(57)【要約】【課題】画素が微細化してもＦＰＮの発生を抑えることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】２本の水平転送レジスタ４、５を３相の水平転送パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３で駆動する構成とする。【選択図】図１
2008294873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向および水平方向に２次元配列された複数個の受光素子と、
前記複数個の受光素子にて発生した信号電荷を垂直列ごとに垂直転送する複数本の垂直転送レジスタと、
前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を水平転送する複数本の水平転送レジスタと、
を具備し、前記複数本の水平転送レジスタ間で信号電荷を転送し、１ライン分の信号電荷を前記複数本の水平転送レジスタで水平転送する固体撮像装置であって、
前記複数本の水平転送レジスタのうち、少なくとも他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタが、Ｎ相（Ｎは３以上の整数）の転送パルスで駆動される構成を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数本の水平転送レジスタのうち、少なくとも他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタが、３相の転送パルスで駆動されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を転送する期間に、垂直転送レジスタから信号電荷が転送される水平転送レジスタに対して（Ｎ−１）相の転送パルスを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４】
請求項２記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、
２相の転送パルスで駆動される水平転送レジスタにおいて信号電荷を水平転送するのに必要な電位差をＶＴとし、水平転送レジスタに蓄積された信号電荷の熱運動による拡散を抑制する電位差をΔＶとすると、前記３相の転送パルスの電圧Ｖを、
Ｖ＜３ＶＴ＋ΔＶ
の関係を満たす電圧値にして、水平転送レジスタ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５】
請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法であって、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を転送する期間に、垂直転送レジスタから信号電荷が転送される水平転送レジスタに対して２相の転送パルスを印加することを特徴とする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、複数本の水平転送レジスタを有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサとして、解像度向上を図るために、水平転送レジスタを２本具備し、その２本の水平転送レジスタにより奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷を別々に水平転送し、１Ｈ（Ｈ：水平走査時間）内に２ライン分の信号電荷を読出すことによって全画素読出しを可能としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。以下、図１４、図１５を参照しながら、全画素読出しを行う従来の固体撮像装置について説明する。
【０００３】
図１４は全画素読み出しを行う従来の固体撮像装置の構成図、図１５はその従来の固体撮像装置の水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図である。図１４に示すように、画素単位で垂直方向および水平方向に２次元配列された複数個のフォトセンサ１０１と、これら複数個のフォトセンサ１０１の垂直列ごとに配置されてフォトセンサ１０１にて発生した信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送レジスタ１０２と、によってイメージ部１０３が構成されている。垂直転送レジスタ１０２は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって４相駆動される。
【０００４】
また、垂直転送レジスタ１０２の出力側には、垂直転送レジスタ１０２から転送された信号電荷を水平転送する第１、第２水平転送レジスタ１０４、１０５が並置されている。第１、第２水平転送レジスタ１０４、１０５は、水平転送クロックφＨ１、φＨ２によって２相駆動される。
【０００５】
具体的には、第１水平転送レジスタ１０４は、垂直転送レジスタ１０２から転送された信号電荷のうち偶数ラインの信号電荷を水平転送する。第２水平転送レジスタ１０５は、第１水平転送レジスタ１０４と第２水平転送レジスタ１０５との間に配置された水平転送レジスタ間転送ゲート（ＨＨＧ）１０６により第１水平転送レジスタ１０４から第２水平転送レジスタ１０５へ転送された奇数ラインの信号電荷を水平転送する。ＨＨＧ１０６には、水平転送レジスタ間転送パルスφＨＨＧが印加される。
【０００６】
また、第１、第２水平転送レジスタ１０４、１０５の出力側には、第１、第２水平転送レジスタ１０４、１０５から転送された信号電荷を検出して信号電圧に変換する例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の第１、第２出力部１０７、１０８が設けられており、これら第１、第２出力部１０７、１０８の各々からライン単位の画素信号が出力される。すなわち、第１出力部１０７からは偶数ラインの画素信号が出力され、第２出力部１０８からは奇数ラインの画素信号が出力される。
【０００７】
以上説明した構成により、垂直転送レジスタから転送された信号電荷をライン単位で２本の水平転送レジスタへ振り分け、１フィールド期間内に全画素の信号電荷を読出し、２チャンネルの画素信号として出力する全画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサが構成される。
【０００８】
一方、第１水平転送レジスタ１０４から第２水平転送レジスタ１０５への信号電荷の転送の際に、信号電荷の一部が第１水平転送レジスタ１０４に残留すると、この残留した信号電荷に起因してモニター出力画面上にＦＰＮ（Ｆｉｘｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｎｏｉｓｅ）が発生し、画質が劣化する。
【０００９】
この問題に対して、従来は、図１５に示すように、第１水平転送レジスタ１０４に、第２水平転送レジスタ１０５側の端を除いて不純物注入領域２０１を形成して、イメージ部１０３側から第２水平転送レジスタ１０５側へ向けて下降するポテンシャル勾配を形成することで、第１水平転送レジスタ１０４から第２水平転送レジスタ１０５への信号電荷（図中の●）２０２の転送が加速されるようにして、信号電荷が第１水平転送レジスタ１０４に残留しないようにしていた。なお、図１５において、ＨＨＧ１０６内の領域１０９はチャネルストップ領域である。
【００１０】
しかしながら、近年、画素の微細化が進み、それに伴い水平転送レジスタのゲート長２０３が縮小される反面、水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量を確保するために、水平転送レジスタのゲート幅２０４は拡大してきている。つまり、水平転送レジスタのゲート長２０３の縮小により減少する信号電荷の蓄積領域を水平転送レジスタのゲート幅２０４を拡大することで確保している。そのため、信号電荷の第２水平転送レジスタ１０５への移動距離が増加して、信号電荷が第１水平転送レジスタ１０４に残留し易くなってきており、上記したようにイメージ部１０３側から第２水平転送レジスタ１０５側へ向けて下降するポテンシャル勾配を形成しても、ＦＰＮが発生し、画質が劣化するという問題が起こってきた。
【特許文献１】特開平６−１６３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、水平転送レジスタを３相以上の転送パルスで駆動する構成とすることにより、画素が微細化してもＦＰＮの発生を抑えることができる固体撮像装置およびそ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】
【００１２】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置は、垂直方向および水平方向に２次元配列された複数個の受光素子と、前記複数個の受光素子にて発生した信号電荷を垂直列ごとに垂直転送する複数本の垂直転送レジスタと、前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を水平転送する複数本の水平転送レジスタと、を具備し、前記複数本の水平転送レジスタ間で信号電荷を転送し、１ライン分の信号電荷を前記複数本の水平転送レジスタで水平転送する固体撮像装置であって、前記複数本の水平転送レジスタのうち、少なくとも他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタが、Ｎ相（Ｎは３以上の整数）の転送パルスで駆動される構成を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置であって、前記複数本の水平転送レジスタのうち、少なくとも他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタが、３相の転送パルスで駆動されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を転送する期間に、垂直転送レジスタから信号電荷が転送される水平転送レジスタに対して（Ｎ−１）相の転送パルスを印加することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法は、請求項２記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、２相の転送パルスで駆動される水平転送レジスタにおいて信号電荷を水平転送するのに必要な電位差をＶＴとし、水平転送レジスタに蓄積された信号電荷の熱運動による拡散を抑制する電位差をΔＶとすると、前記３相の転送パルスの電圧Ｖを、
Ｖ＜３ＶＴ＋ΔＶ
の関係を満たす電圧値にして、水平転送レジスタに印加することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５記載の固体撮像装置の駆動方法は、請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法であって、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を転送する期間に、垂直転送レジスタから信号電荷が転送される水平転送レジスタに対して２相の転送パルスを印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の好ましい形態によれば、他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタを３相以上の転送パルスで駆動する構成としたので、その水平転送レジスタにおいて、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて多くの信号電荷を蓄積できるようになり、その水平転送レジスタのゲート幅を短くすることができる。よって、水平転送レジスタ間の信号電荷の移動距離を短くでき、他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタに信号電荷が残留するのを抑制できるので、ＦＰＮの発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、垂直転送レジスタから信号電荷を水平転送レジスタに転送する期間に、垂直転送レジスタから信号電荷が転送される水平転送レジスタに対して（Ｎ−１）相の転送パルスを印加することで、水平転送レジスタの蓄積領域におけるナローチャネル効果を緩和することができ、より深いポテンシャルの蓄積領域を形成することができる。これにより、垂直転送レジスタから水平転送レジスタに信号電荷を転送する際のＦＰＮを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成図である。図１に示すように、画素単位で垂直方向および水平方向に２次元配列された複数個のフォトセンサ（受光素子）１と、これら複数個のフォトセンサ１の垂直列ごとに配置されてフォトセンサ１にて発生した信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送レジスタ２と、によってイメージ部３が構成されている。垂直転送レジスタ２は、垂直転送クロック（垂直転送パルス）φＶ１〜φＶ４によって４相駆動される。
【００２１】
また、垂直転送レジスタ２の出力側には、垂直転送レジスタ２から転送された信号電荷を水平転送する第１、第２水平転送レジスタ４、５が並置されている。第１、第２水平転送レジスタ４、５は、水平転送クロック（水平転送パルス）φＨ１、φＨ２、φＨ３によって３相駆動される。
【００２２】
具体的には、第１水平転送レジスタ４は、各垂直転送レジスタ２から転送された信号電荷のうち奇数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷を水平転送する。第２水平転送レジスタ５は、第１水平転送レジスタ４と第２水平転送レジスタ５との間に配置された水平転送レジスタ間転送ゲート（ＨＨＧ）６により第１水平転送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５へ転送された偶数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷を水平転送する。ＨＨＧ６には、水平転送レジスタ間転送パルスφＨＨＧが印加される。
【００２３】
また、第１、第２水平転送レジスタ４、５の出力側には、第１、第２水平転送レジスタ４、５から転送された信号電荷を検出して信号電圧に変換する例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の第１、第２出力部７、８が設けられており、これら第１、第２出力部７、８から画素信号が出力される。すなわち、第１出力部７からは奇数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷に応じた画素信号が出力され、第２出力部８からは偶数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷に応じた画素信号が出力される。
【００２４】
以上説明した構成により、垂直転送レジスタから転送された１ライン分の信号電荷を２本の水平転送レジスタへ振り分け、１フィールド期間内に全画素の信号電荷を読出し、２チャンネルの画素信号として出力する全画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサが構成される。
【００２５】
図２（ａ）は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ’線部における断面構造を示す図である。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、ｐウエル１０の表面側にはｎ型転送チャネル１１が形成され、その上方には、第１、第２、第３転送電極１２、１３、１４がゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成されている。また、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第１、第２、第３転送電極１２、１３、１４にはそれぞれ水平転送パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３が印加される。この３相駆動方式の水平転送レジスタは、１画素ピッチごと（垂直転送レジスタ２ごと）に３本の転送電極が設けられた構成となっている。なお、図２（ａ）において、ＨＨＧ６内の領域９はチャネルストップ領域である。
【００２７】
続いて、図３、図４を用いて、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の駆動方法（水平転送レジスタの動作）について、第１水平転送レジスタ４を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタ４のポテンシャルを示す図であり、図４は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタ４のタイミングチャートを示す図である。
【００２８】
図３、図４に示すように、まず初期状態（ｔ＝ｔ０）において、２相目の水平転送パルスφＨ２を“Ｈ”レベルに設定する。この印加電圧により、第２転送電極１３下のポテンシャルが深くなり、第２転送電極１３下に信号電荷を蓄積する領域（蓄積領域）が形成される。
【００２９】
次に、時刻ｔ１において、垂直転送レジスタ２の最終ゲート電圧φＶＨが“Ｈ”レベルになり、垂直転送レジスタ２から第１水平転送レジスタ４へ信号電荷が転送され、第１水平転送レジスタ４の第２転送電極１３下の蓄積領域に蓄積される。その後、φＶＨが“Ｌ”レベルとなる。
【００３０】
次に、時刻ｔ２において、水平転送レジスタ間転送パルスφＨＨＧが“Ｈ”レベルとなり、第１水平転送レジスタ４の第２転送電極１３下に蓄積されている信号電荷のうち、偶数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷が第２水平転送レジスタ５に転送され、第１水平転送レジスタ４には、奇数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷が残る。その後、φＨＨＧが“Ｌ”レベルとなる。
【００３１】
次に、時刻ｔ３において、２相目の水平転送パルスφＨ２に加えて、１相目の水平転送パルスφＨ１も“Ｈ”レベルとなり、第１転送電極１２下のポテンシャルも深くなり、第１転送電極１２下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ４の第２転送電極１３下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第２転送電極１２、１３下に蓄積される。
【００３２】
次に、時刻ｔ４において、２相目の水平転送パルスφＨ２が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第２転送電極１３下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ４の第２転送電極１３下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１転送電極１２下へと移動する。
【００３３】
次に、時刻ｔ５において、１相目の水平転送パルスφＨ１に加えて、３相目の水平転送パルスφＨ３も“Ｈ”レベルとなり、第３転送電極１４下のポテンシャルも深くなり、第３転送電極１４下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ４の第１転送電極１２下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第３転送電極１２、１４下に蓄積される。
【００３４】
次に、時刻ｔ６において、１相目の水平転送パルスφＨ１が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第１転送電極１２下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ４の第１転送電極１２下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第３転送電極１４下へと移動する。
【００３５】
次に、時刻ｔ７において、３相目の水平転送パルスφＨ３に加えて、２相目の水平転送パルスφＨ２も“Ｈ”レベルとなり、第２転送電極１３下のポテンシャルも深くなり、第２転送電極１３下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ４の第３転送電極１４下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第２、第３転送電極１３、１４下に蓄積される。
【００３６】
そして、時刻ｔ８において、３相目の水平転送パルスφＨ３が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第３転送電極１４下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ４の第３転送電極１４下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第２転送電極１３下へと移動する。
【００３７】
以上説明した時刻ｔ３〜ｔ８における動作を繰り返すことで、第１水平転送レジスタ４は、信号電荷を第１出力部７へと水平転送する。第２水平転送レジスタ５も同様の動作を繰り返すことで、信号電荷を第２出力部８へと水平転送する。
【００３８】
続いて、３相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量について、２相駆動方式の水平転送レジスタと比較して説明する。図５は３相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図である。
【００３９】
３相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量ＱIIIは、図５に示すように、水平転送レジスタの各転送電極下に形成される各蓄積領域に蓄積可能な信号電荷量であり、その蓄積領域の容量をＣＱIII、信号電荷の蓄積に利用可能な電位をＶＱIIIとすると、
ＱIII＝ＣＱIII×ＶＱIII・・・（１）
となる。
【００４０】
また、図５に示すように、信号電荷の蓄積に利用可能な電位ＶＱIIIは、
ＶＱIII＝Ｖ−ΔＶ・・・（２）
となる。この式（２）において、ΔＶは熱運動による信号電荷の後戻りを抑制するのに必要な電位差（０．３〜０．６Ｖ程度）である。
【００４１】
また、３相駆動方式の水平転送レジスタの各転送電極下に形成される各蓄積領域の幅は、水平転送レジスタの１画素ピッチの約１／３であるので、その蓄積領域の容量ＣＱIIIは、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量をＣとすると、
ＣＱIII＝（１／３）Ｃ・・・（３）
となる。ここで、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量Ｃは、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの転送電極数と、ゲート長と、ゲート幅［（１画素ピッチ当りの転送電極数）×（ゲート長）×（ゲート幅）］で決まる。
【００４２】
以上から、信号電荷量ＱIIIは、
ＱIII＝（１／３）（Ｖ−ΔＶ）Ｃ・・・（４）
となる。
【００４３】
次に、従来の固体撮像装置が具備する１本の２相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量について説明する。図６はその従来の固体撮像装置が具備する２相駆動方式の水平転送レジスタの構造断面図である。
【００４４】
図６に示すように、ｐウエル２１の表面側の転送チャネルには、ｎ領域２２およびｎ−領域２３が交互に形成され、ｎ領域２２およびｎ−領域２３の上方には、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して、第１、第２転送電極２４、２５が形成されている。この第１、第２転送電極２４、２５の電極列において、隣り合う第１、第２転送電極２４、２５が対をなし、一対おきに２相の水平転送パルスφＨ１、φＨ２が交互に印加される。この２相駆動方式の水平転送レジスタは、１画素ピッチごと（垂直転送レジスタごと）に４本の転送電極、すなわち１相目の水平転送パルスφＨ１が印加される転送電極対（以下、１相目の転送電極対と称す。）と２相目の水平転送パルスφＨ２が印加される転送電極対（以下、２相目の転送電極対と称す。）が設けられた構成となっている。
【００４５】
図７は上記した従来の固体撮像装置が具備する２相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図であり、図８はその水平転送レジスタに印加される水平転送パルスφＨ１、φＨ２のタイミングチャートを示す図である。
【００４６】
図８に示すように、時刻ｔ１において１相目の水平転送パルスφＨ１が“Ｈ”レベルになり、２相目の水平転送パルスφＨ２が“Ｌ”レベルになると、図７の実線に示すように、１相目の転送電極対下のポテンシャルが深くなる。同様に、時刻ｔ２において１相目の水平転送パルスφＨ１が“Ｌ”レベルになり、２相目の水平転送パルスφＨ２が“Ｈ”レベルになると、図７の破線に示すように、２相目の転送電極対下のポテンシャルが深くなる。
【００４７】
ここで、第１転送電極２４の下にはｎ領域２２が形成されており、第２転送電極２５の下にはｎ−領域２３が形成されているので、第１、第２転送電極２４、２５下のポテンシャルの間にはＶＢのポテンシャル段差（バリア）が形成され、これにより図の右側から左側への信号電荷の転送が可能となる。
【００４８】
この従来の固体撮像装置が具備する２相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量ＱIIは、図７に示すように、第１転送電極２４下に形成される蓄積領域に蓄積可能な信号電荷量であり、その蓄積領域の容量をＣＱII、信号電荷の蓄積に利用可能な電位をＶＱIIとすると、
ＱII＝ＣＱII×ＶＱII・・・（５）
となる。
【００４９】
また、図７に示すように、信号電荷の蓄積に利用可能な電位ＶＱIIとバリアＶＢとの間に０．３〜０．６Ｖ程度の電位差ΔＶがないと、熱運動により信号電荷の後戻りが発生するので、電位ＶＱIIとバリアＶＢは、以下の式（６）の関係を満たす必要がある。
【００５０】
ＶＢ＝ＶＱII＋ΔＶ・・・（６）
また、転送効率を上げるためには、“Ｈ”レベルの水平転送パルスが印加される第２転送電極２５下のポテンシャルと“Ｌ”レベルの水平転送パルスが印加される第１転送電極２４下のポテンシャルとの間に、ＶTなる電位差が必要である。そのため、高い転送効率を実現するには、図７に示すように、振幅（駆動電圧）Ｖは、
Ｖ＝ＶＢ＋ＶＴ＝ＶＱII＋ΔＶ＋ＶＴ・・・（６）
である必要がある。
【００５１】
このように、上記した従来の固体撮像装置が具備する２相駆動方式の水平転送レジスタでは、３相駆動方式の水平転送レジスタと比較して、駆動電圧ＶをＶＴだけ高くする必要がある。つまり、３相駆動方式の水平転送レジスタに比べて、信号電荷の蓄積に対する振幅（駆動電圧）の効率が悪い。
【００５２】
また、第１転送電極２４下に形成される蓄積領域の幅は、水平転送レジスタの１画素ピッチの約１／４であるので、その蓄積領域の容量ＣＱIIは、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量をＣとすると、
ＣＱII＝（１／４）Ｃ・・・（８）
となる。水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量Ｃは、１画素ピッチ当りの転送電極数と、ゲート長と、ゲート幅で決まる。
【００５３】
以上から、信号電荷量ＱIIは、
Ｑ０II＝（１／４）（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）Ｃ・・・（９）
となる。
【００５４】
以上説明した３相駆動方式と２相駆動方式の水平転送レジスタを比較すると、３相駆動方式の水平転送レジスタは、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて、振幅（駆動電圧）を信号電荷の蓄積に無駄なく利用でき、かつ蓄積領域の容量も大きいことから、｛４・（Ｖ−ΔＶ）｝／｛３・（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）｝倍多くの信号電荷を蓄えることが可能となる。すなわち、蓄積する信号電荷量が同じＱ（＝ＱII＝ＱIII）である場合、３相駆動方式の水平転送レジスタにおける蓄積領域の容量ＣＱIIIを、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて、｛３（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）｝／｛４（Ｖ−ΔＶ）｝倍だけ小さくすることができ、水平転送レジスタのゲート幅を縮小することが可能となる。
【００５５】
よって、第１水平転送レジスタ４から第２水平転送レジスタ５への信号電荷の移動距離の短縮が可能となり、信号電荷の一部が第１水平転送レジスタ４に残留することによって生じるＦＰＮを抑制することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態１では、垂直転送レジスタ２から第１水平転送レジスタ４に信号電荷を転送する期間（時刻ｔ１）において、２相目の水平転送パルスφＨ２のみを“Ｈ”レベルにしたが、時刻ｔ１において、２相目の水平転送パルスφＨ２に加えて、１相目もしくは３相目の水平転送パルスも“Ｈ”レベルにすれば、垂直転送レジスタ２から第１水平転送ジスタ４に信号電荷を転送する際に発生するＦＰＮを抑制することができる。これは、２相の水平転送パルスを“Ｈ”レベルにすることで、１相の水平転送パルスのみを“Ｈ”レベルにする場合に比べて、ナローチャネル効果を緩和することができ、よりポテンシャルの深い蓄積領域が形成されて、垂直転送レジスタ２の最終ゲート下のポテンシャルとのポテンシャル差が大きくなり、転送電界を強くすることができるためである。
【００５７】
以上のように、本実施の形態１によれば、従来の固体撮像装置が具備する１本の２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて、振幅（駆動電圧）を無駄なく信号電荷の蓄積に利用でき、かつ蓄積領域の容量も大きいことから、水平転送レジスタのゲート幅の縮小が可能となり、ＦＰＮの発生を抑制することができる。しかしながら、複数本の水平転送レジスタを具備する固体撮像装置において、２相駆動方式の水平転送レジスタを採用した場合、その構成上、蓄積領域の幅を水平転送レジスタの１画素ピッチの約１／２にすることが可能となる。この場合、２相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量ＱII’は、
ＱII’＝（１／２）・（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）・Ｃ・・・（１０）
となり、３相駆動方式の水平転送レジスタにおける蓄積領域の容量の優位性を失う。
【００５８】
しかし、この場合であっても、３相駆動方式の水平転送レジスタの駆動電圧Ｖが、以下の式（１１）の関係を満たすときには、振幅（駆動電圧）の優位性から、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて多くの信号電荷を蓄積することができる。したがって、水平転送レジスタのゲート幅を縮小することが可能となり、信号電荷の一部が第１水平転送レジスタ４に残留することによって生じるＦＰＮを抑制することができる。
【００５９】
Ｖ ＜ ３ＶＴ＋ΔＶ・・・（１１）
なお、式（１０）、（１１）において、Ｖは水平転送パルスの振幅（駆動電圧）、ＶＴは２相駆動方式の水平転送レジスタにおいて信号電荷を水平転送するのに必要な電位差、ΔＶは水平転送レジスタに蓄積された信号電荷の熱運動による拡散を抑制するための電位差である。
【００６０】
（実施の形態２）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。但し、前述の実施の形態１において説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００６１】
図９は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成図である。本実施の形態２に係る固体撮像装置は、図９に示すように、第１、第２水平転送レジスタ３１、３２が水平転送クロック（水平転送パルス）φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４によって４相駆動される点が前述の実施の形態１と異なる。
【００６２】
図１０（ａ）は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すＢ−Ｂ’線部における断面構造を示す図である。
【００６３】
図１０（ｂ）に示すように、ｎ型転送チャネル１１の上方に、第１、第２、第３、第４転送電極３３、３４、３５、３６がゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成されている。また、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、第１、第２、第３、第４転送電極３３、３４、３５、３６にはそれぞれ水平転送パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４が印加される。この４相駆動方式の水平転送レジスタは、１画素ピッチごと（垂直転送レジスタ２ごと）に４本の転送電極が設けられた構成となっている。
【００６４】
続いて、図１１、図１２を用いて、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の駆動方法（水平転送レジスタの動作）について、第１水平転送レジスタ３１を用いて説明する。図１１は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタ３１のポテンシャルを示す図であり、図１２は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタ３１のタイミングチャートを示す図である。
【００６５】
図１１、図１２に示すように、まず初期状態（ｔ＝ｔ０）において、２相目、３相目の水平転送パルスφＨ２、φＨ３を“Ｈ”レベルに設定する。この印加電圧により、第２、第３転送電極３４、３５下のポテンシャルが深くなり、第２、第３転送電極３４、３５下に信号電荷を蓄積する領域（蓄積領域）が形成される。
【００６６】
次に、時刻ｔ１において、垂直転送レジスタ２の最終ゲート電圧φＶＨが“Ｈ”レベルになり、垂直転送レジスタ２から第１水平転送レジスタ３１へ信号電荷が転送され、第１水平転送レジスタ３１の第２、第３転送電極３４、３５下の蓄積領域に蓄積される。その後、φＶＨが“Ｌ”レベルとなる。
【００６７】
次に、時刻ｔ２において、水平転送レジスタ間転送パルスφＨＨＧが“Ｈ”レベルとなり、第１水平転送レジスタ３１の第２、第３転送電極３４、３５下に蓄積されている信号電荷のうち、偶数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷が第２水平転送レジスタ３２に転送され、第１水平転送レジスタ３１には、奇数列の垂直転送レジスタ２からの信号電荷が残る。その後、φＨＨＧが“Ｌ”レベルとなる。
【００６８】
次に、時刻ｔ３において、２相目、３相目の水平転送パルスφＨ２、φＨ３に加えて、１相目の水平転送パルスφＨ１も“Ｈ”レベルとなり、第１転送電極３３下のポテンシャルも深くなり、第１転送電極３３下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ３１の第２、第３転送電極３４、３５下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１ないし第３転送電極３３ないし３５下に蓄積される。
【００６９】
次に、時刻ｔ４において、３相目の水平転送パルスφＨ３が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第３転送電極３５下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ３１の第３転送電極３５下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第２転送電極３３、３４下へと移動する。
【００７０】
次に、時刻ｔ５において、１相目、２相目の水平転送パルスφＨ１、φＨ２に加えて、４相目の水平転送パルスφＨ４も“Ｈ”レベルとなり、第４転送電極３６下のポテンシャルも深くなり、第４転送電極３６下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ３１の第１、第２転送電極３３、３４下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第２、第４転送電極３３、３４、３６下に蓄積される。
【００７１】
次に、時刻ｔ６において、２相目の水平転送パルスφＨ１が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第２転送電極３４下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ３１の第２転送電極３４下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第４転送電極３３、３６下へと移動する。
【００７２】
次に、時刻ｔ７において、１相目、４相目の水平転送パルスφＨ１、φＨ４に加えて、３相目の水平転送パルスφＨ３も“Ｈ”レベルとなり、第３転送電極３５下のポテンシャルも深くなり、第３転送電極３５下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ３１の第１、第４転送電極３３、３６下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第１、第３、第４転送電極３３、３５、３６下に蓄積される。
【００７３】
次に、時刻ｔ８において、１相目の水平転送パルスφＨ１が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第１転送電極３３下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ３１の第１転送電極３３下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する隣接する第３、第４転送電極３５、３６下へと移動する。
【００７４】
次に、時刻ｔ９において、３相目、４相目の水平転送パルスφＨ３、φＨ４に加えて、２相目の水平転送パルスφＨ２も“Ｈ”レベルとなり、第２転送電極３４下のポテンシャルも深くなり、第２転送電極３４下に蓄積領域が形成され、第１水平転送レジスタ３１の第３、第４転送電極３５、３６下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第２ないし第４転送電極３４ないし３６下に蓄積される。
【００７５】
そして、時刻ｔ１０において、４相目の水平転送パルスφＨ４が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、第４転送電極３６下のポテンシャルが浅くなり、第１水平転送レジスタ３１の第４転送電極３６下に蓄積されていた信号電荷が、隣接する第２、第３転送電極３４、３５下へと移動する。
【００７６】
以上説明した時刻ｔ３〜ｔ１０の動作を繰り返すことで、第１水平転送レジスタ３１は、信号電荷を第１出力部７へと水平転送する。第２水平転送レジスタ３２も同様の動作を繰り返すことで、信号電荷を第２出力部８へと水平転送する。
【００７７】
続いて、４相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量について説明する。図１３は４相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図である。
【００７８】
４相駆動方式の水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量ＱIVは、図１３に示すように、水平転送レジスタの隣接する２本の転送電極下に形成される蓄積領域に蓄積可能な信号電荷量であり、その蓄積領域の容量をＣＱIV、信号電荷の蓄積に利用可能な電位をＶＱIVとすると、
ＱIV＝ＣＱIV×ＶＱIV・・・（１２）
となる。
【００７９】
また、図１３に示すように、信号電荷の蓄積に利用可能な電位ＶＱIVは、
ＶＱIV＝Ｖ−ΔＶ・・・（１３）
となる。この式（１３）において、ΔＶは熱運動による信号電荷の後戻りを抑制するのに必要な電位差（０．３〜０．６Ｖ程度）である。
【００８０】
また、隣接する２本の転送電極下に形成される蓄積領域の幅は、水平転送レジスタの１画素ピッチの約１／２であるので、その蓄積領域の容量ＣＱIVは、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量をＣとすると、
ＣＱIV＝（１／２）Ｃ・・・（１４）
となる。ここで、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの容量Ｃは、水平転送レジスタの１画素ピッチ当りの転送電極数と、ゲート長と、ゲート幅［（１画素ピッチ当りの転送電極数）×（ゲート長）×（ゲート幅）］で決まる。
【００８１】
以上から、信号電荷量ＱIVは、
ＱIV＝（１／２）（Ｖ−ΔＶ）Ｃ・・・（１５）
となる。
【００８２】
このように、４相駆動方式の水平転送レジスタは、複数本の水平転送レジスタを具備する固体撮像装置において２相駆動方式の水平転送レジスタを採用した場合と同様に、蓄積領域の幅が水平転送レジスタの１画素ピッチの約１／２となるので、振幅（駆動電圧）の優位性から、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて多くの信号電荷を蓄積することができる。
【００８３】
すなわち、複数本の水平転送レジスタを具備する固体撮像装置において２相駆動方式の水平転送レジスタを採用した場合、その水平転送レジスタにおいて蓄積可能な１画素ピッチ当たりの信号電荷量ＱII’は、前述の実施の形態１で説明したように、
ＱII’＝（１／２）・（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）・Ｃ
となる。したがって、蓄積する信号電荷量が同じＱ（＝ＱII’＝ＱIV）である場合、４相駆動方式の水平転送レジスタにおける蓄積領域の容量ＣＱIVを、２相駆動方式の水平転送レジスタに比べて、｛（Ｖ−ΔＶ−ＶＴ）｝／｛（Ｖ−ΔＶ）｝倍だけ小さくすることができる。
【００８４】
このことから、水平転送レジスタのゲート幅を縮小することが可能となるため、信号電荷の第１水平転送レジスタ３１から第２水平転送レジスタ３２への移動距離の短縮が可能となり、信号電荷の一部が第１水平転送レジスタ３１に残留することによって生じるＦＰＮを抑制することができる。
【００８５】
また、同様に、５相以上の転送パルスで駆動する水平転送レジスタにすることで、蓄積領域の幅が１画素ピッチの３／５以上となり、より多くの信号電荷を蓄積できるようになり、複数本の水平転送レジスタを具備する固体撮像装置において２相駆動方式の水平転送レジスタを採用した場合に比べて、振幅（駆動電圧）に加えて信号電荷の蓄積領域も優位となり、水平転送レジスタのゲート幅をさらに縮小することが可能となり、信号電荷の一部が第１水平転送レジスタに残留することによって生じるＦＰＮを抑制することができる。
【００８６】
また、４相駆動方式の水平転送レジスタにおいても、前述の実施の形態１と同様に、垂直転送レジスタ２から第１水平転送レジスタ３１に信号電荷を移送する期間（時刻ｔ１）に、３相の水平転送パルス（例えば、φＨ１、φＨ２、φＨ３）を“Ｈ”レベルにすれば、垂直転送レジスタ２から第１水平転送レジスタ３１に信号電荷を移送する際に発生するＦＰＮを抑制することができる。すなわち、Ｎ相駆動方式（Ｎは３以上の整数）の水平転送レジスタを用いた場合、垂直転送レジスタから水平転送レジスタに信号電荷を転送する期間に、（Ｎ−１）相の水平転送パルスを“Ｈ”レベルにすれば、垂直転送レジスタから水平転送レジスタに信号電荷を転送する際のＦＰＮを抑制できる。
【００８７】
なお、実施の形態１、２では、奇数列の垂直転送レジスタからの信号電荷を第１水平転送レジスタにより水平転送し、偶数列の垂直転送レジスタからの信号電荷を第２水平転送レジスタにより水平転送したが、無論、奇数列の垂直転送レジスタからの信号電荷を第２水平転送レジスタにより水平転送し、偶数列の垂直転送レジスタからの信号電荷を第１水平転送レジスタにより水平転送する構成としてもよい。
【００８８】
また、第１、第２水平転送レジスタが同じ駆動方式である場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、第１水平転送レジスタが４相駆動方式、第２水平転送レジスタが２相駆動方式のように、それぞれ異なる駆動方式であってもよい。要は、他の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する側の水平転送レジスタ（例えば、実施の形態１、２の第１水平転送レジスタ４、３１）を３相以上の水平転送パルスで駆動する構成として、そのゲート幅を縮小し、信号電荷の転送距離を短縮すればよく、３本以上の水平転送レジスタを具備する固体撮像装置についても同様に実施できる。
【００８９】
また、全画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、フィールド読出し方式のＣＣＤイメージセンサにおいても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明にかかる固体撮像装置およびその駆動方法によれば、複数本の水平転送レジスタを具備した固体撮像装置において、複数本の水平転送レジスタ間で信号電荷を転送する際に発生するＦＰＮを抑制することができ、全画素読出し方式やフィールド読出し方式のＣＣＤイメージセンサに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【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
【図２】同実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図、並びにその水平転送レジスタ部の断面構造図
【図３】同実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタのポテンシャルを示す図
【図４】同実施の形態１に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタのタイミングチャートを示す図
【図５】３相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図
【図６】従来の固体撮像装置が具備する１本の２相駆動方式の水平転送レジスタの構造断面図
【図７】同従来の固体撮像装置が具備する１本の２相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図
【図８】同従来の固体撮像装置が具備する１本の２相駆動方式の水平転送レジスタに印加される水平転送パルスφＨ１、φＨ２のタイミングチャートを示す図
【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
【図１０】同実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図、並びにその水平転送レジスタ部の断面構造図
【図１１】同実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタのポテンシャルを示す図
【図１２】同実施の形態２に係る固体撮像装置が具備する第１水平転送レジスタのタイミングチャートを示す図
【図１３】４相駆動方式の水平転送レジスタのポテンシャルの詳細を示す図
【図１４】従来の全画素読み出し方式のＣＣＤイメージセンサの概略構成図
【図１５】同ＣＣＤイメージセンサの水平転送レジスタ部の一部を拡大した平面図
【符号の説明】
【００９２】
１      フォトセンサ（受光素子）
２      垂直転送レジスタ
３      イメージ部
４      第１水平転送レジスタ
５      第２水平転送レジスタ
６      水平転送レジスタ間転送ゲート（ＨＨＧ）
７      第１出力部
８      第２出力部
９      チャネルストップ領域
１０      ｐウエル
１１      ｎ型転送チャネル
１２      第１転送電極
１３      第２転送電極
１４      第３転送電極
２１      ｐウエル
２２      ｎ領域
２３      ｎ−領域
２４      第１転送電極
２５      第２転送電極
３１      第１水平転送レジスタ
３２      第２水平転送レジスタ
３３      第１転送電極
３４      第２転送電極
３５      第３転送電極
３６      第４転送電極
１０１      フォトセンサ
１０２      垂直転送レジスタ
１０３      イメージ部
１０４      第１水平転送レジスタ
１０５      第２水平転送レジスタ
１０６      水平転送レジスタ間転送ゲート（ＨＨＧ）
１０７      第１出力部
１０８      第２出力部
１０９      チャネルストップ領域
２０１      不純物注入領域
２０２      信号電荷
２０３      水平転送レジスタのゲート長
２０４      水平転送レジスタのゲート幅
【図１】
2008294873.tif 000003
【図２】
2008294873.tif 000004
【図３】
2008294873.tif 000005
【図４】
2008294873.tif 000006
【図５】
2008294873.tif 000007
【図６】
2008294873.tif 000008
【図７】
2008294873.tif 000009
【図８】
2008294873.tif 000010
【図９】
2008294873.tif 000011
【図１０】
2008294873.tif 000012
【図１１】
2008294873.tif 000013
【図１２】
2008294873.tif 000014
【図１３】
2008294873.tif 000015
【図１４】
2008294873.tif 000016
【図１５】
2008294873.tif 000017