(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に設けられ、複数の垂直転送電極を有し、前記光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する複数の垂直転送部と、
複数の水平転送電極を有し、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する複数の水平転送部と、
前記複数の水平転送部間に設けられ、振分け転送電極を有し、前記複数の水平転送部間の信号電荷の転送を行う中間転送部とを備え、
前記複数の水平転送部は、前記垂直転送部から信号電荷を受け取る第１水平転送部と前記第１水平転送部から信号電荷を受け取る第２水平転送部とを有し、
前記第１水平転送部において、前記複数の水平転送電極のうちの１つは、垂直方向に隣接して配置され前記中間転送部を介して前記第２水平転送部に信号電荷を転送する複数の列方向電極から構成されており、
前記複数の垂直転送電極、前記複数の水平転送電極、前記振分け転送電極は、単層の電極により構成される
固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記垂直転送部側の水平方向の長さと前記中間転送部側の水平方向の長さとが等しい長方形形状を有している
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記垂直転送部側の水平方向の長さが前記中間転送部側の水平方向の長さより短く構成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記複数の列方向電極間の境界が水平方向に対して所定の角度を有するように構成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２水平転送部は、前記第１水平転送部の前記列方向電極の構成と同一の前記列方向電極を有する
請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する３相以上の転送パルスがそれぞれ印加される３つ以上の水平転送電極を有する
請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の垂直転送部のうち、所定の水平転送部に信号電荷を転送する前記垂直転送部を選択する転送制御部を備え、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する３相以上の転送パルスがそれぞれ印加される３つ以上の水平転送電極を有する
請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記垂直転送部は、
前記光電変換部の各列に対応し前記光電変換部からの信号電荷を転送する複数の第１垂直転送部と、
垂直方向に隣接して水平方向に連続した前記第１の垂直転送部ｍ（ｍは２以上の整数）列を束ねた第２の垂直転送部とからなる
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２垂直転送部の前記第１垂直転送部に接続された一端と反対側の他端は、前記第１水平転送部の前記列方向電極の位置に対応する前記第１水平転送部に連続して設けられている
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の列方向電極は、前記複数の垂直転送部のいずれにも対応しない位置に独立に設けられている
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する４相の転送パルスがそれぞれ印加される４つの水平転送電極の繰り返しにより構成され、
前記第１水平転送部の水平転送電極と前記第２水平転送部の水平転送電極とを、水平方向に２相ずらして共通に配線する
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
２次元状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に設けられ、前記光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する複数の垂直転送部と、
複数の水平転送電極を有し、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する、垂直方向に並列に配置された複数の水平転送部と、
前記複数の水平転送部間に設けられ、前記複数の水平転送部間の信号電荷の転送を行う中間転送部とを備え、
前記複数の水平転送部は、前記垂直転送部から信号電荷を受け取る第１水平転送部と前記第１水平転送部から信号電荷を受け取る第２水平転送部とからなり、
前記第１水平転送部において、前記複数の水平転送電極のうちの１つは、垂直方向に隣接して配置され前記中間転送部を介して前記第２水平転送部に信号電荷を転送する複数の列方向電極からなり、
信号電荷を前記複数の水平転送部間において転送する際には、前記複数の列方向電極に異なる転送パルスを印加して垂直方向に電位勾配を設け、
前記信号電荷を前記水平転送部において水平転送する際には、前記複数の列方向電極に同一の転送パルスを印加して垂直方向の電位を同一にする
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか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】
本発明は固体撮像装置及びその駆動方法に関し、特にデジタルスチルカメラ向けＣＣＤにおいて、低消費電力と高フレームレートの動画機能を実現する構造と駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、図面を参照しながら、従来技術のＣＣＤ固体撮像装置について説明する。
【０００３】
近年、固体撮像装置においては高解像度化の要求を満たすため、水平方向の画素数増加が進んでおり、これに伴う水平ＣＣＤレジスタ（水平転送部）の高速駆動化による転送効率の劣化及び消費電力の増加の問題を解決する手段として、複数の水平転送部を並列に設けた技術が報告されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の固体撮像装置では、振分け転送を行う水平転送部の蓄積電極の形状を工夫したり、あるいは振分け転送を行う水平転送部において、振分け転送部側（垂直転送方向）の不純物濃度を高くすることで、垂直転送方向に電位勾配を形成し、振分け転送不良を抑制している。しかしながら、これらの構造では、常に水平電極下に電位勾配が形成されているため、水平転送部の飽和電荷量が減少する課題や、水平転送時には信号電荷が蛇行して水平転送され、転送一段当たりの実効的な転送長が大きくなり、転送不良が生じやすい問題があった。
【０００５】
前述の不具合を改善するため、特許文献２に記載の固体撮像装置では、振分け転送を行う水平転送部の蓄積電極を複数の電極要素で構成し、振分け転送の際に各電極要素に異なる駆動パルスを印加することによって、電荷を転送している。
【０００６】
図１９は、特許文献２に記載されている従来技術の固体撮像装置の水平転送部の一部を示す構成図である。図２０は、図１９に示したＢ−Ｂ'に沿った水平転送部の最上層の断面構造及び各電極下の電位分布と信号電荷の転送状態を表す電位模式図、図２１は、水平ブランキング期間に図１９の各電極に印加する転送パルスのタイミングを示す図である。なお、図２０は、図２１の期間Ｎ１〜Ｎ５における各電極下の電位分布と信号電荷の転送状態を表す。
【０００７】
特許文献２における固体撮像装置は、図１９に示すように、チャネルストップ２０１、中間転送部２０６、最終垂直転送電極２０７、水平蓄積電極２０９及び２１１、水平バリア電極２１０、バリア領域２１３により構成される。水平転送電極は、水平蓄積電極２０９、２１１と水平バリア電極２１０から構成され、水平転送時は各電極にφＨ１、φＨ２Ａ（φＨ２Ｂ）の電圧を印加して図１９に示す半導体基板２１４に設けられたチャネル２１５において信号電荷を転送する水平２相駆動の構造である。
【０００８】
信号電荷を水平転送部２０４から水平転送部２０５へ転送する水平蓄積電極２１１は、第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂにより構成される。第１の電極要素２１１Ａは、水平転送部２０４のチャネルのほぼ中央部から中間転送部２０６側及び水平転送部２０５のチャネルを覆い水平転送部２０４、２０５の蓄積電極を構成する。また、第２の電極要素２１１Ｂは、水平転送部２０４のうち第１の電極要素２１１Ａで覆われていないチャネルを覆い、水平転送部２０４の蓄積電極を構成する。第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂは、電気的に絶縁されており、第２の電極要素２１１Ｂの幅は、第１の電極要素２１１Ａとほぼ同一で、水平転送部２０５上及び水平転送部２０４の振分け転送電極２０８側のほぼ半分の領域では、図１９に示すように、上面から見た場合に、第２の電極要素２１１Ｂが第１の電極要素２１１Ａ上に重なっている。
【０００９】
水平転送部２０５の蓄積電極は第１の電極要素２１１Ａのみで形成され、水平転送部２０４の蓄積電極は水平転送部２０４の最終垂直転送電極２０７側のほぼ半分を覆う第２の電極要素２１１Ｂと水平転送部２０４の中間転送部２０６側のほぼ半分を覆う第１の電極要素２１１Ａとで構成されている。
【００１０】
また、第２の電極要素２１１Ｂは水平バリア電極２１０と共通に接続されており、第１の電極要素２１１Ａは独立に外部に接続されている。
【００１１】
以下に図１９〜図２１を用いて転送動作を説明する。まず、水平蓄積電極２０９、２１１（第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂ）に印加するφＨ１、φＨ２Ａ、φＨ２Ｂを同時にハイレベルに、最終垂直転送電極２０７に印加するφＶＬをローレベルにすることで、垂直転送部２０２の最終垂直転送電極２０７下に蓄積されていた信号電荷（図１９に示す黒丸）を、水平転送部２０４に対応する水平蓄積電極２０９及び水平蓄積電極２１１（第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂ）下に転送する（期間Ｎ１、図２０（ａ））。
【００１２】
次に、振分け転送電極２０８に印加するφＴをハイレベル、φＨ１、φＨ２Ｂを同時にローレベルとし、φＨ２Ａをハイレベルとローレベルの中間のミドルレベルとすることで、信号電荷を中間転送部２０６に転送する（期間Ｎ２、図２０（ｂ））。
【００１３】
その後、φＨ２Ａをローレベルにし信号電荷の振分けチャネルへの転送を完了する（期間Ｎ３、図２０（ｃ））。
【００１４】
次に、φＨ１をハイレベルに、φＴをローレベルにすることで、中間転送部２０６の信号電荷は、水平転送部２０５の水平蓄積電極２０９下へ転送される（期間Ｎ４、図２０（ｄ））。
【００１５】
一方、垂直転送部２０３から転送されてきた信号電荷（図１９の白丸）は、期間Ｎ２〜Ｎ４においては水平転送部２０４内に留まっている。これにより、垂直転送部２０２及び２０３の信号電荷は水平転送部２０４、２０５に振分けられ、振分け転送が完了する。
【００１６】
その後、振分けられた信号電荷は、水平転送部２０４及び２０５内をそれぞれ出力部（図示せず）に向かって水平転送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１−３０８０７２号公報
【特許文献２】特開平６−３１９０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
近年、ＣＣＤを用いたカメラでは、更に高フレームレートのフルＨＤ動画出力（１９２０×１０８０）の要望が高まっており、高フレームレート化に対応するためには、水平転送部の更なる高速駆動化が必要であるが、信号電荷の転送効率の劣化が問題となってくる。
【００１９】
一方、特許文献２（図１９）に示された従来技術の固体撮像装置は、第１の特徴として、４層以上の多層ゲートプロセスを用いて形成した水平転送部２０４から中間転送部２０６へ信号電荷を転送する際、第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂに異なる駆動パルスを印加することで、水平転送部２０４に電位勾配を形成し転送電界の強化を図っている。転送距離を実質半分にすることで、転送電界を強化し、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００２０】
また、第２の特徴として、振分け転送が完了した後の水平転送において、４層以上の多層ゲートプロセスを用いて形成した第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂに同一の駆動パルスを印加する点である。これにより、水平転送部２０４において、電極要素２１１Ａと電極要素２１１Ｂ下のチャネル電位を同一とし、２つの電極要素２１１Ａと２１１Ｂは共同して一電極と同様に機能しようとしている。すなわち、水平転送時には電位勾配を形成しないようにし、前述した水平転送部の飽和電荷量の減少、水平転送不良の抑制を図っている。
【００２１】
しかしながら、従来技術の構成では電位勾配が必然的に生じてしまう。従来技術の構成は、図１９に示すように、水平蓄積電極２０９と水平バリア電極２１０を水平方向に繰り返した２層（複層）の電極構成である。更に、第１水平転送部２０４で信号電荷を振分け転送するために、第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂを独立に構成しているため、第２の電極要素２１１Ｂに隣接している水平バリア電極２１０は、第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂの上部に形成する必要があり３層の電極構造になる。
【００２２】
一方、複層の電極を形成する過程において、熱処理の増大による不純物の拡散が避けられず不純物分布の制御が困難であるばかりでなく、各電極下の絶縁膜厚を同一にするのは極めて困難であり絶縁膜厚に差が生じる。図２２（ａ）〜（ｄ）は、従来技術の固体撮像装置のような複層の転送電極を形成する際の一般的な工程概略図である。まず、図２２（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板２２１内にｐ型ウェル２２２を形成し、ｎ型半導体基板２２１の表面に転送チャネルのｎ型拡散層２２３を形成する。次に図２２（ｂ）に示すように、ｎ型拡散層２２３上に絶縁膜２２４を熱酸化、または熱ＣＶＤ法、あるいは両方を用いて形成する。その後、その上部に減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィにより第１の転送電極２２５が形成される所定領域にレジストパターン２２７を形成する。次に図２２（ｃ）に示すように、レジストパターン２２７をマスクにして領域２２８の部分を絶縁膜２２４が完全に露出するまでをドライエッチングする。ドライエッチングをする際、絶縁膜２２４の表面も削られてしまい、エッチングされる領域２２８の絶縁膜厚２２９は転送電極２２５下の絶縁膜厚２３０より小さくなってしまう。その後、レジストパターン２２７を除去し転送電極２２５が形成される。次に図２２（ｄ）に示すように、絶縁膜２３１、第２の転送電極２２６が形成される。以上のように、複層の電極を形成する過程で、第１の転送電極２２５下部の絶縁膜厚２３０と第２の転送電極２２６下部の絶縁膜厚２３０には必然的に差が生じる。このように、各転送電極下の絶縁膜厚が異なる場合、各転送電極に同じ電圧を印加すると、転送チャネルのｎ型拡散層の不純物濃度が同じであっても、各転送電極下の電位は異なり同一にならない。つまり、従来技術の構造のように、第１水平転送部２０４において、第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂのように電極を独立に構成すると、電位勾配が形成されてしまう。その結果、前述したような、水平転送部の飽和電荷量の減少、水平転送不良が発生してしまう。
【００２３】
更に、上記従来の構成では、１０Ｍ以上の画素数を持つような画素サイズが小さいセルで構成されるＣＣＤにおいて、効果が不十分であり転送不良が生じてしまう。
【００２４】
従来技術の構成の水平転送電極は、図１９のように１画素あたりに蓄積電極とバリア電極の２つの電極から構成された２相駆動方式を採用している。これによって、ゲート層数が３層から４層に増加しプロセスを複雑化させている。また、画素サイズが小さい場合、水平の電極長は短いため、必要な飽和電荷量を確保するためには、２相駆動方式では水平転送部の幅を広く設計する必要がある。
【００２５】
例えば、画素サイズが５．０μｍ程度と比較的大きければ、必要な飽和電荷量を確保するための水平転送部の幅は１０〜２０μｍ程度で良いが、画素サイズが１．５μｍ程度であれば、水平転送部の幅は４０〜５０μｍ程度必要である。
【００２６】
図１９においては、水平転送部２０４の垂直方向の幅が大幅に拡大し、水平転送部２０４から水平転送部２０５への転送距離が極めて長くなる。水平転送部２０４から水平転送部２０５へ転送する際、第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂに異なる転送パルスを印加しても、転送距離が長いために第１の電極要素２１１Ａ、第２の電極要素２１１Ｂの中央部付近での転送電界は極めて弱くなる。
【００２７】
このため、信号電荷の一部が残留し転送不良が生じてしまう。また、水平駆動電圧を高くし転送電界の強化を図っても、各電極端部の電界は強化できるが、電極中央部付近の電界は、電極長が長いため効果がほとんど及ばない。
【００２８】
また、上記の場合は、水平駆動電圧を高くするため、消費電力は飛躍的に増大する問題も生じる。また、水平転送部２０４内で独立した電極を更に増やし１電極あたりの転送距離を短くし転送劣化を抑制することは可能であるが、制御する端子数が増加する欠点がある。
【００２９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、信号電荷の転送不良を抑制した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】
【００３０】
上記の課題を達成するため、本発明の一形態における固体撮像装置は、２次元状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に設けられ、複数の垂直転送電極を有し、前記光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する複数の垂直転送部と、複数の水平転送電極を有し、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する複数の水平転送部と、前記複数の水平転送部間に設けられ、振分け転送電極を有し、前記複数の水平転送部間の信号電荷の転送を行う中間転送部とを備え、前記複数の水平転送部は、前記垂直転送部から信号電荷を受け取る第１水平転送部と前記第１水平転送部から信号電荷を受け取る第２水平転送部とを有し、前記第１水平転送部において、前記複数の水平転送電極のうちの１つは、垂直方向に隣接して配置され前記中間転送部を介して前記第２の水平転送部に信号電荷を転送する複数の列方向電極から構成されており、前記複数の垂直転送電極、前記複数の水平転送電極、前記振分け転送電極は、単層の電極により構成される。
【００３１】
この構成によれば、１列分の水平転送電極により信号電荷が転送されるので、転送経路が短くなり不要な転送動作を省略できる。したがって、画素サイズが小さい固体撮像装置おいても、信号電荷の転送不良を抑制することができる。また、水平転送電極は単層で構成されているので、電極の構成が単純であり、電極間の短絡が生じるのを抑制することができる。
【００３２】
ここで、前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記垂直転送部側の水平方向の長さと前記中間転送部側の水平方向の長さとが等しい長方形形状を有していてもよい。
【００３３】
また、前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記垂直転送部側の水平方向の長さが前記中間転送部側の水平方向の長さより短く構成されてもよい。
【００３４】
この構成によれば、第１の水平転送電極の第１垂直転送部側の水平方向の長さを短くすることで、信号電荷を第１水平転送部から中間転送部及び第２水平転送部４へ向けて転送する際、ナローチャネル効果を高め、中間転送部側の電位が深くなるような電位勾配を形成することができ、転送電界を更に強化することができる。
【００３５】
ここで、前記複数の列方向電極のそれぞれは、前記複数の列方向電極間の境界が水平方向に対して所定の角度を有するように構成されていてもよい。
【００３６】
また、前記第２水平転送部は、前記第１水平転送部の前記列方向電極の構成と同一の前記列方向電極を有してもよい。
【００３７】
この構成によれば、信号電荷の転送を効率よく行うことができ、信号電荷の転送不良をより抑制することができる。
【００３８】
ここで、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する３相以上の転送パルスがそれぞれ印加される３つ以上の水平転送電極を有してもよい。
【００３９】
この構成によれば、この構成によれば、３つ以上の水平転送電極のうちの１列分の水平転送電極により信号電荷が転送されるので、転送経路が短くなり不要な転送動作を省略できる。したがって、画素サイズが小さい固体撮像装置おいても、信号電荷の転送不良を抑制することができる。また、３つ以上の水平転送電極による３層以上の駆動方式によって信号電荷を水平転送するので、水平バリア電極を設ける必要がない。これにより、低振幅の電圧で信号電荷を転送することができ、固体撮像装置の消費電力が増加するのを防止することができる。
【００４０】
ここで、前記複数の垂直転送部のうち、所定の水平転送部に信号電荷を転送する前記垂直転送部を選択する転送制御部を備え、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する３相以上の転送パルスがそれぞれ印加される３つ以上の水平転送電極を有してもよい。
【００４１】
この構成によれば、３つ以上の水平転送電極のうちの１列分の水平転送電極により信号電荷が転送されるので、転送経路が短くなり不要な転送動作を省略できる。また、パッケージの端子数を少なくすることができる。更に、電極間容量を減少でき、水平駆動電圧が同じであれば低消費電力を実現できる。
【００４２】
ここで、前記垂直転送部は、前記光電変換部の各列に対応し前記光電変換部からの信号電荷を転送する複数の第１垂直転送部と、垂直方向に隣接して水平方向に連続した前記第１の垂直転送部ｍ（ｍは２以上の整数）列を束ねた第２の垂直転送部とからなるようにしてもよい。
【００４３】
この構成によれば、ｍ列の第１垂直転送部が第２垂直転送部に接続されるので、信号電荷をｍ列分ごとに第１水平転送部に順に転送することができる。これにより、信号電荷の転送経路が短くなり、不要な転送動作を省略できる。したがって、画素サイズが小さい固体撮像装置おいても、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００４４】
ここで、前記第２垂直転送部の前記第１垂直転送部に接続された一端と反対側の他端は、前記第１水平転送部の前記列方向電極の位置に対応する前記第１水平転送部に連続して設けられていてもよい。
【００４５】
この構成によれば、第２垂直転送部が列方向電極の位置に対応する第１水平転送部に連続して設けられているので、より信号電荷の転送経路が短くなり、不要な転送動作を省略できる。したがって、画素サイズが小さい固体撮像装置おいても、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００４６】
ここで、前記複数の列方向電極は、前記複数の垂直転送部のいずれにも対応しない位置に独立に設けられていてもよい。
【００４７】
この構成によれば、列方向電極は複数の垂直転送部のいずれにも対応しない位置に独立に設けられているので、信号電荷が垂直転送部から列方向電極の下の第１水平転送部に直接転送されることがなく、信号電荷が誤って第１水平転送部から第２水平転送部まで転送されるのを防止することができる。
【００４８】
ここで、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する４相の転送パルスがそれぞれ印加される４つの水平転送電極の繰り返しにより構成され、前記第１水平転送部の水平転送電極と前記第２水平転送部の水平転送電極とを、水平方向に２相ずらして共通に配線するようにしてもよい。
【００４９】
この構成によれば、４つ以上の水平転送電極のうちの１列分の水平転送電極により信号電荷が転送されるので、転送経路が短くなり不要な転送動作を省略できる。また、４つ以上の水平転送電極による４層以上の駆動方式によって信号電荷を水平転送するので、水平バリア電極を設ける必要がない。これにより、低振幅の電圧で信号電荷を転送することができ、固体撮像装置の消費電力が増加するのを防止することができる。
【００５０】
また、上記の課題を達成するため、本発明の一形態における固体撮像装置の駆動方法は、前記固体撮像装置は、２次元状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に設けられ、前記光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する複数の垂直転送部と、複数の水平転送電極を有し、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する、垂直方向に並列に配置された複数の水平転送部と、前記複数の垂直転送部のうち、所定の水平転送部に信号電荷を転送する前記垂直転送部を選択する転送制御部と、前記複数の水平転送部間に設けられ、前記複数の水平転送部間の信号電荷の転送を行う中間転送部とを備え、前記複数の水平転送部は、前記垂直転送部から信号電荷を受け取る第１水平転送部と前記第１水平転送部から信号電荷を受け取る第２水平転送部とからなり、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１転送パケットを形成する４相以上の転送パルスが印加される４つ以上の水平転送電極の繰り返しで構成され、前記第１水平転送部において、１転送パケットを形成する４相以上の転送パルスが印加される４つ以上の第１水平転送部において、前記複数の水平転送電極のうちの１つは、垂直方向に隣接して配置され前記中間転送部を介して前記第２水平転送部に信号電荷を転送する複数の列方向電極からなり、信号電荷を前記複数の水平転送部間において転送する際には、前記複数の列方向電極に異なる転送パルスを印加して垂直方向に電位勾配を設け、前記信号電荷を前記水平転送部において水平転送する際には、前記複数の列方向電極に同一の転送パルスを印加して垂直方向の電位を同一にしてもよい。
【００５１】
この構成によれば、複数の列方向電極に異なる転送パルスを印加して水平転送部内に電位勾配を設けることができるので、信号電荷の転送を容易に行うことができる。これにより、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００５２】
また、本発明は、固体撮像装置として実現できるだけでなく、上記した固体撮像装置を備えたカメラとしてもよい。
【００５３】
この構成によれば、上記した固体撮像装置の特徴を備えたカメラを提供することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の固体撮像装置によれば、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の概略構成図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の詳細な構成図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の詳細な構成図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の駆動タイミングを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の駆動タイミングを示す図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の信号電荷転送図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の信号電荷転送図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の信号電荷転送図である。
【図４Ｄ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の信号電荷転送図である。
【図４Ｅ】本発明の第１の実施形態における通常モード時の信号電荷転送図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における動画モード時（水平２画素加算時）の駆動タイミングを示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態における動画モード時（水平２画素加算時）の信号電荷転送図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の実施形態における動画モード時（水平２画素加算時）の信号電荷転送図である。
【図６Ｃ】本発明の第１の実施形態における動画モード時（水平２画素加算時）の信号電荷転送図である。
【図７Ａ】従来技術における固体撮像装置の部分平面図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分平面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の電位模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分構成図（水平蓄積電極変更）である。
【図１０】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分構成図（ｎ型追加注入実施）である。
【図１１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分構成図（ｐ型追加注入実施）である。
【図１２】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の電位模式図（ｎ型追加注入実施）である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１７Ａ】本発明の第６の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１７Ｂ】本発明の第６の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。
【図１８Ａ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１８Ｂ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１８Ｃ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１８Ｄ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１８Ｅ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１８Ｆ】本発明の第６の実施形態における信号電荷転送図である。
【図１９】従来技術における固体撮像装置の水平転送部の部分構成図である。
【図２０】従来技術における固体撮像装置の電位模式図である。
【図２１】従来技術における固体撮像装置の駆動タイミングを示す図である。
【図２２】従来技術における固体撮像装置の転送電極を形成する工程概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００５７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態では、２次元状に配列された複数の光電変換部と、光電変換部の各列に設けられ、複数の垂直転送電極を有し、光電変換部から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する複数の垂直転送部と、複数の水平転送電極を有し、垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する複数の水平転送部と、複数の水平転送部間に設けられ、振分け転送電極を有し、複数の水平転送部間の信号電荷の転送を行う中間転送部とを備え、複数の水平転送部は、垂直転送部から信号電荷を受け取る第１水平転送部と第１水平転送部から信号電荷を受け取る第２水平転送部とを有し、第１水平転送部において、複数の水平転送電極のうちの１つは、垂直方向に隣接して配置され中間転送部を介して第２水平転送部に信号電荷を転送する複数の列方向電極から構成されており、複数の垂直転送電極、複数の水平転送電極、振分け転送電極は、単層の電極により構成される固体撮像装置について説明する。これにより、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００５８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００を示した概略構成図である。
【００５９】
図１に示すように、固体撮像装置１００は、光電変換部１と、信号電荷の読み出し部１０３と、第１垂直転送部２と、第１水平転送部３と、第２水平転送部４と、チャネルストップ領域５と、第１の信号電荷出力部１１６と、第２の信号電荷出力部１１７とを備えている。
【００６０】
また、図２Ａは、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１００の詳細な構成図である。
【００６１】
図２Ａに示すように、固体撮像装置１００は、詳細には、光電変換部１と、第１垂直転送部２と、画素繰り返し部６と、垂直転送電極１１と、中間電極１２と、信号電荷蓄積電極８及び転送阻止電極９とを有する転送制御部７と、第２垂直転送部１０と、第２垂直転送部１０の転送電極１３と、最終垂直転送電極１４と、第１水平転送部３と、第２水平転送部４と、チャネルストップ領域５と、中間転送部２１と、中間転送部２１の上に設けられた振分け転送電極２２と、第１水平転送部３に設けられた第１の水平転送電極１５Ａ及び１５Ｂと、第２水平転送部４に設けられた第１の水平転送電極１５Ｃと、第１水平転送部３及び第２水平転送部４にそれぞれ設けられた複数の第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０とにより構成される。チャネルストップ領域５は、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の間において、中間転送部２１が形成されていない領域に形成されている。ここで、転送電極１３及び最終垂直転送電極１４が本発明における垂直転送電極に相当する。また、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極１９が本発明における水平転送電極に相当する。
【００６２】
また、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂが、本発明における列方向電極に相当する。本実施形態では、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの第２垂直転送部１０側の水平方向の長さと中間転送部２１側の水平方向の長さとが等しくなるように形成されている。なお、第１垂直転送部２、第２垂直転送部１０、第１水平転送部３、第２水平転送部４は、連続して形成されており、図２Ａにおいて一点差線で示している。また、図２Ａ以外のその他の図についても同様である。また、図２Ａにおいて、垂直転送電極、水平転送電極、振分け転送電極は全て単層電極で構成されている。振分け転送電極２２は独立しているが、図２Ｂに示すように、振分け転送電極２２は図２Ａに示した振分け転送電極２２のように中間転送部２１ごとに分割した構成でなくても、チャネルストップ領域５及び中間転送部２１の上に一体に形成されていても良い。
【００６３】
つまり、図２Ｂでは、第１水平転送部３と第２水平転送部４の水平転送電極は独立している。ただし、振分け転送電極２２下において、中間転送部２１は、第１水平転送部３の信号電荷を水平転送部４へ垂直転送させるため、チャネルストップ領域５を形成しない。また、振分け転送電極２２下にチャネルストップ領域５を形成せずに、中間転送部２１下の電位を深くし、第１水平転送部３から第２水平転送部４へ電荷転送することも可能である（図示せず）。
【００６４】
図１及び図２Ａに示すように、固体撮像装置１００は、光電変換部１で発生した信号電荷を、読み出し部１０３を介して垂直転送電極１１により第１垂直転送部２に読み出す。その後、第１垂直転送部２内の信号電荷を順次転送し、第１水平転送部３に転送する。その後、第１水平転送部３と第２水平転送部４との間に設けられた中間転送部２１に電圧を印加し、第１水平転送部３から第２水平転送部４へ信号電荷を転送する。
【００６５】
次に、次ラインの信号電荷を第１垂直転送部２から第１水平転送部３及び第２水平転送部４に転送後、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の電荷を同時に水平方向に転送し、第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７で信号電荷を検出して信号電圧に変換し、２ライン分の信号が出力される。
【００６６】
以上のように、並列に配置された第１水平転送部３及び第２水平転送部４の構成により、信号電荷を２ライン分ずつ同時に出力し、高速駆動を実現できる。
【００６７】
ここで、一般的な固体撮像装置は、垂直転送部の１列に対して、水平転送部の１転送パケットが構成されている。水平転送部が２相駆動の場合は、垂直転送部１列に対して水平転送電極は２つ、水平転送部が３相駆動の場合は垂直転送部１列に対して水平転送電極は３つになる。
【００６８】
これに対し、本発明では、第１水平転送部３、第２水平転送部４は３相以上の駆動であり、３つ以上の水平転送電極で構成されることを特徴とする。特に、本実施形態では水平転送部は４相駆動であり、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は、４列分の水平転送電極が繰り返し配置されて構成されている。
【００６９】
また、従来技術のように垂直転送部の１列に対して１転送パケットが構成されるのではなく、第１垂直転送部２の４列に対して１転送パケットが構成されている。よって、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の転送パケット数を従来のように第１垂直転送部２の列数と同じにせず、第１垂直転送部２の１列に対して１／４にし、通常モードでは、第１垂直転送部２から第１水平転送部３及び第２水平転送部４への転送、及び第１水平転送部３及び第２水平転送部４から第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７への転送動作を４回に分け、１ラインの信号電荷を分割してインターレース出力する（詳細の動作は後述する）。これにより、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の電極数を減らすことができ、電極間容量を減少させ低消費電力を実現できる。
【００７０】
また、水平インターレースや動画モード時に信号電荷を加算する場合、信号電荷を一時的に保持する動作が必要である。本実施形態では、図２Ａの転送制御部７において、各列の信号電荷蓄積電極８と転送阻止電極９により信号電荷の転送を選択的に制御することができる。
【００７１】
転送制御部７はＬ列、Ｃ１列、Ｃ２列、Ｒ列の４列単位で水平方向に繰り返され、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は４相駆動され、図２Ａにおいては第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０の４列分の水平転送電極により、第１水平転送部３及び第２水平転送部４のそれぞれにおいて１転送パケットが形成される。即ち、転送制御部７の４列に対して、転送パケットを構成する４つの水平転送電極が対応するように構成される。
【００７２】
また、図２Ａに示すように、転送制御部７において、Ｌ列、Ｃ１列、Ｒ列は信号電荷蓄積電極８と転送阻止電極９の２つの電極を有しているが、Ｃ２列は２つの電極でなくても１つの電極のみ有している構成であってもよい。これは、４列の第１垂直転送部２のうち、常に第１に転送されるＣ２列は信号電荷を制御する必要がないため、転送制御部７におけるＣ２列の転送電極には、画素繰り返し部６の垂直転送電極と同じ転送パルスを印加することが可能であるためである。これにより、転送制御部７内の独立電極の数を減らすことができ、パッケージの端子数を削減することができる。
【００７３】
また、転送制御部７のＬ列、Ｃ１列、Ｒ列において、信号電荷を制御する場合、信号電荷は信号電荷蓄積電極８の１つの転送電極下の第１垂直転送部２で保持される。そのために、信号電荷蓄積電極８の電極長と信号電荷蓄積電極８下の第１垂直転送部２の幅は、画素繰り返し部６の垂直転送電極の電極長や第１垂直転送部２の幅より大きくしている。
【００７４】
一方、転送制御部７のＣ２列では信号電荷を保持する必要がないため、Ｃ２列の第１垂直転送部２の幅は、Ｌ列、Ｃ１列、Ｒ列の信号電荷蓄積電極８下の第１垂直転送部２に比べ狭くてよい。そのため、転送制御部７のＣ２列は、第１垂直転送部２の幅を第１水平転送部３に向けて除々に広げ、ナローチャネル効果を利用し転送電界を向上させることで、電極長が長い転送を可能にしている。
【００７５】
本実施形態の第１の特徴は、固体撮像装置１００が、光電変換部１の各列に対応し光電変換部１からの信号電荷を転送する第１垂直転送部２と、連続した４列の第１垂直転送部２が接続された第２垂直転送部１０とを有する点である。つまり、第２垂直転送部１０が４列の第１垂直転送部２を束ねており、１転送パケットを構成する４つの水平転送電極（第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０）のうちの、１つの電極（第１の水平転送電極１５Ａ）の位置に対応する第１水平転送部３に連続して第２垂直転送部１０が設けられている。
【００７６】
また、図２Ａに示すように、第１の水平転送電極１５Ａの垂直転送方向には、第１の水平転送電極１５Ｂが設けられ、第１の水平転送電極１５Ｂ及び１５Ｃの間に、振分け転送電極２２を有する中間転送部２１が設けられている。
【００７７】
上記構成では、第２垂直転送部１０内の信号電荷を第１水平転送部３、及び中間転送部２１を介して第２水平転送部４に、同時に転送することが可能になる。また、図９に示すように、第１水平転送部３において、水平方向に複数の水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、第２の水平転送電極１８）で第２垂直転送部１０からの信号電荷を受けた後、１つの水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ）に絞りこむ転送動作は必要なく、効率的な転送が可能である。更に、第１水平転送部３から中間転送部２１を介して第２水平転送部４への信号電荷の垂直転送の際、不要な転送動作がなく効率的な転送動作が可能なため、転送時間を長く確保することが可能である。
【００７８】
なお、第２垂直転送部１０から、第１水平転送部３、中間転送部２１を介して第２水平転送部４までの信号電荷の転送経路は垂直方向に真直ぐであり、従来技術における固体撮像装置の構成（図１９）のように、中間転送部２０６で信号電荷を斜めに転送する必要はない。よって、信号電荷の転送距離を短縮でき転送劣化が生じにくい。
【００７９】
また、本実施形態の第２の特徴は、第１水平転送部３から中間転送部２１へ信号電荷を垂直転送する転送電極を、図２Ａに示した第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂのように独立した複数の電極、かつ単層の電極で構成している点である。これにより、信号電荷を第１水平転送部３及び第２水平転送部４の間において転送する際には、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂに異なる転送パルスを印加して垂直方向に電位勾配を設け、信号電荷を第１水平転送部３において水平転送する際には、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂに同一の転送パルスを印加して垂直方向の電位を同一にすることが可能になる。このように、信号電荷を第１水平転送部３から中間転送部２１へ転送する際、２つの電極で転送することで１電極あたりの転送距離を短縮でき、転送電界を向上させることで転送不良を更に抑制することができる。
【００８０】
また、従来技術に示した固体撮像装置の水平２相駆動は、水平蓄積電極２０９、２１１の下の電荷蓄積領域とバリア領域２１３で構成されており、水平転送時には、信号電荷をバリア領域の電位障壁を乗越えさせ転送させる必要があり、比較的高い駆動電圧（例えば、３．３〜５．０Ｖ）が必要である。これに対し、本実施形態における固体撮像装置１００の水平転送は４相駆動であるため、バリア領域を形成する必要がなく、低振幅の電圧（例えば、１．８Ｖ）で転送が可能となる。第１水平転送部３から第２水平転送部４へ信号電荷を垂直転送する場合においても、本実施形態に示した固体撮像装置１００の構造では、上記したように水平方向に複数の第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの２つの水平転送電極で構成し、転送電界を強化しているため、低電圧での転送を実現することができる。よって、第１水平転送部３から第２水平転送部４への垂直転送と水平転送とを低電圧駆動で可能にし、低消費電力を実現している。
【００８１】
また、本実施形態における水平転送電極は、単層で構成されているが、従来技術に示した固体撮像装置の構成は、図１９に示すように、水平蓄積電極２０９、２１１と水平バリア電極２１０を水平方向に繰り返した２層（複層）の電極構成である。更に、従来技術に示した固体撮像装置では、第１水平転送部３と第２水平転送部４に信号電荷を振分け転送するために、水平蓄積電極２１１の第１の電極要素２１１Ａ及び第２の電極要素２１１Ｂを独立に構成しており、第２の電極要素２１１Ｂに隣接する水平バリア電極２１０は、第１の電極要素２１１Ａと第２の電極要素２１１Ｂの上部に形成する必要があり、３層構造になる。そのため、従来技術における固体撮像装置の構造では、前述したように、各転送電極に同じ電圧を印加しても、各電極下のチャネル電位は異なり電位勾配が形成される。更に、各転送電極のオーバーラップにより配線構造が複雑になり、電極間の短絡も生じやすい。これに対し、本実施形態では、上記のような課題が発生することはない。
【００８２】
以上のように構成された固体撮像装置１００について、以下その動作を説明する。また、図２Ａに示す各電極には、印加される転送パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ１、φＶＳＴ−Ｃ２、φＶＳＴ−Ｒ、φＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＳＴ−Ｒ、φＶＬ１、φＶＬ２、φＨＨＴ、φＨ１ａ、φＨ１ｂ、φＨ１ｃ、φＨ２、φＨ３、φＨ４を図示している。
【００８３】
本実施形態における通常モード時の駆動タイミングを図３Ａ及び図３Ｂに、信号電荷転送図を図４Ａ〜図４Ｅに示す。
【００８４】
図４Ａ〜図４Ｅに示すように、通常モードにおいては、第１水平転送部３及び第２水平転送部４のパケット数は、第１垂直転送部２の列数の１／４になっているため、Ｃ２列、Ｃ１列、Ｌ列、Ｒ列の順で４回に分けて第１垂直転送部２から第１水平転送部３、及び第１水平転送部３から中間転送部２１を経由して第２水平転送部４へ信号電荷が転送され、その後、第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７への信号電荷の転送が実施される。本実施形態では、画素繰り返し部６の第１垂直転送部２は４相駆動の場合を示している。また、図４Ａ〜図４Ｅでは、ＧとＲの画素について信号電荷を転送する場合を説明するため、各列の信号電荷の移動をＧ及びＲで示している。
【００８５】
図２Ａにおいて、光電変換部１に蓄積された信号電荷は、第１垂直転送部２に読み出され、垂直転送電極１１及び中間電極１２を介して各列の信号電荷蓄積電極８の下に転送される。
【００８６】
図３Ａ中の時刻ｔ０において、中間電極１２にφV３としてローレベル（例えば、−６Ｖ）、信号電荷蓄積電極８にφＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ１、φＶＳＴ−Ｒとしてミドルレベル（例えば、０Ｖ）の転送パルスを印加する。Ｃ２列の信号電荷蓄積電極８と転送阻止電極９が一体化した１つの転送電極には、前述したように画素繰り返し部６の垂直転送電極と同じ転送パルスを印加することが可能であるため、φＶＳＴ−Ｃ２としてφＶ４のミドルレベルの転送パルスを印加する。これにより、各列の中間電極１２の下の転送領域に蓄積されている信号電荷を信号電荷蓄積電極８の下の転送領域に転送する（図４Ａ)。また、各列の転送阻止電極９には、φＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒとしてローレベルの転送パルスを印加して電位障壁を形成し、次段への信号電荷転送を阻止している。
【００８７】
次に、時刻ｔ０〜ｔ１の期間において、転送制御部７により４列のうちのＣ２列を選択して信号電荷の転送を行う。選択しないＬ列、Ｃ１列、Ｒ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒはローレベルに維持して、信号電荷を信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持すると共に、Ｃ２列の信号電荷蓄積電極８に印加するφＶＳＴ−Ｃ２（φＶ４）、第２垂直転送部１０の転送電極１３に印加するφＶＬ２、最終垂直転送電極１４に印加するφＶＬ１の転送パルスを遷移させる。この時、並行して第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂ、第１の水平転送電極１５Ｃに印加するφＨ１ｃをハイレベル（例えば、１．８Ｖ）にし、中間転送部２１の振分け転送電極２２にφＨＨＴとしてハイレベルの転送パルスを印加することによって、Ｃ２列の信号電荷を第１水平転送部３、中間転送部２１及び第２水平転送部４に転送する。
【００８８】
その後、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、第１の水平転送電極１５Ａ及び１５Ｂに印加する転送パルスφＨ１ａ及びφＨ１ｂ、ならびに中間転送部２１に印加する転送パルスφＨＨＴを遷移させ、第１水平転送部３から第２水平転送部４への信号電荷の転送を完了させる（図４Ｂ）。
【００８９】
次に、時刻ｔ２〜ｔ３の期間において、転送制御部７により４列のうちのＣ１列を選択して信号電荷の転送を行う。選択しないＬ列、Ｒ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｒはローレベルに維持して、Ｌ、Ｒ列の信号電荷を信号電荷蓄積電極８に保持すると共に、Ｃ１列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｃ１をミドルレベルに遷移させ、Ｃ１列の信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持していた信号電荷を転送阻止電極９の下の第１垂直転送部２に転送させる。
【００９０】
その後、時刻ｔ３〜ｔ４の期間において、Ｃ１列の転送阻止電極９に印加するφＶＨＬＤ−Ｃ１、第２垂直転送部１０の転送電極１３に印加するφＶＬ２、最終垂直転送電極１４に印加するφＶＬ１を遷移させると共に、第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂをハイレベルにし、Ｃ１列の信号電荷を第１水平転送部３へ転送する。このとき、中間転送部２１の転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴはローレベルに維持することで、第１水平転送部３と第２水平転送部４の信号電荷が混合するのを防止している。
【００９１】
その後、時刻ｔ４〜ｔ５の期間において、第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７へ向けて第１水平転送部３と第２水平転送部４の信号電荷の転送を行うことで、Ｃ２列とＣ１列の信号電荷を出力する（図４Ｃ）。
【００９２】
次に、図３Ｂに示す時刻ｔ６において、転送制御部７により４列のうちのＬ列を選択して信号電荷の転送を行う。選択しないＲ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｒはローレベルに維持して、Ｒ列の信号電荷を信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持すると共に、Ｌ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｌをミドルレベルに遷移させ、Ｌ列の信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持していた信号電荷を転送阻止電極９の下の第１垂直転送部２に転送させる。
【００９３】
その後、時刻ｔ６〜ｔ７の期間において、Ｌ列の転送阻止電極９に印加するφＶＨＬＤ−Ｌ、第２垂直転送部１０の転送電極１３に印加するφＶＬ２、最終垂直転送電極１４に印加するφＶＬ１の転送パルスを遷移させると共に、並行して第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂ、第１の水平転送電極１５Ｃに印加するφＨ１ｃをハイレベル（例えば、１．８Ｖ）にし、中間転送部２１の転送電極２２にφＨＨＴのハイレベルの転送パルスを印加することによって、Ｃ２列の信号電荷を第１水平転送部３及び第２水平転送部４に転送する。
【００９４】
その後、時刻ｔ７〜ｔ８の期間において、第１の水平転送電極１５Ａ及び１５Ｂに印加する転送パルスφＨ１ａ及びφＨ１ｂ、ならびに中間転送部２１の転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴを遷移させ、第１水平転送部３から第２水平転送部４への信号電荷の転送を完了させる（図４Ｄ）。
【００９５】
続いて、時刻ｔ９において、転送制御部７により４列のうちのＲ列を選択して信号電荷の転送を行う。Ｒ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｒをミドルレベルに遷移させ、Ｒ列の信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持していた信号電荷を転送阻止電極９の下の第１垂直転送部２に転送させる。
【００９６】
その後、時刻ｔ９〜ｔ１０の期間においてＲ列の転送阻止電極９に印加するφＶＨＬＤ−Ｒ、第２垂直転送部１０の転送電極１３に印加するφＶＬ２、最終垂直転送電極１４に印加するφＶＬ１を遷移させると共に、第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂをハイレベルにし、Ｒ列の信号電荷を第１水平転送部３へ転送する。このとき、中間転送部２１の転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴはローレベルに維持することで、第１水平転送部３と第２水平転送部４の信号電荷が混合するのを防止している。
【００９７】
その後、時刻ｔ１０〜ｔ１１の期間において、第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７へ向けて第１水平転送部３及び第２水平転送部４の信号電荷の転送を行うことで、Ｌ列とＲ列の信号電荷を出力する（図４Ｅ）。
【００９８】
上記の動作により、１ラインの信号電荷を第１水平転送部及び第２水平転送部４へ振分けて高速に出力することが可能であり、残りの信号電荷も同様の転送動作により順次出力することができる。
【００９９】
次に動画モード時における駆動タイミングを図５に、信号電荷転送図を図６Ａ〜図６Ｃに示す。本実施形態においては、水平方向に隣接する同色の信号電荷を２画素加算する場合を例として示す。
【０１００】
まず、図５中の時刻ｔａに示すように、通常モードの動作と同様に、中間電極１２にφＶ３、信号電荷蓄積電極８にφＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ１、φＶＳＴ−Ｃ２、φＶＳＴ−Ｒの転送パルスを印加することにより、各列の中間電極１２の下の第１垂直転送部２に蓄積されている信号電荷を信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に転送する（図６Ａ)。また、Ｃ１列、Ｒ列の転送阻止電極９にはφＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒにローレベルの転送パルスを印加して電位障壁を形成し、次段への信号電荷転送を阻止している。
【０１０１】
次に、時刻ｔａ〜ｔｂの期間において、転送制御部７により４列のうちのＣ２列とＬ列を選択して信号電荷の転送を行う。選択しないＣ１列とＲ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒはローレベルに維持して、信号電荷を信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持すると共に、Ｌ列の転送阻止電極９にφＶＨＬＤ−Ｌ、Ｃ２列の信号電荷蓄積電極８にφＶＳＴ−Ｃ２、第２垂直転送部１０の転送電極１３にφＶＬ２、最終垂直転送電極１４にφＶＬ１の転送パルスを遷移させる。
【０１０２】
また、並行して第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂ、第１の水平転送電極１５Ｃに印加するφＨ１ｃをハイレベル（例えば、１．８Ｖ）にし、中間転送部２１の転送電極２２にφＨＨＴのハイレベルの転送パルスを印加することによって、Ｌ列、Ｃ２列の信号電荷を第１水平転送部３及び第２水平転送部４に転送する（図６Ｂ）。このとき、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０に印加する転送パルスφH２、φH３、φH４はローレベルに維持しておく。これによりＬ列、Ｃ２列における２画素分の信号電荷を加算することができる。
【０１０３】
その後、時刻ｔｂ〜ｔｃの期間において、第１の水平転送電極１５Ａ及び１５Ｂに印加する転送パルスφＨ１ａ及びφＨ１ｂ、ならびに中間転送部２１に印加する転送パルスφＨＨＴを遷移させ、第１水平転送部３から第２水平転送部４への信号電荷の転送を完了させる。
【０１０４】
次に、時刻ｔｃ〜ｔｄの期間において、転送制御部７により４列のうちのＣ１列とＲ列を選択して信号電荷の転送を行う。Ｃ１列、Ｒ列の転送阻止電極９に印加される転送パルスφＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒをミドルレベルに遷移させ、各列の信号電荷蓄積電極８の下の第１垂直転送部２に保持していた信号電荷を転送阻止電極９の下の第１垂直転送部２に転送させる。その後、Ｃ１列、Ｒ列の転送阻止電極９に印加するφＶＨＬＤ−Ｃ１、φＶＨＬＤ−Ｒ、第２垂直転送部１０の転送電極１３に印加するφＶＬ２、最終垂直転送電極１４に印加するφＶＬ１を遷移させると共に、第１の水平転送電極１５Ａに印加するφＨ１ａ、第１の水平転送電極１５Ｂに印加するφＨ１ｂをハイレベルにし、各列の信号電荷を第１水平転送部３へ転送する。このとき、中間転送部２１の転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴはローレベルに維持することで、第１水平転送部３と第２水平転送部４の信号電荷が混合するのを防止している。
【０１０５】
その後、時刻ｔｄ〜ｔｅの期間において、第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７へ向けて第１水平転送部３と第２水平転送部４の信号電荷の転送を行うことで、Ｃ２列とＬ列の２画素分の信号電荷とＣ１列とＲ列の２画素分の信号電荷をそれぞれ出力する（図６Ｃ）。
【０１０６】
なお、第１垂直転送部２においては、読み出し部１０３を複数設け、駆動を工夫することで、第１垂直転送部２内で２画素加算を行い、前述の水平２画素加算と合わせて４画素加算の動作を実現することは容易である。
【０１０７】
次に、従来技術の課題であった、画素サイズが小さいセルで構成される固体撮像装置の場合に生じる第１水平転送部３から第２水平転送部４への転送劣化を、本実施形態における構成により改善できる理由について、図面を参照しながら説明する。
【０１０８】
図７Ａに従来技術における固体撮像装置の一部の平面図、図７Ｂに本実施形態における固体撮像装置１００の一部の平面図を示す。図７Ａ及び図７Ｂ中の符号は、図２Ａ及び図１９と同じ構成のものは同一符号で表し説明を省略する。また、図７Ａ及び図７Ｂ共に単層電極で構成された場合を示す。図７Ａ及び７Ｂにおいて、Ａ０、Ａ１は水平転送電極の水平方向の電極の長さであり、Ｂ０とＢ１は第１水平転送部の垂直方向の長さを、Ｃ０、Ｃ１は中間転送部の垂直方向の長さを示している。
【０１０９】
図７Ａの従来技術における固体撮像装置の構成の特徴は、垂直転送部２０２の１列に対して第１水平転送部２０４及び第２水平転送部２０５がそれぞれ２つの水平蓄積電極２０９、２１１で構成され、第１水平転送部２０４及び第２水平転送部２０５は２相駆動方式である点である。単層電極の場合では、図７Ａに示すように、同じ電極下に蓄積領域１１２とバリア領域１１３が構成され、信号電荷は、同図に示す電荷転送路１１１のように、垂直転送部２０２から第１水平転送部２０４の蓄積領域１１２、中間転送部２０６及び第２水平転送部２０５へ転送される。よって、画素サイズが小さいセルの場合では、水平蓄積電極２０９の水平方向の長さであるＡ０は短くなり蓄積領域１１２が小さくなるため、所定の飽和電荷量を確保するために第１水平転送部２０４の垂直方向の長さＢ０を大幅に広くする必要がある。
【０１１０】
例えば、画素サイズが１．５μｍ程度の場合では、水平電極の水平方向の長さＡ０は約０．７μｍ（画素サイズの半分）、第１水平転送部２０４の水平方向の長さＢ０は４０〜５０μｍ程度必要になる。また、従来技術における固体撮像装置の構成では、図２０（ｂ）、（ｃ）に示すように、中間転送部２０６にのみ信号電荷を蓄積する状態が必要になるため、中間転送部２０６の垂直方向の長さＣ０も広くする必要がある。
【０１１１】
一方、本実施形態における固体撮像装置１００の構成においては、図７Ｂに示すように、第１垂直転送部２の４列を第２垂直転送部１０で合流させており、第２垂直転送部１０は第１水平転送部３に設けられた水平転送電極のうちの１つの水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ）に接続されるように構成されている。第１水平転送部３及び第２水平転送部４は４相駆動方式であり、１転送パケットは４列分の水平転送電極で構成されている。本構成では、前述したように、第１垂直転送部２の４列に対して１転送パケットを形成し、通常モードでは、第１垂直転送部２から第１水平転送部３及び第２水平転送部４への信号電荷の転送、及び第１水平転送部３及び第２水平転送部４から第１の信号電荷出力部１１６及び第２の信号電荷出力部１１７への信号電荷の転送動作を４回に分け、１ラインの信号電荷を２つに分割してインターレースする出力する。このように、水平インターレース方式により、水平電極の水平方向の長さＡ１を長くすることが可能となる。
【０１１２】
また、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は４相駆動であるため、図７Ａに示した従来技術における固体撮像装置の２相駆動のように、１つの水平転送電極下にバリア領域１１３を形成する必要なく、１つの水平転送電極下の全領域で信号電荷を蓄積することができる。また、従来技術における固体撮像装置の２相駆動では、ゲート電圧振幅の約１／２は、電荷蓄積に寄与しないバリア領域のポテンシャル変位に当てられており、蓄積電荷量はバリア領域の形成条件で決定されていたが、バリア領域を形成する必要のない３相以上の駆動方式ではゲート電圧振幅のポテンシャル変位が電荷蓄積にそのまま寄与する。そのため、３相駆動や４相駆動では単位ゲート面積あたりの飽和電荷量が約２倍以上にできるため、飽和電荷量を確保するための第１水平転送部３の垂直方向の長さＢ１を短くすることが可能になる。同様の理由で、３相以上の駆動方式では従来技術よりも低電圧駆動も可能になる。
【０１１３】
本実施形態の構成では、水平インターレース方式を併用しているため水平方向のゲート面積を従来技術以上に確保できるので、飽和電荷量を確保するための第１水平転送部３の垂直方向の長さＢ１を更に短くすることが可能になる。例えば、４相駆動・水平４：１インターレース方式で画素サイズが１．５μｍ程度の場合では、Ａ１は１．５μｍ（セルサイズと同じ）、第１水平転送部３の幅Ｂ１は６〜１０μｍ程度にすることが可能である。
【０１１４】
また、中間転送部２１にのみ信号電荷を蓄積することも不要であるため、中間転送部２１の垂直方向の長さＣ１も短くできる。中間転送部２１の垂直方向の長さＣ１は、配線と接続する領域さえ確保すればよく、約１μｍ程度にすることが可能である。
【０１１５】
図７Ａに、垂直転送部２０２から第１水平転送部２０４、中間転送部２０６を介して第２水平転送部２０５へ信号電荷を転送する際における信号電荷の転送経路を点線で示す。同様に、図７Ｂに、第１垂直転送部２から第１水平転送部３、中間転送部２１を介して第２水平転送部４へ信号電荷を転送する際における信号電荷の転送経路を点線で示す。本実施形態における固体撮像装置１００の構成である図７Ｂの信号電荷の転送経路は、従来技術における固体撮像装置の構成である図７Ａと比較して、上記したように飛躍的に短縮することが可能である。転送経路を大幅に短縮することで、従来の課題であった第１水平転送部から第２水平転送部への転送劣化を改善することができる。また、従来技術における固体撮像装置の構成は水平２相駆動方式のため、水平転送を実現するため比較的高い電圧（例えば、３．３〜５．０Ｖ）が必要であるが、本実施形態における固体撮像装置１００の構成では、水平４相駆動方式により、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の間の信号電荷の垂直転送と水平転送とを、低電圧駆動（例えば、１．８Ｖ）により実現することができ、固体撮像装置１００の低消費電力化が可能となる。なお、駆動方式は４相に限らず、３または５相以上の駆動相数に駆動相を増加してもよい。
【０１１６】
図８は、本実施形態の構成において、第２垂直転送部１０から第１水平転送部３への転送、ならびに第１水平転送部３から中間転送部２１を介して第２水平転送部４へ信号電荷を転送する際の電位模式図を示している。また、図８において、図８（ａ）〜図８（ｄ）の電位模式図は、図３Ａ及び図３Ｂの駆動タイミングにおいて、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に対応している。
【０１１７】
まず、図８（ａ）に示すように、最終垂直転送電極１４に印加する転送パルスφＶＬ１をローレベルにし、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに印加する転送パルスφＨ１ａ、φＨ１ｂ、及び中間転送部２１の振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴをハイレベルに遷移させることで、最終垂直転送電極１４の下の第１垂直転送部２に蓄積された信号電荷を、第１水平転送部３、及び中間転送部２１、第２水平転送部４に転送する。
【０１１８】
次に、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ｂ及び第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃに印加する転送パルスφＨ１ｂ及びφＨ１ｃ、振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴをハイレベルに維持し、第１の水平転送電極１５Ａに印加する転送パルスφＨ１ａをローレベルに遷移させ、第１の水平転送電極１５Ａの下の信号電荷の転送を完了させる（図８（ｂ））。
【０１１９】
続いて、第１の水平転送電極１５Ｃに印加する転送パルスφＨ１ｃ、及び振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴをハイレベルに維持し、第１の水平転送電極１５Ｂに印加する転送パルスφＨ１ｂをローレベルに遷移させ、第１の水平転送電極１５Ｂの下の信号電荷の転送を完了させる（図８（ｃ））。
【０１２０】
その後、第１の水平転送電極１５Ｃに印加する転送パルスφＨ１ｃをハイレベルに維持し、振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴをローレベルに遷移させ、振分け転送電極２２下の信号電荷の転送を完了させる（図８（ｄ））。
【０１２１】
以上により、第１水平転送部３から第２水平転送部４への転送において、低電圧駆動でありながら信号電荷の転送劣化を防止して完全転送することが可能となる。
【０１２２】
なお、前述したように、第１水平転送部３の垂直方向の長さＢ１は、従来技術の構成に比べて縮小可能なため、転送距離が短く転送劣化が生じにくい構造であるが、第１水平転送部３に印加する電圧が低くても（例えば、１．８Ｖ）完全転送を実現するため、第１水平転送部３下の信号電荷を第１の水平転送電極１５Ａ及び１５Ｂの２つの独立した電極で転送し転送電界を向上させている。
【０１２３】
本実施形態の構成では、最終垂直転送電極１４の下の第１垂直転送部２に蓄積された信号電荷を第２水平転送部４に転送する過程で、従来技術に示した転送過程（図２０（a）〜（ｃ））のように、一時的に第一の水平転送部３の水平転送電極下のみに信号電荷を蓄積したり、もしくは中間転送部２１の振分け転送電極２２の下のみに信号電荷を蓄積したりすることがない。そのため、最終垂直転送電極１４の下の第１垂直転送部２に蓄積された信号電荷を第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃの下の第２水平転送部４に効率よく移送することができる。特に、比較的取り扱い電荷量が多く電荷密度が高い場合は、最終垂直転送電極１４に印加する転送パルスφＶＬ１をローレベルに遷移させた時点で、最終垂直転送電極１４の下の第１垂直転送部２に蓄積された信号電荷の大部分を自己誘起ドリフトや拡散により転送することができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、図２Ａに示すように、第２垂直転送部１０が１つの水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ）に接続されている。これにより、第２垂直転送部１０の信号電荷を、第１水平転送部３及び中間転送部２１を介して、第２水平転送部４に転送する際、効率的に転送することができる。
【０１２５】
比較として、図９に第２垂直転送部１０が２つの水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ及び第２の水平転送電極１８）に接続されている（水平蓄積電極変更）構成を示す。図９中の点線は信号電荷の転送経路を示す。第２垂直転送部１０の信号電荷を第１の水平転送電極１５Ａ、第２の水平転送電極１８で受けた場合は、第２水平転送部４に信号電荷を転送するために、第２の水平転送電極１８をローレベルに遷移させる必要がある。このため、第２垂直転送部１０が第１の水平転送電極１５Ａのみに接続されている場合と比較して、余分な転送動作が必要となると共に、第２垂直転送部１０から第２の水平転送電極１８に移動した信号電荷の転送経路は長くなる。よって、本実施形態の構成することで、不要な転送動作を省略でき効率的な転送が可能になる。
【０１２６】
また、第１水平転送部３から第２水平転送部４への信号電荷の転送が完了した後に、第１水平転送部３において信号電荷を水平転送する際は、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂに印加する転送パルスφＨ１ａ、φＨ１ｂを同一にする。第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂを含め、水平転送電極は単層電極で構成されており、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの下における水平転送部３の不純物濃度は同じであるため、転送パルスφＨ１ａ、φＨ１ｂが同一であれば２つの電極下の第１水平転送部３は同電位になる。よって、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの２つの水平転送電極は１つの水平転送電極の場合と同様に機能させることが可能であり、第１の水平転送電極１５Ａ、１５ＢにφＨ１ａ、φＨ１b、及び、第２、３、４の水平転送電極１８、１９、２０にφH２、φＨ３、φＨ４の異なる転送パルスを印加して水平４相駆動が可能になる。
【０１２７】
また、本実施形態の構成では、第１水平転送部３から中間転送部２１及び第２水平転送部４へ向けて、転送電界を強化するために電位勾配を形成していない。その第１の理由は、第１水平転送部３から第２水平転送部４への垂直転送と、水平転送のいずれにおいても低電圧駆動を実現するためである。
【０１２８】
比較として、第１水平転送部３から中間転送部２１及び第２水平転送部４へ向けて、転送電界を強化するために電位勾配を形成した場合を図１０及び図１１に示す。図１０は、電位勾配を設ける一般的な方法で、中間転送部２１の方向に沿って注入領域が広くなるようにｎ型不純物を追加注入し、ナローチャネル効果を活用して電位勾配を形成している。図１０中にｎ型不純物の注入領域３１を示す。
【０１２９】
また、図１２は図１０のＡ−Ａ’方向に沿った電位模式図で水平転送時の状態を示している。図１２では、第１の水平転送電極１５（第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ）、第２の水平転送電極１８にローレベル、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０にハイレベルの転送パルスを印加し、第１の水平転送電極１５下の第１水平転送部３に蓄積された信号電荷を次段の第４の水平転送電極２０に転送する場合を示している。
【０１３０】
図１２に示すように、第１の水平転送電極１５の下の第１水平転送部３においてｎ型不純物を追加注入した注入領域３１は、電位が深くなり、第１の水平転送電極１５と次段の第４の水平転送電極２０の下の第１水平転送部３の電位差Ｄは小さくなる。電位差Ｄが小さいと転送電界が不足し、第１の水平転送電極１５の下の第１水平転送部３に信号電荷が残留し転送劣化が生じてしまう。また、水平駆動電圧を高くすれば、電位差Ｄを大きくでき、転送電界を向上させ、転送劣化を抑制し転送することができるが、大幅な消費電力の増大を招いてしまう。
【０１３１】
なお、第１水平転送部３から中間転送部２１及び第２水平転送部４へ向けて、転送電界を向上するために、図１１に示すように、中間転送部２１側で注入領域が狭くなるようにｐ型不純物を追加注入し、電位勾配を形成することもできる。図１１にｐ型不純物の注入領域３２を表している。
【０１３２】
この場合、第１水平転送部３において、第１の水平転送電極１５の下の第１水平転送部３の中間転送部２１側の電位と、次段の第４の水平転送電極２０の下の第１水平転送部３の電位の差は、追加注入なしの場合と同じであり、水平転送時の転送電界が低下することはないが、第１の水平転送電極１５の下の第１水平転送部３の大部分にｐ型不純物を追加注入しているため、第１の水平転送電極１５の下の第１水平転送部３において、信号電荷を蓄積可能な飽和電荷量が大幅に減少してしまう。
【０１３３】
これに対し、本実施形態の構成では、第１水平転送部３で垂直方向に複数の独立した列方向電極を単層電極で構成し、第１水平転送部３で電位勾配を形成していないため、飽和電荷量の低下を防ぎ、低い水平駆動電圧で第１水平転送部３から第２水平転送部４への垂直転送と水平転送の両立が可能である。
【０１３４】
また、電位勾配を形成している場合は、水平転送時に信号電荷が蛇行して水平転送され、信号電荷の転送経路が長くなり転送劣化が生じ易い。本実施形態の構成では、電位勾配がないため、上記のような信号電荷が蛇行して転送されることはない。また、本実施形態の構成では、第１水平転送部３と第２水平転送部４の不純物濃度は同じであるため各チャネルの電位はほぼ等しい。これにより、第１水平転送部３と第２水平転送部４の水平転送効率の差を小さくできる。
【０１３５】
なお、本実施形態においては、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は、第１垂直転送部２の４列に対して、１転送パケットを形成する４相の転送パルスが印加される４列分の水平転送電極を備え、４列単位で信号電荷の転送が水平方向に繰り返されている例を示したが、本発明は、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は、第１垂直転送部２の２列もしくは３列に対して１転送パケットを構成する転送パルスが印加される水平転送電極を備え、転送制御部７を２列もしくは３列単位で水平方向に繰り返す構造に対しても適用可能である。
【０１３６】
以上のように、本実施形態によれば、第１垂直転送部２から第１水平転送部３及び第２水平転送部４への信号電荷転送を選択的に制御する転送制御部７を設けて水平インターレースが可能な構造にし、第１水平転送部３及び第２水平転送部４は４相駆動の構成にすることで、並列に配置された第１水平転送部３の幅を大幅に縮小することが可能になる。
【０１３７】
更に、第１水平転送部３において、信号電荷を第２水平転送部４に転送する水平転送電極を、垂直方向に複数の独立した列方向電極で構成し、それぞれの電極に異なる転送パルスを印加することで、第１水平転送部３から第２水平転送部４への転送を低電圧でありながら、転送劣化を招くことなく完全転送をすることができる。
【０１３８】
更に、転送制御部７の第１水平転送部３側で、第１垂直転送部２を束ねた第２垂直転送部１０を１つの水平転送電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ）に含まれるように構成し、かつ第２垂直転送部１０を含む１つの水平転送電極の垂直転送方向に中間転送部２１を構成することで、転送経路を短縮すると共に効率的な転送動作を実現することができる。これにより、高速駆動と低消費電力化の両立が行える固体撮像装置を実現することができる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの第２垂直転送部１０側の水平方向の長さと中間転送部２１側の水平方向の長さとが等しくなるように形成されているが、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂの第２垂直転送部１０側の水平方向の長さが中間転送部２１側の水平方向の長さより短くなるように形成されていてもよい。
【０１４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１４１】
図１３は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。図１３において、図２Ａと同一の符号は同じ構成要素を表す。
【０１４２】
本実施形態が第１の実施形態と異なる特徴は、第１水平転送部３から中間転送部２１に信号電荷を転送する２つの独立した列方向電極を、２電極間の境界が水平方向に対して所定の角度を有するように構成している点である。つまり、第１の実施形態における第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂに代えて、図１３に示すように、第１の水平転送電極２３Ａ、２３Ｂの２電極間の境界が、水平方向に対して所定の角度を有するように構成している。これにより、信号電荷を第１水平転送部３から中間転送部２１及び第２水平転送部４へ向けて転送する際、ナローチャネル効果により、中間転送部２１側の電位が深くなるような電位勾配を形成することができ、転送電界を更に強化することができる。
【０１４３】
一方、水平転送時においては、第１の水平転送電極２３Ａ、２３Ｂには同一の転送パルスを印加されるため、２つの独立した第１の水平転送電極２３Ａ、２３Ｂは、１電極の場合と同様に機能する。したがって、第１の水平転送電極２３Ａ、２３Ｂの下における第１水平転送部３の不純物濃度は同じであるため、同一の転送パルスが印加される２電極下の第１水平転送部３は同電位であり、水平転送時には電位勾配を形成しない。そのため、第１の実施形態において、前述したような電位勾配を形成した状態で水平転送する際に生じる課題を防ぐことができる。
【０１４４】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、第１水平転送部３から第２水平転送部４への転送において、転送電界を更に強化することができ、更なる低電圧駆動が可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１４５】
なお、第１の水平転送電極２３Ａ、２３Ｂとの２電極間の境界が、水平方向に対して所定の角度を有するように構成するだけでなく、第１の水平転送電極２３Ｂの電極形状を中間転送部２１側が広くなる台形形状に形成してもよい。
【０１４６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１４７】
図１４は本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。図１４において、図２Ａと同一の符号は同じ構成要素を表す。
【０１４８】
本実施形態が第１の実施形態と異なる特徴は、中間転送部２１から信号電荷を受ける第２水平転送部４の電極を、第１水平転送部３の列方向電極の構成と同じように２つの独立した列方向電極で構成した点である。つまり、第２水平転送部４は、第１の実施形態における第１の水平転送電極１５Ｃに代えて、図１４に示すように、第１の水平転送電極２５Ａ、２５Ｂを備えている。
【０１４９】
図１４では、第１の水平転送電極２５Ａ、２５Ｂの２つの水平転送電極が独立で構成されているが、第１の水平転送電極２５Ａ、２５Ｂには常時同じ転送パルスφＨ１ｃが印加される。そのため、第１の水平転送電極２５Ａ、２５Ｂは、１つの水平転送電極と同じように機能し、転送動作は第１の実施形態と同じである。本実施形態では、第１水平転送部３と第２水平転送部４を同じ構成にすることで、第１水平転送部３と第２水平転送部４における水平転送効率の差を更に低減することができる。
【０１５０】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、第１水平転送部３と第２水平転送部４の水平転送効率の差を更に低減することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１５１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【０１５２】
図１５は本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。図１５において、図２Ａと同一の符号は同じ構成要素を表す。
【０１５３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる特徴は、第１垂直転送部２は第１水平転送部３まで束ねられることがなく構成している点である。つまり、第１の実施形態では、固体撮像装置１００は、４列分の第１垂直転送部２が接続された第２垂直転送部１０を有していたのに対し、本実施形態では第２垂直転送部１０を有していないので、４列分の第１垂直転送部２は１つに束ねられていない。また、第１の実施形態では、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ａに対応する位置に第２垂直転送部１０が設けられていたのに対し、本実施形態では、第１の水平転送電極２７Ａ、２７Ｂは、第１垂直転送部２のいずれの列にも対応しない位置に独立に設けられている。更に、第１の水平転送電極２７Ａ、２７Ｂの各転送電極において、第１垂直転送部２側の水平方向の長さが中間転送部側２１側の水平方向の長さより短い、つまり、中間転送部２１側が広がるような台形形状に構成されている。
【０１５４】
第１の実施形態における第１の水平転送電極１５Ａと比較して、第１の水平転送電極２７Ａの第１垂直転送部２側の水平方向の長さを短くすることで、信号電荷を第１水平転送部３から中間転送部２１及び第２水平転送部４へ向けて転送する際、ナローチャネル効果を高め、中間転送部２１側の電位が深くなるような電位勾配を形成することができ、転送電界を更に強化することができる。
【０１５５】
また、第１垂直転送部２は第１水平転送部３まで束ねられることがなく構成しているため、各列の第１垂直転送部２に対して、例えば２つもしくは３つの複数の第１〜第４の水平転送電極（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１８、１９、２０）に印加される転送パルスをハイレベルにして、同時に複数の水平転送電極で信号電荷を受けることが可能になる。これにより、図２Ａに示す第１の実施形態に比べ、最終垂直転送電極１４下の電位を浅くして、第１水平転送部３において、第１垂直転送部２から信号電荷を受ける水平電極下の電位を深くし、第１垂直転送部２から第１水平転送部３への転送電界を向上させ転送不良を抑制することが可能になる。
【０１５６】
また、本実施形態では、第１垂直転送部２を束ねていないため、第１の実施形態のように、第１垂直転送部２を接続させた第２垂直転送部１０の水平転送電極は不要であり、パッケージの端子数を削減することが可能である。
【０１５７】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、第１垂直転送部２から第１水平転送部３への信号電荷の転送、第１水平転送部３から第２水平転送部４への信号電荷の転送において、転送電界を強化し転送不良を抑制することができ、更に端子数を削減することができる。
【０１５８】
なお、本実施の形態では第１水平転送部３と第２水平転送部４のゲート形状が異なる構成になっているが、第３の実施の形態と同様に第２水平転送部４のゲート形状を第１水平転送部３と対称に形成して、両転送部の転送効率の差を低減することも可能である。
【０１５９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１６０】
図１６は本発明の第５の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。図１６において、図２Ａと同一の符号は同じ構成要素を表す。
【０１６１】
本実施形態が第１の実施形態と異なる特徴は、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の水平転送電極を、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９の、３つの水平転送電極で構成している点である。すなわち、１転送パケットを３つの水平転送電極で構成し、水平転送部３、４は水平３相駆動で信号電荷を転送する。４列分の垂直転送部２が１転送パケットを構成している点や、第１水平転送部３から中間転送部２１に信号電荷を転送する電極を、独立した２つの電極で構成している点は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態では、水平転送電極を垂直転送部４列に対して４つの転送電極で構成しているが、第５の実施形態では、水平転送電極を垂直転送部４列に対して３つの電極で構成するため、水平転送電極の水平方向の電極長は、第１の実施形態の水平転送電極長より約１．３倍長くなる。
【０１６２】
これにより、水平転送部の電極数は減らすことができ、パッケージの端子数を少なくすることができる。また、電極間容量を減少でき、水平駆動電圧が同じであれば低消費電力を実現できる。水平転送電極長が長くなることで、水平転送時の転送電界が低下するが、追加注入を行うことで電位傾斜を形成し転送電界を向上することができ、転送不良を抑制することが可能である。
【０１６３】
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、端子数を削減することができ、低消費電力化が可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１６４】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１６５】
図１７Ｂは本発明の第６の実施形態における固体撮像装置の部分構成図である。比較のため、図１７Ａは第１の実施形態における固体撮像装置１００の第１水平転送部３及び第２水平転送部４を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、図２Ｂと同一の符号は同じ構成要素を表す。
【０１６６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる特徴は、第１水平転送部３の水平転送電極と第２水平転送部４の水平転送電極を、水平方向に２相ずらして共通に配線している点である。
【０１６７】
つまり、本実施形態では、図１７Ｂに示すように、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ｂと第２水平転送部４の第３の水平転送電極１９は共通配線され、φＨ１ｂの転送パルスが印加される。また、第１水平転送部３の第２の水平転送電極１８と第２水平転送部４の第４の水平転送電極２０は共通配線され、φＨ４の転送パルスが印加される。
【０１６８】
同様に、第１水平転送部３の第３の水平転送電極１９と第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃは共通配線され、φＨ３の転送パルスが印加される。また、第１水平転送部３の第４の水平転送電極２０と第２水平転送部４の第２の水平転送電極１８は共通配線され、φＨ２の転送パルスが印加される。
【０１６９】
このように、水平転送時には、各電極に、φＨ１ｂ、φＨ２〜φＨ４の４相の転送パルスを印加することで水平４相駆動が可能になる。なお、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ａには、φＨ１ｂと同じ転送パルスが印加される。
【０１７０】
これに対し、第１の実施形態の第１水平転送部３及び第２水平転送部４では、図１７Ａに示すように、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９、第４の水平転送電極２０は独立に配線され、それぞれ、φＨ１ａ、φＨ１ｂ、φＨ１ｃ、φＨ２、φＨ３、φＨ４の転送パルスが印加される。
【０１７１】
例えば、第１の実施形態では、図１７Ａに示すように、第２水平転送部４の中間転送部２１から信号電荷を受ける第１の水平転送電極１５Ｃは独立した電極で構成され、φＨ１ｃの転送パルスが印加されている。一方、本実施形態では、図１７Ｂに示すように、第１水平転送部３の水平転送電極と第２水平転送部４の水平転送電極を２相ずらして配線を共用している。これにより、本実施形態では、中間転送部２１から信号電荷を受ける第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃは、第１水平転送部３の第３の水平転送電極１９と配線を共用しており、φＨ１ｃを印加する端子が不要になり、パッケージ端子数を削減することが可能になる。
【０１７２】
また、第１水平転送部３と第２水平転送部４は２相ずれて信号電荷が転送されるが、第１水平転送部３と第２水平転送部４の各出力端付近において、水平転送電極のレイアウトや電極数、転送パルスを調整することで第１水平転送部３と第２水平転送部４は同位相で出力することが可能である。
【０１７３】
ここで、第２垂直転送部１０の信号電荷を第１水平転送部３、及び中間転送部２１を介して第２水平転送部４に転送する転送動作について、図１８Ａ〜図１８Ｆを用いて説明する。
【０１７４】
図１８Ａ〜図１８Ｆは、本実施形態の第１水平転送部３及び第２水平転送部４と、各水平転送電極の構成を簡略化した図であり、図１７Ｂと同一の符号は同じ構成要素を表す。また、各水平転送電極に印加する転送パルスを各水平転送電極に記している。また、図１８Ａ〜図１８Ｆにおいて、色塗りしている水平転送電極は、ローレベルの転送パルスが印加されている水平転送電極、色塗りしていない水平転送電極は、ハイレベルの転送パルスが印加されている水平転送電極を示し、丸印は信号電荷を表している。
【０１７５】
まず、図１８Ａにおいて、最終垂直転送電極１４にローレベルの転送パルスφＶＬ１を印加し、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５ＣにφＨ１ａ、φＨ１ｂ、φＨ３及び中間転送部２１の振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴにハイレベルの転送パルスを印加し、第２垂直転送部１０から第１水平転送部３及び第２水平転送部４に信号電荷（図１８Ａにおける白丸）を転送する。このとき、第１水平転送部３の第４の水平転送電極２０及び第２水平転送部４の第２の水平転送電極１８にはφH２、第１水平転送部３の第２の水平転送電極１８及び第２水平転送部４の第４の水平転送電極２０にはφＨ４としてローレベルの転送パルスが印加されており、電位障壁を形成している。
【０１７６】
次に、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄにおいて、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに印加する転送パルスφＨ１ａ、φＨ１ｂ、φＨ３及び振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴを順にローレベルに遷移させ、第１水平転送部３の信号電荷（白丸）を第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃ、第４の水平転送電極２０下に転送させる。
【０１７７】
その後、図１８Ｅに示すように、中間転送部２１の振分け転送電極２２に印加する転送パルスφＨＨＴをローレベルに維持し、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、第２水平転送部４の第３の水平転送電極１９に印加する転送パルスφＨ１ａ、φＨ１ｂをハイレベルにし、第２水平転送部４に転送された信号電荷（白丸）を第３の水平転送電極１９下に転送すると共に、次の信号電荷（図１８Ｅにおける黒丸）を第２垂直転送部１０から第１水平転送部３に転送させる。なお、図１８Ｅでは、第１水平転送部３において第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、第２の水平転送電極１８、第３の水平転送電極１９により第２垂直転送部１０から信号電荷（黒丸）を受けているが、第１水平転送部３の第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ、第２の水平転送電極１８により信号電荷（黒丸）を受けても良い。
【０１７８】
その後、図１８Ｆのように、第１水平転送部３の第３の水平転送電極１９及び第２水平転送部４の第１の水平転送電極１５Ｃに印加する転送パルスφＨ３をローレベルにして、隣り合う２電極により信号電荷を蓄積し、他の隣り合う２電極によりバリアを形成した後、φＨ１ｂ、φＨ２、φＨ３、φＨ４に異なる転送パルスを順次印加し、第１水平転送部３及び第２水平転送部４において水平方向に２相ずらした水平４相駆動により信号電荷を水平転送し出力することができる。
【０１７９】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、各水平転送電極に印加される転送パルスの端子数を削減することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１８０】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【０１８１】
例えば、第１から第６の実施形態では、第１水平転送部３及び第２水平転送部４の２つの水平転送部が並列に配置された構造を示したが、３つ以上の水平転送部で構成する場合でも、本発明を適用可能である。また、第１水平転送部３において、中間転送部２１及び第２水平転送部４に垂直転送する水平転送電極を２つの列方向電極（例えば、第１の水平転送電極１５Ａ、１５Ｂ）で構成した例を示しているが、３つ以上の水平転送電極からなる構成にすることも可能である。
【０１８２】
また、列方向電極の形状は、垂直転送部側の水平方向の長さと中間転送部側の水平方向の長さとが等しい長方形形状であってもよいし、垂直転送部側の水平方向の長さが中間転送部側の水平方向の長さより短い台形形状であってもよい。また、複数の列方向電極間の境界が水平方向に対して所定の角度を有するように構成されていてもよい。
【０１８３】
また、上記した実施形態では、４相駆動方式の固体撮像装置を例にして説明をしたが、４相に限らずその他の駆動相による駆動方式であってもよい。
【０１８４】
また、本発明に係る固体撮像装置の構成は、上記した実施形態に限らず、どのような構成であってもよい。例えば、転送制御部、垂直転送電極、中間電極、最終垂直転送電極の構成やこれらの組み合わせを変更した構成であってもよい。
【０１８５】
また、本発明に係る固体撮像装置には、上記実施の形態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形態や、実施形態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備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る固体撮像装置を備えたムービーカメラも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明の固体撮像装置は、低消費電力と高駆動の両立が可能であり、フルＨＤ動画のような高速の動画モードを実現できるため、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【０１８７】
１  光電変換部
２  第１垂直転送部
３、２０４  第１水平転送部
４、２０５  第２水平転送部
７  転送制御部
１０  第２垂直転送部
１３  転送電極（垂直転送電極）
１４  最終垂直転送電極（垂直転送電極）
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、２７Ａ、２７Ｂ  第１の水平転送電極（水平転送電極、列方向電極）
１８  第２の水平転送電極（水平転送電極）
１９  第３の水平転送電極（水平転送電極）
２０  第４の水平転送電極（水平転送電極）
２１、２０６  中間転送部
２２  振分け転送電極
【図１】
0005466975.tif 000002
【図２Ａ】
0005466975.tif 000003
【図２Ｂ】
0005466975.tif 000004
【図３Ａ】
0005466975.tif 000005
【図３Ｂ】
0005466975.tif 000006
【図４Ａ】
0005466975.tif 000007
【図４Ｂ】
0005466975.tif 000008
【図４Ｃ】
0005466975.tif 000009
【図４Ｄ】
0005466975.tif 000010
【図４Ｅ】
0005466975.tif 000011
【図５】
0005466975.tif 000012
【図６Ａ】
0005466975.tif 000013
【図６Ｂ】
0005466975.tif 000014
【図６Ｃ】
0005466975.tif 000015
【図７Ａ】
0005466975.tif 000016
【図７Ｂ】
0005466975.tif 000017
【図８】
0005466975.tif 000018
【図９】
0005466975.tif 000019
【図１０】
0005466975.tif 000020
【図１１】
0005466975.tif 000021
【図１２】
0005466975.tif 000022
【図１３】
0005466975.tif 000023
【図１４】
0005466975.tif 000024
【図１５】
0005466975.tif 000025
【図１６】
0005466975.tif 000026
【図１７Ａ】
0005466975.tif 000027
【図１７Ｂ】
0005466975.tif 000028
【図１８Ａ】
0005466975.tif 000029
【図１８Ｂ】
0005466975.tif 000030
【図１８Ｃ】
0005466975.tif 000031
【図１８Ｄ】
0005466975.tif 000032
【図１８Ｅ】
0005466975.tif 000033
【図１８Ｆ】
0005466975.tif 000034
【図１９】
0005466975.tif 000035
【図２０】
0005466975.tif 000036
【図２１】
0005466975.tif 000037
【図２２】
0005466975.tif 000038