JP2894082B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子の配線構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の固体撮像素子の構成を示す
図である。

【０００３】この固体撮像素子によれば、光学像を光電
変換する二次元的に配列された受光部と、この受光部で
光電変換された信号電荷を所定の一定周期で読み出して
垂直転送を行う電荷転送部とから成る撮像部３０１と、
信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部３０２とから構成さ
れたフレームインターライン転送撮像素子（以下“ＦＩ
Ｔ撮像素子”と略称する。）において、信号電荷を垂直
ブランキング期間に受光部から垂直方向に転送を行う垂
直電荷転送部に読み出して撮像部３０１から信号電荷蓄
積部３０２へ高速に転送を行う。この動作の後、受光部
の一行毎の信号電荷が水平ブランキング期間中に水平方
向に転送を行う水平電荷転送部３０３に転送され水平方
向電荷転送部３０３により順次に信号電荷を読み出して
電圧出力に変換するアンプ部３０４を経て信号出力を得
る。撮像部３０１から信号電荷蓄積部３０２への垂直転
送用の転送パルスは、外部の垂直転送パルス発生回路か
ら撮像素子内部の供給端子３１０〜３１３および３２０
〜３２３を介して、撮像部３０１をはさんで蓄積部３０
２の反対側の位置に水平方向に設けられたアルミニウム
等の材料により形成された金属配線（バスライン）３３
０〜３３３、および信号電荷蓄積部３０２中で水平電荷
転送部に最も近い位置に水平方向に設けられたアルミニ
ウム等の材料により形成された金属配線３４０〜３４３
に供給され、さらに金属配線３３０〜３３３および３４
０〜３４３に接続したタングステン等の材料により形成
された金属配線３５０〜３５３および３６０〜３６３を
介して各垂直転送電極群に供給されている。

【０００４】なお、図４では垂直電荷転送方法として４
相転送方法を用いており、撮像装置の配線構造のみを示
している。

【０００５】図５は、図４の撮像部３０１上での垂直転
送電極までの配線構造の詳細を示している。図５（ａ）
は配線構造の詳細を示す平面図である。図５（ｂ）は図
５（ａ）のＢ−Ｂ′断面を示す。

【０００６】図５（ａ）においてタングステン等の材料
により形成された金属配線３５０〜３５３は、図４の金
属配線３５０〜３５３と等しいものであり、図４の金属
配線３３０〜３３３に接続する。さらに金属配線３５０
〜３５３は、図５（ｂ）に示されるように金属配線３５
０〜３５３と同じ材料により形成されたコンタクト部４
００によって、垂直方向に設けられた多結晶シリコン等
の材料により形成された金属配線３７０〜３７３に接続
し、さらに金属配線３７０〜３７３と同じ材料により形
成されたコンタクト部４１０により、コンタクト部４１
０と同じ材料により形成されて水平方向に設けられた垂
直転送電極３８０〜３８２、および３９０〜３９２に接
続する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＦＩＴ撮像素子
では、撮像部の画素数が非常に多い場合には垂直転送電
極数が増大することにより垂直転送電極全体の容量が大
きくなり、その結果、この容量と供給端子からバスライ
ンを経由しての垂直転送電極までの抵抗とのＣＲ時定数
が大きくなる。さらに撮像部から信号電荷蓄積部への転
送動作を垂直ブランキング期間中に行う際に、撮像部の
画素数が非常に多い場合には転送動作の周波数が数ＭＨ
ｚと高くなる。このため撮像部から信号電荷蓄積部への
転送動作を行う際に、転送動作の周期に対しＣＲ時定数
が同等となり垂直転送パルスの波形歪が起こり、その結
果垂直転送部で転送可能な最大の信号電荷量（以下“最
大転送電荷量”と略称する。）が減少しダイナミックレ
ンジが小さくなるという欠点を生じる。

【０００８】また図４中の金属配線３３０〜３３３およ
び３４０〜３４３に対して供給端子３１０〜３１３およ
び３２０〜３２３が片側の端のみで接続しているため、
金属配線３３０〜３３３および３４０〜３４３上の水平
方向の位置での転送パルスの歪に差異が生じ、そのため
最大転送電荷量にも金属配線３３０〜３３３および３４
０〜３４３上の水平方向の位置で差異が生じる。また撮
像部３０１と電荷蓄積部３０２の境界で金属配線３５０
〜３５３と３６０〜３６３が分離して配線されているの
で、転送パルス波形の歪が不連続となり最大転送電荷量
が減少するという欠点を生じる。

【０００９】本発明は従来技術の欠点を解決することを
目的とし、金属配線上の水平方向の位置での転送パルス
の波形歪の差異がなく、供給端子からの垂直転送電極ま
での配線抵抗を小さくして、その結果ＣＲ時定数が小さ
く、高速の垂直転送時の垂直転送パルスの波形歪がない
ＦＩＴ撮像素子を提供する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】第１の発明の固体撮像
素子は、光学像を光電変換する２次元的に配列された受
光部と、この受光部で光電変換された信号電荷を所定の
一定周期で読み出して垂直方向に転送を行う垂直電荷転
送部とから成る撮像部と、前記信号電荷を蓄積し水平ブ
ランキング期間中に前記受光部の１行毎の前記信号電荷
を水平方向に転送を行う水平電荷転送部に転送する信号
電荷蓄積部とを少なくとも備えて構成されたフレームイ
ンターライン転送撮像素子において、水平方向に設けら
れた垂直転送電極群と、この垂直転送電極群と接続した
垂直方向に設けられた第１の金属配線と、この第１の金
属配線と接続して前記撮像部をはさんで蓄積部の反対側
の位置に水平方向に設けられた第２の金属配線と、この
第２の金属配線の両端から垂直転送パルスを独立に供給
するように接続された供給端子群とを有することを特徴
とする。

【００１１】第２の発明の固体撮像素子は、光学像を光
電変換する２次元的に配列された受光部と、この受光部
で光電変換された信号電荷を所定の一定周期で読み出し
て垂直方向に転送を行う垂直電荷転送部とから成る撮像
部と、前記信号電荷を蓄積し水平ブランキング期間中に
前記受光部の１行毎の前記信号電荷を水平方向に転送を
行う水平電荷転送部に転送する信号電荷蓄積部とを少な
くとも備えて構成されたフレームインターライン転送撮
像素子において、水平方向に設けられた垂直転送電極群
と、この垂直転送電極群に接続して前記撮像部及び前記
信号電荷蓄積部を間にはさみ込む位置で、前記撮像部及
び前記信号電荷蓄積部の左側に垂直方向に形成された第
１の金属配線と右側に垂直方向に形成された第２の金属
配線と、前記第１の金属配線に垂直転送パルスを独立に
供給するように接続された第１の供給端子群と、前記第
２の金属配線に垂直転送パルスを独立に供給するように
接続された第２の供給端子群とを有することを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】以上に述べた構成にすることにより、撮像素子
内部において垂直転送パルスを撮像部および信号電荷蓄
積部に対して両側から供給するように供給端子群を金属
配線に接続することで金属配線上の水平方向の各位置で
の垂直転送パルスの波形歪の差異をなくすことが可能と
なり、供給端子から金属配線を介しての垂直転送電極ま
での配線抵抗を小さくすることでＦＩＴ撮像素子の垂直
転送電極全体の容量との積によるＣＲ時定数を小さくす
ることが可能となり、撮像部から信号電荷蓄積部に数Ｍ
Ｈｚの垂直転送周波数で信号電荷が垂直転送される場合
でも、垂直転送の周期に対してＣＲ時定数が小さく垂直
転送パルスの波形歪をなくすことが可能となり、そのた
め最大転送電荷量の減少をなくしダイナミックレンジを
大きくすることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下図面によって第１の発明および第２の発
明の実施例を詳細に説明する。

【００１４】図１は、第１の発明の固体撮像素子の構成
を示す図である。図１は、電荷転送方法として４相駆動
方法をとるＦＩＴ撮像素子内部の配線構造のみを示して
おり、ＦＩＴ撮像素子の受光部と垂直転送を行う電荷転
送部から構成される撮像部１０１、信号電荷蓄積部１０
２、水平方向に信号電荷を転送する水平転送部１０３、
水平電荷転送部１０３から転送された電荷を電圧出力に
変換するアンプ部１０４が示されている。

【００１５】供給端子１１０〜１１３および１２０〜１
２３は外部の垂直転送パルス発生回路（図示せず）と接
続し、撮像部１０１をはさんで蓄積部１０２の反対側の
位置に水平方向に設けられたアルミニウム等の材料を用
いて形成された金属配線（以後“バスライン”と略称す
る。）１３０〜１３３の両端に接続して垂直転送に必要
な各位相をもつ転送パルスが供給される。バスライン１
３０〜１３３は、アルミニウム等の材料により形成され
各供給端子１１０〜１１３および１２０〜１２３とに両
端で接続し、さらに垂直転送方向に設けられたタングス
テン等の材料により形成された金属配線１４０〜１４３
に接続する。

【００１６】金属配線１４０〜１４３は撮像部１０１か
ら信号電荷蓄積部１０２まで連続して配線されているの
で、転送パルス波形は撮像部１０１から信号電荷蓄積部
１０２まで連続しており、撮像部１０１と信号電荷蓄積
部１０２の境での転送パルス波形の不連続による最大転
送電荷量の減少はない。

【００１７】図２は、図１の供給端子１１０〜１１３お
よび１２０〜１２３とバスライン１３０〜１３３と金属
配線１４０〜１４３の配線構造の詳細を示している。図
２（ａ）は配線構造の平面図を示し、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ′断面図を示す。

【００１８】図２（ａ）において、供給端子１１０〜１
１３および１２０〜１２３は外部の垂直転送パルス発生
回路（図示せず）と接続し、水平方向に設けられたバス
ライン１３０〜１３３の両端に形成している。バスライ
ン１３０〜１３３はアルミニウム等の材料により形成さ
れ、バスラインと同じ材料のコンタクト部１５０により
絶縁層を間にはさみ垂直転送チャネル方向に設けられた
タングステン等の材料により形成された金属配線１４０
〜１４３に接続する。

【００１９】なお、図１中の撮像部１０１および電荷転
送部１０２上での垂直転送電極までの配線構造は従来の
技術（図５（ａ）および（ｂ））と同様である。

【００２０】図１の各バスライン１３０〜１３３にそれ
ぞれ２個の供給端子１１０〜１１３および１２０〜１２
３を両端から接続する構成にすることで、供給端子１１
０〜１１３からバスラインを介して金属配線１４０〜１
４３までの配線を短くして配線抵抗を小さくすることが
可能となり、この配線抵抗と垂直転送電極全体の容量と
によるＣＲ時定数を小さくすることができ、駆動パルス
の歪を小さくすることが可能となる。また各バスライン
１３０〜１３３の両端に供給端子１１０〜１１３および
１２０〜１２３を接続することで、金属配線１４０〜１
４３上の水平方向の各位置での転送パルスの歪を等しく
することが可能となる。

【００２１】さらに各供給端子１１０〜１１３および１
２０〜１２３に接続した外部の垂直転送パルス発生回路
（図示せず）を考えた場合には、各バスライン１３０〜
１３３に両端の供給端子から転送パルスを供給する、つ
まり２個の垂直転送パルス発生回路で駆動することにな
るので、これら垂直転送パルス発生回路の１回路駆動当
りの駆動しなければならない負荷容量は垂直転送電極全
体の容量の半分になり、このため外部の垂直転送パルス
発生回路からの駆動が容易になる。

【００２２】尚、本発明においては図５（ａ）および
（ｂ）に示した金属配線３７０〜３７３のない場合にも
以上に述べた同様の効果を示す。

【００２３】図３は、第２の発明の固体撮像素子の構成
を示す図である。図３は、電荷転送方法として４層駆動
方法をとるＦＩＴ撮像素子内部の配線構造のみを示して
おり、ＦＩＴ撮像素子の受光部と垂直転送を行う電荷転
送部から構成される撮像部２０１、信号電荷蓄積部２０
２、水平方向に信号電荷を転送する水平転送部２０３、
水平電荷転送部２０３から転送された電荷を電圧出力に
変換するアンプ部２０４が示されている。

【００２４】図３の供給端子２１０〜２１３および２２
０〜２２３は外部の転送パルス発生回路（図示せず）と
接続し、さらにアルミニウム等の材料により形成される
金属配線２４０〜２４３および２５０〜２５３に接続し
て垂直転送に必要な各位相をもつ駆動パルスが供給され
る。さらに金属配線２４０〜２４３および２５０〜２５
３は、水平方向に構成された垂直転送電極群に接続して
いる多結晶シリコン等の材料により形成された金属配線
群２３０〜２３３に接続している。

【００２５】この金属配線２４０〜２４３および２５０
〜２５３は、撮像部２０１から信号電荷蓄積部２０２ま
で連続して配線されているので、転送パルスは撮像部２
０１から信号電荷蓄積部２０２まで連続しており、撮像
部２０１と信号電荷蓄積部２０２の境での転送パルス波
形の不連続による最大転送電荷量の減少はない。金属配
線２４０〜２４３および２５０〜２５３は配線２３０〜
２３３にそれぞれ直接に接続しているために、図５
（ａ）の３７０〜３７３に示されるような金属配線が不
要となり製造工程が簡略化される。

【００２６】金属配線２４０〜２４３および２５０〜２
５３が撮像部２０１および電荷蓄積部２０２の両側に構
成され、各金属配線２４０〜２４３および２５０〜２５
３に対し供給端子２１０〜２１３および２２０〜２２３
が独立に接続する構成にすることで、供給端子２１０〜
２１３および２２０〜２２３から、金属配線２４０〜２
４３および２５０〜２５３を含めて金属配線２３０〜２
３３までの配線を短くし配線抵抗を小さくすることが可
能となり、この配線抵抗と垂直転送電極全体の容量とに
よるＣＲ時定数を小さくすることができ、駆動パルスの
歪を小さくすることが可能となる。

【００２７】さらに各供給端子２１０〜２１３および２
２０〜２２３に接続した外部の垂直転送パルス発生回路
（図示せず）を考えた場合には、各金属配線２３０〜２
３３に両端の供給端子から転送パルスを供給する、つま
り２個の垂直転送パルス発生回路で駆動することになる
ので、これら垂直転送パルス発生回路の１回路駆動当り
の駆動しなければならない負荷容量は垂直転送電極全体
の容量の半分になり、このため前記の外部の垂直転送パ
ルス発生回路からの駆動が容易になる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明のように第１の発明および第
２の発明の固体撮像素子によれば、前記の撮像部および
信号電荷蓄積部を間に挟みその両端に独立に垂直転送方
向に構成された金属配線に外部からの垂直転送パルスを
前記金属配線に独立に供給するように供給端子を接続す
ることで、前記撮像素子内部において水平方向の前記金
属配線上の各位置での垂直転送パルスの波形歪の差異を
なくすことが可能となり、供給端子から撮像装置内部の
垂直転送電極までの配線を短くして該配線抵抗を小さく
することによりＣＲ時定数を小さくすることが可能とな
り、垂直転送動作時の撮像部からの電荷蓄積部への転送
動作の周期が短くなったとしても、駆動パルスの歪をな
くすことができ前記最大転送電荷量を減少させることな
くダイナミックレンジの大きなＦＩＴ撮像素子を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明にかかる固体撮像素子の構成を示す
構成図である。

【図２】図１に示した要部の構成を示す構成図である。

【図３】第２の発明にかかる固体撮像素子の構成を示す
構成図である。

【図４】本発明を使用しない従来のＦＩＴ撮像素子の構
成を示す構成図である。

【図５】図４に示した要部の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１ 撮像部 １０２，２０２，３０２ 信号電荷蓄積部 １１０〜１１３，１２０〜１２３，２１０〜２１３，２
２０〜２２３，３１０〜３１３，３２０〜３２３ 供給
端子 １３０〜１３３，１４０〜１４３，２３０〜２３３，２
４０〜２４３，２５０〜２５３，３３０〜３３３，３４
０〜３４３，３５０〜３５３ 金属配線 １０３，２０３，３０３ 水平電荷蓄積部 １０４，２０４，３０４ アンプ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 27/148 H04N 5/335

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学像を光電変換する２次元的に配列され
   た受光部と、この受光部で光電変換された信号電荷を所
   定の一定周期で読み出して垂直方向に転送を行う垂直電
   荷転送部とから成る撮像部と、前記信号電荷を蓄積し水
   平ブランキング期間中に前記受光部の１行毎の前記信号
   電荷を水平方向に転送を行う水平電荷転送部に転送する
   信号電荷蓄積部とを少なくとも備えて構成されたフレー
   ムインターライン転送撮像素子において、 水平方向に設けられた垂直転送電極群と、 この垂直転送電極群と接続した垂直方向に設けられた第
   １の金属配線と、 この第１の金属配線と接続して前記撮像部をはさんで蓄
   積部の反対側の位置に水平方向に設けられた第２の金属
   配線と、 この第２の金属配線の両端から垂直転送パルスを独立に
   供給するように接続された供給端子群とを有することを
   特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】光学像を光電変換する２次元的に配列され
   た受光部と、この受光部で光電変換された信号電荷を所
   定の一定周期で読み出して垂直方向に転送を行う垂直電
   荷転送部とから成る撮像部と、前記信号電荷を蓄積し水
   平ブランキング期間中に前記受光部の１行毎の前記信号
   電荷を水平方向に転送を行う水平電荷転送部に転送する
   信号電荷蓄積部とを少なくとも備えて構成されたフレー
   ムインターライン転送撮像素子において、 水平方向に設けられた垂直転送電極群と、 この垂直転送電極群に接続して前記撮像部及び前記信号
   電荷蓄積部を間にはさみ込む位置で、前記撮像部及び前
   記信号電荷蓄積部の左側に垂直方向に形成された第１の
   金属配線と右側に垂直方向に形成された第２の金属配線
   と、 前記第１の金属配線に垂直転送パルスを独立に供給する
   ように接続された第１の供給端子群と、 前記第２の金属配線に垂直転送パルスを独立に供給する
   ように接続された第２の供給端子群とを有することを特
   徴とする固体撮像素子。