JP2008103487A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バタブル構造を有し、固体撮像素子間の不感領域の画像データを好適に補完できる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１は、複数の固体撮像素子３を備える。複数の固体撮像素子３は、エネルギー線の入射に感応して電荷を発生する撮像領域１１を各々有し、該二次元配列の行方向に並んだ状態で互いに隣接して配置されている。各固体撮像素子３は、垂直転送電圧が印加される転送電極１５と、金属または金属シリサイドからなり、撮像領域１１の両端部に配置された画素列を除く各画素列に沿って撮像領域１１上に設けられた複数のエネルギー線遮蔽部１７とを有する。一部のエネルギー線遮蔽部１７は、供給配線２１ａ，２１ｂとして転送電極１５と電気的に接続されており、垂直転送電圧が供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の固体撮像素子が隣接して配置されている固体撮像装置に関するものである。

特許文献１に記載された撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する撮像センサが複数組み合わされた構成を備える。そして、この特許文献１には、撮像センサ同士の隙間によって欠落するデータを該隙間の両側に配置された画素のデータから補完することが記載されている。

また、特許文献２には、垂直電荷転送部の転送電極に供給される転送クロックの伝播遅延を防ぐため、アルミニウム膜からなるシャント配線が転送電極上に形成された固体撮像素子が開示されている。このシャント配線は遮光膜としても機能し、垂直電荷転送部がシャント配線によって覆われている。
特開２０００−２７８６０５号公報 特開平３−２５６３５９号公報

複数の固体撮像素子を互いに隣接して配置する、いわゆるバタブル構造においては、固体撮像素子の各撮像領域の間に隙間が生じる。そして、この隙間は、入射したエネルギー線を感知することができない不感領域となり、撮像された画像が該不感領域を境に不連続となってしまう。この不連続性を低減するため、不感領域に隣接する画素列からの画像データをもとに、該不感領域の画像データが補完される。しかし、不感領域に隣接する画素列の上にシャント配線が配設されると、該画素列へ入射するエネルギー線量が不十分となり、不感領域の画像を満足に補完できない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、バタブル構造を有し、固体撮像素子間の不感領域の画像データを好適に補完できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明に係る第１の固体撮像装置は、複数の画素が二次元配列されて成りエネルギー線の入射に感応して電荷を発生する撮像領域を各々有し、該二次元配列の第１の方向に並んだ状態で互いに隣接して配置されている複数の固体撮像素子を備え、複数の固体撮像素子のそれぞれが、第１の方向を長手方向として撮像領域上に設けられ、二次元配列の第２の方向に電荷を転送するための転送電圧が印加される転送電極と、金属または金属シリサイドからなり、第１の方向と交差する方向を長手方向として撮像領域上に設けられ、転送電極に電気的に接続されて転送電圧を転送電極に供給する供給配線とを更に有し、供給配線が、第１の方向における撮像領域の両端部に配置された画素列を除く領域上に設けられていることを特徴とする。

第１の固体撮像装置においては、転送電圧を転送電極に供給する供給配線が、第１の方向における撮像領域の両端部に配置された画素列を除く領域上に設けられているので、該両端部に配置された画素列には、供給配線によって遮光されることなく十分な量のエネルギー線が入射する。また、撮像領域の両端部は、不感領域と隣接する。従って、第１の固体撮像装置によれば、バタブル配置された複数の固体撮像素子間の不感領域の画像を、この両端部の画素列の画像データによって適切に補完できる。

また、本発明に係る第２の固体撮像装置は、複数の画素が二次元配列されて成りエネルギー線の入射に感応して電荷を発生する撮像領域を各々有し、該二次元配列の第１の方向に並んだ状態で互いに隣接して配置されている複数の固体撮像素子を備え、複数の固体撮像素子のそれぞれが、第１の方向を長手方向として撮像領域上に設けられ、二次元配列の第２の方向に電荷を転送するための転送電圧が印加される転送電極と、金属または金属シリサイドからなり、第１の方向における撮像領域の両端部に配置された画素列を除く各画素列に沿って撮像領域上に設けられた複数のエネルギー線遮蔽部とを更に有し、複数のエネルギー線遮蔽部のうち一部のエネルギー線遮蔽部が転送電極と電気的に接続されており、二次元配列の第２の方向に電荷を転送するための転送電圧が一部のエネルギー線遮蔽部に供給されることを特徴とする。

第２の固体撮像装置においては、複数のエネルギー線遮蔽部が、第１の方向における撮像領域の両端部に配置された画素列を除く各画素列に沿って撮像領域上に設けられている。このように、エネルギー線遮蔽部が両端部の画素列を除いて設けられることにより、両端部の画素列には、エネルギー線遮蔽部によって遮られることなく十分な量のエネルギー線が入射する。また、撮像領域の両端部は、不感領域と隣接する。従って、第２の固体撮像装置によれば、バタブル配置された複数の固体撮像素子間の不感領域の画像を、この両端部の画素列の画像データによって適切に補完できる。

また、第２の固体撮像装置においては、複数のエネルギー線遮蔽部が金属または金属シリサイドからなり、そのうち一部のエネルギー線遮蔽部が転送電極と電気的に接続され、転送電圧が供給される。これにより、転送電極に対し転送電圧を好適に印加できる。また、複数のエネルギー線遮蔽部は（両端部の画素列を除く）各画素列に沿って設けられているので、一部の画素列上にのみシャント配線が設けられる構成と比較して、各画素列の開口率を略一定にでき、入射するエネルギー線量のばらつきを低減できる。

また、第２の固体撮像装置は、エネルギー線遮蔽部が、互いに隣接する画素列の間を跨ぐように配設されていることが好ましい。これにより、各画素列にエネルギー線を効率よく入射させることができる。

なお、上記した第１及び第２の固体撮像装置において、エネルギー線とは、紫外線、赤外線、可視光の他に電子線、放射線、Ｘ線も含まれるものとする。また、撮像領域の両端部に配置された画素列とは、撮像領域の一端部及び他端部に配置された各一列の画素列を指す場合と、撮像領域の一端部に配置された複数列の画素列、及び他端部に配置された複数列の画素列を指す場合とが含まれるものとする。

本発明によれば、バタブル構造を有し、固体撮像素子間の不感領域の画像データを好適に補完できる固体撮像装置を提供できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による固体撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態）
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成図である。図２は、本実施形態の固体撮像装置が備える固体撮像素子を示す概略構成図である。図３は、図２におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。なお、図１及び図２には、説明のためＸＹ直交座標系が示されている。

図１に示すように、固体撮像装置１は、複数の固体撮像素子３を備える。各固体撮像素子３は、フルフレーム転送（ＦＦＴ）型ＣＣＤであって、撮像領域（エネルギー線感応領域）１１と、電荷蓄積部としての垂直トランスファーゲート部３０（図２参照）と、電荷出力部としての水平シフトレジスタ２７とを有する。撮像領域１１は、複数の画素（光電変換部）１３が行方向（第１の方向、本実施形態ではＸ軸方向に規定）及び列方向（第２の方向、本実施形態ではＹ軸方向に規定）に二次元配列されて成る。そして、列方向に並ぶ画素１３の群は、一つの画素列を構成する。この画素１３それぞれは、エネルギー線（紫外線、赤外線、可視光、Ｘ線、電子線等）の入射に感応して電荷を発生する。そして、各固体撮像素子３は、上記二次元配列の行方向に並んだ状態で互いに隣接して配置され、いわゆるバタブル構造を成している。

撮像領域１１の表面側には、図２に示すように、当該撮像領域１１を覆うように複数の転送電極１５が設置されている。複数の転送電極１５は、撮像領域１１の行方向を長手方向としてそれぞれ設けられ、撮像領域１１の列方向に沿って整列している。なお、本実施形態において、転送電極１５は各行に対して２本ずつ設けられており、列方向に電荷を転送するための転送電圧（以下、垂直転送電圧という）が印加される。

また、撮像領域１１の表面側には、複数のエネルギー線遮蔽部１７が設置されている。複数のエネルギー線遮蔽部１７は、例えばアルミニウムといった金属または金属シリサイドからなり、撮像領域１１へ入射するエネルギー線の一部を遮蔽する。複数のエネルギー線遮蔽部１７は、撮像領域１１の行方向の両端部に配置された画素列を除く各画素列に沿って設けられている。また、複数のエネルギー線遮蔽部１７は、互いに隣接する画素列の間を跨ぐように配設されており、並置されたエネルギー線遮蔽部１７の隙間から各画素１３の中心部へエネルギー線が入射するしくみとなっている。換言すれば、撮像領域１１がｎ本（ｎ≧４）の画素列を含む場合、撮像領域１１の行方向の両端部に配置された各ｍ本（ｍ≧１）の画素列を除く（ｎ−２×ｍ）本の画素列に沿って、（ｎ−２×ｍ−１）本のエネルギー線遮蔽部１７が、互いに隣接する画素列の間を跨ぐように配設される。

複数のエネルギー線遮蔽部１７のうち一部のエネルギー線遮蔽部１７は、供給配線２１ａ及び２１ｂを構成する。供給配線２１ａ及び２１ｂは、いわゆるシャント配線（裏打ち配線ともいう）である。供給配線２１ａ及び２１ｂは、転送制御部２９と周期的に接続されており、供給配線２１ａ及び２１ｂには転送制御部２９から垂直転送電圧が供給される。供給配線２１ａ及び２１ｂは各々対応する転送電極１５と電気的に接続されており、垂直転送電圧を転送電極１５へ供給する。本実施形態において、エネルギー線遮蔽部１７は、所定本数（例えば１３本）毎に供給配線２１ａまたは２１ｂとして利用される。

また、供給配線２１ａ及び２１ｂ以外のエネルギー線遮蔽部１７は、ダミー配線１９を構成する。ダミー配線１９は、撮像領域１１の行方向に供給配線２１ａ及び２１ｂと並んで配設され、供給配線２１ａ及び２１ｂと同様のエネルギー線遮蔽作用を有する。ダミー配線１９は、転送電極１５とは接続されておらず、また、配線２３によって互いに電気的に接続されるとともに、接地電位などの定電位線に接続されている。

垂直トランスファーゲート部３０（図２参照）は、各画素１３にて生じた電荷を画素列毎に蓄積する蓄積部３１を含む。蓄積部３１は、対応する画素列から転送されてきた電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を一括して出力する。

水平シフトレジスタ２７は、垂直トランスファーゲート部３０の各蓄積部３１にて蓄積され、出力された電荷を受け取り、行方向に転送して、アンプ部２５に順次出力する。水平シフトレジスタ２７から出力された電荷は、アンプ部２５によって電圧信号に変換され、各画素列毎の入射エネルギー線量を示す信号として固体撮像装置１の外部へ出力される。

撮像領域１１、転送電極１５、供給配線２１ａ及び２１ｂ（エネルギー線遮蔽部１７）、垂直トランスファーゲート部３０、水平シフトレジスタ２７及びその他の回路は、図３に示されるように、半導体基板５１上に形成される。半導体基板５１は、導電型がｐ型であって半導体基板５１の基体となるｐ型Ｓｉ基板５３と、その表面側に形成された、ｎ型半導体層５５及びｐ^＋型半導体層（図示せず）とを含んでいる。ｎ型半導体層５５及びｐ^＋型半導体層は、撮像領域１１の列方向を長手方向として行方向に交互に設けられている。ｐ型Ｓｉ基板５３とｎ型半導体層５５とはｐｎ接合を構成しており、ｎ型半導体層５５はエネルギー線の入射により電荷を生成する撮像領域（エネルギー線感応領域）となっている。そして、ｎ型半導体層５５は、撮像領域１１の各画素列を構成している。ｐ^＋型半導体層は、各列を分離するアイソレーション領域として機能する。

転送電極１５は、半導体基板５１の表面に絶縁層５７を介して設けられる。転送電極１５は撮像領域１１の行方向を長手方向として列方向に交互に設けられている。そして、これらｎ型半導体層５５及び転送電極１５によって、二次元配列される画素１３が構成されることとなる。転送電極１５及び絶縁層５７はエネルギー線を透過する材料からなり、本実施形態においては、転送電極１５はポリシリコン膜からなり、絶縁層５７はシリコン酸化膜からなる。

転送電極１５は、供給配線２１ａ及び２１ｂに交互に接続されている。供給配線２１ａに接続された転送電極１５、及び供給配線２１ｂに接続された転送電極１５には、互いに逆相の周期的な垂直転送電圧がそれぞれ印加される。

また、半導体基板５１の表面上には、絶縁層５７を介してゲート電極３３及び水平転送電極３５が設けられている。ゲート電極３３は、撮像領域１１の行方向を長手方向として、電荷転送方向に見て最も下流に位置する転送電極１５に隣接して設けられている。ゲート電極３３には、端子３３ａを介して電圧レベルがＨレベル又はＬレベルであるクロック信号が入力される。半導体基板５１は、転送電極１５寄りに位置するゲート電極３３下のｎ型半導体層５５に、低濃度のｎ型半導体となるように形成されたバリア領域５９を有する。このバリア領域５９は、撮像領域１１の行方向を長手方向として設けられている。したがって、ゲート電極３３下には、バリア領域５９とｎ型半導体の領域５５ａとがそれぞれ存在し、これらゲート電極３３及び両領域５９，５５ａによって、垂直トランスファーゲート部３０が構成されることとなる。

水平転送電極３５は、各画素列に対応して複数設けられ、ゲート電極３３に隣接して撮像領域１１の行方向に沿って整列している。水平転送電極３５及び水平転送電極３５下のｎ型半導体層５５等によって、水平シフトレジスタ２７が構成される。

固体撮像装置１において、エネルギー線の像が撮像領域１１の表面側から入射すると、エネルギー線の像は転送電極１５及び絶縁層５７を透過して、撮像領域１１の各画素１３内部へ到達する。そして、各画素１３内部において電荷が発生する。この電荷は、転送制御部２９により制御された垂直転送電圧が転送電極１５に印加されることによって、画素１３内部に一旦保持されたのち、列方向に転送される。転送された電荷は水平シフトレジスタ２７へ出力される。そして、電荷は水平シフトレジスタ２７によって行方向に転送され、アンプ部２５へ入力されて電圧信号に変換される。この電圧信号は、各画素列毎の入射エネルギー線量を示す信号として固体撮像装置１の外部へ出力される。そして、固体撮像装置１の外部において、各固体撮像素子３からの画像データが、連続した画像として合成される。

また、互いに隣接する一方の固体撮像素子３の撮像領域１１と他方の固体撮像素子３の撮像領域１１との間には、入射したエネルギー線を感知することができない不感領域が生じる。固体撮像装置１の外部において連続した画像が作成される際には、この不感領域における画像データは、不感領域と隣接する撮像領域１１の両端部の画素列（すなわち、列方向における撮像領域１１の両端部それぞれに位置する一または複数の画素列）の画像データによって補完される。

以上に説明した本実施形態の固体撮像装置１では、供給配線２１ａ，２１ｂを含む複数のエネルギー線遮蔽部１７が、行方向における撮像領域１１の両端部に配置された画素列を除く領域上に設けられている。これにより、撮像領域１１の両端部の画素列には、エネルギー線遮蔽部１７によって遮られることなく十分な量のエネルギー線が入射する。また、撮像領域１１の両端部は、固体撮像素子３の間の不感領域と隣接する。従って、本実施形態の固体撮像装置１によれば、バタブル配置された複数の固体撮像素子３の間の不感領域の画像を、この両端部の画素列の画像データによって適切に補完できる。

また、本実施形態の固体撮像装置１においては、一部のエネルギー線遮蔽部１７が供給配線２１ａ，２１ｂとして転送電極１５と電気的に接続され、垂直転送電圧が供給される。これにより、転送電極１５に対し垂直転送電圧を好適に印加できる。特に、転送電極１５がポリシリコン等の比較的高い抵抗率を有する材料からなる場合、低抵抗率である金属または金属シリサイドからなる供給配線２１ａ，２１ｂによって転送電極１５に垂直転送電圧を印加することにより、より高速な転送動作が可能となる。

また、本実施形態の固体撮像装置１においては、複数のエネルギー線遮蔽部１７は（両端部の画素列を除く）各画素列に沿って設けられているので、両端部の画素列を除く全ての画素列上にエネルギー線遮蔽部１７が均等に配設されることとなる。従って、一部の画素列上にのみシャント配線が設けられる構成と比較して、各画素列の開口率を略一定にでき、入射するエネルギー線量のばらつきを低減できる。

また、エネルギー線遮蔽部１７は、本実施形態のように、互いに隣接する画素列の間を跨ぐように配設されていることが好ましい。これにより、各画素列の中心部付近にエネルギー線を効率よく入射させることができる。

（変形例）
続いて、上記実施形態の一変形例に係る固体撮像装置について説明する。図４は、本変形例の固体撮像装置が備える固体撮像素子３ａを示す概略構成図である。この固体撮像素子３ａと上記実施形態の固体撮像素子３との相違点は、ダミー配線の有無である。すなわち、本変形例の固体撮像素子３ａはダミー配線を備えておらず、撮像領域１１上には、供給配線２１ａ，２１ｂが所定の間隔をあけて設けられている。

本変形例において、供給配線２１ａ及び２１ｂは、行方向と交差する方向（列方向に限らず、行方向と斜めに交差する方向を含む）を長手方向として撮像領域１１上に設けられている。そして、供給配線２１ａ及び２１ｂは、上記実施形態と同様、行方向における撮像領域１１の両端部に配置された画素列を除く領域上に設けられている。なお、供給配線２１ａ及び２１ｂに関する他の構成については、上記実施形態と同様なので説明を省略する。

本変形例の固体撮像素子３ａを備える固体撮像装置によれば、上記実施形態と同様に、撮像領域１１の両端部に配置された画素列に対してエネルギー線を十分に入射させることができる。従って、バタブル配置された複数の固体撮像素子３の間の不感領域の画像を、該画素列の画像データによって適切に補完できる。

また、本変形例においては、ダミー電極が設けられていないので、供給配線２１ａ，２１ｂが配設されていない画素列の開口率が高くなり、供給配線２１ａ，２１ｂが配設された画素列の開口率との間に差が生じる。従って、供給配線２１ａ，２１ｂが配設された画素列の画像データに関しては、隣接する画素列の画像データに基づいて補正がなされる。そして、このような場合、もし撮像領域１１の両端部の画素列上に供給配線が配設されていたならば、その隣が不感領域であるため上記補正が困難となる。本変形例では、撮像領域１１の両端部の画素列を除く領域上に供給配線２１ａ及び２１ｂが設けられることにより、上記補正を好適に行うことができる。

本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、図１及び図２では行方向における撮像領域１１の両端部の画素列（すなわち、エネルギー線遮蔽部１７が配設されない画素列）を、理解を容易にするため各端部にそれぞれ１本のみ図示しているが、両端部の画素列は、各端部にそれぞれ複数本あってもよい。例えば、４００行１５００列といった膨大な画素数を有する固体撮像素子においては、エネルギー線遮蔽部が配設されない両端部の画素列の本数を例えば一端部あたり４０本とすることによって、本発明の効果を好適に奏することができる。

また、供給配線は、上記した実施形態以外にも任意の本数、任意の位置でエネルギー線遮蔽部から選択することができるので、必要な電荷転送速度、補正方法などに応じて適宜設けられるとよい。

また、上記実施形態では、２相駆動のＣＣＤを用いている。これ以外に、３相駆動以上のＣＣＤを用いても、必要本数の供給配線を設置することにより、本発明による固体撮像装置を好適に構成することができる。

また、上記実施形態では、ＣＣＤとしてＦＦＴ型ＣＣＤが用いられているが、例えばフレーム転送型ＣＣＤ（ＦＴ型ＣＣＤ）などの他のＣＣＤでもよい。

実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成図である。 実施形態の固体撮像装置が備える固体撮像素子を示す概略構成図である。 図２におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。 変形例の固体撮像装置が備える固体撮像素子を示す概略構成図である。

符号の説明

１…固体撮像装置、３，３ａ…固体撮像素子、１１…撮像領域、１３…画素、１５…転送電極、１７…エネルギー線遮蔽部、１９…ダミー配線、２１ａ，２１ｂ…供給配線、２５…アンプ部、２７…水平シフトレジスタ、２９…転送制御部、３０…垂直トランスファーゲート部、３１…蓄積部、３３…ゲート電極、３５…水平転送電極、５１…半導体基板、５３…ｐ型Ｓｉ基板、５５…ｎ型半導体層、５７…絶縁層、５９…バリア領域。

Claims (3)

1. 複数の画素が二次元配列されて成りエネルギー線の入射に感応して電荷を発生する撮像領域を各々有し、該二次元配列の第１の方向に並んだ状態で互いに隣接して配置されている複数の固体撮像素子を備え、
   前記複数の固体撮像素子のそれぞれが、
   前記第１の方向を長手方向として前記撮像領域上に設けられ、前記二次元配列の第２の方向に前記電荷を転送するための転送電圧が印加される転送電極と、
   金属または金属シリサイドからなり、前記第１の方向と交差する方向を長手方向として前記撮像領域上に設けられ、前記転送電極に電気的に接続されて前記転送電圧を前記転送電極に供給する供給配線と
   を更に有し、
   前記供給配線が、前記第１の方向における前記撮像領域の両端部に配置された画素列を除く領域上に設けられていることを特徴とする、固体撮像装置。
2. 複数の画素が二次元配列されて成りエネルギー線の入射に感応して電荷を発生する撮像領域を各々有し、該二次元配列の第１の方向に並んだ状態で互いに隣接して配置されている複数の固体撮像素子を備え、
   前記複数の固体撮像素子のそれぞれが、
   前記第１の方向を長手方向として前記撮像領域上に設けられ、前記二次元配列の第２の方向に前記電荷を転送するための転送電圧が印加される転送電極と、
   金属または金属シリサイドからなり、前記第１の方向における前記撮像領域の両端部に配置された画素列を除く各画素列に沿って前記撮像領域上に設けられた複数のエネルギー線遮蔽部と
   を更に有し、
   前記複数のエネルギー線遮蔽部のうち一部の前記エネルギー線遮蔽部が転送電極と電気的に接続されており、前記二次元配列の第２の方向に前記電荷を転送するための転送電圧が前記一部のエネルギー線遮蔽部に供給されることを特徴とする、固体撮像装置。
3. 前記エネルギー線遮蔽部が、互いに隣接する画素列の間を跨ぐように配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像装置。

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