JP2685436B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、固体撮像素子の駆動方法に関し、特にイン
ターライン型CCD固体撮像素子に用いて好適なものであ
る。 〔発明の概要〕 本発明は、複数の画素と、各画素に設けられた入射光
の光量に応じた量の電荷を蓄積する受光部と、受光部に
蓄積された電荷を転送する転送レジスタと、受光部の上
記転送レジスタ側を除く部分に隣接して設けられ、その
電荷を排出する電荷排出手段と、受光部と転送レジスタ
との間に設けられた読出しゲート部とを備えた固体撮像
素子の駆動方法において、受光部に蓄積された信号電荷
を読出しゲート部を通じて転送レジスタに転送した後、
電荷を転送レジスタで計量し、所定電荷量以上の残余の
電荷を受光部を介して電荷排出手段に排出することによ
り、転送レジスタでの受光部の蓄積電荷量のばらつきに
起因するマージン成分をなくし、受光部面積を広くして
感度の向上を計るようにしたものである。 〔従来の技術〕 インターライン型CCD固体撮像素子は、第３図の原理
的構成図に示すように、水平及び垂直方向に所定ピッチ
で配列した画素となる複数の受光部（１）と、各列の受
光部（１）の一側に設けた垂直方向に延びるCCD構造の
垂直転送レジスタ（２）と、各垂直転送レジスタ（２）
の一端に設けたCCD構造の水平転送レジスタ（３）とを
有し、各受光部（１）にその受光量に応じて生じた信号
電荷を夫々対応する垂直転送レジスタ（２）に転送し、
これら各垂直転送レジスタ（２）の信号電荷を水平転送
レジスタ（３）へと転送し、１水平ライン毎の信号電荷
を読み出すように構成される。具体的に１画素（ユニッ
トセル）に対応する部分では第４図に示すように受光部
（１）と垂直転送レジスタ（２）間に読出しゲート部
（４）が配され、また受光部（１）の他側にオーバーフ
ローコントロールゲート部（５）を介してオーバーフロ
ードレイン（６）が設けられる。各画素はチャンネルス
トップ領域（７）にて区分される。第４図Ａは受光状態
のポテンシャル図であり、受光部（１）に受光量に応じ
た電荷（８）が蓄積され、読出し時には第４図Ｂのポテ
ンシャル図で示すように読出しゲート部（４）を通じて
受光部（１）の電荷（８）が垂直転送レジスタ（２）へ
転送される。 かかるインターライン型CCD固体撮像素子は、チップ
面積が小さくでき高歩留が期待できること、駆動方法が
簡単であること、からCCD固体撮像素子の主流になって
いる。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上述のインターライン型CCD固体撮像
素子の欠点としては受光部（１）の面積が大きくとれな
いという点が挙げられる。この理由は１画素（ユニット
セル）に当る部分に垂直転送レジスタ（２）と受光部
（１）と、それらの間に読出しゲート部（４）とチャン
ネルストップ領域（７）が配置され、設計の自由度がな
く、設計時に以下の点を考慮しなければならない。受光
部（１）に要求される性能としては、所望のダイナミッ
クレンジQSの電荷量を蓄積しなければならない。ところ
が製造時のばらつき成分±ΔQSを考慮すると、受光部の
蓄積電荷量の設計値は QS＋ΔQS で設定しなければならない。 垂直転送レジスタ（２）に要求される性能としては、
受光部（１）の電荷を十分に転送する必要があり、垂直
転送レジスタの蓄積電荷量の設計値は QS＋２ΔQS＋ΔQV＋δＱ に設定される。ΔQVは垂直転送レジスタの蓄積電荷量の
ばらつき、δＱは読み出し時に受光して垂直転送レジス
タへ流入する電荷量である。 すなわち、実際のダイナミックレンジQSより垂直転送
レジスタは（２ΔQS＋ΔQV＋δＱ）だけ余分のマージン
が必要である。このマージン成分はダイナミックレンジ
QSの50〜100％程度あり、このため垂直転送レジスタ
（２）に余分の面積が必要となっている。従って、結果
的に受光部（１）の面積が小さくなり、感度の低下を招
くものであった。 本発明の目的は、上述の点に鑑み、受光部の蓄積電荷
量のばらつきに起因するマージン成分をなくして、結果
的に受光部の面積を広げられ、感度の向上を計ることが
できる固体撮像素子の駆動方法を提供するものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、複数の画素
と、各画素に設けられた入射光の光量に応じた量の電荷
を蓄積する受光部と、この受光部に蓄積された電荷を転
送する転送レジスタと、受光部の転送レジスタ側を除く
部分に隣接して設けられ、その電荷を排出する電荷排出
手段と、受光部と転送レジスタとの間に設けられた読出
しゲート部とを備えた固体撮像素子の駆動方法におい
て、受光部に蓄積された信号電荷を読出しゲート部を通
じて転送レジスタに転送した後、電荷を転送レジスタで
計量し、所定電荷量以上の余分の電荷を受光部に介して
電荷排出手段に排出する。 この場合、転送レジスタで計量される所定電荷量は、
転送レジスタの蓄積容量及び転送レジスタと読出しゲー
ト部のポテンシャルバリア差に依存して決定する。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明によるインターライン型
CCD固体撮像素子の駆動方法を説明する。 なお、本例では横形オーバーフロードレイン構造を有
する固体撮像素子について説明するが、縦形オーバーフ
ロードレイン構造を有する固体撮像素子でも基本的考え
方は変わらない。 第１図Ａ〜Ｄは、本発明の固体撮像素子における動作
の一実施例を示したものであり、受光部（１）で蓄積さ
れた受光量に応じた電荷（８）が読出しゲート部（４）
を通じて垂直転送レジスタ（２）へ転送された後（同図
Ａ及びＢ）、電荷（８）が垂直転送レジスタ（２）で計
量される（同図Ｃ）。この計量によって生じた残余の電
荷（８′）は一旦受光部（１）に戻されて後、この残余
の電荷（８′）はオーバーフローコントロールゲート部
（５）を通じてオーバーフロードレイン（６）へ捨てら
れる（同図Ｄ）。 垂直転送レジスタにより、計量される電荷量は QM＝CV×（φV−φROG） である。但し、CVは垂直転送レジスタの蓄積容量、（φ
V−φROG）は垂直転送レジスタ（２）と読出しゲート部
（４）のポテンシャルバリア差である。 ばらつき要因を考慮すると、ダイナミックレンジは、 CV×（φV−φROG）＋ΔCV×（φV−φROG）＋CV×Δ
（φV−φROG） に設定される。 最後の２項について考察すると、第２項のΔCV×（φ
V−φROG）はΔQVと同等かそれ以下であり、第３項のCV
×Δ（φV−φROG）はCV＜CS（但し、CSは受光部の蓄積
容量）である点からΔQS以下となる。従って、ばらつき
成分は少なく見積もっても ΔQS＋δＱ だけ減少する。 第２図は、受光部（１）に一旦戻された残りの電荷
（８′）をオーバーフローコントロールゲート部（５）
を経てオーバーフロードレイン（６）へ捨てる方法を実
現するためのポテンシャル関係を示したものである。同
図中、実線（Ｉ）は受光部のポテンシャル、破線（II）
はオーバーフローコントロールゲート部のポテンシャル
である。オーバーフローコントロールゲート部（５）は
埋込み型MOS構造となっており、受光部のセンサー電極
とオーバーフローコントロールゲート部の電極が共通の
場合、オーバーフローコントロールゲート部の表面ポテ
ンシャルが、ある時点でピンニングすることによりポテ
ンシャルの上下関係が逆転する。従って、V1を受光時の
センサー電極に与える電位とし、V2を残り電荷の転送時
にセンサー電極に与える電位とすることによって受光部
（１）に戻された残り電荷（８′）を受光部（１）より
オーバーフロードレイン（６）へ転送することができ
る。 結局、受光部（１）で蓄積された電荷を垂直転送レジ
スタ（２）で計量し、残余の電荷をオーバーフロードレ
イン（６）に捨てることにより、垂直転送レジスタ
（２）の蓄積容量を決定する際、従来の垂直転送レジス
タで必要とされていた受光部（１）でのばらつきに要因
するマージン成分を考慮する必要がなくなり、垂直転送
レジスタ（２）の面積を従来より小さくでき、その分受
光部（１）の面積を大きくできるので、ダイナミックレ
ンジを受光部が制限してしまうことがなくなり、ダイナ
ミックレンジは、垂直転送レジスタ（２）の計量する所
定電荷量によって規定される。また、受光部の面積を大
きくできることは、受光部の感度が向上することにな
る。 ここで、垂直転送レジスタ（２）に水平方向に隣接す
るチャンネルストップ領域（７）のポテンシャルバリア
を下げて、これで計量し所定電荷量以上の残余の電荷を
隣りのチャンネルのオーバーフロードレイン（６）に捨
てる方法も考えられるが、この場合には、チャンネルス
トップ領域（７）をチャンネルストップのみに用いるこ
とができず、十分なチャンネルストップ機能を達成でき
ない。また、このチャンネルストップ領域（７）は複雑
な構造となる上、垂直方向に隣り合う受光部（１）間の
チャンネルストップ領域と共通に形成することができ
ず、製造が複雑となって製造コストの増加になる。 これに対し、本発明では、垂直転送レジスタ（２）で
計量し、所定電荷量以上の残余の電荷を受光部（１）を
介してオーバーフロードレイン（６）へ捨てることによ
り、垂直転送レジスタ（２）に隣接するチャンネルスト
ップ領域（７）をチャンネルストップにのみ用いること
ができ、良好なチャンネルストップ機能にすることだけ
を考えればよい。また、チャンネルストップ領域（７）
を複雑に精密に設ける必要がないから、製造が容易にな
り、製造コストを減らすことができる。 受光部（１）での最大蓄積可能容量以上に強い受光に
よって発生した電荷は、不要な電荷であって受光時のブ
ルーミングの原因となるので、この不要な電荷をオーバ
ーフロードレイン（６）に捨てることで受光時のブルー
ミングを防止できる。また、受光部（１）からの必要以
上の電荷は、受光部（１）を介してオーバーフロードレ
インへ捨てることにより、この不要な残余の電荷が受光
部（１）及び垂直転送レジスタ（２）で次のフィールド
の信号電荷に混ざることがなく、良好な撮像出力が得ら
れる。 なお、本発明は、縦形オーバーフロードレイン構造に
も適用できる。通常、縦形オーバーフロードレイン構造
では、垂直転送レジスタ（２）下部の領域は、スミア低
減や電子シャッタ時のポテンシャルバリアとしての機能
をもつ必要がある。 即ち、スミアを低減するには、垂直転送レジスタ
（２）下部の不純物濃度を高くしてスミア防止障壁を形
成する必要があるが、これは、所望のオーバーフローバ
リア（所定蓄積量に応じたポテンシャルレベルを有する
バリア）の機能にとって逆のことであり、両者を満足す
るように設計することは、困難である。また、電子シャ
ッタを行なう際には、垂直転送レジスタ下部のバリア領
域の不純物濃度を高くするか、又はバリア領域の厚みを
厚くする必要があるが、この場合もオーバーフローバリ
アの機能に反対であり、スミア低減や電子シャッタ時の
ポテンシャルバリアとしての機能を満足しつつ所望のオ
ーバーフローバリアを得ることは困難である。 これに対して垂直転送レジスタで計量した所定電荷量
以上の残余の電荷を受光部（１）を介して電荷排出手段
を通じて排出する固体撮像素子においては、垂直転送レ
ジスタ（２）下部のバリア領域や隣接するチャンネルス
トップ領域は計量には無関係とすることができる。 そのため、垂直転送レジスタ（２）下部のバリア領域
や隣接するチャンネルストップ領域は、スミア低減や電
子シャッタ時のバリア等の機能に応じて自由に設計する
ことができる。従って、縦形オーバーフロードレイン構
造であっても良好なスミア特性を維持でき、また、良好
な電子シャッタ機能を行なわせることができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、受光部で蓄積された電荷を転送レジ
スタで計量し、残余の電荷を電荷排出手段に排出するこ
とにより、その転送レジスタの蓄積容量を決定する際
に、従来の転送レジスタで、受光部での蓄積電荷量のば
らつきに起因して必要とされていたマージン成分が少な
くなり、その分転送レジスタの面積を小さくでき、受光
部の構造の自由度が増し、受光部面積を大きくできる。
従って、受光部の面積を考慮せずにダイナミックレンジ
を転送レジスタの蓄積容量で決定することができる。そ
して、素子全体（転送レジスタ、読出しゲート部及び受
光部を含む）の面積を一定として、かつダイナミックレ
ンジを同じにしたとき、従来より転送レジスタの面積を
小さくして、その分受光部の面積を大きくできるので、
感度の向上を図ることができる。 また、転送レジスタで計量し、所定電荷量以上の残余
の電荷を受光部を介して電荷排出手段に排出するから、
転送レジスタに隣接するチャンネルストップ領域をチャ
ンネルストップにのみ用いて十分なポテンシャルバリア
を付与することができる。かつ複雑なチャンネルストッ
プ領域とする必要がなく、容易に撮像素子を製造するこ
とができ、製造コストを低減することができる。 また、転送レジスタの計量をその下部構造と無関係と
することができるので、転送レジスタ下部のスミア低域
構造を維持して良好なスミア特性を維持でき、かつ、転
送レジスタ下部の電子シャッタ時のポテンシャルバリア
を維持して良好な電子シャッタ機能をもたせることがで
きる。
ターライン型CCD固体撮像素子に用いて好適なものであ
る。 〔発明の概要〕 本発明は、複数の画素と、各画素に設けられた入射光
の光量に応じた量の電荷を蓄積する受光部と、受光部に
蓄積された電荷を転送する転送レジスタと、受光部の上
記転送レジスタ側を除く部分に隣接して設けられ、その
電荷を排出する電荷排出手段と、受光部と転送レジスタ
との間に設けられた読出しゲート部とを備えた固体撮像
素子の駆動方法において、受光部に蓄積された信号電荷
を読出しゲート部を通じて転送レジスタに転送した後、
電荷を転送レジスタで計量し、所定電荷量以上の残余の
電荷を受光部を介して電荷排出手段に排出することによ
り、転送レジスタでの受光部の蓄積電荷量のばらつきに
起因するマージン成分をなくし、受光部面積を広くして
感度の向上を計るようにしたものである。 〔従来の技術〕 インターライン型CCD固体撮像素子は、第３図の原理
的構成図に示すように、水平及び垂直方向に所定ピッチ
で配列した画素となる複数の受光部（１）と、各列の受
光部（１）の一側に設けた垂直方向に延びるCCD構造の
垂直転送レジスタ（２）と、各垂直転送レジスタ（２）
の一端に設けたCCD構造の水平転送レジスタ（３）とを
有し、各受光部（１）にその受光量に応じて生じた信号
電荷を夫々対応する垂直転送レジスタ（２）に転送し、
これら各垂直転送レジスタ（２）の信号電荷を水平転送
レジスタ（３）へと転送し、１水平ライン毎の信号電荷
を読み出すように構成される。具体的に１画素（ユニッ
トセル）に対応する部分では第４図に示すように受光部
（１）と垂直転送レジスタ（２）間に読出しゲート部
（４）が配され、また受光部（１）の他側にオーバーフ
ローコントロールゲート部（５）を介してオーバーフロ
ードレイン（６）が設けられる。各画素はチャンネルス
トップ領域（７）にて区分される。第４図Ａは受光状態
のポテンシャル図であり、受光部（１）に受光量に応じ
た電荷（８）が蓄積され、読出し時には第４図Ｂのポテ
ンシャル図で示すように読出しゲート部（４）を通じて
受光部（１）の電荷（８）が垂直転送レジスタ（２）へ
転送される。 かかるインターライン型CCD固体撮像素子は、チップ
面積が小さくでき高歩留が期待できること、駆動方法が
簡単であること、からCCD固体撮像素子の主流になって
いる。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上述のインターライン型CCD固体撮像
素子の欠点としては受光部（１）の面積が大きくとれな
いという点が挙げられる。この理由は１画素（ユニット
セル）に当る部分に垂直転送レジスタ（２）と受光部
（１）と、それらの間に読出しゲート部（４）とチャン
ネルストップ領域（７）が配置され、設計の自由度がな
く、設計時に以下の点を考慮しなければならない。受光
部（１）に要求される性能としては、所望のダイナミッ
クレンジQSの電荷量を蓄積しなければならない。ところ
が製造時のばらつき成分±ΔQSを考慮すると、受光部の
蓄積電荷量の設計値は QS＋ΔQS で設定しなければならない。 垂直転送レジスタ（２）に要求される性能としては、
受光部（１）の電荷を十分に転送する必要があり、垂直
転送レジスタの蓄積電荷量の設計値は QS＋２ΔQS＋ΔQV＋δＱ に設定される。ΔQVは垂直転送レジスタの蓄積電荷量の
ばらつき、δＱは読み出し時に受光して垂直転送レジス
タへ流入する電荷量である。 すなわち、実際のダイナミックレンジQSより垂直転送
レジスタは（２ΔQS＋ΔQV＋δＱ）だけ余分のマージン
が必要である。このマージン成分はダイナミックレンジ
QSの50〜100％程度あり、このため垂直転送レジスタ
（２）に余分の面積が必要となっている。従って、結果
的に受光部（１）の面積が小さくなり、感度の低下を招
くものであった。 本発明の目的は、上述の点に鑑み、受光部の蓄積電荷
量のばらつきに起因するマージン成分をなくして、結果
的に受光部の面積を広げられ、感度の向上を計ることが
できる固体撮像素子の駆動方法を提供するものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、複数の画素
と、各画素に設けられた入射光の光量に応じた量の電荷
を蓄積する受光部と、この受光部に蓄積された電荷を転
送する転送レジスタと、受光部の転送レジスタ側を除く
部分に隣接して設けられ、その電荷を排出する電荷排出
手段と、受光部と転送レジスタとの間に設けられた読出
しゲート部とを備えた固体撮像素子の駆動方法におい
て、受光部に蓄積された信号電荷を読出しゲート部を通
じて転送レジスタに転送した後、電荷を転送レジスタで
計量し、所定電荷量以上の余分の電荷を受光部に介して
電荷排出手段に排出する。 この場合、転送レジスタで計量される所定電荷量は、
転送レジスタの蓄積容量及び転送レジスタと読出しゲー
ト部のポテンシャルバリア差に依存して決定する。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明によるインターライン型
CCD固体撮像素子の駆動方法を説明する。 なお、本例では横形オーバーフロードレイン構造を有
する固体撮像素子について説明するが、縦形オーバーフ
ロードレイン構造を有する固体撮像素子でも基本的考え
方は変わらない。 第１図Ａ〜Ｄは、本発明の固体撮像素子における動作
の一実施例を示したものであり、受光部（１）で蓄積さ
れた受光量に応じた電荷（８）が読出しゲート部（４）
を通じて垂直転送レジスタ（２）へ転送された後（同図
Ａ及びＢ）、電荷（８）が垂直転送レジスタ（２）で計
量される（同図Ｃ）。この計量によって生じた残余の電
荷（８′）は一旦受光部（１）に戻されて後、この残余
の電荷（８′）はオーバーフローコントロールゲート部
（５）を通じてオーバーフロードレイン（６）へ捨てら
れる（同図Ｄ）。 垂直転送レジスタにより、計量される電荷量は QM＝CV×（φV−φROG） である。但し、CVは垂直転送レジスタの蓄積容量、（φ
V−φROG）は垂直転送レジスタ（２）と読出しゲート部
（４）のポテンシャルバリア差である。 ばらつき要因を考慮すると、ダイナミックレンジは、 CV×（φV−φROG）＋ΔCV×（φV−φROG）＋CV×Δ
（φV−φROG） に設定される。 最後の２項について考察すると、第２項のΔCV×（φ
V−φROG）はΔQVと同等かそれ以下であり、第３項のCV
×Δ（φV−φROG）はCV＜CS（但し、CSは受光部の蓄積
容量）である点からΔQS以下となる。従って、ばらつき
成分は少なく見積もっても ΔQS＋δＱ だけ減少する。 第２図は、受光部（１）に一旦戻された残りの電荷
（８′）をオーバーフローコントロールゲート部（５）
を経てオーバーフロードレイン（６）へ捨てる方法を実
現するためのポテンシャル関係を示したものである。同
図中、実線（Ｉ）は受光部のポテンシャル、破線（II）
はオーバーフローコントロールゲート部のポテンシャル
である。オーバーフローコントロールゲート部（５）は
埋込み型MOS構造となっており、受光部のセンサー電極
とオーバーフローコントロールゲート部の電極が共通の
場合、オーバーフローコントロールゲート部の表面ポテ
ンシャルが、ある時点でピンニングすることによりポテ
ンシャルの上下関係が逆転する。従って、V1を受光時の
センサー電極に与える電位とし、V2を残り電荷の転送時
にセンサー電極に与える電位とすることによって受光部
（１）に戻された残り電荷（８′）を受光部（１）より
オーバーフロードレイン（６）へ転送することができ
る。 結局、受光部（１）で蓄積された電荷を垂直転送レジ
スタ（２）で計量し、残余の電荷をオーバーフロードレ
イン（６）に捨てることにより、垂直転送レジスタ
（２）の蓄積容量を決定する際、従来の垂直転送レジス
タで必要とされていた受光部（１）でのばらつきに要因
するマージン成分を考慮する必要がなくなり、垂直転送
レジスタ（２）の面積を従来より小さくでき、その分受
光部（１）の面積を大きくできるので、ダイナミックレ
ンジを受光部が制限してしまうことがなくなり、ダイナ
ミックレンジは、垂直転送レジスタ（２）の計量する所
定電荷量によって規定される。また、受光部の面積を大
きくできることは、受光部の感度が向上することにな
る。 ここで、垂直転送レジスタ（２）に水平方向に隣接す
るチャンネルストップ領域（７）のポテンシャルバリア
を下げて、これで計量し所定電荷量以上の残余の電荷を
隣りのチャンネルのオーバーフロードレイン（６）に捨
てる方法も考えられるが、この場合には、チャンネルス
トップ領域（７）をチャンネルストップのみに用いるこ
とができず、十分なチャンネルストップ機能を達成でき
ない。また、このチャンネルストップ領域（７）は複雑
な構造となる上、垂直方向に隣り合う受光部（１）間の
チャンネルストップ領域と共通に形成することができ
ず、製造が複雑となって製造コストの増加になる。 これに対し、本発明では、垂直転送レジスタ（２）で
計量し、所定電荷量以上の残余の電荷を受光部（１）を
介してオーバーフロードレイン（６）へ捨てることによ
り、垂直転送レジスタ（２）に隣接するチャンネルスト
ップ領域（７）をチャンネルストップにのみ用いること
ができ、良好なチャンネルストップ機能にすることだけ
を考えればよい。また、チャンネルストップ領域（７）
を複雑に精密に設ける必要がないから、製造が容易にな
り、製造コストを減らすことができる。 受光部（１）での最大蓄積可能容量以上に強い受光に
よって発生した電荷は、不要な電荷であって受光時のブ
ルーミングの原因となるので、この不要な電荷をオーバ
ーフロードレイン（６）に捨てることで受光時のブルー
ミングを防止できる。また、受光部（１）からの必要以
上の電荷は、受光部（１）を介してオーバーフロードレ
インへ捨てることにより、この不要な残余の電荷が受光
部（１）及び垂直転送レジスタ（２）で次のフィールド
の信号電荷に混ざることがなく、良好な撮像出力が得ら
れる。 なお、本発明は、縦形オーバーフロードレイン構造に
も適用できる。通常、縦形オーバーフロードレイン構造
では、垂直転送レジスタ（２）下部の領域は、スミア低
減や電子シャッタ時のポテンシャルバリアとしての機能
をもつ必要がある。 即ち、スミアを低減するには、垂直転送レジスタ
（２）下部の不純物濃度を高くしてスミア防止障壁を形
成する必要があるが、これは、所望のオーバーフローバ
リア（所定蓄積量に応じたポテンシャルレベルを有する
バリア）の機能にとって逆のことであり、両者を満足す
るように設計することは、困難である。また、電子シャ
ッタを行なう際には、垂直転送レジスタ下部のバリア領
域の不純物濃度を高くするか、又はバリア領域の厚みを
厚くする必要があるが、この場合もオーバーフローバリ
アの機能に反対であり、スミア低減や電子シャッタ時の
ポテンシャルバリアとしての機能を満足しつつ所望のオ
ーバーフローバリアを得ることは困難である。 これに対して垂直転送レジスタで計量した所定電荷量
以上の残余の電荷を受光部（１）を介して電荷排出手段
を通じて排出する固体撮像素子においては、垂直転送レ
ジスタ（２）下部のバリア領域や隣接するチャンネルス
トップ領域は計量には無関係とすることができる。 そのため、垂直転送レジスタ（２）下部のバリア領域
や隣接するチャンネルストップ領域は、スミア低減や電
子シャッタ時のバリア等の機能に応じて自由に設計する
ことができる。従って、縦形オーバーフロードレイン構
造であっても良好なスミア特性を維持でき、また、良好
な電子シャッタ機能を行なわせることができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、受光部で蓄積された電荷を転送レジ
スタで計量し、残余の電荷を電荷排出手段に排出するこ
とにより、その転送レジスタの蓄積容量を決定する際
に、従来の転送レジスタで、受光部での蓄積電荷量のば
らつきに起因して必要とされていたマージン成分が少な
くなり、その分転送レジスタの面積を小さくでき、受光
部の構造の自由度が増し、受光部面積を大きくできる。
従って、受光部の面積を考慮せずにダイナミックレンジ
を転送レジスタの蓄積容量で決定することができる。そ
して、素子全体（転送レジスタ、読出しゲート部及び受
光部を含む）の面積を一定として、かつダイナミックレ
ンジを同じにしたとき、従来より転送レジスタの面積を
小さくして、その分受光部の面積を大きくできるので、
感度の向上を図ることができる。 また、転送レジスタで計量し、所定電荷量以上の残余
の電荷を受光部を介して電荷排出手段に排出するから、
転送レジスタに隣接するチャンネルストップ領域をチャ
ンネルストップにのみ用いて十分なポテンシャルバリア
を付与することができる。かつ複雑なチャンネルストッ
プ領域とする必要がなく、容易に撮像素子を製造するこ
とができ、製造コストを低減することができる。 また、転送レジスタの計量をその下部構造と無関係と
することができるので、転送レジスタ下部のスミア低域
構造を維持して良好なスミア特性を維持でき、かつ、転
送レジスタ下部の電子シャッタ時のポテンシャルバリア
を維持して良好な電子シャッタ機能をもたせることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図Ａ〜Ｄは本発明の固体撮像素子の駆動方法の一例
を示すポテンシャル図、第２図は第１図の例を実現する
ためのオーバーフローコントロールゲートと受光部のポ
テンシャル図、第３図はインターライン型固体撮像素子
の原理的構成図、第４図Ａ及びＢは従来の固体撮像素子
の受光状態及び読出し状態のポテンシャル図である。 （１）は受光部、（２）は垂直転送レジスタ、（３）は
水平転送レジスタ、（４）は読出しゲート部、（５）は
オーバーフローコントロールゲート部、（６）はオーバ
ーフロードレイン、（７）はチャンネルストップ領域、
（８）は受光量に応じた電荷、（８′）は残余の電荷で
ある。
を示すポテンシャル図、第２図は第１図の例を実現する
ためのオーバーフローコントロールゲートと受光部のポ
テンシャル図、第３図はインターライン型固体撮像素子
の原理的構成図、第４図Ａ及びＢは従来の固体撮像素子
の受光状態及び読出し状態のポテンシャル図である。 （１）は受光部、（２）は垂直転送レジスタ、（３）は
水平転送レジスタ、（４）は読出しゲート部、（５）は
オーバーフローコントロールゲート部、（６）はオーバ
ーフロードレイン、（７）はチャンネルストップ領域、
（８）は受光量に応じた電荷、（８′）は残余の電荷で
ある。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．複数の画素と、 該各画素に設けられた入射光の光量に応じた量の電荷を
蓄積する受光部と、 上記受光部に蓄積された電荷を転送する転送レジスタ
と、 上記受光部の上記転送レジスタ側を除く部分に隣接して
設けられ、その電荷を排出する電荷排出手段と、 上記受光部と上記転送レジスタとの間に設けられた読出
しゲート部とを備えた固体撮像素子の駆動方法におい
て、 上記受光部に蓄積された信号電荷を上記読出しゲート部
を通じて上記転送レジスタに転送した後、電荷を転送レ
ジスタで計量し、所定電荷量以上の残余の電荷を上記受
光部を介して上記電荷排出手段に排出する ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法 ２．上記転送レジスタで計量される所定電荷量は、上記
転送レジスタの蓄積容量及び上記転送レジスタと上記読
出しゲート部のポテンシャルバリア差に依存して決定さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
固体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61166002A JP2685436B2 (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61166002A JP2685436B2 (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7033154A Division JP2508611B2 (ja) | 1995-01-30 | 1995-01-30 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6320976A JPS6320976A (ja) | 1988-01-28 |
| JP2685436B2 true JP2685436B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=15823056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61166002A Expired - Fee Related JP2685436B2 (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2685436B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7456891B2 (en) * | 2003-06-12 | 2008-11-25 | Eastman Kodak Company | Multiple read photodiode |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59204268A (ja) * | 1983-05-06 | 1984-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子 |
-
1986
- 1986-07-15 JP JP61166002A patent/JP2685436B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6320976A (ja) | 1988-01-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |