(57)【要約】【課題】  フレーム読み出し方式のインターレース対応の固体撮像装置において、垂直解像度の低下を防止する。【解決手段】  時間Ｔ１では垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２〜ｖ５がＨレベル、垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ０時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２〜ｖ５下のチャネルに移る。電位の浅いチャネル領域は３電極分から２電極分に長さが短くなるため、フリンジ電界の影響によるショートチャネル効果により垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルよりも深い電位に移り、時間Ｔ１においてチャネル電位差により形成されたバリア高さＢＨ１は０．７８ＢＨ０となり、さらにバリアを形成する側壁は傾きが大きくなる。時間Ｔ０時に蓄積された電荷量３ＬＢＨ０を保持するために必要なバリア高さＢＨＰ１は０．７５ＢＨ０（＝３ＬＢＨ０／４Ｌ）である。時間Ｔ１においてＢＨＰ１＜ＢＨ１の関係にある。【選択図】        図８
2006339841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元マトリックス状に配列された光電変換素子群と、１つの光電変換素子について複数の垂直転送電極を有し前記光電変換素子群から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤと、前記垂直ＣＣＤから転送された信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤと、前記水平ＣＣＤから転送された前記信号電荷を検出し出力する電荷検出部とを備えた固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、
（ｎ＋１）：１のインターレース（ｎは２以上の整数）を行って１フレームを（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍは２以上の整数）の駆動パルスを前記垂直転送電極に印加することにより、前記信号電荷を蓄積する電子井戸を形成し、かつ前記電子井戸を転送方向に逐次移動させることにより前記信号電荷の垂直転送を行うときに、
前記電子井戸の電位バリアが連続した３個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態と連続した２個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態とに交互に切り替わりながら、前記電子井戸の電位バリアが転送方向に逐次移動するように、前記（ｎ＋１）×ｍ相の駆動パルスを前記垂直ＣＣＤの各転送電極に印加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】
前記垂直ＣＣＤは、１つの光電変換素子について２つの垂直転送電極を有し、前記ｎの値が２であり、前記ｍの値が２である請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタルスチルカメラなどに用いる固体撮像装置を駆動するための固体撮像装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどに用いる固体撮像装置はプログレッシブ・スキャンに対応する必要があり、その読み出し方法として全画素読み出し方式が用いられている。
【０００３】
しかし、全画素読み出し方式は静止画の露光時間を電子シャッタで制御できるなどの利点をもつが、一方では取り扱い電荷量が少なくなるという課題がある。
【０００４】
そこで、デジタルカメラにメカニカル・シャッタを用いる場合には、インターレース・スキャンに対応した固体撮像装置をフレーム読み出し方式で駆動する方法（以下、「フレーム読み出し方式」と呼ぶ）が提案されている。
【０００５】
以下、特許文献１を参照しながら、フレーム読み出し方式について説明する。
【０００６】
図９は、先行技術の固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加する駆動パルスのタイミングチャートを示している。
【０００７】
この固体撮像装置は、３：１のインターレースを行うことにより、１フレームを３フィールドで構成している。
【０００８】
また、転送電極は６相（＝３フィールド×２）からなり、それぞれの垂直転送電極に駆動パルスｖφ１〜ｖφ６を印加して６相駆動を行うが、連続する４つの駆動パルスが常にＨの状態にあるようにパルスタイミングを制御している。
【０００９】
例えば、２相目の駆動パルスｖφ２に読み出しパルスＸＳＧが立った直後、すなわち信号電荷の読み出し直後では、１相目と６相目の駆動パルスｖφ１、ｖφ６がＬレベル、その以外がＨレベルにある。
【００１０】
したがって、駆動パルスｖφ２〜ｖφ５に対応する連続する４転送段分のパケットに信号電荷を蓄えながら、垂直転送ＣＣＤから水平転送ＣＣＤに転送する。
【特許文献１】特開２０００−２０１３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、先行技術に示したフレーム読み出し方式は、垂直転送電極の電極長が微細化されてショートチャネル効果が大きくなると、垂直転送中において、垂直方向に隣接する画素の信号電荷が混合され、固体撮像装置の特性である垂直解像度が低下するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、主にデジタルスチルカメラに用い、かつ高画素、小型化が要望されるフレーム読み出し方式のインターレース・スキャンに対応した固体撮像装置において、垂直解像度の低下を防止することできる固体撮像装置の駆動方法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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、２次元マトリックス状に配列された光電変換素子群と、１つの光電変換素子について複数の垂直転送電極を有し光電変換素子群から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送された信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤと、水平ＣＣＤから転送された信号電荷を検出し出力する電荷検出部とを備えた固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、
（ｎ＋１）：１のインターレース（ｎは２以上の整数）を行って１フレームを（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍは２以上の整数）の駆動パルスを垂直転送電極に印加することにより、信号電荷を蓄積する電子井戸を形成し、かつ電子井戸を転送方向に逐次移動させることにより信号電荷の垂直転送を行うときに、
電子井戸の電位バリアが連続した３個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態と連続した２個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態とに交互に切り替わりながら、電子井戸の電位バリアが転送方向に逐次移動するように、（ｎ＋１）×ｍ相の駆動パルスを垂直ＣＣＤの各転送電極に印加することを特徴とする。
【００１４】
上記の垂直ＣＣＤは、一例として、１つの光電変換素子について２つの垂直転送電極を有し、ｎの値が２であり、ｍの値が２である。つまり、垂直ＣＣＤは、一例として、光電変換素子の１つに対して２つの転送電極を備え、３：１のインターレースを行って１フレームを３フィールドで構成し、６相の駆動パルスにより信号電荷の垂直転送を行うことになる。
【００１５】
この方法によれば、電子井戸の電位バリアが連続した３個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態と連続した２個の垂直転送電極に相当する幅を有する状態とに交互に切り替わりながら、電子井戸の電位バリアが転送方向に逐次移動するので、どのタイミングにおいても、電子井戸に蓄積された信号電荷が溢れて電位バリアを越えて隣接した電子井戸に流れ込むことはなく、垂直転送中に垂直方向に隣接する画素の信号電荷が混合することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像装置の駆動方法によれば、垂直転送中のどのタイミングにおいても垂直方向に隣接する画素の信号電荷が混合することを防ぐことができる。したがって、垂直解像度の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動方法について、図面を参照にしながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の平面構造を示す模式図である。また、図２は図１の点線部内に形成された垂直転送電極の配列を示す模式図である。また、図３は図２のＪ−Ｊ’ライン上の構造を示した断面図である。
【００１９】
この固体撮像装置は、入射した光をその光量に応じた信号電荷に変換する複数のホトダイオード１と、ホトダイオード１に蓄積された信号電荷を読み出すとともに読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送ＣＣＤ２と、垂直転送ＣＣＤ２から転送されてきた信号電荷を水平方向へ転送する水平転送ＣＣＤ３と、水平転送ＣＣＤ３から転送されてきた信号電荷を検出し、電圧信号へ変換し、外部へ出力する出力アンプ４とを備えている。
【００２０】
また、垂直転送ＣＣＤ２上には６相の垂直転送電極ｖ１〜ｖ６が繰り返し設けられ、１個のホトダイオード１につき２個の垂直転送電極を備えている。
【００２１】
なお、本実施の形態では１個のホトダイオードにつき２個の垂直転送電極を備えていたたが、３個以上の垂直転送電極を備えても良い。
【００２２】
例えば、［３×ｋ＋１］（ｋは整数）行目のホトダイオードは、それぞれ垂直転送電極ｖ１、ｖ２を備えている。同様に、［３×ｋ＋２］行目のホトダイオードは、それぞれ垂直転送電極ｖ３、ｖ４を備え、［３×ｋ＋３］行目のホトダイオードは、それぞれ垂直転送電極ｖ５、ｖ６を備えている。
【００２３】
この垂直転送電極ｖ１〜ｖ６には、制御部５から垂直転送電極ｖ１に駆動パルスφｖ１が、垂直転送電極ｖ２に駆動パルスφｖ２が、垂直転送電極ｖ３に駆動パルスφｖ３が、垂直転送電極ｖ４に駆動パルスφｖ４が、垂直転送電極ｖ５に駆動パルスφｖ５が、垂直転送電極ｖ６に駆動パルスφｖ６が供給される。
【００２４】
この駆動パルスφｖ１〜φｖ６により、ホトダイオードから読み出した信号電荷を垂直転送ＣＣＤ２から水平転送ＣＣＤ３へ転送する。
【００２５】
また、制御部５は２相の駆動パルスφＨ１、φＨ２を水平転送ＣＣＤ３に供給する。
【００２６】
水平転送ＣＣＤ３は、垂直転送ＣＣＤ２から信号電荷を受け、駆動パルスφＨ１、φＨ２により信号電荷を出力アンプ４へ転送する。
【００２７】
さらに、信号電荷を出力アンプ４は、電荷量に応じた電圧に変換し、電圧増幅して外部へ出力する。
【００２８】
また、垂直ＣＣＤにおいては、図３に示すように、半導体基板１０上に絶縁膜（図示せず）があり、この絶縁膜上にポリシリコンからなる垂直転送電極１１ａ、１１ｂが形成されている。
【００２９】
この垂直転送電極１１ａ、１１ｂは、それぞれ電極長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を有し、またＡｌ等の配線を介して位相の異なる６相の駆動パルスφｖ１、φｖ２、φｖ３、φｖ４、φｖ５、φｖ６が印加される。
【００３０】
なお、駆動パルスよって各電極下に形成されるチャネルの長さ（以下、「チャネル長」と呼ぶ）は電極長とほぼ同一寸法とする。
【００３１】
また、本実施の形態で用いた具体的な電極長およびチャネル長さは、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ６が１．２μｍ、Ｌ２，Ｌ４、Ｌ６が０．６μｍである。
【００３２】
次に本発明の実施の形態に係る読み出し方法について説明する。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、インターレース・スキャンに対応した固体撮像装置をフレーム読み出し方式で駆動する方法（以下、「フレーム読み出し方式」と呼ぶ）を用いている。
【００３４】
具体的には３：１のインターレースを行い、第１フィールドと第２フィールドと第３フィールドの画像データの組を、１フレームの画像データとして構成する。
【００３５】
この読み出し方法を説明すると、まず第１フィールドの画像データを読み出すため、［３×ｋ＋１］行のホトダイオードの信号電荷が、垂直転送ＣＣＤ２上における垂直転送電極ｖ１に対応する位置に読み出される。
【００３６】
この垂直転送ＣＣＤ２上の電荷は、水平転送ＣＣＤ３に転送され、出力アンプ４にて電荷量に応じた電圧に変換され、電圧増幅されて外部へ第１フィールドの画像データとして出力される。
【００３７】
次に、第２フィールドの画像データを読み出すため、［３×ｋ＋２］行のホトダイオードの信号電荷が、垂直転送ＣＣＤ２上における垂直転送電極ｖ３に対応する位置に読み出される。
【００３８】
この垂直転送ＣＣＤ２上の電荷は、水平転送ＣＣＤ３に転送され、出力アンプ４にて電荷量に応じた電圧に変換され、電圧増幅されて外部へ第２フィールドの画像データとして出力される。
【００３９】
そして、最後に第３フィールドの画像データを読み出すため、［３×ｋ＋３］行のホトダイオードの信号電荷を、垂直転送ＣＣＤ２上における垂直転送電極ｖ５に対応する位置に読み出す。
【００４０】
この垂直転送ＣＣＤ２上の読み出された電荷は水平転送ＣＣＤ３に転送され、出力アンプ４にて電荷量に応じた電圧に変換して電圧増幅して外部へ第３フィールドの画像データとして出力する。
【００４１】
次に本発明の実施の形態に係る信号電荷の転送方法について説明する。
【００４２】
図４は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加される６相の駆動パルスφｖ１〜φｖ６のタイミングチャートを示す。
【００４３】
また、図５は固体撮像装置の信号電荷と蓄積状態と転送の様子を示す図であり、時間Ｔ０〜Ｔ１２における垂直転送電極（転送ゲート）下のチャネル電位を示す。横軸には垂直転送電極ｖ１〜ｖ６の位置をとり、縦軸には各時間のチャネル電位をとっている。矢印の向きは電位の深さを示している。
【００４４】
ただし、図５では説明を簡単にするため、電極長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はすべて同じ長さＬとする。
【００４５】
まず、時間Ｔ０以前（図示せず）には、［３×ｋ＋１］行のホトダイオードの信号電荷の垂直転送電極ｖ１への読み出しが行われる。
【００４６】
次に、時間Ｔ０では、垂直ＣＣＤ２の状態は、垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４はＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ５、ｖ６はＬレベルである。Ｈレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位が深くなり、またＬレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位は浅くなる。
【００４７】
このとき、垂直転送電極ｖ１とｖ２との境界と垂直転送電極ｖ４とｖ５の境界には電位差によってバリアができ、電位の深くなった垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルには信号電荷が蓄積される。
【００４８】
次に、時間Ｔ１では垂直転送電極ｖ５がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００４９】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベル、垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００５０】
次に、時間Ｔ２では垂直転送電極ｖ２がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００５１】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ６はＬレベルであり、時間Ｔ２時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに集められる。
【００５２】
次に、時間Ｔ３では垂直転送電極ｖ６がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００５３】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６がＨレベル、垂直転送電極ｖ１、ｖ２はＬレベルになり、時間Ｔ３時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００５４】
次に、時間Ｔ４では垂直転送電極ｖ３がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００５５】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３はＬレベルであり、時間Ｔ３時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６下のチャネルに集められる。
【００５６】
次に、時間Ｔ５では垂直転送電極ｖ１がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００５７】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１がＨレベル、垂直転送電極ｖ２、ｖ３はＬレベルになり、時間Ｔ４時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００５８】
次に、時間Ｔ６では垂直転送電極ｖ４がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００５９】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４はＬレベルであり、時間Ｔ５時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１に下のチャネルに集められる。
【００６０】
次に、時間Ｔ７では垂直転送電極ｖ２がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００６１】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２がＨレベル、垂直転送電極ｖ３、ｖ４はＬレベルになり、時間Ｔ６時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００６２】
次に、時間Ｔ８では垂直転送電極ｖ５がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００６３】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５はＬレベルであり、時間Ｔ５時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２下のチャネルに集められる。
【００６４】
次に、時間Ｔ９では垂直転送電極ｖ３がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００６５】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３がＨレベル、ｖ４、ｖ５はＬレベルになり、時間Ｔ８時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００６６】
次に、時間Ｔ１０では垂直転送電極ｖ６がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００６７】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６はＬレベルであり、時間Ｔ９時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３下のチャネルに集められる。
【００６８】
次に、時間Ｔ１１では垂直転送電極ｖ４がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００６９】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４がＨレベル、垂直転送電極ｖ５、ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ１０時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００７０】
次に、時間Ｔ１２では垂直転送電極ｖ１がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００７１】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１はＬレベルであり、時間Ｔ１１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルに集められる。
【００７２】
以上説明した時間Ｔ１から時間Ｔ１２が信号電荷の垂直転送の１周期である。このように順次駆動パルスを印加することにより信号電荷が上から下方向（水平転送ＣＣＤ３へ向かう方向）に移動する。
【００７３】
また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、この一連の垂直転送において、連続する電位の浅い領域は、時間の経過により２電極と３電極とに交互に繰り返していることが分かる。
【００７４】
次に、図８（ａ）を用いて、さらに詳細な各時間におけるチャネル電位を説明する。
【００７５】
ただし、図８（ａ）では説明を簡単にするため、電極長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はすべて同じ長さＬとする。
【００７６】
図８（ａ）では、図５と同様に、横軸には垂直転送電極ｖ１〜ｖ６の位置をとり、縦軸には各時間のチャネル電位をとっている。矢印の向きは電位の深さを示している。
【００７７】
時間Ｔ０では垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４はＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ５、ｖ６はＬレベルである。Ｈレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位が深くなり、またＬレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位は浅くなる。
【００７８】
このとき、電子井戸によって蓄積可能な電荷量は、バリア高さと蓄積可能なチャネル長（ここではＨレベルの駆動パルスが印加されている連続した電極長の和）の積におおよそ比例すると考えられる。
【００７９】
したがって、時間Ｔ０で蓄積できる最大の電荷量が電子井戸に蓄積されたとすると、チャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ０」と呼ぶ）と電荷を蓄積するために必要なバリア高さ（以下、「ＢＨＰ」と呼ぶ）は同一寸法である。
【００８０】
したがって、その場合に蓄積された電荷量は３Ｌ×ＢＨ０となる。
【００８１】
次に、時間Ｔ１では垂直転送電極ｖ５がＬレベルからＨレベルに変化する。
【００８２】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベル、垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【００８３】
しかし、時間Ｔ１になると、電位の浅いチャネル領域は３電極分から２電極分に長さが短くなるため、フリンジ電界の影響が大きくなる。
【００８４】
このため、ショートチャネル効果により垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルより深い電位に移り、時間Ｔ１においてチャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ１」と呼ぶ）は低くなり、さらにバリアを形成する側壁は傾きが大きくなる。
【００８５】
このとき、本実施形態ではＢＨ１は０．７８ＢＨ０となったとする。
【００８６】
しかし、時間Ｔ０時に蓄積された電荷量３Ｌ×ＢＨ０を保持するために必要なバリア高さ（＝ＢＨＰ１）は０．７５ＢＨ０（＝３Ｌ×ＢＨ０／４Ｌ）である。
【００８７】
すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動方法では、時間Ｔ１においてＢＨＰ１＜ＢＨ１の関係にあり、またショートチャネル効果により電位井戸を形成するバリアの傾きが大きくなり、さらに電位のばらつきを考慮しても、垂直方向に隣接する画素の信号電荷が混合することを防止することができる。
【００８８】
その後、時間Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１はＴ１と同様に、隣り合う電子井戸の間は２電極分の長さになる。
【００８９】
また、時間Ｔ２，Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０、Ｔ１２はＴ０と同様に、隣り合う電子井戸の間は３電極分の長さになる。
【００９０】
したがって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、すべての時間帯において、各時間におけるチャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ」と呼ぶ）と、各時間において時間Ｔ０時に蓄積された電荷量３ＬＢＨ０を保持するために必要なバリア高さ（以下、「ＢＨＰ」と呼ぶ）は、ＢＨＰ＜ＢＨの関係にあり、ショートチャネル効果により電位井戸を形成するバリアの傾きが大きくなり、さらに電位のばらつきを考慮しても、垂直方向に隣接する画素の信号電荷が混合することを防止することができる。
【００９１】
このため、本発明の本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、優れた垂直解像度を得ることができる。
【００９２】
次に本発明を詳細に理解するため、先行技術の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【００９３】
図６は、先行技術における固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加される６相の駆動パルスφｖ１〜φｖ６のタイミングチャートを示す。
【００９４】
また、図７は先行技術の固体撮像装置の信号電荷と蓄積状態と転送の様子を示す図であり、時間Ｔ０〜Ｔ１２における垂直転送電極（転送ゲート）下のチャネル電位を示す。横軸には垂直転送電極ｖ１〜ｖ６の位置をとり、縦軸には各時間のチャネル電位をとっている。矢印の向きは電位の深さを示している。
【００９５】
ただし、図７では説明を簡単にするため、電極長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はすべて同じ長さＬとする。
【００９６】
まず、時間Ｔ０以前（図示せず）には、［３×ｋ＋１］行のホトダイオードの信号電荷の垂直転送電極ｖ１への読み出しが行われる。
【００９７】
次に、時間Ｔ０では、垂直ＣＣＤ２の状態は、垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４はＨレベルであり、垂直転送電極ｖ５、ｖ６はＬレベルである。Ｈレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位が深くなり、またＬレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位は浅くなる。
【００９８】
このとき、垂直転送電極ｖ１とｖ６との境界と垂直転送電極ｖ４とｖ５の境界には電位差によってバリアができ、電位の深くなった垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルには信号電荷が蓄積される。
【００９９】
次に、時間Ｔ１では垂直転送電極ｖ５がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１００】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベル、垂直転送電極ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１０１】
次に、時間Ｔ２では垂直転送電極ｖ１がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１０２】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルであり、時間Ｔ２時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに集められる。
【０１０３】
次に、時間Ｔ３では垂直転送電極ｖ６がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１０４】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６がＨレベル、垂直転送電極ｖ１はＬレベルになり、時間Ｔ３時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１０５】
次に、時間Ｔ４では垂直転送電極ｖ２がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１０６】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ１、ｖ２はＬレベルであり、時間Ｔ３時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６下のチャネルに集められる。
【０１０７】
次に、時間Ｔ５では垂直転送電極ｖ１がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１０８】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１がＨレベル、垂直転送電極ｖ２はＬレベルになり、時間Ｔ４時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１０９】
次に、時間Ｔ６では垂直転送電極ｖ３がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１１０】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ２、ｖ３はＬレベルであり、時間Ｔ５時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１下のチャネルに集められる。
【０１１１】
次に、時間Ｔ７では垂直転送電極ｖ２がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１１２】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２がＨレベル、垂直転送電極ｖ３はＬレベルになり、時間Ｔ６時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ４、ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１１３】
次に、時間Ｔ８では垂直転送電極ｖ４がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１１４】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ３、ｖ４はＬレベルであり、時間Ｔ７時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２下のチャネルに集められる。
【０１１５】
次に、時間Ｔ９では垂直転送電極ｖ３がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１１６】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３がＨレベル、垂直転送電極ｖ４はＬレベルになり、時間Ｔ８時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ５、ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１１７】
次に、時間Ｔ１０では垂直転送電極ｖ５がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１１８】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ４、ｖ５はＬレベルであり、時間Ｔ９時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３下のチャネルに集められる。
【０１１９】
次に、時間Ｔ１１では垂直転送電極ｖ４がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１２０】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４がＨレベル、ｖ５はＬレベルになり、時間Ｔ１０時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ６、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１２１】
次に、時間Ｔ１２では垂直転送電極ｖ６がＨレベルからＬレベルに変化する。
【０１２２】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４がＨレベルであり、垂直転送電極ｖ５、ｖ６はＬレベルであり、時間Ｔ１１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４下のチャネルに集められる。
【０１２３】
以上説明した時間Ｔ１から時間Ｔ１２が信号電荷の垂直転送の１周期であり、このように順次駆動パルスを印加することにより信号電荷が上から下方向（水平転送ＣＣＤ３へ向かう方向）に移動する。
【０１２４】
また、先行技術の固体撮像装置の駆動方法は、この一連の垂直転送において、連続する電位の浅い領域は、時間に経過により１電極と２電極と交互に繰り返していることが分かる。
【０１２５】
次に、図８（ｂ）を用いて、さらに詳細な各時間におけるチャネル電位を説明する。
【０１２６】
ただし、図８（ｂ）では説明を簡単にするため、電極長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はすべて同じ長さＬとする。
【０１２７】
図８（ｂ）では、図７と同様に、横軸には垂直転送電極ｖ１〜ｖ６の位置をとり、縦軸には各時間のチャネル電位をとっている。矢印の向きは電位の深さを示している。
【０１２８】
時間Ｔ０では垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４はＨレベルであり、垂直転送電極ｖ５、ｖ６はＬレベルである。Ｈレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位が深くなり、またＬレベルの駆動パルスが印加された転送電極のチャネル電位は浅くなる。
【０１２９】
このとき、電子井戸によって蓄積可能な電荷量は、バリア高さと蓄積可能なチャネル長（ここではＨレベルの駆動パルスが印加されている連続した電極長の和）の積におおよそ比例すると考えられる。
【０１３０】
したがって、時間Ｔ０では蓄積できる最大の電荷量が電子井戸に蓄積されたとすると、チャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ０」と呼ぶ）と電荷を蓄積するために必要なバリア高さ（以下、「ＢＨＰ」と呼ぶ）は同一寸法である。
【０１３１】
したがって、その場合に蓄積された電荷量は４ＬＢＨ０である。
【０１３２】
次に、時間Ｔ１では垂直転送電極ｖ５がＬレベルからＨレベルに変化する。
【０１３３】
このとき、垂直転送ＣＣＤ２の状態は垂直転送電極ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５がＨレベル、垂直転送電極ｖ６はＬレベルになり、時間Ｔ１時に蓄積された電荷は垂直転送電極ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５下のチャネルに移る。すなわち、電荷が１電極分移動する。
【０１３４】
しかし、時間Ｔ１になると、電位の浅いチャネル領域は２電極分から１電極分に長さが短くなるため、フリンジ電界の影響が大きくなる。
【０１３５】
このため、ショートチャネル効果により垂直転送電極ｖ１、ｖ６はＬレベルより深い電位に移り、時間Ｔ１においてチャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ１」と呼ぶ）は低くなり、さらにバリアを形成する側壁は傾きが大きくなる。
【０１３６】
このときに説明を容易にするため、ＢＨ１は、本発明の実施形態と同様に、０．７８ＢＨ０となったと仮定するが、先行技術は電位の低いチャネル領域は１電極分であるため、ショートチャネル効果の影響は本発明の実施の形態よりも強いことは明らかである。
【０１３７】
一方、時間Ｔ０時に蓄積された電荷量４ＬＢＨ０を保持するために必要なバリア高さ（＝ＢＨＰ１）は０．８ＢＨ０（＝４ＬＢＨ０／５Ｌ）である。
【０１３８】
すなわち、先行技術の固体撮像装置の駆動方法は、時間Ｔ１においてＢＨＰ１＞ＢＨ１の関係にあり、垂直方向に隣接する画素の信号電荷を分離することができず、信号電荷が混合される。
【０１３９】
その後、時間Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１はＴ１と同様に、隣り合う電子井戸の間は１電極分の長さになる。
【０１４０】
また、時間Ｔ２，Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０、Ｔ１２はＴ０と同様に、隣り合う電子井戸の間は２電極分の長さになる。
【０１４１】
したがって、先行技術に係る固体撮像装置の駆動方法は、すべての時間帯において、各時間におけるチャネル電位差により形成されたバリア高さ（以下、「ＢＨ」と呼ぶ）と、各時間において時間Ｔ０時に蓄積された電荷量４ＬＢＨ０を保持するために必要なバリア高さ（以下、「ＢＨＰ」と呼ぶ）は、ＢＨＰ＞ＢＨの関係にあり、垂直方向に隣接する画素の信号電荷が分離することができず、信号電荷が混合する。
【０１４２】
したがって、先行技術の固体撮像装置は、垂直解像度が低下する。
【０１４３】
以上の説明から、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法を用いると、先行技術よりも垂直解像度の特性が優れることが明らかになった。
【０１４４】
ただし、先行技術では、ショートチャネル効果の影響を本発明の実施の形態よりも強く受けることは明らかであるため、本実施の形態で説明した以上に隣り合う信号電荷の混合が起きることは明らかである。
【０１４５】
したがって、本発明の駆動方法は高画素化、小型化により垂直転送電極の電極長の微細化が行われた固体撮像装置に用いると、特に有効である。
【０１４６】
さらに、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、インターレース・スキャンに対応した固体撮像装置をフレーム読み出し方式で駆動させる方法であるため、フィールド枚数を本実施の形態で用いた３フィールドよりも多フィールド化し、また駆動パルスを本実施の形態で用いた６相から多相にして、Ｈレベルの駆動パルスが印加されている連続した電極数を多くすることにより、蓄積電荷量を増加させることができる。
【０１４７】
具体的には、本実施形態では３：１のインターレースを行って１フレームを３フィールドで構成し、６相の駆動パルスを前記垂直転送電極に印加することにより、信号電荷を蓄積する電子井戸を形成しているが、これを例えば、３：１のインターレースを行って１フレームを３フィールドで構成し、９相の駆動パルスを垂直転送電極に印加する方法や、４：１のインターレースを行って１フレームを４フィールドで構成し、８相の駆動パルスを垂直転送電極に印加する方法などにより、蓄積電荷量を増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、垂直解像度の低下を防ぐことができ、デジタルカメラなどプログレッシブ・スキャンに対応する固体撮像装置に対応する固体撮像装置の駆動方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の平面構造を示す模式図である。
【図２】図１の点線部内に形成された垂直転送電極の配列を示す模式図である。
【図３】図２のＪ−Ｊ’ライン上の構造を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加される６相の駆動パルスφｖ１〜φｖ６のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の信号電荷と蓄積状態と転送の様子を示す図である。
【図６】先行技術における固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加される６相の駆動パルスφｖ１〜φｖ６のタイミングチャートである。
【図７】先行技術の固体撮像装置の信号電荷と蓄積状態と転送の様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態および先行技術の固体撮像装置の信号電荷と蓄積状態と転送の様子を示す図である。
【図９】先行技術の固体撮像装置の垂直転送電極に垂直転送期間に印加する駆動パルスのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１５０】
１  ホトダイオード
２  垂直転送ＣＣＤ
３  水平転送ＣＣＤ
４  出力アンプ
５  制御部
１０  半導体基板
１１ａ  垂直転送電極
１１ｂ  垂直転送電極
【図１】
2006339841.tif 000003
【図２】
2006339841.tif 000004
【図３】
2006339841.tif 000005
【図４】
2006339841.tif 000006
【図５】
2006339841.tif 000007
【図６】
2006339841.tif 000008
【図７】
2006339841.tif 000009
【図８】
2006339841.tif 000010
【図９】
2006339841.tif 000011