專利名稱:固體攝像元件的驅(qū)動方法和攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用CCD移位寄存器受光來產(chǎn)生信息電荷的固體攝像元件，特別涉及一種減少曝光期間中的暗電流的技術(shù)。
背景技術(shù)：
幀轉(zhuǎn)送方式的CCD映像傳感器包括通過曝光在每個像素中生成并蓄積信息電荷的攝像部；和在由水平轉(zhuǎn)送部逐行讀出從攝像部高速轉(zhuǎn)送來的信息電荷之前，對其進(jìn)行保持的被遮光的蓄積部。
攝像部以及蓄積部分別由多個垂直CCD寄存器構(gòu)成，該垂直CCD包括在垂直方向延伸且相互平行配置的多個電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域、和在水平方向延伸且相互平行配置的多個轉(zhuǎn)送電極。該CCD移位寄存器的各個位(bit)包括相鄰配置的多個轉(zhuǎn)送電極，根據(jù)施加在這些轉(zhuǎn)送電極上的電壓，在電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域中逐一地形成蓄積信息電荷的電位阱。攝像部的CCD移位寄存器的各個位分別構(gòu)成攝像元件的像素，接收來自被攝體的光，生成對應(yīng)受光量的信息電荷，并將其蓄積在電位阱中。
圖6是表示以往的驅(qū)動電路向幀轉(zhuǎn)送方式的CCD映像傳感器供給的時鐘信號的模式時序圖。在圖6中，時間沿橫軸方向經(jīng)過。這里，攝像部和蓄積部分別設(shè)定為3相驅(qū)動，3相時鐘_i1～_i3被施加在與攝像部的各個像素相互對應(yīng)的相鄰的3個轉(zhuǎn)送電極上。驅(qū)動電路對于構(gòu)成攝像部和蓄積部的CCD移位寄存器的各個轉(zhuǎn)送電極，生成并供給在規(guī)定的導(dǎo)通電壓VH和截止電壓VL(VH＞VL)這2個電壓狀態(tài)之間遷移的時鐘。
驅(qū)動電路在曝光時向被供給_i2的轉(zhuǎn)送電極施加VH，形成電位阱，在該電位阱內(nèi)蓄積基于曝光而產(chǎn)生的信息電荷，而對于相鄰的轉(zhuǎn)送電極通過施加作為_i1、_i3的VL，在電位阱之間形成電位勢壘，從而能夠?qū)崿F(xiàn)按每個像素的信息電荷的蓄積。曝光期間E是從電子快門動作后(時刻t01)開始，在幀轉(zhuǎn)送的開始(時刻t02)時結(jié)束。電子快門動作是將被施加在攝像部的各個轉(zhuǎn)送電極的_i1～_i3設(shè)定為截止電壓，而且，通過對基板電壓Vsub施加比通常時高的電壓VSH的脈沖2，將被蓄積在攝像部的電位阱中的信息電荷向基板排出。
而且，在從攝像部向蓄積部的幀轉(zhuǎn)送、和從蓄積部向水平轉(zhuǎn)送部的行轉(zhuǎn)送中，通過將周期性地置換導(dǎo)通電壓VH和截止電壓VL的轉(zhuǎn)送時鐘4、6，在相鄰的轉(zhuǎn)送電極之間形成相位差進(jìn)行提供，使電位阱向一定的方向移動。另外，由于轉(zhuǎn)送時鐘_i1～_i3除了相互的相位存在偏差之外，其他基本相同，所以在圖6中只示出了_i1。
在電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域中，例如，因?yàn)榘雽?dǎo)體基板表面附近的表面態(tài)等，會產(chǎn)生暗電流。曝光期間，在攝像部形成的電位阱中，與對應(yīng)入射光而產(chǎn)生的信息電荷一同，在對應(yīng)的區(qū)域產(chǎn)生的暗電流也被蓄積，因此存在著導(dǎo)致S/N比劣化的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決上述的問題點(diǎn)而提出，其目的是提供一種能夠減少在曝光期間混入被蓄積在攝像部的CCD移位寄存器的信息電荷中的暗電流，獲得提高了S/N比的圖像的固體攝像元件的驅(qū)動方法以及攝像裝置。
本發(fā)明的固體攝像元件的驅(qū)動方法，用于驅(qū)動具備了由CCD移位寄存器受光，并將產(chǎn)生的信息電荷蓄積在該CCD移位寄存器的電位阱中的攝像部的固體攝像元件，該方法包括將通過曝光產(chǎn)生的所述信息電荷蓄積在所述電位阱中的曝光步驟；和通過施加轉(zhuǎn)送時鐘來驅(qū)動所述CCD移位寄存器，從所述攝像部讀出所述信息電荷的轉(zhuǎn)送步驟，所述曝光步驟包括對所述CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送電極中與所述信息電荷的蓄積位置對應(yīng)的蓄積電極施加導(dǎo)通電壓，形成所述電位阱的蓄積步驟；和在所述蓄積步驟之前，對所述蓄積電極施加比所述轉(zhuǎn)送時鐘的截止電壓低的蓄積前截止電壓的蓄積前步驟。
根據(jù)本發(fā)明，在曝光動作中，通過在形成作為信息電荷而蓄積電子的電位阱之前，向轉(zhuǎn)送電極施加比轉(zhuǎn)送時鐘的截止電壓低的蓄積前截止電壓，可提高該轉(zhuǎn)送電極下的半導(dǎo)體基板表面附近的自由空穴的濃度。
在上述的驅(qū)動方法中，可以將所述蓄積前截止電壓設(shè)定為與在所述轉(zhuǎn)送電極下的半導(dǎo)體表面形成反轉(zhuǎn)層的鉗位電壓對應(yīng)的值。
而且，上述的驅(qū)動方法應(yīng)用于所述CCD移位寄存器是嵌入溝道型的固體攝像元件。
并且，上述的驅(qū)動方法，可以在所述固體攝像元件具有對應(yīng)排出電壓的施加，從所述CCD移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域?qū)⒉恍枰乃鲂畔㈦姾膳懦龅穆O構(gòu)造的情況下，執(zhí)行電荷排出步驟，即，在所述轉(zhuǎn)送步驟的開始之前，向所述漏極構(gòu)造供給所述排出電壓，將蓄積在所述電位阱的所述信息電荷中超出所述CCD移位寄存器的基于所述轉(zhuǎn)送時鐘的轉(zhuǎn)送能力的部分排出。
本發(fā)明的攝像裝置包括具備了由CCD移位寄存器受光，并將產(chǎn)生的信息電荷蓄積在該CCD移位寄存器的電位阱中的攝像部的固體攝像元件；和生成向該CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送電極施加的導(dǎo)通電壓和截止電壓，控制所述電位阱的形成以及移動的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路，作為將通過曝光而產(chǎn)生的所述信息電荷蓄積在所述電位阱的曝光動作中的所述截止電壓，生成比通過轉(zhuǎn)送驅(qū)動所述CCD移位寄存器來從所述攝像部讀出所述信息電荷的轉(zhuǎn)送動作中的所述截止電壓低的曝光時截止電壓，在所述曝光動作時，在對所述轉(zhuǎn)送電極施加所述導(dǎo)通電壓來形成所述電位阱之前，施加所述曝光時截止電壓。
在曝光動作的信息電荷的蓄積之前，通過施加低的截止電壓(蓄積前截止電壓)來提高基板表面附近的自由空穴的濃度，可提高在基板與柵極氧化膜之間的界面所產(chǎn)生的表面態(tài)捕獲空穴的比例。因此，在之后的通過施加導(dǎo)通電壓而形成的電位阱中蓄積信息電荷的過程中，從價電子帶被激勵到表面態(tài)的電子容易捕獲空穴并再返回價電子帶。即，表面態(tài)的介入使電子不容易被激勵到傳導(dǎo)帶，從而減少了暗電流。另一方面，在轉(zhuǎn)送動作中，截止電壓比蓄積前截止電壓高的部分，可相應(yīng)地提高導(dǎo)通電壓和截止電壓在電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域中的電位切換速度，來實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)送以及電力消耗的降低。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的攝像裝置的概略構(gòu)造的框圖。
圖2是攝像部的一部分的模式俯視圖。
圖3是攝像部的沿著CCD移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)送方向的模式剖面圖。
圖4是表示圖3的剖面圖所示的CCD移位寄存器在基板深度方向的電位曲線的模式圖。
圖5是表示時鐘發(fā)生電路向映像傳感器提供的各種電壓信號的基本變化的模式時序圖。
圖6是表示以往的驅(qū)動電路向幀轉(zhuǎn)送方式的CCD映像傳感器供給的時鐘信號的模式時序圖。
圖中10-映像傳感器；10i-攝像部；10s-蓄積部；10h-水平轉(zhuǎn)送部；10d-輸出部；12-時鐘發(fā)生電路；14-時序控制電路；16-模擬信號處理電路；18-A/D轉(zhuǎn)換電路；20-數(shù)字信號處理電路；30c-溝道區(qū)域；30s-元件分離區(qū)域；32-轉(zhuǎn)送電極；34-受光像素；40-n型半導(dǎo)體基板；42-p阱；44-n阱；46-柵極氧化膜；48-微透鏡陣列。
具體實(shí)施方式下面，結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式(以下稱為實(shí)施方式)進(jìn)行說明。
圖1是表示本攝像裝置的概略構(gòu)造的框圖。該攝像裝置除了映像傳感器10以外，還具有時鐘發(fā)生電路12、時序控制電路14、模擬信號處理電路16、A/D轉(zhuǎn)換電路18以及數(shù)字信號處理電路20。
映像傳感器10是幀轉(zhuǎn)送方式的CCD映像傳感器，其具有形成在半導(dǎo)體基板表面的攝像部10i、蓄積部10s、水平轉(zhuǎn)送部10h以及輸出部10d。攝像部10i和蓄積部10s由相互的溝道相互在列方向相連接的垂直CCD移位寄存器構(gòu)成，在攝像部10i和蓄積部10s中，這些垂直CCD移位寄存器在行方向(圖像上的水平方向)上被排列多個。這些垂直CCD移位寄存器具有作為轉(zhuǎn)送電極的柵電極，該柵電極在基板上貫通行方向，并且在列方向并列配置多個，通過對這些轉(zhuǎn)送電極施加錯開了相位的時鐘，在垂直CCD移位寄存器內(nèi)，將每個像素的信息電荷垂直轉(zhuǎn)送。在本映像傳感器10中，攝像部10i和蓄積部10s的CCD移位寄存器被3相驅(qū)動，向攝像部10i供給3相時鐘_i、向蓄積部10s供給3相時鐘_s，控制各自中的信息電荷的蓄積、轉(zhuǎn)送。
由攝像部10i的垂直CCD移位寄存器的各個位構(gòu)成的受光像素，根據(jù)入射光生成并蓄積信號電荷。對于該攝像部10i中的信息電荷的蓄積動作將在后面進(jìn)行說明。在經(jīng)過了設(shè)定的曝光期間后，利用3相時鐘_i、_s來驅(qū)動攝像部10i和蓄積部10s各自的垂直CCD移位寄存器，進(jìn)行從攝像部10i向蓄積部10s的幀轉(zhuǎn)送。由于蓄積部10s被遮光膜覆蓋，來防止基于光的入射而引起的電荷產(chǎn)生，所以，能夠原樣地保持從攝像部10i被幀轉(zhuǎn)送來的信號電荷。水平轉(zhuǎn)送部10h由CCD移位寄存器構(gòu)成，其各個位與蓄積部10s的多個垂直CCD移位寄存器的各個輸出連接。被保持在蓄積部10s中的1個畫面份的信號電荷通過行轉(zhuǎn)送動作，以1行為單位被轉(zhuǎn)送到水平轉(zhuǎn)送部10h。被轉(zhuǎn)送到水平轉(zhuǎn)送部10h的信號電荷通過水平轉(zhuǎn)送部10h的水平轉(zhuǎn)送驅(qū)動被轉(zhuǎn)送到輸出部10d。輸出部10d由在電路上獨(dú)立的電容和取出其電位變化的放大器構(gòu)成，其將從水平轉(zhuǎn)送部10h輸出的信號電荷以1比特單位由電容接收，并轉(zhuǎn)換成電壓值，將其作為時間系列的圖像信號Y0(t)輸出。
時鐘發(fā)生電路12生成用于驅(qū)動攝像部10i的垂直移位寄存器的時鐘_i、用于驅(qū)動蓄積部10s的垂直移位寄存器的時鐘_s、用于驅(qū)動水平轉(zhuǎn)送部10h的時鐘_h、用于驅(qū)動輸出部10d的復(fù)位門的時鐘_r、和向n型半導(dǎo)體基板施加的基板電壓Vsub，來驅(qū)動映像傳感器10。另外，時鐘發(fā)生電路12根據(jù)從時序控制電路14供給的時序信號進(jìn)行生成。
時序控制電路14包括對一定周期的基準(zhǔn)時鐘CK進(jìn)行計數(shù)的多個計數(shù)器，對基準(zhǔn)時鐘CK進(jìn)行分頻，生成時序信號，例如水平同步信號HD和垂直同步信號VD。
模擬信號處理電路16對圖像信號Y0(t)實(shí)施取樣保持(sample hold)、自動增益控制(AGCAuto Gain Control)等處理，生成規(guī)定格式的圖像信號Y1(t)。
A/D轉(zhuǎn)換電路18將從模擬信號處理電路16輸出的圖像信號Y1(t)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，輸出圖像數(shù)據(jù)D1(n)。
數(shù)字信號處理電路20從A/D轉(zhuǎn)換電路18取得圖像數(shù)據(jù)D1(n)，進(jìn)行各種處理。例如，數(shù)字信號處理電路20根據(jù)圖像數(shù)據(jù)D1(n)生成亮度數(shù)據(jù)和顏色數(shù)據(jù)，對生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓修正、伽馬修正等的處理。而且，數(shù)字信號處理電路20包括自動曝光控制電路，對圖像數(shù)據(jù)以1個畫面單位進(jìn)行積分，根據(jù)該積分值，進(jìn)行伸縮控制曝光期間E的自動曝光控制。例如，自動曝光控制電路根據(jù)由1個計數(shù)表示1個水平掃描期間(1H)的曝光控制值Io，指定曝光時間E。
圖2是攝像部10i的一部分的模式俯視圖。受光像素與垂直移位寄存器的位對應(yīng)，可蓄積1個像素的信息電荷。垂直移位寄存器的溝道區(qū)域30c之間被溝道分離區(qū)域30s分離。在分別沿列方向延伸的溝道區(qū)域30c之上，在列方向周期性地配置有轉(zhuǎn)送電極G1～G3(轉(zhuǎn)送電極32-1～32-3)。在各個受光像素34的上面，按組配置轉(zhuǎn)送電極32-1～32-3。這里，轉(zhuǎn)送電極32-2被配置在像素的中央部。轉(zhuǎn)送電極32-1～32-3構(gòu)成為從時鐘發(fā)生電路12被分別施加時鐘_i1～_i3。
圖3是攝像部10i的沿著CCD移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)送方向的模式剖面圖，表示沿著圖2的直線A-A’的垂直斷面。在n型半導(dǎo)體基板40上，形成有通過擴(kuò)散p型雜質(zhì)而形成的p阱42和通過擴(kuò)散n型雜質(zhì)而形成的比p阱42淺的n阱44。由此，CCD移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)送溝道被作為嵌入溝道而形成，而且，在基板的深度方向上形成npn型構(gòu)造，由此，實(shí)現(xiàn)了縱型溢流漏極(VODVertical Overflow Drain)。在基板表面，按照中間隔著柵極氧化膜46的方式，在列方向上周期性地排列配置轉(zhuǎn)送電極32-1～32-3。如上述那樣，對轉(zhuǎn)送電極32-1～32-3分別施加3相時鐘_i1～_i3，根據(jù)該時鐘電壓，控制柵極氧化膜46下的半導(dǎo)體基板內(nèi)的溝道電位。另外，在圖3中還示出了微透鏡陣列48。構(gòu)成微透鏡陣列48的各個透鏡48’分別對應(yīng)受光像素配置，將入射到各個透鏡48’的光會聚到受光像素。
圖4是表示圖3的剖面圖所示的CCD移位寄存器的在基板深度方向的電位曲線的模式圖。圖中，橫軸表示距離基板表面的深度。另外，縱軸表示電位，下為正電位側(cè)、上為負(fù)電位側(cè)。曲線50(ABCD)、曲線52(A’B’CD)分別是在將各個像素的1個轉(zhuǎn)送電極32作為被施加轉(zhuǎn)送時鐘的導(dǎo)通電壓的導(dǎo)通電極，將剩余的2個轉(zhuǎn)送電極32作為被施加轉(zhuǎn)送時鐘的截止電壓的截止電極時的電位曲線，曲線50(ABCD)表示導(dǎo)通電極下的電位曲線，曲線52(A’B’CD)表示截止電極下的電位曲線。曲線50上的B點(diǎn)表示電位阱的電位，曲線52上的B’表示形成在電位阱之間的電位勢壘的鞍點(diǎn)的電位。另一方面，曲線54(A’B”CD)表示在電位阱的移動過程中的截止電極下的電位曲線。在該電位阱的移動過程中，各個像素的2個轉(zhuǎn)送電極32被設(shè)為導(dǎo)通電極，只將剩余的1個轉(zhuǎn)送電極32設(shè)為截止電極。因此，利用短溝道效應(yīng)，B”點(diǎn)的電位受到兩側(cè)的導(dǎo)通電極下的電位阱的電位的影響，成為比B’點(diǎn)的電位深的電位。
另外，在圖4中，用虛線表示的曲線56(A’B’C’D’)表示電子快門動作時電位曲線。在電子快門動作中，對攝像部的全部轉(zhuǎn)送電極施加截止電壓，使基板電壓Vsub成為比通常時的電壓(點(diǎn)D)高的正電壓(點(diǎn)D’)。通過提高Vsub，能夠使通常位于C點(diǎn)的p阱42的電位加深到C’點(diǎn)，使基于p阱42的基板深度方向的電位勢壘消失。由此，能夠?qū)⒒灞砻鎮(zhèn)鹊男畔㈦姾稍竭^p阱42向基板背面排出。
而且，如后述那樣，通過在對與蓄積信息電荷的電位阱對應(yīng)的轉(zhuǎn)送電極施加了導(dǎo)通電壓的狀態(tài)下，使基板電壓Vsub成為比通常時的電壓(點(diǎn)D)高的正電壓(點(diǎn)D’)，來進(jìn)行以抑制圖像浮散為目的的電荷排出動作(圖像浮散抑制動作)。該圖像浮散抑制動作中的導(dǎo)通電極下的電位曲線用曲線58(ABC’D’)表示，截止電極下的電位曲線用曲線56(A’B’C’D’)表示。由此，蓄積在電位阱中的信息電荷中，越過p阱42的電位(點(diǎn)C’)的部分被排出到基板背面。這里，將基板電壓Vsub設(shè)定為使p阱42的電位(點(diǎn)C’)比點(diǎn)B”深。這樣，通過將蓄積在電位阱中的信息電荷量在電位阱的移動過程之前，減少到該移動過程中的截止電極下的電位勢壘(點(diǎn)B”)以下，能夠在該移動過程中抑制圖像浮散的產(chǎn)生。
下面，對本攝像裝置中的映像傳感器的驅(qū)動方法進(jìn)行說明。圖5是表示由時鐘發(fā)生電路12向映像傳感器10供給的各種電壓信號的基本變化的模式時序圖。在圖5中，時間沿橫軸右方向經(jīng)過。圖5中表示了向攝像部10i的轉(zhuǎn)送電極施加的轉(zhuǎn)送時鐘信號_i1～_i3、基板電壓信號Vsub、以及向蓄積部10s的轉(zhuǎn)送電極施加的轉(zhuǎn)送時鐘信號_s1各自的模式波形和生成時序。轉(zhuǎn)送時鐘_s剩余的_s2和_s3，除了為了實(shí)現(xiàn)3相驅(qū)動被相對_s1進(jìn)行了相位位移這一點(diǎn)以外，基本上與_s1相同，因此為了簡單化而省略了圖示。
這里，本攝像裝置在幀轉(zhuǎn)送動作中，將向攝像部10i的CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送電極施加的時鐘_i的截止電壓設(shè)為VL1，而在曝光動作時設(shè)為比VL1低的負(fù)電壓VL2。截止電壓VL1基本上可以設(shè)定為與對于蓄積部10s的CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送時鐘_s的截止電壓相同。另一方面，VL2例如被設(shè)定為鉗位(pinning)被施加了該電壓的轉(zhuǎn)送電極下的基板表面的電位的電壓。在鉗位狀態(tài)的基板表面上，形成蓄積了從溝道分離區(qū)域30s供給的空穴的反轉(zhuǎn)層。在這樣地由空穴被反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，抑制了與柵極氧化膜的界面的熱激勵電子的產(chǎn)生。例如，在反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，由于界面的價電子帶的自由空穴的濃度大，所以，在基板與柵極氧化膜的界面產(chǎn)生的表面態(tài)捕獲空穴的比例增高，從價電子帶向表面態(tài)激勵的電子容易捕獲空穴并且再次返回到價電子帶。如該鉗位狀態(tài)那樣，在施加了負(fù)的截止電壓的轉(zhuǎn)送電極下，電子不容易向傳導(dǎo)帶被激勵，可抑制介入了表面態(tài)的暗電流。
另外，本攝像裝置在曝光期間使信息電荷的蓄積位置在各個像素內(nèi)移動。例如，在與1個受光像素34對應(yīng)的轉(zhuǎn)送電極G1～G3(參照圖2)中，電位阱的形成位置隨著時間按順序進(jìn)行G2、G1、G2、G3、G2、…的移動。通過在該曝光期間的電位阱的移動，在各個像素的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)針對暗電流的位置的平均化，抑制像素間暗電流成分的差異，從而可降低畫面粗糙感。
下面，結(jié)合圖5，對本驅(qū)動方法進(jìn)行更詳細(xì)的說明。在1個畫面的攝影中，首先對攝像部10i進(jìn)行曝光。曝光期間E通過電子快門動作進(jìn)行控制。在電子快門動作中，將對被配置在攝像部10i中的轉(zhuǎn)送電極G1～G3施加的時鐘電壓_i1～_i3在規(guī)定的期間全部設(shè)為截止電壓VL2(期間t1～t2)，并且在該期間將基板電壓Vsub設(shè)定為比在通常時施加的直流電壓(基準(zhǔn)直流電壓VSL，相當(dāng)圖4的點(diǎn)D的電壓)高的排出電壓VSH(相當(dāng)圖4的點(diǎn)D’的電壓)。由此，被蓄積在攝像部10i的溝道區(qū)域的信息電荷被排出到基板背面。
另外，在電子快門動作結(jié)束的時刻t2，_i的規(guī)定相位的時鐘信號，例如_i2從截止?fàn)顟B(tài)的VL2被設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的VH，在轉(zhuǎn)送電極G2下形成電位阱。曝光期間E從該時刻開始。另一方面，曝光期間E的結(jié)束時刻由幀轉(zhuǎn)送的開始時刻t18所規(guī)定。
這里，轉(zhuǎn)送電極G2在從時刻t2開始的電位阱的形成之前，在電子快門動作(期間t1～t2)時被施加截止電壓VL2，在其下面的基板背面附近形成反轉(zhuǎn)層。通過在該截止電壓VL2的施加期間由轉(zhuǎn)送電極G2下面的表面態(tài)捕獲空穴，在接下來的從時刻t2開始的信息電荷向電位阱的蓄積動作中，可減少介入了表面態(tài)的暗電流。
如上述那樣，曝光期間E中的電位阱的位置在像素內(nèi)被移動，在轉(zhuǎn)送電極G2下之后，接下來在轉(zhuǎn)送電極G1下形成電位阱(時刻t4)。在轉(zhuǎn)送電極G2下被蓄積的信息電荷移動到轉(zhuǎn)送電極G1下的電位阱中，同時在該G1下蓄積新產(chǎn)生的信息電荷。該轉(zhuǎn)送電極G1在時刻t4到被施加導(dǎo)通電壓VH為止被施加截止電壓VL2。由此，與上述轉(zhuǎn)送電極G2中的信息電荷的蓄積同樣，在轉(zhuǎn)送電極G1的信息電荷的蓄積中也減少了暗電流。以后，在曝光期間結(jié)束之前，電位阱的位置被順序地移動，但在任意的轉(zhuǎn)送電極下形成電位阱的情況下，都是事前對該轉(zhuǎn)送電極施加截止電壓VL2。而且，由此，在各個轉(zhuǎn)送電極下的信息電荷的蓄積中，可抑制暗電流的產(chǎn)生，能夠減少被蓄積在各個像素的信息電荷中所包含的暗電流成分。
在曝光期間E的最后被蓄積在G3下的電位阱中的信息電荷，通過從時刻t18開始的幀轉(zhuǎn)送，被高速地移動到蓄積部10s。時鐘發(fā)生電路12在幀轉(zhuǎn)送中，作為轉(zhuǎn)送時鐘_i(_i1～_i3)以及_s(_s1～_s3)，以與攝像部10i的列方向的像素數(shù)對應(yīng)的循環(huán)，生成振幅為從VL1到VH的相互同步的高速時鐘(期間t18～t19)。由此，能夠?qū)z像部10i的所有像素的信號電荷在短時間內(nèi)全部移送到具備了遮光膜的蓄積部10s。
幀轉(zhuǎn)送中的時鐘周期比曝光動作中的導(dǎo)通電壓VH與截止電壓VL2的切換周期短。這里，在轉(zhuǎn)送動作中，不需要形成反轉(zhuǎn)層，另外，如果增大時鐘的振幅，則上升時間和下降時間延長，難以進(jìn)行高速轉(zhuǎn)送。因此，在幀轉(zhuǎn)送中，通過使時鐘的截止電壓不是VL2，而是VL1，來減小時鐘振幅。此外，在幀轉(zhuǎn)送中，時鐘頻率變得極高，容易造成發(fā)熱和電力消耗增大的問題。對此，降低時鐘振幅可有效地抑制發(fā)熱和電力消耗。
在這樣地將幀轉(zhuǎn)送中的時鐘振幅減小到比曝光期間中的振幅小時，會使得曝光期間E時蓄積在電位阱中的信息電荷量超過在幀轉(zhuǎn)送中的CCD移位寄存器的處理電荷量，由此容易產(chǎn)生圖像浮散。在本攝像裝置中為了解決該問題，在幀轉(zhuǎn)送之前進(jìn)行上述的圖像浮散抑制動作。即，在幀轉(zhuǎn)送的開始(時刻t18)之前的時刻t17，在Vsub的基準(zhǔn)直流電壓VSL上疊加脈沖72，對基板施加排出電壓VSH。由此，p阱42的電位成為比通常時的電位(圖4中的點(diǎn)C)深的電位(圖4中的點(diǎn)C’)，蓄積在電位阱的信息電荷中的越過p阱42的電位(點(diǎn)C’)的部分被排出到基板背面。通過這樣地在幀轉(zhuǎn)送的開始之前減少被蓄積在電位阱中的信息電荷量，可抑制在幀轉(zhuǎn)送動作中產(chǎn)生圖像浮散。
另外，在曝光期間E內(nèi)的上述電位阱的移動時，在與移動起點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)送電極和與移動終點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)送電極雙方被施加導(dǎo)通電壓的期間β中，只在1個轉(zhuǎn)送電極上形成電位阱之間的電位勢壘。此時，如上述那樣，由于電位勢壘低，所以容易產(chǎn)生圖像浮散。在本攝像裝置中，作為其對應(yīng)措施，也進(jìn)行上述的圖像浮散抑制動作。圖5的例中，在期間β開始的時刻t4、t6、t8、t10、t12、t14、t16之前，在Vsub的基準(zhǔn)直流電壓VSL上疊加脈沖70，并向基板施加排出電壓VSH，來抑制圖像浮散(時刻t3、t5、t7、t9、t11、t13、t15)。
而且，在上述的圖像浮散抑制動作中，由于利用疊加在Vsub的脈沖70、72來抑制圖像浮散，所以，能夠相對于圖像浮散抑制而獨(dú)立地設(shè)定基準(zhǔn)直流電壓VSL。這里，p阱42的電位、以及電位阱(點(diǎn)B)至基板背面的深度，與Vsub連動地變化。具體而言，在降低Vsub時，p阱42的電位變淺，電位阱接近基板表面?zhèn)取Ｓ纱?，會使得轉(zhuǎn)送電極32和電荷轉(zhuǎn)送溝道之間的電容增加，相對轉(zhuǎn)送時鐘的溝道的電位變化增大，能夠增大電荷轉(zhuǎn)送能力。因此，本攝像裝置能夠一方面通過調(diào)整脈沖70、72的排出電壓VSH來抑制圖像浮散，而另一方面通過設(shè)定低的基準(zhǔn)直流電壓VSL，來確保在以小于曝光期間的振幅進(jìn)行驅(qū)動的幀轉(zhuǎn)送和行轉(zhuǎn)送中所必要的電荷轉(zhuǎn)送能力。另外，在本實(shí)施方式中，是將脈沖70的基板電壓Vsub和電子快門動作時的基板電壓Vsub一同作為VSH而設(shè)定為相等，但也可以是相互不同的電壓。
被轉(zhuǎn)送到蓄積部10s的信息電荷，通過行轉(zhuǎn)送而被轉(zhuǎn)送到水平轉(zhuǎn)送部10h。時鐘發(fā)生電路12在與時序控制電路14所生成的水平同步信號HD同步的各個時刻，生成1個循環(huán)的轉(zhuǎn)送時鐘_s，并執(zhí)行行轉(zhuǎn)送。該行轉(zhuǎn)送中的_s的各個時鐘的振幅被設(shè)定為從VL1到VH。水平轉(zhuǎn)送部10h通過水平轉(zhuǎn)送將信息電荷轉(zhuǎn)送到輸出部10d，輸出部10d將信息電荷轉(zhuǎn)換成圖像信號Y0(t)，并順序輸出。
另外，在上述的構(gòu)造中，示出了在曝光期間E使電位阱移動的例子。關(guān)于介入了基于截止電壓VL2的施加的暗電流的抑制效果，在導(dǎo)通電壓VH的施加后，隨著時間而逐漸減弱。對于這一點(diǎn)，進(jìn)行電位阱的移動的驅(qū)動方法，通過在電位阱的每次移動時進(jìn)行截止電壓VL2的施加效果的更新，可有效地減少暗電流成分。另一方面，即使是在曝光期間E不移動電位阱，而在固定形成的電位阱中進(jìn)行信息電荷的蓄積的驅(qū)動方法，通過先行施加截止電壓VL2，也可以減少暗電流。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像元件的驅(qū)動方法，用于驅(qū)動具備了由CCD移位寄存器受光，并將所產(chǎn)生的信息電荷蓄積在該CCD移位寄存器的電位阱中的攝像部的固體攝像元件，其特征在于，包括將通過曝光產(chǎn)生的所述信息電荷蓄積在所述電位阱中的曝光步驟；和通過施加轉(zhuǎn)送時鐘來驅(qū)動所述CCD移位寄存器，從所述攝像部讀出所述信息電荷的轉(zhuǎn)送步驟，所述曝光步驟包括對所述CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送電極中與所述信息電荷的蓄積位置對應(yīng)的蓄積電極施加導(dǎo)通電壓，形成所述電位阱的蓄積步驟；和在所述蓄積步驟之前，對所述蓄積電極施加比所述轉(zhuǎn)送時鐘的截止電壓低的蓄積前截止電壓的蓄積前步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述蓄積前截止電壓是與在所述轉(zhuǎn)送電極下的半導(dǎo)體表面上形成反轉(zhuǎn)層的鉗位電壓對應(yīng)的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述CCD移位寄存器是嵌入溝道型。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任意一項(xiàng)所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述固體攝像元件具有對應(yīng)排出電壓的施加，從所述CCD移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)送溝道區(qū)域?qū)⒉恍枰乃鲂畔㈦姾膳懦龅穆O構(gòu)造，所述驅(qū)動方法還包括電荷排出步驟，在所述轉(zhuǎn)送步驟的開始之前，向所述漏極構(gòu)造供給所述排出電壓，將蓄積在所述電位阱的所述信息電荷中超出所述CCD移位寄存器的基于所述轉(zhuǎn)送時鐘的轉(zhuǎn)送能力的部分排出。
5.一種攝像裝置，包括具備了由CCD移位寄存器受光，并將所產(chǎn)生的信息電荷蓄積在該CCD移位寄存器的電位阱中的攝像部的固體攝像元件；和生成向該CCD移位寄存器的轉(zhuǎn)送電極施加的導(dǎo)通電壓和截止電壓，控制所述電位阱的形成以及移動的驅(qū)動電路，其特征在于，所述驅(qū)動電路，作為將通過曝光而產(chǎn)生的所述信息電荷蓄積在所述電位阱的曝光動作中的所述截止電壓，生成比通過轉(zhuǎn)送驅(qū)動所述CCD移位寄存器來從所述攝像部讀出所述信息電荷的轉(zhuǎn)送動作中的所述截止電壓低的曝光時截止電壓，當(dāng)所述曝光動作時，在對所述轉(zhuǎn)送電極施加所述導(dǎo)通電壓來形成所述電位阱之前，施加所述曝光時截止電壓。
專利摘要
一種固體攝像元件的驅(qū)動方法和攝像裝置?？梢种茙D(zhuǎn)送型CCD映像傳感器因在受光像素中產(chǎn)生的暗電流而導(dǎo)致S/N比的低下。當(dāng)曝光期間時，在開始對轉(zhuǎn)送電極施加導(dǎo)通電壓V
文檔編號H04N5/369GK1992822SQ200610163726
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月4日
發(fā)明者岡田吉弘, 逸見一隆 申請人:三洋電機(jī)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan