KR20070044771A

KR20070044771A - 고체 촬상 소자 및 이것을 구비한 카메라

Info

Publication number: KR20070044771A
Application number: KR1020060099626A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 가토; 가즈야 요네모토; 츠요시 하스카
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2007-04-30
Also published as: US20070091189A1; CN1956206A; JP2007124046A; US7719594B2; TW200717787A; JP4731278B2

Abstract

본 발명은 수평 방향에서의 화소 혼합을 행하는 고체 촬상 소자에 있어서 OB 클램프 미스를 방지함으로써, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자와 이것을 구비한 카메라를 실현한다. 수평 전송부(4)에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극(V3-1, V3-2, V3-3, V5-1, V5-2, V5-3)이 설치되고, OB 영역과 수평 전송부(4)와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극(V3-1, V5-1)이 설치되어 있다. 또한, 상기 수직 최종단에서, OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역의 전체, 또는, 유효 화소 영역에 가장 가까운 열에서 V3-1, V5-1의 배선을 위해 형성된 개구부를 제외한 영역이 차광막으로 덮여있다.

Description

고체 촬상 소자 및 이것을 구비한 카메라{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND CAMERA PROVIDED WITH THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 모식도.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서 혼합되는 화소의 조합을 나타내는 설명도.

도 3은 수직 최종단에 있어서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면.

도 4는 수직 최종단에 있어서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면.

도 5는 수직 최종단에 있어서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면.

도 6은 도 3에 나타낸 A-A선에 있어서의 단면도.

도 7은 수직 최종단에 있어서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면.

도 8은 수직 최종단에 있어서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면.

도 9는 도 7에 나타낸 B-B선에 있어서의 단면도.

도 10은 수평 방향에 있어서 신호 전하가 혼합되는 화소의 조합을 나타내는 설명도.

도 11∼도 20은 본 발명의 일 실시형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서의 화소 혼합의 순서를 설명하는 모식도.

도 21은 도 11∼도 20에 나타낸 화소 혼합을 실현하기 위한 구동 신호를 나타내는 타이밍도.

도 22∼도 31은 본 발명의 일 실시형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서의 화소 혼합의 순서를 설명하는 모식도.

도 32는 본 발명의 일 실시형태에 관한 카메라의 개략 구성을 나타내는 블럭도.

도 33은 종래의 고체 촬상 소자의 구조를 나타내는 단면도.

본 발명은 받은 광을 상기 신호로 변환하고, 영상 신호로서 출력하는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.

종래, 받은 광을 상기 신호로 변환하고, 영상 신호로서 출력하는 고체 촬상 소자가 알려져 있다. 또, 이 고체 촬상 소자로부터 얻은 영상 신호에 기초하여 화상을 표시하는 디지털 카메라가 알려져 있다. 근래에는, 이러한 고체 촬상 소자를 이용한 카메라는 화질 및 기능의 향상이 더욱 요망되며, 화소의 고밀도화가 진행되고 있다.

이러한 고체 촬상 소자에 있어서, 예를 들면 동영상 표시를 실현하기 위해, 영상 신호의 출력 속도를 향상시키는 것을 목적으로 하여, 신호 전하를 판독하는 화소를 줄임으로써 출력 영상 신호 중의 화소수를 줄이는 구동 방법이 종래부터 제안되고 있다.

예를 들면, 일본국 특허공개 2004-180284호 공보 및 일본국 특허공개 2005-166826호 공보에는, 수직 전송부에 있어서의 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 최종 전송단(배분 전송부)이, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖고, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에, 해당 수직 최종단으로부터 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에 있어서의 다른 열과는 독립해 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 전송 전극이 설치된 구성이 개시되어 있다. 이 구성에 의하면, 수직 전송단으로부터 수평 전송부로의 전송과 수평 전송부에 의한 수평 방향으로의 전송을 조합함으로써, 화소 출력의 나열변환이나 혼합이 임의로 가능하게 되고, 영상 신호의 출력 속도를 향상시킬 수 있다.

도 33은, 상기의 일본국 특허공개 2005-166826호 공보에 개시된 배분 전송부의 구조를 나타내는 단면도이다. 배분 전송부는 제1층째의 폴리실리콘(도시하지 않음) 및 제2층째의 폴리실리콘(260)이 적층되어 이루어지는 2층 구조를 갖는 구동 전극과 수직 전송부(도시하지 않음)의 차광의 역할도 겸하는 알루미늄층인 제1 배 선(270)과, 텅스텐으로 형성되고, 차광막도 겸하는 제2 배선(280)과, 제1 배선(270)과 제2층째의 폴리실리콘(260)을 전기적으로 접속하는 콘택트 플러그(290)를 갖는다.

그러나, 도 33에 나타내는 구성에서는, OB 영역 바로 아래의 영역(유효 화소 영역의 좌우에 설치된 OB 영역과, 수평 전송부와의 사이의 영역)에 있어서, 플러그(290)와 제2 배선(280)과의 공간으로부터 광이 샘으로써, OB 클램프 미스가 생기는 일이 있다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해, 수평 방향에서의 화소 혼합을 행하는 고체 촬상 소자에 있어서 OB 클램프 미스를 방지함으로써, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자와 이것을 구비한 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제1 고체 촬상 소자는, 2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각열에 대응하여 설치된 수직 전송부와, 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며, 상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최 종단에서, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역의 전체가 차광막으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 제2 고체 촬상 소자는, 2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각 열에 대응하여 설치된 수직 전송부와, 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며, 상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에서, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 공통 전송 전극의 양단부에, 구동 신호를 인가하는 배선이 접속되고, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역 이, 유효 화소 영역에 가장 가까운 열에 형성된 개구부를 제외하고, 차광막으로 덮여 있으며, 상기 개구부를 통해, 상기 공통 전송 전극의 양단부의 한쪽과 상기 배선이 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 카메라는 상기 제1 또는 제2 고체 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 수평 방향에서의 화소 혼합을 행하는 고체 촬상 소자에서 OB 클램프 미스를 방지함으로써, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자와 이것을 구비한 카메라를 제공할 수 있다.

(실시형태)

본 발명에 관한 제1 고체 촬상 소자는, 2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각 열에 대응하여 설치된 수직 전송부와, 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며, 상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에서, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과, 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역의 전체가 차광막으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에서, 「OB 영역을 포함하는 영역」이란, 적어도 OB 영역을 포함하고 있으면 되고, OB 영역 이외에 그 근방의 유효 화소 영역을 포함하고 있어도 되는 것을 의미한다. 이 구성에 의하면, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역의 전체가 차광막으로 완전하게 덮여 있음으로써, OB 클램프 미스가 방지된다. 이로 인해, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 제2 고체 촬상 소자는, 2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각 열에 대응하여 설치된 수직 전송부와 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며, 상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에서, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역 을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 공통 전송 전극의 양단부에, 구동 신호를 인가하는 배선이 접속되고, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역이, 유효 화소 영역에 가장 가까운 열에 형성된 개구부를 제외하고, 차광막으로 덮여 있으며, 상기 개구부를 통해, 상기 공통 전송 전극의 양단부의 한쪽과 상기 배선이 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에서도, 「OB 영역을 포함하는 영역」이란, 적어도 OB 영역을 포함하고 있으면 되고, OB 영역 이외에 그 근방의 유효 화소 영역을 포함하고 있어도 되는 것을 의미한다. 이 구성에 의하면, 상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며, 상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역이, 유효 화소 영역에 가장 가까운 열에 형성된 개구부를 제외하고, 차광막으로 거의 완전하게 덮여 있음으로써, OB 클램프 미스가 방지된다. 이로 인해, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다. 또한 이 구성에 의하면, 공통 전송 전극의 양단부에, 구동 신호를 인가하는 배선이 접속되어 있음으로써, 구동 신호의 파형 무뎌짐이 방지된다는 이점도 있다.

또, 상기 제2 고체 촬상 소자에서, 상기 공통 전송 전극의 일단부에 접속된 배선이, 수평 전송부의 상층에 걸쳐 연장하여 설치되어 있는 것이 바람직하다. 독립 전송 전극의 배선은 수평 전송부의 상층에 걸쳐 연장하여 설치되므로, 이것과 마찬가지로 배선을 패터닝할 수 있고, 제조공정을 간략화할 수 있기 때문이다.

상기 제 1 또는 제2 고체 촬상 소자에서, 상기 공통 전송 전극에 인가되는 구동 신호가, 상기 유효 화소 영역에서의 어느 하나의 전송 전극에 인가되는 구동 신호와 공통인 것이 바람직하다. OB 영역의 상기 수직 최종단이 상기 공통 전송 전극이 되는 것으로, 유효 영역과 OB 영역의 경계 부분에서 혼합시키는 화소가 변화하고, 혼합 화소수가 불균일해지기 때문에, 암(暗)신호도 증가하는 일이 있지만, 이러한 구성이면 암신호의 증가를 최저한으로 할 수 있는 이점이 있다. 또, 구동 펄스의 종류와 단자수를 삭감할 수 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 모식도이며, 특히, 전송 전극의 구조를 나타낸 것이다. 도 2는, 본 실시형태의 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 모식도이며, 특히, 화소와 전송단과의 관계를 나타낸 것이다.

본 실시형태의 고체 촬상 소자(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 화소에 대응하여 이차원형상으로 배열된 광전 변환부(2)와, 수직 전송부(3)와, 수평 전송부(4)를 구비하고 있다. 수직 전송부(3) 및 수평 전송부(4)의 각각은 CCD에 의해 구성된다. 광전 변환부(2)로서는, 포토다이오드가 이용된다. 광전 변환부(2)의 각각에는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 컬러 필터가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 수직·수평 방향 모두 2화소 간격으로 RGB의 각각의 필터가 주기적으로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수직 방향 2화소×수 평 방향 2화소의 합계 4화소를 단위로 하면, 좌측하단의 화소가 R, 우측하단 및 좌측상단의 화소가 G, 우측상단의 화소가 B가 되도록, 컬러 필터가 배치되어 있다. 또한, 수직 전송부(3) 및 수평 전송부(4)의 전송 전극에, 도시하지 않는 제어부로부터 제어 신호가 보내짐으로써, 고체 촬상 소자(1)의 동작이 제어된다. 상기의 제어부는 고체 촬상 소자(1)의 외부에 설치되어 있고, 신호선에 의해 고체 촬상 소자(1)에 접속되어 있다. 또는, 고체 촬상 소자(1)와 일체적으로 형성되어 있어도 된다.

본 실시형태의 고체 촬상 소자(1)에서는, 수직 전송부(3)는 수직 방향에서의 광전 변환부(2)의 3행분(즉 수직 방향 3화소분)을, 1개의 전송단(「수직 전송단」이라고 한다.)으로 한다. 고체 촬상 소자(1)는 수직 전송부(3) 내에서 수직 방향에서 1화소(1행) 간격의 3화소의 신호 전하를 가산하도록 구성되어 있다. 수직 전송부(3) 내에서, 수직 방향에서 1행 간격의 3화소 분의 신호 전하를 혼합하는 방법은 예를 들면, 이하의 (1)∼(3)의 순서에 의해서 실현할 수 있다.

(1)우선, 수직 방향으로 2행 간격의 1/3화소의 신호 전하를 수직 전송부(3)에 판독하고, 2화소분 수직 전송한다.

(2)다음에, 전회(前回) 판독한 화소로부터 순방향(수직 전송 방향)으로 2행째의 화소의 신호 전하를 수직 전송부(3)에 판독하고, 전회(前回) 판독한 화소와 혼합하여, 2행분 수직 전송한다.

(3)또한, 나머지 화소의 신호 전하를 수직 전송부(3)에 판독한다.

이상의 (1)∼(3)의 순서에 의해, 1행 간격의 3화소의 신호 전하를 혼합할 수 있다. 이로 인해, 고체 촬상 소자(1)에서는, 수직 방향의 화소수가 1/3로 삭감된다.

또, 고체 촬상 소자(1)의 유효 화소 영역에 위치하는 수직 전송부(3)는 수평 방향에서, 3열 단위로 동일한 구조를 가지도록 구성되어 있다. 본 실시형태의 각 도면에서는, 수평 전송부(4)의 신호 전하는 도면 중 좌측으로 출력되는 것으로 하고, 이 3열단위의 수직 전송부(3)의 각각을, 수평 전송부(4)의 출력측에 가까운 쪽에서 순서대로, 제1열, 제2열, 제3열이라고 칭한다(도면 중에서는 1열, 2열, 3열이라고 표기했다.) 또, 수직 전송부(3)에서, 수평 전송부(4)에 가장 가까운 전송단을, 이하, 수직 최종단이라고 한다.

여기서, 도 1을 참조하여, 고체 촬상 소자(1)의 전극구조에 대해 설명한다. 또한, 도 1에서는, 수직 최종단과 그 바로 윗쪽의 1단의 수직 전송단에서, 수평 전송부(4)의 출력측과 반대측(유효 화소 영역의 우측)의 단부만을 도시했다. 또한, 도 1에서는 도시를 간략화하기 위해, 수평 전송부(4)의 출력측과 반대측의 OB 영역에서, 4비트분만의 전극구조를 도시했지만, 실제의 고체 촬상 소자에서는, 수평 전송부(4)의 출력측과 반대 측에서, 일반적으로 40∼50비트분의 OB 영역이 확보되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 소자(1)에서는, 수직 전송부(3)의 수직 전송단의 각각은, V1∼V6의 6상의 전송 전극(공통 전극)으로 구성되어 있다. 단, 수직 최종단만은 다른 수직 전송단과 전극구조가 다르다. 또한, 수직 최종단은 유효 화소 영역 바로 아래의 영역(유효 화소 영역과 수평 전송부(4)와의 사이의 영역)과 OB 영역 바로 아래의 영역(OB 영역과 수평 전송부(4)와의 사이의 영역)에서, 전극구조가 서로 다르다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단의 제1상, 제2상, 제4상, 제6상은, 다른 수직 전송단의 전송 전극(V1, V2, V4, V6)과 공통의 전극에 의해 구성되어 있다. 수직 최종단에서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역에서는, 제1열의 제3상의 전송 전극이, 다른 수직 전송단의 제3상의 전송 전극(V3)으로부터 독립한 독립 전극(V3-1)에 의해 구성되고, 제1열의 제5상의 전송 전극이, 다른 수직 전송단의 제5상의 전송 전극(V5)으로부터 독립한 독립 전극(V5-1)에 의해 구성되어 있다. 마찬가지로 제2열의 제3상의 전송 전극이 독립 전극(V3-2)에 의해 구성되고, 제2열의 제5상의 전송 전극이 독립 전극(V5-2)에 의해 구성되어 있다. 또한 제3열의 제3상의 전송 전극이 독립 전극(V3-3)에 의해 구성되고, 제3열의 제5상의 전송 전극이 독립 전극(V5-3)에 의해 구성되어 있다.

한편, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역에서는, 제3상 및 제5상의 전송 전극도, 제1상, 제2상, 제4상, 제6상의 전극과 마찬가지로, 각 열 공통되어 연속적으로 형성되어 있다. 도 1의 예에서는, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역에서는, 제3상 및 제5상의 전송 전극은, 상술한 독립 전극(V3-1, V5-1)과 공통의 전극으로서 형성되어 있다.

도 3∼도 5는, 수직 최종단에서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면이다. 도 3은, 알루미늄 배선 레이아웃을 나타내는 도면이며, 도 4는, 도 3에 나타낸 구성으로부터 상기 알루미늄 배선을 없앤 상태를 나타내는 도면, 도 5는, 도 4에 나타낸 구성으로부터 차광막을 없앤 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3∼도 5에서, 도면 중 상방에 수평 전송부(4)가 위치하고 있다. 또, 도 6은, 도 3에 나타낸 A-A선에서의 단면도이다.

도 3∼도 6으로부터 알 수 있듯이, 고체 촬상 소자(1)의 수직 최종단에서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역에서의 제5상의 전극(V5-1, V5-2, V5-3)은 섬형상으로 패터닝된 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)(특히 도 5 및 도 6 참조)에 의해, 독립 전극으로서 형성되어 있다. 또한 고체 촬상 소자(1)의 수직 최종단에서의 유효 화소 영역 바로 아래의 영역에서의 제3상의 전극도, 이 제5상의 전극과 마찬가지로 섬형상으로 형성되어 있다. 또한 제1상의 전극도 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)에 의해 형성되어 있다. 또한 제2상, 제4상, 제6상의 전극은, 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)와는 다른 층에 패터닝된 제1층의 폴리실리콘 게이트(180)(도 5 참조)에 의해서 형성되어 있다. 또한 제2상, 제4상, 제6상의 전극을 형성하는 제1층의 폴리실리콘 게이트(180)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 열에 공통되어 연속적으로 형성되어 있다.

제2층의 폴리실리콘 게이트(160)의 상층에는, 층간절연막(161)을 통해, 텅스텐 차광막(162)이 설치되어 있다. 층간절연막(161)의 한층 더 상층에는, 알루미늄 배선(164)이 패터닝되어 있다. 배선(164)의 상층은 보호막(165)으로 덮여 있다. 또, 차광막(162)에는 개구부(162a)가 설치되고, 이 개구부(162a)와 층간절연막(161)을 관통하는 콘택트 플러그(163)에 의해서, 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)와 알루미늄 배선(164)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한 제2층의 폴리실리콘 게 이트(160)는 실리콘 기판(167) 상에 형성된 게이트 절연막(166)의 표면에 형성되어 있고, 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)의 하방의 실리콘 기판(167) 내에, 수직 전송로(168)가 형성되고 있다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단에서의 제5상의 독립 전극(V5-1, V5-2, V5-3)에 콘택트 플러그(163)에 의해 접속된 알루미늄 배선(164)은, 신호 전하의 수직 전송 방향을 향해 연장하여 설치되고, 수평 전송부(4) 상을 지나도록 배선되어 있다(도 1 참조). 한편, 수직 최종단에서의 제3상의 독립 전극(V3-2, V3-3)에 콘택트 플러그(163)에 의해 접속된 알루미늄 배선(164)은 신호 전하의 수직 전송 방향과는 역방향을 향해 연장하여 설치되고, 차광막을 겸하는 텅스텐 배선(170)에, 콘택트 플러그(171)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다. 또, 독립 전극(V3-1)에 콘택트 플러그(163)에 의해 접속된 알루미늄 배선(164)은 이것과 동일한 층에 형성된 알루미늄 배선(172)에 접속되어 있다.

도 7∼도 9는 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 전극 및 배선의 레이아웃을 나타내는 도면이다. 도 7은, 알루미늄 배선 레이아웃을 나타내는 도면이며, 도 8은, 도 7에 나타낸 구성에서 상기 알루미늄 배선을 없앤 상태를 나타내는 도면이다. 또한 도 7 및 도 8에서, 도면 중 상방에 수평 전송부(4)가 위치하고 있다. 또, 도 9는, 도 7에 나타낸 B-B선에서의 단면도이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역에서는 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)는 각 열 공통의 공통 전극으로서 연속적으로 형성되어 있다. 그리고, 도 7∼도 9에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역에서는, 유효 화소 영역측의 최단부의 열에 2개소 설치된 개구부(162a)를 제외하고, 전면에 텅스텐 차광막(162)이 형성되어 있다. 이 개구부(162a)는 알루미늄 배선(164)과 각 열에 공통으로 형성된 전극(V3-1, V5-1)으로서의 제2층의 폴리실리콘 게이트(160)을 전기적으로 각각 접속하는 콘택트 플러그(163)를 관통시키기 위해 설치된 것이다. 이와 같이, 고체 촬상 소자(1)에서는, 텅스텐 차광막(162)에 의해, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 거의 전면을 차광할 수 있으므로, 클램프 미스가 방지된다.

또한, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 공통 전극(V3-1, V5-1)에 대해서는, 도 1 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 이러한 공통 전극의 양단부에 대하여, 구동 펄스를 인가하는 배선이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 공통 전극의 양단으로부터 구동 펄스를 인가함으로써, 구동 파형의 무뎌짐이 개선되기 때문이다. 그러나, 도 7에 나타낸 알루미늄 배선(164), 개구부(162a) 및 콘택트 플러그(163)는 필수가 아니고, 구동 파형의 무뎌짐이 문제가 되지 않는 경우는, 생략할 수 있다. 이 경우, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 전면이, 개구부 없이, 텅스텐 차광막(162)에 의해서 덮이므로, OB 영역을 완전하게 차광할 수 있고, 클램프 미스를 보다 확실히 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 고체 촬상 소자(1)에서의 수평 방향의 화소 혼합 동작의 일례에 대해 설명한다.

고체 촬상 소자(1)는 제어부(도시하지 않음)가 수직 전송부(3) 및 수평 전송부(4)의 전송 동작을 제어함으로써, 수평 방향에서의 1열 간격의 3화소의 신호 전 하를 혼합하고, 수평 방향의 화소수를 1/3로 삭감한다. 즉, 고체 촬상 소자(1)에서는, 상술과 같이 수직 방향의 화소수가 1/3로 삭감됨과 동시에, 수평 방향의 화소수가 1/3로 삭감됨으로써, 전체의 화소수는 1/9로 삭감되게 된다.

도 10에, 수평 방향에서 신호 전하를 혼합하는 화소의 조합을 나타낸다. 또한, 혼합되는 화소의 조합을 이하, 혼합 화소군이라 칭한다. 도 10에서, 예를 들면 RXy와 같이 나타낸 기호는, R, G, B가 해당 화소의 필터의 색을 나타내고, x가 해당 화소의 수직 위치(수평 전송부(4)에 가까운 쪽에서부터 제1단, 제2단,···으로 한다), y가 혼합 화소군에서의 해당 화소의 위치(수평 전송부(4)의 출력 측에 가까운 쪽에서부터 제1회째, 제2회째,···로 한다)를 각각 나타내는 것으로 한다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 소자(1)는 예를 들면, G11, G12, G13과 같이 1화소 간격으로 3개씩의 초록의 화소를, 제1 혼합 화소군으로 한다. 또한 이 제1 혼합 화소군에 의해서 생성되는 혼합 화소의 중심과 등간격이 되도록, 파랑의 화소에 의한 혼합 화소군이 결정되어 있다. 즉, 제1 혼합 화소군의 G12와 G13과의 사이의 B11과, 이 G13 근처의 혼합 화소군의 G11과의 사이의 화소인 B12와, 근처의 혼합 화소군의 G11과 G12와의 사이의 화소인 B13과의 3개의 화소를, 제2 혼합 화소군으로 한다. 이와 같이, 수평 방향에서 교대로 배치된 2색의 화소를, 1화소간격으로 3개씩 조합하여 혼합함으로써, 혼합 후의 각 색의 화소 중심이 등간격이 되므로, 무아레(Moire)나 위신호가 생기지 않는다. 또한, 도 10에서 a로 나타낸 3행분, b로 나타낸 3행분이 수직 방향에서 각각 혼합된다.

다음에, 도 10에 나타내는 조합으로 화소 혼합을 행하기 위한 고체 촬상 소자(1)의 구동순서에 관해서, 도 11∼도 20을 참조하면서 설명한다. 또한 도 11∼도 20에서, 유효 화소 영역의 각 화소에 대해 예를 들면 Rxy와 같이 나타낸 기호는, R, G, B가 해당 화소의 필터의 색을 나타내고, x가 해당 화소의 수직위치(수평 전송부(4)에 가까운 쪽에서부터 제1단, 제2단,···으로 한다), y가 혼합 화소군에서의 해당 화소의 위치(수평 전송부(4)의 출력측에 가까운 쪽에서부터 제1회째, 제2회째 ,···로 한다)를 각각 나타내는 것으로 한다. 또, OB 영역의 화소에서는, 수평 방향으로의 혼합이 이루어지지 않기 때문에, 예를 들면 RxO의 기호로 나타냈다. 여기서, R, G, B는 해당 화소의 필터의 색을 나타내며, x가 해당 화소의 수직위치(수평 전송부(4)에 가까운 쪽에서부터 제1단, 제2단,···으로 한다)를 나타낸다. 말미의 O는 OB 영역의 화소인 것을 나타내고 있다. 또, 도 11∼도 20 및 후술하는 도 22∼도 31에서, 각 열의 상부에 나타낸 숫자는, 유효 화소 영역에 대해서는 각각의 열이 제1열∼제3열의 어느 하나에 해당하는지를 나타내며, OB 영역에 대해서는 각각의 열과 동시에 구동되는 유효 화소 영역의 열의 번호(제1열 또는 제3열)를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 3열 단위로 구성된 수직 전송부(3)의 수직 최종단의 각 열은, 동일한 열의 다른 수직 전송단 및 다른 열의 수직 최종단의 어느 것과도 별개로 독립하여 전송을 행할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들면, 제1열 및 제3열의 수직 최종단에 신호 전하를 보관 유지한 채로, 제2열의 수직 최종단의 신호 전하만을 수평 전송부(4)에 전송할 수 있다. 또, 제1열 및 제2열의 수직 최종단에 신호 전하를 보관 유지한 채로, 제3열의 수직 최종단의 신호 전하만을 수평 전송부(4)에 전송할 수 있다.

도 11에 나타내는 상태는, 광전 변환부(2)로부터 신호 전하가 판독되고, 수직 전송부(3)에서 수직 방향의 화소수가 1/3로 삭감된 상태, 즉, 각 수직 전송단에서, 혼합된 3화소 분의 신호 전하가 보관 유지되어 있는 상태를 나타낸다.

여기서, 수직 최종단에서 제2열(V3-2, V5-2)만을 구동함으로써, 도 12에 나타내는 바와 같이, 제2열의 수직 최종단의 신호 전하만이, 수평 전송부(4)에 전송된 상태가 된다.

다음에, 수평 전송부(4)의 신호 전하를, 순방향으로 2화소분만큼 전송한 후, 수직 최종단에서 제3열(V3-3, V5-3)만을 구동함으로써, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제3열의 수직 최종단의 신호 전하만이 수평 전송부(4)에 전송된다. 이로 인해, 도 13에 나타내는 바와 같이, G12와 G13 및 B12와 B13의 2화소씩의 신호 전하가 수평 전송부(4) 내에서 각각 혼합하게 된다.

그리고, 또한 수평 전송부(4)의 신호 전하를 순방향으로 2화소분만큼 전송 한 후, 수직 최종단에서 제1열(V3-1, V5-1)을 구동함으로써, 수직 최종단에 남아 있던 G11 및 B11의 신호 전하가 수평 전송부(4)에 전송된다. 이 때, OB 영역 바로 아래의 영역에서의 수직 최종단의 공통 전극(V3-1, V5-1)도 동시에 구동되므로, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 신호 전하(B1O, G1O)가 모두 수평 전송부(4)에 전송된다.

이로 인해, 도 14에 나타내는 바와 같이, 유효 화소 영역으로부터 전송된 G11과 G12와 G13의 3화소의 신호 전하 및 B11과 B12와 B13의 신호 전하가, 수평 전송부(4) 내에서 각각 혼합된다. 이와 같이, 동일한 단에서의 2색의 화소가 1화소 간격으로 3화소씩의 조합으로 각각 혼합되고, 수평 방향에서의 화소수가 1/3로 삭감되게 된다. 또, 도 14에서 알 수 있듯이, 녹색의 혼합 화소와 청색의 혼합 화소는 등간격으로 출력되므로, 무아레(moire)나 위신호(aliasing)가 생기지 않는다.

이 후, 상기와 같이, 제2열의 구동, 제3열의 구동, 제1열의 구동을 2사이클 더 반복함으로써, 도 15∼도 20에 나타내는 바와 같이, 3행분(도 10에서 a로 나타낸 행)의 신호 전하의 수평 전송부(4)로의 전송이 완료한다.

도 20에 나타내는 바와 같이 수평 전송부(4)에 전송된 신호 전하는, 수평 전송부(4)로부터 차례차례 출력된다. 수평 전송부(4)로부터 출력되는 화상 신호는, 화소가 1차원에 배치된 것이므로, 이 신호를 원래의 2차원 배열로 되돌리기 위해, 고체 촬상 소자(1)의 외부의 화상 처리 장치에서, 수평 전송부(4)로부터의 출력 신호를 2차원적으로 재배치하는 처리가 행해진다.

또한, 도 20에 나타내는 바와 같이 수평 전송부(4)에 전송된 신호 전하는, 유효 화소 영역과 OB 영역에서는 수평 혼합의 양식이 다른 결과, 그 경계부에서 혼합 화소수의 불균형이 생기고 있다. 1단분의 신호는 수직 방향으로 3화소 혼합된 것이므로, 최대로 12화소 혼합으로 이루어져 있다.

또한 도 11∼도 20에 나타낸 화소 혼합 순서를 실현하기 위한 구동 타이밍도는, 도 21에 나타내는 바와 같다. 도 21에서, 각 전극에게 부여되는 구동 펄스가 고레벨의 경우에, 해당 전극은 스토리지부가 되고, 구동 펄스가 저레벨의 경우에, 해당 전극은 배리어부가 된다.

이상, 도 11∼도 15를 참조하여, 고체 촬상 소자(1)의 구동 방법의 일례에 대해 설명했지만, 고체 촬상 소자(1)의 구동 방법은 이 예만에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 11∼도 15에 나타낸 예는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 공통 전극이, 유효 화소 영역 바로 아래의 수직 최종단에서의 독립 전극(V3-1, V5-1)과 동일한 배선에 접속된 구성을 전제로 하고 있다. 그러나, 고체 촬상 소자(1)의 구성은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 공통 전극을, 유효 화소 영역 바로 아래의 수직 최종단 독립 전극(V3-3, V5-3)과 동일한 배선에 접속해도 좋다. 그 경우, 고체 촬상 소자(1)에서의 수평 방향의 화소 혼합의 순서는, 도 22∼도 31에 나타내는 바와 같다.

또한 도 31에 나타내는 바와 같이 수평 전송부(4)에 전송된 신호 전하는, 도 20에서 나타낸 신호 전하와 마찬가지로 유효 화소 영역과 OB 영역의 경계부에서 혼합 화소수의 불균형을 갖고 있으며, 최대로 15화소 혼합으로 이루어져 있다.

또한, 상기의 실시형태에서는, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 공통 전극을, 유효 화소 영역 바로 아래의 수직 최종단에서의 독립 전극(V3-1 및 V5-1, 또는 V3-3, V5-3)과 동일한 배선에 접속하는 것으로 했다. 그러나, 이 이외에, 수직 최종단에서의 OB 영역 바로 아래의 영역의 공통 전극을, 유효 화소 영역의 공통 전극(V3, V5)과 동일한 배선에 접속한 구성으로 해도 된다. 이 구성에 의하면, 구동 펄스의 종류 및 전극 단자수를 삭감할 수 있으므로, 고체 촬상 소 자(1)의 구성이 간략화된다는 이점이 있다. 또, 독립 전극(V3-1 및 V5-1)도 동시에 유효 화소 영역의 공통 전극(V3, V5)과 동일한 배선으로 해도 좋고, 이 때에는 상기 고체 촬상 소자(1)의 구성 간략화뿐만 아니라, 최대 혼합 화소수를 12화소로 할 수 있으므로, 혼합 화소수의 불균형에 의한 암신호의 증가를 최저한으로 억제할 수 있는 이점도 있다.

이상, 본 발명에 관한 일 실시형태로서의 고체 촬상 소자에 대해 설명했지만, 상술한 설명에 관한 고체 촬상 소자(1)는 어디까지나 하나의 구체예에 지나지 않는다. 예를 들면, 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같은 필터 배열의 고체 촬상 소자로 한정되는 것이 아니며, 다른 배열에도 적용 가능하다. 또한 컬러 필터를 이용하지 않는 흑백 화상의 고체 촬상 소자에도 적용할 수 있다.

또, 상술에서는, m=3의 예를 설명했지만, m=3에 한정하지 않고, 최종 전송단에서 각 열의 전송 전극을 독립적으로 구동함으로써 수평 방향의 화소 혼합을 행하는 구성에 대해서는, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에서 설명한 고체 촬상 소자를 디지털 카메라에 적용하면, 고체 촬상 소자로부터 고속으로 데이터가 출력되므로, 고속 동작이 가능하고, 또한, 화질이 뛰어난 디지털 카메라를 실현할 수 있다. 본 발명의 고속 동작과 통상의 전체 화소 판독 동작을 전환하여 사용할 수 있기 때문에, 동영상(고속 동작) 모드와 정지화상(전체 화소 판독 동작) 모드를 겸비한 디지털 카메라를 실현할 수 있다.

도 32에, 본 발명에 관한 디지털 카메라의 구성예를 나타낸다. 본 디지털 카메라는 피사체로부터의 입사광을 고체 촬상 소자(1)의 촬상면에 결상하기 위한 렌즈 등을 포함하는 광학계(31)와, 고체 촬상 소자(1)의 구동을 제어하는 제어부(32)와, 고체 촬상 소자(1)로부터의 출력신호에 대하여 여러 가지 신호 처리를 실시하는 화상 처리부(33)를 구비하고 있다. 이 구성에 의하면, 고체 촬상 소자(1)에서의 OB 클램프 미스가 방지됨으로써, 양질의 영상 신호를 고속으로 출력할 수 있는 디지털 카메라를 실현할 수 있다.

본 발명은 수평 방향에서의 화소 혼합을 행하는 고체 촬상 소자에서 OB 클램프 미스를 방지함으로써, 양질의 화상을 고속으로 출력할 수 있는 고체 촬상 소자와 이것을 구비한 카메라로서 이용할 수 있다.

Claims

2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각 열에 대응하여 설치된 수직 전송부와,

상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며,

상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에서, 상기 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 상기 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고,

상기 수직 최종단이, 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며,

상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역의 전체가 차광막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
청구항 1에 있어서, 상기 공통 전송 전극에 인가되는 구동 신호가 상기 유효 화소 영역에서의 어느 하나의 전송 전극에 인가되는 구동 신호와 공통인 것을 특징 으로 하는 고체 촬상 소자.
2차원 배열의 화소로부터 판독한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해 상기 화소의 각 열에 대응해서 설치된 수직 전송부와,

상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 가지며,

상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이, 유효 화소 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, m(m은 2 이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는 동시에, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 또는 모든 열의 수직 최종단에서, 상기 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 상기 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 위해, 상기 다른 열과는 독립한 독립 전송 전극이 설치되고,

상기 수직 최종단이 유효 화소 영역의 수평 방향 양측의 적어도 한쪽에 설치된 OB 영역을 포함하는 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역에서는, 모든 열에서 공통된 공통 전송 전극을 가지며,

상기 공통 전송 전극의 양단부에, 구동 신호를 인가하는 배선이 접속되고,

상기 수직 최종단에서, 상기 OB 영역과 수평 전송부와의 사이의 영역이, 유효 화소 영역에 가장 가까운 열에 형성된 개구부를 제외하고, 차광막으로 덮여 있으며,

상기 개구부를 통해, 상기 공통 전송 전극의 양단부의 한쪽과 상기 배선이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 공통 전송 전극의 양단부의 한쪽에 접속된 배선이 수평 전송부의 상층에 걸쳐 연장하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 공통 전송 전극에 인가되는 구동 신호가, 상기 유효 화소 영역에서의 어느 하나의 전송 전극에 인가되는 구동 신호와 공통인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
청구항 1에 기재된 고체 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 카메라.
청구항 2에 기재된 고체 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 카메라.