JP3013819B2

JP3013819B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3013819B2
Application number: JP9305503A
Authority: JP
Inventors: 真一河合
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JPH11145446A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、とくに垂直転送電極に給電するためのシャント配線
を設けた固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられていたこの種のインターラ
イン型固体撮像装置は、一般に図５にて示す構成のもの
が採用されていた。

【０００３】図５は、従来のインターライン転送型固体
撮像装置の模式的概略構成図であり、図中符号５１１は
光電変換部、５１２は電荷読み出し領域、５１３は垂直
電荷転送レジスタ、５１４は水平電荷転送レジスタ、５
１５は電荷検出部、５１６は出力増幅器、５１７は撮像
領域である。

【０００４】複数の光電変換部５１１が２次元に配列さ
れており、各光電変換部の列に対応して垂直電荷転送レ
ジスタ５１３が設けられている。光電変換部５１１と垂
直電荷転送レジスタ５１３との間には電荷読み出し領域
５１２が形成されている。垂直電荷転送レジスタ５１３
の一端には水平電荷転送レジスタ５１４が設けられてお
り、水平電荷転送レジスタ５１４の一端には電荷検出部
５１５および出力増幅器５１６が形成されている。な
お、破線で囲んだ部分が撮像領域５１７である。

【０００５】光電変換部５１１で光電変換された電荷
は、電荷読み出し領域５１２を介して垂直電荷転送レジ
スタ５１３に送り出される。送り出された電荷は垂直電
荷転送レジスタ５１３により水平電荷転送レジスタ５１
４まで転送され、さらに水平電荷転送レジスタ５１４に
より電荷検出部５１５まで転送されて電荷が検出され、
出力増幅器５１６を介して出力される。

【０００６】図６は、従来の固体撮像装置における、垂
直電荷転送レジスタに配列されている垂直転送電極と、
垂直転送電極に垂直駆動パルスを供給するための垂直パ
スラインとの接続形態を説明するための模式的概略構成
図である。図中符号５１７は撮像領域、５２１は垂直転
送電極、５２５は垂直パスライン、５４１はコンタクト
である。

【０００７】ここでは、垂直電荷転送レジスタを４相の
垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動する場合を示
している。各垂直転送電極５２１は撮像領域５１７内で
水平方向に延びており、撮像領域の両端で垂直パスライ
ン５２５とコンタクト５４１により電気的に接続されて
いる。一般的に、垂直転送電極５２１はポリシリコン膜
などで形成されているため、垂直パスライン５２５から
の距離が長い撮像領域５１７の中央部では、垂直転送電
極５２１の抵抗および容量による垂直駆動パルスの波形
なまりにより転送可能な最大電荷量の減少が生じる場合
がある。

【０００８】この問題を克服するために、垂直転送電極
５２１をタングステン膜やアルミニウム膜などからなる
金属配線（以降、シャント配線と呼ぶ）により裏打ちす
る技術が知られている。この技術を使用した固体撮像装
置は、例えば、特開昭５６−８７３７９号公報に開示さ
れている。

【０００９】図７は、シャント配線を有する固体撮像装
置における、垂直転送電極、シャント配線、および垂直
パスラインの接続形態を説明するための模式的概略構成
図である。図中符号５１７は撮像領域、５２１は垂直転
送電極、５２５は垂直パスライン、５３１はシャント配
線、５４１はコンタクト、５４５は裏打コンタクトであ
る。

【００１０】ここでは、垂直電荷転送レジスタを４相の
垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動する場合を示
している。垂直転送電極５２１は撮像領域５１７内で水
平方向に延びており、各垂直電荷転送レジスタ上に設け
られたシャント配線５３１と、裏打コンタクト５４５に
より接続されている。裏打コンタクト５４５は、シャン
ト配線と同じ垂直駆動パルスの相を有する垂直転送電極
とが接続するように、垂直方向には４電極周期、水平方
向には４画素周期で設けられている。各シャント配線５
３１は、撮像領域５１７の外部まで延びており、水平方
向に延びる垂直パスライン５２５と水平方向に４画素周
期でコンタクト５４１により接続されている。各垂直パ
スライン５２５にはそれぞれΦＶ１〜ΦＶ４φの垂直駆
動パルスが印加されている。

【００１１】次に図面を用いて、垂直転送電極５２１と
シャント配線５３１の構成についてより詳しく説明す
る。図８は、図７における撮像領域の一部を拡大した模
式的平面図である。図中符号５１１は光電変換部、５３
１はシャント配線、５４５は裏打コンタクト、５２１、
５２２は垂直転送電極である。

【００１２】ここでは、垂直および水平方向に８画素分
を示している。垂直電荷転送レジスタ５１３には、複数
の垂直転送電極５２１および５２２が設けられており、
１画素は垂直転送電極を２電極有する。各垂直転送電極
５２１および５２２は水平方向に延びており、光電変換
部５１１上に開口を設けるように櫛歯状に形成されてい
る。垂直電荷転送レジスタ５１３上には、シャント配線
５３１が垂直方向に延びている。シャント配線５３１
は、裏打コンタクト５４５により、シャント配線と同じ
垂直駆動パルスの相を有する垂直転送電極と接続するよ
うに、垂直方向には４電極周期、水平方向には４画素周
期で、各垂直転送電極５２１および５２２に接続されて
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】垂直電荷転送レジスタ
に近接して裏打コンタクトを設けると、裏打コンタクト
の下の垂直電荷転送レジスタのチャネル電位が変化する
場合がある。裏打コンタクトの下のチャネル電位が部分
的に高くなったとするとポテンシャルディップが形成さ
れ、垂直電荷転送レジスタ内を電荷が転送される際に、
電荷の一部が取り残される。電荷の一部がポテンシャル
ディップに取り残されると、電荷転送効率の劣化とな
り、再生画像の垂直方向解像度が悪くなる。

【００１４】本発明の目的は、垂直電荷転送レジスタの
電荷転送効率が改善され、垂直の解像度を上げることが
できる固体撮像装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光電変換で電荷を発生させ、発生した電荷を垂直電
荷転送レジスタで垂直に転送する光電変換電荷転送手段
と、その垂直電荷転送レジスタからの電荷を受け取って
転送する水平電荷転送レジスタと、その水平電荷転送レ
ジスタから転送された電荷を検出する電荷検出部と、検
出した電荷を増幅して出力する出力増幅器とを有する固
体撮像装置である。また、垂直電荷転送レジスタには、
その垂直電荷転送レジスタに直交して、複数の垂直駆動
パルスの相を有する垂直転送電極が配置されており、そ
の垂直転送電極の上には導電性膜から成り複数の垂直駆
動パルスの相を有するシャント配線が垂直電荷転送レジ
スタに沿って形成されており、同相の垂直転送電極とシ
ャント配線とが給電のために裏打コンタクトにより電気
的に接合されている。さらに、シャント配線に形成され
た垂直転送配線との裏打ちコンタクトの個数が、そのシ
ャント配線と交差して配置されるそのシャント配線と同
じ垂直駆動パルスの相を有する垂直転送電極の個数より
少なくなっている。

【００１６】垂直転送電極ならびにシャント配線上のそ
の垂直転送電極ならびにそのシャント配線の互いの交差
位置には周期的に裏打コンタクトが設けられており、そ
の周期が、垂直駆動パルスの相数の整数倍であることが
好ましい。

【００１７】また、垂直電荷転送レジスタを駆動する垂
直駆動パルスの相が２相であってもよく、３相であって
もよく、４相であってもよい。

【００１８】さらに、光電変換電荷転送手段が、複数の
光電変換部と、その光電変換部の電荷を中継する電荷読
み出し領域と、電荷を受け取って転送する垂直電荷転送
レジスタとから構成されていてもよく、光電変換部を兼
ねた垂直電荷転送レジスタで構成されていてもよい。

【００１９】垂直電荷転送レジスタに近接する裏打コン
タクトの数を減らしたので、垂直電荷転送レジスタの電
荷転送効率が改善され、垂直の解像度を上げることがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態の固体撮像装置における、垂直転送電極、シャント配
線、および垂直パスラインの接続形態を説明するための
模式的概略構成図である。図中符号１１７は撮像領域、
１２１は垂直転送電極、１２５は垂直パスライン、１３
１はシャント配線、１４１はコンタクト、１４５は裏打
コンタクトである。

【００２１】なお、固体撮像装置の全体の構成は、従来
技術において図５、図６を参照して説明した内容と同じ
なのでここでは説明を省略し、本発明の特徴である垂直
転送電極、シャント配線、および垂直パスラインの接続
形態を中心に説明する。

【００２２】第１の実施の形態では、垂直電荷転送レジ
スタを４相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動
する場合を示している。垂直転送電極１２１は撮像領域
１１７内で水平方向に延びており、各垂直電荷転送レジ
スタ（図５の符号５１３参照）上に設けられたシャント
配線１３１と、裏打コンタクト１４５により接続されて
いる。裏打コンタクト１４５は、シャント配線１３１と
そのシャント配線１３１の垂直駆動パルスの相と同じ相
を有する垂直転送電極１２１とが接続するように、垂直
方向には８電極周期、水平方向には８画素周期で設けら
れている。各シャント配線１３１は、撮像領域１１７の
外部まで延びており、水平方向に延びている垂直パスラ
イン１２５と水平方向に４画素周期でコンタクト１４１
により接続されている。各垂直パスライン１２５にはそ
れぞれΦＶ１〜ΦＶ４φの垂直駆動パルスが印加されて
いる。

【００２３】次に図面を用いて、垂直転送電極１２１と
シャント配線１３１の構成についてより詳しく説明す
る。図２は、図１における撮像領域の一部を拡大した模
式的平面図である。図中符号１１１は光電変換部、１２
１、１２２は垂直転送電極、１３１はシャント配線、１
４５は裏打コンタクトである。

【００２４】ここでは、垂直および水平方向に８画素分
を示している。垂直電荷転送レジスタには、複数の垂直
転送電極１２１および１２２が設けられており、１画素
は垂直転送電極を２電極有する。各垂直転送電極１２１
および１２２は水平方向に延びており、光電変換部１１
１上に開口が設けられるように櫛歯状に形成されてい
る。垂直電荷転送レジスタ上には、シャント配線１３１
が垂直方向に延びている。シャント配線１３１は、裏打
コンタクト１４５により、そのシャント配線１３１の垂
直駆動パルスの相と同じ相を有する垂直転送電極と接続
するように、垂直方向には８電極周期、水平方向には８
画素周期で、各垂直転送電極１２１および１２２に接続
されている。

【００２５】単位画素サイズが１０μｍ角で、垂直方向
に５００個の画素が配列され、垂直電荷転送レジスタが
４相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動されて
いる固体撮像装置において、従来例のように裏打コンタ
クトを４電極周期で設けた場合、１本の垂直電荷転送レ
ジスタには２５０個の裏打コンタクトが存在する。１０
０００電子の電荷を端から端まで転送した場合、１個の
裏打コンタクトに起因するポテンシャルディップに２電
子の割合で電荷が取り残されると仮定すると計５００電
子が転送されず、転送効率は９５％となる。また、垂直
転送電極の隣り合う２個の裏打コンタクト間の抵抗を２
Ｋオーム、容量を２０ｐＦとすると、裏打コンタクトか
ら一番遠い部分のパルスなまりの時定数は１０ｎ秒であ
る。垂直駆動パルスの周波数が１ＭＨｚであれば、垂直
転送のパルス幅は１μ秒であるので１０ｎ秒程度のパル
スなまりでは転送可能な最大電荷量の減少は生じない。

【００２６】上述の固体撮像装置において、第１の実施
の形態のように裏打コンタクトを８電極周期で設けた場
合、一本の電荷転送レジスタには１２５個の裏打コンタ
クトが存在することになる。前述の条件では取り残され
る電子数は２５０個であり、転送効率は９７．５％に改
善される。一方パルスなまりの時定数は４０ｎ秒になる
が、垂直駆動パルスの周波数が１ＭＨｚ程度であれば、
４０ｎ秒程度のパルスなまりでは、やはり転送可能な最
大電荷量の減少は生じない。

【００２７】本実施の形態では、垂直電荷転送レジスタ
が４相の垂直駆動パルスで駆動されるのに対し、裏打コ
ンタクトを２倍の８電極周期で設ける例を示したが、よ
り大きな４の倍数である１２電極周期、１６電極周期な
どの例も考えられる。裏打コンタクトを減らせば転送効
率は改善されるが、あまり減らすと垂直駆動パルスのパ
ルスなまりによる転送可能な最大電荷量の減少が生ず
る。パルスなまりに起因する転送可能な最大電荷量の減
少が生じない範囲で垂直電荷転送レジスタに設けてある
裏打コンタクトの数を減らすことにより、垂直電荷転送
レジスタの電荷転送効率を改善することができる。

【００２８】次に本発明の固体撮像装置の第２の実施の
形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施の
形態の固体撮像装置における、垂直転送電極、シャント
配線、および垂直パスラインの接続形態を説明するため
の模式的概略構成図である。図中符号２１７は撮像領
域、２２１は垂直転送電極、２２５は垂直パスライン、
２３１はシャント配線、２４１はコンタクト、２４５は
裏打コンタクトである。

【００２９】第１の実施の形態では、垂直電荷転送レジ
スタが４相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動
されていたが、第２の実施の形態では、垂直電荷転送レ
ジスタが３相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ３）で駆
動されている場合を示している。垂直転送電極２２１は
撮像領域２１７内で水平方向に延びており、各垂直電荷
転送レジスタ上に設けられたシャント配線２３１と、裏
打コンタクト２４５により接続されている。裏打コンタ
クト２４５は、シャント配線２３１とそのシャント配線
２３１の垂直駆動パルスの相と同じ相を有する垂直転送
電極とが接続するように、垂直方向には９電極周期、水
平方向には９画素周期で設けられている（３倍周期）。
各シャント配線２３１は、撮像領域２１７の外部まで延
びており、水平方向に延びている垂直パスライン２２５
と水平方向に３画素周期でコンタクト２４１により接続
されている。各垂直パスライン２２５にはそれぞれΦＶ
１〜ΦＶ３φの垂直駆動パルスが印加されている。

【００３０】垂直電荷転送レジスタが３相の垂直駆動パ
ルス（ΦＶ１〜ΦＶ３）で駆動されている固体撮像装置
において、裏打コンタクトを３電極周期で設けた場合、
１本の垂直電荷転送レジスタには３３３個の裏打コンタ
クトが存在するので、前述の条件では取り残される電子
数は６６６個であり、転送効率は９３．４％である。こ
のときパルスなまりの時定数は６ｎ秒であり、前述の条
件では転送可能な最大電荷量の減少を生じない。それに
対し、第２の実施の形態のように裏打コンタクトを９電
極周期で設けた場合、一本の電荷転送レジスタには１１
１個の裏打コンタクトが存在するので、取り残される電
子数は２２２個となり、転送効率は９８．９％に改善さ
れる。一方パルスなまりの時定数は５１ｎ秒になるが、
この程度のパルスなまりでは、やはり転送可能な最大電
荷量の減少は生じない。

【００３１】本実施の形態では、垂直電荷転送レジスタ
が３相の垂直駆動パルスで駆動されるのに対し、裏打コ
ンタクトを９電極周期で設ける例を示したが、より大き
な３の倍数である１２電極周期、１５電極周期などの例
も考えられる。

【００３２】次に本発明の固体撮像装置の第３の実施の
形態について説明する。図４は、本発明の第３の実施の
形態の固体撮像装置における、垂直転送電極、シャント
配線、および垂直パスラインの接続形態を説明するため
の模式的概略構成図である。図中符号３１７は撮像領
域、３２１は垂直転送電極、３２５は垂直パスライン、
３３１はシャント配線、３４１はコンタクト、３４５は
裏打コンタクトである。

【００３３】第１の実施の形態では、垂直電荷転送レジ
スタが４相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ４）で駆動
されていたが、第３の実施の形態では、垂直電荷転送レ
ジスタが２相の垂直駆動パルス（ΦＶ１〜ΦＶ２）で駆
動されている場合を示している。垂直転送電極３２１は
撮像領域３１７内で水平方向に延びており、各垂直電荷
転送レジスタ上に設けられたシャント配線３３１と、裏
打コンタクト３４５により接続されている。裏打コンタ
クト３４５は、シャント配線３３１とそのシャント配線
３３１の垂直駆動パルスの相と同じ相を有する垂直転送
電極とが接続するように、垂直方向には８電極周期、水
平方向には８画素周期で設けられている（４倍周期）。
各シャント配線３３１は、撮像領域３１７の外部まで延
びており、水平方向に延びている垂直パスライン３２５
と水平方向に２画素周期でコンタクト３４１により接続
されている。各垂直パスライン３２５にはそれぞれΦＶ
１〜ΦＶ２φの垂直駆動パルスが印加されている。

【００３４】垂直電荷転送レジスタが２相の垂直駆動パ
ルス（ΦＶ１〜ΦＶ２）で駆動されている固体撮像装置
において、裏打コンタクトを２電極周期で設けた場合、
１本の垂直電荷転送レジスタには５００個の裏打コンタ
クトが存在するので、前述の条件では取り残される電子
数は１０００個であり、転送効率は９０％である。この
ときパルスなまりの時定数は２．５ｎ秒であり、前述の
条件では転送可能な最大電荷量の減少を生じない。それ
に対し、第３の実施の形態のように裏打コンタクトを８
電極周期で設けた場合、一本の電荷転送レジスタには１
２５個の裏打コンタクトが存在するので、取り残される
電子数は２５０個となり、転送効率は９７．５％に改善
される。一方パルスなまりの時定数は４０ｎ秒になる
が、この程度のパルスなまりでは、やはり転送可能な最
大電荷量の減少は生じない。

【００３５】本実施の形態では、垂直電荷転送レジスタ
が２相の垂直駆動パルスで駆動されるのに対し、裏打コ
ンタクトを８電極周期で設ける例を示したが、より大き
な２の倍数である１２電極周期、１６電極周期などの例
も考えられる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置では、垂直電荷転送レジスタに近接する裏打コンタク
トの数を減らしたので、垂直電荷転送レジスタの電荷転
送効率が改善され、垂直の解像度を上げることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置にお
ける、垂直転送電極、シャント配線、および垂直パスラ
インの接続形態を説明するための模式的概略構成図であ
る。

【図２】図１における撮像領域の一部を拡大した模式的
平面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置にお
ける、垂直転送電極、シャント配線、および垂直パスラ
インの接続形態を説明するための模式的概略構成図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置にお
ける、垂直転送電極、シャント配線、および垂直パスラ
インの接続形態を説明するための模式的概略構成図であ
る。

【図５】従来のインターライン転送型固体撮像装置の模
式的概略構成図である。

【図６】従来の固体撮像装置における、垂直電荷転送レ
ジスタに配列されている垂直転送電極と、垂直転送電極
に垂直駆動パルスを供給するための垂直パスラインとの
接続形態を説明するための模式的概略構成図である。

【図７】シャント配線を有する固体撮像装置における、
垂直転送電極、シャント配線、および垂直パスラインの
接続形態を説明するための模式的概略構成図である。

【図８】図７における撮像領域の一部を拡大した模式的
平面図である。

【符号の説明】

１１１、５１１光電変換部１１７、２１７、３１７、５１７撮像領域１２１、１２２、２２１、３２１、５２１、５２２
垂直転送電極１２５、２２５、３２５、５２５垂直パスライン１３１、２３１、３３１、５３１シャント配線１４１、２４１、３４１、５４１コンタクト１４５、２４５、３４５、５４５裏打コンタクト５１２電荷読み出し領域５１３垂直電荷転送レジスタ５１４水平電荷転送レジスタ５１５電荷検出部５１６出力増幅器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換で電荷を発生させ、発生した電
荷を垂直電荷転送レジスタで垂直に転送する光電変換電
荷転送手段と、該垂直電荷転送レジスタからの電荷を受
け取って転送する水平電荷転送レジスタと、該水平電荷
転送レジスタから転送された電荷を検出する電荷検出部
と、検出した電荷を増幅して出力する出力増幅器とを有
する固体撮像装置であって、前記垂直電荷転送レジスタ
には、該垂直電荷転送レジスタに直交して、複数の垂直
駆動パルスの相を有する垂直転送電極が配置されてお
り、該垂直転送電極の上には導電性膜から成り複数の垂
直駆動パルスの相を有するシャント配線が前記垂直電荷
転送レジスタに沿って形成されており、同相の前記垂直
転送電極と前記シャント配線とが給電のために裏打コン
タクトにより電気的に接合されている固体撮像装置にお
いて、前記シャント配線に形成された前記垂直転送配線との裏
打ちコンタクトの個数が、該シャント配線と交差して配
置される該シャント配線と同じ垂直駆動パルスの相を有
する前記垂直転送電極の個数より少ないことを特徴とす
る固体撮像装置。
【請求項２】前記垂直転送電極ならびに前記シャント
配線上の該垂直転送電極ならびに該シャント配線の互い
の交差位置には周期的に前記裏打コンタクトが設けられ
ており、その周期が、垂直駆動パルスの相数の整数倍で
ある請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記垂直電荷転送レジスタを駆動する垂
直駆動パルスの相が２相である請求項１または請求項２
に記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記垂直電荷転送レジスタを駆動する垂
直駆動パルスの相が３相である請求項１または請求項２
に記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記垂直電荷転送レジスタを駆動する垂
直駆動パルスの相が４相である請求項１または請求項２
に記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記光電変換電荷転送手段が、複数の光
電変換部と、該光電変換部の電荷を中継する電荷読み出
し領域と、電荷を受け取って転送する前記垂直電荷転送
レジスタとから構成されている請求項１または請求項２
に記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記光電変換電荷転送手段が、光電変換
部を兼ねた前記垂直電荷転送レジスタで構成されている
請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。