(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、
前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、
光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、
前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、
前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１および第２の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第１種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第２種の選択的電荷転送段を構成する第１および第２の転送制御電極と、
前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極とを備え、
前記垂直電荷転送チャネルの総数が偶数本であり、端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々がその次の偶数番目の垂直電荷転送チャネルと前記出力転送路の手前において合流し、前記送出用電極を含んで構成される垂直電荷転送段の各々が、２本の垂直電荷転送チャネル同士の合流部を含んで構成される固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１種の選択的電荷転送段の各々における垂直電荷転送チャネルの不純物濃度と、前記第２種の選択的電荷転送段の各々における垂直電荷転送チャネルの不純物濃度とが互いに異なり、これらの不純物濃度のうちの高い方の不純物濃度が、前記垂直電荷転送段の各々での垂直電荷転送チャネルの不純物濃度よりも高い請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記出力転送路が、
前記半導体基板に形成され、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの延在方向と交差する方向に延在する１本の水平電荷転送チャネルと、
前記感光領域内での前記垂直電荷転送チャネルの総数の２倍の本数の水平電荷転送電極であって、各々が、前記水平電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成され、前記水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に前記水平電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆う水平電荷転送電極と
を有する請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記多数個の光電変換素子が画素ずらし配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、
前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、
光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、
前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、
前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１〜第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して（Ｍ−１）本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて１つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第１〜第Ｍの転送制御電極と
を備えた固体撮像装置。
【請求項６】
さらに、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極を含む請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記出力転送路が、
前記半導体基板に形成され、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの延在方向と交差する方向に延在する１本の水平電荷転送チャネルと、
前記感光領域内での前記垂直電荷転送チャネルの総数の４／Ｍ倍の本数の水平電荷転送電極であって、各々が、前記水平電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成され、前記水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に前記水平電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆う水平電荷転送電極と
を有する請求項５又は６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１〜第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して（Ｍ−１）本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて１つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第１〜第Ｍの転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、
前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記選択的電荷転送段にまで転送する工程と、
前記選択的電荷転送段の各々を該選択的電荷転送段を構成している転送制御電極別にグループ化し、グループ単位で前記出力転送路への電荷の転送と該電荷の前記出力転送路からの出力とを順次行って、前記選択的電荷転送段の各々に転送されてきた電荷の全てを前記出力転送路から出力する工程と
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１および第２の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第１種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第２種の選択的電荷転送段を構成する第１および第２の転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、
前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記第１種または前記第２種の選択的電荷転送段の各々にまで転送する工程と、
前記第１種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷と前記第２種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷とを別々のタイミングで前記出力転送路に転送し、該出力転送路内で２電荷ずつ加算して転送する工程と
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置およびその駆動方法に係り、特に、ＣＣＤ型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【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機器が急速に普及している。
【０００３】
ＣＣＤ型の固体撮像装置をエリア・イメージセンサに利用する場合、半導体基板の一表面側に例えば計数１０万〜数１００万個程度の光電変換素子が多数行、多数列に亘って形成される。光電変換素子としては、フォトダイオードが多用されている。
【０００４】
本明細書においては、半導体基板の一表面側において多数個の光電変換素子が行列状に形成される領域を「感光領域」という。
【０００５】
感光領域の外側に出力転送路が形成される。この出力転送路は、一般に、２相駆動型ＣＣＤまたは４相駆動型ＣＣＤによって構成される。出力部が、出力転送路の一端に接続される。
【０００６】
個々の光電変換素子列に近接して、ＣＣＤによって構成される垂直電荷転送路が配設される。光電変換素子とこれに対応する垂直電荷転送路との間に、１個の光電変換素子に１つずつ、読出ゲート用チャネル領域が形成される。
【０００７】
垂直電荷転送路の各々は、半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルと、この垂直電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の垂直電荷転送電極とを含んで構成される。
【０００８】
垂直電荷転送チャネルの各々は、対応する光電変換素子列に沿って感光領域を横切り、出力転送路に接続される。
【０００９】
垂直電荷転送電極の各々は、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在し、電気的絶縁膜をのみを介して、または、電気的絶縁膜と他の転送電極とを介して、垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆う。個々の垂直電荷転送電極は、電気的絶縁膜をのみを介して垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所において、この垂直電荷転送チャネルと共に１つの垂直電荷転送段を構成する。
【００１０】
垂直電荷転送路の各々においては、１本の垂直電荷転送チャネルを含んで構成される多数の垂直電荷転送段が光電変換素子列方向に相隣るもの同士で互いに連なっている。
【００１１】
本明細書では、行列状に形成された多数個の光電変換素子の配列方向のうちで、その方向の一端に出力転送路が形成されている配列方向を「光電変換素子列方向」といい、この方向の光電変換素子の配列を「光電変換素子列」という。光電変換素子列に交差する方向を「光電変換素子行方向」といい、この方向の光電変換素子の配列を「光電変換素子行」という。
【００１２】
また、本明細書においては、光電変換素子から出力部に転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するものとする。
【００１３】
一部の垂直電荷転送電極は、読出ゲート用チャネル領域上にまで延在して、このチャネル領域と共に読出ゲートを構成する。
【００１４】
読出ゲートを構成する垂直電荷転送電極に高い電圧（例えば１５Ｖ）のパルスを印加すると、その下の垂直電荷転送チャネルおよび読出ゲート用チャネル領域それぞれのポテンシャルが容量結合によって低くなる。光電変換素子は、垂直電荷転送電極との間に積極的容量結合を有さず、そのポテンシャルはあまり変化しない。したがって、光電変換素子のポテンシャルよりも垂直電荷転送チャネルおよび読出ゲート用チャネル領域のポテンシャルを低くすることができる。光電変換素子に蓄積された電荷を、読出ゲートを介して、対応する垂直電荷転送路に読み出すことができる。光電変換素子に蓄積された電荷を垂直電荷転送路に読み出すための高電圧のパルスを、「読出しパルス」という。
【００１５】
垂直電荷転送電極に相対的に高いレベルの電圧（例えば０Ｖ）を印加することにより、この垂直電荷転送電極を含んで構成される垂直電荷転送段にポテンシャル・ウェルを形成することができる。垂直電荷転送電極に相対的に低いレベルの電圧（例えば−８Ｖ）を印加することにより、この垂直電荷転送電極を含んで構成される垂直電荷転送段にポテンシャル・バリアを形成することができる。各垂直電荷転送電極に印加する電圧を適宜制御することにより、垂直電荷転送路内の電荷を出力転送路へ向けて転送することができる。
【００１６】
出力転送路は、垂直電荷転送路の各々から電荷を受け取り、これらの電荷を出力部へ順次転送する。この出力転送路は、多くの場合、光電変換素子行方向に延在する１本の水平電荷転送チャネルと、その上方に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の水平電荷転送電極とを有する。水平電荷転送電極の各々は、水平電荷転送チャネルの延在方向に並存すると共に水平転送チャネルの一領域を平面視上覆う。
【００１７】
出力転送路が２相駆動型ＣＣＤおよび４相駆動型ＣＣＤのいずれであっても、１本の垂直電荷転送チャネル当たり４本の水平電荷転送電極が配設される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
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機器の普及の拡大に伴って、ＣＣＤ型の固体撮像装置の製造コストの削減や消費電力の低減が求められている。１枚の半導体基板に形成する光電変換素子のピッチを小さくすることにより、より小さな半導体基板を用いてＣＣＤ型の固体撮像装置を製造することができる。半導体基板のサイズが小さくなることから、ＣＣＤ型の固体撮像装置の製造コストの削減が可能になる。
【００１９】
ただし、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすると、出力転送路での水平電荷転送電極それぞれの線幅も減少させることが必要になる。
【００２０】
例えば、１／４インチ光学系、２００万画素の固体撮像装置では、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチがおよそ２μｍ程度になる。水平電荷転送電極それぞれの線幅はおよそ０．５μｍ程度になる。
【００２１】
多数個の光電変換素子を２μｍ程度のピッチで行列状に形成し、これに合わせて垂直電荷転送路を形成することは、比較的容易である。
【００２２】
しかしながら、線幅が０．５μｍ程度の水平電荷転送電極を形成するためには、高度な微細化技術が必要となる。高度な微細化技術の適用は、製造コストの上昇をもたらす。
【００２３】
また、２００万画素を超える高解像度の固体撮像装置では、読出しフレーム周波数を上げるために、通常、２０ＭＨｚ前後という高速の駆動信号で出力転送路を駆動させることが望まれる。
【００２４】
その結果として、出力転送路の消費電力は例えば数１０ｍＷにまで増大する。消費電力の増大は、電池搭載型の機器にとっては電池寿命の低下を招くことから、大きな欠点となる。
【００２５】
本発明の目的は、高度な微細加工技術によらずとも製造することが可能で、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を提供することである。
【００２６】
本発明の他の目的は、高度な微細加工技術によらずとも製造することが可能で、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を駆動させるための駆動方法を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１および第２の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第１種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第２種の選択的電荷転送段を構成する第１および第２の転送制御電極と、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、前記選択的電荷転送段の各々と前記出力転送路との間において前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する送出用電極とを備え、前記垂直電荷転送チャネルの総数が偶数本であり、端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々がその次の偶数番目の垂直電荷転送チャネルと前記出力転送路の手前において合流し、前記送出用電極を含んで構成される垂直電荷転送段の各々が、２本の垂直電荷転送チャネル同士の合流部を含んで構成される固体撮像装置が提供される。
【００２８】
本発明の他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１〜第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して（Ｍ−１）本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて１つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第１〜第Ｍの転送制御電極とを備えた固体撮像装置が提供される。
【００３０】
本発明の更に他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１〜第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の転送制御電極であって、各々が、光電変換素子行方向に延在して（Ｍ−１）本おきの垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて１つの選択的電荷転送段を構成し、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第１〜第Ｍの転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記選択的電荷転送段にまで転送する工程と、前記選択的電荷転送段の各々を該選択的電荷転送段を構成している転送制御電極別にグループ化し、グループ単位で前記出力転送路への電荷の転送と該電荷の前記出力転送路からの出力とを順次行って、前記選択的電荷転送段の各々に転送されてきた電荷の全てを前記出力転送路から出力する工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００３１】
本発明の更に他の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に設定された感光領域内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子と、前記半導体基板における前記感光領域の外側に形成された出力転送路と、光電変換素子列の各々に近接して１本ずつ前記半導体基板に形成された垂直電荷転送チャネルであって、各々が、対応する光電変換素子列に沿って前記感光領域を横切って前記出力転送路に接続される垂直電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面上に電気的絶縁膜を介して形成され、光電変換素子列方向に並存すると共に光電変換素子行方向に延在する多数本の垂直電荷転送電極であって、各々が、前記垂直電荷転送チャネルそれぞれの一領域を平面視上覆って垂直電荷転送段を構成する多数本の垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送段と前記出力転送路との間の垂直電荷転送チャネルそれぞれの上方を電気的絶縁膜を介して覆い、選択的に電圧を印加することのできる第１および第２の転送制御電極であって、一方が奇数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第１種の選択的電荷転送段を構成し、他方が偶数番目の垂直電荷転送チャネルを平面視上覆う箇所それぞれにおいて第２種の選択的電荷転送段を構成する第１および第２の転送制御電極とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、所定行の光電変換素子の各々から該光電変換素子に対応する垂直電荷転送チャネルに電荷を読み出す工程と、前記垂直電荷転送チャネルの各々に読み出された電荷を、該垂直電荷転送チャネルを含んで構成される前記第１種または前記第２種の選択的電荷転送段の各々にまで転送する工程と、前記第１種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷と前記第２種の選択的電荷転送段の各々にまで転送されてきた電荷とを別々のタイミングで前記出力転送路に転送し、該出力転送路内で２電荷ずつ加算して転送する工程とを含む固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００３２】
半導体基板における感光領域と出力転送路との間に、奇数番目の垂直電荷転送チャネルそれぞれとのみ電荷転送段を構成する第１の転送制御電極と、偶数番目の垂直電荷転送チャネルそれぞれとのみ電荷転送段を構成する第２の転送制御電極とを設ける。
【００３３】
第１の転送制御電極と第２の転送制御電極とにそれぞれ別個の制御信号（駆動信号）を供給することにより、半数ないしほぼ半数の垂直電荷転送チャネルの各々を介して出力転送路へ電荷を転送することができる。その後、残り半数ないしほぼ半数の垂直電荷転送チャネルの各々を介して出力転送路へ電荷を転送することが可能になる。
【００３４】
出力転送路中の水平電荷転送電極の総数を、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の２倍に抑えることができる。水平電荷転送電極の総数を従来に比べて半減ないしほぼ半減させることができる。出力転送路の消費電力が低減する。
【００３５】
また、水平電荷転送電極それぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子が形成される半導体基板のサイズを小さくすることができる。したがって、製造コストの削減を図りやすくなる。
【００３６】
本明細書においては、奇数番目の垂直電荷転送チャネルの各々と第１の転送制御電極とが構成する電荷転送段を、「第１種の選択的電荷転送段」という。偶数番目の垂直電荷転送チャネルの各々と第２の転送制御電極とが構成する電荷転送段を、「第２種の選択的電荷転送段」という。
【００３７】
半導体基板における感光領域と出力転送路との間に、それぞれが所定の垂直電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆って、全体として全ての垂直電荷転送チャネルと共に前記光電変換素子行方向に並存する一群の選択的電荷転送段を構成する第１〜第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の転送制御電極を設ける。
【００３８】
これら第１〜第Ｍの転送制御電極のそれぞれに別個の制御信号（駆動信号）を供給することにより、選択的電荷転送段の各々をＭ個のグループに分けて、各グループ毎に出力転送路へ電荷を転送することが可能になる。
【００３９】
出力転送路中の水平電荷転送電極の総数を、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の４／Ｍ倍に抑えることができる。水平電荷転送電極の総数を従来に比べて１／Ｍないしほぼ１／Ｍに減少させることができる。出力転送路の消費電力が低減する。
【００４０】
また、水平電荷転送電極それぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向での光電変換素子のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子が形成される半導体基板のサイズを小さくすることができる。したがって、製造コストの低減を図りやすくなる。
【００４１】
なお、本明細書でいう「感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の２倍」とは、下記(1) または(2) のことを意味するものとする。
(1) 垂直電荷転送チャネルの各々が感光領域外において互いに合流することなく出力転送路に接続されている場合には、出力転送路において垂直電荷転送チャネルから電荷を受け取る電荷転送段（水平電荷転送段）のうちで最も上流の電荷転送段と最も下流の電荷転送段との間の区間（これらの電荷転送段を構成する水平電荷転送電極を含む。以下、同じ。）における水平電荷転送電極の数が、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の２倍であることを意味する。上記の区間の上流または下流に水平電荷転送電極を設けることも可能である。
(2) 垂直電荷転送チャネルの各々が感光領域外において２本ずつ互いに合流して出力転送路に接続されている場合には、出力転送路において垂直電荷転送チャネルから電荷を受け取る電荷転送段（水平電荷転送段）のうちで最も上流の電荷転送段と最も下流の電荷転送段との間の区間（これらの電荷転送段を構成する水平電荷転送電極を含む。以下、同じ。）における水平電荷転送電極の数が、感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の２倍よりも２本少ない数であることを意味する。上記の区間の上流または下流に水平電荷転送電極を設けることも可能である。
【００４２】
本明細書でいう「感光領域内での垂直電荷転送チャネルの総数の４／Ｍ倍」についても、上記(1) または(2) と同様に定義される。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。同図に示す固体撮像装置１００は、半導体基板１と、半導体基板１の一表面側に設定された感光領域１０内に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子１５と、半導体基板１における感光領域１０の外側に形成された出力転送路４０と、出力部５０とを具備している。
【００４４】
簡略化された図示の構成においては、計６４個の光電変換素子１５が８行８列に亘って感光領域１０内に形成されている。実際の固体撮像装置では、数１０万〜数１００万個の光電変化素子が１つの感光領域内に形成される。
【００４５】
後述するように、各光電変換素子列に近接して、垂直電荷転送チャネルが半導体基板１に形成される。
【００４６】
垂直電荷転送チャネル上に垂直電荷転送電極が配置され、垂直電荷転送段を形成する。垂直電荷転送電極は、１行の光電変換素子行１６に２本ずつ配置される。個々の光電変換素子行１６の上流側に第１の垂直電荷転送電極２１が延在し、下流側に第２の垂直電荷転送電極２２が延在する。
【００４７】
第１の垂直電荷転送電極２１の各々と第２の垂直電荷転送電極２２の各々とは、光電変換素子列方向（図中に矢印Ｄv で示す。）に交互に１本ずつ並存すると共に、光電変換素子行方向（図中に矢印ＤH で示す。）に延在する。
【００４８】
最も下流の第２の垂直電荷転送電極２２の下流側に、第３の垂直電荷転送電極２３、第１の転送制御電極２５、第２の転送制御電極２６および送出用電極２７が配設されている。
【００４９】
これら第３の垂直電荷転送電極２３、第１の転送制御電極２５、第２の転送制御電極２６および送出用電極２７は、光電変換素子行方向ＤH に延在する。
【００５０】
出力転送路４０側から数えて偶数番目に当たる光電変換素子行１６（以下、単に「偶数行の光電変換素子行１６」という。）に対応する第１の垂直電荷転送電極２１の各々、および第３の垂直電荷転送電極２３は、電圧供給端子６１を介して駆動信号φＶ１の供給を受ける。
【００５１】
出力転送路４０側から数えて奇数番目に当たる光電変換素子行１６（以下、単に「奇数行の光電変換素子行１６」という。）に対応する第１の垂直電荷転送電極２１の各々は、電圧供給端子６３を介して駆動信号φＶ３の供給を受ける。
【００５２】
偶数行の光電変換素子行１６に対応する第２の垂直電荷転送電極２２の各々、および第１の転送制御電極２５は、電圧供給端子６２を介して駆動信号φＶ２の供給を受ける。
【００５３】
奇数行の光電変換素子行１６に対応する第２の垂直電荷転送電極２２の各々は、電圧供給端子６４を介して駆動信号φＶ４の供給を受け、第２の転送制御電極２６は、電圧供給端子６５を介して駆動信号φＭの供給を受ける。送出用電極２７は、電圧供給端子６６を介して駆動信号φＦの供給を受ける。
【００５４】
出力転送路４０は、送出用電極２７の下流側に配設されている。この出力転送路４０は、多数本の水平電荷転送電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを有する。水平電荷転送電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの各々は、出力転送路４０の上流端から下流端にかけて、この順番で繰り返し形成されている。
【００５５】
各水平電荷転送電極４１ａ、４１ｂは、電圧供給端子７１を介して駆動信号φＨ１の供給を受け、各水平電荷転送電極４１ｃ、４１ｄは、電圧供給端子７２を介して駆動信号φＨ２の供給を受ける。
【００５６】
以下、図２および図３を用いて、固体撮像装置１００の構成をより詳細に説明する。
【００５７】
図２は、感光領域１０における第１の垂直電荷転送電極２１および第２の垂直電荷転送電極２２よりも半導体基板１側の構成を概略的に示す。
【００５８】
図３は、感光領域１０から出力転送路４０にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【００５９】
ここでの説明は、半導体基板１がｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板である場合を例にとり行う。勿論、他の半導体基板を用いて同様の機能を有する固体撮像装置を得ることも可能である。なお、図３に示した構成要素のうち、図１または図２に示した構成要素と共通するものについては、図１または図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図２に示すように、個々の光電変換素子１５は、ｎ型シリコン基板１ａにおけるｐ型ウェル１ｂ中の所定箇所に形成されたｎ型領域１５ａと、このｎ型領域１５ａ上に形成された埋込み用のｐ+ 型層１５ｂとを含む。ｐ+ 型層１５ｂでのｐ型不純物の濃度は、ｐ型ウェル１ｂでのｐ型不純物の濃度よりも高い。
【００６１】
ｎ型領域１５ａは、電荷蓄積領域として機能する。図示のｎ型領域１５ａは、平面視上、ほぼ矩形を呈する。
【００６２】
１個の光電変換素子１５に１つずつ、読出ゲート用チャネル領域２が配設される。個々の読出ゲート用チャネル領域２は、対応する光電変換素子１５の図１での左側方に隣接し、この光電変換素子１５の下流側半分の領域に亘って延在する。読出ゲート用チャネル領域２の各々は、ｐ型ウェル１ｂの一部からなる。
【００６３】
光電変換素子１５の各々は、読出ゲート用チャネル領域２の配設箇所を除き、チャネルストップ領域３によって平面視上取り囲まれている。チャネルストップ領域３は、例えばｐ型ウェル１ｂ中の所定箇所にｐ+ 型領域を形成することによって得られる。ｐ+ 型領域でのｐ型不純物の濃度は、ｐ型ウェル１ｂでのｐ型不純物の濃度よりも高い。
【００６４】
１列の光電変換素子列１７（図１参照）に１本ずつ、垂直電荷転送チャネル４が配設されている。各垂直電荷転送チャネル４は、対応する光電変換素子列１７に近接し、この光電変換素子列１７に沿って光電変換素子列方向Ｄv に延在する。これらの垂直電荷転送チャネル４は、感光領域１０を横切った後さらに光電変換素子列方向Ｄv に延在して、出力転送路４０（図１参照）に接続される。
【００６５】
各垂直電荷転送チャネル４は、例えばｐ型ウェル１ｂにｎ型領域を帯状に形成することによって得られる。垂直電荷転送チャネル４を形成するｎ型領域は、ほぼ均一なｎ型不純物濃度を有する。
【００６６】
垂直電荷転送チャネル４の各々は、読出ゲート用チャネル領域２の配設箇所を除き、感光領域１０の内外においてチャネルストップ領域によって平面視上取り囲まれている。読出ゲート用チャネル領域２とこれに対応する垂直電荷転送チャネル４とは、互いに隣接する。
【００６７】
電気的絶縁膜５が、光電変換素子１５、読出ゲート用チャネル領域２、チャネルストップ領域３および垂直電荷転送チャネル４を形成した後の半導体基板１の表面を覆っている。
【００６８】
図１に示した各電極２１〜２３、２５〜２７および４１ａ〜４１ｄは、電気的絶縁膜５上に形成されている。
【００６９】
図３に示すように、第１の垂直電荷転送電極２１の各々は、対応する光電変換素子行１６中の光電変換素子１５それぞれの左側に電荷転送段形成部２１Ｅを有する。個々の電荷転送段形成部２１Ｅは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル４の一領域と共に１つの垂直電荷転送段を構成する。
【００７０】
同様に、第２の垂直電荷転送電極２２の各々も、対応する光電変換素子行１６中の光電変換素子１５それぞれの左側に電荷転送段形成部２２Ｅを有する。個々の電荷転送段形成部２２Ｅは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル４の一領域と共に１つの垂直電荷転送段を構成する。また、電荷転送段形成部２２Ｅの各々は、対応する光電変換素子１５に隣接する１つの読出ゲート用チャネル領域２を平面視上覆って、１つの読出ゲート３０を構成する。
【００７１】
第３の垂直電荷転送電極２３は、第１の垂直電荷転送電極２１と同様の形状を有する。第３の垂直電荷転送電極２３における電荷転送段形成部を参照符号２３Ｅで示す。個々の電荷転送段形成部２３Ｅは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル４の一領域と共に１つの垂直電荷転送段を構成する。
【００７２】
第１の転送制御電極２５は、１本おきの垂直電荷転送チャネル４毎に配置された電荷転送段形成部２５Ｅを有する。個々の電荷転送段形成部２５Ｅは、それぞれが別個に、図３での左端から数えて偶数番目に当たる垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、第２種の選択的電荷転送段を構成する。この選択的電荷転送段を、以下、「制御転送段」という。
【００７３】
第２の転送制御電極２６も、１本おきの垂直電荷転送チャネル４毎に配置された電荷転送段形成部２６Ｅを有する。個々の電荷転送段形成部２６Ｅは、それぞれが別個に、図３での左端から数えて奇数番目に当たる垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、第１種の選択的電荷転送段を構成する。この選択的電荷転送段を、以下、「メモリ転送段」という。
【００７４】
制御転送段とメモリ転送段とは、１個ずつ交互に光電変換素子行方向ＤH に並存する。
【００７５】
送出用電極２７は、垂直電荷転送チャネル４毎に配置された電荷転送段形成部２７Ｅを有する。個々の電荷転送段形成部２６Ｅは、それぞれが別個の垂直電荷転送チャネル４の一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネル４の一領域と共に１つの垂直電荷転送段を構成する。この垂直電荷転送段を、以下、「最終転送段」という。
【００７６】
第１の垂直電荷転送電極２１、第３の垂直電荷転送電極２３および送出用電極２７は、第１ポリシリコン層によって形成されている。第２の垂直電荷転送電極２２、第１の転送制御電極２５および第２の転送制御電極２６は、第２ポリシリコン層によって形成されている。いずれの電極も、電気的絶縁膜（熱酸化膜）によって覆われている。
【００７７】
奇数番目の垂直電荷転送チャネル４上に配設されている電荷転送段形成部２１Ｅ、電荷転送段形成部２２Ｅ、電荷転送段形成部２３Ｅ、電荷転送段形成部２６Ｅおよび電荷転送段形成部２７Ｅは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなす。すなわち、第２ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部の各々が、その上流側および下流側において、第１ポリシリコン層によって形成さている電荷転送段形成部の縁部に平面視上重なっている。偶数番目の垂直電荷転送チャネル４上に配設されている電荷転送段形成部２１Ｅ、電荷転送段形成部２２Ｅ、電荷転送段形成部２３Ｅ、電荷転送段形成部２５Ｅおよび電荷転送段形成部２７Ｅについても同様である。
【００７８】
図４は、電荷転送段形成部２５Ｅおよびその周辺を光電変換素子列方向ＤV に沿って切ったときの断面を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図２または図３に示した構成要素と共通するものについては、図２または図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
図４に示したように、電荷転送段形成部２５Ｅの上流側縁部は電荷転送段形成部２３Ｅの下流側縁部に重なり、下流側縁部は電荷転送段形成部２７Ｅの上流側縁部に重なっている。また、電荷転送段形成部２３Ｅの上流側に形成されている電荷転送段形成部２２Ｅの下流側縁部は、電荷転送段形成部２３Ｅの上流側縁部に重なっている。第２の転送制御電極２６は、電荷転送段形成部２７Ｅ上に配置されている。各電極は、電気的絶縁膜（熱酸化膜）２９によって覆われている。
【００８０】
図５は、電荷転送段形成部２６Ｅおよびその周辺を光電変換素子列方向ＤV に沿って切ったときの断面を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図２、図３または図４に示した構成要素と共通するものについては、図２、図３または図４で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図５に示したように、電荷転送段形成部２６Ｅの上流側縁部は電荷転送段形成部２３Ｅの下流側縁部に重なり、下流側縁部は電荷転送段形成部２７Ｅの上流側縁部に重なっている。また、電荷転送段形成部２３Ｅの上流側に形成されている電荷転送段形成部２２Ｅの下流側縁部は、電荷転送段形成部２３Ｅの上流側縁部に重なっている。第１の転送制御電極２５は、電荷転送段形成部２３Ｅ上に配置されている。
【００８２】
なお、図４および図５には、図１や図３において図示を省略した光遮蔽膜８０、保護膜８１、第１の平坦化膜８２および第２の平坦化膜８４も示してある。これらの膜の詳細については、後に図１９を参照しつつ説明する。
【００８３】
１本の垂直電荷転送チャネル４とその上に配置されている各電荷転送段形成部とによって構成される多数の電荷転送段は、光電変換素子列方向に連なって、１本の垂直電荷転送路を形成する。固体撮像装置１００は、光電変換素子列１７のそれぞれに１本ずつ、計８本の垂直電荷転送路３５（図３参照）を有する。
【００８４】
なお、第２ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部２２Ｅ、２５Ｅおよび２６Ｅにおいては、電気的絶縁膜５（図２参照）のみを介して垂直電荷転送チャネル４を平面視上覆っている部分が電荷転送段を形成する。電気的絶縁膜５の他に第１ポリシリコン層によって形成されている電荷転送段形成部２１Ｅ、２３Ｅまたは２７Ｅをも介して垂直電荷転送チャネル４を平面視上覆っている部分は、電荷転送段として機能しない。
【００８５】
光電変換素子１５に光が入射すると、この光電変換素子１５に電荷が蓄積される。第２の垂直電荷転送電極２２に読出しパルスを印加すると、この第２の垂直電荷転送電極２２に対応する光電変換素子１５それぞれに蓄積されている電荷が、対応する垂直電荷転送路３５の各々に読み出される。
【００８６】
任意の垂直電荷転送電極または転送制御電極に相対的に高いレベルの電圧（例えば０Ｖ）を印加することにより、この垂直電荷転送電極または転送制御電極を含んで構成される電荷転送段にポテンシャル・ウェルを形成することができる。任意の垂直電荷転送電極または転送制御電極に相対的に低いレベルの電圧（例えば−８Ｖ）を印加することにより、この垂直電荷転送電極または転送制御電極を含んで構成される電荷転送段にポテンシャル・バリアを形成することができる。
【００８７】
光電変換素子１５に蓄積されている電荷を垂直電荷転送路３５に読み出した後、第１〜第３の垂直電荷転送電極２１、２２、２３、第１〜第２の転送制御電極２５、２６および送出用電極２７の各々に相対的に高いレベルの電圧と相対的に低いレベルの電圧とを所定のタイミングで供給することにより、各垂直電荷転送路３５内の電荷を出力転送路４０へ向けて転送することができる。
【００８８】
図３に示すように、出力転送路４０は、光電変換素子行方向ＤH に延在する水平電荷転送チャネル４２を備えている。水平電荷転送電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの各々は、光電変換素子行方向ＤH に並存すると共に水平電荷転送チャネル４２の一領域を平面視上覆う。
【００８９】
水平電荷転送チャネル４２は、半導体基板１におけるｐ型ウェル１ｂ（図２参照）の所定箇所に、ｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域とｎ型不純物を低濃度に含むｎ型領域とを交互に所定数形成することによって作製されている。
【００９０】
水平電荷転送電極４１ａ、４１ｃは第１ポリシリコン層によって形成され、水平電荷転送電極４１ｂ、４１ｄは第２ポリシリコン層によって形成されている。いずれの電極も、電気的絶縁膜（熱酸化膜）によって覆われている。
【００９１】
水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなす。すなわち、第２ポリシリコン層によって形成される各水平電荷転送電極４１ｂ、４１ｄが、その上流側および下流側において、第１ポリシリコン層によって形成さている水平電荷転送電極４１ａ、４１ｃの縁部に平面視上重なっている。
【００９２】
水平電荷転送チャネル４２におけるｎ型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜５（図２参照）を介して、水平電荷転送電極４１ａまたは４１ｃが１本ずつ配置されている。水平電荷転送チャネル４２におけるｎ+ 型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜５（図２参照）を介して、水平電荷転送電極４１ｂまたは４１ｄが１本ずつ配置されている。ｎ+ 型領域上の水平電荷転送電極４１ｂ、４１ｄは、図中右隣の水平電荷転送電極４１ａ、４１ｃと電気的に接続されている。
【００９３】
１本の水平電荷転送電極４１ｂまたは４１ｄとその右隣の水平電荷転送電極４１ｂまたは４１ｄとは、これらの電極によって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル４２の一領域と共に、１つの水平電荷転送段を構成する。
【００９４】
個々の水平電荷転送段における水平電荷転送電極４１ａまたは４１ｃとその下のｎ型領域とは１つのポテンシャル・バリア領域として機能し、水平電荷転送電極４１ｂまたは４１ｄとその下のｎ+ 型領域とは１つのポテンシャル・ウェル領域として機能する。図示した出力転送路４０は２相駆動型のＣＣＤである。
【００９５】
駆動信号φＨ１、φＨ２の波形を適宜選定して、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄの各々に相対的に高いレベルの電圧（例えば＋５Ｖ）と相対的に低いレベルの電圧（例えば０Ｖ）とを所定のタイミングで供給する。垂直電荷転送路３５から電荷を受取り、受取った電荷を出力部５０へ向けて転送することができる。
【００９６】
例えば、図３での左端から数えて奇数番目に当たる垂直電荷転送路３５（以下、単に「奇数番目の垂直電荷転送路３５」という。）によって転送されてきた電荷は、水平電荷転送電極４１ｄを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域に転送され、その後、出力部５０へ向けて転送される。図３での左端から数えて偶数番目に当たる垂直電荷転送路３５（以下、単に「偶数番目の垂直電荷転送路３５」という。）によって転送されてきた電荷は、水平電荷転送電極４１ｂを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域に転送され、その後、出力部５０へ向けて転送される。図示の出力転送路４０における「上流」は紙面の右端側であり、「下流」は紙面の左端側である。
【００９７】
出力部５０は、出力転送路４０から送られてきた電荷をフローティング容量によって信号電圧に変換し、この信号電圧をソースホロワ回路等を利用して増幅する。検出（変換）された後のフローティング容量の電荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電源に吸収される。この出力部５０は、例えば、特願平１１−２８７３３２号明細書の第００８４段〜００９１段において図４（ｂ）を参照しつつ説明されている出力部と同様にして構成することができる。
【００９８】
上述した構成を有する固体撮像装置１００は、インターレース走査または間引き走査の下に駆動される。
【００９９】
図６は、固体撮像装置１００の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ電荷を転送する際の各駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭ、φＦ、φＨ１およびφＨ２の波形が示されている。
【０１００】
以下の説明は、最も下流の光電変換素子行中の光電変換素子１５（以下、「第１行光電変換素子１５」ということがある。）の各々から対応する垂直電荷転送路３５へ読み出した電荷を出力転送路４０へ転送する場合を例にとり、行う。
【０１０１】
第１行光電変換素子１５の各々から対応する垂直電荷転送路３５へ電荷を読み出した段階では、各垂直電荷転送路３５における最も下流の電荷転送段形成部２２Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段と、最も下流の電荷転送段形成部２１Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段とに亘って、１つのポテンシャル・ウェルが形成されている。このポテンシャル・ウェルを「ポテンシャル・ウェルＩ」という。第１行光電変換素子１５の各々に蓄積されていた電荷は、これらのポテンシャル・ウェルＩに分布する。
【０１０２】
このとき、駆動信号φＶ１、φＶ２はいずれもローレベルＬ、駆動信号φＶ３、φＶ４はいずれもハイレベルＨにある。駆動信号φＭはローレベルＭＬにあり、駆動信号φＦはローレベルＬにある。
【０１０３】
なお、駆動信号φＭでのローレベルＭＬは、駆動信号φＶ１〜φＶ４およびφＦでのローレベルＬよりも高電位で、駆動信号φＶ１〜φＶ４およびφＦでのハイレベルＨよりも低電位である。駆動信号φＭでのハイレベルＭＨは、駆動信号φＶ１〜φＶ４およびφＦでのハイレベルＨよりも高電位である。
【０１０４】
この後、水平同期信号ＨＤに基づいて第１水平ブランキング期間ＨＢ１、第１水平走査期間ＨＳ１、第２水平ブランキング期間ＨＢ２、第２水平走査期間ＨＳ２がこの順番で設定される。
【０１０５】
第１水平ブランキング期間ＨＢ１に入ると、駆動信号φＶ１がローレベルＬからハイレベルＨに転じる。続いて、駆動信号φＶ３がハイレベルＨからローレベルＬに転じる。これに伴って、各垂直電荷転送路３５におけるポテンシャル・ウェルＩの各々が下流側に１電荷転送段分縮まる。このポテンシャル・ウェルを「ポテンシャル・ウェルII」という。
【０１０６】
個々のポテンシャル・ウェルIIは、最も下流の電荷転送段形成部２２Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段に形成される。第１行光電変換素子１５の各々から読み出された電荷は、対応するポテンシャル・ウェルIIに分布する。
【０１０７】
図６においては、偶数番目の垂直電荷転送路３５のポテンシャル・ウェルIIに分布している電荷を記号△で示すと共に、その後の経路を一点鎖線の矢印で示している。また、奇数番目の垂直電荷転送路３５のポテンシャル・ウェルIIに分布している電荷を記号○で示すと共に、その後の経路を実線の矢印で示している。
【０１０８】
その後、駆動信号φＶ２がローレベルＬからハイレベルＨに転じ、これに続いて、駆動信号φＶ４がハイレベルＨからローレベルＬに転じる。このとき、駆動信号φＶ１はハイレベルＨにある。その結果、ポテンシャル・ウェルIIの各々に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φＶ１の供給を受けている電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段に転送される。この電荷転送の後、駆動信号φＶ３がローレベルＬからハイレベルＨへ転じ、第２水平走査期間ＨＳ２が終わるまでハイレベルＨを維持する。
【０１０９】
続いて、駆動信号φＶ１がハイレベルＨからローレベルＬに転じる。このとき駆動信号φＶ２はハイレベルＨにあり、駆動信号φＭはハイレベルＭＨにある。
【０１１０】
その結果、偶数番目の垂直電荷転送路３５において電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φＶ２の供給を受けている第２種の選択的電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部２５Ｅを含んで構成される制御転送段に転送される。また、奇数番目の垂直電荷転送路３５において電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φＭの供給を受けている第１種の選択的電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部２６Ｅを含んで構成されるメモリ転送段に転送される。
【０１１１】
駆動信号φＶ１は、第２水平走査期間ＨＳ２が終わるまでローレベルＬを維持する。駆動信号φＶ４はローレベルＬからハイレベルＨへ転じ、第２水平走査期間ＨＳ２が終わるまでハイレベルＨを維持する。駆動信号φＭは、第２水平ブランキング期間ＨＢ２中の所定の時期まで、ハイレベルＭＨを維持する。
【０１１２】
図７（Ａ）に、電荷が分布しているときのメモリ転送段のポテンシャルと、メモリ転送段周辺の垂直電荷転送段のポテンシャルとの関係を示す。同図に示した要素のうちで図３または図６に示した要素と共通するものについては、図３または図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１１３】
上述したように、また図７（Ａ）に示したように、電荷転送段形成部２６Ｅを含んで構成されるメモリ転送段に電荷Ｑ１が分布している期間中、その上流側の垂直電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段には、ローレベルＬの駆動信号φＶ１が供給される。一方、その下流側の垂直電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段には、ハイレベルＨまたはローレベルＬの駆動信号φＦが供給される。
【０１１４】
電荷Ｑ１が分布しているときのメモリ転送段にはハイレベルＭＨの駆動信号φＭが供給されている。このときのメモリ転送段のポテンシャルは、電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段のポテンシャルおよび最終転送段のポテンシャルのいずれよりも高い。したがって、電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段および最終転送段は、メモリ転送段に対してポテンシャル・バリアとして機能する。
【０１１５】
その結果として、メモリ転送段に分布している電荷Ｑ１は、メモリ転送段にハイレベルＭＨの駆動信号φＭが供給されている限りは、このメモリ転送段に留まる。すなわち、メモリ転送段の各々に転送された電荷Ｑ１は、第２水平ブランキング期間ＨＢ２中の所定の時期まで、メモリ転送段に留まる。
【０１１６】
なお、本明細書においては、電圧を印加したときに形成される電位の井戸が深い領域程「ポテンシャルが高い」といい、電位の井戸が浅い領域程「ポテンシャルが低い」という。
【０１１７】
図６に示すように、駆動信号φＶ２は、メモリ転送段に電荷が転送された後に、ハイレベルＨからローレベルＬへ転じる。このとき、駆動信号φＦはハイレベルＨにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路３５の各々において制御転送段に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φＦの供給を受けている電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段に転送される。
【０１１８】
この後、駆動信号φＦがハイレベルＨからローレベルＬに転じる。このとき、駆動信号φＨ１はローレベルＬにあり、駆動信号φＨ２はハイレベルＨにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路３５の各々において最終転送段に分布していた電荷が、出力転送路４０において駆動信号φＨ２の供給を受けている水平電荷転送段に転送される。この電荷転送と共に第１水平ブランキング期間ＨＢ１が終了し、直ちに第１水平走査期間ＨＳ１が始まる。
【０１１９】
第１水平走査期間ＨＳ１に入ると、駆動信号φＨ１とφＨ２とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルＨとローレベルＬとの間で周期的に変化する。
【０１２０】
偶数番目の垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ転送された電荷が、出力転送路４０から出力部５０へ転送される。
【０１２１】
第１水平走査期間ＨＳ１が終了すると、直ちに第２水平ブランキング期間ＨＢ２が始まる。
【０１２２】
第２水平ブランキング期間ＨＢ２の所定の時期に、駆動信号φＦがローレベルＬからハイレベルＨに転じ、第２水平ブランキング期間ＨＢ２の所定時期までハイレベルＨを維持する。
【０１２３】
駆動信号φＦがハイレベルＨに転じた後に、駆動信号φＭがハイレベルＭＨからローレベルＭＬに転じる。その結果、メモリ転送段の各々に分布していた電荷が、その下流側において駆動信号φＦの供給を受けている電荷転送段、すなわち電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段に転送される。
【０１２４】
図７（Ｂ）に、電荷転送段形成部２６Ｅを含んで構成されるメモリ転送段から電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段に電荷が転送される際におけるメモリ転送段のポテンシャルと、メモリ転送段周辺の垂直電荷転送段のポテンシャルとの関係を示す。同図に示した要素のうちで図３または図６に示した要素と共通するものについては、図３または図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１２５】
上述したように、また図７（Ｂ）に示したように、このときのメモリ転送段にはローレベルの駆動信号φＭＬが供給されている。メモリ転送段の上流側の垂直電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段には、ローレベルＬの駆動信号φＶ１が供給されている。一方、メモリ転送段の下流側の電荷転送段、すなわち、電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段には、ハイレベルＨの駆動信号φＦが供給されている。
【０１２６】
このため、メモリ転送段のポテンシャルは、電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段のポテンシャルよりも高いものの、最終転送段のポテンシャルよりも低い。その結果として、メモリ転送段に分布していた電荷Ｑ１が、メモリ転送段から最終転送段に転送される。
【０１２７】
この後、駆動信号φＦがハイレベルＨからローレベルＬに転じる。このとき、駆動信号φＨ１はハイレベルＨにあり、駆動信号φＨ２はローレベルＬにある。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路３５において最終転送段の各々に分布していた電荷が、出力転送路４０において駆動信号φＨ１の供給を受けている水平電荷転送段に転送される。この電荷転送と共に第２水平ブランキング期間ＨＢ２が終了し、直ちに第２水平走査期間ＨＳ２が始まる。
【０１２８】
第２水平走査期間ＨＳ２に入ると、駆動信号φＨ１とφＨ２とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルＨとローレベルＬとの間で周期的に変化する。
【０１２９】
奇数番目の垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ転送された電荷が、出力転送路４０から出力部５０へ転送される。出力部５０への電荷の転送が終了すると、第２水平走査期間ＨＳ２も終了する。
【０１３０】
固体撮像素子１００をインターレース駆動させた場合、奇数行の光電変換素子行それぞれから同じタイミングで、対応する垂直電荷転送路３５へ電荷が読み出される。
【０１３１】
第１水平ブランキング期間ＨＢ１における駆動信号φＶ１〜φＶ４の波形を図６に示した波形に選定すると、第１水平ブランキング期間ＨＢ１が終了した段階で、垂直電荷転送路３５の各々に再びポテンシャル・ウェルＩが形成される。このポテンシャル・ウェルＩには、出力転送路４０側から数えて３番目の光電変換素子行中の光電変換素子１５の各々から読み出された電荷が分布する。
【０１３２】
したがって、第２水平走査期間ＨＳ２の終了に引き続き、図６に示した第１水平ブランキング期間ＨＢ１から第２水平走査期間ＨＳ２までの間での動作と同じ動作を所定回数繰り返すことにより、１フィールド分の電荷を出力部５０へ順次転送することができる。
【０１３３】
以上説明したように、固体撮像装置１００においては、偶数番目の垂直電荷転送路３５の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路３５の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送することが可能である。
【０１３４】
その結果として、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄの合計本数を、垂直電荷転送チャネル４の総数の２倍に抑えることが可能になる。
【０１３５】
従来の出力転送路に比べて水平電荷転送電極の合計本数を大幅に減少させることができるので、出力転送路４０の消費電力を低減させることができる。
【０１３６】
また、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄそれぞれの線幅を減少させなくても、光電変換素子行方向ＤH での光電変換素子１５のピッチを小さくすることが可能になる。光電変換素子１５が形成される半導体基板１のサイズを小さくすることができるので、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０１３７】
次に、第１の実施例の変形例による固体撮像装置について、図８を用いて説明する。
【０１３８】
図８は、本変形例による固体撮像装置１００ａを概略的に示す部分断面図である。同図には、メモリゲート周辺の断面が概略的に示されている。
【０１３９】
この固体撮像装置１００ａは、垂直電荷転送チャネルにおけるｎ型不純物濃度が、メモリ転送段を構成する箇所において、他の箇所よりも意図的に高くされている。この点以外の構成は第１の実施例の固体撮像装置１００と同様である。
【０１４０】
したがって、図８に示した構成要素のうちで図５に示した構成要素と共通するものについては、図５で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１４１】
固体撮像装置１００ａの垂直電荷転送チャネルは、新たな参照符号「１０４」で示されている。この垂直電荷転送チャネル１０４は、第１の実施例の固体撮像装置１００における垂直電荷転送チャネル４と同様の不純物濃度を有するｎ型領域１０４ａと、ｎ型領域１０４ａのおよそ１．４倍以上ｎ型不純物の濃度が高いｎ+ 型領域１０４ｂとを含む。ｎ+ 型領域１０４ｂは、メモリ転送段を構成する箇所に形成されている。
【０１４２】
ｎ型領域１０４ａでのｎ型不純物の濃度は例えば５×１０15〜２×１０17／ｃｍ3 であり、ｎ+ 型領域１０４ｂでのｎ型不純物の濃度は例えば７×１０15〜３×１０17／ｃｍ3 である。
【０１４３】
電荷転送段のポテンシャルは、この電荷転送段に供給される電圧に依存する他、この電荷転送段での垂直電荷転送チャネルのｎ型不純物濃度にも依存する。電荷転送段に供給される電圧が高いほど、ポテンシャルが高くなる。電荷転送段に供給される電圧が一定であれば、この電荷転送段での垂直電荷転送チャネルのｎ型不純物濃度が高いほど、ポテンシャルが高くなる。
【０１４４】
固体撮像装置１００ａにおけるメモリ転送段はｎ+ 型領域１０４ｂを含んで構成され、メモリ転送段以外の電荷転送段はｎ型領域１０４ａを含んで構成されている。このため、ｎ型領域１０４ａを含んで構成される電荷転送段に供給する電圧と同じ値の電圧をメモリ転送段に供給した場合、このメモリ転送段のポテンシャルは他の電荷転送段でのポテンシャルより高くなる。
【０１４５】
したがって、固体撮像装置１００ａを駆動させる際には、図６を用いて既に説明した駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭおよびφＦそれぞれでのハイレベルＨ、ＭＨおよびローレベルＬ、ＭＬをこれらの駆動信号同士の間で同じ値にすることが可能である。
【０１４６】
次に、第２の実施例による固体撮像装置について、図９および図１０を用いて説明する。
【０１４７】
図９は、本実施例による固体撮像装置２００を模式的に示す平面図である。
【０１４８】
図１０は、固体撮像装置２００における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【０１４９】
これらの図に示すように、固体撮像装置２００においては、多数個の光電変換素子２１５が画素ずらし配置されている。この点で、固体撮像装置２００は、第１の実施例による固体撮像装置１００と大きく異なる。
【０１５０】
他に下記(1) 〜(7) の点でも、固体撮像装置２００は固体撮像装置１００と異なる。
(1) 各光電変換素子２１５の平面視上の形状が、光電変換素子列方向ＤV に延在する対角線と光電変換素子行方向ＤH に延在する対角線とを有する菱形である。
(2) 図１０に示すように、個々の垂直電荷転送チャネル２０４の平面視上の形状が、少なくとも感光領域２１０内においては、対応する光電変換素子列２１７に沿って蛇行する蛇行形状である。
(3) 最も下流の光電変換素子行２１６の下流側、偶数番目の光電変換素子行２１６とその上流側の奇数番目の光電変換素子行２１６との平面視上の間、および、最も上流の光電変換素子行２１６の上流側に、第１の垂直電荷転送電極２２１が配設されている。第１の垂直電荷転送電極２２１の各々は、対応する光電変換素子行２１６に沿って蛇行しつつ延在する。
(4) 偶数番目の光電変換素子行２１６とその下流側の奇数番目の光電変換素子行２１６との平面視上の間に、第２の垂直電荷転送電極２２２が配設されている。第２の垂直電荷転送電極２２２の各々は、対応する２行の光電変換素子行２１６に沿って蛇行しつつ延在する。
(5) 図１０に示すように、読出ゲート２３０の各々が、奇数番目の光電変換素子列の光電変換素子２１５に対しては左下の辺に沿って構成され、偶数番目の光電変換素子列２１７の光電変換素子２１５に対しては左上の辺に沿って構成されている。
(6) 第３の垂直電荷転送電極２２３が、第２の垂直電荷転送電極２２２と同様の形状を有する。
(7) 第３の垂直電荷転送電極２２３の下流側に第４の垂直電荷転送電極２２４が配設されている。
【０１５１】
これらの相違点を除けば、図９および図１０に示した固体撮像装置２００は、図１または図３に示した固体撮像装置１００と同様の構成を有する。
【０１５２】
このため、図９または図１０に示した構成要素のうちで図１または図３に示した構成要素と共通するものについては、図１または図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１５３】
ただし、垂直電荷転送チャネル、感光領域、光電変換素子、光電変換素子行、光電変換素子列および読出ゲートについては、図１または図３で用いた参照符号の数値部分に２００を加えた新たな参照符号を付してある。第１〜第３の垂直電荷転送電極の各々と、これらの垂直電荷転送電極の電荷転送段形成とについても同様である。
【０１５４】
本実施例による固体撮像装置２００の特徴の１つである「画素ずらし配置」とは、本明細書においては下記の配置を意味する。
【０１５５】
すなわち、奇数番目に当たる光電変換素子列の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列の光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行の光電変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子の一形態である。
【０１５６】
上記の「光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２」とは、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１／２からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／２」についても同様である。
【０１５７】
固体撮像装置２００において新たに配設された第４の垂直電荷転送電極２２４は、奇数番目の垂直電荷転送チャネル２０４の上方においては上流から左斜め下流に延在する電荷転送段形成部２２４Ｅを有し、偶数番目の垂直電荷転送チャネル２０４の上方においては上流から右斜め下流に延在する電荷転送段形成部２２４Ｅを有する。第４の垂直電荷転送電極２２４は第３の垂直電荷転送電極２２３の下流側を蛇行し、この電極全体としては光電変換素子行方向ＤH に延在する。
【０１５８】
第４の垂直電荷転送電極２２４は、第１ポリシリコン層によって形成されている。図示を省略した電気的絶縁膜（熱酸化膜）が、第４の垂直電荷転送電極２２４を覆っている。電荷転送段形成部２２４Ｅそれぞれの上流側縁部の上に、電荷転送段形成部２２３Ｅの下流側縁部が重なっている。
【０１５９】
垂直電荷転送チャネル２０４の各々は、感光領域２１０を出た後もさらに光電変換素子列方向ＤV に延在し、電荷転送段形成部２２４Ｅそれぞれの下流端部付近で一定のピッチとなる。
【０１６０】
個々の垂直電荷転送チャネル２０４は、感光領域２１０の外側において、電荷転送段形成部２２３Ｅおよび２２４Ｅと共にそれぞれ垂直電荷転送段を構成する。また、図３に示した固体撮像装置１００における垂直電荷転送チャネル４と同様に、制御転送段、メモリ転送段および最終転送段を構成する。
【０１６１】
上述した構成を有する固体撮像装置２００は、インターレース走査または間引き走査の下に駆動される。どちらの走査の下に駆動させる場合でも、駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭ、φＦ、φＨ１およびφＨ２の波形を適宜選定することにより、第１の実施例による固体撮像装置１００と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路２３５の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路２３５の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送することが可能である。
【０１６２】
したがって、第１の実施例による固体撮像装置１００における理由と同様の理由から、固体撮像装置２００においても、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄの合計本数を、垂直電荷転送チャネル２０４の総数の２倍に抑えることが可能になる。出力転送路４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０１６３】
次に、第３の実施例による固体撮像装置について、図１１および図１２を用いて説明する。
【０１６４】
図１１は、本実施例による固体撮像装置３００を模式的に示す平面図である。
【０１６５】
図１２は、固体撮像装置３００における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【０１６６】
図１２に示すように、固体撮像装置３００においては、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル４とその右隣の垂直電荷転送チャネル４とが、出力転送路２４０の手前で合流している。この点で、固体撮像装置３００は第１の実施例による固体撮像装置１００と大きく異なる。
【０１６７】
他に下記(1) 〜(3) の点でも、固体撮像装置２００は固体撮像装置１００と異なる。
(1) 図１２に示すように、送出用電極３２７を構成する電荷転送段形成部３２７Ｅの各々が、２本の垂直電荷転送チャネル４同士の合流部およびその周辺を平面視上覆っている。
(2) 出力転送路３４０における水平電荷転送電極３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃ、３４１ｄの総数が２Ｎ本（Ｎは光電変換素子列１７の総数）であり、水平電荷転送電極３４１ｂを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域と、電荷転送段形成部３２７Ｅを含んで構成される最終転送段とが電気的に接続されている。
(3) 電圧供給端子７１を介して出力転送路３４０に駆動信号φＨ２が供給され、電圧供給端子７２を介して出力転送路３４０に駆動信号φＨ１供給される。
【０１６８】
これらの相違点を除けば、図１１および図１２に示した固体撮像装置３００は、図１または図３に示した固体撮像装置１００と同様の構成を有する。
【０１６９】
このため、図１１または図１２に示した構成要素のうちで図１または図３に示した構成要素と共通するものについては、図１または図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１７０】
ただし、送出用電極とその電荷転送段形成部については、図１または図３で用いた参照符号の数値部分に３００を加えた新たな参照符号を付してある。出力転送路、水平電荷転送チャネルおよび各水平電荷転送電極についても同様である。
【０１７１】
この固体撮像装置３００においても、第１の実施例による固体撮像装置１００と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路３５の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路３５の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送することが可能である。
【０１７２】
固体撮像装置３００においては、ある垂直電荷転送路３５が偶数番目の垂直電荷転送路であるか奇数番目の垂直電荷転送路であるかを、送出用電極３２７よりも上流において判断するものとする。
【０１７３】
図１３は、固体撮像装置３００の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ電荷を転送する際の駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭ、φＦ、φＨ１およびφＨ２の波形が示されている。図１３に示した項目は図６に示した項目と共通するので、ここでは各項目の説明を省略する。
【０１７４】
図１３と図６との比較から明らかなように、固体撮像装置３００において垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路３４０へ電荷を転送する際の駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭおよびφＦは、第１の実施例による固体撮像装置１００において垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ電荷を転送する際の駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭおよびφＦと同様の波形を有する。
【０１７５】
したがって、固体撮像装置３００での光電変換素子１５から最終転送段までの電荷の転送は、第１の実施例による固体撮像装置１００と同様にして行われる。
【０１７６】
一方、固体撮像装置３００を駆動する際の駆動信号φＨ１、φＨ２の波形は、固体撮像装置３００が上記(1) 〜(4) の相違点を有することから、第１の実施例による固体撮像装置１００を駆動させる際の駆動信号φＨ１、φＨ２の波形と次の点で異なる。
【０１７７】
すなわち、駆動信号φＨ１は水平ブランキング期間それぞれにおいてハイレベルＨを維持し、駆動信号φＨ２は水平ブランキング期間それぞれにおいてローレベルＬを維持する。
【０１７８】
その結果として、偶数番目の垂直電荷転送路３５に読み出された電荷は、第１水平ブランキング期間ＨＢ１に、制御転送段および最終転送段を経て出力転送路３４０へ転送される。また、奇数番目の垂直電荷転送路３５に読み出された電荷は、第２水平ブランキング期間ＨＢ２に、メモリ転送段および最終転送段を経て出力転送路３４０へ転送される。
【０１７９】
出力転送路３４０へ転送された電荷は、第１の実施例による固体撮像装置１００と同様に、水平走査期間ＨＢ１、ＨＢ２に出力転送路３４０から出力部５０へ転送される。
【０１８０】
したがって、図１に示した固体撮像装置１００における理由と同様の理由から、固体撮像装置３００においては、水平電荷転送電極３４１ａ〜３４１ｄの合計本数を、光電変換素子列１７の総数の２倍に抑えることが可能になる。出力転送路３４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０１８１】
次に、第４の実施例による固体撮像装置について、図１４および図１５を用いて説明する。
【０１８２】
図１４は、本実施例による固体撮像装置４００を模式的に示す平面図である。
【０１８３】
図１５は、固体撮像装置４００における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【０１８４】
図１５に示すように、固体撮像装置４００では、第２の実施例による固体撮像装置２００と同様に、多数個の光電変換素子２１５が画素ずらし配置されている。また、この固体撮像装置４００では、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル２０４とその右隣の垂直電荷転送チャネル２０４とが、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、出力転送路３４０の手前で合流している。
【０１８５】
固体撮像装置４００における感光領域から第１および第２の転送制御電極にかけての領域の構成は、第２の実施例による固体撮像装置２００と同様であり、送出用電極から出力転送路にかけての領域の構成は、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様である。
【０１８６】
このため、図１４または図１５に示した構成要素のうちで図９、図１０、図１１または図１２に示した構成要素と共通するものについては、図９〜図１２図で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１８７】
固体撮像装置４００においても、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路２３５の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路２３５の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送することが可能である。
【０１８８】
なお、固体撮像装置４００においても、固体撮像装置３００における判断基準と同様に、ある垂直電荷転送路２３５が偶数番目の垂直電荷転送路であるか奇数番目の垂直電荷転送路であるかを、送出用電極３２７よりも上流において判断するものとする。
【０１８９】
第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、水平電荷転送電極３４１ａ〜３４１ｄの合計本数を、光電変換素子列１７の総数の２倍に抑えることが可能になる。出力転送路３４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０１９０】
次に、第５の実施例による固体撮像装置について、図１６を用いて説明する。
【０１９１】
図１６は、本実施例による固体撮像装置５００における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【０１９２】
この固体撮像装置５００は、全画素読み出しが可能な固体撮像装置である。全画素読み出しを可能にするために、固体撮像装置５００においては、第１の垂直電荷転送電極５２１、第２の垂直電荷転送電極５２２、第３の垂直電荷転送電極２２３および第４の垂直電荷転送電極２２４の他に、１行の光電変換素子行に１本ずつ第５の垂直電荷転送電極５２３が配設されている。また、最も下流に配設された第１の垂直電荷転送電極５２１の下流側にも、第５の垂直電荷転送電極５２３が１本配設されている。その結果、固体撮像装置５００は、１個の光電変換素子５１５当たり計４個の垂直電荷転送段を有する。この点で、固体撮像装置５００は第１〜第４の実施例による固体撮像装置と大きく異なる。
【０１９３】
他に下記(1) 〜(3) の点でも、固体撮像装置５００は第１〜第４の実施例による固体撮像装置と異なる。
(1) 光電変換素子５１５の平面視上の形状が八角形である。
(2) 第１の垂直電荷転送電極５２１、第２の垂直電荷転送電極５２２および第３の垂直電荷転送電極２２３が第２ポリシリコン層によって形成され、第５の垂直電荷転送電極５２３および第４の垂直電荷転送電極２２４が第１ポリシリコン層によって形成されている。
(3) 読出ゲート（図示せず。）の各々が、対応する光電変換素子５１５の左下の辺に沿って延在する。光電変換素子５１５に蓄積されている電荷を垂直電荷転送路に読み出す際の読み出し方向を、図１６中に矢印Ｒで示す。
【０１９４】
これらの相違点を除けば、図１６に示した固体撮像装置５００は図９または図１０に示した固体撮像装置２００と同様の構成を有する。
【０１９５】
このため、図１６に示した構成要素のうちで図９または図１０に示した構成要素と共通するものについては、図９または図１０で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１９６】
ただし、感光領域、光電変換素子、第１の垂直電荷転送電極とその電荷転送段形成部および第２の垂直電荷転送電極とその電荷転送段形成部については、図９または図１０で用いた参照符号の数値部分に３００を加えた新たな参照符号を付してある。
【０１９７】
感光領域５１０内に配設されている第５の垂直電荷転送電極５２３は、１個の光電変換素子５１５当たり２個の電荷転送段形成部５２３Ｅを有する。１個の光電変換素子５１５に対応する２個の電荷転送段形成部５２３Ｅの一方は光電変換素子５１５の右側において１つの垂直電荷転送段を構成し、他方は左側において１つの垂直電荷転送段を構成する。
【０１９８】
最も下流に配設された第１の垂直電荷転送電極５２１の下流側に配置されている第５の垂直電荷転送電極５２３は、他の第５の垂直電荷転送電極５２３と同様の形状を有する。
【０１９９】
第５の垂直電荷転送電極５２３の各々は、蛇行しながら、個々の電極全体としては光電変換素子行方向ＤH に延在する。
【０２００】
固体撮像装置５００は、全画素読出型の固体撮像装置として使用できる他、インターレース走査または間引き走査の下に駆動させることも可能である。
【０２０１】
駆動形態の如何を問わず、固体撮像装置５００においても、電圧供給端子６１〜６６および７１〜７２に供給する駆動信号それぞれの波形を適宜選定することにより、偶数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路４０に転送することが可能である。
【０２０２】
したがって、第２の実施例による固体撮像装置２００における理由と同様の理由から、固体撮像装置５００においても、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の２倍に抑えることが可能になる。出力転送路４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０２０３】
次に、第６の実施例による固体撮像装置について、図１７を用いて説明する。
【０２０４】
図１７は、本実施例による固体撮像装置６００における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【０２０５】
同図に示すように、固体撮像装置６００は、第５の実施例による固体撮像装置５００と同様に、多数個の光電変換素子５１５が画素ずらし配置された、全画素読み出し可能な固体撮像装置である。また、この固体撮像装置６００では、左端から数えて奇数番目の垂直電荷転送チャネル２０４とその右隣の垂直電荷転送チャネル２０４とが、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、出力転送路３４０の手前で合流している。
【０２０６】
固体撮像装置６００における感光領域から第１および第２の転送制御電極２５、２６にかけての領域の構成は、第５の実施例による固体撮像装置５００と同様であり、送出用電極３２７から出力転送路３４０にかけての領域の構成は、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様である。
【０２０７】
このため、図１７に示した構成要素のうちで図１１、図１２または図１６に示した構成要素と共通するものについては、図１１、図１２または図１６図で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０２０８】
固体撮像装置６００においても、第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、偶数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送した後に、奇数番目の垂直電荷転送路の各々によって転送される電荷を出力転送路３４０に転送することが可能である。
【０２０９】
第３の実施例による固体撮像装置３００と同様に、出力転送路３４０中の水平電荷転送電極３４１ａ〜３４１ｄの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の２倍に抑えることが可能になる。
【０２１０】
したがって、第３の実施例による固体撮像装置３００における理由と同様の理由から、固体撮像装置６００においても、出力転送路３４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０２１１】
次に、第７の実施例による固体撮像装置について、図１８を用いて説明する。
【０２１２】
図１８は、本実施例による固体撮像装置７００における感光領域の下流部から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【０２１３】
同図に示した固体撮像装置７００は、第３の垂直電荷転送電極２３の下流側に第１の転送制御電極７２５、第２の転送制御電極７２６、第３の転送制御電極７２７および第４の転送制御電極７２８が配置されているという点で、第１の実施例による固体撮像装置１００と大きく異なる。
【０２１４】
他に、出力転送路７４０中の水平電荷転送電極７４１ａ、７４１ｂ、７４１ｃ、７４１ｄの総数が、（Ｎ＋２）本であるという点でも、第１の実施例による固体撮像装置１００と大きく異なる。Ｎは、垂直電荷転送チャネルの総数を示す。
【０２１５】
ただし、固体撮像装置７００における感光領域１０から第３の垂直電荷転送電極２３までの領域の構成は、固体撮像装置１００と同様である。
【０２１６】
このため、図１８に示した構成要素のうちで図１または図２に示した構成要素と共通するものについては、図１または図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。なお、垂直電荷転送チャネル（図示せず。）の構成も、固体撮像装置１００における垂直電荷転送チャネルの構成と同様である。
【０２１７】
固体撮像装置７００に配設されている第１〜第４の転送制御電極７２５〜７２８は、それぞれ所定個の電荷転送段形成部を有する。図１８においては、第１〜第４の転送制御電極７２５〜７２８それぞれにおける電荷転送段形成部を、この電荷転送段を有している転送制御電極に付した参照符号の後ろに「Ｅ」を付記した参照符号で示している。
【０２１８】
これらの電荷転送段形成部７２５Ｅ、７２６Ｅ、７２７Ｅ、７２８Ｅは、図中左側から電荷転送段形成部７２６Ｅ、電荷転送段形成部７２８Ｅ、電荷転送段形成部７２７Ｅ、電荷転送段形成部７２５Ｅの順番で繰返し配置されている。それぞれが別個の垂直電荷転送チャネルの一領域を平面視上覆って、その下の垂直電荷転送チャネルの一領域と共に１つの選択的電荷転送段を構成している。
【０２１９】
したがって、第１〜第４の転送制御電極７２５〜７２８は、全体として全ての垂直電荷転送チャネル４と共に、光電変換素子行方向ＤH に並存する一群の選択的電荷転送段を構成している。
【０２２０】
これらの選択的電荷転送段の各々は、転送制御電極別に４つのグループにグループ化される。電荷転送段形成部７２５Ｅを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第１メモリ転送段」といい、電荷転送段形成部７２６Ｅを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第２メモリ転送段」という。電荷転送段形成部７２７Ｅを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第３メモリ転送段」といい、電荷転送段形成部７２８Ｅを含んで構成される選択的電荷転送段を、以下、「第４メモリ転送段」という。
【０２２１】
第１〜第４メモリ転送段の各々は、いずれも、第３の垂直電荷転送電極２３の電荷転送段形成部２３Ｅを含んで構成される垂直電荷転送段と、送出用電極２７の電荷転送段形成部２７Ｅを含んで構成される最終転送段との間に位置する。
【０２２２】
第２ポリシリコン層によって第１の転送制御電極７２５および第２の転送制御電極７２６が形成され、第３ポリシリコン層によって第３の転送制御電極７２７が形成される。第４の転送制御電極７２８は、第３ポリシリコン層によって形成することもできるし、第４ポリシリコン層によって形成さすることもできる。
【０２２３】
第１の転送制御電極７２５の一端は、図１に示した第１の転送制御電極２５と同様に電圧供給端子６２（図１参照）に接続され、第２の転送制御電極７２６の一端は、図１に示した第２の転送制御電極２６と同様に電圧供給端子６５に接続されている。第３の転送制御電極７２７の一端は電圧供給端子６７に接続され、第４の転送制御電極７２６の一端は電圧供給端子６８に接続されている。
【０２２４】
固体撮像装置７００における垂直電荷転路の各々は、１本の垂直電荷転送チャネルと、第１の垂直電荷転送電極２１の電荷転送段形成部２１Ｅと、第２の垂直電荷転送電極２２の電荷転送段形成部２２Ｅと、第３の垂直電荷転送電極２３の電荷転送段形成部２３Ｅと、第１〜第４の転送制御電極７２５〜７２８のいずれか１本の電荷転送段形成部と、送出用電極２７の電荷転送段形成部２７Ｅとを含んで構成される。
【０２２５】
出力転送路７４０は、２本の垂直電荷転送路当たり１個の水平電荷転送段を有する。１個の水平電荷転送段は、１本の水平電荷転送電極７４１ｂまたは７４１ｄを含んで構成される。
【０２２６】
水平電荷転送電極７４１ｂを含んで構成される水平電荷転送段は、１本の水平電荷転送電極７４１ｂの他に、その上流側に配設された１本の水平電荷転送電極７４１ａと、これらの水平電荷転送電極７４１ｂ、７４１ａによって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル７４２の一領域を含む。
【０２２７】
水平電荷転送電極７４１ｄを含んで構成される水平電荷転送段は、１本の水平電荷転送電極７４１ｄの他に、その上流側に配設された１本の水平電荷転送電極７４１ｃと、これらの水平電荷転送電極７４１ｄ、７４１ｃによって平面視上覆われている水平電荷転送チャネル７４２の一領域を含む。
【０２２８】
出力転送路７４０では、水平電荷転送電極７４１ｂを含んで構成される水平電荷転送段と、水平電荷転送電極７４１ｄを含んで構成される水平電荷転送段とが、上流端から下流端に向かってこの順番で交互に形成されている。
【０２２９】
垂直電荷転送路の各々は、図１８での左側から数えて２本ずつが１つの組になり、それぞれの組が互いに別個の水平電荷転送段に電気的に接続されている。
【０２３０】
固体撮像装置７００においては、各駆動信号の波形を適宜選択することにより、転送制御電極別にグループ化した選択的電荷転送段のグループ単位で、出力転送路７４０への電荷の転送と、この電荷の出力転送路７４０から出力部５０への出力とを順次行うことができる。
【０２３１】
第１メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路、第２メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路、第３メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路および第４メモリ転送段を含んで構成される垂直電荷転送路それぞれによって転送される電荷を、別々のタイミングで出力転送路７４０へ転送することができる。
【０２３２】
出力転送路７４０における水平電荷転送電極７４１ａ〜７４１ｄの合計本数を、垂直電荷転送チャネルの総数の等倍（４／４倍）に抑えることが可能になる。出力転送路７４０の消費電力を低減させることができる。また、製造コストの低減を図りやすくなる。
【０２３３】
以上説明した固体撮像装置の各々は、いずれも、エリア・イメージセンサとして利用することができる。エリア・イメージセンサとして利用する場合には、一般に、光電変換素子以外の領域において無用の光電変換が行われないように、光遮蔽膜が設けられる。光電変換素子での光利用効率を高めるために、光電変換素子それぞれの上方にマイクロレンズおよび／またはインナーレンズが１個ずつ配設されることがある。カラー撮像用の固体撮像装置においては、光電変換素子とこれに対応するマイクロレンズとの間に色フィルタが配設されることがある。
【０２３４】
図１９は、実施例によるカラー撮像用の固体撮像装置を概略的に示す断面図である。同図に示した固体撮像装置１１０は、図１に示した固体撮像装置１００を基に作製することができるカラー撮像用の固体撮像装置である。図１９に示した構成要素のうちで図１、図２または図３に示した構成要素と共通するものについては、図１、図２または図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０２３５】
図１９に示した固体撮像装置１１０では、図１に示した固体撮像装置１００を作製した後、光電変換素子１５、第１の垂直電荷転送電極２１、第２の垂直電荷転送電極２２、第３の垂直電荷転送電極２３、第１〜第２の転送制御電極２５、２６、送出用電極２７、水平電荷転送電極４１ａ〜４１ｄおよび出力部５０を覆う光遮蔽膜８０が形成される。図１９においては、各種の電極のうち、第２の垂直電荷転送電極２２が示されている。
【０２３６】
光遮蔽膜８０は、光電変換素子１５それぞれの上に１個ずつ、所定形状の開口部８０ａを有する。個々の開口部８０ａは、平面視上、対応する光電変換素子１５におけるｎ型領域１５ａの縁よりも内側において開口している。
【０２３７】
この光遮蔽膜８０は、例えばアルミニウム、クロム、タングステン、チタン、モリブデン等の金属からなる金属薄膜、前記金属の１種もしくは複数種とシリコンとの合金薄膜または前記金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記の合金とを含む群から選択された２種以上を組み合わせた多層金属薄膜等によって形成される。
【０２３８】
電気絶縁材料からなる保護膜８１が、光遮蔽膜８０上および開口部８０ａから露出している電気的絶縁膜５上に配設される。保護膜８１は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等によって形成される。
【０２３９】
第１の平坦化膜８２が、保護膜８１上に形成される。第１の平坦化膜８２はマイクロレンズ用の焦点調節層としても利用される。必要に応じて、第１の平坦化膜８２中にインナーレンズが形成される。
【０２４０】
第１の平坦化膜８２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。
【０２４１】
所定個の色フィルタが、第１の平坦化膜８２上に形成される。カラー撮像を可能にする複数種の色フィルタが所定のパターンで形成され、色フィルタアレイを構成する。３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイ、および、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【０２４２】
３原色系の色フィルタアレイおよび補色タイプの色フィルタアレイのいずれにおいても、個々の光電変換素子１５の上方に色フィルタが１個ずつ配設される。図１９には、３色の色フィルタ８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂが１ずつ示されている。
【０２４３】
色フィルタアレイは、例えば、所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって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。
【０２４４】
第２の平坦化膜８４が、色フィルタアレイ上に形成される。第２の平坦化膜８４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。
【０２４５】
所定個のマイクロレンズ８５が、第２の平坦化膜８４上に形成される。これらのマイクロレンズ８５は、個々の光電変換素子１５の上方に１個ずつ配設され、マイクロレンズアレイを構成する。
【０２４６】
マイクロレンズ８５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。
【０２４７】
以上、実施例による固体撮像装置について説明したが、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である。
【０２４８】
例えば、光電変換素子等が形成される半導体基板は、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型ウェルを形成したもの、ｎ型半導体基板の一表面上にｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。
【０２４９】
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光電変換素子（フォトダイオード）、垂直電荷転送チャネル、水平電荷転送チャネル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。
【０２５０】
光電変換素子は、埋め込み型のフォトダイオードであることが好ましいが、埋め込み型ではないフォトダイオードであってもよい。
【０２５１】
光電変換素子の平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、内角に鋭角と鈍角とが含まれる五角形以上の多角形、これらの角部に丸みを付けた形状等、適宜選択可能である。
【０２５２】
垂直電荷転送チャネルの平面視上の形状は、個々の光電変換素子の平面視上の形状、多数個の光電変換素子の配設仕様、目的とする固体撮像装置の性能等に応じて適宜選定可能である。同様の観点から、第１の垂直電荷転送電極や第２の垂直電荷転送電極の平面視上の形状も、適宜選定可能である。
【０２５３】
第１の実施例の変形として挙げた固体撮像装置１００ａ（図８参照）における垂直電荷転送チャネルの構造は、他の実施例の固体撮像装置にも適用することができる。その場合でも、固体撮像装置１００ａについての説明の中で述べた利点と同様の利点が得られる。
【０２５４】
感光領域と出力転送路との平面視上の間に、１フレーム分または１フィールド分の電荷を蓄積するためのＣＣＤ蓄積部を設けることもできる。
【０２５５】
垂直電荷転送電極および転送制御電極の各々は、ポリシリコン層によって形成する他、アルミニウム等の導電性金属によって形成することも可能である。本明細書でいう第１ポリシリコン層および第２ポリシリコン層は、それぞれ、ドナーまたはアクセプタが添加されたポリシリコンの層を意味する。
【０２５６】
光電変換素子１個当たりの垂直電荷転送段の数は、２〜４個に限定されるものではない。光電変換素子の配置仕様や垂直電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜変更可能である。光電変換素子行当たりの第１の垂直電荷転送電極および第２の垂直電荷転送電極の本数も、適宜変更可能である。
【０２５７】
感光領域内での垂直電荷転送路の駆動は、４相駆動の他、３相駆動、８相駆動等、適宜変更可能である。また、走査方法も、インターレース走査、プログレッシブ走査、１／４間引き走査等、適宜選択可能である。
【０２５８】
転送制御電極の配置および形状も、適宜変更可能である。例えば、第１〜第６の実施例による各固体撮像装置においては、第１の転送制御電極と第２の転送制御電極とを上下入れ替えることができる。すなわち、第１の転送制御電極２５を第２の転送制御電極２６の下流側に延在させ、この第１の転送制御電極２５から電荷転送段形成部２５Ｅを上流側に向かって突出させて形成することができる。このとき、第２の転送制御電極２６の電荷転送段形成部２６Ｅは、下流側に向かって突出した状態で形成される。
【０２５９】
また、第１の転送制御電極２５および第２の転送制御電極２６のいずれか一方を第２ポリシリコン層によって形成し、他方を第３ポリシリコン層によって形成することもできる。
【０２６０】
図２０は、図３に示した第１の実施例による固体撮像装置１００において第３ポリシリコン層によって第２の転送制御電極２６を形成した例を示す。第２の転送制御電極２６は、第１の転送制御電極２５の上流側に延在し、その電荷転送段形成部２６Ｅは、第１の転送制御電極２５を乗り越えて下流側に突出している。
【０２６１】
送出用電極２７の上流側に第２ポリシリコン層によって第１の転送制御電極２５を形成し、この第１の転送制御電極２５の下流側に、第３ポリシリコン層によって第２の転送制御電極２６を形成することもできる。この場合、第２の転送制御電極２６の電荷転送段形成部２６Ｅは、第１の転送制御電極２５を乗り越えて上流側に突出する。
【０２６２】
勿論、第１の転送制御電極２５を第３ポリシリコン層によって形成し、第２の転送制御電極２６を第２ポリシリコン層によって形成することもできる。
【０２６３】
他の実施例による固体撮像装置においても、転送制御電極の配置および形状を適宜変更可能である。
【０２６４】
図２１は、図３に示した第１の実施例による固体撮像装置１００の消費電力を更に低減させることが可能な転送制御電極の形状の例を示す。
【０２６５】
同図に示すように、第１の転送制御電極２５の電荷転送段形成部２５Ｅおよび第２の転送制御電極２６の電荷転送段形成部２６Ｅの形状を工夫することにより、電荷転送段形成部２５Ｅ、２６Ｅとその下の電荷転送段形成部２３Ｅ、２７Ｅとの平面視上の重なり幅を減少させる。この重なり幅を、例えば、第１および第２の転送制御電極２５、２６における電荷転送段形成部２５Ｅ、２６Ｅ以外の箇所とその下の電荷転送段形成部２３Ｅ、２７Ｅとの平面視上の重なり幅と同等にする。
【０２６６】
これにより、第１の転送制御電極２５と第３の垂直電荷転送電極２３との静電容量、および、第２の転送制御電極２６と送出用電極２７との静電容量が減少する。固体撮像装置１００の消費電力を低減させることができる。
【０２６７】
勿論、他の実施例による固体撮像装置においても、転送制御電極の電荷転送段形成部とその下の他の電荷転送段形成部との平面視上の重なり幅を減少させることにより、消費電力を低減させることが可能である。
【０２６８】
転送制御電極の駆動方法も、適宜変更可能である。例えば、第１〜第７の実施例それぞれにおける第１の転送制御電極に、他の電極とは接続されていない専用の電圧供給端子を介して駆動信号を供給するように構成することもできる。
【０２６９】
垂直電荷転送路から出力転送路への電荷の転送は、各実施例による固体撮像装置におけるように、出力転送路中の水平電荷転送段の１つおきに電荷が分布することになるように行うことが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、隣り合う２本の垂直電荷転送路によって転送されてきた電荷同士を出力転送路内で加算（混合）してもよい。
【０２７０】
図２２は、第１の実施例による固体撮像装置１００の他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す。同図には、垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ電荷を転送する際における各駆動信号φＶ１〜φＶ４、φＭ、φＦ、φＨ１およびφＨ２の波形が示されている。図２２に示した項目は図６に示した項目と共通するので、ここでは各項目の説明を省略する。また、以下の説明は、図３で用いた参照符号を用いつつ行う。
【０２７１】
図２２に示すように、本実施例による駆動方法での第１水平ブランキング期間ＨＢ１における駆動信号φＶ１〜φＶ４は、図６に示した駆動信号φＶ１〜φＶ４と同様の波形を有する。
【０２７２】
したがって、光電変換素子１５から制御転送段またはメモリ転送段への電荷の転送は、図６を用いて説明した駆動方法と同様にして行われる。
【０２７３】
一方、駆動信号φＭは、第１水平ブランキング期間ＨＢ１で駆動信号φＶ２がローレベルＬからハイレベルＨへ転じるタイミングとほぼ同じタイミングで、ローレベルＭＬからハイレベルＭＨへ転じる。その後、第１水平ブランキング期間ＨＢ１が終了する前に、ハイレベルＭＨからローレベルＭＬに転じる。
【０２７４】
駆動信号φＦは、駆動信号φＭがハイレベルＭＨにある期間中に、ローレベルＬからハイレベルＨへ転じ、さらに、一旦ローレベルＬに戻った後に再びハイレベルＨに転じる。その後、駆動信号φＭがハイレベルＭＨからローレベルＭＬに転じるタイミングにやや遅れて、ハイレベルＨから再びローレベルＬに転じる。
【０２７５】
駆動信号φＦが１回目のハイレベルＨにある期間中に、駆動信号φＶ２がハイレベルＨからローレベルＬへ転じる。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路３５において駆動信号φＶ２の供給を受けている制御転送段に分布していた電荷が、その下流において駆動信号φＦの供給を受けている最終転送段に転送される。
【０２７６】
また、駆動信号φＦが１回目のハイレベルＨからローレベルＬに転じるとき、駆動信号φＨ１はローレベルＬにあり、駆動信号φＨ２はハイレベルＨにある。その結果、偶数番目の垂直電荷転送路３５の最終転送段に転送された電荷が出力転送路４０に転送される。
【０２７７】
駆動信号φＦがローレベルＬから２回目のハイレベルＨに転じる前に、駆動信号φＨ１がローレベルＬからハイレベルＨへ転じると共に駆動信号φＨ２がハイレベルＨからローレベルＬに転じる。偶数番目の垂直電荷転送路３５から出力転送路４０へ転送されていた電荷が、１水平電荷転送段分、下流側に転送される。すなわち、偶数番目の垂直電荷転送路３５から出力転送路４０へ転送されていた電荷が、奇数番目の垂直電荷転送路３５に対応する水平電荷転送段に分布する。
【０２７８】
駆動信号φＦが２回目のハイレベルＨにある期間中に、駆動信号φＭがハイレベルＭＨからローレベルＭＬへ転じる。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路３５において駆動信号φＭの供給を受けているメモリ転送段に分布していた電荷が、その下流において駆動信号φＦの供給を受けている最終転送段に転送される。
【０２７９】
駆動信号φＦが２回目のハイレベルＨからローレベルＬに転じるとき、駆動信号φＨ１はハイレベルＨにあり、駆動信号φＨ２はローレベルＬにある。その結果、奇数番目の垂直電荷転送路３５の最終転送段に転送された電荷が出力転送路４０に転送される。この電荷が転送される水平電荷転送段には、上述のように、先に偶数番目の垂直電荷転送路３５から出力転送路４０に転送されていた電荷が分布している。したがって、この水平電荷転送段において、２つの電荷同士が加算（混合）される。
【０２８０】
その後、第１水平ブランキング期間ＨＢ１が終了し、直ちに第１水平走査期間が始まる。
【０２８１】
第１水平走査期間ＨＳ１に入ると、駆動信号φＨ１とφＨ２とが、互いに逆の位相を保ちながらハイレベルＨとローレベルＬとの間で周期的に変化する。
【０２８２】
垂直電荷転送路３５の各々から出力転送路４０へ転送され、２電荷ずつ加算（混合）された１行分の電荷が、出力転送路４０から出力部５０へ転送される。出力部５０への電荷の転送が終了すると、第１水平走査期間ＨＳ１も終了する。
【０２８３】
図２２に示した第１水平ブランキング期間ＨＢ１から第１水平走査期間ＨＳ１までの間での動作と同じ動作を所定回数繰り返すことにより、１フィールド分の電荷を出力部５０へ順次転送することができる。
【０２８４】
出力部５０は、２電荷ずつ加算（混合）されて転送されてくる電荷に基づいて信号電圧を順次生成する。この信号電圧に基づいて生成される信号は、加算された信号（電荷）に応じた信号処理を行うことにより、所望の画像データの生成に供される。
【０２８５】
図２２に示した駆動方法では、光電変換素子行方向ＤH の解像度が低下する。その一方で、光電変換素子行１行分の画像データの取得時間が短縮されるので、高いフレーム周波数の下に画像データを得ることができる。この駆動方法は、他の実施例の固体撮像装置に対しても適用することができる。
【０２８６】
出力転送路における水平電荷転送電極の総数は、適宜選択可能である。水平電荷転送電極の総数は、通常、少ない程好ましい。
【０２８７】
第７の実施例の固体撮像装置７００（図１８参照）においても、例えば第３の実施例による固体撮像装置３００（図１１参照）のように、所定の２本の垂直電荷転送チャネル同士を出力転送路７４０の手前で合流させることが可能である。水平電荷転送電極７４１ａ〜７４１ｄの合計本数を垂直電荷転送チャネルの総数と同数にすることができる。
【０２８８】
また、第７の実施例の固体撮像装置７００（図１８参照）においては、感光領域１０と出力転送路７４０との間に３本または５本以上の転送制御電極を設けることもできる。５本以上の転送制御電極を用いて光電変換素子行方向ＤH に並存する一群の電荷転送段（転送ゲートおよびメモリゲート）を構成すれば、水平電荷転送電極７４１ａ〜７４１ｄの総数を更に低減させることができる。ただし、これらの転送制御電極の本数があまりに多いと、その作製に高度な微細加工技術を用いることが必要になる。
【０２８９】
高度な微細加工技術を用いない場合、光電変換素子行方向ＤH に並存する一群の選択的電荷転送段は、２〜４本程度の転送制御電極を用いて構成することが実用上好ましい。
【０２９０】
ｎ型半導体基板に形成されたｐ型ウェル中に、またはｎ型半導体基板上に形成されたｐ型半導体のエピタキシャル成長層中に光電変換素子（フォトダイオード）を形成した場合には、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、電子シャッタ機能を付与することができる。縦型オーバーフロードレイン構造を付設するためには、例えば、ｐ型ウェルまたはｐ型半導体のエピタキシャル成長層とその下のｎ型半導体基板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に代えて横型オーバーフロードレイン構造を付設してもよい。縦型または横型の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。
【０２９１】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者に自明であろう。
【０２９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高度な微細加工技術によらずとも製造することができ、消費電力の増大も抑制することが可能な固体撮像装置を提供することができる。また、その駆動方法も提供される。固体撮像装置を安価に提供することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の感光領域における第１の垂直電荷転送電極および第２の垂直電荷転送電極よりも半導体基板側の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置における制御転送段およびその周辺を光電変換素子列方向に沿って切ったときの概略断面図である。
【図５】図１に示した固体撮像装置におけるメモリ転送段およびその周辺を光電変換素子列方向に沿って切ったときの概略断面図である。
【図６】実施例による固体撮像装置の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図７（Ａ）は、メモリ転送段に電荷が分布しているときのメモリ転送段とその周辺のポテンシャルを示すポテンシャル図であり、図７（Ｂ）は、メモリ転送段から最終転送段に電荷が転送されるときのメモリ転送段とその周辺のポテンシャルを示すポテンシャル図である。
【図８】第１の実施例の変形例による固体撮像装置を概略的に示す部分断面図である。
【図９】第２の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図１０】図９に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図１１】第３の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１１に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図１３】実施例による固体撮像装置の他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】第４の実施例による固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１４に示した固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を概略的に示す部分平面図である。
【図１６】第５の実施例による固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図１７】第６の実施例による固体撮像装置における感光領域から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図１８】第７の実施例による固体撮像装置における感光領域の下流部から出力転送路にかけての領域を模式的に示す平面図である。
【図１９】実施例によるカラー撮像用の固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図２０】第２の転送制御電極の変形例を概略的に示す部分平面図である。
【図２１】第１および第２の転送制御電極それぞれの変形例を概略的に示す部分平面図である。
【図２２】実施例による固体撮像装置の更に他の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…半導体基板、  ４、２０４…垂直電荷転送チャネル、  １０、２１０、５１０…感光領域、  １５、２１５、５１５…光電変換素子、  ２１、２２１…第１の垂直電荷転送電極、  ２２、２２２…第２の垂直電荷転送電極、  ２３、２２３…第３の垂直電荷転送電極、  ２５、７２５…第１の転送制御電極、  ２６、７２６…第２の転送制御電極、  ２７、３２７…送出用電極、  ３０、２３０…読出ゲート、  ３５、２３５…垂直電荷転送路、  ４０、３４０、７４０…出力転送路、  ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…水平電荷転送電極、  ２２４…第４の垂直電荷転送電極、  ３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃ、３４１ｄ…水平電荷転送電極、  ７４１ａ、７４１ｂ、７４１ｃ、７４１ｄ…水平電荷転送電極、４２、３４２…水平電荷転送チャネル、  ５０…出力部、  １００、１００ａ、１１０、２００、３００、４００、５００、６００、７００…固体撮像装置、５２３…第５の垂直電荷転送電極、  ７２７…第３の転送制御電極、  ７２８…第４の転送制御電極。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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