JP3460979B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、小型化が可能な信
号電荷の読み出しゲート構造を備えた固体撮像装置の駆
動方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、固体撮像装置には、各画素におけ
る光電変換部を互いに分離するための分離領域と、各光
電変換部に蓄積された電荷を読み出すための読み出し領
域がそれぞれ設けられている。これら領域は感度及び飽
和特性等に関しては無効領域となるが、光電変換部の面
積が十分広い場合は、無効領域による影響は少なく実用
上それほど考慮する必要もなかった。 【０００３】一方、近年のように固体撮像装置の小型化
が要求されると、前述の無効領域の面積が受光面積に対
して無視できない割合となり、感度の低下、素子の取り
扱い飽和電荷量の低下という問題が生じてきた。すなわ
ち、固体撮像装置の小型化は受光面積の減少による感度
不足と、画素面積の減少による入射光量取り扱い範囲の
低下を招くことになる。又、現在、１／３インチクラス
のＣＣＤ型固体撮像装置においては、信号電荷量取り扱
い範囲が約８ｂｉｔ程度であるため、たとえば、５００
０Ｌｘと５Ｌｘ程度の被写体が同一画面上に存在した場
合は、どちらかの被写体を犠牲にする必要があったの
で、たとえば、レンズの絞り、あるいは、電子シャッタ
ーを５０００Ｌｘに合わせた時には、感度不足により５
Ｌｘの被写体が写らず、反対に、レンズの絞り、あるい
は、電子シャッターを５Ｌｘの被写体に合わせた時に
は、５０００Ｌｘの被写体が固体撮像装置の取り扱い電
荷量を超えるような信号電荷量を発生し露光オーバーと
なる、いわゆる逆光あるいは過順光時の撮影に特有の問
題があった。なお、入射光取り扱い範囲をより拡張する
うえでは、１つのフィールド期間中に露光期間の異なる
２種類の画像情報を外部フィールド-メモリ等に読み出
すという手法が考えられている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子の
小型化に起因する問題として、感度及び飽和特性の向上
に関しては、光電変換部の面積を広くすればよいが、光
電変換部間の領域および光電変換部から信号電荷を読み
出すための読み出しゲートがともに感度及び飽和特性の
向上に対して、それら無効領域がそれぞれ独立して存在
していたため、その無効領域の占める面積の割合が大き
くなり、制限を受けるという問題があった。 【０００５】本発明は、前述した素子の小型化に起因す
る２つの問題、 １）素子の感度が低下する問題 ２）素子の取り扱い飽和電荷量が低下する問題 を解決するために、無効領域の割合を小さくできる新し
い読み出しゲート構造を備えた固体撮像装置の駆動方法
を提供することを目的とするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明では、従来、画素
分離部とは別に特別に設けられていた読み出しゲートを
なくし、画素分離部に読み出し機能を兼用させること
で、実際の開口面積の向上による感度向上を図り、さら
に、画素部から転送部への読み出しを完全におこなうた
めに、光電変換部内および読み出しゲート内にポテンシ
ャル勾配を設け、垂直電荷転送手段(Vertical Charge C
oupled Device)に２種類の露光時間の信号電荷量を独立
に、各ラインごとに読み出し／転送させる駆動方法を適
用することにより、例えば外部フィールド-メモリを省
くなど、回路規模が増大することを抑制する。 【０００７】請求項１の本発明は、単位画素が、前記単
位画素に入射する電磁波あるいはＸ線を信号電荷に変換
するために設けられた少なくとも１箇所以上の、第１の
不純物を含む光電変換部と、前記光電変換部にＸ方向に
おいて隣接し、前記信号電荷をＹ方向に転送するための
電荷転送手段とを有し、前記Ｙ方向の１次元方向、ある
いはＸ−Ｙ方向の２次元方向に配列された前記単位画素
において、Ｙ方向に隣合う前記光電変換部同士の境界に
おいて、前記光電変換部同士を分離する分離機能と、前
記光電変換部から前記電荷転送手段へ信号電荷を読み出
す読み出し機能とが兼用された第１の手段を設け、前記
第１の手段は、上部に、少なくとも１枚以上の電極が形
成されており下部に半導体部を有するものであって、前
記第１の手段の半導体部が、前記電荷転送手段に向かう
方向に対して、不純物の濃度分布に勾配を有する固体撮
像装置を駆動する際、あるフィールドにおいて、Ｙ方向
に一つおきに分離機能と読み出し機能とが前記第１手段
によって実現され、次のフィールドにおいて、それら機
能が交替することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法
である。 【０００８】本発明は、撮像素子の小型化にも関わら
ず、感度向上および入射光量に対する取り扱い電荷量の
向上、また、分離部からの信号電荷読み出しにも関わら
ず光電変換部から残像のない、信号電荷の読み出しを実
現する。 【０００９】 【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
を用いて説明する。 【００１０】また、比較のために従来のＣＣＤ型固体撮
像装置の上面図を図４６に示す。従来のＣＣＤ構造にお
いては、図４６に示すように、光電変換部である(Photo
diode)ＰＤ；２２００と隣接して、信号電荷転送手段で
あるＶＣＣＤ；２２０１により構成されており、さら
に、ＶＣＣＤ；２２０１は４相の駆動パルスが印加され
るべく駆動パルスφＶ１；２２１１、駆動パルスφＶ
２；２２１２、駆動パルスφＶ３；２２１３、駆動パル
スφＶ４；２２１４から構成されている。ＰＤ；２２０
０であるフォトダイオードから垂直電送手段であるＶＣ
ＣＤ；２２０１への信号電荷読み出しには、駆動パルス
φＶ１；２２１１および駆動パルスφＶ３；２２１３に
設けられた読み出しゲート；２２０４が設定されてい
る。従来のＣＣＤ構造においては、ＣＣＤサイズの小型
化に伴って画素サイズの垂直方向の繰り返し単位である
Ｖピッチ：２２０５が狭まり、読み出しゲート幅；２２
０６も狭くなるが。この読み出しゲート幅；２２０６が
狭くなる事によるナローチャネル効果により、ＰＤ；２
２００であるフォトダイオードからＶＣＣＤ；２２０１
への信号電荷読み出しの際に必要となる読み出し電圧と
して高い電圧（たとえば、１５Ｖ以上）が第１の駆動パ
ルス；２２１１、第３の駆動パルス；２２１３に必要と
なる。 【００１１】図１は、第１の実施の形態を示したもので
ある。本実施の形態において、単位画素は、１層目ポリ
シリコン；１０１、１層目ポリシリコン；１０２、２層
目ポリシリコン；１０３、２層目ポリシリコン；１０４
の電極と光電変換部である(Photo Diode)ＰＤ；１０
５、ＰＤ；１０６から構成される。垂直方向の電荷転送
手段であるＶＣＣＤ；１００の電極となる各ポリシリコ
ンには、駆動パルスφＶ１；１１１、駆動パルスφＶ
２；１１２、駆動パルスφＶ３；１１３、駆動パルスφ
Ｖ４；１１４、駆動パルスφＶ５；１１５、駆動パルス
φＶ６；１１６、駆動パルスφＶ７；１１７、駆動パル
スφＶ８；１１８が印加される。また、単位画素；１２
０である１画素の中央部には読み出しゲート；１０７が
設けられている。本実施の形態による構造を用いれば、
ＶＣＣＤ；１００の方向の高密度化を必要とする場合、
Ｖピッチ：１０９の縮小化にも関わらず、ほぼ一定の読
み出しゲート幅；１１０を確保することが可能となる。
従って、垂直方向に倍密度を必要とする全画素読み出し
(Progressive Scan)の用途やハイビジョン用の場合、先
に述べたようなナローチャネル効果に起因する、読み出
し電圧の高電圧化を避けることが可能となる。本実施の
形態においては、画素間において垂直分離部；１０８を
設けることにより、常に、同じＰＤのペアを所有する
（たとえば、読み出し時においては、駆動パルスφＶ
７；１１７に読み出し電圧を印加することで、常にＰ
Ｄ；１０５とＰＤ；１０６のペアに蓄積されていた信号
電荷が混合されＶＣＣＤ；１００に読み出される）よう
に単位画素が構成されている。なお、本実施の形態にお
いて、１層目のポリシリコンと２層目のポリシリコンに
おいては互いの構成および役割が逆になろうと問題はな
い。また、印加電圧のパルスの種類も、ここではφＶ１
よりφＶ８の８種類について記述したが、φＶ１とφＶ
５、φＶ２とφＶ６、φＶ３とφＶ７、φＶ４とφＶ８
をそれぞれに同じ駆動パルスを印加する事により、４種
類以下のパルスを用いても、従来同様の固体撮像装置と
して機能することは言うまでもない。また、本実施の形
態は２層ポリシリコン構成により記述されていが、３層
以上のポリシリコン構成を用いても実施可能であること
もつけ加えておく。また、ＰＤ；１０５とＰＤ；１０６
は読み出しゲート；１０７の下の半導体基板内におい
て、つながっていても良いし、つながっていなくとも良
い。 【００１２】図２は、第２の実施の形態を示したもので
ある。なお、図２は、図１において、存在していた垂直
分離部；１０８をなくし、すべて読み出しゲート；２０
７、２０８で構成したものである。本実施の形態は、単
位画素は、１層目ポリシリコン；２０１、１層目ポリシ
リコン；２０２、２層目ポリシリコン；２０３、２層目
ポリシリコン；２０４の電極と光電変換部であるＰＤ；
２０５、ＰＤ；２０６から構成される。ＶＣＣＤ；２０
０の電極となる各ポリシリコンには、駆動パルスφＶ
１；２１１、駆動パルスφＶ２；２１２、駆動パルスφ
Ｖ３；２１３、駆動パルスφＶ４；２１４、駆動パルス
φＶ５；２１５、駆動パルスφＶ６；２１６、駆動パル
スφＶ７；２１７、駆動パルスφＶ８；２１８が印加さ
れる。また、単位画素；２２３である１画素の中央部に
は読み出しゲート；２０７が設けられている。本実施の
形態による構造を用いれば、ＶＣＣＤ；２００の方向の
高密度化を必要とする場合、Ｖピッチ：２０９の縮小化
にも関わらず、ほぼ一定の読み出しゲート幅；２１０を
確保することが可能となる。従って、先に述べたような
ナローチャネル効果に起因する、読み出し電圧の高電圧
化を避けることが可能となる。本実施の形態において
は、読み出しゲート；２０７、読み出しゲート；２０８
を垂直方向において常にＰＤ間に設けることにより、垂
直方向において単位画素；２２３をＰＤ１個分ずつずら
して固体撮像装置を構成することが可能となる。たとえ
ば、Ａ＿フィールドの読み出し時においては、駆動パル
スφＶ３；２１３と駆動パルスφＶ７；２１７に読み出
し電圧を印加することで、ＰＤ；２２０とＰＤ；２２１
のペアに蓄積されていた信号電荷およびＰＤ；２０５と
ＰＤ；２０６のペアに蓄積されていた信号電荷が互いに
独立に混合されＶＣＣＤ；２００に読み出される、また
続くＢ＿フィールドでは駆動パルスφＶ５；２１５と駆
動パルスφＶ１；２１１に読み出し電圧を印加すること
で、ＰＤ；２２１とＰＤ；２０５のペアに蓄積されてい
た信号電荷が独立に混合されＶＣＣＤ；２００に読み出
されるという読み出し方法が実現する。 【００１３】なお、本実施の形態において、１層目のポ
リシリコンと２層目のポリシリコンにおいて互いの構成
および役割が逆になろうと問題はない。また、印加電圧
のパルスの種類も、ここではφＶ１よりφＶ８の８種類
について記述したが、φＶ１とφＶ５、φＶ２とφＶ
６、φＶ３とφＶ７、φＶ４とφＶ８をそれぞれに同じ
駆動パルスを印加する事により、４種類以下のパルスを
用いても従来同様、固体撮像装置として機能することは
言うまでもない。また、これに限定されるものでもな
い。また、本実施の形態は２層ポリシリコン構成により
記述されていが、３層ポリシリコンあるいは４層ポリシ
リコン構成を用いても実施可能であることも付け加えて
おく。 【００１４】次に図３、４、５を用いて、第３の実施の
形態を示す。 【００１５】図３は単位画素の垂直方向の長さを示すＶ
ピッチ；３００の範囲における断面図である。図には、
半導体基板中に設けられた光電変換領域；３０１である
第１のＮ層；３０５、第２のＮ層；３０６、第３のＮ
層；３０７と、第４のＮ層；３０８、第５のＮ層；３０
９および、酸化膜；３０４を介して読み出しゲートを構
成する１層目ポリシリコン；３０２と２層目ポリシリコ
ン；３０３を示す。 【００１６】先にも述べたように、第１のＮ層；３０
５、第２のＮ層；３０６、第３のＮ層；３０７は、光電
変換部を構成するものであり、３回以上に分けたリン等
のＮ型不純物のイオン注入等を行うことにより形成され
る。第１のＮ層；３０５よりも第２のＮ層；３０６がＮ
型不純物濃度が高く、第２のＮ層；３０６よりも第３の
Ｎ層；３０７の方がさらにＮ型不純物濃度が高くなるよ
うに設定されている。第４のＮ層；３０８は光電変換領
域；３０１の半導体基板中で生成された信号電荷をＶＣ
ＣＤを構成している第５のＮ層３０９；に読み出すため
の読み出しチャネルを形成するためのものである。 【００１７】図４には半導体内部の不純物分布を見やす
くする目的で、半導体表面と平行なＸ１−Ｘ１'の深さ
の切断面を上面より描いた図を示している。先にも述べ
たように、第５のＮ層；３０９は垂直方向の電荷転送手
段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。 【００１８】図５は、図３、図４で示した単位画素内に
おける信号電荷読み出し時の、ポテンシャル分布を示し
たものである。 【００１９】ここでは、１層目ポリシリコン；３０２に
読み出し用の電圧（例えば１５Ｖ）を印加した場合の半
導体内部のポテンシャル分布を示している。ここにおい
て、第１のＮ層；３０５よりも第２のＮ層；３０６の方
がＮ型不純物濃度が高く、第２のＮ層；３０６よりも第
３のＮ層；３０７の方がさらにＮ型不純物濃度が高くな
るように設定されている。図に示すように、単位画素に
おいて、光電変換部周辺領域を形成する第１のＮ層；３
０５の領域から１層目ポリシリコン；３０２下に形成さ
れた第４のＮ層；３０８内に形成される読み出しチャネ
ルに近づくにつれ、半導体内部には、単調なポテンシャ
ル勾配が生じ、矢印で示すように信号電荷；３１０のド
リフト移動をスムースに行うことを可能としている。 【００２０】本説明においては、光電変換領域：３０１
に対して、第１のＮ層；３０５から、第３のＮ層；３０
７までの３種類の注入領域を設定したが、異なる濃度を
もつ不純物濃度分布層が２種類の注入領域から形成され
ても、あるいは、３種類以上であっても、さらに光電変
換部周辺領域において部分的にＰ型不純物を用いても、
光電変換部周辺領域から読み出しゲートである１層目ポ
リシリコン；３０２の下に形成された読み出しチャネル
に近づくにつれ、半導体内部に単調なポテンシャル勾配
が生じさせるという機能を発現させる事が可能である事
をつけ加えておく。 【００２１】次に図６、７、８を用いて、第４の実施の
形態を示す。 【００２２】図６は単位画素の垂直方向の長さを示すＶ
ピッチ；４００の範囲における断面図である。図には、
半導体基板中に設けられた光電変換領域；４０１である
第１のＮ層；４０５と第４のＮ層；４０６、第５のＮ
層；４０７、酸化膜；４０４を介して読み出しゲートを
構成する１層目ポリシリコン；４０２と２層目ポリシリ
コン；４０３を示す。ここで、２層目ポリシリコン；４
０３は、１層目ポリシリコン；４０２よりも幅が広いた
め、光電変換領域；４０１において、第１のＮ層；４０
５の上部の１部領域あるいは全領域を覆っている。 【００２３】先にも述べたように、第１のＮ層；４０５
は光電変換部を構成するものであり、１回のリン等のＮ
型不純物イオン注入等を行うことにより形成される。第
４のＮ層；４０６は光電変換領域；４０１の半導体基板
中で生成された信号電荷をＶＣＣＤを構成している第５
のＮ層４０７；に読み出すための読み出しチャネルを形
成する為のものである。 【００２４】図７には半導体内部の不純物分布を見やす
くする目的で、半導体表面と平行なＸ２−Ｘ２'の深さ
の切断面を上面より描いた図を示している。先にも述べ
たように、第５のＮ層；４０７は垂直方向の電荷転送手
段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。 【００２５】図８は、図６、図７で示した単位画素にお
けるの信号電荷読み出し時の、ポテンシャル分布を示し
たものである。 【００２６】ここでは、１層目ポリシリコン；４０２に
読み出し用の電圧（例えば１５Ｖ）を印加し、さらに、
２層目ポリシリコン；４０３にも１層目ポリシリコン；
４０２に印加するものと同じ、もしくは、少し低い電圧
（例えば１３Ｖ）を印加した場合の半導体内部のポテン
シャル分布を示している。ここで、２層目ポリシリコ
ン；４０３は、光電変換領域；４０１において、第１の
Ｎ層；４０５の上部の少なくとも１部領域を覆ってい
る。図に示すように、単位画素において、光電変換部周
辺領域を形成する第１のＮ層；４０５の領域から１層目
ポリシリコン；４０２下に形成された第４のＮ層；４０
６内に形成される読み出しチャネルに近づくにつれ、半
導体内部には、単調なポテンシャル勾配が生じ、矢印で
示すように信号電荷；４０８のドリフト移動をスムース
に行うことを可能としている。 【００２７】本説明においては、光電変換領域：４０１
に対して、第１のＮ層；４０５から、第４のＮ層；４０
６までの４種類の注入領域を設定したが、注入領域が２
種類以上の濃度をもつ同種の不純物層によって形成され
ても、さらに光電変換部周辺領域において部分的にＰ型
不純物を用いても、光電変換部周辺領域から読み出しゲ
ートである１層目ポリシリコン；４０２の下に形成され
た読み出しチャネルに近づくにつれ、半導体内部に単調
なポテンシャル勾配が生じさせるという機能を発現させ
る事が可能であることをつけ加えておく。 【００２８】次に、図９、１０、１１、１２を用いて第
５の実施の形態を示す。 【００２９】図９には単位画素のほぼ中央部において垂
直転送手段と平行な線で基板深さ方向に切断した場合の
断面図を示す。Ｖピッチ；５００は単位画素の長さを示
している。また、図には、光電変換領域；５０１と酸化
膜；５０４を介した読み出しゲートの１層目ポリシリコ
ン；５０２と２層目ポリシリコン；５０３を示してい
る。 【００３０】図１０には半導体内部の不純物分布を見や
すくするため、半導体表面と平行なＸ３−Ｘ３'の深さ
の位置において切断面を上面より描いた図を示してい
る。ここで、第５のＮ層；５０７は垂直方向の電荷転送
手段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。第４のＮ
層；５０６は光電変換領域；５０１の半導体基板中で生
成された信号電荷をＶＣＣＤを構成している第５のＮ
層；５０７に読み出すための読み出しチャネルを形成す
る。図には、第１のＮ層；５０５、１層目ポリシリコ
ン；５０２の下に形成された第４のＮ層；５０６と１層
目ポリシリコン：５０１の下に形成された３角形の注入
形状を有するＰ層：５０８が示されている。３角形の注
入形状をもつＰ層：５０８は、その後の熱拡散工程によ
り、垂直転送手段であるＶＣＣＤの転送路を形成する第
５のＮ層：５０７に向かうにつれてＮ層の不純物濃度が
高くなるようになるため、（後述するように、例えば１
層目ポリシリコン；５０２の電極に読み出し電圧＋１５
Ｖを印加した場合）読み出し時におけるポテンシャル電
位も単調に高くなり、読み出しチャネルから垂直転送手
段へのドリフト移動を短時間に行うことが可能となる。 【００３１】図１１は、単位画素のほぼ半分を鳥瞰図に
て示したものである。 【００３２】図１２は、図９、図１０で示した画素構造
において、１層目ポリシリコン；５０２に読み出し用の
電圧（例えば、１層目ポリシリコン；５０２の電極に読
み出し電圧＋１５Ｖを印加した）場合の半導体内部のポ
テンシャル分布を示している。このとき、光電変換部周
辺領域である第１のＮ層；５０５の領域から１層目ポリ
シリコン；５０２下に形成された第４のＮ層；５０６内
に形成される読み出しチャネルに移動した信号電荷は、
チャネル内の不純物濃度勾配に基づいて生じたチャネル
内部の単調なポテンシャル勾配により、矢印方向にドリ
フト電界を用いて移動する。 【００３３】本説明においては、Ｐ層；５０８はボロン
等のＰ型不純物イオン注入等の注入形状を３角形に想定
しているが、注入形状としてはＶＣＣＤの転送路に相当
する第５のＮ層；５０７に近づくにつれ注入領域の幅を
狭める形状であれば扇型でも台形でも１層目ポリシリコ
ン；５０２の下に形成された読み出しチャネル内部に単
調なポテンシャル勾配が生じさせるという機能を発現で
きると言うことを強調しておく。次に図１３、１４、１
５、１６、を用いて第６の実施の形態を示す。 【００３４】図１３には単位画素のほぼ中央部において
垂直転送手段と平行な線で基板深さ方向に切断した場合
の断面図を示す。Ｖピッチ；６００は単位画素の長さを
示している。また、図には、光電変換領域；６０１と酸
化膜；６０４を介した読み出しゲートの１層目ポリシリ
コン；６０２と２層目ポリシリコン；６０３を示してい
る。 【００３５】図１４には半導体内部の不純物分布を見や
すくするため、半導体表面と平行なＸ４−Ｘ４'の深さ
の位置において切断面を上面より描いた図を示してい
る。ここで、第５のＮ層；６０７は垂直方向の電荷転送
手段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。第４のＮ
層；６０６は光電変換領域である第１のＮ層；６０５の
半導体基板中で生成された信号電荷をＶＣＣＤを構成し
ている第５のＮ層；６０７に読み出すための読み出しチ
ャネルを形成する。図には、第１のＮ層；６０５、１層
目ポリシリコン；６０２の下に形成されたＰ層；６０８
と１層目ポリシリコン：６０２の下に形成された３角形
の注入形状を有する第４のＮ層：６０６が示されてい
る。３角形の注入形状を有する第４のＮ層：６０６は、
その後の熱拡散工程により、垂直転送手段であるＶＣＣ
Ｄの転送路を形成する第５のＮ層：６０７に向かうにつ
れてＮ層の不純物濃度が高くなるようになるため、（後
述するように、例えば１層目ポリシリコン；６０２の電
極に読み出し電圧＋１５Ｖを印加した場合）読み出し時
におけるポテンシャル電位も単調に高くなり、読み出し
ゲートである１層目ポリシリコン：６０２から垂直転送
手段へのドリフト移動を短時間に行うことが可能とな
る。 【００３６】図１５は、単位画素のほぼ半分を鳥瞰図に
て示したものである。 【００３７】図１６は、図１３、１４で示した画素構造
において、１層目ポリシリコン；６０２に読み出し用の
電圧（例えば、１層目ポリシリコン；６０２の電極に読
み出し電圧＋１５Ｖを印加した）場合の半導体内部のポ
テンシャル分布を示している。このとき、光電変換部周
辺領域である第１のＮ層；６０５の領域から１層目ポリ
シリコン；６０２下に形成された３角形の注入形状を有
する第４のＮ層；６０６内に形成される読み出しチャネ
ルに移動した信号電荷は、チャネル内の不純物濃度勾配
に基づいて生じたチャネル内部の単調なポテンシャル勾
配により、矢印方向にドリフト電界を用いて移動する。 【００３８】本説明においては、第４のＮ層；６０６は
リン等のＮ型不純物イオン注入等の注入形状を３角形に
想定しているが、注入形状としてはＶＣＣＤの転送路に
相当する第５のＮ層；６０７に近づくにつれ注入領域の
幅を広げる形状であれば逆扇型でも逆台形型でも良く、
１層目ポリシリコン；６０２の下に形成された読み出し
チャネル内部に単調なポテンシャル勾配が生じさせると
いう機能を発現できるということを強調しておく。 【００３９】次に図１７、１８、１９、２０を用いて、
第７の実施の形態を示す。 【００４０】図１７には単位画素のほぼ中央部において
垂直転送手段と平行な線で基板深さ方向に切断した場合
の断面図を示す。Ｖピッチ；７００は単位画素の長さを
示している。また、図には、光電変換領域；７０１と酸
化膜；７０４を介した読み出しゲートの１層目ポリシリ
コン；７０２と２層目ポリシリコン；７０３を示してい
る。 【００４１】図１８には半導体内部の不純物分布を見や
すくするため、半導体表面と平行なＸ５−Ｘ５'の深さ
の位置において切断面を上面より描いた図を示してい
る。ここで、第５のＮ層；７０７は垂直方向の電荷転送
手段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。第４のＮ
層；７０６および第７のＮ層；７０９は光電変換領域で
ある第１のＮ層；７０５の半導体基板中で生成された信
号電荷をＶＣＣＤを構成している第５のＮ層；７０７に
読み出すための読み出しチャネルを形成する。図には、
第１のＮ層；７０５、Ｐ層；７０８、第４のＮ層；７０
６、第７のＮ層；７０９が示されている。第４のＮ層：
７０６よりも、第７のＮ層の方の不純物濃度が高くなる
ようイオン注入等に代表される不純物注入を行うため、
（後述するように、例えば１層目ポリシリコン；７０２
の電極に読み出し電圧＋１５Ｖを印加した場合）読み出
し時におけるポテンシャル電位も単調に高くなり、読み
出しゲートである１層目ポリシリコン：７０２から垂直
転送手段へのドリフト移動を短時間に行うことが可能と
なる。 【００４２】図１９は、単位画そのほぼ半分を鳥瞰図に
て示したものである。 【００４３】図２０は、図１７、１８で示した画素構造
において、１層目ポリシリコン；７０２に読み出し用の
電圧（例えば、１層目ポリシリコン；７０２の電極に読
み出し電圧＋１５Ｖを印加した）場合の半導体内部のポ
テンシャル分布を示している。このとき、光電変換部周
辺領域である第１のＮ層；７０５の領域から１層目ポリ
シリコン；７０２下に形成された第４のＮ層；７０６お
よび第７のＮ層；７０９に内に形成される読み出しチャ
ネルに移動した信号電荷は、チャネル内の不純物濃度勾
配に基づいて生じたチャネル内部の単調なポテンシャル
勾配により、矢印方向にドリフト電界を用いて移動す
る。 【００４４】本説明においては、第４のＮ層；７０６お
よび第７のＮ層；７０９という２種類のＮ型不純物イオ
ン注入層を想定しているが、さらに多い種類の不純物イ
オン注入層を１層目ポリシリコン；７０２の下に形成す
る事によっても、Ｎ型に次第に濃くなるように注入する
ことにより、読み出しチャネル内部に単調なポテンシャ
ル勾配を生じさせるという機能を発現できると言うこと
を強調しておく。 【００４５】次に図２１、２２、２３、２４を用いて第
８の実施の形態を示す。 【００４６】図２１には単位画素のほぼ中央部において
垂直転送手段と平行な線で基板深さ方向に切断した場合
の断面図を示す。Ｖピッチ；８００は単位画素の長さを
示している。また、図には、光電変換領域；８０１と酸
化膜；８０４を介した読み出しゲートの１層目ポリシリ
コン；８０２と２層目ポリシリコン；８０３を示してい
る。 【００４７】図２２には半導体内部の不純物分布を見や
すくするため、半導体表面と平行な１層目ポリシリコン
の位置における切断面を上面より描いた図を示してい
る。ここで、第５のＮ層；８０７は垂直方向の電荷転送
手段であるＶＣＣＤ部を構成するものである。第４のＮ
層；８０６は光電変換領域である第１のＮ層；８０５の
半導体基板中で生成された信号電荷をＶＣＣＤを構成し
ている第５のＮ層；８０７に読み出すための読み出しチ
ャネルを形成する。図には、第１のＮ層；８０５、第４
のＮ層；８０６および１層目ポリシリコン；８０２が示
されている。１層目ポリシリコン８０２はＶＣＣＤであ
る第５のＮ層に近づくにつれ、幅が広くなるような台形
あるいはくさび形に相当する形状を有しているため、
（後述するように、例えば１層目ポリシリコン；８０２
の電極に読み出し電圧＋１５Ｖを印加した場合）ナロー
チャネル効果により、第５のＮ層；８０７に向けて、そ
の読み出し時におけるポテンシャル電位も単調に高くな
り、読み出しゲートである１層目ポリシリコン：８０２
から垂直転送手段へのドリフト移動を短時間に行うこと
が可能となる。 【００４８】図２３は、単位画素のほぼ半分を鳥瞰図に
て示したものである。 【００４９】図２４は、図２１、２２で示した画素構造
において、１層目ポリシリコン；８０２に読み出し用の
電圧（例えば、１層目ポリシリコン；８０２の電極に読
み出し電圧＋１５Ｖを印加した）場合の半導体内部のポ
テンシャル分布を示している。このとき、光電変換部周
辺領域である第１のＮ層；８０５の領域から１層目ポリ
シリコン；８０２下に形成された第４のＮ層；８０６内
に形成される読み出しチャネルに移動した信号電荷は、
１層目ポリシリコンの形状が生み出すナローチャネル効
果により生じたチャネル内部の単調なポテンシャル勾配
により、矢印方向にドリフト電界を用いて移動する。 【００５０】次に図２５、２６を用いて第９の実施の形
態を示す。 【００５１】図２５、２６は図９、１０、１１、１２に
示した素子構造を単位画素を採用して、図１に示した配
置関係を実現した２次元固体撮像装置の一例を示したも
のである。 【００５２】図２５に２次元アレイ化された固体撮像装
置の上面図を示す。中の構造が見やすいように、右下に
向かって素子の１部をえぐって描いている。構成要素は
１層目ポリシリコン；９０１、２層目ポリシリコン；９
０２、光電変換部であるＰＤ(Photodiode)；９０３、
（例えば、１層目ポリシリコンと２層目ポリシリコンの
ゲートにより形成される）読み出しゲート；９０４、読
み出しゲート下の半導体中に形成される（ここではＮ層
の）読み出しチャネル；９０５、信号電荷が水平方向に
隣接する単位画素のＶＣＣＤに誤って流入することを防
ぐためのＰ層；９０６、ＶＣＣＤの転送チャネル領域を
規定するためのＰ層；９０７、矢印の方向に信号電荷を
転送するためのＶＣＣＤ；９０８である。単位画素；９
００は一点鎖線で示した領域で示される。この、２次元
アレイ化された固体撮像装置を駆動するためには、駆動
パルスφＶ１；９１１、駆動パルスφＶ２；９１２、駆
動パルスφＶ３；９１３、駆動パルスφＶ４；９１４、
駆動パルスφＶ５；９１５、駆動パルスφＶ６；９１
６、駆動パルスφＶ７；９１７、駆動パルスφＶ８；９
１８の合計８相の駆動パルスが採用されている。 【００５３】図２６に２次元アレイ化された固体撮像装
置の鳥瞰図を示す。中の構造が見やすいように図面の下
方向に向かって１部をえぐって描いている。本実施の形
態においては、先にも述べたように、読み出しゲート構
造は図９、１０、１１、１２にて示したものを採用した
が、図１３〜１６、図１７〜２０、図２１〜２４に示し
た画素構造を用いることも可能なことは言うまでもな
い。 【００５４】次に、図２７、２８、２９、図３０を用い
て第１０の実施の形態を示す。 【００５５】図２７、２８、２９に信号電荷転送図を、
図３０にタイミングチャートを示し、光電変換部のＶＣ
ＣＤおける８相電極構造を有する固体撮像装置の信号電
荷読み出し／転送動作の一例を示す。 【００５６】図２７は、図２５、２６で示した８相電極
構造を有する固体撮像装置をＮＴＳＣ準拠の走査モード
にて読み出し／転送動作を行う際のタイムチャートを表
した図である。図では、横軸に時間、縦軸にＡ−フィー
ルド期間；１００１およびＢ−フィールド期間；１００
５に入射した光に対して光電変換され蓄積された信号電
荷量Ｑｓｉｇ；１０００を示している。ここで、Ａ−フ
ィールド期間；１００１における信号電荷の読み出し時
刻であるＴＡＦ１；１００３とＢ−フィールド期間；１
００５における信号電荷の読み出し時刻であるＴＢＦ
１；１００７は、各フィールドにおいてＶ−ブランク期
間にはいった直後に設定されているものとして説明をす
すめるが、本発明は読み出し時刻を特にこれに限定する
ものではない事を強調しておく。 【００５７】図２８に２画素混合を行う読み出し／転送
動作の１例を示す。左端には各画素が有するＶＣＣＤの
転送電極に印加される８相の駆動パルス（駆動パルスφ
Ｖ１；１０２１、駆動パルスφＶ２；１０２２、駆動パ
ルスφＶ３；１０２３、駆動パルスφＶ４；１０２４、
駆動パルスφＶ５；１０２５、駆動パルスφＶ６；１０
２６、駆動パルスφＶ７；１０２７、駆動パルスφＶ
８；１０２８）を示し、ＴＡＦ１；１００３の読み出し
動作から開始される信号電荷パケットを用いた一連の信
号電荷転送動作の流れを時間を追って（ここでは１クロ
ック毎に）、ＴＡＦ１６；１００４の時刻まで模式的に
描いている。 【００５８】図２８において、黒塗りの四角は信号電荷
読み出し；１０１４、斜線の四角は信号電荷パケット；
１０１５、白抜きの四角はバリア；１０１６を示す。左
側に示したＡ−フィールド；１００１ではＴＡＦ１；１
００３の読み出し動作から３クロック後に、画素；１０
１０と画素；１０１１、画素；１０１２と画素；１０１
３をそれぞれ混合し、図２８の右側に示したＢ−フィー
ルド；１００５では、画素；１０１１と画素；１０１２
を混合、画素；１０１０は図には記入していないが、も
う一つ上の画素と、画素；１０１３はもう一つ下の画素
と混合する動作が実行される。 【００５９】Ｂ−フィールド；１００５においても同様
の動作が繰り返される。 【００６０】図２９に、図２８において、２画素混合さ
れてから信号電荷パケットが最小となる、ＴＡＦ５；１
０３０およびＴＡＦ７；１０３１時のパケット構成を示
す。１画相当のＶＣＣＤ長；１０４０と１０４１は、図
に示されているようにＶＣＣＤ電極；１０４２をそれぞ
れに４つ有している。本実施の形態においては、８相駆
動を用いているため、２画素単位（合計８つのＶＣＣＤ
電極を所有）の電極をそれぞれ独立に駆動可能である。
結果、信号電荷転送中におけるひとまとまりの信号電荷
パケット；１０１５は６つとなる。一方、図４７に示し
たように、従来の転送方法においては、１画素相当のＶ
ＣＣＤ；２２２０、１画素相当のＶＣＣＤ；２２２１が
有するＶＣＣＤ電極；２２２２の数は合計４つである。
その信号電荷転送時において、隣接する信号電荷パケッ
トとの混合を避けるためには、電荷転送中におけるバリ
ア；２２２３に最低限、電極２つ分が必要となることを
鑑みると、信号電荷転送中におけるひとまとまりの信号
電荷パケット；２２２４は２つとなる。ここで、１画素
に割り振られたＶＣＣＤ面積をＳとすると、従来ＣＣＤ
においては、１／２Ｓが信号電荷転送用として確保可能
となる。この点、本発明においては、１画素相当のＶＣ
ＣＤ長を従来のものと同じと仮定すれば、６／８Ｓが信
号電荷転送用として用いられることとなる。結果、信号
電荷パケットを形成するための電極面積に換算して、従
来比１．５倍の面積拡大が実現可能となり、結果、転送
可能な信号電荷量も向上する。 【００６１】図３０には、この電荷転送を可能とするた
めの、８相駆動パルス群（駆動パルスφＶ１；１０２
１、駆動パルスφＶ２；１０２２、駆動パルスφＶ３；
１０２３、駆動パルスφＶ４；１０２４、駆動パルスφ
Ｖ５；１０２５、駆動パルスφＶ６；１０２６、駆動パ
ルスφＶ７；１０２７、駆動パルスφＶ８；１０２８）
のタイミングチャートをそれぞれＡ−フィールド、Ｂ−
フィールドにおいて、ＴＡＦ１；１００３からＴＡＦ１
６；１００４までと、ＴＢＦ１；１００７からＴＢＦ
１；１００８までの期間、図示している。ここで、Ｖ
Ｈ；１１００、ＶＭ；１１０１、ＶＬ；１１０２の電圧
には例えば、１５Ｖ、０Ｖ、−８Ｖが供給されることを
想定しているが、このような３値電圧および２値電圧に
限定されずとも図２８の信号電荷転送が実現可能である
ことをつけ加えておく。 【００６２】次に、図３１、３２と図３３を用いて第１
１の実施の形態を示す。 【００６３】図３１は、図２５、２６で示した。８相電
極構造を有する固体撮像装置をＮＴＳＣ準拠の走査モー
ドにて読み出し／転送動作を行う際、各フィールドにお
いて蓄積時間が長、短の２回以上の撮像を行うためのタ
イムチャートの１例を表した図である。本実施の形態に
おける目的は、外部フレームメモリを用いずに任意フレ
ーム期間中に長短２種類の蓄積時間が設定可能な場合、
長時間露光により低い照度をもつ被写体を撮像し、短時
間露光により高い照度をもつ被写体を撮像し、露光時間
と独立に取り出した信号電荷量から被写体の入射光量を
推定可能とする点にある。 【００６４】図３２には、図３１のタイムチャートに準
じて２画素混合を行う読み出し／転送動作の１例を示
す。左端には、固体撮像装置の偶数行、奇数行を代表す
る各画素（画素；１２３０、画素；１２３１、画素；１
２３２、画素；１２３３）と各画素が有するＶＣＣＤの
転送電極とそれぞれに印加される８相の駆動パルス（駆
動パルスφＶ１；１２４１、駆動パルスφＶ２；１２４
２、駆動パルスφＶ３；１２４３、駆動パルスφＶ４；
１２４４、駆動パルスφＶ５；１２４５、駆動パルスφ
Ｖ６；１２４６、駆動パルスφＶ７；１２４７、駆動パ
ルスφＶ８；１２４８）を模式的に示している。また、
ＴＡＦ１；１２０３の読み出し動作から開始される信号
電荷パケットを用いた一連の信号電荷転送動作の流れを
時間を追って（ここでは１クロック毎に）、ＴＡＦ２
７；１２０５より３クロック後まで描いている。 【００６５】ここで、図３１の上側に示したチャートに
は、横軸に時間、縦軸にＡ−フィールド期間；１２０
１、Ｂ−フィールド期間；１２０６のそれぞれに入射し
た光に対して画素；１２３０に代表される任意の奇数行
の単位画素において光電変換され蓄積された信号電荷量
Ｑｓｉｇ；１２００の時間変化を示す。また、図３１の
下側のチャートには、次の偶数行に位置する画素；１２
３１において光電変換され蓄積された信号電荷量Ｑｓｉ
ｇ；１２１９の時間変化を示している。以下、便宜上、
Ａ−フィールド期間；１２０１における信号電荷の読み
出し時刻であるＴＡＦ１；１２０３およびＢ−フィール
ド期間；１２０６における信号電荷の読み出し時刻であ
るＴＢＦ１；１２０８は、各フィールドのＶ−ブランク
期間直後に設定するものとして説明をすすめるが、本発
明は各読み出し時刻を特にＶ−ブランク期間直後に限定
するものではない事を強調しておく。 【００６６】画素；１２３０では、ＴＡＦ１；１２０３
にて第１の露光期間Ａ；１２１１の読み出しを行った
後、同じＡ−フィールド期間中にもう一度、ＴＡＦ１
４；１２０４にて第２の露光期間Ａ；１２１２の読み出
しを行う。さらに、この画素；１２３０ではＴＡＦ１
４；１２０４での読み出しが終わった直後からＢ−フィ
ールドのＴＢＦ１４；１２０９で読み出すための第１の
露光期間Ｂ；１２１３の信号電荷蓄積が始まる。ここ
で、第１の露光期間Ｂ；１２１３はＴＢＦ１；１２０８
からΔＴ；１２１７だけ遅れたＴＢＦ１４；１２０９の
タイミングにて読み出されるため、第１の露光期間Ａ；
１２１１よりも２ΔＴだけ露光期間が長くなる。 【００６７】一方、画素；１２３１では、ＴＡＦ１４；
１２０４にて第１の露光期間Ａ；１２１１の読み出しを
行った後、同じＡ−フィールド期間中にもう一度、ＴＡ
Ｆ２７；１２０５にて第２の露光期間Ａ；１２２１の読
み出しを行う。さらに、この画素；１２３１ではＴＡＦ
２７；１２０５での読み出しが終わった直後からＢ−フ
ィールドのＴＢＦ１；１２０８で読み出すための第１の
露光期間Ｂ；１２２２の信号電荷蓄積が始まる。ここ
で、第１の露光期間Ｂ；１２２２はＴＢＦ１；１２０８
のタイミングにて読み出されるため、第１の露光期間
Ａ；１２１１よりも２ΔＴだけ露光期間が短くなる。結
果、第１の露光期間Ｂ；１２１３と第１の露光期間Ａ；
１２２０、第１の露光期間Ａ；１２１１と第１の露光期
間Ｂ；１２２２、では露光時間が同じであるが、第１の
露光期間Ａ；１２１１と第１の露光期間Ｂ；１２１３と
では互いに２ΔＴだけ露光時間が異なる結果となる。 【００６８】このことは、ΔＴが第１の露光期間Ａ；１
２１１に比べて無視できる程度に短い場合は、問題とな
らないが、無視できない程度に大きい場合、双方の時間
比で変換するための演算処理を通じて、仮想的に露光期
間を揃える必要がある。 【００６９】ここで、第２の露光時間Ａ；１２１２、第
２の露光時間Ｂ；１２１４、第２の露光時間Ａ；１２２
１、第２の露光時間Ｂ；１２２３はそれぞれ、同じΔＴ
の露光時間を有するように設定されている。 【００７０】図３２の図を用いて説明を行う。ここで、
黒塗りの四角は信号電荷読み出し；１２３４、斜線の四
角は信号電荷パケット；１２３５、白抜きの四角はバリ
ア；１２３６を示す。 【００７１】画素；１２３０の第１の露光期間Ａ；１２
１１に得られた信号電荷はＴＡＦ１；１２０３の時刻で
垂直方向の電荷転送手段であるＶＣＣＤに読み出され、
この信号は、画素；１２３１の位置までＶＣＣＤ中を転
送され、ＴＡＦ１４；１２０４の時刻において、画素；
１２３１の第１の露光期間Ａ；１２２０に得られた信号
電荷が読み出された時点で、ＶＣＣＤ内で加算混合され
る。 【００７２】一方、画素；１２３０の第２の露光期間
Ａ；１２１２に得られた信号電荷はＴＡＦ１４；１２０
４の時刻で垂直方向の電荷転送手段であるＶＣＣＤに読
み出され、この信号は、画素；１２３１の位置までＶＣ
ＣＤ中を転送され、ＴＡＦ２７；１２０５の時刻におい
て、画素；１２３１の第２の露光期間Ａ；１２２１に得
られた信号電荷が読み出された時点で、ＶＣＣＤ内で加
算混合される。 【００７３】Ｂ−フィールド；１２０６においても、同
様な動作が繰り返される。これにより、Ａ−フィール
ド、Ｂ−フィールドのそれぞれにおいて、第２の露光期
間を揃えることが可能となる。 【００７４】ここでは、第１の露光期間および第２の露
光期間において得られた信号電荷に対する信号電荷パケ
ットをともに２個づつに設定したが、特にこの個数に限
定するものではなく、１個と３個でも良いし、３個と１
個でも良いことをつけ加えておく。また、ΔＴ；１２１
５、ΔＴ；１２１６、ΔＴ；１２１７、ΔＴ；１２１８
は図３２においては、基準クロック換算で１３クロック
分にて記述されているが、転送を行わずにあるいは逆方
向の転送を部分的に用いることにより１３クロック以上
に可変とする用い方も十分可能である事を強調してお
く。 【００７５】図３３には、この電荷転送を可能とするた
めの、８相駆動パルス群（駆動パルスφＶ１；１２４
１、駆動パルスφＶ２；１２４２、駆動パルスφＶ３；
１２４３、駆動パルスφＶ４；１２４４、駆動パルスφ
Ｖ５；１２４５、駆動パルスφＶ６；１２４６、駆動パ
ルスφＶ７；１２４７、駆動パルスφＶ８；１２４８）
のタイミングチャートをそれぞれＡ−フィールド、Ｂ−
フィールドにおいて、ＴＡＦ１；１２０３からＴＡＦ２
７；１２０５から３クロック後までと、ＴＢＦ１；１２
０８からＴＢＦ２７；１２１０から３クロック後までの
期間、図示している。ここで、ＶＨ；１３００、ＶＭ；
１３０１、ＶＬ；１３０２の電圧には例えば、１５Ｖ、
０Ｖ、−８Ｖが供給されることを想定しているが、この
ように限定された３値電圧ならずとも、図３２の信号電
荷転送が実現可能であることをつけ加えておく。 【００７６】また、Ａ−フィールドにおける第１の露光
期間Ａ；１２１１、１２２０と、Ｖ−ブランク；１２０
２期間中の第２の露光期間Ａ；１２１２、１２２１は、
前者が水平走査線数に換算して約２４０本であり後者は
約２０本なので、実行可能な露光時間比は約８％以下と
なる。 【００７７】次に、図３４、３５と図３６を用いて第１
２の実施の形態を示す。 【００７８】図３４は、図３１、３２において、第１の
露光期間Ａ；１４１１と第１の露光期間Ｂ；１４１３を
Ａ−フィールドおよびＢ−フィールドにおいて、それぞ
れ揃えるための駆動方法を示したものである。本実施の
形態における目的は、外部フレームメモリを用いずに任
意フレーム期間中に長短２種類の蓄積時間が設定可能な
場合、長時間露光により低い照度をもつ被写体を撮像
し、短時間露光により高い照度をもつ被写体を撮像し、
露光時間と独立に取り出した信号電荷量から被写体の入
射光量を推定可能とするために、Ａ−フィールド期間中
の長短２種類の露光期間とＢ−フィールド期間中の長短
２種類の露光期間をそれぞれ揃えることにより、後の信
号処理を行いやすくする点にある。また、図３５には、
図３４に示したタイムチャートに準じて２画素混合を行
う読み出し／転送動作の１例を示す。左端には、固体撮
像装置の偶数行、奇数行を代表する各画素（画素；１４
３０、画素；１４３１、画素；１４３２、画素；１４３
３）と各画素が有するＶＣＣＤの転送電極とそれぞれに
印加される８相の駆動パルス（駆動パルスφＶ１；１４
４１、駆動パルスφＶ２；１４４２、駆動パルスφＶ
３；１４４３、駆動パルスφＶ４；１４４４、駆動パル
スφＶ５；１４４５、駆動パルスφＶ６；１４４６、駆
動パルスφＶ７；１４４７、駆動パルスφＶ８；１４４
８）を模式的に示している。ここでは、ＴＡＦ１；１４
０３の読み出し動作から開始される信号電荷パケットを
用いた一連の信号電荷転送動作の流れを時間を追って
（ここでは１クロック毎に）、ＴＡＦ２７；１４０５よ
り３クロック後まで描いている。 【００７９】ここで、図３４の上側に示したチャートに
は、横軸に時間、縦軸にＡ−フィールド期間；１４０
１、Ｂ−フィールド期間；１４０６のそれぞれの期間中
に入射した光に対して画素；１４３０に代表される任意
の奇数行の単位画素において光電変換され蓄積された信
号電荷量Ｑｓｉｇ；１４００の時間変化を示す。また、
図３４の下側のチャートには、次の偶数行に位置する画
素；１４３１において光電変換され蓄積された信号電荷
量Ｑｓｉｇ；１４１９の時間変化を示している。以下、
便宜上、Ａ−フィールド期間；１４０１における信号電
荷の読み出し時刻であるＴＡＦ１；１４０３およびＢ−
フィールド期間；１４０６における信号電荷の読み出し
時刻であるＴＢＦ１；１４０８は、各フィールドのＶ−
ブランク期間直後に設定するものとして説明をすすめる
が、本発明は各読み出し時刻を特にＶ−ブランク期間直
後に限定するものではない事を強調しておく。 【００８０】画素；１４３０では、ＴＡＦ１；１４０３
にて第１の露光期間Ａ；１４１１の読み出しを行った
後、同じＡ−フィールド期間中にもう一度、ＴＡＦ１
４；１４０４にて第２の露光期間Ａ；１４１２の読み出
しを行う。さらに、この画素；１４３０ではＴＡＦ１
４；１４０４での読み出しが終わった直後からＢ−フィ
ールドのＴＢＦ１；１４０８で読み出すための第１の露
光期間Ｂ；１４１３の信号電荷蓄積が始まる。ここで、
第１の露光期間Ｂ；１４１３はＴＢＦ１；１４０８のタ
イミングにて読み出されるため、第１の露光期間Ａ；１
４１１と同じ露光期間を得る事が可能となる。 【００８１】一方、画素；１４３１では、ＴＡＦ１４；
１４０４にて第１の露光期間Ａ；１４１１の読み出しを
行った後、同じＡ−フィールド期間中にもう一度、ＴＡ
Ｆ２７；１４０５にて第２の露光期間Ａ；１４２１の読
み出しを行う。さらに、この画素；１４３１ではＴＡＦ
２７；１４０５での読み出しが終わった直後からＢ−フ
ィールドのＴＢＦ１４；１４０９で読み出すための第１
の露光期間Ｂ；１４２２の信号電荷蓄積が始まる。ここ
で、第１の露光期間Ｂ；１４２２はＴＢＦ１４；１４０
９のタイミングにて読み出されるため、第１の露光期間
Ａ；１４１１と同じ露光期間を得ることが可能となる。
結果、第１の露光期間Ｂ；１４１３と第１の露光期間
Ａ；１４２０と第１の露光期間Ａ；１４１１と第１の露
光期間Ｂ；１４２２の４つはすべて露光時間が等しくな
る。 【００８２】さらにここでは、第２の露光時間Ａ；１４
１２、第２の露光時間Ｂ；１４１４、第２の露光時間
Ａ；１４２１、第２の露光時間Ｂ；１４２３の４つはそ
れぞれ、同じΔＴの露光時間を有するように設定されて
いる。 【００８３】図３５の図を用いて説明を行う。ここで、
黒塗りの四角は信号電荷読み出し；１４３４、斜線の四
角は信号電荷パケット；１４３５、白抜きの四角はバリ
ア；１４３６を示す。 【００８４】Ａ−フィールド；１４０１において、画
素；１４３２の第１の露光期間Ａ；１４１１に得られた
信号電荷はＴＡＦ１；１４０３の時刻で垂直方向の電荷
転送手段であるＶＣＣＤに読み出され、この信号は、画
素；１４３１の位置までＶＣＣＤ中を逆方向に転送され
る。そして、ＴＡＦ１４；１４０４の時刻で、画素；１
４３１から第１の露光期間Ａ；１４２０に得られた信号
電荷が読み出された時、両者の信号電荷はＶＣＣＤ内で
加算混合される。 【００８５】一方、画素；１４３２の第２の露光期間
Ａ；１４１２に得られた信号電荷はＴＡＦ１４；１４０
４の時刻で垂直方向の電荷転送手段であるＶＣＣＤに読
み出され、この信号は、画素；１４３１の位置までＶＣ
ＣＤ中を逆方向に転送される。そして、ＴＡＦ２７；１
４０５の時刻で、画素；１４３１から第２の露光期間
Ａ；１４２１に得られた信号電荷が読み出された時、両
者の信号電荷はＶＣＣＤ内で加算混合され、こののち、
順方向に転送される。 【００８６】Ｂ−フィールド；１４０６においても、同
様に、画素；１４３０の第１の露光期間Ｂ；１４１３に
得られた信号電荷はＴＢＦ１；１４０８の時刻で垂直方
向の電荷転送手段であるＶＣＣＤに読み出され、この信
号は、画素；１４３１の位置までＶＣＣＤ中を順方向に
転送される。そして、ＴＢＦ１４；１４０９の時刻で、
画素；１４３１から第１の露光期間Ｂ；１４２２に得ら
れた信号電荷が読み出された時、両者の信号電荷はＶＣ
ＣＤ内で加算混合される。 【００８７】一方、画素；１４３０の第２の露光期間
Ｂ；１４１４に得られた信号電荷はＴＢＦ１４；１４０
９の時刻で垂直方向の電荷転送手段であるＶＣＣＤに読
み出され、この信号は、画素；１４３１の位置までＶＣ
ＣＤ中を順方向に転送される。そして、ＴＢＦ２７；１
４１０の時刻で、画素；１４３１から第２の露光期間
Ｂ；１４２３に得られた信号電荷が読み出された時、両
者の信号電荷はＶＣＣＤ内で加算混合される。Ｂ−フィ
ールドでＶＣＣＤに読み出された信号電荷は、この後、
ＴＢＦ４３；１４２５まで逆方向に転送され、そこか
ら、順方向の転送が開始される。以下、各フィールド毎
に同様な動作が繰り返される。 【００８８】これにより、Ａ−フィールド、Ｂ−フィー
ルドのそれぞれにおいて、ＴＡＦ１；１４０３からＴＡ
Ｆ４３；１４２４の４３クロック期間とＴＢＦ１；１４
０８からＴＢＦ４３；１４２５までの４３クロック期間
において、読み出しおよび読み出し行の順序の時間的な
位置合わせが行われ、第１の露光期間と第２の露光期間
をすべて等しく揃えることが可能となる。 【００８９】ここでは、第１の露光期間および第２の露
光期間において得られた信号電荷に対する信号電荷パケ
ットをともに２個づつに設定したが、特にこの個数に限
定するものではなく、１個と３個でも良いし、３個と１
個でも良い事をつけ加えておく。また、ΔＴ；１４１
５、ΔＴ；１４１６、ΔＴ；１４１７、ΔＴ；１４１８
は図３５においては、基準クロック換算で１３クロック
分にて記述されているが、転送を行わずにあるいは逆方
向の転送を部分的に用いることにより１３クロックに限
定しなくとも十分可能である事を強調しておく。また、
順方向転送にはいるタイミングをＴＡＦ４３；１４２４
とＴＢＦ４３；１４２５で最初の読み出しから基準クロ
ック換算で４３クロック目としたが、４３クロックに限
定しなくとも実現可能であるのは言うまでもない。 【００９０】図３６には、この電荷転送を可能とするた
めの、８相駆動パルス群（駆動パルスφＶ１；１４４
１、駆動パルスφＶ２；１４４２、駆動パルスφＶ３；
１４４３、駆動パルスφＶ４；１４４４、駆動パルスφ
Ｖ５；１４４５、駆動パルスφＶ６；１４４６、駆動パ
ルスφＶ７；１４４７、駆動パルスφＶ８；１４４８）
のタイミングチャートをそれぞれＡ−フィールド、Ｂ−
フィールドにおいて、ＴＡＦ１；１４０３からＴＡＦ２
７；１４０５から３クロック後までと、ＴＢＦ１；１４
０８からＴＢＦ２７；１４１０から３クロック後までの
期間、図示している。ここで、ＶＨ；１５００、ＶＭ；
１５０１、ＶＬ；１５０２の電圧には例えば、１５Ｖ、
０Ｖ、−８Ｖが供給されることを想定しているが、この
ように限定された３値電圧ならずとも、図３５の信号電
荷転送が実現可能であることをつけ加えておく。 【００９１】次に図３７、３８を用いて第１３の実施の
形態を示す。 【００９２】図３７、３８図は図９、１０、１１、１２
に示した素子構造を単位画素を採用して、図２に示した
配置関係を実現した２次元固体撮像装置の一例を示した
ものである。各ＮＤを混合読み出しする際に、Ａ−フィ
ールドでは、印加電圧（例えば０Ｖ）によって分離部と
して用いていた読み出しゲートをＢ−フィールドでは、
印加電圧（例えば１５Ｖ）を設定することによって、隣
接する２つの光電変換部における信号電荷を混合して読
み出すための読み出しゲートとして用いることにより、
垂直解像度の向上を図るようにしたものである。 【００９３】図３７に２次元アレイ化された固体撮像装
置の上面図を示す。中の構造が見やすいように、右下に
向かって素子の１部をえぐって描いている。構成要素は
１層目ポリシリコン；１６０１、２層目ポリシリコン；
１６０２、ＰＤ；１６２０、ＰＤ；１６２１、ＰＤ；１
６２２、ＰＤ；１６２３、ＰＤ；１６２４、ＰＤ；１６
２５、ＰＤ；１６２６、（１層目ポリシリコンと２層目
ポリシリコンのゲートにより形成される）読み出しゲー
ト；１６０４、読み出しゲート下の半導体中に形成され
る（ここではＮ層の）読み出しチャネル；１６０５、信
号電荷が水平方向に隣接する単位画素のＶＣＣＤに誤っ
て流入することを防ぐためのＰ層；１６０６、ＶＣＣＤ
の転送チャネル領域を規定するためのＰ層；１６０７、
矢印の方向に信号電荷を転送するためのＶＣＣＤ；１６
０８である。単位画素；１６００は一点鎖線で示した領
域で示している。この、２次元アレイ化された固体撮像
装置を駆動するためには、駆動パルスφＶ１；１６１
１、駆動パルスφＶ２；１６１２、駆動パルスφＶ３；
１６１３、駆動パルスφＶ４；１６１４、駆動パルスφ
Ｖ５；１６１５、駆動パルスφＶ６；１６１６、駆動パ
ルスφＶ７；１６１７、駆動パルスφＶ８；１６１８の
合計８相の駆動パルスが採用されている。 【００９４】図３８に２次元アレイ化された固体撮像装
置の鳥瞰図を示す。中の構造が見やすいように図面の下
方向に向かって１部をえぐって描いている。本実施の形
態においては、先にも述べたように、読み出しゲート構
造は図９、１０、１１、１２にて示したものを採用した
が、図１３〜１６、図１７〜２０、図２１〜２４に示し
た画素構造を用いることも可能なことは言うまでもな
い。 【００９５】次に、図３９、４０、図４１を用いて第１
４の実施の形態を示す。 【００９６】図３９、４０に信号電荷転送図を、図４１
にタイミングチャートを示し、画素部においてＶＣＣＤ
が８相電極構造を有する固体撮像装置の信号電荷読み出
し／転送動作の一例を示す。 【００９７】図３９は、図３７、３８で示した８相電極
構造を有する固体撮像装置をＮＴＳＣ準拠の走査モード
にて読み出し／転送動作を行う際のタイムチャートを表
した図である。図では、横軸に時間、縦軸にＡ−フィー
ルド期間；１７０１およびＢ−フィールド期間；１７０
５に入射した光に対して光電変換され蓄積された信号電
荷量Ｑｓｉｇ；１７００を示している。ここで、Ａ−フ
ィールド期間；１７０１における信号電荷の読み出し時
刻であるＴＡＦ１；１７０３とＢ−フィールド期間；１
７０５における信号電荷の読み出し時刻であるＴＢＦ
１；１７０７は、各フィールドにおいてＶ−ブランク期
間にはいった直後に設定されているものとして説明をす
すめるが、本発明は読み出し時刻を特にこれに限定する
ものではない事を強調しておく。 【００９８】図４０に２画素混合を行う読み出し／転送
動作の１例を示す。左端には各画素が有するＶＣＣＤの
転送電極に印加される８相の駆動パルス（φＶ１；１７
１１、φＶ２；１７１２、φＶ３；１７１３、φＶ４；
１７１４、φＶ５；１７１５、φＶ６；１７１６、φＶ
７；１７１７、φＶ８；１７１８）を示し、ＴＡＦ１；
１７０３の読み出し動作から開始される信号電荷パケッ
トを用いた一連の信号電荷転送動作の流れを時間を追っ
て（ここでは１クロック毎に）、ＴＡＦ２１；１７０４
の時刻まで模式的に描いている。 【００９９】図４０において、黒塗りの四角は信号電荷
読み出し；１７２０、斜線の四角は信号電荷パケット；
１７２１、白抜きの四角はバリア；１７２２を示す。左
側に示したＡ−フィールド；１７０１ではＴＡＦ１；１
７０３の読み出し動作時において、ＰＤ；１６２０とＰ
Ｄ；１６２１、ＰＤ；１６２２とＰＤ；１６２３の信号
電荷をそれぞれ混合し、図４０の右側に示したＢ−フィ
ールド；１７０５では、ＰＤ；１６２１とＰＤ；１６２
２、ＰＤ；１６２３とＰＤ；１６２４の信号電荷をそれ
ぞれ混合する動作が実行される。 【０１００】図４１には、この画素内における信号電荷
の混合、以降の電荷転送を可能とするための、８相駆動
パルス群（φＶ１；１７１１、φＶ２；１７１２、φＶ
３；１７１３、φＶ４；１７１４、φＶ５；１７１５、
φＶ６；１７１６、φＶ７；１７１７、φＶ８；１７１
８）のタイミングチャートをそれぞれＡ−フィールド、
Ｂ−フィールドにおいて、ＴＡＦ１；１７０３からＴＡ
Ｆ１６；１７０４までと、ＴＢＦ１；１７０７からＴＢ
Ｆ１６；１７０８までの期間、図示している。ここで、
ＶＨ；１８００、ＶＭ；１８０１、ＶＬ；１８０２の電
圧には例えば、１５Ｖ、０Ｖ、−８Ｖが供給されること
を想定しているが、このような３値電圧および２値電圧
に限定されずとも図４０に示した信号電荷転送が実現可
能であることをつけ加えておく。 【０１０１】次に、図４２、４３、図４４を用いて第１
５の実施の形態を示す。 【０１０２】図４２、４３に信号電荷転送図を、図４４
にタイミングチャートを示し、画素部のＶＣＣＤが８相
電極構造を有する固体撮像装置の信号電荷読み出し／転
送動作の一例を示す。 【０１０３】図４２は、図３７、３８で示した８相電極
構造を有する固体撮像装置をＮＴＳＣ準拠の走査モード
にて読み出し／転送動作を行う際のタイムチャートを表
した図である。図の上側には、ＰＤ；１９６０に代表さ
れる奇数行に位置する光電変換部に蓄積される信号電荷
量Ｑｓｉｇ；１９００の時間変化を、下側には、ＰＤ；
１９６１に代表される偶数行に位置する光電変換部に蓄
積される信号電荷量Ｑｓｉｇ；１９０１の時間変化を示
す。ここで、横軸に時間、縦軸にはＡ−フィールド期
間；１９０２およびＢ−フィールド期間；１９０４にそ
れぞれのＰＤにおいて光電変換され蓄積された信号電荷
量を示す。まず、各フィールドのはじめの部分である、
ＴＢＦＥ；１９０６からＴＡＦＳ；１９０８までのΔＴ
−ｓｈｕｔ；１９０７の期間および、ＴＡＦＥ；１９１
３からＴＢＦＳ；１９１５までのΔＴ−ｓｈｕｔ；１９
１４の期間、公知の(VOD;Vertical Overflow Drain)構
造を用いた基板方向への信号電荷掃き出し動作期間、電
子シャッター期間Ａ；１９２０、電子シャッター期間
Ａ；１９３０、電子シャッター期間Ｂ；１９２４、電子
シャッター期間Ｂ；１９３４を設け、ＰＤに蓄積されて
いた信号電荷を一斉に基板方向に掃き出す。 【０１０４】続く、第１の露光期間Ａ；１９２１、第１
の露光期間Ａ；１９３１、第１の露光期間Ｂ；１９２
５、第１の露光期間Ｂ；１９３５における信号電荷はＴ
ＡＦ１；１９１０およびＴＢＦ１；１９１７の時刻にお
いて読み出される。この蓄積期間は図において、ΔＴ−
ｓｔ；１９０９およびΔＴ−ｓｔ；１９１６で示され
る。また、第２の露光期間Ａ；１９３２と第２の露光期
間Ｂ；１９２６において蓄積された信号電荷はＴＡＦ
９；１９１１およびＴＢＦ９；１９１８の時刻において
読み出される。棄却期間Ａ；１９２３、棄却期間Ａ；１
９３３、棄却期間Ｂ；１９２７、棄却期間Ｂ；１９３７
において蓄積された信号電荷は上述の電子シャッター動
作によって基板方向に掃き出される。ここで、Ａ−フィ
ールド期間；１９０２における信号電荷の読み出し時刻
であるＴＡＦ１；１９１０とＢ−フィールド期間；１９
０４における信号電荷の読み出し時刻であるＴＢＦ１；
１９１７は、各フィールドにおいてＶ−ブランク期間に
はいった直後に設定されているものとして説明をすすめ
るが、本発明は読み出し時刻を特にこれに限定するもの
ではない事を強調しておく。 【０１０５】図４２で述べた一連の動作を、図４３を用
いてより詳しく説明する。 【０１０６】図４３に、２画素混合を行う読み出し／転
送動作の１例を示す。 【０１０７】左端には各画素が有するＶＣＣＤの転送電
極に印加される８相の駆動パルス（φＶ１；１９５１、
φＶ２；１９５２、φＶ３；１９５３、φＶ４；１９５
４、φＶ５；１９５５、φＶ６；１９５６、φＶ７；１
９５７、φＶ８；１９５８）を示し、ＴＡＦ１；１９１
０の読み出し動作から開始される信号電荷パケットを用
いた一連の信号電荷転送動作の流れを時間を追って（こ
こでは１クロック毎に）、１６クロック後の時刻まで描
いている。 【０１０８】図４３において、黒塗りの四角は信号電荷
読み出し；１９６７、斜線の四角は信号電荷パケット；
１９６８、白抜きの四角はバリア；１９６９を示す。左
側に示したＡ−フィールド；１９０２ではＴＡＦ１；１
９１０の読み出し動作時において、４つの連続するＰＤ
が１組となって同時に読み出される。例えば、ＰＤ；１
９６０とＰＤ；１９６１とＰＤ；１９６２とＰＤ；１９
６３が１つの単位となって同時に読み出されることにな
る。続くＴＡＦ９；１９１１の読み出し動作時において
は２つおきに２つの連続するＰＤが１組となって同時に
読み出される。例えば、ＰＤ；１９６１、ＰＤ；１９６
２が１つの単位となって同時に読み出される。このと
き、読み出されなかったＰＤ；１９６０、ＰＤ；１９６
３の信号電荷はＢ−フィールド期間；１９０４のはじめ
に行われる電子シャッター動作により基板方向に掃き出
される。 【０１０９】右側に示したＢ−フィールド；１９０４で
はＴＢＦ１；１９１７の読み出し動作時において、４つ
の連続するＰＤが１組となって同時に読み出される。例
えば、ＰＤ；１９６２とＰＤ；１９６３とＰＤ；１９６
４とＰＤ；１９６５が１つの単位となって同時に読み出
されることになる。続くＴＢＦ９；１９１８の読み出し
動作時においては２つおきに２つの連続するＰＤが１組
となって同時に読み出される。例えば、ＰＤ；１９６
３、ＰＤ；１９６４が１つの単位となって同時に読み出
される。このとき、読み出されなかったＰＤ；１９６
１、ＰＤ；１９６２の信号電荷はＢ−フィールド期間；
１９０４のはじめに行われる電子シャッター動作により
基板方向に掃き出される。 【０１１０】図４４には、この画素内における信号電荷
の混合、以降の電荷転送を可能とするための、８相駆動
パルス群（φＶ１；１９５１、φＶ２；１９５２、φＶ
３；１９５３、φＶ４；１９５４、φＶ５；１９５５、
φＶ６；１９５６、φＶ７；１９５７、φＶ８；１９５
８）のタイミングチャートをそれぞれＡ−フィールド、
Ｂ−フィールドにおいて、ＴＡＦ１；１９１０から１６
クロック後までとＴＢＦ１；１９１７から１６クロック
後までの期間、図示している。ここで、ＶＨ；２００
０、ＶＭ；２００１、ＶＬ；２００２の電圧には例え
ば、１５Ｖ、０Ｖ、−８Ｖが供給されることを想定して
いるが、このような３値電圧および２値電圧に限定され
ずとも図４３に示した信号電荷転送が実現可能であるこ
とをつけ加えておく。 【０１１１】本実施の形態において強調しておきたいこ
とは、本実施の形態の素子構造と駆動方法を用いること
により、第１の露光期間における蓄積電荷の読み出し
と、第２の露光期間における蓄積電荷の読み出しを、そ
れぞれ、時間的に同時に行なうことが可能となることで
ある。 【０１１２】さらに、第２の露光期間Ａ；１９３２と第
２の露光期間Ｂ；１９２６に相当するΔＴ；１９４０と
ΔＴ；１９４２の双方の期間を変更可能なので、Ａ−フ
ィールドおよびＢ−フィールドにおけるΔＴ−ｓｈｕ
ｔ；１９０７とΔＴ−ｓｈｕｔ；１９１４を変更しなが
ら、第２の露光期間Ａ；１９３２と第２の露光期間Ｂ；
１９２６に相当するΔＴ；１９４０とΔＴ；１９４２の
双方の期間を変更することもできる。さらに、ここで
は、Ａ−フィールドにおいて、ΔＴ−ｓｈｕｔ；１９０
７を調整することで、第１の露光期間Ａ；１９２１と１
９３１に相当するΔＴ−ｓｔ；１９０９の期間だけを独
立に変更し、第２の露光期間Ａ；１９３２は一定にして
おくという使い方も可能であるし、また、第１の露光期
間Ａ；１９２１と１９３１に相当するΔＴ−ｓｔ；１９
０９と第２の露光期間Ａ；１９３２に相当するΔＴ；１
９４０の比を一定に保ちながら、ΔＴ−ｓｔとΔＴの合
計の露光期間を調整することも可能である。どちらの用
い方に対しても、Ｂ−フィールドにおいても同等の取り
扱いが実施可能であることは言うまでもない。 【０１１３】また、本実施の形態における電子シャッタ
ー期間Ａ；１９２０、１９３０および電子シャッター期
間Ｂ；１９２４、１９３５を図３１、図３４、図３９で
代表される実施の形態において実施することが可能であ
ることは言うまでもないことである。なお、本実施の形
態を用いて画像入力装置を構成した場合、メカニカルな
絞り機構の一掃が可能となり、低消費電力と耐衝撃性に
優れた携帯ＴＶ電話、車載カメラ、人工義眼、内視鏡、
電子スチルカメラ、パソコンへの画像入力端末等への応
用が可能となることはいうまでもない。 【０１１４】次に、図４５を用いて第１６の実施の形態
を示す。 【０１１５】図４５に本実施の形態による図２７〜図４
４図記載の駆動方法を採用することが可能な、図２５、
２６および図３７、３８に代表される固体撮像装置；２
１００および第１の露光期間Ａ；１２１１、１２２０、
１４１１、１４２０、１９２１、１９３１、第２の露光
期間Ａ；１２１２、１２２１、１４１２、１４２１、１
９３２、第１の露光期間Ｂ；１２１３、１２２２、１４
１３、１４２２、１９２５、１９３５、第２の露光期間
Ｂ；１２１４、１２２３、１４１４、１４２３、１９２
６等の露光期間を設定するためのカウンタ／タイマー
部；２１０１を示す。以上に代表されるそれぞれの露光
期間をを設定するためのカウント値あるいはタイマー値
をタイマー出力線；２１０３を通じて、信号出力線；２
１０４を通じて転送された映像信号を処理あるいは記録
を行うための外部機器；２１０２に渡すことにより、カ
ウント値あるいはタイマー値を利用して、入射光強度を
逆推定する等、映像信号処理に関わる後段での演算処理
を容易に行うことが可能となる。なお、本実施の形態を
用いて画像入力装置を構成した場合、メカニカルな絞り
機構の一掃が可能となり、低消費電力と耐衝撃性に優れ
た携帯ＴＶ電話、車載カメラ、人工義眼、内視鏡、電子
スチルカメラ、パソコンへの画像入力端末等への応用が
可能となることはいうまでもない。 【０１１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、信号電荷の転送が容易となり、高照度側に取り扱い
光量範囲が拡張する為、本発明がもたらす実用的な効果
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態における固体撮像装置の
上面図である。 【図２】本発明の一実施の形態における固体撮像装置上
面図である。 【図３】本発明の一実施の形態の垂直方向における単位
画素断面図である。 【図４】図３のＸ１−Ｘ１'の深さにおける単位画素断
面図である。 【図５】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシャ
ル分布図である。 【図６】本発明の一実施の形態の垂直方向における単位
画素断面図である。 【図７】図６のＸ２−Ｘ２'の深さにおける単位画素断
面図である。 【図８】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシャ
ル分布図である。 【図９】本発明の一実施の形態の垂直方向における単位
画素断面図である。 【図１０】図９のＸ３−Ｘ３'の深さにおける単位画素
断面図である。 【図１１】本発明の一実施の形態の単位画素の斜視図で
ある。 【図１２】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシ
ャル分布図である。 【図１３】本発明の一実施の形態の垂直方向における単
位画素断面図である。 【図１４】図１３のＸ４−Ｘ４'の深さにおける単位画
素断面図である。 【図１５】本発明の一実施の形態の単位画素の斜視図で
ある。 【図１６】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシ
ャル分布図である。 【図１７】本発明の一実施の形態の垂直方向における単
位画素断面図である。 【図１８】図１７のＸ５−Ｘ５'の深さにおける単位画
素断面図である。 【図１９】本発明の一実施の形態の単位画素の斜視図で
ある。 【図２０】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシ
ャル分布図である。 【図２１】本発明の一実施の形態の垂直方向における単
位画素断面図である。 【図２２】図２１のＸ６−Ｘ６'の深さにおける単位画
素断面図である。 【図２３】本発明の一実施の形態の単位画素の斜視図で
ある。 【図２４】本発明の一実施の形態の単位画素のポテンシ
ャル分布図である。 【図２５】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
上面図である。 【図２６】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
斜視図である。 【図２７】本発明の一実施の形態の蓄積信号電荷の時間
変化 【図２８】本発明の一実施の形態の信号電荷転送チャー
トである。 【図２９】本発明の一実施の形態の電荷パケット図であ
る。 【図３０】本発明の一実施の形態のタイミングチャート
である。 【図３１】本発明の一実施の形態の蓄積信号電荷の時間
変化 【図３２】本発明の一実施の形態の信号電荷転送チャー
トである。 【図３３】本発明の一実施の形態のタイミングチャート
である。 【図３４】本発明の一実施の形態の蓄積信号電荷の時間
変化を示す図である。 【図３５】本発明の一実施の形態の信号電荷転送チャー
トである。 【図３６】本発明の一実施の形態のタイミングチャート
である。 【図３７】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
の上面図である。 【図３８】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
の斜視図である。 【図３９】本発明の一実施の形態の蓄積信号電荷の時間
変化を示す図である。 【図４０】本発明の一実施の形態の信号電荷転送チャー
トである。 【図４１】本発明の一実施の形態のタイミングチャート
である。 【図４２】本発明の一実施の形態の蓄積信号電荷の時間
変化を示す図である。 【図４３】本発明の一実施の形態の信号電荷転送チャー
トである。 【図４４】本発明の一実施の形態のタイミングチャート
である。 【図４５】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
の構成図である。 【図４６】本発明の一実施の形態における固体撮像装置
の上面図である。 【図４７】本発明の一実施の形態の電荷パケット図であ
る。 【符号の説明】 (Photo Diode)ＰＤ；2200、105、106、205、206、220、221、90
3、1603、1620、1621、1622、 1623、1624、1625、1626、1960、1961、1962、1963、1964、1965、
1966 Ｖピッチ：2205、109、209、300、400、500、600、700、800 ＶＣＣＤ；2201、100、200、908、1608 読み出しゲート；904、2204、107、207、208、1604 読み出しチャネル；905、1605 読み出しゲート幅；2206、110、210 １層目ポリシリコン；101、102、201、202、302、402、502、60
2、702、802、901、1601、2202 ２層目ポリシリコン；103、104、203、204、303、403、503、60
3、703、803、902、1602、2203 駆動パルスφＶ１；2211、111、211、911、1021、1241、1441、
1611、1711、1951 駆動パルスφＶ２；2212、112、212、912、1022、1242、1442、
1612、1712、1952 駆動パルスφＶ３；2213、113、213、913、1023、1243、1443、
1613、1713、1953 駆動パルスφＶ４；2214、114、214、914、1024、1244、1444、
1614、1714、1954 駆動パルスφＶ５；115、215、915、1025、1245、1445、1615、
1715、1955 駆動パルスφＶ６；116、216、916、1026、1246、1446、1616、
1716、1956 駆動パルスφＶ７；117、217、917、1027、1247、1447、1617、
1717、1957 駆動パルスφＶ８；118、218、918、1028、1248、1448、1618、
1718、1958 単位画素；120、223、900、1010、1011、1012、1013、1230、123
1、1232、1233、1430、1431、1432、1433、1600 １画相当のＶＣＣＤ長；1040、1041、2220、2221 酸化膜；304、404、504、604、704、804 垂直分離部；108 光電変換領域；301、401、502、601、701、801 第１のＮ層；305、405、505、605、705、805 第２のＮ層；306 第３のＮ層；307 第４のＮ層；308、406、506、606、706、806 第５のＮ層；309、407、507、607、707、807 第７のＮ層；709 信号電荷；310、408、509、609、710、810 Ｐ層：508、608、708、906、907、1606 、1607 信号電荷量Ｑｓｉｇ；1000、1200、1219、1400、1419、1700、
1900、1901 信号電荷読み出し；1014、1234、1434、1720、1967 信号電荷パケット；1015、2224、1235、1435、1721、1968 バリア；1016、2223、1236、1436、1722、1969 ＶＣＣＤ電極；1042、2222 Ａ−フィールド期間；1001、1201、1401、1701、1902 Ｂ−フィールド期間；1005、1206、1406、1705、1904 ＴＡＦ１；1003、1203、1403、1703、1910 ＴＡＦ５；1030 ＴＡＦ７；1031 ＴＡＦ９；1911 ＴＡＦ１４；1404 ＴＡＦ１６；1004、1704 ＴＡＦ２７；1205、1405 ＴＡＦ４３；1424 ＴＢＦ１；1007、1208、1408、1707、1917 ＴＢＦ９；1918 ＴＢＦ１４；1209、1409 ＴＢＦ１６；1708 ＴＢＦ２７；1210、1410 ＴＢＦ４３；1425 ＴＢＦＥ；1906 ＴＡＦＳ；1908 ＴＡＦＥ；1913 ＴＢＦＳ；1915 ＶＨ；1100、1300、1500、1800、2000 ＶＭ；1101、1301、1501、1801、2001 ＶＬ；1102、1302、1502、1802、2002 ΔＴ；1215、1216、1217、1218、1415、1416、1417、1418、194
0、1942 第１の露光期間Ａ；1211、1220、1411、1420、1921、1931 第１の露光期間Ｂ；1213、1222、1413、1422、1925、1935 第２の露光時間Ａ；1212、1221、1412、1421、1932 第２の露光時間Ｂ；1214、1223、1414、1423、1926 棄却期間Ａ；1923、1933 棄却期間Ｂ；1927、1937 ΔＴ−ｓｈｕｔ；1907、1914 ΔＴ−ｓｔ；1909、1916 電子シャッター期間Ａ；1920、1930 電子シャッター期間Ｂ；1924、1934 固体撮像装置；2100 カウンタ／タイマー部；2101 外部機器；2102 タイマー値出力線；2103 信号出力線；2104

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 隆男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松田 祐二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−37869（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−15672（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H01L 27/14

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】単位画素が、前記単位画素に入射する電磁
   波あるいはＸ線を信号電荷に変換するために設けられた
   少なくとも１箇所以上の、第１の不純物を含む光電変換
   部と、前記光電変換部にＸ方向において隣接し、前記信
   号電荷をＹ方向に転送するための電荷転送手段とを有
   し、 前記Ｙ方向の１次元方向、あるいはＸ−Ｙ方向の２次元
   方向に配列された前記単位画素において、Ｙ方向に隣合
   う前記光電変換部同士の境界において、前記光電変換部
   同士を分離する分離機能と、前記光電変換部から前記電
   荷転送手段へ信号電荷を読み出す読み出し機能とが兼用
   された第１の手段を設け、 前記第１の手段は、上部に、少なくとも１枚以上の電極
   が形成されており下部に半導体部を有するものであっ
   て、前記第１の手段の半導体部が、前記電荷転送手段に
   向かう方向に対して、不純物の濃度分布に勾配を有する
   固体撮像装置を駆動する際、 あるフィールドにおいて、Ｙ方向に一つおきに分離機能
   と読み出し機能とが前記第１手段によって実現され、次
   のフィールドにおいて、それら機能が交替することを特
   徴とする固体撮像装置の駆動方法。