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WO2010092644A1 - 固体撮像装置及びカメラ - Google Patents

固体撮像装置及びカメラ Download PDF

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WO2010092644A1
WO2010092644A1 PCT/JP2009/005879 JP2009005879W WO2010092644A1 WO 2010092644 A1 WO2010092644 A1 WO 2010092644A1 JP 2009005879 W JP2009005879 W JP 2009005879W WO 2010092644 A1 WO2010092644 A1 WO 2010092644A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transfer
electrode
horizontal
unit
vertical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/005879
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
米村浩一
鈴木静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010550352A priority Critical patent/JP5473951B2/ja
Publication of WO2010092644A1 publication Critical patent/WO2010092644A1/ja
Priority to US13/209,086 priority patent/US8373780B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
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    • H10F39/12—Image sensors
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
    • H10F39/1534—Interline transfer

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and a camera, and more particularly to a solid-state imaging device and a camera having a pixel addition function.
  • CCD charge coupled device
  • a digital still camera It is common for a charge coupled device (CCD) for a digital still camera to have 10 million or more pixels. The number of pixels in the horizontal direction reaches about 4000 pixels, and the horizontal transfer electrodes constituting the horizontal transfer unit are miniaturized. For this reason, in the conventional two-phase drive in which one transfer packet of the horizontal transfer unit corresponds to one column of the vertical transfer unit, there is a problem that the interelectrode capacitance is remarkably increased and the power consumption becomes enormous.
  • the number of transfer packets of the horizontal transfer unit is set to one third of the number of columns of the vertical transfer unit, and the transfer operation from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit and the transfer operation from the horizontal transfer unit to the output unit are divided into three times. .
  • the number of electrodes constituting the horizontal transfer unit can be reduced, and the interelectrode capacitance is reduced, so that power consumption can be reduced.
  • the number of transfer packets of the horizontal transfer unit is smaller than the number of columns of the vertical transfer unit. Therefore, a transfer control unit that selectively controls the transfer of signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit is required.
  • the transfer control unit needs to have a function of holding signal charges during the first transfer operation.
  • the CCD is required to have a moving image mode for recording on a liquid crystal monitor or recording a moving image as well as an imaging mode (hereinafter, referred to as a normal mode) in which a signal of a light receiving element is read out from all pixels and used as a still image.
  • a normal mode In the normal mode, output may be performed at a frame rate of 2 to 3 frames / second. However, in the moving image mode, it is necessary to output at a frame rate of 30 frames / second. For this reason, in the moving image mode, signal charges obtained from a plurality of pixels are added in the image pickup device, or signal charges read from the pixels are selectively thinned out to reduce the number of output signals and to generate a high frame rate moving image. Realize. When the normal mode is 10 million pixels, even with high-quality 720p output (1280 x 720 pixels), it is necessary to compress the image close to 1/10 compared to still images, and much signal charge is added. Become.
  • a Bayer array In a solid-state imaging device for a digital still camera, a Bayer array is generally used, and signal charges are added between adjacent identical colors.
  • the addition of signal charges in the solid-state imaging device needs to be performed in the vertical direction and in the horizontal direction.
  • the addition of the signal charges in the vertical direction can be performed in the vertical transfer unit by providing a plurality of vertical transfer electrodes for reading from the photoelectric conversion element to the vertical transfer unit and devising the drive timing.
  • a charge transfer unit (VOG unit) 504 is provided between the vertical transfer unit 501 and the horizontal transfer unit 502.
  • the vertical transfer unit 501 forms a group for every two or more adjacent vertical transfer units. Each group corresponds to a unit transfer bit of the horizontal transfer unit 502.
  • the VOG unit 504 is formed for each group, and transfers the signal charge from the vertical transfer unit 501 in the group to the corresponding unit transfer bit of the horizontal transfer unit 502.
  • a charge holding unit 507 having a storage unit 505 and a hold unit 506 is formed between the a column and b column of the vertical transfer units 501 included in the same group and the corresponding VOG unit 504.
  • the transfer control unit described above is an area including the charge holding unit 507 and the VOG unit 504.
  • the horizontal transfer unit 502 is described as being three-phase driven.
  • the signal charges in the c column are transferred to H1 of the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 504, and then transferred horizontally to the output unit.
  • the signal charges in the a column and the b column are held in the charge holding unit 507.
  • the signal charges in the a column are transferred to H1 of the horizontal transfer unit 502, and then horizontally transferred to the output unit.
  • the signal charges in the b column are transferred to H1 of the horizontal transfer unit 2 and then transferred horizontally to the output unit.
  • the signal charges in the a column and the signal charges in the c column are transferred to H1 of the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 504. Thereafter, the signal charge is transferred leftward by one unit transfer bit. Next, the signal charges in the b column are transferred to H ⁇ b> 1 of the horizontal transfer unit 2 via the VOG unit 504. Thereby, the horizontal three-pixel addition can be performed.
  • the vertical transfer unit 501 to the horizontal transfer unit 502 are transferred via the VOG unit 504, and the vertical transfer unit 501 is connected to the VOG unit 504.
  • the conventional configuration has a problem that transfer deterioration is likely to occur.
  • the vertical transfer channels of the vertical transfer unit are bundled in the VOG unit arranged in front of the horizontal transfer unit. For this reason, when transferring the signal charge from the VOG part to the horizontal transfer part, it is necessary to narrow down the vertical transfer channel toward the horizontal transfer electrode that receives the signal charge. If the vertical transfer channels are narrowed down sharply, the potential becomes shallow on the horizontal transfer unit side, and transfer deterioration is likely to occur. On the other hand, if the vertical transfer channels are narrowed down gently, transfer length becomes long and transfer deterioration is likely to occur.
  • the miniaturization of the CCD has progressed, and the width of the vertical transfer channel in the pixel repetition region has become narrower. For this reason, it is necessary to increase the impurity concentration of the vertical transfer channel in order to suppress deterioration in transfer efficiency due to a decrease in the amount of charge handled and a decrease in the modulation degree due to the narrow channel effect.
  • the narrow channel effect is reduced in the VOG portion.
  • This disclosure makes it possible to realize a solid-state imaging device that is less likely to cause transfer deterioration in the transfer control unit and performs power consumption reduction and highly efficient addition operation.
  • the exemplary solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix in the pixel repetition region, a vertical transfer unit that transfers charges read from the photoelectric conversion elements in the column direction, and receives charges from the vertical transfer unit, A horizontal transfer unit that transfers the received charges in the row direction; and a transfer control unit that controls transfer of charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit.
  • the vertical transfer unit includes a plurality of vertical transfer channels extending in the column direction and a plurality of vertical transfer electrodes formed on the vertical transfer channels.
  • the horizontal transfer unit includes a horizontal transfer channel extending in the row direction and a plurality of horizontal transfer electrodes formed on the horizontal transfer channel, and includes a plurality of transfer packets.
  • the transfer packet includes two or more horizontal transfer electrodes formed adjacent to each other among the plurality of horizontal transfer electrodes, and corresponds to two or more adjacent vertical transfer channels among the plurality of vertical transfer channels.
  • the transfer control unit has a plurality of unit control units corresponding to the transfer packet.
  • the unit control unit has a vertical transfer channel and a plurality of control unit electrodes formed on the vertical transfer channel.
  • the control unit electrode includes a signal charge storage electrode and a transfer blocking electrode sequentially formed from the vertical transfer unit side.
  • Each vertical transfer channel is independently connected to the horizontal transfer channel.
  • the vertical transfer channel is independently connected to the horizontal transfer channel. For this reason, the potential of the vertical transfer channel does not easily become shallow on the horizontal transfer unit side, so that transfer deterioration hardly occurs. Further, the reduction of the narrow channel effect is unlikely to occur, and the transfer of signal charges from the final electrode to the horizontal transfer unit is facilitated.
  • the signal charge storage electrode and the transfer blocking electrode may be formed independently for each unit control unit.
  • the signal charge storage electrode and the transfer blocking electrode included in the unit control units adjacent to each other and different from each other may be integrally formed.
  • the control unit electrode includes a control unit transfer electrode, and the control unit transfer electrode is formed on the vertical transfer channel different from the signal charge storage electrode and the transfer blocking electrode, and the control unit transfer electrode.
  • the control unit transfer electrode may be driven by the same transfer pulse as the vertical transfer electrode provided in the pixel repetition region. In this case, the width of the vertical transfer channel under the control unit transfer electrode may be wider on the horizontal transfer unit side than on the vertical transfer unit side.
  • the illustrated solid-state imaging device further includes an intermediate electrode formed on the vertical transfer channel between the transfer control unit and the vertical transfer unit, and an intermediate of the vertical transfer channel when a low level voltage is applied to the intermediate electrode.
  • the potential at the position corresponding to the electrode may be equal to the potential at the position corresponding to the vertical transfer electrode of the vertical transfer channel when a low level voltage is applied to the vertical transfer electrode.
  • the exemplary solid-state imaging device further includes an intermediate electrode formed on the vertical transfer channel between the transfer control unit and the vertical transfer unit, and the signal charge accumulated under the vertical transfer electrode adjacent to the intermediate electrode is stored.
  • the control unit electrode adjacent to the intermediate electrode may be at a high level simultaneously with the intermediate electrode or earlier than the intermediate electrode.
  • the width of the vertical transfer channel is wider than the pixel repetition area in the transfer control unit, and the distance between the centers of adjacent vertical transfer channels included in one unit control unit is the pixel in the transfer control unit. It may be shorter than the repeating region.
  • the transfer packet includes four horizontal transfer electrodes and corresponds to three vertical transfer channels, and the three vertical transfer channels are transferred horizontally at a position where three horizontal electrodes adjacent to each other are arranged. It may be connected to a channel.
  • the transfer packet includes four horizontal transfer electrodes and corresponds to three vertical transfer channels, and the three vertical transfer channels are transferred horizontally at a position where two adjacent horizontal electrodes are arranged. It may be connected to a channel.
  • the transfer packet includes four horizontal transfer electrodes and corresponds to three vertical transfer channels, and a high level voltage is applied to two or more of the four horizontal transfer electrodes in the horizontal blanking period.
  • the horizontal transfer unit may receive signal charges from three vertical transfer channels via the transfer control unit.
  • the number of horizontal transfer electrodes to which a high level voltage is applied may be three.
  • the transfer packet has a horizontal transfer electrode whose width on the transfer control unit side is wider than the width on the opposite side to the transfer control unit, and whose width on the transfer control unit side is larger than the width on the opposite side to the transfer control unit. And at least one narrow horizontal transfer electrode.
  • the illustrated solid-state imaging device may further include a horizontal drain region that is adjacent to the horizontal transfer channel and the barrier region and extends in the row direction.
  • the number of horizontal transfer electrodes to which a high level voltage is applied when signal charges are transferred from the vertical transfer unit among the plurality of horizontal transfer electrodes, and after the transfer of the signal charges is completed may be different from each other.
  • the transfer packet includes four horizontal transfer electrodes and corresponds to three vertical transfer channels, and applies a high level voltage to three of the four horizontal transfer electrodes to generate three vertical transfer channels.
  • the operation of accumulating under the electrodes and the operation of transferring the accumulated signal charges in the horizontal direction by applying a high level voltage to two of the four horizontal transfer electrodes may be adopted.
  • the unit controller has three vertical transfer channels, and is transferred with a first operation of transferring a signal charge from one of the three vertical transfer channels to a corresponding transfer packet.
  • the second operation of transferring the signal charge in the horizontal direction to the transfer packet corresponding to the adjacent unit control unit, and the signal charge is transferred from the remaining two of the three vertical transfer channels to the corresponding transfer packet.
  • a configuration may be adopted in which the three signal charges are mixed in the horizontal transfer unit by performing the third operation.
  • the horizontal transfer electrode that applies a high level voltage in the horizontal blanking period may be different for each divided field.
  • the transfer packet includes four horizontal transfer electrodes and corresponds to three vertical transfer channels, and in the output mode in which the signal charge for one line is divided and output, the four horizontal transfer electrodes A horizontal electrode that applies a high level voltage to three of them and receives signal charges from the three vertical transfer electrodes may be different for each divided field.
  • the camera of the present disclosure includes an exemplary solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device According to the solid-state imaging device according to the present disclosure, it is possible to realize a solid-state imaging device that is less likely to cause transfer deterioration in the transfer control unit and performs power consumption reduction and highly efficient addition operation.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating charge transfer in a normal mode of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • 3 is a timing chart illustrating drive timings in a normal mode of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • (A)-(d) is a figure which shows the state of the electric potential of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment.
  • (A) And (b) is a figure which shows the state of the electric potential in the vicinity of the transfer control part of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment.
  • FIGS. 7A to 7D are diagrams illustrating charge transfer in the moving image mode of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIGS. 3 is a timing chart showing drive timing in a moving image mode of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating potential states when signal charges are transferred from a vertical transfer unit to a horizontal transfer unit in the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • (A)-(d) is a figure which shows the state of the electric potential at the time of transferring a signal charge from a vertical transfer part to a horizontal transfer part in the conventional solid-state imaging device. It is a top view which shows the structure of the modification of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment. It is a timing chart which shows the drive timing in the animation mode of the solid-state imaging device concerning a 2nd embodiment. It is a top view which shows the structure of the horizontal transfer part of the solid-state imaging device which concerns on 3rd Embodiment.
  • (A)-(c) is a timing chart which shows the example of the drive pulse applied to a horizontal transfer electrode, (a) is the case of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment, (b) and (b) ) Is the case of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • (A)-(d) is a figure which shows the state which has accumulate
  • (A) And (b) is a figure which shows the state of the electric charge in the horizontal transfer drain vicinity.
  • (A)-(f) is a figure which shows the state which has accumulate
  • (A)-(c) is a figure which shows the transfer of the electric charge in the normal mode of the solid-state imaging device concerning 4th Embodiment.
  • (A)-(c) is a figure which shows the transfer of an electric charge in the pixel addition mode of the solid-state imaging device which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 1 shows the configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
  • the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a plurality of photoelectric conversion elements 103, a vertical transfer unit 101 that transfers charges read from the photoelectric conversion elements 103 in the column direction (vertical direction), and vertical transfer.
  • a horizontal transfer unit 102 that receives charges from the unit 101 and transfers the received charges in the row direction (horizontal direction); and a transfer control unit 104 that controls transfer of charges from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102. ing.
  • the vertical transfer unit 101 includes a vertical transfer channel 111 which is an impurity diffusion layer extending in the column direction, and a plurality of vertical transfer electrodes 112 formed on the vertical transfer channel 111 via an insulating film (not shown). ing. Although only one row of photoelectric conversion elements 103 is illustrated in FIG. 1, the photoelectric conversion elements 103 are provided in a matrix and form pixel repetition regions 107.
  • the horizontal transfer unit 102 includes a horizontal transfer channel 121 extending in the row direction and a horizontal transfer electrode 122 formed on the horizontal transfer channel 121 via an insulating film (not shown).
  • the horizontal transfer unit 102 includes a plurality of transfer packets 123. In FIG. 1, the transfer packet 123 includes four adjacent horizontal transfer electrodes 122, and one transfer packet 123 corresponds to three vertical transfer channels 111.
  • the transfer control unit 104 includes a plurality of unit control units 143 each corresponding to the transfer packet 123.
  • the unit control unit 143 includes a vertical transfer channel 111 and a plurality of control unit electrodes 142 formed on the vertical transfer channel 111.
  • the control unit electrode 142 includes a signal charge storage electrode 147 and a transfer blocking electrode 148 sequentially formed from the vertical transfer unit 101 side.
  • An intermediate electrode 151 is provided between the vertical transfer unit 101 and the transfer control unit 104, and a final electrode 152 is provided between the transfer control unit 104 and the horizontal transfer unit 102.
  • one transfer packet 123 is configured by four horizontal transfer electrodes 122, and is driven in four phases.
  • One transfer packet 123 corresponds to the three vertical transfer channels 111 of the L column, the C column, and the R column.
  • the unit control unit 143 of the transfer control unit 104 is formed corresponding to the three vertical transfer channels 111 of the L column, the C column, and the R column corresponding to one transfer packet 123.
  • Transfer pulses ⁇ VST-L and ⁇ VHLD-L are applied to the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 in the L column.
  • Transfer pulses ⁇ VST-C and ⁇ VHLD-C are applied to the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 in the C column.
  • Transfer pulses ⁇ VST-R and ⁇ VHLD-R are applied to the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 in the R column.
  • 4-phase driving has an advantage that low-voltage driving is possible because the electrode length in the transfer direction of the horizontal transfer electrode can be shortened compared to 3-phase driving. For example, when the pixel size is about 1.5 ⁇ m, driving with 1.8 V is possible.
  • the voltage of 1.8 V is a voltage that is also used in other semiconductor elements mounted on a digital still camera or the like, and if it can be driven at 1.8 V, there is an advantage that the design of the camera or the like becomes easy.
  • the low level of the pulse applied to each electrode of the horizontal transfer unit is 0 V
  • the high level is 1.8 V
  • the low level of the pulse applied to each electrode of the vertical transfer unit and the transfer control unit is Description will be made assuming that ⁇ 6V and the high level are 0V.
  • the solid-state imaging device is arranged such that the L column, the C column, and the R column of the vertical transfer channel 111 correspond to three of the four horizontal transfer electrodes 122 that constitute the transfer packet 123. .
  • one of the four electrodes may be used as a barrier.
  • the horizontal transfer electrode corresponding to the R column is the horizontal transfer electrode 122 (R)
  • the horizontal transfer electrode corresponding to the C column is the horizontal transfer electrode 122 (C)
  • the horizontal transfer electrode corresponding to the L column is the horizontal transfer electrode.
  • 122 (L) the horizontal transfer electrode used as a barrier is denoted as horizontal transfer electrode 122 (B).
  • the normal mode is a 3: 1 interlace drive in which signal charges for one row are divided and transferred horizontally
  • the moving image mode is a drive for adding signal charges of three pixels of the same color adjacent in the horizontal direction.
  • FIG. 2 shows the signal charge transfer state in the normal mode
  • FIG. 3 shows the drive timing in the normal mode.
  • the signal charge Are transferred from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102 via the transfer control unit 104 and transferred from the horizontal transfer unit 102 to the output amplifier in three steps in the order of C column, R column, and L column.
  • the number of drive phases of the vertical transfer unit 101 6 phases, 8 phases, 12 phases, or the like is used, but in this embodiment, the case of 12-phase drive is shown. Accordingly, signal charges are accumulated in the eight vertical transfer electrodes 112 in the horizontal transfer period.
  • the signal charge accumulated in the vertical transfer electrode 112 is transferred to the signal charge accumulation electrode 147 of each column via the intermediate electrode 151.
  • the pulse ⁇ V11 applied to the intermediate electrode 151 is set to a low level (eg, ⁇ 6V), and is applied to the signal charge storage electrode 147 of ⁇ VST-L and C column applied to the signal charge storage electrode 147 of the L column.
  • the signal charge storage electrode 147 ⁇ VST-R in the ⁇ VST-C, R column to be set is set to a high level (eg, 0 V).
  • the signal charge accumulated in the intermediate electrode 151 of each column is transferred to the signal charge accumulation electrode 147.
  • ⁇ VHLD-L applied to the transfer blocking electrode 148 in the L column, ⁇ VHLD-C applied to the transfer blocking electrode 148 in the C column, and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrode 148 in the R column are set to the low level, thereby blocking the potential barrier. This prevents the signal charge transfer to the next stage.
  • the signal charges in the C column are transferred to the horizontal transfer unit 102 as the first divided field.
  • ⁇ VHLD-L applied to the L column transfer blocking electrode 148 and ⁇ VHLD-R applied to the R column transfer blocking electrode 148 are maintained at the low level, and the C column transfer blocking electrode The transition is made between ⁇ VHLD-C applied to 148 and ⁇ VL applied to the final electrode 152.
  • ⁇ H1 applied to the horizontal transfer electrode 122 (R), ⁇ H2 applied to the horizontal transfer electrode 122 (C), and ⁇ H3 applied to the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to a high level (eg, 1.8 V).
  • the horizontal transfer unit 102 performs transfer toward the output unit, and the signal charges in the C column are output.
  • the signal charge storage electrode 147 is set to the low level during the horizontal transfer period, but may not be the low level.
  • the signal charges in the R column are transferred to the horizontal transfer unit 102 as the second divided field.
  • ⁇ VHLD-L applied to the transfer prevention electrode 148 in the L column is maintained at a low level, and is applied to ⁇ VHLD-R applied to the transfer prevention electrode 148 in the R column and the final electrode 152.
  • Transition ⁇ VL In parallel, ⁇ H1 applied to the horizontal transfer electrode 122 (R), ⁇ H2 applied to the horizontal transfer electrode 122 (C), and ⁇ H3 applied to the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to the high level. Thereafter, the horizontal transfer unit 102 performs the transfer toward the output unit, and outputs the signal charges in the R column.
  • the L column signal charges are transferred to the horizontal transfer unit 102 as a third divided field.
  • ⁇ VHLD-L applied to the transfer prevention electrode 148 in the L column and ⁇ VL applied to the final electrode 152 are transited.
  • ⁇ H1 applied to the horizontal transfer electrode 122 (R), ⁇ H2 applied to the horizontal transfer electrode 122 (C), and ⁇ H3 applied to the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to the high level.
  • the horizontal transfer unit 102 performs the transfer toward the output unit, and outputs the signal charges in the L column. Through the above operation, signal charges for one line can be output, and the remaining signal charges can be sequentially output by the same operation.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment performs an operation of holding signal charges during horizontal transfer.
  • signal charges are accumulated below the four or more vertical transfer electrodes 112.
  • the signal charge accumulation electrode 147 must accumulate the signal charges accumulated in each of the plurality of vertical transfer electrodes 112. Accordingly, the saturation charge amount in the signal charge storage electrode 147 must be larger than that in the vertical transfer electrode 112 in the pixel repetition region 107.
  • the electrode length of the signal charge storage electrode 147 may be made wider than the electrode length of the vertical transfer electrode 112.
  • the width W2 of the vertical transfer channel 111 in the transfer control unit 104 may be made wider than the width W1 of the vertical transfer channel 111 in the pixel repetition region 107. If only the electrode length of the signal charge storage electrode 147 is increased, the transfer electric field is lowered and the transfer efficiency is lowered. For this reason, it is preferable to increase the length of the signal charge storage electrode 147 and increase the width of the vertical transfer channel 111.
  • the width of the vertical transfer channel 111 in the pixel repetition region 107 tends to be narrowed. For this reason, the impurity concentration in the vertical transfer channel 111 tends to be set high so that the potential of the vertical transfer channel 111 in the pixel repetition region 107 does not become shallow due to the narrow channel effect.
  • the impurity concentration of the vertical transfer channel 111 is set high, if the width of the vertical transfer channel 111 is increased in the transfer control unit 104, the signal charge storage electrode 147 which is the transfer control unit as shown in FIG. In addition, the potential of the vertical transfer channel becomes extremely deep at the transfer blocking electrode 148. Therefore, as shown in FIG.
  • the timing when the intermediate electrode 151 and the signal charge storage electrode 147 are set to the high level is the same, or the signal charge storage is performed. It is preferable that the timing at which the electrode 147 is set to the high level is earlier than the timing at which the intermediate electrode 151 is set to the high level. For example, as shown in FIG. 4B, when the intermediate electrode 151 is set to the high level and the signal charge storage electrode 147, the transfer blocking electrode 148 and the final electrode 152 adjacent to the intermediate electrode 151 are set to the low level, The low level potential of the first electrode is close to the high level potential of the intermediate electrode 151.
  • the signal charge storage electrode 147 is set to the low level, it does not act as a barrier against the signal charge, and the signal charge may be sent to the horizontal transfer unit 102.
  • the signal charge is advanced, for example, there is a problem that the signal charge is mixed with the signal charge of the column transferred earlier.
  • the signal charge storage electrode 147 is set to a high level and the intermediate electrode 151 is set to a low level.
  • the intermediate electrode 151 is shifted to a high level, and the signal charge on the lower side of the intermediate electrode 151 is transferred.
  • the transfer blocking electrode 148 acts as a barrier, and the signal charge is forwarded to the horizontal transfer unit 102. Can be prevented.
  • the transfer pulse ⁇ V11 applied to the intermediate electrode 151 is set to the low level
  • the transfer pulses ⁇ V7 to ⁇ V10 applied to the four vertical transfer electrodes 112 in order from the intermediate electrode 151 side are set to the high level
  • the following two The potential when the transfer pulses ⁇ V5 and ⁇ V6 applied to the vertical transfer electrode 112 are set to the low level is shown.
  • the 4-electrode accumulation as in this example is a voltage application state generally used in 6-phase driving.
  • the signal charge storage electrode 147 needs to store the signal charge stored in the plurality of vertical transfer electrodes 112 with one electrode.
  • the electrode length of the signal charge storage electrode 147 is longer than that of the vertical transfer electrode 112. Further, the width of the vertical transfer channel 111 is wider than that of the pixel repetition region 107 in the transfer control unit 104.
  • the potential on the lower side of the signal charge storage electrode 147 is deeper than the potential on the lower side of the vertical transfer electrode 112.
  • the intermediate electrode 151 prevents mixing of signal charges between different lines, and functions as a potential barrier against the signal charges accumulated in the four electrodes. Therefore, as shown in FIG. 5A, the low level potential of the intermediate electrode 151 is preferably the same as the low level potential of the vertical transfer electrode 112. For example, as shown in FIG.
  • the saturation charge amount decreases at the location where signal charges are accumulated by the four electrodes. Then, the signal charge is advanced to the signal charge storage electrode 147 side, and the signal charge is mixed.
  • the electrode length of the intermediate electrode 151 is made longer than that of the vertical transfer electrode 112, and the width of the vertical transfer channel 111 is set to the horizontal transfer unit 102 of the intermediate electrode 151. It is preferable to enlarge at the side position. By enlarging the width of the vertical transfer channel 111, the potential on the horizontal transfer unit 102 side can be deepened using the narrow channel effect. For this reason, even when the electrode length of the intermediate electrode 151 is increased, it is possible to suppress a decrease in the transfer electric field. Therefore, it is possible to achieve both suppression of the decrease in saturation charge amount and suppression of transfer failure.
  • FIG. 6 shows the signal charge transfer state in the moving image mode
  • FIG. 7 shows the drive timing in the moving image mode.
  • the signal charge in each column is transferred to the signal charge storage electrode 147 through the intermediate electrode 151.
  • the pulse ⁇ V11 applied to the intermediate electrode 151 is set to the low level, and the signals of ⁇ VST-L and C column applied to the signal charge storage electrode 147 of the L column are set.
  • ⁇ VST-C applied to the charge storage electrode 147 and the signal charge storage electrode 147 ⁇ VST-R in the R column are set to a high level (for example, 0 V).
  • ⁇ VHLD-L, ⁇ VHLD-C, and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrode 148 in each column are set to a low level to form a potential barrier, thereby blocking signal charge transfer to the next stage.
  • the signal charges in the C column are transferred to the horizontal transfer unit 102.
  • the transfer pulses ⁇ VHLD-L and ⁇ VHLD-R applied to the transfer blocking electrodes 148 in the L and R columns are maintained at a low level, and signal charges are stored in the signal charge storage electrodes.
  • ⁇ VHLD-C applied to the transfer blocking electrode 148 in the C column and ⁇ VL applied to the final electrode 152 are shifted.
  • ⁇ H1 applied to the horizontal transfer electrode 122 (R), ⁇ H2 applied to the horizontal transfer electrode 122 (C), and ⁇ H3 applied to the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to the high level. Thereafter, as shown in FIG. 6C, the signal charges are transferred in three columns in the left direction in the period from time tc to td.
  • the vertical transfer unit 101 it is also possible to add three pixels in the vertical transfer unit 101 by providing a plurality of readout electrodes and devising driving. In this case, a 9-pixel addition operation can be realized in combination with the horizontal 3-pixel addition described above.
  • the horizontal signal addition operation the example in which the signal charges in the C column are transferred first and the signal charges in the L column and the R column are added in the horizontal transfer unit 102 has been described above. It is also possible to transfer the column signal charges and later add the column C signal charges.
  • the signal charge transfer from the transfer control unit 104 to the horizontal transfer unit 102 for the second time is greater when the signal charge of one pixel is transferred to the horizontal transfer unit 102 than when the signal charge of two pixels is transferred first.
  • the potential difference between the vertical transfer channel 111 and the horizontal transfer channel 121 on the lower side of the final electrode 152 can be increased. For this reason, there is an advantage that the transfer electric field from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102 can be improved.
  • FIG. 8A to 8C show potentials when signal charges are transferred from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102.
  • FIG. 8A corresponds to the time ta in FIG. 7
  • FIG. 8B corresponds to the time tb
  • FIG. 8C corresponds to the time tc.
  • ⁇ VST-C applied to the signal charge storage electrode 147 is at a high level
  • ⁇ VL applied to the final electrode 152 are low.
  • the signal charge is held in the signal charge storage electrode 147.
  • ⁇ VST-C is set to a low level
  • ⁇ VHLD-C, ⁇ VL, ⁇ H1, ⁇ H2, and ⁇ H3 are set to a high level.
  • the signal charge held in the signal charge storage electrode 147 is transferred to the horizontal transfer unit 102.
  • the signal charge transfer from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102 is completed by changing ⁇ VL from the high level to the low level. Since the vertical transfer channels 111 are not bundled as in the conventional example, the potential of the final electrode 152 can be reduced. As will be described in detail later, ⁇ H1 applied to the horizontal transfer electrode 122 (R), ⁇ H2 applied to the horizontal transfer electrode 122 (C), and ⁇ H3 applied to the horizontal transfer electrode 122 (L) are simultaneously set to the high level. Therefore, the potential of the horizontal transfer channel 121 can be increased. Therefore, when the signal charge is transferred from the vertical transfer unit 101 to the horizontal transfer unit 102, the potential difference between the vertical transfer unit 101 and the horizontal transfer unit 102 can be increased, and a strong transfer electric field can be secured to prevent transfer deterioration. it can.
  • FIG. 9 shows the potential when the vertical transfer channels are bundled in the conventional transfer control unit. As shown in FIG. 9A, ⁇ VST-C is set to the high level, ⁇ VHLD-C and ⁇ VOG applied to the final electrode are set to the low level, and the signal charge is held in the signal charge storage electrode.
  • ⁇ VST-C is set to a low level
  • ⁇ VHLD-C, ⁇ VOG, ⁇ H1, ⁇ H2, and ⁇ H3 are set to a high level, whereby the held signal charges are transferred to the horizontal transfer unit. Forward to.
  • ⁇ VOG is changed from the high level to the low level to complete the signal charge transfer from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit.
  • the potential under the final electrode is deep because the vertical transfer channels are bundled, and the potential difference between the vertical transfer portion and the horizontal transfer portion is small, so that a sufficient transfer electric field cannot be secured.
  • the electrode is preferably composed of a single layer.
  • the vertical transfer channel 111 in the C column is symmetrically widened in a portion where the width of the vertical transfer channel 111 is widened.
  • the widths of the vertical transfer channels 111 in the R and L columns are expanded only on the C column side. For this reason, the distance d2 between the centers of the vertical transfer channels 111 in the transfer control unit 104 is smaller than the distance d1 between the centers of the vertical transfer channels 111 in the pixel repetition region 107.
  • the widths of the vertical transfer channels 111 in the L column, the C column, and the R column are symmetrically widened.
  • the vertical transfer channels 111 in the L column and the R column are changed to the C column. It is good also as a structure arrange
  • the solid-state imaging device suppresses transfer deterioration because the transfer control unit that selectively controls the signal charge transfer from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit does not bundle the vertical transfer channels. it can.
  • the number of horizontal transfer electrodes in the horizontal transfer unit is about 1/3 compared with the case where horizontal interlace is not used in in-phase driving, so the interelectrode capacitance is reduced and the power consumption is reduced. Electric power can be realized. Further, it is possible to realize a solid-state imaging device capable of efficiently performing pixel addition of signal charges in the horizontal transfer unit and achieving both efficient pixel addition and low power consumption.
  • FIG. 11 shows the configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 shows drive timings in the moving image mode of the solid-state imaging device of the present embodiment.
  • FIG. 11 the same components as those of FIG.
  • the signal charge is transferred to the C column that first transfers the signal charge from the transfer control unit 104 to the horizontal transfer unit 102 as in the R column and the L column.
  • a storage electrode 147 and a transfer blocking electrode 148 are provided.
  • the control unit electrode in the C column may be the control unit transfer electrode 149 to which the same transfer pulse as the vertical transfer electrode 112 provided in the pixel repetition region 107 is applied.
  • the vertical transfer channel 111 in the C column may be narrower than the vertical transfer channels 111 in the L and R columns. Therefore, as shown in FIG. 11, if the width of the vertical transfer channel 111 in the C column is expanded toward the horizontal transfer unit 102 and the narrow channel effect is used, the transfer electric field can be improved. Accordingly, it is not necessary to provide the two control unit electrodes 142 of the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 as in the L and R columns, and the single control unit transfer electrode 149 has a sufficient effect as a potential barrier. can get.
  • the transfer pulse ⁇ VST-C applied to the signal charge storage electrode 147 in the C column is transferred to the vertical transfer electrode 112 in the pixel repetition region 107.
  • the transfer pulse ⁇ V12 applied to the vertical transfer electrode 112 of the pixel repetition region 107 is applied to the control unit transfer electrode 149 provided in the C column, the operation is performed without any problem.
  • the transfer pulse ⁇ V12 is applied to the control unit transfer electrode 149, it operates without any problem.
  • the ⁇ VST-C and ⁇ VHLD-C applied to the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 in the C column in the first embodiment are not necessary. Accordingly, the number of pulses applied to the transfer control unit 104 is ⁇ VST-R, ⁇ VST-L, ⁇ VHLD-R, and ⁇ VHLD-L, and ⁇ V12, so the number of pins of the package can be reduced.
  • FIG. 13 shows the configuration of the horizontal transfer unit in the third embodiment.
  • a barrier region 125 and a horizontal drain 126 are formed adjacent to the horizontal transfer channel 121.
  • the signal charges from the final electrode 152 are received by the horizontal transfer electrode 122 (R), the horizontal transfer electrode 122 (C), and the horizontal transfer electrode 122 (L).
  • the signal charge was accumulated until the start of horizontal transfer.
  • the number of horizontal transfer electrodes to which a high level voltage is applied is changed.
  • the horizontal transfer electrode 122 (R) is set to the low level, and the horizontal transfer electrode 122 (C) and the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to the high level.
  • the horizontal transfer electrode 122 (R) and the horizontal transfer electrode 122 (C) may be set to a low level, and the horizontal transfer electrode 122 (L) may be set to a high level. In this case, charge is accumulated in one electrode.
  • a barrier region 125 and a horizontal drain 126 are provided adjacent to a horizontal transfer channel 121 as shown in FIG.
  • unnecessary signal charges overflowing from the vertical transfer unit 101 and the horizontal transfer unit 102 can be discharged to the horizontal drain 126, and erosion of the optical black portion is suppressed.
  • excessive signal charge leaks to the charge detection unit generally, floating diffusion is used
  • signal charge leaks into the feedthrough after signal charge reset This suppresses the problem that the image after CDS sinks black.
  • the accumulated charge amount is large, and the potential of the horizontal transfer unit 102 after the signal charge is transferred to the horizontal transfer unit 102 is 2. It becomes deeper than in the case of electrode accumulation or single electrode accumulation. Therefore, it may be difficult to discharge unnecessary charges to the horizontal drain 126. However, if the potential of the barrier region 125 is made too deep so that it can be discharged, the amount of saturation signal decreases when charges are transferred while performing two-electrode accumulation in four-phase driving. For this reason, as shown in FIG. 14B, the number of electrodes to which a high level is applied before the start of horizontal transfer is set to two as in the transfer.
  • FIG. 15A shows a state in which signal charges are accumulated in the three electrodes in the horizontal transfer unit 102, and a dotted line is a potential of the barrier region 125 provided between the horizontal transfer unit 102 and the horizontal drain 126.
  • FIG. 16A shows the potential when three electrodes are accumulated in the vicinity of the horizontal drain 126.
  • FIG. 15B when the transition is made from the three-electrode accumulation to the two-electrode accumulation, the excess signal charge passes over the barrier region 125 and is discharged to the horizontal drain 126 as shown in FIG. After discharging the surplus charge as shown in FIG. 15 (c), the signal charges are transferred horizontally by four-phase driving while performing two-electrode accumulation as shown in FIG.
  • the saturation charge signal amount during transfer may be lower than when two electrodes are accumulated in the horizontal blanking period. Absent. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the signal charge is discharged to the horizontal drain 126 and horizontal shading occurs during the transfer.
  • FIGS. 17A to 17E sequentially show a state in which signal charges are accumulated from the three electrodes in the horizontal transfer unit 102 during the horizontal blanking period to a transition from two-electrode accumulation to one-electrode accumulation. ing. After the transition to the one-electrode accumulation and the surplus charge is discharged, as shown in FIG. 17 (f), the signal charges are transferred by the four-phase drive while the two electrodes are accumulated and the signal charges are output.
  • FIG. 18 shows the potential in the vicinity of the horizontal drain 126 corresponding to FIG. Since the saturation signal amount during one electrode accumulation in the horizontal blanking period is lower than the saturation signal amount being transferred in two electrode accumulation, horizontal shading can be further suppressed.
  • the driving method of the present embodiment is a horizontal transfer unit driving method, and therefore can be applied regardless of whether the vertical transfer units are bundled or not, and the same effect can be obtained in any configuration.
  • FIG. 19A to 19C show charge transfer in the normal mode of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • the same components as those of FIG. When the solid-state imaging device according to the first embodiment transfers signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit in the horizontal blanking period in the normal mode in which horizontal interlacing is performed, the high-level voltage is applied to the three horizontal transfer electrodes. Was applied. However, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the horizontal electrode to which a high level voltage is applied is switched according to the column to which charges are transferred.
  • the three vertical transfer channels 111 are accommodated between the horizontal transfer electrode 122 (L) and the horizontal transfer electrode 122 (R). There is a risk of disappearing. In this case, the signal charges in the L and R columns are more difficult to transfer to the horizontal transfer unit 102 than the signal charges in the C column, and the signal charges for each column vary. For this reason, in the solid-state imaging device of the present embodiment, when transferring the signal charges of the C column to the horizontal transfer unit 102, as shown in FIG. 19A, the horizontal transfer electrode 122 (R) and the horizontal transfer electrode 122 are transferred.
  • a high level voltage is applied to (C) and the horizontal transfer electrode 122 (L), and a low level voltage is applied to the horizontal transfer electrode 122 (B).
  • the horizontal transfer electrode 122 (R), the horizontal transfer electrode 122 (C), and the horizontal transfer electrode 122 (B) are transferred.
  • a high level voltage is applied to each, and a low level voltage is applied to the horizontal transfer electrode 122 (L).
  • the horizontal transfer electrode 122 (C), the horizontal transfer electrode 122 (L), and the horizontal transfer electrode 122 (B) are transferred.
  • the solid-state imaging device according to the first embodiment performs horizontal transfer after transferring the signal charges of the C column to the horizontal transfer unit 102, and then Three-pixel addition is realized by transferring the signal charges of the L and R columns to the horizontal transfer unit 102.
  • the solid-state imaging device according to the present embodiment does not simultaneously transfer the signal charges in the L and R columns to the horizontal transfer unit 102 as illustrated in FIG.
  • the horizontal transfer electrode 122 (R), the horizontal transfer electrode 122 (C), and the horizontal transfer electrode 122 (L) are set to the high level, and the signal charges in the C column are transferred to the horizontal transfer unit 102. Forward.
  • the horizontal transfer electrode 122 (R), the horizontal transfer electrode 122 (C), and the horizontal transfer electrode 122 (B) are set to the high level, and the signal charges in the R column are transferred to the horizontal transfer unit 102. Forward to.
  • the horizontal transfer electrode 122 (C), the horizontal transfer electrode 122 (L), and the horizontal transfer electrode 122 (B) are set to the high level, and the signal charges in the L columns are transferred to the horizontal transfer unit 102. Forward to. This realizes 3-pixel addition.
  • the solid-state imaging device has an advantage that transfer failure such as FPN and transfer variation for each column can be suppressed during signal charge transfer from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit.
  • FIG. 21 shows a configuration in the vicinity of the final electrode 152 of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
  • the horizontal electrode lengths of the horizontal transfer electrode 122 (R), the horizontal transfer electrode 122 (C), and the horizontal transfer electrode 122 (L) that are at a high level during the horizontal blanking period are locally determined. Has been changed.
  • the horizontal electrode lengths of the horizontal transfer electrode 122 (R) and the horizontal transfer electrode 122 (L) are made longer than the horizontal transfer electrode 122 (C). ing.
  • the horizontal electrode length of the horizontal transfer electrode 122 (B) is shorter than that of the horizontal transfer electrode 122 (C). Therefore, the horizontal distance d4 between the end of the vertical transfer channel 111 in the L column and the end of the horizontal transfer electrode 122 (L), and the end of the vertical transfer channel 111 in the R column and the horizontal transfer electrode 122 The horizontal distance d5 between the ends of (R) can be increased. Therefore, the width of the vertical transfer channel 111 can be increased. Thereby, the transfer efficiency of signal charges from the vertical transfer channel 111 of the L column and the vertical transfer channel 111 of the R column to the horizontal transfer unit 102 can be improved, and the transfer variation of the signal charge for each column can be suppressed.
  • FIG. 22 shows a configuration of a solid-state imaging apparatus according to the sixth embodiment.
  • the solid-state imaging device of this embodiment can receive signal charges by setting the two horizontal transfer electrodes 122 to a high level during the horizontal blanking period. For this reason, it is possible to suppress a decrease in saturation signal amount and horizontal shading of the horizontal transfer unit 102.
  • the electrode lengths of the two horizontal transfer electrodes that are at the high level during the horizontal blanking period may be locally increased in the vicinity of the final electrode 152.
  • the solid-state imaging device associates the vertical transfer channels 111 of the R column, the C column, and the L column with two of the four horizontal transfer electrodes constituting one transfer packet. Therefore, even during high-luminance light imaging, it is possible to suppress horizontal shading and a decrease in the saturation signal amount of the horizontal transfer unit.
  • FIG. 23 shows a configuration of a solid-state imaging device according to the seventh embodiment.
  • the vertical transfer channel 111 includes two columns, the R column and the L column, the R column includes the R1 column and the R2 column, and the L column includes the L1 column and the L2 column.
  • One unit control unit 143 corresponds to the R1 column and the L2 column or the R2 column and the L1 column.
  • the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 corresponding to the adjacent R1 column and R2 column are integrally formed, and the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode corresponding to the adjacent L1 column and L2 column are formed integrally.
  • the electrode 148 is formed in common. That is, the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 included in the two adjacent unit control units 143 are integrally formed.
  • the vertical transfer channel 111 included in one unit control unit 143 corresponds to the four horizontal transfer electrodes 122 included in one transfer packet 123.
  • four horizontal electrodes included in one transfer packet 123 are referred to as a horizontal transfer electrode 122 (1), a horizontal transfer electrode 122 (2), a horizontal transfer electrode 122 (3), and a horizontal transfer electrode 122 (4).
  • the vertical transfer channel 111 in the R1 column or L1 column corresponds to the horizontal transfer electrode 122 (1)
  • the vertical transfer channel 111 in the R2 column or L2 column corresponds to the horizontal transfer electrode 122 (3).
  • the number of packets formed in the horizontal transfer unit 102 is one half of the number of columns of the vertical transfer channel 111. For this reason, in the normal mode, the signal charge of one line is divided into two and output in an interlaced manner. As the horizontal pixel addition, two adjacent pixels of the same color can be added. In this case, it is not necessary to interlace.
  • the transfer control unit 104 is composed of two signal charge storage electrodes 147 to which ⁇ VST-R, ⁇ VST-L, ⁇ VHLD-R, and ⁇ VHLD-L are applied, and two transfer blocking electrodes 148. An example configured is shown. However, if the signal charge storage electrode 147 and the transfer blocking electrode 148 to which different voltages can be applied independently are increased in the horizontal direction, it is possible to add four horizontal pixels.
  • FIGS. 24A and 24B show the operation at the time of horizontal two-pixel addition.
  • the horizontal transfer electrode 122 (1), the horizontal transfer electrode 122 (2) and the horizontal transfer electrode 122 (3) are set to the high level, and the horizontal transfer electrode 122 (4) is set to the low level.
  • the signal charges in the R column are transferred to the horizontal transfer unit 102.
  • the signal charge in the L column is converted into the signal charge storage electrode. 147 is held below.
  • the signal charges in the R column transferred to the horizontal transfer unit 102 are horizontally transferred in two columns (for one unit). Thereafter, as shown in FIG. 24B, the voltages applied to the transfer prevention electrode 148 and the final electrode 152 in the L column are transited, and the horizontal transfer electrode 122 (1), the horizontal transfer electrode 122 (2), and the horizontal The transfer electrode 122 (3) is set to the high level, and the horizontal transfer electrode 122 (4) is set to the low level. Thereby, the signal charges in the L column are transferred to the horizontal transfer unit 102, and horizontal two-pixel addition is performed.
  • pixel addition can be performed in the vertical transfer unit 101.
  • 4-pixel addition can be realized by combining pixel addition in the absence of the vertical transfer unit 101 and horizontal 2-pixel number addition.
  • the horizontal three-pixel addition can realize a nine-pixel addition in combination with the vertical three-pixel addition, and can realize a high-quality moving image with little moiré without a center-of-gravity shift after the addition.
  • 9-pixel addition the number of pixels after the addition greatly decreases, so that there may be a case where a solid-state imaging device with a small number of pixels cannot obtain a sufficient resolution.
  • the two vertical transfer channels 111 included in the unit control unit 143 are asymmetrically expanded in the horizontal direction.
  • the distance d3 in the transfer control unit is shorter than the distance d1 in the pixel repetition region as the distance between the centers of the two columns of vertical transfer channels 111 included in the unit control unit 143.
  • the L and R columns of vertical transfer channels 111 111 may be expanded symmetrically in the horizontal direction. In this case, the distance between the centers of the two vertical transfer channels 111 included in the unit control unit 143 is equal between the pixel repetition region and the transfer control unit.
  • the solid-state imaging device can add two horizontal pixels by reducing the vertical transfer channel 111 included in the unit control unit 143 into two columns, and can reduce power consumption.
  • the solid-state imaging device of the present invention has low power consumption, can efficiently perform pixel addition of signal charges of the same color adjacent in the horizontal direction, and can realize a high-speed moving image mode. It is useful as an imaging device.

Landscapes

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Abstract

　固体撮像装置は、複数の光電変換素子１０３と、垂直転送部１０１と、水平転送部１０２と、垂直転送部１０１から水平転送部１０２への電荷の転送を制御する転送制御部１０４とを備えている。転送制御部１０４は、転送パケット１２３と対応した複数の単位制御部１４３を有している。単位制御部１４３は、垂直転送チャネル１１１と、垂直転送チャネル１１１の上に形成された複数の制御部電極１４２とを有している。制御部電極１４２は、垂直転送部１０１側から順次形成された信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８を含む。垂直転送チャネル１１１は、それぞれ独立して水平転送チャネル１２１と接続されている。垂直転送部１０１から水平転送部１０２への電荷の転送を停止する場合には、信号電荷蓄積電極１４７にハイレベルの電圧を印加し且つ転送阻止電極１４８にローレベルの電圧を印加する。

Description

固体撮像装置及びカメラ
　本開示は固体撮像装置及びカメラに関し、特に画素加算機能を有する固体撮像装置及びカメラに関する。
　デジタルスチルカメラ用の電荷結合素子（ＣＣＤ）は、１千万以上の画素を有することが一般的となっている。水平方向の画素数は４０００画素程度に達し、水平転送部を構成する水平転送電極が微細化されている。このため、従来の垂直転送部の１列に水平転送部の１転送パケットが対応する２相駆動では、電極間容量の増大が著しく、消費電力が膨大になるという問題が生じる。
　この問題を解決するために、１ラインの信号電荷を分割してインターレース出力する方式が提案されている。例えば、水平転送部の転送パケット数を垂直転送部の列数の３分の１とし、垂直転送部から水平転送部への転送及び水平転送部から出力部への転送動作を３回に分割する。このようにすれば、水平転送部を構成する電極数を減らすことが可能となり、電極間容量が減少するので、消費電力を低減できる。このような構造の固体撮像装置は、水平転送部の転送パケット数が垂直転送部の列数よりも少なくなる。従って、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要となる。転送制御部には、最初の転送動作を行っている間、信号電荷を保持しておく機能が必要である。
　ＣＣＤには、受光素子の信号を全画素読み出して静止画として用いる撮像モード（以下、通常モードという）だけでなく、液晶モニタへの表示又は動画を記録するための動画モードが要求されている。通常モードの場合２～３フレーム／秒のフレームレートで出力すればよい。しかし、動画モードの場合には３０フレーム／秒のフレームレートで出力することが必要となる。このため、動画モードにおいて、複数の画素から得られる信号電荷を撮像装置内において加算したり、画素から読み出す信号電荷を選択的に間引いたりして、出力信号数を減らし、高フレームレートの動画を実現する。通常モードが１千万画素の場合、高画質の７２０ｐ出力（１２８０×７２０画素）であっても静止画と比べ、画像を１／１０近くに圧縮する必要があり、加算される信号電荷も多くなる。
　デジタルスチルカメラ用固体撮像装置では、一般にベイヤー配列が用いられ、隣接する同色間で信号電荷を加算している。固体撮像装置内における信号電荷の加算は、垂直方向の加算と水平方向の加算とを行う必要がある。垂直方向の信号電荷の加算は、光電変換素子から垂直転送部への読み出しを行う垂直転送電極を複数設け、駆動タイミングを工夫することにより、垂直転送部内において行うことが可能である。しかし、水平方向の信号電荷の加算を行うためには、垂直転送部と水平転送部との間に、信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部を設ける必要がある。
　転送制御部を設けた固体撮像装置として次のような例が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。図２５に示すように、垂直転送部５０１と水平転送部５０２との間に電荷転送部（ＶＯＧ部）５０４が設けられている。垂直転送部５０１は、隣り合う２以上の垂直転送部ごとにグループを形成している。各グループは水平転送部５０２の単位転送ビットと対応している。ＶＯＧ部５０４は、グループごとに形成されており、グループ内の垂直転送部５０１から水平転送部５０２の対応する単位転送ビットに信号電荷を転送する。同一のグループに含まれる垂直転送部５０１のａ列及びｂ列と、対応するＶＯＧ部５０４との間には、ストレージ部５０５及びホールド部５０６とを有する電荷保持部５０７が形成されている。
　以上のように構成された固体撮像装置についてその動作を説明する。先に述べた転送制御部は、この例では、電荷保持部５０７とＶＯＧ部５０４を含んだ領域になる。水平転送部５０２は３相駆動であるとして説明する。通常モードの場合には、ｃ列の信号電荷をＶＯＧ部５０４を介して水平転送部２のＨ１に転送し、続いて出力部へ水平転送を行う。この際、ａ列とｂ列の信号電荷は電荷保持部５０７において保持されている。ｃ列の信号電荷を転送した後、ａ列の信号電荷を水平転送部５０２のＨ１に転送し、続いて出力部へ水平転送を行う。次に、ｂ列の信号電荷を水平転送部２のＨ１に転送し、続いて出力部へ水平転送を行う。このようにすることにより、通常モードでは水平１ラインの信号電荷が、３分割され出力される。
　一方、水平３画素加算モードの場合は、ａ列の信号電荷とｃ列の信号電荷とをＶＯＧ部５０４を介して水平転送部２のＨ１に転送する。この後、１単位転送ビット分左方向に信号電荷を転送する。次に、ｂ列の信号電荷をＶＯＧ部５０４を介して水平転送部２のＨ１に転送する。これにより、水平方向の３画素加算を行うことができる。この動作モードでは、加算後の信号電荷数と水平転送部の転送パケット数が一致するため、通常モードのように１ラインを３分割して転送する必要はない。いずれの場合も垂直転送部５０１から水平転送部５０２までは、ＶＯＧ部５０４を介して転送されており、垂直転送部５０１はＶＯＧ部５０４と接続されている。
特開２００６－３１０６５５号公報
　しかしながら、前記従来の構成には転送劣化が発生しやすいという問題がある。従来の構成においては、水平転送部の前に配置されたＶＯＧ部において、垂直転送部の垂直転送チャネルが束ねられている。このため、ＶＯＧ部から水平転送部へ信号電荷を転送する場合に信号電荷を受ける水平転送電極内に向けて、垂直転送チャネルを絞り込むことが必要となる。垂直転送チャネルを急峻に絞り込むと電位が水平転送部側で浅くなり転送劣化が発生しやすくなる。一方、垂直転送チャネルを緩やかに絞り込むと、転送長が長くなるため転送劣化が発生しやすくなる。
　さらに、近年ＣＣＤの微細化が進んでおり、画素繰り返し領域における垂直転送チャネルの幅が狭くなっている。このため、ナローチャネル効果に起因する取り扱い電荷量の低下や変調度の低下による転送効率の劣化を抑制するために、垂直転送チャネルの不純物濃度を高くする必要がある。しかし、不純物濃度が高い垂直転送チャネルをＶＯＧ部において束ねると、ＶＯＧ部においてナローチャネル効果が減少する。垂直転送チャネルの不純物濃度が高い場合には、ＶＯＧ部の電位が極端に深くなり、垂直最終電極における電位と水平転送部における電位との電位差が小さくなり垂直最終電極から水平転送部への信号電荷の転送が困難となる。ＶＯＧ部において不純物の注入量を変更し電位を浅くすることも可能であるが、工程追加によるコスト上昇が生じたり、合わせズレによる転送劣化が生じやすくなったりするという問題がある。
　本開示は、転送制御部における転送劣化が生じにくく、消費電力の低減と高効率の加算動作とを行う固体撮像装置を実現できるようにする。
　例示の固体撮像装置は、画素繰り返し領域に行列状に配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子から読み出した電荷を列方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から電荷を受け取り、受け取った電荷を行方向に転送する水平転送部と、垂直転送部から水平転送部への電荷の転送を制御する転送制御部とを備えている。垂直転送部は、列方向に延びる複数の垂直転送チャネルと、垂直転送チャネルの上に形成された複数の垂直転送電極とを有している。水平転送部は、行方向に延びる水平転送チャネルと、水平転送チャネルの上に形成された複数の水平転送電極とを有し且つ複数の転送パケットにより構成されている。転送パケットは、複数の水平転送電極のうちの隣接して形成された２以上の水平転送電極を含み、複数の垂直転送チャネルのうちの隣接した２以上の垂直転送チャネルと対応している。転送制御部は、転送パケットと対応した複数の単位制御部を有している。単位制御部は、垂直転送チャネルと、該垂直転送チャネルの上に形成された複数の制御部電極とを有している。制御部電極は、垂直転送部側から順次形成された信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極を含む。垂直転送チャネルは、それぞれ独立して水平転送チャネルと接続されている。垂直転送部から水平転送部への電荷の転送を停止する場合には、信号電荷蓄積電極にハイレベルの電圧を印加し且つ転送阻止電極にローレベルの電圧を印加する。
　例示の固体撮像装置は、垂直転送チャネルは、それぞれ独立して水平転送チャネルと接続されている。このため、垂直転送チャネルの電位が水平転送部側においても浅くなりにくいため、転送劣化が生じにくい。また、ナローチャネル効果の減少が生じにくく、最終電極から水平転送部への信号電荷の転送も容易となる。
　例示の固体撮像装置において、信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極は、単位制御部ごとに独立して形成されていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、互いに隣接し且つ互いに異なる単位制御部に含まれる信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極は、それぞれ一体に形成されていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、制御部電極は、制御部転送電極を含み、制御部転送電極は、信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極と、制御部転送電極とは互いに異なる垂直転送チャネルの上に形成され、制御部転送電極は、画素繰り返し領域に設けられた垂直転送電極と同一の転送パルスにより駆動される構成としてもよい。この場合において、制御部転送電極の下における垂直転送チャネルの幅は、水平転送部側において垂直転送部側よりも広くしてもよい。
　例示の固体撮像装置は、転送制御部と垂直転送部との間において垂直転送チャネルの上に形成された中間電極をさらに備え、中間電極にローレベルの電圧を印加した場合における垂直転送チャネルの中間電極と対応する位置の電位は、垂直転送電極にローレベルの電圧を印加した場合における垂直転送チャネルの垂直転送電極に対応する位置の電位と等しくすればよい。
　例示の固体撮像装置は、転送制御部と垂直転送部との間において垂直転送チャネルの上に形成された中間電極をさらに備え、中間電極に隣接する垂直転送電極の下に蓄積された信号電荷を、転送制御部へ転送する場合に、中間電極と隣接する制御部電極は、中間電極と同時又は中間電極よりも早くハイレベルとなるようにしてもよい。
　例示の固体撮像装置において、垂直転送チャネルの幅は、転送制御部において画素繰り返し領域よりも広く、一の単位制御部に含まれる隣接した垂直転送チャネルの中心間の距離は、転送制御部において画素繰り返し領域よりも短くしてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、４つの水平転送電極を含み且つ３つの垂直転送チャネルと対応し、３つの垂直転送チャネルは、互いに隣接する３つの水平電極が配置された位置において水平転送チャネルと接続されていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、４つの水平転送電極を含み且つ３つの垂直転送チャネルと対応し、３つの垂直転送チャネルは、互いに隣接する２つの水平電極が配置された位置において水平転送チャネルと接続されていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、４つの水平転送電極を含み且つ３つの垂直転送チャネルと対応し、水平ブランキング期間において、４つの水平転送電極のうちの２つ以上にハイレベルの電圧が印加され、水平転送部は転送制御部を介して３つの垂直転送チャネルから信号電荷を受け取る構成としてもよい。
　例示の固体撮像装置において、ハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数は３つである構成としてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、転送制御部側における幅が転送制御部と反対側における幅よりも広い水平転送電極と、転送制御部側における幅が転送制御部と反対側における幅よりも狭い水平転送電極とを少なくとも１つずつ含んでいてもよい。
　例示の固体撮像装置は、水平転送チャネルとバリア領域を挟んで隣接し、行方向に延びる水平ドレイン領域をさらに備えていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、複数の水平転送電極のうち、垂直転送部から信号電荷が転送される場合にハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数と、信号電荷の転送が完了した後にハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数とは互いに異なっていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、４つの水平転送電極を含み且つ３つの垂直転送チャネルと対応し、４つの水平転送電極のうちの３つにハイレベルの電圧を印加して３つの垂直転送チャネルから水平転送部に信号電荷を転送する動作と、４つの水平転送電極のうちの１つ又は２つにローレベルの電圧を印加して転送された信号電荷を２つ又は１つの水平転送電極の下に蓄積する動作と、４つの水平転送電極のうちの２つにハイレベルの電圧を印加して蓄積された信号電荷を水平方向に転送する動作とを行う構成としてもよい。
　例示の固体撮像装置において、単位制御部は、３つの垂直転送チャネルを有し、３つの垂直転送チャネルのうちの１つから対応する転送パケットへ信号電荷を転送する第１の動作と、転送された信号電荷を、隣接する単位制御部に対応する転送パケットまで水平方向に転送する第２の動作と、３つの垂直転送チャネルのうちの残りの２つから対応する転送パケットへ信号電荷を転送する第３の動作とを行うことにより３つの信号電荷を水平転送部において混合する構成としてもよい。
　例示の固体撮像装置は、１ライン分の信号電荷を分割して出力する出力するモードにおいて、水平ブランキング期間にハイレベルの電圧を印加する水平転送電極は、分割フィールドことに異なっていてもよい。
　例示の固体撮像装置において、転送パケットは、４つの水平転送電極を含み且つ３つの垂直転送チャネルと対応し、１ライン分の信号電荷を分割して出力する出力するモードにおいて、４つの水平転送電極のうちの３つにハイレベルの電圧を印加し、３つの垂直転送電極から信号電荷を受け取る水平電極は、分割フィールドごとに異なっていてもよい。
　本開示のカメラは、例示の固体撮像装置を備えている。
　本開示に係る固体撮像装置によれば、転送制御部における転送劣化が生じにくく、消費電力の低減と高効率の加算動作とを行う固体撮像装置を実現できる。
第１の実施形態係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 （ａ）～（ｄ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置の通常モードにおける電荷の転送を示す図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の通常モードにおける駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 （ａ）～ｄ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置の電位の状態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置の転送制御部付近における電位の状態を示す図である。 （ａ）～（ｄ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置の動画モードにおける電荷の転送を示す図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の動画モードにおける駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 （ａ）～（ｄ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置において垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送する際の電位の状態を示す図である。 （ａ）～（ｄ）は従来の固体撮像装置において垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送する際の電位の状態を示す図である。 第１の実施形態係る固体撮像装置の変形例の構成を示す平面図である。 第２の実施形態係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の動画モードにおける駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 第３の実施形態係る固体撮像装置の水平転送部の構成を示す平面図である。 （ａ）～（ｃ）は水平転送電極に印加する駆動パルスの例を示すタイミングチャートであり、（ａ）は第１の実施形態に係る固体撮像装置の場合であり、（ｂ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係る固体撮像装置の場合である。 （ａ）～（ｄ）は水平転送部において信号電荷を蓄積している状態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は水平転送ドレイン付近における電荷の状態を示す図である。 （ａ）～（ｆ）は水平転送部において信号電荷を蓄積している状態を示す図である。 水平転送ドレイン付近における電荷の状態を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は第４の実施形態係る固体撮像装置の通常モードにおける電荷の転送を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は第４の実施形態係る固体撮像装置の画素加算モードにおける電荷の転送を示す図である。 第５の実施形態係る固体撮像装置の水平転送部の構成を示す平面図である。 第６の実施形態係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 第７の実施形態係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は第７の実施形態係る固体撮像装置の画素加算モードにおける電荷の転送を示す図である。 従来例に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
　（第１の実施形態）
　図１は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示している。図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、複数の光電変換素子１０３と、光電変換素子１０３から読み出した電荷を列方向（垂直方向）に転送する垂直転送部１０１と、垂直転送部１０１から電荷を受け取り、受け取った電荷を行方向（水平方向）に転送する水平転送部１０２と、垂直転送部１０１から水平転送部１０２への電荷の転送を制御する転送制御部１０４とを備えている。
　垂直転送部１０１は、列方向に延びる不純物拡散層である垂直転送チャネル１１１と垂直転送チャネル１１１の上に絶縁膜（図示せず）を介して形成された複数の垂直転送電極１１２とを有している。図１には、光電変換素子１０３を１行分しか記載していないが、光電変換素子１０３は行列状に設けられており、画素繰り返し領域１０７を形成している。
　水平転送部１０２は、行方向に延びる水平転送チャネル１２１と水平転送チャネル１２１の上に絶縁膜（図示せず）を介して形成された水平転送電極１２２とを有している。水平転送部１０２は、複数の転送パケット１２３により構成されている。図１において転送パケット１２３は隣接する４つの水平転送電極１２２を含み、１つの転送パケット１２３は３つの垂直転送チャネル１１１と対応している。
　転送制御部１０４は、それぞれが転送パケット１２３と対応する複数の単位制御部１４３を含む。単位制御部１４３は、垂直転送チャネル１１１と、垂直転送チャネル１１１の上に形成された複数の制御部電極１４２とを有する。制御部電極１４２は、垂直転送部１０１側から順次形成された信号電荷蓄積電極１４７と転送阻止電極１４８とを含む。
　垂直転送部１０１と転送制御部１０４との間には中間電極１５１が設けられ、転送制御部１０４と水平転送部１０２との間には、最終電極１５２が設けられている。
　本実施形態の固体撮像装置は、４つの水平転送電極１２２により１つの転送パケット１２３が構成されており、４相駆動される。１つの転送パケット１２３は、Ｌ列、Ｃ列及びＲ列の３本の垂直転送チャネル１１１と対応している。転送制御部１０４の単位制御部１４３は、１つの転送パケット１２３に対応するＬ列、Ｃ列及びＲ列の３本の垂直転送チャネル１１１に対応して形成されている。Ｌ列の信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８には、転送パルスφＶＳＴ－Ｌ及びφＶＨＬＤ－Ｌが印加される。Ｃ列の信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８には、転送パルスφＶＳＴ－Ｃ及びφＶＨＬＤ－Ｃが印加される。Ｒ列の信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８には、転送パルスφＶＳＴ－Ｒ及びφＶＨＬＤ－Ｒが印加される。
　４相駆動は３相駆動と比べて、水平転送電極の転送方向の電極長を短くできるため、低電圧駆動が可能となる利点がある。例えば、画素サイズが１．５μｍ程度の場合には１．８Ｖでの駆動が可能である。１．８Ｖという電圧はデジタルスチルカメラ等に搭載される他の半導体素子においても使用される電圧であり、１．８Ｖでの駆動ができればカメラ等の設計が容易となるという利点がある。なお、以下においては一例として、水平転送部の各電極に印加するパルスのローレベルを０Ｖ、ハイレベルを１．８Ｖとし、垂直転送部及び転送制御部の各電極に印加するパルスのローレベルを－６Ｖ、ハイレベルを０Ｖとして説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、転送パケット１２３を構成する４つの水平転送電極１２２のうちの３つに、垂直転送チャネル１１１のＬ列、Ｃ列及びＲ列が対応するように配置されている。４相駆動では４つの電極のうちの１つをバリアとして用いればよい。以下において、Ｒ列に対応した水平転送電極は、水平転送電極１２２（Ｒ）、Ｃ列に対応した水平転送電極は水平転送電極１２２（Ｃ）、Ｌ列に対応した水平転送電極は水平転送電極１２２（Ｌ）、バリアとして用いる水平転送電極は水平転送電極１２２（Ｂ）と表記する。
　水平ブランキング期間において、水平転送電極１２２（Ｌ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｒ）をハイレベルとすれば、垂直転送部１０１から信号電荷を受けることが可能である。
　以下に、本実施形態の固体撮像装置の動作について説明する。以下において、通常モードとは１行分の信号電荷を３分割して水平転送する３：１インターレース駆動であり、動画モードとは水平方向に隣接する同色３画素の信号電荷を加算する駆動である。
　まず、通常モードについて説明する。図２は、通常モードの場合における信号電荷の転送状態を示しており、図３は通常モードの場合における駆動タイミングを示している。
　図２（ａ）～（ｄ）に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、水平転送部２の転送パケット数が垂直転送部１の列数の３分の１であるため、信号電荷はＣ列、Ｒ列及びＬ列の順に３回に分けて垂直転送部１０１から転送制御部１０４を介して水平転送部１０２へ転送され、水平転送部１０２から出力アンプへ転送される。垂直転送部１０１の駆動相数については、６相、８相又は１２相等が使用されるが、本実施形態では１２相駆動の場合を示している。従って、水平転送期間において、８つの垂直転送電極１１２において信号電荷が蓄積される。
　さらに詳細に説明すると、まず図２（ａ）に示すように、垂直転送電極１１２に蓄積された信号電荷は、中間電極１５１を介して各列の信号電荷蓄積電極１４７に転送される。図３の時刻ｔ０において、中間電極１５１に印加するパルスφＶ１１をローレベル（例えば－６Ｖ）とし、Ｌ列の信号電荷蓄積電極１４７に印加するφＶＳＴ－Ｌ、Ｃ列の信号電荷蓄積電極１４７に印加するφＶＳＴ－Ｃ、Ｒ列の信号電荷蓄積電極１４７φＶＳＴ－Ｒをハイレベル（例えば０Ｖ）とする。これにより、各列の中間電極１５１に蓄積された信号電荷が信号電荷蓄積電極１４７に転送される。また、Ｌ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｌ、Ｃ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｃ、Ｒ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｒをローレベルとして電位障壁を形成し、次段への信号電荷転送を阻止している。
　次に、図２（ｂ）に示すように、第１の分割フィールドとしてＣ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。図３の時刻ｔ１～ｔ２期間において、Ｌ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｌ及びＲ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｒをローレベルに維持し、Ｃ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｃ及び最終電極１５２に印加するφＶＬを遷移させる。並行して水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３をハイレベル（例えば１．８Ｖ）とする。その後、出力部へ向けて水平転送部１０２の転送を行い、Ｃ列の信号電荷を出力する。なお、図３において、信号電荷蓄積電極１４７を、水平転送期間中においてローレベルとしたが、ローレベルでなくてもよい。
　次に、図２（ｃ）に示すように、第２の分割フィールドとしてＲ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。図３の時刻ｔ３～ｔ４期間において、Ｌ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｌをローレベルに維持し、Ｒ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｒ及び最終電極１５２に印加するφＶＬを遷移させる。並行して水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３をハイレベルとする。その後、出力部へ向けて水平転送部１０２の転送を行い、Ｒ列の信号電荷を出力する。
　次に、図２（ｄ）に示すように、第３の分割フィールドとしてＬ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。図３の時刻ｔ５～ｔ６期間において、Ｌ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｌ及び最終電極１５２に印加するφＶＬを遷移させる。並行して水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３をハイレベルとする。その後、出力部へ向けて水平転送部１０２の転送を行い、Ｌ列の信号電荷を出力する。以上の動作により、１ライン分の信号電荷の出力が可能であり、残りの信号電荷も同様の動作により順次出力することができる。
　以上説明したように、本実施形態の固体撮像装置は水平転送中に信号電荷を保持する動作を行う。一般に、画素繰り返し領域１０７においては、４つ以上の垂直転送電極１１２の下側に信号電荷が蓄積される。このため、信号電荷蓄積電極１４７は、複数の垂直転送電極１１２のそれぞれに蓄積されていた信号電荷をまとめて蓄積しなければならない。従って、信号電荷蓄積電極１４７における飽和電荷量を画素繰り返し領域１０７における垂直転送電極１１２よりも大きくしなければならない。飽和電荷量を大きくするためには、信号電荷蓄積電極１４７の電極長を垂直転送電極１１２の電極長よりも広くすればよい。また、転送制御部１０４における垂直転送チャネル１１１の幅Ｗ２を画素繰り返し領域１０７における垂直転送チャネル１１１の幅Ｗ１よりも広くすればよい。信号電荷蓄積電極１４７の電極長を長くしただけでは、転送電界が低下し転送効率が低下する。このため、信号電荷蓄積電極１４７の電極長を長くすると共に、垂直転送チャネル１１１の幅を広くすることが好ましい。
　画素の微細化により、画素繰り返し領域１０７における垂直転送チャネル１１１の幅は狭くなる傾向にある。このため、画素繰り返し領域１０７における垂直転送チャネル１１１の電位がナローチャネル効果により浅くならないように、垂直転送チャネル１１１における不純物濃度は高く設定される傾向にある。一方、垂直転送チャネル１１１の不純物濃度を高く設定した場合に、転送制御部１０４において垂直転送チャネル１１１の幅を広くすると、図４（ａ）に示すように転送制御部である信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８において垂直転送チャネルの電位が極端に深くなる。このため、図３に示したように、信号電荷を転送制御部１０４に転送する際には、中間電極１５１と信号電荷蓄積電極１４７とをハイレベルとするタイミングを同じにするか、信号電荷蓄積電極１４７をハイレベルとするタイミングを中間電極１５１をハイレベルとするタイミングよりも早くすることが好ましい。例えば、図４（ｂ）に示すように、中間電極１５１をハイレベルとし、中間電極１５１に隣接する信号電荷蓄積電極１４７、転送阻止電極１４８及び最終電極１５２をローレベルとした場合には、これらの電極におけるローレベルの電位が中間電極１５１のハイレベルの電位と近くなる。このため、信号電荷蓄積電極１４７をローレベルとしても信号電荷に対する障壁として作用せず、信号電荷が水平転送部１０２に先送りされてしまうおそれがある。信号電荷が先送りされると、例えば先に転送された列の信号電荷と混合してしまうという不具合が生じる。このような不具合の発生を抑えるために、まず、図４（ｃ）に示すように信号電荷蓄積電極１４７をハイレベルの状態とし、中間電極１５１をローレベルの状態とする。次に、図４（ｄ）に示すように中間電極１５１をハイレベルに遷移させ中間電極１５１の下側の信号電荷を転送する。このように信号電荷蓄積電極１４７をハイレベルとするタイミングを中間電極１５１をハイレベルとするタイミングよりも早くすることにより、転送阻止電極１４８が障壁として作用し、水平転送部１０２へ信号電荷が先送りされないようにすることができる。
　次に、中間電極１５１の構成について図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は、中間電極１５１に印加する転送パルスφＶ１１をローレベルとし、中間電極１５１側から順に４つの垂直転送電極１１２に印加する転送パルスφＶ７～φＶ１０をハイレベルとし、次の２つの垂直転送電極１１２に印加する転送パルスφＶ５及びφＶ６をローレベルとしたときの電位を示している。本例のような４電極蓄積は６相駆動では一般的に使用される電圧印加状態である。信号電荷蓄積電極１４７は、複数の垂直転送電極１１２において蓄積されていた信号電荷を１つの電極で蓄積する必要がある。このため、信号電荷蓄積電極１４７の電極長は、垂直転送電極１１２よりも長くしている。また、垂直転送チャネル１１１の幅は転送制御部１０４において画素繰り返し領域１０７よりも広い。信号電荷蓄積電極１４７の下側における電位は、垂直転送電極１１２の下側における電位より深くなっている。一方、中間電極１５１は、異なるライン間の信号電荷の混合を防止し、４電極に蓄積されている信号電荷に対する電位障壁として機能する。そのため、図５（ａ）に示すように、中間電極１５１のローレベルの電位は、垂直転送電極１１２のローレベルの電位と同じであることが好ましい。例えば、図５（ｂ）に示すように、中間電極１５１の電位の方が垂直転送電極１１２と比べて深い場合には、４電極により信号電荷が蓄積されている箇所において、飽和電荷量が低下し、信号電荷蓄積電極１４７側へ信号電荷が先送りされ、信号電荷が混合してしまう。
　中間電極１５１を電位障壁として用いる場合は、図１に示すように、中間電極１５１の電極長を垂直転送電極１１２よりも長くすると共に、垂直転送チャネル１１１の幅を中間電極１５１の水平転送部１０２側の位置において拡大することが好ましい。垂直転送チャネル１１１の幅を拡大することにより、ナローチャネル効果を利用し、水平転送部１０２側の電位を深くできる。このため、中間電極１５１の電極長を長くした場合にも転送電界の低下を抑制することができる。従って、飽和電荷量低下の抑制と転送不良の抑制とを両立することが可能となる。
　次に、動画モードについて説明する。本実施形態においては、水平方向に隣接する同色の信号電荷を３画素加算する場合を例として示す。図６は、動画モードの場合における信号電荷の転送状態を示しており、図７は動画モードの場合における駆動タイミングを示している。
　まず、図６（ａ）に示すように各列の信号電荷を中間電極１５１を介して信号電荷蓄積電極１４７に転送する。この場合、図７の時刻ｔａにおいて、通常モードの動作と同様に、中間電極１５１に印加するパルスφＶ１１をローレベルとし、Ｌ列の信号電荷蓄積電極１４７に印加するφＶＳＴ－Ｌ、Ｃ列の信号電荷蓄積電極１４７に印加するφＶＳＴ－Ｃ、Ｒ列の信号電荷蓄積電極１４７φＶＳＴ－Ｒをハイレベル（例えば０Ｖ）とする。また、各列の転送阻止電極１４８に印加する、φＶＨＬＤ－Ｌ、φＶＨＬＤ－Ｃ及びφＶＨＬＤ－Ｒをローレベルとして電位障壁を形成し、次段への信号電荷転送を阻止する。
　次に、図６（ｂ）に示すようにＣ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。この場合、図７の時刻ｔｂからｔｃの期間において、Ｌ列とＲ列の転送阻止電極１４８に印加する転送パルスφＶＨＬＤ－Ｌ及びφＶＨＬＤ－Ｒをローレベルに維持し、信号電荷を信号電荷蓄積電極１４７に保持すると共に、Ｃ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｃ及び最終電極１５２に印加するφＶＬを遷移させる。また、水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３をハイレベルとする。その後、図６（ｃ）に示すように時刻ｔｃからｔｄの期間において信号電荷を左方向に３列転送する。
　次に、図６（ｄ）に示すように３画素分の信号電荷を加算する。この場合図７の時刻ｔｅからｔｆの期間において、Ｌ列及びＲ列の転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｌ及びφＶＨＬＤ－Ｒ並びに垂直最終電極１３に印加するφＶＬを遷移させる。また、水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３をハイレベルとし、Ｌ列及びＲ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。
　垂直転送部１０１において、読み出し電極を複数設け、駆動を工夫することにより垂直転送部１０１内において３画素加算を行うことも可能である。この場合には、前述の水平３画素加算と合わせて９画素加算動作を実現することができる。なお、水平信号加算の動作として、Ｃ列の信号電荷の転送を先に行い、Ｌ列及びＲ列の信号電荷を水平転送部１０２内において加算する例を前述したが、先にＬ列及びＲ列の信号電荷を転送し、後にＣ列の信号電荷を加算することも可能である。
　ただし、１画素の信号電荷を先に水平転送部１０２へ転送する方が、２画素の信号電荷を先に転送するよりも、２回目の転送制御部１０４から水平転送部１０２への信号電荷転送時（３画素加算時）に、最終電極１５２の下側における垂直転送チャネル１１１と水平転送チャネル１２１との電位差を大きくできる。このため、垂直転送部１０１から水平転送部１０２への転送電界を向上できるという利点が得られる。
　次に、本実施形態の固体撮像装置が、垂直転送部１０１から水平転送部１０２への転送劣化を防止できる理由について説明する。図８（ａ）～（ｃ）は垂直転送部１０１から水平転送部１０２へ信号電荷を転送する際の電位を示している。図８（ａ）は、図７における時刻ｔａに対応し、図８（ｂ）は時刻ｔｂに対応し、図８（ｃ）は時刻ｔｃに対応する。
　まず、図８（ａ）に示すように、信号電荷蓄積電極１４７に印加するφＶＳＴ―Ｃはハイレベルであり、転送阻止電極１４８に印加するφＶＨＬＤ－Ｃ及び、最終電極１５２に印加するφＶＬはローレベルであり、信号電荷は信号電荷蓄積電極１４７に保持されている。
　次に、図８（ｂ）に示すように、φＶＳＴ－Ｃをローレベルとし、φＶＨＬＤ―Ｃ、φＶＬ、φＨ１、φＨ２及びφＨ３をハイレベルとする。これにより信号電荷蓄積電極１４７に保持していた信号電荷は水平転送部１０２に転送される。
　次に、図８（ｃ）に示すように、φＶＬをハイレベルからローレベルに遷移させて、垂直転送部１０１から水平転送部１０２への信号電荷転送を完了させる。垂直転送チャネル１１１を従来例のように束ねていないため、最終電極１５２の電位を浅くすることができる。また、後で詳細に説明するが、水平転送電極１２２（Ｒ）に印加するφＨ１、水平転送電極１２２（Ｃ）に印加するφＨ２及び水平転送電極１２２（Ｌ）に印加するφＨ３を同時にハイレベルとするため、水平転送チャネル１２１の電位を深くすることができる。従って、信号電荷を垂直転送部１０１から水平転送部１０２に転送する際、垂直転送部１０１と水平転送部１０２との電位差を大きくすることができ、強い転送電界を確保し転送劣化を防ぐことができる。
　図９は従来の転送制御部において垂直転送チャネルを束ねた場合の電位を示す。図９（ａ）に示すように、φＶＳＴ－Ｃをハイレベルとし、φＶＨＬＤ－Ｃ及び最終電極に印加するφＶＯＧをローレベルとして信号電荷を信号電荷蓄積電極に保持する。
　次に、図９（ｂ）に示すように、φＶＳＴ－Ｃをローレベルとし、φＶＨＬＤ－Ｃ、φＶＯＧ、φＨ１、φＨ２及びφＨ３をハイレベルとすることにより、保持されていた信号電荷を水平転送部に転送する。
　次に、図９（ｃ）に示すように、φＶＯＧをハイレベルからローレベルに遷移させて、垂直転送部から水平転送部への信号電荷転送を完了させる。このとき、最終電極下の電位は、垂直転送チャネルを束ねているため電位が深く、垂直転送部と水平転送部の電位差が小さく転送電界を十分に確保することができない。
　さらに、図９（ｃ）において点線で示すように、垂直転送チャネルを束ね、水平転送部へ向けて垂直転送部を絞り込んだ場合は、垂直最終電極の下側において垂直転送チャネルの水平転送部側の電位が浅くなる。このため、ポテンシャルディップが発生するおそれがある。ポテンシャルディップが発生すると、図９（ｄ）に示すように、信号電荷の転送残りが発生する。
　なお、本実施形態の固体撮像装置のように、異なる転送パルスが印加される電極が密になっている場合、２層で電極を構成すると、電極間のオーバーラップにより配線レイアウトが困難となるため、電極は単層で構成することが好ましい。
　図１に示した固体撮像装置は、垂直転送チャネル１１１の幅が広くなる部分において、Ｃ列の垂直転送チャネル１１１は左右対称に幅が拡がっている。しかし、Ｒ列及びＬ列の垂直転送チャネル１１１はＣ列側にだけ幅が拡がっている。このため、画素繰り返し領域１０７における垂直転送チャネル１１１の中心間の間隔ｄ１よりも、転送制御部１０４における垂直転送チャネル１１１の中心間の間隔ｄ２は小さくなる。なお、図１０に示すように、Ｌ列、Ｃ列及びＲ列の垂直転送チャネル１１１の幅を左右対称に広げ、転送制御部１０４において、Ｌ列及びＲ列の垂直転送チャネル１１１を、Ｃ列側に寄せて斜めに配置する構成としてもよい。この場合には、転送阻止電極１４８よりも水平転送部１０２側における垂直転送チャネル１１１の中心間の間隔ｄ３はｄ１よりも小さくなる。
　以上のように本実施形態の固体撮像装置は、垂直転送部から水平転送部への信号電荷転送を選択的に制御する転送制御部において垂直転送チャネルを束ねないため、転送劣化を抑制することができる。また、３：１の水平インターレースをすることで、同相駆動で水平インターレースをしない場合に比べ、水平転送部における水平転送電極数が約１／３となるため、電極間容量が低減され、低消費電力が実現できる。さらに、水平転送部で信号電荷を効率的に画素加算することができ、効率的な画素加算と低消費電力化の両立が行える固体撮像装置を実現できる。
　（第２の実施形態）
　図１１は第２の実施形態における固体撮像装置の構成を示している。図１２は本実施形態の固体撮像装置の動画モードにおける駆動タイミングを示している。図１１において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
　第１の実施形態の固体撮像装置は、通常モード及び動画モードにおいて最初に転送制御部１０４から、水平転送部１０２へ信号電荷の転送を行うＣ列にもＲ列、Ｌ列と同様に信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８を設けた。しかし、常に第１に転送されるＣ列においては、転送制御部１０４に信号電荷を保持しておく必要が必ずしもない。このため、Ｃ列における制御部電極は画素繰り返し領域１０７に設けられた垂直転送電極１１２と同じ転送パルスが印加される制御部転送電極１４９としてもよい。
　Ｃ列において信号電荷を保持する必要がないため、Ｃ列の垂直転送チャネル１１１はＬ列及びＲ列の垂直転送チャネル１１１よりも幅が狭くてよい。従って、図１１に示すように、Ｃ列の垂直転送チャネル１１１の幅を水平転送部１０２に向けて広げ、ナローチャネル効果を利用すれば、転送電界を向上させることができる。これにより、Ｌ列及びＲ列のように信号電荷蓄積電極１４７と転送阻止電極１４８との２つの制御部電極１４２を設ける必要がなく、１つの制御部転送電極１４９により電位障壁として十分な効果が得られる。
　通常モードにおいては、第１の実施形態の固体撮像装置においても、Ｃ列の信号電荷蓄積電極１４７に印加する転送パルスφＶＳＴ－Ｃは、画素繰り返し領域１０７の垂直転送電極１１２に印加する転送パルスφＶ１２と同一のタイミングパルスである。従って、本実施形態の固体撮像装置において、Ｃ列に設けた制御部転送電極１４９に画素繰り返し領域１０７の垂直転送電極１１２に印加する転送パルスφＶ１２を印加しても問題なく動作する。動画モードにおいても、図１２に示すように駆動すれば制御部転送電極１４９に転送パルスφＶ１２を印加しても問題なく動作する。第１の実施形態においてＣ列の信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８に印加していたφＶＳＴ－Ｃ及びφＶＨＬＤ－Ｃは必要ない。従って、転送制御部１０４に印加するパルスはφＶＳＴ－Ｒ、φＶＳＴ－Ｌ、φＶＨＬＤ－Ｒ及びφＶＨＬＤ－Ｌの４つと、φＶ１２となるためパッケージのピン数を削減できる。
　（第３の実施形態）
　図１３は第３の実施形態における水平転送部の構成を示している。図１３において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置は、水平転送チャネル１２１に隣接してバリア領域１２５と水平ドレイン１２６とが形成されている。
　第１の実施形態においては、図１４（ａ）に示すように水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）により最終電極１５２からの信号電荷を受け、水平転送開始の前まで信号電荷を蓄積していた。しかし、本実施形態では、最終電極１５２から水平転送部１０２への信号電荷転送が完了した後で、ハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数を変更している。
　例えば、図１４（ｂ）に示すように転送完了後に水平転送電極１２２（Ｒ）をローレベルとし、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）をハイレベルとする。これにより、３電極に蓄積されていた電荷が２電極に蓄積された状態に遷移する。また、図１４（ｃ）に示すように、水平転送電極１２２（Ｒ）及び水平転送電極１２２（Ｃ）をローレベルとし、水平転送電極１２２（Ｌ）をハイレベルとしてもよい。この場合には、電荷は１電極に蓄積される。
　一般にＣＣＤ固体撮像装置においては、図１３に示すように、水平転送チャネル１２１に隣接してバリア領域１２５と水平ドレイン１２６が設けられている。これにより、垂直転送部１０１及び水平転送部１０２から溢れた不要な信号電荷を水平ドレイン１２６に排出することを可能とし、オプティカルブラック部の侵食を抑制している。また、水平転送部１０２の最終段において、過大な信号電荷が電荷検出部（一般的にはフローティングディフュージョンが用いられる）に漏れ、信号電荷リセット後のフィードスルーに信号電荷が漏れこみ、極端な場合にはＣＤＳ後の画像が黒く沈んでしまう不具合を抑制している。
　第１の実施形態の固体撮像装置は、３つの水平転送電極をハイレベルとしているため、蓄積電荷量が大きく、信号電荷が水平転送部１０２に転送された後の水平転送部１０２の電位は２電極蓄積又は１電極蓄積の場合と比べて深くなる。従って、水平ドレイン１２６に不要電荷が排出されにくい場合が生じる。しかし、排出可能なようにバリア領域１２５の電位を深くしすぎると、４相駆動において２電極蓄積を行いながら電荷を転送する場合に、飽和信号量が減少する。このため、図１４（ｂ）に示すように水平転送開始前にハイレベルが印加される電極数を転送時と同じく２電極としている。
　以下に、水平ブランキング期間に水平蓄積電極を遷移させた状態について詳細に説明する。
　図１５（ａ）は水平転送部１０２において３電極において信号電荷を蓄積している状態を示し、点線は水平転送部１０２と水平ドレイン１２６との間に設けられたバリア領域１２５の電位である。また、図１６（ａ）は、水平ドレイン１２６の近傍における３電極蓄積時の電位を示している。図１５（ｂ）に示すように、３電極蓄積から２電極蓄積に遷移させると、図１６（ｂ）に示すように過剰な信号電荷はバリア領域１２５を乗り越え水平ドレイン１２６へ排出される。図１５（ｃ）に示すように余剰電荷を排出した後、図１４（ｂ）の駆動タイミングに従い、図１５（ｄ）に示すように２電極蓄積を行いながら４相駆動により水平転送し信号電荷を出力する。図１４（ｃ）に示すようなハイレベルが印加される電極を１電極とすれば、転送時の飽和電荷信号量が、水平ブランキング期間において２電極蓄積している場合よりも低くなることがない。従って、転送中に信号電荷が水平ドレイン１２６に排出され水平シェーディングが発生する可能性を小さくすることができる。
　図１７（ａ）～（ｅ）は、水平ブランキング期間に水平転送部１０２における３電極で信号電荷を蓄積している状態から、２電極蓄積、さらに１電極蓄積に遷移させた状態を順次示している。１電極蓄積に遷移させ余剰電荷を排出した後は、図１７（ｆ）に示すように２電極蓄積しながら４相駆動で転送し信号電荷を出力する。図１８は、図１７（ｆ）に対応した水平ドレイン１２６の近傍における電位を示している。水平ブランキング期間における１電極蓄積時の飽和信号量は、２電極蓄積で転送中の飽和信号量よりも低いため、水平シェーディングをさらに抑制できる。
　なお、本実施形態の駆動方法は、水平転送部の駆動方法であるため、垂直転送部を束ねる、束ねないに関わらず適用可能であり、いずれの構成においても同じ効果が得られる。
　以上のように本実施形態によれば、高輝度光撮像時においても、水平シェーディングやフィードスルーへの信号電荷の漏れこみを抑制し、且つ水平転送部の飽和信号量を低下させることがない固体撮像装置を実現できる。
　（第４の実施形態）
　図１９（ａ）～（ｃ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の通常モードにおける電荷の転送を示している。図１９において、図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。第１の実施形態の固体撮像装置は、水平インターレースを行う通常モードにおいて、水平ブランキング期間に垂直転送部から水平転送部に信号電荷を転送する際に、３つの水平転送電極にハイレベルの電圧を印加した。しかし、本実施形態の固体撮像装置は、ハイレベルの電圧を印加する水平電極を、電荷を転送する列に応じて切り換えている。
　第１の実施形態の固体撮像装置において、垂直転送チャネル１１１の幅を広くすると、水平転送電極１２２（Ｌ）から水平転送電極１２２（Ｒ）までの間に、３本の垂直転送チャネル１１１が収まらなくなるおそれがある。この場合、Ｌ列及びＲ列の信号電荷はＣ列の信号電荷と比べて水平転送部１０２への転送が困難となり、列ごとの信号電荷にばらつきが生じる。このため、本実施形態の固体撮像装置は、Ｃ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する場合には、図１９（ａ）に示すように水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）にそれぞれハイレベルの電圧を印加し、水平転送電極１２２（Ｂ）にローレベルの電圧を印加する。Ｒ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する場合には、図１９（ｂ）に示すように水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｂ）にそれぞれハイレベルの電圧を印加し、水平転送電極１２２（Ｌ）にローレベルの電圧を印加する。Ｌ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する場合には、図１９（ｃ）に示すように水平転送電極１２２（Ｃ）、水平転送電極１２２（Ｌ）及び水平転送電極１２２（Ｂ）にそれぞれハイレベルの電圧を印加し、水平転送電極１２２（Ｒ）にローレベルの電圧を印加する。これにより、各垂直転送チャネル１１１と信号を受け取る３つの水平転送電極１２２との位置関係をほぼ同一にすることができる。従って、垂直転送チャネル１１１の幅を広くした場合においても、各列の信号電荷の転送のばらつきを抑えＦＰＮ（Fixed Pattern Noise）を生じにくくできる。
　また、水平方向に隣接する同色の３画素の加算を行うモードにおいて、第１の実施形態の固体撮像装置は、Ｃ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送した後に、水平転送を行い、その後Ｌ列及びＲ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送することにより３画素加算を実現する。しかし、本実施形態の固体撮像装置は、画素加算モードにおいて図２０に示すように、Ｌ列及びＲ列の信号電荷を同時に水平転送部１０２に転送しない。まず、図２０（ａ）に示すように、水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）をハイレベルとしてＣ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。次に、図２０（ｂ）に示すように、水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｂ）をハイレベルとしてＲ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。次に、図２０（ｃ）に示すように、水平転送電極１２２（Ｃ）、水平転送電極１２２（Ｌ）及び水平転送電極１２２（Ｂ）をハイレベルとしてＬ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。これにより３画素加算を実現する。
　以上のように本実施形態の固体撮像装置は、垂直転送部から水平転送部への信号電荷転送の際に、ＦＰＮといった転送不良及び列ごとの転送ばらつきを抑制できるという利点を有している。
　（第５の実施形態）
　図２１は第５の実施形態に係る固体撮像装置の最終電極１５２付近の構成を示している。図２１において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置は、水平ブランキング期間にハイレベルとなる水平転送電極１２２（Ｒ）、水平転送電極１２２（Ｃ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）の水平方向の電極長を局所的に変更している。垂直転送部１０１と水平転送部１０２との境界部付近において、水平転送電極１２２（Ｒ）及び水平転送電極１２２（Ｌ）の水平方向の電極長を、水平転送電極１２２（Ｃ）よりも長くしている。また、水平転送電極１２２（Ｂ）の水平方向の電極長を水平転送電極１２２（Ｃ）よりも短くしている。このため、Ｌ列の垂直転送チャネル１１１の端部と水平転送電極１２２（Ｌ）の端部との間の水平方向の距離ｄ４及び、Ｒ列の垂直転送チャネル１１１の端部と水平転送電極１２２（Ｒ）の端部との間の水平方向の距離ｄ５を大きくすることができる。従って、垂直転送チャネル１１１の幅を大きくすることができる。これにより、Ｌ列の垂直転送チャネル１１１及びＲ列の垂直転送チャネル１１１から水平転送部１０２への信号電荷の転送効率を改善でき、列ごとの信号電荷の転送ばらつきを抑制できる。
　（第６の実施形態）
　図２２は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示している。図２２において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置は、３列の垂直転送チャネル１１１を４つの水平転送電極１２２のうちの２つに対応するように配置している。従って、転送阻止電極１４８よりも水平転送部１０２側における垂直転送チャネル１１１の中心間の間隔ｄ３は、画素繰り返し領域１０７における垂直転送チャネル１１１の中心間の間隔ｄ１よりも小さくなる。
　本実施形態の固体撮像装置は、水平ブランキング期間に２つの水平転送電極１２２をハイレベルとすることにより信号電荷を受け取ることが可能である。このため、水平転送部１０２の飽和信号量の低下及び水平シェーディングを抑制することができる。なお、第５の実施形態と同様に、水平ブランキング期間にハイレベルとなる２つの水平転送電極の電極長を最終電極１５２付近において局所的に長くしてもよい。
　以上のように本実施形態の固体撮像装置は、１転送パケットを構成する４つの水平転送電極のうちの２つに、Ｒ列、Ｃ列及びＬ列の垂直転送チャネル１１１を対応させている。これにより、高輝度光撮像時においても、水平シェーディング及び水平転送部の飽和信号量低下を抑制できる。
　（第７の実施形態）
　図２３は、第７の実施形態係る固体撮像装置の構成を示している。図２３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置は、垂直転送チャネル１１１がＲ列とＬ列の２つを含み、Ｒ列はＲ１列とＲ２列を含み、Ｌ列はＬ１列とＬ２列とを含んでいる。１つの単位制御部１４３は、Ｒ１列とＬ２列又はＲ２列とＬ１列に対応する。また、隣接するＲ１列とＲ２列とに対応する信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８は一体に形成されており、隣接するＬ１列とＬ２列とに対応する信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８は共通に形成されている。つまり、隣接する２つの単位制御部１４３に含まれる信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８は、それぞれ一体に形成されている。
　１つの単位制御部１４３に含まれる垂直転送チャネル１１１と、１つの転送パケット１２３に含まれる４つの水平転送電極１２２とが対応している。以下においては、１つの転送パケット１２３に含まれる４つの水平電極を水平転送電極１２２（１）、水平転送電極１２２（２）、水平転送電極１２２（３）及び水平転送電極１２２（４）とする。Ｒ１列又はＬ１列の垂直転送チャネル１１１と水平転送電極１２２（１）とが対応し、Ｒ２列又はＬ２列の垂直転送チャネル１１１と水平転送電極１２２（３）とが対応する。
　本実施形態の固体撮像装置は、水平転送部１０２に形成されるパケット数が垂直転送チャネル１１１の列数の２分の１となる。このため、通常モードでは、１ラインの信号電荷は２分割されてインターレース出力される。水平画素加算としては、隣接する同色２画素の加算が可能であり、この場合はインターレースする必要はない。なお、図２３では１例として、転送制御部１０４を、φＶＳＴ－Ｒ、φＶＳＴ－Ｌ、φＶＨＬＤ－Ｒ及びφＶＨＬＤ－Ｌが印加される２つ信号電荷蓄積電極１４７と２つの転送阻止電極１４８とにより構成された例を示した。しかし、異なる電圧が独立して印加できる信号電荷蓄積電極１４７及び転送阻止電極１４８を水平方向に増やせば水平４画素加算も可能となる。
　図２４（ａ）及び（ｂ）は、水平２画素加算時の動作を示している。図２４（ａ）に示すように、まず水平転送電極１２２（１）、水平転送電極１２２（２）及び水平転送電極１２２（３）をハイレベルとし、水平転送電極１２２（４）をローレベルとすることにより、Ｒ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送する。この際に、Ｌ列の信号電荷蓄積電極１４７にハイレベルの電圧を印加し、転送阻止電極１４８及び最終電極１５２にローレベルの電圧を印加することにより、Ｌ列の信号電荷は信号電荷蓄積電極１４７の下に保持されている。
　次に、水平転送部１０２に転送したＲ列の信号電荷を２列（１単位分）水平転送する。この後、図２４（ｂ）に示すように、Ｌ列の転送阻止電極１４８及び最終電極１５２に印加する電圧を遷移させると共に、水平転送電極１２２（１）、水平転送電極１２２（２）及び水平転送電極１２２（３）をハイレベルとし、水平転送電極１２２（４）をローレベルとする。これにより、Ｌ列の信号電荷を水平転送部１０２に転送し、水平２画素加算を行う。
　また、垂直転送部１０１において、読み出し電極を複数設け、駆動を工夫することにより、垂直転送部１０１内において画素加算を行うこともできる。垂直転送部１０１ないにおける画素加算と、水平２画素数加算とを組み合わせることにより４画素加算を実現できる。水平３画素加算は、垂直３画素加算と合わせて９画素加算が実現でき、加算後の重心ズレがなく、モアレが少ない高画質の動画を実現できる。しかし、９画素加算の場合には、加算後の画素数が大きく低下するため、画素数が少ない固体撮像装置では解像度が十分得られない場合がある。一方、水平２画素加算と垂直２画素加算を組み合わせた４画素加算の場合には、画素加算を行わない通常モードよりも高感度であり、加算後の画素数が９画素加算に比べて多い静止画を実現することができる。このため、例えばデジタルスチルカメラにおいて連写を行う場合に有用である。
　なお、図２３では、単位制御部１４３に含まれる２列の垂直転送チャネル１１１を、水平方向に非対称に拡張している。このため、単位制御部１４３に含まれる２列の垂直転送チャネル１１１の中心間の距離は、画素繰り返し領域における距離ｄ１よりも転送制御部における距離ｄ３が短くなる。しかし、２列の垂直転送チャネル１１１が水平転送電極１２２（１）、水平転送電極１２２（２）及び水平転送電極１２２（３）の間に収まるのであれば、Ｌ列及びＲ列の垂直転送チャネル１１１を水平方向に対称に拡張してもよい。この場合には、単位制御部１４３に含まれる２列の垂直転送チャネル１１１の中心間の距離は、画素繰り返し領域と転送制御部とで等しくなる。
　以上のように本実施形態の固体撮像装置は、単位制御部１４３に含まれる垂直転送チャネル１１１を２列とすることにより水平２画素加算が可能となり、消費電力も低減できる。
　本発明の固体撮像装置は、低消費電力且つ、水平方向で隣接する同色の信号電荷の画素加算を効率よく行うことが可能であり高速の動画モードを実現できるため、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
１０１　　　垂直転送部
１０２　　　水平転送部
１０３　　　光電変換素子
１０４　　　転送制御部
１０７　　　領域
１１１　　　垂直転送チャネル
１１２　　　垂直転送電極
１２１　　　水平転送チャネル
１２２　　　水平転送電極
１２３　　　転送パケット
１２５　　　バリア領域
１２６　　　水平ドレイン
１４２　　　制御部電極
１４３　　　単位制御部
１４７　　　信号電荷蓄積電極
１４８　　　転送阻止電極
１４９　　　制御部転送電極
１５１　　　中間電極
１５２　　　最終電極

Claims (20)

  1. 　固体撮像装置は、
    　画素繰り返し領域に行列状に配置された複数の光電変換素子と、
    　前記光電変換素子から読み出した電荷を列方向に転送する垂直転送部と、
    　前記垂直転送部から電荷を受け取り、受け取った電荷を行方向に転送する水平転送部と、
    　前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、
    　前記垂直転送部は、列方向に延びる複数の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの上に形成された複数の垂直転送電極とを有し、
    　前記水平転送部は、行方向に延びる水平転送チャネルと、前記水平転送チャネルの上に形成された複数の水平転送電極とを有し且つ複数の転送パケットにより構成され、
    　前記転送パケットは、前記複数の水平転送電極のうちの隣接して形成された２以上の水平転送電極を含み、前記複数の垂直転送チャネルのうちの隣接した２以上の垂直転送チャネルと対応し、
    　前記転送制御部は、前記転送パケットと対応した複数の単位制御部を有し、
    　前記単位制御部は、前記垂直転送チャネルと、該垂直転送チャネルの上に形成された複数の制御部電極とを有し、
    　前記制御部電極は、前記垂直転送部側から順次形成された信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極を含み、
    　前記垂直転送チャネルは、それぞれ独立して前記水平転送チャネルと接続され、
    　前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送を停止する場合には、前記信号電荷蓄積電極にハイレベルの電圧を印加し且つ前記転送阻止電極にローレベルの電圧を印加する。
  2. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極は、前記単位制御部ごとに独立して形成されている。
  3. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　互いに隣接し且つ互いに異なる前記単位制御部に含まれる前記信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極は、それぞれ一体に形成されている。
  4. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記制御部電極は、制御部転送電極を含み、
    　前記制御部転送電極は、前記信号電荷蓄積電極及び転送阻止電極と、前記制御部転送電極とは互いに異なる前記垂直転送チャネルの上に形成され、
    　前記制御部転送電極は、前記画素繰り返し領域に設けられた垂直転送電極と同一の転送パルスにより駆動される。
  5. 　請求項４に記載の固体撮像装置において、
    　前記制御部転送電極の下における前記垂直転送チャネルの幅は、前記水平転送部側において前記垂直転送部側よりも広い。
  6. 　請求項１に記載の固体撮像装置は、
    　前記転送制御部と前記垂直転送部との間において前記垂直転送チャネルの上に形成された中間電極をさらに備え、
    　前記中間電極にローレベルの電圧を印加した場合における前記垂直転送チャネルの前記中間電極と対応する位置の電位は、前記垂直転送電極にローレベルの電圧を印加した場合における前記垂直転送チャネルの前記垂直転送電極に対応する位置の電位と等しい。
  7. 　請求項１に記載の固体撮像装置は、
    　前記転送制御部と前記垂直転送部との間において前記垂直転送チャネルの上に形成された中間電極をさらに備え、
    　前記中間電極に隣接する前記垂直転送電極の下に蓄積された前記信号電荷を、前記転送制御部へ転送する場合に、前記中間電極と隣接する前記制御部電極は、前記中間電極と同時又は前記中間電極よりも早くハイレベルとなる。
  8. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記垂直転送チャネルの幅は、前記転送制御部において前記画素繰り返し領域よりも広く、
    　一の前記単位制御部に含まれる隣接した前記垂直転送チャネルの中心間の距離は、前記転送制御部において前記画素繰り返し領域よりも短い。
  9. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、４つの前記水平転送電極を含み且つ３つの前記垂直転送チャネルと対応し、
    　前記３つの垂直転送チャネルは、互いに隣接する３つの前記水平電極が配置された位置において前記水平転送チャネルと接続されている。
  10. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、４つの前記水平転送電極を含み且つ３つの前記垂直転送チャネルと対応し、
    　前記３つの垂直転送チャネルは、互いに隣接する２つの前記水平電極が配置された位置において前記水平転送チャネルと接続されている。
  11. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、４つの前記水平転送電極を含み且つ３つの前記垂直転送チャネルと対応し、
    　水平ブランキング期間において、前記４つの水平転送電極のうちの２つ以上にハイレベルの電圧が印加され、前記水平転送部は前記転送制御部を介して前記３つの垂直転送チャネルから前記信号電荷を受け取る。
  12. 　請求項１１に記載の固体撮像装置において、
    　前記ハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数は３つである。
  13. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、前記転送制御部側における幅が前記転送制御部と反対側における幅よりも広い水平転送電極と、前記転送制御部側における幅が前記転送制御部と反対側における幅よりも狭い水平転送電極とを少なくとも１つずつ含んでいる。
  14. 　請求項１に記載の固体撮像装置は、
    　前記水平転送チャネルとバリア領域を挟んで隣接し、行方向に延びる水平ドレイン領域をさらに備えている。
  15. 　請求項１４に記載の固体撮像装置において、
    　前記複数の水平転送電極のうち、前記垂直転送部から前記信号電荷が転送される場合にハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数と、前記信号電荷の転送が完了した後にハイレベルの電圧が印加される水平転送電極の数とは互いに異なっている。
  16. 　請求項１５に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、４つの前記水平転送電極を含み且つ３つの前記垂直転送チャネルと対応し、
    　前記４つの水平転送電極のうちの３つにハイレベルの電圧を印加して前記３つの垂直転送チャネルから前記水平転送部に前記信号電荷を転送する動作と、
    　前記４つの水平転送電極のうちの１つ又は２つにローレベルの電圧を印加して転送された前記信号電荷を２つ又は１つの前記水平転送電極の下に蓄積する動作と、
    　前記４つの水平転送電極のうちの２つにハイレベルの電圧を印加して蓄積された前記信号電荷を水平方向に転送する動作とを行う。
  17. 　請求項１に記載の固体撮像装置において、
    　前記単位制御部は、３つの前記垂直転送チャネルを有し、
    　前記３つの垂直転送チャネルのうちの１つから対応する前記転送パケットへ前記信号電荷を転送する第１の動作と、
    　転送された前記信号電荷を、隣接する前記単位制御部に対応する前記転送パケットまで水平方向に転送する第２の動作と、
    　前記３つの垂直転送チャネルのうちの残りの２つから対応する前記転送パケットへ前記信号電荷を転送する第３の動作とを行うことにより３つの前記信号電荷を水平転送部において混合する。
  18. 　請求項１に記載の固体撮像装置は、
    　１ライン分の前記信号電荷を分割して出力する出力するモードにおいて、
    　水平ブランキング期間にハイレベルの電圧を印加する前記水平転送電極は、分割フィールドことに異なっている。
  19. 　請求項１８に記載の固体撮像装置において、
    　前記転送パケットは、４つの前記水平転送電極を含み且つ３つの前記垂直転送チャネルと対応し、
    　１ライン分の前記信号電荷を分割して出力する出力するモードにおいて、
    　前記４つの水平転送電極のうちの３つにハイレベルの電圧を印加し、
    　前記３つの垂直転送電極から前記信号電荷を受け取る前記水平電極は、分割フィールドごとに異なっている。
  20. 　カメラは、
    　請求項１に記載の固体撮像装置を備えている。
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