JP2008311970A - 固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直ＣＣＤの経年劣化を低減すると共に読み出し電圧を低減することが可能な固体撮像装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】行列状に配置された複数のフォトダイオード２１０と、複数のフォトダイオード２１０の列毎に設けられ、複数の転送電極Ｖ１〜Ｖ６を有する複数の垂直ＣＣＤ２２０とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、複数の転送電極のいずれかをハイレベルの電位Ｖ_Hとすることにより、フォトダイオード２１０から信号電荷を読み出し、電位Ｖ_Hよりも低いミドルレベルの電位Ｖ_Mと電位Ｖ_Mよりも低いローレベルの電位Ｖ_Lとを持つ駆動パルスを転送電極Ｖ１〜Ｖ６に印加することにより、読み出された信号電荷を列方向に転送し、信号電荷の読み出しでは、電位Ｖ_Hが印加されている間は、電位Ｖ_Hとされている転送電極に隣接する転送電極を電位Ｖ_Mとし、かつ電位Ｖ_Hとされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を変化させる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、固体撮像装置の駆動方法に関し、特に垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法に関する。

一般的に、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の撮像装置を構成する固体撮像装置には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置が利用されている。ＣＣＤ型固体撮像装置においては、光入射によりフォトダイオードで生成した信号電荷が垂直ＣＣＤに読み出され、垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤにより電荷検出部（ＦＤ部）まで転送される。

このようなＣＣＤ型固体撮像装置において、フォトダイオードから垂直ＣＣＤへの読み出し電圧を低くし、消費電力の低減を図った場合、図２４に示されるような問題が生じる。すなわち、転送電極５２３Ｃに印加される読み出し電圧φＶ１が低くなると、チャネルストップ５２８のポテンシャル変動（ＧＮＤ≧正方向の変動）の影響が大きくなり、フォトダイオード５２４に蓄積された信号電荷の一部が垂直ＣＣＤ５２５に読み出されず、信号電荷の読み出し残りが生じるのである。このような問題を解決する技術として特許文献１に記載の固体撮像装置の駆動方法がある。

この駆動方法においては、転送電極５２３Ｃに読み出し電圧φＶ１を印加する際に、読み出し電圧φＶ１に対して逆極性に遷移された逆変調パルスをこの転送電極５２３Ｃに隣接する転送電極に印加している。これにより、図２５に示されるように、転送電極５２３Ｃ下にあるチャネルストップ５２８のポテンシャル変動の影響を抑えることができるため、フォトダイオード５２４の信号電荷の読み出し残りの発生を防止できる。
特開平７−３２２１４３号公報

ところで、特許文献１に記載の固体撮像装置の駆動方法では、転送電極５２３Ｃに隣接する転送電極に逆変調パルスが印加されるため、転送電極５２３Ｃとそれに隣接する転送電極との間に大きな電圧差が発生する。

従って、フォトダイオード５２４や垂直ＣＣＤ５２５が形成されたシリコン基板において、アバランシェ降伏が生じ強い電界が発生する。その結果、発生する信号電荷の一部がゲート絶縁膜にたたき込まれて垂直ＣＣＤ５２５に不均一なポテンシャルが形成され、垂直ＣＣＤの転送効率及び読み出し効率の経年劣化という新たな問題が発生する。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減すると共に読み出し電圧を低減することが可能な固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配置された複数のフォトダイオードと、前記複数のフォトダイオードの列毎に設けられ、複数の転送電極を有する複数の垂直転送手段とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の転送電極のいずれかを前記第１電位とすることにより、前記フォトダイオードから信号電荷を読み出す読み出しステップと、前記第１電位よりも低い第２電位と前記第２電位よりも低い第３電位とを持つ駆動パルスを前記複数の転送電極に印加することにより、前記読み出された信号電荷を列方向に転送する転送ステップとを含み、前記読み出しステップでは、前記第１電位が印加されている間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接する転送電極を前記第２電位とし、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を第２電位から第３電位又は第３電位から第２電位に変化させることを特徴とする。ここで、前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を前記第１電位の逆極性の電位に変化させてもよい。

これによって、フォトダイオードの信号電荷が読み出されるときに、第１電位つまり読み出し電圧が印加されている転送電極に隣接する転送電極には、第３電位では無くそれより高い第２電位が印加される。従って、隣接する転送電極間の電位差を特許文献１に記載の駆動方法と比較して小さくできるので、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減することができる。

また、読み出し電圧が印加された転送電極下のポテンシャル変動の影響を抑えることができ、さらに同転送電極下のポテンシャル形状がフォトダイオードから転送電極に向かって漸次下がる傾斜のついたものに変化する。その結果、フォトダイオードの信号電荷の読み出し残りの発生が防止されるので、読み出し電圧を低減することができる。

また、前記複数の転送電極に前記駆動パルスを供給する配線は、シャント配線構造を有してもよい。

これによって、信号電荷の高速転送を実現できる。
また、前記第１電位とされる転送電極及びこれに隣接する転送電極では、前記第１電位とされる転送電極がこれに隣接する転送電極よりも大きな面積を有してもよい。

これによって、フォトダイオードの信号電荷の読み出し通路上に設けられ、フォトダイオードの信号電荷の読み出し電圧が印加される転送電極の面積が大きくなる。その結果、画素を微細化した場合でも、信号電荷の読み出しに必要な読み出しチャンネル幅を確保することがでる。

また、前記転送ステップでは、前記複数の転送電極に５相以上の駆動パルスが印加されてもよい。

これによって、固体撮像装置の小型化に伴い画素が微細化され、信号電荷の転送容量が小さくなった場合においても、十分な転送容量を確保することができ、固体撮像装置の小型化と、感度特性、スミア特性及び飽和特性等の画像特性の向上との両立を実現することができる。

また、前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位を変化させてもよい。また、前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位を同時に前記第１電位の逆極性に変化させてもよい。

これによって、読み出し電圧が印加された転送電極下のポテンシャル形状がフォトダイオードから転送電極に向かって漸次下がる大きな傾斜のついたものに変化する。その結果、フォトダイオードの信号電荷の読み出し残りの発生が高確率で防止されるので、読み出し電圧を大きく低減することができる。

また、前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない所定の転送電極の電位を２回変化させてもよい。

これによって、所定の転送電極について電位を変化させた後で元の電位に戻すことができるので、転送容量を犠牲にすることなく、読み出し電圧を大きく低減することができる。

また本発明は、行列状に配置された複数のフォトダイオードと、前記複数のフォトダイオードの列毎に設けられ、複数の転送電極を有する複数の垂直転送手段と、前記複数の転送電極のいずれかを前記第１電位とすることにより、前記フォトダイオードから信号電荷を読み出し、前記第１電位よりも低い第２電位と前記第２電位よりも低い第３電位とを持つ駆動パルスを前記複数の転送電極に印加することにより、前記読み出された信号電荷を列方向に転送し、前記信号電荷の読み出しでは、前記第１電位が印加されている間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接する転送電極を前記第２電位とし、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を第２電位から第３電位又は第３電位から第２電位に変化させる転送制御手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置とすることもできる。

これによって、信号電荷の転送効率の経年劣化を低減すると共に読み出し電圧を低減することができる。

本発明によれば、信号電荷の転送効率の経年劣化を低減すると共に読み出し電圧を低減することができる。

以下、本発明の実施形態における固体撮像装置の駆動方法について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。

図１より、入射光を光電変換し、光電変換することにより生じた信号電荷を転送するＣＣＤ型の固体撮像素子１００と、クロックドライバ（ＶＤｒ）１１０と、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）やＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）の処理を行なう前処理部（ＣＤＳ／ＡＧＣ）１２０と、画素補間や輝度・色差処理等を行なって映像信号を出力するデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３０と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４０とを備える。

ＶＤｒ１１０は、ＴＧ１４０から出力されたロジック信号Ｖ１〜Ｖ６、ＣＨ１、２、３から駆動パルスφＶ１〜φＶ６を生成し、駆動パルスφＶ１〜φＶ６を固体撮像素子１００に供給し、垂直ＣＣＤによる電荷転送を制御する。駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、ハイレベルの電位Ｖ_H、電位Ｖ_Hよりも低いミドルレベルの電位Ｖ_M、及び電位Ｖ_Mよりも低いローレベルの電位Ｖ_Lの３つの電位を持つパルスである。例えば、駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、電位Ｖ_Hとしての１２Ｖ、電位Ｖ_Mとしての０Ｖ、及び電位Ｖ_Lとしての−６Ｖの３つの電位を持つパルスとされる。なお、ＶＤｒ１１０は、本発明の転送制御手段の一例である。

ＴＧ１４０は、ＤＳＰ１３０から水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ及びクロック信号ＭＣＫの各パルスの入力を受け、固体撮像素子１００の駆動に用いられる駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＲと、ロジック信号Ｖ１〜Ｖ６、ＣＨ１、２、３とを生成するとともに、前処理部１２０及びＤＳＰ１３０に信号処理パルスＰＲＯＣを出力する。

図２は、本実施形態の固体撮像素子１００の詳細な構成を示す図である。
この固体撮像素子１００では、シリコン基板に複数のフォトダイオード２１０、複数の垂直ＣＣＤ（垂直転送部）２２０、水平ＣＣＤ（水平転送部）２３０及び出力アンプ２４０が形成されている。

複数のフォトダイオード２１０は、行列状（２次元状）に配置され、光電変換した信号電荷を蓄積する。各フォトダイオード２１０の上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色のカラーフィルタがそれぞれ配置されている。

垂直ＣＣＤ２２０は、複数のフォトダイオード２１０の列毎に設けられた、転送電極Ｖ１〜Ｖ６を有する６相駆動のＣＣＤである。転送電極Ｖ１〜Ｖ６にはそれぞれ駆動パルスφＶ１〜φＶ６が印加される。垂直ＣＣＤ２２０では、駆動パルスφＶ１〜φＶ６の印加に応じてフォトダイオード２１０から読み出された信号電荷が列方向（図２のｂ方向）に転送される。

水平ＣＣＤ２３０は、転送電極Ｈ１及びＨ２を有する２相駆動のＣＣＤである。転送電極Ｈ１及びＨ２にはそれぞれ駆動パルスφＨ１及びφＨ２が印加される。水平ＣＣＤ２３０は、駆動パルスφＨ１及びφＨ２の印加に応じて複数の垂直ＣＣＤ２２０により転送された信号電荷を行方向（図２のａ方向）に転送する。

図３は、垂直ＣＣＤ２２０の電極構造を示す上面図である。図３より、垂直ＣＣＤ２２０の隣接する２つの転送電極は、一方の面積が他方の面積よりも大きい。具体的には、転送電極Ｖ１、Ｖ３及びＶ５の面積が転送電極Ｖ２、Ｖ４及びＶ６の面積よりも大きい。これにより、フォトダイオード２１０の信号電荷の読み出し通路上に設けられ、フォトダイオード２１０の信号電荷の読み出し電圧、つまり電位Ｖ_Hが印加される転送電極の面積が大きくなる。その結果、画素を微細化した場合でも、信号電荷の読み出しに必要な読み出しチャンネル幅を確保することができる。

なお、図３では、垂直ＣＣＤ２２０の隣接する２つの転送電極はその一部が互いにオーバーラップする２層構造で形成され、２層構造を構成しているが、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、後述する図９のように、垂直ＣＣＤ２２０の隣接する２つの転送電極がオーバーラップせずに、２つの転送電極が接するように形成された単層構造であってもよい。単層構造の場合は、転送電極間のカップリング容量を低減させることが出来る。

図４Ａ〜４Ｃは、上記構造を有する垂直ＣＣＤ２２０における信号電荷の転送方法を示す図である。図４Ａは同転送方法を示すタイミングチャートであり、図４Ｂは同転送方法を示す電荷転送イメージ図であり、図４Ｃは同転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。なお、同転送方法は、本発明の固体撮像装置の駆動方法の一例である。

時間ｔ１において、駆動パルスφＶ４はローレベルにあり、転送電極Ｖ４には電位Ｖ_Lが印加される。その結果、信号電荷を蓄積するためのポテンシャル井戸が転送電極Ｖ１〜Ｖ３及びＶ５〜Ｖ６下に形成される。

時間ｔ２において、駆動パルスφＶ１はハイレベルとされ、転送電極Ｖ１には電位Ｖ_Hが印加される。その結果、転送電極Ｖ１に対応して設けられたフォトダイオード２１０の信号電荷が転送電極Ｖ１下に読み出される。転送電極Ｖ１に電位Ｖ_Hが印加されているときには、駆動パルスφＶ６及びφＶ２はミドルレベルとされており、転送電極Ｖ１に隣接する転送電極Ｖ６及びＶ２には共に電位Ｖ_Mが印加されている。従って、隣接する転送電極間、つまり転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ６及びＶ２との間の電位差は小さくなるので、特許文献１に記載の技術のように基板に強い電界が発生せず、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減することができる。

時間ｔ３において、駆動パルスφＶ３及びφＶ５は駆動パルスφＶ１と逆極性の電位に同時に変化されてローレベルとされ、転送電極Ｖ３及びＶ５の電位が同時に電位Ｖ_Hと逆極性の電位Ｖ_Lに変化される。これにより、信号電荷の読み出しに寄与する転送電極Ｖ１下のポテンシャル変動の影響を抑えることができ、さらに転送電極Ｖ１下のポテンシャル形状がフォトダイオード２１０から垂直ＣＣＤ２２０に向かって漸次下がる大きな傾斜のついたものに変化する。その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が防止される。

時間ｔ４において、駆動パルスφＶ３はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ３には電位Ｖ_Mが印加される。これにより、信号電荷の読み出しに寄与する転送電極Ｖ１下のポテンシャル形状がさらに変化する。その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が高確率で防止される。

時間ｔ５において、駆動パルスφＶ１はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ１には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ１〜Ｖ３及びＶ６下のポテンシャル井戸に転送される。

時間ｔ６において、駆動パルスφＶ４はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ４には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ１〜Ｖ４及びＶ６下のポテンシャル井戸に転送される。

図５Ａ〜５Ｄは、上記構造を有する垂直ＣＣＤ２２０における信号電荷の混合（画素混合）を示す図である。図５Ａは同信号電荷の混合を示すタイミングチャートであり、図５Ｂは同信号電荷の混合を示す電荷混合転送イメージ図であり、図５Ｃ、図５Ｄは同信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。

時間ｔ１において、駆動パルスφＶ５及びφＶ６はローレベルにあり、転送電極Ｖ５及びＶ６には電位Ｖ_Lが印加される。その結果、信号電荷を蓄積するためのポテンシャル井戸が転送電極Ｖ１〜Ｖ４下に形成される。

時間ｔ２において、駆動パルスφＶ５はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ５には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、信号電荷を蓄積するためのポテンシャル井戸が転送電極Ｖ１〜Ｖ５下に形成される。

時間ｔ３において、駆動パルスφＶ３はハイレベルとされ、転送電極Ｖ３には電位Ｖ_Hが印加される。その結果、転送電極Ｖ３に対応して設けられたフォトダイオード２１０の信号電荷（図５Ｃにおけるａ）が転送電極Ｖ３下に読み出される。転送電極Ｖ３に電位Ｖ_Hが印加されているときには、転送電極Ｖ３に隣接する転送電極Ｖ２及びＶ４には共に電位Ｖ_Mが印加され、隣接する転送電極間の電位差は小さくなるので、垂直ＣＣＤ２２０の経年劣化を低減することができる。

時間ｔ４において、駆動パルスφＶ１及びφＶ５は駆動パルスφＶ３と逆極性の電位に同時に変化されてローレベルとされ、転送電極Ｖ１及びＶ５の電位が同時に電位Ｖ_Hと逆極性の電位Ｖ_Lに変化される。これにより、信号電荷の読み出しに寄与する転送電極Ｖ３下のポテンシャル変動の影響を抑えることができ、さらに転送電極Ｖ３下のポテンシャル形状がフォトダイオード２１０から垂直ＣＣＤ２２０に向かって漸次下がる大きな傾斜のついたものに変化するので、読み出し残りの発生が防止される。

時間ｔ５において、駆動パルスφＶ５はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ５には電位Ｖ_Mが印加される。これにより、信号電荷の読み出しに寄与する転送電極Ｖ３下のポテンシャル形状がさらに変化するので、読み出し残りの発生が高確率で防止される。

時間ｔ６において、駆動パルスφＶ３はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ３には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ２〜Ｖ５下のポテンシャル井戸に転送される。

時間ｔ７〜１３において、駆動パルスφＶ１〜φＶ４の電位を変化させることで、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５及びＶ６下のポテンシャル井戸に転送される。

時間ｔ１４において、駆動パルスφＶ１はハイレベルとされ、転送電極Ｖ１には電位Ｖ_Hが印加される。その結果、転送電極Ｖ１に対応して設けられたフォトダイオード２１０の信号電荷（図５Ｃにおけるｂ）が転送電極Ｖ１下に読み出され、既に読み出された信号電荷（図５Ｃにおけるａ）と混合される。転送電極Ｖ１に電位Ｖ_Hが印加されているときには、転送電極Ｖ１に隣接する転送電極Ｖ６及びＶ２には共に電位Ｖ_Mが印加され、隣接する転送電極間の電位差は小さくなるので、垂直ＣＣＤ２２０の経年劣化を低減することができる。

時間ｔ１５〜２４において、ｔ４〜ｔ１３までと同様の動作が行われ、混合された信号電荷（図５Ｃにおけるａ＋ｂ）が転送電極Ｖ３〜Ｖ６及びＶ１下のポテンシャル井戸に転送される。

時間ｔ２５において、駆動パルスφＶ５はハイレベルとされ、転送電極Ｖ５には電位Ｖ_Hが印加される。その結果、転送電極Ｖ５に対応して設けられたフォトダイオード２１０の信号電荷（図５Ｄにおけるｃ）が転送電極Ｖ５下に読み出され、既に混合された信号電荷（図５Ｄにおけるａ＋ｂ）と混合される。転送電極Ｖ５に電位Ｖ_Hが印加されているときには、転送電極Ｖ５に隣接する転送電極Ｖ４及びＶ６には共に電位Ｖ_Mが印加され、隣接する転送電極間の電位差は小さくなるので、垂直ＣＣＤ２２０の経年劣化を低減することができる。

時間ｔ２６〜３４において、混合された信号電荷（図５Ｄにおけるａ＋ｂ＋ｃ）が水平ＣＣＤ２３０に向けて転送される。

以上のように、本実施形態の信号電荷の転送方法によれば、フォトダイオード２１０の信号電荷が読み出されるときに、読み出し電圧つまり電位Ｖ_Hが印加されている転送電極に隣接する転送電極には、電位Ｖ_Lでは無く電位Ｖ_Mが印加される。従って、隣接する転送電極間の電位差を特許文献１に記載の駆動方法と比較して小さくできるので、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減することができる。

また、本実施形態の信号電荷の転送方法によれば、フォトダイオード２１０の信号電荷が読み出されるときに、読み出し電圧が印加されている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位が変化される。従って、読み出し電圧が印加された転送電極下のポテンシャル変動の影響を抑えることができ、さらに同転送電極下のポテンシャル形状がフォトダイオード２１０から垂直ＣＣＤ２２０に向かって漸次下がる大きな傾斜のついたものに変化する。

その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が防止されるので、読み出し電圧を低減することができる。読み出し残りが発生した場合、フォトダイオード２１０毎の信号電荷の読み出し量のばらつきが生じるため、画像のざらつき等の画像不良が発生する。よって、読み出し残りの発生の防止は、画像不良の防止につながる。

また、本実施形態の信号電荷の転送方法によれば、フォトダイオード２１０の信号電荷が読み出されるときに、読み出し電圧が印加される転送電極に隣接しない転送電極の電位が２回変化される。従って、読み出し電圧が印加された転送電極下のポテンシャル形状がさらに変化する。その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が高確率で防止されるので、読み出し電圧を大きく低減することができる。また、読み出し電圧が印加される転送電極に隣接しない転送電極について電位を変化させた後で元の電位に戻すことができるので、転送容量を犠牲にすることなく、読み出し電圧を大きく低減することができる。

また、本実施形態の信号電荷の転送方法によれば、垂直ＣＣＤ２２０は転送電極Ｖ１〜Ｖ６を有する６相駆動のＣＣＤである。従って、固体撮像装置の小型化に伴い画素が微細化され、垂直ＣＣＤの転送容量が小さくなった場合においても、十分な転送容量を確保することができ、固体撮像装置の小型化と、感度特性、スミア特性及び飽和特性等の画像特性の向上との両立を実現することができる。

なお、本実施形態の信号電荷の転送方法において、読み出し電圧が印加されている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位が変化されるとしたが、１つの転送電極の電位のみが変化されてもよい。

図６Ａ〜６Ｃ及び図７Ａ〜７Ｃは、この場合の信号電荷の転送方法を示す図である。図６Ａ及び７Ａは同転送方法を示すタイミングチャートであり、図６Ｂ及び７Ｂは同転送方法を示す電荷転送イメージ図であり、図６Ｃ及び７Ｃは同転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。

図６Ａ〜６Ｃの信号電荷の転送方法は、時間ｔ３において駆動パルスφＶ５のみが変化されてローレベルとされ、転送電極Ｖ５の電位のみが電位Ｖ_Lに変化されるという点で図４に示される信号電荷の転送方法と異なる。図７Ａ〜７Ｃの信号電荷の転送方法は、時間ｔ３において駆動パルスφＶ３のみが変化されてローレベルとされ、転送電極Ｖ３の電位のみが電位Ｖ_Lに変化されるという点で図４に示される信号電荷の転送方法と異なる。いずれの場合にも、本実施形態の信号電荷の転送方法と比較してポテンシャル井戸が大きくなるので、電荷転送容量を大きくすることができる。

また、本実施形態の信号電荷の転送方法において、読み出し電圧が印加されている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位が同時に変化されるとしたが、一方の転送電極の電位が変化された後で他方の転送電極の電位が変化されてもよい。

図８Ａ〜８Ｃは、この場合の信号電荷の転送方法を示す図である。図８Ａは同転送方法を示すタイミングチャートであり、図８Ｂは同転送方法を示す電荷転送イメージ図であり、図８Ｃは同転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。

この信号電荷の転送方法は、時間ｔ３において駆動パルスφＶ５が変化されてローレベルとされて転送電極Ｖ５の電位が電位Ｖ_Lに変化された後、時間ｔ４において駆動パルスφＶ３が変化されてローレベルとされて転送電極Ｖ３の電位が電位Ｖ_Lに変化されるという点で図４に示される信号電荷の転送方法と異なる。

また、本実施形態の信号電荷の転送方法において、読み出し電圧が印加されている転送電極に隣接しない転送電極の電位が２回変化されるとしたが、１つの転送電極の電位を１回だけ変化させてもよいし、３回以上変化させてもよい。

（第２の実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、転送電極Ｖ１〜Ｖ６に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造を有するという点で第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態の固体撮像装置では、垂直ＣＣＤ上に設けられ、垂直ＣＣＤの垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）への光の入射を防止する遮光膜が導電性遮光膜とされ、垂直ＣＣＤの転送電極に駆動パルスを供給するための配線として機能している。

図９は、本実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の構造を示す上面図である。図１０Ａは、同固体撮像素子の断面図（図９のＡ−Ａ’線における断面図）である。図１０Ｂは、同固体撮像素子の断面図（図９のＢ−Ｂ’線における断面図）である。

この固体撮像素子は、垂直ＣＣＤ上つまり転送電極Ｖ１〜Ｖ６上に配設された列方向（図９のｂ方向）に走る導電性遮光膜３００ａ、３００ｂ及び３００ｃと、行方向（図９のａ方向）に走る遮光膜３３０とを備える。導電性遮光膜３００ａ、３００ｂ及び３００ｃは、それぞれ行方向で電気的に分離されている。導電性遮光膜３００ａは、コンタクト３２０を介して転送電極Ｖ３と電気的に接続され、転送電極Ｖ３に駆動パルスφＶ３を供給する。導電性遮光膜３００ｂは、コンタクト３２０を介して転送電極Ｖ２と電気的に接続され、転送電極Ｖ２に駆動パルスφＶ２を供給する。導電性遮光膜３００ｃは、コンタクト３２０を介して転送電極Ｖ１と電気的に接続され、転送電極Ｖ１に駆動パルスφＶ１を供給する。

以上のように本実施形態の固体撮像装置によれば、垂直ＣＣＤにおいて第１の実施形態と同様の信号電荷の転送方法により信号電荷が転送される。従って、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減すると共に読み出し電圧を低減することができる。

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、固体撮像素子の転送電極Ｖ１〜Ｖ６に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造を有する。従って、信号電荷の高速転送が可能になる。これについて以下で詳述する。

図１１Ａは転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造でない固体撮像素子の構造を示す上面図であり、図１１Ｂは同固体撮像素子の各部位における駆動パルスの波形を示す図である。図１２Ａは、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子の構造を示す上面図であり、図１２Ｂは同固体撮像素子の各部位における駆動パルスの波形を示す図である。

いずれの固体撮像素子においても、入力端子に金属材料から構成される周辺配線４００が接続され、この周辺配線４００にポリシリコン材料から構成されるφＶ電極４１０が接続されている。ポリシリコン材料は抵抗成分が高いため、φＶ電極４１０を伝達する駆動パルスの波形は鈍っていく。これは入力端子からの配線距離が長くなるほど顕著になるため、入力端子（図１１ＡにおけるＡ部）、及び撮像領域４３０の周辺部（図１１ＡにおけるＢ部）並びに中央部（図１１ＡにおけるＣ部）における駆動パルスの波形は、図１１Ｂに示されるように、互いにずれたものとなる。その結果、垂直ＣＣＤの転送速度が低下し、また撮像領域４３０の周辺部及び中央部で電荷転送能力が異なることになる。

しかしながら、図１２Ａの固体撮像素子においては、タングステン等の金属材料から構成される導電性遮光膜４４０が周辺配線４００及びφＶ電極４１０にコンタクト４５０を介して接続されている。金属材料は抵抗成分が極めて低いため、導電性遮光膜４４０を伝達する駆動パルスの波形は殆ど鈍らない。従って、入力端子（図１２ＡにおけるＡ部）、及び撮像領域４３０の周辺部（図１２ＡにおけるＢ部）並びに中央部（図１２ＡにおけるＣ部）における駆動パルスの波形は、図１２Ｂに示されるように、略同じものとなる。その結果、垂直ＣＣＤの転送速度の低下がなくなり、また撮像領域４３０の周辺部及び中央部での電荷転送能力の差はなくなるのである。

一方、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子は、信号電荷の高速転送を可能にするものの、垂直ＣＣＤの信号電荷の転送効率については劣化するため、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造でない固体撮像素子では顕著にみられない撮像領域内の画像不良が生じる。これについて以下で詳述する。

図１３は、垂直ＣＣＤの転送効率の劣化が起こるメカニズムを説明するための固体撮像素子の断面図である。図１４は、読み出し電圧の波形を示す図である。

フォトダイオード４６０に蓄積された信号電荷は、遮光膜４７３下方の垂直ＣＣＤ４７０の転送電極４７１に読み出し電圧を印加することにより読み出されるが（図１３（ａ））、長期間使用されて読み出しが繰り返されると、信号電荷の一部がＶＣＣＤを突き抜け（図１３（ｂ））、信号電荷の一部がゲート絶縁膜４７２にトラップされ、垂直ＣＣＤが劣化する（図１３（ｃ））。従って、通常状態（劣化していない状態）の垂直ＣＣＤにおいては、転送電極４７１に印加される読み出し電圧の波形（図１４（ａ））と略同一の波形（図１４（ｂ））の読み出し電圧がＶＣＣＤに印加されるが、劣化状態の垂直ＣＣＤにおいては、ゲート絶縁膜４７２がマイナスの電荷を帯びているため、転送電極４７１に印加される読み出し電圧の波形（図１４（ａ））からマイナス側にシフトした波形（図１４（ｃ））の読み出し電圧がＶＣＣＤに印加されることとなる。その結果、垂直ＣＣＤの転送効率が劣化する。

このような垂直ＣＣＤの転送効率の劣化は、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子では、画像のざらつき等の顕著な画像不良につながる。なぜならば、この固体撮像素子では、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造でない固体撮像素子と異なり、垂直ＣＣＤの各部位で劣化の程度が異なるため、フォトダイオードに応じて垂直ＣＣＤの劣化が与える影響が異なることとなり、垂直ＣＣＤの劣化が画像のざらつき等の顕著な画像不良として現れるのである。

具体的には、図１５の固体撮像素子の断面図に示されるように、読み出し電圧（電位Ｖ_H）を供給する導電性遮光膜４７３ｃの下方に位置する垂直ＣＣＤでは、コンタクト４７４を介して転送電極４７１ｃに読み出し電圧（電位Ｖ_H）が印加された場合、転送電極４７１ｃと導電性遮光膜４７３ｃとの間に電位差が生じない。従って、信号電荷のゲート絶縁膜４７２へのトラップが殆ど生じず、垂直ＣＣＤの劣化が起こる確率は低い。

しかし、読み出し電圧より低い電圧（電位Ｖ_M又はＶ_L）を供給する導電性遮光膜４７３ａ又は４７３ｂの下方に位置する垂直ＣＣＤでは、転送電極４７１ａ又は４７１ｂに読み出し電圧（電位Ｖ_H）が印加された場合、転送電極４７１ａと導電性遮光膜４７３ａ又は転送電極４７１ｂと導電性遮光膜４７３ｂとの間に電位差が生じる。

そして、この電位差は転送電極４７１ａと導電性遮光膜４７３ａとの間で特に大きい。従って、導電性遮光膜４７３ａ又は４７３ｂの下方の垂直ＣＣＤにおいては、垂直ＣＣＤの劣化が起こる確率は高い。その結果、垂直ＣＣＤの各部位で劣化の程度が異なることとなるのである。

これに対して、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造でない固体撮像素子では、遮光膜はＧＮＤにつなぐか不定の状態とされるため、垂直ＣＣＤの転送効率の劣化そのものが起こり難く、また起こったとしても顕著な画像不良につながらない。

以上より、本実施形態の固体撮像装置は、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減することが可能であるため、垂直ＣＣＤの劣化が起こり易く、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造を備えた場合は特に有用である。

以上、本発明の固体撮像装置の駆動方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施形態において、垂直ＣＣＤは、転送電極Ｖ１〜Ｖ６を有する６相駆動のＣＣＤであるとした。しかし、上記実施形態の信号電荷の転送方法が適用可能なＣＣＤであれば、つまり５相以上の駆動パルスが印加される複数の転送電極を有するＣＣＤであればこれに限られず、例えば８相駆動のＣＣＤであってもよい。

（第１、第２の実施形態の変形例）
上述した実施形態では垂直ＣＣＤの転送電極（垂直転送電極）が６相構造の固体撮像素子の場合について説明したが、垂直転送電極が１２相構造の固体撮像素子でも６相構造の固体撮像素子と同様の効果を得ることが出来る。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る固体撮像装置であり、１２相構造の垂直転送電極を用いた固体撮像装置について説明する。

図１６は本変形例の固体撮像装置の概略構成を示す図であり、図１７は、本変形例の固体撮像素子１００の詳細な構成を示す図である。

また、図１８〜２０は１２相の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示す図である。図１８は同転送方法を示すタイミングチャートであり、図１９は同転送方法を示す電荷転送イメージ図であり、図２０は同転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。

まず、図１８より、時間ｔ１において、駆動パルスφＶ８〜φＶ１０はローレベルにあり、転送電極Ｖ８〜Ｖ１０には電位Ｖ_Lが印加される。その結果、信号電荷を蓄積するためのポテンシャル井戸が転送電極Ｖ１〜Ｖ７及びＶ１１、Ｖ１２下に形成される。

時間ｔ２において、駆動パルスφＶ１はハイレベルとされ、転送電極Ｖ１には電位Ｖ_Hが印加される。その結果、転送電極Ｖ１に対応して設けられたフォトダイオード２１０の信号電荷が転送電極Ｖ１下に読み出される。転送電極Ｖ１に電位Ｖ_Hが印加されているときには、駆動パルスφＶ１２及びφＶ２はミドルレベルとされており、転送電極Ｖ１に隣接ずる転送電極Ｖ１２及びＶ２にはともに電位Ｖ_Mが印加されている。従って、隣接する転送電極間、つまり転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ１２及びＶ２との間の電位差は小さくなるので、特許文献１に記載の技術のように基板に強い電界が発生せず、垂直ＣＣＤの経年劣化を低減することができる。

時間ｔ３において駆動パルスφＶ３とφＶ１１は駆動パルスφＶ１と逆極性の電位に同時に変化されてローレベルとされ、転送電極Ｖ３及びＶ１１の電位が同時に電位Ｖ_Hと逆極性の電位Ｖ_Lに変化される。これにより、信号電荷の読出しに寄与する転送電極Ｖ１下のポテンシャル変動の影響を抑えることができ、さらに転送電極Ｖ１下のポテンシャル形状がフォトダイオード２１０から垂直ＣＣＤ２２０に向かって漸次下がる大きな傾斜のついたものに変化する。その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読出し残りの発生が防止される。

時間ｔ４において、駆動パルスφＶ３はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ３には電位Ｖ_Mが印加される。これにより、信号電荷の読み出しに寄与する転送電極Ｖ１下のポテンシャル形状がさらに変化する。その結果、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が高確率で防止される。

時間ｔ５において、駆動パルスφＶ１はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ１には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ１〜Ｖ７、及びＶ１２下のポテンシャル井戸に転送される。

時間ｔ６において、駆動パルスφＶ８はミドルレベルとされ、転送電極Ｖ８には電位Ｖ_Mが印加される。その結果、読み出された信号電荷が転送電極Ｖ１〜Ｖ８、及びＶ１２下のポテンシャル井戸に転送される。

また、本変形例では駆動パルスφＶ１にハイレベルが印加されている期間中に駆動パルスφＶ３及びφＶ１１に駆動パルスφＶ１と逆極性の電位に変化させローレベルとし、転送電極Ｖ３及びＶ１１の電位をＶ_Hと逆極性の電位Ｖ_Lに変化されたが、変化される転送電極は電位Ｖ_Hが印加されている転送電極に隣接しない転送電極であれば問題なく、例えば転送電極Ｖ３の代わりに転送電極Ｖ５を電位Ｖ_Mとしても同様の効果が得られる。

次に、図２１Ａ〜２１Ｄは１２相の垂直ＣＣＤ２２０における信号電荷の混合（画素混合）を示す図である。図２１Ａは同信号電荷の混合を示すタイミングチャートであり、図２１Ｂは同信号電荷の混合を示す電荷混合転送イメージ図であり、図２１Ｃ及び２１Ｄは同信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。

図２１Ａ〜２１Ｄより、本変形例の駆動タイミングは、図５Ａ〜５Ｄに示した駆動方法と比較すると、駆動パルスφＶ１＝φＶ７、φＶ２＝φＶ８、φＶ３＝φＶ９、φＶ４＝φＶ１０、φＶ５＝φＶ１１、φＶ６＝φＶ１２として６種類の駆動パルスを印加しており、転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ７とは同じ電位が印加されることになる。同様に転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ８、転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ９、転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ１０、転送電極Ｖ５と転送電極Ｖ１１、転送電極Ｖ６と転送電極Ｖ１２にはそれぞれ同じ電位が印加されることとなり、電荷転送としては図５Ａ〜５Ｄでの動作と同じとなる。

なお、本変形例では、画素混合を行わない場合（例えば静止画を撮影する駆動モードの場合）には垂直ＣＣＤに１２種類の駆動パルスを印加し、１２相駆動を行い、画素混合を行う場合（画素混合を行う一部のモードの場合）には垂直ＣＣＤに６種対の駆動パルスを印加し６相駆動を行った。

しかし、図２２Ａ〜図２２Ｃに示すように、画素混合を行わない場合に６種類の駆動パルスを用いて６相駆動を行っても良い。さらに、画素混合を行う場合にも１２種類の駆動パルスを用いて１２相駆動を行っても良い。なお、１２相駆動を行う場合には転送電極での転送容量を大きくすることができ、さらに飽和特性を改善できるという長所を有している。

（第３の実施形態）
以下、図面（図２３Ａ〜図２３Ｆ）を参照にしながら、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置について説明する。

まず、本実施形態に係る固体撮像装置は、図１、図２（図１６、図１７）と同じ構成であり、後述するＳＵＢＣＮＴ及びＳＵＢはタイミングジェネレータ１４０からクロックドライバ１１０に与えられ、さらに、その信号を与えられたらクロックドライバ１１０から固体撮像素子１００にφＳＵＢ（ＳＵＢパルス）が与えられる。

次に、図２３（図２３Ａ〜図２３Ｆ）は、読み出し制御信号（以下ＣＨ信号）とＶＯＦバリアの制御信号（以下、ＳＵＢＣＮＴと呼ぶ）に関するタイミングチャートである。なお、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法のバリエーションを列挙したものであり、望ましい目的に応じていずれかを適用すればよい。

ＶＯＦバリアは、垂直オーバーフロードレイン（基板側）とフォトダイオードとの間のポテンシャル障壁（バリアレベル）であり、この障壁を高くするとフォトダイオードの電荷容量が増加し（Ａ状態）、低くするとフォトダイオードの電荷容量が減少する（Ａ’状態）。この障壁を極端に低くすると、フォトダイオード内の全電荷が基板側に排出されるため、フォトダイオードのリセット機能（電子シャッタ）として使用することもできる（Ｂ状態）。φＳＵＢのパルスはＳＵＢにより生成され、φＳＵＢパルス非印加時の信号レベルはＶＯＦバリアの高さを決定し、ＣＣＤをＡ状態又はＡ’状態とする。φＳＵＢパルス印加時の信号レベルはＣＣＤをＢ状態とする。φＳＵＢパルスが印加された際にＣＣＤ内のＶＯＦバリアは最も低くなる（Ｂ状態）。φＳＵＢパルスをたてていない状態のφＳＵＢ信号のＤＣレベルは、ＳＵＢＣＮＴによりクロックドライバ１１０内部でレベルを制御する。このとき、ＣＣＤはＡ状態及びＡ’状態のいずれかになる。φＳＵＢパルスをたてた状態でのＣＣＤはＢ状態になる。これはパルスをたてる前の状態（Ａ状態又はＡ’状態）に関わらない。

ＳＵＢＣＮＴは、タイミングジェネレータ１４０から出力され、クロックドライバ１１０に入力される制御用論理信号（φＳＵＢパルス非印加時の信号レベル（≒ＤＣオフセット量）を制御する信号）である。具体的には、ＳＵＢＣＮＴが“Ｈ”のφＳＵＢ（パルス非印加時）レベルでＣＣＤはＡ’状態となり、ＳＵＢＣＮＴが“Ｌ”のφＳＵＢ（パルス非印加時）レベルでＣＣＤはＡ状態となる。

ＣＨ１〜３は、転送電極の電位が第１電位となるよう制御する論理信号であり、本説明では“Ｈ”論理は転送電極の電位を第１電位となるよう制御するものであり、“Ｌ”論理時には転送電極の電位を第１電位以外（第２電位または第３電位）となるよう制御するものである。なお、“Ｌ”論理とした際に転送電極の電位が第２電位となるか第３電位となるかは、ＴＧ１４０からＶＤｒ１１０に出力されるＶ１〜６信号の状態により決定されるものとする。また、これを、上述した図５Ａに記載した読み出し信号の発行タイミングと対応させると、ＣＨ１はφＶ３の読み出し、ＣＨ２はφＶ１の読み出し、ＣＨ３はφＶ５の読み出しに対応する。

図２３（図２３Ａ〜図２３Ｆ）に示した本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法では、“Ｈ”論理時にはＶＯＦバリアを低くする制御を行い、“Ｌ”論理時にはＶＯＦバリアを高くする制御を行なう。なお、ＶＯＦバリアが高いとフォトダイオードの容量は大きくなり、ＶＯＦバリアが低いとフォトダイオード容量は小さくなる。

なお、一般的に用いられているＶＯＦバリア制御方法は、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とし、一連の読み出し動作中にＳＵＢＣＮＴは“Ｈ”を維持し、最終状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とするものである。

これに対して、図２３Ａのように、本実施形態のＶＯＦバリアの制御タイミングは、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”としておき、各ＣＨ信号の立ち上げと同時にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”とし（これをＡ１の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間にはＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に維持し（これをＡ２の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号の立ち下げと同時にＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”に立上げ（これをＡ３の制御と呼ぶ）、Ａ１〜Ａ３の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とする制御を行う。

この駆動により、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、読み出し残りをなくしつつ、隣接画素への読み出し動作で発生するフォトダイオードの電荷消失を抑制することができ、フォトダイオード内の電荷が多く存在する場合には特定フォトダイオードに対する読み出し動作により、その読出し対象画素に隣接する非読出し対象画素の電荷が消失（電荷が垂直オーバーフロードレインとフォトダイオード間のポテンシャルバリアを乗り越えて消失）してフォトダイオードの飽和が低下することを防ぐことができる。

また、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”にして全フォトダイオードの容量を大きくする事で、各読み出し動作により発生する非読み出し対象画素での電荷消失を抑制することができる。

また、信号読み出し時にフォトダイオード最大ポテンシャルが深くなることを防ぎ、読み出し電圧を下げることが出来、飽和特性の低下を防ぐことが出来る。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が防止されるので、読み出し電圧を低減することができる。読み出し残りが発生した場合、フォトダイオード２１０毎の信号電荷の読み出し量のばらつきが生じるため、画像のざらつき等の画像不良が発生する。よって、読み出し残りの発生の防止は、画像不良の防止につなげることが出来る。また、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が高確率で防止されるので、読み出し電圧を大きく低減することができる。また、固体撮像装置の小型化に伴い画素が微細化され、垂直ＣＣＤの転送容量が小さくなった場合においても、十分な転送容量を確保することができ、固体撮像装置の小型化と、感度特性、スミア特性及び飽和特性等の画像特性の向上との両立を実現することができる。また、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子では、顕著となる画像のざらつき等の画像不良を防ぐことが出来る。

また、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置を、本発明の第１、第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置と組み合わせることが出来、これによって、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生がさらに防止されるので、読み出し電圧を低減することができ、画像のざらつき等の画像不良をさらに防止することが出来る。また、フォトダイオード２１０の信号電荷の垂直ＣＣＤ２２０への読み出しにおける読み出し残りの発生が高確率で防止されるので、さらに、読み出し電圧を大きく低減することができる。また、固体撮像装置の小型化に伴い画素が微細化され、垂直ＣＣＤの転送容量が小さくなった場合においても、十分な転送容量を確保することができ、固体撮像装置の小型化と、感度特性、スミア特性及び飽和特性等の画像特性の向上とを高い次元で両立を実現することができる。また、転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子で顕著となる画像のざらつき等の画像不良をさらに防ぐことが出来る。

なお、図２３Ｂのように、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、制御面においてＳＵＢＣＮＴの立ち下げ波形がＣＣＤ内部で遅延する場合を考慮するならば、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”としておき、各ＣＨ信号の立ち上げ動作よりも前でＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”とし（これをＢ１の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間にはＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に維持し（これをＢ２の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号の立下げと同時にＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”に立ち上げ（これをＢ３の制御と呼ぶ）、Ｂ１〜Ｂ３の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とする制御を行うことが出来る。

また、図２３Ｃのように、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、読み出し残りをなくす効果を更に高めるために、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”としておき、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に立下げて（これをＣ１の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴが“Ｌ”である期間をもたせ（これをＣ２の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号の立ち下げと同時にＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”に立ち上げ（これをＣ３の制御と呼ぶ）、Ｃ１〜Ｃ３の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｈ” とする制御を行うことが出来る。

また、図２３Ｄのように、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、読み出し残りをなくしつつ、高速シャッタ使用時の感度を充分に確保するならば、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”としておき、各ＣＨ信号の立上げ動作よりも前でＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とし（これをＤ１の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に立下げて（これをＤ２の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴが“Ｌ”である期間をもたせ（これをＤ３の制御と呼ぶ）、Ｄ１〜Ｄ３の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”とする制御を行うことが出来る。

また、図２３Ｅのように、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、読み出し残りをなくしつつ、高輝度光入射時での信号量を適正に制御するならば、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”としておき、各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に立下げて（これをＥ１の制御と呼ぶ）各ＣＨ信号が“Ｈ”である期間中にＳＵＢＣＮＴが“Ｌ”である期間をもたせ（これをＥ２の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号の立ち下げ動作よりも前でＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とし（これをＥ３の制御と呼ぶ）、Ｅ１〜Ｅ３の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とする制御を行うことが出来る。

また、図２３Ｆのように、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、読み出し残りをなくしつつ、高速シャッタを使用する際の感度を充分に確保し、かつ隣接画素読み出し動作で発生しやすいフォトダイオードの電荷消失を抑制する効果を得るならば、初期状態においてＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”としておき、各ＣＨ信号の立上げ動作よりも前でＳＵＢＣＮＴを“Ｈ”とし（これをＦ１の制御と呼ぶ）、各ＣＨ信号の“Ｈへの”立ち上げ動作と同時にＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”に立下げて（これをＦ２の制御と呼ぶ）、Ｆ１〜Ｆ２の制御を読み出し回数だけ繰り返した後に（これをＦ３の制御と呼ぶ）、最終状態でのＳＵＢＣＮＴを“Ｌ”とする制御を行うことが出来る。

本発明は、固体撮像装置の駆動方法に利用でき、特にＣＣＤ型固体撮像装置の駆動方法等に利用することができる。

本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。 同実施形態の固体撮像素子の詳細な構成を示す図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤの電極構造を示す上面図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すタイミングチャートである。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示す電荷転送イメージ図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すタイミングチャートである。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示す電荷混合転送イメージ図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すタイミングチャートである。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示す電荷転送イメージ図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すポテンシャル分布の変化図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すタイミングチャートである。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示す電荷転送イメージ図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すポテンシャル分布の変化図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すタイミングチャートである。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示す電荷転送イメージ図である。 同実施形態の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法の変形例を示すポテンシャル分布の変化図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置（固体撮像素子）の構造を示す上面図である。 同実施形態の固体撮像素子の断面図（図９のＡ−Ａ‘線における断面図）である。 同実施形態の固体撮像素子の断面図（図９のＢ−Ｂ’線における断面図）である。 転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造でない固体撮像素子の構造を示す上面図である。 同固体撮像素子の各部位における駆動パルスの波形を示す図である。 転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子の構造を示す上面図である。 同固体撮像素子の各部位における駆動パルスの波形を示す図である。 垂直ＣＣＤの転送効率の劣化が起こるメカニズムを説明するための固体撮像素子の断面図である。 読み出し電圧の波形を示す図である。 転送電極に駆動パルスを供給する配線がシャント配線構造である固体撮像素子の断面図である。 本発明の第１及び第２の実施形態の変形例の固体撮像装置の概略構成を示す図である。 同変形例の固体撮像素子の詳細な構成を示す図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すタイミングチャートである。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示す電荷転送イメージ図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すタイミングチャートである。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示す電荷混合転送イメージ図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の混合を示すポテンシャル分布の変化図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すタイミングチャートである。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示す電荷転送イメージ図である。 同変形例の垂直ＣＣＤにおける信号電荷の転送方法を示すポテンシャル分布の変化図である。 本発明の第３の実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 同実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 同実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 同実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 同実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 同実施形態に係る読み出し制御信号及びＶＯＦバリアの制御信号に関するタイミングチャートである。 信号電荷の読み出し残りを説明するための図である。 特許文献１に記載の固体撮像装置の駆動方法における信号電荷の読み出し方法を説明するための図である。

符号の説明

１００ 固体撮像素子
１１０ クロックドライバ（ＶＤｒ）
１２０ 前処理部（ＣＤＳ／ＡＧＣ）
１３０ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
１４０ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
２１０、４６０、５２４ フォトダイオード
２２０、４７０、５２５ 垂直ＣＣＤ
２３０ 水平ＣＣＤ
２４０ 出力アンプ
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、４４０、４７３ａ、４７３ｂ、４７３ｃ 導電性遮光膜
３２０、４５０、４７４ コンタクト
３３０、４７３ 遮光膜
４００ 周辺配線
４１０ φＶ電極
４３０ 撮像領域
４７１、４７１ａ、４７１ｂ、４７１ｃ、５２３Ｃ 転送電極
４７２ ゲート絶縁膜
５２８ チャネルストップ

Claims (14)

1. 行列状に配置された複数のフォトダイオードと、前記複数のフォトダイオードの列毎に設けられ、複数の転送電極を有する複数の垂直転送手段とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の転送電極のいずれかを第１電位とすることにより、前記フォトダイオードから信号電荷を読み出す読み出しステップと、
   前記第１電位よりも低い第２電位と前記第２電位よりも低い第３電位とを持つ駆動パルスを前記複数の転送電極に印加することにより、前記読み出された信号電荷を列方向に転送する転送ステップとを含み、
   前記読み出しステップでは、前記第１電位が印加されている間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接する転送電極を前記第２電位とし、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を第２電位から第３電位又は第３電位から第２電位に変化させる
   ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
2. 前記複数の転送電極に前記駆動パルスを供給する配線は、シャント配線構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
3. 前記第１電位とされる転送電極及びこれに隣接する転送電極では、前記第１電位とされる転送電極が前記隣接する転送電極よりも大きな面積を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
4. 前記転送ステップでは、前記複数の転送電極に５相以上の駆動パルスが印加される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
5. 前記転送電極が１２相の垂直ＣＣＤで構成されており、
   前記転送ステップでは、静止画を撮影する駆動モードで１２相の駆動パルスを印加することにより前記転送電極を駆動し、画素混合を行う一部のモードで６相の駆動パルスを印加することにより前記転送電極を駆動する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
6. 前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を前記第１電位の逆極性の電位に変化させる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
7. 前記読み出しステップ中及びその前後において、垂直オーバーフロードレインとフォトダイオードとの間のポテンシャルバリアレベルに２回以上の変化を伴う
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
8. 前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位を変化させる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
9. 前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位を同時に前記第１電位の逆極性に変化させる
   ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の駆動方法。
10. 前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない２つの転送電極の電位を変化させた後、前記電位を変化させた一方の転送電極の電位を元に戻す
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の固体撮像装置の駆動方法。
11. 前記読み出しステップでは、前記信号電荷が読み出される間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない所定の転送電極の電位を２回変化させる
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
12. 行列状に配置された複数のフォトダイオードと、前記複数のフォトダイオードの列毎に設けられ、複数の転送電極を有する複数の垂直転送手段と、
    前記複数の転送電極のいずれかを前記第１電位とすることにより、前記フォトダイオードから信号電荷を読み出し、前記第１電位よりも低い第２電位と前記第２電位よりも低い第３電位とを持つ駆動パルスを前記複数の転送電極に印加することにより、前記読み出された信号電荷を列方向に転送し、前記信号電荷の読み出しでは、前記第１電位が印加されている間は、前記第１電位とされている転送電極に隣接する転送電極を前記第２電位とし、前記第１電位とされている転送電極に隣接しない転送電極の電位を第２電位から第３電位又は第３電位から第２電位に変化させる転送制御手段とを備える
    ことを特徴とする固体撮像装置。
13. 前記複数の転送電極に駆動パルスを供給する配線は、シャント配線構造を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記第１電位とされる転送電極及びこれに隣接する転送電極では、前記第１電位とされる転送電極が前記隣接する転送電極よりも大きな面積を有する
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の固体撮像装置。

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