JPH08279608A

JPH08279608A - 電荷転送素子及び電荷転送素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH08279608A
Application number: JP7081438A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yasaka; 守家坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で転送レジスタでの暗電流ノイズ
の発生を防止して、暗電流ノイズに起因する再生画像の
画質の劣化を抑制する。【構成】受光部１が多数配列されたイメージ部３と、
このイメージ部３から転送された信号電荷を一時蓄積す
るストレージ部５とを有するＦＩＴ方式のイメージセン
サにおいて、ストレージ部５の各垂直転送レジスタ４を
構成する転送電極群を以下のようにする。即ち、２相の
垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２がそれぞれ印加さ
れる２枚の転送電極を１組として、多数組を垂直方向に
配列し、電気的中性状態における転送チャネル領域のポ
テンシャル分布特性が、各組の転送電極群のうち、一方
の転送電極下にポテンシャル井戸が形成されるように
し、２相の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２を、そ
れぞれ−９Ｖを基準レベルとして、水平帰線期間にそれ
ぞれ０Ｖに互い違いに変化する信号形態にして構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送素子に関し、
特に、複数のＣＣＤ構造による電荷転送部を有する固体
撮像素子や信号処理用ＣＣＤ遅延線等に用いて好適な電
荷転送素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のＣＣＤ構造による電荷転送部を有
するものとして、ＣＣＤイメージセンサ，ＣＣＤリニア
センサ及びＣＣＤ遅延線等が挙げられる。

【０００３】その中でもＣＣＤイメージセンサ、例えば
フレームインターライン転送（ＦＩＴ）型イメージセン
サにおいては、電荷蓄積期間に入射された光をその光量
に応じた量の電荷に光電変換する受光部が多数マトリク
ス状に配列されたイメージ部と、垂直帰線期間に上記撮
像部から高速転送された信号電荷を水平帰線期間に１行
単位に水平転送レジスタに転送するストレージ部を有し
て構成されている。

【０００４】具体的には、図７に示すように、入射光量
に応じた量の電荷に光電変換する受光部１０１が多数マ
トリクス状に配され、更にこれら多数の受光部１０１の
うち、列方向に配列された受光部１０１に対して共通と
された垂直転送レジスタ１０２が多数本、行方向に配列
されたイメージ部（撮像部）１０３と、このイメージ部
１０３に隣接して配され、イメージ部１０３に形成され
ているような受光部１０１はなく、イメージ部１０３に
おける多数本の垂直転送レジスタ１０２に連続してそれ
ぞれ多数本の垂直転送レジスタ１０４のみが延長形成さ
れたストレージ部（蓄積部）１０５とを有する。また、
ストレージ部１０５に隣接し、かつ多数本の垂直転送レ
ジスタ１０４に対して共通とされた水平転送レジスタ１
０６が１本設けられている。

【０００５】また、水平転送レジスタ１０６の最終段に
は出力部１０７が接続されている。出力部１０７は、水
平転送レジスタ１０６の最終段から転送されてきた信号
電荷を電気信号（例えば電圧信号）に変換する例えばフ
ローティング・ディフュージョンあるいはフローティン
グ・ゲート等で構成される電荷−電気信号変換部と、こ
の電荷−電気信号変換部からの電気信号を増幅するアン
プを有して構成されている。

【０００６】そして、これらイメージ部１０３における
垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４及びストレージ部１
０５における４つの垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４
の供給によって、イメージ部１０３及びストレージ部１
０５における各垂直転送電極下のポテンシャル分布が順
次変化し、これによって、信号電荷がそれぞれイメージ
部１０３における垂直転送レジスタ１０２及びストレー
ジ部１０５における垂直転送レジスタ１０４に沿って縦
方向（水平転送レジスタ１０６側）に転送されることに
なる。

【０００７】特に、イメージ部１０３においては、受光
部１０１に蓄積されている信号電荷を垂直帰線期間にお
いて、まず、垂直転送レジスタ１０２に読出し、その
後、この垂直帰線期間内において、上記垂直転送レジス
タ１０２に転送された信号電荷を高速にストレージ部１
０５の垂直転送レジスタ１０４に転送する。

【０００８】ストレージ部１０５は、垂直帰線期間にお
いて垂直転送レジスタ１０４に転送された信号電荷を、
その後の水平帰線期間において１行単位に第１の水平転
送レジスタ１０６側に転送する。

【０００９】そして、次の水平走査期間において、水平
転送レジスタ１０６上に形成された例えば２層の多結晶
シリコン層による水平転送電極への互いに位相の異なる
２相の水平転送パルスの印加によって、信号電荷が順次
対応する出力部１０７側に転送され、出力部１０７の出
力端子１０８より撮像信号Ｓとして取り出されることに
なる。

【００１０】ここで、イメージ部１０３及びストレージ
部１０５における各構成を説明すると、上記イメージ部
１０３における垂直転送レジスタ１０２上、及び上記ス
トレージ部１０５における垂直転送レジスタ１０４上に
は、図示しないが例えば２層の多結晶シリコン層による
４枚の垂直転送電極がそれぞれ絶縁膜を介して形成され
ている。即ち、４枚の垂直転送電極を１組として、その
組が多数、縦方向に順次配列されて形成されている。

【００１１】具体的に説明すると、イメージ部１０３に
おいては、上記１組を構成する４枚の転送電極が、それ
ぞれ水平方向（電荷転送方向に対して直角な方向）に延
長して形成され、これら４枚の転送電極１組にして多数
組、垂直方向に順次配列されている。

【００１２】そして、上記４枚の転送電極に対してそれ
ぞれ第１〜第４の垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４が
個別に印加され、これら４相の垂直転送パルスφＩＭ１
〜φＩＭ４の印加によって、イメージ部１０３における
各転送電極下のポテンシャル分布が順次変化し、これに
よって、読出し期間中に受光部１０１から読み出された
信号電荷が、垂直帰線期間においてストレージ部１０５
に一度に転送されることになる。

【００１３】一方、ストレージ部１０５においては、イ
メージ部１０３と同様に一組を構成する４枚の転送電極
が、それぞれ水平方向（電荷転送方向に対して直角な方
向）に延長して形成され、これら４枚の転送電極を１組
として多数組、垂直方向に順次配列されている。

【００１４】そして、これら４枚の転送電極に対してそ
れぞれ第１〜第４の垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４
が個別に印加され、これら４相の垂直転送パルスφＳＴ
１〜φＳＴ４の印加によって、ストレージ部１０５にお
ける各転送電極下のポテンシャル分布が順次変化し、こ
れによって、上記イメージ部１０３から転送された信号
電荷が、水平帰線期間において水平転送レジスタ１０６
側に順次行単位に転送されることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＦＩＴ方式の固体撮像素子においては、以下に示すよう
に、電荷転送動作に起因して暗電流ノイズが大きくなる
ことから、再生画像の垂直方向にシェーディング状の暗
電流ノイズむらが発生するという問題があった。

【００１６】ここで、従来の電荷転送動作について図８
を参照しながら説明する。この図８においては、イメー
ジ部１０３に供給される垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩ
Ｍ４及びストレージ部１０５に供給される垂直転送パル
スφＳＴ１〜φＳＴ４のうち、それぞれ垂直転送パルス
φＩＭ１及びφＳＴ１を示すものである。

【００１７】まず、垂直転送パルスφＩＭ１に重畳する
読出しパルスＰの供給によって、各受光部１０１からそ
れぞれ対応する垂直転送レジスタ１０２に信号電荷が読
み出される。垂直転送レジスタ１０２に読み出された信
号電荷は、垂直帰線期間におけるフレームシフト転送期
間ＦＳにおいて、ストレージ部１０５の垂直転送レジス
タ１０４に高速に転送される。

【００１８】その後、ストレージ部１０５の垂直転送レ
ジスタ１０４に転送された信号電荷は、ラインシフト転
送期間ＬＳにおける水平帰線期間において、垂直転送レ
ジスタ１０４内を１行単位に順次転送され、水平転送レ
ジスタ１０６に送られる。水平転送レジスタ１０６に転
送された信号電荷は、ラインシフト転送期間ＬＳにおけ
る水平走査期間において出力部１０７側に順次転送さ
れ、上述したように、出力部１０７から撮像信号Ｓとし
て出力されることになる。

【００１９】ここで、受光部１０１に蓄積された信号電
荷が垂直転送レジスタ１０２を通じてストレージ部１０
５に転送されるまでの期間、即ちフレームシフト転送期
間ＦＳは、短時間であるため、信号電荷に暗電流ノイズ
が混入する量は少ない。

【００２０】しかし、ストレージ部１０５に転送された
信号電荷が、ストレージ部１０５における垂直転送レジ
スタ１０４内及び水平転送レジスタ１０６内を転送し
て、出力部１０７から撮像信号Ｓとして取り出されるま
での期間、即ちラインシフト転送期間ＬＳは、上記フレ
ームシフト転送期間ＦＳと比して長時間となるため、暗
電流ノイズはこのラインシフト転送期間ＬＳで多く発生
することとなる。

【００２１】特に、従来の垂直転送パルスにおいては、
図８で示すように、例えば各第１の垂直転送パルスφＳ
Ｔ１が、０Ｖを基準として水平帰線期間内に低レベル
（−９Ｖ）に立ち下げる信号形態となっており、ライン
シフト転送期間ＬＳ全体において、０Ｖとなっている期
間が非常に長いものとなっている。

【００２２】図７で示すようなＦＩＴ方式の固体撮像素
子においては、信号電荷として移動度の高い電子を用い
るようにしているため、信号電荷以外の電荷（例えば、
シリコン基板からの拡散電流，基板表面に形成されてい
る空乏層からの電流，Ｓｉ−ＳｉＯ２界面の表面準位か
らの発生電流等に基づく電荷）が、０Ｖが印加されてい
る転送電極下のポテンシャル井戸に集まり、暗電流ノイ
ズを引き起こす。

【００２３】従って、この暗電流ノイズはストレージ部
１０５に長く滞在する信号電荷（垂直転送レジスタ１０
４中、イメージ部１０３寄りの領域に転送されている信
号電荷など）に対して多く混入する。その結果、再生画
像をモニタ画面上に映し出した際に、垂直方向のシェー
ディングが発生して画質を劣化させる一要因となってお
り、特に暗時で目立ちやすいものとなっている。

【００２４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、簡単な構成で転送レジ
スタでの暗電流ノイズの発生を防止することができる電
荷転送素子を提供することにある。

【００２５】また、本発明の他の目的は、固体撮像素子
に適用した場合において、簡単な構成で転送レジスタで
の暗電流ノイズの発生を防止することができ、暗電流ノ
イズに起因する再生画像の画質の劣化を抑制することが
できる電荷転送素子を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、信号電荷を一
方向に転送する転送チャネル領域と、該転送チャネル領
域上に該転送チャネル領域に対して電荷転送のための電
位変化を生じさせる転送電極群が電荷転送方向に多数配
列された電荷転送素子において、上記転送電極群を、２
相の駆動信号がそれぞれ印加される２枚の転送電極を１
組として構成し、電気的中性状態における転送チャネル
領域のポテンシャル分布特性が、各組の上記転送電極群
のうち、一方の転送電極下にポテンシャル井戸が形成さ
れるようにし、上記２相の駆動信号を、それぞれ上記信
号電荷の極性と同じ極性のレベルを基準レベルとして、
絶対値レベルが上記基準レベルよりも小とされた動作レ
ベルに互い違いに変化する信号形態にして構成する（請
求項１記載の発明）。

【００２７】この場合、上記２相の駆動信号を、一方が
上記動作レベルとなる期間と他方が上記動作レベルにな
る期間の間に、両方が基準レベルとなる期間を挿入させ
た信号形態としてもよい（請求項２記載の発明）。

【００２８】また、上記転送チャネル領域を、入射光の
光量に応じた量の電荷に光電変換する光電変換部が多数
配列された撮像部と該撮像部から転送された信号電荷を
一時蓄積する蓄積部とを有する固体撮像素子の上記蓄積
部の垂直転送レジスタを構成する転送領域とし、上記転
送チャネル領域にて転送される信号電荷を上記光電変換
部からの信号電荷としてもよい（請求項３記載の発
明）。

【００２９】次に、本発明は、信号電荷を一方向に転送
する転送チャネル領域と、該転送チャネル領域上に２枚
の転送電極を１組とする転送電極群が電荷転送方向に多
数配列され、上記転送チャネル領域が、電気的中性状態
において、各組の上記転送電極群のうち、一方の転送電
極下にポテンシャル井戸が形成されるポテンシャル分布
特性を有する電荷転送素子の駆動方法において、各組の
転送電極に、それぞれ上記信号電荷の極性と同じ極性の
レベルを基準レベルとして、絶対値レベルが上記基準レ
ベルよりも小とされた動作レベルに互い違いに変化する
信号形態を有する２相の駆動信号を印加して上記信号電
荷を転送する（請求項４記載の発明）。

【００３０】この場合、上記２相の駆動信号として、一
方が動作レベルとなる期間と他方が動作レベルになる期
間の間に両方が基準レベルとなる期間を挿入した信号形
態のものを用いてもよい（請求項５記載の発明）。

【００３１】また、上記転送チャネル領域を、入射光の
光量に応じた量の電荷に光電変換する光電変換部が多数
配列された撮像部と該撮像部から転送された信号電荷を
一時蓄積する蓄積部とを有する固体撮像素子の上記蓄積
部の垂直転送レジスタを構成する転送領域としてもよい
（請求項６記載の発明）。

【００３２】

【作用】請求項１記載の本発明に係る電荷転送素子又は
請求項４記載の本発明に係る電荷転送素子の駆動方法に
おいては、転送電極群への２相の駆動信号の印加によっ
て、転送電極下における転送チャネル領域のポテンシャ
ル分布が順次変化して、信号電荷が転送チャネル領域に
沿って一方向に転送されることになる。

【００３３】この場合、上記２相の駆動信号が、それぞ
れ上記信号電荷の極性と同じ極性のレベルを基準レベル
として、絶対値レベルが上記基準レベルよりも小とされ
た動作レベルに互い違いに変化する信号形態を有するこ
とから、例えば信号電荷を転送しない期間において、各
転送電極が信号電荷と同じ極性の基準レベルに固定され
ることになる。

【００３４】これにより、暗電流ノイズの発生要因であ
る信号電荷以外の電荷（例えば基板からの拡散電流に伴
う電荷、基板表面の空乏層からの電流に伴う電荷、界面
の表面準位からの発生電流に伴う電荷等）のポテンシャ
ル井戸への誘起が抑制され、結果的に暗電流ノイズの低
減につながることになる。特に、暗電流ノイズの発生要
因は、界面準位によるものが支配的であるが、上記基準
レベルを界面準位がピンニングするレベルにすれば、界
面準位による暗電流ノイズは大幅に低減することにな
る。

【００３５】また、本発明においては、２相の駆動信号
を用いることから、入力端子の点数を低減することがで
き、配線の簡素化をも達成することができる。

【００３６】次に、請求項２記載の本発明に係る電荷転
送素子又は請求項５記載の本発明に係る電荷転送素子の
駆動方法においては、２相の駆動信号中、どちらか一方
の駆動信号が動作レベルになっていれば、他方は必ず基
準レベルであり、また、どちらか一方の動作レベル期間
が経過した場合、他方の駆動信号が動作レベルになるま
で、両方の駆動信号が基準レベルとなる。このため、各
転送電極に基準レベルが印加される期間が、動作レベル
が印加される期間よりも長期間となる。

【００３７】上記基準レベルは、上述したように、信号
電荷の極性と同じ極性のレベルであるため、信号電荷以
外の電荷のポテンシャル井戸への誘起が抑制されること
になり、暗電流ノイズの発生を有効に低減することが可
能となる。

【００３８】次に、請求項３記載の本発明に係る電荷転
送素子又は請求項６記載の本発明に係る電荷転送素子の
駆動方法においては、撮像部から転送された信号電荷
は、蓄積部における転送チャネル領域にて一方向に転送
される。具体的には、光電変換部において光電変換して
得られた信号電荷が垂直帰線期間において蓄積部に転送
される。蓄積部に転送された信号電荷は、その後の電荷
転送期間における水平帰線期間において一方向に順次転
送される。水平走査期間においては、上記信号電荷は転
送されずに転送チャネル領域に形成されたポテンシャル
井戸にそのまま留まることになる。

【００３９】この場合に、本発明においては、比較的長
期間である上記水平走査期間において、転送電極に印加
される駆動信号のレベルが信号電荷と同じ極性の基準レ
ベルとなるため、信号電荷以外の電荷のポテンシャル井
戸への誘起が抑制されることになり、暗電流ノイズの発
生が低減される。

【００４０】

【実施例】以下、本発明に係る電荷転送素子をフレーム
・インターライン転送（ＦＩＴ）方式のイメージセンサ
に適用した実施例（以下、単に実施例に係るイメージセ
ンサと記す）を図１〜図６を参照しながら説明する。

【００４１】この実施例に係るイメージセンサは、図１
に示すように、入射光量に応じた量の電荷に光電変換す
る受光部１が多数マトリクス状に配され、更にこれら多
数の受光部１のうち、列方向に配列された受光部１に対
して共通とされた垂直転送レジスタ２が多数本、行方向
に配列されたイメージ部（撮像部）３と、このイメージ
部３に隣接して配され、イメージ部３に形成されている
ような受光部１はなく、イメージ部３における多数本の
垂直転送レジスタ２に連続してそれぞれ多数本の垂直転
送レジスタ４のみが延長形成されたストレージ部（蓄積
部）５とを有する。

【００４２】また、ストレージ部５に隣接し、かつ多数
本の垂直転送レジスタ４に対して共通とされた水平転送
レジスタ６が１本並設されている。

【００４３】そして、ストレージ部５と水平転送レジス
タ６間には、ストレージ部５における垂直転送レジスタ
４の最終段に転送された信号電荷を水平転送レジスタ６
に転送するための２つの垂直−水平転送レジスタＶＨ１
及びＶＨ２が多数の垂直転送レジスタ４に対して共通
に、かつそれぞれ並列に形成されている。これら２本の
垂直−水平転送レジスタＶＨ１及びＶＨ２には、それぞ
れ垂直−水平転送パルスφＶＨ１及びφＶＨ２が供給さ
れるようになっており、これら転送パルスφＶＨ１及び
φＶＨ２の供給によって、垂直転送レジスタ４からの信
号電荷が水平転送レジスタ６に転送されることになる。

【００４４】また、上記水平転送レジスタ６の最終段に
は、出力部７が接続されている。この出力部７は、水平
転送レジスタ６の最終段から転送されてきた信号電荷を
電気信号（例えば電圧信号）に変換する例えばフローテ
ィング・ディフュージョンあるいはフローティング・ゲ
ート等で構成される電荷−電気信号変換部８と、この電
荷−電気信号変換部８にて電気信号の変換が行われた後
の信号電荷を、リセットパルスＰｒの入力に従ってドレ
イン領域Ｄに掃き捨てるリセットゲートＲＧと、電荷−
電気信号変換部８からの電気信号を増幅するアンプ９を
有して構成されている。なお、ドレイン領域Ｄには電源
電圧Ｖｄｄが印加されている。

【００４５】そして、本実施例においては、イメージ部
３における垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４及びスト
レージ部５における２つの垂直転送パルスφＳＴ１及び
φＳＴ２の供給によって、イメージ部３及びストレージ
部５における各垂直転送電極下のポテンシャル分布が順
次変化し、これによって、信号電荷がそれぞれイメージ
部３における垂直転送レジスタ２及びストレージ部５に
おける垂直転送レジスタ４に沿って縦方向（水平転送レ
ジスタ６側）に転送されることになる。

【００４６】特に、イメージ部３においては、受光部１
に蓄積されている信号電荷を垂直帰線期間において、ま
ず、垂直転送レジスタ２に読出し、その後、この垂直帰
線期間内において、上記垂直転送レジスタ２に転送され
た信号電荷を高速にストレージ部５の垂直転送レジスタ
４に転送する。

【００４７】ストレージ部５は、垂直帰線期間において
垂直転送レジスタ４に転送された信号電荷を、その後の
水平帰線期間ＨＢＬＫにおいて１行単位に水平転送レジ
スタ６側に転送する。これによって、垂直転送レジスタ
４の最終段にあった信号電荷は、２つの垂直−水平転送
レジスタＶＨ１及びＶＨ２を経て水平転送レジスタ６に
転送される。

【００４８】そして、次の水平走査期間において、水平
転送レジスタ６上に形成された例えば２層の多結晶シリ
コン層による水平転送電極への互いに位相の異なる２相
の水平転送パルスφＨ１及びφＨ２の印加によって、信
号電荷が順次出力部７側の電荷−電気信号変換部８に転
送され、この電荷−電気信号変換部８において電気信号
に変換されて、アンプ９を介して対応する出力端子１０
より撮像信号Ｓとして取り出されることになる。

【００４９】ここで、このイメージセンサの受光部１周
辺の断面をみると、図２に示すように、例えばｎ形のシ
リコン基板２１にｐ形不純物（例えばボロン（Ｂ））の
導入によるｐ形のウェル領域２２と、上記受光部１を形
成するためのｎ形の不純物拡散領域２３と、垂直転送レ
ジスタ２を構成するｎ形の転送チャネル領域２４並びに
ｐ形のチャネルストッパ領域２５が形成され、更に上記
ｎ形の不純物拡散領域２３の表面にｐ形の正電荷蓄積領
域２６が形成され、ｎ形の転送チャネル領域２４の直下
にスミアの低減を目的とした第２のｐ形ウェル領域２７
がそれぞれ形成されている。なお、ｎ形の不純物拡散領
域２３と転送チャネル領域２４間のｐ形領域は、読出し
ゲート部ＲＧを構成する。

【００５０】また、このイメージセンサは、図示するよ
うに、ｎ形シリコン基板２１の表面にｐ形のウェル領域
２２を形成して、このウェル領域２２よりも浅い位置に
上記受光部１を構成するｎ形の不純物拡散領域２３を形
成することで、いわゆる電子シャッタの機能を有するよ
うに構成されている。

【００５１】即ち、シリコン基板２１に供給される基板
電位をシャッタパルスに同期して高レベルにすることに
より、ｐ形のウェル領域２２におけるポテンシャル障壁
（オーバーフローバリア）が下がり、受光部１に蓄積さ
れた電荷（この場合、電子）が上記オーバーフローバリ
アを越えて縦方向、即ちシリコン基板２１側に掃き捨て
られることになる。これにより、シャッタパルスの最終
印加時点から電荷読出し時点までの期間が実質的な露光
期間となり、残像等の不都合を防止することができるよ
うになっている。

【００５２】また、このイメージセンサにおいては、上
記ｎ形の不純物拡散領域２３とｐ形のウェル領域２２と
のｐｎ接合によるフォトダイオード，ｎ形の不純物拡散
領域２３と読出しゲート部ＲＧとのｐｎ接合によるフォ
トダイオード，ｎ形の不純物拡散領域２３とチャネルス
トッパ領域２５とのｐｎ接合によるフォトダイオード、
並びにｎ形の不純物拡散領域２３とｐ形の正孔蓄積領域
２６とのｐｎ接合によるフォトダイオードによって受光
部１（光電変換部）が構成され、この受光部１が多数個
マトリクス状に配列されてイメージ部３が形成されてい
る。そして、カラー撮像方式の場合、上記受光部１に対
応して形成される色フィルタ（三原色フィルタや補色フ
ィルタ）の配色などの関係によって、例えば互いに隣接
する４つの受光部１にて１つの画素を構成するようにな
っている。

【００５３】また、転送チャネル領域２４，チャネルス
トッパ領域２５及び読出しゲート部ＲＧ上に、例えばＳ
ｉＯ₂膜を介してＳｉ₃Ｎ₄膜及びＳｉＯ₂膜が順次積
層され、これらＳｉＯ₂膜，Ｓｉ₃Ｎ₄膜及びＳｉＯ₂
膜による３層構造のゲート絶縁膜２８上に１層目の多結
晶シリコン層及び２層目の多結晶シリコン層による４つ
の転送電極（図２においては代表的に１層目の多結晶シ
リコン層による転送電極２９を示す）が形成され、これ
ら転送チャネル領域２４，ゲート絶縁膜２８及び転送電
極２９によって垂直転送レジスタ２が構成される。

【００５４】上記転送電極２９の表面には、熱酸化によ
るシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）３０が形成されてお
り、この転送電極２９を含む全面にはＰＳＧからなる層
間絶縁膜３１が形成され、この層間絶縁膜３１上に下層
の転送電極１１を覆うようにＡｌ層による遮光膜３２
（以下、Ａｌ遮光膜と記す）が形成され、このＡｌ遮光
膜３２を含む全面に保護膜（例えばプラズマＣＶＤ法に
よるＳｉＮ膜等）３３が形成されている。

【００５５】上記Ａｌ遮光膜３２は、受光部１上におい
て選択的にエッチング除去されており、光は、このエッ
チング除去によって形成された開口３２ａを通じて受光
部１内に入射されるようになっている。

【００５６】なお、上記図２の断面図においては、簡単
のため、保護膜３３上の平坦化膜，色フィルタ及びマイ
クロ集光レンズなどは省略してある。

【００５７】次に、イメージ部３及びストレージ部５に
おける各構成を説明すると、イメージ部３については、
従来の構成とほぼ同じであるため、その詳細説明は省略
するが、ストレージ部５については、図３に示すよう
に、転送チャネル領域２４上に２層の多結晶シリコン層
による２枚の垂直転送電極４１ａ及び４１ｂがそれぞれ
熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）４２を介して形成されている。
即ち、２枚の垂直転送電極４１ａ及び４１ｂを１組とし
て、その組が多数、縦方向に順次配列されて形成されて
いる。

【００５８】具体的に説明すると、上記ストレージ部５
においては、上記１組を構成する２枚の転送電極４１ａ
及び４１ｂが、それぞれ水平方向（電荷転送方向に対し
て直角な方向）に延長して形成され、これら２枚の転送
電極４１ａ及び４１ｂを１組にして多数組、垂直方向に
順次配列されている。また、ｎ形の転送チャネル領域２
４は、各組の転送電極群中、一方の転送電極（この例で
は第２の転送電極４１ｂ）下に対応する部分にｐ形の不
純物（例えばボロン（Ｂ））が例えばイオン注入等によ
って導入されて低濃度のｐ形領域４３とされて、電気的
に中性状態のとき、上記ｎ領域２４にポテンシャル井戸
が形成され、上記ｐ形領域４３にポテンシャル障壁が形
成されるようになっている。

【００５９】そして、奇数組の転送電極群における第１
及び第２の転送電極４１ａ及び４１ｂに対して第１の垂
直転送パルスφＳＴ１が印加され、偶数組の転送電極群
における第１及び第２の転送電極４１ａ及び４１ｂに対
して第２の垂直転送パルスφＳＴ２が印加される。これ
ら２相の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２の印加に
よって、ストレージ部５における各転送電極１１下のポ
テンシャル分布が順次変化し、これによって、垂直帰線
期間に一度にストレージ部に転送された信号電荷が、水
平帰線期間において水平転送レジスタ側に１行単位に転
送されることになる。

【００６０】ここで、具体的に本実施例に係るイメージ
センサでの電荷転送動作を図４及び図５を参照しながら
説明する。なお、図４においては、イメージ部３に供給
される垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４のうち、第１
の垂直転送パルスφＩＭ１と、ストレージ部５に供給さ
れる第１及び第２の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ
２を示すものである。

【００６１】まず、垂直転送パルスφＩＭ１に重畳する
読出しパルスＰの供給によって、各受光部１からそれぞ
れ対応する垂直転送レジスタ２に信号電荷が読み出され
る。垂直転送レジスタ２に読み出された信号電荷は、垂
直帰線期間におけるフレームシフト転送期間ＦＳにおい
て、ストレージ部５の垂直転送レジスタ４に高速に転送
される。この場合、受光部１に蓄積された信号電荷が垂
直転送レジスタ２を通じてストレージ部５に転送される
までの期間、即ちフレームシフト転送期間ＦＳは、短時
間であるため、信号電荷に暗電流ノイズが混入する量は
少ない。

【００６２】その後、ストレージ部５の垂直転送レジス
タ４に転送された信号電荷は、ラインシフト転送期間Ｌ
Ｓにおける水平帰線期間ＨＢＬＫにおいて、垂直転送レ
ジスタ４内を１行単位に順次転送され、水平転送レジス
タ６に送られる。水平転送レジスタ６に転送された信号
電荷は、ラインシフト転送期間ＬＳにおける水平走査期
間において出力部７側に順次転送され、上述したよう
に、この出力部７から撮像信号Ｓとして出力されること
になる。

【００６３】そして、この実施例においては、図５に示
すように、ストレージ部５に供給される第１及び第２の
垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２の各基準レベルを
−９Ｖとし、水平帰線期間ＨＢＬＫにおいて、まず、例
えば第２の垂直転送パルスφＳＴ２を、その信号レベル
が例えば１クロック期間、０Ｖに立ち上がるパルス信号
とし、また、第１の垂直転送パルスφＳＴ１を、上記第
２の垂直転送パルスφＳＴ２の立ち下がりから１クロッ
ク期間経過後にその信号レベルが１クロック期間、０Ｖ
に立ち上がるパルス信号とする。

【００６４】これにより、ストレージ部５に蓄積されて
いる信号電荷は、図６に示すような転送動作を行なうこ
とになる。具体的に説明すると、まず、水平帰線期間Ｈ
ＢＬＫの初期段階で、かつ第１及び第２の垂直転送パル
スφＳＴ１及びφＳＴ２が共に基準レベル（−９Ｖ）で
あるｔ１時においては、信号電荷ｅは、奇数組における
第１の転送電極４１ａ下に形成されたポテンシャル井戸
に蓄積されることになる。

【００６５】次のｔ２時においては、偶数組の転送電極
群に供給される第２の垂直転送パルスφＳＴ２が高レベ
ル（０Ｖ）となることから、偶数組の第１の転送電極４
１ａ下のポテンシャルが最も高く、奇数組の第２の転送
電極４１ｂ下のポテンシャルが最も低いとされた水平転
送レジスタ６に向かう下り階段状のポテンシャル分布と
されて、上記偶数組の第１の転送電極４１ａ下にポテン
シャル井戸が形成されるため、信号電荷ｅは上記第１の
転送電極４１ａ下のポテンシャル井戸に転送・蓄積され
ることになる。

【００６６】次のｔ３時においては、奇数組及び偶数組
の各第１及び第２の転送電極４１ａ及び４１ｂに供給さ
れる第１及び第２の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ
２が共に基準レベル（−９Ｖ）になることから、ポテン
シャル分布はｔ１時の場合と同じになり、この場合、信
号電荷ｅは偶数組の第１の転送電極４１ａ下に蓄積され
たままの状態となる。

【００６７】次のｔ４時においては、今度は、奇数組の
転送電極群に供給される第１の垂直転送パルスφＳＴ１
が高レベル（０Ｖ）となることから、奇数組の第１の転
送電極４１ａ下のポテンシャルが最も高く、偶数組の第
２の転送電極４１ｂ下のポテンシャルが最も低いとされ
た水平転送レジスタ６に向かう下り階段状のポテンシャ
ル分布とされて、上記奇数組の第１の転送電極４１ａ下
にポテンシャル井戸が形成されるため、信号電荷ｅは上
記第１の転送電極４１ａ下のポテンシャル井戸に転送・
蓄積されることになる。

【００６８】次のｔ５時においては、奇数組及び偶数組
の各第１及び第２の転送電極φＳＴ１及びφＳＴ２に供
給される第１及び第２の垂直転送パルスφＳＴ１及びφ
ＳＴ２が共に基準レベル（−９Ｖ）になることから、ポ
テンシャル分布は上記ｔ１時及びｔ３時の場合と同じに
なり、この場合、信号電荷ｅは奇数組の第１の転送電極
４１ａ下に蓄積されたままの状態となる。

【００６９】この段階で、前段における奇数組の第１の
転送電極４１ａ下にあった信号電荷ｅは、次段における
奇数組の第１の転送電極４１ａ下に転送されることにな
る。つまり、上記連続的に配列される奇数組の第１及び
第２の転送電極４１ａ及び４１ｂ並びに偶数組の第１及
び第２の転送電極４１ａ及び４１ｂを１つの段としたと
き、前段にあった信号電荷ｅが、上記ｔ１時〜ｔ５時に
おける垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２の電位変化
によって、次段（次の行）に転送されることになる。

【００７０】そして、水平帰線期間ＨＢＬＫ以外の期
間、即ち水平走査期間においては、第１及び第２の垂直
転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２とも、低レベル（−９
Ｖ）に固定される。

【００７１】このように、上記実施例に係るイメージセ
ンサにおいては、ストレージ部５における各転送電極群
への２相の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２の印加
によって、各転送電極４１ａ及び４１ｂ下における転送
チャネル領域２４のポテンシャル分布が順次変化して、
信号電荷ｅが転送チャネル領域２４に沿って一方向に転
送されることになる。

【００７２】この場合、奇数組の第１及び第２の転送電
極４１ａ及び４１ｂ並びに偶数組の第１及び第２の転送
電極４１ａ及び４１ｂに対して２相の垂直転送パルスφ
ＳＴ１及びφＳＴ２を印加することから、図７で示す従
来の例えば４相駆動の場合と異なり、複数の転送電極下
に連続してポテンシャル井戸が形成されるということが
なくなり、転送チャネル領域２４に形成されるポテンシ
ャル井戸の面積を少なくすることが可能となる。これに
より、信号電荷ｅ以外の電荷がポテンシャル井戸に蓄積
されることによって発生する暗電流ノイズは、上記ポテ
ンシャル井戸の面積の減少に伴って実質的に少なくな
る。

【００７３】また、上記２相の垂直転送パルスφＳＴ１
及びφＳＴ２が、水平帰線期間ＨＢＬＫにおいて、それ
ぞれ低レベル（この実施例においては、信号電荷と同じ
極性の−９Ｖ）を基準レベルとして、高レベル（この実
施例においては０Ｖ）に互い違いに変化する信号形態を
有することから、例えば、このストレージ部５において
信号電荷ｅを転送しない期間（即ち、水平走査期間）に
おいて、各転送電極４１ａ及び４１ｂが−９Ｖに固定さ
れることになる。

【００７４】つまり、ラインシフト転送期間ＬＳの大部
分を占める水平走査期間において、各転送電極が−９Ｖ
に固定されるため、転送チャネル領域２４のポテンシャ
ル分布がピンニング状態（低電位に固定された状態）に
なり、これにより、暗電流ノイズの発生要因である信号
電荷以外の電荷（例えば基板からの拡散電流に伴う電
荷、基板表面の空乏層からの電流に伴う電荷、界面の表
面準位からの発生電流に伴う電荷等）のポテンシャル井
戸への誘起が抑制され、結果的に暗電流ノイズの低減に
つながり、暗電流ノイズに起因する再生画像の画質の劣
化を抑制することができる。

【００７５】特に、上記実施例においては、２相の垂直
転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ２中、どちらか一方の垂
直転送パルスφＳＴ１又はφＳＴ２が高レベルになって
いれば、他方は必ず低レベル（基準レベル）であり、ま
た、どちらか一方の高レベル期間が経過した場合、他方
の垂直転送パルスφＳＴ１又はφＳＴ２が高レベルにな
るまで、両方の垂直転送パルスφＳＴ２又はφＳＴ１が
基準レベルとなる。このため、各転送電極に基準レベル
が印加される期間が、高レベルが印加される期間よりも
長期間となる。

【００７６】上記基準レベルは、上述したように、−９
Ｖであって信号電荷の極性と同じ極性のレベルであるた
め、信号電荷以外の電荷のポテンシャル井戸への誘起が
抑制されることになり、暗電流ノイズの発生を有効に低
減することが可能となる。

【００７７】また、上記実施例においては、ストレージ
部５に対して２相の垂直転送パルスφＳＴ１及びφＳＴ
２を用いて２相駆動とすることから、入力端子の点数を
低減することができ、配線の簡素化をも達成することが
できる。

【００７８】上記実施例においては、フレーム・インタ
ーライン転送（ＦＩＴ）方式のイメージセンサに適用し
た例を示したが、その他、フレーム転送（ＦＴ）方式の
イメージセンサにも適用させることができる。

【００７９】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る電荷転送素
子及び電荷転送素子の駆動方法によれば、簡単な構成で
転送レジスタでの暗電流ノイズの発生を防止することが
できる。

【００８０】また、本発明に係る電荷転送素子及び電荷
転送素子の駆動方法によれば、固体撮像素子に適用した
場合において、簡単な構成で転送レジスタでの暗電流ノ
イズの発生を防止することができ、暗電流ノイズに起因
する再生画像の画質の劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電荷転送素子をフレーム・インタ
ーライン転送（ＦＩＴ）方式のイメージセンサに適用し
た実施例（以下、単に実施例に係るイメージセンサと記
す）を示す構成図である。

【図２】本実施例に係るイメージセンサのイメージ部に
おける受光部とその周辺部分の構成を示す断面図であ
る。

【図３】本実施例に係るイメージセンサのストレージ部
における転送電極の構造を示す断面図である。

【図４】本実施例に係るイメージセンサのフレームシフ
ト期間及びラインシフト期間の各タイミングを示すタイ
ミングチャートである。

【図５】本実施例に係るイメージセンサのストレージ部
における第１及び第２の垂直転送パルスの出力タイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図６】本実施例に係るイメージセンサのストレージ部
における電荷転送動作を示す動作概念図である。

【図７】従来例に係るイメージセンサを示す構成図であ
る。

【図８】従来例に係るイメージセンサの電荷転送動作を
示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１受光部２及び４垂直転送レジスタ３イメージ部５ストレージ部６水平転送レジスタ７出力部４１Ａ及び４１ｂ転送電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号電荷を一方向に転送する転送チャネ
ル領域と、該転送チャネル領域上に該転送チャネル領域
に対して電荷転送のための電位変化を生じさせる転送電
極群が電荷転送方向に多数配列された電荷転送素子にお
いて、上記転送電極群は、２相の駆動信号がそれぞれ印加され
る２枚の転送電極を１組として構成され、上記転送チャネル領域は、電気的中性状態において、各
組の上記転送電極群のうち、一方の転送電極下にポテン
シャル井戸が形成されるポテンシャル分布特性を有し、上記２相の駆動信号は、それぞれ上記信号電荷の極性と
同じ極性のレベルを基準レベルとして、絶対値レベルが
上記基準レベルよりも小とされた動作レベルに互い違い
に変化する信号形態を有することを特徴とする電荷転送
素子。
【請求項２】上記２相の駆動信号は、一方が上記動作
レベルとなる期間と他方が上記動作レベルになる期間の
間に、両方が上記基準レベルとなる期間が挿入されてい
ることを特徴とする請求項１記載の電荷転送素子。
【請求項３】上記転送チャネル領域は、入射光の光量
に応じた量の電荷に光電変換する光電変換部が多数配列
された撮像部と該撮像部から転送された信号電荷を一時
蓄積する蓄積部とを有する固体撮像素子の上記蓄積部の
垂直転送レジスタを構成する転送領域であって、上記転
送チャネル領域にて転送される信号電荷は、上記光電変
換部からの信号電荷であることを特徴とする請求項１又
は２記載の電荷転送素子。
【請求項４】信号電荷を一方向に転送する転送チャネ
ル領域と、該転送チャネル領域上に２枚の転送電極を１
組とする転送電極群が電荷転送方向に多数配列され、上
記転送チャネル領域が電気的中性状態において、各組の
上記転送電極群のうち、一方の転送電極下にポテンシャ
ル井戸が形成されるポテンシャル分布特性を有する電荷
転送素子の駆動方法において、各組の転送電極に、それぞれ上記信号電荷の極性と同じ
極性のレベルを基準レベルとして、絶対値レベルが上記
基準レベルよりも小とされた動作レベルに互い違いに変
化する信号形態を有する２相の駆動信号を印加して上記
信号電荷を転送することを特徴とする電荷転送素子の駆
動方法。
【請求項５】上記２相の駆動信号は、一方が上記動作
レベルとなる期間と他方が上記動作レベルになる期間の
間に、両方が上記基準レベルとなる期間が挿入されてい
ることを特徴とする請求項４記載の電荷転送素子の駆動
方法。
【請求項６】上記転送チャネル領域は、入射光の光量
に応じた量の電荷に光電変換する光電変換部が多数配列
された撮像部と該撮像部から転送された信号電荷を一時
蓄積する蓄積部とを有する固体撮像素子の上記蓄積部の
垂直転送レジスタを構成する転送領域であることを特徴
とする請求項４又は５記載の電荷転送素子の駆動方法。