JP2000012819A

JP2000012819A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2000012819A
Application number: JP10169874A
Authority: JP
Inventors: Tadao Isogai; 忠男磯貝; Masahiro Jiyuen; 正博壽圓
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】並列出力構成であって、且つ、市松状に配置さ
れた画素（又は光電変換部）の信号ばらつきが低減さ
れ、Ｓ／Ｎ比が高い固体撮像素子を提供する。【解決手段】市松状に配置された特定画素の信号は、２
つの水平信号線（又は水平転送レジスタ）の内の一方に
出力され、または一つの出力端子から外部に出力され
る。本発明は、市松状に配置された色フィルタを使用し
てカラー撮像するのに好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
するものであり、さらに詳しくは、並列出力構成の固体
撮像素子に関するものである。本発明の固体撮像素子
は、市松状に配置された色フィルタを使用してカラー撮
像するのに好適である。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は、これまでにＸ−Ｙアド
レス型やＣＣＤ型など様々な方式が提案され、実用化に
至っている。まず、従来のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素
子を図面を参照して説明する。図２３は、従来のＸ−Ｙ
アドレス型固体撮像素子の主な構成を示す回路図であ
る。従来のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子は、２次元マ
トリクス状に配置された複数の画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３
−４と、上記画素が接続された垂直信号線２２ａ〜２２
ｄと、列バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ、クランプ容量
Ｃｃ１〜Ｃｃ４、列選択トランジスタＴＨ１〜ＴＨ４を
介して上記垂直信号線が接続された水平信号線２７ａ，
２７ｂと、水平信号線に接続された出力バッファアンプ
２８ａ，２８ｂと、各画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４を駆
動する垂直走査回路７と、各列選択トランジスタＴＨ１
〜ＴＨ４を駆動する水平走査回路８から構成されてい
る。

【０００３】水平信号線は、図示されたように複数配置
される。画素数が少ない固体撮像素子ならば、１系列の
水平信号線でも良い。しかし、画素数が増大すると感度
や動作速度が不足するという問題が生じるので、複数の
水平信号線を形成し並列に出力するのがより好ましい。
画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４の信号は、ＪＦＥＴ２のソ
ース（Ｓ）から垂直信号線２２ａ〜２２ｄに出力され、
列バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ、クランプ容量Ｃｃ１
〜Ｃｃ４、列選択トランジスタＴＨ１〜ＴＨ４を経由し
て水平信号線２７ａ，２７ｂに出力され、出力バッファ
アンプ２８ａ，２８ｂを経て出力端子３５ａ，３５ｂか
ら出力（Ｖout１、Ｖout２）される。

【０００４】なお、クランプ容量Ｃｃ１〜Ｃｃ４と列選
択トランジスタＴＨ１〜ＴＨ４の間にはクランプトラン
ジスタＴｃ１〜Ｔｃ４が接続され、クランプ容量の一方
の電極に一定電圧（図２３では接地電位ＧＮＤ）を印加
できるようになっている。これは、各画素で生ずるノイ
ズを除去するために配置される。次に図２３、図２４を
参照しながら画素構造を説明する。図２４は、マトリク
ス状に配置された複数の画素の平面図である。各画素
は、入射光に応じた電荷を生成して蓄積するフォトダイ
オード１と、ソースフォロワ動作により上記電荷に応じ
た信号をソース（Ｓ）から出力する接合型電界効果トラ
ンジスタ（以下、ＪＦＥＴという）２と、上記電荷をフ
ォトダイオード１からＪＦＥＴ２に転送する転送ゲート
３と、ＪＦＥＴ２を制御するリセットドレイン４とリセ
ットゲート５から構成されている。そして、各ＪＦＥＴ
２は、列毎に垂直信号線２２ａ〜２２ｄに接続されてい
る。なお、単位画素構造に関しては、特開平８−２９３
５９１にその詳細が開示されている。

【０００５】次に、従来のＣＣＤ型固体撮像素子を図面
を参照して説明する。図２５は、従来のＣＣＤ型固体撮
像素子の概略構成図である。本素子は、２次元マトリク
ス状に配置された複数のフォトダイオード２１０と、フ
ォトダイオード２１０から信号電荷を受け取り列方向に
転送する複数の垂直転送レジスタ２２０と、垂直転送レ
ジスタ２２０から信号電荷を受け取り行方向に転送する
水平転送レジスタ２４０ａ，２４０ｂと、電荷検出部２
５０ａ，２５０ｂから構成されている。

【０００６】フォトダイオード２１０で生成された信号
電荷は、垂直転送レジスタ２２０、水平転送レジスタ２
４０ａ、２４０ｂを転送され、電荷検出部２５０ａ，２
５０ｂで電圧信号に変換されて、出力端子２６０ａ，２
６０ｂから出力（Ｖout１、Ｖout２）される。図２６
は、図２５のＸ１−Ｘ２線に沿ったＣＣＤ型固体撮像素
子の断面図である。Ｎ型半導体基板２００上には、Ｐ型
ウエル２０１が設けられる。フォトダイオード２１０
は、このＰ型ウエル中に配置される。

【０００７】フォトダイオード２１０で生成された信号
電荷は、Ｎ型電荷蓄積領域２１１に蓄積される。Ｎ型電
荷蓄積領域２１１に蓄積された上記信号電荷は、転送電
極２２４の動作により、先ず垂直転送レジスタ２２０の
Ｎ型転送チャネル領域２２１に転送され、次いで列方向
に順次転送される。ところで、固体撮像素子をカラー撮
像に使用する場合は、固体撮像素子の各フォトダイオー
ドの上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色
フィルタが配置される。各々の画素は、それぞれの画素
に配置されたフィルタに対応する色信号を出力する。

【０００８】上記のＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタの配列
は、様々なものが提案されている。図２７、図２８は、
カラー撮像の際固体撮像素子に配置させる代表的な色フ
ィルタ配列を示している。図２７に示す配列において
は、緑（Ｇ）の色フィルタが画素に対応して１列おきに
ストライプ状に配置され、残されたその他の画素に対応
して赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の色フィルタが配置されてい
る。

【０００９】図２８に示す配列においては、緑（Ｇ）の
色フィルタが市松状に配置され、残されたその他の画素
に対応して赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の色フィルタが線順次
に配置（一般にベイヤ配列と呼ぶ）されている。従来の
固体撮像素子は、緑（Ｇ）の色フィルタが１列おきにス
トライプ状に配置された、図２７に示す色フィルタ配列
が好適である。それは、輝度信号の主成分となる緑
（Ｇ）の色フィルタを備えた画素の信号が、１つの水平
信号線（図２３の２７ａまたは２７ｂ）、または１つの
水平転送レジスタ（図２５の２４０ａ，または２４０
ｂ）を経由して、一つの出力端子（図２３の３５ａまた
は３５ｂ、図２５の２６０ａまたは２６０ｂ）から出力
されるため、後段の信号処理が容易になると同時に、固
定パターンノイズが減少して、映像信号のＳ／Ｎ比が向
上するためである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体撮像素子は、例えば、緑（Ｇ）の色フィルタが市松
状に配置された図２８に示す色フィルタ配列を備えた時
に、固定パターンノイズが発生し、Ｓ／Ｎ比が低下する
という問題点があった。これは、市松状に配置された画
素の信号が、２つの異なる経路（水平信号線または水平
転送レジスタ）を経て、２つの異なる出力端子から出力
されるためである。

【００１１】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であり、並列出力構成であって、且つ、市松状に配置さ
れた画素（又は光電変換部）の信号ばらつきが低減さ
れ、Ｓ／Ｎ比が高い固体撮像素子を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、２次元マトリクス状に配置された複数の画素と、前
記画素の信号を出力する複数の出力端子とを備えたＸ−
Ｙアドレス型固体撮像素子であって、前記画素のうち、
市松状に配置された特定画素の信号が１つの出力端子か
ら出力され、他の画素の信号が他の出力端子から出力さ
れることを特徴とするものである。

【００１３】市松状に配置された画素の信号が１つの出
力端子から出力されるため、市松状に配置された画素か
ら出力される信号の固定パターンノイズは減少し、Ｓ／
Ｎ比が向上する。特に、市松状配列の色フィルタを備え
たときに好適である。請求項２に記載の発明は、２次元
マトリクス状に配置された複数の画素と、前記画素が接
続された複数の垂直信号線と、スイッチを介して前記垂
直信号線が接続された２つの水平信号線とを備えた固体
撮像素子であって、前記垂直信号線のそれぞれには、隣
り合う２列の画素列のうち一方の画素列の奇数行目の画
素、及び、他方の画素列の偶数行目の画素が接続され、
一方の前記水平信号線には奇数番目の前記垂直信号線が
接続され、他方の前記水平信号線には偶数番目の前記垂
直信号線が接続されていることを特徴とするものであ
る。

【００１４】この構成により、市松状に配置された画素
の信号は、１つの水平信号線を経由して出力されるた
め、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上す
る。特に、市松状配列の色フィルタを備えたときに好適
である。請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記
載された固体撮像素子において、前記画素は、入射光に
応じた電荷を生成する光電変換部と、前記電荷に応じた
信号を垂直信号線に出力する出力部とを有することを特
徴とするものである。また、請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載された固体撮像素子において、前記画素
は前記電荷を前記光電変換部から前記出力部に転送する
転送部と、前記出力部を制御する制御部とをさらに有す
ることを特徴とするものである。

【００１５】これらの構成により、入射光で生じた電荷
そのものではなく、この電荷によって変換された信号
（例えば電荷増幅された信号や電流増幅された信号）を
出力することが可能となる。請求項５に記載の発明は、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子
であって、前記画素の一部に遮光領域が形成され、奇数
行目に配置された画素と偶数行目に配置された画素で、
前記遮光領域の形状が同一であることを特徴とするもの
である。

【００１６】この構成により、各画素の受光特性が同一
となり、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上
する。請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５
のいずれかに記載された固体撮像素子であって、前記画
素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少な
くとも一種類の前記色フィルタが市松状に配置されてい
ることを特徴とする。

【００１７】カラー撮像する場合、固体撮像素子の各画
素には、色フィルタが配置される。色フィルタは、一般
に複数の色の種類が有る。請求項７の発明は、この複数
の色フィルタの内、少なくとも一色の色フィルタが市松
状に配置される。このため、この色に対応する信号は固
定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上する。請求
項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか
に記載された固体撮像素子であって、前記画素に対応し
て、緑の色フィルタが市松状に配置され、その他の前記
画素に対応して、赤と青の色フィルタが線順次に配置さ
れていることを特徴とするものである。この請求項は、
具体的な色フィルタの種類を示したものである。

【００１８】請求項８に記載の発明は、２次元マトリク
ス状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部
の信号を出力する複数の出力端子とを備えたＣＣＤ型固
体撮像素子であって、前記光電変換部のうち、市松状に
配置された特定の光電変換部の信号が１つの出力端子か
ら出力され、他の光電変換部の信号が他の出力端子から
出力されることを特徴とするものである。

【００１９】市松状に配置された光電変換部の信号が１
つの出力端子から出力されるため、市松状に配置された
光電変換部から出力される信号の固定パターンノイズは
減少し、Ｓ／Ｎ比が向上する。特に、市松状配列の色フ
ィルタを備えたときに好適である。請求項９に記載の発
明は、２次元マトリクス状に配置された複数の光電変換
部と、前記光電変換部から信号電荷を受け取り列方向に
転送する複数の垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジ
スタから前記信号電荷を受け取り、行方向に転送する２
つの水平転送レジスタとを備えた固体撮像素子であっ
て、前記垂直転送レジスタのそれぞれは、隣り合う２列
の光電変換部のうち一方の列の奇数行目の光電変換部、
及び、他方の列の偶数行目の光電変換部から信号電荷を
受け取り、一方の前記水平転送レジスタは奇数番目の前
記垂直転送レジスタから信号電荷を受け取り、他方の前
記水平転送レジスタは偶数番目の前記垂直転送レジスタ
から信号電荷を受け取ることを特徴とするものである。

【００２０】市松状に配置された光電変換部の信号は、
１つの水平転送レジスタを経由して出力される。このた
め、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上す
る。市松状配列の色フィルタを備えたときに特に好適で
ある。請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求
項９のいずれかに記載の固体撮像素子であって、前記光
電変換部の一部に遮光領域が形成され、奇数行目に配置
された光電変換部と偶数行目に配置された光電変換部
で、前記遮光領域の形状が同一であることを特徴とする
ものである。

【００２１】この構成により、各光電変換部の受光特性
が同一となり、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比
が向上する。請求項１１に記載の発明は、請求項８から
請求項１０のいずれかに記載された固体撮像素子であっ
て、前記光電変換部に対応して複数の種類の色フィルタ
が配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが市松
状に配置されていることを特徴とする。

【００２２】カラー撮像する場合、固体撮像素子の各光
電変換部には、色フィルタが配置される。色フィルタ
は、一般に複数の色の種類が有る。請求項１１の発明
は、この複数の色フィルタの内、少なくとも一色の色フ
ィルタが市松状に配置される。このため、この色に対応
する信号は固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向
上する。

【００２３】請求項１２に記載の発明は、請求項８から
請求項１０のいずれかに記載された固体撮像素子であっ
て、前記光電変換部に対応して、緑の色フィルタが市松
状に配置され、その他の前記光電変換部に対応して、赤
と青の色フィルタが線順次に配置されていることを特徴
とする。この請求項は、具体的な色フィルタの種類を示
したものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、重複する説明は省略する。〔実施形態１〕図１は、本発明の実施形態１による固体
撮像素子の概略を示す回路図である。

【００２５】実施形態１による固体撮像素子は、Ｘ−Ｙ
アドレス型固体撮像素子であり、２次元マトリクス状に
配置された複数の画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４と、隣り
合う２列の画素が１画素おきに交互に接続された垂直信
号線２２ａ〜２２ｄと、列選択トランジスタＴＨ１〜Ｔ
Ｈ４を介して垂直信号線２２ａ〜２２ｄが交互に接続さ
れた水平信号線２７ａ、２７ｂと、水平信号線２７ａ、
２７ｂに設けられた出力端子３５ａ，３５ｂと、各画素
Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４を駆動する垂直走査回路７と、
各列選択トランジスタＴＨ１〜ＴＨ４を駆動する水平走
査回路８から構成されている。

【００２６】なお、実際の本実施形態の固体撮像素子の
画素は、行方向、列方向ともに１００以上配置される。
図１（並びに別の実施形態を示す各回路図）は、便宜上
その一部を示している。ここでは、画素数を上記のよう
にしたが、本発明は、これに限られるものではない。例
えば、用途に応じて画素は、行方向、列方向とも１００
０以上配置させても良い。

【００２７】実施形態１の固体撮像素子は、垂直信号線
２２ａ〜２２ｄのそれぞれに、隣り合う２列の画素列の
うち一方の画素列の奇数行目の画素と他方の画素列の偶
数行目の画素が接続され、また、２つの水平信号線を有
している。即ち、垂直信号線２２ａは、一行目が図面に
おいて向かって左側の画素（Ｐｘ１−１）、二行目が右
側の画素（Ｐｘ２−２）、三行目が左側の画素（Ｐｘ３
−１）を接続している。そして、垂直信号線２２ａ、２
２ｃは、列選択トランジスタＴＨ１、ＴＨ３を介して一
方の水平信号線２７ａに接続される。垂直信号線２２
ｂ、２２ｄは列選択トランジスタＴＨ２、ＴＨ４を介し
て他方の水平信号線２７ｂに接続される。

【００２８】このように接続すればＰｘ１−１，Ｐｘ１
−３，Ｐｘ２−２，Ｐｘ２−４，Ｐｘ３−１，Ｐｘ３−
３の画素（市松状に配置された画素）から出力される信
号は、同じ水平信号線を経由して固体撮像素子の外部に
出力することが可能となる。同じ水平信号線を経由する
ので、固定パターンノイズは低減される。また、緑
（Ｇ）の色フィルタが市松状に設けられて、対応する画
素（Ｐｘ１−１，Ｐｘ１−３，Ｐｘ２−２，Ｐｘ２−
４，Ｐｘ３−１，Ｐｘ３−３）上に配置される。残され
たその他の画素には、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の色フィルタ
が線順次に配置（ベイヤ配列）される。

【００２９】この様に色フィルタを配置させると、緑
（Ｇ）の信号が同じ水平信号線２７ａを経由して出力端
子３５ａから出力される。また、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の
信号は、他方の水平信号線２７ｂを経由して出力端子３
５ｂから出力される。以上のように、実施形態１の固体
撮像素子は、市松状に配置された緑（Ｇ）の色フィルタ
を備えた画素の信号が、１つの水平信号線２７ａを経由
して、１つの出力端子３５ａから出力される。従って、
従来のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子と比べて、後段の
信号処理が容易になると同時に、固定パターンノイズが
減少し、Ｓ／Ｎ比が向上する。〔実施形態２〕図２は、本発明の実施形態２による固体
撮像素子の概略を示す回路図である。

【００３０】実施形態２による固体撮像素子は、Ｘ−Ｙ
アドレス型固体撮像素子であり、１つの画素（例えばＰ
ｘ１−１）が入射光に応じた電荷を生成して蓄積するフ
ォトダイオード４１と、フォトダイオード４１の電荷を
垂直信号線２２ａに転送する行選択トランジスタ４２か
ら構成されている。各画素は、フォトダイオード４１以
外の領域を遮光性を有する膜（遮光膜）で被覆し、奇数
行目の画素と偶数行目の画素で、遮光領域の形状を同一
としても良い。このようにすれば、奇数行目の画素と偶
数行目の画素は、受光部の面積、形状、光学的重心の位
置が同一となり、受光特性のバラツキが低減される。そ
の他の構成は、実施形態１の固体撮像素子と同一であ
る。

【００３１】また、各画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４のフ
ォトダイオード４１に対応して、実施形態１の固体撮像
素子と同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フ
ィルタが配置されている。このため、緑（Ｇ）の信号
は、すべて一方の水平信号線２７ａを経由して出力端子
３５ａから出力される。また、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の信
号は、他方の水平信号線２７ｂを経由して出力端子３５
ｂから出力される。

【００３２】従って、実施形態２の固体撮像素子は、実
施形態１の固体撮像素子と同様、後段の信号処理が容易
になると同時に、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ
比が向上する。〔実施形態３〕図３は、本発明の実施形態３による固体
撮像素子の概略を示す回路図である。

【００３３】実施形態３による固体撮像素子は、Ｘ−Ｙ
アドレス型固体撮像素子であり、１つの画素（例えばＰ
ｘ１−１）が入射光に応じた電荷を生成して蓄積するフ
ォトダイオード５１と、フォトダイオード５１の電位を
検出しソースフォロワ動作によりソース（Ｓ）から出力
するトランジスタ５２と、トランジスタ５２のソース
（Ｓ）と垂直信号線２２ａとを接続する行選択トランジ
スタ５４と、フォトダイオード５１とトランジスタ５２
を初期化するリセットトランジスタ５３から構成されて
いる。なお、フォトダイオード５１の電位は、蓄積され
た電荷の量に応じて変動する。

【００３４】画素Ｐｘ１−１〜Ｐｘ３−４の信号は、ト
ランジスタ５２のソース（Ｓ）から行選択トランジスタ
５４を介して垂直信号線２２ａ〜２２ｄに出力され、列
バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ、クランプ容量Ｃｃ１〜
Ｃｃ４、列選択トランジスタＴＨ１〜ＴＨ４を経由して
水平信号線２７ａ，２７ｂに出力され、出力バッファア
ンプ２８ａ，２８ｂを経て、出力端子３５ａ，３５ｂか
ら出力（Ｖout１、Ｖout２）される。

【００３５】ところで、各画素と垂直信号線２２ａ〜２
２ｄとの接続関係は実施形態１と同様であり、垂直信号
線２２ａ〜２２ｄのそれぞれに隣り合う２列の画素が１
画素おきに交互に接続される。また、垂直信号線２２ａ
〜２２ｄは、垂直負荷容量Ｃｖ１〜Ｃｖ４に接続される
とともに、列バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ、クランプ
容量Ｃｃ１〜Ｃｃ４を介してクランプトランジスタＴＣ
１〜ＴＣ４に接続され、さらに列選択トランジスタＴＨ
１〜ＴＨ４を経て、水平信号線２７ａ，２７ｂに交互に
接続される。

【００３６】従って、実施形態３の固体撮像素子は、実
施形態１の固体撮像素子と同様、後段の信号処理が容易
になると同時に、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ
比が向上する。また、実施形態３の固体撮像素子は、実
施形態２の固体撮像素子と同様に各画素のフォトダイオ
ード５１以外の領域を遮光膜で被覆し、奇数行目の画素
と偶数行目の画素で遮光領域の形状を同一にしても良
い。

【００３７】また、垂直負荷容量Ｃｖ１〜Ｃｖ４によっ
てトランジスタ５２のソースフォロワ動作の帯域が制限
されるためノイズがさらに減少する。即ち、本実施形態
の固体撮像素子は、フォトダイオード５１が信号電荷を
蓄積した時のソースフォロワ出力と、フォトダイオード
５１の信号電荷をリセットした後のソースフォロワ出力
をクランプ容量Ｃｃ１〜Ｃｃ４を介して減算処理する。
この処理によって、トランジスタ５２のしきい値電圧の
ばらつきによる固定パターンノイズ、ソースフォロワ動
作時の１／ｆノイズ、列バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ
のオフセット電圧のばらつきによる固定パターンノイズ
は減少し、Ｓ／Ｎ比がさらに向上する。〔実施形態４〕図４は、本発明の実施形態４による固体
撮像素子の構成を示す回路図である。実施形態４による
固体撮像素子はＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子であり、
実施形態３の固体撮像素子とは画素構成が異なってい
る。また、それに伴って、垂直走査回路やそれに接続さ
れる走査用の配線が異なる。

【００３８】実施形態４による固体撮像素子の１つの画
素、例えばＰｘ１−３は、入射光に応じた電荷を生成し
て蓄積するフォトダイオード１と、ソースフォロワ動作
により上記電荷に応じた信号をソースＳから出力する接
合型電界効果トランジスタ（以下、ＪＦＥＴという）２
と、上記電荷をフォトダイオード１からＪＦＥＴ２に転
送する転送ゲート３と、ＪＦＥＴ２を制御するリセット
ドレイン４とリセットゲート５から構成されている。

【００３９】その他の構成は、実施形態３の固体撮像素
子とほぼ同一である。図５は、本実施形態に係る固体撮
像素子の複数の画素の平面図である。各画素は、フォト
ダイオード１、ＪＦＥＴ２、転送ゲート３、リセットド
レイン４、リセットゲート５から構成されている。そし
て、奇数行目に配置された画素と偶数行目に配置された
画素は、構造が反転しており、隣り合う２列の画素のＪ
ＦＥＴ２が、１画素おきに交互に垂直信号線２２（図４
の垂直信号線２２ａ〜２２ｄに対応する）に接続されて
いる。

【００４０】転送ゲート３は転送ゲート配線２０（図４
の転送ゲート配線２０ａ〜２０ｃに対応する）に、リセ
ットゲート５はリセットゲート配線２１（図４のリセッ
トゲート配線２１ａ〜２１ｃに対応する）に、それぞれ
接続されている。リセットドレイン４は、中継配線２３
を介して、リセットドレイン配線２４（図４のリセット
ドレイン配線２４ａ〜２４ｃに対応する）に接続されて
いる（図７参照）。

【００４１】各画素のフォトダイオード１以外の領域
は、アルミニウム等の遮光性を有する材料で形成された
リセットドレイン配線２４及び垂直信号線２２によって
遮光されている。このことにより、奇数行目の画素と偶
数行目の画素は、受光領域の面積、形状、光学的重心の
位置が同一となる。このため、固定パターンノイズがさ
らに減少し、Ｓ／Ｎ比がさらに向上する。

【００４２】本実施形態の固体撮像素子では、上記のよ
うに走査用配線や垂直信号線を遮光膜として兼用した。
従って、遮光膜として専用の膜を配置させるよりも製造
工程が減少する。このため、歩留まりが向上し、製造コ
ストが低減される。しかし、逆に、遮光膜専用にアルミ
ニウム膜を形成し、受光領域が開口するようにパターニ
ングしても良い。このようにすれば、配線を遮光膜に兼
用する必要が無く、配線設計の自由度が向上する。

【００４３】また、本実施形態の固体撮像素子は、実施
形態１に係る固体撮像素子と同様に各画素のフォトダイ
オード１に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フィル
タを配置している。このため、緑（Ｇ）の信号は、すべ
て一方の水平信号線２７ａを経由して出力端子３５ａか
ら出力される。このため、後段の信号処理が容易になる
と同時に、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向
上する。

【００４４】以下、図６〜図９を参照して実施形態４の
固体撮像素子の画素構造をさらに詳細に説明する。図６
は、本実施形態に係る固体撮像素子の１つの画素の平面
図、図７は図６のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図、図８は
図６のＹ１−Ｙ２線に沿った断面図、図９は図６のＹ３
−Ｙ４線に沿った断面図である。なお、これらの図にお
いて色フィルタは省略されている。

【００４５】フォトダイオード１は、図８，図９に示す
ように、Ｐ型半導体基板１０上に形成されたＮ型ウエル
領域１１、Ｐ型電荷蓄積領域１２、高濃度のＮ型半導体
領域１３によって構成される。これにより、ＮＰＮＰ型
の縦型オーバーフロードレイン構造で埋込型のフォトダ
イオードが形成されている。即ち、埋め込み型のフォト
ダイオード（Ｎ，Ｐ，Ｎ）と縦型オーバーフロードレイ
ン構造（Ｐ，Ｎ，Ｐ）の合わさった構造が形成されてい
る。縦型オーバーフロードレイン構造で埋込型のフォト
ダイオードの構成は、暗電流、残像、リセットノイズ、
ブルーミング、及びスミアを低減する効果を有する。

【００４６】ＪＦＥＴ２は、図７，図８に示すように、
Ｎ型ソース領域１４、Ｐ型ゲート領域１５、Ｎ型ドレイ
ン領域１６、Ｎ型チャネル領域１７から構成されてい
る。転送ゲート３は、図８に示すようにフォトダイオー
ド１とＪＦＥＴ２の境界領域上に絶縁膜３３を介して形
成されている。リセットドレイン４は、図７，図９に示
すようにＮ型ウエル領域１１中のＰ型電荷排出領域１８
から構成されている。リセットゲート５は、図７に示す
ようにＪＦＥＴ２とリセットドレイン４の境界領域上に
絶縁膜３３を介して形成されている。

【００４７】以上のように、実施形態４の固体撮像素子
は、市松状に配置された緑（Ｇ）の色フィルタを備えた
画素の信号が、１つの水平信号線２７ａ、１つの出力バ
ッファアンプ２８ａを経由して、１つの出力端子３５ａ
から出力される。従って、実施形態１の固体撮像素子と
同様、後段の信号処理が容易になると同時に、固定パタ
ーンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００４８】また、実施形態４の固体撮像素子は、各画
素のフォトダイオード１以外の領域が、リセットドレイ
ン配線２４及び垂直信号線２２によって遮光され、奇数
行目の画素と偶数行目の画素で、遮光領域の形状が同一
であるため、固定パターンノイズが減少し、さらにＳ／
Ｎ比が向上する。また、縦型オーバーフロードレイン構
造及び埋込型のフォトダイオード構造のため、暗電流、
残像、リセットノイズ、及びブルーミング、スミアが低
減される。さらに、垂直負荷容量Ｃｖ１〜Ｃｖ４によっ
てＪＦＥＴ２のソースフォロワ動作の帯域が制限される
ためノイズが減少し、さらにＳ／Ｎ比が向上する。

【００４９】更に、初期化後（信号電荷転送前）のＪＦ
ＥＴ２のソースフォロワ出力と、フォトダイオード１か
らＪＦＥＴ２へ信号電荷転送後のＪＦＥＴ２のソースフ
ォロワ出力を、クランプ容量Ｃｃ１〜Ｃｃ４を介して減
算処理（いわゆる相関二重サンプリング処理）すること
によって、ＪＦＥＴ２のしきい値電圧のばらつきによる
固定パターンノイズ、ソースフォロワ動作時の１／ｆノ
イズ、列バッファアンプ２９ａ〜２９ｂのオフセット電
圧のばらつきによる固定パターンノイズが低減するばか
りでなく、リセットゲート５を介してＪＦＥＴ２を初期
化したときに発生するリセットノイズも低減される。こ
のため、さらにＳ／Ｎ比が向上する。〔実施形態５〕図１０は、本発明の実施形態５による固
体撮像素子の構成を示す回路図であり、図１１は、その
マトリクス状に配置された複数の画素の平面図である。

【００５０】実施形態５による固体撮像素子はＸ−Ｙア
ドレス型固体撮像素子であり、実施形態４の固体撮像素
子とは画素構成が異なっている。その他の構成は、実施
形態４の固体撮像素子と同一であり、その説明は省略す
る。ここで、図面を参照して本実施形態に係る固体撮像
素子の画素構造を説明する。図１２は、本実施形態に係
る固体撮像素子の１つの画素の平面図であり、図１３は
図１２のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図、図１４は図１２
のＹ１−Ｙ２線に沿った断面図、図１５は図１２のＹ３
−Ｙ４線に沿った断面図である。

【００５１】１つの画素は、フォトダイオード１、ＪＦ
ＥＴ２、転送ゲート３、リセットドレイン４、１画素当
たり２つのリセットゲート５、１画素当たり２つのオー
バーフロー制御領域６ａから構成されている（図１２参
照）。上記フォトダイオード１、ＪＦＥＴ２、リセット
ドレイン４、オーバーフロー制御領域６ａは、高濃度の
Ｎ型半導体基板１００上のＮ型半導体層１０１中に設け
られる。転送ゲート３、リセットゲート５は、Ｎ型半導
体層１０１上に絶縁膜３３を介して設けられる。

【００５２】フォトダイオード１は、図１４，図１５に
示すように、高濃度のＮ型半導体基板１００上に形成さ
れたＮ型半導体層１０１、Ｐ型電荷蓄積領域１２、高濃
度のＮ型半導体領域１３によって構成される。即ち、Ｎ
ＰＮ型の埋込フォトダイオードが設けられている。ＪＦ
ＥＴ２は、図１３，図１４に示すように、高濃度のＮ型
半導体基板１００上のＮ型半導体層１０１中に設けられ
ている。従って、ＪＦＥＴ２のドレイン領域１６は、Ｎ
型半導体層１０１を介して高濃度のＮ型半導体基板１０
０と電気的に接続されている。従って、高濃度のＮ型半
導体基板１００を経由してＪＦＥＴ２のドレイン領域１
６にドレイン電圧ＶＤ（図１０参照）を供給することが
できる。高濃度のＮ型半導体基板１００は、電気抵抗が
小さいため、たとえ多数の画素を配列しても各ＪＦＥＴ
毎のドレイン電圧の変動を抑圧することができる。

【００５３】このドレイン電圧ＶＤは、画素領域（画素
がマトリクス状に複数配置された領域）の周囲にコンタ
クトを設けて半導体基板１００を経由して供給しても、
又、半導体基板１００の裏面にコンタクトを設けて供給
しても良い。リセットドレイン４のＰ型電荷排出領域１
８は、図１３に示すように、中継配線２３を介して、リ
セットドレイン配線２４に接続されている。

【００５４】リセットゲート５は、図１２、図１３に示
すように、１画素当たり２つの割合で形成されている。
従って、ＪＦＥＴ２のＰ型ゲート領域１５とリセットド
レイン４のＰ型電荷排出領域１８はリセットゲート５を
介して行方向に直列に接続されている。オーバーフロー
制御領域６ａは、オーバーフローのためにフォトダイオ
ード１とリセットドレイン４の境界領域に配置される。
一般に、過剰な光量がフォトダイオードに入射し、生成
した電荷がフォトダイオードの容量（最大電荷蓄積量）
を越えると、過剰電荷があふれ出しブルーミングを生ず
る。オーバーフロー制御領域６ａは、この過剰電荷をリ
セットドレイン４に排出するものであり、ブルーミング
を防止するものである。オーバーフロー制御領域６ａ
は、図１２、図１４、図１５に示すように、フォトダイ
オード１と、これに隣接する２つのリセットドレイン４
との間に配置される。即ち、オーバーフロー制御領域６
ａは、フォトダイオード１とリセットドレイン４の境界
領域に１画素当たり２つの割合で配置される。

【００５５】このように、本実施形態の固体撮像素子の
画素構造は、ＮＰＮ型の埋込フォトダイオード１、オー
バーフロー制御領域６ａ、リセットドレイン４によって
構成され、これにより、埋め込み型フォトダイオードと
横型オーバーフロードレイン構造が形成されている。こ
こで、図１０、１１に戻って説明する。本実施形態の固
体撮像素子は、上記の画素がマトリクス状に配置され
る。ところで、行方向（図１０、１１において横方向）
に配置された各画素のＪＦＥＴ２のゲート領域とリセッ
トドレイン４は、リセットゲート５を介して全て直列に
接続されている。この構成により、リセットドレイン配
線の断線による不良が低減される。即ち、ある画素にお
いて、リセットドレイン４とリセットドレイン配線２
４，２４ａ〜２４ｃとの接続が不完全となる解放モード
の不良が発生しても、他の画素のリセットドレイン４か
ら上記画素のＪＦＥＴ２と接続される。このため、断線
となる可能性が非常に小さくなる。

【００５６】その他の構成は実施形態４の固体撮像素子
と同一である。このため、実施形態５の固体撮像素子
は、実施形態４の固体撮像素子と同様に固定パターンノ
イズが低減し、Ｓ／Ｎ比が向上する。また、実施形態５
の固体撮像素子は、リセットドレイン４への接続が不完
全となる解放モードの不良が発生してもＪＦＥＴ２が制
御可能なため、製造歩留まりが向上する。

【００５７】また、高濃度（低抵抗）のＮ型半導体基板
１００を経由して、ＪＦＥＴ２のドレイン領域１６にド
レイン電圧ＶＤを供給するので、ドレイン電圧の画素毎
の揺らぎが減少して、固定パターンノイズが減少する。
また、フォトダイオード１のＰ型電荷蓄積領域１２と、
反対導電型のＮ型半導体基板１００を使用している。こ
のため、フォトダイオード１深部で発生した信号電荷
（この場合は正孔）もフォトダイオード１に蓄積され感
度が向上する。〔実施形態６〕図１６は、本発明の実施形態６に係る固
体撮像素子のマトリクス状に配置された複数の画素の平
面図である。

【００５８】実施形態６の固体撮像素子はＸ−Ｙアドレ
ス型固体撮像素子であり、画素に配置されたフォトダイ
オード１，ＪＦＥＴ２、転送ゲート３、リセットドレイ
ン４、リセットゲート５及びオーバーフロー制御領域６
ａの相対的な位置関係と配線部の形状が実施形態５の固
体撮像素子と異なっている。即ち、実施形態６の固体撮
像素子は、リセットドレイン配線２４で覆われた遮光領
域におけるリセットゲート５、垂直信号線２２、及び中
継配線２３が、奇数行目の画素と偶数行目の画素で同一
の形状及び配置となっている。従って、遮光領域の平面
的な形状のみならず、配線や絶縁膜を含めた画素全体の
断面形状まで同一である。このため、受光特性のばらつ
きがさらに減少する。

【００５９】回路図を含むその他の構成は、実施形態５
の固体撮像素子と同一である（図１０参照）。従って、
実施形態６の固体撮像素子は、実施形態５の固体撮像素
子と同様に固定パターンノイズが低減し、Ｓ／Ｎ比、歩
留まり、及び感度が向上する。また、実施形態６の固体
撮像素子は、偶数行目の画素と奇数行目の画素で、配線
や絶縁膜の断面形状も同一となるため、固定パターンノ
イズが減少し、さらにＳ／Ｎ比が向上する。〔実施形態７〕図１７は、本発明の実施形態７による固
体撮像素子の概略を示す回路図である。実施形態７の固
体撮像素子はＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子であり、垂
直信号線２２ａ〜２２ｄから出力端子３５ａ，３５ｂま
での構成が、実施形態５の固体撮像素子と異なってい
る。

【００６０】隣り合う２列の画素が１画素おきに交互に
接続された垂直信号線２２ａ〜２２ｄは、信号出力転送
用トランジスタＴＳ１〜ＴＳ４を介して、信号出力蓄積
容量ＣＳ１〜ＣＳ４に接続されるとともに、列選択トラ
ンジスタＴＨＳ１〜ＴＨＳ４を経て、水平信号線２７ａ
または２７ｃ（信号出力線）に接続されている。さら
に、垂直信号線２２ａ〜２２ｄは、暗出力転送用トラン
ジスタＴＤ１〜ＴＤ４を介して、暗出力蓄積容量ＣＤ１
〜ＣＤ４に接続されるとともに、列選択トランジスタＴ
ＨＤ１〜ＴＨＤ４を経て、水平信号線２７ｂまたは２７
ｄ（暗出力線）に接続されている。つまり、垂直信号線
２２ａ〜２２ｄは、１組の水平信号線（信号出力線２７
ａ，暗出力線２７ｂ）と他の組の水平信号線（信号出力
線２７ｃ，暗出力線２７ｄ）に交互に接続されている。

【００６１】水平信号線２７ａ〜２７ｄは、出力バッフ
ァアンプ２８ａ〜２８ｄを介して、差動アンプ３４ａ、
３４ｂに接続されている。このように水平信号線２７ａ
〜２７ｄは、４本配置される。しかし、水平信号線２７
ａと２７ｂ、及び水平信号線２７ｃと２７ｄは、対にな
っている。即ち、２組（２つ）の水平信号線が配置され
ている。

【００６２】例えば、垂直信号線２２ａには画素Ｐｘ１
−１，Ｐｘ２−２，Ｐｘ３−１が接続される。垂直信号
線２２ａは、ノイズ（暗出力）を含む光信号を蓄積して
出力する経路（即ち、ＴＳ１−ＣＳ１−ＴＨＳ１−２７
ａ−２８ａ）と、ノイズ（暗出力）を蓄積して出力する
経路（即ち、ＴＤ１−ＣＤ１−ＴＨＤ１−２７ｂ−２８
ｂ）が接続される。それぞれの経路に接続された出力バ
ッファアンプ２８ａ及び２８ｂは、差動アンプ３４ａに
接続される。そして、それぞれの経路から出力された信
号は、減算処理されて一方の出力端子３５ａから出力さ
れる。

【００６３】一方、垂直信号線２２ｂには画素Ｐｘ１−
２，Ｐｘ２−３，Ｐｘ３−２が接続される。そして、垂
直信号線２２ｂは、暗出力を含む光信号を蓄積して出力
する経路（即ち、ＴＳ２−ＣＳ２−ＴＨＳ２−２７ｃ−
２８ｃ）と、暗出力を蓄積して出力する経路（即ち、Ｔ
Ｄ２−ＣＤ２−ＴＨＤ２−２７ｄ−２８ｄ）が接続され
る。それぞれの経路に接続された出力バッファアンプ２
８ｃ及び２８ｄは差動アンプ３４ｂに接続され、それぞ
れの経路から出力された信号は減算処理されて他方の出
力端子３５ｂから出力される。

【００６４】ここで、本実施形態の固体撮像素子の動作
を簡単に説明する。先ず、初期化後（信号電荷転送前）
のＪＦＥＴ２のソースフォロワ出力（暗出力）をＣＤ１
〜ＣＤ４に蓄積する。次に、フォトダイオード１からＪ
ＦＥＴ２へ信号電荷転送後のＪＦＥＴ２のソースフォロ
ワ出力（信号出力。暗出力成分を含む）をＣＳ１〜ＣＳ
４に蓄積する。次いで、列選択トランジスタＴＨＳ１〜
ＴＨＳ４、ＴＨＤ１〜ＴＨＤ４、水平信号線２７ａ〜２
７ｄ、出力バッファアンプ２８ａ〜２８ｄを介して、差
動アンプ３４ａ、３４ｂにて、信号出力と暗出力を減算
処理する。この動作によって、いわゆる相関二重サンプ
リング処理がなされ、暗出力成分が差し引かれた真の信
号出力が得られる。

【００６５】なお、ここに記載した暗出力には「ＪＦＥ
Ｔ２のしきい値電圧のばらつきによる固定パターンノイ
ズ」「列バッファアンプ２９ａ〜２９ｄのオフセット電
圧のばらつきによる固定パターンノイズ」「ソースフォ
ロワ動作時の１／ｆノイズ」「ＪＦＥＴ２を初期化した
ときのリセットノイズ」が含まれる。なお、外部のノイ
ズの影響を避けるため、出力バッファアンプ２８ａ〜２
８ｄは、固体撮像素子の内部に設けることが好ましい。
一方、差動アン３４ａ，３４ｂは、固体撮像素子の外部
に設けても良い。

【００６６】また、緑（Ｇ）の色フィルタを市松状に設
けて対応する画素（Ｐｘ１−１，Ｐｘ１−３，Ｐｘ２−
２，Ｐｘ２−４，Ｐｘ３−１，Ｐｘ３−３）上に配置し
ているため、緑（Ｇ）の信号は、すべて一方の組の水平
信号線２７ａ、２７ｂを経由して出力端子３５ａから出
力される。また、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の信号は、他方の
組の水平信号線２７ｃ、２７ｄを経由して出力端子３５
ｂから出力される。このため、後段の信号処理が容易に
なると同時に、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比
が向上する。〔実施形態８〕図１８は、本発明の実施形態８による固
体撮像素子の概略を示す構成図である。実施形態８によ
る固体撮像素子は、ＣＣＤ型固体撮像素子であり、２次
元マトリクス状に配置された複数のフォトダイオード２
１０と、隣り合う２列のフォトダイオード２１０から１
つおきに交互に信号電荷を受け取り、列方向に転送する
複数の垂直転送レジスタ２２０と、垂直転送レジスタ２
２０から信号電荷を受け取り行方向に転送する２つの水
平転送レジスタ２４０ａ，２４０ｂと、電荷検出部２５
０ａ，２５０ｂを有している。

【００６７】水平転送レジスタ２４０ａ，２４０ｂの間
には振り分け転送電極（図示せず）が配置され、この電
極によって信号電荷が水平転送レジスタ２４０ａまたは
水平転送レジスタ２４０ｂのいずれかに転送される。φ
Ｖ１〜φＶ３は垂直転送レジスタ２２０の転送電極（後
述）に印加されるパルス電圧であり、φＨＧは水平転送
レジスタ２４０ａ，２４０ｂ間の振り分け転送電極に印
加されるパルス電圧である。

【００６８】また、各フォトダイオード２１０には実施
形態１と同様な配列で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の
色フィルタが配置される。フォトダイオード２１０で生
成された信号電荷は、垂直転送レジスタ２２０、水平転
送レジスタ２４０ａ、２４０ｂを転送され、電荷検出部
２５０ａ，２５０ｂで電圧信号に変換されて、出力端子
２６０ａ，２６０ｂから出力（Ｖout１、Ｖout２）され
る。

【００６９】このように、実施形態８の固体撮像素子
は、垂直転送レジスタ２２０のそれぞれが、隣り合う２
列のフォトダイオード２１０から１つおきに交互に信号
電荷を受け取っている。即ち、各々の垂直転送レジスタ
は、一行目が図面において向かって左側の画素、二行目
が右側の画素、三行目が左側の画素から電荷信号を受け
取る。

【００７０】そして、垂直転送レジスタ２２０のそれぞ
れから出力される信号電荷は、交互に水平信号レジスタ
２４０ａ，２４０ｂに転送される。このように接続すれ
ば、市松状に配置された画素から出力される信号電荷
は、同じ水平転送レジスタを経由して固体撮像素子の外
部に出力される。同じ水平転送レジスタを経由するの
で、固定パターンノイズは低減される。

【００７１】以下、図１９〜図２１を参照して実施形態
４の固体撮像素子の画素構造をさらに詳細に説明する。
図１９は図１８の破線で囲まれた領域３００の平面図、
図２０は図１９のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図、図２１
は図１９のＸ３−Ｘ４線に沿った断面図である。なお、
同図において色フィルタは省略されている。フォトダイ
オード２１０は、図２０に示すように、Ｎ型半導体基板
２００上に形成されたＰ型ウエル領域２０１、Ｎ型電荷
蓄積領域２１１、高濃度のＰ型半導体領域２１２によっ
て構成される。これにより、ＰＮＰＮ型の縦型オーバー
フロードレイン構造で埋込型のフォトダイオードが形成
されている。即ち、埋め込みフォトダイオード（Ｐ，
Ｎ，Ｐ）と縦型オーバーフロードレイン構造（Ｎ，Ｐ，
Ｎ）の合わさった構造が形成されている。縦型オーバー
フロードレイン構造で埋め込み型のフォトダイオードの
構成は、暗電流、残像、リセットノイズ、ブルーミン
グ、及びスミアを低減する効果を有する。

【００７２】垂直転送レジスタ２２０は、図１９、図２
０に示すように、Ｎ型転送チャネル領域２２１、スミア
ノイズを抑圧するための第２のＰ型ウエル領域２２２、
Ｎ型転送チャネル領域２２１上部に絶縁膜２０２を介し
て形成された転送電極２２３〜２２５から構成されてい
る。上記転送電極２２３〜２２５は、列方向に３つの電
極で１段分のレジスタ（３相駆動ＣＣＤ）を構成してお
り、それぞれに駆動パルスφＶ１〜φＶ３が印加されて
いる。即ち、行方向に延在する転送電極２２３、２２５
と、列方向に延在する転送電極２２４とが配置され、１
つのフォトダイオード２１０に対して１段分の垂直転送
レジスタが設けられる。従って、本固体撮像素子は、い
わゆる全画素読み出し方式のＣＣＤ型固体撮像素子であ
る。

【００７３】Ｐ型チャネルストッパ２３０は、フォトダ
イオード２１０の周囲に形成され、フォトダイオード２
１０と垂直転送レジスタ２２０間、及び、列方向に隣接
するフォトダイオード２１０間を分離している。Ｐ型チ
ャネルストッパ２３０は、図１９に示すように、転送ゲ
ートＴＧの下部には形成されない。従って、各フォトダ
イオード２１０で生成された信号電荷は、フォトダイオ
ード２１０に蓄積され、転送ゲートＴＧがオンすること
によって転送ゲートＴＧの下部の領域を経由して垂直転
送レジスタ２２０に転送される。図１９〜図２１では、
信号電荷の移動する向きを矢印にて示してある。

【００７４】また、遮光膜２２６が図１９，図２０に示
すように垂直転送レジスタ上の転送電極２２３〜２２５
上部に絶縁膜２０２を介して形成される。転送ゲートＴ
Ｇの配置される位置は、奇数行目と偶数行目とで反転し
ている。しかし、遮光膜２２６によって、受光部の形状
が同一となり、受光特性が均一化される。なお、本実施
形態において、垂直転送レジスタは、３相駆動ＣＣＤを
用いた。しかし、これに限らず、４相駆動ＣＣＤでも構
わない。

【００７５】以上のように、実施形態８の固体撮像素子
は、市松状に配置された緑（Ｇ）の色フィルタを備えた
フォトダイオード２１０の信号電荷が、１つの水平転送
レジスタ２４０ａを転送され、１つの電荷検出部２５０
ａにて電圧信号に変換され、１つの出力端子２６０ａか
ら出力される。従って、後段の信号処理が容易になると
同時に、固定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上
する。

【００７６】また、実施形態８の固体撮像素子は、奇数
行目と偶数行目で、遮光膜２２６の平面的な形状と配線
や絶縁膜を含めた断面形状が同一であるため、固定パタ
ーンノイズが減少し、さらにＳ／Ｎ比が向上する。ま
た、縦型オーバーフロードレイン構造で埋込型のフォト
ダイオード２１０を採用しているため、暗電流、残像、
リセットノイズ、及びブルーミング、スミアが減少し、
また、電荷検出部２５０ａ，２５０ｂの後段で、いわゆ
る相関二重サンプリング処理をすることによって、電荷
検出部２５０ａ，２５０ｂで発生するリセットノイズ、
及び、１／ｆノイズが減少する。従って、さらにＳ／Ｎ
比が向上する。

【００７７】次に、本発明に係る固体撮像素子から出力
される信号を処理するシステムを説明する。図２２は本
発明に係る固体撮像素子から出力された信号を処理する
信号処理装置の一例を示す構成図である。本発明に係る
固体撮像素子は、上記の説明の如く市松状に配置された
画素からの信号を一方の出力端子から、残りの画素から
の信号を他方の信号端子より外部に出力する。そして、
市松状に配置された画素に対応して緑（Ｇ）の色フィル
タ、その他の画素に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の色フィルタを
線順次に配置（ベイヤ配列）させるカラー用の固体撮像
素子として好適である。

【００７８】本信号処理装置は、上記のように色フィル
タが各画素に配置された本発明の固体撮像素子を用いて
カラー撮像し、２つの端子に振り分けられて出力される
信号を画素の位置に対応した時系列信号に戻すものであ
る。実施形態１から実施形態８に示す本発明の固体撮像
素子においては、２つの出力端子から得られる画素の信
号（Ｇ信号およびＲ／Ｂ信号）は、同一の駆動クロック
で出力される。従って駆動周波数は画素数で決まる走査
クロック（ＰＩＸＣＬＫ）の周波数の１／２の周波数に
なっている。そのため、第１のチャネルの走査先頭画素
を基準に水平方向の出力タイミングを見ると、第１のチ
ャネルでは画素に合ったタイミングで出力されて第２の
チャネルでは１画素分早く出力されるラインと、第１の
チャネルでは１画素分早く出力されて第２のチャネルで
は２画素分早く出力されるラインが交互に配置されてい
ることになる。

【００７９】本装置は、Ｇ信号が上記第１のチャネル、
Ｒ，Ｂの線順次信号が第２のチャネルとして出力され
る。Ｇ信号は固体撮像素子の信号出力周波数と同一の周
波数で、出力信号にタイミングに合わせてＡＤ変換され
る。ＡＤ変換周波数はＰＩＸＣＬＫの１／２である。Ｇ
信号は第１のチャネル出力であるから、水平方向にタイ
ミングをずらさない信号と１画素分ＤＬ８２（実体はＰ
ＩＸＣＬＫに同期したＤＦＦ）で遅らせた信号をＭＰＸ
８４において切換え信号ＨＭＰＸでライン毎に切換え、
どちらの信号も画素位置に対応したＰＩＸＣＬＫに同期
したＤＦＦ８６でタイミングをとり、信号処理部８９に
送られる。なお、信号処理の都合上、各Ｇ画素の信号は
水平方向に２画素分の大きさとして信号処理部に送って
いる。これは、緑（Ｇ）の色フィルタが配置されていな
い画素に黒画素（０レベル信号）を挿入して出力される
ようにしてもよい。

【００８０】Ｂ信号とＲ信号が線順次に出力される第２
のチャネルは、第１のチャネル（Ｇ信号）と同様に信号
処理された後、ＤＦＦ８８でもう１画素分遅らせて信号
処理部８９に送られる。信号処理部８９はベイヤ配列用
の信号処理部であり、Ｒ／Ｂの色分離、ＲＧＢ各色の空
格子点の画素補間、γ処理などの信号処理を施して、全
画素にＲＧＢ全ての色信号があるＲＧＢ信号として出力
される。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明による固体
撮像素子は、市松状に配置された画素または光電変換部
から出力される信号の固定パターンノイズを低減するこ
とができ、Ｓ／Ｎ比が向上するという効果がある。ま
た、本発明の固体撮像素子に少なくとも一種類の色フィ
ルタを市松状に配置してカラー映像信号を出力させれ
ば、固定パターンノイズが低減されたカラー映像信号が
得られ、良好な画質を得ることが可能となる。本発明の
固体撮像素子は、このような配列の色フィルタを使用す
る際に特に好適である。

【００８２】また、本発明の固体撮像素子を奇数行目の
画素（又は光電変換部）と偶数行目の画素（又は光電変
換部）で遮光領域の平面的な形状を同一とするなら、固
定パターンノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上するという
効果もある。さらに、配線や絶縁膜等を含む画素全体の
断面形状も同一にすれば、固定パターンノイズがさらに
減少し、Ｓ／Ｎ比がさらに向上する。

【００８３】また、本発明の固体撮像素子の画素に出力
部を配置させれば、光電変換部で生じた電荷によって変
換された信号（例えば電荷増幅された信号や電流増幅さ
れた信号）を出力することが可能となる。出力部に蓄積
された信号電荷は、初期化されるまで保持される。従っ
て、このような構成で複数回読み出すことも可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１による固体撮像素子の概略
を示す回路図である。

【図２】本発明の実施形態２による固体撮像素子の概略
を示す回路図である。

【図３】本発明の実施形態３による固体撮像素子の回路
図である。

【図４】本発明の実施形態４による固体撮像素子の構成
を示す回路図である。

【図５】実施形態４に係る固体撮像素子の複数の画素の
平面図である。

【図６】実施形態４に係る固体撮像素子の１つの画素の
平面図である。

【図７】図６のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図である。

【図８】図６のＹ１−Ｙ２線に沿った断面図である。

【図９】図６のＹ３−Ｙ４線に沿った断面図である。

【図１０】本発明の実施形態５による固体撮像素子の構
成を示す回路図である。

【図１１】実施形態５に係る固体撮像素子のマトリクス
状に配置された複数の画素の平面図である。本発明の実
施形態５による固体撮像素子の平面図である。

【図１２】本発明の実施形態５に係る固体撮像素子の１
つの画素の平面図である。

【図１３】図１２のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図であ
る。

【図１４】図１２のＹ１−Ｙ２線に沿った断面図であ
る。

【図１５】図１２のＹ３−Ｙ４線に沿った断面図であ
る。

【図１６】本発明の実施形態６に係る固体撮像素子のマ
トリクス状に配置された複数の画素の平面図である。

【図１７】本発明の実施形態７による固体撮像素子の概
略を示す回路図である。

【図１８】本発明の実施形態８による固体撮像素子の概
略を示す構成図である。

【図１９】図１８の破線で囲まれた領域３００の平面図
である。

【図２０】図１９のＸ１−Ｘ２線に沿った断面図であ
る。

【図２１】図１９のＸ３−Ｘ４線に沿った断面図であ
る。

【図２２】本発明に係る固体撮像素子から出力された信
号を処理する信号処理装置の一例を示す構成図である。

【図２３】従来のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子の主な
構成を示す回路図である。

【図２４】従来のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子のマト
リクス状に配置された複数の画素の平面図である。

【図２５】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の概略構成図で
ある。

【図２６】図２５のＸ１−Ｘ２線に沿ったＣＣＤ型固体
撮像素子の断面図である。

【図２７】色フィルタ配列の一例を示す図である。

【図２８】色フィルタ配列の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１フォトダイオード２ＪＦＥＴ３転送ゲート４リセットドレイン５リセットゲート６ａオーバーフロー制御領域７垂直走査回路８水平走査回路９ａ〜９ｃ行選択線１０Ｐ型半導体基板１１Ｎ型ウエル領域１２Ｐ型電荷蓄積領域１３高濃度のＮ型半導体領域１４Ｎ型ソース領域１５Ｐ型ゲート領域１６Ｎ型ドレイン領域１７Ｎ型チャネル領域１８Ｐ型電荷排出領域２０，２０ａ〜２０ｃ転送ゲート配線２１，２１ａ〜２１ｃリセットゲート配線２２，２２ａ〜２２ｄ垂直信号線２３中継配線２４，２４ａ〜２４ｃリセットドレイン配線２６ａ〜２６ｄ定電流源２７ａ〜２７ｄ水平信号線２８ａ〜２８ｄ出力バッファアンプ２９ａ〜２９ｄ列バッファアンプ３３絶縁膜３４ａ，３４ｂ差動アンプ３５ａ，３５ｂ出力端子４１フォトダイオード４２行選択トランジスタ５１フォトダイオード５２出力トランジスタ５３リセットトランジスタ５４行選択トランジスタ５５ａ〜５５ｃリセットゲート配線５６ａ〜５６ｃ行選択線８０，８１ＡＤ変換器８２，８３遅延素子８４，８５マルチプレクサ８６，８７，８８Ｄフリップフロップ８９ベイヤ配列用信号処理部１００高濃度のＮ型半導体基板１０１Ｎ型半導体層２００Ｎ型半導体基板２０１Ｐ型ウエル領域２０２絶縁膜２１０フォトダイオード２１１Ｎ型電荷蓄積領域２１２高濃度のＰ型半導体領域２２０垂直転送レジスタ２２１Ｎ型転送チャネル領域２２２第２のＰ型ウエル領域２２３，２２４，２２５転送電極２２６遮光膜２３０Ｐ型チャネルストッパ２４０ａ，２４０ｂ水平転送レジスタ２５０ａ，２５０ｂ電荷検出部２６０ａ，２６０ｂ出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA01 AA02 AA05 AB01 BA10 CA04 DA02 FA07 FA13 FA14 FA36 FA50 GB03 GB07 GB11 GB20 GC08 5C024 AA01 CA06 DA01 EA08 FA01 FA11 FA12 GA01 GA11 GA31 GA52 JA09 5C065 AA00 BB22 CC01 DD02 DD09 DD15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元マトリクス状に配置された複数の
画素と、前記画素の信号を出力する複数の出力端子とを
備えたＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子であって、前記画素のうち、市松状に配置された特定画素の信号が
１つの出力端子から出力され、他の画素の信号が他の出
力端子から出力されることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】２次元マトリクス状に配置された複数の
画素と、前記画素が接続された複数の垂直信号線と、スイッチを介して前記垂直信号線が接続された２つの水
平信号線とを備えた固体撮像素子であって、前記垂直信号線のそれぞれには、隣り合う２列の画素列
のうち一方の画素列の奇数行目の画素、及び、他方の画
素列の偶数行目の画素が接続され、一方の前記水平信号線には奇数番目の前記垂直信号線が
接続され、他方の前記水平信号線には偶数番目の前記垂
直信号線が接続されていることを特徴とする固体撮像素
子。
【請求項３】前記画素は、入射光に応じた電荷を生成
する光電変換部と、前記電荷に応じた信号を垂直信号線に出力する出力部と
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体
撮像素子。
【請求項４】前記画素は前記電荷を前記光電変換部か
ら前記出力部に転送する転送部と、前記出力部を制御する制御部とをさらに有することを特
徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】前記画素の一部に遮光領域が形成され、
奇数行目に配置された画素と偶数行目に配置された画素
で、前記遮光領域の形状が同一であることを特徴とする
請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素
子。
【請求項６】前記画素に対応して複数の種類の色フィ
ルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが
市松状に配置されていることを特徴とする請求項１から
請求項５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】前記画素に対応して、緑の色フィルタが
市松状に配置され、その他の前記画素に対応して、赤と
青の色フィルタが線順次に配置されていることを特徴と
する請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体撮像
素子。
【請求項８】２次元マトリクス状に配置された複数の
光電変換部と、前記光電変換部の信号を出力する複数の
出力端子とを備えたＣＣＤ型固体撮像素子であって、前記光電変換部のうち、市松状に配置された特定の光電
変換部の信号が１つの出力端子から出力され、他の光電
変換部の信号が他の出力端子から出力されることを特徴
とする固体撮像素子。
【請求項９】２次元マトリクス状に配置された複数の
光電変換部と、前記光電変換部から信号電荷を受け取り列方向に転送す
る複数の垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジスタから前記信号電荷を受け取り、行
方向に転送する２つの水平転送レジスタとを備えた固体
撮像素子であって、前記垂直転送レジスタのそれぞれは、隣り合う２列の光
電変換部のうち一方の列の奇数行目の光電変換部、及
び、他方の列の偶数行目の光電変換部から信号電荷を受
け取り、一方の前記水平転送レジスタは奇数番目の前記垂直転送
レジスタから信号電荷を受け取り、他方の前記水平転送
レジスタは偶数番目の前記垂直転送レジスタから信号電
荷を受け取ることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】前記光電変換部の一部に遮光領域が形
成され、奇数行目に配置された光電変換部と偶数行目に
配置された光電変換部で、前記遮光領域の形状が同一で
あることを特徴とする請求項８または請求項９のいずれ
かに記載の固体撮像素子。
【請求項１１】前記光電変換部に対応して複数の種類
の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フ
ィルタが市松状に配置されていることを特徴とする請求
項８から請求項１０のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１２】前記光電変換部に対応して、緑の色フ
ィルタが市松状に配置され、その他の前記光電変換部に
対応して、赤と青の色フィルタが線順次に配置されてい
ることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか
に記載の固体撮像素子。