JPH10107252A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力データの表示装置への入力前に外部メモリ
処理等が不要で、駆動周波数を上げずにフレームレート
を適宜変更できる固体撮像装置を提供する。 【解決手段】受光部で発生した電荷を縦方向に転送する
垂直転送部１２と、垂直転送部１２からの電荷を横方向
に転送する水平転送部４とを有する固体撮像装置であっ
て、両転送部１２，４の接続箇所に、垂直転送部１２か
らの電荷を、印加される制御信号φc に応じて選択的に
掃き捨てる電荷掃捨て部を有する。具体的に電荷掃捨て
部は、制御信号φc が印加される制御電極３４と、制御
信号φcに応じて障壁電位の大きさが変化する電位障壁
領域と、電位障壁領域を介して電荷が掃き捨てられる不
純物領域２６とから構成される。この掃捨て電荷を制御
電極３４を介して排出させ、また制御電極３４で電位障
壁領域のほかに不純物領域２６の拡散電位をも制御させ
ると、電荷掃捨て制御が容易であり好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影画像を構成す
る全エリア内の画素データを適宜間引いて出力すること
ができるＣＣＤ(Charge Coupled Device) 型等の固体撮
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来のインタライン転送方式
のＣＣＤ型固体撮像装置の概略構成を示すブロック図で
ある。このＣＣＤ型固体撮像装置（ＣＣＤイメージャ）
は、撮像部１００、水平ＣＣＤ１１０、出力部１２０か
ら構成されている。撮像部１００は、光電変換を行なう
フォトダイオード１０１、読出ゲート１０２及び垂直Ｃ
ＣＤ１０３からなるユニット（単位）セル１０４を、平
面マトリックス状に多数配置させて構成されている。こ
こで、フォトダイオード１０１内の符号Ｒ1,Ｒ3,…、Ｇ
2,Ｇ4,…, Ｇn 、Ｂ2,Ｂ4,…, Ｂn は、その上方に形成
された色フィルタアレイの配列を示し、Ｒはレッド，Ｇ
はグリーン，Ｂはブルーである。この図示例の色フィル
タアレイは、いわゆるベイヤ配列と称され、Ｇが市松模
様でＲとＢが線順次の色配列となっている。

【０００３】ところで、現行のＮＴＳＣ規格のテレビに
おける走査方式では、１秒間に送ることができる画面数
（以下、フレームレートという）が周波数帯幅の制限か
ら３０程度に制限され、１画面（フレーム）を２フィー
ルドに分けて飛び越し走査し、３０枚の画面を見かけ上
６０枚に分けて伝送することにより、周波数帯幅を上げ
ることなく画面のちらつきを防止している。

【０００４】これに対応して、インタライン転送方式の
ＣＣＤイメージャが１／６０秒で完成した１画面分の信
号電荷（全画素からでなくても可）を出力することがで
きる電荷蓄積モードとしては、画素混合を行なわないフ
レーム蓄積モードと、画素混合を行なうフィールド蓄積
モードとに大別される。

【０００５】フレーム蓄積モードによる画像読出し方式
では、１フレームの画像情報を出力するに際し、最初の
１／６０秒（第１フィールド期間）で奇数行の信号電荷
が読み出され、次の１／６０秒（第２フィールド期間）
で残りの偶数行の信号電荷が読み出される。この方式
は、静止画像に対しては画素数で決まる限界解像度が得
られるものの、蓄積時間が長く、素早く動く被写体に対
しては光電変換時と信号電荷の読出し時に時間的なズレ
があるために、一種の残像現象を生じて動画像に対して
必ずしも高い解像度が得られないといった欠点がある。

【０００６】この欠点を解消するために、フィールド蓄
積モードによる画像読出し方式では、第１フィールド期
間は隣り合った走査線を２本ずつ組み合わせて信号電荷
を加算して読み出し、次の第２フィールド期間は１本ず
れた走査線の組み合わせにおいて同様に信号電荷を加算
して読み出す。この方式は、両フィールド期間とも全画
素の信号電荷が読み出されるので蓄積時間が短く時間的
なズレも小さいので、動画像に対する解像度が向上する
ものの、走査線２本で読み出すので垂直解像度が低下す
るといった欠点がある。

【０００７】すなわち、この２つの読出し方式は、静止
画などの垂直解像度と、動画解像度とについて、トレー
ドオフ(trade off) の関係にある。

【０００８】近年、動画及び静止画双方に高解像なデー
タを出力できるＣＣＤイメージャの開発要求が高まって
きており、例えばＶＧＡ(Video Grafic Array)フォーマ
ットのＣＣＤイメージャとして、上記２方式の欠点を有
しない全画素読出し方式が採用され、垂直有効ライン
数：４８５の全画素を１／３０秒で順次出力するように
したものが開発されている。

【０００９】この全画素読出し方式のＣＣＤイメージャ
の動作を、図１０を用いて説明すると、各フォトダイオ
ード１０１で光電変換により発生した電荷を一定期間蓄
えた後、その蓄積後の信号電荷を垂直帰線期間に、転送
ゲート１０２を開くことにより、全てのフォトダイオー
ド１０１から信号電荷を一斉に垂直ＣＣＤ１０３に掃き
出す。垂直ＣＣＤ１０３には、３相の垂直駆動パルスが
印加され、この垂直駆動周波数に応じて電荷を順次下方
に移動させ、水平ＣＣＤ１１０に送る。この水平ＣＣＤ
１１０には、例えば２相の水平駆動パルスがＣＲＴモニ
タといった表示装置の水平走査タイミングに同期して印
加され、この水平駆動周波数に応じて全画素の電荷が順
次出力部１２０で増幅された後、外部に出力される。

【００１０】このＣＣＤイメージャでは、垂直ＣＣＤ１
０３に３相駆動方式を採用して全画素の信号電荷を一斉
に垂直ＣＣＤ１０３に読み出し、１／３０秒かけて１フ
レーム分の完全な画像を画素混合を行なわずに順次読み
出すことから、垂直解像度が高く、光電変換時と信号電
荷の読出し時との時間的なズレが小さいことから、動画
及び静止画双方とも解像感の高い鮮明な画像を得ること
が可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＣＣＤイ
メージャに例示される従来の全画素読出し方式の固体撮
像装置では、前記したようにフレームレートが３０程度
に制限されていることから、その出力データをＮＴＳＣ
規格の表示装置にそのまま入力できないといった課題が
あった。すなわち、この方式では１フレームが１／３０
秒程度で出力されるので、１／６０秒ごとに画像表示さ
せる現行の表示装置では、その上半分又は下半分の画像
しか表示できない。したがって、このような固体撮像装
置からの出力データを画像表示させようとすると、この
データを一旦外部のメモリに取り込み、インターレス変
換して表示装置に入力させることが必要なことから、こ
のような処理を短時間に行なうためのハード的な負担は
かなり大きなものであった。

【００１２】一方、この問題を回避するための方策とし
て、単純にフレームレートを２倍にすることも考えられ
る。従来の固体撮像装置で、その出力データのフレーム
レートを倍増しようとすると、水平駆動周波数を現行の
２倍にすることでしか対応できない。ところが、水平駆
動周波数を現行の２倍に上げようとすると、このためだ
けに高い周波数の駆動パルスを生成しなければならず、
また表示装置側の水平走査タイミングとの同期がとりず
らい点が問題となる。そもそもＣＴＳＣ規格では、周波
数帯域幅を上げずに画面のちらつきを無くすためにイン
ターレスの走査方式が採用されていることを勘案する
と、この周波数を上げる方法は、表示装置との整合性が
悪くなりフレームレートをかせぐ方法として得策でな
い。また、仮に高い周波数生成や整合性の問題が解決さ
れたとして、水平駆動周波数を２倍にしたからといっ
て、水平走査の単位時間である、いわゆる１Ｈの期間が
半分になったに過ぎず、外部のメモリ処理が必要なこと
に何ら変わりはない。

【００１３】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、出力データを表示装置に入力する前に外部でのメモ
リ処理等が不要で、駆動周波数を上げずにフレームレー
トを適宜変更できる全画素読出し方式の固体撮像素子を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の固体
撮像装置では、インタライン型の固体撮像素子におい
て、その垂直転送部（例えば、垂直ＣＣＤ）と水平転送
部（例えば、水平ＣＣＤ）との接続箇所付近に、信号電
荷を行単位で間引くことができる電荷掃捨て部を設け、
これによりモニタ等の表示装置へ送る画像データのフレ
ームレートを高くすることができるようにした。すなわ
ち、本発明の固体撮像装置は、画素ごとに設けられマト
リックス状に配列された受光部と、縦方向に連なった受
光部列と所定距離をおいて配置され、受光部で発生した
電荷を列方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から
送られてきた電荷を行方向に転送する水平転送部とを有
する固体撮像装置であって、前記垂直転送部と前記水平
転送部との接続箇所に、垂直転送部から送られてきた電
荷を、印加される制御信号に応じて選択的に掃き捨てる
電荷掃捨て部を有することを特徴とする。

【００１５】垂直転送部と水平転送部との接続箇所付近
には、垂直転送部からの電荷出力タイミングを制御し、
或いは規則正しい画素配列の中心側に対する配列端側の
パターン的な誤差を低減するといった目的で、受光部を
有しない疑似画素（例えば、図１０の符号１０５で示
す）が設けられていることも多い。本発明における電荷
掃捨て部を、この疑似画素内に形成させると、配置スペ
ースの増大がなく好ましい。

【００１６】具体的な電荷掃捨て部の構成としては、こ
れを、前記制御信号が印加される制御電極と、制御電極
の下方の半導体基板に形成され制御信号に応じて障壁電
位の大きさが変化する電位障壁領域と、半導体基板に形
成され障壁電位が下がった前記電位障壁領域を介して前
記接続箇所から電荷が掃き捨てられる不純物領域とから
構成させるとよい。

【００１７】不純物領域に掃き捨てられた電荷は、基板
側に排出するようにしてもよいが、好ましくは、不純物
領域を制御電極と電気的に接続させ、この制御電極を介
して排出させるとよい。

【００１８】また、制御電極は、電位障壁領域の障壁電
位を制御するほかに、不純物領域の拡散電位をも制御す
ると、電荷の掃捨て制御が容易であり好ましい。すなわ
ち、この場合、前記電位障壁領域および前記不純物領域
は、少なくとも半導体基板表面側で隣接し、電位障壁領
域と前記制御電極との間には絶縁膜が介在され、不純物
領域は、当該絶縁膜に形成された接続孔を介して制御電
極と接続されていることを他の特徴とする。

【００１９】一方、電荷掃捨て部による電荷掃捨てを行
単位で確実に行なうためには、制御信号を垂直転送部の
転送タイミングに同期したパルス列から構成させ、ま
た、各各垂直転送部ごとに電荷掃捨て部を設けて、その
制御信号すべてを同期させるとよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる固体撮像装
置を、図面を参照にしながら詳細に説明する。ここで
は、垂直有効画素４８５ラインをもち、１ラインを出力
するのに６３．５μｓｅｃを要する全画素読出し方式の
ＣＣＤ型固体撮像装置（ＣＣＤイメージャ）で、色配列
はＧが市松模様でＲとＢが線順次のものを例として、本
発明を説明する。

【００２１】図１は、本実施形態に係わる全画素読出し
方式のＣＣＤイメージャの概略構成を示すブロック図で
ある。このＣＣＤイメージャは、撮像部２、水平転送部
（水平ＣＣＤ４）、出力部６から構成されている。撮像
部２は、光電変換を行なう受光部（フォトダイオード
８）、読出ゲート１０及び垂直転送部（垂直ＣＣＤ１
２）からなるユニットセル１４（本発明では、このユニ
ットセルを“画素”と定義する）と、平面マトリックス
状に多数配置させて構成されている。ここで、垂直方向
のユニットセル１４の個数（ライン数）は４８５であ
る。また、フォトダイオード８内の符号Ｒ1,Ｒ3,…、Ｇ
2,Ｇ4,…, Ｇn 、Ｂ2,Ｂ4,…,Ｂn は、その上方に形成
された色フィルタアレイの色配列を示し、Ｒはレッド，
Ｇはグリーン，Ｂはブルーである。この図示例の色フィ
ルタアレイは、いわゆるベイヤ配列と称され、Ｇが市松
模様でＲとＢが線順次の色配列となっている。

【００２２】水平ＣＣＤ４及び垂直ＣＣＤ１２は、特に
図示しないが、半導体基板内の表面側に不純物が導入さ
れて形成されたマイノリティ・キャリアの電位井戸と、
絶縁膜を介して基板上に繰返し分離して形成された複数
の電極層（以下、この複数の電極層を“転送電極”と総
称する）とから構成されている。これらＣＣＤ４，１２
は、その転送電極に対し転送クロック信号が周期的に２
相或いは３相にずらして印加され、これにより電位井戸
内の電荷が転送クロック信号の位相ズレ方向に転送され
る、いわゆるシフトレジスタとして機能する。

【００２３】このユニットセル１４配列の最下端、即ち
垂直ＣＣＤ１２と水平ＣＣＤ４との各接続箇所には、垂
直ＣＣＤ１２内を転送されてきた電荷を、印加される制
御信号に応じて選択的に掃き捨てる本発明の電荷掃捨て
部１６が設けられている。

【００２４】ところで、通常、この両ＣＣＤ１２，４の
接続箇所付近には、垂直ＣＣＤ１２からの電荷出力タイ
ミングを制御し、或いは規則正しい画素配列の中心側に
対する配列端側のパターン的な誤差を低減するといった
目的で、受光部を有しない疑似画素が設けられているこ
とが多い。本実施形態では、この疑似画素の領域内に電
荷掃捨て部１６が形成されている。疑似画素では、垂直
ＣＣＤ１２からの電荷出力タイミングを制御する電極が
設けられていることもあるが、その下の通常画素で受光
部に相当する半導体基板部分は、例えばチャネルストッ
プ用の不純物領域が幅広く形成されているにすぎない。
本実施形態では、その半導体基板部分を利用して電荷掃
捨て部１６を配置させ、これによってチップ面積の増大
を抑えている。

【００２５】図２には、図１のＡ部を拡大して示し、図
３には図２のII−II線に沿った断面を示す。図２中、符
号１２ａで示す縦長の帯は、垂直ＣＣＤ１２の垂直転送
チャネルを示し、この垂直転送チャネル１２ａ下端に接
し符号４ａで示す横長の帯は、水平ＣＣＤ４の水平転送
チャネルを示している。図２に示すように、図の上方側
から第１垂直転送クロック信号φＶ1,第３垂直転送クロ
ック信号φＶ2,第２垂直転送クロック信号φＶ2 がそれ
ぞれ印加され、隣接する電極と上面視で所定幅だけ重ね
られた３つの電極Ｖ1,Ｖ3,Ｖ2 が、垂直ＣＣＤ１２の転
送電極として、その各垂直転送チャネル１２ａを横切る
ように設けられている。各電極Ｖ1,Ｖ3,Ｖ2 の材質は、
特に限定されず、例えばアルミニウム（Ａｌ）層等でも
よいが、本実施形態ではＡｌ層は遮光用として用い、こ
の転送電極は３層ポリシリコン構造としている。すなわ
ち、第１の電極Ｖ1 は第１ポリシリコン層（１ＰＳ）か
ら構成され、第３の電極Ｖ3 は第３ポリシリコン層（３
ＰＳ）から構成され、第２の電極Ｖ2 は第２ポリシリコ
ン層（２ＰＳ）から構成されている。

【００２６】図を簡略化するため特に図示しないが、垂
直転送チャネル１２ａに挟まれた半導体基板には、先に
説明した受光部（フォトダイオード８）と読出ゲート１
０とが形成されている。読出ゲート１０は、例えば、図
示せぬ読出ゲート電極の印加電圧に応じて、その障壁電
位の高さが変化する電位障壁層等から構成される。な
お、この図２に現れない更に上方側も、同様に、電極Ｖ
1,Ｖ3,Ｖ2 がこの順で繰り返し配線され、垂直転送チャ
ネル１２ａの間隔内にフォトダイオード８と読出ゲート
１０が形成されて、各画素が構成されている。また、各
画素内で、フォトダイオード８周囲に形成されるチャネ
ルストップ用の不純物領域は、図２では簡略化のため省
略してある。

【００２７】つぎに、図１の電荷掃捨て部１６が形成さ
れた画素領域（疑似画素領域）の構成を、図３の断面図
をも参照しながら説明する。図３に示すように、ｎ型の
半導体基板１８の表面側にｐ型のウェル２０が形成さ
れ、このｐ型ウェル２０内には、高濃度のｐ型不純物が
導入されたチャネルストップ用の不純物領域２２がｎ型
の基板領域に達するまで深く形成され、これが所定間隔
をおいて繰り返し配置されている。そして、このチャネ
ルストップ用の不純物領域２２の間隔内には、ｎ型の不
純物が導入された上記垂直転送チャネル１２ａと、ｐ型
の不純物が導入された電位障壁領域２４と、ｎ型の不純
物が高濃度に導入された不純物領域（電荷掃捨ドレイン
２６）とが、この順で配置されている。

【００２８】このような配置パターンで各種不純物領域
２２，１２ａ，２４，２６が繰り返し形成された半導体
基板１８上には、図２に示すように、図の上方側から第
１垂直転送クロック信号φ1,第３垂直転送クロック信号
φ3,第２垂直転送クロック信号φ2 がそれぞれ印加さ
れ、隣接する電極と上面視で所定幅だけ重ねられた３つ
の電極２８，３０，３２が、絶縁膜を介して積層されて
いる。また、この転送電極２８，３０，３２上には、絶
縁膜を介して積層された制御電極３４が、疑似画素領域
のほぼ全体に広く配線されている。

【００２９】本実施形態では、この制御電極３４を、第
３ポリシリコン層（３ＰＳ）から構成させている。制御
電極３４にＡｌ層を用いてもよく、その場合は２層目の
Ａｌ層で遮光を行なうことになるが、遮光層は出来るだ
け下層側に位置させ光の受光部への回り込みを防止した
いとの要請から、ここではＡｌ層を遮光用としてだけ用
いることとした。また、この制御電極３４に３ＰＳを割
り当てたので、３ＰＳが転送電極として使えないことか
ら、この疑似画素領域における転送電極２８，３０，３
２は、それぞれ１ＰＳ，２ＰＳ，１ＰＳで構成させてあ
る。なお、この図示例における１ＰＳで構成された転送
電極２８，３２は、転送電極３０との重ね幅を確保しな
がら電荷掃捨ドレイン２６への転送クロック信号による
影響を低減するため、両電極２８，３２の向き合った縁
側が上面視で矩形波状に形成されている。

【００３０】図３の断面では、半導体基板１８のチャネ
ルストップ用不純物領域２２および垂直転送チャネル１
２ａ上に絶縁膜を介して積層された転送電極３０（２Ｐ
Ｓ）と、転送電極３０上に絶縁膜３６を介して積層され
た制御電極３４（３ＰＳ）とが現れている。この絶縁膜
３６は、電位障壁領域２４上から各電荷掃捨ドレイン２
６上に延設され、各電荷掃捨ドレイン２６上にコンタク
ト孔３６ａがそれぞれ開口され、このコンタクト孔３６
ａを介して制御電極３４が各電荷掃捨ドレイン２６に接
続されている。

【００３１】図２に示すように、転送電極３２には３Ｐ
Ｓからなる次の電極３８が所定幅で重ねられ、更に、こ
の電極３８に対し、１ＰＳからなる電極４０が所定幅で
重ねられている。

【００３２】水平ＣＣＤ４の水平転送チャネル４ａ上に
は、それぞれ２ＰＳ，３ＰＳで構成される水平転送電極
Ｈ2,Ｈ3 が、その水平転送チャネル４ａ方向に隣接する
電極と上面視で所定幅だけ重ねながら、交互に繰り返し
配置されている。互いに離間した各水平転送電極Ｈ2 に
は、第１水平転送クロック信号φＨ1 と第２水平転送ク
ロック信号φＨ2 とが交互に印加される。同様に、互い
に離間した各水平転送電極Ｈ3 には、第１水平転送クロ
ック信号φＨ1 と第２水平転送クロック信号φＨ2 とが
交互に印加される。また、全ての水平転送電極Ｈ2,Ｈ3
は、上記した電極４０と上面視で所定幅だけ重ねられて
いる。

【００３３】つぎに、このように構成されたＣＣＤイメ
ージャの電荷読出し動作について、図４〜９をも参照し
ながら説明する。図１に示すように、色フィルタアレイ
としてＧが市松模様でＲとＢが線順次のものを用いた場
合、カラー配列の最小繰返し単位はＧが２画素でＲとＢ
が１画素づつの計４画素構成となり、これが２ラインに
及ぶので、ここでは、電荷読出しと掃き捨てを２ライン
づつ繰り返す場合を例として説明する。

【００３４】図４〜６には電荷が掃き捨てられない場合
を示し、図４が垂直転送クロック信号および制御信号の
タイミングチャート、図５が垂直ＣＣＤによる電位井戸
と電荷の推移を示す図、図６は図３の断面におけるポテ
ンシャルイメージ図である。図１の各フォトダイオード
８で光電変換により発生した電荷を一定期間蓄えた後、
その蓄積後の信号電荷を垂直帰線期間に、転送ゲート１
０を開くことにより、全てのフォトダイオード８から信
号電荷を一斉に垂直ＣＣＤ１２に掃き出す。

【００３５】垂直ＣＣＤ１２には、図４に示す３相の垂
直転送クロック信号φＶ1,φＶ2,φＶ3 が印加され、こ
の垂直駆動周波数に応じて信号電荷（本実施形態ではマ
イノリティキャリアである電子）を順次下方に移動させ
る。すなわち、信号電荷（電子）に対しては、電極に高
い電圧（例えば、０Ｖ）を印加した時にその直下に深い
電位井戸が形成され、低い電圧（例えば、−６．５Ｖ）
印加時に電位井戸が浅くなる。電極下の電位井戸が深い
場合をＯＮで浅い場合をＯＦＦとすると、この３相パル
ス駆動の場合は、図５に示すように、１電極ＯＮと２電
極ＯＮとの繰り返しで信号電荷が順次転送される。

【００３６】図６は、図５の“ｔ5 ”の場合、即ち図３
の断面において転送電極３０にのみに高い電圧（０Ｖ）
が印加されたときの垂直転送チャネル周囲の電位を模式
的に示したものである。このとき、制御電極３４には低
い電位で維持されているので、電荷掃捨ドレイイン２６
の電位が垂直転送チャネル１２ａよりも高く、また、両
者間に更に高い電位の電位障壁領域２４が介在している
ので、垂直転送チャネル１２ａ内の電荷は横方向には移
動できず、これに沿って移動する。したがって、図５に
示すように、従来と同様に信号電荷が次の“ｔ6 ”を経
て、電極３８，４０の支配下に送られた後、図１の水平
ＣＣＤ４に転送される。つぎの２パルス目も同様であ
る。

【００３７】この水平ＣＣＤ４には、図２に示すよう
に、２相の水平転送クロック信号φＨ1,φＨ2 が、例え
ばＣＲＴモニタといった表示装置の水平走査タイミング
に同期して印加され、この水平駆動周波数に応じて画素
２ライン分の信号電荷が順次出力部６に送られ、ここで
で増幅された後に外部へ出力される。

【００３８】図７，８，９は、電荷が掃き捨てられる次
の画素２ライン分について、それぞれタイミングチャー
ト、電位井戸と電荷の推移を示す図、ポテンシャルイメ
ージ図を示す。この場合も、転送電極Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 の印
加電圧に応じて、１電極ＯＮと２電極ＯＮとの繰り返し
で信号電荷が順次転送されるが、この転送電極Ｖ1,Ｖ2,
Ｖ3 の支配下から信号電荷が脱したとき、即ち最後の電
極Ｖ2 がＯＮからＯＦＦとなったときに、いままで低い
電圧（例えば、０Ｖ）であった制御電極３４に高い電圧
（例えば、１５Ｖ）が印加される。これにより、図９に
示すように、電荷掃捨ドレイン２６の電位井戸（拡散電
位）が垂直転送チャネル１２ａより深くなるとともに、
その中間値といった所定電位に電位障壁領域２４の障壁
電位が低下する。この電位障壁領域２４の電位低下量
は、制御信号による所定の印加電圧に対する電位障壁領
域２４の濃度および絶縁膜３６の厚さ等により決まる。

【００３９】そして、図８で時間が“ｔ3 ”から“ｔ4
”に推移すると、電極３０がＯＮとなってその直下
で、図９の垂直転送チャネル１２ａ部分に電荷が移動す
る。しかし、このときは既に電位分布が図６から図９に
変化していることから、電荷はこのチャネル部分に溜ま
ることができず、移動した先から電位障壁領域２４を介
して電荷掃捨ドレイン２６側に導かれる。電荷掃捨ドレ
イン２６は、図３に示す如く、コンタクト孔３６ａを介
して制御電極３４に直接接触していることから、電荷掃
捨ドレイン２６に掃き捨てられた電荷は、制御電極３４
を介して外部に排出される。したがって、図８に示すよ
うに、“ｔ4 ”及び“ｔ5 ”の間に電極３０の直下に送
られてくる電荷は、遅くとも“ｔ6 ”以後は垂直転送チ
ャネル１２ａから完全に消失し、したがって水平ＣＣＤ
４からも出力されず間引かれる。以上の動作は２パルス
目も同様である。

【００４０】本実施形態のＣＣＤイメージャでは、有効
４８５ラインを２ラインごとに電荷掃捨て部を介して間
引き、残りの２ラインにより構成される全エリアの半分
のラインをまず最初の１／６０秒で読出し、次に電荷を
読出すラインと間引くラインとを切り替えることによ
り、残りの半分のラインを次の１／６０秒で読み出すこ
とができる。すなわち、Ｇが市松模様でＲとＢが線順次
の色コーディングを保ったまま全エリアの信号（但し、
垂直解像度が従来の半分）を１／６０秒にて出力でき
る。このため、従来方式のように全エリアの信号電荷を
メモリに取り込むことなくＮＴＳＣ仕様のモニタに直接
入力することが可能となった。

【００４１】以上は、画素２ライン分を読出し、次の２
ラインごとに電荷読出しと掃捨てとを繰り返す場合につ
いて説明したが、２ラインづつに限らず、色フィルタア
レイの配列に応じて、１ラインごと或いは他の複数ライ
ンごとに行なうことができる。この結果、モニタに限ら
ず、種々の画像入力機器にあわせて撮影画像のフレーム
レートを任意な倍率で変更することが可能となる。

【００４２】また、モニタ表示等の必要がなくフレーム
レートを変更しない場合、このＣＣＤイメージャでは、
垂直ＣＣＤ１２に３相駆動方式を採用して全画素の信号
電荷を一斉に垂直ＣＣＤ１２に掃き出し、１／３０秒か
けて１フレーム分の完全な画像を画素混合を行なわずに
順次読み出すことができる。この場合、垂直解像度が高
く、光電変換時と信号電荷の読出し時との時間的なズレ
が小さいことから、動画及び静止画双方とも解像感の高
い鮮明な画像を得ることが可能である。

【００４３】本発明は本実施形態の記載に限定されず、
種々の変更が可能である。たとえば、前記した電荷掃捨
ドレイン２６は、掃き捨てられた電荷を制御電極３４側
でなく、基板１８側に逃がす構造でもよい。先の説明で
は、制御電極３４によって電位障壁領域２４のみならず
電荷掃捨ドレイン２６の電位を変化させるとした。しか
し、制御電極３４を電荷掃捨ドレイン２６に接触させな
い構造では、電荷掃捨ドレイン２６は垂直転送チャネル
１２ａよりも予め低い電位で固定しておき、制御電極３
４によって電位障壁領域２４のみ制御するようにしても
構わない。本発明は、画素単位の信号電荷、ひいてはラ
イン単位の信号電荷を任意に掃き捨てるもので、いわゆ
るオーバフロードレインといった余剰電荷の掃捨て部
を、各画素に或いは垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとの接続箇
所に設けることに対し、本発明が何ら制限を加えないこ
とはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る固体撮像装置によれば、従来と同様に全画素の信号を
一斉に垂直ＣＣＤに読み出し出力することができるほ
か、従来ではできなかった垂直方向に連なった画素列の
任意の画素における発生電荷を、例えば画素単位，画素
ライン単位といった任意のまとまりで掃き捨てることが
できる。たとえば、Ｇが市松模様でＲとＢが線順次とい
ったＲＧＢの繰返し最小単位が２ラインにわたる場合、
２ラインごとに、読出す画素と不純物領域に掃き捨てる
画素とを分けることにより、通常の２倍のフレームレー
トにて撮影画像を出力することが可能となる。これによ
り、例えばフレームレートが３０で、１Ｈが６３．５μ
ｓｅｃの固体撮像装置の場合、フレームメモリを経由さ
せることなくモニタ出力が可能となる。また、任意のラ
イン数の信号電荷を掃き捨てる（間引く）ことができ、
このため２倍速，３倍速と任意の倍率の出力モードで全
エリアからの画像を得ることが可能となる。

【００４５】以上より、出力データを表示装置に入力す
る前に外部でのメモリ処理等が不要で、駆動周波数を上
げずにフレームレートを適宜変更できる汎用性の高い全
画素読出し方式の固体撮像素子を提供することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる全画素読出し方式の
ＣＣＤイメージャの概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１のＡ部を拡大して示す概略平面図である。

【図３】電荷掃捨部が形成された画素領域の概略構成を
示す、図２のII−II線に沿った概略断面図である。

【図４】電荷を掃き捨てない２ラインを転送する時の垂
直転送クロック信号および制御信号のタイミングチャー
トである。

【図５】同２ラインについて、垂直ＣＣＤによる電位井
戸と電荷の推移を示す図である。

【図６】同２ラインの電荷を転送時の図３の断面におけ
るポテンシャルイメージ図である。

【図７】電荷を掃き捨てる次の２ラインを垂直転送クロ
ック信号および制御信号のタイミングチャートである。

【図８】同２ラインについて、垂直ＣＣＤによる電位井
戸と電荷の推移を示す図である。

【図９】同２ラインの電荷を転送時の図３の断面におけ
るポテンシャルイメージ図である。

【図１０】従来のインタライン転送方式のＣＣＤ型固体
撮像装置の概略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２…撮像部、４…水平ＣＣＤ（水平転送部）、４ａ…水
平転送チャネル、６…出力部、８…フォトダイオード
（受光部）、１０…読出ゲート、１２…垂直ＣＣＤ（垂
直転送部）、１２ａ…垂直転送チャネル、１４…ユニッ
トセル（画素）、１６…電荷掃捨部、１８…半導体基
板、２０…ｐ型ウェル、２２…チャネルストップ用の不
純物領域、２４…電位障壁領域、２６…電荷掃捨ドレイ
ン（不純物領域）、２８，３０，３２…電極、３４…制
御電極、３６…絶縁膜、３６ａ…コンタクト孔、３８，
４０…電極、Ｈ2,Ｈ3 …水平転送電極、Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 …
垂直転送電極、φＨ1,φＨ2 …水平転送クロック信号、
φＶ1,φＶ2,φＶ3 …垂直転送クロック信号、φc …制
御信号。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素ごとに設けられマトリックス状に配
   列された受光部と、 縦方向に連なった受光部列と所定距離をおいて配置さ
   れ、受光部で発生した電荷を列方向に転送する垂直転送
   部と、 垂直転送部から送られてきた電荷を行方向に転送する水
   平転送部と、を有する固体撮像装置であって、 前記垂直転送部と前記水平転送部との接続箇所に、垂直
   転送部から送られてきた電荷を、印加される制御信号に
   応じて選択的に掃き捨てる電荷掃捨て部を有する固体撮
   像装置。
2. 【請求項２】 前記垂直転送部と前記水平転送部との接
   続箇所に、前記受光部を有しない疑似画素が設けられ、 前記電荷掃捨て部は、当該疑似画素内に形成されている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記電荷掃捨て部は、 前記制御信号が印加される制御電極と、 制御電極の下方の半導体基板に形成され、制御信号に応
   じて障壁電位の大きさが変化する電位障壁領域と、 半導体基板に形成され、障壁電位が下がった前記電位障
   壁領域を介して前記接続箇所から電荷が掃き捨てられる
   不純物領域と、 から構成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記不純物領域は、前記制御電極と電気
   的に接続されている請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記電位障壁領域および前記不純物領域
   は、少なくとも半導体基板表面側で隣接し、 電位障壁領域と前記制御電極との間には絶縁膜が介在さ
   れ、 制御電極は、当該絶縁膜に形成された接続孔を介して不
   純物領域に接続されている請求項４に記載の固体撮像装
   置。
6. 【請求項６】 前記制御信号は、前記電荷掃捨て部が前
   記画素ごとに発生した電荷を単位として掃き捨て可能
   に、前記垂直転送部の電荷転送タイミングに同期したパ
   ルス列から構成されている請求項１に記載の固体撮像装
   置。
7. 【請求項７】 前記電荷掃捨て部は、前記垂直転送部ご
   とに設けられ、 前記制御信号は、前記マトリックス状に配列された全画
   素について、その発生電荷を電荷掃捨て部が行単位で掃
   き捨て可能に、各垂直転送部間で同期したパルス列から
   構成されている請求項６に記載の固体撮像装置。