JPH03102871A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

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

Ｃ発明の概要〕 本発明は、複数の光電変換部がマトリクス状に配列され
る固体撮像装置において、その水平列毎Ｇこテレビジョ
ン画面の水平方向に対応した水平方向に電荷を転送する
ための電荷転送部を読み出し部を介しながら設けること
により、水平解像度の高解像度化を図りながら、単位セ
ル中の光電変換部の面積の増大等を実現させるものであ
る。

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

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

第ｌ２図は、−Ｃ的なインターライン転送型のＣＣＤの
模式図である。マトリクス状に光電変換部１０１が配列
され、その垂直列毎に垂直レジスタ部１０２が設けられ
る。複数の垂直レジスタ部１０２は、１つの水平レジス
タ部１０３に電気的に接続し、この水平レジスク部１０
３でテレビジョン画面の水平ライン毎に信号電荷が出力
部１０４を介して送り出される。

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

〔発明が解決しようとする課Ｂ］ フレーム転送型の固体撮像装置は、光電変換部が電荷転
送の機能を有するものであり、受光面積を広く採れると
いう点で優れるが、スメアを低減することが困難であり
、光吸収や感度等の面で十分ではない。また、ディジタ
ル技術の発達から、固体撮像装置より必ずしもインター
レースされた信号を取り出す必要はなく、水平方向の電
荷転送を行う意義も小さくなってきている。

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

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

第１３図はインターライン転送型のＣＣＤの縦長な単位
セル中のレイアウトを示す図である。単位セルには、垂
直方向である■方向を長手方向とした矩形状の垂直レジ
スタ部１１１が形成され、この垂直レジスタ部１１１に
沿った形で読み出しゲート部】１２が形威される。その
読み出しゲート部１１２に隣接した光電変換部上の遮光
膜の開口部１１３がチャンネルストッパー領域１１４に
囲まれて形成される。ここで、開口部１１３や垂直レジ
スタ部１１１の各形状に着目すると、水平解像度の高解
像度化に伴って、水平方向（Ｈ方向）に短く、垂直方向
（Ｖ方向）に長い矩形状の形状にされる。

このようにインターライン転送型のＣＣＤの水平解像度
を高くした時では、第１に、垂直レジスタ部１１１のＨ
方向の幅が短くなり、その転送効率が劣化する。第２に
、読み出しゲート部１１２やチャンネルストソパー領Ｍ
Ｕｌｌ４も縦長な形状となって、単位セール中の面積が
増大する。その結果、開口部１１３の面積が逆に小さく
なり、十分な感度や取り扱い電荷量等が得られなくなる
。第３に、開口部１１３のパターニングが、Ｉ４方向だ
け極端に微細なものとなるために、加工が難しくなり、
感度むら等が生ずることになる。

そこで、本発明は、上述の技術的な課題に鑑み、インタ
ーライン転送型やフレームインターライン転送型の固体
撮像装置において、単位セル中の光電変換部の面積を増
大させて、感度の向上を図り、さらにレジスタの転送効
率の向上や微細加工特性の向上等を実現する固体撮像装
置を提供することを目的とする。

〔課覇を解決するための手段〕

上述の目的を達威するため、本発明の固体撮像装置は、
マトリクス状に配列され互いに電気的に分離される複数
の光電変換部と、それら光電変換部の水平列毎に上記各
光電変換部との間に読み出し部を介して配設されテレビ
ジョン画面の走査線方向に対応した水平方向に電荷を転
送する電荷転送部を有することを特徴とする。

また、本発明の他の固体撮像装置は、上述の構造の光電
変換部と電荷転送部を有する撮像部を有してなり、これ
に加えて、上記電荷転送部から水平方向に転送された電
荷を蓄積し、その蓄積された電荷を垂直方向に転送する
ＭＭｉ部と、その蓄積部からの電荷を読み出す読み出し
手段を有することを特徴とする。

（作用） 撮像部における電荷の転送方向をテレビジョン画面の走
査線方向に対応した水平方向とすることで、水平解像度
の高解像度化に応して水平方向に短辺化した単位セルの
短辺方向に、電荷転送部が配列されることになる。従っ
て、電荷転送部の形状を、転送方向に垂直な幅が広く採
れる形状にすることができ、このため転送効率が向上す
る。また、電荷転送部に沿って設けられる読み出し部の
面積も小さいもので済むことになり、チャンネルストン
バー領域の面積も小さくなることから、光電変換部の面
積を増大させることができ、感度の増大を図ることがで
きる。また、電荷転送部が短辺方向となることから、光
電変換部の形状は、従来のものに比べて正方形に近い形
状にされる。このために、微細加工を行う上で有利とな
る。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 本実施例は、インターライン転送型のＣＣＤであって、
その撮像領域からの電荷の転送方向がテレビジョン画面
の水平方向とされる例である。

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

この光電変換部２の各水平列に沿って、各水平列毎に水
平電荷転送部３が形成される。これら水平電荷転送部３
には、多相の駆動信号（例えば４相）が供給され、その
信号に従って電荷が転送される。この水平電荷転送部３
の電荷転送方向はテレビジョン画面の走査線方向に対応
したＨ方向である。各水平電荷転送部３は、各光電変換
部２と間の領域に第１図中図示しない読み出し部を有し
ており、その読み出し部を介して各光電変換部２から水
平電荷転送部３に信号電荷が読み出される。

各水平電荷転送部３の終端部には垂直電荷転送部４が設
けられている。この垂直電荷転送部４は各光電変換部２
からの信号電荷を一垂直線毎に転送するためのレジスタ
である。この垂直電荷転送部４にも所要の駆動信号が与
えられる。この垂直電荷転送部４の端部には、出力部５
が設けられ、この出力部５から転送されてきた信号が順
次出力される。なお、本実施例では垂直電荷転送部４は
１つとされるが、複数の電荷転送部により読み出すよう
にすることも可能である。

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

この第２図に示すように、本実施例のＣＣＤは、単位セ
ル１０がＨ方向でｈ。のサイズを有し、■方向でＶ。の
サイズを有し、ｈ０は水平解像度を高くするためにｖ０
よりも短くされ、単位セル１０の形状は縦長の矩形状で
ある。このような各単位セルＩＯは、水平電荷転送部３
，光電変換部２に対応した開口部】２，チャンネルスト
ンパー領域１３，読み出し部１■とからなっている。

水平電荷転送部３は、各単位セル１０内で、各単位セル
１０で連続するためにＨ方向で単位セル１０の長さｈ０
に亘って形成されており、■方向では幅Ｗ１とされてい
る。この単位セル１０では、Ｈ方向が短辺方向であり、
電荷転送部を連続的に形或するためには短辺方向に亘っ
て形或すれば良いために、垂直方向に電荷を転送するＣ
ＣＤ　（第１３図参照。）に比べて、同し面積でＶ方向
の幅Ｗ１を広くすることができ、従って、転送効率を向
上させることができる。

チャンネルストッパー頌域ｌ３や読み出し部１ｌは、光
電変換部を平面上囲んで配置されるものである。本実施
例の単位セル１０内では、上記水平電荷転送部３が単位
セル１０の下部を占有するために、これらチャンネルス
トソパー領域１３や読み出し部１１を単位セル１０の長
辺ｖ０に亘って形或する必要はなく、その長辺の方向で
ある■方向においては、Ｖｏ−ｗ，の寸法に亘って設け
られれば良い。従って、従来のＣＯＤ　（第１３図参照
。）に比べて、チャンネルストッパー領域１３や読み出
し部１１の占有面積を十分に小さくすることができる。

光電変換部２上の開口部１２は、遮光膜に形成されるパ
ターンであるが、上述のように、チャンネルストッパー
領域ｌ３や読み出し部１ｌの面積が小さくなるために、
その面積を拡げることができる。また、その開口部１２
の開口形状もＨ方向でｈ，，ｖ方向でＶ，であって、サ
イズｈ１とサイズｖ１は極端に違わない寸法になること
から、略正方形化し、開口部１２の周囲長さに比べて割
合大きな面積となる。従って、光電変換部２では、発生
させる電荷量を増大させることができ、高感度化を図る
ことがなされる。また、開口部１２の形状が細長いもの
とならないことから、開口部１２のリソグラフィーを製
造工程上、容易に進めることができ、さらに単位セル１
０自体を微細化する場合に有利である。

このような単位セル１０を用いて撮像領域で水平方向に
電荷を転送する本実施例のＣＣＤでは、垂直列毎の信号
電荷に応じた出力が順次出力部５から出力される。この
場合、ディジタル処理を行って、一度ビデオＲＡＭ等の
メモリーを用いて、信号を記憶し、その後に取り出すよ
うにすることで、テレビジョン信号に対応した出力信号
が得られることになる。

第２〜第４の実施例 第２〜第４の実施例のＣＣＤは、第１の実施例のＣＣＤ
の変形例であって、水平方向の電荷転送の向きを変えた
ものや、垂直方向の電荷転送の向きを変えたものである
。なお、第３図〜第５図において、Ｈ方向は、テレビジ
ョン画面の走査線方向の順方向であり、Ｈ′方向はその
走査線方向の逆方向である。また、■方向は各図中上か
ら下への垂直方向であり、Ｖ′方向は各図中下から上へ
の垂直方向を示す。

まず、第２の実施例のＣＣＤは、第３図に示すように、
第１の実施例のＣＣＤと同様の構造の撮像領域２１を有
し、その撮像領域２ｌの端部に隣接して垂直電荷転送部
２２を有する。撮像領域２１ば、単位セル２３が縦長の
ものとされ、第２図に示したように、光電変換部の面積
は大きいものとされる。そして、水平電荷転送部は、第
１の実施例と同様に、図中Ｈ方向に電荷を転送し、垂直
電荷転送部２２は、図中上向きすなわち図中Ｖ′方向に
電荷を転送する。この場合、第１の実施例のＣＣＤとは
、垂直線の中で逆の順番で出力信号が得られる。

次に、第３の実施例のＣＣＤは、第４図に示すように、
第１の実施例のＣＣＤと同様な構造の単位セル２６から
なる撮像領域２４を有し、その撮像領域２４の端部に隣
接して垂直電荷転送部２５を有する。この垂直電荷転送
部２５が設けられる側は、第１，第２の実施例のＣＣＤ
と逆側であり、従って、水平方向の電荷の転送は逆方向
のＨ　’方向に行われる。また、垂直電荷転送部２５に
おける電荷の転送方向も第１の実施例と逆方向の図中上
方向のＶ′方向とされる。

次に、第４の実施例のＣＣＤは、第５図に示すように、
第１の実施例のＣＣＤと同様な構造の単位セル２９から
なる撮像領域２７を有し、その撮像領域２７の端部に隣
接して垂直電荷転送部２８を有する。この垂直電荷転送
部２８が設けられる側は、第３の実施例のＣＣＤと同し
側であり、従って、水平方向の電荷の転送は第１の実施
例のＣＯＤと逆方向のＨ′方向に行われる。また、垂直
電荷転送部２８の電荷転送の方向は、第１の実施例のＣ
ＣＤと同し■方向である。

第５の実施例 本実施例は、水平電荷転送部と垂直電荷転送部の間に、
蓄積レジスク部を設けたフレームインターライン転送型
のＣＣＤの例である。

まず、その全体の概略構造を第１図に示す。このＣＣＤ
３　１は、第１の実施例のＣＣＤと同様に、マトリクス
状に配列されチャンネルストンバー領域により互いに分
離される複数の光電変換部３２を有している。図中、テ
レビジョン画面の走査線方向に対応した水平方向が図中
Ｈ方向であり、これと直交する方向が■方向であって、
各光電変換部３２は、それぞれ解像度に応して配置され
ている。これら光電変換部３２の各水平列に沿って、各
水平列毎に水平電荷転送部３３が該光電変換部３２との
間に読み出し部を介しながら形成される。

これら水平電荷転送部３３には、それぞれ所要の駆動信
号が与えられ、その電荷転送方向はテレビジョン画面の
走査線方向に対応したＨ方向である。

そして、各水平電荷転送部３３の終端部には、各水平列
毎に、蓄積レジスタ部３８が形威されている。この蓄積
レジスタ部３８は、各水平電荷転送部３３と電気的に連
絡しており、一時的に各水平電荷転送部３３の信号電荷
を蓄積する。この蓄積レジスタ部３８には、駆動信号が
与えられており、高速に転送することで低スメア化を図
ることができる。この蓄積レジスタ部３８は水平方向を
その電荷の転送方向とする。蓄積レジスタ部３日に電気
的に連続して垂直電荷転送部３４が設けられる。

この垂直電荷転送部３４は各蓄積レジスタ部３８からの
信号電荷を一垂直線毎に転送するためのレジスタである
。この垂直電荷転送部３４には所要の駆動信号が与えら
れて電荷が転送される。その端部には、出力部３５が設
けられ、この出力部３５から転送されてきた信号が順次
出力される。

なお、本実施例では垂直電荷転送部３４は１つとされる
が、複数の電荷転送部により読み出すようにすることも
可能である。

図中、破線で囲む領域は、単位セル１０である．この単
位セル１０の構造は、第２図に示したものと同様の構造
を有する。すなわち、水平電荷転送部３３は、その垂直
方向に幅広くされて、その転送効率が向上する。また、
チャンネルストッパー領域や読み出し部の面積は小さく
され、光電変換部３２に対応した開口部の面積が増大し
たものとされて、感度が向上する。さらにその開口部の
形状が略正方形になるために微細加工にも有利とされる
。

このように本実施例のＣＣＤでは、マトリクス状に配列
される光電変換部３２の水平列間で水平方向に電荷を転
送するために、単位セル１０のレイアウトが微細化に有
利となる。また、蓄積レジスタ部３８が形成されている
ために、低スメア化等の利点も有する。

第６の実施例 本実施例は、撮像部でテレビジョン画面の走査方向であ
る水平方向に電荷を転送し、その電荷を一時蓄積する蓄
積部からは垂直方向に電荷を転送して出力するＣＣＤＯ
例である。

まず、その全体の概略構造を第７図に示す。このＣＣＤ
４　１は、第１の実施例のＣＣＤと同様に、マトリクス
状に配列されチャンネルスト，パー領域により互いに分
離される複数の光電変換部４２を撮像部４６に有してい
る。図中、テレビジョン画面の走査線方向に対応した水
平方向が図中１１方向であり、これと直交する方向が■
方向であって、各光電変換部４２は、それぞれ解像度に
応して配置される。この光電変換部４２の各水平列に沿
って、各水平列毎に水平電荷転送部４３が該光電変換部
４２との間に読み出し部を介しながら形威される。これ
ら水平電荷転送部４３には、所要の駆動信号が供給され
、電荷が転送される。その電荷転送方向はテレビジョン
画面の走査線方向に対応した水平方向のＨ方向である。

このような光電変換部４２と水平電荷転送部４３を有し
た撮像部４６に隣接して、蓄積部４７が形戊される。こ
の蓄積部４７は、各水平列毎に配列された蓄積レジスタ
部４８からなる。この蓄積レジスタ部４日は、各水平電
荷転送部４３と電気的にｉ１絡しており、一時的に各水
平電荷転送部４３の信号電荷を蓄積する。この蓄積部４
７は、各蓄積レジスタ部４８間に転送ゲートを有してい
る。

このため、蓄積レジスク部４８には、上記水平電荷転送
部４３よりＨ方向に電荷が転送されてくるが、当該蓄積
レジスタ部４８からは垂直方向に電荷を転送することが
でき、その電荷は水平ＣＣＤ部４４に転送される。この
ように、水平方向に転送された電荷を蓄積部４７で垂直
方向に転送することで、後述する単位セル１０のレイア
ウトによる高感度化等を実現しながら、テレビジョン信
号に対応した出力が実現される。また、蓄積レジスタ部
４日に高速に転送することで、低スメア化を図ることが
できる。

水平ＣＣＤ部４４と出力部４５は、信号電荷の水平ライ
ン毎の読み出しを行う。すなわち、上記蓄積部４７で一
時的に蓄積されて信号電荷をライン毎に出力する。なお
、水平ＣＣＤ部４４は、転送信号の周波数の低減のため
に複数本としても良い。

図中、破線で囲む領域は、単位セル１ｏである。

この単位セル１０の構造は、第２図に示したものと同様
の構造を有する。すなわち、水平電荷転送部４３は、そ
の垂直方向に幅広くされて、その転送効率が向上する。

また、チャンネルストソパー′８Ｎ域や読み出し部の面
積は小さくされ、光電変換部４２に対応した開口部の面
積が増大したものとされて、感度が向上する。さらにそ
の開口部の形状が略正方形になるために微細加工にも有
利とされる。

このように、本実施例のＣＣＤは、単位セル１０のレイ
アウトに起因する長所を有する他、蓄積部４７で水平方
向から垂直方向への転送を行うために、テレビジョン信
号に対応した出力が可能であり、後の信号処理をディジ
タル処理しないようなものまで対応できる。

第７〜第１０の実施例 第７〜第ｌＯの実施例は、それぞれ第６の実施例の変形
例であり、その電荷の取り出し方が異なる例である。な
お、第８図〜第１１図において、Ｈ方向は、テレビジョ
ン画面の走査線方向の順方向であり、Ｈ゛方向はその走
査線方向の逆方向である。また、■方向は上から下への
垂直方向であり、Ｖ′方向は下から上への垂直方向を示
す。

第７の実施例のＣＣＤは、第８図に示すように、水平方
向を篭荷の転送方向とする単位セル１０を有した撮像部
５１と、水平方向に電荷が転送された後に垂直方向に電
荷を転送する蓄積部５２と、読み出しのための水平ＣＣ
Ｄ部５３とを有している６撮像部５】から蓄積部５２へ
の電荷の転送方向は、第６の実施例のＣＣＤと同し図中
Ｈ方向であり、Ｍｖｉ部５２から水平ＣＣＤ部５３への
電荷の転送方向は、図中上方向であるＶ′方向である。

そして、水平ＣＣＤ部５３では、Ｈ′方向に電荷が転送
されて出力される。

第８の実施例のＣＣＤは、第９図に示すように、撮像部
５４から蓄積部５５へのＨ方向の電荷の転送、及び蓄積
部５５から水平ＣＣＤ部５６へのＶ方向の電荷の転送が
第６の実施例のＣＣＤと同じであるが、水平ＣＣＤ部５
６での電荷の転送方向が第６の実施例と反対の図中Ｈ方
向とされている。

この第８の実施例のＣＣＤにおいても、撮像部５４で電
荷が水平方向に転送されるために、感度が高く、転送効
率や加工精度に優れる単位セル１０を有している。

第９の実施例のＣＣＤは、第８の実施例のＣＣＤと、水
平方向の転送が逆方向とされる例である。

すなわち、第１０図に示すように、撮像部５７から蓄積
部５８の電荷の転送や水平ＣＣＤ部５９における電荷の
転送が図中Ｈ′方向とされる。

また、第１０の実施例のＣＣＤは、第１１図に示すよう
に、撮像部６０から蓄積部６ｌへの水平方向の電荷の転
送が図中Ｈ′方向に行われ、蓄積部６１から水平ＣＣＤ
部６２への垂直方向の電荷の転送が図中Ｖ′方向に行わ
れ、水平ＣＣＤ部６２では図中Ｈ方向に転送が行われる
例である。

このような第７〜第１０の実施例の如き変形例とするこ
とも必要に応して可能である。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置は、光電変換部から読み出し部を
介して読み出された電荷が電荷転送部で水平方向に転送
される。このため水平解像度を高くした場合でも、単位
セル内で水平方向に亘って電荷転送部を形成すれば良く
、その転送方向に対する幅を広く採れることから、転送
効率が向上する。また、本発明の固体撮像装置では、そ
の転送方向から光電変換部を分離するための領域の占有
面積を小さくすることができ、さらに光電変換部の形状
を改善できるために、光電変換部の面積を増大させるこ
とができる。また、その形状の改善によって細い幅で加
工する必要がないため、微細加工にも有利である。

また、本発明の固体撮像装置では、水平方向から垂直方
向に電荷を転送する蓄積部を設けることができ、テレビ
ジョン信号やその他の信号に対応した出力を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の一例の概略的な平面図
、第２図はその単位セルのレイアウトを示す図、第３図
乃至第５図は上記一例の変形例を示すそれぞれ概略的な
平面図、第６図は本発明の固体撮像装置の他の一例の概
略的な平面図である。 第７図は本発明の固体撮像装置のさらに他の一例の概略
的な平面図、第８図乃至第１１図は第７図の固体撮像装
置の変形例を示すそれぞれ概略的な平面図である。第１
２図は従来の固体撮像装置の一例の概略的な平面図、第
１３図はその従来の一例の単位セルのレイアウトを示す
図である。 ？．３２．４２・・・光電変換部 ３，３３■　４３・・・水平電荷転送部４．３４・・・
垂直電荷転送部 １０・・・単位セル １１・・・読み出し部 １２・・・開口部 ｌ３・・・チャンネルストンパー領域 ３８．４８・・・蓄積レジスタ部 ４４・・・水平ＣＣＤ部 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリクス状に配列され互いに電気的に分離され
   る複数の光電変換部と、それら光電変換部の水平列毎に
   上記各光電変換部との間に読み出し部を介して配設され
   テレビジョン画面の走査線方向に対応した水平方向に電
   荷を転送する電荷転送部を有することを特徴とする固体
   撮像装置。
2. （２）マトリクス状に配列され互いに電気的に分離され
   る複数の光電変換部を有し、それら光電変換部の水平列
   毎に上記各光電変換部との間に読み出し部を介して配設
   されテレビジョン画面の走査線方向に対応した水平方向
   に電荷を転送する電荷転送部を有する撮像部と、 上記電荷転送部から水平方向に転送された電荷を蓄積し
   、その蓄積された電荷を垂直方向に転送する蓄積部と、 その蓄積部からの電荷を読み出す読み出し手段を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。