KR100549641B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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스즈끼노부오
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후지 샤신 필름 가부시기가이샤
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Abstract

복수열, 복수행의 다수개의 광전 변환 소자와, 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 수평 전송CCD에 전송하기 위한 수직 전송CCD와, 각 광전 변환 소자에 대하여 광전 변환 소자로부터 수직 전송CCD에로의 신호 전하의 판독 동작을 제어하기 위한 판독 게이트 영역을 구비한 IT-CCD를 제작함에 있어서, 2개의 수직 전송CCD의 세트에 1개의 가산 채널을 형성하여 서로 합류시킴으로써 고화소 밀도의 고체 촬상 장치를 통상의 미세 가공 기술로 실현할 수 있다.
전하 전송 채널, 오버플로우 드레인

Description

고체 촬상 장치{A SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE}
도1은 제1 실시예에 의한 IT-CCD를 개략적으로 나타내는 평면도.
도2는 제1 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부의 광전 변환 소자, 채널 스톱 영역 및 전하 전송 채널의 배치를 나타내는 모식도.
도3은 제1 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부의 개략을 나타내는 부분 단면 사시도.
도4a는 제1 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부 상에 형성되어 있는 전송 전극의 개략을 나타내는 부분 평면도이고, 도4b는 감광부 상에 형성되어 있는 전송 전극(31)의 개략을 나타내는 부분 평면도.
도5는 제1 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부, 전하 전송 채널, 가산 채널 및 출력 전송로의 평면 배치를 나타내는 개략도.
도6a 및 도6b는 제1 실시예에 의한 IT-CCD에 광차폐막을 설치한 예를 개략적으로 나타내는 부분 단면도.
도7은 제1 실시예에 의한 IT-CCD를 인터레이스 구동을 수행하기 위한 판독 펄스의 일례를 나타내는 펄스 파형도.
도8은 제1 실시예에 의한 IT-CCD를 인터레이스 구동을 위한 구동 펄스 공급 수단과 IT-CCD의 관계를 나타내는 도면.
도9는 제2 실시예에 의한 IT-CCD를 개략적으로 나타내는 평면도.
도10은 제2 실시예의 IT-CCD를 인터레이스 구동시킬 때에 사용되는 판독 펄스의 일례를 나타내는 펄스 파형도.
도11은 제3 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부 및 합류부의 일부를 개략적으로 나타내는 부분 평면도.
도12는 제3 실시예의 IT-CCD에서 프로그레시브 주사를 할 때에 사용되는 판독 펄스의 일례를 나타내는 펄스 파형도.
도13은 제4 실시예에 의한 IT-CCD를 개략적으로 나타내는 부분 평면도.
도14는 도13에 나타낸 A-A선 단면의 개략도.
도15는 제4 실시예에 의한 IT-CCD의 잡음 삭감 단계에서 사용되는 제어 전압의 일례를 나타내는 파형도.
도16은 제5 실시예에 의한 IT-CCD를 개략적으로 나타내는 평면도.
도17은 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부의 일부를 확대해 나타내는 평면도.
도18a는 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 전하 전송 채널을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도18b는 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 전하 전송 채널을 개략적으로 나타내는 평면도.
도19a는 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 전송 전극을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도19b는 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 전송 전극의 다른 예를 개략적으로 나타내는 평면도.
도20은 제5 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부, 전하 전송 채널, 가산 채널 및 출력 전송로의 평면 배치를 나타내는 개략도.
도21은 제6 실시예에 의한 IT-CCD를 개략적으로 나타내는 평면도.
도22는 제6 실시예에 의한 IT-CCD의 잡음 삭감 단계에서 사용되는 제어 전압의 일례를 나타내는 파형도.
도23은 제7 실시예에 의한 IT-CCD(700)을 개략적으로 나타내는 평면도.
도24는 제7 실시예에 의한 IT-CCD를 1/4 틴아웃(thin-out) 구동할 때에 사용되는 판독 펄스의 일례 및 잡음 삭감 단계에서 사용되는 제어 전압의 일례를 나타내는 파형도.
도25는 제8 실시예에 의한 IT-CCD의 감광부 및 합류부 각각의 일부를 개략적으로 나타내는 부분 평면도.
도26은 제8 실시예의 IT-CCD에서 프로그레시브 주사를 할 때에 사용되는 판독 펄스의 일례를 나타내는 펄스 파형도.
본 출원은 1999년 10월 7일자의 일본 특원평11-287334호에 근거한 것으로 그 전체 내용을 참조로서 포함한다.
본 발명은 에리어 이미지 센서로서 이용되는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 광전 변환 소자열과 복수의 수직 전송 전하 결합 소자(CCD)를 구비한 인터라인 전송형의 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
CCD의 양산 기술이 확립된 이래, CCD형의 고체 촬상 장치를 에리어 이미지 센서로서 이용한 비디오 카메라, 전자 스틸 카메라 등이 급속하게 보급하고 있다. CCD형의 고체 촬상 장치는 그 구조에 의해 몇가지로 분류되지만, 그 하나로 인터라인 전송형의 고체 촬상 장치(이하 "IT-CCD"라 약칭함)가 있다.
IT-CCD는 반도체 기판과 기판의 표면에 일정한 피치로 복수열, 복수행으로 배열된 다수개의 광전 변환 소자를 가진다. 각 광전 변환 소자열과 광전 변환 소자행은 복수의 광전 변환 소자로 구성된다. 각 광전 변환 소자는 통상 포토다이오드이다.
pn포토다이오드로 된 광전 변환 소자는 아래와 같이 해서 제조된다. 반도체 기판의 소망면 측에 p형 웰을 형성하고, 소망 형상의 n형 영역을 p형 웰중에 형성한다. 필요에 따라서 각 n형 영역 상에 p+형 영역이 형성된다. 신호 전하는 n형 영역에 축적된다. 즉 n형 영역은 신호 전하 축적 영역으로서 기능한다.
이하 본 명세서에서 "광전 변환 소자"란 용어는 신호 전하 축적 영역만을 나타내는 경우도 있다. 또 본 명세서에서 말하는 "광전 변환 소자에 근접하는" 또는 "광전 변환 소자에 인접하는"이란 "광전 변환 소자를 이루는 신호 전하 축적 영역에 근접하는" 것, 또는 "광전 변환 소자를 이루는 신호 전하 축적 영역에 인접하는" 것을 의미한다.
각 광전 변환 소자열에 인접하여, 1개의 전하 전송 채널이 형성된다. 따라서 IT-CCD는 복수의 전하 전송 채널을 가진다. 1개의 전하 전송 채널은 전하 전송 채널에 인접하고 있는 광전 변환 소자열의 모든 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 전송하기 위한 전하 전송 채널로서 이용된다.
복수의 전송 전극이 반도체 기판의 표면 상에 전기 절연막을 통해서 형성된다. 전극은 전하 전송 채널을 평면시에서 교차한다. 전송 전극과 전하 전송 채널과의 평면시(平面視)에서의 교차부 각각은 1개의 전하 전송단으로서 기능한다. 즉 1개의 전하 전송 채널과 복수의 전송 전극이 1개의 수직 전송CCD를 형성한다.
본 명세서에서는 수직 전송CCD의 각 전송 전극에서 전하 전송단을 구성하는 영역을 "전송로 형성부"라고 한다.
인터레이스 구동형의 IT-CCD의 각각의 수직 전송CCD는 통상, 1개의 광전 변환 소자에 대해 2개의 전하 전송단을 가진다. 전화소 판독(read out)형의 IT-CCD의 각각의 수직 전송CCD는 통상, 1개의 광전 변환 소자에 대해 3개 또는 4개의 전하 전송단을 가진다. 그리고 1개의 IT-CCD는 IT-CCD에 형성되어 있는 광전 변환 소자열과 동일한 수의 수직 전송CCD를 가진다.
광전 변환함으로써, 광전 변환 소자가 신호 전하를 축적한다. 각 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하는 각각 대응하는 전하 전송 채널에 소정의 시기에 판독된다.
광전 변환 소자로부터 전하 전송 채널에로의 신호 전하의 판독을 제어하기 위해서, 각 광전 변환 소자에 대해 광전 변환 소자에 인접하여, 판독 게이트 영역이 반도체 기판 표면에 형성된다. 이 판독 게이트 영역은 통상 광전 변환 소자 및 전하 전송 채널과 역도전형의 영역으로 구성된다. 각 판독 게이트 영역은 광전 변환 소자에 상당하는 전하 전송 채널의 소정의 구역에도 인접한다.
또 판독 게이트 영역 각각의 위에, 판독 게이트 전극 대역(zone)이 형성된다. 판 독 게이트 전극 대역의 각각은 통상 수직 전송CCD의 소정의 전송 전극의 전송로 형성부의 일부의 영역으로 된다.
각 전하 전송 채널에 판독된 신호 전하는 전하 전송 채널을 포함하는 각 수직 전송CCD에 의해서, 출력 전송로에 전송된다. 이 출력 전송로는 통상 CCD로 형성된다 (이하 이 CCD를 "수평 전송CCD"라고도 함)
수평 전송CCD로 되는 출력 전송로는 1개의 수직 전송CCD에 대해 N개의 전하 전송단을 가진다. 1개의 전하 전송단은 통상, 1개의 포텐셜 베리어 영역과, 1개의 포텐셜 웰 영역을 갖고, "N"은 2이다. 1전하 전송단이 균일인 포텐셜을 갖는 경우, "N"은 3이상이다.
출력 전송로는 수취한 신호 전하를 광전 변환 소자행의 가로 방향(이하 이 방향을 단순히 "행방향"이라고 함)으로 순차 전송하여 출력부에 전송한다. 수직 전송CCD와 마찬가지로, 출력 전송로도 반도체 기판 상에 형성된다.
수직 전송CCD나 수평 전송CCD는 포토다이오드와 마찬가지로 광전 변환 기능을 갖고 있다. 수직 전송CCD나 수평 전송CCD에 불필요한 광전 변환이 행하여지지 않도록, 광전 변환 소자에 의해 감광부로부터 수평 전송 CCD까지의 에리어 영역에 광차폐막이 형성된다. 광차폐막은 광전 변환 소자(포토다이오드) 각각의 위에 소정 형상의 개구부를 가진다. 1개의 광전 변환 소자에 대해 1개의 개구부가 형성된다. 이 개구부는 통상 평면시했을 때 광전 변환 소자의 신호 전하 축적 영역 내에서 개구한다.
1개의 광전 변환 소자와, 광전 변환 소자에 인접해 형성된 1개의 판독 게이트 영 역과, 판독 게이트 영역을 평면시에서 위로 덮는 판독 게이트 전극 대역과, 광전 변환 소자에 대응하는 2~4개의 (수직 전송CCD의) 전하 전송단에 의해서, 1개의 화소가 구성된다. 그리고 광전 변환 소자의 표면에서 개구부의 평면시에서 노출부가 화소의 수광부로서 기능한다.
따라서 IT-CCD에서는 광차폐막에 형성되어 있는 개구부 각각의 평면시에서의 형상 및 개구부의 평면시에서의 면적에 의해서, 각각의 화소의 수광부의 형상 및 면적이 각각 결정된다.
그런데 IT-CCD의 사용의 진전에 따라서, 그 성능, 예를 들면 해상도와 감도의 가일층의 향상이 요구되고 있다.
IT-CCD의 해상도는 IT-CCD의 화소 밀도에 크게 의존한다. 화소 밀도가 높을수록 해상도를 높이기 쉽다. IT-CCD의 감도는 각각의 화소의 수광부의 면적에 크게 의존한다. 각각의 화소의 수광 면적이 넓으면 감도를 높이기 쉽다.
일본 특허 제2825702호 공보에 기재되어 있는 IT-CCD(동 공보에서는 "고체 촬상 소자"라고 호칭되고 있지만, 본 명세서에서는 "IT-CCD"라 표기함)는 각각의 화소의 수광부의 면적의 저하를 억제하면서 화소 밀도를 향상시킬 수 있는 IT-CCD로서 알려져 있다.
이 IT-CCD에서는 다수개의 광전 변환 소자가 일정한 피치로 복수열, 복수행으로 배열되고 있다. 광전 변환 소자열과 행은 복수의 광전 변환 소자를 포함하고 있다. 짝수열의 광전 변환 소자의 각각은 홀수열의 광전 변환 소자열의 상당 광전 변환 소자에 대해서, 각 광전 변환 소자열 내의 광전 변환 소자의 피치의 약1/2만큼 열 방향으로 시프트하고 있다. 마찬가지로 짝수행의 광전 변환 소자의 각각은 홀수행의 광전 변환 소자행의 광전 변환 소자에 대해서, 각 광전 변환 소자행의 광전 변환 소자의 피치의 약1/2만큼 행방향으로 시프트하고 있다. 광전 변환 소자열의 각각은 홀수행 또는 짝수행의 광전 변환 소자만을 포함하고 있다.
각 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 전송하기 위해서, 1개의 수직 전송CCD가 1개의 광전 변환 소자열에 인접하도록 배치되어 있다. 수직 전송CCD의 각각은 복수의 전송 전극을 포함해 구성되고, 이들 복수의 전송 전극은 벌집 상으로 배설되어 있다. 그리고 복수의 전송 전극을 벌집 상으로 배설함으로써 발생하는 6각형의 갭의 각각에, 1개의 광전 변환 소자가 평면시에 위치하고 있다.
개개의 수직 전송CCD는 그 수직 전송CCD에 인접하고 있는 1개의 광전 변환 소자열의 모든 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 전송하기 위한 CCD로서 이용된다. 각 수직 전송CCD는 꾸불꾸불하게 사행하면서 소정(수직)방향으로 신호 전하를 전송한다.
공보에 기재되어 있는 IT-CCD에서는 다수개의 광전 변환 소자 및 복수의 전송 전극(수직 전송CCD용의 복수의 전송 전극)을 상술한 바와 같이 배설함으로써 각각의 화소의 수광부의 면적 저하를 억제하면서 화소 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 명세서에서는 다수의 광전 변환 소자의 배치를, 이하 " 시프트된 화소 배치"라 칭한다.
예를 들면 시프트된 화소 배치가 행하여지고 있는 1/2형, 200만화소의 IT-CCD를 전자 스틸 카메라용의 IT-CCD로서 사용하려고 하는 경우, IT-CCD의 화소 피치는 행 방향 DH로 약 2.8㎛이다. 또 시프트된 화소 배치를 사용한 1/3형, 200만화소의 IT-CCD를 전자 스틸 카메라용의 IT-CCD로서 사용하려고 하는 경우, IT-CCD의 행 방향DH의 화소 피치는 약 2.1㎛가 된다.
수직 전송CCD로서는 4상 구동형CCD가 많이 이용되고 있고, 수평 전송CCD로서는 2상 구동형CCD가 많이 이용되고 있다.
4상 구동형CCD로 되는 수직 전송CCD와 2상 구동형CCD로 되는 수평 전송CCD를 구비한 IT-CCD에 있어서, 행 방향DH로 2.1㎛피치로 화소를 형성하는 것 자체는 비교적 용이하다. 그러나 IT-CCD의 수평 전송CCD는 화소열의 각각에 4개의 전극을 갖는다. 즉 길이2.1㎛의 영역 중에 4개의 전송 전극이 형성된다. 이 때의 각각의 전송 전극의 폭은 약 0.5㎛이다.
따라서 수평 전송CCD를 갖는 IT-CCD를 생산하기 위해서는 칩사이즈의 소형화를 도모하면서 고도의 미세 가공 기술이 필요해진다.
또 수평 전송CCD가 화소열의 각각에 4개의 전송 전극을 가지므로, 수평 전송CCD에 구동 펄스를 공급하기 위해서 사용되는 펄스 공급용 단자의 부하 정전 용량이 크다.
또한 200만 화소를 넘는 고해상도의 IT-CCD로 되면, 판독 프레임 주파수를 올리기 위해서, 통상, 20MHz전후의 고속의 구동 펄스로 수평 전송CCD를 동작시킨다.
그 결과로, 수평 전송CCD의 소비 전력은, 예를 들면 수10mW로까지 증대한다. 소 비 전력의 증대는 전지 탑재형의 전자 스틸 카메라에서는 전지 수명의 저하를 초래한다.
본 발명의 목적은 고도의 미세 가공 기술에 의하지 않고도 화소 밀도를 용이하게 향상시킬 수 있고, 또한 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있는 IT-CCD 및 그 구동 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 1관점에 의하면, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와, 상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 다수개의 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과, 상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단(段)을 구성하는 복수의 전송 전극과, 상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 합류시키는 복수의 가산 채널과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 갖는 고체 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 고체 촬상 장치의 구동 방법에 관한 것으로, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와, 상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 다수개의 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과, 상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단(段)을 구성하는 복수의 전송 전극과, 상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 서로 합류시키는 복수의 가산 채널과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 갖는 고체 촬상 장치에 있어서, 1개의 수직 블랭킹 기간에서, 소정의 광전 변환 소자행 또는 열을 이루는 광전 변환 소자의 각각에 축적된 신호 전하를 판독하여 상기 광전 변환 소자에 인접하는 상기 판독 게이트를 통해서 상기 판독 게이트에 인접하는 전하 전송 채널에 상기 신호 전하를 공급하는 신호 전하 판독 공정과, 상기 1개의 수직 블랭킹 기간부터 다음의 수직 블랭킹 기간까지의 동안에, 상기 전하 전송 채널에 판독된 상기 신호 전하를 화상 신호로 변환해서 이 화상 신호를 출력하는 화상 신호 출력 공정을 갖는 고체 촬상 장치의 구동 방법이 제공된다.
고체 촬상 장치에서는 1개의 전하 전송 채널을 포함하는 전하 전송단의 각각이 서로 인접하도록 복수의 전송 전극이 배치된다. 따라서 1개의 수직 전송CCD를 감광부에 형성할 수 있다. 수직 전송CCD는 감광부에 형성되어 있는 광전 변환 소자열의 수와 동일한 수만큼 형성된다. 고체 촬상 장치에서 광전 변환 소자로부터 신호 전하를 판독하여 이것을 전송하기 위해 읽는데 필요한 수직 전송CCD의 개수는 종래의 고체 촬상 장치의 수직 전송CCD의 개수와 동일하다.
그러나 고체 촬상 장치는 상술한 가산 채널을 갖고 있다. 가산 채널의 하류에 수평 전송CCD를 설치한 경우, 수평 전송CCD의 전하 전송단의 전송 전극의 총수는 종래의 고체 촬상 장치의 반 이하이어도 된다.
따라서 수평 전송CCD의 각각의 전하 전송단의 전송 전극의 폭을 좁히지 않아도, 예를 들면 200만화소의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다. 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
또 수평 전송CCD에 형성해야 할 전송 전극의 수가 종래의 반 이하이어도 되므로, 그 수평 전송CCD에 구동 펄스를 공급하는데 사용되는 펄스 공급용 단자의 부하 정전 용량의 증대도 억제된다. 따라서 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
또한 본 명세서에서는 신호 전하의 전송 경로 내의 이동을 하나의 흐름으로 보고, 부재의 상대적인 위치를, 필요에 따라서 "부재A의 상류", "부재A의 하류" 등으로 칭한다.
(실시예)
이하 도면을 참조해 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도1은 제1 실시예의 인터레이스 구동형IT-CCD(100)를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, IT-CCD(100)는 반도체 기판(1)의 표면에 설정된 감광부(10)와, 감광부(10)의 외측에 형성된 합류부(50)와, 합류부(50)의 외측에 형성된 출력 전송로(60)와, 출력 전송로(60)의 일단에 접속된 출력부(65)를 구비하고 있다.
도1은 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 또 설명을 쉽게 하기 위해서, 광전 변환 소자(20)의 수를 64개로 한 개략도이다. 실제의 인터레이스 구동형IT-CCD에서는 광전 변환 소자의 수가 수십만~수백만에 달한다.
도1에 나타낸 감광부(10)의 구성에 대해서, 도1 내지 도3, 도4a 및 도4b를 이용해 설명한다.
도2는 감광부(10)의 광전 변환 소자(20), 채널 스톱 영역(25) 및 전하 전송 채널(30)의 평면 배치를 나타내는 모식도이다.
도3은 감광부(10)의 개략을 나타내는 부분 단면 사시도이다.
도4a는 감광부(10) 상에 형성되어 있는 전송 전극(31)의 개략을 나타내는 부분 평면도이고, 도4b는 감광부(10) 상에 형성되어 있는 전송 전극(32)의 개략을 나타내는 부분 평면도이다.
이하의 설명은 p형 웰을 구비한 n형 실리콘 기판이다. 다른 반도체 기판을 이용해 마찬가지의 기능을 갖는 IT-CCD를 얻는 것도 가능하다.
64개의 광전 변환 소자(20)가 8행, 8렬로 감광부(10)의 반도체 기판(1)의 표면에 형성되어 있다. 8개의 광전 변환 소자행(21)과, 8개의 광전 변환 소자열(22)이 감 광부(10)의 반도체 기판(1)의 표면에 형성되어 있다. 도1 또는 도2에 나타내는 바와 같이, 각각의 광전 변환 소자(20)는 평면시에서 직사각형을 그린다.
1개의 전하 전송 채널(도1에서는 도시 생략)이 광전 변환 소자열의 대응하는 광전 변환 소자열(22)의 좌측(도1에서)에 형성되어 있다. 따라서 총 8개의 전하 전송 채널이 형성된다. 이들 전하 전송 채널은 감광부(10)를 도1에 화살표로 나타낸 열 방향DV(이하 열방향 DV라고 함)로 교차하고 있다. 도2에 나타내는 바와 같이, 각각의 전하 전송 채널(30)은 평면시에서 밴드 형상을 그린다. 도3에 나타내는 바와 같이, 전하 전송 채널(30)은, 예를 들면 p형 웰(2) 내에 n형 영역을 밴드 형상으로 형성함으로써 얻어진다.
도2에 나타내는 바와 같이, 후술하는 판독 게이트 영역(41)이 형성되어 있는 곳을 빼고, 광전 변환 소자(20)와 전하 전송 채널(30) 간에 채널 스톱 영역(25)이 형성되어 있다. 채널 스톱 영역(25)은 1개의 광전 변환 소자열(22)에서 서로 인접하는 2개의 광전 변환 소자(20) 간에도 형성되어 있다. 도3에 나타내는 바와 같이, 채널 스톱 영역(25)은, 예를 들면 p형 웰(2) 내에 p+형 영역을 소정 형상으로 형성함으로써 얻어진다.
도3에 나타내는 바와 같이, 광전 변환 소자(20)는, 예를 들면 반도체 기판(1)의 일표면에 형성된 p형 웰(2) 중의 소정 영역과, 소정 영역의 위에 설치된 n형 영역(3)과, n형 영역(3) 상에 설치된 매립용 p+형층(4)으로 구성된 매립형의 포토다이오드로 된다. n형 영역(3)은 신호 전하 축적 영역으로서 기능한다. 도시를 생략 한 전기 절연막(실리콘산화막)이 p+형층(4) 상에 형성되어 있다.
도1에 나타내는 바와 같이, 2개의 전송 전극(31,32)이 전기 절연막(도시 생략)을 개재하여 감광부(10) 상에 교대로 형성되어 있다. 전송 전극(31,32)의 총수는 각각 8개이다. 도3에 나타내는 바와 같이, 전송 전극(31, 32)은 각 전하 전송 채널(30)을 평면시에서 교차하고 있다. 전송 전극(32)은, 예를 들면 제1 폴리실리콘층으로 형성된다. 전송 전극(31)은, 예를 들면 제2 폴리실리콘층으로 형성된다. 전송 전극(31)과 전송 전극(32)은 도시를 생략한 전기 절연막에 의해서 서로 절연되고 있다.
개개의 전송 전극(31)은 평면시에서의 형상이 직사각형인 전송로 형성부(31T)를 8개 갖고 있다(도1 참조). 1개의 전송 전극(31)에서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(31T)는 도3 또는 도4a 및 도4b에 나타내는 바와 같이, 밴드 형상의 접속부(31C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(31C)는 행 방향DH(도1 참조)로 연장되어 있다.
1개의 전송 전극(31)의 각 전송로 형성부(31T)는 도3에 나타내는 바와 같이, 각각 대응하는 전하 전송 채널(30)과 평면시에서 교차한다. 전송로 형성부(31T)와 전하 전송 채널(30)과의 평면시에서의 교차부는 1개의 전하 전송단으로서 기능한다. 각각의 전송 전극(31)에 있어서, 도1의 좌단에 대해 짝수번째의 전송로 형성부(31T)의 각각은 감광부(10)에 형성되어 있는 소정의 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮는다(도3 참조). 전송로 형성부(31T)에서 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮는 부분은 광전 변환 소자(20)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 게이트 전극 대역(31G)(도3 과 도4a 및 도4b 참조)으로서 기능한다.
전송 전극(32)의 각각도 평면시에서의 형상이 직사각형인 전송로 형성부(32T)를 8개 갖고 있다(도1 참조). 1개의 전송 전극(32)에서 인접하는 2개의 전송로 형성부(32T)는 도3 또는 도4a 및 도4b에 나타내는 바와 같이, 밴드 형상의 접속부(32C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(32C)은 행 방향DH(도1 참조)으로 연장되어 있다.
1개의 전송 전극(32)의 각 전송로 형성부(32T)는 도3에 나타내는 바와 같이, 각각 대응하는 전하 전송 채널(30)과 평면시에서 교차한다. 전송로 형성부(32T)와 전하 전송 채널(30)과의 평면시에서의 교차부는 1개의 전하 전송단으로서 기능한다. 또 각각의 전송 전극(32)에 있어서, 도1의 좌단에 대해 홀수번째의 전송로 형성부(32T)의 각각은 감광부(10)에 형성되어 있는 소정의 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮는다(도3 참조). 전송로 형성부(32T)에서 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮는 부분은 광전 변환 소자(20)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 게이트 전극 대역(32G)(도3 및 도4a 및 도4b 참조)으로서 기능한다.
전송로 형성부(31T)를 포함하는 전하 전송단과 전송로 형성부(32T)를 포함하는 전하 전송단은 1개의 전하 전송 채널(30)에서 교대로 이어져, 1개의 수직 전송CCD(35)(도1 참조)를 형성하고 있다. 1개의 광전 변환 소자(20)에 대해, 전송로 형성부(31T)를 포함하는 전하 전송단과 전송로 형성부(32T)를 포함하는 전하 전 송단의 2개의 전하 전송단이 상류측으로부터 하류측으로 이 순서로 형성되어 있다.
도1에서는 이해하기 쉽게 하기 위해서, 각각의 수직 전송CCD(35)의 전송로 형성부(31T)와 전송로 형성부(32T)는 서로 떨어져 있다. 그러나 각각의 수직 전송CCD(35)의 전송로 형성부(31T)와 그 하류 측에 인접해 형성되어 있는 전송로 형성부(32T)는 실제에는 도3에 나타내는 바와 같이, 일부 중첩하고 있다.
즉 전송로 형성부(31T)의 하류측의 에지부는 도시를 생략한 전기 절연막이 전송로 형성부(32T)의 상류측의 가장자리에 덮여 있다. 전송로 형성부(31T)와 그 하류 측에 인접해 형성되어 있는 전송로 형성부(32T)는 소위 중첩 전송 전극 구조를 이룬다.
이하 서로 절연된 2개의 전송 전극으로 구성되는 구조로서, 한쪽의 전송 전극의 1개의 에지를 따른 가장자리가 다른 쪽의 전송 전극의 다른 1개의 에지를 따른 가장자리에 덮여 있는 구조를, 단순히 "중첩 전송 전극 구조"라고 한다. 이 경우 "전송 전극"에는 전송로 형성부, 보조 전송 전극, 가산 채널용 전송 전극 등도 포함되는 것으로 한다. 중첩 전송 전극 구조는 3이상의 전송 전극에 의해서도 구성할 수 있다.
어떤 경우에는 2개의 전송 전극으로 되는 중첩 전송 전극 구조의 중첩 부분에서 밑에 위치하는 전송 전극을 "하층 전극"이라 부르고, 위에 위치하는 전송 전극을 "상층 전극"이라 부른다. 마찬가지로 3개의 전송 전극으로 되는 중첩 전송 전극 구조의 중첩 부분에서 가장 밑에 위치하는 전송전극을 "하층 전극"이라 부르고, 가장 위에 위치하는 전송 전극을 "상층 전극"이라 부르고, 하층 전극과 상층 전극 간에 위치하는 전송 전극을 "중층 전극"이라 부르기도 한다.
수직 전송CCD(35)는 그 우측(도1에서의 우측)에 인접해 형성되어 있는 광전 변환 소자열(22)을 이루는 각 광전 변환 소자(20)에 축적된 신호 전하를, 판독 게이트(40)를 개재하여 수취하여, 신호 전하를 열 방향DV에 전송한다.
상기 판독 게이트(40)는 1개의 광전 변환 소자(20)에 1개씩 형성되어 있다(도1 참조). 도1에서는 이해하기 쉽게 하기 위해서, 판독 게이트(40)가 전송로 형성부(31T , 32T)에 인접한다. 그러나 실제의 판독 게이트(40)는 반도체 기판(1)에 형성되어 있는 p형 웰(2)의 소정 개소로 되는 판독 게이트 영역(41)(도3 참조)과, 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮는 판독 게이트 전극 대역(31G, 32G)으로 되어 있다(도3 참조).
도1의 좌단에 대해 홀수번째의 광전 변환 소자열(22)의 광전 변환 소자(20)의 각각에 대해서는 광전 변환 소자(20)의 하류측의 거의 반의 영역의 좌측에 인접하여, 판독 게이트 영역(41)이 형성되어 있다(도2 및 도3 참조). 판독 게이트 영역(41)은 광전 변환 소자(20)에 대응하는 2개의 전하 전송단 중, 전송로 형성부(32T)를 포함하는 전하 전송단에 인접하고 있다. 판독 게이트 전극 대역(32G)이 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮고 있다.
도1의 좌단에 대해 짝수번째의 광전 변환 소자열(22)의 광전 변환 소자(20)의 각각에 대해서는 평면시에서 광전 변환 소자(20)의 하류측의 거의 반의 영역의 좌측에 인접하여 판독 게이트 영역(41)이 형성되어 있다(도2 및 도3 참조). 이 판독 게이트 영역(41)은 광전 변환 소자(20)에 대응하는 2개의 전하 전송단 중, 전송로 형 성부(31T)를 포함하는 전하 전송단에 인접하고 있다. 판독 게이트 전극 대역(31G)가 판독 게이트 영역(41)을 평면시에서 위로 덮고 있다.
다음에 도1에 나타낸 합류부(50)의 구성에 대해서, 도1 및 도5를 이용해 설명한다.
도5는 상술한 감광부(10), 각 전하 전송 채널(30), 가산 채널(51) 및 출력 전송로(60)의 평면 배치를 나타내는 개략도이다.
상술한 전하 전송 채널(30)의 각각은 감광부(10)를 열 방향DV(도1 또는 도5 참조)에 교차한 후, 또한 2보조 전하 전송단만큼 출력 전송로(60)측(즉 합류부(50)내)에 연장되어 있다. 보조 전하 전송단에 대해서는 후술한다.
인접하는 2개의 전하 전송 채널(30)은 합류부(50) 내에서, 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 서로 분리되어 있다.
1개의 가산 채널(51)이 2개의 전하 전송 채널(30)에 접속되어 있다. 도5를 보면 4개의 가산 채널(51)이 설치되어 있다.
가산 채널(51)의 평면시에서의 형상은 Y자상이다. 각 가산 채널(51)은 대응하는 2개의 전하 전송 채널(30) 각각의 하류단과 링크되어 이들2개의 전하 전송 채널(30)을 합류시키고 있다. 서로 인접하는 2개의 가산 채널(51)은 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 서로 분리되어 있다.
도1 및 도5에 나타내는 바와 같이, 1개의 가산 채널용 전송 전극(52)이 합류부(50)에 설치되어 있다. 가산 채널용 전송 전극(52)은, 예를 들면 폴리실리콘으로 형성된다. 가산 채널용 전송 전극(52)은 반도체 기판(1) 상에 전기 절연막(도시 생략)을 통해서 설치된다.
가산 채널용 전송 전극(52)은 가산 채널(51)을 평면시에서 위로 덮는 V자상의 가산용 전송로 형성부(52T)를 4개 갖고 있다. 서로 인접하는 2개의 가산용 전송로 형성부(52T)는 밴드 형상의 접속부(52C)에 의해 연결되어 있다. 각 가산용 전송로 형성부(52T)는 도5에 나타낸 바와 같이, 각각 대응하는 가산 채널(51)과 평면시에서 교차한다. 가산 채널(51)과 가산용 전송로 형성부(52T)와의 평면시에서의 교차부는 1개의 가산용 전하 전송단으로서 기능한다.
보조 전하 전송 채널(53)이 각 가산 채널(51)의 하류단(端)에 연결되어 있다(도5 참조). 각 보조 전하 전송 채널(53)의 하류단은 출력 전송로(60)에 달하고 있다. 서로 인접하는 2개의 보조 전하 전송 채널(53)은 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 서로 분리되어 있다.
제1보조 전송 전극(55)과 제2보조 전송 전극(56)이 상류측으로부터 하류측으로의 순서로 평면시에서 감광부(10)의 가장 하류의 전송 전극(32)과 가산 채널(51)의 사이에 형성되어 있다(도1 참조). 제3보조 전송 전극(57), 제4보조 전극(58) 및 제5보조 전송 전극(59)이 상류측으로부터 하류측으로의 순서로 평면시에서 각 가산 채널(51)과 출력 전송로(60)의 사이에 형성되어 있다.
제1보조 전송 전극(55)은 평면시에서의 형상이 직사각형인 보조 전송로 형성부를 8개 갖고 있다(도1 참조). 서로 인접하는 2개의 보조 전송로 형성부(55T)는 밴드 형상의 접속부(55C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(55C)는 행 방향DH으로 연장되어 있다. 각 보조 전송로 형성부(55T)는 각각 대응하는 전하 전송 채널(30)과 평면시에서 교차한다. 보조 전송로 형성부(55T)와 전하 전송 채널(30)과의 평면시에서의 교차부는 1개의 보조 전하 전송단으로서 기능한다.
제2보조 전송 전극(56)도, 평면시에서의 형상이 직사각형인 보조 전송로 형성부(56T)를 8개 갖고 있다(도1 참조). 서로 인접하는 2개의 보조 전송로 형성부(56T)는 밴드 형상의 접속부(56C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(56C)는 행 방향DH으로 연장되어 있다. 각 보조 전송로 형성부(56T)는 각각 대응하는 전하 전송 채널(30)과 평면시에서 교차한다. 보조 전송로 형성부(56T)와 전하 전송 채널(30)과의 평면시에서의 교차부는 1개의 보조 전하 전송단으로서 기능한다.
제3보조 전송 전극(57)은 평면시에서의 형상이 직사각형인 보조 전송로 형성부를 4개 갖고 있다(도1 참조). 서로 인접하는 2개의 보조 전송로 형성부(57T)는 밴드 형상의 접속부(57C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(57C)는 행 방향DH으로 연장되어 있다. 각 보조 전송로 형성부(57T)는 각각 대응하는 전하 전송 채널(53)과 평면시에서 교차한다. 보조 전송로 형성부(57T)와 전하 전송 채널(53)과의 평면시에서의 교차부는 1개의 보조 전하 전송단으로서 기능한다.
제4보조 전송 전극(58) 및 제5보조 전송 전극(59)은 각각, 제3보조 전송 전극(57)과 동일한 형상 및 크기를 갖고, 제3보조 전송 전극(57)과 거의 동일한 사 양으로 배설되어 있다. 도1에서는 제4보조 전송 전극(58)의 보조 전송로 형성부를 58T로 나타내고, 제4보조 전송 전극(58)의 접속부를 58C로 나타내고 있다. 마찬가지로, 도1에서는 제5보조 전송 전극(59)의 보조 전송로 형성부를 59T로 나타내고, 제5보조 전송 전극(59)의 접속부를 59C로 나타내고 있다.
도1에서는 이해하기 쉽게 하기 위해서, 감광부(10)의 가장 하류의 전송 전극(32), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제1~제5보조 전송 전극(55~59)은 서로 격리되어 있다. 그러나 전송로 형성부(32T), 가산용 전송로 형성부(52T) 및 보조 전송로 형성부(55T~ 59T)는 중첩 전송 전극 구조를 이룬다.
보조 전송로 형성부(55T), 가산용 전송로 형성부(52T) 및 보조 전송로 형성부(58T)의 각각이 상층 전극에 상당한다. 가장 하류의 전송 전극(32)의 전송로 형성부(32T), 보조 전송로 형성부(56T), 보조 전송로 형성부(57T) 및 보조 전송로 형성부(59T)의 각각이 하층 전극에 상당한다.
도1의 좌단에 대해 1, 2번째의 각 수직 전송CCD(35)는 감광부(10)를 열 방향DV으로 교차하고, 또한 2보조 전하 전송단만큼 합류부(50) 내에 각각 뻗어 있고, 가장 좌측의 가산 채널(51)(도5 참조)와 가장 좌측의 가산용 전송로 형성부(52T)를 포함하는 가산용 전하 전송단에서 합류한다. 도1의 좌단에 대해 3, 4번째의 각 수직 전송CCD(35) 및 5, 6번째의 각 수직 전송CCD(35) 및 7, 8번째의 각 수직 전송CCD(35)에 대해서도 마찬가지이다.
각 가산용 전하 전송단의 하류에는 1개의 보조 전하 전송 채널(53)(도5 참조)과 보조 전송로 형성부(57T, 58T, 59T)를 포함하는 보조 수직 전송CCD가 잇따른다. 이들 보조 수직 전송CCD는 출력 전송로(60)에 달하고 있다.
다음에 도1에 나타낸 출력 전송로(60) 및 출력부(65)에 대해서 설명한다.
출력 전송로(60)는 감광부(10)로부터 가산부(50)를 통해서 보내져 온 신호 전하를 수취하고, 신호 전하를 출력부(65)에 차례로 전송한다. 출력 전송로(60)는, 예를 들면 2층 전극 구조의 2상 구동형CCD, 3층 전극 구조의 2상 구동형CCD, 2층 전극 구조의 4상 구동형CCD 등으로 된다.
2층 전극 구조의 2상 또는 4상 구동형CCD는 제1 폴리실리콘으로 되는 전송 전극과 제2 폴리실리콘으로 되는 전송 전극을 갖는 2층 폴리실리콘 전극 구조의 2상 구동형CCD를 포함한다.3층 전극 구조의 2상 구동형CCD는 제1 폴리실리콘으로 되는 전송 전극, 제2 폴리실리콘으로 되는 전송 전극 및 제3 폴리실리콘으로 되는 전송 전극을 갖는 3층 폴리실리콘 전극 구조의 2상 구동형CCD를 포함한다.
출력부(65)는 출력 전송로(60)로부터 보내져 온 신호 전하를 플로팅용량(도시 생략)에 의해 신호 전압으로 변환하고, 신호 전압을, 예를 들어 소스 팔로어 회로(도시 생략)로 증폭한다. 검출(변환)된 후의 전하는 도시를 생략한 리세트 트랜지스터를 통해서 전원(도시 생략)에 흡수된다.
도1에 나타낸 IT-CCD(100)에서는 각 전송 전극(31), 각 전송 전극(32), 제1보조 전송 전극(55), 제2보조 전송 전극(56), 가산 채널용 전송 전극(52), 제3보조 전송 전극(57), 제4보조 전송 전극(58) 및 제5보조 전송 전극(59)의 각각에 4상의 구동 펄스를 공급하기 위해서, 4개의 펄스 공급용 단자(70a, 70b, 70c, 70d)가 배설되어 있다.
각 전송 전극(31), 각 전송 전극(32), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제1~제5보조 전송 전극(55~59)은 다음과 같이 4개의 전송 전극군으로 나누어진다.
즉 감광부(10)로부터 합류부(50)의 방향으로 매4번째의 요소를 선택함으로써 4개의 전송 전극군으로 나누어진다.
각각의 펄스 공급용 단자(70a, 70b, 70c, 70d)는 각각 대응하는 전송 전극군의 1개에 전기적으로 접속되어 있다.
출력 전송로(60)의 각 전송 전극에 2상의 구동 펄스를 공급하기 위해서, 2개의 펄스 공급용 단자(75a, 75b)가 배설되어 있다.
IT-CCD(100)에서는, (a) 1개의 광전 변환 소자(20), (b) 광전 변환 소자(20)의 좌측(도1에서의 좌측)에 인접해 형성되어 있는 2개의 전하 전송단, 즉 전송로 형성부(31T)를 포함하는 전하 전송단과 전송로 형성부(32T)를 포함하는 전하 전송단 및 (c) 전송로 형성부(31T, 32T)를 포함하는 전하 전송단과 광전 변환 소자(20) 사이에 형성되어 있는 1개의 판독 게이트(40)에 의해서 1개의 화소가 구성된다. IT-CCD(100)에서는 64개의 화소가 8행, 8렬로 형성되어 있다.
IT-CCD(100)는 전술한 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, 출력 전송로(60)(도1 참조)를 CCD로 구성하는 경우, 출력 전송로(60)의 전하 전송단의 수, 나아가서는 전송 전극의 총수는 종래의 절반으로 된다.
따라서 출력 전송로(60)의 각각의 전하 전송단에서의 전송 전극의 폭을 좁히지 않아도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 즉 통상 의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소의 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다.
또 출력 전송로(60)에 형성해야 할 전송 전극의 수가 종래의 반으로도 되므로, 출력 전송로(60)에 구동 펄스를 공급하기 위해서 사용되는 펄스 공급용 단자(75a, 75b)(도1 참조)의 부하 정전 용량의 증대도 억제된다. 따라서 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
제1 실시예의 IT-CCD(100)는 IT-CCD로서는 간단한 구조를 갖는다. 실제의 IT-CCD에서는 전술한 바와 같이, 수직 전송CCD와 수평 전송CCD 등에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지하기 위해서, 감광부에서 출력 전송로에 걸친 소정의 영역을 평면시에서 위로 덮는 광차폐막이 형성된다. 또 통상 광전 변환 소자의 광전 변환 효율를 높이기 위해서, 마이크로 렌즈 어레이가 배설된다. 컬러 촬상용의 IT-CCD에서는 컬러 필터 어레이가 배설된다.
도6a 및 도6b는 IT-CCD(100)에 광차폐막(80)을 설치하여 얻은 IT-CCD(이하 "IT-CCD(100a)"이라고 함)를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다. 광차폐막(80)은 광전 변환 소자(20) 각각의 위에 소정 형상의 개구부(81)를 가진다. 1개의 광전 변환 소자(20)에 대해 1개의 개구부(81)가 형성된다. 각 개구부(81)는 평면시에서 광전 변환 소자(20)의 신호 전하 축적 영역(n형 영역(3))의 내측으로 개구하고 있다. 1개의 광전 변환 소자(20) 중에서 개구부(81)로부터 평면시에서 노광된 부분이 각각의 화소의 수광부(이하 이 수광부를 "수광부(81)"라고도 함)로서 기능한다.
광차폐막(80)은, 예를 들면 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 티탄 또는 몰리브덴으로 되는 금속 박막이나, 이들 금속의 2종 이상으로 되는 합금 박막, 또는 금속끼리 또는 금속과 합금을 조합한 다층 금속 박막 등으로 형성된다.
개구부(수광부)(81)는 평면시에서 직사각형을 그린다. 이들 개구부(수광부)(81)의 형상, 크기 및 방향은 실질적으로 서로 동일하다.
개구부(수광부)(81)를 통해 광전 변환 소자(20)에 입사한 광은 광전 변환 소자(20)에 의해 광전 변환되어 신호 전하가 된다. 이 신호 전하는 광전 변환 소자(20)의 신호 전하 축적 영역인 n형 영역(3)으로부터 광전 변환 소자(20)에 인접하는 판독 게이트(40)를 통해서 수직 전송CCD(35)에 판독된다. 이 때, 소정의 판독 펄스가 전송 전극(31)(판독 게이트 전극 대역(31G)) 또는 전송 전극(32)(판독 게이트 전극 대역(32G), 도6a 및 도6b에서는 도시 생략)에 인가된다.
도6a 및 도6b에서는 도1 및 도3에서 도시를 생략한 2개의 부재가 나타나고 있다. 첫째는 반도체 기판(1)의 표면에 형성된 전기 절연막(5)이다. 전기 절연막(5)은, 예를 들면 실리콘산화물로 된다. 둘째는 전송 전극(31)을 덮도록 형성된 전기 절연층(34)이다. 전기 절연층(34)은 전송 전극(31)과 전송 전극(32)이 평면시에서 서로 중첩하고 있는 곳에서는, 예를 들면 전송 전극(32)의 표면에 형성된 전기 절연막(예를 들면 실리콘산화막)과, 전송 전극(31)의 표면에 형성된 전기 절연막(예를 들면 실리콘산화막)으로 된다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치하기 위해, 먼저 광차폐막(80)이 설치되어 있는 IT-CCD(100a)(도6 참조)의 감광부 상에 평탄화막이 형성된다. 이 평탄화막은 초점 조절층으로도 이용된다. 그리고 흑백 촬상용의 IT-CCD에서는 평탄화막의 표면에 소 정수의 마이크로 렌즈로 되는 마이크로 렌즈 어레이가 배설된다. 컬러 촬상용의 IT-CCD에서는 평탄화막의 위에 컬러 필터 어레이가 형성된다. 이 때문에, 컬러 필터 어레이상으로 제2 평탄화막을 더 설치한 후, 마이크로 렌즈 어레이가 제2 평탄화막의 표면에 형성된다. 흑백 촬상용 및 컬러 촬상용의 모든 IT-CCD에 있어서도, 각각의 마이크로 렌즈는 대응하는 1개의 화소의 수광부를 평면시에서 위로 덮도록 하여 형성된다.
제1 평탄화막은, 예를 들면 포토레지스트 등의 투명 수지를 예를 들면 스핀코팅법으로 소망의 두께로 도포함으로써 형성된다.
컬러 필터 어레이는 컬러 촬상을 가능하게 하는 복수종의 컬러 필터를 소정의 패턴으로 형성한 것이다. 이와 같은 컬러 필터 어레이로서는 3원색(적, 녹, 청)계의 컬러 필터 어레이 및 소위 보색 타입의 컬러 필터 어레이가 있다.
보색 타입의 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 (i)녹(G), 시안(Cy) 및 황(Ye)의 각 컬러 필터, (ii) 시안(Cy), 황(Ye) 및 백 또는 무색(W)의 각 컬러 필터, (iii) 시안(Cy), 마젠타(Mg), 황(Ye) 및 녹(G)의 각 컬러 필터, 또는 (iv) 시안(Cy), 황(Ye), 녹(G) 및 백 또는 무색(W)의 각 컬러 필터 등으로 구성할 수 있다.
컬러 필터 어레이는, 예를 들면 포토리소그래피 등의 방법으로 소망색의 안료 또는 염료를 함유시킨 컬러 수지의 층을 소정 개소에 형성함으로써 제작할 수 있다.
컬러 필터 어레이의 각 컬러 필터의 배치 패턴은 다음과 같이 하여 선정된다. 즉 컬러 필터 어레이가 설치된 IT-CCD의 소정의 2~3화소행 또는 2~3화소열, 예를 들면 서로 인접하는 2 또는 3개의 화소행의 각 광전 변환 소자에 축적된 신호 전하를 이 용하여, 가색법 또는 감색법으로 풀 컬러 정보가 얻어지도록 선정된다.
컬러 필터 상에 형성되는 제2 평탄화막은, 예를 들면 포토레지스트 등의 투명 수지를 예를 들면 스핀코팅법으로 소망의 두께로 도포함으로써 형성된다.
마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈의 각각은 1개의 화소의 수광부(81)(도6 참조)를 평면시에서 위로 덮도록 하여 형성되어 있다. 이들 마이크로 렌즈는, 예를 들면 굴절율이 대체로 1.3~2.0의 투명 수지(포토레지스트를 포함함)로 되는 층을 포토리소그래피 등에 의해 소정 형상으로 구획한 후, 열처리에 의해 각 구획의 투명 수지층을 용해시키고, 표면 장력에 의해 모서리를 라운딩한 후에 냉각함으로써 얻어진다.
IT-CCD(100 또는 100a)를 구동시키기 위해서, 각 전송 전극(31), 각 전송 전극(32), 가산 채널용 전송 전극(52), 제1~제5보조 전송 전극(55~ 59) 및 출력 전송로(60)에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 구동 펄스 공급 수단이 이용된다.
이하 도6a 및 도6b에 나타낸 IT-CCD(100a)를 인터레이스 구동시키는 경우를 예로 들어 그 구동 방법의 일례를 설명한다. 또한 하기의 설명에서는 IT-CCD(100a)의 8개의 화소행을 상류측으로부터 하류측으로 제1~ 제8화소행으로 칭한다.
8개의 화소열을 도1의 좌단으로부터 우단으로 제1~ 제8화소열로 칭한다. 후술하는 다른 실시예에서 형성되어 있는 화소행, 화소열에 대해서도, 마찬가지로 하여 화소행 또는 화소열을 특정한다.
또 본 실시예 및 후술하는 다른 실시예에서는 화소행 및 화소열에 대한 호칭에 준하여, 소망의 화소를, 예를 들면 "3(행), 5(열) 화소, 즉 (3, 5)화소" 같이 특정 한다.
도7은 1 프레임을 하기(i)~(iv)의 4개의 필드로 나누어 IT-CCD(100a)를 인터레이스 구동시킬 때의 판독 펄스의 일례를 나타낸다.
(i) 2행 홀수열, 4행 홀수열, 6행 홀수열 및 8행 홀수열의 각 화소로 되는 제1필드.
(ii) 2행 짝수열, 4행 짝수열, 6행 짝수열 및 8행 짝수열의 각 화소로 되는 제2필드.
(iii) 1행 홀수열, 3행 홀수열, 5행 홀수열 및 7행 홀수열의 각 화소로 되는 제3필드.
(iv) 1행 짝수열, 3행 짝수열, 5행 짝수열 및 7행 짝수열의 각 화소로 되는 제4필드.
도8에 나타내는 바와 같이, IT-CCD(100a)를 인터레이스 구동시킬 때에 사용되는 구동 펄스 공급 수단(110)은, 예를 들면 동기 신호 발생기(101), 타이밍 발생기(102), 수직 구동 회로(103) 및 수평 구동 회로(104)를 포함해 구성된다. 또한 도8에서는 광차폐막(80) 및 그 상방의 부재가 생략되어 있다.
동기 신호 발생기(101)는 수직 동기 펄스, 수평 동기 펄스 등의 신호 처리에 필요한 각종의 펄스를 만든다. 타이밍 발생기(102)는 수직 전송CCD(30)의 구동에 필요한 4상의 수직 펄스 신호, 광전 변환 소자(20)로부터의 신호 전하의 판독에 필요한 판독 펄스, 출력 전송로(60)의 구동에 필요한 2상의 수평 펄스 신호 등을 위한 타이밍 신호를 만든다.
수직 구동 회로(103)는 타이밍 신호에 의거해 4종류의 수직 펄스 신호를 발생한다. 수직 펄스 신호는 펄스 공급용 단자(70a, 70b, 70c 또는 70d)를 거쳐서 4종의 전송 전극군 중의 소정의 전송 전극군에 인가된다. 수평 구동 회로(104)는 타이밍 신호에 의거해 2종류의 수평 펄스 신호를 발생한다. 각 수평 펄스 신호는 펄스 공급용 단자(75a, 75b)를 통해서 출력 전송로(60)에 인가된다.
펄스 공급용 단자(70a)에 인가되는 수직 펄스 신호를 Va, 펄스 공급용 단자(70b)에 인가되는 수직 펄스 신호를 Vb, 펄스 공급용 단자(70c)에 인가되는 수직 펄스 신호를 Vc, 펄스 공급용 단자(70d)에 인가되는 수직 펄스 신호를 Vd로 표기한다. 또 펄스 공급용 단자(75a)에 가해지는 수평 펄스 신호를 Ha로 표기하고, 펄스 공급용 단자(75b)에 가해지는 수평 펄스 신호를 Hb로 표기한다. Ha의 위상과 Hb의 위상은 서로 각π만큼 시프트한다.
블랭킹 펄스에 의해 규정되는 제1 수직 블랭킹 기간(이하 수직 블랭킹 기간을 "V블랭킹"이라 약칭함)의 적당한 시기에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가됨과 동시에, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70C, 70d)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 고레벨의 판독 펄스(VR)가 펄스 공급용 단자(70d)에 인가된다.
판독 펄스(VR)에 의해서, 제1필드의 광전 변환 소자(20)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하가 각각 대응되는 수직 전송CCD(35)에 판독된다(신호 전하 판독 과정).
8행 홀수열의 각 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하는 제1 V블랭킹에 잇따른 제1 수평 블랭킹 기간(이하 수평 블랭킹 기간을 "H블랭킹"이라 약칭함)에 출력 전송로(60)에 전송된다. 이들 신호 전하는 제1 H블랭킹에 잇따른 제1 수평 유효 신호 기간에, 출력부(65)로부터 차례로 출력된다(화상 신호 출력 과정).
이하 마찬가지로 하여, 6행 홀수열의 각 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정, 4행 홀수열의 각 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정 및 2행 홀수열의 각 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호출력 과정이 차례로 행하여진다.
1개의 필드의 광전 변환 소자(20)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하를 모두 출력부(65)로부터 출력하기 위해서는 4회의 화상 신호 출력 과정이 필요하다. (4회의 화상 신호 출력 과정을 하는데 필요한 기간을, 이하 "유효 신호 기간"이라고 함)
제1필드에 대한 유효 신호 기간이 종료된 후에 블랭킹 펄스에 규정되는 제2 V블랭킹의 적당한 시기에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가됨과 동시에, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70c, 70d)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR)가 펄스 공급용 단자(70c)에 인가된다.
판독 펄스(VR)에 의해서, 제2필드의 광전 변환 소자(20)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하가 각각 대응되는 수직 전송CCD(35)에 판독된다(신호 전하 판독 과정).
이 신호 전하 판독 과정에 이어서 제2필드에 대한 유효 신호 기간이 설정된다. 유효 신호 기간 동안 4회의 화상 신호 출력 과정이 제1 필드의 유효 신호 기간과 마찬가지로 차례로 수행된다. 즉 8행 짝수열의 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하, 6행 짝수열의 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하, 4행 짝수열의 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하, 2행 짝수열의 광전 변환 소자(20)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정이 행하여진다.
마찬가지로 하여, 제3필드에 대한 신호 전하 판독 과정 및 4회의 화상 신호 출력 과정 및 제4필드에 대한 신호 전하 판독 과정 및 4회의 화상 신호 출력 과정이 차례로 행하여진다.
제3필드에 대한 신호 전하 판독 과정에서는 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가됨과 동시에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70c, 70d)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR)가 펄스 공급용 단자(70b)에 인가된다.
제4필드에 대한 신호 전하 판독 과정에서는 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가됨과 동시에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70C, 70d)에 인가된다. 그리고 이것들의 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR)가 펄스 공급용 단자(70a)에 인가된다.
제1 V블랭킹으로부터 제4필드에 대한 유효 신호 기간에 걸쳐 행하여지는 동작을 반복함으로써, 인터레이스된 화상 출력 신호, 즉 각 필드의 화상 출력 신호가 출력부(65)로부터 차례로 출력된다.
인터레이스 동작에서 출력부(65)로부터 출력되는 화상 출력 신호는 2개의 수직 전송CCD(35)(도1 참조)에 의해 따로 전송되어 온 전하가 가산용 전하 전송단의 대응하는 하나에 의해 가산(합류)됨으로써 얻어진 전하(이하 이 전하를 "가산 신호"이라고 함)에 의거하는 화상 출력 신호이다. 각각의 수직 전송CCD(35)는 (a)신호 전하와, (b) 수직 전송CCD(35)에서 발생한 암(暗) 전류와 스미어(smear)에 상당하는 전하가 섞인 전하(잡음 신호 전하)를 전송한다.
예를 들면 제1필드 또는 제3필드의 화상 신호 출력 과정에서는 도1에서의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(35)의 각각이 신호 전하를 차례로 전송한다. 이 때, 도1에서의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(35)는 잡음 신호 전하를 차례로 전송한다.
제2필드 또는 제4필드의 화상 신호 출력 과정에서는 도1의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(35)가 신호 전하를 차례로 전송한다. 이 때, 도1의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(35)은 잡음 신호 전하를 차례로 전송한다.
1개의 가산 신호는 2개의 수직 전송CCD(35)의 하나가 전송해 온 신호 전하와 다른 하나의 수직 전송CCD(35)가 전송해 온 잡음 신호 전하를 포함한다.
잡음 신호 전하는 후술하는 드레인 영역 및 배출 게이트를 설치함으로써, 가산용 전하 전송단 전에서 제거할 수 있다.
인터레이스된 필드 화상 데이터를 필요로 하는 카메라에서는, 예를 들면 출력부(65)로부터 출력된 제1필드의 필드 화상 출력 신호와 제2필드의 필드 화상 출력 신호를 필드 메모리에 일단 축적한다. 그 후, 필드 메모리에 축적된 화상 출력 신호에 신호 처리를 실시하여 화상 데이터를 얻는다. 또는 출력부(65)로부터 출력된 제3필드의 필드 화상 출력 신호와 제4필드의 필드 화상 출력 신호를 필드 메모리에 일단 축적한다. 그 후, 필드 메모리에 축적된 화상 출력 신호에 신호 처리를 실시해 화상 데이터를 얻는다.
이 카메라의 경우, 제1필드와 제2필드 또는 제3필드와 제4필드에서 감광 시간을 고정적으로 유지하기 위해서, 기계적 셔터를 사용하는 것이 바람직하다. 전술한 제1 V블랭킹이 종료된 후 제2 V블랭킹이 개시하기까지 사이에 각 화소에 광학상이 입사되지 않도록 기계적 셔터를 닫아 둔다. 또는 전술한 제3 V블랭킹이 종료된 후, 제4 V블랭킹이 개시하기까지 사이, 각 화소에 광학상이 입사되지 않도록 기계적 셔터를 닫아 둔다. 이에 따라 제1필드 및 제2필드에 대해서, 또는 제3필드 및 제4필드에 대해서, 동일 시각의 필드 화상 출력 신호가 얻어진다.
프레임의 화상 데이터를 필요로 하는 카메라로는 전술한 제1필드~제4필드 각각에 대한 화상 출력 신호를 프레임 메모리에 일단 축적한다. 그 후, 1 프레임의 화상 출력 신호에 대해 컬러 신호 처리를 실시하여 프레임의 화상 데이터를 얻는다.
1 프레임만의 프레임 화상이 필요한 카메라의 경우, 필드마다 감광 시간을 고정하기 위해서, 기계적 셔터를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 V블랭킹이 종료된 후, 제4 V블랭킹 기간이 종료하기까지 사이, 각 화소에 광학상이 입사되지 않도록 기계적 셔터를 닫아 둔다. 이에 따라 제1필드~제4필드의 각각에 대해서, 동일 시각의 필드 화상 출력 신호가 얻어진다. 또 제1필드~제4필드 각각에 대한 필드 화상에 스미어를 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서, 도9를 이용해 설명한다.
도9는 제2 실시예에 의한 IT-CCD(200)을 개략적으로 나타내는 평면도이다. IT-CCD(200)는 (i)각 전송 전극(31), 각 전송 전극(32), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제1~제5보조 전송 전극(55~ 59)의 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 펄스 공급용 단자의 수 및 (ii) 펄스 공급용 단자와 각 전송 전극(31, 32, 55~59)간의 배선의 사양을 빼고는 전술한 IT-CCD(100)과 동일한 구조를 가진다. 도9에서는 도1에 나타낸 구성 요소와 공통인 것에 대해서는 도1과 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
도9에 나타낸 바와 같이, IT-CCD(200)에서는 각 전송 전극(31), 각 전송 전극(32), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제1~제5보조 전송 전극(55~ 59)의 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위해서, 8개의 펄스 공급용 단자(71a~ 71h)가 설치되어 있다.
펄스 공급용 단자(71a~ 71h)는 각각 소정의 전송 전극(31, 32, 52, 55~ 59)에 전기적으로 접속되어 있다.
IT-CCD(200)는 전술한 IT-CCD(100)와 마찬가지로, 도5에 나타낸 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터 고도의 미세 가공 기술을 이용하지 않아도 ,예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 또 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
IT-CCD(200)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(35)나 출력 전송로(60)에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(20)의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(200)를 인터레이스 구동시키는 경우에는 펄스 공급용 단자(71a~ 71h)의 각각에 소정의 수직 펄스 신호가 인가된다. 수평 펄스 신호(Ha)가 펄스 공급용 단자(75a)에 인가되고, 수평 펄스 신호(Hb)가 펄스 공급용 단자(75b)에 인가된다. 전송 전극(31, 32, 52, 55~59)이 8개의 전극군으로 나누어져 있으므로, 8종류의 판독이 가능하다.
도10은 1 프레임을 하기 (i)~(viii)의 8개의 필드로 나누어 IT-CCD(200)을 인터레이스 구동시킬 때의 판독 펄스의 일례를 나타낸다.
(i) 4행 홀수열 및 8행 홀수열의 각 화소로 되는 제1필드.
(ii) 4행 짝수열 및 8행 짝수열의 각 화소로 되는 제2필드.
(iii) 3행 홀수열 및 7행 홀수열의 각 화소로 되는 제3필드.
(iv) 3행 짝수열 및 7행 짝수열의 각 화소로 되는 제4필드.
(v) 2행 홀수열 및 6행 홀수열의 각 화소로 되는 제5필드.
(vi) 2행 짝수열 및 6행 짝수열의 각 화소로 되는 제6필드.
(vii) 1행 홀수열 및 5행 홀수열의 각 화소로 되는 제7필드.
(viii) 1행 짝수열 및 5행 짝수열의 각 화소로 되는 제8필드.
IT-CCD(200)를 인터레이스 구동시킬 때에 사용하는 구동 펄스 공급 수단은 IT-CCD(100)를 인터레이스 구동시킬 때에 사용되는 구동 펄스 공급 수단(110)과 마찬가지로 하여 구성된다.
제1필드~제8필드 각각의 화상 신호 출력은 1 프레임을 4개의 필드로 분할해 인터레이스 구동시키는 경우에 1필드의 화상 신호 출력을 얻기 위해서 행하여지는 동작(제1 실시예의 IT-CCD(100) 참조)과 마찬가지의 동작에 의해서 얻을 수 있다. 이 때, 각 필드마다 1회의 신호 전하 판독 과정과 2회의 화상 신호 출력 과정이 행하여진다. 동작을 제1필드에서 제8필드로 수행함에 따라, 1 프레임의 화상 출력 신호를 얻는다.
IT-CCD(200)에 있어서, IT-CCD(100)에서 인터레이스된 필드 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서 인터레이스된 필드 화상 데이터를 얻을 수 있다. 또 IT-CCD(100)에서 프레임 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서 프레임 화상 데이터를 얻을 수 있다.
IT-CCD(200)에서는 각 수직 전송CCD(35)를 8상 구동시킬 수 있다. 8상 구동형의 CCD에서는 연속하는 6~7개의 전하 전송단에 1개의 포텐셜 웰을 형성하고, 여기에 축적된 신호 전하를 전송하는 것이 가능하다. 한편, 4상 구동형의 CCD에서는 연속 하는 2~3개의 전하 전송단에 1개의 포텐셜 웰을 형성하고, 여기에 축적된 신호 전하를 전송하는 것이 가능하다.
따라서 각 전송 전극(31, 32)의 설계 패턴이 동일한 경우, 8상 구동형의 수직 전송CCD는 4상 구동형의 수직 전송CCD의 약 2~3배의 신호 전하를 전송하는 것이 가능하다.
결과적으로, IT-CCD(200)에서는 각각의 수직 전송CCD(35)의 전하 전송 채널의 채널폭을 좁힌 만큼 광전 변환 소자(20) 및 화소의 수광부 각각의 면적을 늘리는 것이 가능해진다. 이에 감도 및 포화 출력 레벨의 증대 및 다이나믹 레인지의 확대가 가능해진다.
다음에 본 발명의 제3 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서, 도11을 이용해 설명한다.
도11은 제3 실시예에 의한 IT-CCD(300)의 감광부(10a)와 합류부(50) 각각의 일부를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다. 도11에는 (7, 1), (7, 2), (7, 3), (7, 4), (8, 1), (8, 2), (8, 3)화소 및 (8,4)화소와, 이들 화소의 하류측의 일부가 그려져 있다. 또 감광부(10a) 및 가산부(50)에 형성되어 있는 각종의 전송 전극에 구동 펄스를 공급하기 위한 3개의 펄스 공급용 단자(72a, 72b, 72c)도 그려져 있다.
도11에 나타낸 IT-CCD(300)는 (i) 감광부에 형성되어 있는 전송 전극의 종류, 수 및 전송 전극끼리의 관계, (ii) 감광부에 형성되어 있는 각 전송 전극, 가산 채널용 전송 전극 및 제1~제5보조 전송 전극 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 펄스 공급용 단자의 수 및 (iii) 펄스 공급용 단자와 감광부에 형성되어 있는 각 전송 전극, 가산 채널용 전송 전극 및 제1~제5보조 전송 전극 각각과의 배선의 사양을 빼고는 전술한 IT-CCD(100)와 동일한 구조를 가진다.
도11에서, 도1에 나타낸 구성 요소와 공통되는 것에 대해서는 도1과 동일한 부호를 교부해 그 설명을 생략한다. 그러나 전송 전극(31) 및 전송 전극(32)에 대해서는 다시 설명한다.
도11에 나타낸 바와 같이, 3종류의 전송 전극(31, 32, 33)이 감광부(10a)에 배설되어 있다. 이들의 전송 전극(31~33)은 각각 8개씩 형성되어 있다. 전송 전극(31)과 전송 전극(32)은 상류측으로부터 하류측으로 전송 전극(31), 전송 전극(32)의 순서로 교대로 1개씩 형성되어 있다. 전송로 형성부(31T)와 그 하류 측에 인접해 형성되어 있는 전송로 형성부(32T)는 서로 격리되어 있다.
전송 전극(33)의 각각은 평면시에서의 형상이 직사각형인 전송로 형성부(33T)를 8개 갖고 있다. 1개의 전송 전극(33)의 인접하는 2개의 전송로 형성부(33T)는 열 방향DV에 연장되는 밴드 형상의 접속부(33C)에 의해 서로 연결되어 있다. 각 접속부(33C)는 전송로 형성부(31T, 32T)의 위에 전기 절연막을 통해서 형성되어 있다.
전송로 형성부(33T)는 전송로 형성부(31T)와 그 하류 측에 인접해 형성되어 있는 전송로 형성부(32T) 간에 배설되어 있다. 행 방향DH(도11 참조)을 따라 나란히 되는 각 전송로 형성부(33T)는 각각 대응하는 전하 전송 채널과 평면시에서 교차한다. 전송로 형성부(33T)와 전하 전송 채널과의 평면시에서의 교차부는 1개의 전하 전송단으로서 기능한다.
전송로 형성부(31T)와, 전송로 형성부(31T)의 직하류에 형성되어 있는 전송로 형성부(33T)와, 전송로 형성부(33T)의 직하류에 형성되어 있는 전송로 형성부(32T)는 중첩 전송 전극 구조를 이룬다. 전송로 형성부(33T)가 상층 전극에 상당하고, 전송로 형성부(31T)가 중층 전극에 상당하고, 전송로 형성부(32T)가 하층 전극에 상당한다.
IT-CCD(300)에는, (a) 1개의 광전 변환 소자(20), (b) 광전 변환 소자(20)의 좌측(도11에서의 좌측)에 인접해 형성되어 있는 3개의 전하 전송단, 즉 전송로 형성부(31T)를 포함하는 전하 전송단과, 전송로 형성부(33T)를 포함하는 전하 전송단과, 전송로 형성부(32T)를 포함하는 전하 전송단 및 (c) 전송로 형성부(31T, 32T)를 포함하는 전하 전송단과 광전 변환 소자(20) 사이에 형성되어 있는 1개의 판독 게이트(40)에 의해서 1개의 화소가 구성된다.
3개의 펄스 공급용 단자(72a, 72b, 72c)가 감광부(10a)의 외측에 설치되어 있다.
펄스 공급용 단자(72a)는 각 전송 전극(33)과, 제2보조 전송 전극(56)과, 도시를 생략한 제4보조 전송 전극(58)(도1 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 펄스 공급용 단자(72b)는 각 전송 전극(32)과, 가산 채널용 전송 전극(52)과, 도시를 생략한 제5보조 전송 전극(59)(도1 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 펄스 공급용 단자(72c)는 각 전송 전극(31)과, 제1보조 전송 전극(55)과, 제3보조 전송 전극(57)에 전기적으로 접속되어 있다.
IT-CCD(300)는 전술한 IT-CCD(100)와 마찬가지로, 도5에 나타낸 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술을 이용하여, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
IT-CCD(300)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(35)나 수평 전송로(60) 등에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(20)에서의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
도11에 나타낸 구성을 갖는 IT-CCD(300)는 인터레이스 구동이 가능한 IT-CCD다. 인터레이스 구동을 할 때에는 펄스 공급용 단자(72a, 72b, 72c)의 각각에 소정의 수직 펄스 신호가 인가된다. 수평 펄스 신호(Ha)가 도시를 생략한 펄스 공급용 단자(75a)(도1 참조)에 인가되고, 수평 펄스 신호(Hb)가 도시를 생략한 펄스 공급용 단자(75b)(도1 참조)에 인가된다.
도12는 1개의 프레임이 다음의 (i) 와 (ii)로 나뉠 때에 IT-CCD(300)를 인터레이스 구동을 할 때의 판독 펄스의 일례를 나타낸다.
(i) 홀수열의 각 화소로 되는 제1필드.
(ii) 짝수열의 각 화소로 되는 제2필드.
인터레이스 구동 시에 사용하는 구동 펄스 공급 수단은, 예를 들면 전술한 IT-CCD(100)을 인터레이스 구동시킬 때에 사용되는 구동 펄스 공급 수단(110)(도7 참조)과 마찬가지로 구성된다. 각 수직 전송CCD(35)는 3상 구동된다.
제1필드 및 제2필드 각각의 화상 신호 출력은 1 프레임을 4개의 필드로 분할해 인터레이스 구동시키는 경우에 1필드의 화상 신호 출력을 얻기 위해서 행하여지는 동작(제1 실시예 참조)와 마찬가지의 동작에 의해서 얻을 수 있다. 이 때, 각 필드마다 1회의 신호 전하 판독 과정과 8회의 화상 신호 출력 과정이 행하여진다. 그리고 동작을 제1필드에서 제8필드까지 수행함으로써, 1 프레임의 화상 출력 신호를 얻을 수 있다.
제1 V블랭킹으로부터 제2필드에 대한 유효 신호 기간에 걸쳐 행하여지는 동작을 반복함으로써, 각 필드의 화상 출력 신호가 출력부에서 차례로 출력된다.
제1 실시예의 IT-CCD(100)를 이용해 프레임의 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서, 프레임 화상 데이터를 얻을 수 있다.
다음에 본 발명의 제4 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서, 도13 및 도14를 이용해 설명한다.
도13은 제4 실시예에 의한 IT-CCD(400)를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도14는 도13에 나타낸 A-A선 단면의 개략도이다.
이들 도면에 나타낸 IT-CCD(400)는 (i) 제1보조 전송 전극의 보조 전송로 형성부의 형상, (ii) 제2보조 전송 전극의 보조 전송로 형성부의 형상, (iii) 전하 전송 채널의 형상, (iv) 합류부의 드레인 영역의 유무, (v) 합류부의 배출 게이트의 유무 및 (vi) 합류부에 형성되어 있는 채널 스톱 영역의 형상 등을 빼고는 전술한 IT-CCD(100)와 동일한 구조를 가진다.
도13 및 도14에서, 도1 또는 도6에 나타낸 구성 요소와 공통되는 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제1보조 전송 전극(355)의 보조 전송로 형성부(355T)의 형상은 도1에 나타낸 IT-CCD(100)의 보조 전송로 형성부(55T)의 형상과는 다르다. 제2보조 전송 전극(356)의 보조 전송로 형성부(356T)의 형상도 도1에 나타낸 IT-CCD(100)의 보조 전송로 형성부(56T)의 형상과는 다르다.
보조 전송로 형성부(355T, 356T)의 형상은 후술하는 드레인 영역 및 배출 게이트를 반도체 기판(1)에 배설하기 쉽도록 선정되어 있다.
도13의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(355T)의 각각은 상류측으로부터 하류측으로 좌경사 방향으로 연장되어 있다. 도13의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송로 형성부(355T)의 각각은 상류측으로부터 하류측으로 우경사 방향으로 연장되어 있다.
도13의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(356T)의 각각은 상류측으로부터 하류 측으로 일단 향한 후에 그 방향을 우경사 방향으로 바꾸어 상류측으로부터 하류측으로 연장되어 있다. 도13의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송로 형성부(356T)의 각각은 상류측으로부터 하류 측으로 일단 향한 후에 그 방향을 좌경사 방향으로 바꾸어 상류측으로부터 하류측으로 바꾸어 연장되어 있다.
IT-CCD(400)의 전하 전송 채널의 각각은 감광부(10) 내에서는 도1에 나타낸 IT-CCD(100)의 감광부(10) 내에서의 전하 전송 채널(30)과 동일한 형상을 가진다.
그러나 도13의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(35)의 전하 전송 채널의 각각은 합류부(350)에 들어온 후, 그 방향을 크게 변화시켜 가산 채널(51)(도5 참조)에 달하고 있다. 즉 상류측으로부터 좌경사 방향으로 상류측으로부터 하류측으로 일단 향한 후에 그 방향을 하류측으로 바꾸고, 그 후 다시 그 방향을 우경사 방향으로 하류측으로 바꾸어 가산 채널(51)(도5 참조)에 달하고 있다.
또 도13의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(35)의 전하 전송 채널의 각각도, 합류부(350)에 들어온 후, 그 방향을 크게 변화시켜 가산 채널(51)(도5 참조)에 달하고 있다. 즉 상류측으로부터 하류측으로 일단 향한 후에 그 방향을 하류측으로 바꾸고, 그 후 다시 그 방향을 좌경사 방향으로 하류측으로 바꾸어, 가산 채널(51)(도5 참조)에 달하고 있다.
도13의 좌단에 대해 1번째의 보조 전송로 형성부(356T)와 2번째의 보조 전송로 형성부(356T)의 평면시의 사이에 1개의 드레인 영역(310)이 형성되어 있다. 마찬가지로 도13의 좌단에 대해 3, 4번째의 각 보조 전송로 형성부(356T)의 평면시의 사이, 5, 6번째의 각 보조 전송로 형성부(356T)의 평면시의 사이 및 7, 8번째의 각 보조 전송로 형성부(356T)의 평면시의 사이에도 각각 1개의 드레인 영역(310)이 형성되고 있다.
도14에 나타내는 바와 같이, 각 드레인 영역(310)은 반도체 기판(1)에 형성되어 있는 p형 웰(2) 내의 소정 개소에 n+형 영역을 형성함으로써 제작되고 있다. 각각의 드레인 영역(310)은 평면시에서 열 방향DV에 긴 직사각형을 그린다. 드레인 영역(310)과 그 드레인 영역(310)에 인접하는 전하 전송 채널(30) 간에는 p형 웰(2)이 개재하고 있다.
배출 게이트 전극(315)이 드레인 영역(310)과 드레인 영역(310)에 인접하는 전하 전송 채널(30) 간에 개재하는 p형 웰(2)을 평면시에서 위로 덮도록 형성되어 있다. 배출 게이트 전극(315)은 반도체 기판(1)의 표면에 형성된 전기 절연막(5)의 표면 상에 형성되어 있다.
1개의 배출 게이트 전극(315)과 배출 게이트 전극(315)의 하방에 위치하는 p형 웰(2), 즉 드레인 영역(310)과 드레인 영역(310)에 인접하는 전하 전송 채널(30) 간에 개재하는 p형 웰(2)은 1개의 배출 게이트(320)를 구성한다.
배출 게이트 전극(315)의 보조 전송로 형성부(356T)측의 가장자리는 보조 전송로 형성부(356T)의 드레인 영역(310)측의 가장자리에 중첩되고 있다. 단, 배출 게이트 전극(315)은 전기 절연층(330)에 의해 보조 전송로 형성부(356T)로부터 절연되고 있다. 전기 절연층(330)은, 예를 들면 보조 전송로 형성부(356T)의 표면에 형성된 전기 절연막과, 배출 게이트 전극(315) 상에 형성된 전기 절연막으로 된다.
1개의 배출 게이트(320)는 전송로 형성부(356T)를 포함하는 1개의 전하 전송단 및 1개의 드레인 영역(310)과 함께, 1개의 절연 게이트형 트랜지스터를 구성하고 있다.
도14에 나타낸 IT-CCD(400)에서는 광차폐막(80)(도6a 및 도6b 참조)이 전기 절연 층(330) 상에 형성되어 있다.
서로 인접하는 두개의 전하 전송 채널(30)은 배출 게이트(320)가 형성되어 있는 곳을 빼고, 채널 스톱 영역(340)(도14 참조)에 의해 분리되어 있다.
IT-CCD(400)는 전술한 IT-CCD(100)와 마찬가지로 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 이는 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
IT-CCD(400)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(35)와 출력 전송로(60)에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(20)의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(400)는 전술한 제1 실시예의 IT-CCD(100)와 완전히 마찬가지로 하여, 인터레이스 구동시킬 수 있다.
IT-CCD(100)에서 각각의 수직 CCD(35)는 신호 전하와 잡음 신호 전하를 가산용 전하 전송단에 전송한다. IT-CCD(400)에서는 잡음 신호 전하를 드레인 영역(310)에 배출할 수 있다.
잡음 신호 전하를 드레인 영역(310)에 배출하기 위해서, 도14에서의 좌단에 대해 홀수번째의 배출 게이트 전극(315)의 각각을 1개의 펄스 공급용 단자(380a)에 전기적으로 접속한다. 짝수번째의 배출 게이트 전극(315)의 각각을 1개의 펄스 공급용 단자(380b)에 전기적으로 접속한다.
그리고 소정의 시기에, 펄스 공급용 단자(380a) 및 펄스 공급용 단자(380b)에 제어 전압VON 또는 제어 전압VOFF를 인가한다. 제어 전압VOFF는 전하 전송 채널(30)의 전하가 드레인 영역(310)에 배출되지 않도록, 충분히 작은 정전압 또는 영전압 또는 충분히 큰 부전압이다. 제어 전압VON은 보조 전송로 형성부(356T)를 구성하는 보조 전하 전송단에 확산된 전하가 모두 드레인 영역(310)에 배출되도록 충분히 큰 정전압이다.
도15는 제어 전압VON 및 VOFF가 인가되는 시기의 일례를 나타낸다.
제1필드 또는 제3필드에 대한 V블랭킹으로부터 유효 신호 기간이 종료하기까지 사이, 펄스 공급용 단자(380a)에 제어 전압VOFF를 인가하고, 펄스 공급용 단자(380b)에는 소정의 제어 전압VON을 인가한다. 펄스 공급용 단자(380a)에 VOFF를 인가함으로써, 도13의 좌단에 대해 홀수번째의 배출 게이트(320)의 각각이 클로즈된다. 또 펄스 공급용 단자(380b)에 VON을 인가함으로써, 도13에서의 좌단에 대해 짝수번째의 배출 게이트(320)의 각각이 오픈된다.
이 상태에서, 도13의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에 잡음 신호 전하가 전송되어 올 때, 잡음 신호가 소정의 드레인 영역(310)에 배출된다(잡음 삭감 단계).
제2필드 또는 제4필드에 대한 V블랭킹으로부터 유효 신호 기간이 종료하기까지 사이에, 펄스 공급용 단자(380a)에 제어 전압VON을 인가하고, 펄스 공급용 단자(380b)에는 제어 전압VOFF를 인가한다.
이 상태에서, 도13의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에 잡음 신호 전하가 전송되어 올 때, 잡음 신호가 소정의 드레인 영역(310)에 배출된다(잡음 삭감 단계).
IT-CCD(400)을 상술한 바와 같이 하여 인터레이스 구동시키기 위한 구동 펄스 공급 수단은, 예를 들면 도7에 나타낸 구동 펄스 공급 수단(110)에 배출 게이트 제어 회로를 더 부설함으로써 구성된다. 배출 게이트 제어 회로는 상술한 제어 전압VON 또는 VOFF를 펄스 공급용 단자(380a, 380b)에 인가한다.
다음에 제5 실시예에 대해서 도16, 도17, 도18a, 도18b, 도19a 및 도19b을 이용해 설명한다.
도16은 제5 실시예의 인터레이스 구동형IT-CCD(500)를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도17은 IT-CCD(500)의 감광부(410)의 일부를 확대해 나타내는 평면도이다.
도18a는 도17에 나타낸 전하 전송 채널(430a)을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도18b는 도17에 나타낸 전하 전송 채널(430b)을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도19a는 도17에 나타낸 전송 전극(431)을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도19b는 도17에 나타낸 전송 전극(432)을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도20은 감광부(410)와, 각 전하 전송 채널(430a, 430b)과, 가산 채널(51)과, 출력 전송로(60)와의 평면 배치를 나타내는 개략도이다.
도16의 IT-CCD(500)은 (i) 32개의 화소가 시프트된 화소 배치로 되어 있는 점 및 (ii) 감광부와 1개의 가산용 전하 전송단 간에 형성되어 있는 보조 전하 전송단의 수가 2로부터 1로 줄어든 점을 빼고는 IT-CCD(100)과 마찬가지의 구조를 가진다. 도16, 도17, 도18a, 도18b, 도19 또는 도20에서 도1, 도3, 도 5, 도 6a 또는 도6b에 나타낸 구성 요소와 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
32개의 광전 변환 소자(420)가 8행, 8렬로 감광부(410)의 반도체 기판(1)의 표면에 시프트된 화소 배치로 되어 있다. 8개의 광전 변환 소자행(421)과, 8개의 광전 변환 소자열(422)이 감광부(410)의 반도체 기판(1)의 표면에 형성되어 있다.
짝수번째의 광전 변환 소자행(421)의 광전 변환 소자(420)(신호 전하 축적 영역)의 각각은 홀수번째의 광전 변환 소자행(421)의 광전 변환 소자(420)(신호 전하 축적 영역)끼리의 피치(P1)의 약1/2만큼 행방향(방향DH)으로 시프트하고 있다(도17 참조). 마찬가지로, 짝수번째의 광전 변환 소자열(422)의 광전 변환 소자(420)(신호 전하 축적 영역)의 각각은 홀수번째의 광전 변환 소자열(422)의 광전 변환 소자(420)(신호 전하 축적 영역)끼리의 피치(P2)의 약1/2만큼 열방향(방향DV)으로 시프트하고 있다 (도17 참조).
본 명세서에서 "피치(P1)의 약1/2"란 P1/2의 뜻 이외에, 제조 오차, 설계상 또는 마스크 제작상 일어나는 화소 위치의 라운딩 오차 등의 요인에 의해 P1/2정도는 아니지만, 얻어지는 IT-CCD의 성능 및 그 화상의 화질로 보아서 실질적으로 P1/2와 동등으로 볼 수 있는 값을 의미한다. 본 명세서에서 말하는 "피치(P2)의 약1/2"에 대해서도 마찬가지이다.
도17에 나타내는 바와 같이, 광전 변환 소자(420) 각각의 평면시에서의 형상은 실질적으로 6각형이다. 광전 변환 소자(420)는 평면시에서의 크기 및 방향이 실질적으로 동일하다.
2종류의 전하 전송 채널(430a, 430b)이 행 방향DH에 교대로 4개씩 형성되어 있다(도17 참조). 전하 전송 채널(430a, 430b)은 평면시에서의 형상이 서로 거의 선대칭이다.
도17, 도18a 및 도18b에 나타내는 바와 같이, 전하 전송 채널(430a, 430b)의 각각은 복수의 구간이 구간끼리의 경계부에서 방향을 바꾸면서 전체로서 열 방향Dv로 이어진 사행 형상을 그린다. 도18a, 도18b중의 부호(R1~R6)은 각각 전하 전송 채널(430a, 430b)의 구간을 가리키고 있다.
전하 전송 채널(430a)의 각각에서는 감광부(410)의 상류단측으로부터 짝수번째의 구간 각각의 오른쪽에 판독 게이트(440)가 형성되어 있다.
전하 전송 채널(430b)의 각각에서는 감광부(410)의 상류단측으로부터 홀수번째의 구간(1번째 구간은 제외) 각각의 오른쪽에, 판독 게이트(440)가 형성되어 있다. 판독 게이트(440)의 각각은 소정의 광전 변환 소자(420)와도 인접하고 있다.
전하 전송 채널(430a, 430b)과 광전 변환 소자(420)는 판독 게이트(440)가 형성되어 있는 곳을 빼고, 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 분리되어 있다. 1개의 광전 변환 소자(422) 내에서 2개의 인접하는 광전 변환 소자(420)끼리도 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 분리되어 있다.
2종류의 전송 전극(431, 432)이 전하 전송 채널(430a, 430b)을 평면시에서 교차하도록 하여, 전체적으로 벌집 상으로 형성되어 있다(도17 참조).
도19a에 나타낸 바와 같이, 전송 전극(431)의 각각은 2종류의 접속부(431C1, 431C2)를 각각 소정개씩 갖고 있다. 접속부(431C1)의 좌단(도19a의 좌단)으로 전송로 형성부(431T1)가 계속되어 있고, 접속부(431C1)의 우단(도19a의 우단)으로 전송로 형성부(431T2)가 계속되어 있다. 접속부(431C2)의 좌단(도17 및 도19a의 좌단)에는 전송로 형성부(431T2)가 계속되어 있고, 접속부(431C2)의 우단(도19a의 우단)에는 전송로 형성부(431T1)가 계속되어 있다.
감광부(410)의 가장 상류에 형성되어 있는 전송 전극(431)을 빼고, 전송 전극(431)의 각각의 접속부(431C1)는 접속부(431C2)보다 약간 길다. 감광부(410)의 가장 상류에 형성되어 있는 전송 전극(431)에서는 접속부(431C1)의 길이와 접속부(431C2)의 길이가 실질적으로 동일하게 되어 있다.
1개의 전송 전극(431)의 전송로 형성부(431T1, 431T2)의 총수는 감광부(410)에 형성되어 있는 전하 전송 채널(430a, 430b)의 총수와 동일하다. 각각의 전송로 형성부(431T1, 431T2)는 도17에 나타낸 바와 같이, 전하 전송 채널(430a, 430b)의 1개의 구간을 평면시에서 위로 덮어 그 구간과 함께 1개의 전하 전송단을 구성한다. 또 전송로 형성부(431T2)의 각각은 감광부(410)의 가장 상류에 형성되어 있는 전송 전극(431)의 각 전송로 형성부(431T2)를 빼고는 각각 따로 1개의 판독 게이트 영역도 평면시에서 위로 덮는다.
판독 게이트 영역은 광전 변환 소자(420)의 좌하 사변(도16 또는 도17에서의 좌하 사변)과, 그 좌하 사변에 인접하는 1개의 구간(전하 전송 채널(430a, 430b)의 1개의 구간)에 인접한다. 판독 게이트 영역은 반도체 기판(1)에 설치된 p형 웰의 소정 개소로 된다.
전송로 형성부(431T2)의 폭은 전송로 형성부(431T1)의 폭보다 넓다. 각각의 전송로 형성부(431T2)에서 판독 게이트 영역을 평면시에서 위로 덮는 부분은 광전 변환 소자(420)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 게이트 전극 대역(431G)(도17 및 도19a 참조)로서 기능한다.
도17의 좌단에 대해 짝수번값의 광전 변환 소자열(422)을 구성하는 광전 변환 소 자(420)의 각각에 대해서는 판독 게이트(440)의 각각이 1개의 판독 게이트 영역과 1개의 판독 게이트 전극 대역(431G)을 포함해 구성된다.
도19b에 나타내는 바와 같이, 전송 전극(432)의 각각은 2종류의 접속부(432C1, 432C2)를 각각 소정개씩 갖고 있다. 접속부(432C1)의 좌단(도19b의 좌단)으로 전송로 형성부(432T1)가 계속되어 있고, 접속부(432C1)의 우단(도19b의 우단)으로 전송로 형성부(432T2)가 계속되어 있다. 접속부(432C2)의 좌단(도19b의 좌단)으로 전송로 형성부(432T2)가 계속되어 있고, 접속부(432C2)의 우단(도19b의 우단)으로 전송로 형성부(432T1)가 계속되어 있다.
1개의 전송 전극(432)의 전송로 형성부(432T1, 432T2)의 총수는 감광부(410)에 형성되어 있는 전하 전송 채널(430a, 430b)의 총수와 동일하다. 각각의 전송로 형성부(432T1, 432T2)는 도17에 나타낸 바와 같이, 전하 전송 채널(430a, 430b)의 1개의 구간을 평면시에서 위로 덮어 구간과 함께 1개의 전하 전송단을 구성한다. 또 전송로 형성부(432T1)의 각각은 각각 따로 1개의 판독 게이트 영역도 평면시에서 위로 덮는다. 이 때문에, 전송로 형성부(432T1)의 폭은 전송로 형성부(432T2)의 폭보다 넓다.
개개의 전송로 형성부(432T1)에서 판독 게이트 영역을 평면시에서 위로 덮는 부분은 광전 변환 소자(420)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 게이트 전극 대 역(432G)(도17 및 도19b 참조)으로서 기능한다.
도17의 좌단에 대해 홀수번째의 광전 변환 소자열(422)의 광전 변환 소자(420)의 각각에 대해서는 판독 게이트(440)의 각각이 1개의 판독 게이트 영역과 1개의 판독 게이트 전극 대역(432G)을 포함해 구성된다.
전송로 형성부(431T1)를 포함하는 전하 전송단과 전송로 형성부(432T1)를 포함하는 전하 전송단은 교대로 배치되어 1개의 수직 전송CCD(435)를 형성한다(도17 참조). 수직 전송CCD(435)의 전하 전송단은 전하 전송단끼리의 경계부에서 방향을 바꾸면서 이어져, 전체로서는 열 방향DV으로 연장되어 있다(도17 참조). 수직 전송CCD(435)는 그 오른쪽(도16 또는 도17에서의 오른쪽)에 인접해 형성되어 있는 광전 변환 소자열(422)(홀수열의 광전 변환 소자열(422))을 이루는 광전 변환 소자(420)의 각각에 축적된 신호 전하를 열 방향DV에 전송한다.
또 전송로 형성부(431T2)를 포함하는 전하 전송단과 전송로 형성부(432T2)를 포함하는 전하 전송단도 교대로 배치되어, 1개의 수직 전송CCD(435)를 형성한다(도17 참조). 이 수직 전송CCD(435)의 전하 전송단도 전하 전송단끼리의 경계부에서 방향을 바꾸면서 이어져, 전체적으로 열 방향DV으로 연장되어 있다(도17 참조). 수직 전송CCD(435)는 그 오른쪽(도16 또는 도17에서의 오른쪽)에 형성되어 있는 광전 변환 소자열(422)(짝수열의 광전 변환 소자열(422))의 광전 변환 소자(420)의 각각에 축적된 신호 전하를 열 방향DV에 전송한다.
서로 인접하는 2개의 전송 전극(431, 432)은 어느 1개의 광전 변환 소자열(422)을 교차할 때에는 접속부(431C1, 432C1) 또는 접속부(431C2, 432C2)에서 중첩한다. 또 상기한 광전 변환 소자열(422)의 이웃의 광전 변환 소자열(422)을 교차할 때에는 서로 격리하여, 광전 변환 소자(422)를 이루는 광전 변환 소자(420)의 1개를 평면시에서 둘러싼다. 서로 인접하는 2개의 전송 전극(431, 432)은 전극(431, 432) 간의 거리를 바꾸면서 전체로서 행 방향DH으로 연장되어 있다(도17 참조).
도16에서, 인접하는 2개의 전송 전극이 상류측으로부터 하류측으로 전송 전극(431, 432)인 경우, 전송 전극(431, 432)은 홀수번째의 광전 변환 소자행의 광전 변환 소자(420)를 평면시에서 둘러싼다. 인접하는 2개의 전송 전극이 상류측으로부터 하류측으로 전송 전극(432,431)인 경우, 서로 인접하는 2개의 전송 전극(432, 431)은 짝수 광전변환 소자행의 광전 변환 소자(420)를 평면시에서 둘러싼다.
인접하는 2개의 전송 전극(431, 432)은 서로 격리하고 있는 각각의 위치에서 광전 변환 소자(420)의 1개를 평면시에서 둘러싸고, 여기에 6각형 또는 실질적으로 6각형의 광전 변환 소자 영역을 1개 획정하고 있다.
도16의 좌단에 대해 홀수번째의 광전 변환 소자열(422)의 각 광전 변환 소자 영역은 1개의 접속부(431C1)와 접속부(431C1)를 통해서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(431T1, 431T2) 및 1개의 접속부(432C1)와 접속부(432C1)를 통해서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(432T1, 432T2)에 의해서 평면시에서 획정된다.
도16의 좌단에 대해 짝수번째의 광전 변환 소자열(422)의 각 광전 변환 소자 영역은 1개의 접속부(431C2)와 접속부(431C2)를 통해서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(431T2,431T1) 및 1개의 접속부(432C2)와 접속부(432C2)를 통해서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(432T2, 432T1)에 의해서 평면시에서 획정된다.
또한 도16에서는 쉽게 구별하기 위해서, 전송 전극(431, 432)을 서로 격리해 그리고 있다. 그러나 이들 전송 전극(431, 432)은 도17에 나타낸 바와 같이, 접속부(431Cl, 432C1), 접속부(431C2, 432C2), 전송로 형성부(431T1, 432T1), 전송로 형성부(431T2, 432T2) 사이에서 중첩하고 있다.
감광부(410)의 좌단(도16의 좌단)의 광전 변환 소자열(422)의 좌측에 수직 전송CCD(435)를 설치하지 않는 경우, 좌단의 광전 변환 소자열(422)을 이루는 각 광전 변환 소자(420)는 서로 인접하는 2개의 전송 전극(431, 432)에 의해 평면시에서 둘러싸일 필요는 없다. 즉 좌단의 광전 변환 소자열(422)의 각 광전 변환 소자(420)를 평면시에서 둘러싸는데 필요한 좌단의 전송로 형성부(431T1 , 432T1)를 각각 생략할 수 있다. 좌단의 접속부(431C1, 432C1)도 생략할 수 있다. 감광부(410)의 우단의 광전 변환 소자열(422)의 우측에 수직 전송CCD(435)를 설치하지 않는 경우에 대해서도, 마찬가지이다(도16 참조).
도20에 나타내는 바와 같이, 상술한 수직 전송CCD(435)의 전하 전송 채널(430a, 430b)의 각각은 감광부(410)를 열 방향DV에 교차한 후, 또한 1보조 전하 전송단만큼 출력 전송로(60) 측에 연장되어 있다. 인접하는 2개의 전하 전송 채널(430)은 감광부(410)의 외측에도 도시를 생략한 채널 스톱 영역에 의해 서로 분리되어 있다.
IT-CCD(500)에서 합류부(50a)(도16 참조)는 감광부(4l0)와 1개의 가산용 전하 전송단 간에 형성되어 있는 보조 전하 전송단의 수가 2로부터 1로 줄어든 점을 빼고는 IT-CCD(100)의 합류부(50)와 동일한 구조를 가진다. 보조 전하 전송단을 형성하기 위해서, 감광부(410)와 가산 채널용 전송 전극(52)의 평면시의 사이에, 1개의 보조 전송 전극(456)이 설치되어 있다(도16 참조). 이하 이 보조 전송 전극(456)을 "제2보조 전송 전극(456)"이라고 한다.
제2보조 전송 전극(456)은 8개의 보조 전송로 형성부(456T)와, 서로 인접하는 2개의 보조 전송로 형성부(456T)끼리를 연결하는 7개의 접속부(456C)를 갖고 있다. 제2보조 전송 전극(456)과 감광부(410)의 가장 상류에 형성되어 있는 전송 전극(431)은 평면시에서 선대칭의 형상을 이룬다.
IT-CCD(500)은 IT-CCD(100)과 마찬가지로, 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 또 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다.
IT-CCD(500)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(435)나 수평 전송로(60) 등에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(420)의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성될 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(500)는 IT-CCD(100)와 마찬가지로 하여, 1 프레임을 하기(i)~(iv)의 4개의 필드로 나누어 인터레이스 구동시킬 수 있다.
(i) 제4화소행 및 제8화소행의 각 화소로 되는 제1필드.
(ii) 제3화소행 및 제7화소행의 각 화소로 되는 제2필드.
(iii) 제2화소행 및 제6화소행의 각 화소로 되는 제3필드.
(iv) 제1화소행 및 제5화소행의 각 화소로 되는 제4필드.
IT-CCD(500)에 있어서도, IT-CCD(100)에서 인터레이스된 필드 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서, 인터레이스된 필드 화상 데이터를 얻을 수 있다. IT-CCD(100)에서 프레임 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서, 프레임 화상 데이터를 얻을 수 있다.
다음에 본 발명의 제6 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서 도21을 이용해 설명한다.
도21은 제6 실시예에 의한 IT-CCD(600)를 개략적으로 나타내는 평면도이다. IT-CCD(600)는 제5 실시예의 IT-CCD(500)의 감광부(410)(도16 참조)와 동일 구성의 감광부를 가진다.
또 IT-CCD(600)는 전술한 제4 실시예의 IT-CCD(400)의 합류부(350)(도13 참조)와 동일한 구성의 합류부(350a)를 가진다. IT-CCD(400)의 합류부(350)에 비하여 감광부(410)와 1개의 가산용 전하 전송단 간에 형성되어 있는 보조 전하 전송단의 수가 2로부터 1로 줄어들고 있다. 제1보조 전송 전극(355) 및 그 보조 전극로 형성부(355T)로 된 보조 전하 전송단은 생략된다.
도21에서 도13 또는 도16에 나타낸 구성 요소와 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
IT-CCD(600)는 IT-CCD(100)와 마찬가지로, 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 또 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다. 서로 인접하는 2개의 화소행끼리 사이에서 화소의 집광 효율이나 감도에 차가 발생되는 것을 방지하기 쉽다.
IT-CCD(600)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(435)와 출력 전송로(60)에 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(420)의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(600)는 제5 실시예의 IT-CCD(500)와 마찬가지로 하여, 1 프레임을 4개의 필드로 나누어 인터레이스 구동시킬 수 있다.
제1필드 또는 제3필드의 화상 데이터 출력 과정의 각각에서는 도21의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각이 잡음 신호 전하를 차례로 전송한다. 도21의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각은 신호 전하를 차례로 전송한다.
제2필드 또는 제4필드의 화상 데이터 출력 과정의 각각에서는 도21의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각이 잡음 신호 전하를 차례로 전송한다. 도21의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각은 신호 전하를 차례로 전송한다.
잡음 신호 전하는 소정의 시기에, 펄스 공급용 단자(380a) 및 펄스 공급용 단자(380b)에 제어 전압VON 또는 제어 전압VOFF를 인가함으로써, 드레인 영역(310)에 배출할 수 있다.
도22는 제어 전압VON 및 VOFF가 인가되는 시기의 일례를 나타낸다.
제1필드 또는 제3필드에 대한 V블랭킹으로부터 유효 신호 기간이 종료하기까지 사이, 펄스 공급용 단자(380a)에 제어 전압VON을 인가하고, 펄스 공급용 단자(380b)에 제어 전압VOFF를 인가한다. 이에 따라 도21의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에 전송되어 온 잡음 신호 전하가 보조 전하 전송단으로부터 소정의 드레인 영역(310)에 배출된다(잡음 삭감 단계).
제2필드 또는 제4필드에 대한 V블랭킹으로부터 유효 신호 기간이 종료하기까지 사이, 펄스 공급용 단자(380a)에 제어 전압VOFF을 인가하고, 펄스 공급용 단자(380b)에 제어 전압VON을 인가한다. 이에 따라 도21의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함해 보조 전하 전송단의 각각에 전송되어 온 잡음 신호 전하가 보조 전하 전송단으로부터 소정의 드레인 영역(310)에 배출된다(잡음 삭감 단계).
다음에 본 발명의 제7의 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서, 도23을 이용해 설명한다.
도23은 제7의 실시예에 의한 IT-CCD(700)를 개략적으로 나타내는 평면도이다. IT-CCD(700)는 (i)각 전송 전극(431, 432), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제2~제5보조 전송 전극(356, 57, 58, 59)의 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 펄스 공급용 단자의 수 및 (ii) 펄스 공급용 단자와 상기 (i)의 각 전송 전극과의 배선의 사양을 빼고는 제6 실시예의 IT-CCD(600)와 마찬가지의 구성을 가진다. 도23에서 도21에 나타낸 구성 요소와 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도23에 나타낸 바와 같이, IT-CCD(700)는 각 전송 전극(431, 432), 가산 채널용 전송 전극(52), 제2~제5보조 전송 전극(356, 57, 58, 59)의 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위해서, 6개펄스 공급용 단자(70a, 70b, 70c1, 70d1, 70c2, 70d2)를 갖고 있다.
펄스 공급 단자(70c1, 70c2)는 도21에 나타낸 펄스 공급 단자(70c)을 2개로 나눈 것이다. 또 펄스 공급용 단자(70d1, 70d2)는 도21에 나타낸 펄스 공급 단자(70d)를 2개로 나눈 것이다.
IT-CCD(700)는 IT-CCD(100)와 마찬가지로, 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 또 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다. 인접하는 2 화소행 간의 화소의 집광 효율 및 감도의 차이의 발생을 방지하기 쉽다.
IT-CCD(700)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(435)와 출력 전송로(60) 등에 의해 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(420)의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(700)는 1 프레임을 4개의 필드로 나누어 인터레이스 구동시킬 수 있다. 수직 펄스 신호(Va)가 펄스 공급 단자(70a)에 인가되고, 수직 펄스 신호(Vb)가 펄스 공급 단자(70b)에 인가된다. 수직 펄스 신호(Vc)가 펄스 공급 단자(70c1)와 펄스 공급 단자(70c2)에 인가되고, 수직 펄스 신호(Vd)가 펄스 공급 단자(70d1)와 펄스 공급 단자(70d2)에 인가된다. 이에 따라 제6 실시예의 IT-CCD(600)와 마찬가지로, 1 프레임이 제1필드~제4필드의 4개의 필드로 분할된다.
수평 펄스 신호(Ha)가 펄스 공급용 단자(75a)에 인가되고, 수평 펄스 신호(Hb)가 펄스 공급용 단자(75b)에 인가된다. 필요에 따라서 제어 전압VON, VOFF가 펄스 공급 단자(380a, 380b)에 인가된다.
개개의 필드의 화상 데이터 출력은 제6 실시예와 마찬가지의 동작에 의해서 얻을 수 있다. 동작을 제1필드에서 제4필드까지 함으로써, 1 프레임의 화상 출력 신호를 얻을 수 있다.
IT-CCD(700)는 신호 전하가 판독되는 화소행의 수를 전체 화소행 수의 1/4로 틴아웃(thin out)하여 구동시킬 수 있다. 틴아웃 구동 시에는 신호(Va)가 펄스 공급 단자(70a)에 인가되고, 신호(Vb)가 펄스 공급 단자(70b)에 인가된다. 신호(Vc)가 펄스 공급 단자(70c1)와 펄스 공급 단자(70c2)에 인가되고, 신호(Vd)가 펄스 공급 단자(70d1)와 펄스 공급 단자(70d2)에 인가된다.
블랭킹 펄스에 의해 규정되는 V블랭킹의 적당한 시기에, 예를 들면 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가됨과 동시에, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70c1, 70c2, 70d1, 70d2)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR)가　펄스　공급용 단자(70d1)에 인가된다.
판독 펄스(VR)의 인가에 의해서, 제8화소행의 각 광전 변환 소자(420)에 축적되어 있던 신호 전하가 각각 대응되는 수직 전송CCD(435)에 판독된다(신호 전하 판독 과정). 신호 전하는 도23의 좌단에 대해 짝수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각에 판독된다.
1주기분의 수직 펄스 신호(Va, Vb, Vc, Vd)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b, 70c1, 70c2, 70d1, 70d2)의 각각에 인가된다. 이에 따라 수직 전송CCD(435)에 판독되던 신호 전하는 출력 전송로(60)를　향해　1전하 전송단만큼 전송된다.
다음에　저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(70a, 70b)에 인가되고, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(70c1, 70c2, 70d1, 70d2)에 인가된다. 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR)가 펄스 공급용 단자(70c１) 에 인가된다. 판독 펄스(VR)의 인가에 의해서, 제7화소행의 각 광전 변환 소자(420)에 축적되어 있던 신호 전하가 대응하는 수직 전송CCD(435)에 판독된다(신호 전하 판독 과정). 신호 전하는 도23의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각에 판독된다.
짝수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각에 판독되고 있던 제8화소행의 신호 전하는 V블랭킹에 잇따른 제1 H블랭킹　동안 출력 전송로(60)에 전송된다. 신호 전하는 제1 H블랭킹에 잇따른 제1 수평 유효 신호 기간　동안 출력부(65)로부터 차례로 출력된다(화상 데이터 출력 과정).
홀수번째의 수직 전송CCD(435)의 각각에 판독되고 있던 제7화소행의 신호 전하는 제1 수평 유효 신호 기간에 잇따른 제2 H블랭킹 기간동안 출력 전송로(60)에 전송된다. 신호 전하는 제2 H블랭킹에 잇따른 제2 수평 유효 신호 기간　동안 출력부(65)로부터 차례로 출력된다(화상 신호 출력 과정)
판독된 신호 전하를 통상의 인터레이스 구동의 신호 전하의 처리와 마찬가지로 처리함으로써, 1/4로　틴아웃된 필드 화상 데이터, 또는 1/4로 틴아웃된 프레임 화상 데이터를 얻을 수 있다.
상기의 틴아웃 동작에 준하여 임의의 2화소행에 1/4　틴아웃 동작을 할 수 있다. 대상의　２　화소행은　임의로　선택된다. 선택된　２화소행에 따라 펄스 공급 단자(70a, 70b, 70c1, 70c2, 70d1, 70d2)와 전송 전극(431), 각 전송 전극(432), 제2보조 전송 전극(356), 가산 채널용 전송 전극(52) 및 제3~제5보조 전송 전극(57~59)과의 배선의 사양이 선정된다. IT-CCD(700)를 컬러 촬상용의 IT-CCD로 변경한 경우에는 배설되는 컬러 필터 어레이의 컬러 필터의 배열 패턴도 감안하여 어느 화소행을 대상으로 하여 틴아웃 동작을 할지가 선정된다.
틴아웃　동작은 전화소의 신호 전하를 판독하는　것이 목적이 아니라, 항상 1/4의 행수(화소행의 수)로　틴아웃된　화상 데이터를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다. IT-CCD(700)는 8개의 화소행밖에 없기 때문에, 1/4로　틴아웃하는 동작은 2회 의 수평　판독　동작으로 종료된다. 그러나 실제의 화소행수는, 예를 들면 600행　이상이다.
IT-CCD의 감광부가 열 방향DV에 n단의 구조를 갖고, 각 감광부가 도23에 나타낸 감광부(410)와 동일한 구조를 가지면, 제1단으로부터 제n단까지 틴아웃 동작을 하여, 1/4에 틴아웃된 프레임 화상 데이터를 얻는다. 이 때, 소망의 화소행의 각 광전 변환 소자(420)로부터 수직 전송CCD(435)에로의 신호 전하의 판독은 각 단에 동시에 행하여진다. 각 단으로부터 판독된 신호 전하는 대응하는 수직 전송CCD(435)의 각각에 의해 출력 전송로(60)에 차례로 전송되고, 출력 전송로(60)를 통해 전송되어, 출력부(65)로부터 차례로 출력된다.
상술한 1/4 틴아웃 동작에서는 1필드 기간동안 2개의 화소행으로부터의 화상 데이터를 얻을 수 있다. IT-CCD(700)를 컬러 촬상용의 IT-CCD로 한 경우에는 가색법 또는 감색법에 의거해 컬러화상을 얻는데 필요한 모든 컬러 신호를 1필드 기간 동안 얻을 수 있다. 컬러 신호 처리를 할 때에 필요한 메모리는 1 또는 2화소행분의 화상 출력 데이터를 기억할 수 있는 메모리이어도 좋다. 따라서 필드 메모리나 기계적 셔터는 없어도 된다.
또 상술한 1/4 틴아웃 동작에 의해 고해상도는 얻을 수 없지만, 통상의 인터레이스 구동 때의 4배의 프레임(필드) 주파수로 화상 데이터가 얻어진다는 이점을 가진다. 따라서 IT-CCD(700)는 고 프레임 주파수의 화상 데이터를 얻는데 적합한 구조를 갖는 IT-CCD다.
1/4 틴아웃 동작에 준하여, 복수행의 화소를 대상으로 1/2 틴아웃 -동작, 1/3 틴아웃 동작, ……1/n(n은 정수를 표시함) 틴아웃 동작을 할 수 있다. 어떠한 틴아웃 동작을 할지는 적당히 선택가능하다.
또한 필요에 따라서 제어 전압VON, VOFF가 펄스 공급 단자(380a, 380b)에 인가된다.
도24는 상술한 1/4 틴아웃 동작 시에 사용되는 판독 펄스 및 제어 전압VON, VOFF의 일례를 나타낸다.
보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에는 신호 전하와 잡음 신호 전하가 교대로 전송되어 온다. 도23의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에 잡음 신호 전하가 전송되어 왔을 때에, 펄스 공급 단자(380a)에 제어 전압VON을 인가하고, 펄스 공급용 단자(380b)에 제어 전압VOFF를 인가한다. 신호VON과 VOFF에 의해 잡음 신호 전하가 소정의 드레인 영역(310)에 배출된다(잡음 삭감 단계).
도23의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송로 형성부(356T)를 포함하는 보조 전하 전송단의 각각에 잡음 신호 전하가 전송되어 왔을 때에도 마찬가지이다.
다음에 본 발명의 제8의 실시예에 의한 IT-CCD에 대해서, 도25를 이용해 설명한다.
도25는 제8의 실시예에 의한 IT-CCD(800)의 감광부(710) 및 합류부(750)의 일부를 개략적으로 나타내는 부분 평면도이다. IT-CCD(800)는 (i)광전 변환 소자의 평면시에서의 형상, (ii) 감광부에 형성되어 있는 전송 전극의 종류 및 그 배설 사양, (iii) 전하 전송 채널의 형상, (iv) 감광부와 가산 채널용 전송 전극 사이에 형성되어 있는 보조 전송 전극의 수, (v) 감광부에 형성되어 있는 전송 전극 및 합류부에 형성되어 있는 보조 전송 전극에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 펄스 공급용 단자의 수 및 (vi) 펄스 공급용 단자와 감광부에 형성되어 있는 각 전송 전극 및 합류부에 형성되어 있는 각 보조 전송 전극과의 배선의 사양을 빼고는 제5 실시예의 IT-CCD(500)과 동일한 구조를 갖는다.
도25에 나타낸 구성 요소중, 도16 또는 도17에 나타낸 구성 요소와 공통되는 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도25에 나타낸 바와 같이, 감광부(710)에 형성되어 있는 각각의 광전 변환 소자(720)는 평면시에서 팔각형을 그린다. 32개의 광전 변환 소자(720)가 8행, 8렬로 시프트된 화소 배치로 되어 있다.(5, 1), (5, 3), (5, 5), (6, 2), (6, 4), (7, 1), (7, 3), (7, 5), (8, 2), (8, 4)의 화소와, 화소의 하류역의 일부가 도25에 그려져 있다.
3종류의 전송 전극(431, 432, 733)이 감광부(710)에 소정개수씩 형성되어 있다. 각 전송 전극(431)과 각 전송 전극(432)은 서로 인접하는 것 사이에 소정 간격이 형성되어 있는 점을 빼고, 제5 실시예의 IT-CCD(500)의 각 전송 전극(431, 432)과 동일한 사양으로 배설되어 있다.
전송 전극(733)의 각각은 서로 인접하는 2개의 전송 전극(431, 432)의 평면시의 사이에 배설되어 있다.
각 전송 전극(733)은 평면시에서 직사각형을 그리는 전송로 형성부(733T)를 8개 가진다. 1개의 전송 전극(733)을 구성하는 전송로 형성부(733T)의 각각은 서로 대응하는 전하 전송 채널(도시 생략)과 평면시에서 교차한다. 전하 전송 채널은 전송로 형성부(733T)를 열 방향DV에 교차한다. 전송로 형성부(733T)와 전하 전송 채널의 교차부는 1개의 전하 전송단으로서 기능한다.
1개의 전송 전극(733)에 있어서, 1개의 광전 변환 소자(720)를 통해서 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(733T)는 광전 변환 소자(720)의 평면시에서의 외주를 따라 연장되는 접속부(733C1)에 의해 연결되어 있다. 1개의 전송 전극(733)에 있어서, 광전 변환 소자(720) 없이 서로 인접하는 2개의 전송로 형성부(733T)는 직선상을 그리는 접속부(733C2)에 의해 연결되어 있다.
도25의 좌단에 대해 홀수번째의 전송로 형성부(733T)와, 전송로 형성부(733T)의 직상류에 형성되어 있는 전송로 형성부(431T1)와, 전송로 형성부(733T)의 직하류에 형성되어 있는 전송로 형성부(432T1)는 중첩 전송 전극 구조를 이룬다.
도25의 좌단에 대해 짝수번째의 전송로 형성부(733T)와, 전송로 형성부(733T)의 직상류에 형성되어 있는 전송로 형성부(431T2)와, 전송로 형성부(733T)의 직하류에 형성되어 있는 전송로 형성부(432T2)는 중첩 전송 전극 구조를 이룬다.
전송로 형성부(733T)가 하층 전극에 상당하고, 전송로 형성부(431T1), 전송로 형 성부(432T1), 전송로 형성부(431T2) 및 전송로 형성부(432T2)가 상층 전극에 상당한다.
감광부(710)의 가장 하류에서 2번째의 전송 전극(733)과 동일한 형상 및 크기를 갖는 제1보조 전송 전극(755)이 합류부(750)의 가장 상류에 형성되어 있다. 제1보조 전송 전극(755)의 각 보조 전송로 형성부(755T)는 대응하는 전하 전송 채널(도시 생략)과 평면시에서 교차한다. 전하 전송 채널은 평면시에서 보조 전송로 형성부(755T)를 열 방향DV에 교차한다. 보조 전송로 형성부(755T)와 전하 전송 채널과의 평면시에서의 교차부는 1개의 보조 전하 전송단으로서 기능한다.
도25의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(755T)와, 보조 전송 형성부(755T)의 직상류에 형성되어 있는 전송로 형성부(431T1)는 중첩 전송 전극 구조를 이룬다. 도25의 좌단에 대해 짝수번째의 보조 전송 형성부(755T)와 보조 전송 형성부(755T)의 직상류에 형성되어 있는 전송로 형성부(431T2)도 중첩 전송 전극 구조를 이룬다.
전송로 형성부(755T)가 하층 전극에 상당하고, 전송로 형성부(431T1), 전송로 형성부(432T1)가 상층 전극에 상당한다.
감광부(710)의 가장 하류에서 2번째의 전송 전극(733)과 동일한 형상 및 크기를 갖는 제1보조 전송 전극(755)이 합류부(750)의 가장 상류에 형성되어 있다. 제1보조 전송 전극(755)의 각 보조 전송로 형성부(755T)는 대응하는 전하 전송 채널(도 시 생략)과 평면시에서 교차한다. 전하 전송 채널은 평면시에서 보조 전송로 형성부(755T)를 열 방향DV에 교차한다. 보조 전송로 형성부(755T)와 전하 전송 채널과의 평면시에서의 교차부는 1개의 보조 전하 전송단으로서 기능한다.
합류부(750)의 제1 보조 전송 전극(755)의 하류측 구조는 제5 실시예의 IT-CCD(500)의 합류부(50a)와 유사하다. 제2 보조 전송 전극(456), 가산 채널 전송 전극(52), 제3 보조 전송 전극(57), 제4보조 전송 전극(도시 생략) 및 제5 보조 전송 전극(도시 생략)이 제1 보조 전송 전극(755)의 하류측 위치에 이 순서로 형성된다. 제1 보조 전송 전극, 가산 채널 전송 전극(52) 및 제4 보조 전송 전극은 중첩 전송전극 구조의 상층 전극에 상당한다.
감광부(710)에서, 전송로 형성부(431T1), 전송로 형성부(733T)로 된 전하 전송단, 전송로 형성부(431T2)로 된 전하 전송단이 이 순서로 상류측으로부터 하류측으로 배치되어 1개의 수직 전송 CCD(735)를 이룬다. 수직 전송 CCD(735)는 도25의 좌단에 대해 홀수번째의 수직 전송 CCD(735)이다.
홀수번째의 수직 전송 CCD(735)의 각각은 감광부(710)로부터 2개의 보조 전하 전송단만큼 합류부(750)로 연장된다. 2개의 보조 전하 전송단은 도25의 좌단에 대해 홀수번째의 보조 전송로 형성부(755T)로 된 보조 전하 전송단과 보조 전하 전송단의 하류측에서 보조 전송로 형성부(456T1)를 포함하여 구성되는 보조 전하 전송단의 2개이다.
마찬가지로, 전송로 형성부(431T2)를 포함하는 전하 전송단과, 전송로 형성부(733T)를 포함하는 전하 전송단과, 전송로 형성부(432T2)를 포함하는 전하 전송단이 상류측으로부터 하류측으로 배치되어 1개의 수직 전송CCD(735)를 형성하고 있다. 그 수직 전송CCD(735)는 도25의 좌단에 대해 짝수번째다.
그 짝수번째의 수직 전송CCD(735)의 각각도, 감광부(710)로부터 2보조 전하 전송단만큼 합류부(750) 내로 연장되어 있다. 2보조 전하 전송단은 도25의 좌단에 대해 짝수번째의 전송로 형성부(755T)를 포함하는 보조 전하 전송단과, 보조 전하 전송단의 하류측에서 보조 전송로 형성부(456T2)를 포함하는 보조 전하 전송단의 2개다.
IT-CCD(800)에서는 (a) 1개의 광전 변환 소자(720), (b) 광전 변환 소자(720)의 좌측(도25에서의 좌측)에 인접해 형성되어 있는 4개의 전하 전송단, 즉 전송로 형성부(431T1, 431T2)를 포함하는 전하 전송단과, 전송로 형성부(733T)를 포함하는 2개의 전하 전송단과, 전송로 형성부(432T1, 432T2)를 포함하는 전하 전송단 및 (c) 전송로 형성부(431T2, 432T1)를 포함하는 전하 전송단과 광전 변환 소자(720) 사이에 형성되어 있는 1개의 판독 게이트(740)에 의해서 1개의 화소가 구성된다. 또한 판독 게이트(740)는 형상이 다소 다른 이외는 제5 실시예의 IT-CCD(500)의 판독 게이트(440)와 마찬가지의 구조를 가진다.
4개의 펄스 공급용 단자(770a, 770b, 770c, 770d)가 감광부(710)의 외측에 설치되어 있다.
펄스 공급용 단자(770a)는 각 전송 전극(431)과 제3보조 전송 전극(57)에 전기적으로 접속되어 있다. 펄스 공급용 단자(770b)는 각 전송 전극(733)과, 제1 보조 전극(755)에 전기적으로 접속되어 있다. 펄스 공급용 단자(770c)는 각 전송 전극(432)과, 제2보조 전송 전극(456)과, 제5보조 전송 전극(59)(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다. 펄스 공급용 단자(770D)는 감광부(710)의 상류단측에 대해 짝수번째의 각 전송 전극(733)과 가산 채널용 전송 전극(52)에 전기적으로 접속되어 있다.
IT-CCD(800)는 IT-CCD(100)와 마찬가지로, 가산 채널(51)을 갖고 있다. 이 때문에, IT-CCD(100)의 이유와 동일한 이유로부터, 통상의 미세 가공 기술로도, 예를 들면 200만화소라는 고화소 밀도의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 또 소비 전력의 증대를 용이하게 억제할 수 있다. 서로 인접하는 2개의 화소행끼리 간에서 화소의 집광 효율이나 감도에 차가 발생되는 것을 방지하기 쉽다.
IT-CCD(800)에 광차폐막을 설치함으로써, 수직 전송CCD(735)나 출력전송로에 불필요한 광전 변환이 행하여지는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 설치함으로써, 광전 변환 소자(720)에서의 광전 변환 효율를 높일 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 마이크로 렌즈 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
컬러 필터 어레이를 설치함으로써, 컬러 촬상용의 IT-CCD를 얻을 수 있다. 컬러 필터 어레이는, 예를 들면 제1 실시예의 IT-CCD(100)에서 설명한 컬러 필터 어레이의 형성 순서에 준해 형성할 수 있다.
IT-CCD(800)는 인터레이스 구동을 할 수 있는 IT-CCD이다. IT-CCD(800)의 인터레이스 구동을 위해, 펄스 공급 단자(770a, 770b, 770c, 770d)의 각각에 소정의 수직 펄스 신호가 인가된다. 수평 펄스 신호(Ha)가 도시를 생략한 펄스 공급용 단자(75a)(도16 참조)에 인가되고, 수평 펄스 신호(Hb)가 도시를 생략한 펄스 공급용 단자(75b)(도16 참조)에 인가된다.
도26은 1 프레임을 (i)~(ii)의 2개의 필드로 나누어 인터레이스 구동할 때의 판독 펄스의 일례를 나타낸다.
(i) 짝수행의 각 화소로 되는 제1필드.
(ii) 홀수행의 각 화소로 되는 제2필드.
인터레이스 구동시킬 때에 사용하는 구동 펄스 공급 수단은 IT-CCD(100)를 인터레이스 구동시킬 때에 사용되는 구동 펄스 공급 수단(110)(도7 참조)와 마찬가지로 하여 구성된다.
블랭킹 펄스에 의해 규정되는 제1 V블랭킹의 적당한 시기에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(770b, 770c)에 인가됨과 동시에, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(770a, 770d)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 또한 고레벨의 판독 펄스(VR)가 공급용 단자(770a)에 인가된다.
판독 펄스(VR)에 의해서, 제1필드를 이루는 광전 변환 소자(720)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하가 각각 대응되는 수직 전송CCD(735)에 판독된다(신호 전하 판 독 과정).
제8화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하는 제1 V블랭킹에 잇따른 제1 H블랭킹 동안 출력 전송로에 전송된다. 신호 전하는 제1 H블랭킹에 잇따른 제1 수평 유효 신호 기간에, 출력부에서 차례로 출력된다(화상 신호 출력 과정).
마찬가지로 하여 화상 신호 출력 과정이 차례로 행하여진다. 제6화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정, 제4화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정, 제2화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정이 행하여진다.
1개의 필드의 광전 변환 소자(720)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하를 모두 출력부에서 출력하기 위해서는 4회의 화상 신호 출력 과정이 필요하다. 상기 4회의 화상 신호 출력 과정을 하는데 필요하는 기간을 이하 "유효 신호 기간"이라고 한다.
제1필드의 유효 신호 기간이 종료된 후에 블랭킹 펄스에 의해 새롭게 규정되는 제2 V블랭킹의 적당한 시기에, 저레벨의 수직 펄스(VL)가 펄스 공급용 단자(770a, 770d)에 인가됨과 동시에, 고레벨의 수직 펄스(VH)가 펄스 공급용 단자(770b, 770c)에 인가된다. 그리고 이들 수직 펄스(VL, VH)가 인가되고 있을 때에, 판독 펄스(VR )가 펄스 공급용 단자(770c)에 인가된다.
판독 펄스(VR)에 의해서, 제2필드의 광전 변환 소자(720)의 각각에 축적되어 있던 신호 전하가 각각 대응되는 수직 전송CCD(735)에 판독된다(신호 전하 판독 과정).
제7화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하는 제2 V블랭킹에 잇따른 제1 H블랭킹에 출력 전송로에 전송된다. 신호 전하는 제1 H블랭킹에 잇따른 제1 수평 유효 신호 기간에 출력부에서 차례로 출력된다(화상 데이터 출력 과정).
이하 마찬가지로 하여, 화상 신호 출력 과정이 차례로 행하여진다. 제5화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정, 제3화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정, 제1화소행의 각 광전 변환 소자(720)로부터 판독된 신호 전하에 대한 화상 신호 출력 과정이 행하여진다.
제1 V블랭킹으로부터 제2필드에 대한 유효 신호 기간걸쳐 행하여지는 동작을 반복함으로써, 각 필드의 화상 출력 신호가 출력 장치로부터 차례로 출력된다.
제1 실시예의 IT-CCD(100)를 이용해 프레임의 화상 데이터를 얻는 경우와 마찬가지의 동작에 의해서 프레임 화상 데이터를 얻을 수 있다.
이상 실시예를 예시해 본 발명의 IT-CCD를 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되게 아니다. 여러가지 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
예를 들면 실시예의 IT-CCD는 p형 웰을 구비한 n형 반도체 기판에 광전 변환 소 자(포토다이오드), 수직 전송CCD, 출력 전송로 등을 형성한 것이지만, p형 반도체 기판에 광전 변환 소자(포토다이오드), 수직 전송CCD, 출력 전송 등을 형성해도 IT-CCD를 얻을 수 있다.
또 사파이어 기판 등의 표면에 소망의 반도체층을 형성하고, 반도체층에 광전 변환 소자(포토다이오드), 수직 전송CCD, 출력 전송로 등을 형성해 IT-CCD를 얻을 수 있다.
본 명세서에서는 반도체 이외의 재료로 되는 기판의 일면에 광전 변환 소자(포토다이오드), 수직 전송CCD, 출력 전송로 등을 형성하기 위한 반도체층을 설치한 것도 "반도체 기판"에 포함되는 것으로 한다.
광전 변환 소자의 평면시 상의 형상은 사각형(마름모꼴 포함)이어도 좋고, 각 내각이 둔각인 5각형 이상의 다각형, 내각에 예각과 둔각이 포함되는 5각형 이상의 다각형, 이들의 모서리부를 라운딩한 형상 등 적절한 선택이 가능하다.
광전 변환 소자는 시프트된 화소 배치로 되어 있어도 좋고, 시프트된 화소 배치로 되어 있지 않아도 좋다. 수직 전송CCD의 전하 전송 채널의 평면시에서의 형상은 광전 변환 소자가 어떻게 배치되어 있을지에 따라 적절한 선택이 가능하다.
시프트된 화소 배치를 하는 경우, 수직 전송CCD의 각 전송 전극의 형상은 접속부와 전송로 형성부와 둔각으로 연결된 형상이거나, 또는 접속부와 전송로 형성부가 매끄럽게 이어진 형상으로 하는 것이 바람직하다.
수직 전송CCD의 구동 방법은 실시예로서 예시한 구동 방법에 한정되지 않는다. 목적으로 하는 IT-CCD의 용도 등에 따라, 예를 들면 3상 이상으로 구동시키는 것이 가능하다. 이에 따라 각 전송 전극에 소정의 구동 펄스를 공급하기 위한 펄스 공급용 단자의 수 및 펄스 공급용 단자와 각 전송 전극과의 배선의 사양도 IT-CCD의 수직 전송CCD의 구동 방법에 따라 적절한 변경이 가능하다. 출력 전송로에 대해서도 마찬가지이다.
실시예에서는 2개의 수직 전송CCD로부터 1개의 가산용 전하 전송단에 신호 전하가 동시에 전송되지 않도록, 대응하는 판독 게이트가 배설되어 있다. 각각의 광전 변환 소자에 대한 판독 게이트의 배설 위치는 홀수열의 광전 변환 소자와 짝수열의 광전 변환 소자 사이에만 있으면 된다.
따라서 1개의 광전 변환 소자에 전하 전송단을 3개씩 형성하는 경우는 실시예에 나타낸 위치 이외의 위치에 판독 게이트를 설치하는 것도 가능하다. 예를 들면 홀수열의 광전 변환 소자에 대해서는 3개의 전하 전송단 중의 최상류의 전하 전송단에 인접시켜 판독 게이트를 형성한다.
짝수열의 광전 변환 소자에 대해서는 3개의 전하 전송단 중의 한가운데의 전하 전송단에 인접시켜 판독 게이트를 형성할 수도 있다.
단, 광전 변환 소자 각각의 전하 전송단의 수에 관계 없이, 판독 게이트는 홀수열끼리 및 짝수열끼리 동일하게 배설되는 것이 바람직하다.
가산용 전하 전송단보다 상류에 보조 전하 전송단을 설치하지 않아도 된다. 수직 전송CCD는 감광부를 지난 직후에 가산용 전하 전송단에 접속되어 있어도 좋다.
마찬가지로, 가산용 전하 전송단보다 하류에 보조 전하 전송단을 설치하지 않아도 좋다. 가산용 전하 전송단은 출력 전송로에 곧바로 접속되어 있어도 좋다.
각 실시예의 IT-CCD에서는 n형 반도체 기판에 형성된 p형 웰 상에 광전 변환 소자(포토다이오드)가 형성되어 있다. 따라서 이들 IT-CCD에서는 수직형 오버플로우 드레인 구조를 부설할 수 있다. 이에 따라 전자 셔터를 부설할 수 있다. 각 실시예의 IT-CCD에 수직형 오버플로우 드레인구조를 부설하기 위해서는 p형 웰과 n형 반도체 기판의 하부(p형 웰보다 밑의 영역)에 역바이어스를 인가할 수 있는 구조를 부가한다. 또 수직형 오버플로우 드레인구조에 대신해 수평형 오버플로우 드레인구조를 부설해도 좋다. 수직형 또는 수평형의 오버플로우　드레인 구조를 부설함으로써, 블루밍을 억제하는 것이 용이해진다.
IT-CCD의 구동 방법은 적당히 선택가능하다. 이에 따라 수직 전송CCD(수직 전송CCD를 이루는 전송 전극) 및 출력 전송부(출력 전송부를 이루는 전송 전극)의 각각에 소정의 구동 펄스를 공급하는 구동 펄스 공급 수단의 구성도 적당히 선택 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 IT-CCD에서는 화소 밀도를 높여도 출력전송로(수평 전송 CCD)의 전송 전극의 각각의 폭을 비교적 넓게 할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 화소 밀도가 높고 소비 전력이 적은 IT-CCD를 저코스트로 제공할 수 있게 된다.
이상 특정 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 첨부의 청구항에 의해서만 한정된다. 본 발명의 범주 및 정신을 벗어나지 않고도 변화 또는 변경이 가능한 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와,
    상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 복수개의 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 감광부를 소정 방향으로 평면시(平面視)에서 교차하는 전하 전송 채널과,
    상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단(段)을 구성하는 복수의 전송 전극과,
    상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 서로 합류시키는 복수의 가산 채널과,
    상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서,
    2개의 상기 전하 전송단이 상기 광전 변환 소자의 각각에 형성되어 있으며,
    상기 광전 변환 소자로부터 신호 전하의 판독 동작을 제어하기 위한 복수의 판독 게이트를 더 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 상기 광전 변환 소자에 대응하는 상기 2개의 전하 전송단 중의 한쪽에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 짝수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자에 대한 상기 판독 게이트보다도 1전하 전송단만큼 상류 또는 하류로 시프트된 전하 전송단 중의 하나와 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와,
    상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 복수개의 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과,
    상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단을 구성하는 복수의 전송 전극과,
    상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 서로 합류시키는 복수의 가산 채널과,
    상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서,
    3개의 상기 전하 전송단이 상기 광전 변환 소자의 각각에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자로부터 신호 전하의 판독 동작을 제어하기 위한 복수의 판독 게이트를 더 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 상기 광전 변환 소자에 대응하는 3개의 전하 전송단 중 1개의 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 짝수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자에 대한 판독 게이트보다도 1 또는 2전하 전송단만큼 상류 또는 하류로 시프트된 상기 전하 전송단 중 하나에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 판독 게이트 각각은 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 상기 광전 변환 소자 각각에 대응하는 3개의 전하 전송단 중에서 가장 상류의 전하 전송단 또는 가장 하류의 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 짝수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 상기 광전 변환 소자 각각에 대응하는 3개의 전하 전송단 중에서 가장 하류의 전하 전송단 또는 가장 상류의 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 삭제
  9. 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와,
    상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 복수개의 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과,
    상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단을 구성하는 복수의 전송 전극과,
    상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 서로 합류시키는 복수의 가산 채널과,
    상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서,
    상기 광전 변환 소자열 각각은 복수의 광전 변환 소자를 갖고,
    상기 광전 변환 소자행 각각은 복수의 광전 변환 소자를 갖고,
    짝수열의 상기 광전 변환 소자 각각이 홀수열의 상기 복수의 광전 변환 소자로부터 각 광전 변환 소자열 내에서 광전 변환 소자끼리의 피치의 약1/2만큼 열방향으로 시프트하고, 짝수행의 상기 광전 변환 소자 각각이 홀수행의 상기 복수의 광전 변환 소자로부터 각 광전 변환 소자행 내에서 광전 변환 소자끼리의 피치의 약1/2만큼 행방향으로 시프트하며,
    4개의 상기 전하 전송단이 상기 광전 변환 소자의 각각에 형성되어 있으며,
    상기 광전 변환 소자로부터 신호 전하의 판독 동작을 제어하기 위한 복수의 판독 게이트를 더 갖고,
    상기 판독 게이트는 홀수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 상기 광전 변환 소자에 대응하는 4개의 전하 전송단 중 1개의 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖고,
    상기 판독 게이트 각각은 짝수번째의 광전 변환 소자열의 상기 광전 변환 소자의 각각에 대해서 홀수번째의 광전 변환 소자열의 광전 변환 소자에 대한 판독 게이트보다도 1 또는 2전하 전송단만큼 상류 또는 하류로 시프트된 4개의 전하 전송단 중 1개의 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 판독 게이트 영역과, 상기 판독 게이트 영역 상에 설치된 판독 게이트 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 삭제
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 전송 전극 중 가장 하류의 전송 전극과 상기 가산 채널용 전송 전극 간에 형성되고, 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하고, 그 각 교차부가 상기 전하 전송 채널과 함께 1개의 보조 전하 전송단을 구성하는 복수의 보조 전송로 형성부를 갖는 보조 전송 전극과,
    2개의 상기 보조 전하 전송단의 세트 각각에 대하여 상기 보조 전하 전송단에 인접해 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 1개 또는 2개의 드레인 영역과,
    상기 보조 전하 전송단의 각각에 상기 보조 전하 전송단의 보조 전송로 형성부에 인접 배치되고, 각각이 1개의 상기 드레인 영역과 이 드레인 영역에 인접하는 보조 전송로 형성부와의 평면시에서의 갭을 덮는 배출 게이트 전극을 갖는 배출 게이트를 더 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와, 상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 복수개의 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과, 상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단을 구성하는 복수의 전송 전극과, 상기 복수의 전하 전송 채널 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 서로 합류시키는 복수의 가산 채널과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극을 갖는 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서,
    1개의 수직 블랭킹 기간에서, 소정의 광전 변환 소자행 또는 열을 이루는 광전 변환 소자의 각각에 축적된 신호 전하를 판독하여 상기 광전 변환 소자에 인접하는 상기 판독 게이트를 통해서 상기 판독 게이트에 인접하는 상기 전하 전송 채널에 상기 신호 전하를 공급하는 신호 전하 판독 공정과,
    상기 1개의 수직 블랭킹 기간부터 다음의 수직 블랭킹 기간까지의 동안에, 상기 전하 전송 채널에 판독된 상기 신호 전하를 화상 신호로 변환해서 이 화상 신호를 출력하는 화상 데이터 출력 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  13. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에 설정된 감광부와, 상기 감광부 내에 복수행, 복수열로 형성된 복수개의 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자열 각각에 인접하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 감광부를 소정 방향으로 평면시에서 교차하는 전하 전송 채널과, 상기 감광부 상에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 수와 동일한 수의 복수의 전송로 형성부를 갖고, 각각 대응하는 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하며, 그 교차부 각각이 상기 대응하는 전하 전송 채널과 함께 1개의 전하 전송단을 구성하는 복수의 전송 전극과, 상기 복수의 전하 전송 채널의 세트 각각에 대하여 상기 반도체 기판의 표면에 형성되고, 각각이 상기 전하 전송 채널의 세트를 상기 감광부의 외측 영역에서 합류시키는 복수의 가산 채널과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 감광부 외측의 영역에 형성된 가산 채널용 전송 전극으로서, 상기 가산 채널 각각과 평면시에서 교차하고, 상기 교차부 각각이 상기 가산 채널 각각과 함께 1개의 가산용 전하 전송단을 구성하는 가산 채널용 전송 전극과, 상기 전송 전극 중 가장 하류의 전송 전극과 상기 가산 채널용 전송 전극 간에 형성되고, 상기 전하 전송 채널과 평면시에서 교차하고, 그 각 교차부가 상기 전하 전송 채널과 함께 1개의 보조 전하 전송단을 구성하는 복수의 보조 전송로 형성부를 갖는 보조 전송 전극과, 2개의 상기 보조 전하 전송단의 세트 각각에 대하여 상기 보조 전하 전송단에 인접해 반도체 기판의 표면에 형성된 1개 또는 2개의 드레인 영역과, 상기 보조 전하 전송단 각각에 상기 보조 전하 전송단의 상기 보조 전송로 형성부에 인접 배치되고, 각각이 1개의 상기 드레인 영역과 이 드레인 영역에 인접하는 보조 전송로 형성부와의 평면시에서의 갭을 덮는 배출 게이트 전극을 구비하는 배출 게이트를 갖는 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서,
    1개의 수직 블랭킹 기간에서, 소정의 광전 변환 소자행 또는 열을 이루는 광전 변환 소자의 각각에 축적된 신호 전하를 판독하여 상기 광전 변환 소자에 인접하는 상기 판독 게이트를 통해서 상기 판독 게이트에 인접하는 상기 전하 전송 채널에 상기 신호 전하를 공급하는 신호 전하 판독 공정과,
    상기 1개의 수직 블랭킹 기간부터 다음의 수직 블랭킹 기간까지의 동안에, 상기 전하 전송 채널에 판독된 신호 전하를 화상 신호로 변환해 출력하는 화상 신호 출력 공정을 가지며,
    상기 화상 신호 출력 공정은 잡음 신호 전하가 대응하는 상기 전하 전송 채널을 통해 전송되고 있는 동안은 상기 보조 전하 전송단에 인접하는 상기 배출 게이트를 개방으로 하고, 신호 전하가 대응하는 상기 전하 전송 채널을 통해 전송되고 있는 동안은 상기 보조 전하 전송단에 인접하는 상기 배출 게이트를 폐쇄로 하는 잡음 삭감 보조 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
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