JP2728404B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像装置に関し、特に、水平読出（TS
L:Ｔransversal Ｓignal Ｌine）方式のMOS型固体撮像
装置に適用して有効な技術に関するものである。 〔従来の技術〕 本発明者は、ビデオカメラに使用される３分の２イン
チ型のTSL方式のMOS型固体撮像装置を開発している。こ
の固体撮像装置の受光部は、各画素を構成する光電変換
素子（フォトダイオード素子）が行列状に配置されてい
る、光電変換素子には、垂直スイッチMOS型電解効果ト
ランジスタ（以下MOSと称す）、水平スイッチMOSの夫々
が順次直列に接続されている。水平スイッチMOS、垂直
スイッチMOSの夫々は、各光電変換素子（各画素）を選
択するように構成されている。 水平スイッチMOSは、行方向に延在する水平走査線を
介在させ、水平走査用シフトレジスタ部（水平走査回
路）で制御される。垂直スイッチMOSは、水性走査線と
交差する列方向に延在する垂直走査線及びインタレース
走査制御部を介在させ、垂直走査用シフトレジスタ部
（垂直走査回路）で制御される。 このTSL方式の固体撮像装置は、フィールド残像を防
止するために、インタレース走査制御部によって２行同
時読出及びインタレース走査を行い、光電変換素子の光
電変換信号（画像情報）を読出している。光電変換素子
の光電変換信号は、垂直スイッチMOS及び水平スイッチM
OSを通して出力信号線に出力される。出力信号線は、前
記水平スイッチMOSのドレイン領域に接続されている。 前記出力信号は、前記垂直走査線と同一列方向に延在
し、出力回路（読出回路）、水平帰線期間リセット部の
夫々に接続されている。水平帰線期間リセット部は、水
平帰線期間内に出力信号線に蓄えられた偽信号をリセッ
トするように構成されている。また、水平帰線期間リセ
ット部は、光電変換素子の光電変換信号の読出毎に出力
信号線を高速にリセットするように構成されている。つ
まり、このTSL方式の固体撮像装置は、スミアを低減し
て高画質を得ることができる特徴を有している。 一方、従来、垂直出力信号線毎に共通に設けられてい
る水平スイッチMOSに代えて、前述のように、TSL方式の
固体撮像装置は、光電変換素子毎（画素毎）にそれに比
べて小さな水平スイッチMOSを設けている。つまり、TSL
方式の固体撮像装置は、水平スイッチMOSのスイッチン
グ時に発生するスパイク雑音のばらつきによる固定雑音
を低減できる特徴を有している。 なお、TSL方式の固体撮像装置については、例えば、
映像情報（１）,1986年５月号,p19〜p24に記載されてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者は、前記３分の２インチ型のTSL方式の固体
撮像装置に代えて、２分の１インチ型のTSL方式の固体
撮像装置を開発中である。この固体撮像装置の開発に先
立ち、次の問題点が生じた。 ３分の２インチ型のTSL方式の固体撮像装置を単にス
ケールダウンし、２分の１インチ型のTSL方式の固体撮
像装置を構成すると、光電変換素子（画素）の面積が減
少する。つまり、光電変換素子の開口率（受光面積）が
減少し、充分な光電変換信号量が得られない。このた
め、TSL方式の固体撮像装置の感度（輝度）が不足す
る。 そこで、本発明者は、光電変換素子の開口率を高める
ために、隣接する２つの光電変換素子の光電変換信号を
混合させて読出す、所謂画素混合方式を採用し、出力信
号線数を半減させ、出力信号線数の半減に相当する分、
光電変換素子の開口率を高めた。４色の色のフィルタを
使用するTSL方式のカラー固体撮像装置の場合、４本の
出力信号線を２本に、４本の共通出力信号線を２本にす
ることができる。ところが、２本の共通出力信号線を通
して出力される混合された光電変換信号の混合の組合せ
がバラバラだと、装置外部に光電変換信号を色フィルタ
毎に取出すサンプリング回路を設ける必要がある。この
ため、サンプリング回路に相当する分、外部システムが
複雑になり、又ノイズが増大するので、モニターにおけ
る画質が低下するという問題を生じる。 本発明の目的は、TSL方式の固体撮像装置において、
光電変換素子（画素）の開口率を高め、感度を向上する
ことが可能な技術を提供することにある。 本発明の他の目的は、TSL方式の固体撮像装置の外部
装置としてのサンプリング回路を削減することが可能な
技術を提供することにある。 本発明の他の目的は、TSL方式の固体撮像装置の外部
システムを簡単化し、又モニターにおける画質を向上す
ることが可能な技術を提供することにある。 本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。 〔問題点を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 TSL方式のカラー固体撮像装置において、同一色の第
１色フィルタ又は異なる色の第１、第２色フィルタの夫
々が配置された２つの隣接する光電変換素子の光電変換
信号を混合させて装置外部に出力する第１共通出力信号
線を構成し、前記第１、第２色フィルタと異なる同一色
の第３色フィルタ又は異なる色の第３、第４色フィルタ
の夫々が配置された２つの隣接する光電変換素子の光電
変換信号を混合させて装置外部に出力する第２共通出力
信号を構成する。 〔作 用〕 上述した手段によれば、混合の組合せが規定された光
電変換信号を装置外部に出力することができるので、サ
ンプリング回路を削減し、外部システムを簡単化するこ
とができ又モニターにおける画質を向上することができ
る。 以下、本発明の構成について、TSL方式のカラーMOS型
固体撮像装置に本発明を適用した一実施例とともに説明
する。 なお、実施例を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。 〔実施例〕 本発明の一実施例であるTSL方式のカラー固体撮像装
置を第２図（概略構成図）及び第３図（等価回路図）で
示す。 第２図に示すように、TSL方式のカラー固体撮像装置
（固体撮像素子域はチップ）CHIは、中央部にフォトダ
イオードアレイARRが構成されている。フォトダイオー
ドアレイARRは、画素を構成する光電変換素子（フォト
ダイオード素子）を行列状に複数配置して構成されてい
る。 フォダイオードアレイARRは、受光部SAとオプチカル
ブラック部OB（斜線部分）とで構成されている。受光部
SAの各光電変換素子（画素）は、光学レンズを通して入
射された光信号を電荷に変換（光電変換）し蓄積するこ
とができる。オプチカルブラック部OBの光電変換素子
は、暗電流成分によるノイズを補正するための基準値
（光学的黒レベル）を形成するように構成されている。 この固体撮像装置CHIは、電子シャッタ方式で構成さ
れている、固体撮像装置CHIのフォトダイオードアレイA
RRの左右周辺には、夫々、バッファ回路BF、インタレー
ス走査制御部INT、垂直走査用シフトレジスタ部（垂直
走査用回路）Vregが配置されている。下側周辺（第３図
には上側周辺に配置している）には、水平走査用シフト
レジスタ部（水平走査用回路）Hregが設けられている。 固体撮像装置CHIは、受光部SAのサイズを２分の１イ
ンチ型で構成している（1/2インチ型に限定されず、1/3
インチ型でもよい）。この固体撮像装置CHIのサイズ
（チップサイズ）は、例えば列方向（垂直走査線の延在
する方向）が8.7［mm］、行方向（水平走査線が延在す
る方向）が6.5［mm］で構成されている。 第３図に示すように、前記フォトダイオードアレイAR
Rの受光部SAは、垂直走査線VL1,VL2,…、水平走査線HL
1,HL2,…、出力信号線HS1,HS2,…の夫々を延在させてい
る。オピチカルブラック部OBは、基本的には受光部SAと
同様な形状で構成されている。受光部SAの垂直走査線VL
は、列方向に延在しており、行方向に複数本（例えば、
487［本］）配置されている。水平走査線HLは、行方向
に延在しており、列方向に複数本（例えば、506
［本］）配置されている。出力信号線HSは、垂直走査線
VLと同一の列方向に延在しており、行方向に複数本（垂
直走査線と実質的に同一本数で）配置されている。 受光部SAに配置された各光電変換素子（画素）PD1,PD
2の夫々は、列方向に延在する垂直走査線VL及び出力信
号線HSと水平走査線HLとの交差部分に配置されている。
つまり、光電変換素子PD1,PD2の夫々は、行列状に複数
配置されている。本実施例の受光部SAには、後に詳述す
るが、実質的に光電変換信号量が同一の２種類の光電変
換素子PD1、光電変換素子PD2の夫々を配置している。光
電変換素子PD1,PD2の夫々は、垂直走査線VL、水平走査
線HLの夫々を選択（アクセス）することによって光電変
換信号（画像情報）を出力することができる、画素の最
小基本単位である。 光電変換素子PD2、順次直列に接続された垂直スイッ
チMOS_V、水平スイッチMOSQ_Hの夫々を通して出力信号線H
Sに接続されている。さらに詳述すると、光電変換素子P
D2は、行方向に配置された上側の垂直スイッチMOSQ_V、
水平スイッチMOSQ_Hの夫々を通して出力信号線HSに接続
されると共に、下側の他の垂直スイッチMOSQ_V、他の水
平スイッチMOSQ_Hの夫々を通して他の出力信号線HSに接
続されている。つまり、光電変換素子PD2の光電変換信
号は、垂直スイッチMOSQ_V及び水平スイッチMOSQ_Hを読出
経路として（読出配線として）、出力信号線HSに出力さ
れる。 行方向に配置されている光電変換素子PD1、光電変換
素子PD2の夫々は、混合スイッチMOSQ_Mを介在させて接続
されている。光電変換素子PD1は、順次直列に接続され
た混合スイッチMOSQ_M、光電変換素子PD2、垂直スイッチ
MOSQ_V、水平スイッチMOSQ_Hの夫々を通して出力信号線HS
に接続されている、さらに、詳述すれば、光電変換素子
PD1は、行方向に隣接する上側の光電変換素子PD2等を通
して出力信号線HSに接続されると共に、下側の光電変換
素子PD2等を通して同一の出力信号線HSに接続されてい
る。つまり、光電変換素子PD1の光電変換信号は、前記
光電変換素子PD2の読出経路を使用し（兼用し）、混合
スイッチMOSQ_M、光電変換素子PD2、垂直スイッチMOSQ_V
及び水平スイッチMOSQ_Hを読出経路として（読出配線と
して）、出力信号線HSに出力される。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、１
つの光電変換素子（画素PD2に接続される１組の垂直ス
イッチMOSQ_V及び水平スイッチMOSQ_Hを、行方向に隣接す
る他の光電変換素子PD1に接続することにより、１組の
垂直スイッチMOSQ_V及び水平スイッチMOSQ_Hを削減するこ
とができ、垂直スイッチMOSQ_Vと混合スイッチMOSQ_Mとを
相殺すると、水平スイッチMOSQ_Hに相当する分、光電変
換素子PD1、PD2の夫々の面積を増加することができる。
光電変換素子PD1、PD2の夫々の面積の増加、つまり開口
率（受光面積）の増加は、光電変換信号量を増加するこ
とができるので、TSL方式の固体撮像装置CHIの感度を向
上することができる。 また、前記光電変換素子PD1の光電変換信号の読出経
路の一部を、光電変換素子PD2の光電変換信号の読出経
路で構成することにより、前記読出経路の一部に相当す
る分、信号配線の面積を縮小することができるので、光
電変換素子PD1、PD2の夫々の開口率を増加し、TSL方式
の固体撮像装置CHIの感度を向上することができる。 列方向に配置された複数の水平スイッチMOSQ_Hの一方
の半導体領域（ドレイン領域に相当する）の夫々には、
１本の出力信号線HSが共通に接続されている。行方向に
配置された複数の水平スイッチMOSQ_Hのゲート電極の夫
々には、１本の水平走査線HLが共通に接続されている。 垂直スイッチMOSQ_Vの一方の半導体領域は、水平スイ
ッチMOSQ_Hの他方の半導体領域に接続されている。行方
向の隣接する２つの垂直スイッチMOSQ_Vの一方の半導体
領域の夫々は、１つの水平スイッチMOSQ_Hの他方の半導
体領域に接続している。垂直スイッチMOSQ_Vの他方の半
導体領域は、光電変換素子PD2に接続されている。列方
向に配置された複数の垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極
の夫々は、１本の垂直走査線VLに共通に接続されてい
る。 前記光電変換素子PD1と光電変換素子PD2との間を接続
する。列方向に配置された複数の混合スイッチMOSQ_Mの
ゲート電極の夫々は、１本の垂直走査線VLに共通に接続
されている。行方向に隣接する光電変換素子PD1と光電
変換素子PD2との間を接続する混合スイッチMOSQ_Mのゲー
ト電極は、夫々の光電変換信号の読出経路において存在
する垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極に接続される垂直
走査線VLと同一の垂直走査線VLが接続されている。この
混合スイッチMOSQ_M及び垂直スイッチMOSQ_Vは、１本の垂
直走査線VLによって同時に選択されるように構成されて
いる。つまり、行方向に隣接して配置される光電変換素
子PD1、光電変換素子PD2の夫々の光電変換信号は、混合
され（夫々の光電変換信号量を加算し）、１本の出力信
号線HSで出力されるように構成されている。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、行
方向に隣接して配置される光電変換素子PD1、光電変換
素子PD2の夫々を混合スイッチMOSQ_Mで接続し、この光電
変換素子PD1、光電変換素子PD2の夫々を垂直スイッチMO
SQ_V及び水平スイッチMOSQ_Hを介在させて１本の出力信号
線HSに接続することにより、１本の出力信号線HSで２つ
の光電変換素子（画素）PD1、PD2の夫々の光電変換信号
を混合して読出すことができるので、１本の出力信号線
HSを低減することができる。この１本の出力信号線HSの
低減は、それに相当する分、光電変換素子PD1、PD2の夫
々の開口率を増加することができるので、光電変換信号
量を増加し、TSL方式の固体撮像装置CHIの感度を向上す
ることができる。 また、出力信号線HSの低減は、後述する共通出力信号
線SLを通して光電変換信号が出力される、外部装置のプ
リアンプPL数を低減（半減）することができるので、モ
ニターに出力されるカラー画像のノイズを小さくするこ
とができる。 前記列方向に配置された複数本の水平走査線HLは、水
平走査用シフトレジスタ部（水平走査回路）Hregに接続
されている。水平走査用シフトレジスタ部Hregは、入力
信号及びクロック信号（例えば駆動周波数4.77［M
H_Z］）によって、第３図に示す水平走査線HLを左から右
に順次走査するように構成されている。この走査は、行
方向に配置された光電変換素子PD1及びPD2毎（２個の画
素毎）を順次選択し、混合された光電変換信号を出力信
号線HSに出力できるように構成されている。 前記行方向に配置された複数本の垂直走査線VLの夫々
の端部は、バッファ回路BF及びインタレース走査制御部
INTを介在させて垂直走査用シフトレジスタ部Vregに接
続されている。垂直走査用シフトレジスタ部Vregは、入
力信号及びクロック信号（例えば駆動周波数15.7［K
H_Z］）によって、垂直走査線VLを下から上に順次走査す
るための選択信号をインタレース走査制御部INTに出力
するように構成されている。 第３図の右側に配置される垂直走査用シフトレジスタ
部（読出用）Vregは、受光部SAの光電変換素子PD1及びP
D2の光電変換信号を読出すために選択信号を出力するよ
うに構成されている。この選択信号で駆動するインタレ
ース走査制御部INTは、バッファ回路BFを駆動するよう
に構成されている。バッファ回路BFは、前記インタレー
ス走査制御部INTからの駆動信号及びバッファパルス端
子BPからのパルス信号によって１本の垂直走査線VL及び
２本の出力信号線HSを選択するように構成されている。
後者の２本の出力信号線HSの選択は、バッファ回路BFの
駆動信号によって２個の読出用MOSQ_R駆動（導通）させ
ることによって行われる。読出用MOSQ_Rが導通すると、
出力信号線HSと共通出力信号線SL₁又はSL₂とが接続さ
れ、選択された光電変換素子PD1及びPD2の混合された光
電変換信号が出力信号端子S₁又はS₂に出力されるように
構成されている。 左側に配置される垂直走査用シフトレジスタ部（掃出
用）Vregは、電子的絞り機能を与えるための垂直走査用
回路である。この左側の垂直走査用シフトレジスタ部Vr
egによって光電変換素子PDに蓄積されていた光電変換信
号はクリアMOSQ_Kを介してリセット端子RVの直流電位に
クリア（リセット）される。次に、遅れて、右側の垂直
走査用シフトレジスタ部（読出用）Vregによってその光
電変換素子PDに蓄積された光電変換信号は読出用MOSQ_R
を介して出力信号端子S₁又はS₂に読出される。すなわ
ち、左右の垂直走査用シフトレジスタ部Vregの走査タイ
ミングの差を可変とすることによって、各光電変換素子
PDの光電変換信号時間（蓄積時間）を可変でき、電子絞
りが可変となる。なお、電子絞りを必要としない場合
は、左側の垂直走査用シフトレジスタ部Vreg、左側のイ
ンタレース走査制御部INT、左側のバッファ回路BFは省
略することができる。垂直走査選択信号によって駆動さ
れるインタレース走査制御部INTは、バッファBFは駆動
するように構成されている。バッファ回路BFは、前記イ
ンタレース走査制御部INTからの駆動信号及び電子シャ
ッタ信号端子BPEからのパルス信号によって、１本の垂
直走査線VLを選択すると共に、一方、２個のリセット用
MOSQ_Kを駆動して２本の出力信号線HSを選択するように
構成されている。また、このバッファ回路BF側に設けら
れた他方のリセット用MOSQ_Kは、リセット信号端子RPか
らのリセット信号によって全べてのものが駆動され、全
べての出力信号線HSとリセット端子RVとを接続するよう
に構成されている。 前記夫々のインタレース走査制御部INTは、２行同時
読出及びインタレース走査が行えるように構成されてい
る。すなわち、まず、インタレース走査制御部INTは、
図示しない奇数（又は偶数）フィールド選択信号によっ
て、奇数列の垂直走査線VL（例えばVL1,VL3,VL5,…）を
順次選択する、この奇数列の垂直走査線VLの選択によっ
て、同時に選択された２本の出力信号線HS（例えばHS1
とHS2,HS3とHS4,HS5とHS6,…）の夫々から混合された光
電変換信号を同時に読出す。次に、インタレース走査制
御部INTは、偶数（又は奇数）フィールド選択信号によ
って、１列分ずらした偶数列の垂直走査線VL（例えばVL
2,VL4,VL6,…）を順次選択する。偶数列の垂直走査線VL
の選択によって、同時に選択された２本の出力信号線HS
（例えばHS2とHS3,HS4とHS5,HS6とHS7,…）の夫々から
混合された光電変換信号を同時に読出す。 このように構成されるTSL方式の固体撮像装置CHIは、
インタレース走査制御部INTで２行同時読出及びインタ
レース走査を行っているので、フィールド残像の発生を
防止することができる特徴がある。 このTSL方式の固体撮像装置CHIの受光部SAには、カラ
ーフィルタ（FIL）が配置されている。カラーフィルタ
は、例えば、量産性に優れた光利用率（光透過率）が高
いオンチップ補色フィルタで構成する。本実施例のカラ
ーフィルタは、ホワイトフィルタＷ、イエローフィルタ
Ye、シアンフィルタCy及びグリーンフィルタＧの４つの
色フィルタで構成している。カラーフィルタの各色フィ
ルタは、光電変換素子PV1、PD2の夫々毎（画素毎）に配
置されている。 カラーフィルタは、第３図に示す記号F₁,F₂,F₃,F₄の
夫々で囲まれた領域内に配置された複数の異なる色フィ
ルタで基本単位（１ドット）を構成している。この基本
単位は、画像の１つの色、つまりレッドR,グリーンＧ又
はブルーＢを形成するための最小単位である。このカラ
ーフィルタの基本単位は、８個の光電変換素子PD1又はP
D2に対応して配置された８つの色フィルタで構成されて
いる。本実施例において、基本単位は、３つのホワイト
フィルタＷ、１つのシアンフィルタCy、３つのイエロー
フィルタYe、１つのグリーンフィルタＧで構成されてい
る。奇数列（又は偶数列）の水平走査線HL（例えばHL
1）に接続される光電変換素子PD1、PD2の夫々には、基
本単位のうちの半分の色フィルタであるホワイトフィル
タＷかシアンフィルタCyが配置される（W,W,W,Cy）。偶
数列（又は奇数列）の水平走査線HL（例えばHL2）に接
続される光電変換素子PD1、PD2の夫々には、基本単位の
うちの他の半分の色フィルタであるイエローフィルタYe
かグリーンフィルタＧが配置される（YE,G,Ye,Ye）。前
記基本単位を構成する色のフィルタのうち、ホワイトフ
ィルタＮ、イエローフィルタYeの夫々は光透過率が高
く、シアンフィルタのCy、グリーンフィルタＧの夫々は
前者に比べて光透過率が低く構成されている。すなわ
ち、カラーフィルタの基本単位は、光透過率が高いホワ
イトフィルタＷ数、イエローフィルタYe数の夫々を多く
配置し、それ以外の光透過率が低いシアンフィルタCy
数、グリーンフィルタＧ数を少なく配置している。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIは、光透過率
が低いシアンフィルタCy数、グリーンフィルタＧ数の夫
々に比べて、光透過率が高いホワイトフィルタＷ数、イ
エローフィルタYe数の夫々を多く配置してカラーフィル
タの基本単位を構成することにより、カラーフィルタの
基本単位内における合計の光電変換信号量を増加するこ
とができるので、感度を向上することができる。 前記カラーフィルタの基本単位は、行方向及び列方向
に繰返えされている。 前記共通出力信号線SLは、２本で構成されている。一
方の共通出力信号線SL₁は、偶数列の出力信号線HS（HS
2,HS4,…）が接続されている。つまり、共通出力信号線
SL₁には、ホワイトフィルタＷが配置された光電変換素
子PD1及びPD2の夫々を混合した光電変換信号（Ｗ＋
Ｗ）、又はホワイトフィルタＷが配置される光電変換素
子PD1及びシアンフィルタCyが配置された光電変換素子P
D2の夫々を混合した光電変換信号（Ｗ＋Cy）が出力され
るようになっている。すなわち、共通出力信号線SL₁に
は、２種類の混合された光電変換信号（W,Cy系の光電変
換信号）が出力されるように構成されている。 他方の共通出力信号線SL₂は、奇数列の出力信号線HS
（HS1,HS3,…）が接続されている。つまり、共通出力信
号線SL₂には、イエローフィルタYeが配置された光電変
換素子PD1及びPD2の夫々を混合した光電変換信号（Ye＋
Ye）、又はグリーンフィルタＧが配置された光電変換素
子PD1及びイエローフィルタYeが配置された光電変換素
子PD2の夫々を混合した光電変換信号（Ｇ＋Ye）が出力
されるようになっている。すなわち、共通出力信号線SL
₂には、他の２種類の混合された光電変換信号（Ye,G系
の光電変換信号）が出力されるように構成されている。 共通出力信号線SL₁,SL₂の夫々に出力された光電変換
信号は、出力信号端子S₁、S₂の夫々に出力される。出力
信号端子S₁、S₂の夫々に出力される混合された光電変換
信号は、外部装置のプリアンプPL₁,PL₂、ロウパスフィ
ルタLPFを順次通過し、色演算回路OCに入力される。色
演算回路OCは、前記共通出力信号線SL₁、SL₂の夫々から
出力される混合された光電変換信号毎に設けられた遅延
回路DL及びマトリックス回路で構成されている。遅延回
路DLは、共通出力信号線SL₁又はSL₂で出力される混合さ
れた光電変換信号を１水平走査期間分遅延させるように
構成されている。マトリックス回路は、混合された光電
変換信号に基づいて色演算処理を行い、この後、TSL方
式の固体撮像装置CHIの受光部SAの各画素の位置に対応
するモニターの位置に、画像を形成するための色（R,G,
B）信号を出力するように構成されている。 このように、カラーフィルタの色フィルタに基づく光
電変換素子PDの光電変換信号を共通出力信号線SLを通し
て装置外部に出力するTSL方式の固体撮像装置CHIにおい
て、同一色のホワイトフィルタＷ、又は異なる色のホワ
イトフィルタＷ、シアンフィルタCyの夫々が配置された
行方向に隣接する２つの光電変換素子PD1及びPD2の光電
変換信号を混合させて装置外部に出力する共通出力信号
線SL₁を構成し、同一色のイエローフィルタYe、又は異
なる色のイエローフィルタYe、グリーンフィルタＧの夫
々が配置された行方向に隣接する２つの光電変換素子PD
1及びPD2の光電変換信号を混合させて装置外部に出力す
る共通出力信号線SL₂を構成することにより、混合の組
合せが規定された光電変換信号を出力することができる
（光電変換信号の混合がバラバラでない）ので、色フィ
ルタ毎に光電変換信号をサンプリングするサンプリング
回路を装置外部に設ける必要がなくなる、第３図に示す
ように、出力信号端子S₁,S₂には、サンプリング回路を
設けずに、直接、プリアンプPLが接続されている。つま
り、TSL方式の固体撮像装置CHIの外部装置としてのサン
プリング回路を削減することができるので、外部システ
ムを簡単化することができると共に、サンプリング回路
に基づくノイズを低減することができるので、外部のモ
ニターにおいて高画質を得ることができる。 また、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、共通出力
信号線SLを２本で構成することにより、外部装置として
のプリアンプPLを２個に低減（半減）することができ
る。本来、４色の色フィルタを使用する場合には４個の
プリアンプを必要としている。したがって、外部装置の
プリアンプPL数を低減した分、プリアンプPLに基づくノ
イズを低減することができるので、モニターにおいて高
画質を得ることができる。 また、共通出力信号線SL₁,SL₂の夫々からは、２種類
の混合された光電変換信号しか出力されないので、色演
算回路OCでの色演算処理を簡単化することができる。 ４ 次に、前述のTSL方式の固体撮像装置CHIの回路動作
について、第３図を用いて簡単に説明する。 まず、垂直走査用シフトレジスタVregの選択信号でイ
ンタレース走査制御部INTを駆動し、奇数列の垂直走査
線VL1と奇数フィールドの２本の出力信号線HS1及びHS2
を選択する。 次に、前記垂直走査線VL1、出力信号線HS1及びHS2を
選択した状態において、水平走査用シフトレジスタ部Hr
egで順次水平走査線HL1,HL2,…を選択して行く。まず、
水平走査線HL1が選択されると、ホワイトフィルタＷが
配置された光電変換素子PD1、シアンフィルタCyが配置
された光電変換素子PD2の夫々の光電変換信号が混合さ
れ（Ｗ＋Cy）、出力信号線HS2を通して共通出力信号線S
L₁に出力される。つまり、本実施例のTSL方式の固体撮
像装置CHIは、２つの光電変換素子PD1と光電変換素子PD
2と（２つの画素）で構成される夫々の光電変換信号を
混合し、画像情報として読出している（画素混合方式を
採用している）。次に、水平走査線HL2が選択される
と、同一色のイエローフィルタYeが配置された光電変換
素子PD1、光電変換素子PD2の夫々の光電変換信号が混合
され（Ye＋Ye）、出力信号線HS1を通して共通出力信号
線SL₂に出力される。同様に、次に、水平走査線HL3が選
択されると、出力信号線HS2を通して混合された光電変
換信号（Ｗ＋Cy）が共通出力信号線SL₁に出力される。
次に、水平走査線HL4が選択されると、出力信号線HS1を
通して混合された光電変換信号（Ye＋Ye）が共通出力信
号線SL₂に出力される。 １水平走査期間終了後、次段の奇数列の垂直走査線VL
3と奇数フィールドの２本の出力信号線HS3及びHS4を選
択し、再度、水平走査を行う。つまり、まず、水平走査
線HL1が選択されると、同一色のホワイトフィルタＷが
配置された光電変換素子PD1、光電変換素子PD2の夫々の
光電変換信号が混合され（Ｗ＋Ｗ）、出力信号線HS4を
通して共通出力信号線SL₁に出力される。次に、水平走
査線HL2が選択されると、グリーンフィルタＧが配置さ
れた光電変換素子PD1、イエローフィルタYeが配置され
た光電変換素子PD2の夫々の光電変換信号が混合され
（Ｇ＋Ye）、出力信号線HS3を通して共通出力信号線SL₂
に出力される。同様に、次に、水平走査線HL3が選択さ
れると、出力信号線HS4を通して混合された光電変換信
号（Ｗ＋Ｗ）が共通出力信号線SL₁に出力される。次
に、水平走査線HL4が選択されると、出力信号線HS3を通
して混合された光電変換信号（Ｇ＋Ye）が共通出力信号
線SL₂に出力される。 このようにして奇数フィールドが終了した後、今度は
偶数列の垂直走査線VL2と偶数フィールドの２本の出力
信号線HS2及びHS3を選択し、同様に水平走査を行う。こ
の１水平走査期間においては、混合された光電変換信号
（Ｗ＋Ｗ）が共通出力信号線SL₁に出力され、混合され
た光電変換信号（Ｇ＋Ye）が共通出力信号線SL₂に出力
される。 １水平走査期間終了後、次段の偶数列の垂直走査線VL
4と偶数フィールドの２本の出力信号線HS4及びHS5を選
択し、再度、水平走査を行う。この１水平走査期間にお
いては、混合された光電変換信号（Ｗ＋Cy）が共通出力
信号線SL₁に出力され、混合された光電変換信号（Ye＋Y
e）が共通出力信号線SL₂に出力される。 このように、順次受光部SAの走査を繰返し行い、共通
出力信号線SL₁からW,Cy系の混合された光電変換信号を
出力信号端子S₁に出力し、共通出力信号線SL₂からYe,G
系の混合された光電変換信号を出力信号端子S₂に出力す
る。 出力信号端子S₁に出力された混合された光電変換信号
は、TSL方式の固体撮像装置CHIに外付けされたプリアン
プPL₁、ロウパスフィルタLPFの夫々を通して色演算回路
OCに入力される。出力信号端子S₂に出力された混合され
た光電変換信号は、同様に、プリアンプPL₂、ロウパス
フィルタLPFを通して色演算回路OCに入力される。 色演算回路OCのマトリックス回路のＡ端子には、第４
図（光電変換信号のタイムチャート図）で示すように、
出力信号端子S₁から出力された１水平走査期間（1H）の
W,Cy系の混合された光電変換信号が入力する。マトリッ
クス回路のＢ端子には、出力信号端子S₁から出力され、
遅延回路DLで１水平走査期間分遅延させた１水平走査期
間（1Hd）のW,Cy系の混合された光電変換信号が入力す
る。マトリックス回路のＣ端子には、出力信号端子S₂か
ら出された１水平走査期間（1H）のYe,G系の混合された
光電変換信号が入力する。マトリックス回路のＤ端子に
は、出力信号端子S₂から出力され、遅延回路DLで１水平
走査期間分遅延させた１水平走査期間（1Hd）のYe,G系
の混合された光電変換信号が入力する。 マトリックス回路のＡ端子〜Ｄ端子の夫々に入力され
た混合された光電変換信号は、次の色演算方法によっ
て、画像を形成するための色信号R,G,Bを形成すること
ができる。 第４図に符号Ｉを付けて囲まれた組合せの、混合され
た光電変換信号がマトリックス回路のＡ端子〜Ｄ端子の
夫々に入力された場合、出力されるレッド信号Ｒ
（Ｉ），ブルー信号Ｂ（Ｉ），グリーン信号Ｇ（Ｉ）の
夫々は、次式〈１〉、〈２〉、〈３〉の夫々の演算式に
従って形成される。 Ｒ（Ｉ）＝Ａ−Ｂ＋Ｄ−Ｃ ……〈１〉 Ｂ（Ｉ）＝Ａ＋Ｂ−（Ｃ＋Ｄ） ……〈２〉 Ｇ（Ｉ）＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ−2R−4B ……〈３〉 但し、Ａ〜Ｄの夫々は、マトリックス回路の端子 第４図に符号IIを付けて囲まれた組合せの、混合され
た光電変換信号がマトリックス回路のＡ端子〜Ｄ端子の
夫々に入力された場合、出力されるレッド信号Ｒ（I
I），ブルー信号Ｂ（II），グリーン信号Ｇ（II）の夫
々は、次式〈４〉、〈５〉、〈６〉の夫々の演算式に従
って形成される。 Ｒ（II）＝Ｂ−Ａ＋Ｃ−Ｄ ……〈４〉 Ｂ（II）＝Ａ＋Ｂ−（Ｃ＋Ｄ） ……〈５〉 Ｇ（II）＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ−2R−4B ……〈６〉 一例として、前記演算式〈２〉に従って、マトリック
ス回路に入力される光電変換信号からブルー信号Ｂ
（Ｉ）を形成する。 前記演算式〈２〉の各項に、夫々、入力された混合さ
れた光電変換信号を代入すると、演算式〈２−１〉にな
る。 Ｂ（Ｉ）＝（Ｗ＋Ｗ）＋（Ｗ＋Cy）−〔（Ye＋Ｇ）＋（Ye＋Ye）〕 ＝〔3W＋Cy〕−〔3Ye＋Ｇ〕 ……〈２−１〉 ここで、各光電変換素子（各画素）PDにおいて、ホワ
イトフィルタＷを通過して形成される光電変換信号は、
レッドＲ、グリーンＧ及びブルーＢの夫々の波長がフィ
ルタに吸収されないのでそれらの成分を持って形成され
る（Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）。シアンフィルタCyを通過して形
成される光電変換信号は、グリーンＧ、ブルーＢの夫々
の波長がフィルタに吸収されないのでそれらの成分を持
って形成される（Cy＝Ｇ＋Ｂ）。イエローフィルタYeを
通過して形成される光電変換信号は、レッドＲ、グリー
ンＧの夫々の波長がフィルタに吸収されないのでそれら
の成分を持って形成される（Ye＝Ｒ＋Ｇ）。グリーンフ
ィルタＧを通過して形成される光電変換信号は、グリー
ンＧの波長がフィルタに吸収されないのでそれらの成分
を持って形成される（Ｇ＝Ｇ）。したがって、前記演算
式〈２−１〉からブルー信号Ｂ（Ｉ）は、次のようにな
る。 Ｂ（Ｉ）＝〔３（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）＋（Ｇ＋Ｂ）〕−〔３（Ｒ＋Ｇ）＋Ｇ〕 ＝3R＋4G＋4B−3R−4G ＝4B ……〈２−２〉 つまり、画素混合方式によって混合された光電変換信
号は、色演算回路OCでの色演算処理によって4B（光強度
が４のブルー信号）を出力することができる。 次に、前述のTSL方式の固体撮像装置CHIの具体的なデ
バイス構造について、第１図、第５図及び第６図を用い
て説明する。第１図は、受光部SAのカラーフィルタの基
本単位分の光電変換素子を示す平面図である。第５図
は、受光部SAの平面図である、第６図は、前記第１図の
VI a−VI a切断線で切った受光部SAの断面図（左側）及
びVI b−VI b切断線で切った受光部の断面図である。 第１図、第５図及び第６図に示すように、TSL方式の
固体撮像装置CHIは、単結晶珪素からなるn^-型の半導体
基板SUBで構成されている。半導体基板SUBのアクティブ
領域となるその主面部には、ｐ型のウエル領域WELLが設
けられている。受光部SAの各素子、すなわち光電変換素
子PD1,PD2、水平スイッチMOSQ_H、垂直スイッチMOSQ_V、
混合スイッチMOSQ_Mの夫々は、前記ウエル領域WELLの主
面部に構成されている。受光部SAの各素子間は、素子間
分離用絶縁膜LOC及びｐ型のチャネルストッパ領域CPに
よって電気的に分離されている。 前記ウエル領域WELLは、例えば５×10¹⁵［atoms/c
m³］程度の不純物濃度で形成されている。 素子間分離用絶縁膜LOCは、得に、第６図及び第７図
（所定製造工程における受光部の平面図）で示すよう
に、例えばウエル領域WELLの主面を選択的に酸化した酸
化珪素膜で形成されている。また、素子間分離用絶縁膜
LOCは、堆積した酸化珪素膜，窒化珪素膜、或は両者を
組合せた複合膜で形成してもよい。チャネルストッパ領
域CPは、素子間分離用絶縁膜LOC下のウエル領域WELLの
主面部に設けられている。チャネルストッパ領域CPは、
例えば３×10¹⁶［atoms/cm³］程度の不純物濃度で形成
されている。 前記受光部SAに配置される光電変換素子PD1は、２個
の混合スイッチMOSQ_M形成領域以外の部分の周囲を素子
間分離用絶縁膜LOCで規定され、ウエル領域WELLの主面
部に構成されている。光電変換素子PD1は、主に、n⁺型
の半導体領域N⁺及びウエル領域WELLからなるフォトダイ
オードと、半導体領域N⁺及びp⁺型の半導体領域P⁺からな
るフォトダイオードとで構成されている。 半導体領域N⁺は、素子間分離絶縁膜LOCによって形成
領域を規定され、その素子間分離用絶縁膜LOCに対して
自己整合で形成されている。半導体領域N⁺は、例えば１
×10¹⁹［atoms/cm³］程度の不純物濃度のｎ型不純物（A
s又は及びＰ）をイオン打込みで導入することによって
形成されている。 半導体領域P⁺は、素子間分離用絶縁膜LOCで規定され
た領域内であって、半導体領域N⁺とウエル領域WELLとの
間に設けられている。半導体領域P⁺は、カラーフィルタ
の色フィルタ毎にサイドを変えて光電変換素子PDに構成
されている。半導体領域P⁺は、異なる色の色フィルタが
形成される光電変換素子PD間において飽和信号電流量を
一定に制御するように構成されている。つまり、半導体
領域P⁺は、色フィルタの色で規定される光電変換素子PD
の感度に基づく飽和信号電流量を制御することができ
る。光電変換素子PD間において、飽和信号電流量を一定
に制御することは、所謂ハイライト現象時にハイライト
グリーン現像を防止することができる。半導体領域P
⁺は、例えば５×10¹⁶［atoms/cm³］程度の不純物濃度の
ｐ型不純物（Ｂ）をイオン打込みで導入することによっ
て形成されている。 光電変換素子PD2は、２個の混合スイッチMOSQ_M形成領
域及び２個の垂直スイッチMOSQ_V形成領域以外の部分の
周囲を素子間分離用絶縁膜LOCで規定され、ウエル領域W
ELLの主面部に構成されている。光電変換素子PD2は、光
電変換素子PD1と同様に、半導体領域N⁺及びウエル領域W
ELLからなるフォトダイオードと、半導体領域N⁺及び半
導体領域P⁺からなるフォトダイオードとで構成されてい
る。 前記光電変換素子PD1はその輪郭がＤ字型に似た素子
間分離用絶縁膜LOCに周囲を規定され、光電変換素子PD2
はその輪郭がＹ字型に似た素子間分離用絶縁膜LOCに周
囲を規定されている。受光部SAは、列方向に延在する隣
接する奇数列（又は偶数列）の２本の垂直走査線VLと、
行方向に延在する隣接する奇数列（又は偶数列）の２本
の水平走査線HLとが交差する領域内に配置された２個の
光電変換素子PD1及び２個の光電変換素子PD2、合計４個
の光電変換素子PDを繰返しの基本単位として行列状に複
数配置し構成されている。この基本単位の一方の光電変
換素子PD1は、他方の光電変換素子PD1を対角線（45
［度］）方向に平行移動した形状で構成されている。同
様に、基本単位の一方の光電変換素子PD2は、他方の光
電変換素子PD2を対角線（45［度］）方向に平行移動し
た形状で構成されている。この結果、第１図、第５図、
第７図は夫々に示すように、光電変換素子PD1、光電変
換素子PD2の夫々は、行列方向に交互に配置され、受光
部SAを構成している。 前記混合スイッチMOSQ_Mは、行方向に配置される光電
変換素子PD1と光電変換素子PD2との間ウエル領域WELLの
主面部に、ゲート幅（チャネル幅）を素子間分離用絶縁
膜LOCに規定され構成されている。この混合スイッチMOS
Q_Mは。主に、ウエル領域WELL、第１ゲート絶縁膜GI1、
ゲート電極GM、一対の半導体領域N⁺で構成されている。 ウエル領域WELLは、チャネル形成領域として使用され
る。 ゲート絶縁膜GI1は、例えばウエル領域WELLの主面を
酸化した酸化珪素膜で形成する。 ゲート電極GMは、ゲート絶縁膜GI1の上部に形成さ
れ、ゲート電極材料として例えば多結晶珪素膜を用い
る。多結晶珪素膜には、抵抗値を低減する不純物（例え
ばＰ）を導入する。 一対の半導体領域N⁺は、ソース領域、ドレイン領域の
夫々を形成する。一対のうち一方の半導体領域N⁺は、光
電変換素子PD1のフォトダイオードを形成する半導体領
域N⁺と一体に構成されている（共有している）。他方の
半導体領域N⁺は、光電変換素子PD2のフォトダイオード
を形成する半導体領域N⁺と一体に構成されている（共有
している）。 前記垂直スイッチMOSQ_Vは、行方向に配置される光電
変換素子PD2間のウエル領域WELLの主面部に、ゲート幅
を素子間分離用絶縁膜LOCに規定され構成されている。
行方向に配置される光電変換素子PD2間には、２個の垂
直スイッチMOSQ_Vが構成されている。垂直スイッチMOSQ_V
は、主に、ウエル領域WELL、第１ゲート絶縁膜GI1、ゲ
ート電極GV、一対の半導体領域N⁺で構成されている。 ウエル領域WELL、ゲート絶縁膜GI1、ゲート電極GMの
夫々は、前記混合スイッチMOSQ_Mと同様に構成されてい
る。 一対の半導体領域N⁺のうち、他方の半導体領域N⁺は、
光電変換素子PD2のフォトダイオードを形成する半導体
領域N⁺と一体に構成されている（共有している）。一方
の半導体領域N⁺は、水平スイッチMOSQ_Hの他方の半導体
領域N⁺と一体に構成されている（共有している）。 垂直スイッチMOSQ_Vのゲート幅とゲート長との比（W/
L）は、混合スイッチMOSQ_Mのゲート幅とゲート長との比
（W/L）に比べて小さく構成されている。すなわち、垂
直スイッチMOSQ_Vのしきい値電圧は、混合スイッチMOSQ_M
のしきい値電圧に比べて高く設定している。具体的に
は、垂直スイッチMOSQ_Vのしきい値電圧は1.0［Ｖ］程
度、混合スイッチMOSQ_Mのしきい値電圧は0.6［Ｖ］程度
に夫々設定している。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIは、垂直スイ
ッチMOSQ_Vのしきい値電圧を高く設定し、混合スイッチM
OSQ_Mのしきい値電圧を低く設定することにより、画素混
合方式によって光電変換素子PD1、PD2の夫々の光電変換
信号を読出す際に、最初に混合スイッチMOSQ_Mが導通し
次に垂直スイッチMOSQ_Vが導通するので、光電変換素子P
D1側の光電変換信号の読残しをなくすことができる。 前記水平スイッチMOSQ_Hは、行方向に配置される光電
変換素子PD2間、行方向に配置される光電変換素子PD1間
及び列方向に配置される光電変換素子PD1,PD2間のウエ
ル領域WELLの主面部に構成されている。水平スイッチMO
SQ_Hは、ゲート幅及び一方の半導体領域N⁺の周囲を素子
間分離用絶縁膜LOCに規定され構成されている。水平ス
イッチMOSQ_Hは、主に、ウエル領域WELL、第２ゲート絶
縁膜GI2、ゲート電極GH、一対の半導体領域N⁺で構成さ
れている。 ウエル領域WELLは、前記混合スイッチMOSQ_M、垂直ス
イッチMOSQ_Vと同様に使用される。 ゲート絶縁膜GI2は、ゲート絶縁膜GI1と同様に、例え
ばウエル領域WELLの主面を酸化した酸化珪素膜で形成す
る。 ゲート電極GHは、ゲート絶縁膜GI2の上部に形成さ
れ、ゲート電極材料として例えば多結晶珪素膜とその上
に形成した高融点金属シリサイド膜との複合膜を用いる
多結晶珪素膜には、抵抗値を低減する不純物（例えば
Ｐ）を導入する。高融点金属シリサイド膜は、MoSi₂,Ta
Si₂,TiSi₂,WSi₂のいずれかを用いる（本実施例はMoS
i₂）。また、ゲート電極材料として、多結晶珪素膜とそ
の上に形成した高融点金属（Mo,Ta,Ti,W）膜との複合膜
を用いることもできる。また、ゲート電極材料として、
単層の高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜を用い
ることもできる。 一対の半導体領域N⁺は、ソース領域、ドレイン領域の
夫々を形成する。一対のうち、他方の半導体領域N⁺は、
垂直スイッチMOSQ_Vの一方の半導体領域N⁺と一体に構成
されている。（共有している）。一方の半導体領域N
⁺は、接続孔CTを通して出力信号線HSに接続されてい
る。 水平スイッチMOSQ_Hの下部のウエル領域WELLの主面部
には、p⁺型の半導体領域PBが設けられている。この半導
体領域PBは、出力信号線HSに接続される側の半導体領域
N⁺、チャネル形成領域の夫々に沿って構成されている。
接続孔CT部分の半導体領域PBは、電子に対するポテンシ
ャルバリア領域を構成する。この半導体領域PBは、偽信
号と見なせる電子の拡散を阻止し、その偽信号が出力信
号線HSに達するのを防止することができる。つまり、こ
の半導体領域PBは、スミアを防止することができる。ま
た、水平スイッチMOSQ_Hのチャネル形成領域部分の半導
体領域PBはしきい値電圧を高めように作用し、ブルーミ
ングを防止するように構成されている。 前記垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極GV、混合スイッ
チMOSQ_Mのゲート電極GMの夫々に接続される垂直走査線V
Lは、特に第８図（所定製造工程における受光部の平面
図）に示すように、行方向に隣接して配置された光電変
換素子PD1,PD2間を列方向に延在するように構成されて
いる。垂直走査線VLは、前記光電変換素子PD1,PD2間に
おいて、垂直スイッチMOSQ_V形成領域、混合スイッチMOS
Q_M形成領域の夫々を通過するように、素子間分離用絶縁
膜LOC上の一部を延在している。 垂直走査線VLは、垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極G
V、混合スイッチMOSQ_Mのゲート電極GMの夫々と同一製造
工程でしかも一体に構成されている。つまり、垂直走査
線VLは、例えば多結晶珪素膜で構成されている。垂直走
査線VL、ゲート電極GV、ゲート電極GMの夫々は、第１層
目ゲート電極材料形成工程で形成される。 行方向に隣接する２本の垂直走査線VL（例えば、VL1
とVL2）は、第１図、第５図及び第８図に示すように、
少なくとも、水平スイッチMOSQ_H、垂直スイッチMOSQ_V、
光電変換素子PD1、光電変換素子PD2の夫々の形成領域を
規定するように列方向に延在している。水平スイッチMO
SQ_H、垂直スイッチMOSQ_Vの夫々の領域を規定する２本の
垂直走査線VLは、互いに近接するように延在させてい
る。光電変換素子（画素）PD1、光電変換素子（画素）P
D2の夫々が配置された領域を規定する２本の垂直走査線
VLは、互いに離隔するように延在させている。つまり、
行方向に隣接する２本の垂直走査線VLは、水平スイッチ
MOSQ_H形成領域、垂直スイッチMOSQ_V形成領域の夫々の面
積は小さく形成し、光電変換素子PD1形成領域、光電変
換素子PD2形成領域の夫々の面積を大きく形成するよう
に、列方向に延在させている。つまり、垂直走査線VL
は、列方向にジグザグに延在させている。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIは、光電変換
素子PDの開口率に寄与しない、水平スイッチMOSQ_H及び
垂直スイッチMOSQ_Vのアクティブ領域の面積を縮小し、
その縮小した領域に相当する分、光電変換素子PD1、PD2
の夫々の開口率を増加することができるので、感度を向
上することができる。 また、水平スイッチMOSQ_H、垂直スイッチMOSQ_Vの夫々
の領域を縮小することにより、１水平走査期間に蓄積さ
れる偽信号量を低減することができるので、スミアを低
減することができる。 水平スイッチMOSQ_Hのゲート電極GHに接続される水平
走査線HLは、特に、第８図に示すように、列方向に配置
された光電変換素子PD1,PD2間を行方向に延在するよう
に構成されている。水平走査線HLは、前記光電変換素子
PD1,PD2間において、水平スイッチMOSQ_H形成領域を通過
するように、素子間分離用絶縁膜LOC上の一部を延在し
ている。 水平走査線HLは、水平スイッチMOSQ_Hのゲート電極GH
と同一製造工程でしかも一体に構成されている。つま
り、水平走査線HLは、例えば、多結晶珪素膜と高融点金
属シリサイド膜との複合膜で構成されている。水平走査
線HL、ゲート電極GHの夫々は、第２層目ゲート電極材料
形成工程で形成される。水平走査線HLと前記垂直走査線
VLとの電気的分離は、垂直走査線VLの表面に形成した層
間絶縁膜で行う（例えば、表面酸化で形成した酸化珪素
膜）。 前記１個の水平スイッチMOSQ_H、２個の垂直スイッチM
OSQ_V及び光電変換素子PD1は、列方向に延在し互いに隣
接する２本の垂直走査線VLと、行方向に延在し互いに隣
接する２本の水平走査線HLとの交差部分に配置されてい
る。この交差領域内において、光電変換素子PD1と水平
スイッチMOSQ_Hとの間には素子間分離用絶縁膜LOCが設け
られており、両者を電気的に分離している。一方、光電
変換素子PD2は、前記と同様の２本の水平走査線HLと、
前記と同様の２本の垂直走査線VLのうちの１本の垂直走
査線VL及びそれと行方向に隣接する他の垂直走査線VLと
の交差部分に配置されている。夫々の交差部分に配置さ
れた光電変換素子PD1と光電変換素子PD2とは、前述のよ
うに、混合スイッチMOSQ_Mで接続されている。前記前者
の交差領域に配置された水平スイッチMOSQ_Hは、第１
図、第５図及び第８図に示すように、市松状に配置され
ている。市松状に配置された水平スイッチMOSQ_Hは、一
方の半導体領域N⁺（出力信号線HSとの接続側）を列方向
において隣接する後者の交差領域に配置された光電変換
素子PD2に突出するように構成されている。つまり、前
者の交差領域には、光電変換素子PD1の開口率を低減す
る部分として、水平スイッチMOSQ_H、水平スイッチMOSQ_H
と光電変換素子PD1とを分離する素子間分離用絶縁膜LOC
の夫々が存在するため、光電変換素子PD1と光電変換素
子PD2との開口率に差ができ、画素混合方式を採用する
ことができなくなるが、水平スイッチMOSQ_Hを市松状に
配置することによって、水平スイッチMOSQ_Hの一部を光
電変換素子PD2側に突出させることが可能となり、光電
変換素子PD2の開口率を小さくすると共に光電変換素子P
D1の開口率を大きくすることができる。したがって、光
電変換素子PD1の開口率と光電変換素子PD2の開口率とを
実質的に等しく（開口面積を同一サイズに）することが
できる。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、１
個の水平スイッチMOSQ_Hを光電変換素子PD1と光電変換素
子PD2とで共用し、前記水平スイッチMOSQ_Hを市松状に配
置することにより、１個の水平スイッチMOSQ_Hを削減し
それに相当する分、光電変換素子PD1、PD2の夫々の開口
率を向上することができると共に、光電変換素子PD1の
開口率と光電変換素子PD2の開口率とを実質的に等しく
することができるので、画素混合方式を行うことができ
る。 前記水平スイッチMOSQ_Hの一方の半導体領域N⁺には、
接続孔CTを通して出力信号線HSが接続されている。出力
信号線HSは、前記水平走査線HLの上層に層間絶縁膜（例
えばPSG）IAを介在させて列方向に延在させている。接
続孔CTは、層間絶縁膜IAに構成されている。出力信号線
HSは、前記垂直走査線VLの上層にそれに重ね合せて延在
している。この重ね合せは、オンザライン或は出力信号
線HSの配線幅を若干垂直走査線VLの配線幅に比べて大き
くして行われている。結果的に、出力信号線HSは、列方
向にジグザグに延在するように構成されている。出力信
号線HSは、混合された光電変換信号の読出速度を速くす
るため、低抵抗配線材料で形成する。低抵抗配線材料と
しては、アルミニウム膜或は所定の添加物（Si,Cu）が
添加されたアルミニウム膜で形成する。出力信号線HS
は、第１層目配線形成工程で形成される。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、垂
直走査線VLと出力信号線HSとを重ね合せて延在させるこ
とにより、垂直走査線VLを延在させる領域と出力信号線
HSを延在させる領域とを共有することができるので、い
ずれか一方の領域に相当する分、光電変換素子PD1、光
電変換素子PD2の夫々の開口率を向上することができ
る。 奇数列つまりYe,G系の出力信号線HS（HS1,HS3,…）
は、奇数列の垂直走査線VL（VL,VL3,…）と重ね合せて
いる。すなわち、同一色のイエローフィルタYe又はイエ
ローフィルタYe、グリーンフィルタＧの夫々が配置され
た行方向に隣接する２つの光電変換素子PD1及びPD2を一
度に選択する奇数列の垂直走査線VL（VL1,VL3,…）と、
その選択によって２つの光電変換素子PD1及びPD2の夫々
の光電変換信号を混合し（Ye,G系）、混合された光電変
換信号を出力する奇数列の出力信号線HS（HS1,HS3,…）
とを重ね合せている。 偶数列つまりW,Cy系の出力信号線HS（HS2,HS4,…）
は、偶数列の垂直走査線VL（VL2,VL4,…）と重ね合せて
いる。すなわち、同一色のホワイトフィルタＷ又はホワ
イトフィルタＷ、シアンフィルタCyの夫々が配置された
行方向に隣接する２つの光電変換素子PD1及びPD2を一度
に選択する偶数列の垂直走査線VL（VL2,VL4,…）と、そ
の選択によって２つの光電変換素子PD1及びPD2の夫々の
光電変換信号を混合し（W,Cy系）、混合された光電変換
信号を出力する偶数列の出力信号線HS（HS2,HS4,…）と
を重ね合せている。 そして、前記奇数列の垂直走査線VL及び出力信号線HS
と偶数列の垂直走査線VL及び出力信号線HSとは、行方向
に交互に配置されている。 前記奇数列の垂直走査線VLと奇数列の出力信号線HSと
の重ね合せは、奇数フィールド期間中において、選択
（例えば、５［Ｖ］が印加）される奇数列の垂直走査線
VLとその上部に重ね合せた選択（例えば、２［Ｖ］が印
加）される奇数列の出力信号線HSとのカップリング容量
を均一にすることができる。この奇数フィールド期間中
において、同時に選択（例えば、２［Ｖ］が印加）され
る偶数列の出力信号線HSとその下部の非選択（例えば、
０［Ｖ］が印加）される偶数列の垂直走査線VLとのカッ
プリング容量も均一にすることができる。 また、同様に、偶数列の垂直走査線VLと偶数列の出力
信号線HSとの重ね合せは、偶数フィールド期間中におい
て、選択される偶数列の垂直走査線VLとその上部に重ね
合せた選択される偶数列の出力信号線HSとのカップリン
グ容量を均一にすることができる。この偶数フィールド
期間中において、同時に選択される奇数列の出力信号線
HSとその下部の非選択される奇数列の垂直走査線VLとの
カップリング容量も均一にすることができる。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、奇
数列の垂直走査線VLと奇数列のYe,G系の出力信号線HSと
を重ね合せ、偶数列の垂直走査線VLと偶数列のW,Cy系の
出力信号線HSとを重ね合せ、それらを行方向に交互に配
置することにより、垂直走査線VLを延在させる領域と出
力信号線HSを延在させる領域とを共有することができる
ので、いずれか一方の領域に相当する分、光電変換素子
PD1、光電変換素子PD2の夫々の開口率を向上することが
できると共に、１奇数フィールド期間或は１偶数フィー
ルド期間における垂直走査線VLと出力信号線HSとの間の
カップリング容量の変動を防止ることができるので、モ
ニターでのラインフリッカ現象を低減することができ
る。 なお、本発明は、奇数列の垂直走査線VLと偶数列のW,
Cy系の出力信号線HSとを重ね合せ、偶数列の垂直走査線
VLと奇数列のYe,G系の出力信号線HSとを重ね合せ、それ
らを行方向に交互に配置してもよい。 TSL方式の固体撮像装置CHIの受光部SAは、前述のよう
に、垂直走査線VL、水平走査線HL及び出力信号線HSの３
本の配線が延在されている。２分の１インチ型のTSL方
式の固体撮像装置CHIの場合、垂直走査用シフトレジス
タ部Vregの駆動周波数が15.7［KH_Z］と遅いため、垂直
走査線VLはゲート電極材料例えば多結晶珪素膜（約30Ω
／□）で問題なく構成することができる。２分の１イン
チ型のTSL方式の固体撮像装置CHIの場合、水平走査用シ
フトレジスタ部Hregの駆動周波数が4.77［MH_Z］程度と
３分の２インチ型のそれ（5.4［MH_Z］程度）に比べて若
干遅く、しかも配線長がスケールダウンによって短縮さ
れるので、水平走査線HLはゲート電極材料で構成するこ
とができる。したがって、前述のように、水平走査線HL
は、比較的低抵抗値を有する、多結晶珪素膜と高融点金
属シリサイド膜との複合膜（数Ω／□）で形成されてい
る。出力信号線HSは、混合された光電変換信号を高速に
読出すために、低抵抗配線材料つまりアルミニウム膜で
構成されている。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHI特に２分の１
インチ型は、垂直走査線VL、水平走査線HLの夫々をゲー
ト電極材料で構成することにより、垂直走査線VLとそれ
によって駆動される垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極GV
とも一体に構成し、水平走査線HLとそれによって駆動さ
れる水平スイッチMOSQ_Hのゲート電極GHを一体に構成す
ることができるので、夫々を接続するための接続孔面積
及び夫々を接続するための製造工程におけるマスク合せ
余裕寸法をなくすことができる。つまり、結果的に、受
光部SAには、水平スイッチMOSQ_Hの一方の半導体領域N⁺
と出力信号線HSとを接続する接続孔CTしか存在しなくな
る。したがって、前記接続面積及びマスク合せ余裕寸法
に相当する分、光電変換素子PD1、光電変換素子PD2の夫
々の開口率を向上することができる。 フォトダイオードアレイARRのオプチカルブラック部O
Bは、第９図及び第10図に示すように構成されている。
第９図は、受光部SAとオプチカルブラック部OBとの境界
領域の平面図である。第10図は、所定製造工程における
第９図の拡大平面図である。オプチカルブラック部OB
は、基本的には受光部SAと実質的に同様に、光電変換素
子PD1、PD2の夫々を行列状に複数配置して構成されてい
る。オプチカルブラック部OBには、光電変換素子PD1、P
D2の夫々に光が入射されないように、遮光膜LSが設けら
れている。 遮光膜LSは、前記第６図に示す第１層目配線形成工程
で形成された配線層上に層間絶縁膜IB,ICの夫々を介在
させて構成されている。この遮光膜LSは、第３層目配線
形成工程で形成された配線層、例えば、アルミニウム膜
で形成されている。すなわち、受光部SAは第１層目配線
形成工程で形成される１層の配線層で構成され、オプチ
カルブラック部OBは、第１層目配線形成工程で形成され
る配線層と第３層目配線形成工程で形成される遮光膜LS
との２層の配線層で構成されている。受光部SA及びオプ
チカルブラック部OBは、２層のゲート電極材料（垂直走
査線VLと水平走査線HL）で構成されている。 周辺回路は、主に、第１層目配線形成工程、第２層目
配線形成工程の夫々で形成される２層の配線層と、１層
のゲート電極材料（第１層目又は第２層目）とで構成さ
れている。 前記第２層目配線形成工程で形成される配線層は、前
記層間絶縁膜IB上に形成され、例えば、アルミニウム膜
で形成される。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、オ
プチカルブラック部OBの出力信号線HSを第１層目配線形
成工程で形成される配線層で構成し、遮光膜LSを第３層
目配線形成工程で形成される配線で構成することによ
り、遮光膜LS下に１層の配線層しか存在せず、下地層と
なる層間絶縁膜ICの表面を平坦化することができるの
で、遮光膜LSのステップカバレッジを向上し、遮光性を
向上することができる。遮光性の向上は、オプチカルブ
ラック部OBで形成される基準値（光学的黒レベル）の精
度を高めることができる。 前記受光部SAとオプチカルブラック部OBとの境界領域
（遮光膜LSの端部に相当する位置）は、第９図及び第10
図に示すように、素子間分離用絶縁膜LOCによって電気
的に分離されている。つまり、受光部SAの光電変換素子
PD1或はPD2とオプチカルブラック部OBの光電変換素子PD
2或はPD1（光学的黒レベルを検出する素子）との間は、
垂直スイッチMOSQ_V形成領域、混合スイッチMOSQ_M形成領
域に相当する部分にも素子間分離用絶縁膜LOCが構成さ
れている。実際には、前記境界領域の光電変換素子PD間
は、素子間分離用絶縁膜LOCとチャネルストッパ領域CP
とによって電気的に分離されている。 このように、TSL方式の固体撮像装置CHIにおいて、受
光部SAとオプチカルブラック部OBとの境界領域の光電変
換素子PD間に素子間分離用絶縁膜LOCを構成することに
より、受光部SAからオプチカルブラック部OBに流れるテ
ーリング電流を低減することができるので、オプチカル
ブラック部OBで形成される基準値（光学的黒レベル）の
精度を高めることができる。 なお、第６図には図示していないが、第３層目配線形
成工程で形成される配線層のさらに上層には、８画素を
基本単位とするカラーフィルタFILが構成されている。 次に、前述のTSL方式の固体撮像装置CHIの具体的な製
造方法について、第11図乃至第17図（各製造工程毎に示
す受光部の要部断面図）を用いて簡単に説明する。 まず、単結晶珪素からなるn^-型半導体基板SUBに、p^-
型ウエル領域WELLを形成する。 次に、第11図に示すように、ウエル領域WELLの主面の
素子間となる領域に、素子間分離用絶縁膜LOC及びＰ型
チャネルストッパ領域CPを形成する。 次に、第12図に示すように、ウエル領域WELLの主面部
に、p⁺型の半導体領域P⁺、p⁺型の半導体領域PBの夫々を
形成する。前記半導体領域P⁺は、光電変換素子PDの飽和
光量を制御するために、光電変換素子PD1形成領域、光
電変換素子PD2形成領域の夫々に形成される。半導体領
域PBは、スミアを防止するポテンシャルバリア層を形成
するために水平スイッチMOSQ_Hの一方の半導体領域N⁺形
成領域と、スミアを防止するためにチャネル形成領域と
に形成される。半導体領域P⁺、半導体領域PBの夫々は、
不純物濃度が等しい場合は同一製造工程で形成すること
ができるが、本実施例では前者の方が不純物濃度を高く
形成しているので、２度のイオン打込み工程で形成す
る。 次に、ウエル領域WELLの主面の垂直スイッチMOSQ_V形
成領域、混合スイッチMOSQ_M形成領域の夫々に、同一製
造工程によってゲート絶縁膜GI1を形成する。 次に、第１層目ゲート電極材料を形成し、第13図に示
すように、垂直スイッチMOSQ_Vのゲート電極GV、混合ス
イッチMOSQ_Mのゲート電極GM及び垂直走査線VLを構成す
る。第１層目ゲート電極材料としては、前述のように、
CVDで形成した多結晶珪素膜を用いる。多結晶珪素膜の
膜厚は、4000［Å］程度でよい。多結晶珪素膜は、堆積
後、全面に抵抗値を低減するｎ型不純物（Ｐ）を導入
し、この後、表面層にエッチング速度を速める不純物
（例えばAs）が導入されるようになっている。このよう
に構成される多結晶珪素膜は、同図に示すように、エッ
チング工程で表面層の横方向のエッチングが積極的に行
われ、エッチング工程の終了後は台形状（テーパ状）に
形成される。つまり、ゲート電極GV、ゲート電極GM及び
垂直走査線VLの断面形状は台形状に形成され、上層配線
のステップカバレッジを向上できるように構成されてい
る。ゲート電極材料としての多結晶珪素膜は、不純物の
導入によって簡単に断面形状を変化させることができる
特徴がある。 次に、ゲート電極GV、ゲート電極GM、垂直走査線VLの
夫々の表面上に層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜は、
多結晶珪素膜の表面を酸化した酸化珪素膜を用いる。多
結晶珪素膜は、その表面を酸化し易く、また良質の酸化
珪素膜を形成し易い特徴がある。 次に、ウエル領域WELLの水平スイッチMOSQ_H形成領域
の主面が露出する程度に、全面にエッチングを施す。 次に、第14図に示すように、ウエル領域WELLの主面の
水平スイッチMOSQ_H形成領域に、ゲート絶縁膜GI2を形成
する。ゲート絶縁膜GI2は、ウエル領域WELLの主面を酸
化した酸化珪素膜で形成する。このゲート絶縁膜GI2の
形成によって（酸化工程によって）前記ゲート電極GV、
ゲート電極GM、垂直走査線VLの夫々の表面上に形成され
た層間絶縁膜の膜厚をさらに厚くすることができる。層
間絶縁膜の最終の膜厚は、700〜1000［Å］程度でよ
い。 次に、第15図に示すように、水平スイッチMOSQ_Hのゲ
ート電極GH、水平走査線HLの夫々を形成する。ゲート電
極GH、水平走査線HLの夫々は、前述のように、第２層目
ゲート電極材料例えば2500［Å］程度の多結晶珪素膜と
3000［Å］程度の高融点金属シリサイド膜との複合膜で
形成する。 次に、第16図に示すように、半導体領域N⁺を形成す
る。この半導体領域N⁺を形成することによって、光電変
換素子PD1、光電変換素子PD2、水平スイッチMOSQ_H、垂
直スイッチMOSQ_V、混合スイッチMOSQ_Mの夫々が形成され
る。半導体領域N⁺は、イオン打込みによって行う。 次に、第17図に示すように、層間絶縁膜IA、接続孔CT
を形成後、出力信号線HSを形成する。出力信号線HSは、
第１層目配線形成工程で形成される。 次に、層間絶縁膜IBを形成後、第２層目配線形成工程
によって配線を形成し、さらに層間絶縁膜ICを形成す
る。この後、前記第６図に示すように、第３層目配線形
成工程によって遮光膜LSを形成する。 次に、図示しないが、遮光膜LSの上層にカラーフィル
タFILを形成し、最終保護膜を形成する。 これら一連の製造工程を施すことにより、本実施例の
TSL方式の固体撮像装置CHIは完成する。 以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例
に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々変形し得ることは勿論である。 例えば、本発明は、TSL方式の固体撮像装置におい
て、カラーフィルタの基本単位を２つのホワイトフィル
タ、２つのシアンフィルタCy、２つのイエローフィル
タ、２つのグリーンフィルタの合計８つの色フィルタで
構成してもよい。 〔発明の効果〕 本願において開示される発明のうち、代表的なものに
よって得ることができる効果を簡単に説明すれば次のと
おりである。 TSL方式のカラー固体撮像装置において、外部システ
ムを簡単化することができ又モニターにおける画質を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例であるTSL方式のカラー固
体撮像装置の受光部を示す拡大平面図、 第２図は、前記固体撮像装置の概略構成図、 第３図は、前記固体撮像装置の等価回路図、 第４図は、前記固体撮像装置の受光部の光電変換素子の
光電変換信号を示すタイムチャート図、 第５図は、前記固体撮像装置の受光部の平面図、 第６図は、前記第１図のVI a−VI a切断線及びVI b−VI
b切断線で切った受光部の断面図、 第７図は、前記第１図に示す固体撮像装置の所定製造工
程における拡大平面図、 第８図は、前記第１図に示す固体撮像装置の所定製造工
程における拡大平面図、 第９図は、前記固体撮像装置の受光部とオプチカルブラ
ック部との境界領域の平面図 第10図は、前記第９図に示す固体撮像装置の所定製造工
程における拡大平面図、 第11図乃至第17図は、前記第１図に示す固体撮像装置の
受光部を各製造工程毎に示す要部断面図である。 図中、CHI……TSL方式の固体撮像装置、SA……受光部、
OB……オプチカルブラック部、VL……垂直走査線、HL…
…水平走査線、HS……出力信号線、SL……共通出力信号
線、PD……光電変換素子、Q_H……水平スイッチMOS、Q_V
……垂直スイッチMOS、Q_M……混合スイッチMOS、PL……
プリアンプ、OC……色演算回路、W,Cy,Ye,G……色フィ
ルタである。

フロントページの続き (72)発明者 宮沢 敏夫 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (56)参考文献 特開 昭62−76547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−57385（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．色フィルタに基づく光電変換素子の光電変換信号を
   共通出力信号線を通して装置外部に出力する水平読出方
   式の固体撮像装置において、同一色の第１色フィルタ又
   は異なる色の第１、第２色フィルタの夫々が配置された
   ２つの隣接する第１及び第２の光電変換素子と、該第１
   及び第２の光電変換素子の光電変換信号を混合させる第
   １のスイッチング素子と、上記混合した第１及び第２の
   光電変換素子の光電変換信号を第１共通出力信号線に出
   力する第２のスイッチング素子と、上記第１、第２色フ
   ィルタと異なる同一色の第３フィルタ又は異なる色の第
   ３、第４フィルタの夫々が配置された２つの隣接する第
   ３、第４の光電変換素子と、該第３及び第４の光電変換
   素子の光電変換信号を混合させる第３のスイッチング素
   子と、上記混合した第３及び第４の光電変換素子の光電
   変換信号を第２共通出力信号線に出力する第４のスイッ
   チング素子とを有し、上記第１の光電変換素子が上記第
   １、第２のスイッチング素子により上記第１共通出力信
   号線にのみ接続され、上記第３の光電変換素子が上記第
   ３、第４のスイッチング素子により上記第２共通出力信
   号線にのみ接続されることを特徴とする固体撮像装置。