JPH04134982A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は解像度向上をせしめることを目的とした固体撮
像装置に関するものである。

（従来の技術） 近年超ＬＳＩ技術の進展に伴ない、固体撮像装置の性能
はますます向上し、その特徴を生かして民生用、産業用
、医用、宇宙用等あらゆる分野での画像入力装置の目と
して応用が広がっており、今後も更に性能向上、多機能
化が求められ、その一つとしてより高解像度化が推し進
められている。

通常固体撮像装置の解像度はそれが持つ画素数によって
決まる二次元の固体撮像装置の場合、垂直の解像度はテ
レビの走査線数によってその上限が決められるが、水平
の解像度は多画素になればなる稚内上してくる。しかし
この多画素化を図るためには画素の微細化が必要であり
、これは製造プロセスと関連したデザインルールによっ
て自ずとその限界がある。

第９図は従来のインターライン転送方式ＣＣＤ撮像装置
の構造と概略的な構成を示すものである。

同図（ａ）は画素部１セルの断面構造を説明するための
図である。

この撮像装置は２段のＰウェル構造を有する型のもので
、例えばｎ−型半導体基板１の表面層（こ深いＰウェル
層２−１と浅いＰウェル層２−２が連続して設けられ、
この浅いＰウェル層２−２の表面層には、光入射により
生成される信号電荷を蓄積するためのｎ型の感光部３、
一方深いＰウェル層２−１の表面層には感光部３に蓄積
された信号電荷を順次転送して読み出すための垂直ＣＣ
Ｄ部４及び単位セル間を分離するためのＰ゛型チャネル
ストップ領域５が設けられている。これら各領域を含ん
だ半導体基板表面には、ゲート酸化膜６をそれぞれ介し
て第１の多結晶シリコン電極７及び第２の多結晶シリコ
ン電極８が所定の位置に設けられ、その上部にはＣＶＤ
酸化膜等の絶縁膜９を介してＡＩ電極１０が形成されて
いる。このＡＩ電極１０は感光部３に対応する部分には
ＡＩがなく、この開口窓を通して光は感光部３に入射さ
れる。このＡＩ電極１０は観光部３以外の領域の光シー
ルドとしての機能を持つと共に、周辺の配線電極（図示
せず）としても用いられている。更にこの上にＰＳＧ膜
あるいは低温ＳｉＮ膜等からなるパッシベーション膜１
１が形成されている。

この場合、光入射により、前記感光部のｎ層３に蓄積さ
れた信号電荷は、前記垂直ＣＣＤ４と感光部３の間のＰ
ウェル層２と、この上部に配置された第１の多結晶シリ
コン電極７によって構成されるトランスファーゲート１
２を経由して垂直ＣＣＤ４に移され、その後垂直ＣＣＤ
を転送され、水平ＣＣＤから順次読み出される。第９図
（ｂ）にこの撮像装置の概略的な配置構成を示す。

同図に示す様に３−１〜３−ｎはフォトダイオードより
なる感光部列、４−１〜４−ｎは垂直ＣＣＤ列で、感光
部列３−１〜３−ｎで光電変換された信号電荷を垂直転
送する。１２−１〜１２−ｎは感光部から垂直ＣＣＤへ
信号電荷を移すためのトランスファーゲート列である。

また２３は水平ＣＣＤであり、垂直ＣＣＤ列４−１〜４
−ｎより送られてきた信号電荷を順次出力するために水
平転送する。

第１θ図は従来の固体撮像装置の信号電荷の読み出し方
法について説明した図である。例えば通常のフィールド
蓄積モードで動作させた場合、先ず第１フイールドにお
いては、同図（ａ）の実線で示す様に、各フォトダイオ
ードｐＨ〜Ｐ４４′　に蓄積された信号電荷は上下２画
素ずつ加算され、そしてその後垂直ＣＣＤ４−１〜４−
４、水平ＣＣＤ２３で転送して読み出される。次に第２
フイールドでは同図（ｂ）の点線で示す様に第１フイー
ルドの時とは逆の上下２画素ずつの加算信号として読み
出される。こうして第１フイールド、第２フイールドの
両信号でもって１フレームの画像が構成される。ここに
おいて、この固体撮像装置の画素配列と、本読み出し方
法におけるサンプリング中心点の関係を同図（Ｃ）に示
すが、これを見て判る様に実際の画素数と同じサンプリ
ング数しか得ることができない。

（発明が解決しようとする課題） この様に従来の固体撮像装置では画素数と同じ数のサン
プリング点しか得られないため、特に水平方向の解像度
を上げるためには、水平方向の多画素化を行なわなけれ
ばならない。しかしこの多画素化を図るためには画素の
微細化が必要であり、製造プロセスと関連したデザイン
ルールによってその限界が生じることは前にも述べた。

また微細化すると共に、その微細化割合よりも大きな感
度の低下や偽信号となるスミア等が生じ、製造面からも
特性面からも非常に困難且つ不利なものとならざるを得
なかった。

本発明は、上記事情を考慮して成されたものであり、水
平画素間の信号加算機能を有し、これによって水平画素
数の２倍のサンプリング点を得て、水平解像度を大巾に
向上せしめた固体撮像装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、半導体基板
上に２次元的に配置された受光部と、この受光部で形成
された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ列と、
前記受光部から前記垂直ＣＣＤ列に信号電荷を移すため
に前記受光部の両側に設けられた転送ゲートと、前記垂
直ＣＣＤ列から転送される信号電荷を入力してこの信号
電荷を水平方向に転送して読み出す水平ＣＣＤとを具備
し、前記受光部で形成された信号電荷を前記転送ゲート
を制御して、前記受光部の両側に存する前記垂直ＣＣＤ
列のいずれかに選択的に転送することを特徴とする固体
撮像装置を提供する。

（作用） 本発明によれば受光部で生成された信号電荷は左右いず
れの垂直ＣＣＤにも読み出せるため、水平画素間の信号
の加算処理等を容易に行なうことができ、これによって
水平解像度を向上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図面を用いて説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係わる固体撮像装置の構
造と概略的な構成を示すものである。同図は従来のイン
ターライン転送方式ＣＣＤによく似た構造と構成をして
おり、簡便のため、従来例と同じものについては同一番
号を用いている。同図（ａ）は画素部の断面構造を説明
するための図である。

この固体撮像装置は第９図の従来例と同じく、２段のＰ
ウェル構造を有する型のものを示しており、ｎ−型半導
体基板ｌの表面層に深いＰウェル層２−１と浅いＰウェ
ル層２−２が連続して設けられ、この浅いＰウェル層２
−２の表面層には、光入射により生成される信号電荷を
蓄積するためのｎ型の感光部３、一方深いＰウェル層２
−１の表面層には、感光部３に蓄積された信号電荷を順
次転送して読出すための垂直ＣＣＤ部４−１．４−２及
び図示はしないが単位画素間を分離するためのＰ゛型チ
ャネルストップ領域が設けられている。これら各領域を
含んだ半導体基板表面には、ゲート酸化膜６を介して、
例えば多結晶シリコンからなる第１の転送電極７及び第
２の転送電極８がそれぞれ一部オーバーラップして垂直
ＣＣＤ　　４−１；　　４−２の上部に設けられている
。また感光部３とその両側の垂直ＣＣＤ　　４−１；　
　４−２の間にはトランスファーゲート１２−１と１２
−１’　があり、ゲート電極としては前記第１の転送電
極７と兼用した第１のゲート電極と、これと直交方向に
形成した第２のゲート電極＋３−１゜１３−１’　の２
重ゲート電極構造となっており、第１のゲート電極７と
第２のゲート電極１３−１あるいは＋３−１’　の両方
がＯＮ状態になった時、このトランスファーゲート１２
−１又は１２−１’　　は開く。そしてその上部にはＣ
ＶＤ酸化膜等の絶縁膜９を介して例えばＡＩ電極１０が
形成されている。このＡＩ電極ｌＯは感光部３に対応す
る部分にはＡＩが無く、この開口窓を通して光は感光部
３に入射される。このＡＩ電極１０は感光部３以外の領
域の光シールドとしての機能を持つと共に、図示はしな
いが周辺の配線電極としても用いられている。更にこの
上部にＰＳＧ膜あるいは低温ＳｉＮ膜等からなるパッシ
ベーション膜１１が形成されている。

第１図（ｂ）にこの固体撮像装置の概略的な配置構成を
示す。同図に示す様に３−１〜３−ｎはフォトダイオー
ドよりなる感光部列、４−１〜４−（ｎ＋１）は垂直Ｃ
ＣＤ列で、感光部列３−１〜３１で光電変換された信号
電荷を垂直転送する。＋２−１〜１２−ｎ及び＋２−１
’〜１２−ｎ’は感光部から垂直ＣＣＤへ信号電荷を移
すためのトランスファーゲート列で、各感光部の左右に
あり、信号電荷を選択的に左右いずれかの垂直ＣＣＤに
移すことができる。また２３は水平ＣＣＤであり、垂直
ＣＣＤ列４−１〜４−（ｎ＋１）より送られてきた信号
電荷を順次出力するために水平転送する。次のこの固体
撮像装置の信号電荷の読み出し方について第２図を用い
て説明する。

先ず第１フイルード（同図（ａ））においては、フォト
ダイオードＰ１１〜Ｐ４１、ＰＩ３〜Ｐ４３、Ｐ１４〜
Ｐ４４の行の第１のゲート電極と、＋２−Ｌ　１２−２
．１２−３．１２−４の列の第２のゲート電極をＯＮに
して、Ｐ１１〜Ｐ４１、ｐ＋２〜Ｐ４２、Ｐ１３〜Ｐ４
３、Ｐ１４〜Ｐ４４の信号電荷を垂直ＣＣＤ４−１〜４
−４に転送して第１のゲート電極をＯＦＦにした後（時
間遅れをｔ秒とする）、フォトダイオードＰ１１′　〜
Ｐ４１’　　　Ｐ　１２’　〜Ｐ４□　　Ｐｏ、′〜Ｐ
　４ｍ’　　　Ｐ　１４〜Ｐ４４′　の行の第１ゲート
電極をＯＮにして（第２ゲート電極１２−１．１２−２
．１２−３．１２−４はＯＮ状態）Ｐ７．′　〜Ｐ　＋
４’　　　　Ｐ　１２’　　〜Ｐ４□　　　Ｐｌ　　〜
Ｐ４３Ｐ、４′　〜Ｐ４４′　の信号電荷を同様に垂直
ＣＣＤ　　４−１〜４−４に転送して、実線で示す様に
上下２画素ずつの加算信号にして（この時はトランスフ
ァーゲートはＯＦＦ状態にもどっている）垂直ＣＣＤ４
−１〜４−４で転送し、水平ＣＣＤ２３から順次読み出
される。次に第２フイールド（同図（ｂ））では、上下
２画素の信号加算は第１フイールドの時の組み合わせと
逆になるが、信号の読み出し方法については同様である
。すなわちフォトダイオードＰ１１〜Ｐ４１、Ｐ１２〜
Ｐ４□、Ｐ１３〜Ｐ４１、ＰＩ４〜Ｐ４４の行の第１ゲ
ート電極と、［２−Ｌ　１２−２．１２−３．１２−４
の列の第２ゲート電極をＯＮにしてＰ１１〜Ｐ４４の信
号電荷を垂直ＣＣＤ４−１〜４−４に移して第１ゲート
電極をＯＦＦしたｔ砂子、フォトダイオードＰ、１′　
　〜Ｐ４１’　　　ＰＩ□　〜Ｐ４２Ｐ１３′　〜Ｐ　
４３’　　　Ｐ　１４’　〜Ｐ４４′　の行の第１ゲー
ト電極をＯＮにして（第２ゲート電極１２−１．１２−
２．１２−３．１２−４はＯＮ状態）、Ｐ１１′　〜Ｐ
４４′　の信号電荷を同様に垂直ＣＣＤ４−１〜４−４
に移して、点線で示す様に第１フイールドの時とは逆の
上下２画素ずつの加算信号にして（この時はトランスフ
ァーゲートはＯＦＦ状態にもどっている）、垂直ＣＣＤ
４−１〜４−４で転送し、水平ＣＣＤ　２３から順次読
み出される。次に第３フイールド（同図（ｃ））では、
フォトダイオードｐＨ〜Ｐ４１、Ｐ、□〜Ｐ４２ｓＰＩ
Ｎ〜Ｐ４ｍ、ＰＩ４〜Ｐ４４の行の第１ゲート電極と、
１２−１’　、１２−２’　、１２−３’　、＋２−４
’　の列の第２ゲート電極をＯＮにしてｐＨ〜Ｐ４４の
信号電荷を垂直ＣＣＤ４−２．４−３．４−４．４−５
に移してトランスファーゲートをＯＦＦしたｔ砂子、フ
ォトダイオードＰ１．′　〜Ｐ４１’　　　ＰＩ□′　
〜Ｐ４□′　　Ｐｌ、〜Ｐ　４３　　　Ｐ　１４　〜Ｐ
４４　　の行の第１ゲート電極と、１２−１．１２−２
．１２−３．１２−４の列の第２ゲート電極をＯＮにし
てＰ１１′　〜Ｐ４４′　の信号電荷を垂直ＣＣＤ４−
１．４−２．４−３．４−４に移して、実線で示す様に
、左右斜め方向２画素ずつの加算信号（両端の画素の一
部は加算相手がない）とし、垂直ＣＣＤ４−１〜４−４
を転送し、水平ＣＣＤ２３から順次読み出される。次に
第４フイールド（同図（ｄ））ではフォトダイオードｐ
Ｈ〜Ｐ４．、ＰＩ２〜Ｐ４２、Ｐ１３〜Ｐ４３、Ｐ１４
〜Ｐ４Ｊの行の第１ゲート電極と、トランスファーゲー
ト１２−１．１２−２．１２−３．１２−４の列の第２
ゲート電極をＯＮにして、フォトダイオードｐＨ〜Ｐ１
４の信号電荷を垂直ＣＣＤ４−１、４−２、４−３、４
−４に移し、トランスファーゲートをＯＦＦしたｔ砂子
、フォトダイオードＰ１、′　　〜Ｐ４１’　　　ｐ、
□′　〜Ｐ　４２’　　　Ｐ　１３　〜Ｐ　４３’　　
　Ｐ　１４’　〜Ｐ４４′　の行の第１ゲート電極と、
トランスファーゲート　１２−１’、　＋２−２’、　
＋２−３’、１２−４’の列の第２ゲート電極をＯＮに
して、フォトダイオードＰ１１′　〜Ｐ４４′　の信号
電荷を垂直ＣＣＤ４−２．４−３．４−４．４−５に転
送して、点線で示す様に、左右斜め方向２画素ずつの加
算信号（前と同様端の画素の一部は加算相手がない）と
して、垂直ＣＣＤ４−１〜４−５で転送し、水平ＣＣＤ
２３から順次読み出される。こうして第１〜第４フイー
ルドの信号でもって１フレームの画像が構成される。

以上述べた様な方法を用いれば、同図（ｅ）に示したよ
うに左右斜め方向の画素信号の加算処理により、水平方
向のサンプリング数は実際の画素数の２倍にすることが
できるため、大巾な解像度向上をはかることができる。

第３図は本発明の他の実施例を説明するための図であり
、固体撮像装置の概略的な配置構成を示す。画素部の断
面構造は第１図（ａ）と同じため、説明は省略する。ま
た以下の図面において、第１図、第２図と同一部分につ
いては同じ番号を用いている。本固体撮像装置は従来の
フレーム・インターライン転送（ＦＩＴ）方式固体撮像
装置を原形としており、撮像部２１、蓄積部２２、水平
ＣＯＤレジスタ部２３からなっている。撮像部２１はフ
ォトダイオードｐＨ〜Ｐ　１４’　　　Ｐ　２１〜Ｐ　
２４’　　　Ｐ　３１〜Ｐ３４　　　Ｐ４１〜Ｐ４Ｊ　
　よりなる感光部３−１．３−２．３−３．３−４と垂
直ＣＣＤ　　４−１．　４−２．４−３．４−４．４−
５それに感光部とそれらの左右両側にある垂直ＣＣＤの
間にそれぞれ位置するトランスファーゲート１２−１．
　　＋２−１’、１２−２、１２−２’、１２−３、　
＋２−３’、１２−４．１２−４’より構成されている
。これらのトランスファーゲートは、水平方向に配置さ
れた垂直ＣＣＤの転送電極の一部（第１図（ａ）の７）
からなる第１のゲート電極と、これと直交方向に配置さ
れた第２のゲート電極（第１図（ａ）の１３−１．１３
−１’）よりなり、両者が共にＯＮになった時に、その
トランスファーゲートが開く様になっている。

また蓄積部は蓄積用ＣＣＤレジスタ１５−１、　＋５−
１１５−２、　＋５−２’、１５−３、＋５−３’、１
５−４、１５−４’、１５−５よりなり、撮像部の垂直
ＣＣＤ１本に対し、２本で蓄積できる様になっている。

そして撮像部２１と蓄積部２２の間には転送する信号電
荷の流れを切りかえるスイッチゲート１６がある。

次にこの固体撮像装置の信号電荷の読み出し方法につい
て第４図を用いて説明する。先ず第１フイールドにおい
て、フォトダイオードｐＨ〜Ｐ４１、Ｐ１２〜Ｐ４□、
ＰＩ３〜Ｐ４３、Ｐ１４〜ＰＪ４の行の第１のゲート電
極と、Ｉ２−１、Ｉ２−２．１２−３．１２−４の列の
第２のゲート電極をＯＮにして、ｐＨ〜Ｐ４１、Ｐ、２
〜Ｐ４２、Ｐ１３〜Ｐ４３、Ｐ１４〜Ｐ４４の信号電荷
、Ｑ　＋＋〜Ｑ　ａｔ、Ｑ　１２〜Ｑ４□、Ｑ！３〜Ｑ
　４３、Ｑ　１４〜Ｑ４４を垂直ＣＣＤ４−１〜４−４
に転送して第１のゲート電極をＯＦＦした直後（時間遅
れをｔ秒とする）フォトダイオードＰ３．′〜Ｐａｄ’
　　　Ｐ１２’　〜Ｐ４２　　　ＰＩ３　〜Ｐ　ａ、’
　　　Ｐ　、４’　〜Ｐ４４′　の行の第１のゲート電
極をＯＮにして（第２のゲート電極１２−１．１２−２
．１２−３．１２−３はＯＮ状態）、ＰＩ＋’〜Ｐ１ａ
’　　　Ｐ１□′〜Ｐ４□Ｉ　　　ｐ、、１〜Ｐ　４３
’　　　Ｐ　１４〜Ｐ４４′　の信号電荷Ｑ１１′　〜
Ｑ　４１’　　　ＱＩ２’　〜Ｑ４２ＱＩ３’　〜Ｑ　
４Ｎ’　　　Ｑ　１４’　〜Ｑ４４′　を同様に垂直Ｃ
ＣＤ４−１〜４−４に転送して実線で示す様に、上下２
画素ずつの加算信号Ｑ　、、十〇　＋＋’　　Ｑ１２＋
ＱＩ２’　　　Ｑ＋３＋Ｑ＋３’　　、Ｑ１４＋Ｑ＋４
’　　　Ｑ２１＋Ｑ２１’　　　Ｑ２２＋Ｑ２２’　　
　Ｑ２３＋　Ｑ２３’　　　Ｑ２４十Ｑ　２ａ’　　　
Ｑ　３１　＋　Ｑ　３１’　、Ｑ　３□＋Ｑ３２’　、
Ｑ３３＋Ｑｓ３−、　Ｑ３ａ＋Ｑ３４’　、Ｑ４１＋Ｑ
４１’　　Ｑ４２＋Ｑ４２　　　Ｑ　４３＋　Ｑ　ａｓ
’　、Ｑ　４４　＋　Ｑ　４４’　にして（この時はト
ランスファーゲートはＯＦＦ状態にもどっている）、垂
直ＣＣＤを高速転送し、スイッチゲート１６を経由して
蓄積用ＣＯＤレジスタ　１５−１’、１５−２’　　　
１５−３’　　　１５−４’に蓄積される（同図（ａ）
）。次に第１フイールドが丁度半分経過した時間に、フ
ォトダイオードｐＨ〜Ｐ４１、Ｐ１２〜Ｐ４２、ＰＭ３
〜Ｐ４１、Ｐ１４〜Ｐ４４の行の第１ゲート電極と、１
２−１’、＋２−２’、１２−３’、＋２−４’の列の
第２ゲート電極をＯＮにして、信号電荷Ｑ、１〜Ｑ４１
％ＱＩ□〜Ｑ　４２、Ｑ　＋ｉ〜Ｑ４３、Ｑ　！４〜Ｑ
　４４を垂直ＣＣＤ４−２．４−３．４−４．４−５に
転送してトランスファーゲートをＯＦＦしたｔ砂子、フ
ォトダイオードＰ１１′　　〜Ｐ　４１’　　　Ｐ１２
’　　〜Ｐ４□″　　Ｐ１３〜Ｐ４３　　　ＰＩ４　〜
Ｐ４４′　の行の第１ゲート電極と、１２−１．１２−
２．１２−３．１２−４の列の第２ゲート電極をＯＮに
して、信号電荷Ｑ１１′　〜Ｑ　４１’　　　ＱＩ２〜
Ｑ４□’　　Ｑ＋ｉ’〜Ｑ　４３’　　ＱＩ４’〜Ｑ４
４′を垂直ＣＣＤ４−１．４−２．４−３．４−４に転
送し、実線で示す様に、左右斜め方向２画素ずつの加算
信号（両端の画素の一部は加算相手がない）Ｑｌｌ、Ｑ
１□ｌ　、Ｑ□３’　、Ｑ　１４’　　　Ｑ　ｌ　ｌ　
＋　Ｑ　２１’　　　Ｑ１２＋Ｑ２２’　　　Ｑ１３＋
Ｑ２３’　　　ＱＩ４＋Ｑ２４’　　％　Ｑｚｔ十Ｑｓ
１’　　Ｑ２２＋　０３２’　ｓ　Ｑ２３＋　Ｑ３３’
　５Ｑ２４＋Ｑ　３４’　　、Ｑ　ｓ、＋　Ｑ４１’　
　−、Ｑ　１２＋Ｑ４□’　　　Ｑ３３＋Ｑａｓ’　　
　Ｑ　３４＋Ｑ　ａ４’　　　Ｑ　４１、Ｑ４゜、Ｑ４
３、Ｑ４４としくこの時はトランスファーゲートはＯＦ
Ｆ状態にもどっている）、垂直ＣＣＤを高速転送し、切
り換えられたスイッチゲートＩ６を経由して蓄積用ＣＣ
Ｄレジスタ１５−１．１５−２．１５−３．１５−４．
１５−５に蓄積される（同図（ｂ））。その後−行ずつ
水平ＣＣＤ　２３に転送され、順次読出される。一方第
２フィールドにおいては上下及び左右２画素の信号加算
は第１フイールドの時の組み合わせとはずれるが、信号
の読み出し方法については全く同様である。すなわち第
２フイールドの最初に、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ４
１、ＰＩ２〜Ｐ４□、Ｐ１３〜Ｐ４３、Ｐ　１４〜Ｐ４
４の行の第１ゲート電極と、１２−１．１２−２．１２
−３．１２−４の列の第２ゲート電極をＯＮにして、信
号電荷Ｑ＋＋〜Ｑ　４１、Ｑ１□〜Ｑ４□、Ｑ１３〜Ｑ
４３、Ｑ１４〜Ｑ　４４を垂直ＣＣＤ４−１〜４−４に
転送して第１ゲート電極を０ＦＦＬ、たｔ砂子、フォト
ダイオードＰ、１′　　〜Ｐ４□ｌ　　　ｐ、２’　　
〜Ｐ４□′　　Ｐｌ、　〜Ｐ　ａｓ’　　　Ｐ　＋ａ’
　〜Ｐ４４′　の行の第１ゲート電極をＯＮにして（第
２ゲート電極１２−１．　＋２−２．１２−３．１２−
４はＯＮ状態）、信号電荷Ｑ、１′　〜Ｑ４．’　　　
Ｑ、２′　　〜Ｑ４゜’　　　Ｑ＋３’　　〜Ｑ　４１
’　　　Ｑ１４’　　〜Ｑ　４４を同様に垂直ＣＣＤ４
−１〜４−４に転送して、点線で示す様に第１フイール
ドの時とは逆の上下２画素ずつの加算信号Ｑ１１、Ｑ　
＋＋’　　十Ｑ　１２、Ｑ１２　十０１３．０１３’　
　＋　０１４、Ｑ　１ａ’　　　Ｑ２＋、Ｑ２１’＋０
２□、Ｑ２□’＋Ｑ、１、Ｑ　２３’　＋　Ｑ　２４、
Ｑ　２４、Ｑ３１、Ｑ　３１’　＋　Ｑ　３２、Ｑ３□
’＋Ｑ３３、Ｑ　３３’　　＋Ｑ　３ａ、Ｑ３４’　、
Ｑ４１、Ｑ　４１’　　＋　Ｑ　４２、Ｑ　４２’　　
＋　Ｑ　４３、Ｑ　４３Ｑ　４４、Ｑ　４４にして（こ
の時はトランスファーゲートはＯＦＦ状態にもどってい
る）、垂直ＣＯＤを高速転送スイッチゲート１６を経由
して蓄積用ＣＣＤレジスタ　＋５−１’、＋５−２’、
１５−３’、　１５−４に蓄積される（同図（Ｃ））。

次に第２フィールドが丁度半分経過した時間に、フォト
ダイオードＰ　＋＋−Ｐ　４１ＳＰ　＋２〜Ｐ４２・Ｐ
Ｉ３〜Ｐ４３・ＰＩ４〜Ｐ４４の行の第１ゲート電極と
、トランスファーゲート１２−１．１２−２．１２−３
．１２−４の列の第２ゲート電極をＯＮにして、信号電
荷Ｑ　１１〜Ｑ　ａｔ、Ｑ　１２〜Ｑ　４２、Ｑ１３〜
Ｑａｖ、Ｑ　１４〜Ｑ４４を垂直ＣＣＤ４−１．４−２
．４−３．４−４に転送して、トランスファーゲートを
ＯＦＦしたｔ砂子、フォトダイオードＰ１．′　〜Ｐ４
１’　　　ＰＩ２’　〜Ｐ４□Ｉ　　　ｐ、、’　〜Ｐ
４３　　　Ｐｅ４〜Ｐ４４′　の行の第１ゲート電極と
、トランスファーゲート　１２−１’、＋２−２’、　
＋２−３’、＋２−４’の列の第２ゲート電極をＯＮに
して、信号電荷Ｑ　１＋　　〜Ｑ　４１’　　　Ｑ＋２
’　〜Ｑ４□Ｉ　　Ｑ、、Ｉ　〜Ｑ　４３’　、Ｑ　＋
４〜Ｑ４４′　を垂直ＣＣＤ４−２．４−３．４−４．
４−５に転送して、点線で示す様に、左右斜め方向２画
素ずつの加算信号（前と同様、端の画素の一部は加算相
手がない）Ｑ、１、Ｑ　１２、Ｑ　１３、Ｑ　１４、Ｑ
　２＋、Ｑ　１１’　　＋　Ｑ　２□、Ｑ１□’＋０２
３、Ｑ　１３’　　＋　０２４、Ｑ１４’　、Ｑ　１１
、Ｑ　２１’　　＋　０３２、Ｑ２□’＋Ｑ３１、Ｑ　
２３十Ｑ３４、Ｑ　２４、Ｑ４１、Ｑ　３＋’　十Ｑ　
４２、Ｑ３２　十Ｑ（３、Ｑ　３Ｂ’　　＋　Ｑ　ａａ
、Ｑ　ｑａ’　　　Ｑ　４１’　　　Ｑ　４２Ｑ　４３
、Ｑ　４３’　、ＱＪ４′　　として（この時トランス
ファーゲートはＯＦＦ状態にもどっている）、垂直ＣＣ
Ｄを高速転送し、スイッチゲート１６を経由して蓄積用
ＣＣＤレジスタ１５−１．　＋５−２．１５−３．１５
−４．１５−５に蓄積される（同図（ｄ））。その後第
１フイールドの信号読出しと同様−行ずつ水平ＣＣＤに
転送され、順次読出される。こうして第１フイールド、
第２フイールドの両信号でもって１フレームの画像が構
成される。この様な固体撮像装置の読み出し方式で得ら
れる、画素配列とサンプリング中心点の関係は同図（ｅ
）に示す様になり、水平方向に関しては画素数の２倍の
サンプリング数が得られる。

ところで本実施例においては、垂直ＣＣＤから蓄積用Ｃ
ＣＤレジスタに信号を転送するやり方が従来のものとは
異なっている。すなわち従来のＦＩＴ方式固体撮像装置
では、垂直ＣＣＤを転送されてきた信号電荷は、スイッ
チゲートにより、左右２本の蓄積用ＣＣＤレジスタに交
互に振り分けられながら転送されていくのに対し、本発
明では、先ず第４図（ａ）の様に垂直ＣＣＤから転送さ
れて来た信号電荷は全て右側の蓄積用ＣＣＤレジスタに
送られる。そしてこれらの信号電荷は−たんこの状態で
転送動作を停止し、この間に次の水平方向の加算信号が
垂直ＣＣＤから転送されてきて、切りかえられたスイッ
チゲートにより、今度は左側の蓄積用ＣＣＤレジスタに
送られ、その後左右２本ずつの蓄積用ＣＣＤレジスタに
蓄えられた信号電荷は並列状態で水平ＣＣＤに向かって
転送されて行き、順次読み出されるという方法をとって
いる。ちょうど−本の列車がホームに入って来て、後か
ら来る他の列車が反対側に入って来るのを待っていると
いうのと似ている。蓄積用ＣＣＤレジスタも基本的には
垂直ＣＣＤであり、ＣＣＤチャネル上にそれぞれ一部オ
ーバーラップした形で連続的に形成された複数のゲート
電極にパルス電圧を加えることによって信号電荷を転送
する。そして通常は４ゲート電極でもって１パケツトを
構成していることが多い。しかしこの実施例の蓄積用Ｃ
ＣＤレジスタは上記に示した様な電荷転送を行なう必要
があるため多少構造を異にしなければならない。この様
な従来とは異なった転送を可能にする蓄積用ＣＣＤレジ
スタの構造と転送方法について、その−例を第５図、第
６図を用いて説明する。

第５図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第３図に示した蓄積用
ＣＣＤレジスタ＋５−Ｌ　　１５−１’縦縦方向面構造
の一部を示したものである。ｎ−型半導体基板１の表面
層に深いウェル層２−１があり、更にこの表面層には蓄
積用ＣＣＤレジスタのｎ層４′が形成されている。これ
らの各領域を含んだ半導体基板表面にはゲート酸化膜６
を介して例えば多結晶シリコンからなる第１層回転送電
極７′−１，７′−２、第２層回転送電極８′−１，８
′−２、そして第３層回転送電極１７がそれぞれ一部分
オーバーラップした形で連続的に設けられている。更に
その上部にはＣＶＤ酸化膜等の絶縁膜９を介して光シー
ルドの役目をなすＡＩ電極１０、そしてパッシベーショ
ン膜１１が形成されている。ここで第５図（ａ）と（ｂ
）、すなわち第３図における各垂直ＣＣＤに対応した一
対の蓄積用ＣＣＤの左の列と右の列の違いに注目すると
、第５図（ａ）では、第３層目の転送電極１７が、第１
層目及び第２層回転送電極７′−１，８′−２の上部に
あり、電荷転送に寄与しないが、同図（ｂ）では第３層
回転送電極１７は第１層目及び第２層回転送電極？’−
１と８′−２の間に位置し、電荷転送に寄与する様にな
っている。

次にこれらの転送電極７゛−１，８′−１，７′−２，
８′−２，１７にそれぞれφ１、φ２、φ３、φ４、φ
５のパルス電圧を印加して電荷転送するやり方を第６図
で説明する。同図は各転送電極にパルス電圧φ１〜φ、
を印加した時のポテンシャルの動きと電荷転送の様子を
示している。同図（ａ）は蓄積用ＣＣＤレジスタの右側
の列（第５図（ｂ））で、電荷を水平ＣＣＤの方へ転送
するものに相当している。φ、からφ５に順次Ｈｉｇｈ
ＳＬｏｗのパルスを与えていくが、φ、とφ、は同期し
たパルスで駆動されており、しかもφ１で作られるポテ
ンシャルの深さ（Ｈ及びＬに対してφ、で作られるポテ
ンシャルの深さ（Ｈ’　及びＬ’　）は常に浅くなる様
になっている。次に蓄積用ＣＣＤレジスタの右側の列（
第５図（ｂ））で、左側の列に電荷を転送してくる間、
各々のパケットに電荷を停めておく時の動作を第６図（
ｂ）に示す。ここで特徴的なことは、φ、を　Ｌｏｗで
保持しておく　（この時φ、で作られるポテンシャルの
深さはＬ′　となり、これが電荷が前に進まないための
バリヤとなる）ことである。φ１〜φ４は通常に順次Ｈ
ｉｇｈ、　　Ｌｏｗのパルスを与えられているが、この
φ５のバリアにより、電荷は前に進まない。この時蓄積
用ＣＯＤレジスタの左側の列（第５図（ａ））では電荷
を転送するが、この時の動作を第６図（Ｃ）に示す。こ
こではφ５の電極は転送に寄与せず、φ。

の電極がその分広くなっている。φ１〜φ４に順次）１
ｉｇｈ、　Ｌｏｗパルスを与えて電荷を転送する。そし
て蓄積用ＣＣＤレジスタの左右両側に第１フイールド又
は第２フイールドの信号電荷がそろったなら、右側の列
を第６図（ｂ）から（ａ）に変え、同図（ａ）と（Ｃ）
の駆動にによって左右両側の信号電荷を水平ＣＣＤに向
かって一緒に転送していく。　通常蓄積用ＣＣＤレジス
タでは第１フイールドと第２フイールドの信号電荷を蓄
積できる容量を持っているが、第６図に示す様な駆動に
よる電荷転送を行なうことを可能にする第５図に示す様
な転送電極構造は少なくとも垂直ＣＣＤ側の半分まであ
ればよい。これは水平ＣＣＤ側の半分の領域では上記に
示した様な一方のレジスタで電荷転送を止めている間に
他方のレジスタで電荷を転送する様なモードはなく、左
右両しジスタ共−緒に電荷を転送するモードのみである
からである。

以上述べた様な方法を用いれば第４図（ｅ）に示した様
に左右斜め方向の画素進行の加算処理により、第１の実
施例と同様水平方向のサンプリング数は、実際の画素数
の２倍にすることができるため、大巾な解像度向上をは
かることができる。

第７図は本発明の他の実施例の画素部断面構造である。

第１図と同一部分は同じ番号を用いている。ｎ−型半導
体基板１に形成されたＰウェル層２の表面層に、光電変
換された信号電荷を蓄積するための蓄積ダイオード３′
、そしてこの両側に垂直ＣＣＤ４−１．４−２、また図
示しないが画素を分離するためのチャネルストップ領域
が形成される。

そして垂直ＣＣＤ　　４−１．　４−２の上部には、ゲ
ート酸化膜６を介して、例えば多結晶シリコンからなる
第１層目及び第２層回転送電極、７．８が一部オーバー
ラップした形で連続的に設けられている。

また蓄積ダイオード３′から垂直ＣＣＤに信号電荷を転
送するためのトランスファーゲート１２−１．１２−１
’はゲート電極として光の第１層回転送電極７と兼ねた
第１のトランスファーゲート電極とこれと直交方向に形
成された第２のトランスファーゲート電極１３−１、＋
３−１’の２つのゲート電極からなり、この両方のゲー
ト電極がＯＮになった時、このトランスファーゲート１
２−１、＋２−１’　　は開く。

更にその上部には、ＣＶＤ酸化膜等の絶縁膜９を介して
画素電極３１、この画素電極３１と蓄積ダイオード３′
を結ぶ引出し電極３２が形成されている。そして画素電
極３１の上部には、例えばアモルファスＳｉ膜からなる
光電変換膜３３、この光電変換膜３３に電圧を印加する
ための透明電極３４が形成されている。

この固体撮像装置はＣＣＤを走査部とし、その上部に光
電変換膜を積層した構造である点を除けば構成、信号読
出し方法等は第１もしくは第２の実施例のいずれであっ
ても良い。本実施例では光電変換部が上部にあり、開口
率がほぼ１００％であるため、感度の向上とモアレの減
少をはかることができ、また蓄積ダイオードの面積を小
さくすることができるので、垂直ＣＣＤの面積をその分
大きくとれるため転送容量の拡大をはかることができる
。

本実施例においても先の実施例と同様、大巾な水平解像
度の向上をはかることができる。

第８図は本発明の他の実施例を説明するための図である
。本固体撮像装置の構成は第１の実施例で示したインタ
ーライン転送方式でも第２の実施例で示したＦＩＴ方式
のいずれでも良いが、同図（ａ）に示した様に画素配列
が偶数行と奇数行で１７２画素ピッチずれて、市松配列
となっている。

このため垂直ＣＣＤは直線ではなくジグザグ形状となる
が、先の実施例と同様、感光部で生成された信号電荷は
選択的に左右いずれの垂直ＣＯＤにも読み出せる構造と
なっている。読み出し方法の詳細については省略するが
、先の実施例とほぼ同様の方法で行なう。本画素配列に
よるインターライン転送方式ＣＣＤの場合、■フレーム
を構成する第１フイールドから第４フイールドのサンプ
リング中心点は同図（ａ）に示す様になり、水平画素数
の２倍のサンプリング数を持つことになる。

従って同様に大巾な解像度の向上をはかることができる
。

また同図（ｂ）には第７図で示した光電変換膜積層型固
体撮像装置の場合の平面構成図を示す。

垂直ＣＣＤ４と光電変換部の画素を定義する画素電極３
１は立体的構成となっているために配置する際の相互の
制約はほとんどない。蓄積ダイオードと画素電極３１は
第１コンタクトホール３５と第２コンタクトホール３６
を介して引出し電極によって接続されている。この様な
立体構造のため、画素を市松配置にしても垂直ＣＣＤは
ジグザクにしなくても直線のままでよく、レイアウトに
自由度が出ると共に感度の向上やモアレの低減をはかる
ことができ、且つ、先の実施例と同様、サンプリング数
が画素数の２倍となるため、大巾な解像度の向上をはか
ることができる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、感光部で光電変換
された信号電荷は、左右いずれの垂直ＣＣＤにも読み出
せる構造により、隣接する感光部列間の信号電荷加算処
理を容易に行なうことができるため、実際の水平画素数
の２倍に相当するサンプリング数を実質的に得ることに
よって、水平解像度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る固体撮像装置の画
素部断面構造と、概略構成を示す図、第２図は第１図で
示した固体撮像装置の信号電荷読み出し方法を説明する
ための図と、この場合の画素配列とサンプリング点の関
係を示す図、第３図は本発明の第２の実施例の固体撮像
装置の概略構成を示す図、第４図は第３図で示した固体
撮像装は第３図で示した装置の蓄積用ＣＣＤレジスタ構
造と、転送方法を説明するための図、第７図は本発明の
第３の実施例を示すための画素部断面構造図、第８図は
本発明の第４の実施例を説明するための図、第９図は従
来の固体撮像装置の画素部断面構造と、概略構成を示す
図、第１０図は第９図に示す従来装置の信号電荷読み出
し方法と、この場合の画素配列とサンプリング点の関係
を示すための図である。 図において、 １・・・半導体基板、２・・・Ｐウェル層、３・・・感
光部、４・・・垂直ＣＣＤ、５・・・チャネルストップ
領域６・・・ゲート酸化膜、７．８・・・転送電極９・
・・絶縁膜、１０・・・ＡＩ電極、１１・・・パッシベ
ーション膜、 】２・・・トランスファーゲート、１３・・・ゲート電
極、１５・・・蓄積用ＣＣＤレジスタ、

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に２次元的に配置された受光部と、
   この受光部で形成された信号電荷を垂直方向に転送する
   垂直ＣＣＤ列と、前記受光部から前記垂直ＣＣＤ列に信
   号電荷を移すために前記受光部の両側に設けられた転送
   ゲートと、前記垂直ＣＣＤ列から転送される信号電荷を
   入力してこの信号電荷を水平方向に転送して読み出す水
   平ＣＣＤとを具備し、前記受光部で形成された信号電荷
   を前記転送ゲートを制御して、前記受光部の両側に存す
   る前記垂直ＣＣＤ列のいずれかに選択的に転送すことを
   特徴とする固体撮像装置。
2. （２）前記垂直ＣＣＤ列の両側に存する前記受光部で形
   成された信号電荷を電気転送ゲートを制御して選択的に
   転送し、前記垂直ＣＣＤ列上で、加算処理することを特
   徴とする請求項（１）記載の固体撮像装置。
3. （３）前記加算処理では前記垂直ＣＣＤ列をはさんで斜
   め方向の前記受光部の信号電荷を加算することを特徴と
   する請求項（２）記載の固体撮像装置。
4. （４）前記垂直ＣＣＤ列と前記水平ＣＣＤとの間には、
   前記垂直ＣＣＤ列から転送されてきた信号電荷を一時的
   に蓄積するために設けられた前記各垂直ＣＣＤ列に対し
   てそれぞれ１対の転送レジスタからなる蓄積部と、前記
   各垂直ＣＣＤ列と前記蓄積部の間に位置し前記垂直ＣＣ
   Ｄ列から転送されてきた信号電荷を対応した１対の前記
   転送レジスタのいずれかに選択的に転送するためのスイ
   ッチゲートとを具備したことを特徴とする請求項（１）
   記載の固体撮像装置。
5. （５）前記垂直ＣＣＤ列の両側に存する前記受光部で形
   成された信号電荷を前記転送ゲートを制御して選択的に
   転送し、前記垂直ＣＣＤ列上で加算処理することを特徴
   とする請求項（４）記載の固体撮像装置。