(57)【要約】【課題】解像度が良く面積の小さいカラーフィルターセンサーを提供する。【解決手段】本発明は、垂直カラーフィルター（ＶＣＦ）センサー群のアレイまたはアレイの任意の実施態様を読み出すための方法でり、アレイは最上層およびセンサーの内の他の１つを含む少なくとも１つの低層を持つ。最上層だけは充分な解像度で読み出すことができる。各低層は、ピクセルセンサー位置の全数よりも少ないセンサー出力を発生するために、充分な解像度よりも小さい解像度で読み出すことができるだけである。通常、センサー群はセル中に配置され、各セルはＳ個のセンサー群を含み、最上層においてＳ個のセンサーを持ち、セルの各低層においてＳ個のセンサーよりも少ないセンサーを持つ。通常、各低層において少なくとも１つの共有センサーを含み、また各セルはセルのセンサーとセンスノードとの間にセンサー選択スイッチ（たとえば、トランジスタ）を含む。【選択図】なし
2009516914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直カラーフィルターセンサー群のアレイであって、前記センサー群の各々は最上部センサーを含む３つの垂直に積層した感光性センサーを含み、すべての前記センサー群の最上部センサーは共にセンサーの最上層を構成し、センサー群の他のセンサーは共にセンサーの２つの低層を構成し、前記最上層だけは十分な解像度で読み出すことができ、前記低層の各々は十分な解像度より小さい解像度で読み出すことができるようにアレイが構成されていることを特徴とするアレイ。
【請求項２】
前記アレイは最上面を有し、前記最上面に読み出し回路を含み、前記最上層はＸ個の最上部センサーを含み、Ｘは数であり、前記低層の各々はＸ個のセンサーよりも少ないセンサーを含み、コンタクトは前記低層の各々における各センサーから前記読み出し回路へ伸びることを特徴とする、請求項１記載のアレイ。
【請求項３】
前記アレイは基板上に形成された構造を含む固体材料から実質的に構成され、前記構造は前記センサー群および前記読み出し回路を実現し、前記低層の各々は前記基板と前記最上面の間に作られ、各前記コンタクトは、前記低層の各々における各センサーから前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸びることを特徴とする、請求項２記載のアレイ。
【請求項４】
前記低層は、最下層、および前記最上層と前記最下層の間に中間層を含み、
前記最下層はＹ個のセンサーを含み、前記中間層はＺ個のセンサーを含み、ＹおよびＺの各々は少なくとも実質的にＸ／４に等しいことを特徴とする、請求項３記載のアレイ。
【請求項５】
前記センサー群のセンサーに接続した読み出し回路をも含むことを特徴とする、請求項１記載のアレイ。
【請求項６】
前記センサーの少なくとも１つの前記低層における少なくとも１つのセンサーは共有センサーであり、各前記共有センサーは少なくとも２つのセンサー群によって共有されていることを特徴とする、請求項１記載のアレイ。
【請求項７】
少なくとも１つの前記最上部センサーは第１のサイズを持ち、各前記共有センサーは前記第１のサイズより実質的に大きいサイズを持つことを特徴とする、請求項６記載のアレイ。
【請求項８】
前記センサー群の各々の各センサーに接続した読み出し回路も含むアレイであって、前記アレイは、基板上に形成され、前記センサー群および読み出し回路を実現する構造を含む固体材料から本質的に構成されていることを特徴とする、請求項１記載のアレイ。
【請求項９】
センサー群セルのアレイであって、前記アレイの各センサー群セルは、
Ｓ個の垂直カラーフィルターセンサー群であって、ここでＳは数であり、前記センサー群の各々は３つの垂直に積層した最上部センサーを含む感光性センサーを含むことを特徴とし、
すべての前記センサー群の前記最上部センサーは共にセンサーの最上層を構成し、前記センサー群の他のセンサーは共に前記最上層の下に２つの低層のセンサーを構成し、各前記セルは、前記最上層においてＳ個のセンサーを含むとともに、前記低層の各々においてＳ個のセンサーより少ないセンサーを含むことを特徴とする、アレイ。
【請求項１０】
各前記セルは前記低層の各々において少なくとも１つの共有センサーを含み、各前記共有センサーは少なくとも２つのセンサー群によって共有されていることを特徴とする、請求項９記載のアレイ。
【請求項１１】
前記アレイは最上面を持ち、各前記セルは前記最上面で読み出し回路を含み、前記アレイは基板上に形成された構造を含む固体材料から本質的になり、前記構造は各前記セルの前記読み出し回路および前記センサー群を実現し、コンタクトは、前記低層の各々における前記センサーの各々から前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸びていることを特徴とする、請求項９記載のアレイ。
【請求項１２】
各前記セルは、
センスノード、および
前記セルのセンサーおよび前記センスノードの間で接続したセンサー選択スイッチ
を含み、
前記センサー選択スイッチは読み出し時に制御されるように構成され、センスノードで前記セルの各々のセンサーにおいてシーケンシャルに読み出しを達成することを特徴とする、請求項１１記載のアレイ。
【請求項１３】
前記センサー選択スイッチの各々はトランジスタであることを特徴とする、請求項１２記載のアレイ。
【請求項１４】
Ｓ＝４で、前記低層は最下層および前記最上層および最下層の間の中間層であり、各前記セルは前記最下層および中間層の各々において１つのセンサー並びに６つのセンサー選択スイッチを含み、前記最下層および中間層の各々において各センサーは前記セルのすべてのセンサー群によって共有され、前記センサー選択スイッチの１つは前記最下層における前記センサーに接続され、前記センサー選択スイッチの別の１つは前記中間層におけるセンサーに接続され、前記センサー選択スイッチの各他のセンサーは前記最上層におけるセンサーの異なる１つに接続されていることを特徴とする、請求項１２記載のアレイ。
【請求項１５】
垂直カラーフィルターセンサー群のアレイであって、前記センサー群の各々は３つの垂直に積層した、青色センサー、緑色センサー、および赤色センサーを含む感光性センサーを含み、すべての前記センサー群の青色センサーは共にセンサーの最上層を構成し、すべての前記センサー群の緑色センサーは共にセンサーの中間層を構成し、すべての前記センサー群の赤色センサーは共にセンサーの最下層を構成し、前記アレイは、十分な解像度で前記最上層だけを読み出し、十分な解像度より小さい解像度で各々の他の層だけを読み出すことができるように構成されていることを特徴とする、アレイ。
【請求項１６】
前記センサー群の各々における前記センサーの各々に接続された読み出し回路を含むアレイであって、前記アレイは、基板上に形成され、前記センサー群および前記読み出し回路を実現する構造を含む固体材料から本質的に構成されていることを特徴とする、請求項１５記載のアレイ。
【請求項１７】
前記アレイは、Ｘ個の青色センサー、Ｙ個の緑色センサー、およびＺ個の赤色センサーを含み、Ｘ＞ＹかつＸ＞Ｚであることを特徴とする、請求項１５記載のアレイ。
【請求項１８】
Ｘは４Ｙに少なくとも実質的に等しく、Ｘは４Ｚに少なくとも実質的に等しいことを特徴とする、請求項１７記載のアレイ。
【請求項１９】
前記アレイは、最上面を持ち、前記アレイは、
最上面に読み出し回路、
緑色センサーコンタクトであって、各緑色センサーコンタクトは緑色センサーの１つと読み出し回路の間に伸びている緑色センサーコンタクト、
赤色センサーコンタクトであって、各赤色センサーコンタクトは赤色センサーの１つと読み出し回路の間に伸びている赤色センサーコンタクト、
をも含むことを特徴とする、請求項１７記載のアレイ。
【請求項２０】
前記アレイは基板上に形成された構造を含む固体材料から本質的になり、前記構造は前記読み出し回路および前記センサー群を実現し、前記緑色センサーコンタクトの各々は、前記緑色センサーの１つから前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸び、前記赤色センサーコンタクトの各々は、前記赤色センサーの１つから前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸びていることを特徴とする、請求項１９記載のアレイ。
【請求項２１】
少なくとも１つの中間層および最下層の少なくとも１つのセンサーは共有センサーであり、各前記共有センサーは少なくとも２つのセンサー群によって共有されていることを特徴とする、請求項１５記載のアレイ。
【請求項２２】
少なくとも１つの最上部センサーは第１のサイズを持ち、各前記共有センサーは第１のサイズよりも実質的に大きいサイズを持つことを特徴とする、請求項２１記載のアレイ。
【請求項２３】
前記センサーがフォトダイオードとして機能するためにバイアスされるとき、前記センサーの各々はフォトダイオードとして機能するためにバイアスされるように構成され、光生成キャリアを収集するために構成されるキャリア収集素子を持ち、青色センサーの各々のキャリア収集素子は最小サイズのキャリア収集素子であり、赤色センサーおよび緑色センサーの各々のキャリア収集素子は、垂直軸に垂直な面に投影されされた最小サイズのキャリア収集素子の領域より、実質的に大きい前記面に投影された領域を持つことを特徴とする、請求項１５記載のアレイ。
【請求項２４】
垂直カラーフィルターセンサー群のアレイであって、前記センサー群の各々は３つの垂直に積層した、青色センサー、緑色センサー、および赤色センサーを含む感光性センサーを含み、前記アレイはＸ個の青色センサー、Ｙ個の緑色センサー、およびＺ個の赤色センサーを含み、Ｘ、ＹおよびＺは数であり、Ｘは４Ｙに少なくとも実質的に等しく、Ｘは４Ｚに少なくとも実質的に等しく、すべての前記センサー群の青色センサーは共にセンサーの最上層を構成し、すべての前記センサー群の緑色センサーは共にセンサーの中間層を構成し、すべての前記センサー群の赤色センサーは共にセンサーの最下層を構成することを特徴とするアレイ。
【請求項２５】
各センサー群の各センサーに接続した読み出し回路をも含むアレイであって、前記アレイは、前記センサー群および読み出し回路を実現する、基板上に形成された構造を含む固体材料から本質的になることを特徴とする、請求項２４記載のアレイ。
【請求項２６】
前記アレイは最上面を持ち、前記アレイは、
最上面で読み出し回路、
緑色センサーコンタクトであって、各緑色センサーコンタクトは緑色センサーの１つと読み出し回路の間に伸びている緑色センサーコンタクト、および
赤色センサーコンタクトであって、各赤色センサーコンタクトは赤色センサーの１つと読み出し回路の間に伸びている赤色センサーコンタクト、
をも含むことを特徴とする、請求項２４記載のアレイ。
【請求項２７】
前記アレイは基板上に形成された構造を含む固体材料から本質的になり、前記構造は前記読み出し回路および前記センサー群を実現し、前記緑色センサーコンタクトの各々は、前記緑色センサーの１つから前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸び、前記赤色センサーコンタクトの各々は、前記赤色センサーの１つから前記読み出し回路へ少なくとも実質的に垂直に伸びていることを特徴とする、請求項２６記載のアレイ。
【請求項２８】
中間層および最下層の各々の少なくとも１つのセンサーは共有センサーであり、各前記共有センサーは少なくとも２つのセンサー群によって共有されていることを特徴とする、請求項２４記載のアレイ。
【請求項２９】
少なくとも１つの最上部センサーは第１のサイズを持ち、各前記共有センサーは第１のサイズよりも実質的に大きいサイズを持つことを特徴とする、請求項２８記載のアレイ。
【請求項３０】
前記センサーがフォトダイオードとして機能するためにバイアスされるとき、前記センサーの各々は、フォトダイオードとして機能するためにバイアスされるように構成され、光生成キャリアを収集するために構成されるキャリア収集素子を持ち、青色センサーの各々のキャリア収集素子は最小サイズのキャリア収集素子であり、赤色センサーおよび緑色センサーの各々のキャリア収集素子は、垂直軸に垂直な面に投影されされた最小サイズのキャリア収集素子の領域より、実質的に大きい前記面に投影された領域を持つことを特徴とする、請求項２４記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2003年12月17日出願のＵＳ特許出願10/738,484、「各センサー群のセンサーを効率的に使用した単一層センサーのパターンを評価する垂直カラーフィルターセンサー群アレイ」という表題の一部継続出願であり、2003年1月31日出願のＵＳ特許出願10/355,723、「異なるサイズのキャリア収集素子を持つ垂直カラーフィルターセンサー群およびそのセンサー群の製造方法」という表題の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、感光性センサー群のアレイ、垂直に積層したセンサー（通常は、垂直に赤、緑および青色センサー）（以下、垂直積層センサーという）を含む各センサー群、および異なるピクセル位置に配置されたアレイにおける各センサー群に関する。各センサー群において、半導体材料は垂直に入射する電磁線を彩色的にフィルターし（任意に、他の材料もまたこの放射線をフィルターする）、各センサーは異なる波長帯を同時に検出する。
【背景技術】
【０００３】
用語「放射線」は電磁放射線を示すために使用される。表現「最上部センサー」（センサー群の）は、放射線（センサー群に入射する）がそのセンサー群の任意の他のセンサーへ到達する前に到達する群のセンサーを示す。センサー群のセンサーが「垂直積層」であるという表現は、そのセンサー群の１つはその群の最上部センサーであるということを示し、かつすべてのセンサーを通って伸びる軸（時には「垂直軸」と呼ばれる）を持つということを示す。垂直カラーフィルター（「ＶＣＦ」）センサー群は、通常、その群の最上部センサーが法線軸を定義する最上面（たとえば、少なくとも本質的に平坦面である）を持つように構成される垂直積層センサーを含む。その群の垂直軸に沿って伝播する放射線が法線軸に関して約３０℃未満の入射角で最上部センサーに入射する。（たとえば、放射線はその群に垂直に入射する。）通常、ＶＣＦセンサー群は、青色センサー、赤色センサー、および赤色センサーの３つの垂直積層センサーからなる。
【０００４】
ＶＣＦセンサー群アレイは画像面を定める。通常、アレイのＶＣＦセンサー群は法線軸を定義する最上面を持つ最上部センサーを有する。アレイのセンサー群の最上面はお互いに平行であり、アレイの画像面は各群の法線軸に平行である法線軸（「アレイの垂直軸」）を持つ。
【０００５】
垂直軸を持つ構造内に含まれる２つの素子が横方向に（すなわち、水平に）分離されるという表現は、素子間に伸びるが素子を横断しない垂直軸に平行な軸が存在するということを示す。用語、素子を「含む」とういう表現は、この用語は素子であるか又は素子を含むということを示すために使われる（請求項においても含んでいる）。
【０００６】
ＶＣＦセンサー群の各センサーのサイズはセンサーのキャリア収集素子の（その群の垂直軸に直角な面に投影された）領域である。ＶＣＦセンサー群の最小サイズのセンサーという表現は、キャリア収集素子がその群の各他のセンサーのキャリア収集素子の（同一面に投影された）領域以下である（その群の垂直軸に直角な面に投影された）領域を持つ群の各センサーを示す。
【０００７】
ＶＣＦセンサー群内の「ピクセルセンサー位置」という表現は、そのＶＣＦセンサー群の１つの位置を示す。関連のＶＣＦセンサー群の位置はセンサー群の構造を与える適切な方法において決定される。たとえば、ＶＣＦセンサー群のセンサーは異なるサイズを持ち、その群のセンサーの各々のキャリア収集素子は光学中心を持つとき、その群の位置は、その群の垂直軸に直角な面上に群のセンサーの光学中心の投影された位置の加重平均化された領域であっても良い。或いは、アレイにおけるＶＣＦセンサー群の位置は、その群の垂直軸に直角な面上に群の最小サイズのセンサーの光学中心を投影した位置（または、もしこの群が唯１つの最小サイズのセンサーを持つ場合、このような面上に群の最小サイズのセンサーの光学中心を投影した位置）の加重平均された領域であっても良い。この結果、緑色の層（４Ｎ個緑色センサーを含む、Ｎは数）、青色層（Ｎ個青色センサーを含む）、および赤色層（Ｎ個赤色センサーを含む）を含むＶＣＦセンサー群のアレイにおいて、すべての緑色センサは同じサイズを持ち、各々の青色センサーおよび赤色センサーは各緑色センサーの４倍のサイズを持ち、および各々の青色センサーおよび赤色センサーは４つのＶＣＦセンサー群によって共有され、そのアレイは４Ｎ個のピクセルセンサー位置を持つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＯＳ型アクティブピクセルセンサーは技術的に周知である。アクティブピクセルセンサーの多波長帯アレイも技術的に周知である。多波長帯アクティブピクセルセンサーのあるタイプは、半導体表面または近傍のパターンにおいて水平に配置された赤、緑、および青色センサーを用いる。色重層フィルターは、赤、緑、および青色センサー間で選択的に色を作るために使用される。このようなセンサーは解像素子当たり比較的大きな面積を占有するという問題を有するが、これらのセンサーは平面的に一緒に並べられているからである。さらに、このようなセンサーからのカラー画像の再構成は計算上強調され、しばしばアーチファクト、欠陥、または解像度の劣化を引き起こす。
【０００９】
ＶＣＦセンサー群の幾つかのタイプおよびそれらの製造方法は、2004年4月27日発行のＵＳ特許6,727,521および2005年3月8日発行のＵＳ特許6,864,557に記載されている。ＶＣＦセンサー群は、お互いに関して（近接センサー間で非センサー材料ありなしで）垂直に積層された少なくとも２つの感光性センサーを含む。ＶＣＦセンサー群の各センサーは異なるスペクトル感度を持つ。通常、各センサー異なる波長にピークのあるスペクトル感度を持つ。幾つかの実施形態において、ＶＣＦセンサー群（それらのセンサーの１つ以上）は、センサーとして機能しないフィルターを含む。
【００１０】
ＶＣＦセンサー群は画像面の同一領域において少なくとも２つの波長帯の光子（フォトン）を感知する。反対に、時間シーケンシャル光子センシング方法は、すべての波長帯に関して同一時間で光子を感知しない。イメージャーに含まれるＶＣＦセンサー群によって行なわれるセンシングはイメージャーのある領域内で起こり（そのイメージャーが垂直に観測されるとき）、光子はセンサー群の深さの関数として波長によって分離される。
【００１１】
センサー群は通常、多数のセンサーが同じ波長の光子を検出するという意味において、「クロストーク」を有するけれども、通常、お互いのセンサーは異なる波長帯において光子を検出する（たとえば、あるセンサーはお互いのセンサーよりも「青色」波長帯においてより多くの光子を検出し、2番目のセンサーはお互いのセンサーよりも「緑色」波長帯においてより多くの光子を検出し、３番目のセンサーはお互いのセンサーよりも「赤色」波長帯においてより多くの光子を検出する）。
【００１２】
ＶＣＦセンサー群は入射光子を検出するために、またその群の異なる深さで異なる波長の入射光子を選択的に検出するために、少なくとも１つの半導体材料の特性を使う。異なる波長の検出は、半導体材料における波長とともに光吸収深さが変化する性質を組み合わせて、ー群のセンサー層の垂直積層により可能である。ＶＣＦセンサー群は外部カラーフィルター（カラーイメージセンサーにおいて従来使用されている）を必要としないし、センサーそれ自体と異なっているカラーフィルターを必要としないので（センサーそれ自体は、それ自体がフィルター機能を提供する半導体材料から作られる）、ＶＣＦセンサー群の製造コストは実質的に減少する。しかしながら、本発明の幾つかの実施形態において、ＶＣＦセンサー群はセンサーそれ自体と異なるカラーフィルターを含む（または使っている）。ＶＣＦセンサー群のスペクトル感度特性は通常、非半導体ベースのフィルターを持つ従来のカラーセンサーよりも、温度や環境因子（製造中または製造後に存在する）のような外部因子に対してずっと安定であり感度が小さい。
【００１３】
ＶＣＦセンサー群は基板（好適には半導体基板）上に好適に形成され、第1の極性（好適には負の電子）の光生成キャリアを集めるためにドーピングおよび／またはバイアス印加によって形成された複数の垂直積層センサーを含む。このセンサーは、反対の極性（好適には正孔）を集めたり運んだりするように形成された１つ以上の参照層(reference  layer)（によって分離されたセンサーペア）を含む。
【００１４】
このセンサーは、そのセンサー群の異なる深さ、およびドーピングレベルやバイアス条件を含む他のパラメータに基づく異なるスペクトル感度を持つ。動作中に、このセンサーはバイアスやアクティブピクセルセンサー読み出し回路に個々に接続される。ＶＣＦセンサー群およびそれらの製造方法は上述のＵＳ特許6,727,521および6,864,557にずっと詳しく記載されている。
【００１５】
ＶＣＦセンサー群は、上述のＵＳ特許出願10/738,484および10/355,723に記載されているが、ピクセルセンサー位置ごとに輝度を測定する利点や、カラーエイリアシング・アーチファクトを誘発しない方法で色測定する利点を含む、単一層センサーのアレイ（たとえば、ベイヤパターンを持つ従来アレイ、従来のカラーフィルターモザイク技術を実行するアレイ）以上の重要な利点を持つ。良い彩度解像度を達成するためにピクセルセンサー位置ごとに色測定をする付加的利点は、余り重要ではなく、ＶＣＦセンサー群のアレイの１層（たとえば、緑、赤、または青色層）が充分な解像度を持って読み出すことができるように、またそのアレイの少なくとも１つの他の層がより低い解像度を持つように、実行することによって、犠牲とすることができることである（たとえば、上述のＵＳ特許出願10/738,484および10/355,723に記載されている）。
【００１６】
たとえば、ＶＣＦセンサー群のアレイの緑色層は充分な解像度を持つように作成できる。青色層のセンサーのクラスターの出力は、充分な解像度を持たない青色層を組み合わせて出すことができる。赤色層のセンサーのクラスターの出力は、充分な解像度を持たない赤色層を組み合わせて出すことができる。すべてのセンサーが実質的に同じサイズを持つ、その最上層が青色層であり、緑色層が青色層と赤色層の間にあり、青色層のセンサーの各クラスターは４つのセンサーを含む（たとえば、２つのセンサークラスター毎に２つのセンサーである）このようなアレイは、「１−４−１」アレイ（または「１−４−１」機構を持つアレイ）と呼ばれ、緑色層の解像度が赤色および青色層の各々の解像度より４倍高いということを示す。
【００１７】
（ＶＣＦセンサー群の）センサーの「アウトプット」とは、そのセンサーに入射する光子強度を示す信号（たとえば、光生成電荷を示す信号）を指す。ＶＣＦセンサー群アレイの層のセンサーのアウトプットが「結合される」という表現は、そのセンサーが横方向に分離した異なるキャリア収集素子を持ち、これらの素子が共に電気的に結合している（たとえば、そのアレイの表面に積層した導電体および／またはアレイに結合した導電体によって）、ということを示す。
【００１８】
ＶＣＦセンサー群のアレイは「Ｘ−Ｙ−Ｚ」アレイであるという表記は、各センサー群は最上部（「Ｚ個の」）センサー（通常は青色センサー）、最上部センサーの下に中間（「Ｙ個の」）センサー（通常は緑色センサー）、および中間センサーの下に３番目のセンサー（通常は赤色センサー）、（および、そのアレイは最上部センサーの最上層、中間センサーの中間層、および第３のセンサーの３番目の層）を含みし、中間層の解像度に対する最上層の解像度の比がＺ／Ｙであり、３番目の層の解像度に対する中間層の解像度の比がY／Xであると仮定している。通常、Ｘ−Ｙ−Ｚアレイは青色センサーの最上部（「Ｚ個の」すなわち、「青色」）層、緑色センサーの中間（「Ｙ個の」すなわち、「緑色」）層、および赤色センサーの３番目（「Ｘ」すなわち、「赤色」）層を持つアレイである。
【００１９】
最上層が青色層であり、緑色層が青色層と赤色層の間にある別の１−４−１アレイにおいて、緑色層におけるすべてのセンサーは実質的に同じサイズを有し、青色層および赤色層の各々における各センサーは各緑色層のセンサーのサイズの４倍に実質的に等しいサイズを有する。青色および赤色層の各々における各センサーは４つのＶＣＦセンサー群によって共有される（キャリア収集素子がこれらの４つのセンサー群によって共有されるという意味において）。
【００２０】
ＶＣＦセンサー群の「１−４−１」アレイは、その緑色チャネル応答が理論的に理想的な輝度感度曲線から余り外れないという点において利点を有する。この結果、それらは高周波輝度情報を的確に得ることができ、またその一方で、１−４−１アレイの緑色センサーと同じサイズの赤色、緑色、および青色センサーを持つ４−４−４アレイに比較して実効的利点を実現する。しかし、このような１−４−１アレイにおいて緑色の最大解像度読出しは、緑色層に対して４つの分離コンタクト（赤色層に対して各コンタクトあたり）を好もしからず必要とする。赤色または緑色層に対して各コンタクトはアレイにおいてかなりのスペースを好もしからず占める。
【００２１】
ＵＳ特許出願10/738,484はＶＣＦセンサー群のアレイを開示するが、そこでは各群は青色センサー、緑色センサー、および赤色センサーを含む。各群の赤色センサーおよび緑色センサーの各々はその群の青色センサーより大きく、少なくとも１つの他のＶＣＦセンサー群と共有される。青色センサーは半導体ウエハの最上面の近くに通常配置され、赤色センサーはウエハの深い所に配置される。各赤色センサーのサイズは各青色センサーのサイズの概略４倍であり、４つ組の近接ＶＣＦセンサー群が唯１つの赤色センサーを共有する。各緑色センサーのサイズは各赤色センサーの約半分のサイズである（すなわち、各青色センサーのサイズと同じであり得るか又は種々の他のサイズのいずれかであり得る）。各赤色センサーのサイズは各青色センサーのサイズの４倍であり、各緑色センサーのサイズは各赤色センサーの約半分のサイズであり、最上層が青色層であり、最下層が赤色層であるこのようなアレイの配置は、「１−２−４」アレイ（すなわち、「１−２−４」機構を持つアレイ）である（その緑色層の解像度がその赤色層の解像度より２倍高く、その青色層の解像度がその赤色層の解像度より４倍高いという意味において）。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（本発明の簡単な説明）実施形態段階において、本発明はＶＣＦセンサー群アレイであり、各ＶＣＦセンサー群は少なくとも２つの垂直に積層した感光性センサーを含む。好適には、アレイは基板上に形成された構造を含む固体材料（たとえば、典型的な結晶性シリコン）から本質的になり（たとえば、半導体集積回路製造プロセスによって半導体基板上に形成された構造を持つ固体材料のブロック（区画）として実現されている）、このセンサー群に連結した読み出し回路を含む。各ＶＣＦセンサー群は最上部センサーおよび最上部センサーの下に少なくとも１つの他のセンサーを含む。すべてのセンサー群の最上部センサーは共にセンサーの最上層を構成する。センサー群の他のセンサーは共に最上層の下に少なくとも１つのセンサーの「低い」層を構成する。通常、各センサー群は３つのセンサー（最上層を含む）を含み、そのアレイは３層のセンサーを含む。本発明によって、アレイは、（ピクセルセンサー位置毎に最上部センサーウトプットを発生させるために）センサーの最上層だけを充分な解像度で読み出すことができるように構成され、各他の層は不十分な解像度で読み出すことができるだけである（すなわち、この結果、ピクセルセンサー位置の全数よりも少ないセンサー出力を発生させる。）。
【００２３】
一部の実施形態において、アレイは最上部センサーを持ち、最上面において（たとえば、上に）読み出し回路を含み、アレイのセンサーの最上層は「Ｘ個の」最上部センサー（ここで、Ｘはある数である）を含み、アレイのセンサーの低層の各々はＸ（個の）センサーよりも少なく含み、各低層における各センサーから読み出し回路までコンタクトが伸びている。一部のこのような実施形態において、アレイは、半導体基板を含む固体材料から本質的になり、センサーの低層の各々は基板と最上面との間で形成され、コンタクト（たとえば、プラグまたはトレンチコンタクト）は各低層における各センサーから読み出し回路まで伸びる。たとえば、２つの低層を持つこのようなアレイの「１−１−４」構成（最下層、および最上層と最下層の間に中間層）は、最上層において４Ｙ個の青色センサー、中間層においてＹ個の緑色センサー、最下層においてＹ個の赤色センサー、赤および緑色センサーと読み出し回路との間に全部で２Ｙ個のコンタクトを含むことができる。
【００２４】
実施形態において、本発明のアレイはセンサー群セルのＮｘＭアレイであり、各セルは「Ｓ個の」ＶＣＦセンサー群を含み、Ｓは小さな整数である（たとえば、Ｓ＝４）。各セルのすべてのセンサー群の最上部センサーは共にゼンサーの最上層を構成し、各セルの他のセンサーは共に最上部センサーの下に少なくとも１つの低層を構成する。各セルは最上層においてＳ個のセンサーを含み、各低層においてＳ個のセンサーより少ない。本段階の好適な実施形態において、各セルは各低いセルにおいて少なくとも１つの共有センサーを含む。このアレイは通常基板上に（たとえば、半導体集積回路製造プロセスによって）形成された構造を含む固体材料ブロック（区画）として実現されている。各セルは、セルのセンサーと単一「センス」ノードの間に接続したセンサー選択スイッチ（たとえば、アレイの最上面上またはにおいて形成されたトランジスター）を含む。
【００２５】
センサー選択スイッチは読み出し時に制御され、セルのセンスノードにおいてセルのセンサーの各々の逐次読み出しを行う（たとえば、センスノードにおいて、センサーの異なるもののアウトプットを示す電圧シーケンスをアサートすることによって）。たとえば、Ｓ＝４のとき、各セルは６個のセンサー選択スイッチを含むことができる。１つは、第１の低層にある共有センサーに結合し、もう１つが第１の低層の下にある第２の低層にある共有センサーに結合し、他の４つは各々異なる非共有最上層センサーに結合する。この例において、センサー選択スイッチは読み出し時に制御され、４つの非共有センサーとセンスノードに結合した回路によってセットされた各々の２つの共有センサーの逐次読み出しを行う。各セルに関してセンサー選択スイッチのこのような使用によって、このアレイが同じ数のＶＣＦセンサー群を持つ従来のＶＣＦセンサー群ができるよりもずっと簡単な表面層配置で形成できるようになる。
【００２６】
本発明のアレイの各低層が読み出される解像度は比較的低いために、各低層は充分な解像度で読み出されるように構成される場合よりも、そのアレイは低層へのコンタクト（たとえば、プラグ又はトレンチコンタクト）を少なくして半導体基板上に構成される。その結果従来のアレイによって達成することができるよりも信号対雑音比（SN比）が良くなり得る。低層への各プラグ、トレンチ、または他のコンタクトは、アレイ内で望ましくないほどにスペースを占め、通常アレイコストや複雑度を増大させるので、このようなコンタクトの数を最小化することが望ましい。
【００２７】
本発明の別の観点は、アレイの最上層を充分な解像度で読み出し、他の各層を充分な解像度より小さい解像度で読み出す工程を含む、本発明のアレイの任意の実施形態を読み出す方法である。オプションとして、本発明のアレイは、そのアレイのセンサー内で生まれる光生成キャリアを電気信号に変換する回路を含む（またはその回路に接続される）。
【００２８】
本発明のアレイの好適な実施形態において、各ＶＣＦセンサー群は最上部センサー（通常、青色センサー）、最上部センサーの下に中間センサー（通常、緑色センサー）、中間センサーの下に3番目のセンサー（通常、赤色センサー）を含み、このアレイは最上部センサーの最上層、中間センサーの中間層、および３番目の第３層を含み、さらにこのアレイは、その最上層（通常は、青色センサーを含む）が、中間層（通常は、緑色センサーを含む）および第３層（通常は、赤色センサーを含む）の解像度よりも４倍高い解像度を持つという意味において、「１−１−４」アレイとして読み出される。好適には、このアレイは、中間層および第３層が充分な解像度で読み出されるように構成された場合よりも、中間層および第３層へのコンタクト（たとえば、プラグ又はトレンチコンタクト）を少なくして半導体基板上に構成される。本発明の別の観点は、このようなアレイを読み出す方法であり、充分な解像度で最上層を読み出し、中間層および第３層を充分な解像度より小さい解像度で読み出す工程を含む方法である。
【００２９】
本発明のアレイの好適な実施形態は、各低層において少なくとも１つの共有センサーを含む。代替的には、各低層は最上層より少ないセンサーを含む（たとえば、あらゆるＶＣＦセンサー群は青色センサーである最上部センサーを含み、少なくとも１つのセンサー群は青色センサーの下に赤色センサーを含むが緑色センサーは何も含まず、少なくとも１つのセンサー群は青色センサーの下に緑色センサーを含むが赤色センサーを何も含まない）。
【００３０】
本発明のアレイの共有センサーの実施形態において、少なくとも１つのＶＣＦセンサー群はキャリア収集素子が少なくとも１つのＶＣＦセンサー群と共有される（低層において）センサーを含む。共有センサーの実施形態のクラスにおいて、本発明のアレイは、「１−１−４」アレイとして読み出され、各低層における各センサー（たとえば、各緑色および赤色センサー）のサイズは各最上部センサーのサイズの４倍に等しい（か、実質的に等しい）。各最上部センサーが青色センサーであるこのクラスの好適な実施形態において、青色（最上部）層の充分な読み出し解像度および緑色と赤色センサーの低い解像度は、入射青色光および入射緑色光に関して同じ空間周波数を有する輝度情報を発生する。このような各構成における充分な解像度の青色層は青色光とともに緑色および赤色光に応答するので、青色チャネルのスペクトル感度は、緑色チャネルのスペクトル感度より理想的ではない（理論的に理想的な輝度スペクトル感度曲線から離れている）。本発明のこれらの構成は、高解像度輝度情報を適切に捕捉できる。それらの最上部（青色）層の充分な読み出し解像度および他の（緑色および赤色）層の低い読み出し解像度はまた、「１−４−１」アレイの中間（緑色）層の充分な読み出し解像度および「１−４−１」アレイの青色と赤色層の低い読み出し解像度によっては認識することができないという利点（たとえば、コンパクトさ、ノイズの改良、および緑色および赤色層におけるセンサーに提供されなければならないコンタクト数の減少）を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
当業者は、本発明の以下の説明は説明のために行われるのであって、発明を限定するためではないということを認識するであろう。本発明の他の実施形態はこの開示の利点を持つ当業者にとってそれ自体を容易に暗示する。
【００３２】
ＶＣＦセンサー群の各センサーは、直接にまたは間接的にフォトン（光子）のエネルギーを電子−正孔対に変換することによってフォトンを感知する。この変換は半導体材料中で起こる。ＶＣＦセンサー群は、その群において各センサーの出力が異なる波長帯において入射フォトン強度を示すように、通常構成される。ＶＣＦセンサー群の各センサーに達する放射線は、センサー群を形成する材料のフィルター作用のために、異なる波長強度スペクトルを持つ。この結果、ＶＣＦセンサー群のすべてのセンサーは、同一であり得るし、各センサーは異なる波長帯を示す出力を産むことができる。一部の実施形態において、ＶＣＦセンサー群のセンサーはすべて同じとは限らない（たとえば、それらは同じ材料でも同じ材料の組み合わせからすべて構成されるわけではない）。また各々の構造および組成は、所定の用途のセンサー群性能を最適化または改良するように決定される。たとえば、所定の波長範囲に対して比較的高い感度（すなわち、そのような範囲で比較的高い吸収率）を持ち、他の波長に対して低い感度を持つセンサーは、ＶＣＦセンサー群を形成するために、異なるスペクトル感度を持つ他の材料から作られるセンサーを用いて垂直に積層することができる。
【００３３】
デジタルスチールカメラ（ＤＳＣ）用カラー出力は、人間の可視システムにおける３色素特性のために、３スペクトル帯のうちの最小を感知する必要がある。この結果、ＶＣＦセンサー群の多くの実施形態は、３つの異なるスペクトル帯を感知する（半導体材料を各々は含む）３つの垂直積層センサーを持つ。３つの垂直積層センサーよりむしろ２つを用いたＶＣＦセンサー群は、たとえば、可視光および赤外線を同時に検出するような、他の用途において有用である。３つ以上のスペクトル領域を感知する利点が存在しうるので、ＶＣＦセンサー群の一部の実施形態は３つ以上の垂直積層センサーを持つ。付加的なスペクトル領域から余分な情報を使って、物体の色のさらに正確な描写を産むことが可能であり得る。スペクトルデータがもっと利用できるので、色表示の正確度が潜在的に改良される。
【００３４】
ＶＣＦセンサー群の本発明の実施形態におけるクラスにおいて、各センサー群の各センサーは半導体材料の２層（図２において、層X01および層X09の近接部分を含むセンサーのように）、または、半導体材料の３層（図２において、層X02および近接部分層X09とX10含むセンサーのように）を含む。センサーの２つの近接層の各々の間に接合（たとえば、「ｐ−ｎ」接合またはヘテロ接合）が存在し、センサー層のうちの１つはコンタクト部分（バイアスおよび読み出し回路に接続する）を持つキャリア収集素子である。通常の動作中、各センサーの層はバイアスされる。光生成キャリアが少なくとも１つの空乏領域を通ってコンタクトへ移動し、コンタクト部分で利用可能な光電荷信号を作る。ＶＣＦセンサー群の通常の実施形態において、その群は、フォトンを吸収できる材料（たとえば、空乏領域X04にも空乏領域X05にも属さない、図２における層X09の半導体材料）を含み、そのような吸収は読み出し回路によって検出される電荷を産む可能性がある。しかし、そこにおいては、光生成キャリアは任意の少なくとも２つの異なるキャリア収集素子の方へ（顕著な可能性を有して）移動できる。通常、しかし必ずしもそうとは限らないが、ＶＣＦセンサー群のすべての層は半導体材料から構成される。
【００３５】
図１は、波長450ｎｍ、550ｎｍ、および650ｎｍに関して、シリコン中の深さの関数として、結晶シリコン中の電磁線の強度を示すグラフである。図４は、波長450ｎｍ（曲線Ａ）、550ｎｍ（曲線Ｂ）、および650ｎｍ（曲線Ｃ）に関して、シリコン中の深さの関数として、結晶シリコンにおける電磁線の吸収率（入射強度Ｉ０に対する）を示すグラフであり、その上に重ねた図２のセンサー群層の位置を示している。図１および図４のグラフは同じデータから得られた。図４の各曲線は、差分値、すなわち、図１の対応する曲線の「ｎ＋１」番目と「ｎ」番目データの差である「ｎ」番目の差分値をプロットしている。シリコン以外の多数の半導体における深さの関数として放射線（所定の波長を持つ）の強度は、図１においてグラフ化されたものと同様の関数である。図１は、放射線の相対強度（比Ｉ／Ｉ０、ここで、「Ｉ」はシリコン中の深さ「Ｘ」における強度であり、「Ｉ０」は入射強度である）は、フォトンがシリコン１によって吸収されるので、深さを増加するにつれて減少する。図１および図４は、相対的に多い青色（450ｎｍ）フォトンはより長い波長のフォトンよりも表面近くで吸収され、シリコン中の任意の深さにおいて青色フォトンより多い緑色（550ｎｍ）フォトンが存在し、緑色フォトンより多い赤色（650ｎｍ）フォトンが存在するということを示す（赤、緑、および青色フォトンに関して入射強度は等しいと仮定する）。
【００３６】
図１の３つの曲線の各々は、深さが増大するに従い、指数関数的に強度が減少し、通常のドーピングおよびプロセスが行われた結晶シリコン中の光の測定された挙動に基づいている。各曲線の正確な形状は、ドーピングおよびプロセスのパラメーターに依存するが、ドーピングおよび／またはプロセスパラメータが異なっている場合には曲線間に小さな違いだけが存在する。半導体によって異なる波長のフォトンの吸収は、半導体材料のバンドギャップエネルギーに依存し、バンド端の詳細な状態に依存するということは、周知である。通常の半導体（たとえば、シリコン）は異なる波長に対して異なる吸収率を持つということも、周知である。
【００３７】
図１および４から明白なように、シリコンのより大きな体積において所定の深さでＶＣＦセンサー群におけるセンサーとして機能し、所定の厚さを有するシリコンの体積は、緑色光よりも青色光に対して大きな吸収率を持ち、赤色光より緑色光に対して大きな吸収率を持つ。しかし、センサーシリコンがそのより大きな体積において充分に深い場合は、青色および緑色光はそのセンサーシリコンより上の材料によって吸収されてしまう。たとえ、実質的にフラットな波長強度スペクトルを持つ光がそのより大きな体積の表面に入射したとしても、そのセンサーに到達する青色および緑色光の強度がそのセンサーに到達する赤色光の強度よりはるかに小さい場合、そのセンサーは青色または緑色光より赤色光を実際に多く吸収することができる。
【００３８】
ＶＣＦセンサー群の通常の実施形態は、ある体積の半導体材料中において深さの異なる範囲において、フォトンを捕捉することによって色分離を達成する。図２は、最上層X01（ｎ型半導体から作られる）、最上層の下の2番目（ｐ型）層X09、2番目層の下の３番目（ｎ型）層X10、３番目層の下の４番目（ｐ型）層X10、４番目層の下の５番目（ｎ型）層X03、５番目層の下のｐ型半導体基板X11を含む、ＶＣＦセンサー群に関して垂直方向のドーピングプロファイルである。
【００３９】
図３はこのＶＣＦセンサー群の簡略化した断面図（垂直面における）である。図３に示すように、バイアスおよび読み出し回路がX01、X02、X03、X09、X10、および基板X11に接続される。
【００４０】
青色、緑色、および赤色フォトダイオードセンサーは図３のｎ型およびｐ型領域の間の接合により形成され、半導体構造の表面下の異なる深さに配置される。赤色、緑色、および青色光電荷信号は、３つの孤立したフォトダイオードのｎ型カソード（X01、X02、およびX03）からすべて取られる。図３が単純化される１つの観点は、ｎ型層X01が、それを通って下層のX02およびX03へ伸びているｎ型コンタクトからどのように電気的に絶縁されているか（それは垂直になっているので）示していないということであり、ｐ型層X09が、それを通って下層のX10および領域X11へ伸びているｐ型コンタクトからどのように電気的に絶縁されているか（それは垂直になっているので）示していないということであり、ｎ型層X02が、それを通って下層のX03へ伸びているｎ型コンタクトからどのように電気的に絶縁されているか（それは垂直になっているので）示していないということであり、あるいは、ｐ型層X10が、それを通って下の領域X11へ伸びているｐ型コンタクトからどのように電気的に絶縁されているか（それは垂直になっているので）示していないということである。図３の半導体構造は、上述のUS特許6,727,521に記載された技術（たとえば、US特許6,727,521の図３に示された構造を実現するように用いられる技術）を使って実現され得る。
【００４１】
図３の読み出し回路は非保存型であり、上述のUS特許6,727,521に記載されたものと類似である。各センサー用読み出し回路は、リセット（RESET）信号線から駆動され、フォトダイオード・カソードとリセット電位（図３においてVREFとして示される）間で接続されるリセットトランジスタ（青色センサーに関して５４ｂ、緑色センサーに関して５４ｇ、赤色センサーに関して５４ｒ）、ゲートがフォトダイオード・カソードに接続され、ドレインが動作中電位VSFDで保持されるソースフォロワ増幅トランジスタ（トランジスタ５６ｂ、５６ｇ、および５６ｒのうちの１つ）、並びに、行選択（ROW−SELECT）信号線から駆動され、関連のソースフォロワ増幅トランジスタのソースと行ライン間で接続した行選択トランジスタ（トランジスタ５８ｂ、５８ｇ、および５８ｒのうちの１つ）を含む。添え字「ｒ」、「ｇ」、および「ｂ」は各トランジスタと関連した波長帯（赤色、緑色、または青色）を示すために使われる。当業者に知られているように、リセット信号はピクセルをリセットするために作用し、その後露出中は動作しない。その後で、行選択ラインは検出信号を読み出すために動作する。
【００４２】
Ｐ型領域X09、X10、X11の各々は、動作時グランド電位で保持される。ｎ型領域X01、X02、X03の各々は、バイアスおよび読み出し回路に（接続することができ）アクセスしているコンタクト部分を持つキャリア収集素子である。センサー群の各読み出し前に、バイアス回路はｎ型層の各々をリセット電位（グランド電位より上の電位）にリセットする。感知すべき放射線に露出中に、逆バイアスされた隣接したP型およびｎ型層のペアは、フォトダイオード（カッソードが層X01で、アノードが層X09である第1のフォトダイオード：カッソードが層X02で、アノードが層X09とX10である第２のフォトダイオード：カッソードが層X03で、アノードが層X10とX11である第３のフォトダイオード）として機能する。図３に示されるように、ｎ型層X01、X02、X03の各々は、バイアスおよび読み出し回路に接続され、この結果フォトダイオード・ターミナルとして働く。
【００４３】
通常の動作時、図２のフォトダイオードが逆バイアスされるとき、フォトンが吸収されるシリコンの大部分を含む空乏領域が形成される。図２において、弟1のフォトダイオード（主に青色光を感知する）に関する空乏領域を「X04」と名付ける。弟２のフォトダイオード（主に緑色光を感知する）に関する空乏領域を「X05」および「X06」と名付ける。弟３のフォトダイオード（主に赤色光を感知する）に関する空乏領域を「X07」および「X08」と名付ける。空乏領域内の部分はフォトンの吸収によって形成される電子・正孔対を分離する。これは、各フォトダイオードのカソードに電荷を残し、各カソードに接続した読み出し回路はこの電荷を電気信号に変える。各フォトダイオードのカソードの電荷は、フォトダイオードによって吸収されるフォトンの数に比例する。この比例係数は量子効率QEである。
【００４４】
図４は、図２の構造の空乏領域およびキャリア収集素子（X01、X02、X03）の範囲を示す線を含む。この結果、図４における「X01＋X04」と名付けられた領域は、空乏領域X04の低い面の上にある図２の領域を示し、図４における「X05＋X02＋X06」と名付けられた領域は、空乏領域X05の上面と空乏領域X06の低い面との間の図２の領域を示す。また、図４における「X07＋X03＋X08」と名付けられた領域は、空乏領域X07の上面と空乏領域X08の低い面との間の図２の領域を示す。図４はこの結果、図２の３つのフォトダイオードはフォトンを吸収し、このような吸収から生じる電荷が残り（それが生まれるセンサー領域の外側へ移動しない）、読み出し回路によって測定することができる、３つの明白な「センサー」領域を示す。しかし、この３つのセンサー領域間で作られた電子・正孔対（たとえば、空乏領域X04の低い面と空乏領域X05の上面との間の層X09で作られる電子・正孔対）は、センサー領域へ拡散でき、読み出し回路によって測定され得るフォトダイオードに電荷を作ることができるということを認識すべきである。
【００４５】
波長によるフォトンの選択吸収は３つのフォトダイオードの光感度を決定する。もし、450ｎｍ、550ｎｍ、および650ｎｍフォトンに関して図４の曲線と関連してセンサー領域（「X01＋X04」、「X05＋X02＋X06」、「X07＋X03＋X08」）の位置を考慮すれば、センサー領域の深さと範囲はスペクトル感度を決定するということが分かる。「X01＋X04」領域において、はるかに多い入射青色光は入射緑色光および入射赤色光より吸収されるが、緑色光および赤色光の一部少量が吸収される。「X01＋X04」領域において、入射青色光よりはるかに少ない入射緑色光が吸収され、入射赤色光より多い入射緑色光が吸収される。「X05＋X02＋X06」領域において、入射青色光より多い入射緑色光が吸収され（領域「X01＋X04」に入射する青色光の殆どはその領域において吸収され、領域「X05＋X02＋X06」に達しないので）、入射赤色光より多い入射緑色光が吸収される（たとえ、領域「X01＋X04」に入射する赤色光の少量だけがその領域において吸収され、その結果、そのような赤色光の殆どが領域「X05＋X02＋X06」に達する）。
【００４６】
入射波長の充分な範囲（３波長450ｎｍ、550ｎｍ、および650ｎｍだけではない）は図２の３つのフォトダイオードのスペクトル感度を決定する。
【００４７】
実施形態の重要なクラスにおいて、本発明のアレイのＶＣＦセンサー群各々がフォトダイオードを実現する。このようなＶＣＦセンサー群はＤＳＣまたはデジタルビデオカメラにおける用途に充分に適合する。しかし、他の実施形態において、本発明のアレイのＶＣＦセンサー群各々は少なくとも主に半導体材料からなる体積内で異なる深さに配置された２つの（または３つ以上の）フォトダイオードを実現する。図３のセンサー群の青色、緑色、および赤色フォトダイオードセンサーがｎ型およびｐ型領域の間の接合によって形成され、半導体構造の表面下の異なる深さに配置される。赤色、緑色、および青色光電流信号は３つの孤立フォトダイオードのｎ型カソードからすべて取られる。このことは図５において図式的に示され、それは図３に示されているものと同じＶＣＦセンサー群を示す。図５において、フォトダイオードは半導体ダイオード記号として図式的に示される。
【００４８】
ここでの開示から、当業者は、半導体構造においてＶＣＦセンサー群（および本発明を実現するＶＣＦセンサー群のアレイ）を認識するための多くの方法が存在することが分かる。たとえば、ｐ型およびｎ型領域を変更する６層構造は、最下層として半導体基板を使って、基板中で導電型を変更する５つの同心ウエルを作って、形成することができる。
【００４９】
図３および５の各々は、赤、緑、および青色フォトダイオードの各々がトランジスタ回路に接続するバイアスおよび読み出し回路の非保存バージョンを示す。各回路は、リセット（ＲＥＳＥＴ）信号線から駆動され、フォトダイオード・カソードとリセット電位ＶＲＥＦの間に接続したリセットトランジスタ（５４ｂ、５４ｇ、５４ｒ）、フォトダイオード・カソードの接続したソースフォロワ増幅トランジスタ（５６ｂ、５６ｇ、５６ｒ）、および行・リセット(ROW−RESET)信号線から駆動され、ソースフォロワ増幅トランジスタと列出力線の間で接続した行・リセット・トランジスタ（５８ｂ、５８ｇ、５８ｒ）を持つ。技術的に知られているように、リセット信号はピクセルをリセットするために作用し、その後、露出時は非作用で、その後で、行選択線は作用しピクセルデータを読み出す。
【００５０】
代替の実施形態において、バイアスおよび読み出し回路の「保存」バージョンは、上述のUS特許6864557に記載されているように、図３のような「非保存」バイアスおよび読み出し回路の代わりに使われる。
【００５１】
図６はセンサー群セル122-1、122-2、122-3、および122-4のアレイの図で、各セルは「Ｓ個の」ＶＣＦセンサー群を含み、Ｓは小さな整数である。本発明の実施形態によるアレイを実現するために、セル122-1、122-2、122-3、および122-4の各々は、図６Ａに示される構造を持ち、４つのＶＣＦセンサー群を含む。この実施形態において、各セルの４つのＶＣＦセンサー群は４つの青色センサー（図６Ａのフォトダイオード・センサー100、101、102、および103）、すべての４つのＶＣＦセンサー群によって共有される１つの緑色センサー（図６Ａのフォトダイオード・センサー104）、すべての４つのＶＣＦセンサー群によって共有される１つの赤色センサー（図６Ａのフォトダイオード・センサー105）を含み、セルのＶＣＦセンサー群の青色センサー100、101、102、および103は共にセンサーの最上層を構成し、青色センサーの下に緑色センサー104があり、緑色センサー104の下に赤色センサー105がある。図６Ａの１つの実施形態において、センサー100、101、102、103、104、および105はそれぞれ、図７−８のセンサーＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｇ、およびＲと同じ構造を持つ。また、トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、および２６は、図７の同様に番号付けしたトランジスタと同じ方法で実現される（また、同じ機能を発揮する）。図６のアレイはＶＣＦセンサー群のより大きなアレイの一部となり得る（たとえば、アレイは、センサー群セルの２つ以上の行および２つ以上の列を含む）。
【００５２】
図６に示されるように、分かれたリセット線「RESET(n)」はアレイのセンサー群の「ｎ」番目の行のＶＣＦセンサー群用に提供される（すなわち、リセット線「RESET(n＋１)」は(n＋１)番目の行用に提供される。代替的に、共通のリセット(RESET)線はアレイのすべてのＶＣＦセンサー群用に提供され得る。）。
【００５３】
図６のアレイは、ＶＣＦセンサー群セルの２つの行と２つの列を含む。：第１の行はＶＣＦセンサー群セル122-1と122-2を含む。：第２の行はＶＣＦセンサー群122-3と122-4を含む。第１の行選択(ROW−SELECT)線（「行選択(ｎ)」）はＶＣＦセンサー群セル122-1と122-2の行選択入力(ROW−SELECT)に接続される。第２の行選択(ROW−SELECT)線（「行選択(ｎ＋１)」）はＶＣＦセンサー群セル122-3と122-4の行選択入力(ROW−SELECT)に接続される。また、第２の行選択(ROW−SELECT)線は技術的に知られているように、行デコーダー（示されていない）から駆動しても良い。
【００５４】
１番目の列出力線（「列出力(ｎ)」）はＶＣＦセンサー群122-1および122-3の出力に接続される。２番目の組列出力線（「列出力(ｎ＋１)」）はＶＣＦセンサー群122-2および122-4の出力に接続される。１番目および２番目の列出力線は通常列読み出し回路（示されていない）に接続される。リセット線（リセット(ｎ)）はＶＣＦセンサー群セル122-1および122-2のリセット入力に接続される。リセット線（リセット(ｎ＋１)）はＶＣＦセンサー群セル122-3および122-4のリセット入力に接続される。全体のVPIX線は、そのノードに接続され、ＶＣＦセンサー群セル122-1および122-4のすべての電位VPIX（たとえば、各ノードはトランジスタ２２と２４に共通である図６Aのノードに対応し、電位「VPIX」に維持される）に維持される。
【００５５】
センサー選択信号ｂ１(ｎ)は、セル122-1および122-2の各々の青色センサー１００用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジスタ１４のゲート）にアサートされる。センサー選択信号ｂ２(ｎ)は、セル122-1および122-2の各々の青色センサー１０１用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジス１６タのゲート）にアサートされる。センサー選択信号ｂ３(ｎ)は、セル122-1および122-2の各々の青色センサー１０２用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジスタ１８のゲート）にアサートされる。センサー選択信号ｂ４(ｎ)は、セル122-1および122-2の各々の青色センサー１０３用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジスタ２０のゲート）にアサートされる。センサー選択信号「ｒｅｄ(ｎ)」は、セル122-1および122-2の各々の赤色センサー１０５用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジスタ１２のゲート）にアサートされる。センサー選択信号「ｇｒｅｅｎ(ｎ)」は、セル122-1および122-2の各々の緑色センサー１０４用センサー選択トランジスタのゲート（たとえば、図６Aのトランジスタ１０のゲート）にアサートされる。
【００５６】
センサー選択信号ｂ１(ｎ＋１)は、セル122-3および122-4の各々の青色センサー１００用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。センサー選択信号ｂ２(ｎ＋１)は、セル122-3および122-4の各々の青色センサー１０１用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。センサー選択信号ｂ３(ｎ＋１)は、セル122-3および122-4の各々の青色センサー１０２用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。センサー選択信号ｂ４(ｎ＋１)は、セル122-3および122-4の各々の青色センサー１０３用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。センサー選択信号「ｒｅｄ(ｎ＋１)」は、セル122-3および122-4の各々の赤色センサー１０５用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。センサー選択信号「ｇｒｅｅｎ(ｎ＋１)」は、セル122-3および122-4の各々の緑色センサー１０４用センサー選択トランジスタのゲートにアサートされる。
【００５７】
図９は、ＶＣＦセンサー群の本発明のアレイにおける実施形態のブロック図で、ＶＣＦセンサー群のセルのＭ行およびＮ列を含む。ＶＣＦセンサー群の各セルＳｉｊ（ここで、１＝＜ｉ＝＜Ｍ、１＝＜ｊ＝＜Ｎ）は図７に示される構造を持つことができる。図９のアレイはＮ列線（COL１−COLN）を含む。ＶＣＦセンサー群の各セルは図７に示される構造を持つとき、ＶＣＦセンサー群の各セルの出力は列線の１つに接続される。読み出し回路１１は列線の各々に接続され、画像データを発生し、アレイの各読み出し時に列線で受け取った信号に応答してビデオバスへ画像データをアサートするために構成される。
【００５８】
図９のアレイの実現段階において、ＶＣＦセンサー群の各セルＳｉｊは図７に示されるように、４つのＶＣＦセンサー群からなる。図７に示される各ＶＣＦセンサー群は、キャリア収集領域が任意の他のセンサー群と共有されない１つの青色センサー（センサーＢ１、Ｂ２、Ｂ３、およびＢ４のうちの１つ）、１つの緑色センサー「Ｇ」（他の３つのセンサー群と共有される）、および１つの赤色センサー「Ｒ」（他の３つのセンサー群と共有される）を含む。緑色および赤色フォトン用キャリア収集領域は青色フォトン用各収集領域のサイズの４倍に実質的に等しいサイズを有する。図７に示されるように、青色フォトン用キャリア収集領域（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、およびＢ４）は、お互いとは横方向に絶縁され、これらのキャリア収集領域間の分離は、それらの間のアレイ最上面にある（バイアスおよび読み出し回路である）トランジスタを形成するための空間を提供するのに十分である。
【００５９】
図７に示される構造において、赤色センサーＲ（およびアレイの各他の赤色センサー）上で収集された電荷は、赤色センサーを共有する４つのＶＣＦセンサー群における入射赤色光強度の平均の約４倍を示す電気信号に変換される。緑色センサーＧ（およびアレイの各他の緑色センサー）上で収集された電荷は、緑色センサーを共有する４つのＶＣＦセンサー群における入射赤色光強度の平均の約４倍を示す電気信号に変換される。この結果、青色光に関してアレイの解像度は、赤色または緑色光関するアレイの解像度の約４倍である。本発明のアレイのこの実施形態において、ＶＣＦセンサー群間の赤色および緑色センサー（青色センサーではなく）の共有は、青色チャネルにおける高い空間解像度を保ちながら、赤色および緑色チャネルにおける信号対ノイズ比（ＳＮ比）を増大させる。
【００６０】
図７のセンサー群の読出し回路はゲートが読出し時に（センサー選択トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８、２０のうちの１つを経て）センサーＧ、Ｒ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の選択される１つのフォトダイオード・カソードへ接続され、かつドレインが動作時電位ＶＳＦＤで維持されるソースフォロワ増幅トランジスタ２４を含む。読出し回路はまた、ゲートがROW_SELECT信号線から駆動され、かつチャネルがトランジスタ２４のソースと出力線（OUT））間に接続される行選択トランジスタ２６を含む。リセットトランジスタ２２はRESET信号によって駆動される。トランジスタ２２のドレインは動作時参照電位VPIXに維持され、ソースはトランジスタ２４のゲートに接続される。周知のように、参照電位VPIXまでトランジスタ２４のゲートを引っ張ることによって、RESET信号およびセンサー選択信号（ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４）はアクティブになりピクセルをリセットし、その後、露出時非アクティブとなる。露出後アレイを読み出すために以下のシーケンスを使うことができる。最初に、RESET信号を高くし、センサー選択信号（ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４）のすべてを低くすることによって、センスノードがリセットされる。センサー選択信号（ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４）のすべてを駆動することによってリセットされる。
【００６１】
その後、RESET信号は低くなり、トランジスタ２２をオフする。その後、Ｇセンサーを読むために、トランジスタ１０のゲートｇが高くなり（一方、他のセンサー選択信号ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４は低くなる）、ROW_SELECT信号も高くなり、トランジスタ２６のゲートが駆動し、列出力線ＯＵＴにセンサー値を出す。
【００６２】
同じ行にある別のセンサーを読み出すことができる前に、最初にセンサー選択信号ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４のすべてを低くし、RESET信号を高くすることによって、センスノードは再びリセットされなければならない。センスノードがリセットされた後で、RESET信号は低くなり、トランジスタ１２、ｒのゲートは高くなり、Ｒセンサーを読み出す。一方トランジスタ２６のゲート、ROW_SELECTは高くなる。Ｂ１を読み出すために、最初にセンサー選択信号ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を低くし、RESET信号を高くする。センスノードがリセットされた後で、RESET信号は低くなり、トランジスタ１４、ｂ１のゲートは高くなり、Ｂ１センサーを読み出す。一方トランジスタ２６のゲート、ROW_SELECTは高くなる。Ｂ２を読み出すために、最初にセンサー選択信号ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を低くし、RESET信号を高くする。センスノードがリセットされた後で、RESET信号は低くなり、トランジスタ１６、ｂ２のゲートは高くなり、Ｂ２センサーを読み出す。一方トランジスタ２６のゲート、ROW_SELECTは高くなる。Ｂ３を読み出すために、最初にセンサー選択信号ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を低くし、RESET信号が高くなる。センスノードがリセットされた後で、RESET信号は低くなり、トランジスタ１８、ｂ３のゲートは高くなり、Ｂ３センサーを読み出す。一方トランジスタ２６のゲート、ROW_SELECTは高くなる。Ｂ４を読み出すために、最初にセンサー選択信号ｇ、ｒ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を低くし、RESET信号を高くする。センスノードがリセットされた後で、RESET信号は低くなり、トランジスタ２０、ｂ４のゲートは高くなり、Ｂ４センサーを読み出す。一方トランジスタ２６のゲート、ROW_SELECTは高くなる。
【００６３】
ＶＣＦセンサー群が「Ｓ個の」センサー群（Ｓは小さな数で、アレイが1-1-4アレイとして実現されるときＳ＝４である）のセルに配置される本発明のアレイの実施形態において、各セルは信号「センス」ノード（たとえば、図７のトランジスタのゲート）およびセルのセンサーとセンスノード間で接続されるセンサー選択スイッチを含み、セルのセンスノードにおいてセンサー選択スイッチ（たとえば、図７のトランジスタ１２、１４、１６、１８および２０）を経て各セルのセンサーをシーケンシャルにサンプリングすることにより、アレイの表面層配置が同数のＶＣＦセンサー群を持つ従来のＶＣＦセンサー群の配置よりずっと単純になる（また、通常空乏化されたフォトダイオードにより影響を受けやすくなる）。
【００６４】
図７において、センサーおよびトランジスタ１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４のゲートの間における電気的に導電性コンタクトが模式的に示されている。実際に、図７のアレイは、構造が（たとえば、半導体集積回路製造プロセスによって）基板上で形成された固体材料のブロックとして通常実現される。トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６の各々はアレイの最上面上で、または最上面で実現される。表面から赤色センサーＲへ伸びる垂直方向のコンタクトは位置ＣＲで形成され、表面から緑色センサーＧへ伸びる別の垂直方向のコンタクトは図７の位置ＣＧで形成される。センサーＢ１およびＢ２とトランジスタ１４、１６および２４との間の接続例は、このような図７の固体状態の実現において、図８と関連して記載されている。
【００６５】
図８は、基板３７上に形成された図７のアレイと同様のアレイにおける固体構造の１部の断面側面図である。図８の構造は、図７のセンサーＢ１を含むＶＣＦセンサー群素子、図７のセンサーＧおよびＲの少し異なった形状のもの、図７のセンサーＢ２を含むＶＣＦセンサー群素子、図７のセンサーＧおよびＲの少し異なった形状のもの、および図７のトランジスタ１４および１６およびトランジスタ２４の素子を含む。
【００６６】
図８において、ｎ型半導体領域３２はセンサーＢ２のキャリア収集カソードであり、ｎ型半導体領域３５は緑色センサーＧのキャリア収集カソード（そのコンタクト部分３５Ａは図７の位置ＣＧと異なる青色センサーＢ１およびＢ２と関係する位置を持つという点において、図７のセンサーＧとわずかに異なる形状をしている）であり、ｎ型半導体領域３６は赤色センサーＲのキャリア収集カソード（そのコンタクト部分３６Ａは図７の位置ＣＲと異なる青色センサーＢ１およびＢ２と関係する位置を持つという点において、図７のセンサーＲとわずかに異なる形状をしている）である。カソード３２、３３、３５および３６に近接した非収集フォトダイオードアノードは、接地したｐ型半導体層３４および接地したｐ型半導体層３１からなる。
【００６７】
垂直方向のコンタクト３５Ａは、領域３５の主な部分からチップの表面へ伸びる領域３５の部分である。垂直方向のコンタクト３６Ａは、領域３６の主な部分からチップの表面へ伸びる領域３６の部分である。感知されるべき光に対して低い透過率を持つ材料からなる光シールド２８は、領域３５および３６のエッジ部分の上に（領域３５および３６の間の境界領域の上に、図８に示されるＶＣＦセンサー群から横方向に配置される他のＶＣＦセンサー群のカソード領域に対応して）形成される。金属コンタクト（図示されていない）は通常、コンタクト３５Ａおよび３６Ａの上端の上に形成され、コンタクト３５Ａおよび３６Ａをバイアスおよび読出し回路へ（すなわち、図７のトランジスタ１０および１２へ）接続する。光シールド２８（並びにコンタクト３５Ａおよび３６Ａの上端の上に形成された金属コンタクト）は、コンタクト３５Ａまたは３６Ａにおいて光生成した電荷はアレイの周波数選択性を減少させるので、光（アレイの最上面に垂直に入射する）がコンタクト３５Ａおよび３６Ａに到達させないように作用する。
【００６８】
図８において、各ｐ型イオン注入層３１（ｐ型材料３４よりもっと多量にドープしたｐ型半導体材料からなる）は、青色センサーのカソード（カソード３２または３３または青色センサーＢ３またはＢ４のカソード）とアノード（ｐ型半導体材料３４および３１を含む）間に各青色センサーの各ｐ−ｎ接合を適切に配置することによって、表面状態を不動態化するためにピン止め層として作用する。特に、イオン注入層３１は、各青色センサーの各ｐ−ｎ接合がアレイの最上面から離れて配置されるということを保証する。
【００６９】
青色センサーＢ１のカソード３２はまた、トランジスタ１４のソースとして機能する。青色センサーＢ２のカソード３３はまた、トランジスタ１６のソースとして機能する。Ｎ型半導体領域２７（領域２７のさらに多量にドープしたｎ型サブ領域２７Ａを含む）トランジスタ１４のドレインおよびトランジスタ１６のドレインとして機能する。
【００７０】
図示されているように、ポリシリコンゲート構造２９（ｎ型領域２９Ａ、さらに多量にドープしたｎ型領域２９Ｃおよびｐ型領域２９Ｂ）はトランジスタ１４のゲートであり、ポリシリコンゲート構造３０（ｎ型領域３０Ａ、さらに多量にドープしたｎ型領域３０Ｃおよびｐ型領域３０Ｂ）はトランジスタ１６のゲートであり、電気的に絶縁するゲート側壁スペーサ２９Ｄはゲート２９の側面に形成され、電気的に絶縁するゲート側壁スペーサ３０Ｄはゲート３０の側面に形成される。図８の構造を作るために、ｎ型領域３２、２７、３３、並びにゲート２９および３０の位置でｎ型ポリシリコン構造は、イオン注入によって示される位置に形成される。その後、さらに多量にドープしたｎ＋領域２９Ｃ、２７Ａおよび３０Ｃは付加的イオン注入によって示される位置に形成される。その後、ｐ型イオン注入層３１、２９Ｂおよび３０Ｂが付加的イオン注入によって示される位置に形成される。
【００７１】
図８において示される「センスノード」コンタクトは、ｎ＋領域２７Ａに接続され、またリセットトランジスタ２２のドレイン（図７に示されているが、図８では示されていない）に接続される。図８に「ｂ１」および「ｂ２」と表示されたコンタクトはトランジスタ１４および１６のゲートにそれぞれ接続される。
【００７２】
領域３１および３４は、図８のＶＣＦセンサー群の動作時に接地電位に保持される。センサー群の各露出および読出し前に、バイアス回路（トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８および２２を含み、そのうちの一部は図７に示されているが、図８では示されていない）は、ｎ型カソード領域３２、３３、３５および３６（および青色センサーＢ３およびＢ４のｎ型カソード領域で、それは図８の面の外側に配置される）の各々をリセット電位（接地電位以上の参照電圧VPIX）にリセットする。感知されるべき光に露出中に、逆バイアスされた隣接のｐ型領域およびｎ型領域のペアはフォトダイオードとして機能する。：カソードが層３２で、アノードが領域３４および３１の部分である第１のフォトダイオード（青色センサーＢ１を実現する）。；カソードが層３３で、アノードが領域３４および３１の部分である第２のフォトダイオード（青色センサーＢ２を実現する）。；第３および第４のフォトダイオード（青色センサーＢ３およびＢ４を実現する）。；カソードが層３５で、アノードが領域３４の部分である第５のフォトダイオード（緑色センサーＧを実現する）。；カソードが層３６で、アノードが領域３４の部分である第６のフォトダイオード（赤色センサーＲを実現する）。読出し時、６つのフォトダイオードのカソードはセンスノードに連続して接続される。
【００７３】
図７のアレイの素子（図８に示されたように実現される）にアサートされる電圧（接地電位以上）の通常値は以下の通りである。RESET＝4.0ボルト（リセット段階時）およびそれ以外はRESET＝０ボルト、VPIX＝3.0ボルト、VSFD＝3.0ボルト、ROW_SELECT＝4.0ボルト（読出し時）およびそれ以外はROW_SELECT＝0ボルト、並びにセンサー選択トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８および２０の各々へアサートされる電圧は3.0ボルト（トランジスタ２４のゲートへ関連のフォトダイオードセンサーカソードを接続するために）およびそれ以外は０ボルトである。
【００７４】
（図７に示された構造を持つ４つのVCFセンサー群Ｓijの各セルを用いて）「1-1-4」アレイとして実現される図９のアレイのシミュレーションが行われた。また、「1-4-1」アレイとして実現される図９の（VCFセンサー群Ｓijの各セルは、４つの異なる青色センサー、すべての４つのVCFセンサー群によって共有される単一の緑色センサー、および緑色センサー下の４つの異なる赤色センサーを含む４つのVCFセンサー群のセルである）アレイのシミュレーションが行われた。1-4-1および1-1-4アレイのこのようなシミュレーションから生じるシミュレーションされた画像（分離したルマ／クロマ画像データ処理パイプラインによる計算された処理後に）は、画像の最も暗い領域が1-1-4アレイによって発生するわずかに異なったノイズ特性を持つ1-4-1アレイによって発生する画像の最も暗い領域と実際には区別できない。
【００７５】
本発明を具体化する1-1-4アレイの各々は、1-4-1アレイを実現するために４つのセンサー群あたり必要な５つの垂直コンタクト（赤色層に対して１つ、および緑色層に対して４つ）の最小値と対比して、低層センサー（赤色および緑色センサー）に対して４つのセンサー群あたり２つの垂直コンタクト（たとえば、プラグコンタクト）だけを用いて、好適に実現される。垂直コンタクトの必要な数を減らすことは、本発明のアレイにおける固体構造（たとえば、アレイが半導体基板上に形成された構造を含む固体材料のブロックである構造）のレイアウトを大いに単純化する本発明のアレイの重要な利点である。各セルは、センサー選択スイッチ（たとえば、アレイの最上面上にまたは最上面で形成されたトランジスタ）を含み、同数のVCFセンサー群を持つ従来のアレイを用いて達成できるよりもコンパクトでまたより対称的なレイアウトにできる。
【００７６】
各セルは、セルのセンサーとセンスノード間に接続されたセンサー選択スイッチおよび単一の「センス」ノードを持つＶＣＦセンサー群のセル（「Ｓ個の」センサー群を含む各セルで、Ｓは小さな数で、アレイが1-1-4アレイとして実現するときＳ＝４である）を含む本発明のアレイの実施形態において、ノイズは各センサー選択スイッチのフォトダイオード側面上の容量から生じる。何故なら、信号電荷はセンスノードと不完全に共有され、容量は取り消しできないｋＴＣノイズを付加するからである。しかし、ＶＣＦセンサー群の各セルの少なくとも１つの低層でセンサーを共有することによって（たとえば、Ｓ個の個々の緑色センサーおよび「Ｓ」個の個々の赤色センサーよりもむしろ共有緑色センサーおよび共有赤色センサーを用いて、各セルを実現することによって）、また各共有センサーおよび関連のセンサー選択スイッチの間のただ１つの垂直コンタクトを使うことによって、ゼロまたはほぼゼロ容量を有する最上層の非共有センサーを実現すること（たとえば、ほぼゼロ容量を有する最上層におけるピン止めされ空乏化されたフォトダイオードを実現すること）ははるかに容易である。その結果、上述の取り消しできないｋＴＣノイズを許容可能なレベルまで減らすことができる。ＶＣＦセンサー群の従来アレイができるよりもルマ（luma）およびクロマ（chroma）におけるより良好な信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を提供するために、本発明のアレイを実現することが可能であると期待される。
【００７７】
ＶＣＦセンサー群セット（たとえば、セル）のコーナーにある垂直コンタクトを光学的にシールドすることは各々のこのようなセット内の他の位置におけるより容易である（また必要な垂直コンタクトのすべてかまたは殆どをこのようなコーナーにおいて実現できる）から、本発明によってＶＣＦセンサー群のアレイを実現することによって色むら（入射角度を用いた色ずれ）を改良できるということも期待される。本発明のアレイにおける４つのＶＣＦセンサー群セットあたり５つの垂直コンタクトが必要とされるとき、また４つのセンサー群セットが４つのコーナーだけを持つとき、少なくとも１つの垂直コンタクトは、シールドするのが少し困難であるそのセットの（コーナーよりむしろ）端に配置されなければならない。後者のケースにおいて、端に配置された垂直コンタクトが低層（たとえば、緑色または赤色センサー）へ伸びるとき、端に配置された垂直コンタクト近傍のアレイに入射し、かなり浅い所（たとえば、青色層と緑色層の間）で吸収されるフォトンは、垂直コンタクトにより収集される傾向にあり、それは、端に配置された垂直コンタクトから離れて吸収されたフォトンと比較して色感度を変化させる。
【００７８】
本発明を要約すると次のようになる。本発明は、垂直カラーフィルター（ＶＣＦ）センサー群のアレイまたはアレイの任意の実施態様を読み出すための方法でり、オプションとしてセンサー内で発生した光生成キャリアを電気信号に変換するための回路を含むか又は接続していて、アレイは最上層（センサー群の最上部センサーを含む）およびセンサーのうちの他の１つを含む少なくとも１つの低層を持つ。最上層だけは充分な解像度で読み出すことができる。各低層は、ピクセルセンサー位置の全数よりも少ないセンサー出力を発生するために、充分な解像度よりも小さい解像度で読み出すことができるだけである。通常、センサー群はセル中に配置され、各セルはＳ個のセンサー群（たとえば、Ｓ＝４）を含み、最上層においてＳ個のセンサーを持ち、セルの各低層においてＳ個のセンサーよりも少ないセンサーを持つ。通常、各低層において少なくとも１つの共有センサー（２つ以上のＶＣＦセンサー群によって共有されたセンサー）を含み、また各セルはセルのセンサーとセンスノードとの間にセンサー選択スイッチ（たとえば、トランジスタ）を含む。
【００７９】
本発明および本発明の出願を実現するための最良のモードは本明細書で記載されてきたが、当業者にとって、実施形態および本明細書で記載された応用に関して、ここに記載され主張された発明の範囲から逸脱さることなく多くの変化があり得るということは、明白である。本発明のある形態が示され記載されてきたが、本発明は、記載され示された特定の実施形態、または記載された特定の方法に限定されるべきではないということも理解されるはずである。さらに、もし請求項の文言において明確に記載されていない場合は、方法を述べる請求項は工程の特定の順序を何も示唆していない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、波長450ｎｍ、550nmおよび650nmに関して、シリコンの深さの関数として、結晶シリコン中における電磁線の強度（入射強度I０に対する）のグラフである。
【図２】図２は、本発明を実現するために使用することができるＶＣＦセンサー群に関する垂直方向のドーピング・プロファイルを示すグラフである。
【図３】図３は、センサー群に接続するバイアス回路および読み出し回路の回路図を持つ、プロファイルが図２で示されたＶＣＦセンサー群の（垂直面における）簡単な断面図である。
【図４】図４は、波長450ｎｍ（曲線Ａ）、550nm（曲線Ｂ）および650nm（曲線Ｃ）に関して、シリコンの深さの関数として、結晶シリコン中における電磁線の吸収率（入射強度I０に対する）のグラフで、図２のセンサー群層をその上に重ねて示している。
【図５】図５は、ＶＣＦセンサー群並びに図３もバイアス回路および読み出し回路の図で、フォトダイオード・センサーは半導体ダイオード記号として示されている。
【図６】図６は、本発明に従って実現可能な画像アレイの図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６のブロック122-1、122-2、122-3、および122-4の各々の内部における構造の実施形態を示す図である。
【図７】図７は、ＶＣＦセンサー群（そこにおいて、近接センサー群の低層はキャリア収集素子を占める）の本発明のアレイにおける実施形態の部分を簡単に示した上面図であり、センサー群に接続したバイアスおよび読み出し回路を持つ。図７に示される構造は４つのＶＣＦセンサー群のセルを含み、これらのＶＣＦセンサー群の各々は、図示されている４つの青色センサー（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４）の異なる１つを含む。
【図８】図８は、図７と同様のセンサー群および読み出し回路を実現する部分を示す側面断面図である。
【図９】図９は、ＶＣＦセンサー群の本発明のアレイにおける実施形態のブロック図であり、ＶＣＦセンサー群のＭ行（row）およびＭ列（column）を含む。ＶＣＦセンサー群の各セルは図７に示される構造を有する４つのＶＣＦセンサー群を含むセルとなり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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