JPS5928772A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本弛明は、固体ＩＭ　ｆオ装置の駆Ｎｉｂ方法、特に先
に本出願人が提案した固体撮像装置において、その受光
部としてＰＮ接合型センサを用いた場合にも残像を出来
るだけ減少させるようにした駆動方法に関する。

固体撮像装置においては、その受光部として短波長の感
度が良いＰＮ接合型センサを用いる場合、残像が発生し
、固体撮像装置としての％徴が損うことが知られている
。従来ＰＮ接合型セン？な使用して残像を発生させない
ようにするには、センサ領域を完全に壁之化して読み出
す方法が知られている。しかし５表面近傍を空乏化する
ことは、５ｔ−８ｉ０２界面準位による暗電流が増加す
ることや。

酸化膜中及び膜上のび遊゛ｍ荷の影響を受けやすく、信
頼性に問題があった。又、それを抑制するために表面の
浅い領域をホール（Ｎチャンネルの場合）で’Ｌ’ｌｈ
旨こして安定化することも報告されているが、知波長の
感度を低下させることも光分考慮する必委がある。

上記提案の固体撮像装置において、受光部としてＰＮｆ
ｉ合型センツーを用いた場合の残像が発生する原因の一
つには、読み出しゲート部のチャンネル長が短がい場合
（２〜３μｍ以下）、所謂ショートチャンネル変調に起
因することが考えられる。

１尺に、読み出しゲート部のチャンネル長が短かい場合
の残像発生の機１’：Ｉについて述るも、まず上記固体
撮像装置の概要について説明する。

この固体撮像装置は、狗′↓１図に示すよ５　Ｋ　＊　
（Ｗｒ転送装置α例えばＣＣＤ構成による複数列の垂直
シフトレジスタ（］）の群及びこれら各垂直シフトレジ
スタ（１）間にあって′Ｉ′Ｉｉ荀の蓄積可能な光Ｉｆ
変換部ｕ１ノち各絵素にダ」応する受光部（２）を自す
る感光領域（３）と、感光領域（３）の各垂直シフトレ
ジスタＨの一端に電気的に結合されたＩｉ’ｆＪ様のＣ
ＣＤＪｆ＆成による垂直シフトレジスタ（４）の群から
なる記憶部（５）と、この記憶ｇ＋＋　（！５＋に結合
された同様にＣＯＤ　４ｇ成による水平シフトレジスタ
（６）とを備えて成るＵ感光領域（３）においては各受
光部（２）の−側即ち対ｌもする垂直シフトレジスタ（
１１（ｔｉｌｌに受光部（２）からの信号電荷な垂直／
フトレジスタ（１）へ転送するためのｉ＝ｈみ１１」シ
ゲート部（７）が形成され、また各受光部（２）の曲１
１１１１にオーバーフローコントロールゲート部（８）
を介してオーバーフロードレイ／領域（９）が１ヒ成さ
れる。チャンイ・ルストップ領域ＯＱは各垂直う・イン
間及び各受光部（２）間を分離するように形成される。

受光部（２）以外の各部分に全て遮光が施される。第２
図Ａ（第１図のＡ−Ａ線上の断面に相当する）は受光Ｈ
＋ｓ　（２）の信号電荷を垂直シフトレジスタ（１）に
転送する部分の具体的構造の一例を示す。これは例えば
Ｐ形の半導体基体αυの主面にＮ＋形領領域０を形成し
てＰＮ接げ型の受光部（２）が形成され、この受光部（
２）に隣り合ってＮ影領域α３を形成して所謂埋込みチ
ャンネル型となした垂直シフトレジスタ（１）が設けら
れ、垂直シフトレジスタ（１）は基体αυ上の絶縁ｊ模
圓を介して例えば２相駆動の転送電極０ωが祖着される
。

この転送電極Ｑ５１は受光部（２）と垂直シフトレジス
タ（１）間のルノ”じみ出しゲート部（７）上に延長さ
れる。受光部（２）　（１）　ｆｌｉ＋　’［１１１１
ニｍ’するオーバーフローコントロールゲート部（８）
は基体（１υ上に絶縁膜−を介してコントロールゲート
電極（１６１が被着されて構成され、このオーバーフロ
ーコントロールゲート部＋８）に接してＮ＋形領領域１
７１によるオーバーフロードレイン領域（９）が形成さ
れる。チャンネルストップ領域α＠はＰ＋ル領域にて形
成される。

ＩＬＩｒる固体撮像装置において、受光ル」間に受光部
（２）に后わｆされた信号型ｔｉ７ｉは垂直帰線期間に
受光部（２）から也１σシフトレジスタ（１）に転送さ
れると共に、之より高速で記憶部（５）に転送されて一
旦記憶される。その後、ｌ水平走青期ｆＩＪＪ毎に１水
平ライン分ずつ信号電荷が記１．Ｌ部から水平シフトレ
ジスタ（６）に転送され、出力端子より順次１絵水分ず
つ読み出される。この固体撮像装置においては受光部（
２）にて得られる１６号電荷を遮光の施された垂１１シ
フトレジスタ（１）に読み出し、垂直シフトレジスタ（
ＩＪから記１．は部（５）へ信号ｕＬ荷を高速転送し、
記憶部（５）に一旦記憶されている信号電荷を１水平ラ
インずつ水平シフトレジスメ（６）を介して出力するの
で、スメアによる画質の劣化を防止し得る利点がある。

この固体撮像装置における従来の駆動方法は、第３図の
タイミングチャート図に示すように、受光後、ん′６み
出すべき奇数フィールド又は偶数フィールドにおいてそ
の対応する垂直帰線Ｊｕ１間Ｔｏの最初の期間で垂直シ
フトレジスタ（１）を転送用クロック信号φＡｌｌφＢ
ｌにて駆動して垂直シフトレジスタ（１１内の工費電荷
のはぎ出し転送を行ってのち、垂ｌαシフトレジスタ（
１）の一方の転送電極に読み出しノくルスＰ１を与えて
ん“しみ出しゲート部（７）を開き受ｊｌｓ部（２）か
ら垂直シアトンジス：ｐｆｌ）への信り電荷の転送を行
い１次に垂直シフトレジスタ（１）に転送用クロック信
号φＡ２及びφＢ２を与えて垂直シフトレンスタ（１）
から記憶部（５）へ信号電荷を転送し１次で受光期間に
入る方法であった。

しかして、このような固体撮像装置での残像発生の機構
は次の如くである。すなわち、受光Ｂｕｓ　Ｆ２）がＰ
Ｎ接合型の場合、第２図Ｂに示すように受光部（２）の
基準となる電位は、前のフレームで信号旺荷をＭｃ、み
出した時の読み出（７ゲ一ト部（７）の表面電位φＳが
次のフレームの・１置号Ｉｔ荷Ｑｓｉｇを蓄積する際の
基準電位となるから、當に受光部のリセット１１位が一
定でなくてはならない。なお、（２１）は垂直ンフトレ
ジスタ（１）の記１．ば部（５）への電荷転送時のボテ
ンシャル、　（２２）は受光部（２）から画面シフトレ
ジスメ（１）への′成荷Ｒノシみ出し時のポテンシャル
である。

しかし乍も、第２図Ｃ（受光部から垂直シフトレジスタ
への読み出し時のポテンシャル図）に示すようにｍ　ｎ
ｆｅみ出しゲート部（７）の表面電位はそのチャンネル
長Ｃが短かくなると垂直シフトレジスタ（１）の′Ｉｉ
Ｊ、位によって変調を受ける。つまり前のフレームの信
号゛電荷によって垂直シフトレジスタ（１）の電位が決
定され、その電位によって絖み出しゲート部（７）の表
面電位が変調され次のフレームの受光部（２）の基準電
位を決定しているので、次のフレームの１言号屯りＩ革
に前のフレームの影響が出て残像として表われる。例え
ば第２　ＩＩ　Ｃにおいて、（ｎ−２）番目のフレーム
の信号電荷ＱＳ（ｎ−２）＝０でその垂直シフトレジス
タの電位をＶＤ、読み出しゲート部の表面電位をφＳと
した場合、この表面電位φＳによって次の（ｎ−１）　
番目のフレームの受光部の基準電位が決定される。次に
、この（ｎ−１）番目のフレームの信号電荷Ｑｓ（ｎ−
ｉ　）　＝　Ｑｓが当直シフトレジスタに転送されてそ
の電位が■ｂになると、この電位■６によって読み出し
ゲート部（力の表面１１位がφＳからφｇＫ変調され、
受光部（２）ＫはΔφＳに相当ｆ　ル（ｎ−１）　番目
フレームのｔＩＬ荷の一部が取り残される。従って、こ
のＭｔみ川しゲート部（７）の表面電位φＫが次のｎ番
目のフレームの受光部（２）の基準電位となるため、と
のΔφＳに相当する取り残された電荷が残像の発生にか
かわってくる。

本発明は、上述の点に鑑み受光部にＰＮ接合型センサを
用いた場合に簡単な方法によって残像を出来るだけ減少
させるようにした固体撮像装置の駆動方法を提供するも
のである。

以下、本発明を説明する。

本発明の固体撮像装置ｄは、第１図と同様にＣＣＤ構成
による似数列の垂直シフトレジスタ（１）の群、各垂直
シフトレジスタ（１１間において互にチャンネルストノ
ブ領域ａαによって分離された１に荷の＃槓が可能な光
′Ｆ＃Ｌ変換部すなわち複数の受光部（２）、受光、ｑ
ｌｉ　（２）の信号電荷を垂直シフトレジスタ（１１に
転送する読み出しゲート部（力、オーバーフローコント
ロールゲートｌ１ｌ（８）及びオーバーフロードレイン
領域（９）からなる感光領域（３）と、この感光領域（
３）の各垂直シフトレジスタ（ＩＪの一端に電気的に結
合されたＣＣＤ　＠″６成による垂直シフトレジスタ（
４）の列群からなる記憶部（５）と、この記憶部（５）
に結合されて信号電荷を読み出すためのＣＣＤ構成によ
る水平シフトレジスタ（６）を具備して成る１、受光部
（２）の信号奄イ１を丁を垂直シフトレジスタ＋１）に
転送する部分の具体的構造の一例も第２図Ａに示すと同
様の構成をとりイｕるものであり、ｌ峙にこの場合受光
部（２丹まＰＮ接合型に構成する。

本発明は、かかる構成の固体撮像装置において、垂直帰
線ルｊ間中に、感光領域の垂１αシフトレジスタ（１）
内の工費’ｔｌ　イ’＝ｒｒのはき出し転送と、受光部
（２）から垂直シフトレジスタ（１）への信号屯イｄｆ
の転送と、垂直シフトレジスタ（１）から記１．は部（
５）の信号電荷の転送を行った後、前記信号電荷で決ま
る受光部（２）の残留電荷を再度受光部（２）から垂直
シフトレジスタ（１）へ転送し５残像を可及的に減少す
るようになす。第４図はそのタイミングチャート図を示
す。

また、第５図はその原理図を示すもので、この場合クロ
ック電圧のタイミング期間をＴＡ　−１）Ｆに分割し、
夫々の期間における垂１ｕシフトレジスタ（１）、読み
出しゲート部（７）及び受光部（２）の電位と信号電荷
の様子を示す。同図中、１゛ｏは奇数フィールド又は偶
数フィールド・に対応する垂直帰線期間、Ｖφ（■φ人
、■φＢ）は垂直シフトレジスタ（１）の転送電極に与
るクロック電圧（２相駆動）である。

第４図及び第５図に示すよ５置、ある７レームの受光ル
ｊ間ＴＡに受光部（２）においてＱｓｌという信号電荷
を蓄積する（第５図の（Ａ）参照）。この受光期間ＴＡ
の後、読み出すべきフィールドの対応する垂直帰線期間
Ｔｏ内の最初の期間ＴＢ　（この期間ＴＢも実質的には
受光期間に入る）で、まづ垂直シフトレジスタ（１）を
転送用クロック信号φＡｌ及びφＢ１にて駆動し、第５
図の（Ｂ）に示すように垂直シフｌ・レジスタ（１）内
の不要電荷を例えば垂直／フトシ・ジスタ（１）から記
憶部（（う）、記憶部（５）から水平７フトし／ジスタ
（６）へと空転送してはき出す。

この不１１狂向のはき出し７転送後の次の期間′Ｊ″Ｃ
で車１劇シフトレジスタ（１）の一方の転送電極に読み
出しパルスＰｌを与えてル゛Ｌみ出しゲート部（７）を
開き、第５図の（Ｃ）に示すように受光部（２）から垂
直ノットレジスタ（１１に信号電荷（兆′１を転送する
。このとき転送されたイト号屯荷Ｑｓ’＋によるＭ＜　
ｉａ：　／７　＋−レンスタ（１）の電位■Ｓ１でル°
しみ出し２ゲ一ト部（７）の表ｊＧｌ　＞ｉｉ位がｉ　
ｉｉ”Ｗを受け、受光ｔｉｌｔ　（２］　ＫはΔＱｓ　
１（＝ＱＳ　Ｉ　Ｑｓ’ｌ）の電イト□Ｉが残る・ 次のＪυＪ　ｌ＋ｊｌ　′Ｊ讃において、圧］ｔｉシフ
トレジスタｆｌ＋に転送用クロック信号φＡ２及びφＢ
２を与えて第５図の（Ｄ）に示すように垂直／フトレジ
スタ（１）から記ｉ、［２＋ｌＩ　（５）へ１６号市電
！ｉ　Ｑｓ’１を転送する。

６己ＩＭ　ＢＢ　ｆ５）　ヘ信Ｉ′−１８′電夕Ｉを転
送した後、ル１間′１゛Ｅにおいて再び垂直ノットレジ
スタ（］）の上記一方の伝送゛電極にＴ’ｌｅみ出し／
：　／ｌ／ｌ／スケ与えて第５図σつ（Ｉｉ、）に示す
ように読み出しゲート部（７）を［８目き、受光部（２
）Ｋ残っているＴｌｉ荷を垂直シフトレジスタ（１）に
転送する。Ｐ！ｌ］ち、このとき、垂面ノットレジスタ
（１）の電位ｖＳ′ｌＫよってチャンネル変調を受けた
信号電荷が読み出され、受光部（２）に取り残された電
荷量はΔＱＳ’ｌとなる。これが残像となるが、ΔＱｓ
＋＞ΔＱｓｔであるから、この残像は極めて減少する。

この後、受光期間ＴＦ　において第５図の（Ｆ）に示す
ように次のフレームの信号電荷ＱＳ２が、＃積され、以
下同様に繰返えされる。

残１象が減少する状態を第６図に示す。同図中、破線（
■）は従来の駆動方法による残像、実線（１１）は本発
明の駆動方法による残像を夫々示す。従来方法の残像は
１番目フンーム、２番目フンームと指数関数的に減少す
るが、本発明方法の残１象は。

２回読み出しと同じ罠考えられるので、従来方法の２番
目フレームの残像荒が１番目フレームに表われ、４番目
フレームの残ｅ　ｆｒｔが２番目フレームに表われるよ
うになり、見かけ上かなり減少する。

上述せる如く、本発明によれは受光部に蓄積された信号
電荷を垂直ノットレジスタによって記憶＝ｌ（７＼転送
したのち、４Ｌ＋度、受光期Ｉｌｌ前において読み出し
ゲート部（７）を開いて取り残し電荷を垂直シフトレジ
スタ（１）へ改元み出すので、受光部における実ｌｉＱ
的な取り残し電荷ｈ［が（夕めで少なくなり、受光部と
して感度の良いＩＩＮ接合型セン丈を用いる場合にも残
像を可及的に減少させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用しｆ：する固体撮像装置の概略図
、第２図は残負；の発生架構のｈｉトリ］に９（−Ｊ−
るボデノンヤル図、第３図は従来の１１１４動方法を示
すタイミングチャート図、第４図は本発明の駆動方法を
示すタイミングチャート図、第５１ｇ１は残再を減少さ
せる原理的説明図、第６図は従来方法と本発明方法との
残斂用の比較図である。 （１）は里直ンフトレジスタ、（２）は光１托変換部、
（３）は感光領域、（６）は水平シフトレジスタ、（力
は抗み出しゲート部である。 第１図 第２図 第６図 ７レー４→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 袂数列のＴ（Ｌ荷転送装置からなる第１の垂直シフトレ
   ジスタ群、これら間にチャンネル−Ｘ　）ツブ手吐よっ
   て互いに電気的に分離され電荷の蓄積が可能な光電変換
   部及び該光電変換部の信号電荷を対応する前記第１の垂
   直シフトレジスタに転送する装置からなる感光領域と、
   前記各組１の垂直シフトレジスタの一端に′電気的に結
   合された第２の垂直シフトレジスタ列群からなる記憶部
   と、前記第２の垂直シフトレジスメの一端に電気的に結
   合された′重荷転送水平シフトレジスタを具備して成る
   固体撮像装置において、受光期間後の垂直帰線期間に前
   記８ｇ１の垂直シフトレジスタ内の不快電荷のはぎｕｊ
   　Ｌ伝送と、前記光電変換部から前記第１の垂直シフト
   レジスタへの信号電荷の転送と、前記第１の垂直シフト
   レジスタから前記第２の垂面シフトレジスタ群への信号
   電荷の転送を行った後、前記信錦電荷で決まる残留電荷
   を再度前記光電変換部から前記第１の垂直シフトレジス
   タへ転送するようＫしたことを％徴とする固体撮像装置
   の駆動方法。