JP2000059695A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法Info
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- JP2000059695A JP2000059695A JP11145213A JP14521399A JP2000059695A JP 2000059695 A JP2000059695 A JP 2000059695A JP 11145213 A JP11145213 A JP 11145213A JP 14521399 A JP14521399 A JP 14521399A JP 2000059695 A JP2000059695 A JP 2000059695A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】読み出しの回数を重ねる毎に飽和信号量が減少
するという欠点を改善した固体撮像装置と駆動方法を提
供することにある。 【解決手段】本発明のインターレース型セルを用いた固
体撮像装置およびその駆動方法は、時間ｔ2に所定の採
光時間(ｔ2−ｔ1)が経過したのち、固体撮像装置の前面
に配置された機械式シャッタ等の光遮断手段により入射
光を遮断したのち、時間ｔ3にＮ型半導体基板７に電圧
ＶBsubを印加し、信号電荷に対する縦型ＯＦＤ構造の電
位障壁を高くすることにより、self-induced drift（静
電反発）あるいはthermal diffusion（熱拡散）電流に
起因したリークを抑制する。その後、時間ｔ4に水平方
向の奇数行の光電変換部の信号電荷を出力し、時間ｔ5
に水平方向の偶数行の光電変換部の信号電荷を出力す
る。
するという欠点を改善した固体撮像装置と駆動方法を提
供することにある。 【解決手段】本発明のインターレース型セルを用いた固
体撮像装置およびその駆動方法は、時間ｔ2に所定の採
光時間(ｔ2−ｔ1)が経過したのち、固体撮像装置の前面
に配置された機械式シャッタ等の光遮断手段により入射
光を遮断したのち、時間ｔ3にＮ型半導体基板７に電圧
ＶBsubを印加し、信号電荷に対する縦型ＯＦＤ構造の電
位障壁を高くすることにより、self-induced drift（静
電反発）あるいはthermal diffusion（熱拡散）電流に
起因したリークを抑制する。その後、時間ｔ4に水平方
向の奇数行の光電変換部の信号電荷を出力し、時間ｔ5
に水平方向の偶数行の光電変換部の信号電荷を出力す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置の構
成およびその駆動方法に関する。
成およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在スチルカメラ、パソコンの入力とし
て使用されている固体撮像装置は、カメラ一体型ＶＴＲ
用に開発されたものを流用しており、標準テレビ受像機
の表示方式（インタレース方式）とパソコン用モニタと
の表示方式（プログレッシブ方式）の違いのため、画素
数や走査方式を変換する等の信号処理が必要となってい
る。
て使用されている固体撮像装置は、カメラ一体型ＶＴＲ
用に開発されたものを流用しており、標準テレビ受像機
の表示方式（インタレース方式）とパソコン用モニタと
の表示方式（プログレッシブ方式）の違いのため、画素
数や走査方式を変換する等の信号処理が必要となってい
る。
【０００３】このため、電子スティルカメラ、パソコン
の入力として使用される固体撮像装置は、画素数や走査
方式を変換する等の信号処理が不要で、全画素読み出し
可能なプログレッシブ方式固体撮像装置が用いられてき
た。
の入力として使用される固体撮像装置は、画素数や走査
方式を変換する等の信号処理が不要で、全画素読み出し
可能なプログレッシブ方式固体撮像装置が用いられてき
た。
【０００４】しかし、工程数が少なく、セル部の高集積
化が容易であり、カメラ一体型ＶＴＲ用と兼用できるイ
ンターレース方式固体撮像装置も数多く使用されている
（参考文献：竹村裕夫著「ＣＣＤカメラ技術」ラジオ技
術社、昭和６１年１１月３日初版発行、ｐｐ２３−３
０、ｐｐ４６−５０）。第７図は、従来の２層電極４相
駆動方式の電荷転送装置を垂直電荷転送部に有するイン
タレース方式の固体撮像装置の平面概念図である。第７
図において、従来のインタレース方式の固体撮像装置
は、１０１の光電変換部、１０２の２層電極４相駆動方
式の電荷転送装置からなる垂直電荷転送部、１０３の水
平電荷転送部、１０４の出力回路部で構成されている。
また、垂直方向の２個の光電変換部に対して１段の垂直
電荷転送部、すなわち１個の光電変換部に対して1/2段
の垂直電荷転送部が対応して配置されている構成となっ
ている。
化が容易であり、カメラ一体型ＶＴＲ用と兼用できるイ
ンターレース方式固体撮像装置も数多く使用されている
（参考文献：竹村裕夫著「ＣＣＤカメラ技術」ラジオ技
術社、昭和６１年１１月３日初版発行、ｐｐ２３−３
０、ｐｐ４６−５０）。第７図は、従来の２層電極４相
駆動方式の電荷転送装置を垂直電荷転送部に有するイン
タレース方式の固体撮像装置の平面概念図である。第７
図において、従来のインタレース方式の固体撮像装置
は、１０１の光電変換部、１０２の２層電極４相駆動方
式の電荷転送装置からなる垂直電荷転送部、１０３の水
平電荷転送部、１０４の出力回路部で構成されている。
また、垂直方向の２個の光電変換部に対して１段の垂直
電荷転送部、すなわち１個の光電変換部に対して1/2段
の垂直電荷転送部が対応して配置されている構成となっ
ている。
【０００５】第８図は、従来の固体撮像装置のセル部の
平面図であり、光電変換部１０１、垂直電荷転送部１０
２、第１の電荷転送電極１０５、第２の電荷転送電極１
０６から構成されている。
平面図であり、光電変換部１０１、垂直電荷転送部１０
２、第１の電荷転送電極１０５、第２の電荷転送電極１
０６から構成されている。
【０００６】第９図は、第８図のＩ−Ｉ’面のセル部の
断面図であり、Ｎ−型半導体基板１０７、Ｐ−型半導体
基板１０８、Ｎ型半導体領域１０９、Ｐ＋型半導体領域
１１０、１層目の多結晶シリコン１１１で形成された第
１の電荷転送電極１０５、２層目の多結晶シリコン１１
２で形成された第２の電荷転送電極１０６、遮光膜とな
るアルミニウム膜１１３、絶縁膜１１４、カバー絶縁膜
１１５から構成されている。
断面図であり、Ｎ−型半導体基板１０７、Ｐ−型半導体
基板１０８、Ｎ型半導体領域１０９、Ｐ＋型半導体領域
１１０、１層目の多結晶シリコン１１１で形成された第
１の電荷転送電極１０５、２層目の多結晶シリコン１１
２で形成された第２の電荷転送電極１０６、遮光膜とな
るアルミニウム膜１１３、絶縁膜１１４、カバー絶縁膜
１１５から構成されている。
【０００７】このようなインターレース方式の固体撮像
装置は、第１０図に示したタイミングチャートにより以
下のように動作される。
装置は、第１０図に示したタイミングチャートにより以
下のように動作される。
【０００８】まず、時間ｔ1に光電変換部に存在する不
要電荷をリセットするために、第１１図に示したように
Ｎ−型半導体基板１０７に逆バイアス電圧ＶHsubを印加
することにより、光電変換部１０１を構成するＮ型半導
体領域１０９、および直下形成された濃度の薄いＰ−型
半導体領域１０８を完全に空乏化させ不要電荷をすべて
Ｎ−半導体基板１０７に除去する。このような構造は一
般に縦型オーバフロードレイン（縦型ＯＦＤ）構造と呼
ばれている。（参考文献：テレビジョン学会誌Vol.37,N
o.10(1983) pp782-787） 続いて、Ｎ−型半導体基板１０７に電圧ＶBsubを印加
し、光電変換部１０１にて入射光量に応じた信号電荷の
蓄積を開始するとともに、光電変換部１０１に蓄積しき
れない余剰電荷を縦型ＯＦＤ構造を使ってＮ−半導体基
板１０７に除去するブルーミング制御を行う。次に、時
間ｔ2に所定の採光時間(ｔ2−ｔ1)が経過したのち、固
体撮像装置の前面に配置された機械式シャッタ等の光遮
断手段により入射光を遮断する。
要電荷をリセットするために、第１１図に示したように
Ｎ−型半導体基板１０７に逆バイアス電圧ＶHsubを印加
することにより、光電変換部１０１を構成するＮ型半導
体領域１０９、および直下形成された濃度の薄いＰ−型
半導体領域１０８を完全に空乏化させ不要電荷をすべて
Ｎ−半導体基板１０７に除去する。このような構造は一
般に縦型オーバフロードレイン（縦型ＯＦＤ）構造と呼
ばれている。（参考文献：テレビジョン学会誌Vol.37,N
o.10(1983) pp782-787） 続いて、Ｎ−型半導体基板１０７に電圧ＶBsubを印加
し、光電変換部１０１にて入射光量に応じた信号電荷の
蓄積を開始するとともに、光電変換部１０１に蓄積しき
れない余剰電荷を縦型ＯＦＤ構造を使ってＮ−半導体基
板１０７に除去するブルーミング制御を行う。次に、時
間ｔ2に所定の採光時間(ｔ2−ｔ1)が経過したのち、固
体撮像装置の前面に配置された機械式シャッタ等の光遮
断手段により入射光を遮断する。
【０００９】次に、時間ｔ4に水平方向の奇数行の光電
変換部、たとえば信号電荷11,12,13,31,32,33,51,52,53
が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、各垂直電荷転送部１０２中を垂直方向に転送された
水平の１ライン毎に水平電荷転送部１０３へ送られ、水
平電荷転送部１０３中を水平方向に転送され出力回路部
１０４を介して出力される。
変換部、たとえば信号電荷11,12,13,31,32,33,51,52,53
が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、各垂直電荷転送部１０２中を垂直方向に転送された
水平の１ライン毎に水平電荷転送部１０３へ送られ、水
平電荷転送部１０３中を水平方向に転送され出力回路部
１０４を介して出力される。
【００１０】最後に、時間ｔ5に水平方向の偶数行の光
電変換部、たとえば信号電荷21,22,23,41,42,43,61,62,
63が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、前記の場合と同様にして出力される。これにより、
１画面分のすべての画素の信号電荷が得られる。（参考
文献：竹村裕夫著「ＣＣＤカメラ技術」ラジオ技術社pp
23-30，pp46-50）
電変換部、たとえば信号電荷21,22,23,41,42,43,61,62,
63が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、前記の場合と同様にして出力される。これにより、
１画面分のすべての画素の信号電荷が得られる。（参考
文献：竹村裕夫著「ＣＣＤカメラ技術」ラジオ技術社pp
23-30，pp46-50）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の固体撮像装置では、光遮蔽手段により入
射光が閉ざされた後、光電変換部を所望の領域に分割
し、複数回に分けて垂直電荷転送部に信号電荷を読み出
し、出力する場合において、読み出しの回数を重ねる毎
に飽和信号量が減少するという欠点があった。
たような従来の固体撮像装置では、光遮蔽手段により入
射光が閉ざされた後、光電変換部を所望の領域に分割
し、複数回に分けて垂直電荷転送部に信号電荷を読み出
し、出力する場合において、読み出しの回数を重ねる毎
に飽和信号量が減少するという欠点があった。
【００１２】本発明の目的は、読み出しの回数を重ねる
毎に飽和信号量が減少するという欠点を改善した固体撮
像装置と駆動方法を提供することにある。
毎に飽和信号量が減少するという欠点を改善した固体撮
像装置と駆動方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、
第１の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去す
るブルーミング抑制機構を有する複数個の光電変換部
と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、前記複数
の光電変換部を所望の領域に分割して信号電荷を読み出
し、出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信
号電荷を出力する出力手段とを有し、前記出力手段は前
記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１の電位障
壁より障壁の高い第２の電位障壁に設定した後、信号電
荷の読み出しを開始することを特徴とする。
は、入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、
第１の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去す
るブルーミング抑制機構を有する複数個の光電変換部
と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、前記複数
の光電変換部を所望の領域に分割して信号電荷を読み出
し、出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信
号電荷を出力する出力手段とを有し、前記出力手段は前
記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１の電位障
壁より障壁の高い第２の電位障壁に設定した後、信号電
荷の読み出しを開始することを特徴とする。
【００１４】また、本発明の固体撮像装置は、入射光量
に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１の基板電
圧により第１の電位障壁を設定することにより過剰電荷
を除去するブルーミング抑制機構の縦型ＯＦＤ構造を有
する光電変換部と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされ
た後、複数の光電変換部の所望の領域に分割して信号電
荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して全光電
変換部の信号電荷を出力する出力手段とを有し、前記出
力手段は前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、第２の
基板電圧により前記第１の電位障壁より高い第２の電位
障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを開始すること
を特徴とする また、本発明の固体撮像装置は、入射光量に対して所望
の時間、信号電荷を蓄積し、第１のゲート電圧により第
１の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去する
ブルーミング抑制機構の横型ＯＦＤ構造の光電変換部
と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、複数の光
電変換部の所望の領域に分割して信号電荷を読み出し、
出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信号電
荷を出力する出力手段とを有し、前記出力手段は前記光
遮蔽手段により入射光が閉ざし、第２のゲート電圧によ
り前記第１の電位障壁より高い第２の電位障壁に設定し
た後、信号電荷の読み出しを開始することを特徴とす
る。
に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１の基板電
圧により第１の電位障壁を設定することにより過剰電荷
を除去するブルーミング抑制機構の縦型ＯＦＤ構造を有
する光電変換部と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされ
た後、複数の光電変換部の所望の領域に分割して信号電
荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して全光電
変換部の信号電荷を出力する出力手段とを有し、前記出
力手段は前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、第２の
基板電圧により前記第１の電位障壁より高い第２の電位
障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを開始すること
を特徴とする また、本発明の固体撮像装置は、入射光量に対して所望
の時間、信号電荷を蓄積し、第１のゲート電圧により第
１の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去する
ブルーミング抑制機構の横型ＯＦＤ構造の光電変換部
と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、複数の光
電変換部の所望の領域に分割して信号電荷を読み出し、
出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信号電
荷を出力する出力手段とを有し、前記出力手段は前記光
遮蔽手段により入射光が閉ざし、第２のゲート電圧によ
り前記第１の電位障壁より高い第２の電位障壁に設定し
た後、信号電荷の読み出しを開始することを特徴とす
る。
【００１５】また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去するブ
ルーミング抑制機構を有する複数個の光電変換部を有
し、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、複数の光
電変換部を所望の領域に分割して信号電荷を読み出し、
出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信号電
荷を出力する固体撮像装置の駆動方法において、前記光
遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１の電位障壁よ
り障壁の高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の
読み出しを開始することを特徴とする。
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
の電位障壁を設定することにより過剰電荷を除去するブ
ルーミング抑制機構を有する複数個の光電変換部を有
し、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、複数の光
電変換部を所望の領域に分割して信号電荷を読み出し、
出力する動作を複数回繰り返して全光電変換部の信号電
荷を出力する固体撮像装置の駆動方法において、前記光
遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１の電位障壁よ
り障壁の高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の
読み出しを開始することを特徴とする。
【００１６】また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
の基板電圧により第１の電位障壁を設定することにより
過剰電荷を除去するブルーミング抑制機構の縦型ＯＦＤ
構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段により入射光が閉
ざされた後、複数の光電変換部の所望の領域に分割して
信号電荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して
全光電変換部の信号電荷を出力する固体撮像装置の駆動
方法において、前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、
第２の基板電圧により前記第１の電位障壁より高い第２
の電位障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを開始す
ることを特徴とする。
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
の基板電圧により第１の電位障壁を設定することにより
過剰電荷を除去するブルーミング抑制機構の縦型ＯＦＤ
構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段により入射光が閉
ざされた後、複数の光電変換部の所望の領域に分割して
信号電荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して
全光電変換部の信号電荷を出力する固体撮像装置の駆動
方法において、前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、
第２の基板電圧により前記第１の電位障壁より高い第２
の電位障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを開始す
ることを特徴とする。
【００１７】また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
のゲート電圧により第１の電位障壁を設定することによ
り過剰電荷を除去するブルーミング抑制機構の横型ＯＦ
Ｄ構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段により入射光が
閉ざされた後、複数の光電変換部の所望の領域に分割し
て信号電荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返し
て全光電変換部の信号電荷を出力する固体撮像装置の駆
動方法において、前記光遮蔽手段により入射光が閉ざ
し、第２のゲート電圧により前記第１の電位障壁より高
い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを
開始することを特徴とする。
入射光量に対して所望の時間、信号電荷を蓄積し、第１
のゲート電圧により第１の電位障壁を設定することによ
り過剰電荷を除去するブルーミング抑制機構の横型ＯＦ
Ｄ構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段により入射光が
閉ざされた後、複数の光電変換部の所望の領域に分割し
て信号電荷を読み出し、出力する動作を複数回繰り返し
て全光電変換部の信号電荷を出力する固体撮像装置の駆
動方法において、前記光遮蔽手段により入射光が閉ざ
し、第２のゲート電圧により前記第１の電位障壁より高
い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の読み出しを
開始することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施例を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１９】本発明の第１の実施例の過剰電荷を除去す
るブルーミング抑制機構として縦型ＯＦＤ構造を有する
インターレース方式の固体撮像装置は、第１図に示した
タイミングチャートにより以下のように動作される。
るブルーミング抑制機構として縦型ＯＦＤ構造を有する
インターレース方式の固体撮像装置は、第１図に示した
タイミングチャートにより以下のように動作される。
【００２０】まず、時間ｔ1に光電変換部に存在する不
要電荷をリセットするために、第２図に示したようにＮ
−型半導体基板１０７に逆バイアス電圧ＶHsubを印加す
ることにより、光電変換部１０１を構成するＮ型半導体
領域１０９、および直下形成された濃度の薄いＰ−型半
導体領域１０８を完全に空乏化させ不要電荷をすべてＮ
−半導体基板１０７に除去する。
要電荷をリセットするために、第２図に示したようにＮ
−型半導体基板１０７に逆バイアス電圧ＶHsubを印加す
ることにより、光電変換部１０１を構成するＮ型半導体
領域１０９、および直下形成された濃度の薄いＰ−型半
導体領域１０８を完全に空乏化させ不要電荷をすべてＮ
−半導体基板１０７に除去する。
【００２１】続いて、Ｎ−型半導体基板１０７に電圧Ｖ
Bsubを印加し、光電変換部１０１にて入射光量に応じた
信号電荷の蓄積を開始するとともに、光電変換部１０１
に蓄積しきれない余剰電荷を縦型ＯＦＤ構造を使ってＮ
−半導体基板１０７に除去するブルーミング制御を行
う。次に、時間ｔ2に所定の採光時間(ｔ2−ｔ1)が経過
したのち、固体撮像装置の前面に配置された機械式シャ
ッタ等の光遮断手段により入射光を遮断する。
Bsubを印加し、光電変換部１０１にて入射光量に応じた
信号電荷の蓄積を開始するとともに、光電変換部１０１
に蓄積しきれない余剰電荷を縦型ＯＦＤ構造を使ってＮ
−半導体基板１０７に除去するブルーミング制御を行
う。次に、時間ｔ2に所定の採光時間(ｔ2−ｔ1)が経過
したのち、固体撮像装置の前面に配置された機械式シャ
ッタ等の光遮断手段により入射光を遮断する。
【００２２】次に、時間ｔ3にＮ−型半導体基板１０７
に電圧ＶLsubを印加し、信号電荷に対する縦型ＯＦＤ構
造の電位障壁を△Φだけ高くすることにより、self-ind
uceddrift（静電反発）あるいはthermal diffusion（熱
拡散）電流に起因したリークを抑制し、蓄積された信号
電荷が減少するのを抑制する。この現象は△Φの値に敏
感に依存し、図６に示したように０．４Ｖ以上電位障壁
を高くすることにより、実用上問題のないレベルに改善
されるが、マージンを考慮すると０．７Ｖ程度に設定す
ることが望ましい。
に電圧ＶLsubを印加し、信号電荷に対する縦型ＯＦＤ構
造の電位障壁を△Φだけ高くすることにより、self-ind
uceddrift（静電反発）あるいはthermal diffusion（熱
拡散）電流に起因したリークを抑制し、蓄積された信号
電荷が減少するのを抑制する。この現象は△Φの値に敏
感に依存し、図６に示したように０．４Ｖ以上電位障壁
を高くすることにより、実用上問題のないレベルに改善
されるが、マージンを考慮すると０．７Ｖ程度に設定す
ることが望ましい。
【００２３】また、△Φだけ電位障壁を高くした電位
Φ’は、光電変換部１０１に隣接した信号読み出し部１
２０に信号読み出し期間外に電荷転送電極１０６に印加
される電圧ＶMclにて形成される電位Φｔｇより深いこ
とが望ましい。この電位Φ’が電位Φｔｇと同電位、あ
るいは浅くなった場合、光電変換部１０１に蓄積された
電荷が信号読み出し部１２０を介して、垂直電荷転送部
１０２に漏れ込むという問題点が生じる。この現象も、
電位Φｔｇと電位Φ’の電位差△Φ’の値に敏感に依存
し、電位差△Φ’を０．４Ｖ以上にすることにより改善
されるが、０．７Ｖ程度に設定することが望ましい。
Φ’は、光電変換部１０１に隣接した信号読み出し部１
２０に信号読み出し期間外に電荷転送電極１０６に印加
される電圧ＶMclにて形成される電位Φｔｇより深いこ
とが望ましい。この電位Φ’が電位Φｔｇと同電位、あ
るいは浅くなった場合、光電変換部１０１に蓄積された
電荷が信号読み出し部１２０を介して、垂直電荷転送部
１０２に漏れ込むという問題点が生じる。この現象も、
電位Φｔｇと電位Φ’の電位差△Φ’の値に敏感に依存
し、電位差△Φ’を０．４Ｖ以上にすることにより改善
されるが、０．７Ｖ程度に設定することが望ましい。
【００２４】次に、時間ｔ4に水平方向の奇数行の光電
変換部、たとえば信号電荷11,12,13,31,32,33,51,52,53
が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、各垂直電荷転送部１０２中を垂直方向に転送された
水平の１ライン毎に水平電荷転送部１０３へ送られ、水
平電荷転送部１０３中を水平方向に転送され出力回路部
１０４を介して出力される。
変換部、たとえば信号電荷11,12,13,31,32,33,51,52,53
が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、各垂直電荷転送部１０２中を垂直方向に転送された
水平の１ライン毎に水平電荷転送部１０３へ送られ、水
平電荷転送部１０３中を水平方向に転送され出力回路部
１０４を介して出力される。
【００２５】最後に、時間ｔ5に水平方向の偶数行の光
電変換部、たとえば信号電荷21,22,23,41,42,43,61,62,
63が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、前記の場合と同様にして出力される。これにより、
１画面分のすべての画素の信号電荷が得られる。
電変換部、たとえば信号電荷21,22,23,41,42,43,61,62,
63が対応する垂直電荷転送部１０２へと読み出されたの
ち、前記の場合と同様にして出力される。これにより、
１画面分のすべての画素の信号電荷が得られる。
【００２６】本発明の第１の実施例の固体撮像装置は、
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、基板電圧をＶ
Lsub値に設定し、信号電荷に対する電位障壁を高くし、
self-induced drift（静電反発）あるいはthermal diff
usion（熱拡散）電流に起因したリークを抑制したの
ち、光電変換部の所望の領域から垂直電荷転送部に信号
電荷を読み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより
飽和信号量が減少するという欠点を抑制できる。
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、基板電圧をＶ
Lsub値に設定し、信号電荷に対する電位障壁を高くし、
self-induced drift（静電反発）あるいはthermal diff
usion（熱拡散）電流に起因したリークを抑制したの
ち、光電変換部の所望の領域から垂直電荷転送部に信号
電荷を読み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより
飽和信号量が減少するという欠点を抑制できる。
【００２７】次に、本発明の第２の実施例を図面を参照
して説明する。第４図は、ＸＹアドレス方式の固体撮像
装置の平面概念図である。
して説明する。第４図は、ＸＹアドレス方式の固体撮像
装置の平面概念図である。
【００２８】第４図において、ＸＹアドレス方式の固体
撮像装置は、２０１の光電変換部、２０２の垂直シフト
レジスタ、２０３の水平シフトレジスタ、２０４のロー
ドトランジスタ、２０５のアドレス線、２０６の信号線
で構成されている。
撮像装置は、２０１の光電変換部、２０２の垂直シフト
レジスタ、２０３の水平シフトレジスタ、２０４のロー
ドトランジスタ、２０５のアドレス線、２０６の信号線
で構成されている。
【００２９】第５図（ａ）は、光電変換部２０１の断面
図であり、Ｐ−型半導体基板２２１、Ｐ型半導体領域２
２２、Ｐ＋型半導体領域２２３、Ｎ型半導体領域２２
４、Ｎ＋型半導体領域２２５、リセットトランジスタ２
１１、ソースフォロア回路のドライブトランジスタ２１
２、選択トランジスタＸ２１３から構成されている。
図であり、Ｐ−型半導体基板２２１、Ｐ型半導体領域２
２２、Ｐ＋型半導体領域２２３、Ｎ型半導体領域２２
４、Ｎ＋型半導体領域２２５、リセットトランジスタ２
１１、ソースフォロア回路のドライブトランジスタ２１
２、選択トランジスタＸ２１３から構成されている。
【００３０】本発明の第２の実施例の過剰電荷を除去す
るブルーミング抑制機構として横型ＯＦＤ構造を有する
ＸＹアドレス方式の固体撮像装置は、第３図に示したタ
イミングチャートにより以下のように動作される。
るブルーミング抑制機構として横型ＯＦＤ構造を有する
ＸＹアドレス方式の固体撮像装置は、第３図に示したタ
イミングチャートにより以下のように動作される。
【００３１】まず、時間ｔ1に光電変換部に存在する不
要電荷をリセットするために、第５図（ｃ）に示したよ
うにリセットトランジスタ２１１に電圧ＶHｇを印加す
ることにより、リセットトランジスタ２１１下の電位を
深くし、光電変換部２０１を構成するＮ型半導体領域２
２４の電位を電源電圧ＶＤＤにセットする。
要電荷をリセットするために、第５図（ｃ）に示したよ
うにリセットトランジスタ２１１に電圧ＶHｇを印加す
ることにより、リセットトランジスタ２１１下の電位を
深くし、光電変換部２０１を構成するＮ型半導体領域２
２４の電位を電源電圧ＶＤＤにセットする。
【００３２】続いて、リセットトランジスタ２１１に電
圧ＶBｇを印加し、光電変換部２０１にて入射光量に応
じた信号電荷の蓄積を開始するとともに、光電変換部２
０１に蓄積しきれない余剰電荷を水平ＯＦＤ構造を使っ
て電源電圧ＶＤＤが印加されたＮ＋半導体領域２２５に
除去するブルーミング制御を行う。
圧ＶBｇを印加し、光電変換部２０１にて入射光量に応
じた信号電荷の蓄積を開始するとともに、光電変換部２
０１に蓄積しきれない余剰電荷を水平ＯＦＤ構造を使っ
て電源電圧ＶＤＤが印加されたＮ＋半導体領域２２５に
除去するブルーミング制御を行う。
【００３３】次に、時間ｔ2に所定の採光時間(ｔ2−ｔ
1)が経過したのち、固体撮像装置の前面に配置された機
械式シャッタ等の光遮断手段により入射光を遮断する。
1)が経過したのち、固体撮像装置の前面に配置された機
械式シャッタ等の光遮断手段により入射光を遮断する。
【００３４】次に、時間ｔ3にリセットトランジスタ２
１１に電圧ＶLｇを印加し、信号電荷に対する横型ＯＦ
Ｄ構造の電位障壁を△Φだけ高くすることにより、self
-induced drift（静電反発）あるいはthermal diffusio
n（熱拡散）電流に起因したリークを抑制し、蓄積され
た信号電荷が減少するのを抑制する。この現象は△Φの
値に敏感に依存し、０．４Ｖ以上電位障壁を高くするこ
とにより、実用上問題のないレベルに改善されるが、マ
ージンを考慮すると０．７Ｖ程度に設定することが望ま
しい。
１１に電圧ＶLｇを印加し、信号電荷に対する横型ＯＦ
Ｄ構造の電位障壁を△Φだけ高くすることにより、self
-induced drift（静電反発）あるいはthermal diffusio
n（熱拡散）電流に起因したリークを抑制し、蓄積され
た信号電荷が減少するのを抑制する。この現象は△Φの
値に敏感に依存し、０．４Ｖ以上電位障壁を高くするこ
とにより、実用上問題のないレベルに改善されるが、マ
ージンを考慮すると０．７Ｖ程度に設定することが望ま
しい。
【００３５】次に、時間ｔ4に水平方向の奇数行の光電
変換部から信号電荷が読み出されたのち、出力される。
変換部から信号電荷が読み出されたのち、出力される。
【００３６】最後に、時間ｔ5に水平方向の偶数行の光
電変換部から信号電荷が読み出されたのち、同様にして
出力される。これにより、１画面分のすべての画素の信
号電荷が得られる。
電変換部から信号電荷が読み出されたのち、同様にして
出力される。これにより、１画面分のすべての画素の信
号電荷が得られる。
【００３７】本発明の第２の実施例の固体撮像装置は、
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、リセットゲー
ト電圧をＶLｇ値に設定し、信号電荷に対する電位障壁
を高くし、self-induced drift（静電反発）あるいはth
ermal diffusion（熱拡散）電流に起因したリークを抑
制したのち、光電変換部の所望の領域から信号電荷を読
み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより飽和信号
量が減少するという欠点を抑制できる。
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、リセットゲー
ト電圧をＶLｇ値に設定し、信号電荷に対する電位障壁
を高くし、self-induced drift（静電反発）あるいはth
ermal diffusion（熱拡散）電流に起因したリークを抑
制したのち、光電変換部の所望の領域から信号電荷を読
み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより飽和信号
量が減少するという欠点を抑制できる。
【００３８】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。たとえば、第２の
実施例では、光電変換部１０１に隣接した信号読み出し
部１２０がない例を記載したが、信号読み出し部１２０
があるものに対しても、同様に適用できることは言うま
でもない。
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。たとえば、第２の
実施例では、光電変換部１０１に隣接した信号読み出し
部１２０がない例を記載したが、信号読み出し部１２０
があるものに対しても、同様に適用できることは言うま
でもない。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の実
施例の固体撮像装置は、光遮蔽手段により入射光が閉ざ
された後、基板電圧をＶLsub値に設定し、信号電荷に対
する電位障壁を高くし、self-induced drift（静電反
発）あるいはthermal diffusion（熱拡散）電流に起因
したリークを抑制したのち、光電変換部の所望の領域か
ら垂直電荷転送部に信号電荷を読み出し、出力するた
め、蓄積時間の違いにより飽和信号量が減少するという
欠点を抑制できるという効果がある。
施例の固体撮像装置は、光遮蔽手段により入射光が閉ざ
された後、基板電圧をＶLsub値に設定し、信号電荷に対
する電位障壁を高くし、self-induced drift（静電反
発）あるいはthermal diffusion（熱拡散）電流に起因
したリークを抑制したのち、光電変換部の所望の領域か
ら垂直電荷転送部に信号電荷を読み出し、出力するた
め、蓄積時間の違いにより飽和信号量が減少するという
欠点を抑制できるという効果がある。
【００４０】本発明の第２の実施例の固体撮像装置は、
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、リセットゲー
ト電圧をＶLｇ値に設定し、信号電荷に対する電位障壁
を高くし、self-induced drift（静電反発）あるいはth
ermal diffusion（熱拡散）電流に起因したリークを抑
制したのち、光電変換部の所望の領域から信号電荷を読
み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより飽和信号
量が減少するという欠点を抑制できるという効果があ
る。
光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、リセットゲー
ト電圧をＶLｇ値に設定し、信号電荷に対する電位障壁
を高くし、self-induced drift（静電反発）あるいはth
ermal diffusion（熱拡散）電流に起因したリークを抑
制したのち、光電変換部の所望の領域から信号電荷を読
み出し、出力するため、蓄積時間の違いにより飽和信号
量が減少するという欠点を抑制できるという効果があ
る。
【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の駆動方
法を示すタイミングチャート。
法を示すタイミングチャート。
【図２】本発明の第１の実施例の縦型ＯＦＤ構造を有す
る光電変換部の電位ポテンシャル図。
る光電変換部の電位ポテンシャル図。
【図３】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の駆動方
法を示すタイミングチャート。
法を示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の平面概
念図。
念図。
【図５】本発明の第２の実施例の水平ＯＦＤ構造を有す
る光電変換部の断面図と電位ポテンシャル図。
る光電変換部の断面図と電位ポテンシャル図。
【図６】本発明の第１の実施例の電位差と飽和信号減少
比率の関係を示す図。
比率の関係を示す図。
【図７】従来の固体撮像装置の平面概念図。
【図８】従来の固体撮像装置の光電変換部の平面図。
【図９】従来の固体撮像装置の光電変換部のＩ−Ｉ’面
の断面図。
の断面図。
【図１０】従来の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミ
ングチャート。
ングチャート。
【図１１】従来の縦型ＯＦＤ構造を有する光電変換部の
電位ポテンシャル図。
電位ポテンシャル図。
１０１ 光電変換部 １０２ 垂直電荷転送部 １０３ 水平電荷転送部 １０４ 出力回路部 １０５ 第１の電荷転送電極 １０６ 第２の電荷転送電極 １０７ Ｎ−型半導体基板 １０８ Ｐ−型半導体領域 １０９ Ｎ型半導体領域 １１０ Ｐ＋型半導体領域 １１１ １層目の多結晶シリコン １１２ ２層目の多結晶シリコン １１３ アルミニウム膜 １１４ 絶縁膜 １１５ カバー絶縁膜 １２０ 信号読み出し部 ２０１ 光電変換部 ２０２ 垂直シフトレジスタ ２０３ 水平シフトレジスタ ２０４ ロードトランジスタ ２０５ アドレス線 ２０６ 信号線 ２２１ Ｐ−型半導体基板 ２２２ Ｐ型半導体領域 ２２３ Ｐ＋型半導体領域 ２２４ Ｎ型半導体領域 ２２５ Ｎ＋型半導体領域 ２１１ リセットトランジスタ ２１２ ソースフォロア回路のドライブトランジスタ ２１３ 選択トランジスタＸ
Claims (9)
- 【請求項１】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１の電位障壁を設定することにより過剰電
荷を除去するブルーミング抑制機構を有する複数個の光
電変換部と、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた後、
前記複数の光電変換部を所望の領域に分割して信号電荷
を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して全光電変
換部の信号電荷を出力する出力手段とを有し、前記出力
手段は前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１
の電位障壁より障壁の高い第２の電位障壁に設定した
後、信号電荷の読み出しを開始することを特徴とする固
体撮像装置。 - 【請求項２】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１の基板電圧により第１の電位障壁を設定
することにより過剰電荷を除去するブルーミング抑制機
構の縦型ＯＦＤ構造を有する光電変換部と、光遮蔽手段
により入射光が閉ざされた後、複数の光電変換部の所望
の領域に分割して信号電荷を読み出し、出力する動作を
複数回繰り返して全光電変換部の信号電荷を出力する出
力手段とを有し、前記出力手段は前記光遮蔽手段により
入射光が閉ざし、第２の基板電圧により前記第１の電位
障壁より高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の
読み出しを開始することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１のゲート電圧により第１の電位障壁を設
定することにより過剰電荷を除去するブルーミング抑制
機構の横型ＯＦＤ構造の光電変換部と、光遮蔽手段によ
り入射光が閉ざされた後、複数の光電変換部の所望の領
域に分割して信号電荷を読み出し、出力する動作を複数
回繰り返して全光電変換部の信号電荷を出力する出力手
段とを有し、前記出力手段は前記光遮蔽手段により入射
光が閉ざし、第２のゲート電圧により前記第１の電位障
壁より高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の読
み出しを開始することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１の電位障壁を設定することにより過剰電
荷を除去するブルーミング抑制機構を有する複数個の光
電変換部を有し、光遮蔽手段により入射光が閉ざされた
後、複数の光電変換部を所望の領域に分割して信号電荷
を読み出し、出力する動作を複数回繰り返して全光電変
換部の信号電荷を出力する固体撮像装置の駆動方法にお
いて、前記光遮蔽手段により入射光が閉ざし、前記第１
の電位障壁より障壁の高い第２の電位障壁に設定した
後、信号電荷の読み出しを開始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】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１の基板電圧により第１の電位障壁を設定
することにより過剰電荷を除去するブルーミング抑制機
構の縦型ＯＦＤ構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段に
より入射光が閉ざされた後、複数の光電変換部の所望の
領域に分割して信号電荷を読み出し、出力する動作を複
数回繰り返して全光電変換部の信号電荷を出力する固体
撮像装置の駆動方法において、前記光遮蔽手段により入
射光が閉ざし、第２の基板電圧により前記第１の電位障
壁より高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷の読
み出しを開始することを特徴とする固体撮像装置の駆動
方法。 - 【請求項６】 入射光量に対して所望の時間、信号電荷
を蓄積し、第１のゲート電圧により第１の電位障壁を設
定することにより過剰電荷を除去するブルーミング抑制
機構の横型ＯＦＤ構造の光電変換部を有し、光遮蔽手段
により入射光が閉ざされた後、複数の光電変換部の所望
の領域に分割して信号電荷を読み出し、出力する動作を
複数回繰り返して全光電変換部の信号電荷を出力する固
体撮像装置の駆動方法において、前記光遮蔽手段により
入射光が閉ざし、第２のゲート電圧により前記第１の電
位障壁より高い第２の電位障壁に設定した後、信号電荷
の読み出しを開始することを特徴とする固体撮像装置の
駆動方法。 - 【請求項７】 前記第２の電位障壁と前記第１の電位障
壁の電位差が０．４Ｖ以上あることを特徴とする請求項
４，５又は６記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項８】 前記第２の電位障壁の電位が、前記光電
変換部に隣接した信号読み出し領域に信号読み出し期間
外に形成される第３の電位より深いことを特徴とする請
求項４，５又は６記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項９】 前記第３の電位障壁と前記第２の電位障
壁の電位差が０．４Ｖ以上あることを特徴とする請求項
４，５又は６記載の固体撮像装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14521399A JP3589901B2 (ja) | 1998-06-03 | 1999-05-25 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15413098 | 1998-06-03 | ||
| JP10-154130 | 1998-06-03 | ||
| JP14521399A JP3589901B2 (ja) | 1998-06-03 | 1999-05-25 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000059695A true JP2000059695A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3589901B2 JP3589901B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=26476400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14521399A Expired - Fee Related JP3589901B2 (ja) | 1998-06-03 | 1999-05-25 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3589901B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057417A (ja) * | 1999-08-17 | 2001-02-27 | Nikon Corp | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| JP2006086845A (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-30 | Sony Corp | カメラシステム、および固体撮像素子の駆動方法 |
| KR20100087634A (ko) * | 2009-01-28 | 2010-08-05 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 촬상 장치 |
| WO2016125601A1 (ja) * | 2015-02-05 | 2016-08-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置および電子機器 |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP14521399A patent/JP3589901B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057417A (ja) * | 1999-08-17 | 2001-02-27 | Nikon Corp | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| JP4590659B2 (ja) * | 1999-08-17 | 2010-12-01 | 株式会社ニコン | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| JP2006086845A (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-30 | Sony Corp | カメラシステム、および固体撮像素子の駆動方法 |
| KR20100087634A (ko) * | 2009-01-28 | 2010-08-05 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 촬상 장치 |
| JP2010177838A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Sony Corp | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置 |
| US8553124B2 (en) | 2009-01-28 | 2013-10-08 | Sony Corporation | Solid-state image capturing device, method of driving solid-state image capturing device, and image capturing apparatus |
| KR101666225B1 (ko) * | 2009-01-28 | 2016-10-13 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 촬상 장치 |
| WO2016125601A1 (ja) * | 2015-02-05 | 2016-08-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置および電子機器 |
| CN107112340A (zh) * | 2015-02-05 | 2017-08-29 | 索尼公司 | 固体摄像装置和电子设备 |
| US11195873B2 (en) | 2015-02-05 | 2021-12-07 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and electronic device |
| US11791366B2 (en) | 2015-02-05 | 2023-10-17 | Sony Group Corporation | Solid-state imaging device and electronic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3589901B2 (ja) | 2004-11-17 |
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