KR20070076514A - 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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KR20070076514A
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요시아키 가토
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 포토 다이오드로의 전하 축적 시에, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생한다는 사태를 방지할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공한다.
고체 촬상 장치(30)는, 고체 촬상 소자(40)와 구동 펄스 제어부(50)를 구비한다. 고체 촬상 소자(40)는, 반도체 기판(47)과, 반도체 기판(47)상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드(41)와, 포토 다이오드(41)마다, 축적된 전하를 독출(讀出)하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD(43)를 갖는다. 구동 펄스 제어부(50)는, 독출 게이트에 대해, 대기(待機)의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고, 상기 변화의 순서에 있어서의 마지막 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 1개에 대해, 상기 변화의 순서에 있어서의 최초로부터 마지막까지의 사이에 있어서, LOW 전압 상태를 유지하는 구동 펄스를 인가한다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 구동 방법{CHARGE COUPLED DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
도 1은 FITCCD의 일부 영역을 확대하여 도시한 도면,
도 2는 종래의 구동 방법에 대해, 설명하기 위한 전압 파형도,
도 3은 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 이용한 카메라의 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 고체 촬상 소자(40)의 구성을 도시한 블록도,
도 5는 포토 다이오드(41) 및 수직 CCD(43) 주변의 기판 깊이 방향의 구조를 도시한 단면도,
도 6은 포토 다이오드(41)의 기판 깊이 방향의 포텐셜 분포를 도시한 도면,
도 7은 장초 축적 모드 시에 있어서의 일반적인 타이밍을 도시한 도면,
도 8은 백색(白色) 결함 필드간 차를 일반적인 타이밍과 본원에 따른 타이밍을 비교하여 도시한 도면,
도 9는 백색 결함 필드간 차를 일반적인 타이밍과 본원에 따른 타이밍을 비교하여 도시한 도면,
도 10은 백색 결함 필드간 차 구동 의존성을 나타낸 타이밍 및 그 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면,
도 11은 백색 결함 필드간 차 구동 의존성을 나타낸 타이밍 및 그 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면,
도 12는 8상(相) 구동에 있어서의 V8의 최초 변화점의 위치의 의존성을 나타낸 도면,
도 13은 장초(長秒) 축적 모드로부터 복수회의 필드 전송을 할 때까지의 동작 시퀀스를 도시한 도면,
도 14는 도 13 중의 연결 기간α에 있어서의 상세한 구동 타이밍을 도시한 시퀀스도,
도 15는 도 13에 도시된 기간β 부근에서 실행되는 V계의 동작 타이밍을 도시한 도면,
도 16은 기판 바이어스 변조의 상세한 타이밍을 도시한 타임 차트,
도 17은 주입 억압 SUB의 전송 단계 시간 의존성을 나타낸 도면이다.
본 발명은, CCD 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히, 장초(長秒) 축적 시에 있어서의 백색 결함 대책의 기술에 관한 것이다.
최근, 800만 화소 등으로까지 고체 촬상 장치의 고(高)화소화가 진전되어, 은염(銀鹽)과 같은 정지 화면을 촬영하거나, 동영상을 촬영하는 것이 가능하게 되 어 있다. 그런데, 이른바 스미어 현상이 매우 적은 고체 촬상 장치로서, 프레임 인터라인 전송 고체 촬상 장치(이하 FITCCD라고 칭한다)가 개발되고 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 종래의 FITCCD의 구성 및 그 FITCCD의 구동 방법에 대해 설명한다.
도 1은, FITCCD의 일부의 영역을 확대하여 도시한 도면이다.
우선, FITCCD의 구성에 대해 설명한다.
도 1에서, 고체 촬상 장치(100)는, 도시하지 않은 반도체 기판상에 2차원 형상으로 배치되는 포토 다이오드(101)와, 포토 다이오드(101)에 축적된 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 수직 CCD(102)와, 수직 CCD(102)에 의해 전송된 신호 전하를 축적하기 위한 축적 영역(도시 생략)과, 축적 영역에 축적된 전하를 수평 방향으로 전송하기 위한 수평 CCD(도시 생략)와, 수평 CCD에 의해 전송된 신호 전하를 검지하여 출력하는 출력부(도시 생략)와, 불필요 전하를 배출하기 위한 드레인부(도시 생략)를 구비한다.
수직 CCD(102)는, 채널 영역과 포토 다이오드(101)로부터 신호 전하를 독출하기 위한 독출 전극으로서의 기능을 갖는 전송 전극(이하, 「독출 게이트」라고도 기재한다.)(105a, 105b, 105c, 105d)과, 포토 다이오드(101)로부터 신호 전하를 독출하기 위한 독출 전극으로서의 기능을 갖지 않는 전송 전극(이하, 「비독출 게이트」라고도 기재한다.)(104a, 104b, 104c, 104d)으로 구성된다.
이어서, 종래의 구동 방법에 대해, 도 2에 도시되는 전압 파형도를 이용하여 설명한다.
도 2에서, Φ1은 독출 게이트(105a, 105c)에 각각 인가되는 전압 펄스이고, Φ2는 비독출 게이트(104b, 104d)에 각각 인가되는 전압 펄스이고, Φ3은 독출 게이트(105b, 105d)에 각각 인가되는 전압 펄스이며, Φ4는 비독출 게이트(104a, 104c)에 각각 인가되는 전압 펄스이다.
종래의 구동 방법에서는, 수직 기간에 전하의 비독출 시인, 예를 들면 포토 다이오드(101)에 전하를 집적(集積)하고 있는 기간 t4에서는, 전압 펄스 Φ1, Φ3이 L레벨이 되고, 전압 펄스 Φ2, Φ4가 H레벨로 되어 있다. 즉, 종래의 구동 방법에 있어서는, 수직 기간에서 전하의 비독출 시인, 예를 들면 포토 다이오드(101)에 전하를 집적하고 있는 기간 t4에서는, 전압 펄스 Φ1, Φ3을 L레벨로 하여, 전하의 독출 기간 t2에서의 H레벨과는 반대의 극성으로 되어 있다.
이에 따라, 독출 게이트(105a, 105b, 105c, 105d)의 중첩부의 전위가 전압 펄스 L레벨 인가 시에는 비공핍화(非空乏化) 상태가 되어, 독출 게이트(105a, 105b, 105c, 105d)의 중첩부의 바로 아래에 홀이 축적된다. 이 때문에, L레벨 인가 시에는 암(暗)전류의 발생이 매우 적어진다. 따라서, 포토 다이오드(101)와 독출 게이트(105a, 105b, 105c, 105d)의 중첩부에서의 암전류의 발생이 현저하게 감소하여, 재생 화상의 품질이 개선된다.
(특허 문헌 1) 일본국 특허 제2851631호 공보
그렇지만, 종래의 구동 방법에서는, 독출 게이트 바로 아래에 홀을 축적시켜 암전류 증가를 방지할 때, 홀이 지나치게 축적되면 반도체 기판 전위를 불안정하게 하여, 반도체 기판으로부터 포토 다이오드로의 불필요한 전하의 역(逆)주입이 발생하기 쉽게 된다.
즉, 포토 다이오드에 2수직 기간 이상 전하를 축적시키는 장초 축적 모드(이하, 장시간 축적 모드라고도 기재한다.)에 있어서는, 축적된 홀 때문에 반도체 기판의 포텐셜이 어긋나, 백색 결함이 발생할 뿐만 아니라, 포토 다이오드에 축적된 전하의 독출에 방해가 되며, 수직 CCD의 채널에도 불필요한 전하가 주입되어, 독출한 전하의 전송에 방해가 되기도 한다.
특히 미세화가 진행되어 전계(電界) 집중이 일어나기 쉬운 상황에서, 관련 문제가 현저하게 된다.
그래서, 본 발명은, 포토 다이오드로의 전하 축적 시에, 반도체 기판 전위가 불안정해지고, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생한다는 사태를 방지할 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치됨으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 각 상기 독출 게이트에 대 해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고, 상기 변화의 순서에 있어서의 마지막 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 하나에 대해, 상기 변화의 순서에 있어서의 최초로부터 마지막까지의 사이에 있어서, LOW 전압 상태를 유지하는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 독출 게이트의 LOW 전압 상태 시에 축적된 홀이 개방되고, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다. 특히, 포토 다이오드의 전하 축적 시에 반도체 기판의 Vsub를 낮추는 구동을 한 경우에 대해서도, 반도체 기판이 안정되기 때문에, Vsub를 낮추더라도 주입의 문제는 발생하지 않는다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트가 1개씩 배치됨으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고, 상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있으며, 상기 구동 펄스 제어 수단은, N개의 독출 게이트 에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고, 상기 변화 순서에서의 N-1번째 및 N번째 중 어느 하나의 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 1개에 대해, 상기 변화의 순서에 있어서의 N-1번째로부터 N번째까지의 사이에서, LOW 전압 상태로 하는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
이것에 의해서도, 독출 게이트의 LOW 전압 상태 시에 축적된 홀이 개방되고, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다. 특히, 포토 다이오드의 전하 축적 시에 반도체 기판의 Vsub를 낮추는 구동을 한 경우에 대해서도, 반도체 기판이 안정되기 때문에, Vsub를 낮추더라도 주입의 문제는 발생하지 않는다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 각 상기 독출 게이트에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 동시에 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특 징으로 할 수도 있다.
이에 따라, 1개소의 독출 게이트 아래에 홀이 모이기 전에 개방되므로, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한 각 상기 비독출 게이트에 대해, 상기 독출 게이트에 대한 구동 펄스가 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화되는 것과 동시에, MIDDLE 전압 상태로부터 LOW 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 따라, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 보다 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있고, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한, 1필드 또는 1프레임의 전송 동작의 개시 시에, 전송으로 연결하기 위한 연결 동작으로서, N개의 독출 게이트와 적어도 N개 이상의 비독출 게이트로 이루어진 연속하는 게이트에 대해, 게이트 전체 가 LOW 전압 상태로부터, 각 게이트를 차례로 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 따라, 각 게이트에는, 다른 타이밍에서 전압 상태가 변화하는 펄스가 인가되고, 불필요한 전하가 확산되어, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태가 방지된다. 따라서, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 상기 연결 동작을 (a)최초의 필드 전송의 개시 시, 또는 (b)수직 CCD의 고속 전송의 개시 시에 행하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
이에 따라, 수직 전송이 개시되기 전에 있어서 불필요한 전하의 역주입이 억제되어, 백색 결함의 발생을 회피할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한, 노광 기간의 종료 이전에 오버플로우 배리어를 높게 변화시켜 상기 독출 게이트의 장벽 높이까지 신호 전하를 축적시키는 제1 바이어스 변조와, 노광 기간의 종료 후이며 또한 수직 CCD의 전하 소출(掃出: sweep out) 전에 오버플로우 배리어의 높이를 낮게 변화시키는 제2 바이어스 변조를 행하여, 상기 노광 기간 종료 후에 상기 제2 바이어스 변조 전에, 상기 연결 동작을 행하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
이에 따라, 블루밍을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서는, 반도체 기판과, 상기 반도 체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고, 상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있고, 상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한, 1필드 또는 1프레임의 전송 동작의 개시 시에, 전송으로 연결하기 위한 연결 동작으로서, N개의 독출 게이트와 적어도 N개 이상의 비독출 게이트로 이루어진 연속되는 게이트에 대해, 게이트 전체가 LOW 전압 상태로부터 각 게이트를 차례로 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해서도, 각 게이트에는, 다른 타이밍에서 전압 상태가 변화하는 펄스가 인가되고, 불필요한 전하가 확산되어, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태가 방지된다. 따라서, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이러한 고체 촬상 장치로서 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 고체 촬상 장치가 구비하는 특징적인 수단을 단계로 하는 구동 방법으로서 실현하거나, 이들 단계를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서 실현할 수도 있다. 그리고, 그러한 프로그램은, CD-ROM 등의 기록 매체나 인터넷 등의 전송 매체를 통해 전달할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 이러한 고체 촬상 장치를 구비 하는 카메라로서 구성할 수도 있다.
(발명의 실시 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
(실시 형태 1)
도 3은, 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 이용한 카메라의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시되는 바와 같이 카메라(1)는, 피사체의 광학상을 촬상 소자에 결상(結像)시키는 렌즈(10)와, 렌즈(10)를 통과한 광학상의 광학 처리를 행하는 미러나, 메카니컬 셔터 등의 광학계(20)와, 본원 발명에 따른 고체 촬상 장치(30)와, 신호 처리부(60)와, 디지털 시그널 프로세서(이하, 「DSP」라고도 기재한다.)(70) 등을 구비한다.
고체 촬상 장치(30)는, 고체 촬상 소자(40)와, 구동 펄스 제어부(50)를 구비한다.
고체 촬상 소자(40)는, CCD 이미지 센서 등에 의해 실현되어, 수광량에 따른 화소 신호를 출력한다.
구동 펄스 제어부(50)는, DSP(70)의 지시에 따라, 고체 촬상 소자(40)에 대해 여러 종류의 구동 펄스를 여러 가지 타이밍으로 발생시킴으로써, 고체 촬상 소자(40)를 구동한다.
신호 처리부(60)는, 고체 촬상 소자(40)로부터 출력되는 필드 스루의 신호와 출력 신호와의 차분을 취하는 CDS(Correlated Double Sampling) 회로(61)와, CDS 회로(61)로부터 출력되는 OB(Optical Black)레벨의 신호를 검출하는 OB클램프 회로(62)와, OB레벨과 유효 화소의 신호 레벨과의 차분을 취하여, 그 차분의 게인을 조정하는 GCA(Gain Control Amplifier)(63)와, GCA(63)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)(64) 등으로 구성된다.
DSP(70)는, ADC(64)로부터 출력된 디지털 신호에 신호 처리를 실시함과 동시에, 구동 펄스 제어부(50)의 제어를 행한다.
도 4는, 도 3에 도시되는 고체 촬상 소자(40)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(40)는, 인터라인·트랜스퍼(IT) 형의 CCD 이미지 센서로, 반도체 기판(47)과 반도체 기판(47)상에 2차원 배열된 복수의 포토 다이오드(41)와, 복수의 독출 게이트부(42)와, 복수의 수직 CCD(43)와, 수평 CCD(45)와, 출력 앰프(46)와, 기판 바이어스 전압 발생 회로(80)와, 트랜지스터(Q1)를 갖는다. 또, 동 도면에는, 고체 촬상 소자의 반도체 기판(47)의 바이어스 전압(이하, 기판 바이어스라고도 부른다.)(Vsub)을 변조하는 회로로서 트랜지스터(Q2), 저항(R1∼R3), 콘덴서(C)도 아울러 도시되어 있다.
이 기판 바이어스(Vsub)의 제어에 의해, 프레임 독출 시에 있어서의 포화 신호 전하량(Qs)의 감소를 예상하여, 미리 그 감소분을 증가시켜 두도록 구성되어 있다. 여기서 프레임 독출은, 노광 시간 경과 후에 광학계(20)의 메카니칼 셔터(도면 외)를 닫힘 상태로 하여, 홀수 라인의 신호 전하와 짝수 라인의 신호 전하를 필드 단위로 독출하는 방식을 말하며, 1장의 정지 화상을 취득하는 경우에 자주 이용 된다.
도 4에서, 복수의 포토 다이오드(41)는 2차원 배열되어 촬상 영역(44)을 형성한다. 각 포토 다이오드(41)는, 입사광을 그 광량에 따른 신호 전하로 변환하여 축적한다. 각 포토 다이오드(41)는 예를 들면 PN 접합의 포토 다이오드로 이루어져 있다. 수직 열을 이루는 포토 다이오드(41)에 축적된 신호 전하는, 독출 게이트부(42)에 독출 펄스(XSG)가 인가됨으로써 수직 CCD(43)에 독출된다.
수직 CCD(43)는, 포토 다이오드(41)의 수직 열마다 설치되고, 각 포토 다이오드(41)로부터 독출 게이트부(42)를 통해 독출된 신호 전하를 수평 CCD(45)로 수직 전송한다. IT 방식의 고체 촬상 소자의 경우, 각 수직 CCD(43)에는, 예를 들면 6상의 수직 전송 클록 ΦV1∼ΦV6에 의해 전송 구동하기 위한 수직 전송 게이트 전극이, 도 1의 경우와 동일하게 반복해서 배치되고, 포토 다이오드(41)로부터 독출된 신호 전하를 차례로 수직 방향으로 전송한다. 이에 따라, 복수의 수직 CCD(43)로부터 수평 블랭킹 기간에 있어서, 1주사선(1라인)분의 신호 전하가 수평 CCD(45)로 출력된다. 6상의 수직 전송 클록 ΦV1∼ΦV6 중 2상째와 4상째와 6상째의 ΦV2와 ΦV4와 ΦV6은, 수직 전송을 위한 로우 레벨과 미들 레벨의 두 값을 취할 수 있다. 이에 대해, 1상째, 3상째 및 5상째에 대응하는 수직 전송 게이트 전극은, 독출 게이트부(42)의 독출 게이트 전극도 겸용하고 있기 때문에, 수직 전송 클록 ΦV1과 ΦV3과 ΦV5는, 로우 레벨, 미들 레벨 및 하이 레벨의 3값을 취할 수 있다. 이 3값째인 하이 레벨의 펄스는 독출 게이트부(42)에 주어지는 독출 펄스(XSG)가 된다.
또한, 수직 CCD(43)가 수직 전송 클록 ΦV1∼ΦV8에 의해 전송 구동하는 구성인 경우에는, 8상의 수직 전송 클록 ΦV1∼ΦV8 중 2상째와 4상째와 6상째와 8상째의 ΦV2와 ΦV4와 Φ6과 ΦV8은, 비독출 게이트에 인가되고, 수직 전송 클록ΦV1과 ΦV3과 ΦV5와 ΦV7은, 독출 게이트에 인가되지만, 여기서는, 6층 구동의 경우를 주로 설명한다.
수평 CCD(45)는, 수평 블랭킹 기간에 있어서 복수의 수직 CCD(43)로부터 전송된 1라인 분의 전하를 1수평 주사 기간 내에서 차례로 수평 전송하여, 출력 앰프(46)를 통해 출력한다. 이 수평 CCD(45)는, 예를 들면 2상의 수평 전송 클록 ΦH1, ΦH2에 의해 전송 구동되고, 복수 라인의 수직 CCD(43)로부터 이동된 1라인 분의 신호 전하를, 수평 블랭킹 기간 후의 수평 주사 기간에 있어서 차례로 수평 방향으로 전송한다.
출력 앰프(46)는, 수평 CCD(45)에 의해 수평 전송되어 온 신호 전하를 차례로 전압 신호로 변환하여 출력한다.
기판 바이어스 전압 발생 회로(80)는, 기판 바이어스 전압(Vsub)을 발생시키고, 트랜지스터(Q1)를 통해 반도체 기판(47)에 인가한다. 이 기판 바이어스(Vsub)는, Vsub Cont 신호의 제어 하에서, 트랜지스터(Q2)가 오프일 때는 제1 바이어스 전압으로, 트랜지스터(Q2)가 온일 때는 보다 저전압인 제2 바이어스 전압으로 설정된다.
상기 고체 촬상 소자(40)는, 반도체 기판(이하, 간단히 기판이라고도 부른다)(47)상에 형성된다. 반도체 기판(47)에는, 포토 다이오드(41)에 축적된 신호 전하를 반도체 기판(47)으로 소출하기 위한 기판 셔터 펄스(ΦSUB) 등의 각종의 타이밍 신호가 인가된다. 또한, 기판 셔터 펄스(ΦSUB)에 의한 기판 셔터 기능은 전자 셔터라고도 불린다.
도 5는, 포토 다이오드(41) 및 수직 CCD(43) 주변의 기판 깊이 방향의 구조를 도시한 단면도이다.
동 도면에서, 예를 들면 N형의 반도체 기판(47)의 표면에 P형 웰 영역(91)이 형성되어 있다. P형 웰 영역(91)의 표면에는 N형의 신호 전하 축적 영역(92)이 형성되고, 또한 그 위에 P＋형의 정공(正孔) 축적 영역(93)이 형성되고, 포토 다이오드(41)가 구성되어 있다.
이 포토 다이오드(41)에 축적되는 신호 전하(e)의 전하량은, P형 웰 영역(91)으로 구성되는 오버플로우 배리어(OFB)의 포텐셜 배리어의 높이에 따라 결정된다. 이 오버플로우 배리어(OFB)는, 포토 다이오드(41)에 축적되는 포화 신호 전하량(Qs)을 결정하는 것으로, 축적 전하량이 이 포화 신호 전하량(Qs)을 초과하였을 경우, 초과한 만큼의 전하가 포텐셜 배리어를 넘어 반도체 기판(47) 측으로 소출된다.
이렇게 해서, 이른바 종형(縱型) 오버플로우 드레인 구조의 포토 다이오드(41)가 구성되어 있다.
포토 다이오드(41)의 횡방향에는, P형 웰 영역(91) 중 독출 게이트부(42)를 구성하는 부분을 개재하여 N형의 신호 전하 전송 영역(95) 및 P＋형의 채널 스토퍼 영역(96)이 형성되어 있다. 신호 전하 전송 영역(95)의 아래에는, 스미어 성분의 혼입을 방지하기 위한 P＋형의 불순물 확산 영역(97)이 형성되어 있다. 또한, 신호 전하 전송 영역(95)의 상측에는, 예를 들면 다결정 실리콘으로 이루어진 전송 전극(99)이 배치됨으로써, 수직 CCD(43)가 구성되어 있다. 전송 전극(99)은, P형 웰 영역(91)의 상측에 위치하는 부분이, 독출 게이트부(42)의 게이트 전극을 겸하고 있다.
반도체 기판(47)에는, 포토 다이오드(41)에 축적되는 신호 전하의 전하량을 결정하는(즉 오버플로우 배리어(OFB)의 포텐셜을 결정하는) 기판 바이어스(Vsub)가 인가되도록 되어 있다.
도 6은, 포토 다이오드(41)의 기판 깊이 방향의 포텐셜 분포를 도시한 도면이다.
이 포토 다이오드(41)에 축적되는 신호 전하(e)의 전하량은, 오버플로우 배리어(OFB)의 포텐셜 배리어의 높이에 따라 결정된다. 즉, 오버플로우 배리어(OFB)는, 포토 다이오드(41)에 축적되는 포화 신호 전하량(Qs)을 결정한다. 축적 전하량이 이 포화 신호 전하량(Qs)를 초과하였을 경우에, 그 초과한 만큼의 전하가 포텐셜 배리어를 넘어 반도체 기판(47) 측으로 소출된다. 이러한 종형 오버플로우 드레인 구조에 있어서의 오버플로우 배리어(OFB)의 포텐셜은, 오버플로우 드레인 바이어스, 즉 기판 바이어스(Vsub)에 의해 제어 가능하다. 즉 장벽의 높이를 기판 바이어스(Vsub)에 의해 제어할 수 있다.
구동 펄스 제어부(50)는, DSP(70)로부터 2수직 기간 이상의 시간(예를 들면, 8초) 포토 다이오드(41)에 전하가 축적되는 취지의 지시가 있어, 광학계(20)의 메 카니컬 셔터가 열리면, 장초 축적 모드를 실행한다. 이어서, 지시된 시간이 경과하여, 메카니컬 셔터가 닫히면, 구동 펄스 제어부(50)는, 장초 축적 모드의 실행을 종료하고, 수직 CCD(43)만을 전송 구동하여, 수직 CCD(43)의 채널의 노이즈를 소출하는 수직 CCD 소출 모드를 실행한다. 계속해서, 수직 CCD 소출 모드의 실행이 종료하면, 구동 펄스 제어부(50)는, 모든 포토 다이오드(41)에 축적되어 있는 전하를 수직 CCD(43)로 독출시켜, 독출된 전하를 수직 CCD(43)로부터 축적부(49)로 전송시키고, 축적부(49)로부터 수평 CCD(45)로 전송시켜, 출력 앰프(46)를 통해 출력시킨다.
이어서, 구동 펄스 제어부(50)에서 이루어지는 장초 축적 모드에 있어서의 백색 결함 대책의 처리에 대해 설명한다.
여기서, 본원에 따른 구동 펄스 제어부(50)에서 이루어지는 장초 축적 모드에 있어서의 백색 결함 대책의 처리에 대해 설명하기 전에, 장시간 축적 모드 시에 있어서의 일반적인 타이밍에 대해 설명한다.
도 7은, 장시간 축적 모드 시에 있어서의 일반적인 타이밍을 도시한 도면이다.
도 7(a)∼도 7(f)는 상기한 6상의 구동 펄스 ΦV1∼ΦV6을 각각 도시하고, 도 7(g)는 상기한 SUB 펄스를 도시하고 있다.
이 장시간 축적 모드 시에 있어서의 일반적인 타이밍에 있어서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 어떤 수평 기간에 있어서, 우선 변화점 60T∼116T 동안에 SUB 펄스를 출력한다. 구동 펄스 ΦV1에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 150T ∼240T 동안 및 변화점 330T∼540T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV2에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 300T∼390T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV3에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 120T∼360T 동안 및 변화점 450T∼570T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV4에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 420T∼510T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV5에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 210T∼480T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV6에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)은, 변화점 180T∼270T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다.
계속해서, 이러한 일반적인 타이밍과, 본원에 따른 장초 축적 모드에서의 타이밍을 비교하여 설명한다.
도 8 및 도 9는 백색 결함 필드간 차를 일반적인 타이밍과 본원에 따른 타이밍을 비교하여 도시한 도면이다. 여기서, ΦV1, ΦV3, ΦV5 각각의 독출 게이트에서 독출하는 포토 다이오드마다 백색 결함 레벨이 다른 경우가 있어, 이것을 백색 결함 필드간 차라고 부르기로 한다.
도 8(a)는, 상기한 도 7의 일반적인 타이밍을 도시한 도면이다. 또한, 이 때, 반도체 기판으로부터 포토 다이오드로 주입하는 주입 한계 기판 전압은 2.53V 이하이다.
구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
변화점 120T에서 구동 펄스 ΦV3이 미들 레벨로 변화되면, 이 구동 펄스 ΦV3이 인가되는 독출 게이트 바로 아래에 축적된 홀은 해방되고, 구동 펄스 ΦV2, ΦV4가 인가되는 비독출 게이트의 방향으로 분산된다.
계속해서, 변화점 150T에서 구동 펄스 ΦV1이 미들 레벨로 변화되면, 이 구동 펄스 ΦV1이 인가되는 독출 게이트 바로 아래에 축적된 홀은 해방되고, 구동 펄스 ΦV2, ΦV6이 인가되는 비독출 게이트의 방향으로 분산된다.
이어서, 변화점 180T에서 구동 펄스 ΦV6이 로우 레벨로 변화된다.
계속해서, 변화점 210T에서 구동 펄스 ΦV5가 미들 레벨로 변화되면, 이 구동 펄스 ΦV5가 인가되는 독출 게이트 바로 아래에 축적된 홀은 해방되고, 구동 펄스 ΦV4, ΦV6이 인가되는 비독출 게이트의 방향으로 분산되려고 한다. 그러나, 구동 펄스 ΦV4, ΦV6이 인가되는 비독출 게이트 부근의 양측 모두 홀이 이미 분산되어 있다. 뿐만 아니라, 구동 펄스 ΦV6이 인가되는 비독출 게이트는, 로우 레벨로 되고 나서 시간 경과가 적기 때문에, 분산된 홀을 아직 축적하고 있다. 따라서, 구동 펄스 ΦV5가 인가되는 독출 게이트 바로 아래에 축적된 홀은 분산되기 어렵다.
또, 홀을 개방하는 동작으로 홀의 이동이 급격하게 일어나면, 임펙트 이온 등의 영향에 의해 발생한 전자가 노이즈로서 포토 다이오드에 축적되어, 백색 결함의 문제가 된다.
도 8(b)는, 이 일반적인 타이밍과 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다. 동 도면에서 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 ΦV5가 미들 레벨로 변화된 시점의 결 함 개수가 상당히 증가하고 있다.
이에 대해, 도 8(c)는, 본원에 따른 장초 축적 모드에서의 제1 타이밍을 도시한 도면이다. 또한, 이때, 반도체 기판으로부터 포토 다이오드로 주입하는 주입 한계 기판 전압은 2.53V 이하이며, 반도체 기판 전위가 종래와 동등하게 안정되어 있는 것을 나타낸다.
즉, 도 8(c)에 도시하는 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스ΦV1, ΦV3, ΦV5에 대해서는, 변화점 120T∼180T 동안, 변화점 240T∼30OT 동안, 변화점 360T∼420T 동안 및 변화점 480T∼540T 동안, 미들 레벨로 동시에 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV2, ΦV4, ΦV6에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5와 반대로, 변화점 120T∼180T 동안, 변화점 240T∼300T 동안, 변화점 360T∼420T 동안 및 변화점 480T∼540T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 이러한 동시 구동을 이하 「펌핑 구동」이라고도 기재한다.
그 이외의 시간 동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
이러한 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5에 의한 펌핑 구동에 의하면, 1개소의 독출 게이트의 아래에 홀이 모이기 전에 개방되므로, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다.
또, 구동 펄스 ΦV2, ΦV4, ΦV6에 의한 펌핑 구동에 의하면, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 더욱 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다.
도 8(d)는, 이 펌핑 구동의 타이밍과 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5가 미들 레벨로 변화된 시점의 결함 개수가 각각 상당히 감소하고 있는 것을 알 수 있다.
또, 도 9(a)는, 본원에 따른 장초 축적 모드에 있어서의 제2 타이밍을 도시한 도면이다. 또한, 이때, 반도체 기판으로부터 포토 다이오드로 주입하는 주입 한계 기판 전압은 2.53V 이하이며, 반도체 기판 전위가 종래와 동등하게 안정되어 있는 것을 나타낸다.
도 9(a)에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 ΦV6에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 120T∼270T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV1에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 180T∼240T 동안 및 변화점 330T∼540T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV2에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 300T∼390T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV3에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 150T∼360T 동안 및 변화점 450T∼51OT 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV4에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 420T∼510T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV5에 대 해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 변화점 210T∼480T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다.
즉, 구동 펄스 ΦV6에 대해 로우 레벨로 변화시키고, 그 후에 구동 펄스 ΦV3, ΦV1, ΦV5를 차례로 미들 레벨로 변화시킨다는 점이, 도 8(a)에 도시되는 일반적인 구동법과 크게 상이하다.
그 이외의 시간동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
이러한 구동에 의하면, 구동 펄스 ΦV6이 인가되는 비독출 게이트는, 로우 레벨로 되고 나서 시간 경과가 길기 때문에, 게이트 바로 아래에 축적되는 홀은 안정 상태가 되고, 또한, 로우 레벨임에 따라 홀이 이동하기 쉬운 경로를 형성하고 있다. 따라서, 구동 펄스 ΦV5에 미들 레벨 전압이 인가되었을 때, 로우 레벨 시에 게이트 바로 아래에 축적되어 있던 홀은 인접하는 ΦV6 게이트로 이동하기 쉽게 되어, 매우 분산되기 쉽다.
이에 따라, 독출 게이트의 LOW 전압 상태 시에 축적된 홀이 개방되고, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 개방 시에도 반도체 기판 전위가 안정을 유지하여, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다. 특히, 포토 다이오드의 전하 축적 시에 반도체 기판의 Vsub를 낮추는 구동을 한 경우에 대해서도, 반도체 기판이 안정되기 때문에, Vsub 를 낮추더라도 주입의 문제는 발생하지 않는다.
도 9(b)는, 이 제2 구동의 타이밍과 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5가 미들 레벨로 변화된 시점의 결함 개수가 각각 상당히 감소하고 있다는 것을 알 수 있다.
이어서, 백색 결함 필드간 차 구동 의존성에 대해 검토한다.
도 10 및 도 11은 백색 결함 필드간 차 구동 의존성을 나타내는 타이밍 및 그 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10(a)는, 도 8(c)에 대응하는 펌핑 구동의 타이밍을 도시한 도면이고, 도 10(b)은 그 타이밍에 있어서의 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 여기서는 변화의 주기가 도 8(c)에 비해 지연되고 있다. 즉, 도 10(a)에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안, 변화점 504T∼696T 동안, 변화점 888T∼1086T 동안, 변화점 1272T∼1464T 동안, 미들 레벨로 동시에 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV2, ΦV4, ΦV6에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5와 반대로, 변화점 120T∼312T 동안, 변화점 504T∼696T 동안, 변화점 888T∼1086T 동안 및 변화점 1272T∼1464T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다.
그 이외의 시간 동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
이러한 변화의 주기를 지연시킨 펌핑 구동에 의해, 백색 결함을 감소시킬 수 있다. 단, 변화의 주기를 지연시킨 결과, 도 8(c)에 도시된 펌핑 구동보다 홀의 축적이 많아져, 백색 결함의 수는 증가한다. 따라서, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5에 대해서는 로우 레벨에서 미들 레벨로, 구동 펄스 ΦV2, ΦV4, ΦV6에 대해서는 미들 레벨에서 로우 레벨로, 각각 변화시키는 변화의 주기를 짧게 함으로써, 백색 결함을 감소시킬 수 있다.
또, 도 10(c)는, 펌핑 구동과 유사한 타이밍을 도시한 도면이고, 도 10(d)는 그 타이밍에 있어서의 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다.
이 펌핑 구동과 유사한 타이밍에 있어서는, 도 10(c)에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1, ΦV5에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안 및 변화점 888T∼1086T 동안, 미들 레벨로 동시에 변화시키고, 구동 펄스 ΦV3에 대해서는, 변화점 504T∼696T 동안 및 변화점 1272T∼1464T 동안, 미들 레벨로 변화시킨다. 구동 펄스 ΦV2, ΦV6에 대해서는, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1, ΦV5와 반대로, 변화점 120T∼312T 동안 및 변화점 888T∼1086T 동안, 로우 레벨로 동시에 변화시키고, 구동 펄스 ΦV4에 대해서는, 변화점 504T∼696T 동안 및 변화점 1272T∼1464T 동안, 로우 레벨로 변화시킨다.
그 이외의 시간 동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
이와 같은 펌핑 구동과 유사한 구동에 의해서도, 도 10(d)에 도시되는 바와 같이, 도 10(a)에 도시되는 펌핑 구동의 경우와 마찬가지로, 백색 결함을 감소시킬 수 있다.
또, 도 11(a)는, 펌핑 구동과 유사한 다른 타이밍을 도시한 도면이고, 도 11(b)는 그 타이밍에 있어서의 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다.
이 펌핑 구동과 유사한 타이밍에 있어서는, 도 1O(a)에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1에 대해서는 변화점 888T∼1086T 동안, 구동 펄스 ΦV3에 대해서는 변화점 504T∼696T 동안, 구동 펄스 ΦV5에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안, 로우 레벨로 각각 변화시킨다. 또, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV2에 대해서는 변화점 888T∼1086T 동안, 구동 펄스 ΦV4에 있어 변화점 504T∼696T 동안, 구동 펄스 ΦV6에 대해서는 변화점 120T∼312T 동안, 미들 레벨로 각각 변화시킨다.
그 이외의 시간 동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
이와 같은 펌핑 구동과 유사한 다른 구동에 의해, 도 11(b)에 도시되는 바와 같이, 도 1O(a)에 도시되는 펌핑 구동의 경우와 마찬가지로, 백색 결함을 감소시킬 수 있다.
또, 도 11(c)는, 펌핑 구동과 유사한 또 다른 타이밍을 도시한 도면이고, 도 11(d)는 그 타이밍에 있어서의 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다.
이 펌핑 구동과 유사한 타이밍에 있어서는, 도 11(c)에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV1에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안 및 변화점 888T∼1086T 동안, 구동 펄스 ΦV3에 대해서는 변화점 504T∼696T 동안 및 변화점 888T∼1080T 동안, 구동 펄스 ΦV5에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안 및 변화점 504T∼696T 동안, 미들 레벨로 각각 변화시킨다. 또, 구동 펄스 제어부(50)는, 구동 펄스 ΦV2에 대해서는 변화점 888T∼1086T 동안만, 구동 펄스 ΦV4에 대해서는 변화점 504T∼696T 동안만, 구동 펄스 ΦV6에 대해서는, 변화점 120T∼312T 동안만, 미들 레벨로 각각 변화시킨다.
그 이외의 시간 동안, 구동 펄스에 대해서는, ΦV1, ΦV3, ΦV5가 로우 레벨, ΦV2, ΦV4, ΦV6이 미들 레벨로 유지되고, 로우 레벨인 각 독출 게이트 바로 아래에 홀이 축적된 상태로 대기하고 있다.
즉, 한 쌍의 짝수 번째의 상(相)과 홀수 번째의 상에 대해, 대응하는 역(逆) 레벨의 펄스 구동을 생략하여, 일방(一方)으로만 구동 펄스를 인가하도록 하고 있다.
이와 같은 일방으로만 구동 펄스를 인가하는 구동에 의하면, 홀의 확산이 오히려 저해되어, 도 11(d)에 도시되는 바와 같이, 백색 결함이 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 각종 구동의 검토 결과, 도 1O(a)에 도시되는 펌핑 구동의 경우 외에, 도 1O(c)나, 도 11(a)에 도시되는 펌핑 구동과 유사한 구동의 경우, 즉, 한 쌍의 짝수 번째의 상과 홀수 번째의 상에 대해, 독출 게이트에 대해서는, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 동시에 변화시키는 구동 펄스를 인가하고, 비독출 게이트에 대해서는, 독출 게이트에 대한 구동 펄스가 대기의 LOW 전압 상태로 부터 MIDDLE 전압 상태로 변화됨과 동시에, MIDDLE 전압 상태로부터 LOW 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가함으로써도, 백색 결함을 감소시킬 수 있다.
또, 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5에 대해서는 로우 레벨에서 미들 레벨로, 구동 펄스 ΦV2, ΦV4, ΦV6에 대해서는 미들 레벨에서 로우 레벨로, 각각 변화시키는 변화의 주기를 짧게 함으로써도, 백색 결함을 감소시킬 수 있다.
이어서, 도 9(a)에 있는 바와 같이 차례로 구동을 행하는 경우에서, 로우 레벨로 대기하고 있는 독출 게이트가 미들 레벨로 변화하는 마지막 게이트(도 9에서는 ΦV5 게이트)에 인접하는 비독출 게이트(도 9에서는 ΦV6 게이트)의 변화점을 이동시킨 경우를 검토한 결과를 나타낸다.
이하는 8상 구동에 있어서의 V8이 최초에 미들 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 변화점의 위치의 의존성에 대해 검토한다. 또한, 8상 구동에 있어서의 마지막 상인 V8이 최초로 미들 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 변화점의 위치를, 이하, 최초의 변화점의 위치라고도 기재한다.
도 12는, 최초의 변화점의 위치의 의존성을 나타낸 도면이다. 특히, 도 12(a)는 도 12(c)에 대응하는 통상의 타이밍을 도시한 도면이고, 도 12(b)는 도 12(a)의 V8을 기준으로 하여 최초의 변화점의 위치의 이동 단위를 도시한 도면이며, 도 12(c)는 독출 게이트에 인가되는 구동 펄스 ΦV1, ΦV3, ΦV5, ΦV7의 레벨 변화 이벤트를 도시한 도면이고, 도 12(d)는 최초의 변화점의 위치의 이동 단위와 결함 개수와의 관계를 나타낸 도면이다.
여기서는, 종래의 장초 축적 시 V레벨 변화 패턴에 있어서, V8의 최초의 변 화점의 위치(MtoL) 위치를 전후로 이동시켜, 백색 결함 필드간 차의 변화를 검증하였다.
검증 결과, V1의 레벨 변화의 타이밍 이후, V7 레벨 변화의 타이밍을 피크로 VSG7 독출 필드에 있어서, 즉 이동 방향을 ＋로 한 경우, 백색 결함의 경향을 지니고 증가하였다. 그 이후에서는, 전환되어, 어떤 레벨로 감소하지만, 원래의 수준으로는 돌아가지 않아 필드간 차는 해소되지 않는다.
이와는 반대로, 이동 방향을 －로 한 경우, ΦV1의 변화점, ΦV3의 변화점, ΦV5의 변화점으로 이동함에 따라 백색 결함이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 구동 펄스 ΦV7과 ΦV1의 2개의 변화점에 있어서, 구동 펄스 ΦV8을 로우 레벨로 해 두는 제3 구동에 의하면, 백색 결함이 감소한다.
즉, 도 9(a)에 도시되는 구동 이외에, N개의 독출 게이트에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고, 이 변화의 순서에 있어서의 N-1번째 및 N번째의 중 어느 하나의 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 하나에 대해, 이 변화의 순서에 있어서의 N-1번째로부터 N번째까지의 사이에 있어서, LOW 전압 상태로 하는 구동 펄스를 인가함으로써도, 백색 결함을 비약적으로 감소시킬 수 있다.
여기서, 지금까지 설명해 온 바와 같이, 도 9(a) 등의 순차 구동이나, 도 8(c) 등의 펌핑 구동 등, 본원에 따른 구동에 의해 포토 다이오드에 대한 백색 결함을 비약적으로 감소시킬 수 있지만, 홀의 축적이나, 홀의 확산 이동에 의해 수직 CCD의 채널에도 불필요한 전하가 노이즈로서 주입되는 경우가 있다. 이 때문에, 상기한 바와 같이, 구동 펄스 제어부(50)는, 장초 축적 모드의 실행을 종료하면, 수직 CCD(43)만을 전송 구동하고, 수직 CCD(43)의 채널의 노이즈를 소출하는 수직 CCD 소출 모드를 실행하며, 그 후에, 모든 포토 다이오드(41)에 축적되어 있는 전하를 수직 CCD(43)로 독출시키도록 있다. 따라서, 백색 결함이 없는 전하만을 수직 CCD(43)로부터 수평 CCD(45)로 전송시켜, 출력 앰프(46)를 통해 출력시킬 수 있다.
또, 본원에 관련된 구동을 이용한 경우에는 상술한 수직 CCD 소출 모드가 보다 유효하게 되는 경우가 있다. 즉, 도 8(a)에 도시되는 구동이면, 장초 축적 모드 기간 중에 있어서도 비독출 게이트에 축적되는 노이즈 전자가 차례로 전송되어 가는 구동으로 되어 있지만, 본원의 구동의 경우는 도 9(a) 등의 순차 구동이나, 도 8(c) 등의 펌핑 구동에서도 노이즈 전자를 완전하게 전송하는 구동으로는 되어 있지 않기 때문에, 수직 CCD 소출 모드에 의해 완전히 전송되지 않은 노이즈 전자를 소출함으로써, 보다 노이즈가 적은 신호 출력을 얻을 수 있다.
도 9(a)의 구동의 경우는, ΦV6 게이트는 인접하는 게이트가 로우 레벨인 상태인 채로 미들 레벨로부터 로우 레벨로 변화하기 때문에, 바로 아래에 있는 노이즈 전자는 본래의 전송 방향으로 전송된다고는 할 수 없다. 또, 도 8(c)의 구동의 경우도 인접하는 게이트들이 동시에 역레벨로 변화하기 때문에 마찬가지로 노이즈 전자는 본래의 전송 방향으로 전송된다고는 할 수는 없는 상태이다. 따라서, 본원의 구동에 더하여, 수직 CCD 소출 모드를 행함으로써, 백색 결함의 감소 효과나 기판 전위의 안정화 효과와 노이즈의 감소 효과가 상승(相乘)되게 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 독출 게이트 및 비독출 게이트에, 그 차례로 구동 펄스 ΦV1∼ΦV6(ΦV7, ΦV8)를 인가하도록 하였지만, 게이트 순서를 바꾸더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는 주로 3:1 인터레이스나 4:1 인터레이스의 예로 설명하였지만, 그 밖의 구성에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, ΦV1, ΦV3, ΦV5의 펌핑 구동 시에 ΦV2, ΦV4, ΦV6를 동시에 역레벨로 하였지만, 펌핑 구동하는 ΦV1, ΦV3, ΦV5에 인접하는 ΦV2, ΦV4, ΦV6만을 역레벨로 하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 IT형의 고체 촬상 장치로 실시하였지만, 수직 CCD(43)와 수평 CCD(45)의 사이에 배치되는 축적부를 갖는 프레임 인터라인·트랜스퍼(FIT) 방식 등의 고체 촬상 장치로 실시하여도 된다. FIT 방식의 고체 촬상 장치의 경우는 촬상 영역과 축적부에서 수직 전송을 다른 구동으로 할 수 있는 구조이기 때문에, 촬상 영역의 구동을 본원의 구동 방법으로 함으로써, 장초 축적 모드가 아니더라도 백색 결함 감소 효과나 기판 전위의 안정화 효과를 얻을 수 있다.
또, 프로세스 방식의 고체 촬상 장치 등과 같이, 1개의 포토 다이오드에 대해, 3개 이상의 전송 게이트를 갖는 고체 촬상 장치로 실시하더라도 마찬가지이다.
(실시 형태 2)
다음에, 본 발명의 실시 형태 2에 대해 설명한다. 실시 형태 2는, 실시 형태 1에서의 구동 타이밍에 더하여, 혹은, 실시 형태 1에서의 구동 타이밍과는 별개로, 새로운 구동 타이밍으로 전하를 수직 CCD에 독출한다. 즉, 고체 촬상 소자가 N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 수직 CCD에 독출할 수 있다고 하면, 1필드 또는 1프레임의 전송 동작의 개시 시에, 전송으로 연결하기 위한 「연결 동작」으로서, N개의 독출 게이트와 N개의 비독출 게이트로 이루어진 연속하는 2N개의 게이트에 대해, 2N개 게이트의 전체가 LOW 전압 상태로부터, 각 게이트를 차례로(즉, 타이밍을 늦추어) MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가한다.
즉, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1에서 설명한 고체 촬상 장치 및 카메라에 대해, 연결 기간에 연결 동작을 하는 기능이 추가되어 있다. 여기서, 연결 기간이란, 필드 전송 완료로부터 필드 전송 개시의 기간이나, 최초의 필드 전송의 개시 시를 말한다. 연결 기간에서는, 수직 CCD는 대기(standby) 상태이며, 종래에는 구동 펄스 ΦV1∼ΦV6 전체가 로우 레벨로 되어 있지만, 본 실시 형태에서는, 전송 개시 직전에 모든 구동 펄스 ΦV1∼ΦV6을 LOW 전압 상태로부터, 차례로 MIDDLE 전압 상태로 변화시키도록 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 카메라 및 고체 촬상 장치의 구성은, 도 1 및 도 2와 동일하지만, 상기의 연결 동작을 행하는 기능이 추가되어 있다는 점이 상이하다. 이하, 동일한 점은 설명을 생략하여, 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 13은, 장초 축적 모드로부터 복수회의 필드 전송을 할 때까지의 동작 시퀀스를 도시한 도면이다.
동 도면에서는, 수직 동기 신호(VD), CCD 구동 모드, 구동 펄스의 타이밍을 도시하고 있다. 수직 동기 신호(VD)는, 각종의 CCD 구동 모드의 연결 기간에 상당 한다. CCD 구동 모드는, 동 도면에서는, 모니터 모드 후, 장초 축적 모드, 스틸-모드(더미 필드), 스틸-모드(제1 필드∼제3 필드) 후, 모니터 모드로 복귀하고 있다. CCD 출력 데이터는, 건너뜀 출력, 프레임 출력 등 CCD 구동 모드에 따른 화상 신호를 출력한다.
여기서, 도면 중의 기간α는, 연결 기간 중, 최초의 필드 전송 개시 시의 연결 기간을 나타내고 있다. 기간β는, 연결 기간α 내에서 실행되는 연결 동작의 타이밍을 나타내고 있다. 또한, 도 13에서는, 최초의 필드는, 더미 필드로 되어 있지만, 본 발명은, 반드시, 이러한 더미 필드의 전송을 필요로 하는 것은 아니다.
도 14는, 도 13 중의 연결 기간α에 있어서의 상세는 구동 타이밍을 도시한 시퀀스도이다. 본 도면에서는, 수평 동기 신호(HD), ΦV1∼ΦV6의 구동 펄스를 나타내는 V계, 메카 셔터, 반도체 기판에 인가되는 기판 바이어스 전압(SUB)의 타이밍이 도시되어 있다.
본 도면에서, 수평 동기 신호(HD)는, 필드 전송에 있어서의 최초의 수평 동기 펄스로부터 이후의 타이밍이 도시되어 있다. 본 도면에 있어서의 V계의 타이밍에 도시되는 바와 같이, 도 13 중의 기간β는, 최초의 수평 동기 펄스 기간에 상당한다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 기간에서, 연결 동작이 실행된다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이, 본 실시 형태에서는, 연결 동작을, (a)최초의 필드 전송의 개시 시, 또는, (b)수직 CCD의 고속 전송의 개시 시에 행하고 있다. 이에 따라, 수직 전송이 개시되기 전에 있어서 불필요한 전하의 역주입이 억제되어, 백색 결함의 발생이 회피된다.
또한, 본 도면에 있어서의 메카 셔터 및 기판 바이어스 전압(SUB)의 타이밍으로부터 알 수 있듯이, 노광 기간에 있어서 제1 기판 바이어스 변조가 이루어지고, 노광 기간의 종료 후, 또한, 연결 동작 후에 제2 기판 바이어스 변조가 이루어진다.
도 15는, 도 13에 도시되는 기간β 부근에서 실행되는 V계의 동작 타이밍(즉, 연결 동작의 상세)을 도시한 도면이다. 또한, 동 도면에서는 ΦSUB의 타이밍도 아울러 도시되어 있다. 여기서, 「T」는, 수평 구동 클록의 주기이다.
본 도면으로부터 알 수 있듯이, 연결 동작에서는, 독출 게이트 및 비독출 게이트에 인가하는 각 구동 펄스에 대해, 차례로 타이밍을 이동시켜, LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키고 있다. 이에 따라, 각 게이트에는, 다른 타이밍에서 전압 상태가 변화하는 펄스가 인가되고, 불필요한 전하가 확산되어, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태가 방지된다. 따라서, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함가 방지된다.
도 16은, 기판 바이어스 변조의 상세한 타이밍을 도시한 타임 차트이다. 본 도면에서는, 반도체 기판에 인가되는 기판 바이어스 전압(도 2의 Vsub)을 도시한 SUB 파형, 도 2의 VsubCont, 신호를 나타낸 SUB 변조 타이밍, 메카 셔터의 동작 타이밍, 및 메카 셔터의 개폐 타이밍이 도시되어 있다.
본 도면에서, SUB 파형 중의, 대체로 시각 t3∼t5의 기간은 제1 바이어스 변조를 나타내고, t6로부터 기간 t8의 선두까지의 기간은 제2 바이어스 변조를 나타낸다. 제1 바이어스 변조는, 노광 기간의 종료 이전에 오버플로우 배리어를 높게 변화시켜 상기 독출 게이트의 장벽 높이까지 신호 전하를 축적시킨다. 이에 따라, 포토 다이오드의 포화 신호 전하량의 선형성(線形性)을 증가시킨다. 제2 바이어스 변조는, 노광 기간의 종료 후, 또한 수직 CCD의 전송 개시 전에 오버플로우 배리어의 높이를 낮게 변화시킨다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 노광 기간의 종료 이전에 오버플로우 배리어를 높게 변화시켜 독출 게이트의 장벽 높이까지 신호 전하를 축적시키는 제1 바이어스 변조와, 노광 기간의 종료 후, 또한, 수직 CCD의 전하 소출 전에 오버플로우 배리어의 높이를 낮게 변화시키는 제2 바이어스 변조를 행하고 있다. 이에 따라, 포토 다이오드로부터의 신호 전하가 수직 CCD에 넘쳐 흐르는 것(블루밍)이 방지된다.
도 16과 같이 제2 바이어스 변조 전에 이어 동작을 함으로써, 반도체 기판의 P형 웰 영역(91)을 안정화할 수 있다.
도 17은, 주입 억압 SUB의 전송 단계 시간 의존성을 나타낸 도면이다. 여기서, 세로축을 나타내는 「주입 억압 SUB(V)」는, 반도체 기판으로부터 포토 다이오드로의 불필요한 전하의 역주입을 억압하기 위한 전압(V)이다. 즉, 세로축은, 불필요한 전하의 발생을 억압하는데 필요한 전압으로, 낮은 전압일수록, 불필요한 전하의 발생이 적은(좋은 특성인) 것을 의미한다. 또, 가로축을 나타내는 「전송 단계 시간」은, 「연결 동작」에 대해 독출 게이트 및 비독출 게이트에 인가하는 각 구동 펄스의 상승 타이밍의 시간차(상승 시간의 차)를 나타내며, 여기서는, 수평 구동 클록의 주기(T: 예를 들면, 31.75ns)의 배수로 나타나 있다. 또, 본 도면에 서, 약 2.7V의 주입 억압 SUB의 위치에 놓인 수평축은, 불필요한 전하의 발생이 적은 것을 나타내는 하나의 전압 기준 레벨이다.
이 도면으로부터 알 수 있듯이, 불필요한 전하의 발생을 상기 전압 기준 레벨보다 억제하기 위해서는, 어떤 전송 단계 시간보다도 큰 시간의 전송 단계 시간을 갖는 「연결 동작」으로 해 두는 것이 바람직하다. 즉, 독출 게이트 및 비독출 게이트에 인가하는 각 구동 펄스에 대해, 모두가 LOW 전압 상태로부터 차례로 MIDDLE 전압 상태로 상승할 때에, 일정한 기준 시간보다 큰 시간 간격을 늦추어 상승시킴으로써, 불필요한 전하의 발생을 일정한 기준 이하로 억제할 수 있다.
예를 들면, 도 16에서는 통상 동작의 전송 단계가 30T이지만, 연결 동작에서는 이보다는 큰 전송 단계 시간으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 나타나 있는 전송 단계 시간과 불필요한 전하의 발생을 억제하는 전압의 관계는, 디바이스의 크기나, 확산 프로세스 조건에 의해 변화하는 것으로, 본 실시 형태에서의 숫자가 전체를 한정하는 것은 아니지만, 전송 단계 시간이 길어짐에 따라, 반도체 기판의 P형 웰 영역(91)을 보다 안정된 방향으로 작용시켜, 불필요한 전하의 발생을 억제하는 전압이 저하하는 경향인 것은, 동일하다.
또, 본 실시 형태에서도, 프로세스 방식의 고체 촬상 장치 등과 같이, 하나의 포토 다이오드에 대해, 3개 이상의 전송 게이트를 갖는 고체 촬상 장치로 실시하더라도 마찬가지이다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, 고화질의 디지털 카메라나, 비디오 카메라 등 에 적용할 수 있다.
이상의 설명으로부터 명백히 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 의하면, 독출 게이트의 LOW 전압 상태 시에 축적된 홀이 개방되고, 해방된 홀이 비독출 게이트의 방향으로 원활하게 차례로 분산된다. 따라서, 홀 축적 상태에서는 반도체 기판 전위가 불안정해져, 반도체 기판으로부터의 전하 주입이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또, 홀 이동 시에 발생하는 전하에 의한 백색 결함을 방지할 수도 있다. 특히, 포토 다이오드의 전하 축적 시에 반도체 기판의 Vsub를 낮추는 구동을 한 경우에 대해서도, 반도체 기판이 안정되기 때문에, Vsub를 낮추더라도 주입의 문제는 발생하지 않는다.
따라서, 본 발명에 의해, 백색 결함의 발생이 방지되고, 디지털카메라가 보급되어 온 오늘날에 있어서의 본원 발명의 실용적 가치는 매우 높다.

Claims (11)

  1. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와,
    각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고,
    상기 구동 펄스 제어 수단은,
    각 상기 독출 게이트에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고,
    상기 변화의 순서에 있어서의 마지막 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 하나에 대해, 상기 변화의 순서에 있어서의 최초로부터 마지막까지의 사이에 있어서, LOW 전압 상태를 유지하는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와,
    각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고,
    상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있고,
    상기 구동 펄스 제어 수단은,
    N개의 독출 게이트에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 차례로 인가하고,
    상기 변화의 순서에 있어서의 N-1번째 및 N번째 중 어느 하나의 독출 게이트에 인접하는 비독출 게이트 중 적어도 하나에 대해, 상기 변화의 순서에 있어서의 N-1번째로부터 N번째까지의 사이에서, LOW 전압 상태로 하는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와,
    각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하 고,
    상기 구동 펄스 제어 수단은,
    각 상기 독출 게이트에 대해, 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 동시에 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한
    각 상기 비독출 게이트에 대해, 상기 독출 게이트에 대한 구동 펄스가 대기의 LOW 전압 상태로부터 MIDDLE 전압 상태로 변화되는 것과 동시에, MIDDLE 전압 상태로부터 LOW 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있고,
    상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한
    1필드 또는 1프레임의 전송 동작의 개시 시에, 전송으로 연결하기 위한 연결 동작으로서, N개의 독출 게이트와 적어도 N개 이상의 비독출 게이트로 이루어진 연속하는 게이트에 대해, 게이트 전체를 LOW 전압 상태로부터, 각 게이트를 차례로 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬 상 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동 펄스 제어 수단은, 상기 연결 동작을 (a)최초의 필드 전송의 개시 시, 또는 (b)수직 CCD의 고속 전송의 개시 시에 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한, 노광 기간의 종료 이전에 오버플로우 배리어를 높게 변화시켜 상기 독출 게이트의 장벽 높이까지 신호 전하를 축적시키는 제1 바이어스 변조와, 노광 기간의 종료 후이며 또한 수직 CCD의 전하 소출(掃出) 전에 오버플로우 배리어의 높이를 낮게 변화시키는 제2 바이어스 변조를 행하고,
    상기 노광 기간 종료 후이며 상기 제2 바이어스 변조 전에, 상기 연결 동작을 행하는 것을 특징으로 고체 촬상 장치.
  8. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와,
    각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스 를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하고,
    상기 고체 촬상 소자는, N회의 독출 동작에 의해 모든 포토 다이오드에 축적된 전하를 상기 수직 CCD에 독출할 수 있고,
    상기 구동 펄스 제어 수단은, 또한,
    1필드 또는 1프레임의 전송 동작의 개시 시에, 전송으로 연결하기 위한 연결 동작으로서, N개의 독출 게이트와 적어도 N개 이상의 비독출 게이트로 이루어진 연속하는 게이트에 대해, 게이트의 전체가 LOW 전압 상태로부터 각 게이트를 차례로 MIDDLE 전압 상태로 변화시키는 구동 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하는 고체 촬상 소자에 있어서의 구동 방법에 있어서,
    각 상기 포토 다이오드에 2수직 기간 이상 전하를 축적시키는 장초(長秒) 축적 모드와,
    상기 장초 축적 모드에 의해 축적된 전하를, 각 상기 포토 다이오드로부터 상기 수직 CCD에 독출하고, 수직 전송하여, 출력하는 구동 단계를 포함하고,
    상기 장초 축적 모드 시에 청구항 1 및 청구항 3 중 어느 하나의 구동을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  10. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 2차원 형상으로 형성되는 복수의 포토 다이오드와, 각 상기 포토 다이오드마다, 축적된 전하를 독출하기 위한 독출 게이트 및 전하를 독출하지 않는 비독출 게이트를 적어도 하나씩 배치함으로써 형성된 수직 CCD를 갖는 고체 촬상 소자와, 각 상기 독출 게이트 및 비독출 게이트에 대해 소정의 타이밍으로 구동 펄스를 인가함으로써 상기 고체 촬상 소자를 제어하는 구동 펄스 제어 수단을 구비하는 고체 촬상 소자에 있어서의 구동 방법에 있어서,
    각 상기 포토 다이오드에 2수직 기간 이상 전하를 축적시키는 장초 축적 모드와,
    상기 장초 축적 모드에 의해 축적된 전하를 독출하기 전에, 수직 CCD만을 전송 구동시키는 수직 CCD 소출 모드와,
    상기 장초 축적 모드에 의해 축적된 전하를, 각 상기 포토 다이오드로부터 상기 수직 CCD에 독출하고, 수직 전송하여, 출력하는 구동 단계를 포함하고,
    상기 장초 축적 모드 시에 청구항 1 및 청구항 3 중 어느 하나의 구동을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치를 구비하는 카메라.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7750964B2 (en) * 2005-09-30 2010-07-06 Sony Corporation Method and apparatus for driving a semiconductor device including driving of signal charges within and outside an effective transfer period
JP4786446B2 (ja) * 2006-07-19 2011-10-05 パナソニック株式会社 固体撮像装置、その駆動方法およびカメラ
US7508432B2 (en) * 2006-07-19 2009-03-24 Eastman Kodak Company CCD with improved substrate voltage setting circuit
JP2008060726A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
JP4688766B2 (ja) * 2006-09-21 2011-05-25 パナソニック株式会社 固体撮像装置、その駆動方法およびカメラ
US20080259214A1 (en) * 2007-04-17 2008-10-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Video signal processing device, integrated circuit, and imaging apparatus
JP4912990B2 (ja) * 2007-09-05 2012-04-11 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP5262028B2 (ja) * 2007-09-10 2013-08-14 ソニー株式会社 イメージセンサおよび制御方法
US8085331B2 (en) * 2007-12-21 2011-12-27 Panasonic Corporation Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera
JP2009213135A (ja) * 2008-02-08 2009-09-17 Panasonic Corp 撮像装置及びその駆動方法
WO2009128194A1 (ja) * 2008-04-16 2009-10-22 パナソニック株式会社 固体撮像装置、撮像システム、及び固体撮像装置の駆動方法
JP2009290614A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Panasonic Corp 固体撮像装置とその駆動方法及びカメラ
JP5155759B2 (ja) 2008-07-17 2013-03-06 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP5359465B2 (ja) * 2009-03-31 2013-12-04 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
US8648952B2 (en) 2011-02-14 2014-02-11 Analog Devices, Inc. Timing generator and method of generating timing signals

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2851631B2 (ja) 1988-12-14 1999-01-27 松下電子工業株式会社 固体撮像装置の駆動方法
US6476941B1 (en) * 1997-04-02 2002-11-05 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image sensing device and operation method thereof
JP3667214B2 (ja) * 2000-08-25 2005-07-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法
JP2002185871A (ja) * 2000-12-12 2002-06-28 Sony Corp 固体撮像素子及びその駆動方法
JP2002320143A (ja) * 2001-04-23 2002-10-31 Olympus Optical Co Ltd 撮像装置
US7815523B2 (en) * 2004-08-11 2010-10-19 Acushnet Company Variable density golf club
US20060102827A1 (en) 2004-11-17 2006-05-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device
US7968888B2 (en) 2005-06-08 2011-06-28 Panasonic Corporation Solid-state image sensor and manufacturing method thereof
JP4456040B2 (ja) 2005-06-17 2010-04-28 パナソニック株式会社 固体撮像素子
JP4091948B2 (ja) 2005-06-17 2008-05-28 松下電器産業株式会社 集光装置およびそれを用いた密着型固体撮像装置

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