JP2001016510A - 固体撮像装置とその駆動方法、およびこれを用いたカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化、高画素化に伴い、固体撮像装置の転
送部の単位面積あたりの取り扱い電荷量を増加させるこ
とが要求されている。絶縁膜を薄くすると、左記要求に
は応えられるが、半導体基板内の電界が強くなり過ぎ
て、ノイズの発生や転送効率の低下等の課題が生じる。 【解決手段】 信号電荷１の読み出し時に（ｔ＝
ｔ₂）、信号電荷の不要な混合を防止するために印加す
る低電圧を、信号電荷読み出しのために高電圧を印加す
る電極４３に隣接する電極４２，４４を除いた電極４
１，４５〜４７の少なくとも一つに印加するとともに、
前記隣接する電極４２，４４には、前記高電圧と前記低
電圧との間の中間電圧を印加して、転送領域内のポテン
シャルの段差を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置の駆
動方法に関するものであり、さらに詳しくは、電荷転送
デバイス（ＣＣＤ）を用いた固体撮像装置の駆動方法
と、この方法を実施するための構造を備えた固体撮像装
置、および固体撮像装置を用いたカメラとに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤを用いた固体撮像装置は、フォト
ダイオードの光電変換機能により生じた信号電荷をフォ
トダイオードから垂直転送領域へと読み出し、この信号
電荷を垂直転送領域内を転送（以下、「垂直転送」とも
いう）し、次いで水平転送領域内を転送（以下、「水平
転送」ともいう）するように駆動される。

【０００３】以下、従来の駆動方法の例について図面を
参照して説明する。まず、駆動方法の説明に引用する固
体撮像装置について、図３１と、図３１におけるＶ−Ｖ
方向の部分断面図である図３２とを用いて説明する。こ
の固体撮像装置では、垂直転送電極１７１が、１つのフ
ォトダイオード（受光部）１１０について２つの電極を
備えている（例えば、電極１２２，１２３が１つのフォ
トダイオードに対応）。これらの電極１２１，１２
２，，１２７，，には、信号電荷の垂直転送時に、φＶ
₁₀₁〜φＶ₁₀₄のいずれかの電圧パターンが印加されるよ
うに配線されている。基板上に形成された絶縁膜１１８
を介して印加される所定の電圧パターンにより、信号電
荷は、ｎ型シリコン基板１１５のｐ型ウェル１１６内に
形成された垂直転送領域１１７内を転送されていく。次
いで、信号電荷は、水平転送領域１１２内を転送され、
出力アンプ１１３に到達する。

【０００４】図示した固体撮像装置において、垂直転送
電極１７１に印加される従来の電圧パターンを図３３に
示す。電圧パターンφＶ₁₀₁〜φＶ₁₀₄は、いずれも、高
電圧Ｖ_H、中間電圧Ｖ_Mおよび低電圧Ｖ_Lから選ばれる電
圧に所定時間保持されることにより構成される（図中で
は、各電圧を添え字Ｈ，Ｍ，Ｌのみにより表示。以下、
同様）。このような電圧パターンが垂直転送電極１７１
に印加されて、垂直転送領域１１７には、図３４に示す
ポテンシャルの変化が生じる。

【０００５】以下、図３４を参照してポテンシャルの変
化に伴う信号電荷の転送について説明する。まず、時間
ｔ₂において、電極１２３，１２７には、電圧パターン
φＶ_{1 01}により高電圧Ｖ_Hが印加され、これに伴う電極１
２３，１２７下方の垂直転送領域のポテンシャルの上昇
により、フォトダイオード１１０に蓄積された信号電荷
１０１が読み出される。このとき、信号電荷１０１は、
垂直転送方向に配置された１つおきのフォトダイオード
から読み出されることになる。一方、残りのフォトダイ
オードに蓄積された信号電荷１０２は、時間ｔ₅におい
て読み出される。これらの信号電荷１０１，１０２は、
時間ｔ₇において混合され、２フォトダイオード分の信
号電荷１０３として、垂直転送領域内を転送されてい
く。ここでは、図３４に示したように、電極１２３によ
り読み出された信号電荷は、電極１２１により読み出さ
れた信号電荷と混合される。

【０００６】このような電荷の垂直転送を第１のフィー
ルド（Ａフィールド）として、引き続き、第２のフィー
ルド（Ｂフィールド）が実施される。図示を省略する
が、Ｂフィールドでは、信号電荷１０１，１０２の混合
に際し、Ａフィールドとは異なるもう一つの組み合わせ
が採用される。したがって、Ｂフィールドでは、電極１
２３に印加される電圧により読み出された信号電荷は、
時間ｔ₇において、隣接する他方の電極１２５に印加さ
れる電圧により読み出される信号電荷と混合されること
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像装
置の小型化および高画素化に伴い、いわゆる飽和特性を
維持するために、垂直転送領域における単位面積当たり
の取り扱い電荷量を増大させることが望まれている。図
３２からも明らかなように、垂直転送領域１１７の取り
扱い電荷量を増やすためには、コンデンサの容量増加を
図る場合と同様、誘電体として作用する絶縁膜（ゲート
絶縁膜）１１８の膜厚は薄いほうが有利となる。

【０００８】しかしながら、絶縁膜の膜厚を減少させる
と、固体撮像装置のノイズが増加し、信号電荷の転送効
率が低下する。これは、シリコンのアバランシェ降伏と
関連している。すなわち、絶縁膜が薄くなるにつれて基
板内部に生じる電界が増加し、ついには、シリコンのア
バランシェ降伏が生じる電界にまで達する。アバランシ
ェ降伏により発生する電荷の一部は、不要電荷となって
ノイズ（画像上のいわゆる「白傷状ノイズ」）を誘発す
る。また、発生する電荷の一部は、絶縁膜にたたき込ま
れて垂直転送領域内に不均一なポテンシャルを形成し、
信号電荷の転送効率を低下させる。

【０００９】また、固体撮像装置では、消費電力を削減
するために、低電圧での駆動が望まれているため、読み
出し電圧パルスのピーク電位は低いほうがよい。しかし
ながら、単に読み出し電圧を低下させたのでは、信号電
荷の読み出し残りが生じるおそれがある。特に、ｎ型基
板内に形成されたｐ型層内にフォトダイオードが形成さ
れたデバイスでは、ｐ型層の電気抵抗に起因するｐ型層
の電位変動のために、より高い読み出し電圧が必要とな
るため、上記読み出し残りが問題となり易い。

【００１０】そこで、本発明は、小型化および高画素化
した固体撮像装置において、絶縁膜を薄くしても、白傷
状ノイズの発生や信号電荷の転送効率低下を抑制する固
体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、読み出し電圧パルスのピーク電位を下げ
ることが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。さらに、本発明は、これらの駆動方法に
適した構造を備えた固体撮像装置、および固体撮像装置
を用いたカメラを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、従来の駆動方法では、信号電荷を読み
出すために高電圧を印加する電極に隣接する電極に、信
号電荷の不要な混合を防止するために、低電圧が印加さ
れていることに着目した。上記に例示した駆動方法に限
らず、従来は、信号電荷の読み出し時に、高電圧を印加
する電極と低電圧が印加する電極とが隣り合っている。
しかし、このような駆動方法では、隣接する電極間の限
られたごく狭い空間（例えば、電極間は７０ｎｍ以下に
まで狭小化される場合がある）に高い電圧差が生じ、シ
リコンのアバランシェ降伏が生じる程度の強い電界が発
生しやすくなる。そこで、本発明の第１では、この電圧
差を緩和する駆動方法を採用することとした。

【００１２】すなわち、本発明の第１の固体撮像装置の
駆動方法は、半導体基板内に形成された複数の受光部
と、前記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成さ
れた転送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電
極からなる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前
記受光部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記
転送領域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しな
がら前記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法
であって、前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すと
きに、読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前
記受光部に対応する前記電極に読み出し電圧Ｖ_Hを印加
し、前記読み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極間に存在
し、前記読み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極に隣接しな
い前記電極の少なくとも一つに、前記読み出し電圧Ｖ_H
よりも低いバリア電圧Ｖ_Lを印加し、かつ前記読み出し
電圧Ｖ_Hが印加される電極に隣接する前記電極に、前記
読み出し電圧Ｖ_Hよりも低く前記バリア電圧Ｖ_Lよりも高
い中間電圧Ｖ_Mを印加することを特徴とする。

【００１３】本発明の第１の駆動方法によれば、信号電
荷の読み出し時に、高電圧である読み出し電圧Ｖ_Hが付
与される電極に隣接する電極に、バリア電圧Ｖ_Lよりは
高い中間電圧Ｖ_Mが付与されているため、隣接する電極
間の電圧差を緩和することができる。

【００１４】なお、本明細書では、電圧の高低を、その
絶対値にかかわらず、電位の高低により判断して記載す
る。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
者は、読み出し電圧Ｖ_Hを印加しない電極に電圧を印加
すれば、受光部の不純物層の電位を、一時的にシフトさ
せることができる点に着目した。

【００１６】すなわち、本発明の第２の固体撮像装置の
駆動方法は、半導体基板内に形成された複数の受光部
と、前記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成さ
れた転送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電
極からなる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前
記受光部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記
転送領域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しな
がら前記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法
であって、前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すと
きに、読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前
記受光部に対応する前記電極に、読み出し電圧Ｖ_Hの印
加を開始する時刻よりも所定の時間だけ前の時刻から前
記読み出し電圧Ｖ_Hの印加を終了する時刻までの間に、
前記読み出しの対象とする信号電荷が存在する受光部に
隣接する前記受光部に対応する前記電極に、前記読み出
し電圧Ｖ_Hを印加するときの電圧変化と逆の電圧変化を
与えることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の第３の固体撮像装置の駆動
方法は、半導体基板内に形成された複数の受光部と、前
記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成された転
送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電極から
なる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前記受光
部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記転送領
域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しながら前
記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法であっ
て、前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すときに、
読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前記受光
部に対応する前記電極に、読み出し電圧Ｖ_Hの印加を開
始する時刻よりも所定の時間だけ前の時刻から前記読み
出し電圧Ｖ_Hの印加を終了する時刻までの間に、前記読
み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極以外であってこの電極
に隣接しない前記電極に、前記読み出し電圧Ｖ_Hを印加
するときの電圧変化と逆の電圧変化を与えることを特徴
とする。

【００１８】本発明の第２および第３の駆動方法によれ
ば、信号電荷の読み出し時に、受光部内の不純物層の電
位が、一時的に、読み出し電圧により印加される電位と
は逆にシフトする。このため、読み出し残りを生じさせ
ずに信号電荷を読み出すための電圧が低くなる。

【００１９】しかも、上記第２の駆動方法によれば、電
極間の容量結合による読み出し電圧が印加された読み出
し電極の電位低下が抑制されている。すなわち、同一の
受光部に対応する電極は、当該受光部を介して容量結合
した状態にあるが、上記第２の駆動方法では、同一の受
光部に対応しない電極に上記逆の電圧変化を与えている
ため、上記容量結合による読み出し電圧が印加された読
み出し電極の電位低下が生じにくい。

【００２０】また、上記第３の駆動方法によれば、隣接
する電極間の電圧差を緩和するために、前記読み出し電
圧Ｖ_Hが印加される電極に隣接しない前記電極に、前記
逆の電圧変化を与えることとしている。

【００２１】本発明の駆動方法を実施するときには、読
み出した信号電荷の転送についても、固体撮像装置のい
わゆるゲート数（受光部１つに対応する転送電極の電極
数）に応じた更なる工夫を講じることが好ましい。

【００２２】例えば、いわゆる２ゲートの固体撮像装置
（図３１に示したように、複数の受光部が行列状に配置
され、転送領域が垂直転送領域であり、垂直転送領域の
端部には水平転送領域が接続しており、垂直転送電極に
おいて受光部ごとに２つの電極が対応する固体撮像装
置）を用いる場合には、垂直転送領域に沿って一つおき
に配置された受光部からなる第１の受光部群と、前記受
光部と交互に配置された受光部からなる第２の受光部群
とから、信号電荷を、上記方法により個別に読み出すこ
ととして、この信号電荷の転送については、前記第１の
受光部群に属する受光部から読み出した第１の信号電荷
を、前記第２の受光部群に属する受光部に対応する電極
下方の前記垂直転送領域にまで転送し、前記第２の受光
部群に属する受光部から第２の信号電荷を読み出すとと
もに前記第１の信号電荷と混合し、混合した信号電荷を
さらに前記垂直転送領域内を前記水平転送領域にまで転
送する第１のフィールドの駆動と、前記第２の受光部群
に属する受光部から読み出した第２の信号電荷を、前記
第１の受光部群に属する受光部に対応する電極下方の前
記垂直転送領域にまで転送し、前記第１の受光部群に属
する受光部から第１の信号電荷を読み出すとともに前記
第２の信号電荷と混合し、混合した信号電荷をさらに前
記垂直転送領域内を前記水平転送領域にまで転送する第
２のフィールドの駆動と、を含む方法とすることが好ま
しい。

【００２３】また、同じく２ゲートの固体撮像装置を用
いる場合の好ましい別の方法は、垂直転送領域に沿って
一つおきに配置された受光部からなる第１の受光部群
と、前記受光部と交互に配置された受光部からなる第２
の受光部群とから信号電荷を、上記方法により個別に読
み出すこととして、前記第１の受光部群に属する受光部
から読み出した第１の信号電荷を前記垂直転送領域内を
前記水平転送領域にまで転送する第１のフィールドの駆
動と、前記第２の受光部群に属する受光部から読み出し
た第２の信号電荷を前記垂直転送領域内を前記水平転送
領域にまで転送する第２のフィールドの駆動と、を含む
方法である。この方法によれば、前記第１の信号電荷と
前記第２の信号電荷とが個別に前記水平転送領域にまで
転送される。

【００２４】上記方法では、好ましくは、第１のフィー
ルドと第２のフィールドとが交互に実施される。

【００２５】また、いわゆる３ゲートの固体撮像装置
（転送電極において受光部ごとに３つの電極が対応する
固体撮像装置）を用いる場合には、上記２ゲートの固体
撮像装置について例示した方法を適用することも可能で
あるが、以下の方法を採用してもよい。この方法は、転
送領域に沿って一つおきに配置された受光部からなる第
１の受光部群と、前記受光部と交互に配置された受光部
からなる第２の受光部群とから信号電荷を、上記方法に
より個別に読み出すこととして、前記第１の受光部群に
属する受光部から第１の信号電荷を読み出し、前記第１
の受光部群に属する受光部に対応する前記３つの電極の
両端の電極にバリア電圧Ｖ_Lを印加し、かつ前記両端の
電極に挟まれた中央の電極に中間電圧Ｖ_Mを印加して前
記中央の電極下方の前記転送領域に前記第１の信号電荷
を保持しながら、前記第２の受光部群に属する受光部か
ら信号電荷を読み出す方法である。

【００２６】また、いわゆる４ゲートまたはそれ以上の
ゲート数を有する固体撮像装置（転送電極において受光
部ごとに４以上の電極が対応する固体撮像装置）を用い
る場合には、転送領域に沿って配置された受光部群から
信号電荷を同時に読み出す方法を適用することが好まし
い。

【００２７】上記３ゲートおよび４ゲート以上の固体撮
像装置の駆動方法においては、読み出した信号電荷を、
互いに混合することなく、転送領域内を転送することが
可能となる。

【００２８】さらに本発明は、上記３ゲートの固体撮像
装置の駆動方法に適した固体撮像装置を提供する。この
固体撮像装置は、半導体基板内に形成された複数の受光
部と、前記受光部の列に沿って前記半導体基板内に形成
された転送領域と、前記受光部ごとに３つの電極が対応
するように前記転送領域上に配置された転送電極とを備
え、さらに、前記転送領域に沿って一つおきに配置され
た受光部からなる第１の受光部群に対応する前記電極か
らなる第１の電極群と、前記第１の受光部群に属する受
光部と交互に配置された受光部からなる第２の受光部群
に対応する前記電極からなる第２の電極群とに個別に接
続する２以上の系統の配線を備えたことを特徴とする。

【００２９】この固体撮像装置によれば、信号電荷の読
み出し時に隣接する電極間の電圧差を緩和し、かつ３層
構成の転送電極を用いながらも、第１および第２の受光
部群から読み出した信号電荷を、互いに混合せず、独立
して転送できる。

【００３０】また、本発明の固体撮像装置を用いたカメ
ラは、本発明の駆動方法を実施するための電圧パターン
を電源から転送電極を構成する各電極に付与するコント
ローラと、その駆動方法を実施する上記いずれかに記載
の固体撮像装置とを備えたことを特徴とする。このカメ
ラでは、転送領域と転送電極との間に形成される絶縁膜
が、膜厚方向の誘電効果が等価となるようにシリコン酸
化膜に置換したときに、１００ｎｍ以下の膜厚を有する
ようにしてもよい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好ましい形態を説明する。 （第１の実施形態）本実施形態では、いわゆる２ゲート
の固体撮像装置の駆動方法の一形態について説明する。
図１、および図１のＩ−Ｉ方向の部分断面図である図２
に示すように、この固体撮像装置には、シリコン基板内
に、互いに離間しながら縦横に配列したフォトダイオー
ド１０が形成されている。このように、行列状に配置さ
れたフォトダイオード１０の間には、フォトダイオード
の列に沿って互いに平行に伸長するように垂直転送領域
１７が形成されている。垂直転送領域１７は、本実施形
態では、ｎ型シリコン基板１５のｐ型ウェル１６内に形
成されたｎ型拡散領域である。また、垂直転送領域１７
上には、絶縁膜１８を介して、１つのフォトダイオード
に対して２つの電極を割り当てた垂直転送電極７１が形
成されている。この垂直転送電極７１は、具体的には、
２層構成のポリシリコン膜として形成される。

【００３２】本実施形態では、垂直転送電極７１に、い
わゆる４相駆動が適用される。このため、垂直転送電極
７１を構成する各電極２１、２２，，２７，，は、４種
の電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄のいずれかが印加されるよ
うに、４本の配線のいずれかと接続している。各電極と
４本の配線との接続は、配列にしたがって規則的に行わ
れる。なお、これらの配線は、図示を省略するコントロ
ーラを介して電源と接続している。

【００３３】この固体撮像装置の駆動方法を、図３およ
び図４を参照して説明する。図３には、垂直転送電極７
１に印加される電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄が示されてい
る。各電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄は、高電圧Ｖ_H、中間
電圧Ｖ_Mおよび低電圧Ｖ_Lから選択される電圧に所定時間
保持することにより構成される。このような電圧パター
ンが垂直転送電極に印加されることにより、垂直転送領
域には、時間の経過（ｔ₁〜ｔ₁₀）とともに、図４に示
すポテンシャルの変化が生じる。

【００３４】時間ｔ₂において、φＶ₁は読み出しのため
の高電圧Ｖ_Hに保持される。この高電圧Ｖ_Hをピークとす
る時間ｔ₂前後の電圧パルスは、読み出し電極となる電
極のうち、電極２３，２７に印加され、これらの電極に
対応するフォトダイオード１０に蓄積された信号電荷１
を、ポテンシャルが上昇（図中Ｈ）した垂直転送領域へ
と読み出す。このように、本実施形態では、まず、垂直
転送方向について一つおきのフォトダイオードから、信
号電荷が読み出される。

【００３５】時間ｔ₂において、φＶ₃はポテンシャル障
壁（図中Ｌ）を形成するための低電圧Ｖ_Lに保持され
る。読み出し時に低電圧Ｖ_Lを印加することは、信号電
荷１の不要な漏れ出しや混合を防止するためには効果が
ある。従来、この低電圧Ｖ_Lは、信号電荷を読み出す電
極２３，２５に隣接する電極２２，２４，２６に与えら
れていた。しかし、ここでは、信号電荷を読み出す電極
と一以上の電極を隔てた位置に存在する電極に低電圧Ｖ
_Lが印加される。この電極は、信号電荷を読み出す２つ
の電極２３，２７に着目すると、両電極２３，２７の間
に位置する電極２４、２５、２６であって上記両電極２
３，２７に隣接しない電極、すなわち、電極２５のみと
なる。

【００３６】一方、時間ｔ₂において、φＶ₂およびφＶ
₄は、高電圧Ｖ_Hよりも低く低電圧Ｖ _Lよりも高い中間電
圧Ｖ_Mに保持される。こうして、信号電荷を読み出す電
極２３，２７に隣接するすべての電極２２，２４，２６
には、高電圧Ｖ_Hと低電圧Ｖ_Lとの間の電圧Ｖ_Mが印加さ
れることになる。

【００３７】このように、中間電圧Ｖ_Mが印加される電
極を、高電圧Ｖ_Hが印加されている電極と低電圧Ｖ_Lが印
加されている電極との間に介在させることにより、時間
ｔ₂における垂直転送領域のポテンシャルに、従来より
も段差をなだらかにする中間ステップ（図中Ｍ）を形成
することができる。

【００３８】引き続き、時間ｔ₃〜ｔ₇において、信号電
荷１は垂直転送されていく。この間、各電極には、低電
圧Ｖ_Lと中間電圧Ｖ_Mとが印加される。

【００３９】時間ｔ₈に至った段階で、今度は、読み出
し電極となる電極のうち、電極２１，２５に読み出しの
ための高電圧Ｖ_Hが印加され、これらの電極に対応する
フォトダイオードから信号電荷２が読み出される。この
読み出しのために、時間ｔ₈において、φＶ₃は高電圧Ｖ
_Hに保持される。時間ｔ₂における分布と同様、時間ｔ₈
においても、高電圧Ｖ_Hが印加されている電極と低電圧
Ｖ_Lが印加されている電極との間に中間電圧Ｖ_Mが印加さ
れた電極が介在するように、電圧パターンφＶ₁，φ
Ｖ₂，φＶ₄が制御される。

【００４０】時間ｔ₈において新たに読み出された信号
電荷２は、信号電荷２が読み出される位置にまで予め転
送された信号電荷１と、読み出されると同時に混合され
る。こうして得られた垂直転送方向フォトダイオード２
つ分（２画素分）の信号電荷３が、時間ｔ₉〜ｔ₁₀にお
いてさらに垂直転送されていく。

【００４１】以上説明した信号電荷の読み出しおよび転
送の一連の動作をＡフィールドとして、引き続きＢフィ
ールドの一連の動作が実施される。Ｂフィールドにおけ
る、各電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄、および各電圧パター
ンφＶ₁〜φＶ₄が印加されることにより生じる垂直転送
領域のポテンシャルの変化を、それぞれ図５および図６
に示す。

【００４２】Ｂフィールドでは、Ａフィールドとは逆
に、まず、電極２１，２５から信号電荷４が読み出され
（時間ｔ₂）、その後に電極２３，２７から信号電荷５
が読み出されると同時に信号電荷４と混合される（時間
ｔ₈）。その結果、混合される２画素分の信号電荷６
は、Ａフィールドにおいて混合された信号電荷３とは異
なるフォトダイオードの組み合わせから得られたものと
なる。その他の点では、Ｂフィールドにおける信号電荷
の読み出しおよび転送の動作は、Ａフィールドにおける
動作と同じである。

【００４３】本実施形態では、ＡフィールドおよびＢフ
ィールドが交互に行われるように図外コントローラから
電圧パルスが印加され、インターレスが実施される。な
お、いずれのフィールドにおいても、水平転送領域１２
にまで垂直転送されてきた信号電荷は、同領域内をその
まま水平転送され、出力アンプ１３に到達する。信号電
荷の水平転送等、上記以降のステップは、従来から実施
されてきた方法により行えば足りるので、ここでは説明
を省略する。

【００４４】また、Ｖ_H、Ｖ_M、Ｖ_Lの値は、特に制限さ
れないが、例えば、Ｖ_H＝１５Ｖ、Ｖ _M＝０Ｖ、Ｖ_L＝−
７Ｖとされる。Ｖ_Mは０Ｖとすることが好ましい。

【００４５】上記固体撮像装置の別の駆動方法として、
図３および図４に示した電圧パターンに代えて、図７お
よび図８の電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄を適用してもよ
い。この電圧パターンでは、時間ｔ₂内において、電極
２５に印加される電圧が中間電圧Ｖ_M（ｔ₂₀）から低電
圧Ｖ_L（ｔ₂₁）に変更される。このように、信号電荷を
読み出す電極２３，２７に高電圧Ｖ_Hが印加されている
期間（ｔ₂）に、この読み出しのための電圧変化（Ｖ_Mか
らＶ_H）とは逆の電圧変化（ここではＶ_MからＶ_L）を、
信号電荷を読み出す電極以外の電極に与えると、フォト
ダイオードに形成されている不純物層の電位が上記逆の
変化と同様の方向（Ｖ_L側）にシフトする。したがっ
て、フォトダイオードの電位もこの方向にシフトするこ
とになり、読み出しのために必要な電圧も低くなる。こ
うして、固体撮像装置の駆動電圧の低下が実現できる。

【００４６】しかも、図７および図８の電圧パターンφ
Ｖ₁〜φＶ₄では、図３および図４に示したパターンと同
様、隣接する電極間に印加される電圧差が緩和されてい
る。これは、上記「逆の電圧変化」を、信号電荷を読み
出す電極２３，２７に隣接しない電極２５に与えている
からである。なお、図７および図８の電圧パターンφＶ
₁〜φＶ₄は、時間ｔ₂および時間ｔ₈（ｔ₈においてもｔ₂
と同様に逆の電圧変化を印加）における電圧変化を除い
ては、図３および図４に示したパターンと同じであるた
め、説明は省略する。なお、図５および図６に対応する
Ｂフィールドの電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄を、図９およ
び図１０に示す。

【００４７】上記逆の電圧変化は、信号電荷を読み出す
ための電圧が印加されている期間の直前に与えてもよ
い。この場合、上記逆の電圧変化を与えてから、信号電
荷を読み出す電圧を印加するまでの時間は短いほうが、
電位的な非平衡の程度が大きいため、フォトダイオード
の電位シフトの効果が大きい。この時間は、上記逆の電
圧変化による非平衡状態が解消するまでの期間内とする
ことが適当である。この期間は、ウェル（ｐ型層）の電
気抵抗に応じて変化する平衡状態に戻るまでの時定数に
よって定まる。通常の不純物層の電気抵抗を考慮する
と、この時間は、５μｓ（マイクロ秒）以下、さらに１
μｓ以下、特に０．５μｓ以下が好ましい。

【００４８】なお、逆の電圧変化を与えるのは、読み出
し電圧Ｖ_H印加と同時よりも、Ｖ_H印加直前またはＶ_H印
加開始後のほうが大きな効果が得られる。

【００４９】また、高電圧Ｖ_Hが印加される電極２３，
２７に対応するフォトダイオードと、上記逆の電圧変化
が与えられる電極２１，２５に対応するフォトダイオー
ドとは、同一ではなく互いに隣接している。フォトダイ
オードは電気的に浮遊状態にあるため、同一のフォトダ
イオードに対応する電極は、そのフォトダイオードを介
して互いに容量結合している。このため、上記逆の電圧
変化を信号電荷を読み出すフォトダイオードに対応する
電極に与えると、容量結合の影響により、実効的な読み
出し電圧が与えた電圧Ｖ_Hよりも小さくなってしまう。
しかし、上記形態のように、隣接するフォトダイオード
に対応する電極に上記逆の電圧変化を与えれば、容量結
合の影響を排除しながら、フォトダイオードの電位シフ
トによる読み出し電圧の低下を実現できる。

【００５０】（第２の実施形態）本実施形態では、２ゲ
ートの固体撮像装置の駆動方法の別の一形態について説
明する。ここで用いる固体撮像装置は、第１の実施形態
で説明した固体撮像装置と同様であるので、説明を省略
する。

【００５１】本実施形態では、信号電荷が、垂直転送領
域で混合されずに独立して転送される。具体的には、図
１１および図１２に示すように、Ａフィールドでは、第
１の実施形態と同様にして、電極２３，２７に対応する
フォトダイオードから、信号電荷１が読み出される。し
かし、本実施形態では、信号電荷１は、水平転送領域ま
で（さらには水平転送領域においても）、他の信号電荷
と混合されることなく独立して転送されていく。

【００５２】Ｂフィールドでは、図１３および図１４に
示すように、電極２１，２５から信号電荷２が読み出さ
れるが、この信号電荷も、他の信号電荷と混合されるこ
となく垂直転送され、さらには水平転送されていく。

【００５３】このように、第２の実施形態では、第１の
実施形態とは異なり、独立して読み出した信号電荷によ
り、インターレスが行われる。

【００５４】本実施形態でも、第１の実施形態と同様、
信号電荷を読み出すための電圧を印加している間または
この直前に、「逆の電圧変化」を与えることにより、上
記読み出しのための電圧を低くすることができる。この
ための電圧パターンの例を、図１５〜図１８に示す。以
下では特に言及せず、電圧パターンも例示しないが、こ
の点は、第３の実施形態以降でも同様である。

【００５５】（第３の実施形態）本実施形態では、いわ
ゆる３ゲートの固体撮像装置の駆動方法の一形態につい
て説明する。３ゲートであっても、基本的には、上記実
施形態で説明した方法に準じ、信号電荷を読み出し、転
送することは可能である。しかし、ここでは、上記実施
形態とは異なり、単一のフィールドにおいて、垂直転送
方向に配列したすべてのフォトダイオードから信号電荷
を読み出しうる駆動方法について説明する。

【００５６】このような駆動方法の実施には、図１９お
よび図２０（図１９のII−II方向の部分断面図）に示す
固体撮像装置が好適である。従来、３ゲートの固体撮像
装置には、いわゆる３相駆動が適用されてきた。しか
し、本実施形態の固体撮像装置では、３ゲートの電極４
１，４２，，４７，，に全部で６種の配線が接続されて
おり、いわゆる６相駆動が可能とされている。この６相
駆動により、上記駆動方法が以下のように実現される。
なお、固体撮像装置の基本的な構成については、第１の
実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。

【００５７】図２１には、垂直転送電極７２に印加され
る電圧パターンφＶ₁〜φＶ₆が示されている。各電圧パ
ターンφＶ₁〜φＶ₆は、ここでも、高電圧Ｖ_H、中間電
圧Ｖ_Mおよび低電圧Ｖ_Lから選択される電圧に所定時間保
持することにより構成される。なお、電圧パターンφＶ
₁〜φＶ₆は、印加される電極群によって、第１系統（φ
Ｖ₆、φＶ₁、φＶ₂）および第２系統（φＶ₃、φＶ₄、
φＶ₅）とに分類できる。両系統の電圧パターンが印加
される電極群は、互いに１つおきに配置された受光部群
に対応している。

【００５８】このように、少なくとも２つの系統に分類
できる電圧パターンが、これに対応する少なくとも２系
統の配線を介して各電極群に印加されることにより、垂
直転送領域には、時間の経過（ｔ₁〜ｔ₁₀）とともに、
図２２に示すポテンシャルの変化が生じる。

【００５９】時間ｔ₂において、φＶ₁は読み出しのため
の高電圧Ｖ_Hに保持される。この高電圧Ｖ_Hをピークとす
る時間ｔ₂前後の電圧パルスは、読み出し電極となる電
極のうち、電極４３に印加され、この電極に対応するフ
ォトダイオード１０に蓄積された信号電荷１を垂直転送
領域に読み出す。時間ｔ₂においては、第１および第２
の実施形態と同様、垂直転送方向に沿って１つおきのフ
ォトダイオードから信号電荷１が読み出される。

【００６０】本実施形態でも、時間ｔ₂において、φＶ₂
およびφＶ₆は、中間電圧Ｖ_Mに保持されて、信号電荷１
を読み出す電極４３に隣接するすべての電極４２，４４
のポテンシャルを極度に引き下げないようにしている。

【００６１】また、時間ｔ₂において、同時に信号電荷
を読み出す電極間に存在し、かつ信号電荷を読み出す電
極に隣接しない電極４１，４５，４６，４７は、電圧パ
ターンφＶ₃、φＶ₄およびφＶ₅によって、低電圧Ｖ_Lが
印加されている。なお、本実施形態では、３つの電極４
５，４６，４７に低電圧Ｖ_Lが印加されているが、信号
電荷の不要な混合を防止するバリアを形成するという低
電圧Ｖ_L印加の目的が達成される限り、これらの電極か
ら選ばれる１ないし２の電極にのみ低電圧Ｖ_Lを印加し
ても構わない。

【００６２】引き続き、時間ｔ₃〜ｔ₅にかけては、次の
信号電荷の読み出しのための準備が行われる。時間ｔ₅
において、信号電荷１は、読み出された位置（中間電圧
Ｖ_Mが印加された電極４３下方の垂直転送領域）で保持
され、信号電荷の漏れ出しを防止するために、電極４
２，４４には、低電圧Ｖ_Lが印加される。

【００６３】このように、読み出した信号電荷１を転送
することなく、その場で保持し、かつ全体のポテンシャ
ルを下方にシフトさせた状態で、時間ｔ₆において、今
度は、別のフォトダイオードから信号電荷２が読み出さ
れる。ここでも、信号電荷を読み出す電極４６には高電
圧Ｖ_Hが、この電極４６に隣接するすべての電極４５，
４７には中間電圧Ｖ_Mが印加される。このとき、電極４
４には、中間電圧Ｖ_Mではなく低電圧Ｖ_Lが印加されてい
るので、信号電荷１，２の不要な混合も防止される。

【００６４】こうして、個別に読み出された信号電荷
１，２は、時間ｔ₈〜ｔ₁₀において、互いに混合される
ことなく垂直転送され、さらには水平転送されていく。

【００６５】（第４の実施形態）本発明は、いわゆる４
ゲートまたはそれ以上のゲート数を有する固体撮像装置
にも適用できる。本実施形態では、４ゲートの固体撮像
装置の駆動方法の一形態について説明する。

【００６６】本実施形態で用いる固体撮像装置を図２３
および図２４（図２３のIII−III方向の部分断面図）に
示す。この固体撮像装置は、１受光部に対して４つの電
極が準備されている点、各電極３１，３２，，３７，，
に対し、４種の配線が接続されて４相駆動が可能とされ
ている点を除いては、上記実施形態で説明した固体撮像
装置と同様であるので、ここでは、説明を省略する。

【００６７】図２５および図２６を参照して、この固体
撮像装置の駆動方法を説明する。図２５には、垂直転送
電極７３に印加される電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄が示さ
れている。各電圧パターンφＶ₁〜φＶ₄は、ここでも、
高電圧Ｖ_H、中間電圧Ｖ_Mおよび低電圧Ｖ_Lから選択され
る電圧に所定時間保持することにより構成される。この
ような電圧パターンが印加されることにより、垂直転送
領域１７には、時間の経過（ｔ₁〜ｔ₁₀）とともに、図
２６に示すポテンシャルの変化が生じる。

【００６８】時間ｔ₂において、φＶ₁は読み出しのため
の高電圧Ｖ_Hに保持される。この高電圧Ｖ_Hをピークとす
る時間ｔ₂前後の電圧パルスは、読み出し電極となる電
極３３、３７に印加され、これらの電極に対応するフォ
トダイオード１０に蓄積された信号電荷１を垂直転送領
域１７に読み出す。

【００６９】４ゲート以上の固体撮像装置の場合は、上
記各実施形態のように、フォトダイオードを垂直転送方
向について「間引く」必要はなく、一回の読み出し動作
により、垂直転送方向に沿って配列したすべてのフォト
ダイオードから信号電荷１を読み出すことが可能とな
る。

【００７０】本実施形態でも、時間ｔ₂において、φＶ₂
およびφＶ₄は、中間電圧Ｖ_Mに保持されて、信号電荷１
を読み出す電極３３、３７に隣接するすべての電極３
２，３４，３６下方の垂直転送領域におけるポテンシャ
ルの低下を緩和している。また、時間ｔ₂において、φ
Ｖ₃は、低電圧Ｖ_Lに保持されて、電極３１，３５下方の
垂直転送領域のポテンシャルを、不要な信号電荷の混合
が防止される程度にまで低下させている。

【００７１】時間ｔ₃以降において、信号電荷１は、混
合されることなく、独立して垂直転送されていく。本実
施形態では、同一のフィールドにおいて、フォトダイオ
ードから信号電荷を読み出す動作を複数回行う必要はな
い。

【００７２】以上説明した実施の形態によれば、いずれ
の場合も、信号電荷の読み出し時にシリコン基板に与え
られる電界を低下させることができるため、シリコンの
アバランシェ降伏に伴う、ノイズの発生や転送効率の低
下を抑制することができる。

【００７３】本発明の実施に際しては、固体撮像装置の
アプリケーションに応じ、上記各実施形態および上記各
実施形態から自明の形態から、適宜、適切な形態を採用
することが好ましい。

【００７４】例えば、いわゆる４ゲートの固体撮像装置
を用いた第４の実施形態は、一回の読み出し動作により
すべてのフォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み
出すことができるから、画像情報を表示する上でのタイ
ムラグを短縮したい場合には好適である。一方、２ゲー
トの固体撮像装置を用いた上記実施形態は、垂直転送領
域における飽和電荷量を考慮すると有利となる。これら
の形態では、例えば図８に典型的に示されているよう
に、信号電荷の転送中の蓄積領域として、垂直転送方向
に１フォトダイオード分に相当する長さを備えた垂直転
送領域を使用できるからである。

【００７５】もっとも、本発明の駆動方法を適用すれ
ば、特定の形態を採用しなくても、固体撮像装置の飽和
特性を向上させることが可能となる。この点を図１９〜
図２２を参照して以下に説明する。

【００７６】固体撮像装置の小型化および高精細化によ
る垂直転送領域の飽和電荷量の制限は、特にフォトダイ
オードに多量の信号電荷が蓄積された場合には、信号電
荷の読み出し残りを発生させていた。すなわち、図２７
に示した、図３１の固体撮像装置の信号電荷読み出し部
分近傍において、入射光により生じ、フォトダイオード
１１０に蓄積された信号電荷は、電極１２３により、垂
直転送領域１１７に読み出される。

【００７７】このとき、垂直転送領域１１７には、読み
出しのための高電圧Ｖ_Hが印加され、ポテンシャルが上
昇しているため、信号電荷１０５は、図２８(ａ)に示す
ように、フォトダイオード１１０から垂直転送領域１１
７へと移動する。しかし、垂直転送領域１１７の面積が
制限され、しかも信号電荷１０５が多量に生じている
と、図２８(ｂ)に示すように、垂直転送領域のポテンシ
ャルは、読み出された信号電荷１０６によって、すべて
の信号電荷を受け入れる前にフォトダイオード１１０と
同程度にまで低下する。その結果、フォトダイオード１
１０と垂直転送領域１１７との間の領域（いわゆる読み
出し制御領域）におけるポテンシャル１０７の傾きが水
平に近くなる、もしくは読み出し制御領域にバリアが発
生し、フォトダイオードに信号電荷１０５が残ることに
なる。このような信号電荷の読み出し残り（非空乏化）
は、残像となって固体撮像装置の画質を劣化させる。

【００７８】しかし、本発明によれば、読み出しのため
の高電圧Ｖ_Hが印加される電極に隣接する電極に中間電
圧Ｖ_Mが印加されるために、従来よりも、信号電荷を受
け入れる垂直転送領域の飽和容量が増大する。すなわ
ち、図２９と図３０との比較から明らかであるが、本発
明の駆動方法を適用すると、垂直転送方向において隣接
する電極に中間電圧Ｖ_Mが印加されているために、垂直
転送領域１７では、従来のように上記隣接する電極に低
電圧Ｖ_Lが印加されている垂直転送領域１１７よりも、
信号電荷を受け入れる容量が増加し、読み出された信号
電荷によるポテンシャルの低下も緩和される。

【００７９】このように、本発明の駆動方法によれば、
画像情報上のノイズの発生や信号電荷の転送効率の向上
のみならず、小型化および高精細化により面積が制限さ
れる垂直転送領域の信号電荷の受け入れ容量の増大も実
現することができる。

【００８０】本発明の駆動方法は、シリコン基板上に形
成される絶縁膜が薄い固体撮像装置に特に有効となる。
絶縁膜がシリコン酸化膜の場合には、その膜厚が１００
ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以下であれば、本発明の
駆動方法の効果を十分に得ることができる。絶縁膜が他
の材料から構成される場合には、各材料の誘電率と酸化
シリコンとの誘電率との比に基づいて、膜厚方向の誘電
効果が等価となるようにシリコン酸化膜に換算し、その
膜厚が１００ｎｍ以下であれば、同様に、本発明の効果
を十分に得ることができる。

【００８１】絶縁膜が複数の層からなる場合にも、シリ
コン酸化膜の単一層に換算して上記判断を適用できる点
は、同様である。例えば、膜厚５０ｎｍのシリコン酸化
膜上に膜厚２０ｎｍのシリコン窒化膜を形成した２層構
成の絶縁膜は、膜厚方向の誘電効果に関しては、膜厚６
０ｎｍのシリコン酸化膜と等価となる。なお、このよう
なシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との２層構成を採用
すると、フォトダイオード上方における反射防止効果に
よって感度を向上させることも可能となる。

【００８２】以上、各実施形態では、すべて、垂直転送
電極として形成した電極を、信号電荷読み出しのための
読み出し電極として用いたが、本発明は、これに限るこ
となく、読み出し電極を独立に設けた固体撮像装置に対
しても適用できる。また、垂直転送領域と水平転送領域
とを備えたいわゆるエリアセンサに限らず、リニアセン
サについても適用が可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、小型化および高画素化した固体撮像装置におい
て、白傷状ノイズの発生や信号電荷の転送効率低下を抑
制することができる。また、駆動電圧の低電圧化を実現
しながらも、小型化および高画素化に伴う信号電荷の読
み出し残りを抑制することが可能となる。

【００８４】本発明の駆動方法は、基本的に、従来から
用いられてきた固体撮像装置にも、新たな電源等をさら
に準備することなく、垂直転送電極に印加されるコント
ローラによる各電圧パターンの制御を変更すれば、実施
可能となる。信号電荷転送の設計思想に応じてコントロ
ーラによる電圧パターンを制御すること自体は、当業者
にとっては公知であるから、固体撮像装置のいわゆるゲ
ート数に応じて上記で例示した代表的な各実施形態等、
本明細書および添付図面の記載を参照することにより、
当業者にとって本発明は容易に実施可能となる。固体撮
像装置の小型化、高画素化がさらに進展している状況を
鑑みると、本発明の産業上の利用価値は極めて大きいも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の駆動方法を適用できる固体撮像装置
の一形態（いわゆる２ゲートの固体撮像装置）を示す平
面図である。

【図２】 図１に示した固体撮像装置のＩ−Ｉ方向の部
分断面図である。

【図３】 図１および図２に示した固体撮像装置を駆動
するために、垂直転送電極に印加する電圧パターンの一
形態における、第１のフィールド（Ａフィールド）を示
す図である。

【図４】 図３に示した電圧パターンを印加することに
より固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシャル
の変化を示した図である。

【図５】 図１および図２に示した固体撮像装置を駆動
するために、垂直転送電極に印加する電圧パターンの上
記一形態における、第２のフィールド（Ｂフィールド）
を示す図である。

【図６】 図５に示した電圧パターンを印加することに
より固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシャル
の変化を示した図である。

【図７】 図３の電圧パターンの別の例を示す図であ
る。

【図８】 図７に示した電圧パターンを印加することに
より固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシャル
の変化を示した図である。

【図９】 図５の電圧パターンの別の例を示す図であ
る。

【図１０】 図９に示した電圧パターンを印加すること
により固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシャ
ルの変化を示した図である。

【図１１】 図１および図２に示した固体撮像装置を駆
動するために、垂直転送電極に印加する電圧パターンの
別の一形態における、第１のフィールド（Ａフィール
ド）を示す図である。

【図１２】 図１１に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図１３】 図１および図２に示した固体撮像装置を駆
動するために、垂直転送電極に印加する電圧パターンの
上記別の一形態における、第２のフィールド（Ｂフィー
ルド）を示す図である。

【図１４】 図１３に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図１５】 図１１の電圧パターンの別の例を示す図で
ある。

【図１６】 図１５に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図１７】 図１３の電圧パターンの別の例を示す図で
ある。

【図１８】 図１７に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図１９】 本発明の駆動方法を適用するための固体撮
像装置の一形態（いわゆる３ゲートの固体撮像装置）を
示す平面図である。

【図２０】 図１９に示した固体撮像装置のII−II方向
の部分断面図である。

【図２１】 図１９および図２０に示した固体撮像装置
を駆動するために、垂直転送電極に印加する電圧パター
ンの一形態を示す図である。

【図２２】 図２１に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図２３】 本発明の駆動方法を適用するための固体撮
像装置の一形態（いわゆる４ゲートの固体撮像装置）を
示す平面図である。

【図２４】 図２３に示した固体撮像装置のIII−III方
向の部分断面図である。

【図２５】 図２３および図２４に示した固体撮像装置
を駆動するために、垂直転送電極に印加する電圧パター
ンの一形態を示す図である。

【図２６】 図２５に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【図２７】 固体撮像装置の一般的な構成における、信
号電荷が読み出される方向に沿った断面を示す図であ
る。

【図２８】 図２７に示した固体撮像装置における信号
電荷の読み出し残りを説明するための図である。

【図２９】 信号電荷の読み出しに伴う垂直転送領域の
ポテンシャルの変化における、従来の駆動方法による例
を示す図である。

【図３０】 信号電荷の読み出しに伴う垂直転送領域の
ポテンシャルの変化における、本発明の駆動方法による
例を示す図である。

【図３１】 従来の駆動方法を説明するための固体撮像
装置の平面図である。

【図３２】 図３１に示した固体撮像装置のＶ−Ｖ方向
の部分断面図である。

【図３３】 図３１および図３２に示した固体撮像装置
を駆動するために、垂直転送電極に印加する従来の電圧
パターンにおける、第１のフィールド（Ａフィールド）
を示す図である。

【図３４】 図３３に示した電圧パターンを印加するこ
とにより固体撮像装置の垂直転送領域に生じるポテンシ
ャルの変化を示した図である。

【符号の説明】

１，２，４，５ 信号電荷 ３，６ 混合された信号電荷 １０ フォトダイオード（受光部） １２ 水平転送領域 １３ 出力アンプ １７ 垂直転送領域 １８ 絶縁膜 ２１〜２７，３１〜３７，４１〜４７ 垂直転送電極を
構成する各電極 ７１，７２，７３ 垂直転送電極

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板内に形成された複数の受光部
   と、前記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成さ
   れた転送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電
   極からなる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前
   記受光部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記
   転送領域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しな
   がら前記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法
   であって、 前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すときに、 読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前記受光
   部に対応する前記電極に読み出し電圧Ｖ_Hを印加し、 前記読み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極間に存在し、前
   記読み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極に隣接しない前記
   電極の少なくとも一つに、前記読み出し電圧Ｖ_Hよりも
   低いバリア電圧Ｖ_Lを印加し、かつ前記読み出し電圧Ｖ_H
   が印加される電極に隣接する前記電極に、前記読み出し
   電圧Ｖ_Hよりも低く前記バリア電圧Ｖ_Lよりも高い中間電
   圧Ｖ_Mを印加することを特徴とする固体撮像装置の駆動
   方法。
2. 【請求項２】 半導体基板内に形成された複数の受光部
   と、前記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成さ
   れた転送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電
   極からなる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前
   記受光部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記
   転送領域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しな
   がら前記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法
   であって、 前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すときに、 読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前記受光
   部に対応する前記電極に読み出し電圧Ｖ_Hの印加を開始
   する時刻よりも所定の時間だけ前の時刻から前記読み出
   し電圧Ｖ_Hの印加を終了する時刻までの間に、 前記読み出しの対象とする信号電荷が存在する受光部に
   隣接する前記受光部に対応する前記電極に、前記読み出
   し電圧Ｖ_Hを印加するときの電圧変化と逆の電圧変化を
   与えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 半導体基板内に形成された複数の受光部
   と、前記半導体基板内の前記受光部の列に沿って形成さ
   れた転送領域と、前記転送領域上に配置された複数の電
   極からなる転送電極とを備えた固体撮像装置を用い、前
   記受光部に蓄積された信号電荷を、前記受光部から前記
   転送領域に読み出し、前記複数の電極に電圧を印加しな
   がら前記転送領域内を転送する固体撮像装置の駆動方法
   であって、 前記信号電荷を前記転送領域へと読み出すときに、 読み出しの対象とする前記信号電荷が存在する前記受光
   部に対応する前記電極に読み出し電圧Ｖ_Hの印加を開始
   する時刻よりも所定の時間だけ前の時刻から前記読み出
   し電圧Ｖ_Hの印加を終了する時刻までの間に、 前記読み出し電圧Ｖ_Hが印加される電極以外であってこ
   の電極に隣接しない前記電極に、前記読み出し電圧Ｖ_H
   を印加するときの電圧変化と逆の電圧変化を与えること
   を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
4. 【請求項４】 複数の受光部が行列状に配置され、転送
   領域が垂直転送領域であり、前記垂直転送領域の端部に
   は水平転送領域が接続しており、複数の受光部が前記垂
   直転送領域に沿って一つおきに配置された受光部からな
   る第１の受光部群と、前記受光部と交互に配置された受
   光部からなる第２の受光部群とからなり、前記複数の受
   光部にそれぞれ２つの電極が対応し、 前記第１の受光部群に属する受光部から読み出した第１
   の信号電荷を、前記第２の受光部群に属する受光部に対
   応する電極下方の前記垂直転送領域にまで転送し、前記
   第２の受光部群に属する受光部から第２の信号電荷を読
   み出すとともに前記第１の信号電荷と混合し、混合した
   信号電荷をさらに前記垂直転送領域内を前記水平転送領
   域にまで転送する第１のフィールドの駆動と、 前記第２の受光部群に属する受光部から読み出した第２
   の信号電荷を、前記第１の受光部群に属する受光部に対
   応する電極下方の前記垂直転送領域にまで転送し、前記
   第１の受光部群に属する受光部から第１の信号電荷を読
   み出すとともに前記第２の信号電荷と混合し、混合した
   信号電荷をさらに前記垂直転送領域内を前記水平転送領
   域にまで転送する第２のフィールドの駆動と、を含む請
   求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方
   法。
5. 【請求項５】 複数の受光部が行列状に配置され、転送
   領域が垂直転送領域であり、前記垂直転送領域の端部に
   は水平転送領域が接続しており、複数の受光部が前記垂
   直転送領域に沿って一つおきに配置された受光部からな
   る第１の受光部群と、前記受光部と交互に配置された受
   光部からなる第２の受光部群とからなり、前記複数の受
   光部にそれぞれ２つの電極が対応し、 前記第１の受光部群に属する受光部から読み出した第１
   の信号電荷を前記垂直転送領域内を前記水平転送領域に
   まで転送する第１のフィールドの駆動と、 前記第２の受光部群に属する受光部から読み出した第２
   の信号電荷を前記垂直転送領域内を前記水平転送領域に
   まで転送する第２のフィールドの駆動とにより、 前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを個別に前
   記水平転送領域にまで転送する請求項１〜３のいずれか
   に記載の固体撮像装置の駆動方法。
6. 【請求項６】 複数の受光部が前記転送領域に沿って一
   つおきに配置された受光部からなる第１の受光部群と、
   前記受光部と交互に配置された受光部からなる第２の受
   光部群とからなり、前記複数の受光部にそれぞれ３つの
   電極が対応し、 前記第１の受光部群に属する受光部から第１の信号電荷
   を読み出し、 前記第１の受光部群に属する受光部に対応する前記３つ
   の電極の両端の電極にバリア電圧Ｖ_Lを印加し、かつ前
   記両端の電極に挟まれた中央の電極に中間電圧Ｖ_Mを印
   加して前記中央の電極下方の前記転送領域に前記第１の
   信号電荷を保持しながら、前記第２の受光部群に属する
   受光部から第２の信号電荷を読み出す請求項１〜３のい
   ずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
7. 【請求項７】 複数の受光部にそれぞれ４以上の電極が
   対応し、転送領域に沿って配置された受光部群から信号
   電荷を同時に読み出す請求項１〜３のいずれかに記載の
   固体撮像装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 読み出した信号電荷を、互いに混合する
   ことなく、転送領域内を転送する請求項６または７に記
   載の固体撮像装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 半導体基板内に形成された複数の受光部
   と、前記受光部の列に沿って前記半導体基板内に形成さ
   れた転送領域と、前記受光部ごとに３つの電極が対応す
   るように前記転送領域上に配置された転送電極とを備
   え、 さらに、前記転送領域に沿って一つおきに配置された受
   光部からなる第１の受光部群に対応する前記電極からな
   る第１の電極群と、前記第１の受光部群に属する受光部
   と交互に配置された受光部からなる第２の受光部群に対
   応する前記電極からなる第２の電極群とに個別に接続す
   る２以上の系統の配線を備えたことを特徴とする固体撮
   像装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれかに記載の駆動
    方法を実施するための電圧パターンを電源から転送電極
    を構成する各電極に付与するコントローラと、当該駆動
    方法が記載された請求項１〜８のいずれかに記載の固体
    撮像装置とを備えたことを特徴とするカメラ。
11. 【請求項１１】 転送領域と転送電極との間に形成され
    る絶縁膜が、膜厚方向の誘電効果が等価となるようにシ
    リコン酸化膜に置換したときに、１００ｎｍ以下の膜厚
    を有する前記固体撮像装置を用いる請求項１０に記載の
    カメラ。