WO2011086622A1 - 固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ - Google Patents

固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ Download PDF

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vertical transfer
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unit
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静 鈴木
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パナソニック株式会社
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    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/713—Transfer or readout registers; Split readout registers or multiple readout registers
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method thereof, and a camera, and more particularly to a solid-state imaging device including a transfer control unit that selectively transfers a signal charge transferred by any of a plurality of vertical transfer units to a horizontal transfer unit.
  • a CCD having a number of pixels of 12M or more has been mainstream in recent years in a camera using a CCD (Charge Coupled Device).
  • the horizontal transfer electrodes constituting the horizontal transfer section are miniaturized and the number of pixels in the horizontal direction reaches about 4000 pixels.
  • the capacitance between the electrodes is increased due to a dramatic increase. There is a problem that electric power increases.
  • the number of transfer packets of the horizontal transfer unit is not the same as the number of columns of the vertical transfer unit as in the conventional case, for example, 1/3, transfer from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit, and horizontal transfer A method has been proposed in which the transfer operation from the output unit to the output unit is divided into three times and the signal charge of one line is divided and output in an interlaced manner (for example, see Patent Document 1).
  • This method can reduce the number of electrodes constituting the horizontal transfer unit. As a result, the interelectrode capacitance is reduced, so that low power consumption can be realized.
  • the transfer of signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit is selectively controlled.
  • a transfer controller is required. Specifically, a function for holding the signal charge in the transfer control unit during the first transfer operation is required.
  • a moving image mode for displaying a liquid crystal monitor and recording a moving image.
  • a method is used in which signal charges obtained from a plurality of pixels are added in the imaging apparatus, or signal charges read from the pixels are selectively thinned out.
  • a 30-frame / second VGA output (640 ⁇ 480) or a 720p output (1280 ⁇ 720) corresponding to the HD format is obtained by reducing the number of output signals from the number of pixels output in a still image (for example, 10M). ) Etc. are realized.
  • the frame rate is 2 to 3 frames / second
  • an image output of 30 frames / second is required. Therefore, in the moving image mode, it is necessary to compress the image close to 1/10 compared to the number of pixels output in the still image, so that the signal charge to be added increases.
  • a Bayer array is generally used, and signal charges are added between adjacent identical colors.
  • the addition of signal charges in the solid-state imaging device is performed in the vertical transfer unit or the horizontal transfer unit in the vertical direction, and in the horizontal transfer unit in the horizontal direction.
  • the pixel addition within the vertical transfer unit in the vertical direction can be realized by providing a plurality of vertical transfer electrodes for reading from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit and devising the drive timing.
  • a transfer control unit that selectively controls the transfer of signal charges between the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit.
  • Patent Document 2 an example of the moving image mode is described in Patent Document 2.
  • the 9-pixel addition method of adding the signal charges of 3 vertical pixels and 3 horizontal pixels in Patent Document 2 is useful because it can realize a high-quality moving image with little center of gravity shift after addition and less moire.
  • a transfer control unit is indispensable in order to realize low power consumption and a high frame rate moving image using pixel addition.
  • FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a conventional solid-state imaging device described in Patent Document 1.
  • 27A to 27C are diagrams showing signal charge transfer operations in the normal mode.
  • FIG. 28A to FIG. 28C are diagrams showing a signal charge transfer operation when horizontal three pixels are added.
  • the solid-state imaging device shown in FIG. 26 includes a first vertical transfer unit 1, a horizontal transfer unit 2, a charge holding unit 101, and a VOG unit 104.
  • the charge holding unit 101 includes a storage unit 102 and a hold unit 103.
  • FIG. 26 shows an example in which the horizontal transfer unit 2 is driven in three phases.
  • three adjacent first vertical transfer units 1 are grouped as one group Gr, unit transfer bits of the horizontal transfer unit 2 are associated, and each group Gr is a charge transfer unit corresponding to the group Gr.
  • a VOG unit 104 is included.
  • the signal charge is transferred from the first vertical transfer unit 1 to the VOG unit 104 corresponding to the group Gr to which the first vertical transfer unit 1 belongs. Further, the signal charge is transferred to the unit transfer bit corresponding to the first vertical transfer unit 1 that has transferred the signal charge from the VOG unit 104 to the VOG unit 104. Thereby, any first vertical transfer unit 1 in the group Gr can transfer the signal charge to the corresponding unit transfer bit via the VOG unit 104.
  • the signal charges in the column c shown in FIG. 26 are transferred to the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 104 and then transferred horizontally to the output unit. At that time, the signal charges in the columns a and b shown in FIG. 26 are held by the charge holding unit 101 including the storage unit 102 and the holding unit 103.
  • the signal charges in the a column are transferred from the charge holding unit 101 to the horizontal transfer unit 2 and then transferred to the output unit.
  • the signal charges in the b column are transferred from the charge holding unit 101 to the horizontal transfer unit 2 and then transferred to the output unit.
  • the signal charge of one horizontal line is divided into three and output.
  • the signal charges in the a column and the c column are transferred to the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 104.
  • the signal charges in the columns a and c are transferred leftward by one group.
  • the signal charges in the b column are transferred to the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 104.
  • three-pixel addition in the horizontal direction is performed.
  • data is transferred from the first vertical transfer unit 1 to the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 104, and the first vertical transfer unit 1 It is connected to the VOG unit 104.
  • JP 2006-310655 A Japanese Patent No. 3848650
  • This invention solves the said subject, and aims at providing the solid-state imaging device which can suppress transfer degradation in the structure which bundles a some vertical transfer part, its drive method, and a camera.
  • a solid-state imaging device is provided in a matrix, provided with a plurality of photoelectric conversion units that convert light into signal charges, and corresponding to each column.
  • a plurality of first vertical transfer units that transfer signal charges converted by a plurality of photoelectric conversion units arranged in a column in the vertical direction and the plurality of first vertical transfer units in the horizontal direction.
  • a plurality of transfer control units that are provided corresponding to each m (m is an integer of 2 or more) columns and selectively transfer the signal charges transferred by any one of the first vertical transfer units of the corresponding m columns
  • a plurality of second vertical transfer units that are provided corresponding to the respective transfer control units and transfer the signal charges transferred by the corresponding transfer control units, and transferred by the plurality of second vertical transfer units.
  • a horizontal transfer unit for transferring the signal charges in the horizontal direction.
  • Each second vertical transfer unit is arranged for each of two or more horizontal transfer electrodes forming one transfer packet of the horizontal transfer unit, and the transfer width decreases as it goes from the transfer control unit to the horizontal transfer unit.
  • Each of the second vertical transfer units has a vertical transfer electrode that is independent of the vertical transfer electrodes of the plurality of first vertical transfer units and the plurality of transfer control units.
  • the second vertical transfer unit includes the region in which the transfer width becomes smaller as it goes from the transfer control unit to the horizontal transfer unit. Can be made narrower, so that the potential can be prevented from becoming shallow on the horizontal transfer portion side. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress transfer deterioration.
  • Each of the transfer control units is provided corresponding to each of the m columns, and includes m third vertical transfer units for transferring each of the signal charges transferred by the vertical transfer unit of the corresponding column.
  • the horizontal center distance between the m third vertical transfer units disposed adjacent to each other is the horizontal center distance between the first vertical transfer units disposed adjacent to each other. It may be shorter.
  • the solid-state imaging device can form the second vertical transfer unit with a narrow horizontal width. Therefore, the solid-state imaging device according to an aspect of the present invention can gently set an angle for narrowing down the second vertical transfer unit. Accordingly, the solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention can suppress transfer deterioration due to a decrease in potential along the transfer direction.
  • Each of the second vertical transfer units transfers a signal charge transferred by the corresponding transfer control unit, and has a region having a transfer width that decreases as it goes from the transfer control unit to the horizontal transfer unit.
  • Independent vertical transfer electrodes may be provided on the vertical transfer portion and the fifth vertical transfer portion, respectively.
  • the independent electrode is provided in the fourth vertical transfer unit and the fifth vertical transfer unit, so that the electrode length of the electrode of the fourth vertical transfer unit is Can be shortened. Accordingly, the solid-state imaging device according to an aspect of the present invention can secure a transfer electric field, and thus can suppress transfer defects in the fourth vertical transfer unit.
  • Each of the transfer control units is provided corresponding to each of the m columns, and includes m third vertical transfer units for transferring each of the signal charges transferred by the vertical transfer unit of the corresponding column.
  • a sixth vertical transfer unit which is one third vertical transfer unit included in the m-th column third vertical transfer unit, is the same as one of the vertical transfer electrodes of the first vertical transfer unit.
  • the m ⁇ 13 vertical transfer units other than the sixth vertical transfer unit included in the third vertical transfer unit of the m columns include first vertical transfer electrodes to which transfer pulses are applied.
  • a signal charge storage electrode and a transfer blocking electrode independent of the vertical transfer electrodes of one vertical transfer unit and the second vertical transfer unit may be provided.
  • the solid-state imaging device can reduce the number of independent electrodes in the transfer control unit.
  • the sixth vertical transfer unit may include only one first vertical transfer electrode.
  • the solid-state imaging device can reduce the number of independent electrodes in the transfer control unit.
  • the transfer width of all the regions under the first vertical transfer electrode of the sixth vertical transfer unit may become wider as going from the first vertical transfer unit to the second vertical transfer unit.
  • the solid-state imaging device can improve the transfer electric field by using the narrow channel effect.
  • the maximum transfer width of the second vertical transfer unit is larger than the width between the outer ends of the first vertical transfer units of the columns located at both ends of the first vertical transfer units of m columns. It may be wide.
  • the solid-state imaging device can deepen the potential at the horizontal end of the second vertical transfer unit as well as the horizontal central portion. Therefore, the solid-state imaging device according to an aspect of the present invention can suppress transfer defects from the transfer control unit to the second vertical transfer unit.
  • the first vertical transfer unit includes a first n-type impurity implantation region and a second n-type impurity implantation region, and the first n-type impurity implantation region includes the first vertical transfer unit.
  • the transfer control unit, the second vertical transfer unit, and the horizontal transfer unit, and the second n-type impurity implantation region is formed in the first vertical transfer unit and the transfer control unit.
  • the second vertical transfer unit and the horizontal transfer unit may not be formed.
  • the solid-state imaging device has the second vertical transfer unit as compared to the case where the second vertical transfer unit is formed with the same n-type impurity concentration as the first vertical transfer unit. Can be formed shallowly. Therefore, the solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention can increase the potential difference from the second vertical transfer unit to the horizontal transfer unit, and thus can improve transfer efficiency.
  • a potential step may be formed in the second vertical transfer unit so that the potential on the transfer control unit side is shallower than the potential on the horizontal transfer unit side.
  • the solid-state imaging device can further improve the transfer efficiency of the second vertical transfer unit.
  • a third n-type impurity implantation region may be formed on the horizontal transfer unit side of the second vertical transfer unit in order to form the potential step.
  • the solid-state imaging device can suppress a decrease in potential difference between the transfer control unit and the second vertical transfer unit due to the formation of the potential step.
  • the transfer efficiency to the second vertical transfer unit can be improved.
  • a p-type impurity implantation region for forming the potential step may be formed on the transfer control unit side of the third vertical transfer unit.
  • a third n-type impurity implantation region may be further formed in the second vertical transfer portion.
  • the solid-state imaging device can suppress a decrease in potential difference between the transfer control unit and the second vertical transfer unit due to the formation of the potential step.
  • the transfer efficiency to the second vertical transfer unit can be improved.
  • a p-type impurity implantation region may be formed in the transfer control unit.
  • the solid-state imaging device can reduce the potential of the transfer control unit. Therefore, the solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention can increase the transfer electric field from the transfer control unit to the second vertical transfer unit, and thus can improve transfer efficiency.
  • the vertical transfer electrodes of the first vertical transfer unit, the transfer control unit, and the second vertical transfer unit, and the horizontal transfer electrode of the horizontal transfer unit may be formed as a single layer.
  • the solid-state imaging device can easily perform wiring layout.
  • the solid-state imaging device driving method is a driving method for the solid-state imaging device, in the m-columns in the horizontal transfer period of the signal charges in one column. Signal charges in other columns are transferred from the transfer control unit to the fourth vertical transfer unit.
  • the transfer control unit to the fourth vertical transfer unit since the signal charge can be transferred from the transfer control unit to the fourth vertical transfer unit over a long time using the horizontal transfer period of the other column, the transfer control unit to the fourth vertical transfer unit The transfer efficiency of signal charges to can be improved.
  • the signal charges in the central column among the m columns are transferred from the transfer unit to the fourth vertical transfer unit, and in the horizontal transfer period of the signal charges in the central column, The signal charge at the end of the m columns may be transferred from the transfer control unit to the fourth vertical transfer unit.
  • a camera according to an aspect of the present invention includes the solid-state imaging device.
  • the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit (LSI) that realizes part or all of the functions of such a solid-state imaging device.
  • LSI semiconductor integrated circuit
  • the present invention can provide a solid-state imaging device capable of suppressing transfer deterioration in a configuration in which a plurality of vertical transfer units are bundled, a driving method thereof, and a camera.
  • FIG. 1 is a plan view of a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2C is a diagram illustrating an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2D is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2C is a
  • FIG. 3 is a diagram showing drive timing in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating an operation at the time of horizontal three-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram showing an operation at the time of horizontal three-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4C is a diagram showing an operation at the time of horizontal three-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating drive timings when the horizontal three pixels are added by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating an operation at the time of horizontal three-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram showing an operation at the
  • FIG. 6A is a plan view of a modification of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6B is a plan view of a modification of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of a modification of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8A is a plan view of a first example of the solid-state imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the first example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8C is a diagram showing a potential distribution of the first example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9A is a plan view of a second example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the second example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9C is a diagram showing a potential distribution of the second example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram comparing the first example and the second example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram comparing the first example and the second example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of a third example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11B is a diagram showing a potential distribution of the third example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of a fourth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram comparing the third example and the fourth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of a fifth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 14B is a diagram showing a potential distribution of the fifth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of a sixth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 15B is a diagram showing a potential distribution of the sixth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view of a seventh example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view of the eighth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16C is a diagram showing a potential distribution of the seventh example and the eighth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 17A is a cross-sectional view of the ninth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 17B is a diagram showing a potential distribution of the ninth example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 19 is a plan view of a solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the drive timing when horizontal three pixels are added by the solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing drive timings when horizontal three pixels are added by the solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 22 is a plan view of a solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23A is a diagram illustrating an operation in a normal mode performed by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23B is a diagram showing an operation in the normal mode by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23C is a diagram illustrating an operation in the normal mode performed by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23D is a diagram illustrating an operation in a normal mode performed by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 23E is a diagram illustrating an operation in the normal mode performed by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating drive timings related to sorting transfer between horizontal transfer units by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 25A is a diagram showing an operation at the time of horizontal two-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 25A is a diagram showing an operation at the time of horizontal two-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 25B is a diagram showing an operation at the time of horizontal two-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 25C is a diagram showing an operation at the time of horizontal two-pixel addition by the solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 26 is a plan view of a conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 27A is a diagram illustrating an operation in a normal mode of a conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 27B is a diagram illustrating the operation of the conventional solid-state imaging device in the normal mode.
  • FIG. 27C is a diagram illustrating the operation of the conventional solid-state imaging device in the normal mode.
  • FIG. 27A is a diagram illustrating an operation in a normal mode of a conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 27B is a diagram illustrating the operation of the conventional solid-state imaging device in the normal mode.
  • FIG. 27C is a diagram illustrating the operation of
  • FIG. 28A is a diagram illustrating an operation at the time of horizontal three-pixel addition of the conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 28B is a diagram illustrating an operation at the time of horizontal three-pixel addition of the conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 28C is a diagram illustrating an operation at the time of horizontal three-pixel addition of the conventional solid-state imaging device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solid-state imaging device 50 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a solid-state imaging device 50 illustrated in FIG. 1 includes a pixel repetition unit 5, a plurality of transfer control units 6, a plurality of second vertical transfer units 9, a horizontal transfer unit 2, and a plurality of horizontal transfer electrodes 14. .
  • the pixel repeating unit 5 includes a plurality of photoelectric conversion units 3, a plurality of first vertical transfer units 1, and a plurality of first vertical transfer electrodes 4.
  • the plurality of photoelectric conversion units 3 are arranged in a matrix, convert light into signal charges, and store the converted signal charges.
  • the plurality of first vertical transfer units 1 are provided corresponding to each column, and transfer the signal charges converted by the plurality of photoelectric conversion units 3 arranged in the corresponding column in the vertical direction.
  • the plurality of first vertical transfer electrodes 4 are formed on the plurality of first vertical transfer units 1.
  • the plurality of transfer control units 6 are provided corresponding to each m (m is an integer of 2 or more) columns that are continuous in the horizontal direction among the plurality of first vertical transfer units 1. Each transfer control unit 6 selectively transfers the signal charge transferred by one of the corresponding m columns of first vertical transfer units 1.
  • Each transfer control unit 6 is provided corresponding to each of the m columns, and m third vertical transfer units 6A that transfer each of the signal charges transferred by the vertical transfer unit of the corresponding column, It includes m signal charge storage electrodes 7 and m transfer blocking electrodes 8.
  • the third vertical transfer unit 6A is provided corresponding to each of the m columns to which each transfer control unit 6 corresponds.
  • the third vertical transfer unit 6A transfers each signal charge transferred by the first vertical transfer unit 1 of the corresponding column.
  • Each signal charge storage electrode 7 and each transfer blocking electrode 8 are formed on each third vertical transfer portion 6A.
  • the second vertical transfer unit 9 is provided corresponding to each transfer control unit 6 and transfers the signal charge transferred by the corresponding transfer control unit 6. Further, the second vertical transfer unit 9 is arranged for each of at least two horizontal transfer electrodes 14 forming one transfer packet of the horizontal transfer unit 2. Further, the second vertical transfer unit 9 has a region in which the transfer width decreases as it goes from the transfer control unit 6 to the horizontal transfer unit 2. The second vertical transfer unit 9 is provided with vertical transfer electrodes independent of the vertical transfer electrodes of the first vertical transfer unit 1 and the transfer control unit 6.
  • the second vertical transfer unit 9 includes a fourth vertical transfer unit 10, a fifth vertical transfer unit 11, a fourth vertical transfer electrode 12, and a vertical final electrode 13.
  • the fourth vertical transfer unit 10 transfers the signal charges transferred by the transfer control unit 6. Further, the fourth vertical transfer unit 10 has a region in which the transfer width becomes smaller from the transfer control unit 6 toward the horizontal transfer unit 2.
  • the fifth vertical transfer unit 11 transfers the signal charge transferred by the fourth vertical transfer unit 10.
  • the fifth vertical transfer unit 11 has a constant transfer width and is arranged straight.
  • the horizontal transfer unit 2 transfers the signal charges transferred by the second vertical transfer unit 9 in the horizontal direction.
  • the plurality of horizontal transfer electrodes 14 are formed on the horizontal transfer unit 2. Further, the horizontal transfer unit 2 transfers the signal charge transferred by the second vertical transfer unit 9 to an output unit (not shown) provided in the solid-state imaging device 50.
  • This output unit converts the signal charge transferred by the horizontal transfer unit 2 into a voltage signal, and outputs the converted voltage signal to the outside.
  • the second vertical transfer unit 9 bundles the first vertical transfer units 1 in three rows.
  • One unit transfer packet of the horizontal transfer unit 2 corresponds to one second vertical transfer unit 9. That is, the unit transfer packet of the horizontal transfer unit 2 is 1/3 of the number of columns of the first vertical transfer unit 1. Therefore, when the signal charges for one line are output without being added, they are divided into three times (horizontal 3: 1 interlace).
  • FIG. 1 shows an example of the four-phase driving in which the horizontal transfer unit 2 uses four horizontal transfer electrodes 14 as one unit. That is, transfer pulses of ⁇ H1, ⁇ H2, ⁇ H3, and ⁇ H4 are applied to the horizontal transfer electrode 14. As will be described later, three-phase driving with three horizontal transfer electrodes 14 as one unit or two-phase driving with two horizontal transfer electrodes 14 as one unit may be used.
  • the four-phase driving has an advantage that the low-voltage driving is possible because the electrode length in the transfer direction of the horizontal transfer electrode 14 can be shortened as compared with the three-phase driving shown in the conventional example.
  • 1.8V driving is possible by using four-phase driving. Since this voltage of 1.8 V is a voltage used in other semiconductor elements mounted on the digital still camera, there is an advantage that it is easy to handle in camera design.
  • the electrode length of the electrode for accumulating the signal charge is increased, or the horizontal width of the first vertical transfer unit 1 below the electrode is set to the first length of the pixel repeating unit 5. It is necessary to secure a necessary saturation charge amount by making it wider than the width of the vertical transfer unit 1 or both.
  • the horizontal width of the third vertical transfer unit 6 ⁇ / b> A of the transfer control unit 6 is made wider than the horizontal width of the first vertical transfer unit 1 in the pixel repeating unit 5.
  • the first feature of the solid-state imaging device 50 according to Embodiment 1 of the present invention is that the second vertical transfer unit 9 has a region in which the transfer width decreases as it goes from the transfer control unit 6 to the horizontal transfer unit 2. It is. As a result, the horizontal transfer unit 2 can be narrowed down gradually, so that the potential can be prevented from becoming shallow on the horizontal transfer unit 2 side. Therefore, the solid-state imaging device 50 can suppress transfer deterioration.
  • the second feature of the solid-state imaging device 50 is that the repeat pitch of the third vertical transfer units 6A in the three columns in the transfer control unit 6 is arranged to be shorter than the repeat pitch of the first vertical transfer unit 1 in the pixel repeat unit 5. This is the point. That is, in FIG. 1, the distance between the horizontal center of the first vertical transfer unit 1 and the horizontal center of the adjacent first vertical transfer unit 1 in the pixel repetition unit 5 is A, and each transfer control unit 6, where B is the distance between the horizontal centers of the third vertical transfer units 6 ⁇ / b> A arranged adjacent to each other, the relationship between A and B is A> B.
  • the solid-state imaging device 50 can form the horizontal width C of the fourth vertical transfer unit 10 narrow. Therefore, when transferring the signal charges to the horizontal transfer unit 2, it is necessary to narrow down the fourth vertical transfer unit 10, but there is an advantage that the angle can be set gently. Thereby, the solid-state imaging device 50 can suppress the adverse effect that the potential becomes shallow along the transfer direction.
  • a third feature of the solid-state imaging device 50 is that a fourth vertical transfer electrode 12 and a vertical final electrode 13 are provided as independent electrodes with respect to the fourth vertical transfer unit 10 and the fifth vertical transfer unit 11, respectively. There is in point.
  • the fourth vertical transfer unit 10 since the transfer width is narrowed down, the potential becomes shallower on the horizontal transfer unit 2 side, but the fourth vertical transfer unit 10 and the fifth vertical transfer unit 11
  • the electrode length can be shortened. Thereby, since a transfer electric field can be secured, it is possible to suppress a transfer defect in the fourth vertical transfer unit 10.
  • the fourth feature of the present embodiment is that the fourth vertical transfer unit 10 included in the second vertical transfer unit 9 has a potential so that the potential on the transfer control unit 6 side is shallower than the potential on the horizontal transfer unit 2 side.
  • a step is formed.
  • the n-type impurity implantation region of the fourth vertical transfer unit 10 is formed so that the potential becomes shallow on the transfer control unit 6 side of the fourth vertical transfer unit 10. As a result, the transfer efficiency of the fourth vertical transfer unit 10 can be further improved. Details will be described later.
  • the fifth feature of the solid-state imaging device 50 is that the n-type impurity concentration of the second vertical transfer unit 9 is made lower than the n-type impurity concentrations of the pixel repeating unit 5 and the transfer control unit 6.
  • the pixel repeating unit 5 secures a necessary handling charge amount with one electrode in order to suppress a decrease in handling charge amount and transfer efficiency deterioration due to the narrow channel effect. Therefore, for example, the first vertical transfer unit 1 is formed by two n-type diffusion layers. For the n-type diffusion layer of the second vertical transfer unit 9, any one of the diffusion layers used for forming the pixel repeating unit 5 is used.
  • the potential of the second vertical transfer unit 9 can be formed shallower than when the second vertical transfer unit 9 is formed with the same n-type impurity concentration as the pixel repeating unit 5. Therefore, a large potential difference from the fifth vertical transfer unit 11 to the horizontal transfer unit 2 can be obtained, so that transfer efficiency can be improved. A detailed configuration will be described later.
  • the sixth feature of this embodiment is that the n-type impurity concentration of the second vertical transfer unit 9 is made lower than the n-type impurity concentrations of the pixel repeater 5 and the transfer controller 6 described as the fifth feature.
  • an n-type impurity implantation region is provided in the second vertical transfer unit 9. Thereby, the transfer efficiency in this region can be improved by increasing the potential difference between the transfer control unit 6 and the fourth vertical transfer unit 10.
  • the p-type impurity implantation region is provided in the transfer control unit 6 while the n-type impurity concentration of the second vertical transfer unit 9 is lowered, so that the potential of the pixel repetition unit 5 is expanded in the horizontal direction. The potential of the transfer control unit 6 is decreased. As a result, the potential difference between the transfer control unit 6 and the fourth vertical transfer unit 10 can be increased, so that the transfer efficiency in this region can be improved.
  • ⁇ VST-L, ⁇ VST-C, and ⁇ VST-R are applied to the signal charge storage electrode 7 as transfer pulses. Further, ⁇ VHLD-L, ⁇ VHLD-C, and ⁇ VHLD-R are applied to the transfer blocking electrode 8.
  • a column to which ⁇ VST-C and ⁇ VHLD-C are applied is a C column, and a column to which ⁇ VST-R and ⁇ VHLD-R is applied is an R column.
  • a column to which ⁇ VST-L and ⁇ VHLD-L are applied is an L column.
  • ⁇ VL2 is applied to the fourth vertical transfer electrode 12, and ⁇ VL is applied to the vertical final electrode 13.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams showing signal charge transfer in the normal mode by the solid-state imaging device 50.
  • FIG. FIG. 3 is a timing chart showing drive timing in the normal mode.
  • the number of packets of the horizontal transfer unit 2 is 1/3 of the number of columns of the first vertical transfer unit 1.
  • the transfer operation from the first vertical transfer unit 1 to the horizontal transfer unit 2 through the transfer control unit 6 and the second vertical transfer unit 9 is performed in three times in the order of the column, the R column, and the L column. Then, transfer from the horizontal transfer unit 2 to the output amplifier is performed.
  • the number of drive phases of the first vertical transfer unit 1 is 12 phases.
  • signal charges are accumulated in the eight first vertical transfer electrodes 4 in the horizontal transfer period.
  • signal charges are accumulated from ⁇ V3 to ⁇ V10.
  • three horizontal transfer electrodes 14 are set to a high level (for example, 1.8 V).
  • the number of drive phases of the first vertical transfer unit 1 may be other than 12 phases.
  • the number of drive phases of the first vertical transfer unit 1 may be 6 phases, 8 phases, or the like.
  • the solid-state imaging device 50 transfers these signal charges to the signal charge storage electrodes 7 in each column. Specifically, the solid-state imaging device 50 sets ⁇ V11 applied to the first vertical transfer electrode 4 adjacent to the transfer control unit 6 to a low level and applies it to the signal charge storage electrode 7 at time t0 in FIG. The signal charges are transferred to the signal charge storage electrode 7 by setting them to the middle level (for example, 0 V) to ⁇ VST-L, ⁇ VST-C, and ⁇ VST-R (FIG. 2A).
  • the middle level for example, 0 V
  • the solid-state imaging device 50 transfers the signal charges to the next stage by forming the potential barrier by setting ⁇ VHLD-L, ⁇ VHLD-C, and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrodes 8 of each column to a low level. Is blocking.
  • the solid-state imaging device 50 maintains the signal levels of the signal charges by maintaining ⁇ VHLD-L and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrodes 8 in the L and R columns at a low level. It is held on the charge storage electrode 7.
  • the solid-state imaging device 50 sets the ⁇ VHLD-C applied to the transfer blocking electrode 8 in the C row, the ⁇ VL2 applied to the fourth vertical transfer electrode 12, and the ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 to the middle level or high level. Transition to the level. Thereby, the solid-state imaging device 50 transfers the signal charges of the C column to the horizontal transfer unit 2 (FIG. 2B).
  • the solid-state imaging device 50 outputs the signal charges of the C column by performing the transfer of the horizontal transfer unit 2 toward the output unit.
  • the signal charge storage electrode 7 is at the low level during the horizontal transfer period, but it need not be at the low level.
  • the solid-state imaging device 50 maintains the signal charge in the L column to the signal charge storage electrode 7 by maintaining ⁇ VHLD-L applied to the transfer prevention electrode 8 in the L column at a low level. Hold.
  • the solid-state imaging device 50 sets the ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrode 8 in the R row, ⁇ VL2 applied to the fourth vertical transfer electrode 12, and ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 to the middle level or high level. Transition to the level. Thereby, the solid-state imaging device 50 transfers the signal charges in the R column to the horizontal transfer unit 2 (FIG. 2C). Thereafter, the solid-state imaging device 50 outputs the signal charges of the R column by performing the transfer of the horizontal transfer unit 2.
  • the solid-state imaging device 50 applies ⁇ VHLD-L applied to the transfer prevention electrode 8 in the L column, ⁇ VL2 applied to the fourth vertical transfer electrode 12, and the vertical final electrode 13.
  • the signal charge in the L column is transferred to the horizontal transfer unit 2 by shifting ⁇ VL to be changed to the middle level or the high level (FIG. 2D).
  • the solid-state imaging device 50 outputs the signal charges of the R column by performing the transfer of the horizontal transfer unit 2.
  • the above operation makes it possible to output one line of signal charges, and the remaining signal charges can be sequentially output in the same manner.
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams showing signal charge transfer in the moving image mode by the solid-state imaging device 50.
  • FIG. FIG. 5 is a timing chart showing driving timing in the moving image mode.
  • the solid-state imaging device 50 adds 3 pixels of signal charges of the same color adjacent in the horizontal direction in the moving image mode.
  • three horizontal transfer electrodes 14 ( ⁇ H1, ⁇ H2, and ⁇ H3) are set to a high level (for example, 1.8 V).
  • the solid-state imaging device 50 sets ⁇ V11 applied to the first vertical transfer electrode 4 adjacent to the transfer control unit 6 to a low level, Further, ⁇ VST-L, ⁇ VST-C, and ⁇ VST-R applied to the signal charge storage electrode 7 are set to the middle level or the high level, thereby transferring the signal charge of each column to the signal charge storage electrode 7 (FIG. 2A). ).
  • the solid-state imaging device 50 forms a potential barrier by setting ⁇ VHLD-L, ⁇ VHLD-C, and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrode 8 of each column to a low level, so that the signal charge to the next stage is increased. Is blocking the transfer.
  • the solid-state imaging device 50 maintains the signals ⁇ VHLD-L and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrodes 8 in the L and R columns at a low level, thereby It is held on the charge storage electrode 7.
  • the solid-state imaging device 50 sets the ⁇ VHLD-C applied to the transfer blocking electrode 8 in the C row, the ⁇ VL2 applied to the fourth vertical transfer electrode 12, and the ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 to the middle level or high level. Transition to the level. Thereby, the solid-state imaging device 50 transfers the signal charges of the C column to the horizontal transfer unit 2 (FIG. 4A).
  • the solid-state imaging device 50 transfers the signal charges of the horizontal transfer unit 2 to the left in three columns in the period td from time tc (FIG. 4B).
  • the solid-state imaging device 50 has ⁇ VHLD-L and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrodes 8 in the L and R columns and ⁇ VL2 applied to the fourth vertical transfer electrode 12 in the period tf from time te.
  • the ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 is shifted to the middle level or the high level.
  • the solid-state imaging device 50 can add the signal charges for three pixels by transferring the signal charges of the L and R columns to the horizontal transfer unit 2 (FIG. 4C).
  • the solid-state imaging device 50 provides a plurality of readout electrodes in the first vertical transfer unit 1 and adds three pixels in the first vertical transfer unit 1 by devising driving of the plurality of readout electrodes. Do. Therefore, the solid-state imaging device 50 can realize the 9-pixel addition operation together with the above-described horizontal 3-pixel addition.
  • the horizontal signal addition operation the example in which the signal charges in the C column are transferred first and the signal charges in the L column and the R column are added in the horizontal transfer unit 2 has been described above. It is also possible to transfer the column signal charges and later add the column C signal charges.
  • FIG. 1 shows a case where the horizontal transfer unit 2 is driven in four phases.
  • at least one of the four horizontal transfer electrodes 14 may be used as a barrier. That is, as described above, FIG. 1 shows a layout for receiving signal charges from the fifth vertical transfer unit 11 after setting the three horizontal transfer electrodes 14 to the high level in the horizontal blanking period. Note that the solid-state imaging device 50 may receive signal charges by setting the two horizontal transfer electrodes 14 to a high level.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device 50A corresponding to two horizontal phases.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a structure of a solid-state imaging device 50B corresponding to three-phase driving. 6A and 6B, the configuration of the transfer control unit 6 and the second vertical transfer unit 9 is the same as that in FIG. 1, and therefore the wiring diagram of the applied transfer pulse is omitted.
  • the operations of the first vertical transfer unit 1, transfer control unit 6, second vertical transfer unit 9, and horizontal transfer unit 2 are controlled by a drive unit (not shown).
  • a drive unit (not shown).
  • the above-described ⁇ V1 to ⁇ V12, ⁇ VST-C, ⁇ VST-L, ⁇ VST-R, ⁇ VHLD-C, ⁇ VHLDL, ⁇ VHLD-R, ⁇ VL, ⁇ VL2, and ⁇ H1 to ⁇ H4 are generated by this driving unit.
  • this drive unit may be included in the solid-state imaging device 50 or may be formed outside the solid-state imaging device 50.
  • the repetition pitch B of the third vertical transfer units 6A in the three columns in the transfer control unit 6 is shorter than the repetition pitch B of the first vertical transfer unit 1 in the pixel repetition unit 5.
  • this is not limited to the fact that the third vertical transfer unit 6A is arranged at right angles to the horizontal transfer unit 2 as shown in FIG.
  • the third vertical transfer unit 6A may be arranged along the oblique direction so as to go to the inside of the three rows as it goes to the second vertical transfer unit 9 side. In this case, the relationship between the pitches A and B is A> B.
  • the pitch B is the distance between the centers at arbitrary positions in the vertical transfer direction of the two third vertical transfer units 6A adjacent to each other among the three columns of the third vertical transfer units 6A.
  • solid-state imaging device 50 according to Embodiment 1 of the present invention may include all of the first to sixth features described above, or may include any one or more of them.
  • FIG. 8A is a plan view of the solid-state imaging device 51 having the first feature.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 51
  • FIG. 8C is a diagram schematically showing a potential distribution in this cross-section.
  • This solid-state imaging device 51 does not have the second and third features. That is, the repetition pitch B of the third column of the third vertical transfer units 6A is the same as the repetition pitch A of the first vertical transfer unit 1.
  • the solid-state imaging device 51 includes a second vertical transfer unit 9 ⁇ / b> A instead of the second vertical transfer unit 9. On the second vertical transfer unit 9, only one second vertical transfer electrode 12A to which ⁇ VOG is applied is formed.
  • the solid-state imaging device 51 can gradually narrow down the horizontal transfer unit 2, and thus can prevent the potential from becoming shallow on the horizontal transfer unit 2 side. Therefore, the solid-state imaging device 50 can prevent the transfer deterioration.
  • the repetition pitch of the first vertical transfer units 1 in three columns is arranged to be shorter than the repetition pitch of the first vertical transfer unit 1 in the pixel repetition unit 5. The effect when the configuration is introduced will be described.
  • FIG. 9A is a plan view of the solid-state imaging device 52 having the second feature.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 52
  • FIG. 9C is a diagram schematically illustrating a potential distribution of the cross-section. 8C and 9C, dotted lines indicate potentials when a low level voltage is applied to each electrode, and solid lines indicate potentials when a middle level (for example, 0 V) is applied.
  • a middle level for example, 0 V
  • the transfer width of the second vertical transfer unit 9A becomes narrower, the potential becomes shallower as the potential approaches the horizontal transfer unit 2.
  • a middle level for example, 0 V
  • the potential at the time becomes very deep.
  • the difference between the potential of the horizontal transfer unit 2 when a high level is applied to the horizontal transfer electrode 14 and the potential when a low level voltage is applied to the second vertical transfer unit 9A is reduced.
  • the potential of the horizontal transfer unit 2 has a restriction that the potential cannot be set deep in order to secure a transfer electric field between the outlet of the horizontal transfer unit 2 and the FD (floating diffusion) unit.
  • the horizontal width of the second vertical transfer unit 9 is shortened to C in FIG. 9A with respect to D in FIG. 8A.
  • FIG. 10 is a plan view of the vicinity of the second vertical transfer unit 9A between the solid-state imaging device 51 and the solid-state imaging device 52.
  • FIG. The solid line shown in FIG. 10 is the second vertical transfer unit 9A of the solid-state imaging device 51, and the dotted line is the second vertical transfer unit 9A of the solid-state imaging device 52.
  • 9B is the same as the cross-sectional structure of the solid-state imaging device 51 shown in FIG. 8B.
  • the horizontal width C on the transfer control unit 6 side of the second vertical transfer unit 9 of the solid-state imaging device 52 is equal to the repeat pitch B of the third vertical transfer unit 6A.
  • the width is shorter than the width D in the solid-state imaging device 51. Therefore, the solid-state imaging device 52 can reduce the amount of reducing the width of the second vertical transfer unit 9 ⁇ / b> A toward the horizontal transfer unit 2 compared with the solid-state image pickup device 51. As a result, the solid-state imaging device 52 can improve the transfer efficiency because the potential becomes shallower toward the horizontal transfer unit 2, but the level becomes small.
  • the second vertical transfer unit 9 ⁇ / b> A includes a region having a constant width and a region that decreases in width toward the horizontal transfer unit 2 side. Only the region whose width decreases toward the second side may be included.
  • the second vertical transfer unit 9A forms a region having a constant width on the transfer control unit 6 side.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 50 when the third feature is introduced.
  • FIG. 11B is a diagram schematically showing the potential distribution in this cross section. A plan view is shown in FIG.
  • FIG. 12 is a plan view of a solid-state imaging device 53.
  • FIG. 13 is a plan view of the vicinity of the second vertical transfer unit 9 of the solid-state imaging device 53 shown in FIG. 12 and the solid-state imaging device 50 shown in FIG.
  • the solid line shown in FIG. 13 is the second vertical transfer unit 9 of the solid-state imaging device 53, and the dotted line is the second vertical transfer unit 9 of the solid-state imaging device 50.
  • the transfer efficiency is improved.
  • the transfer length of the second vertical transfer unit 9A is long, a fringe electric field may not be sufficiently obtained.
  • a vertical transfer portion is formed shallowly in order to increase the amount of charge handled and to improve smear characteristics. Thereby, if the transfer length of the second vertical transfer unit 9A is long, the transfer efficiency deteriorates.
  • a fourth vertical transfer electrode 12 and a vertical final electrode 13 are formed on the second vertical transfer unit 9 shown in FIG.
  • the fourth vertical transfer unit 10 can be shortened by dividing the second vertical transfer unit 9 into the fourth vertical transfer unit 10 and the fifth vertical transfer unit 11.
  • the solid-state imaging device 50 can improve transfer efficiency. That is, in FIG. 9B and FIG. 11A, there is a relationship of E> F.
  • the potential difference when the middle level is applied to the vertical final electrode 13 and the low level is applied to the fourth vertical transfer electrode 12 is reduced as compared with FIG. Since the minimum electric field of the transfer unit 10 is determined by the electrode length, the transfer efficiency is improved as a whole.
  • FIG. 14A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 54 in which the fourth feature is introduced.
  • FIG. 14B is a diagram schematically showing a potential distribution in this cross section.
  • the first p-type impurity implantation region 17 is formed in order to form a potential step so that the potential becomes shallow on the transfer control unit 6 side of the fourth vertical transfer unit 10. Form. Thereby, even if the transfer width is narrow along the transfer direction, it is possible to form a potential gradient in the transfer direction. Therefore, the solid-state imaging device 54 can further improve the transfer efficiency of the fourth vertical transfer unit 10.
  • the second vertical transfer unit As compared with the first n-type impurity implantation region 15 and the second n-type impurity implantation region 16 constituting the pixel repetition unit 5 and the transfer control unit 6, which is a fifth feature, the second vertical transfer unit.
  • the effect when the impurity implantation region is set so that the n-type impurity concentration of No. 9 is lowered will be described.
  • the first vertical transfer unit 1 and the third vertical transfer unit 6A are formed by two n-type diffusion layers (the first n-type impurity implantation region 15 and the second n-type impurity implantation region 16).
  • the n-type diffusion layer of the second vertical transfer unit 9 a layer (first n-type impurity implantation region) shared with the horizontal transfer unit 2 among the diffusion layers used for forming the pixel repeating unit 5. 15) is used.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 55 in which the fifth feature is introduced.
  • the solid-state imaging device 55 configures the second vertical transfer unit 9 with the first n-type impurity implantation region 15. That is, the first vertical transfer unit 1 includes the first n-type impurity implantation region 15 and the second n-type impurity implantation region 16.
  • the first n-type impurity implantation region 15 is formed in the first vertical transfer unit 1, the transfer control unit 6, the second vertical transfer unit 9, and the horizontal transfer unit 2.
  • the second n-type impurity implantation region 16 is formed in the first vertical transfer unit 1 and the transfer control unit 6 and is not formed in the second vertical transfer unit 9 and the horizontal transfer unit 2.
  • FIG. 15B is a diagram schematically showing the potential distribution in this cross section.
  • the solid-state imaging device 55 includes: The potential of the second vertical transfer unit 9 can be formed shallow. Thereby, in the solid-state imaging device 55, compared to the solid-state imaging device 54, the potential difference from the fifth vertical transfer unit 11 to the horizontal transfer unit 2 can be increased by G (G2-G1). Thereby, the solid-state imaging device 55 can greatly improve the transfer efficiency from the vertical final electrode 13 to the horizontal transfer unit 2.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are diagrams showing a cross-sectional configuration of the solid-state imaging devices 56 and 106 in which the sixth feature is introduced.
  • a first example of the sixth feature of the present embodiment is that a third n-type impurity implantation region 18 as shown in FIGS. 16A and 16B is formed in the second vertical transfer portion 9.
  • the third vertical transfer unit 9 has a third transfer unit on the horizontal transfer unit 2 side (the fifth vertical transfer unit 11 and the horizontal transfer unit 2 side of the fourth vertical transfer unit 10).
  • a potential step is formed in the fourth vertical transfer unit 10 so that the potential on the transfer control unit 6 side becomes shallow.
  • the solid-state imaging device 56 also has the fourth feature.
  • the first n-type impurity implantation region 15 and the third n-type impurity implantation region 18 are formed in the second vertical transfer unit 9, and the above-mentioned In order to form a potential step, a first p-type impurity implantation region 17 is formed on the transfer control unit 6 side of the fourth vertical transfer unit 10.
  • FIG. 16C is a diagram schematically showing a potential distribution corresponding to FIGS. 16A and 16B.
  • an n-type impurity of the second vertical transfer unit 9 is formed by forming a potential step in the fourth vertical transfer unit 10.
  • the concentration was lower than the n-type impurity concentration of the first vertical transfer unit 1 and the transfer control unit 6. That is, in the solid-state imaging device 55, the potential step is formed by the first p-type impurity implantation region 17, so that the concentration of the n-type impurity implantation region at the corresponding position is lowered.
  • the potential difference between the transfer control unit 6 and the fourth vertical transfer unit 10 becomes small, and depending on the formation conditions, the transfer blocking electrode 8 to the fourth vertical transfer unit 10 There is a concern that a transfer failure may occur between the two.
  • the third n-type impurity implantation region 18 is provided in the second vertical transfer unit 9, so that the transfer blocking electrode 8 and the fourth vertical transfer unit 10 are arranged. Therefore, a sufficient potential difference is secured.
  • the concentration of the third n-type impurity implantation region 18 is set lower than the concentration of the second n-type impurity implantation region 16. Accordingly, the solid-state imaging devices 56 and 57 are set so that a sufficient potential difference can be secured even at the boundary between the horizontal transfer unit 2 and the second vertical transfer unit 9.
  • FIG. 17A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device 58, which is another example in which the sixth feature is introduced.
  • FIG. 17B is a diagram schematically showing the potential distribution in this cross section.
  • the second p-type impurity implantation region 19 is transferred to the third vertical transfer section 6A (transfer control under the signal charge storage electrode 7 and the transfer blocking electrode 8). Part 6).
  • the solid-state imaging device 58 can set the potential of the transfer control unit 6 shallower by the amount indicated by H (H2-H1) than in FIG. 16C. Therefore, since the solid-state imaging device 58 can increase the transfer electric field from the transfer control unit 6 to the fourth vertical transfer unit 10, it is possible to improve transfer efficiency.
  • the potential of the signal charge storage electrode 7 is deeper than the potential under ⁇ V11 because the width and the electrode length of the first vertical transfer unit 1 are narrow. Therefore, even if a p-type impurity implantation region is added under the signal charge storage electrode 7, there is no problem in transfer as shown in FIG. 17B.
  • the solid-state imaging device 58 adds the second p-type impurity implantation region 19 so as to make the potential of the transfer control unit 6 shallow so that the potential under the second vertical transfer unit 9 is reduced. It is possible to set shallower than 56 and 106. Accordingly, the solid-state imaging device 58 can take a large potential difference between the vertical final electrode 13 and the horizontal transfer unit 2.
  • a second p-type impurity implantation region 19 may be further formed for any of 56.
  • the n-type impurity implantation region and the p-type impurity implantation region are regions formed by a single impurity implantation step.
  • the formation of a plurality of impurity implantation regions in a certain region means that a plurality of impurity implantations are performed on a certain region.
  • the types of impurities and the implantation range (range and depth) in the plurality of impurity implantations may be different or the same.
  • the first vertical transfer electrode 4, the signal charge storage electrode 7, the transfer blocking electrode 8, the fourth vertical transfer electrode 12, the vertical final electrode 13, and the horizontal transfer electrode 14 are preferably formed as a single layer.
  • the transfer control unit 6 and the second vertical transfer unit that selectively control the transfer of signal charges from the first vertical transfer unit 1 to the horizontal transfer unit 2.
  • 9 is a solid-state imaging device that can suppress transfer deterioration, can be horizontally interlaced to realize low power consumption, and can add signal charges required in a moving image mode or the like. realizable.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of the solid-state imaging device 60 according to Embodiment 2 of the present invention. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the solid-state imaging device 50 illustrated in FIG. 1 will be described below.
  • the fourth vertical transfer unit 10 includes a horizontal extension unit 20 in addition to the solid-state imaging device 50.
  • the horizontal extension unit 20 extends the horizontal width of the fourth vertical transfer unit 10 on the side adjacent to the transfer control unit 6. Due to the horizontal extension unit 20, the horizontal width I on the side adjacent to the transfer control unit 6 of the fourth vertical transfer unit 10 is set to the first vertical transfer unit 1 (third vertical transfer unit 6A in three columns). ) Of the total distance J in the horizontal direction (I> J). That is, the maximum transfer width of the second vertical transfer unit 9 is larger than the width between the outer ends of the first vertical transfer units 1 in the columns located at both ends of the first vertical transfer units 1 in the three columns. Is also wide.
  • the potential becomes shallower than the vicinity of the center column of the fourth vertical transfer unit 10 due to the influence of peripheral P-type impurities. For this reason, there is a problem that the electric field is reduced in the transfer from the transfer control unit 6 to the fourth vertical transfer unit 10 at the end compared to the center.
  • the solid-state imaging device 60 can deepen the potential at the end as well as the center. Thereby, the solid-state imaging device 60 can suppress transfer defects from the transfer control unit 6 to the fourth vertical transfer unit 10.
  • the solid-state imaging devices 55, 56, and 57 shown in FIGS. 15A, 15B, 16A, 16B, and 16C of the first embodiment since the potential of the transfer control unit 6 is deep, the above configuration Is valid.
  • the amount by which the fourth vertical transfer unit 10 is squeezed toward the horizontal transfer unit 2 is large.
  • the fourth vertical transfer unit 10 There is no problem in transfer if a potential step is provided.
  • the solid-state imaging device 50 further includes the horizontal extension unit 20
  • the solid-state imaging devices 51 to 58 described in the first embodiment further include the horizontal extension unit 20. May be.
  • FIG. 19 is a diagram showing a configuration of the solid-state imaging device 61 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 20 is a timing chart showing the driving timing of the solid-state imaging device 61 in the moving image mode.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same components.
  • the pixel repeater 5 is omitted because it is the same as that in FIG. 1.
  • the signal charge storage electrode 7 and the transfer blocking are also applied to the C column that first transfers the signal charge from the transfer control unit 6 to the horizontal transfer unit 2 in the normal mode and the moving image mode.
  • the electrode 8 is disposed, it is not always necessary to hold the signal charge in the C column that is always transferred first. Therefore, the same transfer pulse as that applied to the pixel repeater 5 can be applied to the electrodes in the C column of the transfer controller 6.
  • ⁇ VST-C and ⁇ V12 have the same drive timing, and ⁇ V12 can be applied to the electrode to which ⁇ VST-C is applied.
  • the third vertical transfer unit 6A in the C column does not need to hold a signal charge, so that the third vertical transfer unit in the C column is smaller than the third vertical transfer unit 6A in the R column and the L column.
  • the width of 6A may be narrow.
  • the solid-state imaging device 61 illustrated in FIG. 19 includes the third vertical transfer unit 6A similar to that of the first embodiment described above in the R and L columns, and the third vertical transfer unit 6B in the C column. Is provided.
  • the third vertical transfer unit 6B includes only the third vertical transfer electrode 7A to which ⁇ V12 is applied. In addition, the transfer width of all the regions under the third vertical transfer electrode 7A of the third vertical transfer unit 6B becomes wider as going from the first vertical transfer unit 1 to the second vertical transfer unit 9.
  • the solid-state imaging device 61 can improve the transfer electric field by utilizing the narrow channel effect.
  • the solid-state imaging device 61 can be configured to have a length that requires two electrodes in the L and R columns and one vertical transfer electrode in the C column.
  • the same addition operation as in the first embodiment can be realized.
  • the number of independent electrodes in the transfer control unit 6 can be reduced to four electrodes of ⁇ VST-R, ⁇ VST-L, ⁇ VHLD-R, and ⁇ VHLD-L.
  • the third embodiment of the present invention it is possible to realize the solid-state imaging device 61 in which the independent electrodes in the transfer control unit 6 are reduced.
  • the configuration of the third embodiment of the present invention may be applied to the solid-state imaging devices 51 to 58 shown in the first embodiment and the solid-state imaging device 60 shown in the second embodiment.
  • the signal charge of the other column among the three columns is transferred from the transfer control unit 6 to the fourth. Transfer to the vertical transfer unit 10.
  • the potential difference between the third vertical transfer unit 6 ⁇ / b> A and the fourth vertical transfer unit 10 in the C column becomes large.
  • a large transfer electric field can be secured between the third vertical transfer unit 6A and the fourth vertical transfer unit 10 in the C column, so that transfer is easier in the C column than in the end portions (R column and L column). is there.
  • the signal charges in the C column at the center are changed in the first horizontal blanking period.
  • the data is transferred from one vertical transfer unit 1 to the horizontal transfer unit 2 via the transfer control unit 6 and the second vertical transfer unit 9. Thereafter, the signal charge is transferred from the signal charge storage electrode 7 in the R column to the transfer blocking electrode 8. Further, using the horizontal transfer period (signal output period) of the center C column after the transfer, it takes a long time to transfer the signal charges of the R column at the end from the transfer blocking electrode 8 to the fourth vertical transfer unit 10. Forward. Thereby, the transfer efficiency can be improved. In this case, the R column signal is transferred to the horizontal transfer unit 2 at the head of the second horizontal blanking.
  • the signal charge is transferred from the signal charge storage electrode 7 in the L column to the transfer blocking electrode 8. Further, the signal charges in the L column are transferred from the transfer blocking electrode 8 in the L column to the fourth vertical transfer unit 10 using the horizontal transfer period in the R column. In addition, the signals of the L columns are transferred to the horizontal transfer unit 2 by the third horizontal blanking.
  • the signal charge of the third vertical transfer unit 6A at the end portion where a transfer failure is likely to occur is transferred to the fourth vertical transfer unit 10 for a long time in the horizontal transfer period. Therefore, it is possible to realize a solid-state imaging device in which transfer problems are suppressed.
  • the present invention can also be applied to a case where a plurality of horizontal transfer units 2 are provided.
  • the horizontal transfer unit 2 is used in order to realize a video output at 30 frames / second in a mode that requires high-speed signal output in the video mode, for example, the number of pixels (1920 ⁇ 1080) used as a full HD video. It is important to reduce the horizontal transfer frequency by providing a plurality. As a result, it is possible to drive the horizontal transfer unit 2 at a low voltage while suppressing transfer failures, so that there is an advantage that low power consumption can be realized. Further, since the increase in the output signal frequency can be suppressed, it is possible to facilitate the setting of the CDS (correlated double sampling) sample and hold timing.
  • CDS correlated double sampling
  • FIG. 22 is a diagram showing a configuration of the solid-state imaging device 62 according to Embodiment 5 of the present invention. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the solid-state imaging device 50 illustrated in FIG. 1 will be described below.
  • a solid-state imaging device 62 shown in FIG. 22 includes a first horizontal transfer unit 21, a second horizontal transfer unit 22, a distribution transfer unit 23, and a first horizontal transfer electrode 24 instead of the horizontal transfer unit 2. , A second horizontal transfer electrode 25, a distribution transfer electrode 26, and a channel stop region 27.
  • Both the first horizontal transfer unit 21 and the second horizontal transfer unit 22 are four-phase drive.
  • the first horizontal transfer electrode 24 and the second horizontal transfer electrode 25 are provided above and below the distribution transfer unit 23. Different transfer pulses ⁇ H1a and ⁇ H1b are applied to the first horizontal transfer electrode 24 and the second horizontal transfer electrode 25.
  • the first horizontal transfer electrode 24 and the second horizontal transfer electrode 25 are applied with transfer pulses having the same phase and the same voltage during horizontal transfer.
  • a signal charge is transferred between the first horizontal transfer unit 21 and the second horizontal transfer unit 22 via the distribution transfer unit 23, it is necessary to provide a potential difference.
  • Different transfer pulses are applied to the electrode 24 and the second horizontal transfer electrode 25.
  • Other horizontal transfer electrodes 14 are shared by the first horizontal transfer unit 21 and the second horizontal transfer unit 22, and ⁇ H2, ⁇ H3, and ⁇ H4 are applied. Further, ⁇ HHT is applied to the distribution transfer electrode 26.
  • the transfer control unit 6 is configured with four columns (L column, CL column, CR column, and R column from the left) as a unit. ⁇ ST-L, ⁇ ST-CL, and ⁇ ST-R are sequentially applied to the three signal charge storage electrodes 7 included in one unit of the transfer control unit 6 from the left of one unit. Further, ⁇ HLD-L, ⁇ HLD-CL, and ⁇ HLD-R are applied to three transfer blocking electrodes 8 included in one unit of transfer control unit 6 from the left of one unit.
  • the same transfer pulse ⁇ Vx as that applied to the pixel repeater 5 is applied to the electrodes in the CR column of the transfer controller 6.
  • the solid-state imaging device 62 In the solid-state imaging device 62 according to Embodiment 5 of the present invention, four horizontal transfer electrodes 14 constituting one packet correspond to four columns of first vertical transfer units 1. That is, the solid-state imaging device 62 has a horizontal 4: 1 interlace structure in which a signal of one line is divided into four and transferred.
  • the horizontal pixels In order to generate data of the number of pixels (1920 ⁇ 1080) corresponding to a full HD video, in the structure and driving in which three pixels are added in the horizontal direction as described in the first embodiment, the horizontal pixels The number needs 5760 pixels. Further, in order to support the aspect ratio of 4: 3 used in the digital still camera, the number of pixels in the vertical direction is required to be 4320 pixels. Therefore, the total number of pixels of about 25M is required. However, since the number of pixels that are currently mainstream is about 12M to 16M, horizontal two-pixel mixing is generally used in the case of full HD moving images. For this reason, this embodiment also shows the case of horizontal two-pixel addition when outputting a moving image.
  • the solid-state imaging device 62 can increase the length of the horizontal transfer electrode in the transfer direction by using the horizontal interlace method. Furthermore, since the solid-state imaging device 62 uses four-phase driving, it is not necessary to form a barrier region under each horizontal transfer electrode, unlike the two-phase driving that has been conventionally used. As a result, signal charges can be accumulated in the entire region under one horizontal transfer electrode, so that the width of the horizontal transfer unit 2 necessary for securing the amount of charge to be handled can be reduced. In particular, the solid-state imaging device 62 has an advantage that transfer from the first horizontal transfer unit 21 to the distribution transfer unit 23 can be facilitated by reducing the width of the first horizontal transfer unit 21. Furthermore, the capacity of the horizontal transfer electrode can be greatly reduced. Therefore, the solid-state imaging device 62 achieves low power consumption by reducing the capacity of the horizontal transfer electrode, lowering the voltage by using four-phase driving, and suppressing the increase of the horizontal transfer frequency by using parallel output. it can.
  • FIG. 23A to 23E are diagrams showing signal charge transfer in the normal mode by the solid-state imaging device 62.
  • FIG. FIG. 24 is a diagram illustrating drive timings related to sorting transfer between horizontal transfer units.
  • FIG. 24 shows the timing of transfer pulses applied from the vertical final electrode 13 to the electrodes related to the first horizontal transfer unit 21, the distribution transfer unit 23, and the second horizontal transfer unit 22 in the horizontal blanking period. .
  • the number of packets of the first horizontal transfer unit 21 and the second horizontal transfer unit 22 is 1 ⁇ 4 of the number of columns of the first vertical transfer unit 1. ing.
  • the solid-state imaging device 62 transfers the signal charge from the first vertical transfer unit 1 to the transfer control unit 6 (FIG. 23A), and thereafter, for example, 4 in the order of CR column, R column, L column, CL column.
  • the signal charges are transferred to the first horizontal transfer unit 21 through the transfer control unit 6 and the second vertical transfer unit 9 in each step.
  • the signal charges in the CR column are transferred to the first horizontal transfer unit 21, and then transferred from the first horizontal transfer unit 21 to the second horizontal transfer unit 22 via the distribution transfer unit 23 (FIG. 23B). .
  • the signal charges in the R column, L column, and CL column are changed to the signal charge. It is held by the storage electrode 7. Therefore, the signal charges in the R, L, and CL columns are not transferred to the first horizontal transfer unit 21.
  • the solid-state imaging device 62 transfers the signal charges in the R column to the first horizontal transfer unit 21, and then performs the first horizontal transfer to the output amplifier (FIG. 23C). Further, the signal charges in the L and CL columns that are not transferred to the first horizontal transfer unit 21 are selectively blocked by the transfer control unit 6 in the same manner as in the CR column transfer.
  • the solid-state imaging device 62 transfers the signal charges of the L columns to the first horizontal transfer unit 21, and further transfers them from the first horizontal transfer unit 21 to the second horizontal transfer unit 22 via the distribution transfer unit 23.
  • the operation is performed (FIG. 23D).
  • the solid-state imaging device 62 transfers the signal charges of the CL column to the first horizontal transfer unit 21, and then performs the second horizontal transfer to the output amplifier.
  • the solid-state imaging device 62 outputs one line of signal charge (FIG. 23E). Further, the remaining signal charges can be sequentially output by the same operation.
  • the first horizontal transfer unit 21 receives signal charges transferred from the vertical final electrode 13 by the first horizontal transfer electrode 24 to which ⁇ H1a is applied. Therefore, in the horizontal blanking period, ⁇ H1a first becomes a high level, and then ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 becomes a middle level at time t11. That is, ⁇ HHT applied to the transfer electrode 26 is set to the high level at time t10 before the time (time t11) when the signal charge is transferred from the imaging unit side to the vertical final electrode 13, and the second horizontal transfer electrode 25 is set. It is desirable to keep ⁇ H1b applied to the high level. As a result, when the vertical final electrode 13 reaches the middle level (time t11), a signal charge transfer path is formed up to the second horizontal transfer electrode 25.
  • ⁇ VL is sequentially set to low level at time t12, ⁇ H1a at time t13, and ⁇ HHT to low level at time t14. Is transferred. Thereby, the transfer operation from the vertical final electrode 13 to the second horizontal transfer unit 22 is completed.
  • the transfer pulse ⁇ HHT applied to the distribution transfer electrode 26 maintains the low level during the subsequent horizontal transfer period. Thereby, it is possible to prevent the signal charge transferred to the second horizontal transfer unit 22 from being mixed with the signal charge transferred from the vertical final electrode 13 to the first horizontal transfer unit 21 next time.
  • ⁇ H1a applied to the first horizontal transfer electrode 24 that receives the signal charge is again set to the high level, and then at time t16, ⁇ VL applied to the vertical final electrode 13 is set to the middle level. At time t17, ⁇ VL is changed to a low level. Thereby, the signal charge transfer operation from the vertical final electrode 13 to the first horizontal transfer unit 21 is completed. Thereafter, the solid-state imaging device 62 performs horizontal transfer.
  • 25A to 25C are diagrams showing signal charge transfer in the moving image mode by the solid-state imaging device 62.
  • FIG. The transfer operation between the first horizontal transfer unit 21 and the second horizontal transfer unit 22 is the same as that in the normal mode, except that the operation is performed once.
  • the solid-state imaging device 62 adds two pixels of signal charges of the same color adjacent in the horizontal direction in the moving image mode.
  • the signal charge is transferred to the transfer control unit 6.
  • the signal charges in the CR column and the L column are transferred to the second vertical transfer unit 9 via the transfer control unit 6 and added. Further, the added signal charge is transferred to the first horizontal transfer unit 21.
  • the signal charges in the R column and the CL column are not transferred to the second vertical transfer unit 9 by setting the signal charge storage electrode 7 of each column to the middle level and the transfer blocking electrode 8 to the low level. It is held under the signal charge storage electrode 7.
  • the signal charge obtained by adding the CR column and the L column transferred to the first horizontal transfer unit 21 is transferred to the second horizontal transfer unit 22 via the distribution transfer unit 23.
  • the signal charges in the R column and the CL column are transferred from the signal charge storage electrode 7 to the second vertical transfer unit 9 and added. Further, the added signal charge is transferred to the first horizontal transfer unit 21.
  • the solid-state imaging device 62 reduces the horizontal transfer electrode capacitance using horizontal interlace, and suppresses the increase in horizontal transfer frequency by parallel transfer using two horizontal transfer units. it can. Further, the solid-state imaging device 62 can reduce the width of the horizontal transfer unit by adopting the four-phase drive, and can drive the horizontal transfer unit with a low voltage, thereby realizing low power consumption. Furthermore, the solid-state imaging device 62 can cope with a multi-pixel moving image, and can reduce transfer problems between horizontal transfer units.
  • the solid-state imaging device is realized as an LSI which is an integrated circuit.
  • the present invention may be realized as a camera such as a digital still camera or a digital video camera including any one of the solid-state imaging device according to Embodiments 1 to 5 and the modifications thereof.
  • the present invention may be realized as a driving method of the solid-state imaging device that drives the solid-state imaging device according to Embodiments 1 to 5 and the modifications thereof.
  • the present invention can be applied to a solid-state imaging device, and is particularly useful as a solid-state imaging device for a digital still camera.

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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

固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ
　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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