(57)【要約】【課題】  信号電荷が取り残されることによる画像不良の発生を防止することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】  ２次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って行列状に配置される多数個の光電変換素子と、各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、前記垂直電荷転送装置により転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置とを有する固体撮像装置の駆動方法は、前記垂直電荷転送装置で信号電荷を転送する際に、信号電荷を転送する各ラインの垂直方向の上流側に空信号を転送するラインを設けて転送することを特徴とする。【選択図】  図４
2006060694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元表面を画定する半導体基板と、
前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って行列状に配置される多数個の光電変換素子と、
各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、
前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、
前記垂直電荷転送装置により転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記垂直電荷転送装置で信号電荷を転送する際に、信号電荷を転送する各ラインの垂直方向の上流側に空信号を転送するラインを設けて転送することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記信号電荷を転送するラインは前記垂直電荷転送装置で少なくとも２ライン以上の信号電荷を加算したラインである請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
異なる色に対応する信号電荷を転送するラインは、少なくとも１ライン以上の前記空信号を転送するラインを挟んで隣接する請求項１又は２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
２次元表面を画定する半導体基板と、
前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って行列状に配置される多数個の光電変換素子と、
各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、
前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、
前記垂直電荷転送装置により転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置とを有する固体撮像装置であって、
前記垂直電荷転送装置で信号電荷を転送する際に、信号電荷を転送する各ラインの垂直方向の上流側に空信号を転送するラインを設けて転送することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置による撮像では、信号ラインを所定間隔で読み出さない一種のライン間引き動作が行われている。例えば、特許文献１に記載されているように、垂直方向２／３に間引いて光電変換素子から垂直電荷転送装置への読み出しを行い、水平電荷転送装置内で２ライン分の信号を加算して出力するものが知られている。
【０００３】
図１１は、従来の固体撮像装置の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。図１２は、図１１に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。図中下段に、図１１に示す駆動タイミングにおけるタイミングｔ１〜ｔ５の拡大タイミングチャートを示す。なお、図中、黒い部分は電位障壁を表し、白い丸は空信号、斜線の丸は信号電荷（例えば、赤色信号）、網掛けの丸は信号電荷（例えば、青色信号）を表す。
【０００４】
タイミングｔ１では、電極Ｖ３Ｂと電極Ｖ３Ａとにハイレベル（ＶＨ）を印加することにより垂直方向２／３に間引くように光電変換素子から垂直電荷転送装置への信号電荷の読み出しを行う。その後、電極Ｖ１Ｂ〜Ｖ４Ａにミッドレベル（ＶＭ）又はローレベル（ＶＬ）のパルスを順次印加することにより、タイミングｔ２までに、読み出された信号電荷は、２転送段分下流に転送される。なお、この間に、ダミー信号やＯＢ信号は、水平電荷転送装置により出力回路に順次転送される。
【０００５】
タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間に、信号電荷は一段転送され、垂直方向に間引かれた一方（下流側）の信号電荷が水平電荷転送装置内に転送される。タイミングｔ３からｔ４までの間に、信号電荷はさらに一段転送され、空信号が水平電荷転送装置に転送される。タイミングｔ４からｔ５までの間に、信号電荷はさらに一段転送され、垂直方向に間引かれた一方（上流側）の信号電荷が水平電荷転送装置内に転送されて、下流側及び上流側の信号電荷が水平電荷転送装置内で加算される。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、垂直電荷転送装置内にポテンシャルの不均一がある場合、また、垂直電荷転送装置から水平電荷転送装置に信号電荷を転送する際に、垂直転送効率が下がり取り残し電荷が発生することがある。この場合、図１１及び図１２のタイミングｔ２で水平電荷転送装置に転送される下流側の取り残し電荷は、タイミングｔ３で水平電荷転送装置に転送される空信号とともに水平電荷転送装置に転送される。しかし、もう一方の信号電荷である上流側の信号電荷の取り残し電荷は、後に水平電荷転送装置に転送され異なる色に対応する信号電荷とともに水平電荷転送装置に転送されることになる。このような混色により、出力される画像信号に縦線等の不良が生じ、画像を乱すことがある。
【０００８】
本発明の目的は、信号電荷が取り残されることによる画像不良の発生を防止することができる固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、２次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って行列状に配置される多数個の光電変換素子と、各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、前記垂直電荷転送装置により転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置とを有する固体撮像装置の駆動方法は、前記垂直電荷転送装置で信号電荷を転送する際に、信号電荷を転送する各ラインの垂直方向の上流側に空信号を転送するラインを設けて転送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、信号電荷が取り残されることによる画像不良の発生を防止することができる固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の概略平面図である。 
【００１３】
固体撮像装置１は、多数の光電変換素子１２及び光電変換素子で発生する信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）２４を含む受光領域２、ＶＣＣＤ２４によって転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置（ＨＣＣＤ）３及び出力アンプ４を含んで構成される。
【００１４】
受光領域２は、多数の光電変換素子１２をいわゆる画素ずらし配置に配置して構成されている。ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、２次元テトラゴナル行列の第１格子と、その格子間位置に格子点を有する２次元テトラゴナル行列の第２格子とを合わせた配置を指す。例えば、奇数列（行）中の各光電変換素子１２に対し、偶数列（行）中の光電変換素子１２の各々が、光電変換素子１２の列（行）方向ピッチの約１／２、列（行）方向にずれ、光電変換素子列（行）の各々が奇数行（列）または偶数行（列）の光電変換素子２のみを含む。「画素ずらし配置」は、多数個の光電変換素子１２を複数行、複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。
【００１５】
なお、ピッチの「約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるものの、得られる固体撮像装置１２の性能およびその画像の画質からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子１２のピッチの約１／２」についても同様である。
【００１６】
それぞれの光電変換素子１２の列間には、光電変換素子１２で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送装置２４が、光電変換素子１２の間隙を垂直方向に蛇行するように設けられている。画素ずらし配置により形成された空隙部に蛇行する転送チャネルが配置され、隣接する転送チャネルは光電変換素子を介して離れたり、図示しないチャネルストップ領域を挟んで近接したりする。
【００１７】
垂直電荷転送装置２４は、図２に示す垂直転送チャネル１４と該垂直転送チャネル上方に、図示しない絶縁膜を挟んで形成される転送電極１６ａ及び１６ｂ（図２）が光電変換素子１２の間隙を蛇行するように水平方向に形成されている。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の垂直電荷転送装置２４（転送チャネル１４及び転送電極１６）と水平電荷転送装置３の結合部分を模式的に表す拡大平面図である。
【００１９】
光電変換素子１２の各列に対応して垂直転送チャネル１４が形成され、各光電変換素子１２に隣接して形成される読出しゲート用チャネル領域（読み出し部）１５を介して読み出される信号電荷を垂直方向に転送する。読出しゲート用チャネル領域１５の反対側には垂直転送チャネル１４に隣接してチャネルストップ領域が設けられる。また、垂直転送チャネル１４の上方には、絶縁膜をはさんで転送電極１６（第１層ポリシリコン電極１６ａ及び第２層ポリシリコン電極１６ｂ）が形成される。
【００２０】
第１層ポリシリコン電極１６ａ及び第２層ポリシリコン電極１６ｂにはそれぞれΦＶ１Ａ〜ΦＶ４Ｂの電圧が供給される。以下、本明細書では、供給される電圧に従い、第１層ポリシリコン電極１６ａ及び第２層ポリシリコン電極１６ｂを電極Ｖ１Ａ〜電極Ｖ４Ｂと呼ぶ。
【００２１】
図３は、本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。図４は、図３に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。図中下段に、図３に示す駆動タイミングにおけるタイミングｔ１〜ｔ７の拡大タイミングチャートを示す。なお、図中、黒い部分は電位障壁を表し、白い丸は空信号、斜線の丸は信号電荷（例えば、赤色信号）、網掛けの丸は信号電荷（例えば、青色信号）を表す。
【００２２】
なお、本明細書では、信号電荷と空信号とを合わせて転送する場合も加算と呼ぶ。
【００２３】
タイミングｔ１では、電極Ｖ３Ｂと電極Ｖ３Ａとにハイレベル（ＶＨ）を印加することにより垂直方向２／３に間引くように光電変換素子１２から垂直電荷転送装置２４へ読み出し部１５を介して信号電荷の読み出しを行う。その後、電極Ｖ１Ｂ〜Ｖ４Ａにミッドレベル（ＶＭ）又はローレベル（ＶＬ）のパルスを順次印加することにより、タイミングｔ２までに、読み出された信号電荷は、２転送段分下流に転送される。なお、この間に、ダミー信号やＯＢ信号は、水平電荷転送装置により出力回路に順次転送される。ここまでの駆動方法は従来の固体撮像装置と同様である。
【００２４】
タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間に、電極４Ｂにミッドレベル（ＶＭ）のパルスを印加して電位障壁をなくし、その間に垂直方向に間引かれた一方（下流側）の信号電荷（Ｒ）と空信号とを垂直電荷転送装置２４内で加算する。
【００２５】
また、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、電極４Ａにローレベル（ＶＬ）のパルスを印加することにより上流の他の色信号（Ｂ）との間に電位障壁を設け、垂直方向に間引かれたもう一方（上流側）の信号電荷（Ｒ）の取り残し電荷を転送するための空信号をもう一方（上流側）の信号電荷（Ｒ）のさらに上流に発生させる。
【００２６】
次に、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間に、電極４Ｂにミッドレベル（ＶＭ）のパルスを印加して電位障壁をなくし、その間に、垂直方向に間引かれた一方（下流側）の信号電荷（Ｒ）ともう一方（上流側）の信号電荷（Ｒ）とを垂直電荷転送装置２４内で加算する。また、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間にも、電極４Ａにローレベル（ＶＬ）のパルスを印加することにより上流の他の色信号と（Ｂ）の間に電位障壁を設け、空信号を前回発生させた空信号のさらに上流に発生させる。
【００２７】
タイミングｔ４からタイミングｔ５までの間に、さらに一段転送し、垂直電荷転送装置２４内で加算された信号電荷（Ｒ）が水平電荷転送装置３に転送される。
【００２８】
タイミングｔ５からタイミングｔ６までの間にも、さらに一段転送され、取り残し電荷を含む空信号が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で信号電荷（Ｒ）と加算される。
【００２９】
また、タイミングｔ６からタイミングｔ７までの間にも、さらに一段転送され、さらに取り残された電荷を含む空信号が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で信号電荷（Ｒ）と加算される。
【００３０】
このように、本発明の第１の実施例によれば、垂直電荷転送装置において信号電荷を転送する際に該信号電荷のラインの上流に空信号の転送ラインを発生させ、信号電荷の転送による取り残し電荷を該空信号のラインにより転送して下の信号電荷に加算することができる。このようにすることにより、異なる色の信号電荷に取り残し電荷が混ざることを防止することができる。
【００３１】
また、本発明の第１の実施例では、垂直方向に間引かれたもう一方（上流側）の信号電荷の転送ラインの上流側に２ラインの空信号の転送ラインを発生させて、取り残し電荷を転送するので、１ラインの空信号の転送でさらに取り残された取り残し電荷を転送して下の信号電荷に加算することができる。よって、混色による画像不良を高い精度で防止することができる。
【００３２】
以上のように、本発明の第１の実施例では、複数ラインの空信号の転送ラインを発生させることにより、取り残し電荷を転送しているが、以下に、第２の実施例として、１ラインの空信号転送ラインを発生させる例を説明する。この場合には、第１の実施例に比べて、混色による画像不良の発生を防止する精度は低くなるものの転送速度を向上させることができる。また、第２の実施例では、垂直電荷転送装置２４内での信号電荷の加算を行わないので、転送チャネルの容量をオーバーする危険性をなくすことができる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。図６は、図５に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。図中下段に、図５に示す駆動タイミングにおけるタイミングｔ１〜ｔ６の拡大タイミングチャートを示す。なお、図中、黒い部分は電位障壁を表し、白い丸は空信号、斜線の丸は信号電荷（例えば、赤色信号）、網掛けの丸は信号電荷（例えば、青色信号）を表す。
【００３４】
なお、固体撮像装置１の構成及びタイミングｔ１からタイミングｔ３までの駆動方法は第１の実施例と同様である。
【００３５】
タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間に、さらに一段転送し、垂直電荷転送装置２４内で下流側の取り残し電荷を含む空信号と下流側の信号電荷（Ｒ）が水平電荷転送装置３に転送される。
【００３６】
タイミングｔ４からタイミングｔ５までの間にも、さらに一段転送され、上流側の信号電荷（Ｒ）が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で下流側の信号電荷（Ｒ）と加算される。
【００３７】
タイミングｔ５からタイミングｔ６までの間にも、さらに一段転送され、上流側の取り残し電荷を含む空信号が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で上流及び下流の信号電荷（Ｒ）を加算したものに加算される。
【００３８】
次ぎに、本発明の第３の実施例を説明する。第３の実施例では、上流側の信号を読み出し、垂直方向に２ライン転送後、読み出した上流側の信号電荷が蓄積されているパケットに読み出しを行い加算するものである。
【００３９】
図７は、本発明の第３の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。図８は、図７に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である、図中下段に、図７に示す駆動タイミングにおけるタイミングｔ１〜ｔ６の拡大タイミングチャートを示す。なお、図中、黒い部分は電位障壁を表し、白い丸は空信号、斜線の丸は信号電荷（例えば、赤色信号）、網掛けの丸は信号電荷（例えば、青色信号）を表す。
【００４０】
タイミングｔ１では、電極Ｖ３Ｂにハイレベル（ＶＨ）を印加することにより垂直方向２／３のうちの一方の光電変換素子１２から垂直電荷転送装置２４へ読み出し部１５を介して信号電荷の読み出しを行う。その後、電極Ｖ１Ｃ〜Ｖ４Ａにミッドレベル（ＶＭ）又はローレベル（ＶＬ）のパルスを順次印加することにより、タイミングｔ２までに、読み出された信号電荷は、２転送段分下流に転送される。なお、この間に、ダミー信号やＯＢ信号は、水平電荷転送装置により出力回路に順次転送される。
【００４１】
タイミングｔ２では、電極Ｖ３Ｃにハイレベル（ＶＨ）を印加することにより垂直方向２／３のうちの他方の光電変換素子１２から垂直電荷転送装置２４へ読み出し部１５を介して信号電荷の読み出しを行う。これにより、タイミングｔ１で読み出された信号電荷とタイミングｔ２で読み出された信号電荷が垂直電荷転送装置２４内で加算される。その後、タイミングｔ３までの間に、電極Ｖ１Ｃ〜Ｖ４Ａにミッドレベル（ＶＭ）又はローレベル（ＶＬ）のパルスを順次印加することにより、加算された信号電荷は、２転送段分下流に転送される。
【００４２】
タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間に、さらに一段転送し、垂直電荷転送装置２４内で加算された信号電荷が水平電荷転送装置３に転送される。
【００４３】
タイミングｔ４からタイミングｔ５までの間にも、さらに一段転送され、取り残し電荷を含む空信号が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で信号電荷と加算される。
【００４４】
また、タイミングｔ５からタイミングｔ６までの間にも、さらに一段転送され、さらに取り残された電荷を含む空信号が、水平電荷転送装置３に転送され、該水平電荷転送装置３内で信号電荷と加算される。
【００４５】
以上、本発明の第１〜第３の実施例によれば、信号電荷を転送するラインの上流側に空信号を転送するラインを発生させて、２つのラインの信号を加算することにより、取り残し電荷を元の信号に合わせることができる。
【００４６】
また、このようにすることで、異なる色に対応する信号電荷の転送ライン間に空信号を転送するラインがはさまれる事になるので、下流側の異なる色に対応する信号電荷の取り残し電荷が、上流側の信号電荷に混ざることを防止することができる。
【００４７】
なお、上述の実施例では画素ずらし構造の受光領域を有する固体撮像装置１について説明したが、本発明の実施例はいずれも図９及び図１０に示すような光電変換素子１２を正方行列状に配列した受光領域を有する固体撮像装置１にも適用できる。
【００４８】
また、実施例では、２／３間引きの場合について説明したが、これに限らず、その他の間引き方法においても本実施例を適用することができる。
【００４９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の概略平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の垂直電荷転送装置２４（転送チャネル１４及び転送電極１６）と水平電荷転送装置３の結合部分を模式的に表す拡大平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。
【図４】図４は、図３に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。
【図６】図６は、図５に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施例による固体撮像装置１の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。
【図８】図８は、図７に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例の変形例による固体撮像装置１の概略平面図である。
【図１０】図９に示す固体撮像装置１の垂直電荷転送装置２４（転送チャネル１４及び転送電極１６）と水平電荷転送装置３の結合部分を模式的に表す拡大平面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の駆動タイミングを表すタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、図１１に示す駆動タイミングによる信号電荷の転送を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…固体撮像装置、２…受光領域、３…水平電荷転送装置、４…周辺回路、１２…光電変換素子、１４…転送チャネル、１５…読み出し部、１６ａ…第１層転送電極、１６ｂ…第２層転送電極、２４…垂直電荷転送装置
【図１】
2006060694.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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