは、同位相でそれぞれ異なる電圧振幅１．８Ｖ及び３．３Ｖを有する駆動信号である。また、同様に、φＨ2３とφＨ2４とは、同位相でそれぞれ異なる電圧振幅１．８Ｖ及び３．３Ｖを有する駆動信号である。つまり、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄにおいて隣接する２つの転送電極を駆動する駆動信号の電圧振幅は異なっている。
【０１１８】
本実施の形態では、駆動信号φＨ2１とφＨ2３とは、水平ドライバ回路４０３により生成され、電圧振幅が１．８Ｖのパルス信号である。また、駆動信号φＨ2２とφＨ2４とは、垂直水平ドライバ回路４０２により生成され、電圧振幅が３．３Ｖのパルス信号である。これにより、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する駆動信号の電圧源の一部として、低電圧化された前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する駆動信号の電圧源を用いることが可能となる。よって、低消費電力化を実現することが可能となる。
【０１１９】
本実施の形態において、上述した擬似２相駆動とは、互いに同位相であるが電圧振幅の異なる２相と、当該２相とは位相が異なり互いに同位相であるが電圧振幅の異なる２相とで構成された駆動である。また、この擬似２相駆動を、電圧振幅の相違を異相とみなすことにより４相駆動と定義する。
【０１２０】
なお、上記擬似２相駆動を構成する駆動信号φＨ2１とφＨ2３とは、水平ドライバ回路４０３により生成されず、他のドライバ回路などにより生成されてもよい。
【０１２１】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部の断面図及び電位分布を示す図である。同図に示されるように、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいて、隣接する４つの転送電極には、それぞれ、φＨ4１〜φＨ4４の４相駆動信号が印加される。また、水平転送される各信号電荷は、隣接する２つの転送電極にわたって形成された電位の井戸に蓄積される。これにより、４相駆動信号φＨ2１〜φＨ4４の“Ｈ”レベル（１．８Ｖ）を、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの擬似２相駆動信号φＨ2２及びφＨ2４の“Ｈ”レベル（３．３Ｖ）より低く設定しても、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいてスムーズな水平転送がなされる。
【０１２２】
また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄにおいて、上述したように、隣接する２つの転送電極を駆動する駆動信号の電圧振幅（１．８Ｖと３．３Ｖ）は異なっている。
【０１２３】
上記構成により、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの各転送チャネル領域にアクセプタ不純物を注入せずとも、隣接する転送チャネル領域間において信号電荷の転送を行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、不純物注入工程が省略されるので製造工程の簡略化が可能となる。またアクセプタ不純物を注入すべき転送チャネル領域に印加される電圧よりも、アクセプタ不純物を注入しない転送チャネル領域に印加される電圧の方が低いので、低消費電力化を実現することが可能となる。
【０１２４】
次に、固体撮像装置４００における水平転送動作について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に記載された固体撮像装置４００の動作タイミングチャートは、図３に記載された固体撮像装置１００の動作タイミングチャートと比較して、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄが擬似２相駆動されている点のみが異なる。以下、図３に記載された実施の形態１に係る動作タイミングチャートと同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１２５】
擬似２相駆動信号においては、φＨ2１及びφＨ2３の電圧振幅は、１．８Ｖである。一方、φＨ2２及びφＨ2４の電圧振幅は、３．３Ｖである。また、擬似２相駆動信号は、全てデューティー比が５０％で駆動されており、φＨ2１及びφＨ2３は同位相であり、φＨ2２及びφＨ2４は同位相である。また、φＲは、φＨ2３及びφＨ2４が立ち上がるタイミングとほぼ同じタイミングで立ち上がる。
【０１２６】
後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの水平転送動作は、φＨ2１及びφＨ2２の動作タイミングは、図３におけるφＨ2１と同じであり、φＨ2３及びφＨ2４の動作タイミングは、図３におけるφＨ2２と同じである。
【０１２７】
以上の構成及び動作により、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを４相駆動する信号の電圧振幅を、垂直ＣＣＤ部１０６及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの一部を駆動する信号の電圧振幅より小さく設定しても、信号電荷の蓄積容量が確保される。
【０１２８】
また、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの４相駆動信号及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの擬似２相駆動信号のデューティー比が５０％であることにより、４相駆動信号及び擬似２相駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。
【０１２９】
さらに、本実施の形態の構成では、立ち上がり及び立ち下がりタイミングの多い４相駆動信号で駆動される前段水平ＣＣＤ部１０７ａと、出力部１０８との間に、静電容量が小さく立ち上がり及び立ち下がりタイミングの少ない擬似２相駆動信号で駆動される後段水平ＣＣＤ部１０７ｄが配置されている。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａで発生したノイズが、出力部１０８で結合し出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【０１３０】
よって、水平転送駆動信号が低電圧化され、かつ、当該駆動信号のパルス立ち上がり及び立ち下がりタイミングに起因したカップリングノイズの発生が抑制されるので、高精度な画像信号を生成し、かつ、低消費電力化を図ることができる。
【０１３１】
また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する駆動信号の電圧源の一部として、低電圧化された前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する駆動信号の電圧源を用いることが可能となる。よって、さらに、低消費電力化を実現することが可能となる。
【０１３２】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る第１の変形例を示す固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に記載された動作タイミングチャートは、図１１に記載された実施の形態２に係る固体撮像装置４００の動作タイミングチャートと比較して、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを４相駆動する駆動信号φＨ4１〜φＨ4４の駆動位相のみが異なる。以下、実施の形態２と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４においては、各相の電圧振幅は、全て１．８Ｖである。また、４相駆動信号は、デューティー比が５０％で駆動されており、各位相は前段の駆動信号の位相に対し９０度遅れている。ここで、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの最前段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ2１と、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの最後段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ4４とは、位相が１８０度異なるようにタイミング調整されている。
【０１３３】
これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａ及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｄに発生するノイズを相殺し、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと後段水平ＣＣＤ部１０７ｄとの間で発生するカップリングノイズを低減することが可能となる。
【０１３４】
なお、本発明の実施の形態２において、図５に記載された実施の形態１に係る第２の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部のように、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの各転送チャネル領域に、それぞれ、入力側の一部領域にアクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されていてもよい。
【０１３５】
この構成により、前段水平ＣＣＤ部の各転送チャネル領域内のポテンシャルレベルを細分化することが可能となるので、各転送チャネル領域内の入力側から出力側に向けて、信号電荷の転送を容易に行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、信号電荷の水平転送を高速化することが可能となる。
【０１３６】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の概略構成図である。同図に示されるように、固体撮像装置５００は、固体撮像素子４０１と、垂直水平ドライバ回路４０２と、水平ドライバ回路５０３と、出力アンプ１０４とを備える。同図に記載された固体撮像装置５００は、図９に記載された実施の形態２に係る固体撮像装置４００と比較して、水平ドライバ回路５０３の構成及び動作が異なる。以下、実施の形態２と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１３７】
水平ドライバ回路５０３は、水平ＣＣＤ部４０７の前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動するための４相の駆動信号φＨ4１、φＨ4２、φＨ4３及びφＨ4４を生成する第１ドライバ部である。また、水平ドライバ回路５０３は、水平ＣＣＤ部４０７の後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの一部を駆動するための擬似２相駆動信号φＨ4２及びφＨ4４を生成する第２ドライバ部を兼用する。つまり、水平ドライバ回路５０３は、駆動信号φＨ4２及びφＨ4４が、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する４相駆動信号と、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する擬似２相駆動信号の一部とを共用している。水平ドライバ回路５０３には、電源より、例えば、１．８Ｖの電圧が供給されている。つまり、水平ドライバ回路５０３は、垂直水平ドライバ回路４０２より低い電圧レベルを有する駆動信号を生成する。
【０１３８】
なお、垂直水平ドライバ回路４０２及び水平ドライバ回路５０３に供給する電源電圧は、上述した電圧に限定されるものではない。ただし、垂直水平ドライバ回路４０２は、水平ドライバ回路５０３に比べて高い電圧を扱うことができるドライバＩＣである。
【０１３９】
後段水平ＣＣＤ部１０７ｄは、第２水平転送部であり、上記光電変換素子部及び垂直ＣＣＤ部１０６と離間され、前段水平ＣＣＤ部１０７ａと出力部１０８との間に配置される。また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄは、隣接する４つの転送電極には、それぞれ、φＨ4２、φＨ2２、φＨ4４、及びφＨ2４の４相駆動信号が印加される。ただし、φＨ4２とφＨ2２とは、同位相でそれぞれ異なる電圧振幅１．８Ｖ及び３．３Ｖを有する駆動信号である。また、同様に、φＨ4４とφＨ2４とは、同位相でそれぞれ異なる電圧振幅１．８Ｖ及び３．３Ｖを有する駆動信号である。つまり、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄにおいて隣接する２つの転送電極を駆動する駆動信号の電圧振幅は異なっている。
【０１４０】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部の断面図及び電位分布を示す図である。同図に示されるように、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいて、隣接する４つの転送電極には、それぞれ、φＨ4１〜φＨ4４の４相駆動信号が印加される。また、水平転送される各信号電荷は、隣接する２つの転送電極にわたって形成された電位の井戸に蓄積される。これにより、４相駆動信号φＨ2１〜φＨ4４の“Ｈ”レベル（１．８Ｖ）を、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの擬似２相駆動信号φＨ2２及びφＨ2４の“Ｈ”レベル（３．３Ｖ）より低く設定しても、前段水平ＣＣＤ部１０７ａにおいてスムーズな水平転送がなされる。
【０１４１】
また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄにおいて、上述したように、隣接する２つの転送電極を駆動する駆動信号の電圧振幅（１．８Ｖと３．３Ｖ）は異なっている。
【０１４２】
上記構成により、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの各転送チャネル領域にアクセプタ不純物を注入せずとも、隣接する転送チャネル領域間において信号電荷の転送を行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、不純物注入工程が省略されるので製造工程の簡略化が可能となる。またアクセプタ不純物を注入すべき転送チャネル領域に印加される電圧よりも、アクセプタ不純物を注入しない転送チャネル領域に印加される電圧の方が低いので、低消費電力化を実現することが可能となる。
【０１４３】
本実施の形態では、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する擬似２相駆動信号の一部が、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する４相駆動信号の一部であり、電圧振幅が１．８Ｖのパルス信号である。
【０１４４】
この構成により、実施の形態２に係る固体撮像装置４００と同様に、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する駆動信号の電圧源の一部として、低電圧化された電圧源を用いることが可能となる。さらに、本実施の形態に係る固体撮像装置５００は、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する駆動信号の電圧源の一部として、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する駆動信号自体を用いることが可能となる。よって、ＩＣ全体でのピン数削減が可能となる。
【０１４５】
次に、固体撮像装置５００における水平転送動作について説明する。図１５は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。同図に記載された固体撮像装置５００の動作タイミングチャートは、図１１に記載された固体撮像装置４００の動作タイミングチャートと比較して、擬似２相駆動信号のφＨ2１として４相駆動信号のφＨ4２が兼用され、擬似２相駆動信号のφＨ2３として４相駆動信号のφＨ4４が兼用されている点が異なる。以下、図１１に記載された実施の形態２に係る動作タイミングチャートと同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１４６】
後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの最前段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ4２と、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの最後段に位置する転送電極に印加される駆動信号φＨ4４とは、位相が１８０度異なるようにタイミング調整されている。
【０１４７】
以上の構成及び動作により、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを４相駆動する信号の電圧振幅を、垂直ＣＣＤ部１０６及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｂを駆動する信号の電圧振幅より小さく設定しても、信号電荷の蓄積容量が確保される。
【０１４８】
また、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの４相駆動信号及び後段水平ＣＣＤ部１０７ｄの擬似２相駆動信号のデューティー比が５０％であることにより、４相駆動信号及び擬似２相駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。
【０１４９】
さらに、本実施の形態の構成では、立ち上がり及び立ち下がりタイミングの多い４相駆動信号で駆動される前段水平ＣＣＤ部１０７ａと、出力部１０８との間に、静電容量が小さく立ち上がり及び立ち下がりタイミングの少ない擬似２相駆動信号で駆動される後段水平ＣＣＤ部１０７ｄが配置されている。これにより、前段水平ＣＣＤ部１０７ａで発生したノイズが、出力部１０８で結合し出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。
【０１５０】
よって、水平転送駆動信号が低電圧化され、かつ、当該駆動信号のパルス立ち上がり及び立ち下がりタイミングに起因したカップリングノイズの発生が抑制されるので、高精度な画像信号を生成し、かつ、低消費電力化を図ることができる。
【０１５１】
また、後段水平ＣＣＤ部１０７ｄを駆動する駆動信号の一部として、低電圧化された前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する駆動信号の一部を用いることが可能となる。よって、さらに、低消費電力化を実現することが可能となる。
【０１５２】
なお、本発明の実施の形態３において、図５に記載された実施の形態１に係る第２の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部のように、前段水平ＣＣＤ部１０７ａの各転送チャネル領域に、それぞれ、入力側の一部領域にアクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されていてもよい。
【０１５３】
この構成により、前段水平ＣＣＤ部の各転送チャネル領域内のポテンシャルレベルを細分化することが可能となるので、各転送チャネル領域内の入力側から出力側に向けて、信号電荷の転送を容易に行うための電位の傾斜を形成することが可能となる。よって、信号電荷の水平転送を高速化することが可能となる。
【０１５４】
以上、実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明に係る固体撮像装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。実施の形態１〜３及びそれらの変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態１〜３及びそれらの変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【０１５５】
例えば、実施の形態２及び３において、実施の形態１に係る第３〜第４の変形例を示す固体撮像装置のように、前段水平ＣＣＤ部及び後段水平ＣＣＤ部の有する転送チャネル領域の形状を変化させてもよい。
【０１５６】
また、実施の形態２及び３において、実施の形態１に係る第５の変形例を示す固体撮像装置のように、前段水平ＣＣＤ部の有する転送電極のうち、印加される駆動信号の位相が反転関係にある転送電極の形状を一致させ、または、駆動信号の位相が反転関係にある信号配線が近接した配線レイアウトとしてもよい。
【０１５７】
また、本発明の固体撮像装置は、後段水平ＣＣＤ部の代わりに、２つの転送電極を有する最終電極部が配置された構成であってもよい。図１６は、本発明の固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び最終電極部の断面図及び電位分布を示す図である。また、本固体撮像装置の概略構成図は、具体的には、図１に記載された実施の形態１に係る固体撮像装置１００において、後段水平ＣＣＤ部１０７ｂの代わりに上記最終電極部が配置されるものである。また、垂直水平ドライバ回路１０２は、φＨ2１及びφＨ2２の代わりに最終電極駆動信号φＨＬを生成する。当該２つの転送電極には、このφＨＬが印加される。また、最終電極部の２つの転送電極のうち、入力側の転送電極の下には、アクセプタ不純物が注入された不純物注入領域Ｎ-が形成されている。なお、１つの転送電極が最終電極部に配置され、当該１つの転送電極直下の一部分にＮ-がある構造についても本発明に含まれる。また、図２３に示される従来の固体撮像装置８００において、前段水平ＣＣＤ部８０７ａを駆動する４相駆動信号が例えば５：３のデューティー比で駆動されているのに対して、本発明の固体撮像装置は図１に示される固体撮像装置１００と同様に、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する４相駆動信号及び最終電極部を駆動する駆動信号が５０％デューティーで駆動され、当該４相駆動信号の電圧振幅が最終電極部を駆動する駆動信号の電圧振幅より小さい。
【０１５８】
前段水平ＣＣＤ部１０７ａの駆動相数の増大に伴い、駆動信号の有するパルス波形の立ち上がり及び立ち下がりタイミング数が増加する。上記構成によれば、水平転送駆動信号を５０％デューティーで駆動するので、前段水平ＣＣＤ部１０７ａを駆動する駆動信号における立ち上がり及び立ち下がりにより発生するノイズを打ち消し合うことが可能となる。よって、上記ノイズが出力部にて結合し、出力電圧にカップリングノイズが発生することを回避することができる。また、最終電極部の転送チャネルはｎ型注入領域を有しているので、前段水平ＣＣＤ部１０７ａへの信号電荷の逆流が防止され、スムーズな水平転送を実現することが可能となる。
【０１５９】
また、例えば、図１７（ａ）に示されるように、本発明に係る固体撮像装置１８２が内蔵されたカメラも本発明に含まれる。同図に記載されたカメラは、レンズ１８１と、固体撮像装置１８２と、外部インターフェイス部１８５とを備える。レンズ１８１を通過した光は、固体撮像装置１８２に入射する。固体撮像装置１８２からの出力信号は、外部インターフェイス部１８５を介して外部に出力される。ここで、固体撮像装置１８２は、水平転送駆動信号が低電圧化され、かつ、当該駆動信号のパルス立ち上がり及び立ち下がりタイミングに起因したカップリングノイズの発生が抑制されるので、高精度な画像信号を生成し、かつ、低消費電力化を図ることが可能となる。このようなカメラは、微弱な光が入射されても、鮮明な画像を撮影することができる利点を有し、例えば、図１７（ｂ）に示されるデジタルスチルカメラや図１７（ｃ）に示されるビデオカメラとして実現される。
【０１６０】
なお、実施の形態１〜３では、前段水平ＣＣＤ部が４相駆動方式の場合について説明したが、前段水平ＣＣＤ部はＮ（Ｎは３以上の整数）相駆動方式であればよい。また、後段水平ＣＣＤ部は２相駆動方式及び擬似２相駆動方式の場合について説明したが、後段水平ＣＣＤ部はＬ（ＬはＬ≦Ｎの関係にある整数）相駆動方式であればよい。このように、出力部に近い後段水平ＣＣＤ部をＮ相よりも相数の少ないＬ相駆動方式とすることで、駆動波形の立ち上がり及び立ち下がりの数を減少させることができ、カップリングノイズを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明に係る固体撮像装置は、ノイズを低減した画像信号が得られ、さらに低消費電力が実現されるので、カメラ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る第１の変形例を示す固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る第２の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る第３の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部、出力部、垂直水平ドライバ回路及び水平ドライバ回路の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る第４の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部、出力部、垂直水平ドライバ回路及び水平ドライバ回路の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る第５の変形例を示す固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び信号配線のレイアウト図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る第１の変形例を示す固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の水平ＣＣＤ部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号、擬似２相駆動信号及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図１６】本発明の固体撮像装置の水平ＣＣＤ部及び最終電極部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図１７】（ａ）は、本発明の固体撮像装置が内蔵されたカメラの機能構成図である。（ｂ）は、本発明の固体撮像装置が内蔵されたデジタルスチルカメラの外観図である。（ｃ）は、本発明の固体撮像装置が内蔵されたビデオカメラの外観図である。
【図１８】従来のＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置の概略構成図である。
【図１９】従来の固体撮像装置のリセット信号φＲ、最終電極駆動信号φＨＬ、２相駆動信号φＨ１及びφＨ２、及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図２０】従来の固体撮像装置における水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布を示す図である。
【図２１】従来のＦＤＡ型の電荷検出部を有する固体撮像装置の概略構成図である。
【図２２】従来の固体撮像装置のリセット信号φＲ、４相駆動信号φＨ4１〜φＨ4４、最終電極駆動信号φＨＬ及び出力信号Ｖｏｕｔの動作タイミングチャートである。
【図２３】従来の固体撮像装置における水平ＣＣＤ部及び出力部の断面図及び電位分布の一例を示す図である。
【図２４】従来の固体撮像装置における出力信号に発生するノイズを説明するための出力波形図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１００、２００、３００、４００、５００、７００、８００    固体撮像装置
１０１、４０１、７０１、８０１    固体撮像素子
１０２、２０２、３０２、４０２、８０２    垂直水平ドライバ回路
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、７０３、８０３    水平ドライバ回路
１０４、７０４、８０４    出力アンプ
１０５、７０５、８０５    光電変換素子
１０６、７０６、８０６    垂直ＣＣＤ部
１０７、２０７、３０７、４０７、７０７、８０７    水平ＣＣＤ部
１０７ａ、２０７ａ、３０７ａ、８０７ａ    前段水平ＣＣＤ部
１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、１０７Ｄ    転送電極
１０７ｂ、１０７ｄ、２０７ｂ、３０７ｂ    後段水平ＣＣＤ部
１０８、２０８、３０８、７０８、８０８    出力部
１０９、２０９、３０９、７０９    出力ゲート
１１０、２１０、３１０、７１０    ＦＤ
１１１、２１１、３１１、７１１、８１１    リセットゲート
１１２、７１２    リセットドレイン
１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ    信号配線
１８１    レンズ
１８２    固体撮像装置
１８５    外部インターフェイス部
７０２    垂直ドライバ回路
７０７ｂ、８０７ｂ    最終電極部
【図１】
2010161183.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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