(57)【要約】【課題】垂直転送部から水平転送部への信号　電荷の転送を確実に短時間で行うとともに、電荷転送電極の駆動パルスの作成、供給制御を簡単に行うことができる固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】時刻ｔ１で水平同期パルスＨＤがハイになるとき駆動パルスφＨ１はハイ、駆動パルスφＨ２はローとなっている。そして、時刻ｔ２で垂直転送電極ＶＬの駆動パルスφＶがハイになると、垂直転送部１０３からの信号電荷が垂直転送電極ＶＬの下方部に蓄積され、時刻ｔ３で駆動パルスφＶがローになると、蓄積された信号電荷が垂直水平結合部１０８を介して水平転送部１０６に移動する。時刻ｔ３で駆動パルスφＨ１をローに、駆動パルスφＨ２をハイに反転させているので、信号電荷は、水平電荷蓄積領域の次の段の水平電荷蓄積領域に対して転送される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記垂直転送部の信号電荷を蓄積する垂直電荷蓄積領域から、前記水平転送部の信号電荷を蓄積する水平電荷蓄積領域への信号電荷の転送を、前記垂直電荷蓄積領域に最も近い前記水平電荷蓄積領域の次の段の水平電荷蓄積領域に対して行うことを含む固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の駆動方法であって、
前記垂直電荷蓄積領域から、前記水平転送部の水平電荷蓄積領域への信号電荷の転送期間は、前記水平転送部における水平方向の電荷転送周期に対して充分長く設定されるものである固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を含む固体撮像素子の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤによる電荷転送を行う固体撮像素子の概略構成を図４に示す。図４の固体撮像素子１００は、半導体基板１０１に行列状に配置された複数の光電変換素子１０２を有しており、光電変換素子１０２の側方には、光電変換素子１０２で検出した信号電荷を垂直方向（図の矢印Ｖ方向）に転送する垂直転送部１０３が設けられる。光電変換素子１０２の信号電荷は、読み出しゲート１０４を介して垂直転送部１０３の垂直転送チャネル（図４では、図示せず）に読み出され、垂直転送電極１０５に所定の駆動パルスを印加することによって、垂直方向に転送される。
【０００３】
垂直転送部１０３によって垂直方向に転送された信号電荷は、図４では図示しない垂直水平結合部を介して水平転送部Ａの水平転送チャネル（図４では図示せず。）に転送され、さらに水平転送電極（図４では図示せず。）に所定の駆動パルスを印加することによって、水平方向（図に矢印Ｈ方向）に転送される。水平転送部１０６によって転送された信号電荷は、出力回路１０７から順次出力され、出力回路１０７は、信号電荷量に対応する電圧信号を出力する。
【０００４】
図５は、垂直水平結合部周辺の概略構成を示す平面図であり、図６は、そのＡ１−Ａ２断面図、図７は、そのＡ２−Ａ３断面図、図８は、そのＢ１−Ｂ２断面図、図９は、そのＣ１−Ｃ２断面図である。図５において、一点鎖線で囲まれた領域は、ｎ型不純物層で電荷転送チャネルを構成する。
【０００５】
水平転送部１０６は、図７にその断面を示すように、ｎ型不純物層１１からなる水平チャネルの上部に電気的絶縁膜１２を介して、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４が配置され、２相の駆動パルスφＨ１、φＨ２によって駆動される。水平転送電極Ｈ１、Ｈ２は、駆動パルスφＨ１で駆動され、水平転送電極Ｈ３、Ｈ４は、駆動パルスφＨ２で駆動される。なお、水平チャネルの内、水平転送電極Ｈ２、Ｈ４の下方の領域は、不純物濃度が低いｎ−不純物領域１３となっている。
【０００６】
垂直転送部１０３と水平転送部１０６の間の垂直水平結合部１０８は、図６にそのＶ方向の断面を示すように、ｎ型不純物層１１からなる電荷転送チャネルの上部に電気的絶縁膜１２を介して、水平転送電極Ｈ１から延在した結合電極Ｒ１と水平転送電極Ｈ２と接続される結合電極Ｒ２が形成される。また、結合電極Ｒ２の下方の領域は、不純物濃度が低いｎ−不純物領域１３となっている。図６において、最終段の垂直転送電極ＶＬは、駆動パルスφＶで駆動され、結合電極Ｒ１とＲ２には、駆動パルスφＨ１が供給される。
【０００７】
垂直水平結合部１０８の結合電極Ｒ１の形成領域は、図８にそのＢ１−Ｂ２断面を示すように、電荷転送チャネルを形成するｎ型不純物層１１の側方に、チャネルストップとなるｐ型不純物領域１４が形成される。そして、それらの上方には電気的絶縁膜１２介して結合電極Ｒ１が形成され、さらにその上方に水平転送電極Ｈ２と結合電極Ｒ２との接合部Ｒ３が形成される。また、結合電極Ｒ１の形成領域のさらに水平転送部側は、図９にそのＣ１−Ｃ２断面を示すように、電荷転送チャネルを形成するｎ型不純物層１１の側方にｎ−不純物領域１３が、さらにその側方にチャネルストップとなるｐ型不純物領域１４が形成される。そして、電気的絶縁膜１２を介して、ｎ型不純物層１１の上方には結合電極Ｒ１が形成され、ｎ−不純物領域１３、及びｐ型不純物領域１４の上方には水平転送電極Ｈ２が形成される。
【０００８】
このように固体撮像素子を駆動する場合、図１０にタイムチャートの一例を示すように、水平同期パルスＨＤがハイのタイミングで、垂直転送部１０３の信号電荷を水平転送部１０６に転送する。時刻ｔ１で水平同期パルスＨＤがハイになるとき駆動パルスφＨ１はハイ、駆動パルスφＨ２はローとなっている。そして、時刻ｔ２で垂直転送電極ＶＬの駆動パルスφＶがハイになると、垂直転送部１０３からの信号電荷が垂直転送電極ＶＬの下方部に蓄積され、時刻ｔ３で駆動パルスφＶがローになると、蓄積された信号電荷が垂直水平結合部１０８を介して水平転送部１０６に移動する。
【０００９】
駆動パルスφＶがローになった後の時刻ｔ４での垂直水平結合部１０８周辺の電位分布図を、図１１に示す。図１１は、図５のＡ１−Ａ２−Ａ３に沿った位置の電位分布を示すもので、垂直転送路からの信号電荷が、水平転送電極Ｈ１の下方に蓄積されることを示している。図１１において、領域ａは最終の垂直電極ＶＬの下方の領域、領域ｂは結合電極Ｒ２の下方の領域、領域ｃは、結合電極Ｒ１の下方の領域、領域ｄは、水平転送電極Ｈ１の下方の水平転送チャネルの領域Ｈａ１を示す。なお、本明細書及び図面においては、水平転送チャネルにおける各水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４の下方の領域を、それぞれ、単に領域Ｈａ１〜Ｈａ４と記述している。
【００１０】
この状態においては、結合電極Ｒ１、Ｒ２は、水平転送電極Ｈ１と同様、ハイレベルの駆動電圧が印加されているが、領域ｂ及び領域ｃは、ナローチャネル効果により電位が浅くなっている。また、領域ｂは、ｎ−不純物領域となっているので、領域ｃよりさらに電位が浅くなっている。したがって、Ａ１−Ａ２に沿った位置の電位は、図１１に示すように階段状に深くなるため、水平転送チャネルに信号電荷が転送される。そして、時刻ｔ５で、水平同期パルスＨＤがローとなり、駆動パルスφＨ１、φＨ２が所定の周期で反転すると、信号電荷は、領域Ｈａ１と領域Ｈａ３を順次転送される。
【００１１】
しかし、図５に示すような構造の垂直水平結合部を有する固体撮像素子は、図１１に示すように、領域ｃに信号電荷Ｑが取り残されるという不都合を有する。その理由は、領域ｃのナローチャネル効果により、領域ｃの領域ｄ側の部分（図５におけるＷ２部分）の電位が、領域ｃの領域ｂ側の部分（図５におけるＷ１部分）に比べて電位が浅くなるためである。図１２に、図５のＢ１−Ｂ２に沿った位置の電位分布を示し、図１３に、図５のＣ１−Ｃ２に沿った位置の電位分布を示す。Ｃ１−Ｃ２に沿った部分は、ｎ型不純物層１１の両側にｎ−不純物領域１３が存在するため、チャネル幅が狭くなり、電位が浅くなるものである。
【００１２】
水平転送が開始され、駆動パルスφＨ１、φＨ２が反転（φＨ１がロー、φＨ２がハイ）して、領域Ｈａ３に信号電荷が蓄積される状態になると、図５のＡ１−Ａ２−Ａ３に沿った位置の電位分布は、図１４に示すようなものとなる。したがって、領域ｃのＷ１部分に取り残された残留電荷Ｑは、領域Ｈａ３に転送されることになるが、水平転送パルスの周期は短く、かつ領域ｃと領域Ｈａ３との距離が長いため、残留電荷Ｑは一部取り残されたままとなる。取り残された残留電荷Ｑは、駆動パルスφＨ１がロー、駆動パルスφＨ２がハイになるときに継続して一部転送されるため、得られた画像に縦線が見えることになり、不良な画像データとなる。
【００１３】
垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送不良を解決するものとして、特許第２５８９３９１号公報に記載された「電荷転送素子の駆動法」がある。この駆動法は、信号電荷が、垂直転送部における最終段の蓄積領域から、最終段の電荷蓄積領域に最も近い水平転送部内の電荷蓄積領域へ転送される期間と、水平転送部の次段の蓄積領域へ水平方向に転送される期間とがともに、それ以降の水平方向に転送される１転送段あたりの期間に比べ長く設定されてなるものである。このように駆動すると、領域ｃのＷ１部分に取り残される信号電荷をなくすることができる。
【００１４】
しかし、上記公報に記載される駆動法は、最終段の蓄積領域に最も近い水平転送部内の蓄積領域へ転送される期間と、水平転送部の次段の蓄積領域へ水平方向に転送される期間とがともに、初回の水平方向に転送される１転送段あたりの期間に比べ長く設定されてなるため、垂直水平転送期間が長くなるとともに、駆動パルスの作成、供給制御が複雑なものとなるという問題点がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するもので、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を確実に短時間で行うとともに、電荷転送電極の駆動パルスの作成、供給制御を簡単に行うことができる固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動方法は、信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直転送部の信号電荷を蓄積する垂直電荷蓄積領域から、前記水平転送部の信号電荷を蓄積する水平電荷蓄積領域への信号電荷の転送を、前記垂直電荷蓄積領域に最も近い前記水平電荷蓄積領域の次の段の水平電荷蓄積領域に対して行うことを含むものである。
【００１７】
また、本発明の駆動方法においては、前記垂直電荷蓄積領域から、前記水平転送部の水平電荷蓄積領域への信号電荷の転送期間は、前記水平転送部における水平方向の電荷転送周期に対して充分長く設定されるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。固体撮像素子は、図４〜図９に示す構成を有する。図１に、本発明に基づいて固体撮像素子を駆動する場合のタイムチャートの一例を示す。
【００１９】
時刻ｔ１で水平同期パルスＨＤがハイになるとき駆動パルスφＨ１はハイ、駆動パルスφＨ２はローとなっている。そして、時刻ｔ２で垂直転送電極ＶＬの駆動パルスφＶがハイになると、垂直転送部１０３からの信号電荷が垂直転送電極ＶＬの下方部に蓄積され、時刻ｔ３で駆動パルスφＶがローになると、蓄積された信号電荷が垂直水平結合部１０８を介して水平転送部１０６に移動する点は、図１０に示す従来の動作と同じである。ただし、この実施形態においては、時刻ｔ３で駆動パルスφＨ１をローに、駆動パルスφＨ２をハイに反転させている。このように駆動すると、駆動パルスφＶがローになった後の時刻ｔ４での垂直水平結合部１０８周辺の電位は、図１４に示すような分布となる。
【００２０】
したがって、信号電荷は領域Ｈａ３に移動することになり、さらに、時刻ｔ５まで、駆動パルスφＨ１、φＨ２に保持することにより、領域ｃのＷ１部に信号電荷が取り残されることはなくなる。そして、時刻ｔ５で、水平同期パルスＨＤがローとなり、駆動パルスφＨ１、φＨ２が所定の周期で反転すると、信号電荷は、領域Ｈａ１と領域Ｈａ３を順次転送される。図２は、水平同期パルスがローとなって、駆動パルスφＨ１がハイ、駆動パルスφＨ２がローとなったときの電位分布である。図２において、信号電荷Ｑ１は、時刻ｔ４で領域Ｈａ３に蓄積された信号電荷であり、信号電荷Ｑ２は、水平転送部の上段から転送された信号電荷である。
【００２１】
図３に、本発明に基づいて固体撮像素子を駆動する場合のタイムチャートの他の例を示す。この例は、時刻ｔ１で水平同期パルスＨＤがハイになるときに、駆動パルスφＨ１をロー、駆動パルスφＨ２をハイにする点を除いて、図１の例と同じであるので、動作を説明は省略する。このような駆動方法とすると、水平同期パルスＨＤがハイのときの駆動パルスφＨ１、φＨ２の作成が簡単になり、制御も簡単に行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、垂直転送部から水平転送部への信号　電荷の転送を確実に短時間で行うとともに、電荷転送電極の駆動パルスの作成、供給制御を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動タイミングの一例を示すタイムチャート
【図２】垂直水平転送後水平転送を１段行ったときの垂直水平結合部周辺の電位分布を示す図
【図３】本発明の駆動タイミングの他の例を示すタイムチャート
【図４】電荷転送を行う固体撮像素子の概略構成を示す図
【図５】図４の固体撮像素子の垂直水平結合部周辺の概略構成を示す平面図
【図６】図５の固体撮像素子のＡ１−Ａ２断面図
【図７】図５の固体撮像素子のＡ２−Ａ３断面図
【図８】図５の固体撮像素子のＢ１−Ｂ２断面
【図９】図５の固体撮像素子のＣ１−Ｃ２断面図
【図１０】図４の固体撮像素子の従来の駆動タイミングを示すタイムチャート
【図１１】垂直水平転送時の垂直水平結合部周辺の電位分布を示す図
【図１２】図５のＢ１−Ｂ２に沿った位置の電位分布を示す図
【図１３】図５のＣ１−Ｃ２に沿った位置の電位分布を示す図
【図１４】垂直水平転送後水平転送を１段行ったときの垂直水平結合部周辺の電位分布を示す図
【符号の説明】
１００・・・固体撮像素子
１０１・・・半導体基板
１０２・・・光電変換素子
１０３・・・垂直転送部
１０４・・・読み出しゲート
１０５・・・垂直転送電極
１０６・・・水平転送部
１０７・・・出力回路
１０８・・・垂直水平結合部
１１・・・ｎ型不純物層
１２・・・電気的絶縁膜
１３・・・ｎ−不純物領域
１４・・・ｐ型不純物領域
Ｈ１〜Ｈ４・・・水平転送電極
ＶＬ・・・最終段垂直転送電極
Ｒ１、Ｒ２・・・結合電極
Ｒ３・・・接合部
【図１】
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【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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