JP2001057419A - 固体撮像素子及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直転送路及び水平転送路の加工精度を緩く
する。 【解決手段】 二次元平面１上に、垂直方向に整列配置
された複数の第１の画素群Ｐ１と、第１の画素列Ｐ１に
対して水平方向及び垂直方向に１／２画素づつずれて垂
直方向に整列配置された複数の第２の画素列Ｐ２と、垂
直方向に整列する第１の画素列Ｐ１と第２の画素列Ｐ２
のうち水平方向に隣接する２本の画素列を一組としてそ
れらの間を蛇行しつつ垂直方向に延びる各１本の複数の
垂直電荷転送路５と、複数の垂直電荷転送路５の下端に
設けられ、垂直転送路５より転送された電荷を受けてこ
れを水平方向に転送する水平電荷転送路７とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に関
し、より詳細には、隣接する画素が垂直方向及び水平方
向に１／２ピッチずれて配置された画素ずらし固体撮像
素子及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子、たとえば静止画を撮像す
るためのＣＣＤ固体撮像素子において、画素の高密度化
が望まれている。

【０００３】図１０は、一般的なインターライン型ＣＣ
Ｄ固体撮像素子の平面図である。

【０００４】固体撮像素子は、たとえばシリコン等の半
導体基板１０１上に形成されている。

【０００５】画素１０３、垂直電荷転送路１０５、水平
電荷転送路１０７、出力アンプ１１１が半導体基板１０
１上に形成され、全体として一つのＣＣＤ固体撮像素子
Ｘを構成する。複数の画素１０３が半導体基板１０１上
において、垂直方向及び水平方向に整列配置されてい
る。

【０００６】画素１０３は、フォトダイオード（光電変
換素子）１０３ａと読み出しゲート（トランスファーゲ
ート）１０３ｂを含む。フォトダイオード１０３ａは、
受光した光を電荷に変換して蓄積する。トランスファー
ゲート１０３ｂは、フォトダイオード１０３ａに蓄積さ
れている電荷を垂直電荷転送路１０５に読み出す。

【０００７】複数の画素１０３、１０３，１０３が垂直
方向に整列して配置された各画素列Ｐ１１、Ｐ１１、Ｐ
１１の間には、１画素列Ｐ１１に対応して各１本の垂直
電荷転送路１０５が配置されている。垂直電荷転送路１
０５は、例えば半導体基板１０１に形成されたｎ型導電
層である。垂直電荷転送路１０５の下端には、水平電荷
転送路１０７が設けられている。

【０００８】水平電荷転送路１０７は、半導体基板１０
１中にｎ型導電層１０８と、半導体基板１上に形成され
る２層のポリシリコン（１ポリ、２ポリ）からなる水平
電荷転送電極１２１とを主要構成要素とする。

【０００９】ｎ型導電層１０８は、ｎ型不純物濃度の高
い高濃度領域１０８ａと、ｎ型不純物度の低い低濃度領
域１０８ｂとが交互に設けられている。高濃度領域１０
８ａは、ポテンシャルエネルギーの低いポテンシャルウ
ェルを形成する。低濃度領域１０８ｂは、ポテンシャル
エネルギーの高いポテンシャルバリアを形成する。ポテ
ンシャルバリアとポテンシャルウェルとが水平方向に交
互に並ぶ。１つのポテンシャルバリアと１つのポテンシ
ャルウェルとを１組とし、この１組が連続して２回繰り
返された構造により、電荷の１転送単位（以下「１パケ
ット」という。）を形成する。パケットが水平方向に多
数形成されている。

【００１０】高濃度領域１０８ａ（ポテンシャルウェ
ル）上に第一層目のポリシリコン電極（水平転送電極１
２１−１、１２１−３、１２１−５、・・・）が、高濃
度領域１０８ｂ（ポテンシャルバリア）上に第二層目の
ポリシリコン電極（水平転送電極１２１−０、１２１−
２、１２１−４、１２１−６、・・・）が形成されてい
る。

【００１１】水平電荷転送電極１２１−０と水平電荷転
送電極１２１−１とが接続されて電圧波形φ１が印加さ
れている。水平転送電極１２１−２と水平転送電極１２
１−３とが接続されて電圧波形φ２が印加される。同様
に、水平転送電極１２１−４と水平転送電極１２１−５
とが接続されて電圧φ１が印加される。

【００１２】図１４に示すように、垂直電荷転送路１０
５上には、行方向に並ぶ画素の隙間に、例えば垂直電荷
転送電極１１５−１と垂直電荷転送電極１１５−２との
２本の垂直電荷転送電極１１５が設けられている。

【００１３】垂直電荷転送電極１１５−１、１１５−
２、１１５−３、１１５−４に対して、Ｖ１からＶ４ま
での電圧波形が印加される。垂直転送電極１１５−５か
ら１１５−８まで、垂直転送電極１１５−９から１５−
１１２までについても同様にＶ１からＶ４までの電圧波
形が印加される。電圧波形Ｖ１からＶ４は、例えば垂直
電荷転送路中にポテンシャルバリアを形成する場合に０
Ｖ、電荷転送用ポテンシャルウェルを形成する場合に８
Ｖ、画素から電荷を読み出す場合に１５Ｖに設定され
る。

【００１４】垂直電荷転送路１０５は、水平電荷転送路
１０７の各パケットごとに１本づつの割合でポテンシャ
ルウェルが形成されている領域と電気的に接続されてい
る。

【００１５】以下に図１３及び図１４を参照して上記の
固体撮像素子の動作を説明する。

【００１６】Ｖ１を１５Ｖにすると、Ｖ１に接続された
全画素のフォトダイオード１０３ａに蓄積されている電
荷は、トランスファーゲート１０３ｂを介して垂直電荷
転送路１０５に読み出される。

【００１７】垂直転送電極１１５−１に正の比較的低い
電圧、例えば８Ｖの電圧を印加し、垂直転送電極１１５
−２にも８Ｖの電圧を印加し、垂直転送電極１１５−３
にも８Ｖの電圧を印加する。垂直転送電極１１５−１の
電圧を０Ｖに戻し、垂直転送電極１１５−４に８Ｖの電
圧を印加する。この動作を繰り返すことにより、垂直電
荷転送路１０５中を４相駆動方式で水平電荷転送路の方
向に電荷を転送する。

【００１８】Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を正の比較的低い電圧、
例えば８Ｖとし、Ｖ４を０Ｖとすると、読み出された電
荷は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される３つの垂直電荷転
送電極下に分布する。

【００１９】Ｖ１を０Ｖに戻すと、電荷はＶ２、Ｖ３の
電極下に閉じ込められる。Ｖ４を８Ｖにすると、電荷は
Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の電極下に拡がる。この動作を繰り返
すことにより、垂直電荷転送路５内を４相駆動方式で水
平電荷転送路に向かって電荷を転送する。

【００２０】水平電荷転送電極のφ１を例えば０Ｖに、
φ２を例えば８Ｖとすると、φ１の電極下の電荷は右側
のφ２の電極下に転送される。この時、φ１の電極下の
左側領域にはポテンシャルバリアが形成され、電荷の逆
流を防止する。

【００２１】従って、画素混合を起こさずに、２相駆動
で水平電荷転送路１０７中において電荷を転送できる。

【００２２】以上のようにφ１とφ２との２層駆動方式
により、水平電荷転送路１０７中を電子がアンプ方向へ
転送される。

【００２３】以上の動作により、行分の画素からの電荷
を読み出す。

【００２４】次いで、他の行の画素からの電荷を同様の
方法で読み出す。全電荷を読み出した後、Ｖ２に読み出
しパルスを印加し、Ｖ２に接続された画素の電荷を読み
出す。同様にＶ３、Ｖ４に接続された画素の電荷を順次
読み出す。

【００２５】水平電荷転送路１０７内に転送された電荷
は、例えば２相駆動方式により出力アンプ１１１まで転
送される。出力アンプ１１１により信号を増幅して外部
に画像情報として取り出す。

【００２６】フォトダイオード１０３ａを二次元状に配
列することにより、二次元画像の信号を得ることができ
る。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】画素の高密度化の要求
に伴って、画素サイズ自体の微細化も必要となる。

【００２８】しかしながら、上記の固体撮像素子Ｘで
は、１画素列Ｐ１１に対して１本の垂直電荷転送路１０
５が形成されている。１本の垂直電荷転送路１０５から
水平電荷転送路１０７まで転送された電荷を、水平方向
に隣接する２本の垂直電荷転送路１０５と接続された水
平電荷転送路１０７まで転送する間に、４つの水平転送
電極１０８ａ、１０８ｂ、１０８ａ、１０８ｂが必要と
なる。

【００２９】画素１０３を、例えば２から３ミクロン角
程度まで微細化する際に水平電荷転送電極１２１の微細
加工が難しくなる。加えて、画素１０３の微細化に伴
い、光電変換素子１０３ａ、例えばフォトダイオードの
面積が小さくなり蓄積信号電荷が減少するため、ダイナ
ミックレンジを大きくすることができない。

【００３０】加えて、固体撮像素子の総画素数が増大す
るに従って、１フレームの画像信号を読み出すための所
用時間は増大する。

【００３１】一般的なデジタルカメラの場合、画像信号
のフレームレートは、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔ
ｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｅ
ｅ）方式の場合、１／３０秒である。

【００３２】デジタルカメラを用いて撮影した静止画像
を再生する場合には、画像信号を読み出すための所用時
間が増大しても特に問題とはならない。

【００３３】デジタルカメラに備えられているモニター
用の表示素子の場合に、動画像をリアルタイムに表示す
る必要がある。動画像を表示する場合には、画素数の増
大に伴って上記のフレームレートに追従できなくなって
くる。画素数が１００万画素を超えると、１／３０秒の
間に全画素からの画像信号を読み出すことは困難にな
る。鮮明な画像が得られなくなる。

【００３４】本発明の目的は、水平転送電極の微細精度
を緩くしつつ画素密度を高くできる固体撮像素子を提供
することにある。

【００３５】加えて、画素数が大きくなっても、特にモ
ニター用の動画像を鮮明に表示できる固体撮像素子及び
その制御方法を提供することにある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、二次元平面上に配列された複数の画素群であって、
各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで整列配置さ
れた複数の画素を含む第１の画素列と該第１の画素列に
対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１／２画素ず
れて整列配置された複数の画素を含む第２の画素列とを
含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素
群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１／２の位置
に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する
画素群対の間に形成された第１の分離領域と、各画素群
の前記第１の画素列と前記第２の画素列との間を蛇行し
つつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送路と、前記第
１の画素列に含まれ行方向に整列する一の画素行に含ま
れる画素と、前記第２の画素列に含まれ前記一画素行と
垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれ
る画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電
荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣
接する８本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂
直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複
数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷
転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転
送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形
成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読
み出す出力アンプとを含む固体撮像素子が提供される。

【００３７】本発明の他の観点によれば、二次元平面上
に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直
方向に第１の画素ピッチで整列配置された複数の画素を
含む第１の画素列と該第１の画素列に対して垂直方向に
前記第１の画素ピッチの１／２画素ずれて整列配置され
た複数の画素を含む第２の画素列とを含み、第２の画素
列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第１の画素列
間の第２の画素ピッチの１／２の位置に配置されている
複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形
成された第１の分離領域と、各画素群の前記第１の画素
列と前記第２の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延
びる１本の垂直電荷転送路と、前記第１の画素列に含ま
れ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前
記第２の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣
接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間
に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極
と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する８本
ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送
電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂
直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から
転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平
電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水
平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力
アンプとを含み、前記第１の画素列に含まれる画素は光
電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前
記第２の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色
フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィル
タとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複
数の前記第２の画素列に含まれる赤色画素と青色画素と
が水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の読み
出し方法であって、ａ）第１から第８までの垂直電荷転
送電極に対して同一の垂直電荷転送路には同じ色に対応
する電荷のみを読み出す読み出し電圧を印加して垂直電
荷転送路へ電荷を読み出す工程と、ｂ）前記垂直電荷転
送路に読み出された電荷を前記水平電荷転送路に向けて
転送する工程と、ｃ）前記水平電荷転送路に転送された
電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、ｄ）前
記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増
幅し外部に出力する工程と、異なる行の画素について前
記ａ）からｄ）までの工程を順次繰り返し、前記画素か
らの電荷を全て読み出す工程とを含む固体撮像素子の制
御方法が提供される。

【００３８】本発明の他の観点によれば、二次元平面上
に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直
方向に第１の画素ピッチで整列配置された複数の画素を
含む第１の画素列と該第１の画素列に対して垂直方向に
前記第１の画素ピッチの１／２画素ずれて整列配置され
た複数の画素を含む第２の画素列とを含み、第２の画素
列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第１の画素列
間の第２の画素ピッチの１／２の位置に配置されている
複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形
成された第１の分離領域と、各画素群の前記第１の画素
列と前記第２の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延
びる１本の垂直電荷転送路と、前記第１の画素列に含ま
れ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前
記第２の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣
接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間
に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極
と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接した８本
ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送
電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂
直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から
転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平
電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水
平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力
アンプとを含み、前記第１の画素列に含まれる画素は光
電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前
記第２の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色
フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィル
タとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複
数の前記第２の画素列に含まれる赤色画素と青色画素と
が水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の間引
き読み出し方法であって、 ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極のうち垂直方
向に隣接する２本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を
印加する工程と、ｂ）前記垂直電荷転送路に読み出され
た電荷をまとめて転送する工程と、ｃ）前記垂直電荷転
送路から前記水平電荷転送に向けて電荷を転送する工程
と、ｄ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出
力アンプに向けて転送する工程と、ｅ）前記水平電荷転
送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出
力する工程とを含む固体撮像素子の制御方法が提供され
る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００４０】図１は、本発明の一実施の形態による固体
撮像素子の平面図である。

【００４１】固体撮像素子Ａは、半導体基板１上に複数
の画素３が整列配置された画素部Ｂと、画素部Ｂ内に配
置され画素３からの電荷を垂直方向に転送する垂直電荷
転送路５と、画素部Ｂの下方に配置され、垂直電荷転送
路５から転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷
転送路７と、水平電荷転送路７から転送された電荷を増
幅する出力アンプ部１７とを含む。

【００４２】画素部Ｂには、複数の画素３が、半導体基
板１の二次元平面上の水平方向（行方向）及び垂直方向
（列方向）に配置されている。一の画素と、それと隣接
する画素とは、垂直方向に１／２ピッチづつずれて配置
される。いわゆる画素ずらし固体撮像素子である。

【００４３】各画素の形状は略正方形である。正方形の
対角線が垂直方向及び水平方向に整列して並ぶように画
素が配置されている。

【００４４】垂直方向に整列して配置されている画素を
画素列と称する。

【００４５】複数の緑色用の画素３ａ、３ａ、３ａが垂
直方向に整列して第１の画素列Ｐ１ａを形成している。
第１の画素列Ｐ１ａと水平方向に隣接し、垂直方向に整
列する複数の画素が第２の画素列Ｐ２ａを形成する。第
２の画素列Ｐ２ａを形成する画素は、青色用の画素３ｂ
と赤色用の画素３ｃとが、垂直方向に交互に配列されて
いる。

【００４６】第１の画素列Ｐ１ａとこれと水平方向に隣
接する第２の画素列Ｐ２ａとにより一組の画素群ＰＧ１
が形成される。複数の画素群ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３・
・・が水平方向に隣接して配置され全体として画素部Ｂ
を形成する。

【００４７】図１では、簡単のために２つの画素群ＰＧ
１、ＰＧ２のみを示しているが、実際には多数の画素群
が形成されている。

【００４８】例えば第１の画素群ＰＧ１に含まれる第１
の画素列Ｐ１ａと第２の画素列Ｐ２ａとの間に形成され
る隙間に沿って、半導体基板１内にｎ型半導体層からな
る垂直電荷転送路５（図１において太い実線で示され
る。）が蛇行する形状又はジグザグの形状で設けられ
る。画素群ＰＧ間には垂直電荷転送路５は形成されな
い。すなわち、水平方向に隣接する画素群ＰＧ１と画素
群ＰＧ２との間には、垂直電荷転送路は形成されない。

【００４９】水平方向に整列して配置されている画素を
画素行と称する。

【００５０】図１において、緑色用の画素３ａ、３ａか
らなる第１の画素行Ｑ１の下方の２斜辺に沿うように、
垂直電荷転送電極、例えば垂直電荷転送電極１１−１
（点線で示される）が蛇行する形状又はジグザグ形状で
水平方向に延びている。

【００５１】水平方向に整列して配置されている青色用
の画素３ｂと赤色用の画素３ｃとが水平方向に交互に配
置された第２の画素行Ｑ２の下方の２斜辺に沿うよう
に、垂直電荷転送電極１１−２（細い実線で示される）
が蛇行する形状又はジグザグ形状で水平方向に延びてい
る。

【００５２】符号１１−１から１１−８までの８本の垂
直電荷転送電極が１組の電極群ＥＧを形成する。図１に
は１の電極群のみが示されているが、実際には多数の電
極群ＥＧ、ＥＧ、ＥＧが画素部Ｂに形成されている。

【００５３】８本の垂直電荷転送電極１１−１から１１
−８までに対して、駆動回路を用いることによりＶ８か
らＶ１までの独立した電圧波形を印加することができ
る。

【００５４】垂直電荷転送電極１１のうち水平電荷転送
路７側の最終段の垂直電荷転送電極１１−８と水平電荷
転送路７との間には、水平方向に延び垂直方向に隣接す
る２本の転送電極Ｖａ、Ｖｂが形成されている。２本の
転送電極Ｖａ、Ｖｂにより、垂直電荷転送路５から水平
電荷転送路７へと電荷を転送する。

【００５５】尚、転送電極Ｖａ、Ｖｂは、任意に設けら
れる。転送電極数も２つには限られない。

【００５６】垂直電荷転送路５の一端には、水平電荷転
送路７が形成されている。水平電荷転送路７上に、１ポ
リと２ポリとが交互に並んだ複数の水平電荷転送電極１
５が形成される。水平電荷転送電極１５−０と水平電荷
転送電極１５−１とが共通に接続されており、電圧φ１
が印加される。水平電荷転送電極１５−２と水平電荷転
送電極１５−３とが共通に接続されており、電圧φ２が
印加される。水平電荷転送電極１５−４と水平電荷転送
電極１５−５とが共通に接続されており、電圧φ１が印
加される。

【００５７】水平方向に隣接する２本の垂直電荷転送路
５との間には、４本の水平電荷転送電極１５（例えば図
１では、符号１５−１、１５−２、１５−３、１５−４
で示される）が並ぶ。

【００５８】画素列Ｐ１ａは、上からＢ（青色）Ｒ（赤
色）ＢＲＢＲの画素が垂直方向に並ぶ。画素列Ｐ２ａ
は、Ｇ（緑色）ＧＧＧＧの画素が垂直方向に並ぶ。

【００５９】画素列Ｐ１ｂは、上からＲＢＲＢＲＢ・・
・に色配列を有する画素が垂直方向に並ぶ。画素列Ｐ２
ｂは、ＧＧＧＧＧ・・・の色配列を有する画素が垂直方
向に並ぶ。

【００６０】尚、図１に例示した色配列は、Ｇストライ
プＲＢ完全市松型と呼ばれる色配置である。

【００６１】図示の構成においては、各画素は４つの斜
辺をもつ略菱形の形状を有する。

【００６２】第２の画素列Ｐ２の画素は第１の画素列Ｐ
１の画素３ｃ、３ｂ、３ｃ・・・が形成する行列の隙間
に配置されていると見ることもできる。

【００６３】一方、図面を４５度傾けて見れば、第１及
び第２の画素列の画素が協同して略正方行列を形成して
いるとも考えられる。

【００６４】図２に図１の要部を示す。図２（ａ）は、
平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩａ−Ｉｂ線断面図
である。

【００６５】図２（ａ）に示すように、画素３（３ａ、
３ｂ、３ｃ）は、略正方形の形状を有している。正方形
の４つの頂点のうち対向する２つの頂点が、垂直方向及
び水平方向に沿って整列されている。４つの頂点を結ん
で左右対称方向に延びる斜辺（仮想線）を、それぞれに
２本の斜辺２７ａ、２７ｂ及び２７ｃ、２７ｄと称す。

【００６６】画素３の４つの斜辺２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ、２７ｄに囲まれる領域内に光電変換素子（フォトダ
イオード）４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）が配置され
ている。フォトダイオード４１の受光部４１ａと電荷転
送路５の一部を形成するｎ型半導体層３１ａ、３１ｂと
の間には、トランスファーゲート部４５が形成されてい
る。

【００６７】画素３ａについて説明すれば、斜辺２７ａ
に沿ってトランスファーゲート４５が形成される。他の
３つの斜辺２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに沿って高濃度のｐ
型半導体層を含む第１から第３までの分離領域４７、４
７、４７が形成されている。

【００６８】より詳細には、第１の画素列Ｐ１に含まれ
る画素３ｃの４つの斜辺２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７
ｄのうち左の第１組の２つの斜辺２７ａ、２７ｂに沿っ
て前記第１の分離領域４７ａが形成されている。

【００６９】第１の分離領域４７ａが形成される側と反
対側の第２組の２つの斜辺２７ｃ、２７ｄのうち上側の
斜辺２７ｃに沿って垂直電荷転送路３１との間に第１の
読み出しゲート４５ａが形成されるとともに、第１の読
み出しゲート４５ａが形成されていない方の斜辺２７ｄ
に沿って第２の分離領域４７ｂが形成されている。

【００７０】第２の画素列Ｐ２に含まれる画素３ａの４
つの斜辺２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄのうち、第１
の画素列Ｐ１とは反対側の第３組の２つの斜辺２７ａ、
２７ｂに沿って第１の分離領域４７ａが形成されてい
る。

【００７１】第１の分離領域４７ａが形成される側と反
対側の第４組の２つの斜辺２７ｃ、２７ｄのうち、第１
の画素列Ｐ１に含まれる画素３ａの読み出しゲート４５
ｂと対向しない斜辺２７ｃに沿って第３の分離領域４７
ｃが形成されている。

【００７２】第２の画素列Ｐ２に含まれる画素３ａの左
側下斜辺２７ｂに沿って、半導体基板１内にｎ型導電層
３１ａが形成されている。画素３ａの左側上斜辺２７ａ
に沿って、半導体基板１内にｎ型導電層３１ｂが形成さ
れている。

【００７３】ｎ型導電層３１ａとｎ型導電層３１ｂとが
連結されて、垂直方向にジグザグ状又は蛇行する形状
で、垂直電荷転送路５が形成され、水平電荷転送路に向
けて垂直方向に延びている。

【００７４】第１の画素行Ｑ１を形成する複数の画素３
ａ、３ａ、３ａの左右下斜辺２７ｂ、２７ｄに沿って、
垂直電荷転送電極１１−５が蛇行しつつ水平方向に延び
ている。第１の画素列Ｑ１を形成する複数の画素３ａ、
３ａ、３ａは、垂直電荷転送電極１１−４と１１−５と
により、その４辺を囲まれている。

【００７５】図２（ｂ）に示すように、半導体基板１内
に、深いｐウェル４３が形成されており、フォトダイオ
ード４１、垂直電荷転送路３１ａ、トランスファーゲー
ト４５，分離領域４７はｐウェル４３内に形成されてい
る。

【００７６】垂直電荷転送路３１ａが形成されている領
域の上に、垂直電荷転送電極１１−５が形成されてい
る。

【００７７】平坦化膜Ｈを介して半導体基板１上にカラ
ーフィルタＣＦが形成されている。

【００７８】カラーフィルタＣＦの上に、例えばフォト
レジストにより形成されたマイクロレンズＭＬが設けら
れている。マイクロレンズＭＬにより、光をフォトダイ
オード４１の表面上に集光する。

【００７９】図３から図１０までに基づき、上記固体撮
像素子Ａの制御方法について以下に説明する。

【００８０】図３から図６までのタイミングチャートに
より、静止画を撮影した後に全画素読み出しをする場合
の動作について説明する。

【００８１】図３に示すように、垂直電荷転送電極１１
−７（Ｖ２）と垂直電荷転送電極１１−３（Ｖ６）に読
み出し電圧として高いパルス電圧を印加する。読み出し
パルス電圧は、例えば１５Ｖである。垂直電荷転送電極
１１−７下の垂直電荷転送路５と垂直電荷転送電極１１
−３下の垂直電荷転送路５とにフォトダイオード３ａ、
３ａからの緑色に対応する電荷（以下「Ｇ電荷」とい
う。）が読み出される。タイミングチャートにおいて、
Ｇ電荷は、黒塗りの丸印で表される。

【００８２】垂直電荷転送電極１１−７（Ｖ２）下の垂
直電荷転送路５に蓄積されたＧ電荷は、垂直電荷転送電
極１１−８（Ｖ１）、第１転送電極Ｖａ、第２転送電極
Ｖｂに対して、順次Ｈｉｇｈ（８Ｖ程度）の電圧を印加
していくことにより、水平電荷転送路７に向けて転送さ
れる。

【００８３】垂直電荷転送電極１１−３（Ｖ６）下の垂
直電荷転送路５に蓄積されたＧ電荷は、垂直電荷転送電
極１１−４（Ｖ５）から垂直電荷転送電極１１−８（Ｖ
１）まで、第１転送電極Ｖａ、第２転送電極Ｖｂに対し
て、順次Ｈｉｇｈ（８Ｖ程度）の電圧を印加していくこ
とにより、垂直電荷転送路５内を水平電荷転送路７に向
けて転送される。

【００８４】垂直電荷転送路５から水平電荷転送路７に
転送されたＧ電荷は、水平電荷転送路７を２相駆動方式
により出力アンプ１７の方向に向けて転送する。出力ア
ンプ１７により増幅されたＧ信号は、外部回路に記憶さ
れる。

【００８５】次に、残りのＧ電荷を読み出す。

【００８６】図４に示すように、垂直電荷転送電極１１
−５（Ｖ４）と垂直電荷転送電極１１−１（Ｖ８）に読
み出し電圧として高い電圧を印加する。残りのＧ電荷が
垂直電荷転送路５に読み出される。

【００８７】以下、上記図３において説明した動作と同
様の動作により、Ｇ電荷を水平電荷転送路７まで転送す
る。

【００８８】水平電荷転送路７に転送されたＧ電荷は、
水平電荷転送路７を２相駆動方式により出力アンプ１７
の方向に向けて転送する。出力アンプ１７により増幅さ
れたＧ信号は、外部回路に記憶される。

【００８９】上記のＧ電荷の読み出しに関しては、水平
方向の全ての画素群ＰＧ（図１ではＰＧ１とＰＧ２）で
同じ動作となる。

【００９０】Ｂ電荷とＲ電荷を読み出す。

【００９１】図５に示すように、垂直電荷転送電極１１
−８（Ｖ１）と垂直電荷転送電極１１−３（Ｖ５）に読
み出し電圧として高い電圧を印加する。垂直電荷転送路
５ａにＲ電荷（黒塗りの四角印）が、垂直電荷転送路５
ｂにＢ電荷（斜線が引かれた四角印）が読み出される。

【００９２】以下、図３で説明した動作と同様に、Ｒ電
荷とＢ電荷とを外部回路に読み出す。

【００９３】図６に示すように、垂直電荷転送電極１１
−６（Ｖ３）と垂直電荷転送電極１１−２（Ｖ７）に読
み出し電圧として高い電圧を印加する。垂直電荷転送路
５ａにＢ電荷が、垂直電荷転送路５ｂにＲ電荷が読み出
される。

【００９４】上記の動作と同様の動作により、Ｂ電荷と
Ｒ電荷とを外部回路に読み出す。以上の動作により、全
画素読み出しが可能である。静止画を鮮明に再生するこ
とができる。

【００９５】垂直電荷転送電極に対して読み出しパルス
を印加して画素からの信号読み出しを行う際に、同時に
読み出しパルスを印加する垂直電荷転送電極１１は、垂
直方向に４電極分離れている。加えて、信号読み出し時
において、同じ１本の垂直電荷転送路５には、同色の画
素信号のみが読み出される。

【００９６】従って、読み出し時に同じ垂直電荷転送路
に異なるカラー信号が存在する場合に生じる転送電荷の
混合（混色）が防止される。転送電荷の混合が防止され
るため、本実施の形態による固体撮像素子では、静止画
像を再生する際に画像の劣化が起こりにくい。

【００９７】デジタルカメラのモニター画像のような動
画像を再生するビデオモードにおける画像信号の読み出
し方法について図７から図１２までに基づいて説明す
る。

【００９８】ビデオモードでは、全画素からの読み出し
を行わずに、８行で１組の画素列Ｑのうち２行から７行
までの特定の行に含まれる画素の電荷のみを読み出す。

【００９９】図７から図９までに、Ｖ１（電極１１−
８）及びＶ８（電極１１−１）、Ｖ４（電極１１−５）
及びＶ５（電極１１−４）にのみ読み出し電圧を印加し
て、間引き読み出しを行う方法を示す。

【０１００】図７に示すように、Ｖ８に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態でＶ８に高い正の電圧、例えば１
５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１０１】画素群ＰＧ１に含まれる垂直電荷転送路５
ａに、Ｇの信号が読み出される。Ｖ８（電極１１−１）
からＶ４（電極１１−５）までに順に正の電圧を印加す
ることで、Ｇの信号電荷を転送する。電極１１−５下の
垂直電荷転送路５ａにＧ信号に対応する電荷が蓄積され
る。

【０１０２】この状態、すなわちＶ４に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ４に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１０３】画素群ＰＧ１に含まれる垂直電荷転送路５
ａに、Ｒの信号が読み出される。電極１１−５下の垂直
電荷転送路５にＧ信号に対応する電荷が加算されて蓄積
される（信号ＧＧ）。

【０１０４】Ｖ４（電極１１−５）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＧＧ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１０５】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＧＧ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１０６】Ｖ１に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ１に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１０７】画素群ＰＧ１に含まれる垂直電荷転送路５
ａに、Ｒの信号が読み出される。Ｖ１（電極１０−８）
からＶ５（電極１１−４）までに順に正の電圧を印加す
ることで、Ｒの信号電荷を転送する。電極１１−４下の
垂直電荷転送路５にＲ信号に対応する電荷が蓄積され
る。

【０１０８】この状態、すなわちＶ５に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ５に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１０９】画素群ＰＧ１に含まれる垂直電荷転送路５
ａに、Ｒの信号が読み出される。電極１１−４下の垂直
電荷転送路５にＲ信号に対応する電荷が加算されて蓄積
される（信号ＲＲ）。

【０１１０】Ｖ４（電極１１−６）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＲＲ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１１１】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＲＲ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１１２】図８に画素群ＰＧ２に含まれる画素からの
電荷の読み出し方法を示す。

【０１１３】Ｖ１に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ１に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１１４】画素群ＰＧ２に含まれる垂直電荷転送路５
ｂに、Ｂの信号が読み出される。Ｖ１（電極１０−８）
からＶ５（電極１１−４）までに順に正の電圧を印加す
ることで、Ｂの信号電荷を転送する。電極１１−３下の
垂直電荷転送路５ｂにＢ信号に対応する電荷が蓄積され
る。

【０１１５】この状態、すなわちＶ５に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ５に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１１６】画素群ＰＧ２に含まれる垂直電荷転送路５
ｂに、Ｂの信号が読み出される。電極１１−４下の垂直
電荷転送路５ｂにＢ信号に対応する電荷が加算されて蓄
積される（信号ＢＢ）。

【０１１７】Ｖ５（電極１１−４）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＢＢ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１１８】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＢＢ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１１９】Ｖ８に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ８に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１２０】画素群ＰＧ２に含まれる垂直電荷転送路５
ｂに、Ｇの信号が読み出される。Ｖ８（電極１１−１）
からＶ４（電極１１−５）までに順に正の電圧を印加す
ることで、Ｇの信号電荷を転送する。電極１１−５下の
垂直電荷転送路５にＧ信号に対応する電荷が蓄積され
る。

【０１２１】この状態、すなわちＶ４に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ４に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１２２】画素群ＰＧ２に含まれる垂直電荷転送路５
ｂに、Ｇの信号が読み出される。電極１１−５下の垂直
電荷転送路５にＧ信号に対応する電荷が加算されて蓄積
される（信号ＧＧ）。

【０１２３】Ｖ４（電極１１−６）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＧＧ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１２４】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＧＧ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１２５】図９に、上記の読み出し方法によりフォト
ダイオードから垂直電荷転送路５ａ及び垂直電荷転送路
５ｂに読み出された電荷の色配置を示す。

【０１２６】垂直電荷転送路５ａのＶ１電極下にＲ電荷
が加算されたＲＲ電荷が蓄積される。垂直電荷転送路５
ａのＶ４電極下にＧ電荷が加算されたＧＧ電荷が蓄積さ
れる。

【０１２７】垂直電荷転送路５ｂのＶ１電極下にＢ電荷
が加算されたＢＢ電荷が蓄積される。垂直電荷転送路５
ｂのＶ４電極下にＧ電荷が加算されたＧＧ電荷が蓄積さ
れる。

【０１２８】同様の電荷が垂直電荷転送路５ａ、５ｂに
それぞれ蓄積される。

【０１２９】上記の固体撮像素子において、図７から図
９までにおいて説明したように、画素の間引き読み出し
を行うことにより、動画像を速やかに表示させることが
できる。

【０１３０】加えて、同色の信号を加算することによ
り、画像の感度が向上し鮮明な画像を得ることができ
る。

【０１３１】図１０から図１３までに、Ｖ２（電極１１
−７）及びＶ３（電極１１−６）、Ｖ６（電極１１−
３）及びＶ７（電極１１−２）にのみ読み出し電圧を印
加して、間引き読み出しを行う方法を示す。

【０１３２】図１０に示すように、Ｖ２に正の電圧、例
えば８Ｖを印加した状態でＶ２に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１３３】垂直電荷転送路５ａに、Ｇの信号が読み出
される。Ｖ２（電極１０−７）からＶ６（電極１１−
３）までに順に正の電圧を印加することでＧの信号電荷
を転送する。電極１１−３下の垂直電荷転送路５ａにＧ
信号に対応する電荷が蓄積される。

【０１３４】この状態、すなわちＶ６に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ６に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１３５】垂直電荷転送路５ａに、Ｇの信号が読み出
される。電極１１−３下の垂直電荷転送路５ａにＧ信号
に対応する電荷が加算されて蓄積される（信号ＧＧ）。

【０１３６】Ｖ６（電極１１−３）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＧＧ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１３７】電極Ｖａ、Ｖｂに正の電圧を印加すること
によりＧＧ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１３８】Ｖ７に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ７に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１３９】垂直電荷転送路５ａにＢの信号が読み出さ
れる。Ｖ７（電極１１−３）からＶ３（電極１１−６）
までに順に正の電圧を印加することで、Ｂの信号電荷を
転送する。電極１１−６下の垂直電荷転送路５ａにＢ信
号に対応する電荷が蓄積される。

【０１４０】この状態、すなわちＶ３に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ３に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１４１】垂直電荷転送路５ａにＢの信号が読み出さ
れる。電極１１−６下の垂直電荷転送路５ａにＢ信号に
対応する電荷が加算されて蓄積される。垂直電荷転送路
５ａにＢ信号に対応する電荷が加算されて蓄積される
（信号ＢＢ）。

【０１４２】Ｖ３（電極１１−６）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＢＢ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１４３】電極Ｖａ、Ｖｂに正の電圧を印加すること
によりＢＢ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１４４】図１１に第２フィールドの画素の読み出し
動作を示す。

【０１４５】Ｖ２に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ２に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１４６】画素群ＰＧ２に含まれる垂直電荷転送路５
ｂにＧの信号が読み出される。Ｖ２（電極１７−１）か
らＶ６（電極１１−３）までに順に正の電圧を印加する
ことで、Ｇの信号電荷を転送する。電極１１−３下の垂
直電荷転送路５ｂにＧ信号に対応する電荷が蓄積され
る。

【０１４７】この状態、すなわちＶ６に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ６に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１４８】垂直電荷転送路５ｂに、さらにＧの信号が
読み出される。電極１１−３下の垂直電荷転送路５ｂに
Ｇ信号に対応する電荷が加算されて蓄積される（信号Ｇ
Ｇ）。

【０１４９】Ｖ５（電極１１−３）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＧＧ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１５０】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＧＧ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１５１】Ｖ７に正の電圧、例えば８Ｖを印加した状
態でＶ７に高い正の電圧、例えば１５Ｖの読み出しパル
スを印加する。

【０１５２】垂直電荷転送路５ｂにＲの信号が読み出さ
れる。Ｖ７（電極１１−２）からＶ３（電極１１−６）
までに順に正の電圧を印加することで、Ｒの信号電荷を
転送する。電極１１−６下の垂直電荷転送路５ｂにＲ信
号に対応する電荷が蓄積される。

【０１５３】この状態、すなわちＶ３に正の電圧、例え
ば８Ｖを印加した状態で、Ｖ３に高い正の電圧、例えば
１５Ｖの読み出しパルスを印加する。

【０１５４】垂直電荷転送路５ｂに、さらにＲの信号が
読み出される。電極１１−６下の垂直電荷転送路５ｂに
Ｒ信号に対応する電荷が加算されて蓄積される（信号Ｒ
Ｒ）。

【０１５５】Ｖ３（電極１１−６）からＶ１（電極１１
−８）までに順に正の電圧を印加することで、ＲＲ信号
に対応する信号電荷を転送する。

【０１５６】電極１２に正の電圧を印加することにより
ＲＲ信号を水平電荷転送路７に転送する。

【０１５７】図１２に、上記の読み出し方法によりフォ
トダイオードから垂直電荷転送路５ａ及び垂直電荷転送
路５ｂに読み出された電荷の色配置を示す。

【０１５８】垂直電荷転送路５ａのＶ３電極下にＢ電荷
が加算されたＢＢ電荷が蓄積される。垂直電荷転送路５
ａのＶ６電極下にＧ電荷が加算されたＧＧ電荷が蓄積さ
れる。

【０１５９】垂直電荷転送路５ｂのＶ３電極下にＲ電荷
が加算されたＲＲ電荷が蓄積される。垂直電荷転送路５
ｂのＶ３電極下にＧ電荷が加算されたＧＧ電荷が蓄積さ
れる。

【０１６０】同様の電荷が他の垂直電荷転送路５ａ、５
ｂにもそれぞれ蓄積される。

【０１６１】上記の固体撮像素子において、図１０から
図１１までにおいて説明したように、画素の間引き読み
出しを行うことにより、動画像を速やかに表示させるこ
とができる。

【０１６２】加えて、同色の信号を加算することによ
り、画像の感度が向上し鮮明な画像を得ることができ
る。

【０１６３】尚、上記の固体撮像方法では、ＧＧ／ＲＧ
交互フィルタ配列の場合を示したが、別のカラーフィル
タの配列でも画素からの信号の読み出しは可能である。

【０１６４】間引き読み出し方法として、８本１組の垂
直電荷転送電極群のうち垂直方向に隣接する２本の電極
に読み出し電圧を印加して信号を読み出す方法について
説明したが、３本以上の垂直電荷転送電極に読み出し電
圧を印加する方法も可能である。

【０１６５】上記固体撮像素子においては、隣接する２
画素列の信号を１本の共有の垂直電荷転送路に読み出
す。垂直電荷転送路の加工精度を緩くすることができ
る。画素の大きさ、例えばフォトダイオードの寸法を相
対的に大きくすることができ、画素に蓄積される電荷の
量を大きくすることできる。別の観点からみると、垂直
電荷転送路の加工精度を同じとすれば、画素サイズを微
細化できる。

【０１６６】垂直電荷転送路に繋がる水平電荷転送路の
段数は、行方向に並ぶ画素に含まれるフォトダイオード
の数の１／２で良い。従って、水平電荷転送電極のピッ
チを大きくすることができ、水平電荷転送路を緩い加工
精度で加工することができる。固体撮像素子の製造歩留
まりを向上させることができる。

【０１６７】上記固体撮像素子において、本実施の形態
による読み出し方法を用いると、静止画像の全画素読み
出しが可能である。加えて、間引き読み出しを行うこと
も容易であるため、動画像を表示するモニター画像の読
み出し及び再生が容易にできる。

【０１６８】尚、本実施の形態による固体撮像素子にお
いては、画素の形状を略正方形の形状として説明した。
画素形状は正方形以外の形状でも良い。例えば、長方形
や正六角形の画素形状でも良い。

【０１６９】また、固体撮像素子に画素の色配置に関し
ては、カラー撮像を可能にする構成を有していれば良
い。３原色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））系の色配
置の他に、いわゆる補色タイプの色配置もある。

【０１７０】補色タイプの色フィルタアレイとしては、
例えば(i) 緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）
の各色フィルタからなるもの、(ii)シアン（Ｃｙ）、黄
（Ｙｅ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタか
らなるもの、(iii) シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍ
ｇ）、黄（Ｙｅ）および緑（Ｇ）の各色フィルタからな
るもの、および、(iv)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）、緑
（Ｇ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタから
なるもの、等が知られている。

【０１７１】原色系の色フィルタアレイにおける色フィ
ルタの配置パターンとしては、本実施の形態において例
示したＧストライプＲＢ完全市松型の配置の他に、ベイ
ヤー型、インターライン型、ＧストライプＲＢ市松型等
の色配置が用いられる。

【０１７２】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者には自明あろう。

【０１７３】

【発明の効果】固体撮像素子において、加工精度、特に
垂直転送路及び垂直転送電極の加工精度を緩くできる。
さらに、水平電荷転送路の加工精度も緩くできる。同じ
加工精度であれば、画素の高密度化が可能である。

【０１７４】製造歩留まりを向上させることが可能とな
る。固体撮像素子の信頼性をも高めることが可能とな
る。

【０１７５】固体撮像素子の読み出し方法によれば、静
止画像の全画素読み出しが可能である。加えて、間引き
読み出しを行うことも容易であるため、動画像を表示す
るモニター画像の読み出し及び再生が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による固体撮像素子の平
面図である。

【図２】上記の固体撮像素子の画素部の要部拡大図であ
り、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。

【図３】上記の固体撮像素子の静止画像を読み出し動作
を示すタイミングチャートである。

【図４】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示
すタイミングチャートである。

【図５】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示
すタイミングチャートである。

【図６】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示
すタイミングチャートである。

【図７】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動
作を示すタイミングチャートである。

【図８】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動
作を示すタイミングチャートである。

【図９】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動
作における垂直電荷転送路における色信号の配置を示す
図ある。

【図１０】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し
動作を示すタイミングチャートである。

【図１１】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し
動作を示すタイミングチャートである。

【図１２】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し
動作における垂直電荷転送路における色信号の配置を示
す図である。

【図１３】従来の固体撮像素子の平面図であり、主とし
て半導体領域内の構造を示す。

【図１４】従来の固体撮像素子の平面図であり、主とし
て電荷転送電極の構造を示す。

【符号の説明】

Ａ 固体撮像素子 Ｂ 表示部 ＥＧ 垂直電荷転送電極群 Ｐ１ 第１の画素列 Ｐ２ 第２の画素列 ＰＧ 画素列群 Ｑ１ 第１の画素行 Ｑ２ 第２の画素行 Ｖ１〜Ｖ８ 垂直転送電極への印加電圧 φ１、φ２ 水平転送電極への印加電圧 １ 半導体基板 ３ 画素 ３ａ 画素（緑色） ３ｂ 画素（青色） ３ｃ 画素（赤色） １１ 垂直電荷転送電極 １５ 水平電荷転送電極 １７ 出力アンプ ４１ フォトダイオード（光電変換素子） ４５ トランスファーゲート（読み出しゲート）

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月７日（２０００．４．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】図１３は、一般的なインターライン型ＣＣ
Ｄ固体撮像装置の平面図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】以上の動作により、Ｖ１に接続されている
行の画素からの電荷を読み出す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA13 CA03 DA13 DB01 DB06 DB09 DB11 FA01 FA06 FA43 GC08 GC09 GC14 GC15 5C065 AA01 AA03 BB42 DD03 EE10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元平面上に配列された複数の画素群
   であって、各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで
   整列配置された複数の画素を含む第１の画素列と該第１
   の画素列に対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１
   ／２画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第２の
   画素列とを含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣
   接する画素群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１
   ／２の位置に配置されている複数の画素群と、 水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第１の分
   離領域と、 各画素群の前記第１の画素列と前記第２の画素列との間
   を蛇行しつつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送路
   と、 前記第１の画素列に含まれ行方向に整列する一の画素行
   に含まれる画素と、前記第２の画素列に含まれ前記一画
   素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に
   含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の
   垂直電荷転送電極と、 該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する８本ごと
   の垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極
   に独立に電圧を印加する駆動回路と、 複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電
   荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に
   転送する水平電荷転送路と、 該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路か
   らの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含む
   固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記第１の画素列に含まれる画素は光電
   変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、 前記第２の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤
   色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィ
   ルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、
   複数の前記第２の画素列に含まれる赤色画素と青色画素
   とが水平方向に交互に配置されている請求項１に記載の
   固体撮像素子。
3. 【請求項３】 二次元平面上に配列された複数の画素群
   であって、各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで
   整列配置された複数の画素を含む第１の画素列と該第１
   の画素列に対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１
   ／２画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第２の
   画素列とを含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣
   接する画素群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１
   ／２の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向
   に隣接する画素群対の間に形成された第１の分離領域
   と、各画素群の前記第１の画素列と前記第２の画素列と
   の間を蛇行しつつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送
   路と、前記第１の画素列に含まれ、行方向に整列する一
   の画素行に含まれる画素と、前記第２の画素列に含ま
   れ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する
   二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に
   延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極
   のうち垂直方向に隣接する８本ごとの垂直電荷転送電極
   の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加
   する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設
   けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けて
   これを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電
   荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷
   を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第
   １の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィル
   タとを含む緑色画素であり、前記第２の画素列に含まれ
   る画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画
   素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが
   垂直方向に交互に配置され、複数の前記第２の画素列に
   含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置
   されている固体撮像素子の読み出し方法であって、 ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極に対して同一
   の垂直電荷転送路には同じ色に対応する電荷のみを読み
   出す読み出し電圧を印加して垂直電荷転送路へ電荷を読
   み出す工程と、 ｂ）前記垂直電荷転送路に読み出された電荷を前記水平
   電荷転送路に向けて転送する工程と、 ｃ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力ア
   ンプに向けて転送する工程と、 ｄ）前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプに
   より増幅し外部に出力する工程と、 異なる行の画素について前記ａ）からｄ）までの工程を
   順次繰り返し、前記画素からの電荷を全て読み出す工程
   とを含む固体撮像素子の制御方法。
4. 【請求項４】 二次元平面上に配列された複数の画素群
   であって、各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで
   整列配置された複数の画素を含む第１の画素列と該第１
   の画素列に対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１
   ／２画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第２の
   画素列とを含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣
   接する画素群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１
   ／２の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向
   に隣接する画素群対の間に形成された第１の分離領域
   と、各画素群の前記第１の画素列と前記第２の画素列と
   の間を蛇行しつつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送
   路と、前記第１の画素列に含まれ、行方向に整列する一
   の画素行に含まれる画素と、前記第２の画素列に含ま
   れ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する
   二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に
   延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極
   のうち垂直方向に隣接した８本ごとの垂直電荷転送電極
   の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加
   する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設
   けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けて
   これを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電
   荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷
   を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第
   １の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィル
   タとを含む緑色画素であり、前記第２の画素列に含まれ
   る画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画
   素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが
   垂直方向に交互に配置され、複数の前記第２の画素列に
   含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置
   されている固体撮像素子の間引き読み出し方法であっ
   て、 ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極のうち垂直方
   向に隣接する２本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を
   印加する工程と、 ｂ）前記垂直電荷転送路に読み出された電荷をまとめて
   転送する工程と、 ｃ）前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて
   電荷を転送する工程と、 ｄ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力ア
   ンプに向けて転送する工程と、 ｅ）前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプに
   より増幅し外部に出力する工程とを含む固体撮像素子の
   制御方法。
5. 【請求項５】 二次元平面上に配列された複数の画素群
   であって、各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで
   整列配置された複数の画素を含む第１の画素列と該第１
   の画素列に対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１
   ／２画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第２の
   画素列とを含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣
   接する画素群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１
   ／２の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向
   に隣接する画素群対の間に形成された第１の分離領域
   と、各画素群の前記第１の画素列と前記第２の画素列と
   の間を蛇行しつつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送
   路と、前記第１の画素列に含まれ、行方向に整列する一
   の画素行に含まれる画素と、前記第２の画素列に含ま
   れ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する
   二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に
   延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極
   のうち垂直方向に隣接した８本ごとの垂直電荷転送電極
   の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加
   する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設
   けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けて
   これを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電
   荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷
   を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第
   １の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィル
   タとを含む緑色画素であり、前記第２の画素列に含まれ
   る画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画
   素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが
   垂直方向に交互に配置され、複数の前記第２の画素列に
   含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置
   されている固体撮像素子の間引き読み出し方法であっ
   て、 ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極のうち垂直方
   向に隣接せず前記第１の画素列から１、前記第２の画素
   列から１の２つの画素列の画素に対応する２本の垂直電
   荷転送電極に読み出し電圧を印加する工程と、 ｂ）読み出された電荷と同色の信号を読み出すことがで
   きる画素行まで前記ａ）工程で読み出された電荷を前記
   垂直電荷転送路内で転送する工程と、 ｃ）前記ｂ）の工程の後に、前記同色の信号を読み出す
   ことにより電荷を加算する工程と、 ｄ）前記ｃ）工程において加算された電荷を、前記垂直
   電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて転送する工程
   と、 ｅ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力ア
   ンプに向けて転送する工程と、 ｆ）前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプに
   より増幅し外部に出力する工程とを含む 固体撮像素子の制御方法。
6. 【請求項６】 二次元平面上に配列された複数の画素群
   であって、各画素群は、垂直方向に第１の画素ピッチで
   整列配置された複数の画素を含む第１の画素列と該第１
   の画素列に対して垂直方向に前記第１の画素ピッチの１
   ／２画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第２の
   画素列とを含み、第２の画素列は、水平方向に関し、隣
   接する画素群の第１の画素列間の第２の画素ピッチの１
   ／２の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向
   に隣接する画素群対の間に形成された第１の分離領域
   と、各画素群の前記第１の画素列と前記第２の画素列と
   の間を蛇行しつつ垂直方向に延びる１本の垂直電荷転送
   路と、前記第１の画素列に含まれ、行方向に整列する一
   の画素行に含まれる画素と、前記第２の画素列に含ま
   れ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する
   二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に
   延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極
   のうち垂直方向に隣接した８本ごとの垂直電荷転送電極
   の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加
   する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設
   けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けて
   これを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電
   荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷
   を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第
   １の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィル
   タとを含む緑色画素であり、前記第２の画素列に含まれ
   る画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画
   素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが
   垂直方向に交互に配置され、複数の前記第２の画素列に
   含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置
   されている固体撮像素子の読み出し方法であって、 静止画像を読み出す際には、 Ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極に対して同一
   の垂直電荷転送路からは同じ色に対応する電荷のみを読
   み出す読み出し電圧を印加して前記光電変換素子から前
   記垂直電荷転送路へ電荷を読み出す工程と、 Ｂ）前記垂直電荷転送路に読み出された電荷を前記水平
   電荷転送路に向けて転送する工程と、 Ｃ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力ア
   ンプに向けて転送する工程と、 Ｄ）前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプに
   より増幅し外部に出力する工程と、 異なる行の画素について前記Ａ）からＤ）までの工程を
   順次繰り返し、前記画素からの電荷を全て読み出す工程
   と動画を読み出す際には、 ａ）第１から第８までの垂直電荷転送電極のうち垂直方
   向に隣接する２本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を
   印加する工程と、 ｂ）前記垂直電荷転送路に読み出された電荷をまとめて
   転送する工程と、 ｃ）前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて
   電荷を転送する工程と、 ｄ）前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力ア
   ンプに向けて転送する工程と、 ｅ）前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプに
   より増幅し外部に出力する工程とを含む 固体撮像素子の制御方法。