JP2002076319A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JP2002076319A JP2000257464A JP2000257464A JP2002076319A JP 2002076319 A JP2002076319 A JP 2002076319A JP 2000257464 A JP2000257464 A JP 2000257464A JP 2000257464 A JP2000257464 A JP 2000257464A JP 2002076319 A JP2002076319 A JP 2002076319A
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shunt
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝搬遅延を抑制し、かつ駆動周波数を低減す
ることにより、多画素化や大画面化を図ることができる
固体撮像素子を提供する。 【解決手段】 画素がマトリクス状に配置され、各画素
列毎に蓄積された信号電荷を転送する垂直転送レジスタ
３が設けられ、この垂直転送レジスタ３の転送電極にシ
ャント配線４が接続され、このシャント配線４が垂直転
送レジスタ３と交差する方向に伸びて撮像領域２外のバ
スライン５に接続されている固体撮像素子１を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、転送レジスタに接
続してシャント配線を形成して成る固体撮像素子に係わ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば撮像サイズが２／３型（２／３イ
ンチ）またはそれ以上である固体撮像素子や、フレーム
レートが例えばＨＤ／ＳＤ規格（１／３０秒、１／６０
秒）のように高い固体撮像素子、さらには高速フレーム
シフト動作のあるＦＩＴ構造のＣＣＤ固体撮像素子等で
は、垂直転送クロックの伝搬遅延を抑制する目的でシャ
ント配線を設けている。
【０００３】このシャント配線を設けた固体撮像素子の
基本構造は、撮像領域に対して水平転送レジスタとは反
対側にシャントバスラインを配置して、このバスライン
からシャント配線を各画素列に平行に延ばすようにして
いる。このようにして各画素列に対してシャント配線が
設けられるようにしている。
【０００４】従来のシャント配線を設けたＣＣＤ固体撮
像素子の概略構成図（平面図）を図４に示す。このＣＣ
Ｄ固体撮像素子５１は、撮像領域５２内にマトリクス状
に配置されたセンサから成る画素（図５参照）の各列に
対応して垂直方向に伸びる垂直転送レジスタ５３が設け
られ、この垂直転送レジスタ５３の端部に接続して撮像
領域５２の図中下部に水平転送レジスタ５６が設けられ
ている。水平転送レジスタ５６には出力バッファ５７が
接続されている。これにより、信号電荷は矢印で示すよ
うに、垂直転送レジスタ５３では下方に転送されて、水
平転送レジスタ５６に送られる。そして、水平転送レジ
スタ５６では左に転送されて出力バッファ５７を経て出
力される。
【０００５】撮像領域５２の図中上部にはシャント配線
５４用バスライン５５が配置され、このバスライン５５
からシャント配線５４が垂直転送レジスタ５３と平行に
下方へ伸びている。バスライン５５は、四角形のループ
形状の４本の配線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４から構成され
ている。これらバスライン５５の各配線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，Ｂ４には、それぞれ第１相〜第４相の駆動パルスφ
Ｖ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加される。また、バ
スライン５５は、シャント配線５４を介して、該当する
駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４を印加する
垂直転送レジスタ５３の転送電極に接続される。
【０００６】このループ状のバスライン５５の撮像領域
５２側（下側）にシャント配線５４が接続され、反対の
上側には外部から駆動パルスφＶ１〜φＶ４を印加する
ためのパッド５８の配線が接続されている。
【０００７】また、図５に図４のＣＣＤ固体撮像素子５
１の撮像領域の拡大図を示す。シャント配線５４は、多
結晶シリコンから成る転送電極６１（６１Ａ，６１Ｂ）
に、多結晶シリコンから成るバッファ配線（緩衝配線）
６２を介して接続されている。このバッファ配線６２
は、上層のシャント配線５４と下層の転送電極６１の間
に配置され、シャント配線５４を裏打ちするように、シ
ャント配線５４と平行に垂直方向に伸びるように配置さ
れている。そして、バッファ配線６２は、コンタクト部
６３を介して所定の転送電極６１即ち第１層の転送電極
６１Ａ或いは第２層の転送電極６１Ｂに、コンタクト部
６４を介して所定のシャント配線５４に、それぞれ電気
的に接続される。
【０００８】バッファ配線６２を設けたことにより、転
送電極６１とシャント配線５４とを直接接続させた場合
に発生する、垂直転送レジスタ５３のチャネルのポテン
シャルが変化する現象を防止することができる。
【０００９】そして、アルミやタングステン等の高融点
金属から成るシャント配線５４を設けることにより、垂
直転送レジスタ５３の転送のための配線抵抗を低抵抗化
して、垂直転送レジスタ５３における伝搬遅延を抑制す
ることができるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、今後必要と
なる固体撮像素子、例えば１０００万画素等の多画素や
３５ｍｍ以上の大画面のＣＣＤ固体撮像素子において
は、上述の垂直方向のシャント配線５４を設けただけで
は伝搬遅延を抑制することが難しくなる。
【００１１】また、多画素化した場合に、全ての信号を
１つの出力から取り出すには、非常に高い水平駆動周波
数を必要とするため、技術的に実現が不可能となる。
【００１２】そこで、画面（撮像領域）を分割し、分割
出力（多チャンネル出力）で信号を取り出すことによ
り、駆動周波数を下げる方法が考えられる。
【００１３】しかしながら、現在使われている垂直方向
のシャント配線５４の構造では、図４に示したように撮
像領域５２の図中上側にバスライン５５が配置されてい
るため、水平転送レジスタ５６は撮像領域５２の図中下
側にしか設けられない。このため、画面分割をする場合
には、図６に示すように撮像領域を左右２つの領域５２
Ｌ，５２Ｒに分けることに限定される。この場合、水平
転送レジスタ５６を左右に２分割して、２つの水平転送
手ジスタ５６Ｌ，５６Ｒとして、それぞれに出力バッフ
ァ５７Ｌ，５７Ｒを設けて左右に出力する構成とする。
バスライン５５も２つの領域５２Ｌ，５２Ｒにそれぞれ
設けて、各領域５２Ｌ，５２Ｒのシャント配線５４を接
続するようにする。
【００１４】従って、２つの出力を得るのが限界であ
り、駆動周波数を半分程度に低減するに留まってしま
う。
【００１５】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、伝搬遅延を抑制し、かつ駆動周波数を低減する
ことにより、多画素化や大画面化を図ることができる固
体撮像素子を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、画素がマトリクス状に配置され、各画素列毎に蓄積
された信号電荷を転送する垂直転送レジスタが設けら
れ、この垂直転送レジスタの転送電極にシャント配線が
接続され、このシャント配線が垂直転送レジスタと交差
する方向に伸びて撮像領域外のバスラインに接続されて
いるものである。
【００１７】上述の本発明の構成によれば、シャント配
線が垂直転送レジスタと交差する方向に伸びていること
により、シャント配線に接続されるバスラインは垂直転
送レジスタの端部に接続される水平転送レジスタとは別
の位置に配置される。従って、例えば撮像領域の左右に
それぞれバスラインを、撮像領域の上下にそれぞれ水平
転送レジスタを設けることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は、画素がマトリクス状に
配置され、各画素列毎に蓄積された信号電荷を転送する
垂直転送レジスタが設けられ、垂直転送レジスタの転送
電極にシャント配線が接続され、シャント配線が垂直転
送レジスタと交差する方向に伸びて撮像領域外のバスラ
インに接続されている固体撮像素子である。
【００１９】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、シャント配線が、画素間上に配置されている構成と
する。
【００２０】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、垂直転送レジスタが２分割され、２分割された垂直
転送レジスタの端部に接続してそれぞれ水平転送レジス
タが設けられた構成とする。
【００２１】図１は本発明の一実施の形態として固体撮
像素子の概略構成図（平面図）を示す。また、図１の固
体撮像素子の撮像領域の拡大図を図２に示す。尚、図１
では画素を構成するセンサの図示は省略している。この
固体撮像素子１は、図２に示すようにセンサ１０から成
る画素がマトリクス状に配置され、画素１０の各列に対
応して蓄積された信号電荷を転送する垂直転送レジスタ
３が設けられている。
【００２２】特に本実施の形態においては、垂直転送レ
ジスタ３の伝搬遅延を抑制するためのシャント配線４
が、図中上下方向の垂直転送レジスタ３に交差する図中
水平方向に伸びて形成されている。このシャント配線４
は、アルミ配線或いはタングステン等の高融点金属の配
線により形成される。シャント配線４を設けたことによ
り、垂直転送レジスタ３の転送用の配線の低抵抗化を図
り、垂直転送レジスタ３における伝搬遅延を抑制するこ
とができる。
【００２３】そして、シャント配線４用のバスライン５
は、水平方向の撮像領域２外に配置されている。
【００２４】さらに本実施の形態では、撮像領域２をそ
のほぼ中央で上下左右に４分割しており、これに伴って
シャント配線４を左右に分割し、垂直転送レジスタ３を
上下に分割している。そして、４分割された撮像領域２
のそれぞれに対して、シャント配線４用のバスライン５
と、水平転送レジスタ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄと出力バ
ッファ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを設けている。
【００２５】これにより、撮像領域２の上半分の２つの
領域２Ａ，２Ｃでは、信号電荷が垂直転送レジスタ３内
で図中上方に転送され、撮像領域２の上にある水平転送
レジスタ６Ａ，６Ｃに送られる。一方、撮像領域２の下
半分の２つの領域２Ｂ，２Ｄでは、信号電荷が垂直転送
レジスタ３内で図中下方に転送され、撮像領域２の下に
ある水平転送レジスタ６Ｂ，６Ｄに送られる。
【００２６】左側の水平転送レジスタ６Ａ，６Ｂでは、
信号電荷が図１中左方向に転送され、右側の水平転送レ
ジスタ６Ｃ，６Ｄでは、信号電荷が図１中右方向に転送
される。これにより、各水平転送レジスタ６Ａ，６Ｂ，
６Ｃ，６Ｄに送られた信号電荷は、それぞれ出力バッフ
ァ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを経て出力される。従って、
４チャンネルの出力を得ることができる。
【００２７】シャント配線４のバスライン５は、撮像領
域２外の左右の位置に、撮像領域２の４分割された各領
域２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応して左右２カ所ずつ合
計４カ所設けられている。
【００２８】このバスライン５は、図４及び図６と同様
の四角形のループ形状の４本の配線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，
Ｂ４から構成されている。一番外側の配線Ｂ１には第１
相の駆動パルスφＶ１が印加され、その内側の配線Ｂ２
には第２相の駆動パルスφＶ２が印加され、その内側の
配線Ｂ３には第３相の駆動パルスφＶ３が印加され、最
も内側の配線Ｂ４には第４相の駆動パルスφＶ４が印加
される。これらバスライン５の各配線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，Ｂ４は、シャント配線４を介して、該当する駆動パ
ルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４を印加する垂直転
送レジスタ３の転送電極に接続される。
【００２９】このループ状のバスライン５の撮像領域２
側にシャント配線４が接続され、反対側には外部から駆
動パルスφＶ１〜φＶ４を印加するためのパッド８の配
線が接続されている。
【００３０】図２に示すように、水平方向に伸びるシャ
ント配線４は、垂直転送レジスタ３と交差すると共に、
センサ１０上にかからないように、垂直方向に隣接する
画素のセンサ１０間を通るように配置されている。
【００３１】また、シャント配線４は、コンタクト部１
４により多結晶シリコン層から成るバッファ配線（緩衝
配線）１２に電気的に接続されている。このバッファ配
線１２は、垂直転送レジスタ３と同じく垂直方向に伸び
て形成される。バッファ配線１２は、さらにコンタクト
部１３により所定の転送電極１１即ち第１層の転送電極
１１Ａ或いは第２層の転送電極１１Ｂに電気的に接続さ
れる。
【００３２】これにより、バッファ配線１２を介して、
シャント配線４と転送電極１１とが電気的に接続され
る。シャント配線４と転送電極１１とが直接接続された
構成とすると、垂直転送レジスタ３のチャネルのポテン
シャルが変化することがある。即ちシャント配線４によ
り駆動パルスを印加したとき、そのシャント配線４と接
続されてない方の転送電極１１との間で容量結合が生じ
て、転送電極１１下のポテンシャルが変化してしまう。
バッファ配線１２を設けていることにより、このポテン
シャルが変化する現象を防止することができる。
【００３３】そして、第１相の駆動パルスφＶ１は第１
層の転送電極１１Ａに供給され、第２相の駆動パルスφ
Ｖ２は第２層の転送電極１１Ｂに供給され、第３相の駆
動パルスφＶ３は第１層の転送電極１１Ａに供給され、
第４相の駆動パルスφＶ４は第２層の転送電極１１Ｂに
供給される。従って、転送電極１１（１１Ａ，１１Ｂ）
から構成される垂直転送レジスタ３において４相駆動の
転送がなされる。
【００３４】さらに、図２のＡ−Ａ´における断面図を
図３に示す。バッファ配線１２は、絶縁膜１６を介して
転送電極１１Ａ，１１Ｂの上方にあり、コンタクト部１
３を介して所定の転送電極１１（この図では左下の第２
層の転送電極１１Ｂ）に接続されている。シャント配線
４は、絶縁膜１７を介してバッファ配線１２の上方にあ
り、バッファ配線１２と所定（この図では左側）のシャ
ント配線４とがコンタクト部１４を介して接続されてい
る。
【００３５】また、シャント配線４の上には、絶縁膜１
８を介してアルミ膜やタングステン膜による遮光膜１５
が形成されている。この遮光膜１５は、図示しないがセ
ンサ１０上には開口を有している。
【００３６】本実施の形態では、シャント配線４が水平
方向に伸びて、センサ１０の間を通るように形成されて
いるため、図３に示すように垂直方向には一部分にのみ
形成されている。このため、シャント配線４のない部
分、即ちセンサ１０の横に当たる部分では、遮光膜１５
が低く形成されており、垂直方向にシャント配線を形成
した従来の場合より低く形成される。従って、センサ１
０上の遮光膜１５の開口の面積が同じとすると、遮光膜
１５が低くなったことから、センサ１０に斜めに入射す
る光を増やすことができ、感度を向上させることができ
る利点を有する。
【００３７】尚、本実施の形態では、各バスライン５が
長方形のループ状となっているが、シャント配線４及び
パッド８の配線とバスライン５とのコンタクトが無理な
く取れる構成であれば、ループ状に限らずその他の形状
としてもよい。
【００３８】上述の本実施の形態によれば、シャント配
線４を垂直転送レジスタ３と交差する水平方向に伸ばし
て形成したことにより、シャント配線４のバスライン５
を撮像領域２の左右に配置することができ、即ち垂直転
送レジスタ３の端部に接続される水平転送レジスタ６
Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとは別の位置に配置することがで
きる。
【００３９】従って、水平転送レジスタ６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄを撮像領域２の下だけでなく、上側にも設ける
ことができる。これにより、撮像領域２を上下に分割
し、上下に水平転送レジスタ６Ａ，６Ｃ及び６Ｂ，６Ｄ
を設けてそれぞれ出力することが可能になる。
【００４０】本実施の形態では、さらに撮像領域２を左
右にも分割して合計４分割し、撮像領域２を４分割した
各領域２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応してそれぞれ水平
転送レジスタ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び出力バッファ
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを設けたことにより、４チャン
ネルの出力を得ることができる。従って、駆動周波数を
約１／４に大幅に低減することが可能になる。
【００４１】また、シャント配線４が水平方向に伸びる
シャント配線４を垂直方向のセンサ１０の間に配置した
ことにより、センサ１０の横にはシャント配線４がない
ので、シャント配線４のさらに上に形成される遮光膜１
５の高さをセンサ１０の横では低くすることができる。
これにより、従来の垂直方向のシャント配線の場合と比
較して、センサ１０の横での遮光膜１５の高さを低くす
ることができるため、センサ１０に斜めに入射する光を
増やして感度を向上させることが可能になる。
【００４２】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。
【００４３】
【発明の効果】上述の本発明によれば、シャント配線が
垂直転送レジスタと交差する方向に伸びていることによ
り、シャント配線に接続されるバスラインは垂直転送レ
ジスタの端部に接続される水平転送レジスタとは別の位
置に配置される。これにより、撮像領域の両側にそれぞ
れ水平転送レジスタを設けることが可能になり、従来の
水平転送レジスタが片側だけに設けられていた場合と比
較して、出力のチャンネルを増やすことができる。
【００４４】従って本発明により、シャント配線により
伝搬遅延を抑制すると共に、出力のチャンネルを増やし
て駆動周波数を低減することができ、固体撮像素子の多
画素化や大画面化を図ることができる。
【００４５】また、シャント配線を画素間上に配置する
構成としたときには、画素の横にはシャント配線がない
分、その上に形成される遮光膜を低くすることができ、
感度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構
成図（平面図）である。
【図２】図１の固体撮像素子の撮像領域の拡大図であ
る。
【図３】図２のＡ−Ａ´における断面図である。
【図４】従来のシャント配線を設けたＣＣＤ固体撮像素
子の概略構成図（平面図）である。
【図５】図４のＣＣＤ固体撮像素子の撮像領域の拡大図
である。
【図６】従来のシャント配線を設けた構成において、分
割出力とした場合のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図
（平面図）である。
【符号の説明】
１ 固体撮像素子、２ 撮像領域、３ 垂直転送レジス
タ、４ シャント配線、５，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４
バスライン、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 水平転送レジス
タ、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 出力バッファ、８ パッ
ド、１０ センサ、１１，１１Ａ，１１Ｂ 転送電極、
１２ バッファ配線（緩衝配線）、１３，１４ コンタ
クト部、１５ 遮光膜、１６，１７，１８ 絶縁膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画素がマトリクス状に配置され、各画素
    列毎に蓄積された信号電荷を転送する垂直転送レジスタ
    が設けられ、 上記垂直転送レジスタの転送電極にシャント配線が接続
    され、 上記シャント配線が、上記垂直転送レジスタと交差する
    方向に伸びて撮像領域外のバスラインに接続されている
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】 上記シャント配線が、上記画素間上に配
    置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮
    像素子。
  3. 【請求項３】 上記垂直転送レジスタが２分割され、２
    分割された垂直転送レジスタの端部に接続してそれぞれ
    水平転送レジスタが設けられたことを特徴とする請求項
    １に記載の固体撮像素子。
JP2000257464A 2000-08-28 2000-08-28 固体撮像素子 Pending JP2002076319A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000257464A JP2002076319A (ja) 2000-08-28 2000-08-28 固体撮像素子
US09/939,365 US20020024066A1 (en) 2000-08-28 2001-08-24 Solid-state image pickup device

Applications Claiming Priority (1)

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JP2000257464A JP2002076319A (ja) 2000-08-28 2000-08-28 固体撮像素子

Publications (2)

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