JPH08279965A

JPH08279965A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH08279965A
Application number: JP7081439A
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】入射光の光量に応じた量の電荷に光電変換す
る受光部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に供給される４つの垂直転送パルス
φＳＴ１〜φＳＴ４の電位変化を−１１Ｖ〜−２Ｖとし
て、イメージ部３における４つの垂直転送パルスφＩＭ
１〜φＩＭ４の電位変化（−９Ｖ〜０Ｖ）よりも−２Ｖ
ほどレベルシフトさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子及びその
駆動方法に関し、特に、フレームインターライン転送
（ＦＩＴ）方式やフレーム転送（ＦＴ）方式の固体撮像
素子に用いて好適な固体撮像素子及びその駆動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の例えば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。

【０００３】具体的には、図８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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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。

【００１０】ここで、従来の電荷転送動作について図９
を参照しながら説明する。この図９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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】この場合、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１
０５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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】図８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。

【００１７】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。

【００１８】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、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
ことができる固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、入射光の光量に応じた量の電荷に光電変換する受
光部が多数配列された撮像部と、上記撮像部から転送さ
れた信号電荷を一時蓄積する蓄積部とを有し、上記蓄積
部に供給される電荷転送用の駆動信号のレベルを、上記
撮像部に供給される電荷転送用の駆動信号のレベルに対
し、信号電荷の極性に対応してレベルシフトさせて構成
する（請求項１記載の発明）。

【００２０】この場合、上記蓄積部に供給される電荷転
送用の駆動信号を、信号電荷の極性と同じ極性内におい
て電位変化させて構成してもよい（請求項２記載の発
明）。

【００２１】次に、本発明は、電荷蓄積期間に入射光の
光量に応じた量の電荷に光電変換する受光部が多数配列
された撮像部と、垂直帰線期間に一度に転送された上記
撮像部からの信号電荷を水平帰線期間に水平転送レジス
タに順次転送する蓄積部とを有する固体撮像素子の駆動
方法において、上記撮像部に供給される電荷転送用の駆
動信号のレベルに対し、信号電荷の極性に対応してレベ
ルシフトさせたレベルを有する信号を、上記蓄積部の電
荷転送用の駆動信号として供給する（請求項３記載の発
明）。

【００２２】この場合、上記蓄積部に供給される電荷転
送用の駆動信号を、信号電荷の極性と同じ極性内におい
て電位変化させるようにしてもよい（請求項４記載の発
明）。

【００２３】

【作用】請求項１記載の本発明に係る固体撮像素子又は
請求項３記載の本発明に係る固体撮像素子の駆動方法に
おいては、まず、電荷蓄積期間において、被写体からの
光が撮像部に入射されてその光量に応じた量の信号電荷
に光電変換され、次の垂直帰線期間において、撮像部に
蓄積されている信号電荷が一度に蓄積部に転送される。
そして、水平帰線期間において、蓄積部に蓄積された信
号電荷が水平転送レジスタ側に順次転送されることにな
る。

【００２４】この場合、蓄積部において、上記撮像部に
供給される電荷転送用の駆動信号のレベルに対し、信号
電荷の極性に対応してレベルシフトされた信号が蓄積部
における電荷転送用の駆動信号として供給されることか
ら、蓄積部の電荷転送に寄与するチャネル領域のポテン
シャルを信号電荷の極性に対応したポテンシャルにする
ことが可能となる。

【００２５】例えば、信号電荷を電子とした場合、蓄積
部に供給される駆動信号のレベルをシフトさせてその極
性を負にすることが可能となり、例えば信号電荷を転送
しない期間において、上記駆動信号が供給される転送電
極が信号電荷と同じ極性のレベルに固定され、チャネル
領域のポテンシャルが確実にピンニングされることにな
る。

【００２６】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（信号電荷が蓄積されているポテンシャル井戸）
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。

【００２７】なお、蓄積部に供給する駆動信号のレベル
をシフトさせて例えば請求項２記載の発明のように信号
電荷の極性内において電位変化させた場合においては、
信号電荷の取り扱い電荷量が減少する可能性が出て来
る。しかし、この蓄積部においては、光電変換するため
の受光部を配置する必要がないため、その分、レジスタ
の線幅を広くとることができ、上記取り扱い電荷量の減
少は実質的に無視することができる。これは、ダイナミ
ックレンジの縮小（ダイナミックレンジ特性の劣化）を
招来させることなく、暗電流ノイズの低減を達成できる
ことになり、デバイス特性の向上を図る上で有利とな
る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る固体撮像素子をフレーム
・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７を参照しながら説明する。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】そして、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４
つの垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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２８を構成する。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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２８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２９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３０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２９及び転送電
極３０によって垂直転送レジスタ２が構成される。

【００４２】上記転送電極３０の表面には、熱酸化によ
るシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）３１が形成されてお
り、上記転送電極３０を含む全面にはＰＳＧからなる層
間絶縁膜３２が形成され、この層間絶縁膜３２上に下層
の転送電極３０を覆うようにＡｌ層による遮光膜３３
（以下、Ａｌ遮光膜と記す）が形成され、このＡｌ遮光
膜３３を含む全面に保護膜（例えばプラズマＣＶＤ法に
よるＳｉＮ膜等）３４が形成されている。

【００４３】上記Ａｌ遮光膜３３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３３ａを通じて受光
部１内に入射されるようになっている。

【００４４】なお、上記図２の断面図においては、簡単
のため、保護膜３４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。

【００４５】次に、上記実施例に係るイメージセンサに
対して各種転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４及びφＳＴ１
〜φＳＴ４を供給する転送パルス供給回路系について図
３を参照しながら説明する。

【００４６】この転送パルス供給回路系は、図示するよ
うに、タイミング発生器４１と垂直ドライバ部４２と＋
系の電源回路４３を有して構成されている。

【００４７】垂直ドライバ部４２は、電源回路４３から
の電源電圧Ｖ_M（例えば＋９Ｖ）を負電源電圧Ｖ_L（例
えば−９Ｖ）に変換する負電源発生器４４と、この負電
源発生器４４からの負電源電圧Ｖ_Lと電源回路４３から
の接地電圧Ｖ_SS（＝０Ｖ）を例えば−２Ｖほどレベルシ
フトしてそれぞれ第１及び第２の負電源電圧Ｖ１（＝−
１１Ｖ）及びＶ２（＝−２Ｖ）に変換するレベルシフト
回路４５と、電源回路４３からの電源電圧Ｖ_H（例えば
＋１５Ｖ），Ｖ_DD（例えば＋５Ｖ），Ｖ_SS（例えば０
Ｖ）及び負電源発生器４４からの負電源電圧Ｖ_L（＝−
９Ｖ）並びにタイミング発生器４１からの出力制御信号
Ｓｃに基づいて本実施例に係るイメージセンサＩＭのイ
メージ部３に対する４つの垂直転送パルスφＩＭ１〜φ
ＩＭ４を発生し出力するイメージ部用垂直ドライバ回路
４６と、電源回路４３からの電源電圧Ｖ_DD及びレベルシ
フト回路４５からの第１及び第２の負電源電圧Ｖ１及び
Ｖ２並びにタイミング発生器４１からの出力制御信号Ｓ
ｃに基づいてイメージセンサＩＭのストレージ部５に対
する４つの垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４を発生し
出力するストレージ部用垂直ドライバ回路４７とを有し
て構成されている。

【００４８】なお、上記タイミング発生器４１は上記出
力制御信号Ｓｃのほかに、水平転送パルスφＨ１及びφ
Ｈ２を発生しイメージセンサＩＭに出力するようになっ
ている。

【００４９】上記各垂直ドライバ回路４６及び４７から
出力されるそれぞれ４つの垂直転送パルスφＩＭ１〜φ
ＩＭ４及びφＳＴ１〜φＳＴ４の信号波形の例を図４及
び図５に示す。これらの図からもわかるように、各垂直
ドライバ回路４６及び４７から出力されるそれぞれの４
つの垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４及びφＳＴ１〜
φＳＴ４は奇数フィールドと偶数フィールドで各信号波
形の位相変化が異なる。

【００５０】また、上記イメージ部用垂直ドライバ回路
４６からの４つの垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４
は、−９Ｖを低レベルとし、０Ｖを高レベルとする信号
波形であって、特に第１及び第３の垂直転送パルスφＩ
Ｍ１及びφＩＭ３は、読出し期間に＋１５Ｖの読出しパ
ルスＰが重畳された信号波形を有する。

【００５１】一方、ストレージ部用垂直ドライバ回路４
７からの４つの垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４は、
−１１Ｖを低レベルとし、−２Ｖを高レベルとする信号
波形であって、上記イメージ部３に供給される第１及び
第３の垂直転送パルスφＩＭ１及びφＩＭ３に重畳され
るような読出しパルスＰはない。即ち、これら４つの垂
直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４は、信号電荷の極性
（負極性）内において電位変化を行なう信号波形を有し
ている。

【００５２】次に、本実施例に係るイメージセンサでの
電荷転送動作を図６を参照しながら説明する。なお、こ
の図６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〜第４
の垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４のうち、第１の垂
直転送パルスφＳＴ１を示すものである。

【００５３】まず、垂直転送パルスφＩＭ１及びφＩＭ
３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。

【００５４】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（図４及び図５参照）
において、各垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４の低レ
ベル（−１１Ｖ）から高レベル（−２Ｖ）への相互の電
位変化によって、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。

【００５５】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に供給される４つの垂
直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４の電位変化を−１１Ｖ
〜−２Ｖとして、イメージ部３における４つの垂直転送
パルスφＩＭ１〜φＩＭ４の電位変化（−９Ｖ〜０Ｖ）
よりも−２Ｖほどレベルシフトさせたかたちにしている
ため、ストレージ部５の電荷転送に寄与するチャネル領
域のポテンシャルを信号電荷の極性に対応したポテンシ
ャルにすることが可能となる。

【００５６】即ち、ストレージ部５に供給される垂直転
送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４のレベルが信号電荷の極性
と同じ負になることから、例えば信号電荷を転送しない
期間（この例ではラインシフト期間ＬＳにおける水平走
査期間）において、上記垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳ
Ｔ４が供給される転送電極が信号電荷と同じ極性のレベ
ルに固定され、転送チャネル領域のポテンシャルが確実
にピンニングされることになる。

【００５７】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（信号電荷が蓄積されているポテンシャル井戸）
への誘起が抑制され、結果的に暗電流ノイズの低減につ
ながることとなる。

【００５８】ところで、上記のように、ストレージ部５
に供給する垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４のレベル
を負方向にシフトすることによって、信号電荷の極性内
において電位変化させた場合においては、信号電荷の取
り扱い電荷量が減少する可能性が出て来る。つまり、転
送チャネル領域の不純物拡散濃度等の関係から例えば図
７に示すように、低レベル（−１１Ｖ）付近において、
ポテンシャル変化の不感帯ａが生じる。この不感帯ａ内
ではポテンシャル変動が期待できないため、実質的に取
り扱い電荷量が減少することになる。

【００５９】しかし、このストレージ部５においては、
光電変換するための受光部１を配置する必要がないた
め、その分、レジスタの線幅（正確には転送チャネル領
域の線幅）を広くとることができ、上記不感帯ａの存在
に起因する取り扱い電荷量の減少は実質的に無視するこ
とができる。これは、ダイナミックレンジの縮小（ダイ
ナミックレンジ特性の劣化）を招来させることなく、暗
電流ノイズの低減を達成できることになり、デバイス特
性の向上を図る上で有利となる。

【００６０】なお、イメージ部３においては、垂直転送
パルスφＩＭ１〜ＩＭ４の電位変化が−９Ｖ〜０Ｖとし
ているため、ポテンシャルのピンニングはできないが、
信号電荷が受光部１からストレージ部５に転送されるま
での期間、即ちフレームシフト期間ＦＳは非常に短時間
となっているため、信号電荷に暗電流ノイズが混入する
量は少ないため問題ない。

【００６１】むしろ、イメージ部３に供給される垂直転
送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４をストレージ部５に供給さ
れる垂直転送パルスφＳＴ１〜φＳＴ４と同様に負電位
にしてポテンシャルをピンニング状態にしてしまうと、
図７で示すように、ポテンシャル変動の不感帯が生じ、
取り扱い電荷量が減少するという問題が生じる。これ
は、イメージセンサの出力ダイナミックレンジを縮小す
ることとなり、ダイナミックレンジ特性の劣化を招く。

【００６２】このことから、チャネルポテンシャルの製
作上のばらつきを考慮すると、イメージ部３は、ポテン
シャルをピンニングする条件から少し外して駆動した方
がよい。この実施例では、上記のことに鑑み、イメージ
部３に供給される垂直転送パルスφＩＭ１〜φＩＭ４の
電位変化を従来と同じ−９Ｖ〜０Ｖに設定している。

【００６３】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。

【００６４】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る固体撮像素
子及び固体撮像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、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に接続される転
送パルス供給回路系の構成を示すブロック図である。

【図４】本実施例に係るイメージセンサのイメージ部に
供給される垂直転送パルスを電位変化を示す信号波形図
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
に供給される垂直転送パルスを電位変化を示す信号波形
図である。

【図６】本実施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。

【図７】転送電極への印加電圧の変化に伴う垂直転送レ
ジスタのチャネルポテンシャルの変化を示す特性図であ
る。

【図８】従来例に係るイメージセンサを示す構成図であ
る。

【図９】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４１タイミング発生器４２垂直ドライバ部４３電源回路４４負電源発生器４５レベルシフト回路４６イメージ部用垂直ドライバ回路４７ストレージ部用垂直ドライバ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光の光量に応じた量の電荷に光電変
換する受光部が多数配列された撮像部と、上記撮像部から転送された信号電荷を一時蓄積する蓄積
部とを有し、上記蓄積部に供給される電荷転送用の駆動信号のレベル
が、上記撮像部に供給される電荷転送用の駆動信号のレ
ベルに対し、信号電荷の極性に対応してレベルシフトさ
れていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】上記蓄積部に供給される電荷転送用の駆
動信号は、信号電荷の極性と同じ極性内において電位変
化することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】電荷蓄積期間に入射光の光量に応じた量
の電荷に光電変換する受光部が多数配列された撮像部
と、垂直帰線期間に一度に転送された上記撮像部からの信号
電荷を水平帰線期間に水平転送レジスタに順次転送する
蓄積部とを有する固体撮像素子の駆動方法において、上記撮像部に供給される電荷転送用の駆動信号のレベル
に対し、信号電荷の極性に対応してレベルシフトさせた
レベルを有する信号を上記蓄積部の電荷転送用の駆動信
号として供給することを特徴とする固体撮像素子の駆動
方法。
【請求項４】上記蓄積部に供給される電荷転送用の駆
動信号を、信号電荷の極性と同じ極性内において電位変
化させることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子
の駆動方法。