JP2851631B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置の駆動方法

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JP2851631B2 JP63315446A JP31544688A JP2851631B2 JP 2851631 B2 JP2851631 B2 JP 2851631B2 JP 63315446 A JP63315446 A JP 63315446A JP 31544688 A JP31544688 A JP 31544688A JP 2851631 B2 JP2851631 B2 JP 2851631B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像装置、とりわけ、いわゆるフレーム
インターライン転送固体撮像装置(以下FITCCDと称す
る)の駆動方法に関するものである。
従来の技術 FITCCDは、いわゆるスミア現象が非常に少ない固体撮
像装置として、しばしば用いられている。
以下、図面を参照しながら、従来のFITCCDの駆動方法
について説明する。
第2図はFITCCDの構成を示し、第3図は第2図の破線
で囲まれた領域を拡大して示した図である。
まず、FITCCDの構成について説明する。第2図におい
て、1は撮像部、2は光電変換素子、3は光電変換素子
2に蓄積された信号電荷を垂直方向へ転送するための垂
直CCD、4は垂直CCD3によって転送された信号電荷を蓄
積するための蓄積領域、5は蓄積領域4に蓄積された電
荷を水平方向へ転送するための水平CCD、6は水平CCD5
によって転送された信号電荷を検知し出力する出力部、
7は不要電荷を排出するためのドレイン部である。
第3図において、2−1〜2−4は光電変換素子、11
は垂直CCDのチャンネル領域、12−1,12−2,13−1,13−
2,14−1,14−2,15−1,15−2は垂直CCDの転送電極であ
り、これらのうちの転送電極12−1,12−2,14−1,14−2
は光電変換素子2−1,2−3,2−2,2−4から信号電荷を
読み出すための読み出し電極を兼ねている。なお、以降
の記載において、たとえば転送電極12−1,12−2という
ように二つの転送電極をあわせて表示するときには、単
に転送電極12と表記し、他の転送電極についても同様の
表記をする。
16−1,16−2,16−3,16−4は、それぞれ転送電極12−
1と光電変換素子2−1との重なり部、転送電極14−1
と光電変換素子2−2との重なり部、転送電極12−2と
光電変換素子2−3との重なり部、転送電極14−2と光
電変換素子2−4との重なり部である。
第4図(a)は第3図A−A′線に沿った断面図であ
り、同図(b)は電位分布図である。
第4図(a)に示すように、光電変換素子2−1はP
型の半導体基板の一主面に沿って形成されたN型領域
で、転送電極12−1の重なり部16−1とは電気的に離間
された状態で重なり合っている。なお、転送電極12−1
直下のN型領域は垂直CCDのチャンネル領域である。
第4図(b)において、実線20は転送電極12に印加さ
れる電圧パルスφ1が第5図に示すLレベル時の電位分
布を示し、破線21は同じくMレベル時の電位分布を示
す。
伝送電極12,13,14,15には、それぞれ第5図に示す電
圧パルスφ1,φ2,φ3,φ4が印加される。期間t2で光電
変換素子から垂直CCDへ信号電荷を読み出し、期間t3で
信号電荷を蓄積部4へ高速で転送する。期間t4で光照射
による信号電荷を集積する。
発明が解決しようとする課題 このような従来の駆動方法では、以下のような欠点が
あった。
第4図(b)において、転送電極12−1の重なり部16
−1の電位が電圧パルスLレベル印加時には非空乏化状
態となるのに対して、Mレベル印加時には空乏化状態と
なる。このため、Lレベル印加時には暗電流の発生が非
常に少ないのに対して、Mレベル印加時には界面準位を
介して暗電流が多量に発生する。
これは、Mレベル印加時間が長い光電変換素子には多
量の暗電流が発生することを意味し、この暗電流の発生
量の“むら”のために、この駆動方法では再生画像の品
質がいちじるしく劣化する。
本発明は上記欠点に鑑み、このような固体撮像素子を
用いた場合にも暗電流の発生が少なく、良好な再生画像
を得ることができる駆動方法を提供しようとするもので
ある。
課題を解決するための手段 上記欠点を解決するために、本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、一導電型の半導体基板上に、光電変換領域
を形成する反対導電型の第1の半導体領域と、読み出し
電圧パルスを印加することにより前記光電変換領域に蓄
積された電荷の読み出しをする読み出し電極と、前記光
電変換領域表面に前記光電変換領域の電荷読み出し側の
端部とは離間して形成された一導電型の第2の半導体領
域と、読み出された前記電荷を受け取り転送する複数の
転送電極を持つ第1の転送手段とを備え、前記読み出し
電極が、前記第1の転送手段側から前記光電変換領域表
面の前記第2の半導体領域端上にまで延在して設けられ
た固体撮像装置を駆動する際に、前記光電変換領域に蓄
積された電荷の読み出しをする読み出し期間および前記
前記第1の転送手段内で電荷を転送する転送動作時以外
の期間、前記読み出し電極に前記読み出し電圧パルスと
逆極性の電圧を印加することにより前記読み出し電極下
の前記光電変換領域表面を非空乏化状態とすることを特
徴とする。
なお、上記読み出し電極とは、光電変換領域から第1
の転送手段へ電荷を読み出すための電極であり、後述の
第4の実施例にその例を示すように、読み出し電極から
の電荷を受け取る転送電極が読み出し電極を兼ねるもの
や、読み出し電極から電荷を受け取る転送電極が読み出
し電極と分離した構造のものなどがある。
作用 このような電圧の印加方法とすることによって、電荷
の読み出し転送電極と光電変換素子との重なり部の界面
順位が、垂直周期の期間内の、電荷の読み出し期間なら
びにその前後に付随する電荷吹き出し期間および電荷転
送期間を除いた残余の期間中、暗電流の発生源として作
用しなくなり、再生画像の品質をいちじるしく改善する
ことができる。
実施例 まず、本発明の駆動方法を第2図、第3図および第4
図(a)に示した構造の固体撮像装置に適用した実施例
について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施例) 本発明の第1の実施例の駆動方法について、第1図の
電圧波形図を用いて説明する。同図において、φ1,φ2,
φ3,φ4はそれぞれ転送電極12,13,14,15に印加される
電圧パルスである。
本実施例の駆動方法が第5図に示した従来の駆動方法
ともっとも異なるところは、本実施例の駆動方法では、
期間t4に電圧パルスφ1がLレベルになり、電圧パルス
φ4がHレベルとなっているのに対して、従来の駆動方
法では、期間t4に電圧パルスφ1がMレベルになり、電
圧パルスφ4がLレベルとなっていることである。
すなわち、本実施例は、垂直期間で電荷の非読み出し
時である、たとえば光電変換素子2−1〜2−4に電荷
を集積している期間t4では、電圧パルスφ1,φ3をLレ
ベルとし、電荷の読み出し期間t2におけるHレベルとは
反対の極性とする。これによって、光電変換素子2−1
〜2−4と転送電極との重なり部16−1〜1−4での暗
電流の発生がいちじるしく減少し、再生画像の品質が改
善される。
(第2の実施例) 本発明の第2の実施例の駆動方法について、第6図を
用いて説明する。
本実施例では、電圧パルスφ1,φ2,φ3,φ4が、とも
に、光電変換素子2−1〜2−4からの電荷の読み出し
期間t2にはHレベルであるのに対して、電荷集積期間t4
ではLレベルとしており、これによって垂直CCD内で発
生する暗電流も減少させることができる。
(第3の実施例) 本発明の第3の実施例の駆動方法について、第7図を
用いて説明する。
本実施例では、第1の実施例の方法に加えて、さらに
光電変換素子2から信号電荷を読み出す期間t2の前に、
垂直CCD内に存在している暗電流やスミア電荷等の不要
電荷を高速に転送して排出する期間t1が設けられてい
る。このときの転送排出方向はドレイン7の方向であっ
てもよいし、蓄積部4の方向であってもよい。
これによって、光電変換素子2に発生する暗電流をい
ちじるしく減少させるだけでなく、垂直CCD内で発生し
た暗電流の影響をなくすことができ、この固体撮像素子
を用いたときの再生画像の品質をさらに大幅に改善する
ことができる。
(第4の実施例) 本発明の第4の実施例を駆動方法について、第8図を
用いて説明する。
本実施例では、第2の実施例の方法に加えて、さらに
光電変換素子2から信号電荷を読み出す期間t2の前に、
垂直CCD内に存在している暗電流やスミア電荷等の不要
電荷を高速に転送して排出するための期間t1が設けられ
ている。
これによって、光電変換素子2に発生する暗電流をい
ちじるしく減少させるだけでなく、垂直CCD内で発生し
た暗電流の影響をなくすことができ、この固体撮像素子
を用いたときの再生画像の品質をさらに大幅に改善する
ことができる。
上述の実施例では光電変換素子2が第4図(a)に示
した構造の固体撮像素子を駆動する方法について説明し
てきたが、第9図に示すように、光電変換素子2−1の
転送電極12−1との重なり部16−1以外の部分の少なく
とも一部分をP型領域30で覆った構造の固体撮像素子に
本発明の駆動方法を適用した場合、P型領域30で覆った
部分の界面準位は暗電流の発生に寄与しないため、本発
明の方法によって減少させられる暗電流の相対的割合が
大きくなり、より改善効果が大きくなる。
さらに光電変換素子2−1における重なり部16−1以
外の部分のすべてをP型領域30で覆った構造の固体撮像
素子を、本発明の駆動方法で駆動した場合、より一層そ
の効果が大きくなることは明らかである。
また、空乏層が存在しないことによって大きな効果が
得られることから、光電変換素子2−1のN型領域の面
密度が所定量以下であることによって、より大きな効果
が得られる。
またこれまでは光電変換素子2から垂直CCDへの読み
出し転送電極と、垂直CCDの転送電極12〜15とを兼ねた
電極構造の固体撮像素子について実施例を示してきた
が、これらの電極が分離された構造の素子においても同
等の効果があることは明らかである。
発明の効果 以上のように、本発明の固体撮像装置の駆動方法によ
れば、垂直周期の期間内の、電荷の読み出し期間ならび
にそれに付随する電荷転送期間または電荷転送期間およ
び電荷掃き出し期間を除いた残余の期間に印加する電圧
を、電荷の読み出し時に印加する電圧とは逆の極性とす
るので、暗電流の発生が大幅に減少し、再生画像に品質
をいちじるしく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の駆動方法を説明するた
めの電圧波形図、第2図はFITCCDの構成を示す図、第3
図は第2図に示したFITCCDの撮像部内の構成を示す図、
第4図(a)はその画素部の断面図、同図(b)はその
電位分布を示す図、第5図は従来例の駆動方法を説明す
るための電圧波形図、第6図は本発明の第2の実施例の
駆動方法を説明するための電圧波形図、第7図は同じく
第3の実施例の駆動方法を説明するための電圧波形図、
第8図は同じく第4図の実施例の駆動方法を説明するた
めの電圧波形図、第9図は本発明を効果を一層高めた固
体撮像素子を構造を示す断面図である。 1……撮像部、2……光電変換素子、3……垂直CCD、
4……蓄積部、5……水平CCD、6……出力部、7……
ドレイン部、12〜15……転送電極、16……光電変換素子
と読み出し転送電極との重なり部、30……P型領域、φ
1……転送電極12に印加される電圧パルス、φ2……転
送電極13に印加される電圧パルス、φ3……転送電極14
に印加される電圧パルス、φ4……転送電極15に印加さ
れる電圧パルス、t1……垂直CCD内の不要電荷掃き出し
期間、t2……光電変換素子内の信号電荷の読み出し期
間、t3……信号電荷の高速転送期間、t4……光電変換素
子内への信号電荷集積期間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺川 澄雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (72)発明者 尾崎 正義 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−134676(JP,A) 特開 昭59−130466(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板上に、光電変換領域
    を形成する反対導電型の第1の半導体領域と、読み出し
    電圧パルスを印加することにより前記光電変換領域に蓄
    積された電荷の読み出しをする読み出し電極と、前記光
    電変換領域表面に前記光電変換領域の電荷読み出し側の
    端部とは離間して形成された一導電型の第2の半導体領
    域と、読み出された前記電荷を受け取り転送する複数の
    転送電極を持つ第1の転送手段とを備え、前記読み出し
    電極が、前記第1の転送手段側から前記光電変換領域表
    面の前記第2の半導体領域端上にまで延在して設けられ
    た固体撮像装置を駆動する際に、 前記光電変換領域に蓄積された電荷の読み出しをする読
    み出し期間および前記前記第1の転送手段内で電荷を転
    送する転送動作時以外の期間、前記読み出し電極に前記
    読み出し電圧パルスと逆極性の電圧を印加することによ
    り前記読み出し電極下の前記光電変換領域表面を非空乏
    化状態とすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方
    法。
  2. 【請求項2】第1の運転手段によって転送された電荷を
    受け取り蓄積転送する第2の転送手段を備えた固体撮像
    装置を駆動する際に、 読み出し電極と、複数の転送電極のうちの少なくとも前
    記読み出し電極からの信号電荷を受け取る転送電極と
    に、読み出し電圧パルスと逆極性の電圧を印加して前記
    読み出し電極下の前記光電変換領域表面を非空乏化状態
    とする期間が、第1の読み出し期間に続く前記第1の転
    送手段から前記第2の転送手段に前記電荷を転送する期
    間の後から、次の第2の読み出し期間の前まで、あるい
    は前記第2の読み出し期間の前に設けられた前記第1の
    転送手段内の不要電荷を掃き出すための電荷掃き出し期
    間の前までであることを特徴とする請求項1記載の固体
    撮像装置の駆動方法。
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