JP2005166826A - Solid-state imaging apparatus and camera including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device that converts received light into an electrical signal and outputs it as a video signal.
従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置が知られており、この固体撮像装置から得た映像信号を静止画像として表示するデジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像装置を用いたカメラは、画質および機能の更なる向上が要望され、画質の高密度化が進んでいる。
このような固体撮像装置において、映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、従来から提案されている。例えば特許文献1には、水平方向3画素を1ブロックとして、各ブロックにおける中央画素を除く2画素(両端の2画素)の信号電荷を固体撮像装置内で混合すると共に、ブロック中央の1画素の信号電荷を、隣接するブロックの中央の1画素の信号電荷と混合することにより、固体撮像装置からの出力映像信号における水平方向の画素数を削減する駆動方法が開示されている。
In such a solid-state imaging device, in order to improve the output speed of the video signal, a driving method that reduces the number of pixels in the output video signal by thinning out pixels from which signal charges are read has been proposed. For example, in
しかしながら、間引き等により通常の1/3の周波数でサンプリングする場合、ナイキスト周波数1/3Fを境に高域成分が折り返されるため、(2/3)Fの成分がDC成分に加わるが、上述した従来の駆動方法による固体撮像装置では、図11の水平空間周波数応答を示すグラフのg1にあるように、サンプリング周波数の3分の2の成分が0ではない。これにより、モワレの発生や、偽信号の発生等により、出力映像信号の画質が劣化するという問題を有している。
However, when sampling at the normal 1/3 frequency by thinning out or the like, the high frequency component is folded back at the Nyquist
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、水平方向の画素数を削減でき、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such problems, the present invention has an object to provide a solid-state imaging device that can reduce the number of pixels in the horizontal direction and can output a high-quality video signal at high speed without generating moire or false signals. To do.
本発明者らは、上記状況に鑑み、水平方向の画素数を削減できる固体撮像装置であって、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を実現する技術として、公開されていないが特願2002−328868号に記載の技術を既に提案している。
図1(a)は上記特願2002−328868号に示される固体撮像装置の概略構成図であり、図1(b)は画素部300から水平転送部120への信号電荷の読み出しを制御するための列方向に独立の駆動電極を有する振り分け転送部130の概略構成図である。
In view of the above circumstances, the present inventors have realized a solid-state imaging device capable of reducing the number of pixels in the horizontal direction, and capable of outputting a high-quality video signal at high speed without causing moire or false signals. Although not disclosed, the technology described in Japanese Patent Application No. 2002-328868 has already been proposed.
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-328868. FIG. 1B is a diagram for controlling reading of signal charges from the
上記特願2002−328868号に示される固体撮像装置は、図1(a)に示されるように、画素に対応して2次元状に配列され、赤(R)、緑(G)および青(B)の3色のカラーフィルタがそれぞれ配置された複数の光電変換部100と、駆動電極V1〜V6、V3R、V3L、V5RおよびV5Lを具備するCCD(Charge Coupled Device)により構成され、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lの印加に応じて光電変換部100で生成した信号電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部110と、駆動電極H1およびH2を具備するCCDにより構成され、駆動パルスφH1およびφH2の印加に応じて信号電荷を行方向に転送する水平転送部120と、複数の光電変換部100および垂直転送部110が形成されてなる撮像部140と水平転送部120との間に配設され、画素部300から水平転送部120への信号電荷の読み出しを制御する列方向に独立の駆動電極が形成された振り分け転送部130とからなる。
As shown in FIG. 1A, the solid-state imaging device shown in the above Japanese Patent Application No. 2002-328868 is two-dimensionally arranged corresponding to pixels, and is red (R), green (G) and blue ( B) a plurality of
図1(b)に示されるように、振り分け転送部130の垂直転送部110は、2n+1(nは1以上の整数)列毎に同じ電極構造を有し、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが印加される駆動電極V1〜V6、V3R、V3L、V5RおよびV5Lを具備するCCDから構成される。ここで、駆動電極V1、V2、V4およびV6は全列にわたる共通電極であり、駆動電極V3、V3R、V3L、V5、V5RおよびV5Lは各列において島状に分離した独立電極であり、振り分け転送部130は、垂直転送部110から水平転送部120への信号電荷の読み出しを列毎に独立に制御する。
As shown in FIG. 1B, the
上記のような構成を有する固体撮像装置において、図2に示されるタイミングチャートに従って、垂直転送部110、水平転送部120および振り分け転送部130に各駆動パルスを印加し、駆動することにより、水平方向に3画素の信号電荷が混合される。なお、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが高レベルの場合、駆動パルスが印加された駆動電極はストレージ部となり、また、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが高レベルの場合、駆動パルスが印加された駆動電極はバリア部となる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the driving pulses are applied to the
以上のような構成を有する固体撮像装置によれば、画素混合において信号電荷が捨てられないので、感度が高い映像信号を得ることができる。また、水平転送部において各混合画素群の重心は等間隔を有することとなるので、図11の水平空間周波数応答を示すグラフのg2にあるように、2/3Fの成分が0となり、DCへの折り返し成分はほとんど無くなり、モワレや偽信号が少ない画像信号を得ることができる。 According to the solid-state imaging device having the above-described configuration, since signal charges are not discarded in pixel mixing, a video signal with high sensitivity can be obtained. Further, since the center of gravity of each mixed pixel group has an equal interval in the horizontal transfer unit, the 2 / 3F component becomes 0 as shown in g2 of the graph showing the horizontal spatial frequency response in FIG. Is almost eliminated, and an image signal with little moire and false signals can be obtained.
なお、上記において2n+1列毎周期で同じ電極構造を有する電極構造で説明を行なったが、2n(nは1以上の整数)列毎周期でも画素混合は実現可能である。ただし、モワレや偽信号は大きくなる。
ところが、上記固体撮像装置において、振り分け転送部130は複数の独立の駆動電極を具備するために、従来の図12に示されるような配線レイアウト、つまり、遮光のために水平転送部120をアルミニウムで、振り分け転送部130および撮像部140からなる画素部1200をタングステンで覆い、独立電極V3、V3R、V3L、V5、V5RおよびV5Lと接続される配線を画素部1200の横から水平方向に形成するレイアウトでは、画素部1200と水平転送部120との間の距離が短いために、上記固体撮像装置を実現することが困難であり、新たな配線レイアウトが必要となる。
In the above description, the electrode structure having the same electrode structure with a cycle of 2n + 1 columns has been described. However, pixel mixing can be realized with a cycle of 2n (n is an integer of 1 or more) columns. However, moire and false signals become large.
However, in the solid-state imaging device, since the
以上の知見に基づき、本発明者らは固体撮像装置の振り分け転送部における配線レイアウトについて精査し、本発明に至った。上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、信号電荷を生成し、前記信号電荷を列方向に転送する画素部と、前記画素部から前記信号電荷を受け取り行方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像装置であって、前記画素部は、前記画素部から水平転送部への信号電荷の読み出しを制御するための列方向に独立の駆動電極を複数具備し、前記駆動電極に接続される第1の配線は、前記水平転送部上に形成されることを特徴とする。ここで、前記水平転送部上には、第1の遮光層が形成されており、前記水平転送部は、前記第1の配線および前記第1の遮光層により遮光されてもよい。 Based on the above knowledge, the present inventors have scrutinized the wiring layout in the distribution transfer unit of the solid-state imaging device, and have reached the present invention. In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention generates a signal charge, transfers a signal charge in a column direction, and receives a signal charge from the pixel part and transfers the signal charge in a row direction. A solid-state imaging device including a transfer unit, wherein the pixel unit includes a plurality of independent drive electrodes in a column direction for controlling readout of signal charges from the pixel unit to a horizontal transfer unit, and the drive electrodes The first wiring connected to is formed on the horizontal transfer portion. Here, a first light shielding layer may be formed on the horizontal transfer unit, and the horizontal transfer unit may be shielded from light by the first wiring and the first light shielding layer.
これによって、画素部と水平転送部との間の距離に関係無く、独立電極の配線を形成することができるので、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置の実現を容易にする固体撮像装置の配線レイアウトを実現することができる。
また、前記駆動電極および前記第1の配線は、それぞれ異なる層に形成されており、前記画素部は、前記駆動電極の層と前記第1の配線の層とを垂直に接続する第1のプラグを有し、前記駆動電極の層および前記第1の配線の層の下層には、第1の平坦電極が形成され、前記第1の平坦電極は、前記第1のプラグ下において、前記第1のプラグの底面よりも大きな面積を有してもよい。ここで、前記駆動電極および前記第1の平坦電極は、それぞれ異なるポリシリコン層であってもよい。
As a result, independent electrode wiring can be formed regardless of the distance between the pixel portion and the horizontal transfer portion, so that the number of pixels in the horizontal direction can be reduced and high quality without causing moire or false signals. It is possible to realize a wiring layout of a solid-state imaging device that facilitates realization of a solid-state imaging device that can output a simple video signal at high speed.
The drive electrode and the first wiring are formed in different layers, and the pixel portion includes a first plug that vertically connects the drive electrode layer and the first wiring layer. A first flat electrode is formed below the drive electrode layer and the first wiring layer, and the first flat electrode is formed under the first plug under the first plug. It may have an area larger than the bottom surface of the plug. Here, the driving electrode and the first flat electrode may be different polysilicon layers.
また、前記画素部上には、第2の遮光層が形成されており、前記第2の遮光層は、第1のプラグの配置位置に開口部を有していてもよい。
これによって、画素部から水平転送部への信号の読み出しを制御するための駆動電極に接続されるプラグを除く領域を遮光するので、該駆動電極下に形成された垂直転送部に光が入射するのを防止することができる。
In addition, a second light shielding layer may be formed on the pixel portion, and the second light shielding layer may have an opening at a position where the first plug is disposed.
As a result, the region excluding the plug connected to the drive electrode for controlling the signal readout from the pixel portion to the horizontal transfer portion is shielded, so that light is incident on the vertical transfer portion formed under the drive electrode. Can be prevented.
そして、独立電極と配線とのコンタクトを安定化することができ、製造ばらつきを防止できるので、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの固体撮像装置を実現することができる。
また、前記水平転送部上には、第1の遮光層が形成されており、前記水平転送部は、前記第1の配線および前記第1の遮光層により遮光されてもよい。ここで、前記第1の配線は、アルミニウム層であり、前記第1の遮光層は、タングステン層であってもよいし、前記第1の配線および前記第1の遮光層は、それぞれ異なるアルミニウム層であってもよい。
Since the contact between the independent electrode and the wiring can be stabilized and manufacturing variation can be prevented, damage such as yield can be greatly reduced, and a low-cost solid-state imaging device can be realized.
In addition, a first light shielding layer may be formed on the horizontal transfer unit, and the horizontal transfer unit may be shielded from light by the first wiring and the first light shielding layer. Here, the first wiring may be an aluminum layer, the first light shielding layer may be a tungsten layer, and the first wiring and the first light shielding layer may be different aluminum layers. It may be.
これによって、水平転送部は遮光層および配線により遮光されるので、水平転送部に光が進入することにより起こる画質の低下を防止する固体撮像装置を実現することができる。 As a result, the horizontal transfer unit is shielded by the light shielding layer and the wiring, so that it is possible to realize a solid-state imaging device that prevents deterioration in image quality caused by light entering the horizontal transfer unit.
また、前記画素部上には、第3の遮光層が形成されており、前記第1の配線と接続された駆動電極以外の駆動電極と接続された第2の配線は、前記第3の遮光層の一部を用いて形成された第3の配線を含んでもよい。 In addition, a third light shielding layer is formed on the pixel portion, and the second wiring connected to the driving electrode other than the driving electrode connected to the first wiring is connected to the third light shielding layer. A third wiring formed using part of the layer may be included.
これによって、遮光層の一部を独立電極の配線として利用し、独立電極のために新たな層を設けて配線を形成する必要が無いので、新たな製造工程を加えること無くコストアップを抑制することができる。 As a result, a part of the light-shielding layer is used as the wiring for the independent electrode, and it is not necessary to provide a new layer for the independent electrode to form the wiring, thereby suppressing an increase in cost without adding a new manufacturing process. be able to.
また、第3の配線の端部と重なり合う駆動電極の端部とは交差しないように配置してもよい。
これによって、端部が交差し、交差部において凹凸を有する段差部が形成され、この交差部において意図したパターニング通りに配線できず、不要なパターンが形成され、配線と駆動電極が接触あるいは絶縁距離が確保されなくなり発生する絶縁不良を回避することができる。
Further, it may be arranged so as not to intersect with the end portion of the drive electrode overlapping the end portion of the third wiring.
As a result, the end portions intersect, and a step portion having irregularities is formed at the intersecting portion, and the wiring cannot be performed according to the intended patterning at the intersecting portion, and an unnecessary pattern is formed. Therefore, it is possible to avoid an insulation failure that is not secured.
また、前記第2の配線は、さらに第4の配線を含み、前記第4の配線の少なくとも一部は、前記画素部の信号電荷の転送路上に沿って形成されてもよい。ここで、前記第3の遮光層は、タングステン層であり、前記第4の配線は、アルミニウム層であってもよいし、前記第3の配線および前記第4の配線は、それぞれ異なる2層のタングステン層であってもよい。
これによって、垂直転送部は独立電極の配線により遮光されるので、垂直転送部に光が進入することにより起こる画質の低下を防止する固体撮像装置を実現することができる。
The second wiring may further include a fourth wiring, and at least a part of the fourth wiring may be formed along a signal charge transfer path of the pixel portion. Here, the third light shielding layer may be a tungsten layer, the fourth wiring may be an aluminum layer, and the third wiring and the fourth wiring may be two different layers. It may be a tungsten layer.
As a result, the vertical transfer unit is shielded by the wiring of the independent electrode, so that it is possible to realize a solid-state imaging device that prevents deterioration in image quality caused by light entering the vertical transfer unit.
また、前記第3の配線および前記第4の配線は、それぞれ異なる層に形成されており、前記画素部は、前記第3の配線および前記第4の配線を垂直に接続する第2のプラグを有し、前記前記第3の配線および前記第4の配線の下層には、第2の平坦電極が形成され、前記第2の平坦電極は、前記第2のプラグ下において、前記第2のプラグの底面よりも大きな面積を有してもよい。ここで、前記第2の平坦電極は、異なる2層のポリシリコン層からなり、1層目のポリシリコン層は、前記第2のプラグ下において、前記第2のプラグの底面よりも大きな面積で平坦な面を有してもよい。 In addition, the third wiring and the fourth wiring are formed in different layers, respectively, and the pixel portion includes a second plug that connects the third wiring and the fourth wiring vertically. And a second flat electrode is formed under the third wiring and the fourth wiring, and the second flat electrode is formed under the second plug under the second plug. It may have a larger area than the bottom surface. Here, the second flat electrode is composed of two different polysilicon layers, and the first polysilicon layer has a larger area under the second plug than the bottom surface of the second plug. You may have a flat surface.
これによって、配線と配線とのコンタクトを安定化することができ、製造ばらつきを防止できるので、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの固体撮像装置を実現することができる。 As a result, the contact between the wirings can be stabilized and manufacturing variations can be prevented, so that damage such as yield can be greatly reduced, and a low-cost solid-state imaging device can be realized.
また、前記水平転送部上には、着色したオンチップレンズ層が形成されてもよいし、前記列方向に独立の駆動電極上には、黒色のオンチップレンズ層が形成されてもよいし、複数の例えば、R、Bの色を積層し黒色に近いオンチップレンズ層が形成されてもよい。
これによって、新たな製造工程を加えること無く転送部への光の進入を防止することができるので、画質の低下を簡易に防止する固体撮像装置を実現することができる。
Further, a colored on-chip lens layer may be formed on the horizontal transfer unit, or a black on-chip lens layer may be formed on the drive electrode independent in the column direction, A plurality of, for example, R and B colors may be stacked to form an on-chip lens layer close to black.
As a result, it is possible to prevent light from entering the transfer unit without adding a new manufacturing process, and thus it is possible to realize a solid-state imaging device that can easily prevent deterioration in image quality.
また、前記第1の配線は、複数の配線パターンからなり、前記複数の配線パターンに隣接して前記配線パターンの少なくとも1つと略同一形状のダミーの配線が形成されてもよい。
これによって、高い寸法精度での独立電極の配線の形成を可能にする固体撮像装置を実現することができる。
The first wiring may include a plurality of wiring patterns, and a dummy wiring having substantially the same shape as at least one of the wiring patterns may be formed adjacent to the plurality of wiring patterns.
As a result, it is possible to realize a solid-state imaging device that can form the wiring of the independent electrode with high dimensional accuracy.
また、前記列方向に独立の駆動電極は、n(nは2以上の整数)列毎に同じ電極構造を有してもよい。
これによって、画素混合において信号電荷が捨てること無く、水平方向の画素数を1/nに低減することができ、また各混合画素群の重心は等間隔を有するので、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を実現することができる。
The independent drive electrodes in the column direction may have the same electrode structure for every n (n is an integer of 2 or more) columns.
As a result, the number of pixels in the horizontal direction can be reduced to 1 / n without discarding signal charges in pixel mixing, and the center of gravity of each mixed pixel group is equally spaced, resulting in moire and false signals. And a solid-state imaging device capable of outputting a high-quality video signal at high speed.
また、本発明は、請求項1〜18のいずれか1項に記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラであってもよい。
これによって、固体撮像装置から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたカメラを実現することができる。
The present invention may be a camera including the solid-state imaging device according to any one of
Thereby, since data is output from the solid-state imaging device at high speed, a camera capable of high-speed operation and excellent in image quality can be realized.
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素混合において信号電荷が捨てられず、また、水平転送部において各混合画素群の重心は等間隔を有するので、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を実現できるという効果が奏される。また、本発明に係る固体撮像装置によれば、画素部と水平転送部との間の距離に関係無く、独立電極の配線を形成することができるので、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置の実現を容易にする固体撮像装置の配線レイアウトを実現することができるという効果が奏される。
また、本発明に係る固体撮像装置によれば、タングステンからなる遮光層の一部およびアルミニウムからなる遮光層を、独立電極と接続される配線として利用し、独立電極のために、新たな層を設けて配線を形成する必要が無いので、新たな製造工程を加えること無くコストアップを抑制することができる。
According to the solid-state imaging device according to the present invention, signal charges are not discarded in pixel mixing, and the center of gravity of each mixed pixel group is equally spaced in the horizontal transfer unit, so that the number of pixels in the horizontal direction is reduced, and There is an effect that it is possible to realize a solid-state imaging device capable of outputting a high-quality video signal at high speed without generating moire or a false signal. In addition, according to the solid-state imaging device according to the present invention, the wiring of the independent electrode can be formed regardless of the distance between the pixel unit and the horizontal transfer unit, thereby reducing the number of pixels in the horizontal direction, and There is an effect that it is possible to realize a wiring layout of the solid-state imaging device that facilitates realization of a solid-state imaging device capable of outputting a high-quality video signal at high speed without generating moire or false signals.
Further, according to the solid-state imaging device according to the present invention, a part of the light shielding layer made of tungsten and the light shielding layer made of aluminum are used as wirings connected to the independent electrode, and a new layer is formed for the independent electrode. Since there is no need to provide the wiring, it is possible to suppress an increase in cost without adding a new manufacturing process.
また、本発明に係る固体撮像装置によれば、垂直転送部を独立電極と接続される配線で遮光することができるので、垂直転送部に光が進入することにより起こる画質の低下を防止する固体撮像装置を実現することができるという効果が奏される。
また、本発明に係る固体撮像装置によれば、独立電極と接続される配線を構成する配線同士がコンタクトする領域、および独立電極と配線とがコンタクトする領域において、コンタクトを安定化することができ、製造ばらつきを防止でき、また、重なり合う配線と駆動電極の端面が交わらないように配置するため、十分電気的に絶縁できるので、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの固体撮像装置を実現することができるという効果が奏される。
Further, according to the solid-state imaging device according to the present invention, the vertical transfer unit can be shielded by the wiring connected to the independent electrode, so that the solid-state that prevents the deterioration of the image quality caused by the light entering the vertical transfer unit is prevented. There is an effect that an imaging device can be realized.
In addition, according to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to stabilize the contact in the region where the wires constituting the wire connected to the independent electrode are in contact with each other and the region where the independent electrode and the wire are in contact with each other. , Manufacturing variations can be prevented, and since the overlapping wiring and the end face of the drive electrode do not cross each other, they can be sufficiently electrically isolated, greatly reducing yield and other damage, and reducing the cost of solid-state imaging devices. There is an effect that it can be realized.
よって、本発明により、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of reducing the number of pixels in the horizontal direction and outputting a high-quality video signal at high speed without generating moire or false signals, and has practical value. high.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図1(a)は第1の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図であり、図1(b)は画素部300から水平転送部120への信号電荷の読み出しを制御するための列方向に独立の駆動電極を有する振り分け転送部130の概略構成図であり、図1(c)は振り分け転送部130の概略断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, solid-state imaging devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a column direction for controlling reading of signal charges from the
本実施の形態の固体撮像装置は、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を実現することを目的とするものであって、図1(a)に示されるように、画素に対応して2次元状に配列され、赤(R)、緑(G)および青(B)の3色のカラーフィルタがそれぞれ配置された複数の光電変換部100と、駆動電極V1〜V6、V3R、V3L、V5RおよびV5Lを具備するCCDにより構成され、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lの印加に応じて光電変換部100で生成した信号電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部110と、駆動電極H1およびH2を具備するCCDにより構成され、駆動パルスφH1およびφH2の印加に応じて信号電荷を行方向に転送する水平転送部120と、複数の光電変換部100および垂直転送部110が形成されてなる撮像部140と水平転送部120との間に配設され、水平転送部120への信号電荷の読み出しを制御する列方向に独立の駆動電極が形成された振り分け転送部130とからなる。
The solid-state imaging device of the present embodiment is intended to realize a solid-state imaging device that can reduce the number of pixels in the horizontal direction and can output a high-quality video signal at high speed without causing moire or false signals. As shown in FIG. 1 (a), three color filters of red (R), green (G), and blue (B) are arranged in two dimensions corresponding to the pixels. And a plurality of
図1(b)に示されるように、振り分け転送部130の垂直転送部110は、2n+1(nは1以上の整数)列毎に同じ電極構造を有し、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが印加される駆動電極V1〜V6、V3R、V3L、V5RおよびV5Lを具備するCCDから構成される。ここで、駆動電極V1、V2、V4およびV6は全列にわたる共通電極であり、駆動電極V3、V3R、V3L、V5、V5RおよびV5Lは各列において島状に分離した独立電極であり、振り分け転送部130は、垂直転送部110から水平転送部120への信号電荷の読み出しを列毎に独立に制御する。
As shown in FIG. 1B, the
また、図1(c)に示されるように、振り分け転送部130は、第1層目のポリシリコン150および第2層目のポリシリコン160が積層されてなる2層構造を有する駆動電極と、垂直転送部110の遮光の役割も兼ねるアルミニウム層である第1の配線170と、タングステン層である第2の配線180と、タングステンからなり、第1の配線170と第2層目のポリシリコン160あるいは第2の配線180とを電気的に接続するプラグ190とが形成されてなる。
In addition, as shown in FIG. 1C, the
以上のような構成を有する固体撮像装置において、図2に示されるタイミングチャートに従って、垂直転送部110、水平転送部120および振り分け転送部130に各駆動パルスを印加し、駆動することにより、水平方向に3画素の信号電荷が混合される。なお、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが高レベルの場合、駆動パルスが印加された駆動電極はストレージ部となり、また、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5RおよびφV5Lが高レベルの場合、駆動パルスが印加された駆動電極はバリア部となる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the driving pulses are applied to the
図3は、同実施の形態の固体撮像装置の配線レイアウトの概略を示す図である。なお、図1と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
図3に示されるように、同実施の形態の固体撮像装置では、撮像部140の光電変換部100を除く部分を遮光のためにタングステンで覆い、水平転送部120および振り分け転送部130を遮光のためにタングステンおよびアルミで覆い、撮像部140および振り分け転送部130からなる画素部300の下から垂直方向に水平転送部120をわたして独立電極V5、V5RおよびV5Lと接続される配線を形成し、画素部300の横から水平方向に独立電極V3、V3R、V3Lと接続される配線を形成する配線レイアウトが用いられる。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the wiring layout of the solid-state imaging device according to the embodiment. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
As shown in FIG. 3, in the solid-state imaging device of the embodiment, the portion of the
図4、5は、振り分け転送部130の配線レイアウトの詳細を示す図であり、図4はポリシリコンからなる層の配線レイアウトを示し、図5はタングステンおよびアルミニウムからなる層の配線レイアウトを示している。なお、図1、3と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
図4に示されるように、振り分け転送部130では、垂直転送部110を第1の配線170およびタングステン層である遮光層400で覆い、画素部300の横(図においては下側あるいは上側)から第2の配線180を配線し、その第2の配線180と第1の配線170とを適当な位置410でプラグ190によりコンタクトさせ、更にその第1の配線170と第2層目のポリシリコン160とを所定の位置420で遮光層400を開口させ、プラグ190によりコンタクトさせることにより独立電極V3、V3R、V3Lと接続される配線を形成し、画素部300の下(図においては右側)から第1の配線170を配線し、その第1の配線170と第2層目のポリシリコン160とを位置420で遮光層400を開口させ、プラグ190によりコンタクトさせることにより独立電極V5、V5RおよびV5Lと接続される配線を形成する配線レイアウトが用いられる。
4 and 5 are diagrams showing details of the wiring layout of the
As shown in FIG. 4, in the
また、第2の配線180は、図5で示される第2の配線180と重なる駆動電極(図においては下側あるいは上側)とそれぞれ端部が交わらない配置をしている。
また、図5に示されるように、振り分け転送部130では、第2層目のポリシリコン160を垂直転送部110上に形成することにより独立電極V3、V3R、V3L、V5、V5RおよびV5Lを形成し、第1層目のポリシリコン150を垂直転送部110全てにわたるように形成することにより共通電極を形成する配線レイアウトが用いられる。
Further, the
Further, as shown in FIG. 5, in the
図6は、水平転送部120の配線レイアウトの詳細を示す図である。
図6に示されるように、水平転送部120では、遮光のために第1の配線170およびタングステン層である遮光層600で水平転送部120を覆い、水平転送部120の下(図においては左側)から配線してきた第1の配線170を位置420で第2層目のポリシリコン160とコンタクトさせるように、水平転送部120上に第1の配線170を形成する配線レイアウトが用いられる。
FIG. 6 is a diagram illustrating details of the wiring layout of the
As shown in FIG. 6, in the
図7(a)は配線レイアウトの詳細を示す図(図5のA部の拡大図)であり、図7(b)は詳細な断面図(図7(a)のc−c’線における断面図)であり、図8(a)は配線レイアウトの詳細を示す図(図5のB部の拡大図)であり、図8(b)は詳細な断面図(図8(a)のd−d’線における断面図)である。
図7(b)に示されるように、振り分け転送部130は、位置410において、第1層目のポリシリコン150と、第2層目のポリシリコン160と、第2の配線180と、第2の配線180および第1の配線170をコンタクトするプラグ190と、第1の配線170とが順に積層されてなる構造を有する。
FIG. 7A is a diagram showing details of the wiring layout (enlarged view of portion A in FIG. 5), and FIG. 7B is a detailed sectional view (cross section taken along the line cc ′ of FIG. 7A). 8A is a diagram showing details of the wiring layout (enlarged view of portion B in FIG. 5), and FIG. 8B is a detailed sectional view (d-- in FIG. 8A). It is sectional drawing in d 'line | wire.
As shown in FIG. 7B, the
また、図8(b)に示されるように、振り分け転送部130は、位置420において、第1層目のポリシリコン150と、第2層目のポリシリコン160と、第2層目のポリシリコン160および第1の配線170をコンタクトするプラグ190と、第1の配線170とが順に積層されてなる構造を有する。
ここで、位置410および位置420のそれぞれにおいて第1層目のポリシリコン150は、プラグ190下に位置し、プラグ190の底面積よりも大きく平坦な面を有する。
Further, as shown in FIG. 8B, the
Here, in each of the
以上のように本実施の形態の固体撮像装置によれば、画素混合において信号電荷が捨てること無く、水平方向の画素数を1/(2n+1)に低減することができ、また、水平転送部120において各混合画素群の重心は等間隔を有する。よって、本実施の形態の固体撮像装置は、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を実現することができる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the number of pixels in the horizontal direction can be reduced to 1 / (2n + 1) without discarding signal charges in pixel mixing, and the
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、独立電極V5、V5RおよびV5Lと接続される配線は、画素部300の下から垂直方向に水平転送部120をわたして形成される。よって、画素部と水平転送部との間の距離に関係無く、V5、V5RおよびV5Lと接続される配線を形成することができるので、本実施の形態の固体撮像装置は、水平方向の画素数を削減し、かつ、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置の実現を容易にする固体撮像装置の配線レイアウトを実現することができる。
Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the wiring connected to the independent electrodes V5, V5R, and V5L is formed through the
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、従来は画素部300の遮光のためだけに利用されていたタングステンからなる遮光層の一部を、独立電極V3、V3RおよびV3Lと接続される配線として利用する。よって、独立電極V3、V3RおよびV3Lのために、新たな層を設けて配線を形成する必要が無いので、本実施の形態の固体撮像装置は、新たな製造工程を加えること無くコストアップを抑制することができる。
In addition, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, a part of the light shielding layer made of tungsten that has been conventionally used only for light shielding of the
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、第1の配線170は振り分け転送部130の配線の役割だけでなく、遮光の役割も兼ねる。よって、振り分け転送部の垂直転送部を、第1の配線で遮光することができるので、本実施の形態の固体撮像装置は、垂直転送部110に光が進入することにより起こる画質の低下を防止する固体撮像装置を実現することができる。
Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、従来は水平転送部120の遮光のためだけに利用されていたアルミニウムからなる遮光層を、水平転送部120の遮光層を兼ねた独立電極V5、V5RおよびV5Lと接続される配線として利用する。よって、独立電極V5、V5RおよびV5Lのために、新たな層を設けて配線を形成する必要が無いので、本実施の形態の固体撮像装置は、新たな製造工程を加えること無くコストアップを抑制することができる。
Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the independent electrode V <b> 5 that also serves as the light-shielding layer of the
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、第1の配線170と第2の配線180とがコンタクトする位置410において、第1層目のポリシリコン150はプラグ190の底面よりも大きな面積で平坦な面を有し、また、第1の配線170と第2層目のポリシリコン160とがコンタクトする位置420において、第1層目のポリシリコン150はプラグ190の底面よりも大きな面積で平坦な面を有する。よって、第2の配線および第2層目のポリシリコンはプラグの底面よりも大きな面積で平坦な面を有することとなり、コンタクトを安定化することができ、製造ばらつきを防止でき、また、重なり合う配線と駆動電極の端面が交わらないように配置するため、十分電気的に絶縁できるので、本実施の形態の固体撮像装置は、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの固体撮像装置を実現することができるという効果が奏される。
Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the
なお、本実施の形態の固体撮像装置において、タングステン層である遮光層600と、アルミニウム層である第1の配線170とにより水平転送部120の遮光をおこなった。しかし、水平転送部に2層構造のアルミニウムを形成し、アルミニウム層である遮光層と、アルミニウム層である第1の配線とにより水平転送部の遮光をおこなってもよい。
また、本実施の形態の固体撮像装置において、アルミニウム層である第1の配線170と、タングステン層である第2の配線180とにより独立電極V3、V3R、V3Lと接続される配線を形成した。しかし、振り分け転送部上に2層構造のタングステンを形成し、タングステン層である第1の配線と、タングステン層である第2の配線とにより独立電極V3、V3R、V3Lと接続される配線を形成してもよい。
In the solid-state imaging device of this embodiment, the
In the solid-state imaging device of the present embodiment, wirings connected to the independent electrodes V3, V3R, and V3L are formed by the
また、水平転送部120上にオンチップレンズ層を形成してもよいし、振り分け転送部130上に黒色のオンチップレンズ層を形成してもよい。また、黒色のオンチップレンズ層は、複数の色を積層した例えば、RとBを積層した黒色に近いレンズ層にしてもよい。このとき、オンチップレンズ層の形成は、例えば光電変換部のカラーフィルムの形成工程でおこなわれる。これによって、新たな製造工程を加えること無く転送部への光の進入を防止することができるので、画質の低下を簡易に防止することができる。
In addition, an on-chip lens layer may be formed on the
また、図9の水平転送部120の上面図に示されるように、水平転送部120上の第1の配線170と、第1の配線170よりも大きな幅を有する他の配線との間に第1の配線170の少なくとも1つと略同一形状のダミーの配線900を形成してもよい。これによって、高い寸法精度で第1の配線を形成することができる。
なお、上記実施例において2n+1列毎周期で同じ電極構造を有する電極構造で説明を行なったが、2n(nは1以上の整数)列毎周期でも画素混合は実現可能である。
また、カラーフィルタはRGBの3色フィルタで説明したが、シアン、マゼンタ、黄、緑などの4色フィルタであっても構わない。
Further, as shown in the top view of the
In the above-described embodiment, the electrode structure having the same electrode structure with a period of 2n + 1 columns has been described. However, pixel mixing can be realized with a period of 2n (n is an integer of 1 or more) columns.
The color filter has been described as an RGB three-color filter, but may be a four-color filter such as cyan, magenta, yellow, and green.
(第2の実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置を搭載したカメラについて、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a camera equipped with a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図10は、第2の実施の形態のカメラのブロック図である。
図10に示されるように、カメラは、レンズ1000と、固体撮像装置1010と、駆動回路1020と、信号処理部1030と、外部インターフェイス部1040とからなる。
上記構成を有するカメラにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿っておこなわれる。
(1)レンズ1000を光が通過し、固体撮像装置1010に入る。
(2)信号処理部1030は、駆動回路1020を通して固体撮像装置1010を駆動し、固体撮像装置1010からの出力信号を取り込む。
(3)信号処理部1030で処理した信号を、外部インターフェイス部1040を通して外部に出力する。
FIG. 10 is a block diagram of a camera according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 10, the camera includes a
In the camera having the above configuration, processing until a signal is output to the outside is performed in the following order.
(1) Light passes through the
(2) The
(3) The signal processed by the
以上のように本実施の形態のカメラによれば、固体撮像装置から高速にデータが出力される。よって、本実施の形態のカメラは、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたカメラを実現することができる。 As described above, according to the camera of the present embodiment, data is output from the solid-state imaging device at high speed. Therefore, the camera of this embodiment can realize a camera that can operate at high speed and has excellent image quality.
本発明は、固体撮像装置に利用でき、特にデジタルスチルカメラ等に利用することができる。 The present invention can be used for a solid-state imaging device, and in particular, can be used for a digital still camera or the like.
100 光電変換部
110 垂直転送部
120 水平転送部
130 振り分け転送部
140 撮像部
150 第1層目のポリシリコン
160 第2層目のポリシリコン
170 第1の配線
180 第2の配線
190 プラグ
300、1200 画素部
400、600 遮光層
410、420 位置
900 ダミーの配線
1000 レンズ
1010 固体撮像装置
1020 駆動回路
1030 信号処理部
1040 外部インターフェイス
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記画素部は、前記画素部から水平転送部への信号電荷の読み出しを制御するための列方向に独立の駆動電極を複数具備し、
前記駆動電極に接続される第1の配線は、前記水平転送部上に形成される
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device comprising: a pixel unit that generates a signal charge and transfers the signal charge in a column direction; and a horizontal transfer unit that receives the signal charge from the pixel unit and transfers the signal charge in a row direction.
The pixel unit includes a plurality of independent drive electrodes in a column direction for controlling readout of signal charges from the pixel unit to a horizontal transfer unit,
The solid-state imaging device, wherein the first wiring connected to the drive electrode is formed on the horizontal transfer unit.
前記水平転送部は、前記第1の配線および前記第1の遮光層により遮光される
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 A first light shielding layer is formed on the horizontal transfer unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the horizontal transfer unit is shielded from light by the first wiring and the first light shielding layer.
前記複数の配線パターンに隣接して前記配線パターンの少なくとも1つと略同一形状のダミーの配線が形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The first wiring is composed of a plurality of wiring patterns,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a dummy wiring having substantially the same shape as at least one of the wiring patterns is formed adjacent to the plurality of wiring patterns.
前記第1の遮光層は、タングステン層である
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The first wiring is an aluminum layer;
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the first light shielding layer is a tungsten layer.
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the first wiring and the first light shielding layer are different aluminum layers.
前記画素部は、前記駆動電極の層と前記第1の配線の層とを垂直に接続する第1のプラグを有し、
前記駆動電極の層および前記第1の配線の層の下層には、第1の平坦電極が形成され、
前記第1の平坦電極は、前記第1のプラグ下において、前記第1のプラグの底面よりも大きな面積を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The drive electrode and the first wiring are formed in different layers,
The pixel portion includes a first plug that vertically connects the drive electrode layer and the first wiring layer;
A first flat electrode is formed under the drive electrode layer and the first wiring layer,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first flat electrode has an area larger than a bottom surface of the first plug under the first plug.
前記第2の遮光層は、第1のプラグの配置位置に開口部を有する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 A second light shielding layer is formed on the pixel portion,
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the second light shielding layer has an opening at a position where the first plug is disposed.
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the drive electrode and the first flat electrode are respectively different polysilicon layers.
前記第1の配線と接続された駆動電極以外の駆動電極と接続された第2の配線は、前記第3の遮光層の一部を用いて形成された第3の配線を含む
ことを特徴とする請求項1又は8に記載の固体撮像装置。 A third light shielding layer is formed on the pixel portion,
The second wiring connected to the driving electrode other than the driving electrode connected to the first wiring includes a third wiring formed using a part of the third light shielding layer. The solid-state imaging device according to claim 1 or 8.
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 10. The solid-state imaging device according to claim 9, wherein an end of the third wiring does not intersect with an end of an overlapping drive electrode among the plurality of drive electrodes.
前記第4の配線の少なくとも一部は、前記画素部の信号電荷の転送路上に沿って形成される
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 The second wiring further includes a fourth wiring,
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein at least part of the fourth wiring is formed along a signal charge transfer path of the pixel portion.
前記画素部は、前記第3の配線および前記第4の配線を垂直に接続する第2のプラグを有し、
前記前記第3の配線および前記第4の配線の下層には、第2の平坦電極が形成され、
前記第2の平坦電極は、前記第2のプラグ下において、前記第2のプラグの底面よりも大きな面積を有する
ことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 The third wiring and the fourth wiring are formed in different layers,
The pixel portion includes a second plug that connects the third wiring and the fourth wiring vertically,
A second flat electrode is formed under the third wiring and the fourth wiring,
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the second flat electrode has a larger area under the second plug than a bottom surface of the second plug.
1層目のポリシリコン層は、前記第2のプラグ下において、前記第2のプラグの底面よりも大きな面積で平坦な面を有する
ことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。 The second flat electrode is composed of two different polysilicon layers,
13. The solid-state imaging device according to claim 12, wherein the first polysilicon layer has a flat surface with an area larger than a bottom surface of the second plug under the second plug.
前記第4の配線は、アルミニウム層である
ことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 The third light shielding layer is a tungsten layer;
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the fourth wiring is an aluminum layer.
ことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the third wiring and the fourth wiring are two different tungsten layers.
前記列方向に独立の駆動電極は、n(nは2以上の整数)列毎に同じ電極構造を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 (The drive electrode is an independent electrode)
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the drive electrodes independent in the column direction have the same electrode structure for every n (n is an integer of 2 or more) columns.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a black on-chip lens layer is formed on the drive electrodes independent in the column direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a colored on-chip lens layer is formed on the horizontal transfer unit.
ことを特徴とするカメラ。 A camera comprising the solid-state imaging device according to claim 1.
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