JP2002270811A - 固体撮像素子と、その駆動方法と、その製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子において、垂直転送レジスタ
の受光素子垂直列に対する数の比を顕著に低減し、画素
面積に占める開口面積の比を顕著に大きくし、以て固体
撮像素子の感度を顕著に向上させる。 【解決手段】受光素子垂直列２、２、・・・、垂直転送
レジスタ５、チャンネルストップ４を、水平転送方向に
沿って、受光素子垂直列２、２・・・、垂直転送レジス
タ５、受光素子垂直列２、・・・、チャンネルストップ
４、受光素子垂直列２、２、・・・、垂直転送レジスタ
５、受光素子垂直列２、２、・・・、チャンネルストッ
プ４、受光素子垂直列２、２、・・・、垂直転送レジス
タ５、・・・という配置順序が繰り返されるように配設
して、各垂直転送レジスタ５の両側に受光素子垂直列
２、２、・・・、２、２、・・・が位置し、受光素子垂
直列２・２がチャンネルストップ４を介して隣接するよ
うにしてなる。

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、特
に、複数の受光素子を垂直転送方向に配設した複数の受
光素子垂直列、該受光素子垂直列の各受光素子からの信
号電荷を垂直転送方向に転送する複数の垂直転送レジス
タ、水平転送方向に隣接する画素間の信号電荷の侵入を
防止する複数のチャンネルストップ及び上記各垂直転送
レジスタにより転送されてきた信号電荷を水平転送方向
に転送する水平転送レジスタとを少なくとも有する固体
撮像素子と、その固体撮像素子を駆動する固体撮像素子
の駆動方法と、固体撮像素子の製造方法に関する

【０００２】

【従来の技術】図７（Ａ）、（Ｂ）は固体撮像素子の従
来例１ｘの構成を示すもので、（Ａ）は概略平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢに示す部分を拡大して示す平面図で
ある。２、２、・・・は縦横に配設された受光素子、
３、３、・・・は各受光素子を露出させる開口、４、
４、・・・は上記受光素子２、２、・・・の各垂直列、
即ち各受光素子垂直列に対応して垂直転送方向に延びる
ように形成されたチャンネルストップで、水平転送方向
に隣接する各画素間における信号電荷の侵入を防止する
ように設けられている。

【０００３】５、５・・・は垂直転送レジスタで、上記
各受光素子垂直列に対応して設けられており、対応する
受光素子垂直列の各受光素子２、２、・・・からの信号
電荷を読み出して垂直転送方向に転送する。６ａ、６
ａ、・・・は該各垂直転送レジスタ５を駆動する転送電
極で、第１層目のポリシリコンからなり、垂直転送方向
に隣接する受光素子間上を水平転送方向に延びるように
形成され、各垂直転送レジスタ５、５、・・・上におい
て下側（垂直転送方向に沿って一方の側）に櫛歯状に延
びる部分７ａ、７ａ、・・・を有する平面形状（パター
ン）を有する。

【０００４】６ｂ、６ｂ、・・・は該各垂直転送レジス
タ５を駆動する転送電極で、第２層目のポリシリコンか
らなり、垂直転送方向に隣接する受光素子間上を水平転
送方向に延びるように形成され、各垂直転送レジスタ
５、５、・・・上において上側（垂直転送方向に沿って
他方の側）に櫛歯状に延びる部分７ｂ、７ｂ、・・・を
有する。そして、上から視ると、各受光素子２、２、・
・・は第１層目のポリシリコンからなる転送電極６ａ
と、第２層目のポリシリコンからなる転送電極６ｂによ
り囲繞されている。そして、各転送電極６ｂの各櫛歯状
部分７ｂが各受光素子２から垂直転送レジスタ５へ信号
電荷を読み出す読み出し駆動をする部分となる。

【０００５】上記転送電極６ａ、６ｂに対しては基本的
には４相の垂直転送パルスが印加され、それによって垂
直転送レジスタ５による転送が行われるが、読み出し時
には転送電極６ｂに読み出しパルスが印加されて図８に
おいて矢印で示すように受光素子２、２、・・・からの
信号電荷の読み出しが行われる。その後、４相の垂直転
送パルスの印加による垂直転送方向への転送が行われ
る。尚、垂直転送レジスタ５、５、・・・の転送先側に
は該レジスタ５、５、・・・により垂直転送されてきた
信号電荷を水平転送方向に転送する水平転送レジスタ
（通常１個、複数の場合もある。）が設けられ、更に、
その水平転送レジスタの転送先側には、信号電荷を電圧
に変換して出力する電荷検出部があるが、その水平転送
レジスタ及び電荷検出部は図示を省略する。

【０００６】このように、従来の固体撮像素子は、受光
素子垂直列と垂直転送レジスタとチャンネルストップ
が、水平転送方向に沿って、受光素子垂直列、垂直転送
レジスタ、チャンネルストップ、受光素子垂直列、垂直
転送レジスタ、チャンネルストップ、・・・という配置
順序が繰り返されるように配設されており、垂直転送レ
ジスタ及びチャンネルストップはそれぞれ受光素子垂直
列と同じ数存在していた。

【０００７】図９（Ａ）、（Ｂ）は従来の固体撮像素子
のオンチップマイクロレンズをその概略構成が分かるよ
うに示すもので、（Ａ）は固体撮像素子の概略構成平面
図、（Ｂ）は固体撮像素子のＢ−Ｂ線視断面図であり、
８は例えばアルミニウムからなる遮光膜、９は平坦化
膜、１０はオンチップカラーフィルタ、１１は該オンチ
ップカラーフィルタ１０上に形成されたオンチップマイ
クロレンズであり、各画素毎にその画素の中核である受
光素子２に被写体側からの光を集光するように形成され
ている。これは固体撮像素子の感度を向上させるための
ものである。図９（Ｂ）に示すように、従来において
は、各オンチップマイクロレンズ１１は平坦化膜９上に
形成され、従って、表面が平坦なオンチップマイクロレ
ンズ１０上に形成されていたので、当然にその光軸は半
導体基板表面に対して垂直に向き、受光素子２の中心と
略一致していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７〜図９
に示す従来の固体撮像素子には、垂直転送レジスタを各
受光素子垂直列毎に設けなければならず、そのため、画
素面積に占める開口面積の比を大きくすることに限界が
あった。従って、固体撮像素子の感度の向上が制約され
た。そして、固体撮像素子に要求される小型化、高集積
化も制約された。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、垂直転送レジスタの受光素子垂直列
に対する数の比を顕著に低減し、画素面積に占める開口
面積の比を顕著に大きくし、以て固体撮像素子の感度を
顕著に向上させることができる新規な固体撮像素子を提
供することを目的とし、また、その新規な固体撮像素子
を駆動する新規な固体撮像素子の駆動方法を提供するこ
とを目的とし、更に、固体撮像素子のうち特にオンチッ
プマイクロレンズを有する新規な固体撮像素子と、その
製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像素子
は、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、チャンネルス
トップを、水平転送方向に沿って、受光素子垂直列、垂
直転送レジスタ、受光素子垂直列、チャンネルストッ
プ、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、受光素子垂直
列、チャンネルストップ、受光素子垂直列、垂直転送レ
ジスタ、・・・と配設して、各垂直転送レジスタの両側
に受光素子垂直列が位置し、受光素子垂直列がチャンネ
ルストップを介して隣接するようにしてなることを特徴
とする。

【００１１】従って、請求項１の固体撮像素子によれ
ば、二つの受光素子垂直列に対して垂直転送レジスタを
僅かに１個ずつしか配置しなくて済み、垂直転送レジス
タの必要数を従来の半分にでき、また、チャンネルスト
ップについても半分で済む。依って、画素面積に占める
開口面積の比を顕著に大きくし、以て固体撮像素子の感
度を顕著に向上させることができ、また、水平転送方向
における寸法の低減、水平解像度の向上を図ることがで
きる。

【００１２】請求項３の固体撮像素子の駆動方法は、各
垂直転送レジスタによりそれの一方の側（例えば右側）
の受光素子垂直列の各受光素子に蓄積された信号電荷を
読み出して垂直転送し、水平転送レジスタにより水平転
送する第１の読み出し及び転送動作と、各垂直転送レジ
スタによりそれの他方の側（例えば左側）の受光素子垂
直列の各受光素子に蓄積された信号電荷を読み出して垂
直転送し、水平転送レジスタにより水平転送する第２の
読み出し及び転送動作と、を交互に繰り返させることに
より請求項１又は２記載の固体撮像素子を駆動すること
を特徴とする。

【００１３】従って、請求項３の固体撮像素子の駆動方
法によれば、各垂直転送レジスタが先ず一方の側（例え
ば右側）の受光素子垂直列の信号電荷の読み出し、転送
をし、次に、他方の側（例えば左側）の受光素子垂直列
の信号電荷の読み出し、転送をするので、各受光素子に
蓄積した信号電荷をそれぞれ他から独立した信号として
取り出して処理することができ、水平転送方向における
解像度の高い画像を得ることができる。

【００１４】請求項４の固体撮像素子の駆動方法は、各
垂直転送レジスタによりそれの一方の側（例えば右側）
の受光素子垂直列の各受光素子に蓄積された信号電荷
と、他方の側（例えば左側）の各受光素子に蓄積された
信号電荷を同時に読み出して一体で垂直転送し、水平転
送レジスタにより水平転送する読み出し及び転送動作を
繰り返させることにより請求項１又は２記載の固体撮像
素子を駆動することを特徴とする。

【００１５】従って、請求項４の固体撮像素子の駆動方
法によれば、垂直転送レジスタを挟んで対を成す各受光
素子対に蓄積された信号電荷、即ち垂直転送レジスタの
左右二つの受光素子分の信号電荷を独立した信号として
取り出して処理することができるので、飽和信号量を略
倍増させることが可能となり、ダイナミックレンジの大
きな画像を得ることができる。

【００１６】請求項５の固体撮像素子は、チャンネルス
トップを挟んで水平転送方向に隣接する各画素対上に
は、それぞれ、該対を成す二つの画素を覆う一つの凸球
状透明部があり、該各凸球状透明部上に、それより水平
転送方向における曲率半径が小さい二つのオンチップマ
イクロレンズが上記対を成す画素に対応して形成された
ことを特徴とする。

【００１７】従って、請求項５の固体撮像素子によれ
ば、各オンチップマイクロレンズをチャンネルストップ
を挟んで対を成す二つの画素を覆う一つの凸球状透明部
上に形成するので、該各オンチップマイクロレンズの光
軸を垂直な向きからチャンネルストップ側に寄る斜め方
向にすることができる。従って、各オンチップマイクロ
レンズにより、被写体側からの光を、中心が垂直転送レ
ジスタ側からチャンネルストップに寄るように配置され
た受光素子の中心あるいはそれに近いところに集光する
ようにすることができ、オンチップマイクロレンズによ
り被写体側から光をより有効に受光素子に集光すること
ができるので、感度の向上を図ることができる。

【００１８】請求項６の固体撮像素子の製造方法は、平
坦面上に、上記チャンネルストップを挟んで水平転送方
向に隣接する各画素対毎に該二つの画素を覆う一つの凸
球状透明部を形成する工程と、上記各凸球状透明部上
に、それより水平転送方向における曲率半径が小さい二
つのオンチップマイクロレンズを上記対を成す画素に対
応して形成する工程を有することを特徴とする。

【００１９】従って、請求項６の固体撮像素子の製造方
法によれば、凸球状透明部を形成する工程と、該各凸球
状透明部上に二つのオンチップマイクロレンズを上記対
を成す画素に対応して形成する工程を有するので、請求
項５の固体撮像素子を得ることができ、延いては、オン
チップマイクロレンズにより被写体側から光をより有効
に受光素子に集光することができ、感度の向上を図るこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明固体撮像素子は、基本的に
は、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、チャンネルス
トップを、水平転送方向に沿って、受光素子垂直列、垂
直転送レジスタ、受光素子垂直列、チャンネルストッ
プ、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、受光素子垂直
列、チャンネルストップ、受光素子垂直列、垂直転送レ
ジスタ、・・・と配設して、各垂直転送レジスタの両側
に受光素子垂直列が位置し、受光素子垂直列がチャンネ
ルストップを介して隣接するようにしてなるが、それに
は、垂直転送レジスタを駆動する転送電極（一般には第
１層目のポリシリコン層と、第２層目のポリシリコン層
により構成される）の層数を１層増やし、３層（第１層
目のポリシリコン層と、第２層目のポリシリコン層と、
第３層目のポリシリコン層）により構成することが好ま
しい。

【００２１】なぜならば、第２層目のポリシリコンから
なる各転送電極を、垂直転送レジスタの一方の側の受光
素子垂直列からの信号電荷の読み出しができるように形
成し、第３層目のポリシリコンからなる転送電極を、垂
直転送レジスタの一方の側の受光素子垂直列からの信号
電荷の読み出しができるように形成することができるか
らである。

【００２２】固体撮像素子の駆動方法としては、各受光
素子に蓄積された信号電荷を独立した信号として読み出
して転送する駆動方法と、垂直転送レジスタを挟んで対
を成す二つの受光素子に蓄積された信号電荷を同時に読
み出してまとめて一つの信号として転送する駆動方法と
があり得る。そして、前者の駆動方法によれば、水平解
像度を高くすることができ、後者の駆動方法によれば、
飽和電荷量を大きくすることができるので、ダイナミッ
クレンジを広くすることができる。

【００２３】オンチップマイクロレンズは従来の固体撮
像素子と同様に（図９に示すように）形成しても良い
が、このようにした場合、本発明固体撮像素子では感度
が低下するおそれがあるので、斯かる感度低下を防止す
るには、各オンチップマイクロレンズをその光軸がチャ
ンネルストップ側によるように斜めになるようにした方
が良い。

【００２４】というのは、チャンネルストップと、垂直
転送レジスタとは、その幅が顕著に異なり、チャンネル
ストップより垂直転送レジスタの方が広く、従って、各
受光素子の中心はチャンネルストップに寄り、垂直転送
レジスタから離れるように、受光素子垂直列、垂直転送
レジスタ、受光素子垂直列、チャンネルストップ、受光
素子垂直列、垂直転送レジスタ、・・・と配置され、従
来の場合と同様にオンチップマイクロレンズを形成した
場合には、各マイクロレンズの光軸が受光素子の中心か
ら逸れてしまい、集光効率が低下し、延いては、感度が
低下するからである。

【００２５】そこで、垂直転送レジスタより幅の狭いチ
ャンネルストップを挟んで隣接する二つの受光素子から
なる各受光素子対毎にその上方に凸球面状透明部を形成
し、その上に各受光素子に対応するオンチップマイクロ
レンズを形成する。すると、各オンチップマイクロレン
ズは下地が水平面寄りも斜めに傾き、オンチップマイク
ロレンズの光軸がチャンネルストップ側に寄るように斜
めになるようにすることができ、延いては各受光素子の
中心を通るようにすることができる。従って、各オンチ
ップマイクロレンズにより各受光素子により有効に集光
することができ、受光素子への集光効率を高めることが
でき、延いては、より固体撮像素子の感度を高めること
ができる。

【００２６】そして、斯かるオンチップマイクロレンズ
を有する固体撮像素子は、オンチップマイクロレンズを
形成する技術を駆使して先ず凸球面状透明部を形成し、
その後、該凸球面状透明部上に、再度オンチップマイク
ロレンズを形成する技術を駆使してオンチップマイクロ
レンズを形成することにより形成することができる。

【００２７】尚、上述したオンチップマイクロレンズを
形成する技術の典型例は、オンチップマイクロレンズ材
料膜を形成し、該膜上に例えばレジスト膜を形成し、該
レジスト膜に、これを選択的にエッチングすることによ
り各画素毎に独立させる分離溝を形成し、その後、熱溶
融させることにより凸球面状（凸レンズ状）に整形し、
その後、これをエッチバックにより転写するという技術
である。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明固体撮像素子の第
１の実施例の概略構成を示すもので、（Ａ）は概略構成
平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢに示す部分を拡大して示す
拡大平面図であり、図２（Ａ）〜（Ｃ）は垂直転送レジ
スタを駆動する層の異なる各層の転送電極の平面形状を
示す平面図である。

【００２９】図面において、１は固体撮像素子、２、
２、・・・は縦横に配設された受光素子、３、３、・・
・は各受光素子を露出させる開口、４、４、・・・は上
記受光素子２、２、・・・の水平転送方向に隣接する各
画素間における信号電荷の侵入を防止するように設けら
れたチャンネルストップである。５、５・・・は垂直転
送レジスタで、自身の両側に位置する受光素子垂直列の
各受光素子２、２、・・・からの信号電荷を読み出して
垂直転送方向に転送する。

【００３０】本固体撮像素子は、受光素子垂直列、垂直
転送レジスタ５、チャンネルストップ４を、水平転送方
向に沿って、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ５、受
光素子垂直列、チャンネルストップ４、受光素子垂直
列、垂直転送レジスタ５、受光素子垂直列、チャンネル
ストップ４、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ５、・
・・と配設して、各垂直転送レジスタ５の両側に受光素
子垂直列が位置し、また、受光素子垂直列がチャンネル
ストップ５を介して隣接するようにしてなり、従って、
二つの受光素子垂直列に対して垂直転送レジスタ４、チ
ャンネルストップ５が１個ずつという割合で配置されて
いることになる。

【００３１】６ａ、６ａ、・・・は上記各垂直転送レジ
スタ５を駆動する転送電極で、第１層目のポリシリコン
からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子間上を水平
転送方向に延びるように形成され、図２（Ａ）に示すよ
うに、各垂直転送レジスタ５、５、・・・上において下
側（垂直転送方向に沿って一方の側）に櫛歯状に延びる
部分７ａ、７ａ、・・・を有する。

【００３２】６ｂ、６ｂ、・・・は上記各垂直転送レジ
スタ５を駆動する転送電極で、第２層目のポリシリコン
からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子間上を水平
転送方向に延びるように形成され、各垂直転送レジスタ
５、５、・・・上における一方の側（例えば右側）の半
部において上側（垂直転送方向に沿って他方の側）に櫛
歯状に延びる部分７ｂ、７ｂ、・・・を有する。

【００３３】６ｃ、６ｃ、・・・は上記各垂直転送レジ
スタ５を駆動する転送電極で、第３層目のポリシリコン
からなり、垂直転送方向に隣接する受光素子間上を水平
転送方向に延びるように形成され、各垂直転送レジスタ
５、５、・・・上における他方の側（例えば左側）の半
部において上側（垂直転送方向に沿って他方の側）に櫛
歯状に延びる部分７ｃ、７ｃ、・・・を有する。

【００３４】そして、上から視ると、各受光素子２、
２、・・・は、第１層目のポリシリコンからなる転送電
極６ａと、第２層目のポリシリコンからなる転送電極６
ｂと、第３層目のポリシリコンからなる転送電極６ｃに
より囲繞されている。そして、各転送電極６ｂの各櫛歯
状部分７ｂがその下にある垂直転送レジスタ５へその右
側の受光素子垂直列の各受光素子２から信号電荷を読み
出す読み出し駆動をする部分となり、各転送電極６ｃの
各櫛歯状部分７ｃがその下にある垂直転送レジスタ５へ
その左側の受光素子垂直列の各受光素子２から信号電荷
を読み出す読み出し駆動をする部分となる。

【００３５】尚、垂直転送レジスタ５、５、・・・の転
送先側には該レジスタ５、５、・・・により垂直転送さ
れてきた信号電荷を水平転送方向に転送する水平転送レ
ジスタ（通常１個、複数の場合もある。）が設けられ、
更に、その水平転送レジスタの転送先側には、信号電荷
を電圧に変換して出力する電荷検出部があるが、その水
平転送レジスタ及び電荷検出部は図示を省略する。ま
た、オンチップマイクロレンズを備えた状態の固体撮像
素子とその製造方法については後で説明する。

【００３６】このような固体撮像素子によれば、二つの
受光素子垂直列に対して垂直転送レジスタ５及びチャン
ネルストップ４をそれぞれ僅かに１個ずつしか配置しな
くて済み、垂直転送レジスタ５及びチャンネルストップ
４の必要数を従来の半分にできる。従って、画素面積に
占める開口面積の比を顕著に大きくし、以て固体撮像素
子の感度を顕著に向上させることができるのである。

【００３７】次に、駆動方法について説明する。本固体
撮像素子の駆動方法は、基本的には、上記転送電極６ａ
と、６ｂ及び／又は６ｃとに対して、４相の垂直転送パ
ルスを印加して、それによって垂直転送レジスタ５によ
る各受光素子２からの読み出し及び垂直転送を行い、そ
して図示しない水平転送レジスタにより水平転送を行う
が、その駆動方法には、図３示す方法と、図４に示す方
法とがある。図３（Ａ）、（Ｂ）は図１、２に示す固体
撮像素子の一つの駆動方法（特許請求の範囲の請求項３
の固体撮像素子の駆動方法に該当する駆動方法）を説明
する固体撮像素子の平面図である。

【００３８】図３（Ａ）は転送電極６ｂ（第２層目のポ
リシリコンからなる転送電極）を駆動する（具体的に
は、転送パルスより高いレベルの読み出しパルスを印加
する）ことにより、各垂直転送レジスタ５へその右側の
受光素子垂直列の受光素子２、２、・・・からの信号電
荷の読み出しをした状態を示す。Ａａはその読み出しの
方向を示す矢印である。その読み出しの後、その垂直転
送方向への転送及び図示しない水平転送レジスタによる
水平転送が行われる。その場合における、垂直転送レジ
スタ５の駆動は転送電極６ａ、６ｂに４相垂直転送パル
スを印加することにより行う。

【００３９】図３（Ｂ）は転送電極６ｃ（第３層目のポ
リシリコンからなる転送電極）を駆動する（具体的に
は、転送パルスより高いレベルの読み出しパルスを印加
する）ことにより、各垂直転送レジスタ５へその左側の
受光素子垂直列の受光素子２、２、・・・からの信号電
荷の読み出しをした状態を示す。Ａｂはその読み出しの
方向を示す矢印である。その読み出しの後、その垂直転
送方向への転送及び図示しない水平転送レジスタによる
水平転送が行われる。その場合における、垂直転送レジ
スタ５の駆動は転送電極６ａ、６ｃに４相垂直転送パル
スを印加することにより行う。

【００４０】上述した、図３（Ａ）に示すように各垂直
転送レジスタ５へその右側の受光素子垂直列の受光素子
２、２、・・・からの信号電荷を読み出し、その後、そ
の信号電荷を垂直転送及び水平転送する動作（特許請求
の範囲の請求項３の第１の読み出し及び転送動作に該
当）と、図３（Ｂ）に示すように各垂直転送レジスタ５
へその右側の受光素子垂直列の受光素子２、２、・・・
からの信号電荷を読み出し、その後、その信号電荷を垂
直転送及び水平転送する動作（特許請求の範囲の請求項
３の第２の読み出し及び転送動作に該当）とが交互に繰
り返される。

【００４１】尚、そのような駆動方法によれば、固体撮
像素子から読み出される信号の順序は、固体撮像素子の
画素の配置と対応するものではなくなる。しかし、それ
は、固体撮像素子外部において記憶回路或いは遅延回路
等を用いて信号の順序の並べ替えを行うことにより、固
体撮像素子の画素の配置と対応するものにでき、問題は
ない。

【００４２】このような駆動方法によれば、各受光素子
２に蓄積された各信号電荷それぞれが他の信号電荷から
独立した信号として扱われ、水平解像度の高い画像を得
ることができる。即ち、水平解像度を高くしたい場合に
は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような駆動方法で固体撮
像素子を駆動するのである。

【００４３】図４は図１、２に示す固体撮像素子の他の
駆動方法（特許請求の範囲の請求項４の固体撮像素子の
駆動方法に該当する駆動方法）を説明する固体撮像素子
の平面図である。本固体撮像素子の駆動方法は、上記転
送電極６ｂ及び６ｃに対して読み出しパルスを印加して
各垂直転送レジスタ５へその両側の受光素子垂直列の各
受光素子２、２を読み出して該垂直転送レジスタ５を挟
んで隣接する一対の受光素子２、２の信号電荷を合流さ
せ、その後、転送電極６ａと、転送電極６ｂ及び６ｃと
に対して４相垂直転送パルスを印加することによりその
合流した信号電荷を一つの信号電荷として垂直転送し、
図示しない水平転送レジスタにより水平転送する。Ａ
ａ、Ａｂは信号電荷の読み出す方向を示す矢印である。

【００４４】尚、本固体撮像素子の駆動方法によれば、
第１の駆動方法におけるが如き、固体撮像素子から読み
出される信号の順序が固体撮像素子の画素の配置と対応
するものではなくなるということは起き得ない。従っ
て、固体撮像素子外部において固体撮像素子の出力の並
べ替えを行う必要はない。

【００４５】このような固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、垂直転送レジスタ５を挟んで隣接する各対を成す二
つの受光素子からの信号電荷が一つの信号電荷として扱
われるので、飽和電荷量を大きくすることができ、延い
ては画像の明るさのダイナミックレンジを大きくするこ
とができる。但し、水平転送方向の解像度は図３に示す
駆動方法の場合の半分になる。

【００４６】図５（Ａ）、（Ｂ）は、図１、２に示す固
体撮像素子のオンチップマイクロレンズをその概略構成
が分かるように示すもので、（Ａ）は固体撮像素子の概
略構成平面図、（Ｂ）は固体撮像素子のＣ−Ｄ線視断面
図であり、６は転送電極、８は例えばアルミニウムから
なる遮光膜、９は平坦化膜、１０はオンチップカラーフ
ィルタ、１２は該オンチップカラーフィルタ１０上に形
成された凸球状透明部であり、チャンネルストップ５を
挟んで水平転送方向に隣接する各画素対上には、それぞ
れ、該対を成す二つの画素を覆う一つの凸球状透明部１
２がある。

【００４７】１１は該各凸球状透明部１２上に水平転送
方向に隣接して二つずつ形成されたオンチップマイクロ
レンズであり、各凸球状透明部１２より水平転送方向に
おける曲率半径が小さい曲率を有する。従って、各凸球
状透明部１２上の一対のオンチップマイクロレンズ１
１、１１の光軸を垂直な向きからチャンネルストップ側
に寄る斜め方向にすることができる。従って、各オンチ
ップマイクロレンズ１１、１１により、被写体側からの
光を、中心が垂直転送レジスタ５側からチャンネルスト
ップ４に寄るように配置された受光素子２の中心あるい
はそれに近いところに通るようにすることができ、オン
チップマイクロレンズ１１、１１により被写体側から光
をより有効に受光素子２、２に集光することができ、感
度の向上を図ることができる。

【００４８】尚、図５に示す固体撮像素子のオンチップ
マイクロレンズの形成は、図６（Ａ）に示すように、先
ず、凸球状透明部１２を形成し、その後、図６（Ｂ）に
示すようにオンチップマイクロレンズ１１を形成するこ
とにより行う。そして、凸球状透明部１２の形成と、オ
ンチップマイクロレンズ１１の形成とは、共に、例えば
従来からのオンチップマイクロレンズ形成方法を駆使す
ることにより行うことができる。そのオンチップマイク
ロレンズ形成方法の典型例は、オンチップマイクロレン
ズ材料膜を形成し、該膜上に例えばレジスト膜を形成
し、該レジスト膜に、これを選択的にエッチングするこ
とにより各画素毎に独立させる分離溝を形成し、その
後、熱溶融させることにより凸球面状（凸レンズ状）に
整形し、その後、これをエッチバックにより転写すると
いう技術である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の固体撮像素子によれば、二つ
の受光素子垂直列に対して垂直転送レジスタを僅かに１
個ずつしか配置しなくて済み、垂直転送レジスタの必要
数を従来の半分にでき、また、チャンネルストップにつ
いても半分で済む。依って、画素面積に占める開口面積
の比を顕著に大きくし、以て固体撮像素子の感度を顕著
に向上させることができる。

【００５０】請求項２の固体撮像素子によれば、垂直転
送レジスタを駆動する転送電極の層数を２層（例えば第
１層目のポリシリコン層と、第２層目のポリシリコン層
による２層）から１層増やし、３層（例えば第１層目の
ポリシリコン層と、第２層目のポリシリコン層と、第３
層目のポリシリコン層）により構成するので、そのうち
の一つの層（例えば第２層目のポリシリコンからなる）
各転送電極を用いて垂直転送レジスタの一方の側の受光
素子垂直列からの信号電荷の読み出しができ、別の一つ
の層（例えば第３層目のポリシリコンからなる）転送電
極を、垂直転送レジスタの他方の側の受光素子垂直列か
らの信号電荷の読み出しができ流用にすることができ
る。従って、請求項１の固体撮像素子を具体化できる。

【００５１】請求項３の固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、各垂直転送レジスタが先ず一方の側（例えば右側）
の受光素子垂直列の信号電荷の読み出し、転送をし、次
に、他方の側（例えば左側）の受光素子垂直列の信号電
荷の読み出し、転送をするので、各受光素子２に蓄積し
た信号電荷をそれぞれ他から独立した信号として取り出
して処理することができ、水平転送方向における高解像
度の高い画像を得ることができる。

【００５２】請求項４の固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、垂直転送レジスタを挟んで対を成す各受光素子対に
蓄積された信号電荷、即ち二つの受光素子分の信号電荷
を独立した信号として取り出して処理することができる
ので、飽和信号量を略倍増させることが可能となり、ダ
イナミックレンジの大きな画像を得ることができる。

【００５３】請求項５の固体撮像素子によれば、各オン
チップマイクロレンズをチャンネルストップを挟んで対
を成す二つの画素を覆う一つの凸球状透明部上に形成す
るので、該各オンチップマイクロレンズの光軸を垂直な
向きからチャンネルストップ側に寄るような斜め方向に
することができる。従って、各オンチップマイクロレン
ズにより、被写体側からの光を、中心が垂直転送レジス
タ側からチャンネルストップに寄るように配置された受
光素子の中心あるいはそれに近いところに集光するにす
ることができ、オンチップマイクロレンズにより被写体
側から光をより有効に受光素子に集光することができ
る。依って、固体撮像素子の感度の向上を図ることがで
きる。

【００５４】請求項６の固体撮像素子の製造方法によれ
ば、凸球状透明部を形成する工程と、該各凸球状透明部
上に二つのオンチップマイクロレンズを対を成す画素に
対応して形成する工程を有するので、請求項５の固体撮
像素子を得ることができ、延いては、オンチップマイク
ロレンズにより被写体側から光をより有効に受光素子に
集光することができ、感度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明固体撮像素子の第１の
実施例の概略構成を示すもので、（Ａ）は概略構成平面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＢに示す部分を拡大して示す拡大
平面図である。

【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は垂直転送レジスタを駆動
する、層の異なる各層の転送電極の平面形状を示す平面
図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は図１、２に示す固体撮像素子
の一つの駆動方法を説明する固体撮像素子の平面図であ
る。

【図４】図１、２に示す固体撮像素子の他の駆動方法を
説明する固体撮像素子の平面図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、図１、２に示す固体撮像素
子のオンチップマイクロレンズをその概略構成が分かる
ように示すもので、（Ａ）は固体撮像素子の概略構成平
面図、（Ｂ）は固体撮像素子の（Ａ）のＣ−Ｄ線に沿う
断面図である。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）は図５に示す固体撮像素子のオ
ンチップマイクロレンズの形成方法を工程順に示す断面
図である。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）は固体撮像素子の従来例の概略
構成を示すもので、（Ａ）は概略構成平面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＢに示す部分を拡大して示す拡大平面図であ
る。

【図８】図７の従来例の読み出し動作を説明する固体撮
像素子の平面図である。

【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、図７に示す固体撮像素子の
オンチップマイクロレンズをその概略構成が分かるよう
に示すもので、（Ａ）は固体撮像素子の概略構成平面
図、（Ｂ）は固体撮像素子のＢ−Ｂ線視断面図である。

【符号の説明】

１・・・固体撮像素子、２・・・固体撮像素子、３・・
・開口、４・・・チャンネルストップ、５・・・垂直転
送レジスタ、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・転送電極、７ａ、
７ｂ、７ｃ・・・櫛歯状部分、１１・・・オンチップマ
イクロレンズ、１２・・・凸球状透明部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA13 DA03 DA05 DB08 DB09 DB11 FA04 FA06 FA26 FA33 FA44 GB03 GB07 GB08 GB11 GC07 GD04 GD07 GD20 5C024 CX37 CX41 CX43 CY47 EX43 GZ24 JX25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の受光素子を垂直転送方向に配設した
   複数の受光素子垂直列、該受光素子垂直列の各受光素子
   からの信号電荷を垂直転送方向に転送する複数の垂直転
   送レジスタ、水平転送方向に隣接する画素間の信号電荷
   の侵入を防止する複数のチャンネルストップ及び上記各
   垂直転送レジスタにより転送されてきた信号電荷を水平
   転送方向に転送する水平転送レジスタとを少なくとも有
   する固体撮像素子において、 上記受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、チャンネルス
   トップを、水平転送方向に沿って、受光素子垂直列、垂
   直転送レジスタ、受光素子垂直列、チャンネルストッ
   プ、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、受光素子垂直
   列、チャンネルストップ、受光素子垂直列、垂直転送レ
   ジスタ、・・・という配置順序を繰り返すように配設し
   て、各垂直転送レジスタの両側に受光素子垂直列が位置
   し、受光素子垂直列がチャンネルストップを介して隣接
   するようにしてなることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記各垂直転送レジスタは、 垂直転送方向に隣接する前記受光素子間上を水平転送方
   向に延び、該各垂直転送レジスタ上において垂直転送方
   向における一方の向きに櫛歯状に延びる部分を有する第
   １の転送電極と、 垂直転送方向に隣接する前記受光素子間上を水平転送方
   向に延び、該各垂直転送レジスタ上においてそれの一方
   の側の受光素子と上から視て接する位置にて垂直転送方
   向における上記一方の向きとは逆向きに櫛歯状に延びる
   部分を有する第２の転送電極と、 垂直転送方向に隣接する前記受光素子間上を水平転送方
   向に延び、該各垂直転送レジスタ上においてそれの他方
   の側の受光素子と上から視て接する位置にて垂直転送方
   向における上記一方の向きとは逆向きに櫛歯状に延びる
   部分を有する第３の転送電極と、 からなる三つの層の異なる転送電極により駆動されるよ
   うにしてなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
   素子。
3. 【請求項３】 前記各垂直転送レジスタによりそれの一
   方の側の受光素子垂直列の各受光素子に蓄積された信号
   電荷を読み出して垂直転送し、水平転送レジスタにより
   水平転送する第１の読み出し及び転送動作と、 前記各垂直転送レジスタによりそれの他方の側の受光素
   子垂直列の各受光素子に蓄積された信号電荷を読み出し
   て垂直転送し、水平転送レジスタにより水平転送する第
   ２の読み出し及び転送動作と、 を交互に繰り返させることにより請求項１又は２記載の
   固体撮像素子を駆動することを特徴とする固体撮像素子
   の駆動方法。
4. 【請求項４】 各垂直転送レジスタによりそれの一方の
   側の受光素子垂直列の各受光素子に蓄積された信号電荷
   と、他方の側の各受光素子に蓄積された信号電荷を同時
   に読み出して一体で垂直転送し、水平転送レジスタによ
   り水平転送する読み出し動作を繰り返させることにより
   請求項１又は２記載の固体撮像素子を駆動することを特
   徴とする固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 複数の受光素子を垂直転送方向に配設し
   た複数の受光素子垂直列、該受光素子垂直列の各受光素
   子からの信号電荷を垂直転送方向に転送する複数の垂直
   転送レジスタ、水平転送方向に隣接する画素間の信号電
   荷の侵入を防止する複数のチャンネルストップ及び上記
   各垂直転送レジスタにより転送されてきた信号電荷を水
   平転送方向に転送する水平転送レジスタとを少なくとも
   有し、上記受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、チャン
   ネルストップを、水平転送方向に沿って、受光素子垂直
   列、垂直転送レジスタ、受光素子垂直列、チャンネルス
   トップ、受光素子垂直列、垂直転送レジスタ、受光素子
   垂直列、チャンネルストップ、受光素子垂直列、垂直転
   送レジスタ、・・・という配置順序を繰り返すように配
   設して、各垂直転送レジスタの両側に受光素子垂直列が
   位置し、受光素子垂直列がチャンネルストップを介して
   隣接するようにしてなり、上記各受光素子に対応して該
   受光素子に被写体側からの光を集光するオンチップマイ
   クロレンズを設けた固体撮像素子であって、 上記チャンネルストップを挟んで水平転送方向に隣接す
   る各画素対上には、それぞれ、該対を成す二つの画素を
   覆う一つの凸球状透明部があり、 上記各凸球状透明部上に、それより水平転送方向におけ
   る曲率半径が小さい二つのオンチップマイクロレンズが
   上記対を成す画素に対応して形成されたことを特徴とす
   る固体撮像素子。
6. 【請求項６】 平坦面上に、上記チャンネルストップを
   挟んで水平転送方向に隣接する各画素対毎に該二つの画
   素を覆う一つの凸球状透明部を形成する工程と、 上記各凸球状透明部上に、それより水平転送方向におけ
   る曲率半径が小さい二つのオンチップマイクロレンズを
   上記対を成す画素に対応して形成する工程と、 を有することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子
   の製造方法。