JP4514912B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置およびその駆動方法に係り、特に、CCD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機器が急速に普及している。
【0003】
CCD型の固体撮像装置をエリア・イメージセンサに利用する場合、半導体基板の一表面側に例えば計数10万〜数100万個程度の光電変換素子が多数行、多数列に亘って形成される。光電変換素子としては、フォトダイオードが多用されている。
【0004】
本明細書においては、半導体基板の一表面側において多数個の光電変換素子が行列状に形成される領域を「感光領域」という。
【0005】
感光領域の外側に出力転送路が形成される。この出力転送路は、一般に、2相駆動型CCDまたは4相駆動型CCDによって構成される。出力部が、出力転送路の一端に接続される。
【0006】
個々の光電変換素子列に近接して、CCDによって構成される垂直電荷転送路が配設される。光電変換素子とこれに対応する垂直電荷転送路との間に、1個の光電変換素子に1つずつ、読出ゲート用チャネル領域が形成される。
【0007】
垂直電荷転送路の各々は、半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルと、この垂直電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の垂直電荷転送電極とを含んで構成される。
【0008】
垂直電荷転送チャネルの各々は、対応する光電変換素子列に沿って感光領域を横切り、出力転送路に接続される。
【0009】
垂直電荷転送電極の各々は、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在し、電気的絶縁膜をのみを介して、または、電気的絶縁膜と他の転送電極とを介して、垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆う。個々の垂直電荷転送電極は、電気的絶縁膜をのみを介して垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所において、この垂直電荷転送チャネルと共に1つの垂直電荷転送段を構成する。
【0010】
垂直電荷転送路の各々においては、1本の垂直電荷転送チャネルを含んで構成される多数の垂直電荷転送段が光電変換素子列方向に相隣るもの同士で互いに連なっている。
【0011】
本明細書では、行列状に形成された多数個の光電変換素子の配列方向のうちで、その方向の一端に出力転送路が形成されている配列方向を「光電変換素子列方向」といい、この方向の光電変換素子の配列を「光電変換素子列」という。光電変換素子列に交差する方向を「光電変換素子行方向」といい、この方向の光電変換素子の配列を「光電変換素子行」という。
【0012】
また、本明細書においては、光電変換素子から出力部に転送される電荷の移動を1つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するものとする。
【0013】
一部の垂直電荷転送電極は、読出ゲート用チャネル領域上にまで延在して、このチャネル領域と共に読出ゲートを構成する。
【0014】
読出ゲートを構成する垂直電荷転送電極に高い電圧(例えば15V)のパルスを印加すると、その下の垂直電荷転送チャネルおよび読出ゲート用チャネル領域それぞれのポテンシャルが容量結合によって低くなる。光電変換素子は、垂直電荷転送電極との間に積極的容量結合を有さず、そのポテンシャルはあまり変化しない。したがって、光電変換素子のポテンシャルよりも垂直電荷転送チャネルおよび読出ゲート用チャネル領域のポテンシャルを低くすることができる。光電変換素子に蓄積された電荷を、読出ゲートを介して、対応する垂直電荷転送路に読み出すことができる。光電変換素子に蓄積された電荷を垂直電荷転送路に読み出すための高電圧のパルスを、「読出しパルス」という。
【0015】
垂直電荷転送電極に相対的に高いレベルの電圧(例えば0V)を印加することにより、この垂直電荷転送電極を含んで構成される垂直電荷転送段にポテンシャル・ウェルを形成することができる。垂直電荷転送電極に相対的に低いレベルの電圧(例えば−8V)を印加することにより、この垂直電荷転送電極を含んで構成される垂直電荷転送段にポテンシャル・バリアを形成することができる。各垂直電荷転送電極に印加する電圧を適宜制御することにより、垂直電荷転送路内の電荷を出力転送路へ向けて転送することができる。
【0016】
出力転送路は、垂直電荷転送路の各々から電荷を受け取り、これらの電荷を出力部へ順次転送する。この出力転送路は、多くの場合、光電変換素子行方向に延在する1本の水平電荷転送チャネルと、その上方に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の水平電荷転送電極とを有する。水平電荷転送電極の各々は、水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に水平転送チャネルの一領域を平面視上覆う。
【0017】
出力転送路が2相駆動型CCDおよび4相駆動型CCDのいずれであっても、1本の垂直電荷転送チャネル当たり4本の水平電荷転送電極が配設される。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
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機器の普及の拡大に伴って、CCD型の固体撮像装置の製造コストの削減や消費電力の低減が求められている。1枚の半導体基板に形成する光電変換素子のピッチを小さくすることにより、より小さな半導体基板を用いてCCD型の固体撮像装置を製造することができる。半導体基板のサイズが小さくなることから、CCD型の固体撮像装置の製造コストの削減が可能になる。
【0019】
ただし、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすると、出力転送路での水平電荷転送電極それぞれの線幅も減少させることが必要になる。
【0020】
例えば、1/4インチ光学系、200万画素の固体撮像装置では、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチがおよそ2μm程度になる。水平電荷転送電極それぞれの線幅はおよそ0.5μm程度になる。
【0021】
多数個の光電変換素子を2μm程度のピッチで行列状に形成し、これに合わせて垂直電荷転送路を形成することは、比較的容易である。
【0022】
しかしながら、線幅が0.5μm程度の水平電荷転送電極を形成するためには、高度な微細化技術が必要となる。高度な微細化技術の適用は、製造コストの上昇をもたらす。
【0023】
また、200万画素を超える高解像度の固体撮像装置では、読出しフレーム周波数を上げるために、通常、20MHz前後という高速の駆動信号で出力転送路を駆動させることが望まれる。
【0024】
その結果として、出力転送路の消費電力は例えば数10mWにまで増大する。消費電力の増大は、電池搭載型の機器にとっては電池寿命の低下を招くことから、大きな欠点となる。
【0025】
本発明の目的は、高度な微細加工技術によらずとも製造することが可能で、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を提供することである。
【0026】
本発明の他の目的は、高度な微細加工技術によらずとも製造することが可能で、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を駆動させるための駆動方法を提供することである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1および第2の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第1種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第2種の選択的電荷転送段を構成する第1および第2の転送制御電極と、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極とを備え、前記垂直電荷転送チャネルの総数が偶数本であり、端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々がその次の偶数番目の垂直電荷転送チャネルと前記出力転送路の手前において合流し、前記送出用電極を含んで構成される垂直電荷転送段の各々が、2本の垂直電荷転送チャネル同士の合流部を含んで構成される固体撮像装置が提供される。
【0028】
本発明の他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1〜第M(Mは3以上の整数)の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して(M−1)本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて1つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第1〜第Mの転送制御電極とを備えた固体撮像装置が提供される。
【0030】
本発明の更に他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1〜第M(Mは3以上の整数)の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して(M−1)本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて1つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第1〜第Mの転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記選択的電荷転送段にまで転送する工程と、前記選択的電荷転送段の各々を該選択的電荷転送段を構成している転送制御電極別にグループ化し、グループ単位で前記出力転送路への電荷の転送と該電荷の前記出力転送路からの出力とを順次行って、前記選択的電荷転送段の各々に転送されてきた電荷の全てを前記出力転送路から出力する工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【0031】
本発明の更に他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1および第2の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第1種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第2種の選択的電荷転送段を構成する第1および第2の転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記第1種または前記第2種の選択的電荷転送段の各々にまで転送する工程と、前記第1種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷と前記第2種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷とを別々のタイミングで前記出力転送路に転送し、該出力転送路内で2電荷ずつ加算して転送する工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【0032】
半導体基板における感光領域と出力転送路との間に、奇数番目の垂直電荷転送チャネルそれぞれとのみ電荷転送段を構成する第1の転送制御電極と、偶数番目の垂直電荷転送チャネルそれぞれとのみ電荷転送段を構成する第2の転送制御電極とを設ける。
【0033】
第1の転送制御電極と第2の転送制御電極とにそれぞれ別個の制御信号(駆動信号)を供給することにより、半数ないしほぼ半数の垂直電荷転送チャネルの各々を介して出力転送路へ電荷を転送することができる。その後、残り半数ないしほぼ半数の垂直電荷転送チャネルの各々を介して出力転送路へ電荷を転送することが可能になる。
【0034】
出力転送路中の水平電荷転送電極の総数を、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の2倍に抑えることができる。水平電荷転送電極の総数を従来に比べて半減ないしほぼ半減させることができる。出力転送路の消費電力が低減する。
【0035】
また、水平電荷転送電極それぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子が形成される半導体基板のサイズを小さくすることができる。したがって、製造コストの削減を図りやすくなる。
【0036】
本明細書においては、奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々と第1の転送制御電極とが構成する電荷転送段を、「第1種の選択的電荷転送段」という。偶数番目の垂直電荷転送チャネルの各々と第2の転送制御電極とが構成する電荷転送段を、「第2種の選択的電荷転送段」という。
【0037】
半導体基板における感光領域と出力転送路との間に、それぞれが所定の垂直電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆って、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第1〜第M(Mは3以上の整数)の転送制御電極を設ける。
【0038】
これら第1〜第Mの転送制御電極のそれぞれに別個の制御信号(駆動信号)を供給することにより、選択的電荷転送段の各々をM個のグループに分けて、各グループ毎に出力転送路へ電荷を転送することが可能になる。
【0039】
出力転送路中の水平電荷転送電極の総数を、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の4/M倍に抑えることができる。水平電荷転送電極の総数を従来に比べて1/Mないしほぼ1/Mに減少させることができる。出力転送路の消費電力が低減する。
【0040】
また、水平電荷転送電極それぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子が形成される半導体基板のサイズを小さくすることができる。したがって、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0041】
なお、本明細書でいう「感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の2倍」とは、下記(1) または(2) のことを意味するものとする。
(1) 垂直電荷転送チャネルの各々が感光領域外において互いに合流することなく出力転送路に接続されている場合には、出力転送路において垂直電荷転送チャネルから電荷を受け取る電荷転送段(水平電荷転送段)のうちで最も上流の電荷転送段と最も下流の電荷転送段との間の区間(これらの電荷転送段を構成する水平電荷転送電極を含む。以下、同じ。)における水平電荷転送電極の数が、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の2倍であることを意味する。上記の区間の上流または下流に水平電荷転送電極を設けることも可能である。
(2) 垂直電荷転送チャネルの各々が感光領域外において2本ずつ互いに合流して出力転送路に接続されている場合には、出力転送路において垂直電荷転送チャネルから電荷を受け取る電荷転送段(水平電荷転送段)のうちで最も上流の電荷転送段と最も下流の電荷転送段との間の区間(これらの電荷転送段を構成する水平電荷転送電極を含む。以下、同じ。)における水平電荷転送電極の数が、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の2倍よりも2本少ない数であることを意味する。上記の区間の上流または下流に水平電荷転送電極を設けることも可能である。
【0042】
本明細書でいう「感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の4/M倍」についても、上記(1) または(2) と同様に定義される。
【0043】
【発明の実施の形態】
図1は、第1の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。同図に示す固体撮像装置100は、半導体基板1と、半導体基板1の一表面側に設定された感光領域10内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子15と、半導体基板1における感光領域10の外側に形成された出力転送路40と、出力部50とを具備している。
【0044】
簡略化された図示の構成においては、計64個の光電変換素子15が8行8列に亘って感光領域10内に形成されている。実際の固体撮像装置では、数10万〜数100万個の光電変化素子が1つの感光領域内に形成される。
【0045】
後述するように、各光電変換素子列に近接して、垂直電荷転送チャネルが半導体基板1に形成される。
【0046】
垂直電荷転送チャネル上に垂直電荷転送電極が配置され、垂直電荷転送段を形成する。垂直電荷転送電極は、1行の光電変換素子行16に2本ずつ配置される。個々の光電変換素子行16の上流側に第1の垂直電荷転送電極21が延在し、下流側に第2の垂直電荷転送電極22が延在する。
【0047】
第1の垂直電荷転送電極21の各々と第2の垂直電荷転送電極22の各々とは、光電変換素子列方向(図中に矢印Dv で示す。)に交互に1本ずつ並存すると共に、光電変換素子行方向(図中に矢印DH で示す。)に延在する。
【0048】
最も下流の第2の垂直電荷転送電極22の下流側に、第3の垂直電荷転送電極23、第1の転送制御電極25、第2の転送制御電極26および送出用電極27が配設されている。
【0049】
これら第3の垂直電荷転送電極23、第1の転送制御電極25、第2の転送制御電極26および送出用電極27は、光電変換素子行方向DH に延在する。
【0050】
出力転送路40側から数えて偶数番目に当たる光電変換素子行16(以下、単に「偶数行の光電変換素子行16」という。)に対応する第1の垂直電荷転送電極21の各々、および第3の垂直電荷転送電極23は、電圧供給端子61を介して駆動信号φV1の供給を受ける。
【0051】
出力転送路40側から数えて奇数番目に当たる光電変換素子行16(以下、単に「奇数行の光電変換素子行16」という。)に対応する第1の垂直電荷転送電極21の各々は、電圧供給端子63を介して駆動信号φV3の供給を受ける。
【0052】
偶数行の光電変換素子行16に対応する第2の垂直電荷転送電極22の各々、および第1の転送制御電極25は、電圧供給端子62を介して駆動信号φV2の供給を受ける。
【0053】
奇数行の光電変換素子行16に対応する第2の垂直電荷転送電極22の各々は、電圧供給端子64を介して駆動信号φV4の供給を受け、第2の転送制御電極26は、電圧供給端子65を介して駆動信号φMの供給を受ける。送出用電極27は、電圧供給端子66を介して駆動信号φFの供給を受ける。
【0054】
出力転送路40は、送出用電極27の下流側に配設されている。この出力転送路40は、多数本の水平電荷転送電極41a、41b、41c、41dを有する。水平電荷転送電極41a、41b、41c、41dの各々は、出力転送路40の上流端から下流端にかけて、この順番で繰り返し形成されている。
【0055】
各水平電荷転送電極41a、41bは、電圧供給端子71を介して駆動信号φH1の供給を受け、各水平電荷転送電極41c、41dは、電圧供給端子72を介して駆動信号φH2の供給を受ける。
【0056】
以下、図2および図3を用いて、固体撮像装置100の構成をより詳細に説明する。
【0057】
図2は、感光領域10における第1の垂直電荷転送電極21および第2の垂直電荷転送電極22よりも半導体基板1側の構成を概略的に示す。
【0058】
図3は、感光領域10から出力転送路40にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【0059】
ここでの説明は、半導体基板1がp型ウェルを備えたn型シリコン基板である場合を例にとり行う。勿論、他の半導体基板を用いて同様の機能を有する固体撮像装置を得ることも可能である。なお、図3に示した構成要素のうち、図1または図2に示した構成要素と共通するものについては、図1または図2で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0060】
図2に示すように、個々の光電変換素子15は、n型シリコン基板1aにおけるp型ウェル1b中の所定箇所に形成されたn型領域15aと、このn型領域15a上に形成された埋込み用のp+ 型層15bとを含む。p+ 型層15bでのp型不純物の濃度は、p型ウェル1bでのp型不純物の濃度よりも高い。
【0061】
n型領域15aは、電荷蓄積領域として機能する。図示のn型領域15aは、平面視上、ほぼ矩形を呈する。
【0062】
1個の光電変換素子15に1つずつ、読出ゲート用チャネル領域2が配設される。個々の読出ゲート用チャネル領域2は、対応する光電変換素子15の図1での左側方に隣接し、この光電変換素子15の下流側半分の領域に亘って延在する。読出ゲート用チャネル領域2の各々は、p型ウェル1bの一部からなる。
【0063】
光電変換素子15の各々は、読出ゲート用チャネル領域2の配設箇所を除き、チャネルストップ領域3によって平面視上取り囲まれている。チャネルストップ領域3は、例えばp型ウェル1b中の所定箇所にp+ 型領域を形成することによって得られる。p+ 型領域でのp型不純物の濃度は、p型ウェル1bでのp型不純物の濃度よりも高い。
【0064】
1列の光電変換素子列17(図1参照)に1本ずつ、垂直電荷転送チャネル4が配設されている。各垂直電荷転送チャネル4は、対応する光電変換素子列17に近接し、この光電変換素子列17に沿って光電変換素子列方向Dv に延在する。これらの垂直電荷転送チャネル4は、感光領域10を横切った後さらに光電変換素子列方向Dv に延在して、出力転送路40(図1参照)に接続される。
【0065】
各垂直電荷転送チャネル4は、例えばp型ウェル1bにn型領域を帯状に形成することによって得られる。垂直電荷転送チャネル4を形成するn型領域は、ほぼ均一なn型不純物濃度を有する。
【0066】
垂直電荷転送チャネル4の各々は、読出ゲート用チャネル領域2の配設箇所を除き、感光領域10の内外においてチャネルストップ領域によって平面視上取り囲まれている。読出ゲート用チャネル領域2とこれに対応する垂直電荷転送チャネル4とは、互いに隣接する。
【0067】
電気的絶縁膜5が、光電変換素子15、読出ゲート用チャネル領域2、チャネルストップ領域3および垂直電荷転送チャネル4を形成した後の半導体基板1の表面を覆っている。
【0068】
図1に示した各電極21〜23、25〜27および41a〜41dは、電気的絶縁膜5上に形成されている。
【0069】
図3に示すように、第1の垂直電荷転送電極21の各々は、対応する光電変換素子行16中の光電変換素子15それぞれの左側に電荷転送段形成部21Eを有する。個々の電荷転送段形成部21Eは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル4の一領域と共に1つの垂直電荷転送段を構成する。
【0070】
同様に、第2の垂直電荷転送電極22の各々も、対応する光電変換素子行16中の光電変換素子15それぞれの左側に電荷転送段形成部22Eを有する。個々の電荷転送段形成部22Eは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル4の一領域と共に1つの垂直電荷転送段を構成する。また、電荷転送段形成部22Eの各々は、対応する光電変換素子15に隣接する1つの読出ゲート用チャネル領域2を平面視上覆って、1つの読出ゲート30を構成する。
【0071】
第3の垂直電荷転送電極23は、第1の垂直電荷転送電極21と同様の形状を有する。第3の垂直電荷転送電極23における電荷転送段形成部を参照符号23Eで示す。個々の電荷転送段形成部23Eは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル4の一領域と共に1つの垂直電荷転送段を構成する。
【0072】
第1の転送制御電極25は、1本おきの垂直電荷転送チャネル4毎に配置された電荷転送段形成部25Eを有する。個々の電荷転送段形成部25Eは、それぞれが別個に、図3での左端から数えて偶数番目に当たる垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、第2種の選択的電荷転送段を構成する。この選択的電荷転送段を、以下、「制御転送段」という。
【0073】
第2の転送制御電極26も、1本おきの垂直電荷転送チャネル4毎に配置された電荷転送段形成部26Eを有する。個々の電荷転送段形成部26Eは、それぞれが別個に、図3での左端から数えて奇数番目に当たる垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、第1種の選択的電荷転送段を構成する。この選択的電荷転送段を、以下、「メモリ転送段」という。
【0074】
制御転送段とメモリ転送段とは、1個ずつ交互に光電変換素子行方向DH に並存する。
【0075】
送出用電極27は、垂直電荷転送チャネル4毎に配置された電荷転送段形成部27Eを有する。個々の電荷転送段形成部26Eは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル4の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル4の一領域と共に1つの垂直電荷転送段を構成する。この垂直電荷転送段を、以下、「最終転送段」という。
【0076】
第1の垂直電荷転送電極21、第3の垂直電荷転送電極23および送出用電極27は、第1ポリシリコン層によって形成されている。第2の垂直電荷転送電極22、第1の転送制御電極25および第2の転送制御電極26は、第2ポリシリコン層によって形成されている。いずれの電極も、電気的絶縁膜(熱酸化膜)によって覆われている。
【0077】
奇数番目の垂直電荷転送チャネル4上に配設されている電荷転送段形成部21E、電荷転送段形成部22E、電荷転送段形成部23E、電荷転送段形成部26Eおよび電荷転送段形成部27Eは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなす。すなわち、第2ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部の各々が、その上流側および下流側において、第1ポリシリコン層によって形成さている電荷転送段形成部の縁部に平面視上重なっている。偶数番目の垂直電荷転送チャネル4上に配設されている電荷転送段形成部21E、電荷転送段形成部22E、電荷転送段形成部23E、電荷転送段形成部25Eおよび電荷転送段形成部27Eについても同様である。
【0078】
図4は、電荷転送段形成部25Eおよびその周辺を光電変換素子列方向DV に沿って切ったときの断面を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図2または図3に示した構成要素と共通するものについては、図2または図3で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0079】
図4に示したように、電荷転送段形成部25Eの上流側縁部は電荷転送段形成部23Eの下流側縁部に重なり、下流側縁部は電荷転送段形成部27Eの上流側縁部に重なっている。また、電荷転送段形成部23Eの上流側に形成されている電荷転送段形成部22Eの下流側縁部は、電荷転送段形成部23Eの上流側縁部に重なっている。第2の転送制御電極26は、電荷転送段形成部27E上に配置されている。各電極は、電気的絶縁膜(熱酸化膜)29によって覆われている。
【0080】
図5は、電荷転送段形成部26Eおよびその周辺を光電変換素子列方向DV に沿って切ったときの断面を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図2、図3または図4に示した構成要素と共通するものについては、図2、図3または図4で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0081】
図5に示したように、電荷転送段形成部26Eの上流側縁部は電荷転送段形成部23Eの下流側縁部に重なり、下流側縁部は電荷転送段形成部27Eの上流側縁部に重なっている。また、電荷転送段形成部23Eの上流側に形成されている電荷転送段形成部22Eの下流側縁部は、電荷転送段形成部23Eの上流側縁部に重なっている。第1の転送制御電極25は、電荷転送段形成部23E上に配置されている。
【0082】
なお、図4および図5には、図1や図3において図示を省略した光遮蔽膜80、保護膜81、第1の平坦化膜82および第2の平坦化膜84も示してある。これらの膜の詳細については、後に図19を参照しつつ説明する。
【0083】
1本の垂直電荷転送チャネル4とその上に配置されている各電荷転送段形成部とによって構成される多数の電荷転送段は、光電変換素子列方向に連なって、1本の垂直電荷転送路を形成する。固体撮像装置100は、光電変換素子列17のそれぞれに1本ずつ、計8本の垂直電荷転送路35(図3参照)を有する。
【0084】
なお、第2ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部22E、25Eおよび26Eにおいては、電気的絶縁膜5(図2参照)のみを介して垂直電荷転送チャネル4を平面視上覆っている部分が電荷転送段を形成する。電気的絶縁膜5の他に第1ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部21E、23Eまたは27Eをも介して垂直電荷転送チャネル4を平面視上覆っている部分は、電荷転送段として機能しない。
【0085】
光電変換素子15に光が入射すると、この光電変換素子15に電荷が蓄積される。第2の垂直電荷転送電極22に読出しパルスを印加すると、この第2の垂直電荷転送電極22に対応する光電変換素子15それぞれに蓄積されている電荷が、対応する垂直電荷転送路35の各々に読み出される。
【0086】
任意の垂直電荷転送電極または転送制御電極に相対的に高いレベルの電圧(例えば0V)を印加することにより、この垂直電荷転送電極または転送制御電極を含んで構成される電荷転送段にポテンシャル・ウェルを形成することができる。任意の垂直電荷転送電極または転送制御電極に相対的に低いレベルの電圧(例えば−8V)を印加することにより、この垂直電荷転送電極または転送制御電極を含んで構成される電荷転送段にポテンシャル・バリアを形成することができる。
【0087】
光電変換素子15に蓄積されている電荷を垂直電荷転送路35に読み出した後、第1〜第3の垂直電荷転送電極21、22、23、第1〜第2の転送制御電極25、26および送出用電極27の各々に相対的に高いレベルの電圧と相対的に低いレベルの電圧とを所定のタイミングで供給することにより、各垂直電荷転送路35内の電荷を出力転送路40へ向けて転送することができる。
【0088】
図3に示すように、出力転送路40は、光電変換素子行方向DH に延在する水平電荷転送チャネル42を備えている。水平電荷転送電極41a、41b、41c、41dの各々は、光電変換素子行方向DH に並存すると共に水平電荷転送チャネル42の一領域を平面視上覆う。
【0089】
水平電荷転送チャネル42は、半導体基板1におけるp型ウェル1b(図2参照)の所定箇所に、n型不純物を高濃度に含むn+ 型領域とn型不純物を低濃度に含むn型領域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。
【0090】
水平電荷転送電極41a、41cは第1ポリシリコン層によって形成され、水平電荷転送電極41b、41dは第2ポリシリコン層によって形成されている。いずれの電極も、電気的絶縁膜(熱酸化膜)によって覆われている。
【0091】
水平電荷転送電極41a〜41dは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなす。すなわち、第2ポリシリコン層によって形成される各水平電荷転送電極41b、41dが、その上流側および下流側において、第1ポリシリコン層によって形成さている水平電荷転送電極41a、41cの縁部に平面視上重なっている。
【0092】
水平電荷転送チャネル42におけるn型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜5(図2参照)を介して、水平電荷転送電極41aまたは41cが1本ずつ配置されている。水平電荷転送チャネル42におけるn+ 型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜5(図2参照)を介して、水平電荷転送電極41bまたは41dが1本ずつ配置されている。n+ 型領域上の水平電荷転送電極41b、41dは、図中右隣の水平電荷転送電極41a、41cと電気的に接続されている。
【0093】
1本の水平電荷転送電極41bまたは41dとその右隣の水平電荷転送電極41bまたは41dとは、これらの電極によって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル42の一領域と共に、1つの水平電荷転送段を構成する。
【0094】
個々の水平電荷転送段における水平電荷転送電極41aまたは41cとその下のn型領域とは1つのポテンシャル・バリア領域として機能し、水平電荷転送電極41bまたは41dとその下のn+ 型領域とは1つのポテンシャル・ウェル領域として機能する。図示した出力転送路40は2相駆動型のCCDである。
【0095】
駆動信号φH1、φH2の波形を適宜選定して、水平電荷転送電極41a〜41dの各々に相対的に高いレベルの電圧(例えば+5V)と相対的に低いレベルの電圧(例えば0V)とを所定のタイミングで供給する。垂直電荷転送路35から電荷を受取り、受取った電荷を出力部50へ向けて転送することができる。
【0096】
例えば、図3での左端から数えて奇数番目に当たる垂直電荷転送路35(以下、単に「奇数番目の垂直電荷転送路35」という。)によって転送されてきた電荷は、水平電荷転送電極41dを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域に転送され、その後、出力部50へ向けて転送される。図3での左端から数えて偶数番目に当たる垂直電荷転送路35(以下、単に「偶数番目の垂直電荷転送路35」という。)によって転送されてきた電荷は、水平電荷転送電極41bを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域に転送され、その後、出力部50へ向けて転送される。図示の出力転送路40における「上流」は紙面の右端側であり、「下流」は紙面の左端側である。
【0097】
出力部50は、出力転送路40から送られてきた電荷をフローティング容量によって信号電圧に変換し、この信号電圧をソースホロワ回路等を利用して増幅する。検出(変換)された後のフローティング容量の電荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電源に吸収される。この出力部50は、例えば、特願平11−287332号明細書の第0084段〜0091段において図4(b)を参照しつつ説明されている出力部と同様にして構成することができる。
【0098】
上述した構成を有する固体撮像装置100は、インターレース走査または間引き走査の下に駆動される。
【0099】
図6は、固体撮像装置100の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ電荷を転送する際の各駆動信号φV1〜φV4、φM、φF、φH1およびφH2の波形が示されている。
【0100】
以下の説明は、最も下流の光電変換素子行中の光電変換素子15(以下、「第1行光電変換素子15」ということがある。)の各々から対応する垂直電荷転送路35へ読み出した電荷を出力転送路40へ転送する場合を例にとり、行う。
【0101】
第1行光電変換素子15の各々から対応する垂直電荷転送路35へ電荷を読み出した段階では、各垂直電荷転送路35における最も下流の電荷転送段形成部22Eを含んで構成される垂直電荷転送段と、最も下流の電荷転送段形成部21Eを含んで構成される垂直電荷転送段とに亘って、1つのポテンシャル・ウェルが形成されている。このポテンシャル・ウェルを「ポテンシャル・ウェルI」という。第1行光電変換素子15の各々に蓄積されていた電荷は、これらのポテンシャル・ウェルIに分布する。
【0102】
このとき、駆動信号φV1、φV2はいずれもローレベルL、駆動信号φV3、φV4はいずれもハイレベルHにある。駆動信号φMはローレベルMLにあり、駆動信号φFはローレベルLにある。
【0103】
なお、駆動信号φMでのローレベルMLは、駆動信号φV1〜φV4およびφFでのローレベルLよりも高電位で、駆動信号φV1〜φV4およびφFでのハイレベルHよりも低電位である。駆動信号φMでのハイレベルMHは、駆動信号φV1〜φV4およびφFでのハイレベルHよりも高電位である。
【0104】
この後、水平同期信号HDに基づいて第1水平ブランキング期間HB1、第1水平走査期間HS1、第2水平ブランキング期間HB2、第2水平走査期間HS2がこの順番で設定される。
【0105】
第1水平ブランキング期間HB1に入ると、駆動信号φV1がローレベルLからハイレベルHに転じる。続いて、駆動信号φV3がハイレベルHからローレベルLに転じる。これに伴って、各垂直電荷転送路35におけるポテンシャル・ウェルIの各々が下流側に1電荷転送段分縮まる。このポテンシャル・ウェルを「ポテンシャル・ウェルII」という。
【0106】
個々のポテンシャル・ウェルIIは、最も下流の電荷転送段形成部22Eを含んで構成される垂直電荷転送段に形成される。第1行光電変換素子15の各々から読み出された電荷は、対応するポテンシャル・ウェルIIに分布する。
【0107】
図6においては、偶数番目の垂直電荷転送路35のポテンシャル・ウェルIIに分布している電荷を記号△で示すと共に、その後の経路を一点鎖線の矢印で示している。また、奇数番目の垂直電荷転送路35のポテンシャル・ウェルIIに分布している電荷を記号○で示すと共に、その後の経路を実線の矢印で示している。
【0108】
その後、駆動信号φV2がローレベルLからハイレベルHに転じ、これに続いて、駆動信号φV4がハイレベルHからローレベルLに転じる。このとき、駆動信号φV1はハイレベルHにある。その結果、ポテンシャル・ウェルIIの各々に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φV1の供給を受けている電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段に転送される。この電荷転送の後、駆動信号φV3がローレベルLからハイレベルHへ転じ、第2水平走査期間HS2が終わるまでハイレベルHを維持する。
【0109】
続いて、駆動信号φV1がハイレベルHからローレベルLに転じる。このとき駆動信号φV2はハイレベルHにあり、駆動信号φMはハイレベルMHにある。
【0110】
その結果、偶数番目の垂直電荷転送路35において電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φV2の供給を受けている第2種の選択的電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部25Eを含んで構成される制御転送段に転送される。また、奇数番目の垂直電荷転送路35において電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φMの供給を受けている第1種の選択的電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部26Eを含んで構成されるメモリ転送段に転送される。
【0111】
駆動信号φV1は、第2水平走査期間HS2が終わるまでローレベルLを維持する。駆動信号φV4はローレベルLからハイレベルHへ転じ、第2水平走査期間HS2が終わるまでハイレベルHを維持する。駆動信号φMは、第2水平ブランキング期間HB2中の所定の時期まで、ハイレベルMHを維持する。
【0112】
図7(A)に、電荷が分布しているときのメモリ転送段のポテンシャルと、メモリ転送段周辺の垂直電荷転送段のポテンシャルとの関係を示す。同図に示した要素のうちで図3または図6に示した要素と共通するものについては、図3または図6で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0113】
上述したように、また図7(A)に示したように、電荷転送段形成部26Eを含んで構成されるメモリ転送段に電荷Q1が分布している期間中、その上流側の垂直電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段には、ローレベルLの駆動信号φV1が供給される。一方、その下流側の垂直電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段には、ハイレベルHまたはローレベルLの駆動信号φFが供給される。
【0114】
電荷Q1が分布しているときのメモリ転送段にはハイレベルMHの駆動信号φMが供給されている。このときのメモリ転送段のポテンシャルは、電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段のポテンシャルおよび最終転送段のポテンシャルのいずれよりも高い。したがって、電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段および最終転送段は、メモリ転送段に対してポテンシャル・バリアとして機能する。
【0115】
その結果として、メモリ転送段に分布している電荷Q1は、メモリ転送段にハイレベルMHの駆動信号φMが供給されている限りは、このメモリ転送段に留まる。すなわち、メモリ転送段の各々に転送された電荷Q1は、第2水平ブランキング期間HB2中の所定の時期まで、メモリ転送段に留まる。
【0116】
なお、本明細書においては、電圧を印加したときに形成される電位の井戸が深い領域程「ポテンシャルが高い」といい、電位の井戸が浅い領域程「ポテンシャルが低い」という。
【0117】
図6に示すように、駆動信号φV2は、メモリ転送段に電荷が転送された後に、ハイレベルHからローレベルLへ転じる。このとき、駆動信号φFはハイレベルHにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路35の各々において制御転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φFの供給を受けている電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段に転送される。
【0118】
この後、駆動信号φFがハイレベルHからローレベルLに転じる。このとき、駆動信号φH1はローレベルLにあり、駆動信号φH2はハイレベルHにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路35の各々において最終転送段に分布していた電荷が、出力転送路40において駆動信号φH2の供給を受けている水平電荷転送段に転送される。この電荷転送と共に第1水平ブランキング期間HB1が終了し、直ちに第1水平走査期間HS1が始まる。
【0119】
第1水平走査期間HS1に入ると、駆動信号φH1とφH2とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルHとローレベルLとの間で周期的に変化する。
【0120】
偶数番目の垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ転送された電荷が、出力転送路40から出力部50へ転送される。
【0121】
第1水平走査期間HS1が終了すると、直ちに第2水平ブランキング期間HB2が始まる。
【0122】
第2水平ブランキング期間HB2の所定の時期に、駆動信号φFがローレベルLからハイレベルHに転じ、第2水平ブランキング期間HB2の所定時期までハイレベルHを維持する。
【0123】
駆動信号φFがハイレベルHに転じた後に、駆動信号φMがハイレベルMHからローレベルMLに転じる。その結果、メモリ転送段の各々に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φFの供給を受けている電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段に転送される。
【0124】
図7(B)に、電荷転送段形成部26Eを含んで構成されるメモリ転送段から電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段に電荷が転送される際におけるメモリ転送段のポテンシャルと、メモリ転送段周辺の垂直電荷転送段のポテンシャルとの関係を示す。同図に示した要素のうちで図3または図6に示した要素と共通するものについては、図3または図6で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0125】
上述したように、また図7(B)に示したように、このときのメモリ転送段にはローレベルの駆動信号φMLが供給されている。メモリ転送段の上流側の垂直電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段には、ローレベルLの駆動信号φV1が供給されている。一方、メモリ転送段の下流側の電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段には、ハイレベルHの駆動信号φFが供給されている。
【0126】
このため、メモリ転送段のポテンシャルは、電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段のポテンシャルよりも高いものの、最終転送段のポテンシャルよりも低い。その結果として、メモリ転送段に分布していた電荷Q1が、メモリ転送段から最終転送段に転送される。
【0127】
この後、駆動信号φFがハイレベルHからローレベルLに転じる。このとき、駆動信号φH1はハイレベルHにあり、駆動信号φH2はローレベルLにある。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路35において最終転送段の各々に分布していた電荷が、出力転送路40において駆動信号φH1の供給を受けている水平電荷転送段に転送される。この電荷転送と共に第2水平ブランキング期間HB2が終了し、直ちに第2水平走査期間HS2が始まる。
【0128】
第2水平走査期間HS2に入ると、駆動信号φH1とφH2とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルHとローレベルLとの間で周期的に変化する。
【0129】
奇数番目の垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ転送された電荷が、出力転送路40から出力部50へ転送される。出力部50への電荷の転送が終了すると、第2水平走査期間HS2も終了する。
【0130】
固体撮像素子100をインターレース駆動させた場合、奇数行の光電変換素子行それぞれから同じタイミングで、対応する垂直電荷転送路35へ電荷が読み出される。
【0131】
第1水平ブランキング期間HB1における駆動信号φV1〜φV4の波形を図6に示した波形に選定すると、第1水平ブランキング期間HB1が終了した段階で、垂直電荷転送路35の各々に再びポテンシャル・ウェルIが形成される。このポテンシャル・ウェルIには、出力転送路40側から数えて3番目の光電変換素子行中の光電変換素子15の各々から読み出された電荷が分布する。
【0132】
したがって、第2水平走査期間HS2の終了に引き続き、図6に示した第1水平ブランキング期間HB1から第2水平走査期間HS2までの間での動作と同じ動作を所定回数繰り返すことにより、1フィールド分の電荷を出力部50へ順次転送することができる。
【0133】
以上説明したように、固体撮像装置100においては、偶数番目の垂直電荷転送路35の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路35の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送することが可能である。
【0134】
その結果として、水平電荷転送電極41a〜41dの合計本数を、垂直電荷転送チャネル4の総数の2倍に抑えることが可能になる。
【0135】
従来の出力転送路に比べて水平電荷転送電極の合計本数を大幅に減少させることができるので、出力転送路40の消費電力を低減させることができる。
【0136】
また、水平電荷転送電極41a〜41dそれぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向DH での光電変換素子15のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子15が形成される半導体基板1のサイズを小さくすることができるので、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0137】
次に、第1の実施例の変形例による固体撮像装置について、図8を用いて説明する。
【0138】
図8は、本変形例による固体撮像装置100aを概略的に示す部分断面図である。同図には、メモリゲート周辺の断面が概略的に示されている。
【0139】
この固体撮像装置100aは、垂直電荷転送チャネルにおけるn型不純物濃度が、メモリ転送段を構成する箇所において、他の箇所よりも意図的に高くされている。この点以外の構成は第1の実施例の固体撮像装置100と同様である。
【0140】
したがって、図8に示した構成要素のうちで図5に示した構成要素と共通するものについては、図5で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0141】
固体撮像装置100aの垂直電荷転送チャネルは、新たな参照符号「104」で示されている。この垂直電荷転送チャネル104は、第1の実施例の固体撮像装置100における垂直電荷転送チャネル4と同様の不純物濃度を有するn型領域104aと、n型領域104aのおよそ1.4倍以上n型不純物の濃度が高いn+ 型領域104bとを含む。n+ 型領域104bは、メモリ転送段を構成する箇所に形成されている。
【0142】
n型領域104aでのn型不純物の濃度は例えば5×1015〜2×1017/cm3 であり、n+ 型領域104bでのn型不純物の濃度は例えば7×1015〜3×1017/cm3 である。
【0143】
電荷転送段のポテンシャルは、この電荷転送段に供給される電圧に依存する他、この電荷転送段での垂直電荷転送チャネルのn型不純物濃度にも依存する。電荷転送段に供給される電圧が高いほど、ポテンシャルが高くなる。電荷転送段に供給される電圧が一定であれば、この電荷転送段での垂直電荷転送チャネルのn型不純物濃度が高いほど、ポテンシャルが高くなる。
【0144】
固体撮像装置100aにおけるメモリ転送段はn+ 型領域104bを含んで構成され、メモリ転送段以外の電荷転送段はn型領域104aを含んで構成されている。このため、n型領域104aを含んで構成される電荷転送段に供給する電圧と同じ値の電圧をメモリ転送段に供給した場合、このメモリ転送段のポテンシャルは他の電荷転送段でのポテンシャルより高くなる。
【0145】
したがって、固体撮像装置100aを駆動させる際には、図6を用いて既に説明した駆動信号φV1〜φV4、φMおよびφFそれぞれでのハイレベルH、MHおよびローレベルL、MLをこれらの駆動信号同士の間で同じ値にすることが可能である。
【0146】
次に、第2の実施例による固体撮像装置について、図9および図10を用いて説明する。
【0147】
図9は、本実施例による固体撮像装置200を模式的に示す平面図である。
【0148】
図10は、固体撮像装置200における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【0149】
これらの図に示すように、固体撮像装置200においては、多数個の光電変換素子215が画素ずらし配置されている。この点で、固体撮像装置200は、第1の実施例による固体撮像装置100と大きく異なる。
【0150】
他に下記(1) 〜(7) の点でも、固体撮像装置200は固体撮像装置100と異なる。
(1) 各光電変換素子215の平面視上の形状が、光電変換素子列方向DV に延在する対角線と光電変換素子行方向DH に延在する対角線とを有する菱形である。
(2) 図10に示すように、個々の垂直電荷転送チャネル204の平面視上の形状が、少なくとも感光領域210内においては、対応する光電変換素子列217に沿って蛇行する蛇行形状である。
(3) 最も下流の光電変換素子行216の下流側、偶数番目の光電変換素子行216とその上流側の奇数番目の光電変換素子行216との平面視上の間、および、最も上流の光電変換素子行216の上流側に、第1の垂直電荷転送電極221が配設されている。第1の垂直電荷転送電極221の各々は、対応する光電変換素子行216に沿って蛇行しつつ延在する。
(4) 偶数番目の光電変換素子行216とその下流側の奇数番目の光電変換素子行216との平面視上の間に、第2の垂直電荷転送電極222が配設されている。第2の垂直電荷転送電極222の各々は、対応する2行の光電変換素子行216に沿って蛇行しつつ延在する。
(5) 図10に示すように、読出ゲート230の各々が、奇数番目の光電変換素子列の光電変換素子215に対しては左下の辺に沿って構成され、偶数番目の光電変換素子列217の光電変換素子215に対しては左上の辺に沿って構成されている。
(6) 第3の垂直電荷転送電極223が、第2の垂直電荷転送電極222と同様の形状を有する。
(7) 第3の垂直電荷転送電極223の下流側に第4の垂直電荷転送電極224が配設されている。
【0151】
これらの相違点を除けば、図9および図10に示した固体撮像装置200は、図1または図3に示した固体撮像装置100と同様の構成を有する。
【0152】
このため、図9または図10に示した構成要素のうちで図1または図3に示した構成要素と共通するものについては、図1または図3で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0153】
ただし、垂直電荷転送チャネル、感光領域、光電変換素子、光電変換素子行、光電変換素子列および読出ゲートについては、図1または図3で用いた参照符号の数値部分に200を加えた新たな参照符号を付してある。第1〜第3の垂直電荷転送電極の各々と、これらの垂直電荷転送電極の電荷転送段形成とについても同様である。
【0154】
本実施例による固体撮像装置200の特徴の1つである「画素ずらし配置」とは、本明細書においては下記の配置を意味する。
【0155】
すなわち、奇数番目に当たる光電変換素子列の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列の光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約1/2、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行の光電変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約1/2、行方向にずれ、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ような、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子の一形態である。
【0156】
上記の「光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約1/2」とは、1/2を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって1/2からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的に1/2と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約1/2」についても同様である。
【0157】
固体撮像装置200において新たに配設された第4の垂直電荷転送電極224は、奇数番目の垂直電荷転送チャネル204の上方においては上流から左斜め下流に延在する電荷転送段形成部224Eを有し、偶数番目の垂直電荷転送チャネル204の上方においては上流から右斜め下流に延在する電荷転送段形成部224Eを有する。第4の垂直電荷転送電極224は第3の垂直電荷転送電極223の下流側を蛇行し、この電極全体としては光電変換素子行方向DH に延在する。
【0158】
第4の垂直電荷転送電極224は、第1ポリシリコン層によって形成されている。図示を省略した電気的絶縁膜(熱酸化膜)が、第4の垂直電荷転送電極224を覆っている。電荷転送段形成部224Eそれぞれの上流側縁部の上に、電荷転送段形成部223Eの下流側縁部が重なっている。
【0159】
垂直電荷転送チャネル204の各々は、感光領域210を出た後もさらに光電変換素子列方向DV に延在し、電荷転送段形成部224Eそれぞれの下流端部付近で一定のピッチとなる。
【0160】
個々の垂直電荷転送チャネル204は、感光領域210の外側において、電荷転送段形成部223Eおよび224Eと共にそれぞれ垂直電荷転送段を構成する。また、図3に示した固体撮像装置100における垂直電荷転送チャネル4と同様に、制御転送段、メモリ転送段および最終転送段を構成する。
【0161】
上述した構成を有する固体撮像装置200は、インターレース走査または間引き走査の下に駆動される。どちらの走査の下に駆動させる場合でも、駆動信号φV1〜φV4、φM、φF、φH1およびφH2の波形を適宜選定することにより、第1の実施例による固体撮像装置100と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路235の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路235の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送することが可能である。
【0162】
したがって、第1の実施例による固体撮像装置100における理由と同様の理由から、固体撮像装置200においても、水平電荷転送電極41a〜41dの合計本数を、垂直電荷転送チャネル204の総数の2倍に抑えることが可能になる。出力転送路40の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0163】
次に、第3の実施例による固体撮像装置について、図11および図12を用いて説明する。
【0164】
図11は、本実施例による固体撮像装置300を模式的に示す平面図である。
【0165】
図12は、固体撮像装置300における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【0166】
図12に示すように、固体撮像装置300においては、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル4とその右隣の垂直電荷転送チャネル4とが、出力転送路240の手前で合流している。この点で、固体撮像装置300は第1の実施例による固体撮像装置100と大きく異なる。
【0167】
他に下記(1) 〜(3) の点でも、固体撮像装置200は固体撮像装置100と異なる。
(1) 図12に示すように、送出用電極327を構成する電荷転送段形成部327Eの各々が、2本の垂直電荷転送チャネル4同士の合流部およびその周辺を平面視上覆っている。
(2) 出力転送路340における水平電荷転送電極341a、341b、341c、341dの総数が2N本(Nは光電変換素子列17の総数)であり、水平電荷転送電極341bを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域と、電荷転送段形成部327Eを含んで構成される最終転送段とが電気的に接続されている。
(3) 電圧供給端子71を介して出力転送路340に駆動信号φH2が供給され、電圧供給端子72を介して出力転送路340に駆動信号φH1供給される。
【0168】
これらの相違点を除けば、図11および図12に示した固体撮像装置300は、図1または図3に示した固体撮像装置100と同様の構成を有する。
【0169】
このため、図11または図12に示した構成要素のうちで図1または図3に示した構成要素と共通するものについては、図1または図3で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0170】
ただし、送出用電極とその電荷転送段形成部については、図1または図3で用いた参照符号の数値部分に300を加えた新たな参照符号を付してある。出力転送路、水平電荷転送チャネルおよび各水平電荷転送電極についても同様である。
【0171】
この固体撮像装置300においても、第1の実施例による固体撮像装置100と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路35の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路35の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送することが可能である。
【0172】
固体撮像装置300においては、ある垂直電荷転送路35が偶数番目の垂直電荷転送路であるか奇数番目の垂直電荷転送路であるかを、送出用電極327よりも上流において判断するものとする。
【0173】
図13は、固体撮像装置300の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ電荷を転送する際の駆動信号φV1〜φV4、φM、φF、φH1およびφH2の波形が示されている。図13に示した項目は図6に示した項目と共通するので、ここでは各項目の説明を省略する。
【0174】
図13と図6との比較から明らかなように、固体撮像装置300において垂直電荷転送路35の各々から出力転送路340へ電荷を転送する際の駆動信号φV1〜φV4、φMおよびφFは、第1の実施例による固体撮像装置100において垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ電荷を転送する際の駆動信号φV1〜φV4、φMおよびφFと同様の波形を有する。
【0175】
したがって、固体撮像装置300での光電変換素子15から最終転送段までの電荷の転送は、第1の実施例による固体撮像装置100と同様にして行われる。
【0176】
一方、固体撮像装置300を駆動する際の駆動信号φH1、φH2の波形は、固体撮像装置300が上記(1) 〜(4) の相違点を有することから、第1の実施例による固体撮像装置100を駆動させる際の駆動信号φH1、φH2の波形と次の点で異なる。
【0177】
すなわち、駆動信号φH1は水平ブランキング期間それぞれにおいてハイレベルHを維持し、駆動信号φH2は水平ブランキング期間それぞれにおいてローレベルLを維持する。
【0178】
その結果として、偶数番目の垂直電荷転送路35に読み出された電荷は、第1水平ブランキング期間HB1に、制御転送段および最終転送段を経て出力転送路340へ転送される。また、奇数番目の垂直電荷転送路35に読み出された電荷は、第2水平ブランキング期間HB2に、メモリ転送段および最終転送段を経て出力転送路340へ転送される。
【0179】
出力転送路340へ転送された電荷は、第1の実施例による固体撮像装置100と同様に、水平走査期間HB1、HB2に出力転送路340から出力部50へ転送される。
【0180】
したがって、図1に示した固体撮像装置100における理由と同様の理由から、固体撮像装置300においては、水平電荷転送電極341a〜341dの合計本数を、光電変換素子列17の総数の2倍に抑えることが可能になる。出力転送路340の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0181】
次に、第4の実施例による固体撮像装置について、図14および図15を用いて説明する。
【0182】
図14は、本実施例による固体撮像装置400を模式的に示す平面図である。
【0183】
図15は、固体撮像装置400における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【0184】
図15に示すように、固体撮像装置400では、第2の実施例による固体撮像装置200と同様に、多数個の光電変換素子215が画素ずらし配置されている。また、この固体撮像装置400では、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル204とその右隣の垂直電荷転送チャネル204とが、第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、出力転送路340の手前で合流している。
【0185】
固体撮像装置400における感光領域から第1および第2の転送制御電極にかけての領域の構成は、第2の実施例による固体撮像装置200と同様であり、送出用電極から出力転送路にかけての領域の構成は、第3の実施例による固体撮像装置300と同様である。
【0186】
このため、図14または図15に示した構成要素のうちで図9、図10、図11または図12に示した構成要素と共通するものについては、図9〜図12図で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0187】
固体撮像装置400においても、第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路235の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路235の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送することが可能である。
【0188】
なお、固体撮像装置400においても、固体撮像装置300における判断基準と同様に、ある垂直電荷転送路235が偶数番目の垂直電荷転送路であるか奇数番目の垂直電荷転送路であるかを、送出用電極327よりも上流において判断するものとする。
【0189】
第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、水平電荷転送電極341a〜341dの合計本数を、光電変換素子列17の総数の2倍に抑えることが可能になる。出力転送路340の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0190】
次に、第5の実施例による固体撮像装置について、図16を用いて説明する。
【0191】
図16は、本実施例による固体撮像装置500における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【0192】
この固体撮像装置500は、全画素読み出しが可能な固体撮像装置である。全画素読み出しを可能にするために、固体撮像装置500においては、第1の垂直電荷転送電極521、第2の垂直電荷転送電極522、第3の垂直電荷転送電極223および第4の垂直電荷転送電極224の他に、1行の光電変換素子行に1本ずつ第5の垂直電荷転送電極523が配設されている。また、最も下流に配設された第1の垂直電荷転送電極521の下流側にも、第5の垂直電荷転送電極523が1本配設されている。その結果、固体撮像装置500は、1個の光電変換素子515当たり計4個の垂直電荷転送段を有する。この点で、固体撮像装置500は第1〜第4の実施例による固体撮像装置と大きく異なる。
【0193】
他に下記(1) 〜(3) の点でも、固体撮像装置500は第1〜第4の実施例による固体撮像装置と異なる。
(1) 光電変換素子515の平面視上の形状が八角形である。
(2) 第1の垂直電荷転送電極521、第2の垂直電荷転送電極522および第3の垂直電荷転送電極223が第2ポリシリコン層によって形成され、第5の垂直電荷転送電極523および第4の垂直電荷転送電極224が第1ポリシリコン層によって形成されている。
(3) 読出ゲート(図示せず。)の各々が、対応する光電変換素子515の左下の辺に沿って延在する。光電変換素子515に蓄積されている電荷を垂直電荷転送路に読み出す際の読み出し方向を、図16中に矢印Rで示す。
【0194】
これらの相違点を除けば、図16に示した固体撮像装置500は図9または図10に示した固体撮像装置200と同様の構成を有する。
【0195】
このため、図16に示した構成要素のうちで図9または図10に示した構成要素と共通するものについては、図9または図10で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0196】
ただし、感光領域、光電変換素子、第1の垂直電荷転送電極とその電荷転送段形成部および第2の垂直電荷転送電極とその電荷転送段形成部については、図9または図10で用いた参照符号の数値部分に300を加えた新たな参照符号を付してある。
【0197】
感光領域510内に配設されている第5の垂直電荷転送電極523は、1個の光電変換素子515当たり2個の電荷転送段形成部523Eを有する。1個の光電変換素子515に対応する2個の電荷転送段形成部523Eの一方は光電変換素子515の右側において1つの垂直電荷転送段を構成し、他方は左側において1つの垂直電荷転送段を構成する。
【0198】
最も下流に配設された第1の垂直電荷転送電極521の下流側に配置されている第5の垂直電荷転送電極523は、他の第5の垂直電荷転送電極523と同様の形状を有する。
【0199】
第5の垂直電荷転送電極523の各々は、蛇行しながら、個々の電極全体としては光電変換素子行方向DH に延在する。
【0200】
固体撮像装置500は、全画素読出型の固体撮像装置として使用できる他、インターレース走査または間引き走査の下に駆動させることも可能である。
【0201】
駆動形態の如何を問わず、固体撮像装置500においても、電圧供給端子61〜66および71〜72に供給する駆動信号それぞれの波形を適宜選定することにより、偶数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路40に転送することが可能である。
【0202】
したがって、第2の実施例による固体撮像装置200における理由と同様の理由から、固体撮像装置500においても、水平電荷転送電極41a〜41dの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の2倍に抑えることが可能になる。出力転送路40の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0203】
次に、第6の実施例による固体撮像装置について、図17を用いて説明する。
【0204】
図17は、本実施例による固体撮像装置600における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【0205】
同図に示すように、固体撮像装置600は、第5の実施例による固体撮像装置500と同様に、多数個の光電変換素子515が画素ずらし配置された、全画素読み出し可能な固体撮像装置である。また、この固体撮像装置600では、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル204とその右隣の垂直電荷転送チャネル204とが、第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、出力転送路340の手前で合流している。
【0206】
固体撮像装置600における感光領域から第1および第2の転送制御電極25、26にかけての領域の構成は、第5の実施例による固体撮像装置500と同様であり、送出用電極327から出力転送路340にかけての領域の構成は、第3の実施例による固体撮像装置300と同様である。
【0207】
このため、図17に示した構成要素のうちで図11、図12または図16に示した構成要素と共通するものについては、図11、図12または図16図で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0208】
固体撮像装置600においても、第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路340に転送することが可能である。
【0209】
第3の実施例による固体撮像装置300と同様に、出力転送路340中の水平電荷転送電極341a〜341dの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の2倍に抑えることが可能になる。
【0210】
したがって、第3の実施例による固体撮像装置300における理由と同様の理由から、固体撮像装置600においても、出力転送路340の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0211】
次に、第7の実施例による固体撮像装置について、図18を用いて説明する。
【0212】
図18は、本実施例による固体撮像装置700における感光領域の下流部から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【0213】
同図に示した固体撮像装置700は、第3の垂直電荷転送電極23の下流側に第1の転送制御電極725、第2の転送制御電極726、第3の転送制御電極727および第4の転送制御電極728が配置されているという点で、第1の実施例による固体撮像装置100と大きく異なる。
【0214】
他に、出力転送路740中の水平電荷転送電極741a、741b、741c、741dの総数が、(N+2)本であるという点でも、第1の実施例による固体撮像装置100と大きく異なる。Nは、垂直電荷転送チャネルの総数を示す。
【0215】
ただし、固体撮像装置700における感光領域10から第3の垂直電荷転送電極23までの領域の構成は、固体撮像装置100と同様である。
【0216】
このため、図18に示した構成要素のうちで図1または図2に示した構成要素と共通するものについては、図1または図2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。なお、垂直電荷転送チャネル(図示せず。)の構成も、固体撮像装置100における垂直電荷転送チャネルの構成と同様である。
【0217】
固体撮像装置700に配設されている第1〜第4の転送制御電極725〜728は、それぞれ所定個の電荷転送段形成部を有する。図18においては、第1〜第4の転送制御電極725〜728それぞれにおける電荷転送段形成部を、この電荷転送段を有している転送制御電極に付した参照符号の後ろに「E」を付記した参照符号で示している。
【0218】
これらの電荷転送段形成部725E、726E、727E、728Eは、図中左側から電荷転送段形成部726E、電荷転送段形成部728E、電荷転送段形成部727E、電荷転送段形成部725Eの順番で繰返し配置されている。それぞれが別個の垂直電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネルの一領域と共に1つの選択的電荷転送段を構成している。
【0219】
したがって、第1〜第4の転送制御電極725〜728は、全体として全ての垂直電荷転送チャネル4と共に、光電変換素子行方向DH に並存する一群の選択的電荷転送段を構成している。
【0220】
これらの選択的電荷転送段の各々は、転送制御電極別に4つのグループにグループ化される。電荷転送段形成部725Eを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第1メモリ転送段」といい、電荷転送段形成部726Eを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第2メモリ転送段」という。電荷転送段形成部727Eを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第3メモリ転送段」といい、電荷転送段形成部728Eを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第4メモリ転送段」という。
【0221】
第1〜第4メモリ転送段の各々は、いずれも、第3の垂直電荷転送電極23の電荷転送段形成部23Eを含んで構成される垂直電荷転送段と、送出用電極27の電荷転送段形成部27Eを含んで構成される最終転送段との間に位置する。
【0222】
第2ポリシリコン層によって第1の転送制御電極725および第2の転送制御電極726が形成され、第3ポリシリコン層によって第3の転送制御電極727が形成される。第4の転送制御電極728は、第3ポリシリコン層によって形成することもできるし、第4ポリシリコン層によって形成さすることもできる。
【0223】
第1の転送制御電極725の一端は、図1に示した第1の転送制御電極25と同様に電圧供給端子62(図1参照)に接続され、第2の転送制御電極726の一端は、図1に示した第2の転送制御電極26と同様に電圧供給端子65に接続されている。第3の転送制御電極727の一端は電圧供給端子67に接続され、第4の転送制御電極726の一端は電圧供給端子68に接続されている。
【0224】
固体撮像装置700における垂直電荷転路の各々は、1本の垂直電荷転送チャネルと、第1の垂直電荷転送電極21の電荷転送段形成部21Eと、第2の垂直電荷転送電極22の電荷転送段形成部22Eと、第3の垂直電荷転送電極23の電荷転送段形成部23Eと、第1〜第4の転送制御電極725〜728のいずれか1本の電荷転送段形成部と、送出用電極27の電荷転送段形成部27Eとを含んで構成される。
【0225】
出力転送路740は、2本の垂直電荷転送路当たり1個の水平電荷転送段を有する。1個の水平電荷転送段は、1本の水平電荷転送電極741bまたは741dを含んで構成される。
【0226】
水平電荷転送電極741bを含んで構成される水平電荷転送段は、1本の水平電荷転送電極741bの他に、その上流側に配設された1本の水平電荷転送電極741aと、これらの水平電荷転送電極741b、741aによって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル742の一領域を含む。
【0227】
水平電荷転送電極741dを含んで構成される水平電荷転送段は、1本の水平電荷転送電極741dの他に、その上流側に配設された1本の水平電荷転送電極741cと、これらの水平電荷転送電極741d、741cによって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル742の一領域を含む。
【0228】
出力転送路740では、水平電荷転送電極741bを含んで構成される水平電荷転送段と、水平電荷転送電極741dを含んで構成される水平電荷転送段とが、上流端から下流端に向かってこの順番で交互に形成されている。
【0229】
垂直電荷転送路の各々は、図18での左側から数えて2本ずつが1つの組になり、それぞれの組が互いに別個の水平電荷転送段に電気的に接続されている。
【0230】
固体撮像装置700においては、各駆動信号の波形を適宜選択することにより、転送制御電極別にグループ化した選択的電荷転送段のグループ単位で、出力転送路740への電荷の転送と、この電荷の出力転送路740から出力部50への出力とを順次行うことができる。
【0231】
第1メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路、第2メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路、第3メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路および第4メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路それぞれによって転送される電荷を、別々のタイミングで出力転送路740へ転送することができる。
【0232】
出力転送路740における水平電荷転送電極741a〜741dの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の等倍(4/4倍)に抑えることが可能になる。出力転送路740の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【0233】
以上説明した固体撮像装置の各々は、いずれも、エリア・イメージセンサとして利用することができる。エリア・イメージセンサとして利用する場合には、一般に、光電変換素子以外の領域において無用の光電変換が行われないように、光遮蔽膜が設けられる。光電変換素子での光利用効率を高めるために、光電変換素子それぞれの上方にマイクロレンズおよび/またはインナーレンズが1個ずつ配設されることがある。カラー撮像用の固体撮像装置においては、光電変換素子とこれに対応するマイクロレンズとの間に色フィルタが配設されることがある。
【0234】
図19は、実施例によるカラー撮像用の固体撮像装置を概略的に示す断面図である。同図に示した固体撮像装置110は、図1に示した固体撮像装置100を基に作製することができるカラー撮像用の固体撮像装置である。図19に示した構成要素のうちで図1、図2または図3に示した構成要素と共通するものについては、図1、図2または図3で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0235】
図19に示した固体撮像装置110では、図1に示した固体撮像装置100を作製した後、光電変換素子15、第1の垂直電荷転送電極21、第2の垂直電荷転送電極22、第3の垂直電荷転送電極23、第1〜第2の転送制御電極25、26、送出用電極27、水平電荷転送電極41a〜41dおよび出力部50を覆う光遮蔽膜80が形成される。図19においては、各種の電極のうち、第2の垂直電荷転送電極22が示されている。
【0236】
光遮蔽膜80は、光電変換素子15それぞれの上に1個ずつ、所定形状の開口部80aを有する。個々の開口部80aは、平面視上、対応する光電変換素子15におけるn型領域15aの縁よりも内側において開口している。
【0237】
この光遮蔽膜80は、例えばアルミニウム、クロム、タングステン、チタン、モリブデン等の金属からなる金属薄膜、前記金属の1種もしくは複数種とシリコンとの合金薄膜または前記金属の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含む群から選択された2種以上を組み合わせた多層金属薄膜等によって形成される。
【0238】
電気絶縁材料からなる保護膜81が、光遮蔽膜80上および開口部80aから露出している電気的絶縁膜5上に配設される。保護膜81は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等によって形成される。
【0239】
第1の平坦化膜82が、保護膜81上に形成される。第1の平坦化膜82はマイクロレンズ用の焦点調節層としても利用される。必要に応じて、第1の平坦化膜82中にインナーレンズが形成される。
【0240】
第1の平坦化膜82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。
【0241】
所定個の色フィルタが、第1の平坦化膜82上に形成される。カラー撮像を可能にする複数種の色フィルタが所定のパターンで形成され、色フィルタアレイを構成する。3原色(赤、緑、青)系の色フィルタアレイ、および、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【0242】
3原色系の色フィルタアレイおよび補色タイプの色フィルタアレイのいずれにおいても、個々の光電変換素子15の上方に色フィルタが1個ずつ配設される。図19には、3色の色フィルタ83R、83G、83Bが1ずつ示されている。
【0243】
色フィルタアレイは、例えば、所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂(カラーレジン)の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって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。
【0244】
第2の平坦化膜84が、色フィルタアレイ上に形成される。第2の平坦化膜84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。
【0245】
所定個のマイクロレンズ85が、第2の平坦化膜84上に形成される。これらのマイクロレンズ85は、個々の光電変換素子15の上方に1個ずつ配設され、マイクロレンズアレイを構成する。
【0246】
マイクロレンズ85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所定形状に区画した後、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。
【0247】
以上、実施例による固体撮像装置について説明したが、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である。
【0248】
例えば、光電変換素子等が形成される半導体基板は、n型半導体基板の一表面側にp型ウェルを形成したもの、n型半導体基板の一表面上にp- 型半導体のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。
【0249】
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)、垂直電荷転送チャネル、水平電荷転送チャネル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。
【0250】
光電変換素子は、埋め込み型のフォトダイオードであることが好ましいが、埋め込み型ではないフォトダイオードであってもよい。
【0251】
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。
【0252】
垂直電荷転送チャネルの平面視上の形状は、個々の光電変換素子の平面視上の形状、多数個の光電変換素子の配設仕様、目的とする固体撮像装置の性能等に応じて適宜選定可能である。同様の観点から、第1の垂直電荷転送電極や第2の垂直電荷転送電極の平面視上の形状も、適宜選定可能である。
【0253】
第1の実施例の変形として挙げた固体撮像装置100a(図8参照)における垂直電荷転送チャネルの構造は、他の実施例の固体撮像装置にも適用することができる。その場合でも、固体撮像装置100aについての説明の中で述べた利点と同様の利点が得られる。
【0254】
感光領域と出力転送路との平面視上の間に、1フレーム分または1フィールド分の電荷を蓄積するためのCCD蓄積部を設けることもできる。
【0255】
垂直電荷転送電極および転送制御電極の各々は、ポリシリコン層によって形成する他、アルミニウム等の導電性金属によって形成することも可能である。本明細書でいう第1ポリシリコン層および第2ポリシリコン層は、それぞれ、ドナーまたはアクセプタが添加されたポリシリコンの層を意味する。
【0256】
光電変換素子1個当たりの垂直電荷転送段の数は、2〜4個に限定されるものではない。光電変換素子の配置仕様や垂直電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜変更可能である。光電変換素子行当たりの第1の垂直電荷転送電極および第2の垂直電荷転送電極の本数も、適宜変更可能である。
【0257】
感光領域内での垂直電荷転送路の駆動は、4相駆動の他、3相駆動、8相駆動等、適宜変更可能である。また、走査方法も、インターレース走査、プログレッシブ走査、1/4間引き走査等、適宜選択可能である。
【0258】
転送制御電極の配置および形状も、適宜変更可能である。例えば、第1〜第6の実施例による各固体撮像装置においては、第1の転送制御電極と第2の転送制御電極とを上下入れ替えることができる。すなわち、第1の転送制御電極25を第2の転送制御電極26の下流側に延在させ、この第1の転送制御電極25から電荷転送段形成部25Eを上流側に向かって突出させて形成することができる。このとき、第2の転送制御電極26の電荷転送段形成部26Eは、下流側に向かって突出した状態で形成される。
【0259】
また、第1の転送制御電極25および第2の転送制御電極26のいずれか一方を第2ポリシリコン層によって形成し、他方を第3ポリシリコン層によって形成することもできる。
【0260】
図20は、図3に示した第1の実施例による固体撮像装置100において第3ポリシリコン層によって第2の転送制御電極26を形成した例を示す。第2の転送制御電極26は、第1の転送制御電極25の上流側に延在し、その電荷転送段形成部26Eは、第1の転送制御電極25を乗り越えて下流側に突出している。
【0261】
送出用電極27の上流側に第2ポリシリコン層によって第1の転送制御電極25を形成し、この第1の転送制御電極25の下流側に、第3ポリシリコン層によって第2の転送制御電極26を形成することもできる。この場合、第2の転送制御電極26の電荷転送段形成部26Eは、第1の転送制御電極25を乗り越えて上流側に突出する。
【0262】
勿論、第1の転送制御電極25を第3ポリシリコン層によって形成し、第2の転送制御電極26を第2ポリシリコン層によって形成することもできる。
【0263】
他の実施例による固体撮像装置においても、転送制御電極の配置および形状を適宜変更可能である。
【0264】
図21は、図3に示した第1の実施例による固体撮像装置100の消費電力を更に低減させることが可能な転送制御電極の形状の例を示す。
【0265】
同図に示すように、第1の転送制御電極25の電荷転送段形成部25Eおよび第2の転送制御電極26の電荷転送段形成部26Eの形状を工夫することにより、電荷転送段形成部25E、26Eとその下の電荷転送段形成部23E、27Eとの平面視上の重なり幅を減少させる。この重なり幅を、例えば、第1および第2の転送制御電極25、26における電荷転送段形成部25E、26E以外の箇所とその下の電荷転送段形成部23E、27Eとの平面視上の重なり幅と同等にする。
【0266】
これにより、第1の転送制御電極25と第3の垂直電荷転送電極23との静電容量、および、第2の転送制御電極26と送出用電極27との静電容量が減少する。固体撮像装置100の消費電力を低減させることができる。
【0267】
勿論、他の実施例による固体撮像装置においても、転送制御電極の電荷転送段形成部とその下の他の電荷転送段形成部との平面視上の重なり幅を減少させることにより、消費電力を低減させることが可能である。
【0268】
転送制御電極の駆動方法も、適宜変更可能である。例えば、第1〜第7の実施例それぞれにおける第1の転送制御電極に、他の電極とは接続されていない専用の電圧供給端子を介して駆動信号を供給するように構成することもできる。
【0269】
垂直電荷転送路から出力転送路への電荷の転送は、各実施例による固体撮像装置におけるように、出力転送路中の水平電荷転送段の1つおきに電荷が分布することになるように行うことが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、隣り合う2本の垂直電荷転送路によって転送されてきた電荷同士を出力転送路内で加算(混合)してもよい。
【0270】
図22は、第1の実施例による固体撮像装置100の他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ電荷を転送する際における各駆動信号φV1〜φV4、φM、φF、φH1およびφH2の波形が示されている。図22に示した項目は図6に示した項目と共通するので、ここでは各項目の説明を省略する。また、以下の説明は、図3で用いた参照符号を用いつつ行う。
【0271】
図22に示すように、本実施例による駆動方法での第1水平ブランキング期間HB1における駆動信号φV1〜φV4は、図6に示した駆動信号φV1〜φV4と同様の波形を有する。
【0272】
したがって、光電変換素子15から制御転送段またはメモリ転送段への電荷の転送は、図6を用いて説明した駆動方法と同様にして行われる。
【0273】
一方、駆動信号φMは、第1水平ブランキング期間HB1で駆動信号φV2がローレベルLからハイレベルHへ転じるタイミングとほぼ同じタイミングで、ローレベルMLからハイレベルMHへ転じる。その後、第1水平ブランキング期間HB1が終了する前に、ハイレベルMHからローレベルMLに転じる。
【0274】
駆動信号φFは、駆動信号φMがハイレベルMHにある期間中に、ローレベルLからハイレベルHへ転じ、さらに、一旦ローレベルLに戻った後に再びハイレベルHに転じる。その後、駆動信号φMがハイレベルMHからローレベルMLに転じるタイミングにやや遅れて、ハイレベルHから再びローレベルLに転じる。
【0275】
駆動信号φFが1回目のハイレベルHにある期間中に、駆動信号φV2がハイレベルHからローレベルLへ転じる。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路35において駆動信号φV2の供給を受けている制御転送段に分布していた電荷が、その下流において駆動信号φFの供給を受けている最終転送段に転送される。
【0276】
また、駆動信号φFが1回目のハイレベルHからローレベルLに転じるとき、駆動信号φH1はローレベルLにあり、駆動信号φH2はハイレベルHにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路35の最終転送段に転送された電荷が出力転送路40に転送される。
【0277】
駆動信号φFがローレベルLから2回目のハイレベルHに転じる前に、駆動信号φH1がローレベルLからハイレベルHへ転じると共に駆動信号φH2がハイレベルHからローレベルLに転じる。偶数番目の垂直電荷転送路35から出力転送路40へ転送されていた電荷が、1水平電荷転送段分、下流側に転送される。すなわち、偶数番目の垂直電荷転送路35から出力転送路40へ転送されていた電荷が、奇数番目の垂直電荷転送路35に対応する水平電荷転送段に分布する。
【0278】
駆動信号φFが2回目のハイレベルHにある期間中に、駆動信号φMがハイレベルMHからローレベルMLへ転じる。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路35において駆動信号φMの供給を受けているメモリ転送段に分布していた電荷が、その下流において駆動信号φFの供給を受けている最終転送段に転送される。
【0279】
駆動信号φFが2回目のハイレベルHからローレベルLに転じるとき、駆動信号φH1はハイレベルHにあり、駆動信号φH2はローレベルLにある。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路35の最終転送段に転送された電荷が出力転送路40に転送される。この電荷が転送される水平電荷転送段には、上述のように、先に偶数番目の垂直電荷転送路35から出力転送路40に転送されていた電荷が分布している。したがって、この水平電荷転送段において、2つの電荷同士が加算(混合)される。
【0280】
その後、第1水平ブランキング期間HB1が終了し、直ちに第1水平走査期間が始まる。
【0281】
第1水平走査期間HS1に入ると、駆動信号φH1とφH2とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルHとローレベルLとの間で周期的に変化する。
【0282】
垂直電荷転送路35の各々から出力転送路40へ転送され、2電荷ずつ加算(混合)された1行分の電荷が、出力転送路40から出力部50へ転送される。出力部50への電荷の転送が終了すると、第1水平走査期間HS1も終了する。
【0283】
図22に示した第1水平ブランキング期間HB1から第1水平走査期間HS1までの間での動作と同じ動作を所定回数繰り返すことにより、1フィールド分の電荷を出力部50へ順次転送することができる。
【0284】
出力部50は、2電荷ずつ加算(混合)されて転送されてくる電荷に基づいて信号電圧を順次生成する。この信号電圧に基づいて生成される信号は、加算された信号(電荷)に応じた信号処理を行うことにより、所望の画像データの生成に供される。
【0285】
図22に示した駆動方法では、光電変換素子行方向DH の解像度が低下する。その一方で、光電変換素子行1行分の画像データの取得時間が短縮されるので、高いフレーム周波数の下に画像データを得ることができる。この駆動方法は、他の実施例の固体撮像装置に対しても適用することができる。
【0286】
出力転送路における水平電荷転送電極の総数は、適宜選択可能である。水平電荷転送電極の総数は、通常、少ない程好ましい。
【0287】
第7の実施例の固体撮像装置700(図18参照)においても、例えば第3の実施例による固体撮像装置300(図11参照)のように、所定の2本の垂直電荷転送チャネル同士を出力転送路740の手前で合流させることが可能である。水平電荷転送電極741a〜741dの合計本数を垂直電荷転送チャネルの総数と同数にすることができる。
【0288】
また、第7の実施例の固体撮像装置700(図18参照)においては、感光領域10と出力転送路740との間に3本または5本以上の転送制御電極を設けることもできる。5本以上の転送制御電極を用いて光電変換素子行方向DH に並存する一群の電荷転送段(転送ゲートおよびメモリゲート)を構成すれば、水平電荷転送電極741a〜741dの総数を更に低減させることができる。ただし、これらの転送制御電極の本数があまりに多いと、その作製に高度な微細加工技術を用いることが必要になる。
【0289】
高度な微細加工技術を用いない場合、光電変換素子行方向DH に並存する一群の選択的電荷転送段は、2〜4本程度の転送制御電極を用いて構成することが実用上好ましい。
【0290】
n型半導体基板に形成されたp型ウェル中に、またはn型半導体基板上に形成されたp型半導体のエピタキシャル成長層中に光電変換素子(フォトダイオード)を形成した場合には、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、電子シャッタ機能を付与することができる。縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、例えば、p型ウェルまたはp型半導体のエピタキシャル成長層とその下のn型半導体基板とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。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。
【0291】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者に自明であろう。
【0292】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高度な微細加工技術によらずとも製造することができ、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を提供することができる。また、その駆動方法も提供される。固体撮像装置を安価に提供することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図2】図1に示した固体撮像装置の感光領域における第1の垂直電荷転送電極および第2の垂直電荷転送電極よりも半導体基板側の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図3】図1に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図4】図1に示した固体撮像装置における制御転送段およびその周辺を光電変換素子列方向に沿って切ったときの概略断面図である。
【図5】図1に示した固体撮像装置におけるメモリ転送段およびその周辺を光電変換素子列方向に沿って切ったときの概略断面図である。
【図6】実施例による固体撮像装置の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図7】図7(A)は、メモリ転送段に電荷が分布しているときのメモリ転送段とその周辺のポテンシャルを示すポテンシャル図であり、図7(B)は、メモリ転送段から最終転送段に電荷が転送されるときのメモリ転送段とその周辺のポテンシャルを示すポテンシャル図である。
【図8】第1の実施例の変形例による固体撮像装置を概略的に示す部分断面図である。
【図9】第2の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図10】図9に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図11】第3の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図12】図11に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図13】実施例による固体撮像装置の他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図14】第4の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図15】図14に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図16】第5の実施例による固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図17】第6の実施例による固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図18】第7の実施例による固体撮像装置における感光領域の下流部から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図19】実施例によるカラー撮像用の固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図20】第2の転送制御電極の変形例を概略的に示す部分平面図である。
【図21】第1および第2の転送制御電極それぞれの変形例を概略的に示す部分平面図である。
【図22】実施例による固体撮像装置の更に他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1…半導体基板、 4、204…垂直電荷転送チャネル、 10、210、510…感光領域、 15、215、515…光電変換素子、 21、221…第1の垂直電荷転送電極、 22、222…第2の垂直電荷転送電極、 23、223…第3の垂直電荷転送電極、 25、725…第1の転送制御電極、 26、726…第2の転送制御電極、 27、327…送出用電極、 30、230…読出ゲート、 35、235…垂直電荷転送路、 40、340、740…出力転送路、 41a、41b、41c、41d…水平電荷転送電極、 224…第4の垂直電荷転送電極、 341a、341b、341c、341d…水平電荷転送電極、 741a、741b、741c、741d…水平電荷転送電極、42、342…水平電荷転送チャネル、 50…出力部、 100、100a、110、200、300、400、500、600、700…固体撮像装置、523…第5の垂直電荷転送電極、 727…第3の転送制御電極、 728…第4の転送制御電極。

Claims (9)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、
    前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、
    光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、
    前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、
    前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1および第2の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第1種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第2種の選択的電荷転送段を構成する第1および第2の転送制御電極と
    前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極とを備え、
    前記垂直電荷転送チャネルの総数が偶数本であり、端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々がその次の偶数番目の垂直電荷転送チャネルと前記出力転送路の手前において合流し、前記送出用電極を含んで構成される垂直電荷転送段の各々が、2本の垂直電荷転送チャネル同士の合流部を含んで構成される固体撮像装置。
  2. 前記第1種の選択的電荷転送段の各々における垂直電荷転送チャネルの不純物濃度と、前記第2種の選択的電荷転送段の各々における垂直電荷転送チャネルの不純物濃度とが互いに異なり、これらの不純物濃度のうちの高い方の不純物濃度が、前記垂直電荷転送段の各々での垂直電荷転送チャネルの不純物濃度よりも高い請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記出力転送路が、
    前記半導体基板に形成され、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの延在方向と交差する方向に延在する1本の水平電荷転送チャネルと、
    前記感光領域内での前記垂直電荷転送チャネルの総数の2倍の本数の水平電荷転送電極であって、各々が、前記水平電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成され、前記水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に前記水平電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆う水平電荷転送電極と
    を有する請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記多数個の光電変換素子が画素ずらし配置されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  5. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、
    前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、
    光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、
    前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、
    前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1〜第M(Mは3以上の整数)の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して(M−1)本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて1つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第1〜第Mの転送制御電極と
    を備えた固体撮像装置。
  6. さらに、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極を含む請求項5に記載の固体撮像装置。
  7. 前記出力転送路が、
    前記半導体基板に形成され、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの延在方向と交差する方向に延在する1本の水平電荷転送チャネルと、
    前記感光領域内での前記垂直電荷転送チャネルの総数の4/M倍の本数の水平電荷転送電極であって、各々が、前記水平電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成され、前記水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に前記水平電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆う水平電荷転送電極と
    を有する請求項5又は6に記載の固体撮像装置。
  8. 半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1〜第M(Mは3以上の整数)の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して(M−1)本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて1つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第1〜第Mの転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
    所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、
    前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記選択的電荷転送段にまで転送する工程と、
    前記選択的電荷転送段の各々を該選択的電荷転送段を構成している転送制御電極別にグループ化し、グループ単位で前記出力転送路への電荷の転送と該電荷の前記出力転送路からの出力とを順次行って、前記選択的電荷転送段の各々に転送されてきた電荷の全てを前記出力転送路から出力する工程と
    を含む固体撮像装置の駆動方法。
  9. 半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して1本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第1および第2の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第1種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第2種の選択的電荷転送段を構成する第1および第2の転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
    所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、
    前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記第1種または前記第2種の選択的電荷転送段の各々にまで転送する工程と、
    前記第1種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷と前記第2種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷とを別々のタイミングで前記出力転送路に転送し、該出力転送路内で2電荷ずつ加算して転送する工程と
    を含む固体撮像装置の駆動方法。
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