JPH03102983A

JPH03102983A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03102983A
Application number: JP1239504A
Authority: JP
Inventors: Isao Hirota; 功廣田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は複数の光電変換部がマトリクス状に配列される
エリア状の固体撮像装置に関する。

〔発明の概要）本発明は、複数の光電変換部がマトリクス状に配列され
る固体撮像装置において、その水平列毎にテレビジョン
画面の水平方向に対応した水平方向に電荷を転送するた
めの電荷転送部を一方に転送する第１の電荷転送部とそ
の逆方向に転送する第２の電荷転送部に分け、各電荷転
送部からの電荷をそれぞれ各蓄積部で蓄積してから、読
み出し手段より読み出す構造とすることにより、水平解
像度の高解像度化を図りながら、単位セル中の光電変換
部の面積の増大等を実現させ、同時に蓄積部への転送周
波数の低減も行うものである。

〔従来の技術〕

ＣＣＤイメージ中等の固体撮像装置は、種々のカメラに
搭載され、被写体からの光に対応した画像信号を出力す
るように用いられている。この固体撮像装置から出力さ
れる画像信号としては、通常、テレビジョン信号に対応
した出力信号がなされている。

ところで、ＣＣＤ型の固体撮像装置の電荷転送の構造は
、大別して３つに分けられる。インターライン転送型、
フレームインターライン転送型フレーム転送型の３つが
ある。

第３図は、一Ｃ的なインターライン転送型のＣＣＤの模
式図である。マトリクス状に光電変換部１０１が配列さ
れ、その垂直列毎に垂直レジスタ部１０２が設けられる
。複数の垂直レジスタ部１０２は、１つの水平レジスタ
部１０３に電気的に接続し、この水平レジスク部１０３
でテレビジョン画面の水平ライン毎に信号電荷が出力部
１０４を介して送り出される。

また、フレーム転送型のＣＣＤとしては、例えば、特開
昭６１−１２５０７７号公報や特開昭６１−１９８８９
１号公報に記載される撮像装置が知られている。これら
各公報記載の撮像装置では、フレーム転送型であるにも
拘わらずインターレース化を図る目的から、その撮像部
において、テレビジョン画面の水平方向に電荷が転送さ
れる機構が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

フレーム転送型の固体撮像装置は、光電変換部が電荷転
送の機能を有するものであり、受光面積を広く採れると
いう点で優れるが、スメアを低減することが困難であり
、光吸収や感度等の面で十分ではない。

そこで、固体撮像装置の電荷転送の構造を、フレーム転
送型ではなく、インターライン転送型やフレームインタ
ーライン転送型とすることで、スメアを低減でき、感度
も優れることになる。

しかし、現在のＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号は、６
０Ｈｚ，５２５ラインと言うように、垂直方向の解像度
が一義的に決められている。従って、解像度を向上させ
るためには、水平方向の光電変換部の数を増加させる必
要があり、矩形状の単位セルの水平方向の辺の長さは短
くなっていく。また、テレビジョン信号のアスベクト比
も４対３と決まっているために、水平解像度を上げて行
くと、インターライン転送型等の固体撮像素子の単位セ
ルの形状は、縦長な形状になっていく。

第４図はインターライン転送型のＣＣＤの縦長な単位セ
ル中のレイアウトを示す図である。単位セルには、垂直
方向である■方向を長手方向とした矩形状の垂直レジス
タ部１１１が形戒され、この垂直レジスタ部１１１に沿
った形で読み出しゲート部１１２が形戒される。その読
み出しゲート部１１２に隣接した光電変換部上の遮光膜
の開口部１１３がチャンネルストッパー領域１１４に囲
まれて形威される。ここで、開口部１１３や垂直レジス
タ部１１１の各形状に着目すると、水平解像度の高解像
度化に伴って、水平方向（Ｈ方向）に短く、垂直方向（
Ｖ方向）に長い矩形状の形状にされる。

このようにインターライン転送型（或いはフレ一ムイン
ターライン転送型）のＣＣＤの水平解像度を高くした時
では、第１に、垂直レジスタ部ｌＩｆのＨ方向の幅が短
くなり、その転送効率が劣化する．第２に、読み出しゲ
ート部１１２やチャンネルストッパー領域１１４も縦長
な形状となって、単位セル中の面積が増大する。その結
果、開口部１１３の面積が逆に小さくなり、十分な感度
や取り扱い電荷量等が得られなくなる。第３に、開口部
１１３のパターニングが、Ｈ方向だけ極端に微細なもの
となるために、加工が難しくなり、感度むら等が生ずる
ことになる。

また、水平解像度の高解像度化によって、撮像部からの
転送周波数も高くならざるを得ない。しかし、高い周波
数とした時では、取り扱い電荷量や転送効率が劣化しや
すくなり、ドライハーの負担も増大する。

そこで、本発明は、上述の技術的な課題に鑑み、単位セ
ル中の光電変換部の面積を増大させて、感度の向上を図
り、さらにレジスタの転送効率の向上や微細加工特性の
向上等を実現し、さらに転送周波数の低減を図るような
固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、
マトリクス状に配列され互いに電気的に分離される複数
の光電変換部を有し、テレビジョン画面の走査線方向に
対応した第１の水平方向に電荷を転送するための第１の
電荷転送部及び第ｌの水平方向と逆方向の第２の水平方
向に電荷を転送するための第２の電荷転送部の両方を上
記光電変換部の水平列毎に上記各光電変換部との間で読
み出し部を介して設けた撮像部と、上記電荷転送部から
の同一水平方向に転送された電荷を蓄積し、その蓄積さ
れた電荷を垂直方向に転送する第１及び第２の蓄積部と
、それら各蓄積部からの電荷を読み出す各読み出し手段
を有することを特徴とする．〔作用〕撮像部における電荷の転送方向をテレビジョン画面の走
査線方向に対応した水平方向とすることで、水平解像度
の高解像度化に応じて水平方向に短辺化した単位セルの
短辺方向に、電荷転送部が配列されることになる。従っ
て、電荷転送部の形状を、転送方向に垂直な幅が広く採
れる形状にすることができ、このため転送効率が向上す
る。また、電荷転送部に沿って設けられる読み出し部の
面積も小さいもので済むことになり、チャンネルストソ
バー領域の面積も小さくなることから、光電変換部の面
積を増大させることができ、感度の増大を図ることがで
きる。また、電荷転送部が短辺方向となることから、光
電変換部の形状は、従来のものに比べて正方形に近い形
状にされる。このために、微細加工を行う上で有利とな
る。

また、本発明の固体撮像装置では、電荷転送部と蓄積部
がそれぞれ第１と第２に分けられる。このため、転送の
際の周波数は半分に低減することができる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、フレームインターライン転送型のＣＣＤで
あって、その撮像領域からの電荷の転送方向がテレビジ
ョン画面の水平方向とされ、さらに電荷は左右の２方向
に分けられて読み出される構造となっている。

まず、その全体の概略構造を第１図に示す。このＣＣＤ
　１は、マトリクス状に配列される複数の光電変換部２
を有している。この光電変換部２は、チャンネルストソ
パー領域によって互いに電気的に分離されている。図中
、テレビジョン画面の走査線方向に対応した水平方向が
図中Ｈ方向であり、これと直交する方向が■方向であっ
て、光電変換部２は、■方向に垂直解像度に等しい数（
例えばＮＴＳＣ方式であれば５２５個）だけ配列され、
Ｈ方向に水平解像度に応した数だけ配列される。

これら光電変換部２の各水平列に沿って、各水平列毎に
第１水平電荷転送部３及び第２水平電荷転送部４が形成
される．第１水平電荷転送部３及び第２水平電荷転送部
４と光電変換部２の間には、それぞれ図示しない読み出
し部が設けられる。この読み出し部を介して各光電変換
部２の電荷が第１，第２水平電荷転送部３，４に転送さ
れる。第１水平電荷転送部３は撮像部ｌ１の半分から図
中左側に配置され、第２水平電荷転送部４は撮像部ｌ１
の半分から図中右側に配置される。すなわち、図中、１
つの水平列の半分から左側の光電変換部２は第１水平電
荷転送部３により電荷が転送され、１つの水平列の半分
から右側の光電変換部２は第２水平電荷転送部４により
電荷が転送される。第１水平電荷転送部３の電荷転送方
向はテレビジョン画面の走査線方向に対応した水平方向
であって、撮像部１１の中央から図中左側へ転送するＦ
ド方向である。また、第２水平電荷転送部４の電荷転送
方向はテレビジョン画面の走査線方向に対応した水平方
向であって、撮像部１１の中央から図中右側へ転送する
Ｈ方向である。この第２水平電荷転送部４の電荷の転送
方向は、第１水平電荷転送部３の電荷の転送方向と逆方
向である。これら第１，第２水平電荷転送部３，４には
、４相の駆動信号ＩＭΦＩ〜Φ４が供給され、その信号
に従って電荷が転送される。第ｌ水平電荷転送部３と第
２水平電荷転送部４は、互いに逆方向に電荷を転送する
が、ストレージ部とトランファ一部の位置関係を逆にす
ることで、同し駆動信号ＩＭΦ１〜Φ４を用いることが
できる。

第１水平電荷転送部３の終端部には第１蓄積部１２が設
けられている。この第１蓄積部１２は、複数の第１蓄積
レジスタ部５からなり、各第１蓄積レジスタ部５は、上
記水平列毎に配列され、同しく水平列毎の第１水平電荷
転送部３とそれぞれ電気的に接続する。この第ｌ蓄積レ
ジスタ部５では、電荷がＨ′方向に転送され、一時的に
蓄積した後、その電荷を垂直方向であるＶ方向に転送す
る。この第ＩＭ積部１２には、水平方向の転送のための
駆動信号ＳＴΦ１〜４が供給される。また、垂直方向の
転送のために、各第１蓄積レジスタ部５の間には転送ゲ
ートが設けられ、その転送ゲートを駆動するための信号
ＳＴΦＴも同様に供給される。

第１水平電荷転送部３側と同様に、第２水平電荷転送部
４側の終端部には、第２蓄積部ｌ３が配置される。この
第２蓄積部１３は、複数の第２蓄積レジスタ部６からな
り、各第２蓄積レジスタ部６は、上記水平列毎に配列さ
れ、同じく水平列毎の第２水平電荷転送部４とそれぞれ
電気的に接続する。この第２蓄積レジスタ部６では、電
荷がＨ方向に転送され、一時的に蓄積した後、その電荷
を垂直方向である■方向に転送する。この第２Ｍ積部１
３には、第１蓄積部ｌ２と同様に、水平方向の転送のた
めの駆動信号ＳＴΦＩ〜４が供給される。また、垂直方
向の転送のために、各第２蓄積レジスタ部６の間には転
送ゲートが設けられ、その転送ゲートを駆動するための
信号ＳＴΦＴも同様に供給される。

第１蓄積部１２からの電荷は第１水平ＣＣＤ部７にパラ
レルなデータとして転送され、第２蓄積部１３からの電
荷は第２水平ＣＣＤ部８にバラレルなデータとして転送
される。これら第１，第２水平ＣＣＤ部１２．１３では
、所要の駆動信号が与えられて図中Ｈ′方向への電荷の
転送が行われる。これら第１，第２水平ＣＣＤ部１２．
１３の各端部には、出力部９が設けられ、この出力部９
から転送されてきた信号が順次出力される。

なお、本実施例では第１．第２水平ＣＣＤ部１２．１３
はそれぞれ１つとされるが、複数の電荷転送部により読
み出すようにすることも可能である。また、第１，第２
水平ＣＣＤ部１２．１３の転送方向や各蓄積部の図中上
側に配置するか、図中下側に配置するか等の事項は、設
計的に変更が可能である。

第１図中、破線で囲む領域は単位セル１０の形状であっ
て、対応する拡大図を第２図として示す。

この第２図に示すように、本実施例のＣＣＤは、単位セ
ル１０がＨ方向でｈ０のサイズを有し、■方向でｖ０の
サイズを有し、ｈ０は水平解像度を高くするためにＶ０
よりも短くされ、単位セル１０の形状は縦長の矩形状で
ある。このような各単位セル１０は、第２（或いは第１
）水平電荷転送部４，光電変換部２に対応した開口部２
２，チャンネルストッパー領域２３，読み出し部２１と
からなっている。

第２水平電荷転送部４は、各単位セル１０内で、各単位
セル１０で連続するためにＨ方向で単位セルＩＯの長さ
ｈ０に亘って形成されており、■方向では幅Ｗ１とされ
ている。この単位セル１０では、Ｈ方向が短辺方向であ
り、電荷転送部を連続的に形戒するためには短辺方向に
亘って形成すれば良いために、垂直方向に電荷を転送す
るＣＣＤ（第４図参照。）に比べて、同し面積でＶ方向
の幅Ｗ，を広くすることができ、従って、転送効率を向
上させることができる。

チャンネルストッパー領域２３や読み出し部２ｌは、光
電変換部２を平面上囲んで配置されるものである。本実
施例の単位セル１０内では、上記第２水平電荷転送部２
４が単位セル１０の下部を占有するために、これらチャ
ンネルストッパー領域１３や読み出し部１１を単位セル
１０の長辺Ｖ。に亘って形戒する必要はなく、その長辺
の方向であるＶ方向においては、Ｖｅ　−ｗ＋　の寸法
に亘って設けられれば良い。従って、従来のＣＣＤ（第
４図参照。）に比べて、チャンネルストッパー領域２３
や読み出し部２１の占有面積を十分に小さくすることが
できる。

光電変換部２上の開口部２２は、遮光膜に形或されるパ
ターンであるが、上述のように、チャンネルストンパー
領域２３や読み出し部２１の面積が小さくなるために、
その面積を拡げることができる。また、その開口部２２
の開口形状もＨ方向でｈ，，Ｖ方向でｖ１であって、サ
イズｈ，とサイズｖ１は極端に違わない寸法になること
から、略正方形化し、開口部１２の周囲長さに比べて割
合大きな面積となる。従って、光電変換部２では、発生
させる電荷量を増大させることができ、高感度化を図れ
る。また、開口部２２の形状が細長いものとならないこ
とから、開口部２２のリソグラフィーを製造工程上、容
易に進めることができ、さらに単位セル１０自体を微細
化する場合に有利である．次に、本実施例のＣＯＤの動作の一例について説明する
。

まず、テレビジョン信号の垂直プランキング期間以外の
映像期間においては、被写体からの光が単位セル１０の
開口部２２よりそれぞれ入射し、それが光電変換部２で
信号電荷に変換される。次に、垂直プランキング期間に
各光電変換部２から読み出し部を介して第１水平電荷転
送部３と第２水平電荷転送部４にそれぞれ信号電荷が転
送される。続いて、第１水平電荷転送部３と第２水平電
荷転送部４で水平方向に電荷が高速に転送される。

第１水平電荷転送部３からは図中Ｈ′方向に信号電荷が
転送され、その信号電荷は第１蓄積レジスタ部５まで転
送される。第２水平電荷転送部４からは第１水平電荷転
送部３と反対方向の図中Ｈ方向に信号電荷が転送され、
その信号電荷は第２蓄積レジスタ部６まで転送される。

この時、仮に水平方向の全単位セルを一方向に転送する
ものでは、その転送周波数が高くなるが、このように水
平方向で転送する方向を２つに分けることで、各方向で
電荷を転送すべき単位セルの数は半減され、従って、転
送周波数を半分の値に低減することができる。このため
、水平方向の転送効率を高めることができ、取り扱い電
荷量を十分にすることができる。

次のフィールドの映像期間では、第１，第２蓄積部１２
．１３に転送された電荷が、水平プランキング期間に各
蓄積レジスタ部５，６間で転送されて行き、各水平ＣＣ
Ｄ部７，８に転送される。

そして、各水平ＣＣＤ部７，８では、それぞれ半分のラ
イン毎のデータを出力部９を介して順次読み出すように
作動する。最終的に水平方向に順次出力を取り出すこと
で、テレビジョン信号に対応した出力が得られることに
なる。

このように本実施例のＣＣＤは、単位セル１０のレイア
ウトによって、高感度化を図ることができ、微細加工や
転送効率の点でも有利となる。また、水平方向の転送を
２方向に行うことで、水平転送の周波数を低減すること
ができ、転送効率や取り扱い電荷量を有利にできる。ま
た、駆動信号を供給するドライバーの負担も軽減できる
．〔発明の効果〕本発明の固体撮像装置は、光電変喚部から読み出し部を
介して読み出された電荷が電荷転送部で水平方向に転送
される。このため水平解像度を高くした場合でも、単位
セル内で水平方向に亘って電荷転送部を形戒すれば良く
、その転送方向に対する幅を広く採れることから、転送
効率が向上する。また、本発明の固体撮像装置では、そ
の転送方向から光電変換部を分離するための領域の占有
面積を小さくすることができ、さらに光電変換部の形状
を改善できるために、光電変換部の面積を増大させるこ
とができる。また、その形状の改善によって細い幅で加
工する必要がないため、微細加工にも有利である。

また、本発明の固体撮像装置では、水平の転送が第１電
荷転送部と第２電荷転送部によって行われるために、転
送周波数を低瀘することができる。

このため、転送効率や取り扱い電荷量等を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第ｉ図は本発明の固体撮像装置の一例の概略的な平面図
、第２図はその単位セルのレイアウトを示す図、第３図
は従来の固体撮像装置の一例の概略的な平面図、第４図
はその従来の一例の単位セルのレイアウトを示す図であ
る。１１・・・撮像部ｌ２・・・第１蓄積部ｌ３・・・第２蓄積部２１・・・読み出し部２２・・・開口部２３・・・チャンネルストツバー領域特許出願人　　　ソニー株式会社代理人弁理士　小池　晃（他２名）２・・・光電変換部３・・・第ｌ水平電荷転送部４・・・第２水平電荷転送部５・・・第ｌ蓄積レジスタ部６・・・第２蓄積レジスタ部７・・・第ｌ水平ＣＣＤ部８・・・第２水平ＣＣＤ部９・・・出力部１０・・・単位セル従ｇｆ：Ｍイ〉ターライ冫型ＣＣＤの虜八第３図第１図単位乞ＩＬのレイマウト第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】マトリクス状に配列され互いに電気的に分離される複数
の光電変換部を有し、テレビジョン画面の走査線方向に
対応した第１の水平方向に電荷を転送するための第１の
電荷転送部及び第１の水平方向と逆方向の第２の水平方
向に電荷を転送するための第２の電荷転送部の両方を上
記光電変換部の水平列毎に上記各光電変換部との間で読
み出し部を介して設けた撮像部と、上記電荷転送部からの同一水平方向に転送された電荷を
蓄積し、その蓄積された電荷を垂直方向に転送する第１
及び第２の蓄積部と、それら各蓄積部からの電荷を読み出す各読み出し手段を
有することを特徴とする固体撮像装置。