JPH0348586A - 固体撮像素子の駆動方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、チ勺ネル領域中の光電荷をチャネル領域外に
排出させる固体撮像素子の駆動方法に関する。

（口）従来の技術 従来、ＣＯＤ固体撮像素子を用いたテレビカメラの如き
撮像装置に於いては、ＣＯＤの動作原理を活用して電子
的に露光制御を行うことが考えられている。このような
露光制御方法は、例えば特開昭６３−２４７６４号公報
に開示されている如く、垂直走査期間毎の光電変換期間
の途中でそれまで撮像部に蓄積した光電荷を転送排出し
、残余の光電変換期間に光電変換して得た光電荷を蓄積
するように構成されている。即ち、光電荷の排出のタイ
ミングの変更に依って光電変換期間が伸縮されるもので
、光電荷の排出のタイミングがＣＣＤの出力信号のレベ
ルに従って設定される。

このようなＣＣＤの駆動方法では、撮像部の不要な光電
荷を読出転送方向とは反対の方向に転送することで排出
しているが、逆方向への転送に依る光電荷の排出は、読
出転送時と同様に排出転送時にもスミアが発生するとい
う問題がある。そこで、スミアの発生しない光電荷の排
出方法が種々考えられている．例えば、本願出願人既提
案の特願平１−９６７１３号では、縦型才−バーフロー
ドレイン構造のＣＣＤに於いて、才一バーブロードレイ
ンとなる半導体基板の電位を高くするととで、蓄積転送
チャネルと半導体基板との間の電位障壁を消滅させて蓄
積転送チャネルから半導体基板側に光電荷を排出させて
いる。

第３図は、上述の駆動方法を採用するＣＯＤ固体撮像素
子の要部平面図であり、第４図は第３図ｘ−ｘ’線断面
図である。ここでは、フレームトランスファ型ＣＯＤの
撮像部が示してある。

Ｎ型の半導体基板（１）の一方の面には、Ｐ−Ｗｅ１ｌ
領域（２〉が形成され、このＰ−Ｗｅｌｌ領域（２）内
にはＰ０型のチヶネルストップ領域（３）が複数木平行
に配列形成される。各チャネルストップ領域（３）の間
にはＮ型の拡散領域（４）が形成されて埋込型の蓄積転
送チャネルが構成される。そして、拡散領域（４）上に
チャネルストップ領域（３）に直交する転送電極（５ａ
）（５ｂ）が絶縁膜（６）を介して形成される。この転
送電極（５ａ）（５ｂ）は、２層構造を成し、このうち
上層の転送電極（５ｂ）はチャネルストップ領域（３）
上でその幅が細くなっていると〕（に、隣り合う下層の
転送電極（５８）間に跨がって設けられる。これら転送
電極（５ａ）（５ｂ）は、４相の転？クロックφ■〜φ
■に依ってパルス駆動されるものであり、各転送電極（
５ａ）　（ｓｂ）には４相の転送クロックφ■〜φ，４
が順次印加される。

一方、半導体基板（１）は、電位制御クロックφＳｕｂ
が印加され、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域（２〉はチ勺ネルストッ
プ領域（３）を介し接地電位に固定される。このように
、半導体基板（１）に電位制御クロックφＳｕｂが印加
され、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域（２）に特定の電位を印加した
ときのＹ−Ｙ’線（第４図中）のボテンシケルの状態を
第５図に示す。このとき、転送電極（５ｂ）は、接地レ
ベルに対して一定の値だけ高いレベルに保持され、半導
体基板（１）が低電位に保持’；ａ　ｔｔ　テＰ　−　
Ｗ　ｅｌｌ領域（２）付近にポテンシャル障壁が形成さ
れる。従って、このボテンシ勺ル障壁と半導体基板（１
）表面のボテンシ勺ル障壁との間に形成されるボテンシ
ヶル井戸に光電荷ｅが蓄積されることになる。この光電
荷ｅの転送は、Ｐ　−Ｗｅｌｌ領域（２）付近のポテン
シャル障壁が十分な高さを維持できる範囲で各転送電極
（５ａ）　（５ｂ）の電位を変動して行う。

ここで、転送電極（５ａ）　（５ｂ）の電位を一定レベ
ル以下にすると共に半導体基板（１）の電位を高くずる
と、第６図に破線で示す如く半導体基板（１）表面のポ
テンシャルが浅くなり、これに伴って拡散領域（４）内
のポテンシ勺ルが浅くなるためにｐ　一Ｗｅｌｌ領域（
２）付近のポテンシャル障壁が消滅して光電荷ｅが全て
半導体基板（１）側に流れる。従って、蓄積転送チャネ
ルに蓄積される光電荷ｅを排出する場合には、転送電極
（５ａ）（５ｂ）の電位を下げることに依って行うこと
ができる。

このような光電荷の排出方法に依ると、撮像部全体の光
電荷を略同時に、しかも極めて短い期間に排出すること
ができるため、逆転送に依る光電荷の排出方法に比して
スミアが大幅に抑圧される． （ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、光電荷を拡散領域（４）から半導体基板
（１〉側に流す場合、拡散領域＜４）内に不要な光電荷
が残留することがある。これは、拡散領域（４〉やＰ　
−　Ｗｅｌｌ領域（２）等の不純物濃度、両領域（４）
及び〈２〉の厚さ等の製造時のばらつきに依り、Ｐ−Ｗ
ｅｌｌ領域（２〉付近のボテンシ勺ル障壁が消滅し易い
領域と、消滅し難い領域とが生ずるためであり、各領域
を均一な電位とした場合、ポテンシャル障壁の消滅し難
い領域に光電荷が残留する。

このような光電荷の残留を防止するために杜、全ての領
域でＰ　−　Ｗｅｌｌ領域（２）付近のポテンシャル障
壁が十分に消滅するような極めて高い電位差を拡散領域
（４〉と半導体基板（１）との間に与える必要がある。

従って、ＣＣＤを駆動する駆動パルスの電圧が高くなる
という問題が生ずる。

そこで本発明は、拡散領域（４）内の光電荷を排出する
際の駆動パルスの電圧を下げると共に、拡散領域（４）
内に光電荷が残留するのを防止することを目的とする。

輛〉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なされたもので、
一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の拡散領域が
設けられると共に、この拡散領域内に複数のチャネル領
域がチャネルストップ領域で互いに分離されて配列形成
され、上記チャネル領域中の過剰な光電荷を上記半導体
基板に受けるＣＣＤ固体撮像素子の駆動方法に於いて、
上記チケネル領域と上記半導体基板との間に電位障壁を
形戒しうる上記半導体基板の電位に対し、上記半導体基
板を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上
記チャネル領域上に設けられた転送電極をパルス駆動す
ることで、上記チ勺ネル領域中の光電荷を上記チ〜ネル
領域から上記半導体基板側に排出せしめることを特徴と
する。

〈ホ）作用 本発明に依れば、撮像部の光電荷が読出方向とは反対の
方向に転送される過程に於いてチャネル領域から半導体
基板側に排出されるために、チャネル領域と半導体基板
との間の電位障壁の消滅し難い領域に残留じた光電荷は
転送経路中の電位障壁が消滅し易い領域で半導体基板側
に排出される。

（へ）実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明駆動方法を用いて自動露光制御を行う撮
像装置のブロック図である。

ＣＣＤ固体撮像素子（１０）は、撮像部に照射された映
像を光電変換し、得られた光電荷が一定期間毎に読出駆
動されて画面単位で連続する映像信号Ｘ　（ｔ）を出力
する。この映像信号Ｘ（ｔ）は信号処理回路（１１〉で
サンプルホールド、ガンマ補正等の処理が施され、ビデ
オ信号Ｙ　（ｔ）として外部機器に出力される。

Ｃ　Ｃ　Ｄ　（１０）４ｔ、各種クロックでパルス駆動
されるもので、読出クロック発生回路（１２）から順方
向転送クロックφ１排出クロック発生回路（１３〉から
逆方向転送クロックφ８が撮像部の転送電極に供給され
る。さらに、Ｃ　Ｏ　Ｄ　（１０）の半導体基板（１）
は、制御クロック発生回路＜１４）から電位制御クロッ
クφｓｕｂが供給される。これらクロック発生回路（１
２）（１３）及び（１４）には、読出タイミング設定回
路（１５）及び排出タイミング設定回路＜１６）から、
夫々読出タイミング信号ＦＴ及び排出タイミング信号Ｒ
Ｔが供給され、この読出タイミング信号ＦＴ及び排出タ
イミング信号ＲＴに従って各クロック発生回路（１２）
（１３）及び（１４）が動作する。即ち、Ｃ　Ｃ　Ｄ　
（ｔｏ）に蓄積された光電荷は、一定期間毎に順方向転
送クロックφ，に依って読出駆動され、排出タイミング
信号ＲＴで設定されるタイミングに逆方向転送クロック
φ８で読出駆動の方向とは反対の方向に転送されると共
に電位制御クロックφｓｕｂで半導体基板側に排出せし
められる。

一方、露光量判定回路（１７）は、Ｃ　Ｃ　Ｄ　（１０
）から得られる映像信号Ｘ　（ｔ）の露光量を検知し、
その露光量が適正範囲以上であれば露光抑制信号ＣＬＯ
ＳＥ、適正範囲以下であれば露光促進信号ＯＰＥＮを排
出タイミング設定回路（１６）に与える。そして、排出
タイミング設定回路（１６　）　社、露光抑制信号ＣＬ
ＯＳＥ及び露光促進信号ＯＰＥＮに従って露光期間を伸
縮制御する。

ｍ２図は第１図の動作を示すタイミング図である。

読出タイミング信号ＦＴは、垂直走査信号ＶＤのプラン
キング期間の所定のタイミングにタイミングパルス（ａ
）を有しており、このタイミングパルス（ａ）の入力で
読出クロック発生回路（１２〉は一画面分の光電荷を垂
直方向に転送するクロックパルス（ｂ）を発生する。排
出タイミング信号ＲＴは、垂直走査期間の特定のタイミ
ングにタイミングバルス（ｃ）を有しており、このタイ
ミングにそれまで蓄積した光電荷が排出される．このタ
イミングパルス（ｃ）の発生するタイミングは、露光量
判定回路（１７〉からの露光抑制信号ＣＬＯＳＥで遅ら
せられ、露光促進信号ＯＰＥＮで速められるように構成
されている。タイミングバルス（Ｃ〉が排出クロック発
生回路（１３）及び制御クロック発生回路（１４）に入
力されると、水平走査信号ＨＤのプランキング期間に電
位制御クロックφｓｕｂが立上り、一定期間（ここでは
水平走査信号ＨＤの１周期）の後同じくプランキング期
間に立下ると共に、電位制御クロックφｓｕｂが立上っ
てから立下るまでの期間の水平走査信号ＨＤのプランキ
ング期間に逆方向転送クロックφ，がクロックパルス（
ｄ）を発生する。光電荷の排出期間中は、電位制御クロ
ックφｓｕｂに依って半導体基板の電位が高められてポ
テンシャルが深く形成され、チ勺ネル領域と半導体基板
との間のポテンシ勺ル障壁が消滅された状態で、チャネ
ル領域の光電荷が逆方向に転送される。従って、ポテン
シャル障壁が完全に消滅せずに光電荷が残留するような
領域があった場合、その残留電荷が一定の区間を転送さ
れる間にポテンシャル障壁の消滅した領域に入れば半導
体基板側に排出される。この排出期間が終わってから、
次に順方向転送クロックφ，がクロックパルス（ｂ）を
発生するまでの期間が露光期間Ｅとして設定され、この
期間Ｅで一画面分の光電荷が蓄積される。

上述の如き駆動方法に依れば、逆方向転送クロックφ．
で転送される一定の区間内の一部でチャネル領域から半
導体基板側に光電荷が排出されれば良いことから、ＣＯ
Ｄ（１０）の製造ばらつきに依って部分的に光電荷の排
出され難い領域があったとしても、この領域に応じて電
位制御し、駆動電圧を低下させることが可能である．尚
、本実施例に於いては、光電荷の排出タイミングをＣ　
Ｃ　Ｄ　（１０）の露光量に対応させた（自動露光制御
）場合を例示しているが、本発明駆動方法を用いて可変
速電子シャッタを実現することもできる。この場合には
、排出タイミングを手動で設定することに依り、所定の
シ勺ツタ速度の静止画を得ることができる。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、チケネル領域に残留した光電荷を駆動
電圧を上げることなく半導体基板側に排出することがで
きるため、光電荷を効率良く排出させることができ、露
光期間の伸縮制御を容易に実現できる。

また、駆動電圧を低くすることが可能なため、駆動クロ
ックを発生する回路を容易に構成することができ、コス
トの低下が望める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明駆動方法を用いた撮像装置のブロック図
、第２図は第１図の動作タイミング図、第３図はＣＣＤ
固体撮像素子の要部平面図、第４図は第３図の断面図、
第５図はＣＣＤ固体撮像素子内のポテンシャル図である
。 〈１０〉・・・ＣＣＤ固体撮像素子、　（ｌ２〉・・・
読出クロック発生回路、　（ｌ３〉・・・枡出クロック
発生回路、　（１４）・・・制御クロック発生回路、　
（１５）・・・読出タイミング設定回路、　（１６）・
・・排出タイミング設定回路、　（１７）・・・露光量
判定回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の拡散
   領域が設けられると共に、この拡散領域内に光電変換に
   依り発生する光電荷を蓄積転送する複数のチャネル領域
   がチャネルストップ領域で互いに分離されて配列形成さ
   れ、上記チャネル領域中の過剰な光電荷を上記半導体基
   板に受けるＣＣＤ固体撮像素子の駆動方法に於いて、 上記チャネル領域と上記半導体基板との間に電位障壁を
   形成しうる上記半導体基板の電位に対し、上記半導体基
   板を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、 上記チャネル領域上に設けられた転送電極をパルス駆動
   することで上記チャネル領域中の光電荷を転送駆動して
   、 上記光電荷を上記チャネル領域から上記半導体基板側に
   排出せしめることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法
   。
2. （２）請求項第１項記載の固体撮像素子の駆動方法に於
   いて、 水平及び垂直方向に走査される上記固体撮像素子の垂直
   走査期間中、 第１の期間に上記チャネル領域中の光電荷を上記オーバ
   ーフロードレインに排出せしめた後、残余の第２の期間
   に上記チャネル領域に光電荷を蓄積し、 この第２の期間に得た光電荷を一画面の映像情報として
   出力することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。