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発明の名称 固体撮像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−111024(P2001−111024A)
公開日 平成13年4月20日(2001.4.20)
出願番号 特願平11−287332
出願日 平成11年10月7日(1999.10.7)
代理人 【識別番号】100091340
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敬四郎 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4M118
5C024
【Fターム(参考)】
4M118 AA05 AA10 AB01 BA12 CA08 CA19 CA20 DA18 DA20 DB06 DB08 FA02 FA06 FA13 FA38 GB03 GC08 GC09 GC14 GD04 
5C024 AA01 CA05 FA01 FA12 GA01 GA15 GA44 GA51 JA04 JA25
発明者 益金 和行 / 川尻 和廣
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体基板の一表面に設定された感光部と、前記半導体基板の一表面における前記感光部の外側の領域に形成された出力転送路と、前記感光部を一定の方向DV に沿って横断して前記出力転送路に達する複数本の電荷転送チャネルと、前記感光部上に形成され、前記方向DV と平面視上交差する方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を横断する複数本の画素用透明転送電極であって、前記方向DV に沿って一定のピッチで配列され、前記複数本の電荷転送チャネルとの平面視上の交差部全ての中から前記方向DV およびDH のいずれについても1つおきに選択された交差部の各々において、前記電荷転送チャネルと共に画素用光電変換素子を構成する複数本の画素用透明転送電極と、前記画素用光電変換素子それぞれの上にのみ開口部を有する光遮蔽膜とを具備した固体撮像装置。
【請求項2】 前記複数本の電荷転送チャネルのうちの奇数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用透明転送電極とによって構成される前記画素用光電変換素子の各々と、偶数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用透明転送電極とによって構成される前記画素用光電変換素子の各々とが、前記方向DV に前記ピッチの約1/2ずれている請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項3】 さらに、前記感光部上に形成され、前記方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を平面視上横断する複数本の転送専用転送電極を有し、該複数本の転送専用転送電極の各々が、前記方向DV に沿って相隣る2本の画素用透明転送電極の間に1本ずつ、該相隣る2本の画素用透明転送電極の両方に平面視上接しつつ形成されている請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。
【請求項4】 前記複数本の画素用透明転送電極は、前記複数本の電荷転送チャネルのうちの奇数番目の電荷転送チャネルと平面視上交差する箇所の幅が偶数番目の電荷転送チャネルと平面視上交差する箇所の幅よりも広い複数本の画素用第1透明転送電極と、前記偶数番目の電荷転送チャネルと平面視上交差する箇所の幅が前記奇数番目の電荷転送チャネルと平面視上交差する箇所の幅よりも広い複数本の画素用第2透明転送電極とからなり、前記画素用第1透明転送電極の各々と前記画素用第2透明転送電極の各々とが前記方向DV に沿って交互に形成されており、前記複数個の画素用光電変換素子の各々が、前記奇数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用第1透明転送電極との平面視上の各交差部、および、前記偶数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用第2透明転送電極との平面視上の各交差部に形成されている請求項1〜請求項3のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項5】 前記開口部それぞれの上に、該開口部を平面視上覆うマイクロレンズが設けられている請求項1〜請求項4のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項6】 前記開口部と前記マイクロレンズとの間に、前記開口部を平面視上覆う色フィルタが設けられている請求項5に記載の固体撮像装置。
【請求項7】 前記感光部と前記出力転送路との間に、CCD蓄積部を有する請求項1〜請求項6のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項8】 半導体基板の一表面に設定された感光部と、前記半導体基板の一表面における前記感光部の外側の領域に形成された出力転送路と、前記感光部を一定の方向DV に沿って横断して前記出力転送路に達する複数本の電荷転送チャネルと、前記感光部上に形成され、前記方向DV と平面視上交差する方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を横断する複数本の画素用透明転送電極であって、前記方向DV に沿って一定のピッチで配列され、前記複数本の電荷転送チャネルとの平面視上の交差部それぞれにおいて、前記電荷転送チャネルと共に画素用光電変換素子を構成する画素用透明転送電極と、前記画素用光電変換素子それぞれの上にのみ開口部を有する光遮蔽膜とを具備した固体撮像装置。
【請求項9】 さらに、前記感光部上に形成され、前記方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を平面視上横断する複数本の転送専用転送電極を有し、該複数本の転送専用転送電極が複数本の第1転送専用転送電極、複数本の第2転送専用転送電極および複数本の第3転送専用転送電極からなり、該複数本の第1、第2および第3転送専用転送電極の各々が、前記方向DV に沿って相隣る2本の画素用透明転送電極の間に1本ずつの割合で、かつ、前記2本の画素用透明転送電極の一方に相隣る前記第1または第3転送専用転送電極は該画素用透明転送電極と平面視上接し、相隣る前記第1および第2転送専用転送電極同士ならびに相隣る前記第2および第3転送専用転送電極同士は、互いに平面視上接した状態で形成されている請求項8に記載の固体撮像装置。
【請求項10】 前記複数本の画素用透明転送電極、第1転送専用転送電極、第2転送専用転送電極および第3転送専用転送電極が、それぞれ前記方向DH に蛇行しつつ延在している請求項9に記載の固体撮像装置。
【請求項11】 前記複数本の電荷転送チャネルのうちの奇数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用透明転送電極との平面視上の交差部の各々と、偶数番目の電荷転送チャネルと前記複数本の画素用透明転送電極との平面視上の交差部の各々とが、前記方向DV に前記ピッチの約1/2ずれている請求項8〜請求項10のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項12】 前記開口部それぞれの上に、該開口部を平面視上覆うマイクロレンズが設けられている請求項8〜請求項11のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項13】 前記開口部と前記マイクロレンズとの間に、前記開口部を平面視上覆う色フィルタが設けられている請求項12に記載の固体撮像装置。
【請求項14】 前記感光部と前記出力転送路との間に、CCD蓄積部を有する請求項8〜請求項13のいずれかに記載の固体撮像装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像装置に係り、特に、フレームトランスファー型の固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CCD(電荷結合素子)の量産技術が確立されて以来、CCD型の固体撮像装置をエリア・イメージセンサとして利用したビデオカメラ、電子スチルカメラ等が急速に普及している。CCD型の固体撮像装置は、その構造により何種類かに分類されるが、その一つに、フレームトランスファー型の固体撮像装置(以下、この固体撮像装置を「FT−CCD」と略記する。)がある。
【0003】FT−CCDでは、半導体基板の一表面に感光部が設定され、当該感光部の外側に出力転送路が形成される。感光部と出力転送路との間に1フレーム分のCCD蓄積部等が設けられるタイプのFT−CCDと、感光部の外側に出力転送路が直ぐ繋がったタイプのFT−CCDとがある。
【0004】所定本数の電荷転送チャネルが、半導体基板に形成される。個々の電荷転送チャネルは、感光部を一定の方向DV に横断して、前記の出力転送路に達する。また、前記の方向DV と平面視上交差する方向DH に沿って、電荷転送チャネルの各々を平面視上横断する複数本の転送電極が、半導体基板上に電気絶縁膜を介して形成される。
【0005】電荷転送チャネルと転送電極との平面視上の交差部それぞれが、1つの電荷転送段として機能する。このため、前記複数本の転送電極は、相隣るもの同士が互いに隣接する。
【0006】FT−CCDは、感光部に形成されている電荷転送段の一部が画素用の光電変換素子(フォトダイオード)としても利用される固体撮像装置である。このため、画素用の光電変換素子として利用しようとする電荷転送段を形成するための転送電極は、所望の光透過性を有する(この転送電極を「画素用透明転送電極」という。)。通常、電荷転送チャネルと画素用透明転送電極との平面視上の交差部の全てが、画素用光電変換素子として利用される。
【0007】画素用光電変換素子での光電変換によって生じた信号電荷を当該画素用光電変換素子に蓄積させ、かつ、当該信号電荷を出力転送路に向けて転送するために、信号電荷の転送のためだけに利用される電荷転送段が形成される。この電荷転送段は、前記の方向DV に沿って相隣る2つの画素用光電変換素子の間に形成される。
【0008】換言すれば、信号電荷の転送のためだけに利用される電荷転送段を形成するための転送電極(この転送電極を「転送専用転送電極」という。)が、前記の方向DV に沿って相隣る2本の画素用透明転送電極の間に必要本数配設される。例えば、信号電荷の転送を4相の駆動パルスを用いて行う場合には、相隣る2個の画素用光電変換素子の間に信号電荷の転送のためだけに利用される電荷転送段が3つ形成される。
【0009】画素用透明転送電極の各々にポテンシャルウェル形成用の高レベル電圧が印加され、かつ、転送専用転送電極にポテンシャルバリア形成用の低レベル電圧が印加された状態で各画素用光電変換素子に光が入射すると、当該画素用光電変換素子に信号電荷が蓄積される。これらの信号電荷は、例えば4相の駆動パルスを転送電極(画素用透明転送電極および転送専用転送電極)の各々に印加することにより、出力転送路へ向けて転送される。
【0010】出力部が、出力転送路の一端に接続されている。出力部は、出力転送路から信号電荷を受け取り、この信号電荷を信号電圧に変換し、さらに、増幅する。
【0011】FT−CCDは、電荷転送段の一部が画素用の光電変換素子を兼ねていることから、インターライン転送型の固体撮像装置に比べて画素密度を高めやすいという利点を有する。画素密度が高まれば、再生画像の画質を向上させやすい。また、個々の画素の開口率を容易に高めることができるので、解像度を高めやすいという利点を有する。さらに、CCD蓄積部が設けられないタイプのFT−CCDは、チップサイズを小型化しやすいという利点も有する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】一般に、画素用光電変換素子での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズアレイが感光部上に配設される。また、カラー撮像用のFT−CCDでは、色フィルタアレイが、マイクロレンズアレイとは別に配設される。
【0013】上記のマイクロレンズを設けるにあたっては、まず、感光部上に平坦化膜が形成される。この平坦化膜は焦点調節層としても利用される。そして、白黒撮像用のFT−CCDにおいては、前記の平坦化膜の上に所定個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが配設される。
【0014】一方、カラー撮像用のFT−CCDにおいては、上記の平坦化膜の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイは、前記の色フィルタアレイ上に更に第2の平坦化膜を設けた後、当該第2の平坦化膜の上に形成される。
【0015】白黒撮像用およびカラー撮像用のいずれのFT−CCDにおいても、個々のマイクロレンズは、それぞれ別個に、1つの画素用光電変換素子を平面視上覆うようにして形成される。
【0016】しかしながら、従来のFT−CCDにおいては、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子に入射しやすい。迷光が画素用光電変換素子に入射するとノイズが発生しやすい。
【0017】本発明の目的は、迷光が画素用光電変換素子に入射しにくいFT−CCDを提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれば、半導体基板の一表面に設定された感光部と、前記半導体基板の一表面における前記感光部の外側の領域に形成された出力転送路と、前記感光部を一定の方向DV に沿って横断して前記出力転送路に達する複数本の電荷転送チャネルと、前記感光部上に形成され、前記方向DV と平面視上交差する方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を横断する複数本の画素用透明転送電極であって、前記方向DV に沿って一定のピッチで配列され、前記複数本の電荷転送チャネルとの平面視上の交差部全ての中から前記方向DV およびDH のいずれについても1つおきに選択された交差部の各々において、前記電荷転送チャネルと共に画素用光電変換素子を構成する複数本の画素用透明転送電極と、前記画素用光電変換素子それぞれの上にのみ開口部を有する光遮蔽膜とを具備した固体撮像装置が提供される。
【0019】また、本発明の別の観点によれば、半導体基板の一表面に設定された感光部と、前記半導体基板の一表面における前記感光部の外側の領域に形成された出力転送路と、前記感光部を一定の方向DV に沿って横断して前記出力転送路に達する複数本の電荷転送チャネルと、前記感光部上に形成され、前記方向DV と平面視上交差する方向DH に沿って前記複数本の電荷転送チャネルの各々を横断する複数本の画素用透明転送電極であって、前記方向DV に沿って一定のピッチで配列され、前記複数本の電荷転送チャネルとの平面視上の交差部それぞれにおいて、前記電荷転送チャネルと共に画素用光電変換素子を構成する画素用透明転送電極と、前記画素用光電変換素子それぞれの上にのみ開口部を有する光遮蔽膜とを具備した固体撮像装置が提供される。
【0020】上記のいずれのFT−CCDも、画素用光電変換素子それぞれの上にのみ開口部を有する光遮蔽膜を具備している。このため、マイクロレンズアレイを感光部上に配設したとしても、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子に入射するということが起こりにくい。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図1は、第1の実施例のFT−CCD100を概略的に示す平面図である。ただし、同図は、図面をみやすくするために、また、説明を判りやすくするために、画素用光電変換素子の数を24個にした略図である。実際のFT−CCDでは、画素用光電変換素子の数が1000個〜1000万個に達する。
【0022】図示のFT−CCD100は、半導体基板1の表面に設定された感光部10と、当該感光部10の外側に形成されたCCD蓄積部30と、当該CCD蓄積部30の外側に形成された出力転送路40と、当該出力転送路40の一端に接続された出力部50と、感光部10に形成されている転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子60a、60b、60c、60dと、CCD蓄積部30を構成する転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子70a、70b、70c、70dと、出力転送路40を構成する転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための2つのパルス供給端子80a、80bとを具備している。
【0023】感光部10は、所定個の画素用光電変換素子25と、これらの画素用光電変換素子25に蓄積された信号電荷をCCD蓄積部30に転送するための電荷転送段とが配設される領域である。
【0024】CCD蓄積部30は、後述する光遮蔽膜によって光遮蔽されている。画素用光電変換素子25の各々に蓄積された信号電荷は、信号電荷の転送期間中に入射する光による信号混入をできるだけ少なくするために、当該CCD蓄積部30に高速で転送される。CCD蓄積部30は、転送されてきた信号電荷を出力転送路40へ順次転送する。
【0025】出力転送路40は、受け取った信号電荷を出力部50に向けて順次転送する。
【0026】出力部50は、受け取った信号電荷を信号電圧に変換し、当該信号電圧を増幅する。
【0027】以下、p型ウェルを備えたn型シリコン基板からなる半導体基板1を用いた場合を例にとり、感光部10の構成ならびにCCD蓄積部30、出力転送路40および出力部50それぞれの構造を順次説明する。
【0028】まず、図1、図2、図3(a)および図3(b)を用いて、感光部10の構成を説明する。図1は、前述したように、第1の実施例のFT−CCD100を概略的に示す平面図である。
【0029】図2は、図1中のA−A線断面の概略図である。
【0030】図3(a)は、図1に示した画素用第1透明転送電極12の概略を示す平面図であり、図3(b)は、図1に示した画素用第2透明転送電極13の概略を示す平面図である。
【0031】感光部10を一定の方向DV (図1中に矢印で示す。)に沿って横断して出力転送路40に達する計7本の電荷転送チャネル11が、半導体基板1の表面に形成されている。個々の電荷転送チャネル11は、平面視上、帯状を呈する。電荷転送チャネル11の各々は、図2に示すように、半導体基板1の一表面側に形成されたp型ウェル2の所定箇所にn型領域3を形成することによって得られる。
【0032】画素用第1透明転送電極12と画素用第2透明転送電極13とが、感光部10上に3本ずつ形成されている(図1参照)。これらの画素用透明転送電極12、13は、前記の方向DH に沿って、電荷転送チャネル11の各々を平面視上横断している。画素用透明転送電極12、13の各々は、感光部10の上流側から画素用第1透明転送電極12、画素用第2透明転送電極13の順番で、所定のピッチP1 で1本ずつ交互に形成されている。
【0033】各画素用透明転送電極12、13は、例えばポリシリコン、酸化錫、ITO、酸化ルテニウム等の透明導電性材料からなる。これらの画素用透明転送電極12、13は、図2に示すように、半導体基板1の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる電気絶縁膜4の上に形成されている。
【0034】なお、本明細書においては、信号電荷の転送方向が感光部から出力転送路に向かう方向であることから、感光部やCCD蓄積部等において出力転送路に近い側を「下流」と称し、出力転送路から遠い側を「上流」と称する。「下流」と「上流」の境界は区別しない。
【0035】1本の画素用第1透明転送電極12は、画素用光電変換素子形成領域12Pを計4つ有している(図3(a)参照)。相隣る2つの画素用光電変換素子形成領域12Pは、帯状を呈する接続部12Cによって所定のピッチP2 で繋がっている。図3(a)での左端の画素用光電変換素子形成領域12Pの左側、および、図3(a)での右端の画素用光電変換素子形成領域12Pの右側にも、それぞれ、所定長の接続部12Cが形成されている。画素用光電変換素子形成領域12Pにおける最大の線幅は、接続部12Cの線幅より広い。
【0036】接続部12Cと当該接続部12Cに隣接する画素用光電変換素子形成領域12Pとの間に前記の方向DV に延びる境界線を想定すると、個々の画素用光電変換素子形成領域12Pは、平面視上、略八角形を呈する。個々の接続部12Cの線幅は、前記の境界線の長さと実質的に同じである。
【0037】画素用第2透明転送電極13は、平面視上、画素用第1透明転送電極12とほぼ点対称の形状を有する。画素用透明転送電極13も画素用光電変換素子形成領域13Pを計4つ有する。これらの画素用光電変換素子形成領域13Pは、帯状を呈する接続部13Cによって所定のピッチP2 で繋がっている(図3(b)参照)。図3(b)での左端の画素用光電変換素子形成領域13Pの左側、および、図3(b)での右端の画素用光電変換素子形成領域13Pの右側にも、それぞれ、所定長の接続部13Cが形成されている。画素用光電変換素子形成領域13Pにおける最大の線幅は、接続部13Cの線幅より広い。
【0038】画素用光電変換素子形成領域12Pの各々と画素用光電変換素子形成領域13Pの各々とは、前記のピッチP2 の約1/2、前記の方向DH (図1参照)にずれている。ここで、本明細書でいう「ピッチP2 の約1/2」は、P2 /2を含む他、後述する「画素ずらし配置」を行うことが可能な範囲内の値をも含む。
【0039】計3本の第1転送専用転送電極15が、画素用第1透明転送電極12とその下流側に近接する画素用第2透明転送電極13との平面視上の間それぞれに1本ずつ形成されている(図1および図2参照)。
【0040】計2本の第2転送専用転送電極16が、画素用第2透明転送電極13とその下流側に近接する画素用第1透明転送電極12との間それぞれに1本ずつ形成されている。さらにもう1本の第2転送専用転送電極16が、最も下流に設けられている画素用第2透明転送電極13と、後述する各蓄積部用第1転送電極31のうちで最も上流に設けられている蓄積部用第1転送電極31との平面視上の間に形成されている。
【0041】1本の補助転送電極17が、最も上流に設けられている画素用第1透明転送電極12の上流側に設けられている。補助転送電極17も、前記の方向DH に沿って各電荷転送チャネル11を平面視上横断する。
【0042】各転送専用転送電極15、16および補助転送電極17は、例えばポリシリコンからなる。これらの転送専用転送電極15、16および補助転送電極17は、各画素用透明転送電極12、13と同様に、電気絶縁膜4(図2参照)の上に形成されている。
【0043】図1または図2に示したように、各転送専用転送電極15、16における上流側の縁部は、その上流側に近接する画素用透明転送電極12または13における下流側の縁部に重なっている。各転送専用転送電極15、16における下流側の縁部は、その下流側に近接する画素用透明転送電極12または13における上流側の縁部に重なっている。
【0044】ただし、最も下流に設けられている第2転送専用転送電極16における下流側の縁部は、その下流側に近接する前記の蓄積部用第1転送電極31における上流側の縁部に重なっている。
【0045】補助転送電極17における下流側の縁部は、その下流側に近接する画素用第1透明転送電極12における上流側の縁部に重なっている。
【0046】したがって、各画素用透明転送電極12、13、各転送専用転送電極15、16および補助転送電極17は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。また、最も下流に設けられている第2転送専用転送電極16と最も上流に設けられている蓄積部用第1転送電極31も、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。なお、これらの転送電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【0047】画素用透明転送電極12または13を介して相隣る2本の転送専用転送電極15、16は、これらの転送専用転送電極の間に介在する画素用透明転送電極12または13の平面視上の形状をその線幅方向に縮小した形状とほぼ同等の平面形状を有する間隙を画定する。
【0048】最も上流に設けられている第1転送専用転送電極15と補助転送電極17とは、最も上流に設けられている画素用第1透明転送電極12の平面視上の形状をその線幅方向に所定の割合で縮小した形状とほぼ同等の平面形状を有する間隙を画定する。
【0049】個々の画素用第1透明転送電極12は、画素用光電変換素子形成領域12Pの各々において、図1の左端から数えて偶数番目の電荷転送チャネル11と平面視上交差し、接続部12Cの各々において、奇数番目の電荷転送チャネル11と平面視上交差する。一方、個々の画素用第2透明転送電極13は、画素用光電変換素子形成領域13Pの各々において、図1の左端から数えて奇数番目の電荷転送チャネル11と平面視上交差し、接続部13Cの各々において、偶数番目の電荷転送チャネル11と平面視上交差する。各転送専用転送電極15、16および補助転送電極17は、それぞれ所定の箇所において、電荷転送チャネル11の各々と平面視上交差する。
【0050】各電荷転送チャネル11と各画素用透明転送電極12、13との平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段としての機能を有する。各電荷転送チャネル11と各転送専用転送電極15、16もしくは補助転送電極17との平面視上の交差部の各々についても、同じである。したがって、電荷転送チャネル11の各々は、当該電荷転送チャネル11を平面視上横断する各画素用透明転送電極12、13および各転送専用転送電極15、16ならびに補助転送電極17と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0051】図1または図2に示すように、光遮蔽膜20が、感光部10から出力転送路40にかけて形成されている。この光遮蔽膜20と、感光部10、CCD蓄積部30および出力転送路40それぞれに形成された各種の転送電極との間には、例えばシリコン酸化膜からなる電気絶縁層21が介在する。
【0052】光遮蔽膜20は、各電荷転送チャネル11と各画素用光電変換素子形成領域12Pとの平面視上の交差部それぞれの上、および、各電荷転送チャネル11と各画素用光電変換素子形成領域13Pとの平面視上の交差部それぞれの上に、水平断面が円形の開口部22を有する。
【0053】このため、各電荷転送チャネル11と各画素用光電変換素子形成領域12Pとの平面視上の交差部の各々、および、各電荷転送チャネル11と各画素用光電変換素子形成領域13Pとの平面視上の交差部の各々が、画素用光電変換素子(フォトダイオード)25(図1参照)として機能する。他の交差部は、光電変換素子としては実質的に機能しない。
【0054】したがって、図1に示したFT−CCD100においては、各電荷転送チャネル11と各画素用透明転送電極12、13との平面視上の交差部のうち、前記の方向DV およびDH のいずれについても1つおきに選択された交差部の各々が、画素用光電変換素子25として機能する。上記の開口部22の各々は、1つの画素の受光部として機能する。以下、開口部22を「受光部22」と表記することがある。
【0055】これらの画素用光電変換素子25は、FT−CCD100においては、8列、6行に亘って計24個設けられている。1つの画素用光電変換素子列は3つの画素用光電変換素子25によって構成され、1つの画素用光電変換素子行は4つの画素用光電変換素子25によって構成されている。図1の左端から数えて奇数番目の光電変換素子列の各々は偶数行の画素用光電変換素子25のみを含み、偶数番目の光電変換素子列の各々は奇数行の画素用光電変換素子25のみを含む。
【0056】偶数列を構成する画素用光電変換素子25の各々は、奇数列を構成する画素光電変換素子25の各々に対し、各画素用光電変換素子列内での画素用光電変換素子25同士のピッチの約1/2、列方向にずれている。偶数行を構成する画素用光電変換素子25の各々は、奇数行を構成する画素用光電変換素子25の各々に対し、各画素用光電変換素子行内での画素用光電変換素子25同士のピッチの約1/2、行方向にずれている。
【0057】ここで、本明細書でいう「画素用光電変換素子列内での画素用光電変換素子同士のピッチ」とは、画素用光電変換素子が形成されている前記平面視上の交差部同士のピッチを意味する。また、「画素用光電変換素子同士のピッチの約1/2」とは、画素用光電変換素子同士のピッチのピッチの1/2を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって前記のピッチの1/2からはずれてはいるものの、得られるFT−CCDの性能およびその画像の画質からみて実質的に前記のピッチの1/2と同等であるみなすことができる値をも含むものとする。
【0058】本明細書においては、上記のような画素用光電変換素子の配置を、以下、「画素ずらし配置」という。勿論、「画素ずらし配置」においては、奇数番目の画素用光電変換素子列の各々が奇数行の画素用光電変換素子のみを含み、偶数番目の画素用光電変換素子列の各々が偶数行の画素用光電変換素子のみを含んでいてもよい。
【0059】受光部22から光が入射することにより、画素用光電変換素子25において光電変換が行われる。各画素用透明転送電極12、13および各転送専用転送電極15、16ならびに補助転送電極17に所定の電圧を印加しておくことにより、画素用光電変換素子25の各々に信号電荷を蓄積させることができる。
【0060】次に、既出の図1および図2を用いて、CCD蓄積部30の構造について説明する。このCCD蓄積部30は、感光部10と出力転送路40との間の半導体基板1表面に形成されている。
【0061】図1に示したように、前述した電荷転送チャネル11の各々が、CCD蓄積部30を前記の方向DV に沿って横断して、出力転送路40に達している。
【0062】蓄積部用第1転送電極31と蓄積部用第2転送電極32とが、6本ずつ形成されている(図1参照)。これらの蓄積部用転送電極31、32は、前記の方向DH に沿って、電荷転送チャネル11の各々を平面視上横断している。蓄積部用転送電極31、32の各々は、CCD蓄積部30の上流側から蓄積部用第1転送電極31、蓄積部用第2転送電極32の順番で、所定のピッチP1 で1本ずつ交互に形成されている。
【0063】各蓄積部用転送電極31、32は、例えばポリシリコンからなる。これらの蓄積部用転送電極31、32は、図2に示すように、半導体基板1の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる電気絶縁膜4の上に形成されている。
【0064】個々の蓄積部用第1転送電極31の形状は、帯状である。個々の蓄積部用第2転送電極32の形状も同様である。
【0065】各蓄積部用第1転送電極31および各蓄積部用第2転送電極32は、前述した画素用第1透明転送電極12、画素用第2透明転送電極13、第1転送専用転送電極15および第2転送専用転送電極16と同様に、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている(図1および図2参照)。これらの転送電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【0066】各電荷転送チャネル11と各蓄積部用転送電極31、32との平面視上の交差部の各々は、それぞれ、1つの電荷転送段としての機能を有する。したがって、電荷転送チャネル11の各々は、当該電荷転送チャネル11を平面視上横断する各蓄積部用転送電極31、32と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0067】感光部10に形成されている最も下流の第2転送専用転送電極16とCCD蓄積部に形成されている最も上流の蓄積部用第1転送電極31とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。その結果として、電荷転送チャネル11の各々は、感光部10からCCD蓄積部30にかけて、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0068】各電荷転送チャネル11と各蓄積部用転送電極31、32との平面視上の交差部の各々は、前述した光遮蔽膜20によって覆われている(図1および図2参照)。このため、各電荷転送チャネル11と各蓄積部用転送電極31、32との平面視上の交差部の各々は、光電変換素子としては実質的に機能しない。
【0069】感光部10から転送されてきた信号電荷は、CCD蓄積部30に形成されている上記の各垂直転送CCDによって順次出力転送路40に転送される。このとき、所定の電圧が所定の周期で各蓄積部用転送電極31、32のそれぞれに印加される。
【0070】なお、図1においては、各構成部材を判りやすくするために、電荷転送チャネル11を各々実線で描いており、光遮蔽膜20を二点鎖線で描いている。
【0071】次に、出力転送路40の構造について説明する。この出力転送路40は、CCD蓄積部30の下流端に隣接するようにして前記の半導体基板1表面に形成されている。図1においては、当該図1を判りやすくするために出力転送路40を簡略化して描いているので、以下、図4(a)を参照しつつ出力転送路40の構造を説明する。
【0072】図4(a)は、出力転送路40を概略的に示す平面図である。同図に示したように、出力転送路40は、半導体基板1に形成された1本の電荷転送チャネル41と、電気絶縁膜(図示せず。)を介して半導体基板1上に複数本ずつ形成された転送電極43、44、45、46とを有している。図示を省略した電気絶縁層が、転送電極43、44、45、46上に形成されている。前述した光遮蔽膜20は、前記の電気絶縁層上に形成されている。
【0073】電荷転送チャネル41は、例えば、半導体基板1の一表面側に形成されたp型ウェルの所定箇所にn型領域(図示せず。)とn- 型領域(図示せず。)とを交互に所定数形成することによって得ることができる。n- 型領域におけるn型不純物の濃度は、n型領域におけるn型不純物の濃度より低い。電荷転送チャネル41は、前述した方向DH に沿って延びている。
【0074】各転送電極43、44、45、46は、1本の電荷転送チャネル11に1本ずつの割合で、かつ、出力部50(図1参照)側から転送電極43、転送電極44、転送電極45、転送電極46の順番で、形成されている。これらの転送電極43、44、45、46は、例えばポリシリコンからなる。
【0075】転送電極43は、平面視上、上記のn型領域の1つの上に形成されている。当該転送電極43は、電荷転送チャネル41を平面視上横切る第1直線部と電荷転送チャネル11を平面視上横切る第2直線部とを有する。前記第2直線部の感光部10側の縁部は、下も下流の蓄積部用第2転送電極32の縁部と重なっている。転送電極43を平面視したときの形状は、L字状である。
【0076】転送電極44は、平面視上、上記のn- 型領域の1つの上に形成されている。当該転送電極44は、電荷転送チャネル41を平面視上横切る第1直線部と電荷転送チャネル11を平面視上部分的に横切る第2直線部とを有する。転送電極43を平面視したときの形状も、L字状である。
【0077】転送電極45は、平面視上、上記のn型領域の1つの上に形成されている。転送電極45は、電荷転送チャネル41を平面視上横切る帯状の電極である。
【0078】転送電極46は、平面視上、上記のn- 型領域の1つの上に形成されている。転送電極46も、電荷転送チャネル41を平面視上横切る帯状の電極である。
【0079】転送電極44における転送電極43側の縁部は転送電極43上に重なっており、転送電極44における転送電極45側の縁部は転送電極45上に重なっている。転送電極46における転送電極45側の縁部は転送電極45上に重なっており、図4(a)中で最も左側の転送電極44以外の転送電極44における転送電極43側の縁部は転送電極43上に重なっている。すなわち、各転送電極43、44、45、46は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。
【0080】なお、各転送電極43、44、45、46は、図示を省略した電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。また、転送電極43とCCD蓄積部30に形成されている最も下流の蓄積部用第2転送電極32も、図示を省略した電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。
【0081】前記のn- 型領域の1つと、当該n- 型領域の上に電気絶縁膜を介して形成されている1本の転送電極44または46との平面視上の交差部は、1つのポテンシャルバリア領域として利用される。前記のn型領域の1つと、当該n型領域の上に電気絶縁膜を介して形成されている1本の転送電極43または45との平面視上の交差部は、1つのポテンシャルウェル領域として利用される。
【0082】1つのポテンシャルバリア領域と、その下流側(出力部50側を意味する。)に形成されている1つのポテンシャルウェル領域とが電気的に接続されて、1つの電荷転送段が構成される。したがって、出力転送路40は、1本の電荷転送チャネル11あたり2つの電荷転送段を有する。すなわち、出力転送路40は、2相駆動型のCCDからなる。
【0083】CCD蓄積部30から転送されてきた信号電荷は、出力転送路40に形成されている上記の各電荷転送段によって順次出力部50に転送される。このとき、所定の電圧が所定の周期で転送電極43、44、45、46のそれぞれに印加される。
【0084】次に、出力部50について図4(b)を用いて説明する。
【0085】図4(b)は、出力転送路40の下流部と、当該下流部に形成されている出力部50(図1参照)を概略的に示す図である。
【0086】出力転送路40における最も下流の転送電極43の下に形成されているn型領域の下流側に近接して、フローティングディフュージョン51が形成されている。フローティングディフュージョン51と前記最も下流の転送電極43とに跨って、アウトプットゲート(出力ゲート)電極52が配設されている。アウトプットゲート電圧Vogが、所定のタイミングで、アウトプットゲート(出力ゲート)電極52に印加される。
【0087】ソースホロワ回路AMP が、フローティングディフュージョン51に接続されている。
【0088】フローティングディフュージョン51の下流側に隣接してリセットトランジスタ用ゲート領域53が形成され、その下流側に隣接してリセットトランジスタ用ドレイン領域54が形成されている。
【0089】フローティングディフュージョン51、リセットトランジスタ用ゲート領域53およびリセットトランジスタ用ドレイン領域54は、リセットトランジスタ用ゲート領域53の上方に形成されているリセットトランジスタ用ゲート電極55と共に、リセットトランジスタを構成する。
【0090】リセット電極電圧Vreが、所定のタイミングで、リセットトランジスタ用ゲート電極55に印加される。リセットドレイン電圧Vrdが、リセットトランジスタ用ドレイン領域54に印加される出力転送路40における最も下流の電荷転送段まで転送されてきた信号電荷は、アウトプットゲート(出力ゲート)電極52に所定の電圧が印加されたときに、フローティングディフュージョン51に転送される。この信号電荷はソースホロワ回路AMP に供給され、ここで増幅された後、出力される。
【0091】増幅(検出)した後の電荷は、リセットトランジスタ用ゲート電極55にリセット電極電圧Vreが印加されたときにリセットトランジスタ用ドレイン領域54へ転送され、ここから電源に吸収される。
【0092】以上説明したFT−CCD100は、画素用光電変換素子25それぞれの上にのみ開口部22を有する光遮蔽膜20を具備している。このため、マイクロレンズアレイを感光部10上に配設したとしても、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子25に入射するということが起こりにくい。
【0093】また、各画素用光電変換素子25が1つおきの電荷転送チャネル11上で幅広の領域を形成する画素ずらし配置が行われている。このため、個々の画素における受光部22の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。その結果として、解像度を高めやすい。4相駆動するためには、相隣る2本の画素用透明転送電極12、13の間に各1本の転送専用転送電極15または16を設ければよい。
【0094】図1に示したFT−CCD100を駆動させるためには、各画素用透明転送電極12、13、各転送専用転送電極15、16、補助転送電極17、各蓄積部用転送電極31、32、出力転送路40および出力部50のそれぞれに所定の駆動パルスを供給するための駆動パルス供給手段が用いられる。
【0095】図5は、上記の駆動パルス供給手段の一例を示す概略図である。同図に示すように、上記の駆動パルス供給手段90は、例えば、同期信号発生器91、タイミング発生器92、第1垂直駆動回路93a、第2垂直駆動回路93bおよび水平駆動回路94等を含んで構成される。
【0096】同期信号発生器91は、垂直同期パルス、水平同期パルス等、信号処理に必要な各種のパルスを作る。タイミング発生器92は、各画素用透明転送電極12、13、各転送専用転送電極15、16および補助転送電極17に印加する4相の垂直パルス信号、各蓄積部用転送電極31、32に印加する4相の垂直パルス信号、ならびに、出力転送路40の駆動に必要な2相の水平パルス信号等のためのタイミング信号を作る。
【0097】第1垂直駆動回路93aは、上記のタイミング信号に基づいて感光部10用の4相の垂直パルス信号を発生する。当該4相の垂直パルス信号の各々は、パルス供給用端子60a、60b、60cまたは60dを介して、所定の画素用透明転送電極12、13、所定の転送専用転送電極15、16または補助転送電極17に印加される。
【0098】第2垂直駆動回路93bは、上記のタイミング信号に基づいて蓄積部30用の4相の垂直パルス信号を発生する。当該4相の垂直パルス信号の各々は、パルス供給用端子70a、70b、70cまたは70dを介して、所定の蓄積部用転送電極31、32に印加される。
【0099】水平駆動回路94は、上記のタイミング信号に基づいて2相の水平パルス信号を発生する。当該2相の水平パルス信号の各々は、パルス供給用端子80aまたは80bを介して所定の転送電極43、44、45、46に印加される。
【0100】画素用光電変換素子25の各々に一旦信号電荷を蓄積させた後、これらの信号電荷を感光部10からCCD蓄積部30へ転送する。感光部10からCCD蓄積部30への信号電荷の転送は、感光部10からCCD蓄積部30にかけて形成されている前述の各垂直転送CCDを4相駆動させることによって行われる。
【0101】信号電荷の蓄積および転送を行うために、例えば図5に示すように、所定のパルス供給端子と所定の転送電極とが電気的に接続される。図5においては、各第2転送専用転送電極16と補助転送電極17とがパルス供給端子60aに電気的に接続されている。各画素用第2透明転送電極13は、パルス供給端子60bに電気的に接続されている。各第1転送専用転送電極15は、パルス供給端子60cに電気的に接続されている。各画素用第1透明転送電極12は、パルス供給端子60dに電気的に接続されている。
【0102】また、図5においては、上流側から数えて4、8、12番目の蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第2転送電極32)がパルス供給端子70aに電気的に接続されている。上流側から数えて3、7、11番目の蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第1転送電極31)は、パルス供給端子70bに電気的に接続されている。上流側から数えて2、6、10番目の蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第2転送電極32)は、パルス供給端子70cに電気的に接続されている。上流側から数えて1、5、9番目の蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第1転送電極31)は、パルス供給端子70dに電気的に接続されている。
【0103】同期信号発生器91で作られた所定のパルスによって規定される信号電荷蓄積期間に、第1垂直駆動回路93aからパルス供給用端子60a、60cに低レベルの垂直パルス信号(以下、低レベルの垂直パルス信号を「VL 」と略記する。)が印加されると共に、パルス供給用端子60b、60dに高レベルの垂直パルス信号(以下、高レベルの垂直パルス信号を「VH 」と略記する。)が印加される。
【0104】これにより、各画素用透明転送電極12、13と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部それぞれに形成されている電荷転送段の各々に、ポテンシャルウェルが形成される。また、各転送専用転送電極15、16と各電荷転送チャネル11との平面視上の各交差部にそれぞれ形成されている電荷転送段の各々、および、補助転送電極17と各電荷転送チャネル11との平面視上の各交差部にそれぞれ形成されている電荷転送段の各々に、ポテンシャルバリアが形成される。
【0105】その結果として、電荷転送チャネル11の各々においては、感光部10の上流から下流にかけて、ポテンシャルバリアとポテンシャルウェルとがこの順番で交互に形成される。
【0106】この状態で各画素用光電変換素子25に光が入射すると、各画素用光電変換素子25での光電変換によって生成した信号電荷が、画素用光電変換素子25それぞれに形成されているポテンシャルウェルに蓄積される。すなわち、1フレーム分の信号電荷が感光部10に蓄積される。
【0107】上記1フレーム分の信号電荷の感光部10からCCD蓄積部30への転送は、4相駆動パルスを用いて、例えば下記(1) 〜(4) の動作で所定箇所にポテンシャルバリアおよびポテンシャルウェルを順次形成することによって行われる。
【0108】下記(1) 〜(4) の動作の説明は、当該説明を判りやすくするために、任意に選択した1本の電荷転送チャネル11に着目して行っている。当該任意に選択した1本の電荷転送チャネル11におけるポテンシャルバリアおよびポテンシャルウェルの生成、消滅と実質的に同時かつ同じパターンで、他の電荷転送チャネル11の各々においてもポテンシャルバリアおよびポテンシャルウェルの生成、消滅が起こる。
【0109】(1) 信号電荷を蓄積した後、補助転送電極17との平面視上の交差部に形成された電荷転送段にポテンシャルバリアを形成すると共に、当該電荷転送段からCCD蓄積部30の下流端にかけて3電荷転送段おきに、ポテンシャルバリアを形成する。これにより、3つの電荷転送段にまたがる1つのポテンシャルウェルが、相隣る2つのポテンシャルバリアの間それぞれに形成される。
【0110】以下、n個(nは1以上の整数)の電荷転送段にまたがる1つのポテンシャルウェルを「n連のポテンシャルウェル」といい、n個の電荷転送段にまたがる1つのポテンシャルバリアを「n連のポテンシャルバリア」という。
【0111】各画素用光電変換素子25に蓄積されていた信号電荷は、当該画素用光電変換素子25を含んで構成される3連のポテンシャルウェル内に広がる。
【0112】このとき、感光部10内の3連のポテンシャルウェルの全てを平面視すると、これら3連のポテンシャルウェルは行列状に分布する。したがって、各画素用光電変換素子25に蓄積されていた信号電荷も行列状に分布し、全ての信号電荷が実質的に同じ移相となる。
【0113】(2) 上記(1) で形成した3連のポテンシャルウェルの各々を、その上流側を下流側に1電荷転送段分だけ縮めて、2連のポテンシャルウェルにする。上記(1)で形成した1連のポテンシャルバリアの各々は、下流側に1電荷転送段分伸長させて、2連のポテンシャルバリアにする。
【0114】(3) 上記(2) で形成した2連のポテンシャルウェルの各々を、下流側に1電荷転送段分だけ伸長させて、3連のポテンシャルウェルにする。上記(2) で形成した2連のポテンシャルバリアの各々は、その上流側を下流側に1電荷転送段分だけ縮めて、1連のポテンシャルバリアにする。
【0115】(4) 以下、1フレーム分の信号電荷が全て出力転送路40に転送され終わるまで、上記(2) 〜(3) の各動作に準じて2連のポテンシャルウェルの形成と3連のポテンシャルウェル形成とを交互に繰り返す。
【0116】例えばパルス供給端子60aにVL を印加すると、当該パルス供給端子60aを介して各第2転送専用転送電極16および補助転送電極17にVL が印加される。その結果として、各第2転送専用転送電極16と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部、および、補助転送電極17と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部にそれぞれ形成されている電荷転送段の各々にポテンシャルバリアが形成される。
【0117】逆に、パルス供給端子60aにVH を印加すると、各第2転送専用転送電極16と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部、および、補助転送電極17と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部にそれぞれ形成されている電荷転送段の各々にポテンシャルウェルが形成される。
【0118】したがって、上記(1) 〜(4) の動作を行うにあたっては、所望の電荷転送段に所望のポテンシャルウェルまたはポテンシャルバリアが形成されるように、各パルス供給端子60a、60b、60c、60d、70a、70b、70c、70dに印加する垂直パルス信号のレベルを適宜設定する。
【0119】なお、最初から上記(1) の状態で各画素用光電変換素子25に信号電荷を蓄積させることも可能である。
【0120】感光部10に蓄積されていた1フレーム分の信号電荷の全てをCCD蓄積部30に転送し終われば、次の信号電荷蓄積期間を開始することが可能になる。
【0121】感光部10からCCD蓄積部30への1フレーム分の信号電荷の転送に引き続き、CCD蓄積部30から出力転送路40への1フレーム分の信号電荷の転送が行われる。
【0122】CCD蓄積部30から出力転送路40への信号電荷の転送は、CCD蓄積部30における最も下流の電荷転送段にまで転送されてきた信号電荷から順番に行われる。CCD蓄積部30における最も下流の電荷転送段は、図1に示したように、最も下流の蓄積部用第2転送電極32と各電荷転送チャネル11との平面視上の交差部に形成された各電荷転送段である。これらの電荷転送段には、相隣る2つの画素用光電変換素子行を構成している各画素用光電変換素子25に蓄積されていた信号電荷が、実質的に同時に転送されてくる。
【0123】CCD蓄積部30から出力転送路40への信号電荷の転送は、例えば次のようにして行われる。まず、図4に示したように、パルス供給端子80aと各転送電極43、44とを予め電気的に接続し、かつ、パルス供給端子80bと各転送電極45、46とを予め電気的に接続しておく。
【0124】そして、最も下流の蓄積部用第2転送電極32にVH が印加されている時に、各転送電極43、44に高レベルの水平パルス信号(以下、高レベルの水平パルス信号を「HH 」と略記する。)を印加すると共に、各転送電極45および46に低レベルの水平パルス信号(以下、低レベルの水平パルス信号を「HL 」と略記する。)を印加する。次に、最も下流の蓄積部用第2転送電極32の電圧をVH からVL に変化させる。
【0125】これにより、最も下流の蓄積部用第2転送電極32と各電荷転送チャネル11との平面視上の各交差部に形成された電荷転送段の各々にまで転送されてきていた各信号電荷は、電荷転送チャネル41と各転送電極43との平面視上の交差部の各々に形成される各ポテンシャルウェルに転送される。すなわち、CCD蓄積部30から出力転送路40へ信号電荷が転送される。
【0126】前述したように、出力転送路40は2相駆動型のCCDからなる。したがって、出力転送路40に転送されてきた信号電荷は、水平駆動回路94(図5参照)からパルス供給端子80aにHL を印加すると共にパルス供給端子80bにHHを印加するという動作を1回行うことによって、1電荷転送段だけ出力部50側へ転送される。
【0127】出力転送路40内での信号電荷の転送は、下記(a) および(b) の動作を交互に所定の周期で行うことによってなされる。
【0128】(a) 水平駆動回路94からパルス供給端子80aにHL を印加すると共に、パルス供給端子80bにHH を印加する。
【0129】(b) 水平駆動回路94からパルス供給端子80aにHH を印加すると共に、パルス供給端子80bにHL を印加する。
【0130】第2垂直駆動回路93bは、1フレーム分の信号電荷の全てが出力転送路40に転送されるまで、所定の垂直パルス信号を各パルス供給端子70a、70b、70c、70dに印加する。また、水平駆動回路94は、1フレーム分の信号電荷の全てが出力部50に転送されるまで、所定の水平パルス信号を各パルス供給端子80a、80bに印加する。
【0131】出力部50は、出力転送路40から受け取った信号電荷を順次信号電圧に変換すると共に増幅し、当該増幅された信号電圧を所定の回路に出力する。
【0132】以上説明した第1の実施例のFT−CCD100は、FT−CCDとしては簡単な構造のFT−CCDである。実際のFT−CCDでは、通常、個々の画素用光電変換素子25での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズが配設される。また、カラー撮像用のFT−CCDでは色フィルタアレイが配設される。
【0133】上記のマイクロレンズを設けるにあたっては、まず、感光部10上に平坦化膜が形成される。この平坦化膜は焦点調節層としても利用される。そして、白黒撮像用のFT−CCDにおいては、前記の平坦化膜の上に所定個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが配設される。一方、カラー撮像用のFT−CCDにおいては、上記の平坦化膜の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイは、前記の色フィルタアレイ上に更に第2の平坦化膜を設けた後、当該第2の平坦化膜の上に形成される。白黒撮像用およびカラー撮像用のいずれのFT−CCDにおいても、個々のマイクロレンズは、それぞれ別個に、1つの画素の受光部を平面視上覆うようにして形成される。
【0134】図6は、第2の実施例によるFT−CCD200の部分断面図である。同図はFT−CCD200における感光部からCCD蓄積部にかけての断面の一部を示弊社している。FT−CCD200は、第1の実施例のFT−CCD100に色フィルタアレイとマイクロレンズアレイとを増設したものである。すなわち、FT−CCD200は、カラー撮像用のFT−CCDである。
【0135】なお、図6に示した構成部分のうち、図2に示した構成部分と共通するものについては図2で用いた符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0136】上記のFT−CCD200では、光遮蔽膜20および個々の画素の受光部22をそれぞれ覆うようにして、第1の平坦化膜110が形成されている。第1の平坦化膜110は、感光部の上方から図示を省略した出力転送路の上方にかけて形成されている。また、色フィルタアレイ120が、感光部の上方において、第1の平坦化膜110の上に設けられている。第2の平坦化膜130が、感光部の上方においては色フィルタアレイ120上に、また、CCD蓄積部の上方および図示を省略した出力転送路の上方においては第1の平坦化膜110の上に、形成されている。所定個のマイクロレンズ140からなるマイクロレンズアレイが、感光部の上方において、第2の平坦化膜130の上に形成されている。
【0137】第1の平坦化膜110は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【0138】色フィルタアレイ120は、例えば緑色フィルタ121Gと、図6には示されていない赤色フィルタと、同じく図6には示されていない青色フィルタとを所定のパターンで形成したものである。当該色フィルタアレイ120は、例えば、フォトリソグラフィ法等の方法によって、所望色の顔料もしくは染料を分散させた樹脂(カラーレジン)の層を所定箇所に形成することによって作製することができる。
【0139】第2の実施例のFT−CCD200では、第1の実施例のFT−CCD100と同様に、画素ずらし配置が行われている。このため、色フィルタアレイ120を構成する赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタの各々が、例えば、対角線の1本が前記の方向DV (図1参照)に延在する菱形を呈する。
【0140】色フィルタアレイ120における各色フィルタの配置パターンは、例えば次のようにして選定される。すなわち、当該色フィルタアレイ120が設けられたFT−CCDにおける所定の1〜2つの画素用光電変換素子行を構成している各画素用光電変換素子に蓄積された信号電荷に基づいて、色信号または色差信号が得られるように選定される。
【0141】図7は、上記の色フィルタアレイ120を部分的に示す平面図である。同図に示した色フィルタアレイ120では、緑色フィルタ121Gのみからなる色フィルタ列と、青色フィルタ121Bと赤色フィルタ121Rとが交互に配設されている色フィルタ列とが、交互に形成されている。
【0142】各色フィルタ121R、121G、121Bは、それぞれ別個の画素の受光部22を平面視上覆うようにして形成される。図7に示した各色フィルタ中のアルファベットR、G、Bは、それぞれ、その色フィルタの色を表している。
【0143】図6に示した第2の平坦化膜130は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【0144】図6に示したマイクロレンズ140の各々は、1つの画素の受光部22を平面視上覆うようにして形成されている。これらのマイクロレンズ140は、例えば、屈折率が概ね1.3〜2.0の透明樹脂(フォトレジストを含む。)からなる層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。各区画の平面視上の形状は、正方形(菱形を含む。)、六角形、円形等、目的とするマイクロレンズの平面視上の形状に応じて適宜選択される。
【0145】FT−CCD200は、上述した第1の平坦化膜110、色フィルタアレイ120、第2の平坦化膜130およびマイクロレンズアレイを有する点を除いて、実施例1のFT−CCD100と全く同じ構造を有する。したがって、当該FT−CCD200においては、実施例1のFT−CCD100における理由と同じ理由から、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子25に入射するということが起こりにくい。また、個々の画素における受光部22の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。その結果として、解像度を高めやすい。
【0146】次に、第3の実施例によるFT−CCDについて、図8、図9(a)、図9(b)、図10(a)、図10(b)、図11および図12を用いて説明する。
【0147】図8は、第3の実施例によるFT−CCD300の概略を示す平面図である。ただし、同図は、図面をみやすくするために、また、説明を判りやすくするために、画素用光電変換素子225の数を28個にした略図である。実際のFT−CCDでは、前述したように、画素用光電変換素子225の数が1000〜1000万個に達する。
【0148】図8に示したFT−CCD300は、半導体基板201の表面に設定された感光部210と、当該感光部210の外側に形成された調整部230と、当該調整部230の外側に形成された出力転送路240と、当該出力転送路240の一端に接続された出力部250と、感光部210および調整部230に形成されている転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子260a、260b、260c、260dと、出力転送路240を構成する転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子280a、280b、280c、280dとを具備している。
【0149】感光部210、出力転送路240および出力部250それぞれの役割は、前述した第1の実施例のFT−CCD100における感光部10、出力転送路40または出力部50の役割と実質的に同じである。
【0150】ただし、出力転送路240は、後述するように4相駆動型のCCDからなる。これに伴って、当該出力転送路240を構成する転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するために、上記4つのパルス供給端子280a、280b、280c、280dが設けられている。
【0151】FT−CCD300においては、FT−CCD100におけるCCD蓄積部30に代えて、調整部230が設けられている。調整部230は、感光部210に蓄積された信号電荷を、移相を揃えて出力転送路240へ円滑に転送するためのものである。
【0152】以下、p型ウェルを備えたn型シリコン基板からなる半導体基板201(図8参照)を用いた場合を例にとり、感光部210の構成ならびに調整部230、出力転送路240および出力部250それぞれの構造を順次説明する。
【0153】まず、図8、図9(a)、図9(b)、図10(a)および図10(b)を用いて、感光部210の構成を説明する。
【0154】図8は、前述したように、第3の実施例のFT−CCD300を概略的に示す平面図である。
【0155】図9(a)は、図8に示した電荷転送チャネル211aの概略を示す平面図であり、図9(b)は、図8に示した電荷転送チャネル211bの概略を示す平面図である。
【0156】図10(a)は、図8に示した画素用第1透明転送電極212の概略を示す平面図であり、図10(b)は、図8に示した画素用第2透明転送電極213の概略を示す平面図である。
【0157】図8に示したように、感光部210を一定の方向DV に沿って横断して出力転送路240に達する計4本の電荷転送チャネル211aと計3本の電荷転送チャネル211bとが、半導体基板201の表面に形成されている。電荷転送チャネル211aと電荷転送チャネル211bとは、図の左または右からこの順番で交互に形成されている。電荷転送チャネル211a、211bの各々は、半導体基板201の一表面側に形成されたp型ウェルの所定箇所にn型領域を形成することによって得られる。
【0158】電荷転送チャネル211aの各々は、画素用光電変換素子形成領域211aPを計4つ有している(図9(a)参照)。1本の電荷転送チャネル211a中において相隣る2つの画素用光電変換素子形成領域211aPは、帯状を呈する接続部211aCによって一定のピッチP11で繋がっている。個々の電荷転送チャネル211aにおける最も上流の画素用光電変換素子形成領域211aPの上流側、および、最も下流の画素用光電変換素子形成領域211aPの下流側にも、それぞれ、所定長の接続部211aCが形成されている。画素用光電変換素子形成領域211aPにおける最大の線幅は、接続部211aCの線幅より広い。
【0159】接続部211aCと当該接続211aCに隣接する画素用光電変換素子形成領域211aPとの間に前記の方向DH (図1および図8参照)に延びる境界線を想定すると、画素用光電変換素子形成領域211aPの各々は、平面視上、八角形を呈する。個々の接続部211aCの線幅は、前記の境界線の長さと実質的に同じである。
【0160】電荷転送チャネル211bの各々は、上述した電荷転送チャネル211aと同様の形状を有する。ただし、電荷転送チャネル211aを構成する画素用光電変換素子形成領域211aPの各々と、電荷転送チャネル211bを構成する画素用光電変換素子形成領域211bP(図9(b)参照)の各々とは、前記のピッチP11の約1/2、前記の方向DV にずれている。
【0161】ここで、本明細書でいう「ピッチP11の約1/2」は、P11/2を含むほか、当該P11/2近傍の値であって目的とする画素ずらし配置を行うことが可能な範囲内の値をも含む。
【0162】図8に示したように、画素用第1透明転送電極212と画素用第2透明転送電極213とが、感光部10上に4本ずつ形成されている。これらの画素用透明転送電極212、213は、前記の方向DH に沿って、電荷転送チャネル211a、211bの各々を平面視上横断している。画素用透明転送電極212、213の各々は、感光部210の上流側から画素用第1透明転送電極212、画素用第2透明転送電極213の順番で、前記のピッチP11で1本ずつ交互に形成されている。
【0163】各画素用透明転送電極212、213は、例えばポリシリコンからなる。これらの画素用透明転送電極212、213は、半導体基板201の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0164】画素用第1透明転送電極212は、図10(a)に示すように、前述した第1の実施例のFT−CCD100における画素用第1透明転送電極12と同様の形状を有する。画素用第2透明転送電極213は、図10(b)に示すように、前述した第1の実施例のFT−CCD100における画素用第2透明転送電極13と同様の形状を有する。
【0165】画素用第1透明転送電極212を構成する画素用光電変換素子形成領域212P(図10(a)参照)の各々と、画素用第2透明転送電極213を構成する画素用光電変換素子形成領域213P(図10(b)参照)の各々とは、所定のピッチP12の約1/2、前記の方向DH (図8参照)にずれている。
【0166】ここで、本明細書でいう「ピッチP12の約1/2」は、P12/2を含むほか、当該P12/2近傍の値であって目的とする画素ずらし配置を行うことが可能な範囲内の値をも含む。
【0167】計4本の第1転送専用転送電極215が、画素用第1透明転送電極212とその下流側に近接する画素用第2透明転送電極213との平面視上の間それぞれに1本ずつ形成されている(図8参照)。また、計3本の第2転送専用転送電極216が、画素用第2透明転送電極213とその下流側に近接する画素用第1透明転送電極212との間それぞれに1本ずつ形成されている。
【0168】1本の第3転送専用転送電極217が、最も下流に設けられている画素用第2透明転送電極213と後述する調整部用第1転送電極231との間に形成されている。また、1本の補助転送電極218が、最も上流に設けられている画素用第1透明転送電極212の上流側に近接配置されている。
【0169】各転送専用転送電極215、216、217および補助転送電極218は、各電荷転送チャネル211a、211bを前記の方向DH に沿って平面視上横断する。これらの転送専用転送電極215、216、217および補助転送電極218は、例えばポリシリコンからなる。各転送専用転送電極215、216、217および補助転送電極は、画素用透明転送電極212、213と同様に、半導体基板201の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0170】各画素用透明転送電極212、213および各転送専用転送電極215、216は、前述した実施例1のFT−CCD100における各画素用透明転送電極12、13および各転送専用転送電極15、16と同様に、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている(図8参照)。第3転送専用転送電極217と最も下流に設けられている画素用第2透明転送電極213、および、補助転送電極218と最も上流に設けられている画素用第1透明転送電極212も、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている(図8参照)。なお、これらの転送電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【0171】画素用第1透明転送電極212における画素用光電変換素子形成領域212Pの各々は、電荷転送チャネル211aにおける画素用光電変換素子形成領域211aPと平面視上交差する。画素用第1透明転送電極212における接続部212Cの各々は、電荷転送チャネル211bにおける接続部211bCと平面視上交差する。一方、画素用第2透明転送電極213における画素用光電変換素子形成領域213Pの各々は、電荷転送チャネル211bにおける画素用光電変換素子形成領域211bPと平面視上交差する。画素用第2透明転送電極213における接続部213Cの各々は、電荷転送チャネル211aにおける接続部211aCと平面視上交差する。各転送専用転送電極215、216、217および補助転送電極218は、それぞれ所定の箇所において、電荷転送チャネル211aまたは211bの各々と平面視上交差する。
【0172】各電荷転送チャネル211a、211bと各画素用透明転送電極212、213との平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段としての機能を有する。各電荷転送チャネル211a、211bと各転送専用転送電極215、216、217または補助転送電極218との平面視上の各交差部についても、同じである。したがって、電荷転送チャネル211a、211bの各々は、当該電荷転送チャネル211a、211bを平面視上横断する各画素用透明転送電極212、213および各転送専用転送電極215、216、217ならびに補助転送電極218と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0173】図8に示すように、光遮蔽膜220が、感光部210から出力転送路240にかけて形成されている。この光遮蔽膜220と、感光部210、CCD蓄積部230および出力転送路240それぞれに形成された各種の転送電極との間には、例えばシリコン酸化膜からなる電気絶縁層(図示せず。)が介在する。
【0174】光遮蔽膜220は、画素用第1透明転送電極212における画素用光電変換素子形成領域212Pと電荷転送チャネル211aにおける画素用光電変換素子形成領域211aPとの平面視上の交差部の上に、水平断面が円形の開口部222を有する。また、画素用第2透明転送電極213における画素用光電変換素子形成領域213Pと電荷転送チャネル211bにおける画素用光電変換素子形成領域211bPとの平面視上の交差部の上にも、水平断面が円形の開口部222を有する。
【0175】このため、各画素用光電変換素子形成領域212Pと各画素用光電変換素子形成領域211aPとの平面視上の交差部の各々が、画素用光電変換素子(フォトダイオード)225(図8参照)として機能する。各画素用光電変換素子形成領域213Pと各画素用光電変換素子形成領域211bPとの平面視上の交差部の各々についても同様である。他の交差部は、光電変換素子としては実質的に機能しない。
【0176】したがって、図8に示したFT−CCD300においては、各電荷転送チャネル211a、211bと各画素用透明転送電極212、213との平面視上の交差部のうち、前記の方向DV および方向DH のいずれについても1つおきに選択された交差部が、画素用光電変換素子225として機能する。上記の開口部222の各々は、1つの画素の受光部として機能する。以下、開口部222を「受光部222」と表記することがある。
【0177】これらの画素用光電変換素子225は、FT−CCD300においては、7列、8行に亘って計28個、画素ずらし配置されている。1つの画素用光電変換素子列は4つの画素用光電変換素子225によって構成されている。奇数行の画素用光電変換素子行の各々は、4つの画素用光電変換素子225によって構成されている。偶数行の画素用光電変換素子行の各々は、3つの画素用光電変換素子225によって構成されている。
【0178】図8の左端から数えて奇数番目の光電変換素子列の各々は奇数行の画素用光電変換素子225のみを含み、偶数番目の光電変換素子列の各々は偶数行の画素用光電変換素子225のみを含む。
【0179】受光部222から光が入射することにより、画素用光電変換素子225において光電変換が行われる。各画素用透明転送電極212、213および各転送専用転送電極215、216、217ならびに補助転送電極218にそれぞれ所定の電圧を印加しておくことにより、画素用光電変換素子225の各々に信号電荷を蓄積させることができる。
【0180】次に、既出の図8を用いて、調整部230の構造について説明する。この調整部230は、感光部210と出力転送路240との間の半導体基板201表面に形成されている。
【0181】図8に示したように、前述した電荷転送チャネル211a、211bの各々が、調整部230を前記の方向DV に沿って横断して、出力転送路240に達している。
【0182】1本の調整部用第1転送電極231と1本の調整部用第2転送電極232とが上流側からこの順番で形成されている。これらの調整部用転送電極231、232は、電荷転送チャネル211a、211bの各々を前記の方向DH に沿って平面視上横断している。
【0183】各調整部用転送電極231、232は、例えばポリシリコンからなる。これらの調整部用転送電極231、232は、半導体基板201の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0184】個々の調整部用転送電極231、232の形状は、いずれも帯状である。調整部用第1転送電極231の線幅と調整部用第2転送電極232の線幅とは、ほぼ同じである。
【0185】調整部用第2転送電極232における上流側の縁部は、調整部用第1転送電極231における下流側の縁部に重なっている。調整部用転送電極231、232は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。なお、これらの調整部用転送電極231、232は互いに電気的に絶縁されている。
【0186】調整部用第1転送電極231における第3転送専用転送電極217側の縁部は、第3転送専用転送電極217における調整部用第1転送電極231側の縁部と重なっている。調整部用第1転送電極231と第3転送専用転送電極217とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。なお、調整部用第1転送電極231と第3転送専用転送電極217とは、互いに電気的に絶縁されている。
【0187】各電荷転送チャネル211a、211bと各調整部用転送電極231、232との平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段としての機能を有する。電荷転送チャネル211a、211bの各々は、当該電荷転送チャネル211a、211bを平面視上横断する各調整部用転送電極231、232と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0188】上述したように、第3転送専用転送電極217と調整部用第1転送電極231とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。その結果として、電荷転送チャネル211a、211bの各々は、感光部210から調整部230にかけて、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0189】前述した光遮蔽膜220が、感光部210から出力転送路240にかけて形成されている(図8参照)。この光遮蔽膜220は、電気絶縁層を介して、各調整部用転送電極231、232を平面視上ほぼ覆っている。
【0190】感光部210から転送されてきた信号電荷は、調整部230に形成されている上記の各垂直転送CCDによって順次出力転送路240に転送される。このとき、所定の電圧が所定の周期で調整部用転送電極231、232に印加される。
【0191】なお、図8においては、各構成部材を判りやすくするために、各電荷転送チャネル211a、211bをそれぞれ実線で描いており、光遮蔽膜220を二点鎖線で描いている。
【0192】次に、出力転送路240の構造について説明する。この出力転送路240は、調整部230の下流端に隣接するようにして前記の半導体基板201表面に形成されている。図8においては、当該図8を判りやすくするために出力転送路240を簡略化して描いているので、以下、図11を参照しつつ出力転送路240の構造を説明する。
【0193】図11は、出力転送路240を概略的に示す平面図である。同図に示したように、出力転送路240は、半導体基板201に形成された1本の電荷転送チャネル241と、電気絶縁膜(図示せず。)を介して半導体基板201上に複数本ずつ形成された転送電極243、244、245、246とを有している。図示を省略した電気絶縁層が、転送電極243、244、245、246上に形成されている。前述した光遮蔽膜220は、前記の電気絶縁層上に形成されている。
【0194】電荷転送チャネル241は、半導体基板201の一表面側に形成されたp型ウェルの所定箇所にn型領を形成することによって得られる。この電荷転送チャネル241は、前述した方向DH に延びている。
【0195】各転送電極243、244、245、246は、1本の電荷転送チャネル211aまたは211bに1組ずつの割合で、かつ、出力部250(図8参照)側から転送電極246、転送電極245、転送電極244、転送電極243の順番で、形成されている。これらの転送電極243、244、245、246は、例えばポリシリコンからなる。
【0196】転送電極243は、1本の電荷転送チャネル211aまたは211bの下流端を平面視上覆うと共に、電荷転送チャネル241を平面視上横切る帯状の電極である。転送電極243における調整部用第2転送電極232側の縁部は、調整部用第2転送電極232の出力転送路240側の縁部と重なっている。転送電極244、245、246の各々は、電荷転送チャネル211aおよび211bのいずれとも平面視上重なることなく、電荷転送チャネル241を平面視上横切る帯状の電極である。
【0197】転送電極244における転送電極243側の縁部は転送電極243上に重なっており、転送電極244における転送電極245側の縁部は転送電極245上に重なっている。転送電極246における転送電極245側の縁部は転送電極245上に重なっており、図4中で最も右側の転送電極244以外の転送電極244における転送電極246側の縁部は転送電極246上に重なっている。各転送電極243、244、245、246は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。
【0198】なお、各転送電極243、244、245、246は、図示を省略した電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。また、転送電極243と、最も下流の調整部用第1転送電極231も、図示を省略した電気絶縁膜によって互いに絶縁されている。
【0199】電荷転送チャネル241と各転送電極243、244、245、246との平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段として利用される。したがって、出力転送路240は、1本の電荷転送チャネル211aまたは211bあたり4つの電荷転送段を有する。出力転送路240は、4相駆動型のCCDからなる。
【0200】調整部230から転送されてきた信号電荷は、出力転送路240に形成されている上記の各電荷転送段によって順次出力部250に転送される。このとき、所定の電圧が所定の周期で転送電極243、244、245、246のそれぞれに印加される。
【0201】次に、出力部250について説明する。図8に示したように、出力部250は、出力転送路240の一端に接続されている。当該出力部250は、出力転送路240から送られてきた信号電荷をフローティング容量(図示せず。)によって信号電圧に変換し、当該信号電圧をソースホロワ回路(図示せず。)等を利用して増幅する。検出(変換)された後の電荷は、例えばリセットトランジスタを介して電源に吸収される。具体的な構成は、例えば図4(b)を用いて説明した出力部50(図1参照)と同様である。
【0202】以上説明したFT−CCD300は、画素用光電変換素子225それぞれの上にのみ開口部222を有する光遮蔽膜220を具備している。このため、マイクロレンズアレイを感光部210上に配設したとしても、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子225に入射するということが起こりにくい。
【0203】また、各画素用光電変換素子225が1つおきの電荷転送チャネル211aまたは211b上で幅広の領域を形成する画素ずらし配置が行われている。このため、個々の画素における受光部222の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。その結果として、解像度を高めやすい。
【0204】さらに、電荷転送チャネル211aにおける画素用光電変換素子形成領域211aPの最大の線幅は、電荷転送チャネル211aにおける接続部211aCの線幅より広い。同様に、電荷転送チャネル211bにおける画素用光電変換素形成領域211bPの最大の線幅は、電荷転送チャネル211bにおける接続部211bCの線幅より広い。このため、前述した実施例1のFT−CCD100におけるよりも、各画素用光電変換素子225の平面視上の大きさを大きくしやすい。これに伴って、個々の画素の受光部222の平面視上の大きさも大きくしやすい。その結果として、実施例1のFT−CCD100よりも感度を向上させやすい。
【0205】図8に示したFT−CCD300を駆動させるためには、各画素用透明転送電極212、213、各転送専用転送電極215、216、217、補助転送電極218、各調整部用転送電極231、232、出力転送路240および出力部50に所定の駆動パルスを供給するための駆動パルス供給手段が用いられる。
【0206】図12は、上記の駆動パルス供給手段の一例を示す概略図である。同図に示すように、上記の駆動パルス供給手段290は、例えば、同期信号発生器291、タイミング発生器292、垂直駆動回路293、水平駆動回路294等を含んで構成される。
【0207】同期信号発生器291は、垂直同期パルス、水平同期パルス等、信号処理に必要な各種のパルスを作る。タイミング発生器292は、各画素用透明転送電極212、213、各転送専用転送電極215、216、217、補助転送電極218および各調整部用転送電極231、232に印加する4相の垂直パルス信号、ならびに、出力転送路240の駆動に必要な4相の水平パルス信号等のためのタイミング信号を作る。
【0208】垂直駆動回路293は、上記のタイミング信号に基づいて4相の垂直パルス信号を発生する。当該4相の垂直パルス信号の各々は、パルス供給用端子260a、260b、260cまたは260dを介して、所定の画素用透明転送電極212、213、所定の転送専用転送電極215、216、217、補助転送電極218または所定の調整部用転送電極231、232に印加される。
【0209】水平駆動回路294は、上記のタイミング信号に基づいて4相の水平パルス信号を発生する。当該4相の水平パルス信号の各々は、パルス供給用端子280a、280b、280cまたは280dを介して、所定の転送電極243、244、245、246に印加される。
【0210】FT−CCD300においては、画素用光電変換素子225の各々に一旦信号電荷を蓄積させた後、これらの信号電荷を感光部210から調整部230へ転送する。感光部210から調整部230への信号電荷の転送は、感光部210から調整部230にかけて形成されている前述の各垂直転送CCDを4相駆動させることによって行われる。
【0211】信号電荷の蓄積および転送を行うために、例えば図12に示すように、所定のパルス供給端子と所定の転送電極とが電気的に接続される。図12においては、各第2転送専用転送電極216と第3転送専用転送電極217と補助転送電極218とがパルス供給端子260aに電気的に接続されている。各画素用透第1明転送電極212と調整部用第1転送電極231は、それぞれパルス供給端子260bに電気的に接続されている。各第1転送専用転送電極215と調整部用第2転送電極232は、それぞれパルス供給端子260cに電気的に接続されている。各画素用第2透明転送電極213は、パルス供給端子260dに電気的に接続されている。
【0212】同期信号発生器291で作られた所定のパルスによって規定される信号電荷蓄積期間に、前述した第1の実施例のFT−CCD100における動作と同様の動作を行うことにより、1フレーム分の信号電荷を感光部210に蓄積させることができる。このとき、垂直駆動回路293からパルス供給用端子260a、260cに低レベルの垂直パルス信号VL が印加されると共に、パルス供給用端子260b、260dに高レベルの垂直パルス信号VH が印加される。
【0213】上記1フレーム分の信号電荷は、第1の実施例のFT−CCD100についての説明の中で述べた前記(1) 〜(4) の動作と同様の動作を行うことにより、感光部210から調整部230へ転送することができる。
【0214】ただし、調整部230に1フレーム分の信号電荷の全てを蓄積することはできない。調整部230における最も下流の各電荷転送段にまで転送されてきた信号電荷は、出力転送路240へ順次転送する。
【0215】調整部230における最も下流の電荷転送段は、図8または図12に示したように、調整部用第2転送電極232と各電荷転送チャネル211a、211bとの平面視上の交差部に形成された各電荷転送段である。これらの電荷転送段には、相隣る2つの画素用光電変換素子行を構成している各画素用光電変換素子225に蓄積された信号電荷の各々が、同じ移相の下に実質的に同時に転送されてくる。
【0216】調整部230から出力転送路240への信号電荷の転送は、例えば次のようにして行われる。
【0217】まず、図11に示したように、パルス供給端子280aと各転送電極243、パルス供給端子280bと各転送電極244、パルス供給端子280cと各転送電極245、および、パルス供給端子280dと各転送電極246とを、それぞれ予め電気的に接続しておく。
【0218】そして、調整部用第2転送電極232にVH が印加されている時に、水平駆動回路294からパルス供給端子280a、280bの各々に高レベルの水平パルスHH を印加すると共に、水平駆動回路294からパルス供給端子280c、280dの各々に低レベルの水平パルスHL を印加する。次に、調整部用第2転送電極232の電圧をVH からVL に変化させる。
【0219】これにより、調整部用第2転送電極232と各電荷転送チャネル211a、211bとの平面視上の交差部に形成された電荷転送段の各々にまで転送されてきていた各信号電荷は、電荷転送チャネル241と各転送電極243、244との平面視上の各交差部に形成される2連のポテンシャルウェルの各々に転送される。すなわち、調整部230から出力転送路240へ信号電荷が転送される。
【0220】出力転送路240に転送されてきた信号電荷の各々は、順次、出力部250へ向けて出力転送路240内を順次転送される。このとき、下記(a) および(b) の動作が所定の周期で交互に行われる。
【0221】(a) 2連のポテンシャルウェルの各々を下流側(出力部250側)へ1電荷転送段分だけ伸長せさて3連のポテンシャルウェルとする。
【0222】(b) 3連のポテンシャルウェルの各々を、その上流側を下流側(出力部250側)へ1電荷転送段分だけ縮めて2連のポテンシャルウェルとする。
【0223】出力部250は、出力転送路240から受け取った信号電荷を順次信号電圧に変換すると共に増幅し、当該増幅された信号電圧を所定の回路に出力する。
【0224】以上説明した第3の実施例のFT−CCD300は、CCD蓄積部を有していないので、メカニカルシャッタを備えた静止画撮影用機器のエリア・イメージセンサとして好適である。FT−CCD300を前記のエリア・イメージセンサとして利用する場合、メカニカルシャッタは信号蓄積期間中に開かれ、他の期間中においては閉ざされる。
【0225】図示したFT−CCD300は、FT−CCDとしては簡単な構造のFT−CCDである。実際のFT−CCDでは、通常、個々の画素用光電変換素子225での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズアレイが配設される。また、カラー撮像用のFT−CCDでは色フィルタアレイが配設される。
【0226】マイクロレンズアレイや色フィルタアレイは、例えば第2の実施例のFT−CCD200についての説明の中で述べた方法によって配設することができる。
【0227】次に、第4の実施例によるFT−CCDについて、図13および図14を用いて説明する。
【0228】図13は、第4の実施例によるFT−CCD400を概略的に示す平面図である。図14は、図13に示した画素用透明転送電極312を概略的に示す平面図である。なお、図13は、図面をみやすくするために、また、説明を判りやすくするために、画素用光電変換素子325の数を24個にした略図である。実際のFT−CCDでは、前述したように、画素用光電変換素子325の数が1000〜1000万個に達する。
【0229】図13に示したFT−CCD400は、半導体基板301の表面に設定された感光部310と、当該感光部310の外側に形成されたCCD蓄積部330と、当該CCD蓄積部330の外側に形成された出力転送路340と、当該出力転送路340の一端に接続された出力部350と、感光部310に形成されている転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子360a、360b、360c、360dと、CCD蓄積部330に形成されている転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子370a、370b、370c、370dと、出力転送路340を構成する転送電極の各々に所定の駆動パルスを供給するための4つのパルス供給端子380a、380b、380c、380dとを具備している。
【0230】感光部310、CCD蓄積部330、出力転送路340および出力部350それぞれの役割は、前述した第1の実施例のFT−CCD100における感光部10、CCD蓄積部30、出力転送路40または出力部50の役割と実質的に同じである。
【0231】以下、p型ウェルを備えたn型シリコン基板からなる半導体基板301(図13参照)を用いた場合を例にとり、感光部310の構成ならびにCCD蓄積部330、出力転送路340および出力部350それぞれの構造を順次説明する。
【0232】図13に示したように、感光部310を一定の方向DV (図13参照)に沿って横断して出力転送路340に達する計6本の電荷転送チャネル311が、半導体基板301の表面に形成されている。電荷転送チャネル311の各々は、半導体基板301の一表面側に形成されたp型ウェルの所定箇所にn型領域を形成することによって得られる。各電荷転送チャネル311は、平面視上、帯状を呈する。
【0233】各電荷転送チャネル311を前記の方向DH に沿って平面視上横断する計4本の画素用透明転送電極312が、前記の方向DV に沿って一定のピッチP20で形成されている。各画素用透明転送電極312は、例えばポリシリコンからなる。これらの画素用透明転送電極312は、半導体基板301の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0234】画素用透明転送電極312の各々は、前記の方向DH に沿って蛇行している。各画素用透明転送電極312は、前記の方向DH (図13参照)に帯状に延びる画素用光電変換素子形成領域312Pを計6つ有している(図14参照)。
【0235】図14の左端から数えて1、3、5番目の各画素用光電変換素子形成領域312Pにおいては、その左端に、図中での左斜め下に延びる接続部312C1 が続いており、その右端に、図中での右斜め下に延びる接続部312C2 が続いている。したがって、図14の左端から数えて2、4番目の各画素用光電変換素子形成領域312Pにおいては、その左端に、図中での左斜め上に延びる接続部312C2 が続いており、その右端に、図中での右斜め上に延びる接続部312C1が続いている。
【0236】図14での最も左側の接続部312C1 の左端には、前記の方向DH に帯状に延びる接続部312C3 が続いている。図14の左端から数えて6番目の画素用光電変換素子形成領域312Pの右端には、前記の方向DH に帯状に延びる接続部312C4 が続いている。
【0237】第1転送専用転送電極315、第2転送専用転送電極316および第3転送専用転送電極317が1本ずつ、相隣る2本の画素用透明転送電極312の間に形成されている。また、最も上流の画素用透明転送電極312の上流側にも、第1転送専用転送電極315、第2転送専用転送電極316および第3転送専用転送電極317が1本ずつ補助的に形成されている。これらの転送専用転送電極315、316、317は、感光部310の上流側から下流側に向かって、この順番で形成されている。
【0238】転送専用転送電極315、316、317各々の平面視上の形状は、いずれも、線幅を画素用透明転送電極312より狭くした以外は画素用透明転送電極312の平面視上の形状ととほぼ同じである。各転送専用転送電極315、316、317は、例えばポリシリコンからなる。これらの転送専用転送電極315、316、317は、画素用透明転送電極312と同様に、半導体基板301の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0239】各第1転送専用転送電極315の上流側の縁部は、最も上流に設けられている第1転送専用転送電極315を除き、その上流側に近接する画素用透明転送電極312の下流側の縁部に重なっている。各第1転送専用転送電極315の下流側の縁部は、その下流側に近接する第2転送専用転送電極316の上流側の縁部に重なっている。
【0240】各第3転送専用転送電極317の上流側の縁部は、その上流側に近接する第2転送専用転送電極316の下流側の縁部に重なっている。各第3転送専用転送電極315の下流側の縁部は、最も下流に設けられている第3転送専用転送電極317を除き、その下流側に近接する画素用透明転送電極312の上流側の縁部に重なっている。
【0241】各画素用透明転送電極312と各転送専用転送電極315、316、317とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。なお、これらの転送電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【0242】最も下流の第1転送専用転送電極315の下流には、第4転送専用転送電極318が形成されている。第4転送専用転送電極318の下流には帯状を呈する第5転送専用転送電極319が形成されている。これらの転送専用転送電極318、319は、平面視上、電荷転送チャネル411の各々を前記の方向DH に沿って横断する。
【0243】第4転送専用転送電極318および第5転送専用転送電極319は、例えばポリシリコンからなる。これらの転送専用転送電極318、319は、画素用透明転送電極312と同様に、半導体基板301の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。
【0244】第4転送専用転送電極318の上流側の縁部は、最も下流に設けられている第1転送専用転送電極315の下流側の縁部の下に入り込んでいる。第4転送専用転送電極318の下流側の縁部は、第5転送専用転送電極319の上流側の縁部に重なっている。
【0245】最も下流の第1転送専用転送電極315と第4転送専用転送電極318と第5転送専用転送電極319とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。これらの転送専用転送電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【0246】画素用透明転送電極312における画素用光電変換素子形成領域312Pの各々は、電荷転送チャネル311と平面視上交差する。各転送専用転送電極315、316、317、318、319は、それぞれ所定の箇所において、電荷転送チャネル311の各々と平面視上交差する。
【0247】各電荷転送チャネル311と各画素用光電変換素子形成領域312Pとの平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段としての機能を有する。各電荷転送チャネル311と各転送専用転送電極315、316、317、318、319との平面視上の各交差部についても、同じである。
【0248】電荷転送チャネル311の各々は、当該電荷転送チャネル311を平面視上横断する画素用透明転送電極312および各転送専用転送電極315、316、317、318、319と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0249】図13に示すように、光遮蔽膜320が、感光部310から出力転送路340にかけて形成されている。この光遮蔽膜320と、感光部310、CCD蓄積部330および出力転送路340それぞれに形成された各種の転送電極との間には、例えばシリコン酸化膜からなる電気絶縁層(図示せず。)が介在する。
【0250】光遮蔽膜320は、各画素用光電変換素子形成領域312Pと各電荷転送チャネル311との平面視上の交差部それぞれの上に、水平断面が円形の開口部322を有する。
【0251】このため、各画素用光電変換素子形成領域312Pと各電荷転送チャネル311との平面視上の交差部の各々が、画素用光電変換素子(フォトダイオード)325(図13参照)として機能する。他の交差部は、光電変換素子としては実質的に機能しない。
【0252】したがって、図13に示したFT−CCD400においては、各電荷転送チャネル311と各画素用透明転送電極312との平面視上の交差部の全てが、画素用光電変換素子325として機能する。上記の開口部322の各々は、1つの画素の受光部として機能する。以下、開口部322を「受光部322」と表記することがある。
【0253】これらの画素用光電変換素子325は、FT−CCD400においては、6列、8行に亘って計24個、画素ずらし配置されている。1つの画素用光電変換素子列は4つの画素用光電変換素子325によって構成され、1つの画素用光電変換素子行も4つの画素用光電変換素子325によって構成されている。図13の左端から数えて奇数番目の光電変換素子列の各々は奇数行の画素用光電変換素子325のみを含み、偶数番目の光電変換素子列の各々は偶数行の画素用光電変換素子325のみを含む。
【0254】受光部322から光が入射することにより、画素用光電変換素子325の各々において光電変換が行われる。各画素用透明転送電極312および各転送専用転送電極315、316、317、318、319にそれぞれ所定の電圧を印加しておくことにより、画素用光電変換素子325の各々に信号電荷を蓄積させることができる。
【0255】次に、既出の図13を用いて、CCD蓄積部330の構造について説明する。このCCD蓄積部330は、感光部310と出力転送路340との間の半導体基板301表面に形成されている。
【0256】図13に示したように、電荷転送チャネル311の各々が、CCD蓄積部330を前記の方向DV に沿って横断して、出力転送路340に達している。
【0257】電荷転送チャネル311の各々を前記の方向DH に沿って平面視上横断する計4本の蓄積部用第1転送電極331と計3本の蓄積部用第2転送電極332とが、前記の方向DV に沿って交互に1本ずつ形成されている。さらに、最も下流の蓄積部用第1転送電極331の下流側に、1本の蓄積部用第3転送電極333が形成されている。蓄積部用第3転送電極333も、電荷転送チャネル311の各々を前記の方向DH に沿って平面視上横断する。
【0258】各蓄積部用転送電極331、332、333は、例えばポリシリコンからなる。これらの蓄積部用転送電極331、332、333は、半導体基板301の表面に形成された電気絶縁膜の上に形成されている。個々の蓄積部用転送電極331、332、333の形状は、いずれも帯状である。
【0259】各蓄積部用第2転送電極332における上流側の縁部は、その上流側に近接する蓄積部用第1転送電極331における下流側の縁部に平面視上重なっている。各蓄積部用第2転送電極332における下流側の縁部は、その下流側に近接する蓄積部用第1転送電極における上流側の縁部に平面視上重なっている。蓄積部用第3転送電極333における上流側の縁部は、その上流側に近接する蓄積部用第1転送電極331における下流側の縁部に平面視上重なっている。各蓄積部用転送電極331、332、333は、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。
【0260】各電荷転送チャネル311と各蓄積部用転送電極331、332、333との平面視上の交差部の各々は、1つの電荷転送段として機能する。電荷転送チャネル311の各々は、当該電荷転送チャネル311を平面視上横断する各蓄積部用転送電極331、332、333と共に、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0261】感光部310に形成されている第5転送専用転送電極319とCCD蓄積部330に形成されている最も上流の蓄積部用第1転送電極331とは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなしている。その結果として、電荷転送チャネル311の各々は、感光部310からCCD蓄積部330にかけて、1つのCCD(垂直転送CCD)を構成する。
【0262】前述した光遮蔽膜320が、感光部310から出力転送路340にかけて形成されている(図13参照)。この光遮蔽膜320は、電気絶縁層を介して、各蓄積部用転送電極331、332、333を平面視上覆っている。
【0263】感光部310に蓄積された信号電荷は、感光部310からCCD蓄積部330かけて形成されている上記の各垂直転送CCDによって、出力転送路340に向けて順次転送される。
【0264】なお、図13においては、各構成部材を判りやすくするために、各電荷転送チャネル311をそれぞれ実線で描いており、光遮蔽膜320を二点鎖線で描いている。
【0265】図13に示したFT−CCD400における出力転送路340は、図4に示した出力転送路40と基本的に同じ構造を有する。また、図13に示したFT−CCD400における出力部350は、図1に示した出力部50と基本的に同じ構造を有する。ただし、図4に示した出力転送路40が8本の電荷転送チャネル11を通じて転送されてくる信号電荷を受け取れるように構成されているのに対し、図13に示した出力転送路340は6本の電荷転送チャネル311を通じて転送されてくる信号電荷を受け取れるように構成されている。
【0266】以上説明したFT−CCD400は、画素用光電変換素子325それぞれの上にのみ開口部322を有する光遮蔽膜320を具備している。このため、マイクロレンズアレイを感光部310上に配設したとしても、光の回り込みによって迷光が画素用光電変換素子225に入射するということが起こりにくい。
【0267】また、画素ずらし配置が行われているので、個々の画素における受光部322の面積の低下を抑制しつつ画素密度を向上させやすい。その結果として、解像度を高めやすい。
【0268】さらに、前記の方向DV に沿って相隣る2つの画素用光電変換素子325の間に3つの電荷転送段が形成されることから、次の利点が得られる。すなわち、前述した第1の実施例のFT−CCD100や第2の実施例のFT−CCD300に比べ、スミアの発生や、画素用光電変換素子325同士の間での混色の発生を、より抑制することができる。
【0269】図13に示したFT−CCD400を駆動させるためには、各画素用透明転送電極312、各転送専用転送電極315、316、317、318、319、各蓄積部用転送電極331、332、333、出力転送路340および出力部350に所定の駆動パルスを供給するための駆動パルス供給手段が用いられる。
【0270】図15は、上記の駆動パルス供給手段の一例とFT−CCD400とを示す概略図である。同図に示すように、上記の駆動パルス供給手段390は、例えば図5に示した駆動パルス供給手段90と同様に、同期信号発生器391、タイミング発生器392、第1垂直駆動回路393a、第2垂直駆動回路393b、水平駆動回路394等を含んで構成される。
【0271】同期信号発生器391、タイミング発生器392、第1垂直駆動回路393a、第2垂直駆動回路393bおよび水平駆動回路394それぞれの役割は、図5に示した駆動パルス供給手段90における同期信号発生器91、タイミング発生器92、第1垂直駆動回路93a、第2垂直駆動回路93bまたは水平駆動回路94の役割と同じである。
【0272】画素用光電変換素子325の各々に一旦信号電荷を蓄積させた後、これらの信号電荷を感光部310からCCD蓄積部330へ転送する。感光部310からCCD蓄積部330への信号電荷の転送は、感光部310からCCD蓄積部330にかけて形成されている前述の各垂直転送CCDを例えば4相駆動させることによって行われる。
【0273】信号電荷の蓄積および転送を行うために、例えば図15に示すように、所定のパルス供給端子と所定の転送電極とが電気的に接続される。図15においては、各画素用透明転送電極312がパルス供給端子360aに電気的に接続されている。各第1転送専用転送電極315は、パルス供給端子360bに電気的に接続されている。各第2転送専用転送電極316と第4転送専用転送電極318は、それぞれパルス供給端子360cに電気的に接続されている。各第3転送専用転送電極317と第5転送専用転送電極319は、それぞれパルス供給端子360dに電気的に接続されている。
【0274】また、図15においては、感光部310側から数えて1、5番目の各蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第1転送電極331)がパルス供給端子370aに電気的に接続されている。感光部310側から数えて2、6番目の各蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第2転送電極332)は、それぞれパルス供給端子370bに電気的に接続されている。感光部310側から数えて3、7番目の各蓄積部用転送電極(いずれも蓄積部用第1転送電極331)は、それぞれパルス供給端子370cに電気的に接続されている。感光部310側から数えて4、8番目の各蓄積部用転送電極(蓄積部用第2転送電極332と蓄積部用第3転送電極333)は、それぞれパルス供給端子370dに電気的に接続されている。
【0275】同期信号発生器391で作られた所定のパルスによって規定される信号電荷蓄積期間に、第1垂直駆動回路393aから各パルス供給用端子360b、360c、360dに低レベルの垂直パルス信号VL が印加されると共に、パルス供給用端子360aに高レベルの垂直パルス信号VH が印加される。
【0276】これにより、画素用光電変換素子325それぞれにポテンシャルウェル(1連のポテンシャルウェル)が形成され、1フレーム分の信号電荷を感光部310に蓄積させることが可能になる。このとき、相隣る2つのポテンシャルウェルの間には、3連のポテンシャルバリアが形成される。また、最も上流のポテンシャルウェルの上流側、および、最も下流のポテンシャルウェルの下流側にも、それぞれ3連のポテンシャルバリアが形成される。
【0277】感光部310内での信号電荷の転送は、例えば下記(a) および(b) の動作をこの順番で交互に繰り返すことにより行うことができる。
【0278】(a) 1連のポテンシャルウェルの各々を下流側に2電荷転送段分だけ伸長させて3連のポテンシャルウェルにする。換言すれば、3連のポテンシャルバリアの各々を下流側に2電荷転送段分縮めて1連のポテンシャルバリアにする。
【0279】(b) 上記(a) で形成した3連のポテンシャルウェルの各々を下流側に1電荷転送段分だけ縮めて2連のポテンシャルウェルにする。換言すれば、上記(a) で形成した1連のポテンシャルバリアの各々を下流側に1電荷転送段分伸長させて2連のポテンシャルバリアにする。
【0280】第5転送専用転送電極319と各電荷転送チャネル311との平面視上の交差部に形成されている電荷転送段の各々にまで転送されてきた各信号電荷は、例えば下記(i) および(ii)の動作をこの順番で行うことにより、感光部310からCCD蓄積部330へ転送される。
【0281】(i) 水平駆動回路394からパルス供給端子80aおよび80bの各々に高レベルの水平パルス信号HH を印加すると共に、第2垂直駆動回路393bからパルス供給端子80cおよび80dの各々に低レベルの水平パルス信号HL を印加する。このとき、CCD蓄積部330における前述の各垂直転送CCDにおいては、2連のポテンシャルウェルと2連のポテンシャルバリアとが、上流から下流に向かってこの交互に順番で形成される。
【0282】(ii)上記(i) の状態を、第1垂直駆動回路393aからパルス供給端子360dにVL が印加されるまで続ける。
【0283】CCD蓄積部330内で信号電荷を転送するにあたっては、蓄積部用転送電極331、332、333に印加する垂直パルス信号の大きさを適宜変化させて、電荷蓄積領域(ポテンシャルウェル)とポテンシャルバリアとを交互に配置させる。信号電荷の転送は、例えば下記(A) および(B) の動作をこの順番で交互に繰り返すことにより行うことができる。
【0284】(a) 2連のポテンシャルウェル(上記(i) 参照)の各々を下流側に1電荷転送段分だけ縮めて1連のポテンシャルウェルにする。
【0285】(b) 1連のポテンシャルウェルの各々を下流側に1電荷転送段分だけ伸長させて2連のポテンシャルウェルにする。
【0286】CCD蓄積部330から出力転送路340への信号電荷の転送は、前述した第1の実施例のFT−CCD100における動作と同様の動作によって行うことができる。また、出力転送路340内での信号電荷の転送も、前述した第1の実施例のFT−CCD100における動作と同様の動作によって行うことができる。
【0287】出力部350は、出力転送路340から受け取った信号電荷を順次信号電圧に変換すると共に増幅し、当該増幅された信号電圧を所定の回路に出力する。
【0288】1フレーム分の信号電荷を出力転送路340に転送し終えた後、必要に応じて、同期信号発生器391で作られた所定のパルスによって前述した信号電荷蓄積期間が再び規定され、感光部310に1フレーム分の信号電荷が蓄積される。
【0289】以上説明した第4の実施例のFT−CCD400は、FT−CCDとしては簡単な構造のFT−CCDである。実際のFT−CCDでは、通常、画素用光電変換素子325での光電変換効率を高めるために、マイクロレンズアレイが配設される。また、カラー撮像用のFT−CCDでは色フィルタアレイが配設される。
【0290】マイクロレンズアレイや色フィルタアレイは、例えば第2の実施例のFT−CCD200についての説明の中で述べた方法によって配設することができる。
【0291】以上、実施例を挙げて本発明のFT−CCDを説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0292】例えば、各実施例のFT−CCDは、p型ウェルを備えたn型半導体基板に画素用光電変換素子(フォトダイオード)等を形成したものであるが、導電型を全て反転させることもできる。例えば、p型半導体基板に画素用光電変換素子(フォトダイオード)等を形成しても、FT−CCDを得ることができる。
【0293】また、本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面に画素用光電変換素子(フォトダイオード)等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【0294】感光部から出力転送路にかけて形成される電荷転送チャネルは、第1の実施例や第4の実施例で例示したような帯状を呈するものであってもよいし、第3の実施例で例示したような画素用光電変換素子形成領域を有するものであってもよい。さらには、蛇行した形状を呈するものであってもよい。
【0295】電荷転送チャネルを平面視上蛇行させ、かつ、画素ずらし配置を行うことにより、画素密度を更に高めることが可能であろう。
【0296】電荷転送チャネルに画素用光電変換素子形成領域を設ける場合、当該画素用光電変換素子形成領域の平面視上の形状は、例えば矩形、六角形、八角形、樽型等、適宜選定可能である。
【0297】なお、本明細書で電荷転送チャネルについていう「画素用光電変換素子形成領域の平面視上の形状」とは、画素用光電変換素子形成領域と当該画素用光電変換素子形成領域に続く接続部との間に前記の方向DH に延びる境界線を想定したときに平面視上画定される画素用光電変換素子形成領域の形状を意味する。
【0298】画素用透明転送電極の平面視上の形状も、適宜選定可能である。画素用透明転送電極に画素用光電変換素子形成領域を設ける場合、当該画素用光電変換素子形成領域の平面視上の形状は、例えば矩形、六角形、八角形、樽型等、とすることができる。
【0299】なお、本明細書で画素用透明転送電極についていう「画素用光電変換素子形成領域の平面視上の形状」とは、画素用光電変換素子形成領域と当該画素用光電変換素子形成領域に続く接続部との間に前記の方向DV に延びる境界線を想定したときに平面視上画定される画素用光電変換素子形成領域の形状を意味する。
【0300】光遮蔽膜に設ける開口部の平面視上の形状、ひいては、画素の受光部の平面視上の形状も、例えば矩形(菱形を含む。)、六角形、八角形、楕円形、円形等、適宜選定可能である。
【0301】画素用光電変換素子の各々は、画素ずらし配置されていてもよいし、普通の行列状(格子状)に配置されていてよい。
【0302】信号電荷の転送方法は、実施例で挙げた転送方法に限定されるものではなく、目的とするFT−CCDの用途等に応じて適宜変更可能である。これに伴って、各転送電極に所定の駆動パルスを供給するためのパルス供給用端子の数、および、当該パルス供給端子と各転送電極との結線の仕様も、目的とするFT−CCDにおける信号電荷の転送方法に応じて適宜変更可能である。出力転送路についても同様である。
【0303】CCD蓄積部や調整部は、必須の構成要件ではない。信号電荷は、感光部から直ちに出力転送路に転送接続されていてもよい。
【0304】CCD蓄積部や調整部における各転送電極の形状は、各実施例で例示した帯状に限定されるものではない。例えば、形状の異なる複数種の電極を感光部における各転送電極の配置仕様と同様の仕様で配置してもよい。
【0305】各画素の受光部を平面視上覆うようにしてこれらの受光部の上方にマイクロレンズを1個ずつ設ける場合、個々のマイクロレンズの平面視上の形状は、矩形(菱形を含む、)、当該矩形の角部に丸みを付けた形状、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、当該多角形の角部に丸みを付けた形状、円形、楕円形等、適宜選択可能である。マイクロレンズの平面視上の形状は、個々の画素における受光部の形状に応じて、適宜選定できる。
【0306】これらのマイクロレンズにおける前記の方向DV のピッチは、当該方向DV における画素用光電変換素子のピッチと同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。前記の方向DV についてのマイクロレンズのピッチを画素用光電変換素子のピッチと異ならせる場合、個々のマイクロレンズは、例えば次の観点の下に移動される。
【0307】すなわち、受光部内の位置の変化に応じた入射光線の入射方向の変化に対応させて、マイクロレンズによる結像位置が画素の受光部における所望箇所、例えば所望の感度あるいは解像度を得るうえでより有利となる箇所に変位するように、移動される。画素の感度あるいは解像度を高めるうえからは、マイクロレンズによる結像位置周辺のできるだけ広範囲に亘って光電変換領域が存在していることが好ましい。
【0308】同様の理由から、上記のマイクロレンズそれぞれにおける前記の方向DH のピッチは、当該方向DH における画素用光電変換素子のピッチと同じであってもよいし、わずかに異なっていてもよい。
【0309】画素用光電変換素子とマイクロレンズとの相対的な位置関係が全ての画素において実質的に同じであった場合には、マイクロレンズによって画素用光電変換素子上に形成される像点の位置が、画素用光電変換素子列の中央部と列方向上部または下部とで異なる。マイクロレンズによって画素用光電変換素子上に形成される像点の位置が所望の位置からずれるのを抑制するうえからは、例えば下記(1)〜(3) のように、マイクロレンズをずらすことが好ましい。
【0310】(1) 図16(a)に模式的に示すように、個々の画素用光電変換素子列500における列方向上部および列方向下部それぞれでのマイクロレンズ510の位置を、画素用光電変換素子列500の列中央部から離れるに従って、列中央部側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ510をずらす方向を示している。また、符号520は感光部を示している。
【0311】(2) 図16(b)に模式的に示すように、個々の画素用光電変換素子行505における行方向端部でのマイクロレンズ510の位置を、感光部520の中央から離れるに従って、前記の方向DH に沿って、感光部520の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ510をずらす方向を示している。
【0312】(3) 図16(c)に模式的に示すように、マイクロレンズ510を、感光部520の中央から離れるに従って、前記の方向DH および前記の方向DV に沿って、感光部520の中央側にずらす。図中の矢印は、マイクロレンズ510をずらす方向を示している。
【0313】上記(1) 〜(3) のようにマイクロレンズをずらすことにより、輝度シェーディングを改善することも可能である。
【0314】FT−CCDに色フィルタアレイを設ける場合、当該色フィルタアレイは、カラー撮像を可能にする色フィルタによって構成されていればよい。このような色フィルタアレイとしては、実施例で挙げた3原色(赤、緑、青)系の色フィルタアレイの他に、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【0315】補色タイプの色フィルタアレイは、例えば(i) 緑(G)、シアン(Cy)および黄(Ye)の各色フィルタ、(ii)シアン(Cy)、黄(Ye)および白もしくは無色(W)の各色フィルタ、(iii) シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)、黄(Ye)および緑(G)の各色フィルタ、または、(iv)シアン(Cy)、黄(Ye)、緑(G)および白もしくは無色(W)の各色フィルタ、等によって構成することができる。
【0316】図17(a)は上記(i) の補色タイプの色フィルタアレイ600の一例を示す平面図であり、図17(b)は上記(ii)の補色タイプの色フィルタアレイ610の一例を示す平面図である。図17(c)は上記(iii) の補色タイプの色フィルタアレイ620の一例を示す平面図であり、図17(d)は上記(iv)の補色タイプの色フィルタアレイ630の一例を示す平面図である。
【0317】図17(a)〜図17(d)のそれぞにおいては、図中のアルファベットG、Cy、Ye、W、Mgを囲んでいる各六角形が1つの色フィルタを示している。図中のアルファベットG、Cy、Ye、W、Mgは、個々の色フィルタの色を表している。
【0318】3原色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図7に示したパターンに限定されるものではない。同様に、補色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンは、図17(a)〜図17(d)に示したパターンに限定されるものではない。
【0319】図18(a)は、画素用光電変換素子が正方格子状に配置されているFT−CCDに使用される原色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンの幾つかの例を示す平面図である。図18(a)(i) はベイヤー型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ700を示しており、図18(a)(ii)はインターライン型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ710を示している。図18(a)(iii) はGストライプRB市松型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ720を示しており、図18(a)(iv)はGストライプRB完全市松型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ730を示している。図18(a)(v) はストライプ型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ740を示しており、図18(a)(vi)は斜めストライプ型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ750を示している。そして、図18(a)(vii) は原色色差型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ760を示している。
【0320】図18(b)は、画素用光電変換素子が正方格子状に配置されているFT−CCDに使用される補色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンの幾つかの例を示す平面図である。図18(b)(i) はフィールド色差順次型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ800を示しており、図18(b)(ii)はフレーム色差順次型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ810を示している。図18(b)(iii) はMOS型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ820を示しており、図18(b)(iv)は改良MOS型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ830を示している。図18(b)(v) はフレームインタリーブ型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ840を示しており、図18(b)(vi)はフィールドインタリーブ型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ850を示している。そして、図18(b)(vii) はストライプ型と呼ばれる配置パターンの色フィルタアレイ860を示している。
【0321】画素ずらし配置が行われているFT−CCDにおいても、例えば画素用光電変換素子が正方格子状に配置されているFT−CCD用の上記の色フィルタアレイに準じて、色フィルタの配置パターンを適宜選定することができる。
【0322】各実施例のFT−CCDにおいては、n型半導体基板に形成されたp型ウェル上に画素用光電変換素子(フォトダイオード)が形成されている。したがって、これらのFT−CCDでは縦型オーバーフロードレイン構造を付設することができる。これに伴って、電子シャッタを付設することができる。
【0323】各実施例のFT−CCDに縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、p型ウェルとn型半導体基板の下部(p型ウェルより下の領域)とに逆バイアスを印加できる構造を付加する。縦型オーバーフロードレイン構造を付設することにより、ブルーミングを抑制することが容易になる。
【0324】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のFT−CCDにおいては、迷光が画素用光電変換素子に入射しにくい。
【0325】したがって、本発明によれば、再生画像の画質が高いFT−CCDを得ることが容易になる。




 

 


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