JP4252685B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像装置およびその駆動方法に係り、特に、複数の光電変換素子列と複数の垂直転送ＣＣＤとを備えたインターライン転送型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像装置をエリア・イメージセンサとして利用したビデオカメラ、電子スチルカメラ等が急速に普及している。ＣＣＤ型の固体撮像装置は、その構造により何種類かに分類されるが、その一つに、インターライン転送型の固体撮像装置（以下、この固体撮像装置を「ＩＴ−ＣＣＤ」と略記する。）がある。
【０００３】
ＩＴ−ＣＣＤは、半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列された多数個の光電変換素子を有する。各光電変換素子列は複数個の光電変換素子によって構成され、各光電変換素子行も複数個の光電変換素子によって構成される。各光電変換素子は、通常、フォトダイオードによって構成される。
【０００４】
ｐｎフォトダイオードからなる多数個の光電変換素子は、例えば半導体基板の所望面側にｐ型ウェルを形成し、所望形状のｎ型領域を目的とする光電変換素子の数と同じ数だけ前記のｐ型ウェル中に形成することによって作製される。このとき、必要に応じて、各ｎ型領域上にｐ+ 型領域が形成される。信号電荷は、前記のｎ型領域のそれぞれに蓄積される。すなわち、前記のｎ型領域のそれぞれは、信号電荷蓄積領域として機能する。
【０００５】
以下、本明細書において「光電変換素子」の用語は、信号電荷蓄積領域のみを指す場合もある。また、本明細書でいう「光電変換素子に近接する」あるいは「光電変換素子に隣接する」とは、「光電変換素子を構成している信号電荷蓄積領域に近接する」こと、あるいは、「光電変換素子を構成している信号電荷蓄積領域に隣接する」ことを意味するものとする。
【０００６】
光電変換素子列の１列毎に、当該光電変換素子列に近接して、１本の電荷転送チャネルが形成される。したがって、ＩＴ−ＣＣＤは複数本の電荷転送チャネルを有する。１本の電荷転送チャネルは、当該電荷転送チャネルに近接している光電変換素子列における全ての光電変換素子に蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルとして利用される。
【０００７】
電荷転送チャネルの各々を平面視上横断する複数本の転送電極が、前記の半導体基板表面上に電気絶縁膜を介して形成される。各転送電極と各電荷転送チャネルとの平面視上の交差部それぞれは、１つの電荷転送段として機能する。すなわち、１本の電荷転送チャネルと前記の複数本の転送電極とによって、１本の垂直転送ＣＣＤが形成される。
【０００８】
本明細書においては、垂直転送ＣＣＤを構成する複数本の転送電極それぞれにおいて上記の電荷転送段を構成する領域を、「転送路形成部」という。
【０００９】
インターレース駆動型のＩＴ−ＣＣＤにおける個々の垂直転送ＣＣＤは、通常、１つの光電変換素子に対して２つの電荷転送段を有する。全画素読み出し型のＩＴ−ＣＣＤにおける個々の垂直転送ＣＣＤは、通常、１つの光電変換素子に対して３つまたは４つの電荷転送段を有する。そして、１つのＩＴ−ＣＣＤは、当該ＩＴ−ＣＣＤに形成されている前記複数列の光電変換素子列と同じ数の垂直転送ＣＣＤを有する。
【００１０】
前述した光電変換素子の各々が光電変換することにより、当該光電変換素子に信号電荷が蓄積される。各光電変換素子に蓄積された信号電荷は、それぞれ、対応する電荷転送チャネルへ所定の時期に読み出される。
【００１１】
光電変換素子から電荷転送チャネルへの信号電荷の読み出しを制御するために、光電変換素子の１個毎に当該光電変換素子に隣接して、読み出しゲート領域が前記の半導体基板表面に形成される。この読み出しゲート領域は、通常、信号電荷に対してポテンシャルバリアを形成するように、光電変換素子および電荷転送チャネルと逆導電型の領域で構成される。各読み出しゲート領域は、所定の電荷転送チャネルにおける所定の区域にも隣接する。
【００１２】
また、読み出しゲート領域それぞれの上に、読み出しゲート電極部が形成される。読み出しゲート電極部の各々は、通常、垂直転送ＣＣＤを構成する所定の転送電極における転送路形成部の一部の領域からなる。読み出しゲート電極に読み出しゲート領域のポテンシャルバリアを消滅させる高い電圧を印加することにより、光電変換素子に蓄積された信号電荷を電荷転送チャネルに読み出すことができる。
【００１３】
各電荷転送チャネルに読み出された信号電荷は、当該電荷転送チャネルを含んで構成される各垂直転送ＣＣＤによって、出力転送路へ転送される。この出力転送路は、通常、ＣＣＤによって形成される（以下、このＣＣＤを「水平転送ＣＣＤ」ということがある。）。
【００１４】
水平転送ＣＣＤからなる出力転送路は、１つの垂直転送ＣＣＤに対してＮ個の電荷転送段を有する。１つの電荷転送段は、通常、１つのポテンシャルバリア部と、１つのポテンシャルウェル部とを有し、前記の「Ｎ」は２である。１電荷転送段が均一なポテンシャルを有する場合、前記の「Ｎ」は３以上である。
【００１５】
出力転送路は、受け取った信号電荷を前記光電変換素子行の長手方向（以下、この方向を単に「行方向」という。）に順次転送して、出力部に送る。垂直転送ＣＣＤと同様に、出力転送路も前記の半導体基板上に形成される。
【００１６】
垂直転送ＣＣＤや水平転送ＣＣＤは、フォトダイオードと同様に光電変換能を有している。このため、当該垂直転送ＣＣＤや水平転送ＣＣＤによって無用の光電変換が行われないように、光電変換素子が分布する感光部から水平転送ＣＣＤに亘って光遮蔽膜が形成される。光遮蔽膜は、光電変換素子（フォトダイオード）それぞれの上に所定形状の開口部を有する。１個の光電変換素子に対して１個の開口部が形成される。この開口部は、通常、光電変換素子の信号電荷蓄積領域を平面視したときの縁より内側において開口する。
【００１７】
１つの光電変換素子と、当該光電変換素子に隣接して形成された１つの読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域を平面視上覆う読み出しゲート電極部と、前記１つの光電変換素子に対応する２〜４つの電荷転送段（垂直転送ＣＣＤにおける２〜４つの電荷転送段）とによって、１つの画素が構成される。そして、個々の光電変換素子の表面のうちで上記の開口部から平面視上露出している部分が、１つの画素における受光部として機能する。
【００１８】
したがって、ＩＴ−ＣＣＤにおいては、光遮蔽膜に形成されている開口部それぞれの平面視上の形状および当該開口部の平面視上の面積によって、個々の画素における受光部の形状および面積が実質的に決まる。
【００１９】
ところで、ＩＴ−ＣＣＤの普及の拡大に伴い、その性能、例えば解像度や感度の更なる向上が求められている。
【００２０】
ＩＴ−ＣＣＤの解像度は、当該ＩＴ−ＣＣＤにおける画素密度（集積度）に大きく依存する。画素密度（集積度）が高いほど、解像度を高めやすい。一方、ＩＴ−ＣＣＤの感度は、個々の画素における受光部の面積に大きく依存する。個々の画素における受光部の面積が広いほど、感度を高めやすい。
【００２１】
特許第２８２５７０２号公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤ（同公報では「固体撮像素子」と称されているが、本明細書では「ＩＴ−ＣＣＤ」と表記する。）は、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させることを可能にしたＩＴ−ＣＣＤとして知られている。
【００２２】
このＩＴ−ＣＣＤでは、多数個の光電変換素子が一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列されており、１つの光電変換素子列および１つの光電変換素子行は、それぞれ複数個の光電変換素子を含んでいる。偶数列を構成している前記複数個の光電変換素子の各々は、奇数列を構成している前記複数個の光電変換素子に対し、各光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、列方向にずれている。同様に、偶数行を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は、奇数行を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、各光電変換素子行内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、行方向にずれている。光電変換素子列の各々は、奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含んでいる。
【００２３】
各光電変換素子に蓄積された信号電荷を転送するために、複数本の垂直転送ＣＣＤが形成されており、各垂直転送ＣＣＤは、蛇行しつつ、所定方向に信号電荷を転送する。
【００２４】
各垂直転送ＣＣＤは複数本の転送電極を含んで構成され、これら複数本の転送電極はハニカム状に配設されている。そして、複数本の転送電極をハニカム状に配設することによって生じる六角形の隙間それぞれに、上記の光電変換素子の各々が平面視上位置している。
【００２５】
上記公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤでは、多数個の光電変換素子および複数本の転送電極（垂直転送ＣＣＤ用の複数本の転送電極）をこのように配設することにより、個々の画素における受光部の面積低下を抑制しつつ画素密度を向上させることを可能にしている。
【００２６】
なお、本明細書においては、上述した多数個の光電変換素子の配置を、以下、「画素ずらし配置」と称する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＴ−ＣＣＤにおいては、一般に個々の光電変換素子毎に、当該光電変換素子の上方に１個のマイクロレンズが形成されている。物体からの光は撮像レンズ光学系によって集光された後にマイクロレンズによってさらに集光されて、光電変換素子上に結像する。
【００２８】
このとき、光電変換素子列の列方向上部においてマイクロレンズに入射する光束の入射角と、列方向下部においてマイクロレンズに入射する光束の入射角とは、上記撮像レンズの光軸を挟んで上下逆になる。そのため、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置も、マイクロレンズの光軸を基準にして見ると、光電変換素子列の列方向上部と列方向下部とで上下逆になる。
【００２９】
図１７は、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置を説明するための断面図である。同図に示した光電変換素子１５１は、半導体基板１５２上に形成されており、マイクロレンズ１５３は焦点調節層１５４を介して光電変換素子１５１の上方に形成されている。この図１７においては、図中の左右方向が光電変換素子列の上下方向に相当する。
【００３０】
光電変換素子１５１が光電変換素子列の列方向上部にあった場合、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａを光電変換素子列の列中央部側から列方向上部へ向かって斜めに横切る光束１５５が当該マイクロレンズ１５３に入射する。この光束１５５は、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａよりも上（光電変換素子列の列方向上部側）にずれた点１５５ａにおいて結像する。
【００３１】
一方、光電変換素子１５１が光電変換素子列の列方向下部にあった場合、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａを光電変換素子列の列中央部側から列方向下部へ向かって斜めに横切る光束１５６が当該マイクロレンズ１５３に入射する。この光束１５６は、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａよりも下（光電変換素子列の列方向下部側）にずれた点１５６ｂにおいて結像する。
【００３２】
点１５５ａのマイクロレンズ１５３の光軸１５３ａからの変位量は、マイクロレンズ１５３の位置が光電変換素子列の列方向中央から離れるに従って大きくなる。点１５６ｂのマイクロレンズ１５３の光軸１５３ａからの変位量についても同様である。
【００３３】
このため、画素が正方格子状に配置されているＩＴ−ＣＣＤおよび画素ずらし配置が行われているＩＴ−ＣＣＤのいずれにおいても、下記(A) 〜(C) の場合には、相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じることがある。
(A) 個々の画素における受光部の形状が異なる場合。
(B) 個々の画素における受光部の形状は同じであるものの、その大きさが異なる場合。
(C) 個々の画素における受光部の形状および大きさは同じであるものの、その向きが異なる場合。
【００３４】
相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じると、例えばカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、当該ＩＴ−ＣＣＤからの出力信号の色バランスが崩れて再生画像に色シェーディングが生じる。また、白黒撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、素地むらが生じて再生画像の画質が低下する。
【００３５】
例えば前述した特許第２８２５７０２号公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤでは、複数本の転送電極をハニカム状に配設することによって生じた六角形の隙間の平面視上の向きが、奇数行の隙間と偶数行の隙間とで互いに１８０°ずれている。ここで、「奇数行の隙間」および「偶数行の隙間」とは、光電変換素子列の長手方向を列方向とし、光電変換素子行の長手方向を行方向として前記の隙間の配置を行列に見なしたときの「奇数行の隙間」および「偶数行の隙間」を意味する。
【００３６】
このため、当該ＩＴ−ＣＣＤにおいては、個々の画素における受光部の形状および大きさを、上記六角形の隙間をそのまま縮小した相似形にすると、相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じやすくなる。また、個々の画素における受光部の形状、大きさおよび向きを奇数行の画素と偶数行の画素との間で同じにしようとすると、当該受光部の面積が上記六角形の隙間より更に狭くなる。すなわち、受光部として使用できない領域が増加する。その結果として、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させることが困難になる。
【００３７】
ところで、個々の光電変換素子から対応する電荷転送チャネルへの信号電荷の読み出しは、前述したように、半導体基板に形成された読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域上に形成された読み出しゲート電極部とを用いて制御される。そして、読み出しゲート電極部の各々は、通常、垂直転送ＣＣＤを構成する所定の転送電極における転送路形成部の一部の領域からなる。
【００３８】
従来より、垂直転送ＣＣＤの電荷転送チャネルのチャネル幅は、読み出しゲート領域が隣接して形成されている部分も読み出しゲート領域が隣接して形成されていない部分も、実質的に同じ値にされている。
【００３９】
このため、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部については、読み出しゲート電極部を含まない転送路形成部に比べて、その幅を広くしなければならない。あるいは、全ての転送路形成部の幅が、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部の幅と同じ値にされる。
【００４０】
転送路形成部の幅を広くすることにより、例えば上記公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤにおいては、垂直転送ＣＣＤ用の転送電極をハニカム状に配設したときに生じる六角形の隙間の平面視上の面積が低下する。光電変換素子は、平面視上、前記六角形の隙間に形成されるので、当該六角形の隙間の平面視上の面積が低下するのに伴って、光電変換素子の面積も低下する。
【００４１】
勿論、個々の画素における受光部の形状は、前述したように、光遮蔽膜に形成される開口部の平面視上の形状によって決まる。しかしながら、前記の開口部は、通常、光電変換素子を平面視したときの縁より内側に形成される。このため画素における受光部の面積は、通常、当該画素を構成している光電変換素子の面積より狭くなる。
【００４２】
したがって、光電変換素子の面積が低下すれば、これに伴って画素の受光部の面積も通常は低下する。
【００４３】
本発明の目的は、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができ、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすいＩＴ−ＣＣＤおよびその駆動方法を提供することにある。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列された多数個の光電変換素子であって、１つの光電変換素子列および１つの光電変換素子行がそれぞれ複数個の光電変換素子によって構成され、奇数列を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数列を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、列方向にずれており、奇数行を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数行を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子行内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、行方向にずれており、前記光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含む多数個の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子列の１列毎に該光電変換素子列に近接して前記半導体基板表面に形成され、複数の区間が区間同士の境界部で向きを変えながら全体として前記光電変換素子列の長手方向に連なった蛇行形状を呈する複数本の電荷転送チャネルと、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれを平面視上横断するようにして前記半導体基板表面上に形成された複数本の転送電極であって、各々が前記複数本の電荷転送チャネルの数と同じ数の複数個の転送路形成部を有し、該複数個の転送路形成部それぞれが前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれの上において前記区間の１つを平面視上覆って該区間と共に１つの電荷転送段を構成し、相隣る２本の転送電極の一方の転送電極に対する平面視上の向きが奇数行の光電変換素子と偶数行の光電変換素子とで逆であり、しかも、当該相隣る２本の転送電極が平面視上離合を繰り返しながら、かつ、前記複数の光電変換素子列の１列おきに該光電変換素子列を構成している前記奇数行または偶数行の光電変換素子の１つを平面視上取り囲んで１つの光電変換素子領域を画定しながら、全体として前記光電変換素子行の長手方向に延びている複数本の転送電極と、前記多数個の光電変換素子の１個毎に該光電変換素子に隣接して、かつ、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおける前記複数の区間の１つおきに該区間に隣接して、前記半導体基板表面に形成された複数個の読み出しゲート領域とを具備し、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおいて前記読み出しゲート領域が隣接している各箇所でのチャネル幅が、他の箇所でのチャネル幅より狭い固体撮像装置が提供される。
【００４５】
また、本発明の他の観点によれば、上記の固体撮像装置の駆動方法であって、１つの垂直ブランキング期間において、所定の光電変換素子行を構成する光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を該光電変換素子に隣接する前記読み出しゲート領域を介して該読み出しゲート領域に隣接する電荷転送チャネルに読み出す信号電荷読み出し工程と、前記１つの垂直ブランキング期間から次の垂直ブランキング期間までの間に、前記電荷転送チャネルに読み出された前記信号電荷の各々を画像信号に変換して出力する画像信号出力工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００４６】
上述した固体撮像装置では、電荷転送チャネルにおいて読み出しゲート領域が隣接している箇所でのチャネル幅が他の箇所でのチャネル幅より狭くなっている。このため、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部を形成するにあたって、当該転送路形成部の幅を他の転送路形成部の幅より別段広くしなくても、所望の読み出しゲート領域を半導体基板に形成することができる。
【００４７】
その結果として、光電変換素子の表面のうちで画素の受光部として使用できない領域が前記読み出しゲート領域の形成に伴って増加することを容易に抑制できる。同時に、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部の形状、大きさおよび向きを同じにすることも容易になる。
【００４８】
したがって、上記の固体撮像装置は、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止しやすく、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい固体撮像装置である。
【００４９】
なお、上記の固体撮像装置においては、個々の電荷転送チャネルが有している複数の区間の１つおきに、当該区間に隣接して読み出しゲート領域が形成されている。すなわち、個々の電荷転送チャネルにおいてチャネル幅が狭くなっている領域は、１電荷転送段おきに形成されている。このため、電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段は、１電荷転送段分の信号電荷を短時間蓄積し、かつ、当該信号電荷を次の電荷転送段に転送できればよい。
【００５０】
電荷転送チャネルと読み出しゲート領域とが上記のように形成されていれば、読み出しゲート領域が隣接していない部分でのチャネル幅を従来と同じに保ったままでも、従来と同程度の転送効率を得ることが可能である。
【００５１】
例えば、電荷転送チャネルのチャネル幅を狭くすることによって狭チャネル効果が発現し、転送効率が低下することがある。しかしながら、狭チャネル効果の発現による転送効率の低下は、いわゆるフリンジ電界を発生させることによって、抑制することができる。
【００５２】
上記のフリンジ電界は、例えば、転送電極における転送路形成部と読み出しゲート領域との関係を下記(1) 〜(3) を満たす関係とすることにより、発生させることができる。
(1) 転送電極における転送路形成部の平面視上の大きさを、読み出しゲート領域を覆い得る大きさとする。
(2) 電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっていない電荷転送段を構成する転送路形成部における下流側（出力転送路側を意味する。以下同じ。）の縁部が、当該電荷転送段の直ぐ下流側に形成されている読み出しゲート領域における上流側（平面視上、出力転送路とは反対の側を意味する。以下同じ。）の縁部と平面視上接する。
(3) 電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっていない電荷転送段を構成する転送路形成部における上流側の縁部が、当該電荷転送段の直ぐ上流側に形成されている読み出しゲート領域における下流側の縁部と平面視上接する。
【００５３】
ただし、読み出しゲート領域が隣接している部分でのチャネル幅をあまりに狭くすると、たとえ上記(1) 〜(3) の関係を満たしたとしても、当該電荷転送段に１電荷転送段分の信号電荷を蓄積させることが困難になる。読み出しゲート領域が隣接している部分のチャネル幅は、読み出しゲート領域が隣接していない部分でのチャネル幅の概ね５０〜９５％とすることが好ましく、概ね６０〜８０％とすることが特に好ましい。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００を概略的に示す平面図である。ただし、同図は、多数個の画素が画素ずらし配置されているインターレース駆動型のＩＴ−ＣＣＤの略図である。
【００５５】
図示の構成においては、簡略化された計３２個の光電変換素子２２が８行×８列に亘って画素ずらし配置されている。奇数番目の光電変換素子列２０は奇数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０は偶数行の光電変換素子２２のみを含む。
【００５６】
実際のＩＴ−ＣＣＤでは、画素数が数１０万〜数１００万に達する。このような構成においても、奇数番目の光電変換素子列２０が奇数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０が偶数行の光電変換素子２２のみを含むようにして画素ずらし配置される。また、図中の左端から数えて第１番目の光電変換素子列２０を省略すると、奇数番目の光電変換素子列２０が偶数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０が奇数行の光電変換素子２２のみを含むようになる。
【００５７】
図示のＩＴ−ＣＣＤ１００は、半導体基板１の表面に設定された感光部１０と、当該感光部１０の外側に形成された調整部６０と、当該調整部６０の外側に形成された出力転送路７０と、当該出力転送路７０の一端に接続された出力部８０とを具備している。
【００５８】
８つの光電変換素子列２０と、８つの光電変換素子行２１と、８本の垂直転送ＣＣＤ３０と、３２個の読み出しゲート領域４０とが、感光部１０における半導体基板１の表面に形成されている。
【００５９】
個々の光電変換素子列２０は、ｐ型ウェル内のｎ型領域で構成された４つの光電変換素子２２によって構成され、個々の光電変換素子行２１も、４つの光電変換素子２２によって構成されている。
【００６０】
個々の垂直転送ＣＣＤ３０は、半導体基板１の表面に形成されたｐ型ウェル内のｎ型領域で構成された１本の電荷転送チャネル（図１においては図示せず。）と、当該電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に電気絶縁膜（図１においては図示せず。）を介して形成された５本の転送電極３２と、前記の電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に電気絶縁膜（図１においては図示せず。）を介して形成された４本の転送電極３３とを含んで構成されている。転送電極３２は、例えば第１ポリシリコン層によって構成される。転送電極３３は、例えば第２ポリシリコン層によって構成される。これらの転送電極３２、３３は、交互に形成されている。
【００６１】
読み出しゲート領域４０のそれぞれは、所定の光電変換素子２２と、対応する垂直転送ＣＣＤ３０を構成している上記の電荷転送チャネルにおける所定の区間との両方に隣接している。なお、図１においては、読み出しゲート領域４０を判りやすくするために、当該読み出しゲート領域４０にハッチングを付してある。
【００６２】
調整部６０は、各垂直転送ＣＣＤ３０を構成している上記の電荷転送チャネルそれぞれの一端に接続して形成された計１２個の電荷転送段からなる。個々の電荷転送段は、前記の電荷転送チャネルに続く調整部用電荷転送チャネル（図示せず。）と、当該調整部用電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に形成された３本の転送電極６１、６２、６３のいずれかとを含んで構成されている。各調整部用電荷転送チャネルと転送電極６１、６２、６３との平面視上の交差部それぞれに、１つの電荷転送段が形成される。
【００６３】
転送電極６１は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６１Ｔを有しており、これらの転送路形成部６１Ｔは接続部６１Ｃを介して互いに繋がっている。転送電極６２は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６２Ｔを有しており、これらの転送路形成部６２Ｔは接続部６２Ｃを介して互いに繋がっている。転送電極６３は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６３Ｔを有しており、これらの転送路形成部６３Ｔは接続部６３Ｃを介して互いに繋がっている。後述するように、感光部１０に形成されている転送電極３２、３３も同様である。
【００６４】
調整部用電荷転送チャネルの各々は、当該調整部用電荷転送チャネルと平面視上交差している転送路形成部６１Ｔ、６２Ｔ、６３Ｔそれぞれを平面視上縦断する方向に延びている。
【００６５】
なお、図１においては、調整部６０に最も近い転送電極３２、転送電極６１、転送電極６２および転送電極６３を区別しやすくするために、これらを離隔して描いてある。しかしながら、実際には、調整部６０に最も近い転送電極３２と転送電極６１とは、少なくとも転送路形成部３２Ｔにおける下流側（出力転送路７０側）の縁部と転送路形成部６２Ｔにおける上流側（感光部１０側）の縁部とで平面視上互いに重なる。転送電極６１と転送電極６２、および、転送電極６２と転送電極６３においても同様である。これらの転送電極は、電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。
【００６６】
調整部６０は、各垂直転送ＣＣＤ３０によって転送されてきた信号電荷の転送方向を変化させると共に、電荷転送路の横方向（行方向）ピッチを一定値に調整する。
【００６７】
出力転送路７０は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々から調整部６０を介して送られてきた信号電荷を受け取り、当該信号電荷を行方向に順次転送して、出力部８０に送る。
【００６８】
出力部８０は、出力転送路７０から送られてきた信号電荷をフローティング容量（図示せず。）によって信号電圧に変換し、当該信号電圧をソースホロワ回路（図示せず。）等を利用して増幅する。検出（変換）された後の電荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電源（図示せず。）に吸収される。
【００６９】
各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、４つのパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄが感光部１０の外側に配設されている。
【００７０】
個々のパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄは、感光部１０の上端側（出力転送路７０から最も遠い側）から調整部６０の下端側（出力転送路７０側）にかけて形成されている転送電極３２、３３、６１、６２、６３に３つおきに電気的に接続され、４相駆動パルスを供給する。
【００７１】
また、出力転送路７０に所定の駆動パルスを供給するための２つのパルス供給用端子８８ａ、８８ｂが、感光部１０の外側に配設されている。
【００７２】
なお、図１中の符号５１は、後述する光遮蔽膜５０に形成される開口部を示している。
【００７３】
以下、ｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる半導体基板１を用いた場合を例にとり、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４、図５、図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて感光部１０の構造について説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【００７４】
図２は、図１に示した感光部１０の一部を拡大して示す平面図である。また、図３（ａ）は、図２に示した電荷転送チャネル３１ａを概略的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、図２に示した電荷転送チャネル３１ｂを概略的に示す平面図である。図４は転送電極３２の１本を概略的に示す平面図であり、図５は転送電極３３の１本を概略的に示す平面図である。図６（ａ）は図２に示したＡ−Ａ線断面の概略図であり、図６（ｂ）は図２に示したＢ−Ｂ線断面の概略図である。
【００７５】
図２に示したように、感光部１０に形成されている光電変換素子列２０の各々においては、所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）が所定方向ＤV （図２中に矢印で示す。）に一定のピッチＰ1 で形成されている。また、光電変換素子行２１の各々においては、所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）が所定方向ＤH （図２中に矢印で示す。）に一定のピッチＰ2 で形成されている。
【００７６】
偶数番目の光電変換素子列２０を構成する光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）の各々は、奇数番目の光電変換素子列２０を構成する所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）に対し、前記ピッチＰ1 の約１／２、列方向（方向ＤV ）にずれている（図２参照）。同様に、偶数番目の光電変換素子行２１を構成する光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）の各々は、奇数番目の光電変換素子行２１を構成する所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）に対し、前記ピッチＰ2 の約１／２、行方向（方向ＤH ）にずれている（図２参照）。
【００７７】
ここで、本明細書でいう「ピッチＰ1 の約１／２」とは、Ｐ1／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起きる画素位置の丸め誤差等の要因によってＰ1 ／２からはずれてはいるものの、得られるＩＴ−ＣＣＤの性能およびその画像の画質からみて実質的にＰ1 ／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「ピッチＰ2 の約１／２」についても同様である。
【００７８】
光電変換素子２２それぞれの平面視上の形状は実質的に六角形であり、個々の光電変換素子２２の平面視上の大きさは、実質的に同一である。
【００７９】
２種類の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂが、方向ＤH に交互に４本ずつ形成されている（図２参照）。電荷転送チャネル３１ａと３１ｂとは、平面視上の形状が互いにほぼ線対称になっている。右端（図１中での右端）の光電変換素子列２０を除き、１つの光電変換素子列２０が、相隣る２本の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂの間に形成されている。
【００８０】
図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したように、個々の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂは、複数の区間が区間同士の境界部で向きを変えながら全体として方向ＤV に連なった蛇行形状を呈する。電荷転送チャネル３１ａと電荷転送チャネル３１ｂとは、同じ数の区間を有している。電荷転送チャネル３１ａおよび３１ｂのいずれにおいても、チャネル幅が狭くなっている領域が１区間おきに形成されている。チャネル幅が狭くなっている領域は、電荷転送チャネル３１ａおよび３１ｂのいずれにおいても、感光部１０の上端側（出力転送路７０から最も遠い側）から数えて同じ順位の区間内に形成されている。チャネル幅が狭くなっている領域の各々には、読み出しゲート領域４０が隣接配置されている。読み出しゲート領域４０の各々は、所定の光電変換素子２２とも隣接している。
【００８１】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）中の符号Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、……Ｒ6 は、それぞれ、電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂにおける１つの区間を指している。
【００８２】
２種類の転送電極３２、３３は、それぞれ、各電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂを平面視上横断するようにして、形成されている（図２参照）。個々の転送電極３２、３３は、電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂの総数と同じ数の転送路形成部３２Ｔ、３３Ｔを有している。
【００８３】
転送電極３２においては、各転送路形成部３２Ｔが接続部３２Ｃを介して前記の方向ＤH に繋がっている（図４参照）。１つの接続部３２Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３２Ｔ、３２Ｔは、互いに面対称になっている。転送路形成部３２Ｔの各々は、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂにおいてチャネル幅が狭くなっていない区間の１つを平面視上覆って、当該区間と共に１つの電荷転送段を構成する。
【００８４】
転送電極３３においては、各転送路形成部３３Ｔが接続部３３Ｃを介して前記の方向ＤH に繋がっている（図５参照）。１つの接続部３３Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３３Ｔ、３３Ｔは、互いに面対称になっている。転送路形成部３３Ｔの各々は、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂにおいてチャネル幅が狭くなっている区間の１つを平面視上覆って、当該区間と共に１つの電荷転送段を構成する。
【００８５】
また、転送路形成部３３Ｔの各々は、それぞれ別個に、１つの読み出しゲート領域４０をも平面視上覆う。当該転送路形成部３３Ｔにおいて読み出しゲート領域４０を平面視上覆う部分は、光電変換素子２２から信号電荷を読み出すための読み出しゲート電極部３３Ｇとして機能する（図５参照）。
【００８６】
転送路形成部３２Ｔを含んで構成される電荷転送段と転送路形成部３３Ｔを含んで構成される電荷転送段とは交互に連なって、１本の垂直転送ＣＣＤ３０を形成する（図２参照）。各垂直転送ＣＣＤ３０における電荷転送段の各々は、電荷転送段同士の境界部で向きを変えつつ連なって、全体としては前記の方向ＤV に延びている（図２参照）。
【００８７】
相隣る２本の転送電極３２、３３は、ある１つの光電変換素子列２０を横切るときには、接続部３２Ｃ、３３Ｃにおいて重なる。また、前記の光電変換素子列２０の隣の光電変換素子列２０を横切るときには互いに離隔して、当該光電変換素子列２０を構成している光電変換素子２２の１つを平面視上取り囲む。相隣る２本の転送電極３２、３３は、上記の離合を繰り返しながら、全体として前記の方向ＤH に延びている（図２参照）。
【００８８】
図１の構成において、相隣る２本の転送電極が、感光部１０の上端側からみて転送電極３２と転送電極３３とであった場合、当該相隣る２本の転送電極３２、３３は、奇数行の光電変換素子２２の各々を平面視上取り囲む。一方、相隣る２本の転送電極が、感光部１０の上端側からみて転送電極３３と転送電極３２とであった場合、当該相隣る２本の転送電極３３、３２は、偶数行の光電変換素子２２の各々を平面視上取り囲む。
【００８９】
これら相隣る２本の転送電極３２、３３同士は、互いに離隔している箇所それぞれにおいて、光電変換素子２２の１つを平面視上取り囲んで、ここに六角形もしくは実質的に六角形の光電変換素子領域を１つ画定している。これらの光電変換素子領域の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。すなわち、各転送電極３２、３３は、ハニカム状に形成されている（図２参照）。
【００９０】
上記光電変換素子領域の各々は、１つの接続部３２Ｃと当該接続部３２Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３２Ｔ、３２Ｔ、ならびに、１つの接続部３３Ｃと当該接続部３３Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３３Ｔ、３３Ｔによって、平面視上、画定される。
【００９１】
なお、図１においては、転送電極３２と転送電極３３とを区別しやすくするために、当該転送電極３２、３３を互いに離隔して描いている。しかしながら、これらの転送電極３２、３３は、図２に示したように、接続部３２Ｃ、３３Ｃ、および転送路形成部３２Ｔ、３３Ｔにおいて重なっている。
【００９２】
また、感光部１０における左端（図１中での左端）の光電変換素子列２０の左側に垂直転送ＣＣＤ３０を設けない場合、当該左端の光電変換素子列２０を構成している各光電変換素子２２については、相隣る２本の転送電極３２、３３同士によって平面視上取り囲まれていなくてもよい。すなわち、左端の光電変換素子列２０を構成している各光電変換素子２２を平面視上取り囲むうえで必要となる左端の転送路形成部３２Ｔおよび３３Ｔをそれぞれ省略することができる。さらには、左端の接続部３２Ｃおよび３３Ｃをも省略することができる。感光部１０における右端の光電変換素子列２０の右側に垂直転送ＣＣＤ３０を設けない場合についても、同様である（図１参照）。
【００９３】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、上述した光電変換素子２２は、例えば半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２中の所定領域と、当該所定領域の上に設けられたｎ型領域３と、ｎ型領域３上に設けられた埋込み用ｐ+ 型層４とによって構成された埋込型のフォトダイオードからなる。ｎ型領域３は、信号電荷蓄積領域として機能する。電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５が、ｐ+ 型層４上に形成されている。前記の方向ＤV に沿って相隣る２つの光電変換素子２２、２２は、例えばｐ+ 型層からなるチャネルストップ領域２５（図６（ａ）参照）によって分離されている。
【００９４】
電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂは、例えば、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所にｎ型領域を形成することによって得られる。電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂと光電変換素子２２とは、読み出しゲート領域４０が形成される部分を除いて、例えばｐ+ 型層からなるチャネルストップ領域３５（図６（ｂ）参照）によって分離されている。
【００９５】
転送電極３２は、例えば、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して半導体基板１上に形成されたポリシリコン層からなる。各転送電極３２は、シリコン酸化膜等からなる電気絶縁層によって覆われている。
【００９６】
転送電極３３も、例えばポリシリコン層からなる。各転送電極３３は、後述するように、電気絶縁層によって覆われている。図６（ａ）および図６（ｂ）においては、図面を見やすくするために、転送電極３２、３３を覆っている電気絶縁層を１つの電気絶縁層３４で表している。
【００９７】
個々の読み出しゲート領域４０（図６（ｂ）参照）は、例えば、半導体基板１の一表面側に形成されているｐ型ウェル２の所定箇所からなる。読み出しゲート電極部３３Ｇは、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して、読み出しゲート領域４０の上に形成されている。
【００９８】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）中の符号５０は、後述する光遮蔽膜を示している。また、図１、図２、図６（ａ）および図６（ｂ）中の符号５１は、光遮蔽膜５０に形成される開口部を示している。
【００９９】
上述した感光部１０を有するＩＴ−ＣＣＤ１００においては、(a) １つの光電変換素子２２、(b) この光電変換素子２２に近接して図２中での左側に形成されている垂直転送ＣＣＤ３０における２つの電荷転送段、すなわち、転送路形成部３２Ｔを含んで構成される電荷転送段と転送路形成部３３Ｔを含んで構成される電荷転送段、および、(c) 転送路形成部３３Ｔを含んで構成される前記の電荷転送段と光電変換素子２２との間に形成されている読み出しゲート領域４０、によって、１つの画素が構成される。
【０１００】
前述したように、ＩＴ−ＣＣＤにおいては、各垂直転送ＣＣＤ３０によって無用の光電変換が行われるのを防止するために、感光部１０から出力転送路７０に亘る領域を平面視上覆う光遮蔽膜が形成される。
【０１０１】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光遮蔽膜５０は、感光部１０上においては、光電変換素子２２それぞれの上に所定形状の開口部５１を有する。１個の光電変換素子２２に対して１個の開口部５１が形成される。各開口部５１は、平面視上、光電変換素子２２における信号電荷蓄積領域（ｎ型領域３）の平面視上の縁より内側において開口している。１つの光電変換素子２２のうちで上記の開口部５１から平面視上露出している部分が、個々の画素における受光部（以下、この受光部を「受光部５１」ということがある。）として機能する。
【０１０２】
上記の光遮蔽膜５０は、例えばアルミニウム、クロム、タングステン、チタンまたはモリブデンからなる金属薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記の合金とを組み合わせた多層金属薄膜等によって形成される。
【０１０３】
開口部（受光部）５１のそれぞれは、平面視上、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な六角形を呈する。そして、これらの開口部（受光部）５１の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１０４】
開口部（受光部）５１から光電変換素子２２に入射した光は、当該光電変換素子２２によって光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は、光電変換素子２２の信号電荷蓄積領域であるｎ型領域３から当該光電変換素子２２に隣接する読み出しゲート領域４０を介して垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される。このとき、所定のフィールドシフトパルスが転送電極３３（読み出しゲート電極部３３Ｇ）に印加される。
【０１０５】
垂直転送ＣＣＤ３０に読み出された信号電荷は、当該垂直転送ＣＣＤ３０内の電荷転送段を順々に転送されて、やがて、調整部６０を介して出力転送路７０に達する（図１参照）。
【０１０６】
図７は、出力転送路７０の一例を概略的に示す断面図である。同図に示した出力転送路７０は、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる。図７に示した構成部分のうち、図６に示した構成部分と同じものについては、図６で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
図７に示した出力転送路（水平転送ＣＣＤ）７０は、半導体基板１に形成された１本の電荷転送チャネル７１と、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して半導体基板１上に形成された複数本の転送電極７２、７３と、これらの転送電極７２、７３上に形成された電気絶縁膜７４と、この電気絶縁膜７４上に形成された光遮蔽膜５０とを有している。
【０１０８】
電荷転送チャネル７１は、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所にｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域７１ａとｎ型不純物を低濃度に含むｎ型領域７１ｂとを交互に所定数形成することによって作製されている。この電荷転送チャネル７１は、前記の方向ＤH に延びている。
【０１０９】
転送電極７２の各々は、ポリシリコン層からなる。これらの転送電極７２の表面には、シリコン酸化膜７５が設けられている。各転送電極７２は、ｎ+ 型領域７１ａそれぞれの上に形成されている。また、転送電極７３の各々も、ポリシリコン層からなる。これらの転送電極７３は、ｎ型領域７１ｂそれぞれの上に形成されている。
【０１１０】
各転送電極７２、７３は、電荷転送チャネル７１を横断するようにして形成されている。転送電極７３それぞれにおける転送電極７２側の縁部は、転送電極７２上に覆い被さっている。すなわち、転送電極７２、７３は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造となっている。
【０１１１】
ｎ+ 型領域７１ａの１つと、当該ｎ+ 型領域７１ａ上に電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して形成されている１本の転送電極７２とによって、１つのポテンシャルウェル領域が構成される。同様に、ｎ型領域７１ｂの１つと、当該ｎ型領域７１ｂ上に電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して形成されている１本の転送電極７３とによって、１つのポテンシャルバリア領域が構成される。
【０１１２】
１つのポテンシャルバリア領域を構成する転送電極７３と、前記のポテンシャルバリアの直ぐ下流側（出力部８０側を意味する。）に形成されている１つのポテンシャルウェル領域を構成する転送電極７２との両方に所定レベルの電圧を同時に印加することによって、１つの電荷転送段が構成される。
【０１１３】
出力転送路７０においては、１本の垂直転送ＣＣＤ３０に対して２つの電荷転送段が備えられている。したがって、出力転送路７０では、当該出力転送路７０における１つの電荷転送段おきに、１本の垂直転送ＣＣＤ３０が調整部６０を介して接続されている。
【０１１４】
垂直転送ＣＣＤ３０から調整部６０を介して転送されてきた信号電荷は、出力転送路７０における上記のポテンシャルウェル領域において、当該出力転送路７０に受け取られる。
【０１１５】
電気絶縁膜７４は、転送電極７２、７３を保護し、光遮蔽膜５０を電気的に絶縁する。当該電気絶縁膜７４は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との２層膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との３層膜等によって形成される。
【０１１６】
光遮蔽膜５０は、出力転送路７０等において無用の光電変換が行われないよう、当該出力転送路７０等への光の入射を防止する。
【０１１７】
出力転送路７０内を順次転送されてきた信号電荷は、やがて出力部８０（図１参照）に転送され、当該出力部８０において信号電圧に変換されると共に増幅される。増幅された信号電圧は、所定の回路に出力される。
【０１１８】
以上説明したＩＴ−ＣＣＤ１００においては、読み出しゲート領域４０に隣接している箇所での電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャンネル幅が他の箇所でのチャンネル幅より狭くなっている（図３参照）。このため、当該ＩＴ−ＣＣＤ１００は、下記の利点を有する。
【０１１９】
すなわち、転送電極３３における転送路形成部３３Ｔの幅を転送電極３２における転送路形成部３２Ｔの幅より広げなくても、当該転送路形成部３３Ｔに垂直転送ＣＣＤ３０用の転送路形成部としての領域と、読み出しゲート電極部３３Ｇとしての領域を確保することができる。その結果として、相隣る２本の転送電極３２、３３同士によって各光電変換素子列２０の１列おきに画定される前述の光電変換素子領域の大きさを、容易に大きくすることができる。これに伴って、相隣る２つの画素行同士の間で画素の開口部（受光部）５１の形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該開口部（受光部）５１の面積をより広くすることが容易になる。
【０１２０】
したがって、ＩＴ−ＣＣＤ１００においては、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の開口部（受光部）５１の面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１２１】
前述したように、垂直転送ＣＣＤ３０の各々においては、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段と前記チャネル幅が狭くなっていない電荷転送段とが、交互に形成されている。すなわち、１本の電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂに沿って相隣る２つの読み出しゲート領域４０、４０同士の間には、チャネル幅が狭くなっていない電荷転送段が１つ介在している。
【０１２２】
このため、読み出しゲート領域４０が隣接している部分でのチャネル幅を図３に示したように狭くしたことによって生じる不利益は、小さく抑えられる。電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段は、１電荷転送段分の信号電荷を短時間蓄積し、かつ、当該信号電荷を次の電荷転送段に転送できればよい。この電荷転送段におけるチャネル幅は、読み出しゲート領域４０が隣接していない部分でのチャネル幅の概ね５０〜９５％とすることが好ましく、概ね６０〜８０％とすることが特に好ましい。
【０１２３】
図１に示したＩＴ−ＣＣＤ１００を駆動させるためには、各転送電極３２、各転送電極３３、および転送電極６１、６２、６３、ならびに出力転送路７０に所定の駆動パルスを供給するための駆動パルス供給手段が用いられる。
【０１２４】
以下、ＩＴ−ＣＣＤ１００の駆動方法の一例を説明する。以下の例は、１フレームを第１フィールドと第２フィールドの計２つのフィールドに分けてインターレース駆動する際の一例である。
【０１２５】
図８に示すように、ＩＴ−ＣＣＤ１００を駆動させる際の駆動パルス供給手段１０５は、例えば、同期信号発生器１０１、タイミング発生器１０２、垂直駆動回路１０３および水平駆動回路１０４を含んで構成される。
【０１２６】
同期信号発生器１０１は、垂直同期パルス、水平同期パルス等、信号処理に必要な各種のパルスを作る。タイミング発生器１０２は、垂直転送ＣＣＤ３０の駆動に必要な４相の垂直パルス信号、光電変換素子２２からの信号電荷の読み出しに必要なフィールドシフトパルス、出力転送路７０の駆動に必要な２相の水平パルス信号等のためのタイミング信号を作る。
【０１２７】
垂直駆動回路１０３は、上記のタイミング信号に基づいて垂直パルス信号を発生し、パルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄを介して、所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に印加する。水平駆動回路１０４は、上記のタイミング信号に基づいて水平パルス信号を発生し、パルス供給用端子８８ａ、８８ｂを介して出力転送路７０に印加する。
【０１２８】
以下、パルス供給用端子８５ａに印加される垂直パルス信号をＶa 、パルス供給用端子８５ｂに印加される垂直パルス信号をＶb 、パルス供給用端子８５ｃに印加される垂直パルス信号をＶc 、パルス供給用端子８５ｄに印加される垂直パルス信号をＶd と表記する。また、パルス供給用端子８８ａに加えられる水平パルス信号をＨa と表記し、パルス供給用端子８８ｂに加えられる水平パルス信号をＨb と表記する。Ｈa の位相とＨb の位相とは、互いにπずれている。
【０１２９】
ブランキングパルスによって規定される第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂに印加されると共に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ｃ、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶL 、ＶH が印加されているときに、さらに高レベルのフィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ｃに印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第１、２、５、６画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１３０】
ここで、「画素行」とは、前述した行方向に沿って直列に並んでいる画素群を意味し、出力転送路７０に近い順に、第１画素行、第２画素行、……第ｎ画素行（ｎは正の整数）と呼ぶものとする（他の実施例においても同じ。）。１つの画素行は、１つの光電変換素子行２１（図１参照）を含んでいる。ＩＴ−ＣＣＤ１００には計８つの画素行、第１画素行〜第８画素行がある。
【０１３１】
フィールドシフトパルスＶR が印加された後には、所定波形の垂直パルス信号Ｖa 、Ｖb 、Ｖc 、Ｖd がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄの各々に加えられる。これにより、垂直転送ＣＣＤ３０に読み出された信号電荷は、出力転送路７０へ向けて順次転送される。
【０１３２】
第１、２画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、上記の垂直ブランキング期間に続く第１の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第１の水平ブランキング期間に続く第１の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第２画素行の画像信号出力と第１画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３３】
第５、６画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第１の有効信号期間に続く第２の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第２の水平ブランキング期間に続く第２の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第６画素行の画像信号出力と第５画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３４】
第２の有効信号期間が終了した後にブランキングパルスによって規定される第２の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂに印加されると共に、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ｃ、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ａに印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第３、４、７、８画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１３５】
第３、４画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第２の垂直ブランキング期間に続く第３の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第３の水平ブランキング期間に続く第３の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第４画素行の画像信号出力と第３画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３６】
第７、８画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第３の有効信号期間に続く第４の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第４の水平ブランキング期間に続く第４の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第８画素行の画像信号出力と第７画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３７】
第１の垂直ブランキング期間から第４の有効信号期間までの間に行われる上記の動作（工程）を繰り返すことにより、インターレースされた画像出力信号、すなわち、各フィールドの画像出力信号が出力部８０から次々と出力される。
【０１３８】
ＩＴ−ＣＣＤ１００に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０１３９】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する２つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１の垂直ブランキング期間が終了した後、第２の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールドおよび第２フィールドのそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールドの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０１４０】
以上説明した第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００は、ＩＴ−ＣＣＤとしては簡単な構造のＩＴ−ＣＣＤである。実際のＩＴ−ＣＣＤでは、通常、光電変換素子２２での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズが配設される。また、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤでは色フィルタアレイが配設される。
【０１４１】
上記のマイクロレンズを設けるにあたっては、まず、感光部１０上に平坦化膜が形成される。この平坦化膜は焦点調節層としても利用される。そして、白黒撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、前記の平坦化膜の表面に所定個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが配設される。一方、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、上記の平坦化膜の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイは、前記の色フィルタアレイ上に更に第２の平坦化膜を設けた後、当該第２の平坦化膜の表面に形成される。白黒撮像用およびカラー撮像用のいずれのＩＴ−ＣＣＤにおいても、個々のマイクロレンズは、それぞれ別個に、画素の受光部を平面視上覆うようにして形成される。
【０１４２】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、第２の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１１０の部分断面図であり、これらの図はＩＴ−ＣＣＤ１１０における感光部の断面の一部を示している。ＩＴ−ＣＣＤ１１０は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００に色フィルタアレイとマイクロレンズアレイとを増設したものである。すなわち、ＩＴ−ＣＣＤ１１０は、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤである。
【０１４３】
なお、図９（ａ）または図９（ｂ）に示した構成部分のうち、図６（ａ）または図６（ｂ）に示した構成部分と共通するものについては、図６（ａ）または図６（ｂ）で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１４４】
上記のＩＴ−ＣＣＤ１１０においては、感光部上に形成された光遮蔽膜５０および個々の画素の受光部５１をそれぞれ覆うようにして、第１の平坦化膜９０が形成されている。色フィルタアレイ９１が第１の平坦化膜９０の表面に設けられている。また、第２の平坦化膜９２が色フィルタアレイ９１上に形成されている。そして、所定個のマイクロレンズ９３からなるマイクロレンズアレイが第２の平坦化膜９２の表面に形成されている。
【０１４５】
第１の平坦化膜９０は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１４６】
色フィルタアレイ９１は、例えば赤色フィルタ９１Ｒ、緑色フィルタ９１Ｇおよび青色フィルタ９１Ｂを所定のパターンで形成したものである。当該色フィルタアレイ９１は、例えば、フォトリソグラフィ法等の方法によって、所望色の顔料もしくは染料を分散させた樹脂（カラーレジン）の層を所定箇所に形成することによって作製することができる。
【０１４７】
第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００についての説明の中で述べたように、各転送電極３２、３３はハニカム状に形成されている。光電変換素子２２のそれぞれは、相隣る２本の転送電極３２、３３によって光電変換素子列の１列おきに画定される光電変換素子領域内に平面視上位置している。このため、色フィルタアレイ９１においては、赤色フィルタ９１Ｒ、緑色フィルタ９１Ｇおよび青色フィルタ９１Ｂが亀甲形に配置されている。
【０１４８】
色フィルタアレイ９１における各色フィルタの配置パターンは、次のようにして選定される。すなわち、当該色フィルタアレイ９１が設けられたＩＴ−ＣＣＤにおける所定の２画素行、例えば相隣る２つの画素行の各光電変換素子に蓄積された信号電荷を用いて、加色法または減色法によりフルカラー情報が得られるように選定される。
【０１４９】
図１０は、上記の色フィルタアレイ９１の一例を部分的に示す平面図である。同図に示した色フィルタアレイ９１では、緑色フィルタ９１Ｇのみからなる色フィルタ列と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に配設されている色フィルタ列とが、交互に形成されている。
【０１５０】
各色フィルタ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、個々の画素の受光部５１を平面視上覆うようにして形成される。図１０中の破線は、相隣る２本の転送電極３２、３３によって光電変換素子列の１列おきに画定される光電変換素子領域の輪郭を示している。なお、同図に示した各色フィルタ中のアルファベットＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、その色フィルタの色を表している。
【０１５１】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示した第２の平坦化膜９２は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１５２】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示したマイクロレンズ９３の各々は、１つの画素の受光部５１を平面視上覆うようにして形成されている。これらのマイクロレンズ９３は、例えば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって亀甲状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。
【０１５３】
上述した色フィルタアレイ９１およびマイクロレンズアレイを有するＩＴ−ＣＣＤ１１０では、通常、図７に示した出力転送路７０における光遮蔽膜５０上に第１の平坦化膜９０が形成され、当該第１の平坦化膜９０上に第２の平坦化膜９２が形成される。
【０１５４】
図１１は、ＩＴ−ＣＣＤ１１０における出力転送路７０ａを概略的に示す部分断面図である。図１１に示した構成部分のうち、図７または図９に示した構成部分と共通するものについては、図７または図９で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５５】
同図に示した第１の平坦化膜９０は、感光部１０の上方に前述した第１の平坦化膜９０（図９参照）を形成する際に一緒に形成されたものである。同図に示した第２の平坦化膜９２は、前述した色フィルタアレイ９１上に第２の平坦化膜９２（図９参照）を形成する際に一緒に形成されたものである。
【０１５６】
図１０に示した色フィルタアレイ９１を有するＩＴ−ＣＣＤ１１０では、相隣る２つの画素行のうちの一方の光電変換素子２２それぞれの上方に緑色フィルタ９１Ｇが設けられている。また、他方の画素行では、光電変換素子２２それぞれの上方に青色フィルタ９１Ｂまたは赤色フィルタ９１Ｒが設けられている。当該他の画素行においては、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとがこの順で、または、この順とは逆の順で、交互に設けられている。
【０１５７】
フルカラー情報は、緑色フィルタ９１Ｇのみが設けられている画素行の各光電変換素子２２からの信号電荷と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に設けられている画素行の各光電変換素子２２からの信号電荷とに基づいて、生成される。
【０１５８】
相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差があると、緑色フィルタ９１Ｇのみが設けられている画素行と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に設けられている画素行との対比においても、これらの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じる。その結果として、これらの画素行の各光電変換素子２２に蓄積された信号電荷を基にして得られる赤信号出力と緑信号出力との比、および、青信号出力と緑信号出力との比に差が生じる。このことは、ＩＴ−ＣＣＤ１１０からの出力信号の色バランスが崩れることを意味する。出力信号の色バランスが崩れると、再生画像に色シェーディングが生じる。
【０１５９】
しかしながら、ＩＴ−ＣＣＤ１１０における感光部は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００における感光部１０と同じである。前述したように、ＩＴ−ＣＣＤ１００の感光部１０に形成されている各受光部５１は、平面視上、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な六角形を呈する。そして、これらの受光部５１の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１６０】
このため、ＩＴ−ＣＣＤ１１０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じにくい。その結果として、色シェーディングも生じにくい。また、個々の画素における受光部５１の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。
【０１６１】
次に、本発明の第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１２を用いて説明する。図１２は、第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１２０を概略的に示す平面図である。
【０１６２】
同図に示したＩＴ−ＣＣＤ１２０は、(i) 個々の画素における受光部の形状、(ii)各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、ならびに、(iii) 前記のパルス供給用端子と転送電極３２、３３、６１、６２または６３との結線の仕様、を除いて、前述したＩＴ−ＣＣＤ１００と同じ構造を有する。なお、図１２に示した構成部分のうち、図１に示した構成部分と共通するものについては、図１で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１６３】
図１２に示したように、ＩＴ−ＣＣＤ１２０においては、画素の受光部５１ａの形状が、長い方の対角線が前記の方向ＤV と実質的に平行で、短い方の対角線が前記の方向ＤH と実質的に平行な菱形となっている。
【０１６４】
また、各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、６つのパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂ、８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄが設けられている。
【０１６５】
パルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 は、図１に示したパルス供給用端子８５ａを２つに分けたものである。また、パルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 は、図１に示したパルス供給用端子８５ｃを２つに分けたものである。
【０１６６】
これらのパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂ、８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄは、それぞれ所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に電気的に接続されている。
【０１６７】
図１２に示したＩＴ−ＣＣＤ１２０においても、読み出しゲート領域４０が隣接している箇所での電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャンネル幅が他の箇所でのチャンネル幅より狭くなっている。このため、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００における理由と同じ理由から、当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部５１ａの形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該受光部５１ａの面積をより広くすることが容易である。
【０１６８】
その結果として、ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の受光部５１ａの面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１６９】
ＩＴ−ＣＣＤ１２０に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。色フィルタアレイは、例えば前述した第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０を得る際の色フィルタアレイの形成手順に準じて形成することができる。
【０１７０】
ＩＴ−ＣＣＤ１２０をカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにした場合には、第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０における理由と同じ理由から、色シェーディングが生じにくい。
【０１７１】
当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、前述したＩＴ−ＣＣＤ１００と同様にして、インターレース駆動させることができる。このとき、垂直パルス信号Ｖa がパルス供給用端子８５ａ1 とパルス供給用端子８５ａ2 とに印加され、垂直パルス信号Ｖb がパルス供給用端子８５ｂに印加される。また、垂直パルス信号Ｖc がパルス供給用端子８５ｃ1 とパルス供給用端子８５ｃ2 とに印加され、垂直パルス信号Ｖd がパルス供給用端子８５ｄに印加される。そして、水平パルス信号Ｈa がパルス供給用端子８８ａに印加され、水平パルス信号Ｈb がパルス供給用端子８８ｂに印加される。
【０１７２】
これにより、１フレームが２つのフィールド、すなわち、第１、第２、第５、第６画素行からなる第１フィールドと、第３、第４、第７、第８画素行からなる第２フィールドに分割される。個々のフィールドの画像信号出力は、第１の実施例と同様の動作により、得ることができる。そして、当該動作を第１フィールドから第２フィードまで行うことにより、１フレームの画像出力信号を得ることができる。
【０１７３】
また、ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、信号電荷が読み出される画素行の数を全画素行数の１／４に間引きながら駆動させることができる。この間引き駆動の際には、ブランキングパルスによって規定される第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、例えば、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加されると共に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶL 、ＶH が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ｃ2 に印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第１、２画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１７４】
フィールドシフトパルスＶR は、８５ｃ1 に印加することもできる。この場合には、第５、６画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される。
【０１７５】
また、第３、４画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷を、それぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出すこともできる。そのためには、第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH をパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加すると共に、低レベルの垂直パルスＶL をパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加する。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR をパルス供給用端子８５ａ2 に印加する。
【０１７６】
さらには、第７、８画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷を、それぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出すこともできる。そのためには、第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH をパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加すると共に、低レベルの垂直パルスＶL をパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加する。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR をパルス供給用端子８５ａ1 に印加する。
【０１７７】
以下、上記読み出された信号電荷を通常のインターレース駆動における信号電荷の処理と同様に処理することにより、１／４に間引きされたフィールド画像信号、あるいは、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得ることができる。
【０１７８】
上述した間引きは、全画素の信号電荷を読み出すことが目的ではなく、常に１／４の行数（画素行の数）に間引かれた画像信号を得ることを目的とするものである。図示したＩＴ−ＣＣＤ１２０には８つの画素行しかないため、１／４に間引く動作は１回の水平読み出しで終了となる。しかしながら、実際の画素行数は、例えば６００行以上である。
【０１７９】
図１２に示した感光部１０が前記の方向ＤV にｎ段連接された構造のＩＴ−ＣＣＤについて上記の間引き動作を行って、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得る場合には、上述した間引き動作を第１段から第ｎ段まで行う。このとき、所望の画素行の各光電変換素子２２から垂直転送ＣＣＤ３０への信号電荷の読み出しは、各段とも同時に行われる。各段から読み出された信号電荷の各々は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々によって出力転送路７０へ順次転送され、当該出力転送路７０内を転送されて、出力部８０から順次出力される。
【０１８０】
例えばデジタルスチルカメラにおいて露光条件（シャッタ時間や絞り）の最適設定、焦点調整、モニタ画像の表示等を行うためには、３０フレーム／秒程度の高フレーム周波数で画像出力信号を得ることが必要である。
【０１８１】
その一方で、高解像度のデジタルスチルカメラを得ようとする場合には、当該デジタルスチルカメラ用のＩＴ−ＣＣＤとして画素数が１００万を超えるＩＴ−ＣＣＤを用いることが望まれる。
【０１８２】
しかしながら、ＩＴ−ＣＣＤの画素数が１００万を超えると、１フレームの画像信号出力を得る際に例えば数フレーム／秒という非常に長い時間を要するようになる。その結果として、露光条件の最適設定、焦点調整、モニタ画像の表示等を行うことができなくなる。
【０１８３】
したがって、高解像度のデジタルスチルカメラを得るうえからは、シャッタが押されたときに記録される静止画像の読み出し以外の動作を高フレーム周波数の下に行うことができるＩＴ−ＣＣＤを用いることが望ましい。
【０１８４】
上述したように、ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、通常のインターレース駆動と、画素行を１／４に間引きながらの駆動とを行うことができる。間引き駆動の際のフレーム周波数は通常のインターレース駆動の際のフレーム周波数の４倍となる。したがって、当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、高フレーム周波数の画像信号を得るうえで好適な構造を有するＩＴ−ＣＣＤである。
【０１８５】
フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０１８６】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する２つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後、第２フィールド用の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールドおよび第２フィールドそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールドの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０１８７】
次に、本発明の第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１３を用いて説明する。図１３は、第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１３０を概略的に示す平面図である。
【０１８８】
同図に示したＩＴ−ＣＣＤ１３０は、(i) 各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、ならびに、(ii)前記のパルス供給用端子と転送電極３２、３３、６１、６２または６３との結線の仕様、を除いて、前述したＩＴ−ＣＣＤ１２０と同じ構造を有する。なお、図１３に示した構成部分のうち、図１２に示した構成部分と共通するものについては、図１２で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１８９】
図１３に示したように、ＩＴ−ＣＣＤ１３０は、各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、８つのパルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈを有している。
【０１９０】
これらのパルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈは、それぞれ所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に電気的に接続されている。
【０１９１】
図１３に示したＩＴ−ＣＣＤ１３０では、第３の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１２０における理由と同じ理由から、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部５１ａの形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該受光部５１ａの面積をより広くすることが容易である。その結果として、当該ＩＴ−ＣＣＤ１３０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の受光部５１ａの面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１９２】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０をカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにした場合には、第３の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１２０における理由と同じ理由から、色シェーディングが生じにくい。
【０１９３】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０をインターレース駆動させる場合には、パルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈのそれぞれに、所定の垂直パルス信号が印加される。水平パルス信号Ｈa がパルス供給用端子８８ａに印加され、水平パルス信号Ｈb がパルス供給用端子８８ｂに印加される。
【０１９４】
これにより、１フレームを４つのフィールド、すなわち、第１画素行と第２画素行とからなる第１フィールド、第３画素行と第４画素行とからなる第２フィールド、第５画素行と第６画素行とからなる第３フィールド、および、第７画素行と第８画素行とからなる第４フィールド、に分割することが可能になる。
【０１９５】
個々のフィールドの画像信号出力は、１フレームを２つのフィールドに分割してインターレース駆動させる場合に１フィールドの画像信号出力を得るときの動作（第１の実施例参照）と同様の動作により、得ることができる。そして、当該動作を第１フィールドから第４フィードまで行うことにより、１フレームの画像出力信号を得ることができる。
【０１９６】
また、常に同一フィールドについてのみ画像信号出力を得るようにすれば、１／４の間引き動作も可能である。図１３に示した感光部１０が前記の方向ＤV（列方向）にｎ段連接された構造のＩＴ−ＣＣＤについて上記の間引き動作を行って、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得る場合には、上述した間引き動作を第１段から第ｎ段まで行う。このとき、所望の画素行の各光電変換素子２２から垂直転送ＣＣＤ３０への信号電荷の読み出しは、各段とも同時に行われる。各段から読み出された信号電荷の各々は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々によって出力転送路７０へ順次転送され、当該出力転送路７０内を転送されて、出力部８０から順次出力される。
【０１９７】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０においては、各垂直転送ＣＣＤ３０を８相駆動させることができる。８相駆動型のＣＣＤにおいては、連続する６〜７つの電荷転送段に亘って１つのポテンシャルウェルを形成し、ここに蓄積された信号電荷を転送することが可能である。一方、４相駆動型のＣＣＤでは、連続する２〜３つの電荷転送段に亘って１つのポテンシャルウェルを形成し、ここに蓄積された信号電荷を転送することが可能である。
【０１９８】
したがって、各転送電極３２、３３の設計パターンが同じであった場合、８相駆動型の垂直転送ＣＣＤは、４相駆動型の垂直転送ＣＣＤのおよそ２〜３倍の信号電荷を転送することが可能である。
【０１９９】
その結果として、ＩＴ−ＣＣＤ１３０においては、個々の垂直転送ＣＣＤ３０について電荷転送チャネルのチャネル幅を狭めて、その分、光電変換素子２２および画素の受光部５１ａそれぞれの面積を増やすことが可能になる。これに伴って、感度および飽和出力の増大ならびにダイナミックレンジの拡大がそれぞれ可能になる。
【０２００】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。色フィルタアレイは、例えば前述した第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０を得る際の色フィルタアレイの形成手順に準じて形成することができる。
【０２０１】
フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０２０２】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する４つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後、第４フィールド用の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールド〜第４フィールドのそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールド〜第４フィールドそれぞれの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０２０３】
次に、本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１４０における出力転送路７０ｂの一例を概略的に示す部分断面図である。
【０２０４】
なお、ＩＴ−ＣＣＤ１４０は、前述した実施例１のＩＴ−ＣＣＤ１００における出力転送路７０を図示の出力転送路７０ｂに変更した以外は、ＩＴ−ＣＣＤ１００と同じ構造を有する。図１４に示した構成部分のうち、図１１に示した出力転送路７０ａの構成部分と機能的に同じものについては、図１１で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２０５】
出力転送路７０ｂは、３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる。当該出力転送路７０ｂは、図１１に示したＩＴ−ＣＣＤ１１０の出力転送路７０ａと同様に、電荷転送チャネル７１を有している。この電荷転送チャネル７１は、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所に、ｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域７１ａとｎ型不純物を低濃度に含むｎ型領域７１ｂとを前記の方向ＤH に沿って交互に所定数形成することによって作製される。ｎ+ 型領域７１ａの幅はｎ型領域７１ｂの幅より広い。電荷転送チャネル７１は、前記の方向ＤH に延びている。
【０２０６】
また、出力転送路７０ｂは、ポリシリコン層からなる３種類の転送電極７２、７３、７７をそれぞれ所定個有している。転送電極７２の各々は、ｎ+ 型領域７１ａそれぞれの上に形成されている。転送電極７３の各々と転送電極７７の各々とは、ｎ型領域７１ｂそれぞれの上に交互に形成されている。
【０２０７】
これらの転送電極７２、７３、７７は、電荷転送チャネル７１を横断するようにして形成されている。転送電極７３における転送電極７２側の縁部は、転送電極７２上に覆い被さっている。転送電極７７における転送電極７３側の縁部は、転送電極７３上に覆い被さっている。すなわち、転送電極７２、７３、７７は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造となっている。
【０２０８】
ｎ+ 型領域７１ａの１つと、当該ｎ+ 型領域７１ａ上に形成されている１本の転送電極７２とによって、１つのポテンシャルウェル領域が構成される。同様に、ｎ型領域７１ｂの１つと、当該ｎ型領域７１ｂ上に形成されている１本の転送電極７３もしくは１本の転送電極７７とによって、１つのポテンシャルバリア領域が構成される。
【０２０９】
１つのポテンシャルバリア領域を構成する転送電極７３もしくは７７と、前記のポテンシャルバリアの直ぐ下流側（出力部８０側を意味する。以下同じ。）に形成されている１つのポテンシャルウェル領域を構成する転送電極７２との両方に所定レベルの電圧を同時に印加することによって、１つの電荷転送段が形成される。
【０２１０】
なお、各転送電極７２、７３、７７上には、それぞれ電気絶縁膜が形成されている。図１４においては、図面を判りやすくするために、前記の電気絶縁膜を１つの電気絶縁膜７４ａとして示してある。
【０２１１】
出力転送路７０ｂに所定の駆動パルスを供給するために使用されるパルス供給用端子の数は、図１に示した出力転送路７０と同様に２である。転送電極７２と当該転送電極７２の直ぐ下流に形成されている転送電極７３もしくは７７とは、同じパルス供給用端子に電気的に接続される。また、転送電極７３もしくは転送電極７７を介して相隣る２本の転送電極７２は、それぞれ異なるパルス供給用端子に電気的に接続される。
【０２１２】
３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路は、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路に比べて、デザインルールが比較的緩やかであるという利点を有する。例えば、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤを図７あるいは図１１に示したいわゆる重ね合わせ転送電極構造とする場合、転送電極７３同士のギャップは転送電極７２同士のギャップと同程度以下にする必要がある。このような転送電極７３の形成は、デザインルール的に厳しい。
【０２１３】
一方、図１４に示した３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤ７０ｂでは、転送電極７３を形成するにあたって上記のような厳しい制限はない。
【０２１４】
したがって、光電変換素子行方向（前記の方向ＤH ）における画素ピッチ（光電変換素子のピッチＰ2 ）を微細にしてＩＴ−ＣＣＤを得る場合に３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路を用いると、目的とするＩＴ−ＣＣＤを得やすい。ポリシリコン以外の材料を用いて電極を形成する場合も、同様である。
【０２１５】
以上、実施例を挙げて本発明のＩＴ−ＣＣＤを説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０２１６】
例えば、各実施例のＩＴ−ＣＣＤは、ｐ型ウェルを備えたｎ型半導体基板に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成したものであるが、ｐ型半導体基板に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送等を形成しても、ＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。また、サファイア基板等の表面に所望の半導体層を形成し、当該半導体層に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成してＩＴ−ＣＣＤを得ることもできる。本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【０２１７】
光電変換素子の平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０２１８】
垂直転送ＣＣＤの電荷転送チャネルにおける個々の区間の平面視上の形状は、直線状の他に、曲線状であってもよいし、曲線と直線とが繋がった形状であってもよい。
【０２１９】
また、垂直転送ＣＣＤを構成する各転送電極の形状は、実施例で例示したように、前記の方向ＤH に対して斜行する２つの転送路形成部が前記の方向ＤH に延びる接続部を介して繋がった形状（以下、この形状を「形状Ａ」という。）にすることができる。また、各転送電極の形状は、前記の方向ＤH に対して斜行する２つの転送路形成部が前記の接続部を介さずに直接繋がった形状（以下、この形状を「形状Ｂ」という。）にすることもできる。各転送電極の形状を前記の形状Ａにする場合、接続部と転送路形成部とが互いに鈍角をなして連なるように、あるいは、接続部と転送路形成部とが滑らかに連なるように、当該転送電極の形状を選定することが好ましい。
【０２２０】
垂直転送ＣＣＤにおいて相隣る２本の転送電極の材質は異なっていてもよい。個々の転送電極は、ポリシリコン以外に、アルミニウム、タングステンまたはモリブデン等の金属、これらの金属の２種以上からなる合金等によって形成することができる。
【０２２１】
相隣る２本の転送電極同士が隣接する領域において、当該２本の転送電極同士における接続部同士は、図６（ａ）に示したように完全に重なっていてもよいし、一方の転送電極の接続部における幅方向の縁部のみが他方の転送電極の接続部上に重なっていてもよい。さらに、相隣る２本の転送電極の接続部同士は、重ならずに隣接していてもよい。
【０２２２】
相隣る２本の転送電極が光電変換素子列の１列おきに画定する光電変換素子領域の平面視上の形状（相隣る２本の転送電極が１つの光電変換素子を平面視上取り囲んでいる部分の内縁の輪郭）は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０２２３】
同様に、個々の画素における受光部の形状も、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、さらには、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止するうえからは、個々の画素における受光部の形状を、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な形状とすることが好ましい。
【０２２４】
読み出しゲート電極部は、読み出しゲート領域の全体を平面視上必ず覆わなければならないというものではない。読み出しゲート領域は、平面視上、読み出しゲート電極部から例えば光電変換素子側へはみ出していてもよい。
【０２２５】
垂直転送ＣＣＤの駆動方法は、実施例として挙げた駆動方法に限定されるものではなく、目的とするＩＴ−ＣＣＤの用途等に応じて適宜変更可能である。これに伴って、各転送電極に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、および、当該パルス供給用端子と各転送電極との結線の仕様も、目的とするＩＴ−ＣＣＤにおける垂直転送ＣＣＤの駆動方法に応じて適宜変更可能である。出力転送路についても同様である。
【０２２６】
出力転送路として２相駆動型ＣＣＤを用いる場合、当該２相駆動型ＣＣＤにおいて相隣る２本の転送電極の材質は異なっていてもよい。転送電極は、ポリシリコン以外に、アルミニウム、タングステンまたはモリブデン等の金属、これらの金属の２種以上からなる合金等によって形成することができる。
【０２２７】
調整部は、必須の構成要件ではない。垂直転送ＣＣＤは、感光部を出た後直ちに水平転送ＣＣＤに接続されていてもよい。また、調整部に代えて１フレーム分のＣＣＤ蓄積部を設けてもよい。
【０２２８】
各画素の受光部を平面視上覆うようにしてこれらの受光部の上方にマイクロレンズを１個ずつ設ける場合、個々のマイクロレンズの平面視上の形状は、矩形、当該矩形の角部に丸みを付けた形状、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、当該多角形の角部に丸みを付けた形状、円形、楕円形等、適宜選択可能である。マイクロレンズの平面視上の形状は、個々の画素における受光部の形状に応じて、適宜選定できる。さらに、少なくとも１個のインナーレンズを含む複数個の集光レンズを画素の受光部上に積み重ねることによって、当該受光部上にマイクロレンズ構造を形成してもよい。
【０２２９】
これらのマイクロレンズにおける前記の方向ＤV のピッチは、当該方向ＤV における光電変換素子のピッチＰ1 と同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。前記の方向ＤV についてのマイクロレンズのピッチを前記のピッチＰ1 と異ならせる場合、個々のマイクロレンズは、例えば次の観点の下に移動される。
【０２３０】
すなわち、受光部内の位置の変化に応じた入射光線の入射方向の変化に対応させて、マイクロレンズによる結像位置が画素の受光部における所望箇所、例えば所望の感度あるいは解像度を得るうえでより有利となる箇所に変位するように、移動される。画素の感度あるいは解像度を高めるうえからは、マイクロレンズによる結像位置周辺のできるだけ広範囲に亘って光電変換領域が存在していることが好ましい。
【０２３１】
同様の理由から、上記のマイクロレンズそれぞれにおける前記の方向ＤH のピッチは、当該方向ＤH における光電変換素子のピッチＰ2 と同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。
【０２３２】
光電変換素子とマイクロレンズとの相対的な位置関係が全ての画素において実質的に同じであった場合には、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置が、図１７に示したように、光電変換素子列の中央部と列方向上部または下部とで異なる。マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置が所望の位置からずれるのを抑制するうえからは、例えば下記(1) 〜(3) のように、マイクロレンズをずらすことが好ましい。
(1) 図１５（ａ）に模式的に示すように、個々の光電変換素子列２０における列方向上部および列方向下部それぞれでのマイクロレンズ９３の位置を、光電変換素子列２０の列中央部から離れるに従って、列中央部側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
(2) 図１５（ｂ）に模式的に示すように、個々の光電変換素子行２１における行方向端部でのマイクロレンズ９３の位置を、感光部１０の中央から離れるに従って、前記の方向ＤH に沿って、感光部１０の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
(3) 図１５（ｃ）に模式的に示すように、マイクロレンズ９３を、感光部１０の中央から離れるに従って、前記の方向ＤH および前記の方向ＤV に沿って、感光部１０の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
【０２３３】
上記(1) 〜(3) のようにマイクロレンズをずらすことにより、輝度シェーディングを改善することも可能である。
【０２３４】
ＩＴ−ＣＣＤに色フィルタアレイを設ける場合、当該色フィルタアレイは、カラー撮像を可能にする色フィルタによって構成されていればよい。このような色フィルタアレイとしては、実施例で挙げた３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイの他に、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【０２３５】
補色タイプの色フィルタアレイは、例えば(i) 緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）の各色フィルタ、(ii)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、(iii) シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）および緑（Ｇ）の各色フィルタ、または、(iv)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）、緑（Ｇ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、等によって構成することができる。
【０２３６】
図１６（ａ）は上記(i) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ａの一例を示す平面図であり、図１６（ｂ）は上記(ii)の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｂの一例を示す平面図である。図１６（ｃ）は上記(iii) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｃの一例を示す平面図であり、図１６（ｄ）は上記(iii) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｃの他の一例を示す平面図である。図１６（ｅ）は上記(iv)の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｄの一例を示す平面図である。
【０２３７】
図１６（ａ）〜図１６（ｅ）のそれぞれにおいては、図中のアルファベットＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｗ、Ｍｇを囲んでいる各六角形が１つの色フィルタを示している。図中のアルファベットＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｗ、Ｍｇは、個々の色フィルタの色を表している。
【０２３８】
３原色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図１０に示したパターンに限定されるものではない。同様に、補色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図１６（ａ）〜図１６（ｅ）に示したパターンに限定されるものではない。
【０２３９】
各実施例のＩＴ−ＣＣＤにおいては、ｎ型半導体基板１に形成されたｐ型ウェル２上に光電変換素子（フォトダイオード）２２が形成されている。したがって、これらのＩＴ−ＣＣＤでは縦型オーバーフロードレイン構造を付設することができる。これに伴って、電子シャッタを付設することができる。各実施例のＩＴ−ＣＣＤに縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、ｐ型ウェル２とｎ型半導体基板１の下部（ｐ型ウェル２より下の領域）とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。また、縦型オーバーフロードレイン構造に代えて横型オーバーフロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型のオーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブルーミングを抑制することが容易になる。
【０２４０】
ＩＴ−ＣＣＤの駆動方法は、適宜選択可能である。これに伴って、垂直転送ＣＣＤ（垂直転送ＣＣＤを構成している転送電極）および出力転送部（出力転送部を構成している転送電極）のそれぞれに所定の駆動パルスを供給する駆動パルス供給手段の構成も、適宜選択可能である。
【０２４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＩＴ−ＣＣＤにおいては、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止しやすく、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。
【０２４２】
したがって、本発明によれば、再生画像の画質が高いＩＴ−ＣＣＤを得ることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示したＩＴ−ＣＣＤにおける感光部の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２に示した電荷転送チャネルを概略的に示す平面図である。
【図４】図２に示した転送電極３２の１本を概略的に示す平面図である。
【図５】図２に示した転送電極３３の１本を概略的に示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は図２に示したＡ−Ａ線断面の概略図であり、図６（ｂ）は図２に示したＢ−Ｂ線断面の概略図である。
【図７】第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤにおける出力転送路の一例を概略的に示す断面図である。
【図８】図１に示したＩＴ−ＣＣＤをインターレース駆動させる場合に使用される駆動パルス供給手段と前記のＩＴ−ＣＣＤとの関係を示す図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、本発明の第２の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す部分断面図である。
【図１０】色フィルタアレイの一例を示す平面図である。
【図１１】第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤにおける出力転送路を概略的に示す部分断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図１４】本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤにおける３層ポリシリコン電極構造のＣＣＤからなる出力転送路を概略的に示す部分断面図である。
【図１５】図１５（ａ）、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）は、ぞれぞれ、マイクロレンズをずらして形成するにあたって当該マイクロレンズをずらす方向を説明するための図である。
【図１６】図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）、図１６（ｄ）および図１６（ｅ）は、それぞれ、補色タイプの色フィルタアレイの一例を示す平面図である。
【図１７】マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置を説明するための断面図である。
【符号の説明の】
１…半導体基板、 ２…ｐ型ウェル、 １０…感光部、 ２０…光電変換素子列、 ２１…光電変換素子行、 ２２…光電変換素子（フォトダイオード）、 ３０…垂直転送ＣＣＤ、 ３１ａ、３１ｂ…電荷転送チャネル、 ３２、３３…転送電極、 ３２Ｔ、３３Ｔ…転送路形成部、 ３２Ｃ、３３Ｃ…接続部、 ３３Ｇ…読み出しゲート電極部、 ４０…読み出しゲート領域、 ５０…光遮蔽膜、 ５１…開口部（画素の受光部）、 ６０…調整部、 ７０、７０ａ、７０ｂ…出力転送路（水平転送ＣＣＤ）、 ７１…電荷転送チャネル、 ７２、７３、７７…転送電極、 ９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ…色フィルタアレイ、 ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂ…色フィルタ、 ９３…マイクロレンズ、 １００、１１０、１２０、１３０、１４０…ＩＴ−ＣＣＤ、 １０５…駆動パルス供給手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像装置およびその駆動方法に係り、特に、複数の光電変換素子列と複数の垂直転送ＣＣＤとを備えたインターライン転送型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像装置をエリア・イメージセンサとして利用したビデオカメラ、電子スチルカメラ等が急速に普及している。ＣＣＤ型の固体撮像装置は、その構造により何種類かに分類されるが、その一つに、インターライン転送型の固体撮像装置（以下、この固体撮像装置を「ＩＴ−ＣＣＤ」と略記する。）がある。
【０００３】
ＩＴ−ＣＣＤは、半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列された多数個の光電変換素子を有する。各光電変換素子列は複数個の光電変換素子によって構成され、各光電変換素子行も複数個の光電変換素子によって構成される。各光電変換素子は、通常、フォトダイオードによって構成される。
【０００４】
ｐｎフォトダイオードからなる多数個の光電変換素子は、例えば半導体基板の所望面側にｐ型ウェルを形成し、所望形状のｎ型領域を目的とする光電変換素子の数と同じ数だけ前記のｐ型ウェル中に形成することによって作製される。このとき、必要に応じて、各ｎ型領域上にｐ+ 型領域が形成される。信号電荷は、前記のｎ型領域のそれぞれに蓄積される。すなわち、前記のｎ型領域のそれぞれは、信号電荷蓄積領域として機能する。
【０００５】
以下、本明細書において「光電変換素子」の用語は、信号電荷蓄積領域のみを指す場合もある。また、本明細書でいう「光電変換素子に近接する」あるいは「光電変換素子に隣接する」とは、「光電変換素子を構成している信号電荷蓄積領域に近接する」こと、あるいは、「光電変換素子を構成している信号電荷蓄積領域に隣接する」ことを意味するものとする。
【０００６】
光電変換素子列の１列毎に、当該光電変換素子列に近接して、１本の電荷転送チャネルが形成される。したがって、ＩＴ−ＣＣＤは複数本の電荷転送チャネルを有する。１本の電荷転送チャネルは、当該電荷転送チャネルに近接している光電変換素子列における全ての光電変換素子に蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルとして利用される。
【０００７】
電荷転送チャネルの各々を平面視上横断する複数本の転送電極が、前記の半導体基板表面上に電気絶縁膜を介して形成される。各転送電極と各電荷転送チャネルとの平面視上の交差部それぞれは、１つの電荷転送段として機能する。すなわち、１本の電荷転送チャネルと前記の複数本の転送電極とによって、１本の垂直転送ＣＣＤが形成される。
【０００８】
本明細書においては、垂直転送ＣＣＤを構成する複数本の転送電極それぞれにおいて上記の電荷転送段を構成する領域を、「転送路形成部」という。
【０００９】
インターレース駆動型のＩＴ−ＣＣＤにおける個々の垂直転送ＣＣＤは、通常、１つの光電変換素子に対して２つの電荷転送段を有する。全画素読み出し型のＩＴ−ＣＣＤにおける個々の垂直転送ＣＣＤは、通常、１つの光電変換素子に対して３つまたは４つの電荷転送段を有する。そして、１つのＩＴ−ＣＣＤは、当該ＩＴ−ＣＣＤに形成されている前記複数列の光電変換素子列と同じ数の垂直転送ＣＣＤを有する。
【００１０】
前述した光電変換素子の各々が光電変換することにより、当該光電変換素子に信号電荷が蓄積される。各光電変換素子に蓄積された信号電荷は、それぞれ、対応する電荷転送チャネルへ所定の時期に読み出される。
【００１１】
光電変換素子から電荷転送チャネルへの信号電荷の読み出しを制御するために、光電変換素子の１個毎に当該光電変換素子に隣接して、読み出しゲート領域が前記の半導体基板表面に形成される。この読み出しゲート領域は、通常、信号電荷に対してポテンシャルバリアを形成するように、光電変換素子および電荷転送チャネルと逆導電型の領域で構成される。各読み出しゲート領域は、所定の電荷転送チャネルにおける所定の区域にも隣接する。
【００１２】
また、読み出しゲート領域それぞれの上に、読み出しゲート電極部が形成される。読み出しゲート電極部の各々は、通常、垂直転送ＣＣＤを構成する所定の転送電極における転送路形成部の一部の領域からなる。読み出しゲート電極に読み出しゲート領域のポテンシャルバリアを消滅させる高い電圧を印加することにより、光電変換素子に蓄積された信号電荷を電荷転送チャネルに読み出すことができる。
【００１３】
各電荷転送チャネルに読み出された信号電荷は、当該電荷転送チャネルを含んで構成される各垂直転送ＣＣＤによって、出力転送路へ転送される。この出力転送路は、通常、ＣＣＤによって形成される（以下、このＣＣＤを「水平転送ＣＣＤ」ということがある。）。
【００１４】
水平転送ＣＣＤからなる出力転送路は、１つの垂直転送ＣＣＤに対してＮ個の電荷転送段を有する。１つの電荷転送段は、通常、１つのポテンシャルバリア部と、１つのポテンシャルウェル部とを有し、前記の「Ｎ」は２である。１電荷転送段が均一なポテンシャルを有する場合、前記の「Ｎ」は３以上である。
【００１５】
出力転送路は、受け取った信号電荷を前記光電変換素子行の長手方向（以下、この方向を単に「行方向」という。）に順次転送して、出力部に送る。垂直転送ＣＣＤと同様に、出力転送路も前記の半導体基板上に形成される。
【００１６】
垂直転送ＣＣＤや水平転送ＣＣＤは、フォトダイオードと同様に光電変換能を有している。このため、当該垂直転送ＣＣＤや水平転送ＣＣＤによって無用の光電変換が行われないように、光電変換素子が分布する感光部から水平転送ＣＣＤに亘って光遮蔽膜が形成される。光遮蔽膜は、光電変換素子（フォトダイオード）それぞれの上に所定形状の開口部を有する。１個の光電変換素子に対して１個の開口部が形成される。この開口部は、通常、光電変換素子の信号電荷蓄積領域を平面視したときの縁より内側において開口する。
【００１７】
１つの光電変換素子と、当該光電変換素子に隣接して形成された１つの読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域を平面視上覆う読み出しゲート電極部と、前記１つの光電変換素子に対応する２〜４つの電荷転送段（垂直転送ＣＣＤにおける２〜４つの電荷転送段）とによって、１つの画素が構成される。そして、個々の光電変換素子の表面のうちで上記の開口部から平面視上露出している部分が、１つの画素における受光部として機能する。
【００１８】
したがって、ＩＴ−ＣＣＤにおいては、光遮蔽膜に形成されている開口部それぞれの平面視上の形状および当該開口部の平面視上の面積によって、個々の画素における受光部の形状および面積が実質的に決まる。
【００１９】
ところで、ＩＴ−ＣＣＤの普及の拡大に伴い、その性能、例えば解像度や感度の更なる向上が求められている。
【００２０】
ＩＴ−ＣＣＤの解像度は、当該ＩＴ−ＣＣＤにおける画素密度（集積度）に大きく依存する。画素密度（集積度）が高いほど、解像度を高めやすい。一方、ＩＴ−ＣＣＤの感度は、個々の画素における受光部の面積に大きく依存する。個々の画素における受光部の面積が広いほど、感度を高めやすい。
【００２１】
特許第２８２５７０２号公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤ（同公報では「固体撮像素子」と称されているが、本明細書では「ＩＴ−ＣＣＤ」と表記する。）は、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させることを可能にしたＩＴ−ＣＣＤとして知られている。
【００２２】
このＩＴ−ＣＣＤでは、多数個の光電変換素子が一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列されており、１つの光電変換素子列および１つの光電変換素子行は、それぞれ複数個の光電変換素子を含んでいる。偶数列を構成している前記複数個の光電変換素子の各々は、奇数列を構成している前記複数個の光電変換素子に対し、各光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、列方向にずれている。同様に、偶数行を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は、奇数行を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、各光電変換素子行内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、行方向にずれている。光電変換素子列の各々は、奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含んでいる。
【００２３】
各光電変換素子に蓄積された信号電荷を転送するために、複数本の垂直転送ＣＣＤが形成されており、各垂直転送ＣＣＤは、蛇行しつつ、所定方向に信号電荷を転送する。
【００２４】
各垂直転送ＣＣＤは複数本の転送電極を含んで構成され、これら複数本の転送電極はハニカム状に配設されている。そして、複数本の転送電極をハニカム状に配設することによって生じる六角形の隙間それぞれに、上記の光電変換素子の各々が平面視上位置している。
【００２５】
上記公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤでは、多数個の光電変換素子および複数本の転送電極（垂直転送ＣＣＤ用の複数本の転送電極）をこのように配設することにより、個々の画素における受光部の面積低下を抑制しつつ画素密度を向上させることを可能にしている。
【００２６】
なお、本明細書においては、上述した多数個の光電変換素子の配置を、以下、「画素ずらし配置」と称する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＴ−ＣＣＤにおいては、一般に個々の光電変換素子毎に、当該光電変換素子の上方に１個のマイクロレンズが形成されている。物体からの光は撮像レンズ光学系によって集光された後にマイクロレンズによってさらに集光されて、光電変換素子上に結像する。
【００２８】
このとき、光電変換素子列の列方向上部においてマイクロレンズに入射する光束の入射角と、列方向下部においてマイクロレンズに入射する光束の入射角とは、上記撮像レンズの光軸を挟んで上下逆になる。そのため、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置も、マイクロレンズの光軸を基準にして見ると、光電変換素子列の列方向上部と列方向下部とで上下逆になる。
【００２９】
図１７は、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置を説明するための断面図である。同図に示した光電変換素子１５１は、半導体基板１５２上に形成されており、マイクロレンズ１５３は焦点調節層１５４を介して光電変換素子１５１の上方に形成されている。この図１７においては、図中の左右方向が光電変換素子列の上下方向に相当する。
【００３０】
光電変換素子１５１が光電変換素子列の列方向上部にあった場合、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａを光電変換素子列の列中央部側から列方向上部へ向かって斜めに横切る光束１５５が当該マイクロレンズ１５３に入射する。この光束１５５は、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａよりも上（光電変換素子列の列方向上部側）にずれた点１５５ａにおいて結像する。
【００３１】
一方、光電変換素子１５１が光電変換素子列の列方向下部にあった場合、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａを光電変換素子列の列中央部側から列方向下部へ向かって斜めに横切る光束１５６が当該マイクロレンズ１５３に入射する。この光束１５６は、マイクロレンズ１５３の光軸１５３ａよりも下（光電変換素子列の列方向下部側）にずれた点１５６ｂにおいて結像する。
【００３２】
点１５５ａのマイクロレンズ１５３の光軸１５３ａからの変位量は、マイクロレンズ１５３の位置が光電変換素子列の列方向中央から離れるに従って大きくなる。点１５６ｂのマイクロレンズ１５３の光軸１５３ａからの変位量についても同様である。
【００３３】
このため、画素が正方格子状に配置されているＩＴ−ＣＣＤおよび画素ずらし配置が行われているＩＴ−ＣＣＤのいずれにおいても、下記(A) 〜(C) の場合には、相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じることがある。
(A) 個々の画素における受光部の形状が異なる場合。
(B) 個々の画素における受光部の形状は同じであるものの、その大きさが異なる場合。
(C) 個々の画素における受光部の形状および大きさは同じであるものの、その向きが異なる場合。
【００３４】
相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じると、例えばカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、当該ＩＴ−ＣＣＤからの出力信号の色バランスが崩れて再生画像に色シェーディングが生じる。また、白黒撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、素地むらが生じて再生画像の画質が低下する。
【００３５】
例えば前述した特許第２８２５７０２号公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤでは、複数本の転送電極をハニカム状に配設することによって生じた六角形の隙間の平面視上の向きが、奇数行の隙間と偶数行の隙間とで互いに１８０°ずれている。ここで、「奇数行の隙間」および「偶数行の隙間」とは、光電変換素子列の長手方向を列方向とし、光電変換素子行の長手方向を行方向として前記の隙間の配置を行列に見なしたときの「奇数行の隙間」および「偶数行の隙間」を意味する。
【００３６】
このため、当該ＩＴ−ＣＣＤにおいては、個々の画素における受光部の形状および大きさを、上記六角形の隙間をそのまま縮小した相似形にすると、相隣る２つの画素行同士の間で、画素の集光効率や感度に差が生じやすくなる。また、個々の画素における受光部の形状、大きさおよび向きを奇数行の画素と偶数行の画素との間で同じにしようとすると、当該受光部の面積が上記六角形の隙間より更に狭くなる。すなわち、受光部として使用できない領域が増加する。その結果として、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させることが困難になる。
【００３７】
ところで、個々の光電変換素子から対応する電荷転送チャネルへの信号電荷の読み出しは、前述したように、半導体基板に形成された読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域上に形成された読み出しゲート電極部とを用いて制御される。そして、読み出しゲート電極部の各々は、通常、垂直転送ＣＣＤを構成する所定の転送電極における転送路形成部の一部の領域からなる。
【００３８】
従来より、垂直転送ＣＣＤの電荷転送チャネルのチャネル幅は、読み出しゲート領域が隣接して形成されている部分も読み出しゲート領域が隣接して形成されていない部分も、実質的に同じ値にされている。
【００３９】
このため、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部については、読み出しゲート電極部を含まない転送路形成部に比べて、その幅を広くしなければならない。あるいは、全ての転送路形成部の幅が、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部の幅と同じ値にされる。
【００４０】
転送路形成部の幅を広くすることにより、例えば上記公報に記載されているＩＴ−ＣＣＤにおいては、垂直転送ＣＣＤ用の転送電極をハニカム状に配設したときに生じる六角形の隙間の平面視上の面積が低下する。光電変換素子は、平面視上、前記六角形の隙間に形成されるので、当該六角形の隙間の平面視上の面積が低下するのに伴って、光電変換素子の面積も低下する。
【００４１】
勿論、個々の画素における受光部の形状は、前述したように、光遮蔽膜に形成される開口部の平面視上の形状によって決まる。しかしながら、前記の開口部は、通常、光電変換素子を平面視したときの縁より内側に形成される。このため画素における受光部の面積は、通常、当該画素を構成している光電変換素子の面積より狭くなる。
【００４２】
したがって、光電変換素子の面積が低下すれば、これに伴って画素の受光部の面積も通常は低下する。
【００４３】
本発明の目的は、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができ、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすいＩＴ−ＣＣＤおよびその駆動方法を提供することにある。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列された多数個の光電変換素子であって、１つの光電変換素子列および１つの光電変換素子行がそれぞれ複数個の光電変換素子によって構成され、奇数列を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数列を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、列方向にずれており、奇数行を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数行を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子行内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、行方向にずれており、前記光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含む多数個の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子列の１列毎に該光電変換素子列に近接して前記半導体基板表面に形成され、複数の区間が区間同士の境界部で向きを変えながら全体として前記光電変換素子列の長手方向に連なった蛇行形状を呈する複数本の電荷転送チャネルと、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれを平面視上横断するようにして前記半導体基板表面上に形成された複数本の転送電極であって、各々が前記複数本の電荷転送チャネルの数と同じ数の複数個の転送路形成部を有し、該複数個の転送路形成部それぞれが前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれの上において前記区間の１つを平面視上覆って該区間と共に１つの電荷転送段を構成し、相隣る２本の転送電極の一方の転送電極に対する平面視上の向きが奇数行の光電変換素子と偶数行の光電変換素子とで逆であり、しかも、当該相隣る２本の転送電極が平面視上離合を繰り返しながら、かつ、前記複数の光電変換素子列の１列おきに該光電変換素子列を構成している前記奇数行または偶数行の光電変換素子の１つを平面視上取り囲んで１つの光電変換素子領域を画定しながら、全体として前記光電変換素子行の長手方向に延びている複数本の転送電極と、前記多数個の光電変換素子の１個毎に該光電変換素子に隣接して、かつ、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおける前記複数の区間の１つおきに該区間に隣接して、前記半導体基板表面に形成された複数個の読み出しゲート領域とを具備し、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおいて前記読み出しゲート領域が隣接している各箇所でのチャネル幅が、他の箇所でのチャネル幅より狭い固体撮像装置が提供される。
【００４５】
また、本発明の他の観点によれば、上記の固体撮像装置の駆動方法であって、１つの垂直ブランキング期間において、所定の光電変換素子行を構成する光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を該光電変換素子に隣接する前記読み出しゲート領域を介して該読み出しゲート領域に隣接する電荷転送チャネルに読み出す信号電荷読み出し工程と、前記１つの垂直ブランキング期間から次の垂直ブランキング期間までの間に、前記電荷転送チャネルに読み出された前記信号電荷の各々を画像信号に変換して出力する画像信号出力工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００４６】
上述した固体撮像装置では、電荷転送チャネルにおいて読み出しゲート領域が隣接している箇所でのチャネル幅が他の箇所でのチャネル幅より狭くなっている。このため、読み出しゲート電極部を含んでいる転送路形成部を形成するにあたって、当該転送路形成部の幅を他の転送路形成部の幅より別段広くしなくても、所望の読み出しゲート領域を半導体基板に形成することができる。
【００４７】
その結果として、光電変換素子の表面のうちで画素の受光部として使用できない領域が前記読み出しゲート領域の形成に伴って増加することを容易に抑制できる。同時に、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部の形状、大きさおよび向きを同じにすることも容易になる。
【００４８】
したがって、上記の固体撮像装置は、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止しやすく、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい固体撮像装置である。
【００４９】
なお、上記の固体撮像装置においては、個々の電荷転送チャネルが有している複数の区間の１つおきに、当該区間に隣接して読み出しゲート領域が形成されている。すなわち、個々の電荷転送チャネルにおいてチャネル幅が狭くなっている領域は、１電荷転送段おきに形成されている。このため、電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段は、１電荷転送段分の信号電荷を短時間蓄積し、かつ、当該信号電荷を次の電荷転送段に転送できればよい。
【００５０】
電荷転送チャネルと読み出しゲート領域とが上記のように形成されていれば、読み出しゲート領域が隣接していない部分でのチャネル幅を従来と同じに保ったままでも、従来と同程度の転送効率を得ることが可能である。
【００５１】
例えば、電荷転送チャネルのチャネル幅を狭くすることによって狭チャネル効果が発現し、転送効率が低下することがある。しかしながら、狭チャネル効果の発現による転送効率の低下は、いわゆるフリンジ電界を発生させることによって、抑制することができる。
【００５２】
上記のフリンジ電界は、例えば、転送電極における転送路形成部と読み出しゲート領域との関係を下記(1) 〜(3) を満たす関係とすることにより、発生させることができる。
(1) 転送電極における転送路形成部の平面視上の大きさを、読み出しゲート領域を覆い得る大きさとする。
(2) 電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっていない電荷転送段を構成する転送路形成部における下流側（出力転送路側を意味する。以下同じ。）の縁部が、当該電荷転送段の直ぐ下流側に形成されている読み出しゲート領域における上流側（平面視上、出力転送路とは反対の側を意味する。以下同じ。）の縁部と平面視上接する。
(3) 電荷転送チャネルのチャネル幅が狭くなっていない電荷転送段を構成する転送路形成部における上流側の縁部が、当該電荷転送段の直ぐ上流側に形成されている読み出しゲート領域における下流側の縁部と平面視上接する。
【００５３】
ただし、読み出しゲート領域が隣接している部分でのチャネル幅をあまりに狭くすると、たとえ上記(1) 〜(3) の関係を満たしたとしても、当該電荷転送段に１電荷転送段分の信号電荷を蓄積させることが困難になる。読み出しゲート領域が隣接している部分のチャネル幅は、読み出しゲート領域が隣接していない部分でのチャネル幅の概ね５０〜９５％とすることが好ましく、概ね６０〜８０％とすることが特に好ましい。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００を概略的に示す平面図である。ただし、同図は、多数個の画素が画素ずらし配置されているインターレース駆動型のＩＴ−ＣＣＤの略図である。
【００５５】
図示の構成においては、簡略化された計３２個の光電変換素子２２が８行×８列に亘って画素ずらし配置されている。奇数番目の光電変換素子列２０は奇数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０は偶数行の光電変換素子２２のみを含む。
【００５６】
実際のＩＴ−ＣＣＤでは、画素数が数１０万〜数１００万に達する。このような構成においても、奇数番目の光電変換素子列２０が奇数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０が偶数行の光電変換素子２２のみを含むようにして画素ずらし配置される。また、図中の左端から数えて第１番目の光電変換素子列２０を省略すると、奇数番目の光電変換素子列２０が偶数行の光電変換素子２２のみを含み、偶数番目の光電変換素子列２０が奇数行の光電変換素子２２のみを含むようになる。
【００５７】
図示のＩＴ−ＣＣＤ１００は、半導体基板１の表面に設定された感光部１０と、当該感光部１０の外側に形成された調整部６０と、当該調整部６０の外側に形成された出力転送路７０と、当該出力転送路７０の一端に接続された出力部８０とを具備している。
【００５８】
８つの光電変換素子列２０と、８つの光電変換素子行２１と、８本の垂直転送ＣＣＤ３０と、３２個の読み出しゲート領域４０とが、感光部１０における半導体基板１の表面に形成されている。
【００５９】
個々の光電変換素子列２０は、ｐ型ウェル内のｎ型領域で構成された４つの光電変換素子２２によって構成され、個々の光電変換素子行２１も、４つの光電変換素子２２によって構成されている。
【００６０】
個々の垂直転送ＣＣＤ３０は、半導体基板１の表面に形成されたｐ型ウェル内のｎ型領域で構成された１本の電荷転送チャネル（図１においては図示せず。）と、当該電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に電気絶縁膜（図１においては図示せず。）を介して形成された５本の転送電極３２と、前記の電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に電気絶縁膜（図１においては図示せず。）を介して形成された４本の転送電極３３とを含んで構成されている。転送電極３２は、例えば第１ポリシリコン層によって構成される。転送電極３３は、例えば第２ポリシリコン層によって構成される。これらの転送電極３２、３３は、交互に形成されている。
【００６１】
読み出しゲート領域４０のそれぞれは、所定の光電変換素子２２と、対応する垂直転送ＣＣＤ３０を構成している上記の電荷転送チャネルにおける所定の区間との両方に隣接している。なお、図１においては、読み出しゲート領域４０を判りやすくするために、当該読み出しゲート領域４０にハッチングを付してある。
【００６２】
調整部６０は、各垂直転送ＣＣＤ３０を構成している上記の電荷転送チャネルそれぞれの一端に接続して形成された計１２個の電荷転送段からなる。個々の電荷転送段は、前記の電荷転送チャネルに続く調整部用電荷転送チャネル（図示せず。）と、当該調整部用電荷転送チャネルを平面視上横断するようにして半導体基板１上に形成された３本の転送電極６１、６２、６３のいずれかとを含んで構成されている。各調整部用電荷転送チャネルと転送電極６１、６２、６３との平面視上の交差部それぞれに、１つの電荷転送段が形成される。
【００６３】
転送電極６１は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６１Ｔを有しており、これらの転送路形成部６１Ｔは接続部６１Ｃを介して互いに繋がっている。転送電極６２は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６２Ｔを有しており、これらの転送路形成部６２Ｔは接続部６２Ｃを介して互いに繋がっている。転送電極６３は、調整部用電荷転送チャネルの各々と平面視上交差する箇所それぞれに転送路形成部６３Ｔを有しており、これらの転送路形成部６３Ｔは接続部６３Ｃを介して互いに繋がっている。後述するように、感光部１０に形成されている転送電極３２、３３も同様である。
【００６４】
調整部用電荷転送チャネルの各々は、当該調整部用電荷転送チャネルと平面視上交差している転送路形成部６１Ｔ、６２Ｔ、６３Ｔそれぞれを平面視上縦断する方向に延びている。
【００６５】
なお、図１においては、調整部６０に最も近い転送電極３２、転送電極６１、転送電極６２および転送電極６３を区別しやすくするために、これらを離隔して描いてある。しかしながら、実際には、調整部６０に最も近い転送電極３２と転送電極６１とは、少なくとも転送路形成部３２Ｔにおける下流側（出力転送路７０側）の縁部と転送路形成部６２Ｔにおける上流側（感光部１０側）の縁部とで平面視上互いに重なる。転送電極６１と転送電極６２、および、転送電極６２と転送電極６３においても同様である。これらの転送電極は、電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。
【００６６】
調整部６０は、各垂直転送ＣＣＤ３０によって転送されてきた信号電荷の転送方向を変化させると共に、電荷転送路の横方向（行方向）ピッチを一定値に調整する。
【００６７】
出力転送路７０は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々から調整部６０を介して送られてきた信号電荷を受け取り、当該信号電荷を行方向に順次転送して、出力部８０に送る。
【００６８】
出力部８０は、出力転送路７０から送られてきた信号電荷をフローティング容量（図示せず。）によって信号電圧に変換し、当該信号電圧をソースホロワ回路（図示せず。）等を利用して増幅する。検出（変換）された後の電荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電源（図示せず。）に吸収される。
【００６９】
各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、４つのパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄが感光部１０の外側に配設されている。
【００７０】
個々のパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄは、感光部１０の上端側（出力転送路７０から最も遠い側）から調整部６０の下端側（出力転送路７０側）にかけて形成されている転送電極３２、３３、６１、６２、６３に３つおきに電気的に接続され、４相駆動パルスを供給する。
【００７１】
また、出力転送路７０に所定の駆動パルスを供給するための２つのパルス供給用端子８８ａ、８８ｂが、感光部１０の外側に配設されている。
【００７２】
なお、図１中の符号５１は、後述する光遮蔽膜５０に形成される開口部を示している。
【００７３】
以下、ｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる半導体基板１を用いた場合を例にとり、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４、図５、図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて感光部１０の構造について説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【００７４】
図２は、図１に示した感光部１０の一部を拡大して示す平面図である。また、図３（ａ）は、図２に示した電荷転送チャネル３１ａを概略的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、図２に示した電荷転送チャネル３１ｂを概略的に示す平面図である。図４は転送電極３２の１本を概略的に示す平面図であり、図５は転送電極３３の１本を概略的に示す平面図である。図６（ａ）は図２に示したＡ−Ａ線断面の概略図であり、図６（ｂ）は図２に示したＢ−Ｂ線断面の概略図である。
【００７５】
図２に示したように、感光部１０に形成されている光電変換素子列２０の各々においては、所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）が所定方向ＤV （図２中に矢印で示す。）に一定のピッチＰ1 で形成されている。また、光電変換素子行２１の各々においては、所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）が所定方向ＤH （図２中に矢印で示す。）に一定のピッチＰ2 で形成されている。
【００７６】
偶数番目の光電変換素子列２０を構成する光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）の各々は、奇数番目の光電変換素子列２０を構成する所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）に対し、前記ピッチＰ1 の約１／２、列方向（方向ＤV ）にずれている（図２参照）。同様に、偶数番目の光電変換素子行２１を構成する光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）の各々は、奇数番目の光電変換素子行２１を構成する所定個の光電変換素子２２（信号電荷蓄積領域）に対し、前記ピッチＰ2 の約１／２、行方向（方向ＤH ）にずれている（図２参照）。
【００７７】
ここで、本明細書でいう「ピッチＰ1 の約１／２」とは、Ｐ1／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起きる画素位置の丸め誤差等の要因によってＰ1 ／２からはずれてはいるものの、得られるＩＴ−ＣＣＤの性能およびその画像の画質からみて実質的にＰ1 ／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「ピッチＰ2 の約１／２」についても同様である。
【００７８】
光電変換素子２２それぞれの平面視上の形状は実質的に六角形であり、個々の光電変換素子２２の平面視上の大きさは、実質的に同一である。
【００７９】
２種類の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂが、方向ＤH に交互に４本ずつ形成されている（図２参照）。電荷転送チャネル３１ａと３１ｂとは、平面視上の形状が互いにほぼ線対称になっている。右端（図１中での右端）の光電変換素子列２０を除き、１つの光電変換素子列２０が、相隣る２本の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂの間に形成されている。
【００８０】
図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したように、個々の電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂは、複数の区間が区間同士の境界部で向きを変えながら全体として方向ＤV に連なった蛇行形状を呈する。電荷転送チャネル３１ａと電荷転送チャネル３１ｂとは、同じ数の区間を有している。電荷転送チャネル３１ａおよび３１ｂのいずれにおいても、チャネル幅が狭くなっている領域が１区間おきに形成されている。チャネル幅が狭くなっている領域は、電荷転送チャネル３１ａおよび３１ｂのいずれにおいても、感光部１０の上端側（出力転送路７０から最も遠い側）から数えて同じ順位の区間内に形成されている。チャネル幅が狭くなっている領域の各々には、読み出しゲート領域４０が隣接配置されている。読み出しゲート領域４０の各々は、所定の光電変換素子２２とも隣接している。
【００８１】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）中の符号Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、……Ｒ6 は、それぞれ、電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂにおける１つの区間を指している。
【００８２】
２種類の転送電極３２、３３は、それぞれ、各電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂを平面視上横断するようにして、形成されている（図２参照）。個々の転送電極３２、３３は、電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂの総数と同じ数の転送路形成部３２Ｔ、３３Ｔを有している。
【００８３】
転送電極３２においては、各転送路形成部３２Ｔが接続部３２Ｃを介して前記の方向ＤH に繋がっている（図４参照）。１つの接続部３２Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３２Ｔ、３２Ｔは、互いに面対称になっている。転送路形成部３２Ｔの各々は、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂにおいてチャネル幅が狭くなっていない区間の１つを平面視上覆って、当該区間と共に１つの電荷転送段を構成する。
【００８４】
転送電極３３においては、各転送路形成部３３Ｔが接続部３３Ｃを介して前記の方向ＤH に繋がっている（図５参照）。１つの接続部３３Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３３Ｔ、３３Ｔは、互いに面対称になっている。転送路形成部３３Ｔの各々は、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂにおいてチャネル幅が狭くなっている区間の１つを平面視上覆って、当該区間と共に１つの電荷転送段を構成する。
【００８５】
また、転送路形成部３３Ｔの各々は、それぞれ別個に、１つの読み出しゲート領域４０をも平面視上覆う。当該転送路形成部３３Ｔにおいて読み出しゲート領域４０を平面視上覆う部分は、光電変換素子２２から信号電荷を読み出すための読み出しゲート電極部３３Ｇとして機能する（図５参照）。
【００８６】
転送路形成部３２Ｔを含んで構成される電荷転送段と転送路形成部３３Ｔを含んで構成される電荷転送段とは交互に連なって、１本の垂直転送ＣＣＤ３０を形成する（図２参照）。各垂直転送ＣＣＤ３０における電荷転送段の各々は、電荷転送段同士の境界部で向きを変えつつ連なって、全体としては前記の方向ＤV に延びている（図２参照）。
【００８７】
相隣る２本の転送電極３２、３３は、ある１つの光電変換素子列２０を横切るときには、接続部３２Ｃ、３３Ｃにおいて重なる。また、前記の光電変換素子列２０の隣の光電変換素子列２０を横切るときには互いに離隔して、当該光電変換素子列２０を構成している光電変換素子２２の１つを平面視上取り囲む。相隣る２本の転送電極３２、３３は、上記の離合を繰り返しながら、全体として前記の方向ＤH に延びている（図２参照）。
【００８８】
図１の構成において、相隣る２本の転送電極が、感光部１０の上端側からみて転送電極３２と転送電極３３とであった場合、当該相隣る２本の転送電極３２、３３は、奇数行の光電変換素子２２の各々を平面視上取り囲む。一方、相隣る２本の転送電極が、感光部１０の上端側からみて転送電極３３と転送電極３２とであった場合、当該相隣る２本の転送電極３３、３２は、偶数行の光電変換素子２２の各々を平面視上取り囲む。
【００８９】
これら相隣る２本の転送電極３２、３３同士は、互いに離隔している箇所それぞれにおいて、光電変換素子２２の１つを平面視上取り囲んで、ここに六角形もしくは実質的に六角形の光電変換素子領域を１つ画定している。これらの光電変換素子領域の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。すなわち、各転送電極３２、３３は、ハニカム状に形成されている（図２参照）。
【００９０】
上記光電変換素子領域の各々は、１つの接続部３２Ｃと当該接続部３２Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３２Ｔ、３２Ｔ、ならびに、１つの接続部３３Ｃと当該接続部３３Ｃを介して相隣る２つの転送路形成部３３Ｔ、３３Ｔによって、平面視上、画定される。
【００９１】
なお、図１においては、転送電極３２と転送電極３３とを区別しやすくするために、当該転送電極３２、３３を互いに離隔して描いている。しかしながら、これらの転送電極３２、３３は、図２に示したように、接続部３２Ｃ、３３Ｃ、および転送路形成部３２Ｔ、３３Ｔにおいて重なっている。
【００９２】
また、感光部１０における左端（図１中での左端）の光電変換素子列２０の左側に垂直転送ＣＣＤ３０を設けない場合、当該左端の光電変換素子列２０を構成している各光電変換素子２２については、相隣る２本の転送電極３２、３３同士によって平面視上取り囲まれていなくてもよい。すなわち、左端の光電変換素子列２０を構成している各光電変換素子２２を平面視上取り囲むうえで必要となる左端の転送路形成部３２Ｔおよび３３Ｔをそれぞれ省略することができる。さらには、左端の接続部３２Ｃおよび３３Ｃをも省略することができる。感光部１０における右端の光電変換素子列２０の右側に垂直転送ＣＣＤ３０を設けない場合についても、同様である（図１参照）。
【００９３】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、上述した光電変換素子２２は、例えば半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２中の所定領域と、当該所定領域の上に設けられたｎ型領域３と、ｎ型領域３上に設けられた埋込み用ｐ+ 型層４とによって構成された埋込型のフォトダイオードからなる。ｎ型領域３は、信号電荷蓄積領域として機能する。電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５が、ｐ+ 型層４上に形成されている。前記の方向ＤV に沿って相隣る２つの光電変換素子２２、２２は、例えばｐ+ 型層からなるチャネルストップ領域２５（図６（ａ）参照）によって分離されている。
【００９４】
電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂは、例えば、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所にｎ型領域を形成することによって得られる。電荷転送チャネル３１ａ、３１ｂと光電変換素子２２とは、読み出しゲート領域４０が形成される部分を除いて、例えばｐ+ 型層からなるチャネルストップ領域３５（図６（ｂ）参照）によって分離されている。
【００９５】
転送電極３２は、例えば、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して半導体基板１上に形成されたポリシリコン層からなる。各転送電極３２は、シリコン酸化膜等からなる電気絶縁層によって覆われている。
【００９６】
転送電極３３も、例えばポリシリコン層からなる。各転送電極３３は、後述するように、電気絶縁層によって覆われている。図６（ａ）および図６（ｂ）においては、図面を見やすくするために、転送電極３２、３３を覆っている電気絶縁層を１つの電気絶縁層３４で表している。
【００９７】
個々の読み出しゲート領域４０（図６（ｂ）参照）は、例えば、半導体基板１の一表面側に形成されているｐ型ウェル２の所定箇所からなる。読み出しゲート電極部３３Ｇは、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して、読み出しゲート領域４０の上に形成されている。
【００９８】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）中の符号５０は、後述する光遮蔽膜を示している。また、図１、図２、図６（ａ）および図６（ｂ）中の符号５１は、光遮蔽膜５０に形成される開口部を示している。
【００９９】
上述した感光部１０を有するＩＴ−ＣＣＤ１００においては、(a) １つの光電変換素子２２、(b) この光電変換素子２２に近接して図２中での左側に形成されている垂直転送ＣＣＤ３０における２つの電荷転送段、すなわち、転送路形成部３２Ｔを含んで構成される電荷転送段と転送路形成部３３Ｔを含んで構成される電荷転送段、および、(c) 転送路形成部３３Ｔを含んで構成される前記の電荷転送段と光電変換素子２２との間に形成されている読み出しゲート領域４０、によって、１つの画素が構成される。
【０１００】
前述したように、ＩＴ−ＣＣＤにおいては、各垂直転送ＣＣＤ３０によって無用の光電変換が行われるのを防止するために、感光部１０から出力転送路７０に亘る領域を平面視上覆う光遮蔽膜が形成される。
【０１０１】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光遮蔽膜５０は、感光部１０上においては、光電変換素子２２それぞれの上に所定形状の開口部５１を有する。１個の光電変換素子２２に対して１個の開口部５１が形成される。各開口部５１は、平面視上、光電変換素子２２における信号電荷蓄積領域（ｎ型領域３）の平面視上の縁より内側において開口している。１つの光電変換素子２２のうちで上記の開口部５１から平面視上露出している部分が、個々の画素における受光部（以下、この受光部を「受光部５１」ということがある。）として機能する。
【０１０２】
上記の光遮蔽膜５０は、例えばアルミニウム、クロム、タングステン、チタンまたはモリブデンからなる金属薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記の合金とを組み合わせた多層金属薄膜等によって形成される。
【０１０３】
開口部（受光部）５１のそれぞれは、平面視上、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な六角形を呈する。そして、これらの開口部（受光部）５１の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１０４】
開口部（受光部）５１から光電変換素子２２に入射した光は、当該光電変換素子２２によって光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は、光電変換素子２２の信号電荷蓄積領域であるｎ型領域３から当該光電変換素子２２に隣接する読み出しゲート領域４０を介して垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される。このとき、所定のフィールドシフトパルスが転送電極３３（読み出しゲート電極部３３Ｇ）に印加される。
【０１０５】
垂直転送ＣＣＤ３０に読み出された信号電荷は、当該垂直転送ＣＣＤ３０内の電荷転送段を順々に転送されて、やがて、調整部６０を介して出力転送路７０に達する（図１参照）。
【０１０６】
図７は、出力転送路７０の一例を概略的に示す断面図である。同図に示した出力転送路７０は、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる。図７に示した構成部分のうち、図６に示した構成部分と同じものについては、図６で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
図７に示した出力転送路（水平転送ＣＣＤ）７０は、半導体基板１に形成された１本の電荷転送チャネル７１と、電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して半導体基板１上に形成された複数本の転送電極７２、７３と、これらの転送電極７２、７３上に形成された電気絶縁膜７４と、この電気絶縁膜７４上に形成された光遮蔽膜５０とを有している。
【０１０８】
電荷転送チャネル７１は、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所にｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域７１ａとｎ型不純物を低濃度に含むｎ型領域７１ｂとを交互に所定数形成することによって作製されている。この電荷転送チャネル７１は、前記の方向ＤH に延びている。
【０１０９】
転送電極７２の各々は、ポリシリコン層からなる。これらの転送電極７２の表面には、シリコン酸化膜７５が設けられている。各転送電極７２は、ｎ+ 型領域７１ａそれぞれの上に形成されている。また、転送電極７３の各々も、ポリシリコン層からなる。これらの転送電極７３は、ｎ型領域７１ｂそれぞれの上に形成されている。
【０１１０】
各転送電極７２、７３は、電荷転送チャネル７１を横断するようにして形成されている。転送電極７３それぞれにおける転送電極７２側の縁部は、転送電極７２上に覆い被さっている。すなわち、転送電極７２、７３は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造となっている。
【０１１１】
ｎ+ 型領域７１ａの１つと、当該ｎ+ 型領域７１ａ上に電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して形成されている１本の転送電極７２とによって、１つのポテンシャルウェル領域が構成される。同様に、ｎ型領域７１ｂの１つと、当該ｎ型領域７１ｂ上に電気絶縁膜（シリコン酸化膜）５を介して形成されている１本の転送電極７３とによって、１つのポテンシャルバリア領域が構成される。
【０１１２】
１つのポテンシャルバリア領域を構成する転送電極７３と、前記のポテンシャルバリアの直ぐ下流側（出力部８０側を意味する。）に形成されている１つのポテンシャルウェル領域を構成する転送電極７２との両方に所定レベルの電圧を同時に印加することによって、１つの電荷転送段が構成される。
【０１１３】
出力転送路７０においては、１本の垂直転送ＣＣＤ３０に対して２つの電荷転送段が備えられている。したがって、出力転送路７０では、当該出力転送路７０における１つの電荷転送段おきに、１本の垂直転送ＣＣＤ３０が調整部６０を介して接続されている。
【０１１４】
垂直転送ＣＣＤ３０から調整部６０を介して転送されてきた信号電荷は、出力転送路７０における上記のポテンシャルウェル領域において、当該出力転送路７０に受け取られる。
【０１１５】
電気絶縁膜７４は、転送電極７２、７３を保護し、光遮蔽膜５０を電気的に絶縁する。当該電気絶縁膜７４は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との２層膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との３層膜等によって形成される。
【０１１６】
光遮蔽膜５０は、出力転送路７０等において無用の光電変換が行われないよう、当該出力転送路７０等への光の入射を防止する。
【０１１７】
出力転送路７０内を順次転送されてきた信号電荷は、やがて出力部８０（図１参照）に転送され、当該出力部８０において信号電圧に変換されると共に増幅される。増幅された信号電圧は、所定の回路に出力される。
【０１１８】
以上説明したＩＴ−ＣＣＤ１００においては、読み出しゲート領域４０に隣接している箇所での電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャンネル幅が他の箇所でのチャンネル幅より狭くなっている（図３参照）。このため、当該ＩＴ−ＣＣＤ１００は、下記の利点を有する。
【０１１９】
すなわち、転送電極３３における転送路形成部３３Ｔの幅を転送電極３２における転送路形成部３２Ｔの幅より広げなくても、当該転送路形成部３３Ｔに垂直転送ＣＣＤ３０用の転送路形成部としての領域と、読み出しゲート電極部３３Ｇとしての領域を確保することができる。その結果として、相隣る２本の転送電極３２、３３同士によって各光電変換素子列２０の１列おきに画定される前述の光電変換素子領域の大きさを、容易に大きくすることができる。これに伴って、相隣る２つの画素行同士の間で画素の開口部（受光部）５１の形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該開口部（受光部）５１の面積をより広くすることが容易になる。
【０１２０】
したがって、ＩＴ−ＣＣＤ１００においては、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の開口部（受光部）５１の面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１２１】
前述したように、垂直転送ＣＣＤ３０の各々においては、電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段と前記チャネル幅が狭くなっていない電荷転送段とが、交互に形成されている。すなわち、１本の電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂに沿って相隣る２つの読み出しゲート領域４０、４０同士の間には、チャネル幅が狭くなっていない電荷転送段が１つ介在している。
【０１２２】
このため、読み出しゲート領域４０が隣接している部分でのチャネル幅を図３に示したように狭くしたことによって生じる不利益は、小さく抑えられる。電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャネル幅が狭くなっている電荷転送段は、１電荷転送段分の信号電荷を短時間蓄積し、かつ、当該信号電荷を次の電荷転送段に転送できればよい。この電荷転送段におけるチャネル幅は、読み出しゲート領域４０が隣接していない部分でのチャネル幅の概ね５０〜９５％とすることが好ましく、概ね６０〜８０％とすることが特に好ましい。
【０１２３】
図１に示したＩＴ−ＣＣＤ１００を駆動させるためには、各転送電極３２、各転送電極３３、および転送電極６１、６２、６３、ならびに出力転送路７０に所定の駆動パルスを供給するための駆動パルス供給手段が用いられる。
【０１２４】
以下、ＩＴ−ＣＣＤ１００の駆動方法の一例を説明する。以下の例は、１フレームを第１フィールドと第２フィールドの計２つのフィールドに分けてインターレース駆動する際の一例である。
【０１２５】
図８に示すように、ＩＴ−ＣＣＤ１００を駆動させる際の駆動パルス供給手段１０５は、例えば、同期信号発生器１０１、タイミング発生器１０２、垂直駆動回路１０３および水平駆動回路１０４を含んで構成される。
【０１２６】
同期信号発生器１０１は、垂直同期パルス、水平同期パルス等、信号処理に必要な各種のパルスを作る。タイミング発生器１０２は、垂直転送ＣＣＤ３０の駆動に必要な４相の垂直パルス信号、光電変換素子２２からの信号電荷の読み出しに必要なフィールドシフトパルス、出力転送路７０の駆動に必要な２相の水平パルス信号等のためのタイミング信号を作る。
【０１２７】
垂直駆動回路１０３は、上記のタイミング信号に基づいて垂直パルス信号を発生し、パルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄを介して、所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に印加する。水平駆動回路１０４は、上記のタイミング信号に基づいて水平パルス信号を発生し、パルス供給用端子８８ａ、８８ｂを介して出力転送路７０に印加する。
【０１２８】
以下、パルス供給用端子８５ａに印加される垂直パルス信号をＶa 、パルス供給用端子８５ｂに印加される垂直パルス信号をＶb 、パルス供給用端子８５ｃに印加される垂直パルス信号をＶc 、パルス供給用端子８５ｄに印加される垂直パルス信号をＶd と表記する。また、パルス供給用端子８８ａに加えられる水平パルス信号をＨa と表記し、パルス供給用端子８８ｂに加えられる水平パルス信号をＨb と表記する。Ｈa の位相とＨb の位相とは、互いにπずれている。
【０１２９】
ブランキングパルスによって規定される第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂに印加されると共に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ｃ、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶL 、ＶH が印加されているときに、さらに高レベルのフィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ｃに印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第１、２、５、６画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１３０】
ここで、「画素行」とは、前述した行方向に沿って直列に並んでいる画素群を意味し、出力転送路７０に近い順に、第１画素行、第２画素行、……第ｎ画素行（ｎは正の整数）と呼ぶものとする（他の実施例においても同じ。）。１つの画素行は、１つの光電変換素子行２１（図１参照）を含んでいる。ＩＴ−ＣＣＤ１００には計８つの画素行、第１画素行〜第８画素行がある。
【０１３１】
フィールドシフトパルスＶR が印加された後には、所定波形の垂直パルス信号Ｖa 、Ｖb 、Ｖc 、Ｖd がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄの各々に加えられる。これにより、垂直転送ＣＣＤ３０に読み出された信号電荷は、出力転送路７０へ向けて順次転送される。
【０１３２】
第１、２画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、上記の垂直ブランキング期間に続く第１の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第１の水平ブランキング期間に続く第１の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第２画素行の画像信号出力と第１画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３３】
第５、６画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第１の有効信号期間に続く第２の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第２の水平ブランキング期間に続く第２の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第６画素行の画像信号出力と第５画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３４】
第２の有効信号期間が終了した後にブランキングパルスによって規定される第２の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ａ、８５ｂに印加されると共に、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ｃ、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ａに印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第３、４、７、８画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１３５】
第３、４画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第２の垂直ブランキング期間に続く第３の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第３の水平ブランキング期間に続く第３の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第４画素行の画像信号出力と第３画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３６】
第７、８画素行の各光電変換素子２２から読み出された信号電荷は、第３の有効信号期間に続く第４の水平ブランキング期間に、出力転送路７０に転送される。これらの信号電荷は、第４の水平ブランキング期間に続く第４の有効信号期間に、出力部８０から順次出力される。このとき、第８画素行の画像信号出力と第７画素行の画像信号出力とは、画素単位で交互に出力される（画像信号出力工程）。
【０１３７】
第１の垂直ブランキング期間から第４の有効信号期間までの間に行われる上記の動作（工程）を繰り返すことにより、インターレースされた画像出力信号、すなわち、各フィールドの画像出力信号が出力部８０から次々と出力される。
【０１３８】
ＩＴ−ＣＣＤ１００に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０１３９】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する２つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１の垂直ブランキング期間が終了した後、第２の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールドおよび第２フィールドのそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールドの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０１４０】
以上説明した第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００は、ＩＴ−ＣＣＤとしては簡単な構造のＩＴ−ＣＣＤである。実際のＩＴ−ＣＣＤでは、通常、光電変換素子２２での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズが配設される。また、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤでは色フィルタアレイが配設される。
【０１４１】
上記のマイクロレンズを設けるにあたっては、まず、感光部１０上に平坦化膜が形成される。この平坦化膜は焦点調節層としても利用される。そして、白黒撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、前記の平坦化膜の表面に所定個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが配設される。一方、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにおいては、上記の平坦化膜の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイは、前記の色フィルタアレイ上に更に第２の平坦化膜を設けた後、当該第２の平坦化膜の表面に形成される。白黒撮像用およびカラー撮像用のいずれのＩＴ−ＣＣＤにおいても、個々のマイクロレンズは、それぞれ別個に、画素の受光部を平面視上覆うようにして形成される。
【０１４２】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、第２の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１１０の部分断面図であり、これらの図はＩＴ−ＣＣＤ１１０における感光部の断面の一部を示している。ＩＴ−ＣＣＤ１１０は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００に色フィルタアレイとマイクロレンズアレイとを増設したものである。すなわち、ＩＴ−ＣＣＤ１１０は、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤである。
【０１４３】
なお、図９（ａ）または図９（ｂ）に示した構成部分のうち、図６（ａ）または図６（ｂ）に示した構成部分と共通するものについては、図６（ａ）または図６（ｂ）で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１４４】
上記のＩＴ−ＣＣＤ１１０においては、感光部上に形成された光遮蔽膜５０および個々の画素の受光部５１をそれぞれ覆うようにして、第１の平坦化膜９０が形成されている。色フィルタアレイ９１が第１の平坦化膜９０の表面に設けられている。また、第２の平坦化膜９２が色フィルタアレイ９１上に形成されている。そして、所定個のマイクロレンズ９３からなるマイクロレンズアレイが第２の平坦化膜９２の表面に形成されている。
【０１４５】
第１の平坦化膜９０は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１４６】
色フィルタアレイ９１は、例えば赤色フィルタ９１Ｒ、緑色フィルタ９１Ｇおよび青色フィルタ９１Ｂを所定のパターンで形成したものである。当該色フィルタアレイ９１は、例えば、フォトリソグラフィ法等の方法によって、所望色の顔料もしくは染料を分散させた樹脂（カラーレジン）の層を所定箇所に形成することによって作製することができる。
【０１４７】
第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００についての説明の中で述べたように、各転送電極３２、３３はハニカム状に形成されている。光電変換素子２２のそれぞれは、相隣る２本の転送電極３２、３３によって光電変換素子列の１列おきに画定される光電変換素子領域内に平面視上位置している。このため、色フィルタアレイ９１においては、赤色フィルタ９１Ｒ、緑色フィルタ９１Ｇおよび青色フィルタ９１Ｂが亀甲形に配置されている。
【０１４８】
色フィルタアレイ９１における各色フィルタの配置パターンは、次のようにして選定される。すなわち、当該色フィルタアレイ９１が設けられたＩＴ−ＣＣＤにおける所定の２画素行、例えば相隣る２つの画素行の各光電変換素子に蓄積された信号電荷を用いて、加色法または減色法によりフルカラー情報が得られるように選定される。
【０１４９】
図１０は、上記の色フィルタアレイ９１の一例を部分的に示す平面図である。同図に示した色フィルタアレイ９１では、緑色フィルタ９１Ｇのみからなる色フィルタ列と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に配設されている色フィルタ列とが、交互に形成されている。
【０１５０】
各色フィルタ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、個々の画素の受光部５１を平面視上覆うようにして形成される。図１０中の破線は、相隣る２本の転送電極３２、３３によって光電変換素子列の１列おきに画定される光電変換素子領域の輪郭を示している。なお、同図に示した各色フィルタ中のアルファベットＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、その色フィルタの色を表している。
【０１５１】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示した第２の平坦化膜９２は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１５２】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示したマイクロレンズ９３の各々は、１つの画素の受光部５１を平面視上覆うようにして形成されている。これらのマイクロレンズ９３は、例えば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって亀甲状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。
【０１５３】
上述した色フィルタアレイ９１およびマイクロレンズアレイを有するＩＴ−ＣＣＤ１１０では、通常、図７に示した出力転送路７０における光遮蔽膜５０上に第１の平坦化膜９０が形成され、当該第１の平坦化膜９０上に第２の平坦化膜９２が形成される。
【０１５４】
図１１は、ＩＴ−ＣＣＤ１１０における出力転送路７０ａを概略的に示す部分断面図である。図１１に示した構成部分のうち、図７または図９に示した構成部分と共通するものについては、図７または図９で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５５】
同図に示した第１の平坦化膜９０は、感光部１０の上方に前述した第１の平坦化膜９０（図９参照）を形成する際に一緒に形成されたものである。同図に示した第２の平坦化膜９２は、前述した色フィルタアレイ９１上に第２の平坦化膜９２（図９参照）を形成する際に一緒に形成されたものである。
【０１５６】
図１０に示した色フィルタアレイ９１を有するＩＴ−ＣＣＤ１１０では、相隣る２つの画素行のうちの一方の光電変換素子２２それぞれの上方に緑色フィルタ９１Ｇが設けられている。また、他方の画素行では、光電変換素子２２それぞれの上方に青色フィルタ９１Ｂまたは赤色フィルタ９１Ｒが設けられている。当該他の画素行においては、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとがこの順で、または、この順とは逆の順で、交互に設けられている。
【０１５７】
フルカラー情報は、緑色フィルタ９１Ｇのみが設けられている画素行の各光電変換素子２２からの信号電荷と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に設けられている画素行の各光電変換素子２２からの信号電荷とに基づいて、生成される。
【０１５８】
相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差があると、緑色フィルタ９１Ｇのみが設けられている画素行と、青色フィルタ９１Ｂと赤色フィルタ９１Ｒとが交互に設けられている画素行との対比においても、これらの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じる。その結果として、これらの画素行の各光電変換素子２２に蓄積された信号電荷を基にして得られる赤信号出力と緑信号出力との比、および、青信号出力と緑信号出力との比に差が生じる。このことは、ＩＴ−ＣＣＤ１１０からの出力信号の色バランスが崩れることを意味する。出力信号の色バランスが崩れると、再生画像に色シェーディングが生じる。
【０１５９】
しかしながら、ＩＴ−ＣＣＤ１１０における感光部は、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００における感光部１０と同じである。前述したように、ＩＴ−ＣＣＤ１００の感光部１０に形成されている各受光部５１は、平面視上、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な六角形を呈する。そして、これらの受光部５１の形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１６０】
このため、ＩＴ−ＣＣＤ１１０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じにくい。その結果として、色シェーディングも生じにくい。また、個々の画素における受光部５１の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。
【０１６１】
次に、本発明の第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１２を用いて説明する。図１２は、第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１２０を概略的に示す平面図である。
【０１６２】
同図に示したＩＴ−ＣＣＤ１２０は、(i) 個々の画素における受光部の形状、(ii)各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、ならびに、(iii) 前記のパルス供給用端子と転送電極３２、３３、６１、６２または６３との結線の仕様、を除いて、前述したＩＴ−ＣＣＤ１００と同じ構造を有する。なお、図１２に示した構成部分のうち、図１に示した構成部分と共通するものについては、図１で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１６３】
図１２に示したように、ＩＴ−ＣＣＤ１２０においては、画素の受光部５１ａの形状が、長い方の対角線が前記の方向ＤV と実質的に平行で、短い方の対角線が前記の方向ＤH と実質的に平行な菱形となっている。
【０１６４】
また、各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、６つのパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂ、８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄが設けられている。
【０１６５】
パルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 は、図１に示したパルス供給用端子８５ａを２つに分けたものである。また、パルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 は、図１に示したパルス供給用端子８５ｃを２つに分けたものである。
【０１６６】
これらのパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂ、８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄは、それぞれ所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に電気的に接続されている。
【０１６７】
図１２に示したＩＴ−ＣＣＤ１２０においても、読み出しゲート領域４０が隣接している箇所での電荷転送チャネル３１ａまたは３１ｂのチャンネル幅が他の箇所でのチャンネル幅より狭くなっている。このため、第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１００における理由と同じ理由から、当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部５１ａの形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該受光部５１ａの面積をより広くすることが容易である。
【０１６８】
その結果として、ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の受光部５１ａの面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１６９】
ＩＴ−ＣＣＤ１２０に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。色フィルタアレイは、例えば前述した第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０を得る際の色フィルタアレイの形成手順に準じて形成することができる。
【０１７０】
ＩＴ−ＣＣＤ１２０をカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにした場合には、第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０における理由と同じ理由から、色シェーディングが生じにくい。
【０１７１】
当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、前述したＩＴ−ＣＣＤ１００と同様にして、インターレース駆動させることができる。このとき、垂直パルス信号Ｖa がパルス供給用端子８５ａ1 とパルス供給用端子８５ａ2 とに印加され、垂直パルス信号Ｖb がパルス供給用端子８５ｂに印加される。また、垂直パルス信号Ｖc がパルス供給用端子８５ｃ1 とパルス供給用端子８５ｃ2 とに印加され、垂直パルス信号Ｖd がパルス供給用端子８５ｄに印加される。そして、水平パルス信号Ｈa がパルス供給用端子８８ａに印加され、水平パルス信号Ｈb がパルス供給用端子８８ｂに印加される。
【０１７２】
これにより、１フレームが２つのフィールド、すなわち、第１、第２、第５、第６画素行からなる第１フィールドと、第３、第４、第７、第８画素行からなる第２フィールドに分割される。個々のフィールドの画像信号出力は、第１の実施例と同様の動作により、得ることができる。そして、当該動作を第１フィールドから第２フィードまで行うことにより、１フレームの画像出力信号を得ることができる。
【０１７３】
また、ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、信号電荷が読み出される画素行の数を全画素行数の１／４に間引きながら駆動させることができる。この間引き駆動の際には、ブランキングパルスによって規定される第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、例えば、低レベルの垂直パルスＶL がパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加されると共に、高レベルの垂直パルスＶH がパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加される。そして、これらの垂直パルスＶL 、ＶH が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR がパルス供給用端子８５ｃ2 に印加される。当該フィールドシフトパルスＶR の印加により、第１、２画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される（信号電荷読み出し工程）。
【０１７４】
フィールドシフトパルスＶR は、８５ｃ1 に印加することもできる。この場合には、第５、６画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷がそれぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出される。
【０１７５】
また、第３、４画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷を、それぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出すこともできる。そのためには、第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH をパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加すると共に、低レベルの垂直パルスＶL をパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加する。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR をパルス供給用端子８５ａ2 に印加する。
【０１７６】
さらには、第７、８画素行の各光電変換素子２２に蓄積されていた信号電荷を、それぞれ対応する垂直転送ＣＣＤ３０に読み出すこともできる。そのためには、第１の垂直ブランキング期間の適当な時期に、高レベルの垂直パルスＶH をパルス供給用端子８５ａ1 、８５ａ2 、８５ｂに印加すると共に、低レベルの垂直パルスＶL をパルス供給用端子８５ｃ1 、８５ｃ2 、８５ｄに印加する。そして、これらの垂直パルスＶH 、ＶL が印加されているときに、フィールドシフトパルスＶR をパルス供給用端子８５ａ1 に印加する。
【０１７７】
以下、上記読み出された信号電荷を通常のインターレース駆動における信号電荷の処理と同様に処理することにより、１／４に間引きされたフィールド画像信号、あるいは、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得ることができる。
【０１７８】
上述した間引きは、全画素の信号電荷を読み出すことが目的ではなく、常に１／４の行数（画素行の数）に間引かれた画像信号を得ることを目的とするものである。図示したＩＴ−ＣＣＤ１２０には８つの画素行しかないため、１／４に間引く動作は１回の水平読み出しで終了となる。しかしながら、実際の画素行数は、例えば６００行以上である。
【０１７９】
図１２に示した感光部１０が前記の方向ＤV にｎ段連接された構造のＩＴ−ＣＣＤについて上記の間引き動作を行って、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得る場合には、上述した間引き動作を第１段から第ｎ段まで行う。このとき、所望の画素行の各光電変換素子２２から垂直転送ＣＣＤ３０への信号電荷の読み出しは、各段とも同時に行われる。各段から読み出された信号電荷の各々は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々によって出力転送路７０へ順次転送され、当該出力転送路７０内を転送されて、出力部８０から順次出力される。
【０１８０】
例えばデジタルスチルカメラにおいて露光条件（シャッタ時間や絞り）の最適設定、焦点調整、モニタ画像の表示等を行うためには、３０フレーム／秒程度の高フレーム周波数で画像出力信号を得ることが必要である。
【０１８１】
その一方で、高解像度のデジタルスチルカメラを得ようとする場合には、当該デジタルスチルカメラ用のＩＴ−ＣＣＤとして画素数が１００万を超えるＩＴ−ＣＣＤを用いることが望まれる。
【０１８２】
しかしながら、ＩＴ−ＣＣＤの画素数が１００万を超えると、１フレームの画像信号出力を得る際に例えば数フレーム／秒という非常に長い時間を要するようになる。その結果として、露光条件の最適設定、焦点調整、モニタ画像の表示等を行うことができなくなる。
【０１８３】
したがって、高解像度のデジタルスチルカメラを得るうえからは、シャッタが押されたときに記録される静止画像の読み出し以外の動作を高フレーム周波数の下に行うことができるＩＴ−ＣＣＤを用いることが望ましい。
【０１８４】
上述したように、ＩＴ−ＣＣＤ１２０では、通常のインターレース駆動と、画素行を１／４に間引きながらの駆動とを行うことができる。間引き駆動の際のフレーム周波数は通常のインターレース駆動の際のフレーム周波数の４倍となる。したがって、当該ＩＴ−ＣＣＤ１２０は、高フレーム周波数の画像信号を得るうえで好適な構造を有するＩＴ−ＣＣＤである。
【０１８５】
フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０１８６】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する２つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後、第２フィールド用の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールドおよび第２フィールドそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールドの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０１８７】
次に、本発明の第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１３を用いて説明する。図１３は、第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１３０を概略的に示す平面図である。
【０１８８】
同図に示したＩＴ−ＣＣＤ１３０は、(i) 各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、ならびに、(ii)前記のパルス供給用端子と転送電極３２、３３、６１、６２または６３との結線の仕様、を除いて、前述したＩＴ−ＣＣＤ１２０と同じ構造を有する。なお、図１３に示した構成部分のうち、図１２に示した構成部分と共通するものについては、図１２で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１８９】
図１３に示したように、ＩＴ−ＣＣＤ１３０は、各転送電極３２、各転送電極３３および転送電極６１、６２、６３に所定の駆動パルスを供給するために、８つのパルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈを有している。
【０１９０】
これらのパルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈは、それぞれ所定の転送電極３２、３３、６１、６２または６３に電気的に接続されている。
【０１９１】
図１３に示したＩＴ−ＣＣＤ１３０では、第３の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１２０における理由と同じ理由から、相隣る２つの画素行同士の間で画素の受光部５１ａの形状、大きさおよび向きを同じに保ちつつ、当該受光部５１ａの面積をより広くすることが容易である。その結果として、当該ＩＴ−ＣＣＤ１３０では、画素ずらし配置が行われているにも拘わらず、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを容易に防止することができる。また、個々の受光部５１ａの面積の低下を抑制しつつ画素密度を容易に向上させることができる。
【０１９２】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０をカラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤにした場合には、第３の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１２０における理由と同じ理由から、色シェーディングが生じにくい。
【０１９３】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０をインターレース駆動させる場合には、パルス供給用端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ、８６ｇ、８６ｈのそれぞれに、所定の垂直パルス信号が印加される。水平パルス信号Ｈa がパルス供給用端子８８ａに印加され、水平パルス信号Ｈb がパルス供給用端子８８ｂに印加される。
【０１９４】
これにより、１フレームを４つのフィールド、すなわち、第１画素行と第２画素行とからなる第１フィールド、第３画素行と第４画素行とからなる第２フィールド、第５画素行と第６画素行とからなる第３フィールド、および、第７画素行と第８画素行とからなる第４フィールド、に分割することが可能になる。
【０１９５】
個々のフィールドの画像信号出力は、１フレームを２つのフィールドに分割してインターレース駆動させる場合に１フィールドの画像信号出力を得るときの動作（第１の実施例参照）と同様の動作により、得ることができる。そして、当該動作を第１フィールドから第４フィードまで行うことにより、１フレームの画像出力信号を得ることができる。
【０１９６】
また、常に同一フィールドについてのみ画像信号出力を得るようにすれば、１／４の間引き動作も可能である。図１３に示した感光部１０が前記の方向ＤV（列方向）にｎ段連接された構造のＩＴ−ＣＣＤについて上記の間引き動作を行って、１／４に間引きされたフレーム画像信号を得る場合には、上述した間引き動作を第１段から第ｎ段まで行う。このとき、所望の画素行の各光電変換素子２２から垂直転送ＣＣＤ３０への信号電荷の読み出しは、各段とも同時に行われる。各段から読み出された信号電荷の各々は、垂直転送ＣＣＤ３０の各々によって出力転送路７０へ順次転送され、当該出力転送路７０内を転送されて、出力部８０から順次出力される。
【０１９７】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０においては、各垂直転送ＣＣＤ３０を８相駆動させることができる。８相駆動型のＣＣＤにおいては、連続する６〜７つの電荷転送段に亘って１つのポテンシャルウェルを形成し、ここに蓄積された信号電荷を転送することが可能である。一方、４相駆動型のＣＣＤでは、連続する２〜３つの電荷転送段に亘って１つのポテンシャルウェルを形成し、ここに蓄積された信号電荷を転送することが可能である。
【０１９８】
したがって、各転送電極３２、３３の設計パターンが同じであった場合、８相駆動型の垂直転送ＣＣＤは、４相駆動型の垂直転送ＣＣＤのおよそ２〜３倍の信号電荷を転送することが可能である。
【０１９９】
その結果として、ＩＴ−ＣＣＤ１３０においては、個々の垂直転送ＣＣＤ３０について電荷転送チャネルのチャネル幅を狭めて、その分、光電変換素子２２および画素の受光部５１ａそれぞれの面積を増やすことが可能になる。これに伴って、感度および飽和出力の増大ならびにダイナミックレンジの拡大がそれぞれ可能になる。
【０２００】
ＩＴ−ＣＣＤ１３０に色フィルタアレイを設けることにより、カラー撮像用のＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。色フィルタアレイは、例えば前述した第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤ１１０を得る際の色フィルタアレイの形成手順に準じて形成することができる。
【０２０１】
フィールド毎のカラー画像信号を必要とするカメラでは、出力部８０から出力されたフィールド画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フィールドのカラー画像信号を得る。
【０２０２】
また、フレームのカラー画像信号を必要とするカメラでは、連続する４つのフィールド画像出力信号をフレームメモリに一旦蓄積した後、１フレーム分の画像出力信号毎に色信号処理を施して、各フレームのカラー画像信号を得る。この場合、フィールド毎に感光時刻がずれてしまうのを防止するために、メカニカルシャッタを使用することが好ましい。第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後、第４フィールド用の垂直ブランキング期間が開始するまでの間、各画素に光学像が入射しないようにメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第１フィールド〜第４フィールドのそれぞれについて、同一時刻のフィールド画像出力信号が得られる。フレームの白黒画像信号を必要とするカメラにおいても同じである。また、１枚のみのフレーム画像が必要なカメラでは、第１フィールド用の垂直ブランキング期間が終了した後にメカニカルシャッタを閉じておく。これにより、第２フィールド〜第４フィールドそれぞれの画像にスミアが生じることを抑制できる。
【０２０３】
次に、本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤについて、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤ１４０における出力転送路７０ｂの一例を概略的に示す部分断面図である。
【０２０４】
なお、ＩＴ−ＣＣＤ１４０は、前述した実施例１のＩＴ−ＣＣＤ１００における出力転送路７０を図示の出力転送路７０ｂに変更した以外は、ＩＴ−ＣＣＤ１００と同じ構造を有する。図１４に示した構成部分のうち、図１１に示した出力転送路７０ａの構成部分と機能的に同じものについては、図１１で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２０５】
出力転送路７０ｂは、３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる。当該出力転送路７０ｂは、図１１に示したＩＴ−ＣＣＤ１１０の出力転送路７０ａと同様に、電荷転送チャネル７１を有している。この電荷転送チャネル７１は、半導体基板１の一表面側に形成されたｐ型ウェル２の所定箇所に、ｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域７１ａとｎ型不純物を低濃度に含むｎ型領域７１ｂとを前記の方向ＤH に沿って交互に所定数形成することによって作製される。ｎ+ 型領域７１ａの幅はｎ型領域７１ｂの幅より広い。電荷転送チャネル７１は、前記の方向ＤH に延びている。
【０２０６】
また、出力転送路７０ｂは、ポリシリコン層からなる３種類の転送電極７２、７３、７７をそれぞれ所定個有している。転送電極７２の各々は、ｎ+ 型領域７１ａそれぞれの上に形成されている。転送電極７３の各々と転送電極７７の各々とは、ｎ型領域７１ｂそれぞれの上に交互に形成されている。
【０２０７】
これらの転送電極７２、７３、７７は、電荷転送チャネル７１を横断するようにして形成されている。転送電極７３における転送電極７２側の縁部は、転送電極７２上に覆い被さっている。転送電極７７における転送電極７３側の縁部は、転送電極７３上に覆い被さっている。すなわち、転送電極７２、７３、７７は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造となっている。
【０２０８】
ｎ+ 型領域７１ａの１つと、当該ｎ+ 型領域７１ａ上に形成されている１本の転送電極７２とによって、１つのポテンシャルウェル領域が構成される。同様に、ｎ型領域７１ｂの１つと、当該ｎ型領域７１ｂ上に形成されている１本の転送電極７３もしくは１本の転送電極７７とによって、１つのポテンシャルバリア領域が構成される。
【０２０９】
１つのポテンシャルバリア領域を構成する転送電極７３もしくは７７と、前記のポテンシャルバリアの直ぐ下流側（出力部８０側を意味する。以下同じ。）に形成されている１つのポテンシャルウェル領域を構成する転送電極７２との両方に所定レベルの電圧を同時に印加することによって、１つの電荷転送段が形成される。
【０２１０】
なお、各転送電極７２、７３、７７上には、それぞれ電気絶縁膜が形成されている。図１４においては、図面を判りやすくするために、前記の電気絶縁膜を１つの電気絶縁膜７４ａとして示してある。
【０２１１】
出力転送路７０ｂに所定の駆動パルスを供給するために使用されるパルス供給用端子の数は、図１に示した出力転送路７０と同様に２である。転送電極７２と当該転送電極７２の直ぐ下流に形成されている転送電極７３もしくは７７とは、同じパルス供給用端子に電気的に接続される。また、転送電極７３もしくは転送電極７７を介して相隣る２本の転送電極７２は、それぞれ異なるパルス供給用端子に電気的に接続される。
【０２１２】
３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路は、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路に比べて、デザインルールが比較的緩やかであるという利点を有する。例えば、２層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤを図７あるいは図１１に示したいわゆる重ね合わせ転送電極構造とする場合、転送電極７３同士のギャップは転送電極７２同士のギャップと同程度以下にする必要がある。このような転送電極７３の形成は、デザインルール的に厳しい。
【０２１３】
一方、図１４に示した３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤ７０ｂでは、転送電極７３を形成するにあたって上記のような厳しい制限はない。
【０２１４】
したがって、光電変換素子行方向（前記の方向ＤH ）における画素ピッチ（光電変換素子のピッチＰ2 ）を微細にしてＩＴ−ＣＣＤを得る場合に３層ポリシリコン電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなる出力転送路を用いると、目的とするＩＴ−ＣＣＤを得やすい。ポリシリコン以外の材料を用いて電極を形成する場合も、同様である。
【０２１５】
以上、実施例を挙げて本発明のＩＴ−ＣＣＤを説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０２１６】
例えば、各実施例のＩＴ−ＣＣＤは、ｐ型ウェルを備えたｎ型半導体基板に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成したものであるが、ｐ型半導体基板に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送等を形成しても、ＩＴ−ＣＣＤを得ることができる。また、サファイア基板等の表面に所望の半導体層を形成し、当該半導体層に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成してＩＴ−ＣＣＤを得ることもできる。本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面に光電変換素子（フォトダイオード）、垂直転送ＣＣＤ、出力転送路等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【０２１７】
光電変換素子の平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０２１８】
垂直転送ＣＣＤの電荷転送チャネルにおける個々の区間の平面視上の形状は、直線状の他に、曲線状であってもよいし、曲線と直線とが繋がった形状であってもよい。
【０２１９】
また、垂直転送ＣＣＤを構成する各転送電極の形状は、実施例で例示したように、前記の方向ＤH に対して斜行する２つの転送路形成部が前記の方向ＤH に延びる接続部を介して繋がった形状（以下、この形状を「形状Ａ」という。）にすることができる。また、各転送電極の形状は、前記の方向ＤH に対して斜行する２つの転送路形成部が前記の接続部を介さずに直接繋がった形状（以下、この形状を「形状Ｂ」という。）にすることもできる。各転送電極の形状を前記の形状Ａにする場合、接続部と転送路形成部とが互いに鈍角をなして連なるように、あるいは、接続部と転送路形成部とが滑らかに連なるように、当該転送電極の形状を選定することが好ましい。
【０２２０】
垂直転送ＣＣＤにおいて相隣る２本の転送電極の材質は異なっていてもよい。個々の転送電極は、ポリシリコン以外に、アルミニウム、タングステンまたはモリブデン等の金属、これらの金属の２種以上からなる合金等によって形成することができる。
【０２２１】
相隣る２本の転送電極同士が隣接する領域において、当該２本の転送電極同士における接続部同士は、図６（ａ）に示したように完全に重なっていてもよいし、一方の転送電極の接続部における幅方向の縁部のみが他方の転送電極の接続部上に重なっていてもよい。さらに、相隣る２本の転送電極の接続部同士は、重ならずに隣接していてもよい。
【０２２２】
相隣る２本の転送電極が光電変換素子列の１列おきに画定する光電変換素子領域の平面視上の形状（相隣る２本の転送電極が１つの光電変換素子を平面視上取り囲んでいる部分の内縁の輪郭）は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０２２３】
同様に、個々の画素における受光部の形状も、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、さらには、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止するうえからは、個々の画素における受光部の形状を、前記の方向ＤV および前記の方向ＤH のいずれについても線対称な形状とすることが好ましい。
【０２２４】
読み出しゲート電極部は、読み出しゲート領域の全体を平面視上必ず覆わなければならないというものではない。読み出しゲート領域は、平面視上、読み出しゲート電極部から例えば光電変換素子側へはみ出していてもよい。
【０２２５】
垂直転送ＣＣＤの駆動方法は、実施例として挙げた駆動方法に限定されるものではなく、目的とするＩＴ−ＣＣＤの用途等に応じて適宜変更可能である。これに伴って、各転送電極に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、および、当該パルス供給用端子と各転送電極との結線の仕様も、目的とするＩＴ−ＣＣＤにおける垂直転送ＣＣＤの駆動方法に応じて適宜変更可能である。出力転送路についても同様である。
【０２２６】
出力転送路として２相駆動型ＣＣＤを用いる場合、当該２相駆動型ＣＣＤにおいて相隣る２本の転送電極の材質は異なっていてもよい。転送電極は、ポリシリコン以外に、アルミニウム、タングステンまたはモリブデン等の金属、これらの金属の２種以上からなる合金等によって形成することができる。
【０２２７】
調整部は、必須の構成要件ではない。垂直転送ＣＣＤは、感光部を出た後直ちに水平転送ＣＣＤに接続されていてもよい。また、調整部に代えて１フレーム分のＣＣＤ蓄積部を設けてもよい。
【０２２８】
各画素の受光部を平面視上覆うようにしてこれらの受光部の上方にマイクロレンズを１個ずつ設ける場合、個々のマイクロレンズの平面視上の形状は、矩形、当該矩形の角部に丸みを付けた形状、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、当該多角形の角部に丸みを付けた形状、円形、楕円形等、適宜選択可能である。マイクロレンズの平面視上の形状は、個々の画素における受光部の形状に応じて、適宜選定できる。さらに、少なくとも１個のインナーレンズを含む複数個の集光レンズを画素の受光部上に積み重ねることによって、当該受光部上にマイクロレンズ構造を形成してもよい。
【０２２９】
これらのマイクロレンズにおける前記の方向ＤV のピッチは、当該方向ＤV における光電変換素子のピッチＰ1 と同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。前記の方向ＤV についてのマイクロレンズのピッチを前記のピッチＰ1 と異ならせる場合、個々のマイクロレンズは、例えば次の観点の下に移動される。
【０２３０】
すなわち、受光部内の位置の変化に応じた入射光線の入射方向の変化に対応させて、マイクロレンズによる結像位置が画素の受光部における所望箇所、例えば所望の感度あるいは解像度を得るうえでより有利となる箇所に変位するように、移動される。画素の感度あるいは解像度を高めるうえからは、マイクロレンズによる結像位置周辺のできるだけ広範囲に亘って光電変換領域が存在していることが好ましい。
【０２３１】
同様の理由から、上記のマイクロレンズそれぞれにおける前記の方向ＤH のピッチは、当該方向ＤH における光電変換素子のピッチＰ2 と同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。
【０２３２】
光電変換素子とマイクロレンズとの相対的な位置関係が全ての画素において実質的に同じであった場合には、マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置が、図１７に示したように、光電変換素子列の中央部と列方向上部または下部とで異なる。マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置が所望の位置からずれるのを抑制するうえからは、例えば下記(1) 〜(3) のように、マイクロレンズをずらすことが好ましい。
(1) 図１５（ａ）に模式的に示すように、個々の光電変換素子列２０における列方向上部および列方向下部それぞれでのマイクロレンズ９３の位置を、光電変換素子列２０の列中央部から離れるに従って、列中央部側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
(2) 図１５（ｂ）に模式的に示すように、個々の光電変換素子行２１における行方向端部でのマイクロレンズ９３の位置を、感光部１０の中央から離れるに従って、前記の方向ＤH に沿って、感光部１０の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
(3) 図１５（ｃ）に模式的に示すように、マイクロレンズ９３を、感光部１０の中央から離れるに従って、前記の方向ＤH および前記の方向ＤV に沿って、感光部１０の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ９３をずらす方向を示している。
【０２３３】
上記(1) 〜(3) のようにマイクロレンズをずらすことにより、輝度シェーディングを改善することも可能である。
【０２３４】
ＩＴ−ＣＣＤに色フィルタアレイを設ける場合、当該色フィルタアレイは、カラー撮像を可能にする色フィルタによって構成されていればよい。このような色フィルタアレイとしては、実施例で挙げた３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイの他に、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【０２３５】
補色タイプの色フィルタアレイは、例えば(i) 緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）の各色フィルタ、(ii)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、(iii) シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）および緑（Ｇ）の各色フィルタ、または、(iv)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）、緑（Ｇ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、等によって構成することができる。
【０２３６】
図１６（ａ）は上記(i) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ａの一例を示す平面図であり、図１６（ｂ）は上記(ii)の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｂの一例を示す平面図である。図１６（ｃ）は上記(iii) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｃの一例を示す平面図であり、図１６（ｄ）は上記(iii) の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｃの他の一例を示す平面図である。図１６（ｅ）は上記(iv)の補色タイプの色フィルタアレイ９１ｄの一例を示す平面図である。
【０２３７】
図１６（ａ）〜図１６（ｅ）のそれぞれにおいては、図中のアルファベットＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｗ、Ｍｇを囲んでいる各六角形が１つの色フィルタを示している。図中のアルファベットＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｗ、Ｍｇは、個々の色フィルタの色を表している。
【０２３８】
３原色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図１０に示したパターンに限定されるものではない。同様に、補色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図１６（ａ）〜図１６（ｅ）に示したパターンに限定されるものではない。
【０２３９】
各実施例のＩＴ−ＣＣＤにおいては、ｎ型半導体基板１に形成されたｐ型ウェル２上に光電変換素子（フォトダイオード）２２が形成されている。したがって、これらのＩＴ−ＣＣＤでは縦型オーバーフロードレイン構造を付設することができる。これに伴って、電子シャッタを付設することができる。各実施例のＩＴ−ＣＣＤに縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、ｐ型ウェル２とｎ型半導体基板１の下部（ｐ型ウェル２より下の領域）とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。また、縦型オーバーフロードレイン構造に代えて横型オーバーフロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型のオーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブルーミングを抑制することが容易になる。
【０２４０】
ＩＴ−ＣＣＤの駆動方法は、適宜選択可能である。これに伴って、垂直転送ＣＣＤ（垂直転送ＣＣＤを構成している転送電極）および出力転送部（出力転送部を構成している転送電極）のそれぞれに所定の駆動パルスを供給する駆動パルス供給手段の構成も、適宜選択可能である。
【０２４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＩＴ−ＣＣＤにおいては、相隣る２つの画素行同士の間で画素の集光効率や感度に差が生じることを防止しやすく、かつ、個々の画素における受光部の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。
【０２４２】
したがって、本発明によれば、再生画像の画質が高いＩＴ−ＣＣＤを得ることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示したＩＴ−ＣＣＤにおける感光部の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２に示した電荷転送チャネルを概略的に示す平面図である。
【図４】図２に示した転送電極３２の１本を概略的に示す平面図である。
【図５】図２に示した転送電極３３の１本を概略的に示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は図２に示したＡ−Ａ線断面の概略図であり、図６（ｂ）は図２に示したＢ−Ｂ線断面の概略図である。
【図７】第１の実施例のＩＴ−ＣＣＤにおける出力転送路の一例を概略的に示す断面図である。
【図８】図１に示したＩＴ−ＣＣＤをインターレース駆動させる場合に使用される駆動パルス供給手段と前記のＩＴ−ＣＣＤとの関係を示す図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、本発明の第２の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す部分断面図である。
【図１０】色フィルタアレイの一例を示す平面図である。
【図１１】第２の実施例のＩＴ−ＣＣＤにおける出力転送路を概略的に示す部分断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例によるＩＴ−ＣＣＤを概略的に示す平面図である。
【図１４】本発明の第５の実施例によるＩＴ−ＣＣＤにおける３層ポリシリコン電極構造のＣＣＤからなる出力転送路を概略的に示す部分断面図である。
【図１５】図１５（ａ）、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）は、ぞれぞれ、マイクロレンズをずらして形成するにあたって当該マイクロレンズをずらす方向を説明するための図である。
【図１６】図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）、図１６（ｄ）および図１６（ｅ）は、それぞれ、補色タイプの色フィルタアレイの一例を示す平面図である。
【図１７】マイクロレンズによって光電変換素子上に形成される像点の位置を説明するための断面図である。
【符号の説明の】
１…半導体基板、 ２…ｐ型ウェル、 １０…感光部、 ２０…光電変換素子列、 ２１…光電変換素子行、 ２２…光電変換素子（フォトダイオード）、 ３０…垂直転送ＣＣＤ、 ３１ａ、３１ｂ…電荷転送チャネル、 ３２、３３…転送電極、 ３２Ｔ、３３Ｔ…転送路形成部、 ３２Ｃ、３３Ｃ…接続部、 ３３Ｇ…読み出しゲート電極部、 ４０…読み出しゲート領域、 ５０…光遮蔽膜、 ５１…開口部（画素の受光部）、 ６０…調整部、 ７０、７０ａ、７０ｂ…出力転送路（水平転送ＣＣＤ）、 ７１…電荷転送チャネル、 ７２、７３、７７…転送電極、 ９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ…色フィルタアレイ、 ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂ…色フィルタ、 ９３…マイクロレンズ、 １００、１１０、１２０、１３０、１４０…ＩＴ−ＣＣＤ、 １０５…駆動パルス供給手段
Claims (12)
- 半導体基板の表面に一定のピッチで複数列、複数行に亘って配列された多数個の光電変換素子であって、１つの光電変換素子列および１つの光電変換素子行がそれぞれ複数個の光電変換素子によって構成され、奇数列を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数列を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、列方向にずれており、奇数行を構成する前記複数個の光電変換素子に対し、偶数行を構成する前記複数個の光電変換素子の各々は各光電変換素子行内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、行方向にずれており、前記光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含む多数個の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子列の１列毎に該光電変換素子列に近接して前記半導体基板表面に形成され、複数の区間が区間同士の境界部で向きを変えながら全体として前記光電変換素子列の長手方向に連なった蛇行形状を呈する複数本の電荷転送チャネルと、
前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれを平面視上横断するようにして前記半導体基板表面上に形成された複数本の転送電極であって、各々が前記複数本の電荷転送チャネルの数と同じ数の複数個の転送路形成部を有し、該複数個の転送路形成部それぞれが前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれの上において前記区間の１つを平面視上覆って該区間と共に１つの電荷転送段を構成し、相隣る２本の転送電極の一方の転送電極に対する平面視上の向きが奇数行の光電変換素子と偶数行の光電変換素子とで逆であり、しかも、当該相隣る２本の転送電極が平面視上離合を繰り返しながら、かつ、前記複数の光電変換素子列の１列おきに該光電変換素子列を構成している前記奇数行または偶数行の光電変換素子の１つを平面視上取り囲んで１つの光電変換素子領域を画定しながら、全体として前記光電変換素子行の長手方向に延びている複数本の転送電極と、
前記多数個の光電変換素子の１個毎に該光電変換素子に隣接して、かつ、前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおける前記複数の区間の１つおきに該区間に隣接して、前記半導体基板表面に形成された複数個の読み出しゲート領域とを具備し、
前記複数本の電荷転送チャネルそれぞれにおいて前記読み出しゲート領域が隣接している各箇所でのチャネル幅が、他の箇所でのチャネル幅より狭い固体撮像装置。 - さらに、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれの上に形成され、該読み出しゲート領域を平面視上覆う複数の読み出しゲート電極部を具備し、前記複数の読み出しゲート電極部のそれぞれが、対応する前記読み出しゲート領域に隣接した前記電荷転送チャネルの１区間を平面視上覆う前記転送路形成部の一部からなる請求項１に記載の固体撮像装置。
- 前記多数個の光電変換素子それぞれの平面視上の形状、大きさおよび向きが実質的に同じである請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記相隣る２本の転送電極によって画定される前記光電変換素子領域の平面視上の形状が、六角形もしくは実質的に六角形である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
- さらに、前記半導体基板の上方に配置され、前記多数個の光電変換素子の１個当たり１個の開口部を有する光遮蔽膜を具備した請求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記開口部それぞれの平面視上の形状、大きさおよび向きが実質的に同じである請求項５に記載の固体撮像装置。
- 前記開口部それぞれの平面視上の形状が、四角形、五角形または六角形である請求項５または請求項６に記載の固体撮像装置。
- さらに、前記開口部それぞれの上方に、該開口部を平面視上覆うマイクロレンズが設けられている請求項５〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
- さらに、前記開口部の各々と対応する前記マイクロレンズとの間に配置され、前記開口部を平面視上覆う色フィルタを有する請求項８に記載の固体撮像装置。
- さらに、２層電極構造の２相駆動型ＣＣＤまたは３層電極構造の２相駆動型ＣＣＤからなり、前記光電変換素子の各々が光電変換することによって該光電変換素子に蓄積された信号電荷を前記電荷転送チャネルを介して受け取り、該信号電荷を所定の方向に転送する出力転送路を有する請求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置。
- さらに、前記複数の電荷転送チャネルそれぞれの一端に接続され、前記出力転送路に前記信号電荷が転送される前に該信号電荷の転送方向を変化させると共に横方向ピッチを一定値に調整する調整部を有する請求項１０に記載の固体撮像装置。
- 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法であって、１つの垂直ブランキング期間において、所定の光電変換素子行を構成する光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を該光電変換素子に隣接する前記読み出しゲート領域を介して該読み出しゲート領域に隣接する前記電荷転送チャネルに読み出す信号電荷読み出し工程と、前記１つの垂直ブランキング期間から次の垂直ブランキング期間までの間に、前記電荷転送チャネルに読み出された前記信号電荷の各々を画像信号に変換して出力する画像信号出力工程とを含む固体撮像装置の駆動方法。
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