JP3631000B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム転送方式の固体撮像素子の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、フレーム転送方式の固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【0003】
フレーム転送方式のCCD固体撮像素子は、撮像部i、蓄積部s、水平転送部h及び出力部dを有する。撮像部iは、垂直方向に延在し、互いに平行に配列された複数のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタの各ビットが受光画素を構成する。蓄積部sは、撮像部iのシフトレジスタに連続する遮光された複数のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタの各ビットが蓄積画素を構成する。水平転送部hは、水平方向に延在する単一のシフトレジスタからなり、各ビットに蓄積部sのシフトレジスタの出力が接続される。出力部dは、水平転送部hから転送出力される電荷を一時的に蓄積する容量及びその容量に蓄積された電荷を排出するリセットトランジスタを含む。これにより、撮像部iの各受光画素に蓄積される情報電荷は、各画素毎に独立して蓄積部sの蓄積画素へ転送された後、1行ずつ蓄積部sから水平転送部hへ転送され、さらに、1画素単位で水平転送部hから出力部dへ転送される。そして、出力部dで1画素毎の電荷量が電圧値に変換され、その電圧値の変化がCCD出力として外部回路へ供給される。
【0004】
図6は、図5のX−X線の断面図である。
【0005】
N型のシリコン基板1の一主面に、素子領域となるP型の拡散層2が形成される。このP型拡散層2の表面領域には、分離領域(図示せず)が形成され、この分離領域の間にチャネル領域が形成される。チャネル領域は、撮像部iから蓄積部sまで垂直方向に連続し、水平転送部hで水平方向に延在する。チャネル領域が形成されたシリコン基板1上には、それぞれのチャネル領域と交差するようにして複数の転送電極3i、3s、3hが配列される。撮像部i及び蓄積部sに形成される転送電極3i、3sは、それぞれ水平方向に延在して2層に形成され、多層の転送クロックを受けてチャネル領域内の情報電荷を一方向に転送出力する。水平転送部hに形成される転送電極3hは、撮像部i及び蓄積部sの転送電極3i、3sと交差して垂直方向に延在して形成され、蓄積部sから垂直転送される情報電荷を順次水平方向へ転送出力する。
【0006】
拡散層2は、撮像部iの領域2iで、チャネル領域の情報電荷を基板側へ排出しやすくするため、蓄積部sの領域2s及び水平転送部hの領域2hに比べて、不純物濃度が薄く形成される。即ち、シリコン基板1内においては、拡散層2の不純物濃度が低くなるほど、その領域で空乏層が広がりやすくなり、情報電荷がより深い位置で保持されるようになる。そこで、過剰露光によってオーバーフロー電荷の発生するおそれのある撮像部iでは、撮像部領域2iの不純物濃度を蓄積部領域2sや水平転送部領域2hの不純物濃度よりも低く形成することで、オーバーフロー電荷を容易に基板側へ排出できるようにしている。逆に、蓄積部sや水平転送部hでは、情報電荷が基板側へ不用意に排出されないようにするため、それぞれの領域2s、2hの不純物濃度を撮像部領域2iの不純物濃度よりも高く形成している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
フレーム転送方式の固体撮像素子の場合、撮像部iから蓄積部sまで連続するチャネル領域を通して情報電荷が連続的に転送される。このとき、撮像部iと蓄積部sとの接続部分では、拡散層2の各領域2i、2sの不純物濃度が異なるため、各転送電極3i、3sに同じレベルの転送クロックを印加したとしても、チャネル領域内のポテンシャルが一致しなくなる。このような撮像部iと蓄積部sとのポテンシャルの差は、撮像部iから蓄積部sへ情報電荷を転送する際の転送効率を劣化させる。
【0008】
そこで本発明は、フレーム転送方式の固体撮像素子で、撮像部から蓄積部への情報電荷の転送を効率よく行うようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、その特徴とするところは、一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の半導体層が形成され、上記半導体層の表面領域に分離領域が形成され、上記分離領域の間に一導電型のチャネル領域が形成され、この半導体層内に、複数の受光画素が行列配置されて各受光画素に情報電荷を蓄積する撮像部と、上記撮像部に隣接して配置されて上記複数の受光画素に蓄積された情報電荷を1画面単位で蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に隣接して配置されて上記蓄積部に蓄積された情報電荷を1行単位で取り出す水平転送部と、が形成され、上記半導体層の上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域が、互いに同一の不純物濃度を有し、上記半導体層の上記水平転送部の形成される領域が、上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域に比して高い不純物濃度を有するフレーム転送方式の固体撮像素子の駆動方法であって、上記撮像部の各受光画素に、光電変換によって生じる情報電荷を所定の期間蓄積する第1のステップと、上記蓄積部に情報電荷を取り込まない状態で、上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部側へ転送して上記半導体基板へ排出する第2のステップと、上記第2のステップに続き、上記蓄積部に情報電荷を取り込む状態で上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部へ転送する第3のステップと、上記第3のステップに続き、上記蓄積部に取り込まれた情報電荷を保持した状態で上記撮像部の各受光画素に残された情報電荷を上記半導体基板へ排出する第4のステップと、を含むことにある。
【0010】
本発明によれば、撮像部と蓄積部とを不純物濃度が同一の拡散層内に形成したことで、各転送電極に対する各チャネル領域内のポテンシャルのでき方が撮像部と蓄積部とで常に一致する。従って、撮像部から蓄積部へ情報電荷を転送するとき、その接続部で転送効率が劣化するのを防止できる。そして、第2のステップでは、撮像部の蓄積部側の一部の情報電荷が排出され、第3のステップでは、撮像部の中間の行の情報電荷が蓄積部へ読み出される。そして、第4のステップでは、第3のステップでの読み出しで残された撮像部の蓄積部とは反対側に位置する情報電荷が排出される。従って、第2のステップの排出動作と第3のステップの読み出し動作との設定により、撮像部の任意の行から情報電荷を読み出すことができる。
【0011】
さらに、本発明の特徴とするところは、前述の特徴に加えて、上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップから上記第4のステップの間ハイレベルに設定することにある。
【0012】
あるいは、上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップ及び上記第3のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップ及び上記第4のステップの間ハイレベルに設定することにある。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の固体撮像素子の構造を示す断面図であり、図6と同一部分を示している。
【0014】
N型のシリコン基板11の一主面に、素子領域となるP型の拡散層12が形成される。この拡散層12は、撮像部となる領域12i及び蓄積部となる領域12sの不純物濃度が均一に形成される。そして、水平転送部となる領域12hの不純物濃度が、撮像部領域12i及び蓄積部領域12sの不純物濃度よりも高く形成される。このような拡散層12の表面領域には、分離領域(図示せず)が形成され、この分離領域の間にチャネル領域が形成される。この分離領域は、図6と同一であり、チャネル領域は、撮像部から蓄積部まで垂直方向に連続し、水平転送部で水平方向に延在するように形成される。
【0015】
チャネル領域が形成されたシリコン基板11上に、各チャネル領域と交差するようにして複数の転送電極13i、13s、13hが配列される。撮像部及び蓄積部に形成される転送電極13i、13sは、それぞれ水平方向に延在して2層に形成され、例えば、4相の垂直転送クロックφv1〜φv4及び4相の蓄積転送クロックφs1〜φs4がそれぞれ印加される。これにより、撮像部のチャネル領域内に発生する情報電荷が、各画素毎に独立して撮像部から蓄積部へ転送された後、蓄積部から水平転送部へ順次転送される。水平転送部に形成される転送電極13hは、撮像部及び蓄積部の転送電極13i、13sと交差して垂直方向に延在して形成され、例えば、2相の水平転送クロックφh1、φh2が印加される。この水平転送クロックφh1、φh2は、蓄積転送クロックφs1〜φs4に同期し、蓄積部から転送出力される情報電荷を順次水平方向へ転送出力する。また、シリコン基板11には、基板側のポテンシャルを制御する基板クロックφbが印加される。
【0016】
不純物濃度が低く形成される拡散層12の撮像部領域12i及び蓄積部領域12sでは、水平転送部領域12hに比べて、チャネル領域の情報電荷がシリコン基板11側へ排出されやすくなっている。このため、情報電荷の転送期間においては、基板クロックφbを立ち下げておくことでシリコン基板11側のポテンシャルを高くし、情報電荷が転送過程で不用意にシリコン基板11側へ排出されないようにしている。
【0017】
以上の固体撮像素子においては、拡散層12の撮像部領域12iと蓄積部領域12sとで不純物濃度が均一に形成されるため、撮像部と蓄積部とでチャネル領域内のポテンシャルが同じ条件によって制御される。従って、垂直転送クロックφv1〜φv4と蓄積転送クロックφs1〜φs4とのレベルを合わせておけば、撮像部と蓄積部との接続部分でチャネル領域内にポテンシャルの段差が形成されることはなく、転送効率の劣化を防止できる。
【0018】
また、不純物濃度が低く形成される拡散層12においては、情報電荷を蓄積するポテンシャル井戸が、深い位置に形成されるようになる。即ち、拡散層12の不純物濃度を低くすると、シリコン基板11内に空乏層が広がりやすくなり、シリコン基板11内のポテンシャルプロファイルは、図2の実線aに示すように、不純物濃度の高い波線bの場合と比べて、情報電荷を蓄積するポテンシャル井戸がシリコン基板11の深部へ移動する。従って、蓄積部においても、撮像部と同様に、Si−SiO2界面から離れた位置で情報電荷を転送できるようになるため、転送効率の改善が図れる。
【0019】
図3は、本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタイミング図である。この駆動方法は、図1に示す本発明の固体撮像素子に対して適用される。
【0020】
垂直転送クロックφv1〜φv4は、全てローレベルに立ち下げられた後、φv1、φv2のみが立ち上げられた状態で期間Lの間固定される。この垂直転送クロックφv1〜φv4に対応して、基板クロックφbが一旦ハイレベルに立ち上げられた後、期間Lの間ローレベルに固定される。これにより、撮像部のチャネル領域では、情報電荷が一旦排出された後、期間Lの間に発生する情報電荷が蓄積される。
【0021】
続くタイミングt1において、垂直転送クロックφv1〜φv4が互いにπ/2の位相差を保ちながらクロッキングされると、撮像部のチャネル領域の情報電荷は蓄積部側へ転送される。このとき、蓄積転送クロックφs1〜φs4は、全てローベルに固定されており、撮像部から転送出力される情報電荷は、蓄積部に取り込まれることなく、シリコン基板11側へ排出される。
【0022】
期間D1を経過したタイミングt2において、蓄積転送クロックφs1〜φs4が垂直転送クロックφv1〜φv4に同期してクロッキングされると、それまではシリコン基板11側へ排出されていた情報電荷が蓄積部に取り込まれるようになる。この情報電荷の取り込みは、タイミングt3において垂直転送クロックφv1〜φv4及び蓄積転送クロックφs1〜φs4のクロッキングが停止されるまで行われる。そして、タイミングt3において垂直転送クロックφv1〜φv4及び蓄積転送クロックφs1〜φs4のクロッキングが停止された後には、期間D2を経過したタイミングt4までの間、垂直転送クロックφv1〜φv4が全てローレベルに固定される。これと同時に、蓄積転送クロックφs1〜φs4の内、φs1及びφs2がローレベルに固定され、φs3及びφs4がハイレベルに固定される。これにより、撮像部から蓄積部に取り込まれた情報電荷は、蓄積部のチャネル領域に保持され、撮像部に残された情報電荷は、シリコン基板11側へ排出される。タイミングt4以降は、蓄積転送クロックφs1〜φs4が水平走査周期でクロッキングされ、蓄積部に保持された情報電荷を1行ずつ水平転送部へ転送出力する。
【0023】
以上の駆動方法によれば、駆動タイミングt2、t3の設定により、撮像部の任意の行から情報電荷を読み出すことができるようになる。即ち、図4に示すように、タイミングt1からタイミングt2の間に設定される期間D1において、蓄積部sに隣接する撮像部iの領域▲1▼の情報電荷が排出され、その後に、情報電荷の読み出しが開始される。そして、タイミングt3からタイミングt4の間に設定される期間D2において、蓄積部sとは反対側の撮像部iの領域▲2▼の情報電荷が排出される。尚、領域▲2▼の情報電荷については、撮像部iに残したままの状態とし、次の撮像動作で全ての情報電荷を一旦排出させるようにしてもよい。従って、タイミングt2によって撮像部i内の読み出し開始位置が設定され、タイミングt3によって読み出し終了位置が設定される。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像部と蓄積部とを同じ条件で動作させることができ、駆動回路の設定を簡略化できると共に、撮像部から蓄積部への情報電荷の転送効率が劣化するのを防止できる。
【0025】
また、本発明の駆動方法によれば、撮像部の任意の位置から情報電荷を読み出すことが可能になり、撮像領域の一部を取り出す際、画像信号に対する信号処理を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の構造を示す断面図である。
【図2】基板内のポテンシャルの状態を示すプロファイル図である。
【図3】本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタイミング図である。
【図4】情報電荷の読み出し領域を示す概略図である。
【図5】従来のフレーム転送方式の固体撮像素子の概略を示す平面図である。
【図6】図5のX−X線の断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
i 撮像部
s 蓄積部
h 水平転送部
d 出力部
1、11 シリコン基板
2、12 P型拡散層
3i、3s、3h、13i、13s、13h 転送電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム転送方式の固体撮像素子の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、フレーム転送方式の固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【0003】
フレーム転送方式のCCD固体撮像素子は、撮像部i、蓄積部s、水平転送部h及び出力部dを有する。撮像部iは、垂直方向に延在し、互いに平行に配列された複数のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタの各ビットが受光画素を構成する。蓄積部sは、撮像部iのシフトレジスタに連続する遮光された複数のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタの各ビットが蓄積画素を構成する。水平転送部hは、水平方向に延在する単一のシフトレジスタからなり、各ビットに蓄積部sのシフトレジスタの出力が接続される。出力部dは、水平転送部hから転送出力される電荷を一時的に蓄積する容量及びその容量に蓄積された電荷を排出するリセットトランジスタを含む。これにより、撮像部iの各受光画素に蓄積される情報電荷は、各画素毎に独立して蓄積部sの蓄積画素へ転送された後、1行ずつ蓄積部sから水平転送部hへ転送され、さらに、1画素単位で水平転送部hから出力部dへ転送される。そして、出力部dで1画素毎の電荷量が電圧値に変換され、その電圧値の変化がCCD出力として外部回路へ供給される。
【0004】
図6は、図5のX−X線の断面図である。
【0005】
N型のシリコン基板1の一主面に、素子領域となるP型の拡散層2が形成される。このP型拡散層2の表面領域には、分離領域(図示せず)が形成され、この分離領域の間にチャネル領域が形成される。チャネル領域は、撮像部iから蓄積部sまで垂直方向に連続し、水平転送部hで水平方向に延在する。チャネル領域が形成されたシリコン基板1上には、それぞれのチャネル領域と交差するようにして複数の転送電極3i、3s、3hが配列される。撮像部i及び蓄積部sに形成される転送電極3i、3sは、それぞれ水平方向に延在して2層に形成され、多層の転送クロックを受けてチャネル領域内の情報電荷を一方向に転送出力する。水平転送部hに形成される転送電極3hは、撮像部i及び蓄積部sの転送電極3i、3sと交差して垂直方向に延在して形成され、蓄積部sから垂直転送される情報電荷を順次水平方向へ転送出力する。
【0006】
拡散層2は、撮像部iの領域2iで、チャネル領域の情報電荷を基板側へ排出しやすくするため、蓄積部sの領域2s及び水平転送部hの領域2hに比べて、不純物濃度が薄く形成される。即ち、シリコン基板1内においては、拡散層2の不純物濃度が低くなるほど、その領域で空乏層が広がりやすくなり、情報電荷がより深い位置で保持されるようになる。そこで、過剰露光によってオーバーフロー電荷の発生するおそれのある撮像部iでは、撮像部領域2iの不純物濃度を蓄積部領域2sや水平転送部領域2hの不純物濃度よりも低く形成することで、オーバーフロー電荷を容易に基板側へ排出できるようにしている。逆に、蓄積部sや水平転送部hでは、情報電荷が基板側へ不用意に排出されないようにするため、それぞれの領域2s、2hの不純物濃度を撮像部領域2iの不純物濃度よりも高く形成している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
フレーム転送方式の固体撮像素子の場合、撮像部iから蓄積部sまで連続するチャネル領域を通して情報電荷が連続的に転送される。このとき、撮像部iと蓄積部sとの接続部分では、拡散層2の各領域2i、2sの不純物濃度が異なるため、各転送電極3i、3sに同じレベルの転送クロックを印加したとしても、チャネル領域内のポテンシャルが一致しなくなる。このような撮像部iと蓄積部sとのポテンシャルの差は、撮像部iから蓄積部sへ情報電荷を転送する際の転送効率を劣化させる。
【0008】
そこで本発明は、フレーム転送方式の固体撮像素子で、撮像部から蓄積部への情報電荷の転送を効率よく行うようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、その特徴とするところは、一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の半導体層が形成され、上記半導体層の表面領域に分離領域が形成され、上記分離領域の間に一導電型のチャネル領域が形成され、この半導体層内に、複数の受光画素が行列配置されて各受光画素に情報電荷を蓄積する撮像部と、上記撮像部に隣接して配置されて上記複数の受光画素に蓄積された情報電荷を1画面単位で蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に隣接して配置されて上記蓄積部に蓄積された情報電荷を1行単位で取り出す水平転送部と、が形成され、上記半導体層の上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域が、互いに同一の不純物濃度を有し、上記半導体層の上記水平転送部の形成される領域が、上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域に比して高い不純物濃度を有するフレーム転送方式の固体撮像素子の駆動方法であって、上記撮像部の各受光画素に、光電変換によって生じる情報電荷を所定の期間蓄積する第1のステップと、上記蓄積部に情報電荷を取り込まない状態で、上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部側へ転送して上記半導体基板へ排出する第2のステップと、上記第2のステップに続き、上記蓄積部に情報電荷を取り込む状態で上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部へ転送する第3のステップと、上記第3のステップに続き、上記蓄積部に取り込まれた情報電荷を保持した状態で上記撮像部の各受光画素に残された情報電荷を上記半導体基板へ排出する第4のステップと、を含むことにある。
【0010】
本発明によれば、撮像部と蓄積部とを不純物濃度が同一の拡散層内に形成したことで、各転送電極に対する各チャネル領域内のポテンシャルのでき方が撮像部と蓄積部とで常に一致する。従って、撮像部から蓄積部へ情報電荷を転送するとき、その接続部で転送効率が劣化するのを防止できる。そして、第2のステップでは、撮像部の蓄積部側の一部の情報電荷が排出され、第3のステップでは、撮像部の中間の行の情報電荷が蓄積部へ読み出される。そして、第4のステップでは、第3のステップでの読み出しで残された撮像部の蓄積部とは反対側に位置する情報電荷が排出される。従って、第2のステップの排出動作と第3のステップの読み出し動作との設定により、撮像部の任意の行から情報電荷を読み出すことができる。
【0011】
さらに、本発明の特徴とするところは、前述の特徴に加えて、上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップから上記第4のステップの間ハイレベルに設定することにある。
【0012】
あるいは、上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップ及び上記第3のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップ及び上記第4のステップの間ハイレベルに設定することにある。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の固体撮像素子の構造を示す断面図であり、図6と同一部分を示している。
【0014】
N型のシリコン基板11の一主面に、素子領域となるP型の拡散層12が形成される。この拡散層12は、撮像部となる領域12i及び蓄積部となる領域12sの不純物濃度が均一に形成される。そして、水平転送部となる領域12hの不純物濃度が、撮像部領域12i及び蓄積部領域12sの不純物濃度よりも高く形成される。このような拡散層12の表面領域には、分離領域(図示せず)が形成され、この分離領域の間にチャネル領域が形成される。この分離領域は、図6と同一であり、チャネル領域は、撮像部から蓄積部まで垂直方向に連続し、水平転送部で水平方向に延在するように形成される。
【0015】
チャネル領域が形成されたシリコン基板11上に、各チャネル領域と交差するようにして複数の転送電極13i、13s、13hが配列される。撮像部及び蓄積部に形成される転送電極13i、13sは、それぞれ水平方向に延在して2層に形成され、例えば、4相の垂直転送クロックφv1〜φv4及び4相の蓄積転送クロックφs1〜φs4がそれぞれ印加される。これにより、撮像部のチャネル領域内に発生する情報電荷が、各画素毎に独立して撮像部から蓄積部へ転送された後、蓄積部から水平転送部へ順次転送される。水平転送部に形成される転送電極13hは、撮像部及び蓄積部の転送電極13i、13sと交差して垂直方向に延在して形成され、例えば、2相の水平転送クロックφh1、φh2が印加される。この水平転送クロックφh1、φh2は、蓄積転送クロックφs1〜φs4に同期し、蓄積部から転送出力される情報電荷を順次水平方向へ転送出力する。また、シリコン基板11には、基板側のポテンシャルを制御する基板クロックφbが印加される。
【0016】
不純物濃度が低く形成される拡散層12の撮像部領域12i及び蓄積部領域12sでは、水平転送部領域12hに比べて、チャネル領域の情報電荷がシリコン基板11側へ排出されやすくなっている。このため、情報電荷の転送期間においては、基板クロックφbを立ち下げておくことでシリコン基板11側のポテンシャルを高くし、情報電荷が転送過程で不用意にシリコン基板11側へ排出されないようにしている。
【0017】
以上の固体撮像素子においては、拡散層12の撮像部領域12iと蓄積部領域12sとで不純物濃度が均一に形成されるため、撮像部と蓄積部とでチャネル領域内のポテンシャルが同じ条件によって制御される。従って、垂直転送クロックφv1〜φv4と蓄積転送クロックφs1〜φs4とのレベルを合わせておけば、撮像部と蓄積部との接続部分でチャネル領域内にポテンシャルの段差が形成されることはなく、転送効率の劣化を防止できる。
【0018】
また、不純物濃度が低く形成される拡散層12においては、情報電荷を蓄積するポテンシャル井戸が、深い位置に形成されるようになる。即ち、拡散層12の不純物濃度を低くすると、シリコン基板11内に空乏層が広がりやすくなり、シリコン基板11内のポテンシャルプロファイルは、図2の実線aに示すように、不純物濃度の高い波線bの場合と比べて、情報電荷を蓄積するポテンシャル井戸がシリコン基板11の深部へ移動する。従って、蓄積部においても、撮像部と同様に、Si−SiO2界面から離れた位置で情報電荷を転送できるようになるため、転送効率の改善が図れる。
【0019】
図3は、本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタイミング図である。この駆動方法は、図1に示す本発明の固体撮像素子に対して適用される。
【0020】
垂直転送クロックφv1〜φv4は、全てローレベルに立ち下げられた後、φv1、φv2のみが立ち上げられた状態で期間Lの間固定される。この垂直転送クロックφv1〜φv4に対応して、基板クロックφbが一旦ハイレベルに立ち上げられた後、期間Lの間ローレベルに固定される。これにより、撮像部のチャネル領域では、情報電荷が一旦排出された後、期間Lの間に発生する情報電荷が蓄積される。
【0021】
続くタイミングt1において、垂直転送クロックφv1〜φv4が互いにπ/2の位相差を保ちながらクロッキングされると、撮像部のチャネル領域の情報電荷は蓄積部側へ転送される。このとき、蓄積転送クロックφs1〜φs4は、全てローベルに固定されており、撮像部から転送出力される情報電荷は、蓄積部に取り込まれることなく、シリコン基板11側へ排出される。
【0022】
期間D1を経過したタイミングt2において、蓄積転送クロックφs1〜φs4が垂直転送クロックφv1〜φv4に同期してクロッキングされると、それまではシリコン基板11側へ排出されていた情報電荷が蓄積部に取り込まれるようになる。この情報電荷の取り込みは、タイミングt3において垂直転送クロックφv1〜φv4及び蓄積転送クロックφs1〜φs4のクロッキングが停止されるまで行われる。そして、タイミングt3において垂直転送クロックφv1〜φv4及び蓄積転送クロックφs1〜φs4のクロッキングが停止された後には、期間D2を経過したタイミングt4までの間、垂直転送クロックφv1〜φv4が全てローレベルに固定される。これと同時に、蓄積転送クロックφs1〜φs4の内、φs1及びφs2がローレベルに固定され、φs3及びφs4がハイレベルに固定される。これにより、撮像部から蓄積部に取り込まれた情報電荷は、蓄積部のチャネル領域に保持され、撮像部に残された情報電荷は、シリコン基板11側へ排出される。タイミングt4以降は、蓄積転送クロックφs1〜φs4が水平走査周期でクロッキングされ、蓄積部に保持された情報電荷を1行ずつ水平転送部へ転送出力する。
【0023】
以上の駆動方法によれば、駆動タイミングt2、t3の設定により、撮像部の任意の行から情報電荷を読み出すことができるようになる。即ち、図4に示すように、タイミングt1からタイミングt2の間に設定される期間D1において、蓄積部sに隣接する撮像部iの領域▲1▼の情報電荷が排出され、その後に、情報電荷の読み出しが開始される。そして、タイミングt3からタイミングt4の間に設定される期間D2において、蓄積部sとは反対側の撮像部iの領域▲2▼の情報電荷が排出される。尚、領域▲2▼の情報電荷については、撮像部iに残したままの状態とし、次の撮像動作で全ての情報電荷を一旦排出させるようにしてもよい。従って、タイミングt2によって撮像部i内の読み出し開始位置が設定され、タイミングt3によって読み出し終了位置が設定される。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像部と蓄積部とを同じ条件で動作させることができ、駆動回路の設定を簡略化できると共に、撮像部から蓄積部への情報電荷の転送効率が劣化するのを防止できる。
【0025】
また、本発明の駆動方法によれば、撮像部の任意の位置から情報電荷を読み出すことが可能になり、撮像領域の一部を取り出す際、画像信号に対する信号処理を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の構造を示す断面図である。
【図2】基板内のポテンシャルの状態を示すプロファイル図である。
【図3】本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタイミング図である。
【図4】情報電荷の読み出し領域を示す概略図である。
【図5】従来のフレーム転送方式の固体撮像素子の概略を示す平面図である。
【図6】図5のX−X線の断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
i 撮像部
s 蓄積部
h 水平転送部
d 出力部
1、11 シリコン基板
2、12 P型拡散層
3i、3s、3h、13i、13s、13h 転送電極
Claims (3)
- 一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の半導体層が形成され、上記半導体層の表面領域に分離領域が形成され、上記分離領域の間に一導電型のチャネル領域が形成され、この半導体層内に、複数の受光画素が行列配置されて各受光画素に情報電荷を蓄積する撮像部と、上記撮像部に隣接して配置されて上記複数の受光画素に蓄積された情報電荷を1画面単位で蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に隣接して配置されて上記蓄積部に蓄積された情報電荷を1行単位で取り出す水平転送部と、が形成され、上記半導体層の上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域が、互いに同一の不純物濃度を有し、上記半導体層の上記水平転送部の形成される領域が、上記撮像部及び上記蓄積部が形成される領域に比して高い不純物濃度を有するフレーム転送方式の固体撮像素子の駆動方法であって、上記撮像部の各受光画素に、光電変換によって生じる情報電荷を所定の期間蓄積する第1のステップと、上記蓄積部に情報電荷を取り込まない状態で、上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部側へ転送して上記半導体基板へ排出する第2のステップと、上記第2のステップに続き、上記蓄積部に情報電荷を取り込む状態で上記撮像部の各受光画素に蓄積された情報電荷を上記受光画素の行数よりも少ない行数だけ上記撮像部から上記蓄積部へ転送する第3のステップと、上記第3のステップに続き、上記蓄積部に取り込まれた情報電荷を保持した状態で上記撮像部の各受光画素に残された情報電荷を上記半導体基板へ排出する第4のステップと、を含むことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
- 上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップから上記第4のステップの間ハイレベルに設定することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。
- 上記一導電型はN型であり、上記半導体基板の電位を、上記第1のステップ及び上記第3のステップの間ローレベルに設定し、上記第2のステップ及び上記第4のステップの間ハイレベルに設定することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。
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