JPWO2011086622A1 - 固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ - Google Patents

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Abstract

本発明に係る固体撮像装置（５０）は、複数の光電変換部（３）と、複数の第１の垂直転送部（１）と、水平転送部（２）と、複数の第１の垂直転送部（１）のうち、水平方向に連続するｍ（ｍは２以上の整数）列毎に対応して設けられ、対応するｍ列の第１の垂直転送部（１）のいずれかにより転送された信号電荷を選択的に転送する複数の転送制御部（６）と、対応する転送制御部（６）により転送された信号電荷を水平転送部（２）へ転送する複数の第２の垂直転送部（９）とを備える。各第２の垂直転送部（９）は、水平転送部（２）の１転送パケットを形成する２以上の水平転送電極（１４）毎に配置され、かつ転送制御部（６）から水平転送部（２）に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する。また、各第２の垂直転送部（９）には、第１の垂直転送部（１）及び転送制御部（６）の垂直転送電極と独立した垂直転送電極が設けられている。

Description

本発明は固体撮像装置、その駆動方法及びカメラに関し、特に、複数の垂直転送部のいずれかにより転送された信号電荷を選択的に水平転送部に転送する転送制御部を備える固体撮像装置に関する。
デジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたカメラでは、近年１２Ｍ以上の画素数を持つＣＣＤが主流である。この画素数の増加にともない、水平転送部を構成する水平転送電極は微細化されるとともに、水平方向の画素数は４０００画素程度に達している。これにより、一般的に用いられてきた、第１の垂直転送部１列に対して水平転送部の１パケットが構成される２相駆動方式では、電極間容量が飛躍的に増大することにより消費電力の増大してしまうという課題がある。
そのため、現在では、水平転送部の転送パケット数を従来のように垂直転送部の列数と同じにせず、例えば１／３にするとともに、垂直転送部から水平転送部への転送、及び水平転送部から出力部への転送動作を３回に分け、１ラインの信号電荷を分割してインターレース出力する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この方式は、水平転送部を構成する電極数を減らすことが可能である。これにより、電極間容量が減少するので、低消費電力化を実現できる。
但し、このような構造をもつ固体撮像装置では、水平転送部のパケット数が垂直転送部の列数よりも少ないため、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要である。具体的には、最初の転送動作を行っている間、転送制御部において信号電荷を保持しておく機能が必要となる。
また、現在では受光部の信号を静止画として取り出す撮像モード（以下通常モード）に加え、液晶モニター表示及び動画記録のための動画モードが用いられる。動画モードでは、一般に、複数の画素から得られる信号電荷を撮像装置内で加算する、又は画素から読み出す信号電荷を選択的に間引く方法が用いられている。これにより、出力信号数を減らすことができるので、高フレームレートの動画を実現できる。例えば、動画モードでは、静止画で出力される画素数（例えば１０Ｍ）から出力信号数を減らした、３０フレーム／秒のＶＧＡ出力（６４０×４８０）又はＨＤフォーマットに対応した７２０ｐ出力（１２８０×７２０）などが実現されている。
このように、通常モードでは、２〜３フレーム／秒のフレームレートであるのに対し、動画モードでは３０フレーム／秒の画像出力が要求される。よって、動画モードでは、静止画で出力される画素数に比べ画像を１／１０近くに圧縮する必要があるので、加算される信号電荷が多くなる。
また、デジタルスチルカメラ用の固体撮像装置では、一般にベイヤー配列が用いられており、隣接する同色間で信号電荷が加算される。この固体撮像装置内での信号電荷の加算は、垂直方向は垂直転送部内又は水平転送部内で行われ、水平方向は水平転送部内で行われる。
この垂直方向の垂直転送部内での画素加算は、光電変換部から垂直転送部への読み出しを行う垂直転送電極を複数設けるとともに、駆動タイミングを工夫することで実現できる。一方、水平方向の画素加算は、垂直転送部と水平転送部と間に、信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部を設ける必要がある。
また、動画モードの１例が、特許文献２に記載されている。特に特許文献２における垂直３画素、及び水平３画素の信号電荷を加算する９画素加算の方法は、加算後の重心ズレがなく、かつモアレが少ない高画質の動画を実現できるので有用である。
以上述べたように、現在のデジタルカメラ用の固体撮像装置では、低消費電力化と、画素加算を利用した高フレームレートの動画とを実現するために、転送制御部が必須となっている。
以下、特許文献１記載の従来の固体撮像装置について詳細に説明する。
図２６は、特許文献１に記載されている従来の固体撮像装置の構成を示す図である。図２７Ａ〜図２７Ｃは、通常モードでの信号電荷の転送動作を示す図である。図２８Ａ〜図２８Ｃは、水平３画素加算時の信号電荷の転送動作を示す図である。
図２６に示す固体撮像装置は、第１の垂直転送部１と、水平転送部２と、電荷保持部１０１と、ＶＯＧ部１０４とを備える。また、電荷保持部１０１はストレージ部１０２とホールド部１０３とを含む。
以上のように構成された固体撮像装置についてその動作を説明する。先に述べた転送制御部は、この例では、電荷保持部１０１とＶＯＧ部１０４とを含む領域になる。また、図２６は水平転送部２が３相駆動の例である。本例では、隣り合う３つの第１の垂直転送部１を１つのグループＧｒとして、水平転送部２の単位転送ビットを対応させ、グループＧｒ毎に、グループＧｒに対応して電荷転送部であるＶＯＧ部１０４を有する。
第１の垂直転送部１から当該第１の垂直転送部１が属するグループＧｒに対応するＶＯＧ部１０４に信号電荷が転送される。また、ＶＯＧ部１０４から当該ＶＯＧ部１０４に信号電荷を転送した第１の垂直転送部１に対応する単位転送ビットに信号電荷の転送が行われる。これにより、グループＧｒ内のいずれの第１の垂直転送部１もＶＯＧ部１０４を介して対応する単位転送ビットに信号電荷を転送できる。
通常モードの際には、図２７Ａに示すように、図２６に示すｃ列の信号電荷は、ＶＯＧ部１０４を介して水平転送部２に転送され、その後出力部へ水平転送される。その際、図２６に示すａ列とｂ列との信号電荷は、ストレージ部１０２とホールド部１０３とを含む電荷保持部１０１によって保持される。
ｃ列の信号電荷の転送が完了した後、図２７Ｂに示すように、ａ列の信号電荷は、電荷保持部１０１から水平転送部２に転送され、その後、出力部へ転送される。最後に、図２７Ｃに示すように、ｂ列の信号電荷は、電荷保持部１０１から水平転送部２に転送され、その後、出力部へ転送される。
すなわち、通常モードでは、水平１ラインの信号電荷が、３分割され出力される。
一方、水平３画素加算モードの場合は、図２８Ａに示すように、ａ列とｃ列との信号電荷は、ＶＯＧ部１０４を介して水平転送部２に転送される。その後、図２８Ｂに示すように、ａ列とｃ列との信号電荷は、１グループ分左方向に転送される。その後、図２８Ｃに示すように、ｂ列の信号電荷は、ＶＯＧ部１０４を介して水平転送部２に転送される。これにより、水平方向の３画素加算が行われる。
この水平３画素加算モードでは、加算後の信号電荷数と水平転送部２のパケット数とが一致するため、通常モードのように１ラインを３分割して転送する必要はない。
また、通常モード及び水平３画素加算モードのいずれの場合も、第１の垂直転送部１から水平転送部２までは、ＶＯＧ部１０４を介して転送されており、第１の垂直転送部１はＶＯＧ部１０４に接続されている。
特開２００６−３１０６５５号公報 特許第３８４８６５０号公報
しかしながら上記従来の構成では、複数の第１の垂直転送部が、水平転送部の前に配置される転送制御部内のＶＯＧ部において束ねられている。このため、ＶＯＧ部から水平転送部への転送に際しては、信号電荷を受ける水平転送電極内に向けて垂直転送部を絞り込むことが必要である。この絞り込みが急峻であると電位が水平転送部側で浅くなる。これにより、転送劣化が発生するという課題がある。
本発明は上記課題を解決するものであり、複数の垂直転送部を束ねる構成において転送劣化を抑制できる固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ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、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、行列状に配置され、光を信号電荷に変換する複数の光電変換部と、各列に対応して設けられ、対応する列に配置された複数の光電変換部により変換された信号電荷を垂直方向へ転送する複数の第１の垂直転送部と、前記複数の第１の垂直転送部のうち、水平方向に連続するｍ（ｍは２以上の整数）列毎に対応して設けられ、対応する前記ｍ列の第１の垂直転送部のいずれかにより転送された信号電荷を選択的に転送する複数の転送制御部と、前記各転送制御部に対応して設けられ、対応する転送制御部により転送された信号電荷を転送する複数の第２の垂直転送部と、前記複数の第２の垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記各第２の垂直転送部は、前記水平転送部の１転送パケットを形成する２以上の水平転送電極毎に配置され、かつ、前記転送制御部から前記水平転送部に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有し、前記各第２の垂直転送部には、前記複数の第１の垂直転送部及び前記複数の転送制御部の垂直転送電極と独立した垂直転送電極が設けられている。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部が、転送制御部から水平転送部に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有することにより、水平転送部の絞り込みを緩やかにできるので、電位が水平転送部側で浅くなることを防止できる。よって、本発明に固体撮像装置は、転送劣化を抑制できる。
また、前記各転送制御部は、前記ｍ列の各列に対応して設けられ、対応する列の垂直転送部により転送された信号電荷の各々を転送するｍ個の第３の垂直転送部を含み、互いに隣接して配置された前記ｍ個の第３の垂直転送部間の水平方向の中心間距離は、互いに隣接して配置された前記第１の垂直転送部の水平方向の中心間距離より短くてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部の水平方向の幅を狭く形成できる。よって、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部を絞り込む角度を緩やかに設定できる。これにより、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送方向に沿って、電位が浅くなることによる、転送劣化を抑制できる。
また、前記各第２の垂直転送部は、対応する前記転送制御部により転送された信号電荷を転送するとともに、前記転送制御部から前記水平転送部に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する第４の垂直転送部と、前記第４の垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送するとともに、転送幅が一定である第５の垂直転送部とを備え、前記第４の垂直転送部と前記第５の垂直転送部上には、それぞれ独立した垂直転送電極が設けられていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第４の垂直転送部及び第５の垂直転送部に独立電極を設けることで、第４の垂直転送部の電極の電極長を短くできる。これにより、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送電界を確保できるので、第４の垂直転送部における転送不具合を抑制できる。
また、前記各転送制御部は、前記ｍ列の各列に対応して設けられ、対応する列の垂直転送部により転送された信号電荷の各々を転送するｍ個の第３の垂直転送部を含み、前記ｍ列の第３の垂直転送部に含まれる１個の第３の垂直転送部である第６の垂直転送部は、前記第１の垂直転送部の垂直転送電極のうちいずれかと同じ転送パルスが印加される第１垂直転送電極を備え、前記ｍ列の第３の垂直転送部に含まれる前記第６垂直転送部以外のｍ−１個の第３の垂直転送部は、前記第１の垂直転送部及び前記第２の垂直転送部の垂直転送電極と独立した信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極を備えてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送制御部における独立電極の数を削減できる。
また、前記第６の垂直転送部は、１個の前記第１垂直転送電極のみを備えてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送制御部における独立電極の数を削減できる。
また、前記第６の垂直転送部の前記第１垂直転送電極下の全ての領域は、前記第１の垂直転送部から前記第２の垂直転送部に向かうにつれ転送幅が広くなってもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、ナローチャネル効果を利用することで、転送電界を向上できる。
また、前記第２の垂直転送部の最大の転送幅は、ｍ列の前記第１の垂直転送部のうち両端に位置する列の第１の垂直転送部の外側の端部間の幅よりも広くてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部の水平方向の端部についても、水平方向の中央部と同様に電位を深くできる。これにより、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送制御部から第２の垂直転送部への転送不良を抑制できる。
また、前記第１の垂直転送部は、第１のｎ型不純物注入領域及び第２のｎ型不純物注入領域で構成され、前記第１のｎ型不純物注入領域は、前記第１の垂直転送部と前記転送制御部と前記第２の垂直転送部と前記水平転送部とに形成され、前記第２のｎ型不純物注入領域は、前記第１の垂直転送部と前記転送制御部とに形成されるとともに、前記第２の垂直転送部と水平転送部とには形成されなくてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第１の垂直転送部と同じｎ型不純物濃度で第２の垂直転送部を形成する場合に比べ、第２の垂直転送部の電位を浅く形成できる。よって、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部から水平転送部への電位差を大きくできるので、転送効率を改善できる。
また、前記第２の垂直転送部には、前記水平転送部側の電位より前記転送制御部側の電位が浅くなるようにポテンシャル段差が形成されていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、第２の垂直転送部の転送効率を更に改善できる。
また、前記第２の垂直転送部の前記水平転送部側には、前記ポテンシャル段差を形成するために第３のｎ型不純物注入領域が形成されていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、ポテンシャル段差を形成することによる、転送制御部と第２の垂直転送部との電位差の減少を抑制できるので、転送制御部から第２の垂直転送部への転送効率を改善できる。
また、前記第３の垂直転送部の前記転送制御部側には、前記ポテンシャル段差を形成するためのｐ型不純物注入領域が形成されていてもよい。
また、前記第２の垂直転送部には、さらに、第３のｎ型不純物注入領域が形成されていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、ポテンシャル段差を形成することによる、転送制御部と第２の垂直転送部との電位差の減少を抑制できるので、転送制御部から第２の垂直転送部への転送効率を改善できる。
また、前記転送制御部には、ｐ型不純物注入領域が形成されていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送制御部の電位を浅くできる。よって、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、転送制御部から第２の垂直転送部への転送電界を強くできるので、転送効率を改善できる。
また、前記第１の垂直転送部、前記転送制御部及び前記第２の垂直転送部の垂直転送電極と、前記水平転送部の水平転送電極とは単層で形成されていてもよい。
この構成によれば、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、配線レイアウトを容易に行うことができる。
また、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、前記固体撮像装置の駆動方法であって、前記ｍ列のうち一の列の信号電荷の水平転送期間に、前記ｍ列のうち他の列の信号電荷を前記転送制御部から前記第４の垂直転送部へ転送する。
これによれば、他の列の水平転送期間を利用して、長い時間をかけて転送制御部から第４の垂直転送部へ信号電荷を転送できるので、転送制御部から第４の垂直転送部への信号電荷の転送効率を向上できる。
また、水平ブランキング期間に、前記ｍ列のうち中央部の列の信号電荷を前記転送部から前記第４の垂直転送部へ転送し、前記中央部の列の信号電荷の水平転送期間に、前記ｍ列のうち端部の信号電荷を前記転送制御部から前記第４の垂直転送部へ転送してもよい。
これによれば、転送不具合が発生しやすい端部の信号電荷を、転送制御部から第４の垂直部へ長い時間をかけて転送することができる。これにより、転送制御部から第４の垂直部への信号電荷の転送の不具合を抑制できる。
また、本発明の一形態に係るカメラは、前記固体撮像装置を備える。
なお、本発明は、このような固体撮像装置の機能の一部又は全てを実現する半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現できる。
以上より、本発明は、複数の垂直転送部を束ねる構成において転送劣化を抑制できる固体撮像装置、その駆動方法及びカメラを提供できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２Ｄは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による通常モード時の駆動タイミングを示す図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の動作を示す図である。 図４Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の動作を示す図である。 図４Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の動作を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の駆動タイミングを示す図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の変形例の平面図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の変形例の平面図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の変形例の平面図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第１の例の平面図である。 図８Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第１の例の断面図である。 図８Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第１の例の電位分布を示す図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第２の例の平面図である。 図９Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第２の例の断面図である。 図９Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第２の例の電位分布を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第１の例と第２の例とを比較する図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第３の例の断面図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第３の例の電位分布を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第４の例の平面図である。 図１３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第３の例と第４の例とを比較する図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第５の例の断面図である。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第５の例の電位分布を示す図である。 図１５Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第６の例の断面図である。 図１５Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第６の例の電位分布を示す図である。 図１６Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第７の例の断面図である。 図１６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第８の例の断面図である。 図１６Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第７の例及び第８の例の電位分布を示す図である。 図１７Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第９の例の断面図である。 図１７Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の第９の例の電位分布を示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の平面図である。 図１９は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の平面図である。 図２０は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の駆動タイミングを示す図である。 図２１は、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置による水平３画素加算時の駆動タイミングを示す図である。 図２２は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の平面図である。 図２３Ａは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２３Ｂは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２３Ｃは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２３Ｄは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２３Ｅは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による通常モード時の動作を示す図である。 図２４は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による水平転送部間の振り分け転送に関する駆動タイミングを示す図である。 図２５Ａは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による水平２画素加算時の動作を示す図である。 図２５Ｂは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による水平２画素加算時の動作を示す図である。 図２５Ｃは、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置による水平２画素加算時の動作を示す図である。 図２６は、従来の固体撮像装置の平面図である。 図２７Ａは、従来の固体撮像装置の通常モード時の動作を示す図である。 図２７Ｂは、従来の固体撮像装置の通常モード時の動作を示す図である。 図２７Ｃは、従来の固体撮像装置の通常モード時の動作を示す図である。 図２８Ａは、従来の固体撮像装置の水平３画素加算時の動作を示す図である。 図２８Ｂは、従来の固体撮像装置の水平３画素加算時の動作を示す図である。 図２８Ｃは、従来の固体撮像装置の水平３画素加算時の動作を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置５０の構成を示す図である。
図１に示す固体撮像装置５０は、画素繰り返し部５と、複数の転送制御部６と、複数の第２の垂直転送部９と、水平転送部２と、複数の水平転送電極１４とを備える。
画素繰り返し部５は、複数の光電変換部３と、複数の第１の垂直転送部１と、複数の第１の垂直転送電極４とを含む。
複数の光電変換部３は、行列状に配置され、光を信号電荷に変換し、変換した信号電荷を蓄積する。
複数の第１の垂直転送部１は、各列に対応して設けられ、対応する列に配置された複数の光電変換部３により変換された信号電荷を垂直方向へ転送する。
複数の第１の垂直転送電極４は、複数の第１の垂直転送部１上に形成される。
複数の転送制御部６は、複数の第１の垂直転送部１のうち、水平方向に連続するｍ（ｍは２以上の整数）列毎に対応して設けられる。各転送制御部６は、対応するｍ列の第１の垂直転送部１のいずれかにより転送された信号電荷を選択的に転送する。
各転送制御部６は、前記ｍ列の各列に対応して設けられ、対応する列の垂直転送部により転送された信号電荷の各々を転送するｍ個の第３の垂直転送部６Ａと、ｍ個の信号電荷蓄積電極７と、ｍ個の転送阻止電極８とを含む。
第３の垂直転送部６Ａは、各転送制御部６が対応するｍ列の各列に対応して設けられる。この第３の垂直転送部６Ａは、対応する列の第１の垂直転送部１により転送された信号電荷の各々を転送する。
各信号電荷蓄積電極７及び各転送阻止電極８は、各第３の垂直転送部６Ａ上に形成される。
第２の垂直転送部９は、各転送制御部６に対応して設けられ、対応する転送制御部６により転送された信号電荷を転送する。また、第２の垂直転送部９は、水平転送部２の１転送パケットを形成する少なくとも２以上の水平転送電極１４毎に配置される。また、第２の垂直転送部９は、転送制御部６から水平転送部２に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する。また、第２の垂直転送部９には、第１の垂直転送部１及び転送制御部６の垂直転送電極と独立した垂直転送電極が設けられている。
この第２の垂直転送部９は、第４の垂直転送部１０と、第５の垂直転送部１１と、第４の垂直転送電極１２と、垂直最終電極１３とを含む。
第４の垂直転送部１０は、転送制御部６により転送された信号電荷を転送する。また、第４の垂直転送部１０は、転送制御部６から水平転送部２へ向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する。
第５の垂直転送部１１は、第４の垂直転送部１０により転送された信号電荷を転送する。また、第５の垂直転送部１１は、転送幅が一定であり、まっすぐに配置される。
水平転送部２は、第２の垂直転送部９により転送された信号電荷を水平方向に転送する。複数の水平転送電極１４は、水平転送部２上に形成される。また、水平転送部２は、固体撮像装置５０が備える出力部（図示せず）へ、第２の垂直転送部９により転送された信号電荷を転送する。
この出力部は、水平転送部２により転送された信号電荷を電圧信号に変換し、変換した電圧信号を外部に出力する。
本発明の実施の形態１では、第２の垂直転送部９は、第１の垂直転送部１を３列束ねる。また、１つの第２の垂直転送部９に、水平転送部２の１つの単位転送パケットが対応している。つまり水平転送部２の単位転送パケットは、第１の垂直転送部１の列数の１／３となる。よって、１ラインの信号電荷を加算することなく出力する場合は、３回に分割して出力される（水平３：１インターレース）。
また、図１では水平転送部２が４つの水平転送電極１４を１単位とする４相駆動の例を示している。つまり、水平転送電極１４にはφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４の転送パルスが印加される。なお、後述するように、３つの水平転送電極１４を１単位とする３相駆動、又は２つの水平転送電極１４を１単位とする２相駆動であっても良い。
なお、４相駆動は、従来例で示した３相駆動に比べ、水平転送電極１４の転送方向の電極長を短くできるため、低電圧駆動が可能となる利点がある。例えば画素サイズが１．５μｍ程度の場合、４相駆動を用いることで１．８Ｖ駆動が可能となる。この電圧１．８Ｖはデジタルスチルカメラに搭載される他の半導体素子でも使用される電圧であることから、カメラ設計において扱いやすいという利点がある。
また、背景技術の説明で述べたように、水平インターレースを用いる場合、信号電荷を水平転送期間中に保持しておく動作が必要であり、特に１つの電極（本例の場合は信号電荷蓄積電極７）で信号電荷を保持する場合には、信号電荷を蓄積する電極の電極長を大きくする、又は電極下の第１の垂直転送部１において水平方向の幅を画素繰り返し部５の第１の垂直転送部１の幅よりも広くする、又はその両方を実施することにより必要な飽和電荷量を確保する必要がある。
なお、電極長を長くするだけでは、転送電界が低下することにより、転送効率が低下してしまう。よって、飽和電荷量を確保するには、幅を広げることが望ましい。例えば、図１においては、転送制御部６の第３の垂直転送部６Ａの水平方向の幅を、画素繰り返し部５における第１の垂直転送部１の水平方向の幅よりも広くしている。
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置５０の第１の特徴は、第２の垂直転送部９が、転送制御部６から水平転送部２に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有することである。これにより、水平転送部２の絞り込みを緩やかにできるので、電位が水平転送部２側で浅くなることを防止できる。よって、固体撮像装置５０は、転送劣化を抑制できる。
固体撮像装置５０の第２の特徴は、転送制御部６における３列の第３の垂直転送部６Ａの繰り返しピッチを画素繰り返し部５の第１の垂直転送部１の繰り返しピッチより短くなるよう配置している点である。つまり、図１において、画素繰り返し部５における、第１の垂直転送部１の水平方向の中心と、隣接する第１の垂直転送部１の水平方向の中心との距離をＡ、各転送制御部６に含まれる、互いに隣接して配置された第３の垂直転送部６Ａの水平方向の中心間の距離をＢとした場合に、ＡとＢとの関係は、Ａ＞Ｂとなる。
これにより、固体撮像装置５０は、第４の垂直転送部１０の水平方向の幅Ｃを狭く形成できる。よって、水平転送部２へ信号電荷を転送する際に、第４の垂直転送部１０を絞り込む必要があるが、その角度を緩やかに設定できる利点がある。これにより、固体撮像装置５０は、転送方向に沿って、電位が浅くなってしまう弊害を抑制できる。
固体撮像装置５０の第３の特徴は、第４の垂直転送部１０及び第５の垂直転送部１１に対して、各々独立電極として、第４の垂直転送電極１２及び垂直最終電極１３を設けている点にある。また、第４の垂直転送部１０では、転送幅を絞り込んでいるために、水平転送部２側で電位が浅くなっていくが、第４の垂直転送部１０及び第５の垂直転送部１１に独立電極として、それぞれ第４の垂直転送電極１２及び垂直最終電極１３を設けることで、電極長を短くできる。これにより、転送電界を確保できるので、第４の垂直転送部１０における転送不具合を抑制することが可能となる。
本実施例の第４の特徴は、第２の垂直転送部９に含まれる第４の垂直転送部１０に、水平転送部２側の電位より転送制御部６側の電位が浅くなるようにポテンシャル段差が形成されていることである。例えば、転送効率を考慮し、第４の垂直転送部１０の転送制御部６側で電位が浅くなるように、第４の垂直転送部１０のｎ型不純物注入領域を形成する。これにより、第４の垂直転送部１０の転送効率を更に改善することが可能となる。詳細については後述する。
固体撮像装置５０の第５の特徴は、画素繰り返し部５及び転送制御部６のｎ型不純物濃度に比べ、第２の垂直転送部９のｎ型不純物濃度を低くすることである。具体的には、画素繰り返し部５においては、ナローチャネル効果による取り扱い電荷量の低下及び転送効率劣化を抑制するために、また転送制御部６においては、必要な取り扱い電荷量を１電極で確保するために、例えば２つのｎ型拡散層によって、第１の垂直転送部１を形成する。また、第２の垂直転送部９のｎ型拡散層については、画素繰り返し部５の形成に用いられる拡散層のうちの何れか１つを用いる。
これにより、画素繰り返し部５と同じｎ型不純物濃度で第２の垂直転送部９を形成する場合に比べ、第２の垂直転送部９の電位を浅く形成できる。よって、第５の垂直転送部１１から水平転送部２への電位差を大きくとることが可能となるので、転送効率を改善できる。詳細な構成については、後述する。
本実施例の第６の特徴は、第５の特徴としてあげた、画素繰り返し部５及び転送制御部６のｎ型不純物濃度に比べ、第２の垂直転送部９のｎ型不純物濃度を低くしながらも、第２の垂直転送部９にｎ型不純物注入領域を設ける。これにより、転送制御部６と第４の垂直転送部１０との電位差を大きくすることで、この領域における転送効率を改善できる。または、第２の垂直転送部９のｎ型不純物濃度を低くしながらも、転送制御部６にｐ型不純物注入領域を設けことにより、画素繰り返し部５を水平方向に拡張した場合の電位よりも転送制御部６の電位を浅くする。これにより、転送制御部６と第４の垂直転送部１０との電位差を大きくとれるので、この領域における転送効率を改善できる。
また、固体撮像装置５０では、信号電荷蓄積電極７には転送パルスとして、φＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ、及びφＶＳＴ−Ｒが印加される。また、転送阻止電極８にはφＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ、及びφＶＨＬＤ−Ｒが印加される。図１では、３列単位で構成される転送制御部６のうち、φＶＳＴ−Ｃ及びφＶＨＬＤ−Ｃが印加される列をＣ列とし、φＶＳＴ−Ｒ及びφＶＨＬＤ−Ｒが印加される列をＲ列とし、φＶＳＴ−Ｌ及びφＶＨＬＤ−Ｌが印加される列をＬ列としている。また、第４の垂直転送電極１２にはφＶＬ２が印加され、垂直最終電極１３にはφＶＬが印加される。
以上のように構成された固体撮像装置５０について、以下その動作を説明する。
まず、固体撮像装置５０の通常モードにおける動作を説明する。
図２Ａ〜図２Ｄは、固体撮像装置５０による通常モードの信号電荷転送を示す図である。また、図３は、通常モードの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
図２Ａ〜図２Ｄに示すように、通常モードにおいては、水平転送部２のパケット数は第１の垂直転送部１の列数の１／３になっているため、固体撮像装置５０は、Ｃ列、Ｒ列、Ｌ列の順で３回に分けて第１の垂直転送部１から転送制御部６及び第２の垂直転送部９を介して水平転送部２へ転送動作を行い、次に、水平転送部２から出力アンプへの転送を行う。
また、本発明の実施の形態１では第１の垂直転送部１の駆動相数が１２相の場合を示している。この場合、水平転送期間において、８つの第１の垂直転送電極４で信号電荷が蓄積される。また、図３においては、φＶ３からφＶ１０に信号電荷が蓄積されている。図３における水平ブランキング期間においては、４つの水平転送電極１４のうち、３つの水平転送電極１４（φＨ１、φＨ２、φＨ３）をハイレベル（例えば１．８Ｖ）としている。なお、第１の垂直転送部１の駆動相数は、１２相以外であってもよい。例えば、第１の垂直転送部１の駆動相数は、６相、又は８相等であってもよい。
まず、固体撮像装置５０は、これらの信号電荷を各列の信号電荷蓄積電極７に転送する。具体的には、固体撮像装置５０は、図３の時刻ｔ０において、転送制御部６に隣接する第１の垂直転送電極４に印加されるφＶ１１をローレベルにし、かつ信号電荷蓄積電極７に印加されるφＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ及びφＶＳＴ−Ｒにミドルレベル（例えば０Ｖ）にすることにより、信号電荷を信号電荷蓄積電極７に転送する（図２Ａ）。また、固体撮像装置５０は、各列の転送阻止電極８に印加されるφＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ及びφＶＨＬＤ−Ｒをローレベルにして電位障壁を形成することにより次段への信号電荷の転送を阻止している。
次に、時刻ｔ１〜ｔ２期間において、固体撮像装置５０は、Ｌ列及びＲ列の転送阻止電極８に印加されるφＶＨＬＤ−Ｌ及びφＶＨＬＤ−Ｒをローレベルに維持することにより、信号電荷を信号電荷蓄積電極７に保持する。また、固体撮像装置５０は、Ｃ列の転送阻止電極８に印加するφＶＨＬＤ−Ｃと、第４の垂直転送電極１２に印加するφＶＬ２と、垂直最終電極１３に印加するφＶＬとをミドルレベル又はハイレベルに遷移させる。これにより、固体撮像装置５０は、Ｃ列の信号電荷を水平転送部２に転送する（図２Ｂ）。
その後、固体撮像装置５０は、出力部へ向けて水平転送部２の転送を行うことでＣ列の信号電荷を出力する。なお、図３において、信号電荷蓄積電極７は、水平転送期間中にローレベルであるが、ローレベルでなくても良い。
次に時刻ｔ３〜ｔ４期間において、固体撮像装置５０は、Ｌ列の転送阻止電極８に印加されるφＶＨＬＤ−Ｌをローレベルに維持することにより、Ｌ列の信号電荷を信号電荷蓄積電極７に保持する。また、固体撮像装置５０は、Ｒ列の転送阻止電極８に印加するφＶＨＬＤ−Ｒと、第４の垂直転送電極１２に印加するφＶＬ２と、垂直最終電極１３に印加するφＶＬとをミドルレベル又はハイレベルに遷移させる。これにより、固体撮像装置５０は、Ｒ列の信号電荷を水平転送部２に転送する（図２Ｃ）。その後、固体撮像装置５０は、水平転送部２の転送を行うことでＲ列の信号電荷を出力する。
続いて、時刻ｔ５〜ｔ６期間において、固体撮像装置５０は、Ｌ列の転送阻止電極８に印加するφＶＨＬＤ−Ｌと、第４の垂直転送電極１２に印加するφＶＬ２と、垂直最終電極１３に印加するφＶＬとをミドルレベル又はハイレベルに遷移させることにより、Ｌ列の信号電荷を水平転送部２に転送する（図２Ｄ）。その後、固体撮像装置５０は、水平転送部２の転送を行うことでＲ列の信号電荷を出力する。
上記の動作により、１ラインの信号電荷の出力が可能であり、残りの信号電荷も同様の動作により順次出力することができる。
次に、固体撮像装置５０の動画モードにおける動作を説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、固体撮像装置５０による動画モードにおける信号電荷転送を示す図である。また、図５は、動画モードの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
固体撮像装置５０は、動画モードにおいて、水平方向に隣接する同色の信号電荷を３画素加算する。通常モードと同様に、図５の水平ブランキング期間においては、４つの水平転送電極１４のうち、３つの水平転送電極１４（φＨ１、φＨ２、φＨ３）をハイレベル（例えば１．８Ｖ）としている。
まず、図５の時刻ｔａに示すように、通常モードの動作と同様に、固体撮像装置５０は、転送制御部６に隣接する第１の垂直転送電極４に印加されるφＶ１１をローレベルにし、かつ信号電荷蓄積電極７に印加されるφＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｃ、及びφＶＳＴ−Ｒをミドルレベル又はハイレベルにすることにより、各列の信号電荷を信号電荷蓄積電極７に転送する（図２Ａ）。また、固体撮像装置５０は、各列の転送阻止電極８に印加されるφＶＨＬＤ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｃ、及びφＶＨＬＤ−Ｒをローレベルにして電位障壁を形成することにより、次段への信号電荷の転送を阻止している。
次に、時刻ｔｂからｔｃ期間において、固体撮像装置５０は、Ｌ列及びＲ列の転送阻止電極８に印加されるφＶＨＬＤ−Ｌ及びφＶＨＬＤ−Ｒをローレベルに維持することにより、信号電荷を信号電荷蓄積電極７に保持する。また、固体撮像装置５０は、Ｃ列の転送阻止電極８に印加するφＶＨＬＤ−Ｃと、第４の垂直転送電極１２に印加するφＶＬ２と、垂直最終電極１３に印加するφＶＬとをミドルレベル又はハイレベルに遷移させる。これにより、固体撮像装置５０は、Ｃ列の信号電荷を水平転送部２に転送する（図４Ａ）。
その後、固体撮像装置５０は、時刻ｔｃからｔｄ期間で水平転送部２の信号電荷を左方向に３列転送する（図４Ｂ）。
続いて、固体撮像装置５０は、時刻ｔｅからｔｆ期間で、Ｌ列及びＲ列の転送阻止電極８に印加するφＶＨＬＤ−Ｌ及びφＶＨＬＤ−Ｒと、第４の垂直転送電極１２に印加するφＶＬ２と、垂直最終電極１３に印加するφＶＬとをミドルレベル又はハイレベルに遷移させる。これにより、固体撮像装置５０は、Ｌ列及びＲ列の信号電荷を水平転送部２に転送することで、３画素分の信号電荷を加算することができる（図４Ｃ）。
また、固体撮像装置５０は、第１の垂直転送部１においては、読み出し電極を複数設けるとともに、この複数の読み出し電極の駆動を工夫することにより第１の垂直転送部１内で３画素加算を行う。よって、固体撮像装置５０は、前述の水平３画素加算と合わせて９画素加算動作を実現することができる。なお、水平信号加算の動作として、Ｃ列の信号電荷の転送を先に行い、Ｌ列及びＲ列の信号電荷を水平転送部２内で加算する例を前述したが、先にＬ列及びＲ列の信号電荷を転送し、後にＣ列の信号電荷を加算することも可能である。
また、図１では水平転送部２が４相駆動される場合を示している。この場合には、４つの水平転送電極１４のうち最低１つをバリアとして用いればよい。つまり、上述したように、水平ブランキング期間において３つの水平転送電極１４をハイレベルとしたうえで、第５の垂直転送部１１からの信号電荷を受けるレイアウトを図１に示している。なお、固体撮像装置５０は、２つの水平転送電極１４をハイレベルとし信号電荷を受け取ってもよい。
また、３相駆動の場合は、３つの水平転送電極１４のうち２つの水平転送電極１４あるいは１つの水平転送電極１４をハイレベルとしたうえで、第２の垂直転送部９からの信号電荷を水平転送部２が受け取ればよい。また、２相駆動の場合は、２つの水平転送電極１４のうち１つの水平転送電極１４をハイレベルとしたうえで、信号電荷を水平転送部２が受け取ればよい。このように駆動相数によって、水平ブランキングにおいて、ハイレベルに設定できる水平転送電極１４の数及び電極幅は異なるが、上述した第１の垂直転送部１を第２の垂直転送部９で束ねた構造では、第５の垂直転送部１１の幅及び第４の垂直転送部１０のレイアウトを調整することで、複数の異なる相数の駆動方法に対応できる利点がある。
図６Ａは、水平２相に対応した固体撮像装置５０Ａの構成を示す図である。また、図６Ｂは、３相駆動に対応した固体撮像装置５０Ｂの構造を示す図である。なお、図６Ａ及び図６Ｂにおいて転送制御部６及び第２の垂直転送部９の構成については図１と同様であるため、印加される転送パルスの配線図は省略している。
なお、第１の垂直転送部１、転送制御部６、第２の垂直転送部９及び水平転送部２の動作は、図示しない駆動部により制御される。つまり、上述したφＶ１〜φＶ１２、φＶＳＴ−Ｃ、φＶＳＴ−Ｌ、φＶＳＴ−Ｒ、φＶＨＬＤ−Ｃ、φＶＨＬＤＬ、φＶＨＬＤ−Ｒ、φＶＬ、φＶＬ２、及びφＨ１〜φＨ４等は、この駆動部により生成される。なお、この駆動部は、固体撮像装置５０に含まれてもよいし、固体撮像装置５０の外部に形成されてもよい。
また、本実施例の第２の特徴として、転送制御部６における３列の第３の垂直転送部６Ａの繰り返しピッチＢを画素繰り返し部５の第１の垂直転送部１の繰り返しピッチＢより短くなるよう配置しているとしているが、これは図１に示すように第３の垂直転送部６Ａが水平転送部２に対して直角に配置されることに限定されるものではなく、図７に示す固体撮像装置５０Ｃように第３の垂直転送部６Ａは、第２の垂直転送部９側に向かうにつれ、当該３列の内側に向かうように斜め方向に沿って配置されてもよい。この場合もピッチＡ及びＢの関係はＡ＞Ｂとなる。
ここで、ピッチＢは、３列の第３の垂直転送部６Ａのうち、互いに隣接する２つの第３の垂直転送部６Ａの垂直転送方向の任意の位置における中心間の距離である。
なお、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置５０は、上述した第１〜第６の特徴の全てを備えてもよいし、いずれか１以上を備えてもよい。
次に、固体撮像装置５０により、複数の第１の垂直転送部１を束ねたＶＯＧ部（第２の垂直転送部９）から水平転送部２への転送劣化を改善できる理由について、上述した第１〜第６の特徴ごとに、図面を参照しながら説明する。
まず、第１の特徴である、第２の垂直転送部９が、転送制御部６から水平転送部２に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する構成を導入した場合の効果を説明する。
図８Ａは、この第１の特徴を有する固体撮像装置５１の平面図である。図８Ｂは固体撮像装置５１の断面の構成を示す断面図であり、図８Ｃは、この断面における電位分布を模式的に示す図である。
この固体撮像装置５１は、上記第２の特徴及び第３の特徴は有していない。つまり、３列の第３の垂直転送部６Ａの繰り返しピッチＢは、第１の垂直転送部１の繰り返しピッチＡと同じである。また、固体撮像装置５１は、上記第２の垂直転送部９の代わりに、第２の垂直転送部９Ａを備える。また、第２の垂直転送部９上には、φＶＯＧが印加される１つの第２の垂直転送電極１２Ａのみが形成されている。
上記構成により、固体撮像装置５１は、水平転送部２の絞り込みを緩やかにできるので、電位が水平転送部２側で浅くなることを防止できる。よって、固体撮像装置５０は、転送劣化が発生することを防止できる。
次に、第２の特徴として述べた転送制御部６における３列の第１の垂直転送部１の繰り返しピッチを画素繰り返し部５の第１の垂直転送部１の繰り返しピッチより短くなるよう配置している構成を導入した場合の効果を説明する。
図９Ａは第２の特徴を有する固体撮像装置５２の平面図である。図９Ｂは、この固体撮像装置５２の断面の構成を示す断面図であり、図９Ｃは、この断面の電位分布を模式的に示す図である。また、図８Ｃ及び図９Ｃにおいて、点線は各電極にローレベルの電圧が印加された際のポテンシャルを示し、実線はミドルレベル（例えば０Ｖ）が印加された際のポテンシャルを示す。
まず、図８Ｂ及び図８Ｃに示す固体撮像装置５１における第２の垂直転送部９Ａから水平転送部２に信号電荷を転送する際の電位分布について説明する。
第２の垂直転送部９Ａは転送幅が狭くなっていくため、電位が水平転送部２に近づくにつれ浅くなる。また、画素繰り返し部５と同様に、第２の垂直転送部９Ａが第１のｎ型不純物注入領域１５及び第２のｎ型不純物注入領域１６で構成された場合、ミドルレベル（例えば０Ｖ）印加時の電位は非常に深くなる。これにより、水平転送電極１４にハイレベルが印加された際の水平転送部２の電位と第２の垂直転送部９Ａにローレベルの電圧が印加された際の電位差が小さくなる。
このため、第２の垂直転送部９Ａにローレベルの電圧を印加した場合においても、図８Ｃの点線で示すように、ポテンシャルの障壁が存在することにより、転送不良が生じる。また、水平転送部２の電位は、水平転送部２の出口部とＦＤ（フローティング・ディフュージョン）部との間の転送電界を確保するため、電位を深く設定することが出来ないという制限がある。
これに対し、図９Ａに示すように第２の特徴を有する固体撮像装置５２では、第２の垂直転送部９における水平方向の幅が、図８ＡのＤに対して図９ＡのＣに短縮される。
図１０は、固体撮像装置５１と固体撮像装置５２との第２の垂直転送部９Ａ付近の平面図である。図１０に示す実線が固体撮像装置５１の第２の垂直転送部９Ａであり、点線が固体撮像装置５２の第２の垂直転送部９Ａである。また、図９Ｂに示す固体撮像装置５２の断面の構成は、図８Ｂに示す固体撮像装置５１の断面の構造と同様である。
図１０に示すように、固体撮像装置５２の第２の垂直転送部９の転送制御部６側の水平方向の幅Ｃは、第３の垂直転送部６Ａの繰り返しピッチＢが、第１の垂直転送部１の繰り返しピッチＡよりも短縮されていることにより、固体撮像装置５１における幅Ｄより短い。そのため、固体撮像装置５２は、固体撮像装置５１に比べて、水平転送部２に向けて第２の垂直転送部９Ａの幅を小さくする量が少なくてすむ。これにより、固体撮像装置５２は、ポテンシャルが水平転送部２に向けて浅くなるものの、その程度が軽微になるため、転送効率を改善できる。
なお、図１０において、固体撮像装置５１及び５２において第２の垂直転送部９Ａは、幅が一定の領域と、水平転送部２側に向かって幅が小さくなる領域とを含むが、水平転送部２側に向かって幅が小さくなる領域のみを含んでもよい。
このように、第３の垂直転送部６Ａと第２の垂直転送部９Ａの左右の端部Ｘ点から第２の垂直転送部９Ａの幅を絞りこむ場合（太線）においても、第２の特徴を有することにより、同様に絞り込み角度が緩やかになり、電位の傾斜も低減される。ただし、この場合には、第２の垂直転送部９ＡのＸ点付近の電位が周辺Ｐ型領域の影響を受け低下するため、転送阻止電極８から、第２の垂直転送部９Ａへの転送効率が悪化する懸念がある。このように電位が低下しないように、第２の垂直転送部９Ａは、転送制御部６側に幅が一定の領域を形成することが望ましい。
次に、第３の特徴である、第４の垂直転送部１０及び第５の垂直転送部１１に対して、各々独立電極として、第４の垂直転送電極１２及び垂直最終電極１３を設けた場合の効果について説明する。
図１１Ａは、この第３の特徴を導入した場合の固体撮像装置５０の断面の構成を示す図である。また、図１１Ｂは、この断面における電位分布を模式的に示す図である。また、平面図は図１に示している。
また、図１２は、上記第３の特徴を有するとともに、上記第２の特徴を有さない（３列の第３の垂直転送部６Ａの繰り返しピッチＢが第１の垂直転送部１の繰り返しピッチＡと同じ）固体撮像装置５３の平面図である。
また、図１３は、図１２に示す固体撮像装置５３と図１に示す固体撮像装置５０との第２の垂直転送部９付近の平面図である。図１３に示す実線が固体撮像装置５３の第２の垂直転送部９であり、点線が固体撮像装置５０の第２の垂直転送部９である。
図１３に示すように、第３の特徴を有する場合においても、第２の特徴による利点は同じである。
ここで、図９Ａに示す固体撮像装置５２では、転送効率が改善されるが、第２の垂直転送部９Ａの転送長が長いため、フリンジ電界が十分得られない場合がある。特に近年の画素セルが微細化された固体撮像装置では、取り扱い電荷量を大きくするため、及びスミア特性を改善するために、垂直転送部が浅く形成される。これにより、第２の垂直転送部９Ａの転送長が長いと転送効率が悪化する。
そのため、図１に示す第２の垂直転送部９上には、第４の垂直転送電極１２と、垂直最終電極１３とが形成される。このように第２の垂直転送部９を第４の垂直転送部１０と第５の垂直転送部１１とに分割することにより、第４の垂直転送部１０を短くできる。これにより、固体撮像装置５０は、転送効率を改善できる。すなわち、図９Ｂ及び図１１Ａにおいて、Ｅ＞Ｆの関係にある。
また、図１１Ｂに示すように、垂直最終電極１３にミドルレベルを印加し、かつ第４の垂直転送電極１２にローレベルを印加した際の電位差は図９Ｃと比べ縮小するが、第４の垂直転送部１０の最小電界は電極長で決定されるため、全体として転送効率は改善する。
次に、第４の特徴である、第４の垂直転送部１０にポテンシャル段差を形成した場合の効果を説明する。
図１４Ａは、この第４の特徴を導入した固体撮像装置５４の断面の構成を示す図である。図１４Ｂは、この断面における電位分布を模式的に示す図である。
図１４Ａに示すように固体撮像装置５４では、第４の垂直転送部１０の転送制御部６側で電位が浅くなるようにポテンシャル段差を形成するために、第１のｐ型不純物注入領域１７を形成する。これにより、転送方向に沿って転送幅が狭くなっていても、転送方向にポテンシャルの傾斜を形成することが可能になる。よって、固体撮像装置５４は、第４の垂直転送部１０の転送効率を更に改善することが可能となる。
次に、第５の特徴である、画素繰り返し部５及び転送制御部６を構成する第１のｎ型不純物注入領域１５及び第２のｎ型不純物注入領域１６に比べ、第２の垂直転送部９のｎ型不純物濃度が低くなるように不純物注入領域を設定した場合の効果について説明する。
具体的には、画素繰り返し部５においては、ナローチャネル効果による取り扱い電荷量の低下及び転送効率劣化を抑制するため、また転送制御部６においては、必要な取り扱い電荷量を１電極で確保するために、例えば２つのｎ型拡散層（第１のｎ型不純物注入領域１５及び第２のｎ型不純物注入領域１６）によって、第１の垂直転送部１及び第３の垂直転送部６Ａを形成する。また、第２の垂直転送部９のｎ型拡散層については、画素繰り返し部５の形成に用いられる拡散層のうちの水平転送部２と共用している層（第１のｎ型不純物注入領域１５）を用いる。
図１５Ａは、この第５の特徴を導入した固体撮像装置５５の断面の構成を示す図である。図１５Ａに示すように、固体撮像装置５５は、第１のｎ型不純物注入領域１５で、第２の垂直転送部９を構成している。つまり、第１の垂直転送部１は、第１のｎ型不純物注入領域１５及び第２のｎ型不純物注入領域１６で構成される。また、第１のｎ型不純物注入領域１５は、第１の垂直転送部１と転送制御部６と第２の垂直転送部９と水平転送部２とに形成される。また、第２のｎ型不純物注入領域１６は、第１の垂直転送部１と転送制御部６とに形成されるとともに、第２の垂直転送部９と水平転送部２とには形成されない。
図１５Ｂは、この断面における電位分布を模式的に示す図である。
図１４Ｂに示す固体撮像装置５４のように、画素繰り返し部５と同じｎ型不純物濃度で第２の垂直転送部９を形成する場合に比べ、図１５Ｂに示すように、固体撮像装置５５は、第２の垂直転送部９の電位を浅く形成できる。これにより、固体撮像装置５５では、固体撮像装置５４に比べ、第５の垂直転送部１１から水平転送部２への電位差をＧ（Ｇ２−Ｇ１）で示す分、大きくできる。これにより、固体撮像装置５５は、垂直最終電極１３から水平転送部２への転送効率が大きく改善できる。
次に、本実施例の第６の特徴を導入した場合の効果について説明する。
図１６Ａ及び図１６Ｂは、この第６の特徴を導入した固体撮像装置５６及び１０６の断面の構成を示す図である。
本実施例の第６の特徴の第１の例は、第２の垂直転送部９に図１６Ａ及び図１６Ｂに示すような第３のｎ型不純物注入領域１８を形成することである。
図１６Ａに示す固体撮像装置５６では、第２の垂直転送部９の水平転送部２側（第５の垂直転送部１１及び第４の垂直転送部１０の水平転送部２側）に第３のｎ型不純物注入領域１８を形成することで、第４の垂直転送部１０に、転送制御部６側の電位が浅くなるようにポテンシャル段差を形成する。これにより、固体撮像装置５６は第４の特徴を兼用している。
また、図１６Ｂに示す固体撮像装置５７では、別の例として、第２の垂直転送部９に第１のｎ型不純物注入領域１５及び第３のｎ型不純物注入領域１８を形成するとともに、上記ポテンシャル段差を形成するために、第４の垂直転送部１０の転送制御部６側に第１のｐ型不純物注入領域１７を形成している。
また、図１６Ｃは、図１６Ａ及び図１６Ｂに対応する電位分布を模式的に示す図である。
ここで、第５の特徴を導入した図１５Ａ及び図１５Ｂに示す固体撮像装置５５では、第４の垂直転送部１０にポテンシャル段差を形成することにより、第２の垂直転送部９のｎ型不純物濃度が第１の垂直転送部１及び転送制御部６のｎ型不純物濃度に比べ低くなっていた。つまり、固体撮像装置５５では、第１のｐ型不純物注入領域１７によってポテンシャル段差を形成したことで、該当箇所のｎ型不純物注入領域の濃度が低くなる。これにより、固体撮像装置５５では、転送制御部６と第４の垂直転送部１０との間での電位差が小さくなってしまい、形成条件によっては、転送阻止電極８から第４の垂直転送部１０間で転送不具合が生じる懸念がある。
これに対して、固体撮像装置５６及び５７は、第２の垂直転送部９に第３のｎ型不純物注入領域１８を設けることにより、転送阻止電極８と第４の垂直転送部１０との間で、十分な電位差を確保している。但し、この第３のｎ型不純物注入領域１８の濃度は、第２のｎ型不純物注入領域１６の濃度より低く設定される。これにより、固体撮像装置５６及び５７は、水平転送部２と第２の垂直転送部９との境界においても、十分な電位差を確保できるように設定している。
図１７Ａは、第６の特徴を導入した別の例である、固体撮像装置５８の断面の構成を示す図である。また、図１７Ｂは、この断面における電位分布を模式的に示す図である。
第６の特徴の第２の例は、図１７Ａに示すように、第２のｐ型不純物注入領域１９を信号電荷蓄積電極７及び転送阻止電極８下の第３の垂直転送部６Ａ（転送制御部６）に形成することである。
これにより、固体撮像装置５８は、図１７Ｂに示すように、図１６Ｃに比べ、Ｈ（Ｈ２−Ｈ１）で示す分、転送制御部６の電位を浅く設定することができる。よって、固体撮像装置５８は、転送制御部６から第４の垂直転送部１０への転送電界を強くできるので、転送効率を改善することが可能である。
また、信号電荷蓄積電極７の電位は、図１６Ｃ等に示すように、第１の垂直転送部１の幅及び電極長が狭いため、φＶ１１下の電位に比べ深い。よって、この信号電荷蓄積電極７下にｐ型不純物注入領域を追加しても図１７Ｂに示すように転送に問題は生じない。
また、固体撮像装置５８は、第２のｐ型不純物注入領域１９を追加することにより、転送制御部６の電位を浅くすることで、第２の垂直転送部９下の電位を、固体撮像装置５６及び１０６に比べて浅く設定することが可能になる。これにより、固体撮像装置５８は、垂直最終電極１３下と水平転送部２との間の電位差を大きくとることが可能となる。
なお、ここでは、図１６Ｂに示す固体撮像装置５７の構成に対して、さらに、第２のｐ型不純物注入領域１９を形成する例を述べたが、上述した他の例の固体撮像装置５０〜５６のいずれかに対して、さらに、第２のｐ型不純物注入領域１９を形成してもよい。
また、上記ｎ型不純物注入領域及びｐ型不純物注入領域とは、一回の不純物注入工程で形成された領域である。つまり、ある領域（第１の垂直転送部１等）に複数の不純物注入領域が形成されるとは、ある領域に対して複数回の不純物注入が行われることである。また、この複数回の不純物注入における、不純物の種類及び注入範囲（範囲及び深さ）は、異なってもよいし、同一であってもよい。
また、本発明の実施の形態１のように、異なる転送パルスが印加される電極が密になって配置されている場合、２層で電極を構成すると、電極間のオーバーラップにより配線レイアウトが困難となる。よって、第１の垂直転送電極４、信号電荷蓄積電極７、転送阻止電極８、第４の垂直転送電極１２、垂直最終電極１３及び水平転送電極１４は単層で形成されることが望ましい。
以上のように本発明の実施の形態１によれば、第１の垂直転送部１から水平転送部２への信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部６及び第２の垂直転送部９を設けた構造において、転送劣化を抑制することができ、かつ低消費電力を実現する水平インターレースが可能であり、かつ動画モード等で必要とされる信号電荷の加算も可能な固体撮像装置を実現できる。
（実施の形態２）
図１８は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置６０の構成を示す図である。なお、図１と同様の要素には、同一の符号を付しており、以下では、図１に示す固体撮像装置５０との相違点のみを説明する。
図１８に示す固体撮像装置６０は、固体撮像装置５０に対して、さらに、第４の垂直転送部１０が水平方向拡張部２０を含む。
この水平方向拡張部２０は、第４の垂直転送部１０の転送制御部６に隣接する側の水平方向の幅を拡張する。この水平方向拡張部２０により、第４の垂直転送部１０の転送制御部６に隣接する側の水平方向の幅Ｉは、３列の第１の垂直転送部１（第３の垂直転送部６Ａ）の水平方向の合計の距離Ｊよりも広くなる（Ｉ＞Ｊ）。つまり、第２の垂直転送部９の最大の転送幅は、３列の第１の垂直転送部１のうち両端に位置する列の第１の垂直転送部１の外側の端部間の幅よりも広い。
ここで、第４の垂直転送部１０における端部では、周辺のＰ型不純物の影響により、第４の垂直転送部１０の中央列付近に比べて、電位が浅くなる。そのため、中央部に比べて、端部では、転送制御部６から第４の垂直転送部１０への転送において、電界が低下するという課題があった。
一方、固体撮像装置６０は、上記構造を用いることで、端部についても、中央と同様に電位を深くすることが可能となる。これにより、固体撮像装置６０は、転送制御部６から第４の垂直転送部１０への転送不良を抑制することができる。特に、実施の形態１の図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１６Ｃに示した固体撮像装置５５、５６及び５７では、転送制御部６の電位が深くなっているため、上記構成は有効である。
なお、固体撮像装置６０では、水平転送部２に向けて第４の垂直転送部１０を絞りこむ量が大きくなるが、実施の形態１で示したように、第４の垂直転送部１０内でポテンシャル段差を設ければ転送に問題はない。
また、ここでは、固体撮像装置５０が、さらに、水平方向拡張部２０を備える例を示したが、実施の形態１で示した固体撮像装置５１〜５８が、さらに、水平方向拡張部２０を備えてもよい。
（実施の形態３）
図１９は本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置６１の構成を示す図である。また、図２０は、固体撮像装置６１の動画モードにおける駆動タイミングを示すタイミングチャートである。また、図１９において、図１と同一の符号は同じ構成要素を表す。また、図１９において、画素繰り返し部５は、図１と同様であるため省略している。
実施の形態１では、通常モード及び動画モードで最初に転送制御部６から、水平転送部２へ信号電荷の転送を行うＣ列にもＲ列及びＬ列と同じく信号電荷蓄積電極７及び転送阻止電極８を配していたが、常に第１に転送されるＣ列においては、信号電荷を保持しておく必要が必ずしもない。よって、転送制御部６のＣ列の電極には画素繰り返し部５に印加されるのと同じ転送パルスを印加することが可能である。
具体例を示すと、通常モードにおいては、図３に示すようにφＶＳＴ−ＣとφＶ１２とは同じ駆動タイミングであり、φＶＳＴ−Ｃが印加される電極にφＶ１２を印加することができる。
また、Ｃ列の第３の垂直転送部６Ａは、信号電荷を保持する必要がないことにより、Ｒ列及びＬ列の第３の垂直転送部６Ａに比べ、Ｃ列の第３の垂直転送部６Ａの幅も狭くてよい。
そのため、図１９に示す固体撮像装置６１は、Ｒ列及びＬ列には、上述した実施の形態１と同様の第３の垂直転送部６Ａを備え、Ｃ列には第３の垂直転送部６Ｂを備える。
この第３の垂直転送部６Ｂは、φＶ１２が印加される第３の垂直転送電極７Ａのみを備える。また、第３の垂直転送部６Ｂの第３の垂直転送電極７Ａ下の全ての領域は、第１の垂直転送部１から第２の垂直転送部９に向かうにつれ転送幅が広くなる。
このように、固体撮像装置６１は、ナローチャネル効果を利用することで、転送電界を向上させることができる。これにより、固体撮像装置６１は、Ｌ列及びＲ列で２枚の電極が必要な長さを、Ｃ列では１枚の垂直転送電極で構成することが可能である。
この構成で図２０に示す動画モードにおける駆動タイミングを用いれば、実施の形態１と同様の加算動作が実現できる。その場合は転送制御部６における独立電極はφＶＳＴ−Ｒ、φＶＳＴ−Ｌ、φＶＨＬＤ−Ｒ及びφＶＨＬＤ−Ｌの４電極に減らすことが可能である。
以上のように本発明の実施の形態３によれば、転送制御部６における独立電極を低減した固体撮像装置６１を実現できる。
なお、本発明の実施の形態３の構成では、Ｃ列が第３の垂直転送部６Ｂのみを備える場合を示したが、図２Ａ〜図２Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｃで示すように、列の読み出し順を変更することで、Ｃ列の代わりにＬ列又はＲ列が第３の垂直転送部６Ｂのみを備える構造も実現可能である。
また、本発明の実施の形態３の構成を、実施の形態１で示した固体撮像装置５１〜５８及び実施の形態２で示した固体撮像装置６０に適用してもよい。
（実際の形態４）
実施の形態１で述べたように、転送制御部６から第２の垂直転送部９への転送が困難な場合には、図２１に示す駆動を用いて改善することも可能である。
本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置は、３列のうち一の列の信号電荷の水平転送期間に、当該３列のうち他の列の信号電荷を転送制御部６から第４の垂直転送部１０へ転送する。
ここで、第４の垂直転送部１０内では、最も電位が深い領域は中央部付近となるため、Ｃ列の第３の垂直転送部６Ａと第４の垂直転送部１０との電位差が大きくなる。これにより、Ｃ列の第３の垂直転送部６Ａと第４の垂直転送部１０との転送電界を大きく確保できるので、Ｃ列では、転送が端部（Ｒ列及びＬ列）に比べ容易である。
そのため、例えば１ラインを３つに分割して水平転送する３：１インターレースの場合では、図２１に示すように、第１の水平ブランキング期間にて中央部のＣ列の信号電荷を、第１の垂直転送部１から転送制御部６及び第２の垂直転送部９を介して、水平転送部２に転送する。その後、Ｒ列の信号電荷蓄積電極７から転送阻止電極８への信号電荷の転送を行う。また、転送し終わった中央のＣ列の水平転送期間（信号出力期間）を用いて、端部のＲ列の信号電荷を、転送阻止電極８から第４の垂直転送部１０へ長い時間をかけて転送する。これにより、転送効率を改善することが出来る。この場合、Ｒ列の信号は第２の水平ブランキングの先頭で水平転送部２に転送される。
第２の水平ブランキング期間においては、Ｌ列の信号電荷蓄積電極７から転送阻止電極８へ信号電荷を転送する。また、Ｌ列の信号電荷をＲ列の水平転送期間を用いて、Ｌ列の転送阻止電極８から第４の垂直転送部１０へ転送を行う。また、第３の水平ブランキングにてＬ列の信号を水平転送部２に転送する。
以上のように本発明の実施の形態４によれば、転送不具合が発生しやすい端部の第３の垂直転送部６Ａの信号電荷を、水平転送期間に第４の垂直転送部１０へ長い時間をかけて転送することが可能であるため、転送不具合を抑制した固体撮像装置を実現できる。
（実際の形態５）
本発明は、水平転送部２が複数設けられた場合についても、適用することが可能である。特に動画モードの中でも高速の信号出力が要求されるモード、例えばフルＨＤ動画として使用される画素数（１９２０×１０８０）での３０フレーム／秒の動画出力を実現するには、水平転送部２を複数設けることにより、水平転送周波数を低減することが重要である。これにより、転送不良を抑制しつつ水平転送部２の低電圧駆動を可能にできるので低消費電力化を実現できるという利点がある。また、出力信号周波数の増大を抑制できるためＣＤＳ（相関二重サンプリング）のサンプル・ホールドのタイミング設定を容易化できる。また、市販のＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）チップを使用できるためセットが構成しやすくローコストとなる利点がある。更には、通常モードである静止画出力時のフレームレートも向上できると共に、これにより、第１の垂直転送部１で発生する暗電流を抑制できるので、低ノイズ化も可能となる。
図２２は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置６２の構成を示す図である。なお、図１と同様の要素には、同一の符号を付しており、以下では、図１に示す固体撮像装置５０との相違点のみを説明する。
図２２に示す固体撮像装置６２は、水平転送部２の代わりに、第１の水平転送部２１と、第２の水平転送部２２と、振り分け転送部２３と、第１の水平転送電極２４と、第２の水平転送電極２５と、振り分け転送電極２６と、チャネルストップ領域２７とを備える。
第１の水平転送部２１、及び第２の水平転送部２２共に４相駆動である。
第１の水平転送電極２４と第２の水平転送電極２５は、振り分け転送部２３の上下に設けられる。この第１の水平転送電極２４及び第２の水平転送電極２５には、異なる転送パルスであるφＨ１ａ、φＨ１ｂが印加される。また、第１の水平転送電極２４と第２の水平転送電極２５には、水平転送時は同相かつ同電圧の転送パルスが印加される。また、第１の水平転送部２１と第２の水平転送部２２との間で振り分け転送部２３を介して信号電荷を転送する際には、電位差を設ける必要があるため、第１の水平転送電極２４及び第２の水平転送電極２５には異なる転送パルスが印加される。
その他の水平転送電極１４は、第１の水平転送部２１及び第２の水平転送部２２で共有しており、φＨ２、φＨ３、φＨ４が印加される。また振り分け転送電極２６にはφＨＨＴが印加される。転送制御部６は４列（左からＬ列、ＣＬ列、ＣＲ列、Ｒ列）を一単位として構成される。一単位の転送制御部６に含まれる３つの信号電荷蓄積電極７には、一単位の左から順にφＳＴ−Ｌ、φＳＴ−ＣＬ、φＳＴ−Ｒが印加される。また、一単位の転送制御部６に含まれる３つの転送阻止電極８には、一単位の左からφＨＬＤ−Ｌ、φＨＬＤ−ＣＬ、φＨＬＤ−Ｒが印加される。また、実施の形態５では、実施の形態３で示したように、転送制御部６のＣＲ列の電極には画素繰り返し部５に印加されるのと同じ転送パルスφＶｘが印加される。
本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置６２では、４列の第１の垂直転送部１に対して１パケットを構成する４つの水平転送電極１４が対応している。つまり、固体撮像装置６２は、１ラインの信号が４分割されて転送される水平４：１インターレースの構造を持つ。
ここで、フルＨＤ動画に対応する画素数（１９２０×１０８０）のデータを生成するためには、実施の形態１で説明したような水平方向に３画素加算する構造及び駆動では、水平方向の画素数が５７６０画素必要である。また、デジタルスチルカメラで使用されるアスペクト比４：３に対応するためには、垂直方向の画素数が４３２０画素必要となる。よって、全体として約２５Ｍの画素数が必要となる。しかしながら、現在主流となっている画素数は１２Ｍ〜１６Ｍ程度であるため、フルＨＤ動画の場合には、水平２画素混合が一般によく用いられる。そのため本実施の形態でも動画出力時は水平２画素加算の場合について示す。
水平４：１インターレースの場合、水平転送部２が１つであれば４回水平転送が必要になる。一方、実施の形態５に係る固体撮像装置６２では、水平転送部が並列に２つ設けられているため、水平転送は２回で１ライン出力できる。また、水平転送部が並列に２つ設けられているため、水平２画素加算の場合は、１回の水平転送で１ライン出力できる。
このように、固体撮像装置６２は、水平インターレース方式を用いることにより、水平転送電極の転送方向の長さを大きくすることが可能となる。更に、固体撮像装置６２では、４相駆動を適用しているため、従来よく用いられてきた２相駆動のように、１水平転送電極下ごとにバリア領域を形成する必要ない。これにより、１水平転送電極下の全領域で信号電荷を蓄積することができるため、取り扱い電荷量を確保するために必要な水平転送部２の幅を狭くすることが可能になる。特に、固体撮像装置６２では、第１の水平転送部２１の幅を狭くできることで、第１の水平転送部２１から振り分け転送部２３への転送を容易に出来るという利点がある。更には、水平転送電極の容量を大幅に低減できる。よって、固体撮像装置６２は、この水平転送電極の容量の低減と、４相駆動を用いることによる低電圧化と、並列出力を用いるによる水平転送周波数の増大の抑制とにより、低消費電力を実現できる。
図２３Ａ〜図２３Ｅは、固体撮像装置６２による通常モードの信号電荷転送を示す図である。また図２４は、水平転送部間の振り分け転送に関する駆動タイミングを示す図である。この図２４は、水平ブランキング期間における垂直最終電極１３から第１の水平転送部２１、振り分け転送部２３、第２の水平転送部２２に係る電極に印加される転送パルスのタイミングについて示している。
図２３Ａ〜図２３Ｅに示すように、通常モードにおいては、第１の水平転送部２１及び第２の水平転送部２２のパケット数は第１の垂直転送部１の列数の１／４になっている。これにより、固体撮像装置６２は、第１の垂直転送部１から転送制御部６に信号電荷を転送し（図２３Ａ）、その後、例えばＣＲ列、Ｒ列、Ｌ列、ＣＬ列の順で４回に分けて、転送制御部６及び第２の垂直転送部９を介して第１の水平転送部２１へ信号電荷を転送する。
ＣＲ列の信号電荷は第１の水平転送部２１へ転送された後、更に第１の水平転送部２１から振り分け転送部２３を介して第２の水平転送部２２に転送される（図２３Ｂ）。この時、転送制御部６における各列の信号電荷蓄積電極７にミドルレベル、転送阻止電極８にローレベルの電圧を印加することで、Ｒ列、Ｌ列、ＣＬ列の信号電荷は、信号電荷蓄積電極７に保持される。よって、Ｒ列、Ｌ列、ＣＬ列の信号電荷は、第１の水平転送部２１に転送されることはない。
次に、固体撮像装置６２は、Ｒ列の信号電荷を第１の水平転送部２１へ転送し、その後、出力アンプへの１回目の水平転送を行う（図２３Ｃ）。また、第１の水平転送部２１に転送しないＬ列、ＣＬ列の信号電荷は、転送制御部６でＣＲ列の転送時と同様に選択的に転送を阻止される。
その後、固体撮像装置６２は、Ｌ列の信号電荷を第１の水平転送部２１へ転送し、更に第１の水平転送部２１から振り分け転送部２３を介して第２の水平転送部２２に転送動作を行う（図２３Ｄ）。その後、固体撮像装置６２は、ＣＬ列の信号電荷を第１の水平転送部２１へ転送し、その後で出力アンプへの２回目の水平転送を行う。これにより、固体撮像装置６２は、１ラインの信号電荷を出力する（図２３Ｅ）。また、残りの信号電荷も同様の動作により順次出力することができる。
次に、図２４に示す水平転送部間の振り分け転送に関し説明する。
第１の水平転送部２１では、φＨ１ａが印加される第１の水平転送電極２４で、垂直最終電極１３から転送される信号電荷を受ける。よって、水平ブランキング期間においては、まず、φＨ１ａがハイレベルになり、その後、時刻ｔ１１で垂直最終電極１３に印加されるφＶＬがミドルレベルになる。すなわち信号電荷が撮像部側から垂直最終電極１３下に転送される時点（時刻ｔ１１）より前の時刻ｔ１０に振り分け転送電極２６に印加されるφＨＨＴをハイレベルにし、また第２の水平転送電極２５に印加されるφＨ１ｂもハイレベルにしておくことが望ましい。これにより垂直最終電極１３がミドルレベルになった時点（時刻ｔ１１）で、第２の水平転送電極２５まで信号電荷の転送経路が形成される。
その後は、時刻ｔ１２でφＶＬを、時刻ｔ１３でφＨ１ａを、時刻ｔ１４でφＨＨＴを順次ローレベルにすることで、ハイレベルのままのφＨ１ｂが印加されている第２の水平転送電極２５下に信号電荷が転送される。これにより垂直最終電極１３から第２の水平転送部２２への転送動作が完了する。
なお振り分け転送電極２６に印加される転送パルスφＨＨＴは、これ以降の水平転送期間もローレベルを維持する。これにより、第２の水平転送部２２に転送された信号電荷と、次に垂直最終電極１３から第１の水平転送部２１に転送される信号電荷とが混合するのを防止できる。
また、時刻ｔ１５で、再び信号電荷を受ける第１の水平転送電極２４に印加されるφＨ１ａをハイレベルにした後で、時刻ｔ１６で、垂直最終電極１３に印加されるφＶＬをミドルレベルにし、その後、時刻ｔ１７でφＶＬをローレベルに遷移させる。これにより、垂直最終電極１３から第１の水平転送部２１への信号電荷の転送動作が完了する。また、この後で、固体撮像装置６２は、水平転送を実施する。
また、図２３Ａ〜図２３Ｅに示したように、通常モードでは、以上の動作を２回実施する。
次に、固体撮像装置６２の動画モードにおける動作を説明する。
図２５Ａ〜図２５Ｃは、固体撮像装置６２による動画モードにおける信号電荷転送を示す図である。なお、第１の水平転送部２１と第２の水平転送部２２との間の転送動作については、通常モードと同様であるが、動作が１回である点が異なる。
固体撮像装置６２は、動画モードにおいて、水平方向に隣接する同色の信号電荷を２画素加算する。
まず、図２５Ａに示すように、信号電荷が転送制御部６に転送される。次に、図２５Ｂに示すように、ＣＲ列及びＬ列の信号電荷が、転送制御部６を介して、第２の垂直転送部９に転送されるとともに、加算される。また、加算された信号電荷が第１の水平転送部２１に転送される。一方で、Ｒ列とＣＬ列の信号電荷は、各列の信号電荷蓄積電極７をミドルレベル、転送阻止電極８をローレベルとすることで、第２の垂直転送部９に転送されることなく信号電荷蓄積電極７下に保持される。
また、第１の水平転送部２１に転送されたＣＲ列とＬ列とが加算された信号電荷は、振り分け転送部２３を介して第２の水平転送部２２へと転送される。
次に、図２５Ｃに示すように、Ｒ列及びＣＬ列の信号電荷が、信号電荷蓄積電極７から第２の垂直転送部９に転送されるとともに、加算される。また、加算された信号電荷が第１の水平転送部２１へと転送される。
以上の動作により、水平方向の同色２画素加算が完了する。その後１回の水平転送により水平２画素加算された１ラインの信号電荷が出力アンプから順次出力される。
以上のように、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置６２は、水平インターレースを用いて水平転送電極間容量を減らし、かつ２つの水平転送部による並列転送により水平転送周波数の増加を抑制できる。さらに、固体撮像装置６２は、４相駆動の採用により水平転送部の幅を狭くでき、また水平転送部を低電圧で駆動できるため、低消費電力を実現できる。さらに、固体撮像装置６２は、多画素の動画に対応できるとともに、水平転送部間の転送不具合を低減できる。
また、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像装置は集積回路であるＬＳＩとして実現される。
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記各図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
また、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
また、上記で用いた数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
また、本発明は、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像装置、及びその変形例のうちいずれかを備えるデジタルスチルカメラ又はデジタルビデオカメラ等のカメラとして実現してもよい。
また、本発明は、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像装置、及びその変形例を駆動する固体撮像装置の駆動方法として実現してもよい。
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
１ 第１の垂直転送部
２ 水平転送部
３ 光電変換部
４ 第１の垂直転送電極
５ 画素繰り返し部
６ 転送制御部
６Ａ、６Ｂ 第３の垂直転送部
７ 信号電荷蓄積電極
７Ａ 第３の垂直転送電極
８ 転送阻止電極
９、９Ａ 第２の垂直転送部
１０ 第４の垂直転送部
１１ 第５の垂直転送部
１２ 第４の垂直転送電極
１２Ａ 第２の垂直転送電極
１３ 垂直最終電極
１４ 水平転送電極
１５ 第１のｎ型不純物注入領域
１６ 第２のｎ型不純物注入領域
１７ 第１のｐ型不純物注入領域
１８ 第３のｎ型不純物注入領域
１９ 第２のｐ型不純物注入領域
２０ 水平方向拡張部
２１ 第１の水平転送部
２２ 第２の水平転送部
２３ 振り分け転送部
２４ 第１の水平転送電極
２５ 第２の水平転送電極
２６ 振り分け転送電極
２７ チャネルストップ領域
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、６０、６１、６２ 固体撮像装置
１０１ 電荷保持部
１０２ ストレージ部
１０３ ホールド部
１０４ ＶＯＧ部

Claims (17)

  1. 行列状に配置され、光を信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
    各列に対応して設けられ、対応する列に配置された複数の光電変換部により変換された信号電荷を垂直方向へ転送する複数の第１の垂直転送部と、
    前記複数の第１の垂直転送部のうち、水平方向に連続するｍ（ｍは２以上の整数）列毎に対応して設けられ、対応する前記ｍ列の第１の垂直転送部のいずれかにより転送された信号電荷を選択的に転送する複数の転送制御部と、
    前記各転送制御部に対応して設けられ、対応する転送制御部により転送された信号電荷を転送する複数の第２の垂直転送部と、
    前記複数の第２の垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、
    前記各第２の垂直転送部は、前記水平転送部の１転送パケットを形成する２以上の水平転送電極毎に配置され、かつ、前記転送制御部から前記水平転送部に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有し、
    前記各第２の垂直転送部には、前記複数の第１の垂直転送部及び前記複数の転送制御部の垂直転送電極と独立した垂直転送電極が設けられている
    固体撮像装置。
  2. 前記各転送制御部は、
    前記ｍ列の各列に対応して設けられ、対応する列の垂直転送部により転送された信号電荷の各々を転送するｍ個の第３の垂直転送部を含み、
    互いに隣接して配置された前記ｍ個の第３の垂直転送部間の水平方向の中心間距離は、互いに隣接して配置された前記第１の垂直転送部の水平方向の中心間距離より短い
    請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記各第２の垂直転送部は、
    対応する前記転送制御部により転送された信号電荷を転送するとともに、前記転送制御部から前記水平転送部に向かうにつれ転送幅が小さくなる領域を有する第４の垂直転送部と、
    前記第４の垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送するとともに、転送幅が一定である第５の垂直転送部とを備え、
    前記第４の垂直転送部と前記第５の垂直転送部上には、それぞれ独立した垂直転送電極が設けられている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 前記各転送制御部は、前記ｍ列の各列に対応して設けられ、対応する列の垂直転送部により転送された信号電荷の各々を転送するｍ個の第３の垂直転送部を含み、
    前記ｍ列の第３の垂直転送部に含まれる１個の第３の垂直転送部である第６の垂直転送部は、前記第１の垂直転送部の垂直転送電極のうちいずれかと同じ転送パルスが印加される第１垂直転送電極を備え、
    前記ｍ列の第３の垂直転送部に含まれる前記第６垂直転送部以外のｍ−１個の第３の垂直転送部は、前記第１の垂直転送部及び前記第２の垂直転送部の垂直転送電極と独立した信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極を備える
    請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 前記第６の垂直転送部は、１個の前記第１垂直転送電極のみを備える
    請求項４記載の固体撮像装置。
  6. 前記第６の垂直転送部の前記第１垂直転送電極下の全ての領域は、前記第１の垂直転送部から前記第２の垂直転送部に向かうにつれ転送幅が広くなる
    請求項５記載の固体撮像装置。
  7. 前記第２の垂直転送部の最大の転送幅は、ｍ列の前記第１の垂直転送部のうち両端に位置する列の第１の垂直転送部の外側の端部間の幅よりも広い
    請求項１記載の固体撮像装置。
  8. 前記第１の垂直転送部は、第１のｎ型不純物注入領域及び第２のｎ型不純物注入領域で構成され、
    前記第１のｎ型不純物注入領域は、前記第１の垂直転送部と前記転送制御部と前記第２の垂直転送部と前記水平転送部とに形成され、
    前記第２のｎ型不純物注入領域は、前記第１の垂直転送部と前記転送制御部とに形成されるとともに、前記第２の垂直転送部と水平転送部とには形成されない
    請求項１記載の固体撮像装置。
  9. 前記第２の垂直転送部には、前記水平転送部側の電位より前記転送制御部側の電位が浅くなるようにポテンシャル段差が形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  10. 前記第２の垂直転送部の前記水平転送部側には、前記ポテンシャル段差を形成するために第３のｎ型不純物注入領域が形成されている
    請求項９記載の固体撮像装置。
  11. 前記第３の垂直転送部の前記転送制御部側には、前記ポテンシャル段差を形成するためのｐ型不純物注入領域が形成されている
    請求項９記載の固体撮像装置。
  12. 前記第２の垂直転送部には、さらに、第３のｎ型不純物注入領域が形成されている
    請求項１１記載の固体撮像装置。
  13. 前記転送制御部には、ｐ型不純物注入領域が形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  14. 前記第１の垂直転送部、前記転送制御部及び前記第２の垂直転送部の垂直転送電極と、前記水平転送部の水平転送電極とは単層で形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  15. 請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記ｍ列のうち一の列の信号電荷の水平転送期間に、前記ｍ列のうち他の列の信号電荷を前記転送制御部から前記第４の垂直転送部へ転送する
    固体撮像装置の駆動方法。
  16. 水平ブランキング期間に、前記ｍ列のうち中央部の列の信号電荷を前記転送部から前記第４の垂直転送部へ転送し、
    前記中央部の列の信号電荷の水平転送期間に、前記ｍ列のうち端部の信号電荷を前記転送制御部から前記第４の垂直転送部へ転送する
    請求項１５記載の固体撮像装置の駆動方法。
  17. 請求項１記載の固体撮像装置を備える
    カメラ。
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