JP4246964B2

JP4246964B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置アレイ

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Publication number: JP4246964B2
Application number: JP2002153035A
Authority: JP
Inventors: 和久宮口
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: DE60326955D1; US20050151169A1; JP2003347539A; US7193252B2; WO2003100862A1; EP1515370A4; EP1515370A1; AU2003231373A1; EP1515370B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置アレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフル・フレーム転送型固体撮像装置（ＦＦＴ型ＣＣＤ）またはフレーム転送型（ＦＴ型）ＣＣＤの、２相駆動の場合の上面図を図７（ａ）に、IV−IV矢印断面図を図７（ｂ）に示す。
【０００３】
ＣＣＤ１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１の表面側に設置された転送電極１０２と、転送電極１０２に電気的に接続された供給配線１０３とを備えている。そして、ＣＣＤ１００には入射する光の像を撮像する光検出部が構成されている。光検出部には画素Ｅが水平方向及び垂直方向に複数個配列されている。そして、画素Ｅに対して光が入射することによって画素Ｅの内部に電荷が発生し、光の像を撮像する。
【０００４】
転送電極１０２は、光検出部の水平方向を長手方向として１つの画素Ｅにつき所定本数並んで画素Ｅ上に設置されており、垂直転送電圧が供給されることによって電荷を垂直方向に転送する。また、供給配線１０３は転送電極１０２へ転送電圧を供給するための配線であり、垂直方向を長手方向として、光の像を撮像しない不感領域ＦであるＣＣＤ１００の両端部に設置されている。
【０００５】
光の像がＣＣＤ１００の表面側より入射すると、画素Ｅの内部に電荷が発生する。そして、供給配線１０３を通じて転送電極１０２へ供給される垂直転送電圧によって、電荷が画素Ｅ内を矢印ｃの方向に転送される。
【０００６】
ＦＦＴ型ＣＣＤ及びＦＴ型ＣＣＤにおいては、転送電極１０２の材料として多結晶シリコン（ポリシリコン）などの光を透過する材料が用いられる。そして、転送電極１０２の両端に設置されるアルミなどの金属からなる供給配線１０３が転送電極１０２への電圧供給に用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アルミなどからなる供給配線１０３は光を遮ることから、従来のＣＣＤでは、上記したようにＣＣＤ１００の両端部の不感領域Ｆに供給配線１０３を設置している。しかしながら、不感領域Ｆの存在はＣＣＤ１００の表面を有効に利用するという点において問題であり、不感領域Ｆは極力小さいことが好ましい。また、このような不感領域Ｆは、固体撮像装置を複数、水平方向に隣接するように並べる場合にも問題となる。すなわち、複数並べられた固体撮像装置同士の間に不感領域Ｆが存在することにより、光の像の一部が撮像されない。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、不感領域を小さくし、光検出部を広くできる固体撮像装置、及びそれを用いた固体撮像装置アレイを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による固体撮像装置は、フレーム転送型またはフル・フレーム転送型の固体撮像装置であって、水平方向を分割するｍ列（ｍは２以上の整数）及び垂直方向を分割するｎ行（ｎは２以上の整数）からなる２次元状に配列されているｍ×ｎ個の画素を有し、ｍ×ｎ個の画素が、垂直方向を長手方向とし水平方向に並んで設けられた一導電型の半導体層と、水平方向を長手方向として当該画素上に設置された転送電極とによって構成されており、入射される光に応じた電荷を各画素内部において発生及び蓄積するとともに、その電荷を画素内で垂直方向に転送するための垂直転送電圧が転送電極に印加されることにより、入射される光の像を撮像する光検出部と、金属または金属シリサイドからなり、光検出部の垂直方向を長手方向として所定の画素である被遮光画素上にその一部を覆うように設置され、転送電極に電気的に接続されて垂直転送電圧を転送電極に印加する供給配線とを備え、供給配線による被遮光画素の出力信号の低下分を補正可能に構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明による固体撮像装置は、光を遮る金属または金属シリサイドからなる供給配線を画素上に設置することによって、光検出部の水平方向の両端部での供給配線を設置するための不感領域をなくすことができるので、光検出部を広くすることができる。また、不感領域をなくすことにより、固体撮像装置を複数、水平方向に隣接させて用いるような場合に撮像されない部分を少なくすることができる。また、供給配線は、被遮光画素の一部のみを覆う構成となっている。このとき、被遮光画素の他の部分には光が入射され、ある程度出力量が低下した出力信号が被遮光画素から出力される。したがって、上記構成の固体撮像装置によれば、出力信号に基づいて、被遮光画素への入射光量の低下分を補正することができる。
【００１１】
また、固体撮像装置は、供給配線がｍ列のうち光検出部の両端の列の被遮光画素上に設置されることを特徴としてもよい。または、固体撮像装置は、供給配線がｍ列のうち光検出部の略中央の列の被遮光画素上に設置されることを特徴としてもよい。供給配線をこれらのいずれかにより配置することによって、供給配線から転送電極へ転送電圧を効率よく印加できる。また、供給配線を光検出部の略中央の列の被遮光画素上に設置する構成では、供給配線の本数が必要最小限になるので、被遮光画素の個数を少なくすることができる。
【００１２】
また、上記した構成を併用して、供給配線をｍ列のうち光検出部の両端の列及び略中央の列の被遮光画素上に設置すれば、転送電極の、供給配線から最も離れている部分と供給配線との距離がさらに短くなり、電荷転送速度をより高めることができる。
【００１３】
また、固体撮像装置は、供給配線がｋ相の垂直転送電圧を印加するｋ本を組として設置されるとともに、組を構成するｋ本の供給配線が１つの列の被遮光画素上に設置されることを特徴としてもよい。このように供給配線が設置されることによって、供給配線の一組につき要する被遮光画素の個数を少なくすることができる。
【００１４】
また、固体撮像装置は、供給配線がｋ相の垂直転送電圧を印加するｋ本を組として設置されるとともに、組を構成するｋ本の供給配線が複数の列に分散して設置されることを特徴としてもよい。このように供給配線が設置されることによって、被遮光画素の、供給配線に覆われる面積が少なくなり、被遮光画素への入射光量の低下分は小さくなる。これにより、被遮光画素の出力信号の補正を容易にすることができる。
【００１５】
また、固体撮像装置は、予め光検出部に強度が略均一な光を入射させて基準出力信号を求め、被遮光画素の出力信号を基準出力信号に基づいて補正することを特徴としてもよい。または、固体撮像装置は、被遮光画素に隣接する被遮光画素ではない画素の出力信号に基づいて被遮光画素の出力信号を補正することを特徴としてもよい。これらのように被遮光画素、またはそれ以外の画素の出力信号を補正に用いることによって、被遮光画素の出力信号の補正を容易にすることができる。
【００１６】
また、固体撮像装置は、所定個数の被遮光画素および被遮光画素ではない画素において発生した電荷を加算して出力信号とするビニングを行うことを特徴としてもよい。これにより隣接する複数の画素を単位画素として扱えるため、単位画素の出力信号に対する供給配線による影響は、被遮光画素に対するそれよりも小さくなり、被遮光画素の出力信号を好適に補正することができる。
【００１７】
また、固体撮像装置は、撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷を垂直方向に転送しつつ撮像対象の光の像に対してぶれのない撮像を行うＴＤＩ駆動法によって垂直転送電圧を制御することを特徴とする。例えばベルトコンベア上にある物体など、一定速度で移動している物体を撮像するときには、撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷転送を行いつつ、さらに電荷の蓄積を行い、移動する光の像に対してぶれのない撮像を行うＴＤＩ（Time Delay Integration）駆動法が有効である。固体撮像装置が上記のように垂直転送電圧を制御することにより、一定速度で移動する撮像対象を、明瞭に撮像することができる。
【００１８】
また、本発明による固体撮像装置アレイは、上記した固体撮像装置が複数、光検出部が水平方向に並んだ状態で、互いに隣接されていることを特徴とする。上記した固体撮像装置は供給配線設置のための不感領域が不要なので、複数の固体撮像装置をこのように配列する場合には、各光検出部間の間隔を狭くすることができる。これにより、固体撮像装置アレイによって撮像された画像において存在する不撮像部分を小さくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による固体撮像装置及び固体撮像装置アレイの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２０】
図１は本発明による固体撮像装置の第１実施形態を表面側から見た概略構成図である。本実施形態においては、固体撮像装置は２相駆動のＦＦＴ型ＣＣＤを備えている。このＦＦＴ型ＣＣＤは、光検出部の表面側から光の像が入射することにより生成される電荷を光検出部において転送する構成を有している。
【００２１】
本固体撮像装置は、ＦＦＴ型ＣＣＤであるＣＣＤ１、及び電荷転送制御部２０によって構成されている。このうち、ＣＣＤ１は、光検出部１０、水平シフトレジスタ１５、及びアンプ部１６を備えている。
【００２２】
光検出部１０は、その水平方向が、垂直方向を長手方向とするｍ個の列Ｈ１〜Ｈｍ（ｍは２以上の整数）に、また垂直方向が、水平方向を長手方向とするｎ個の行Ｖ１〜Ｖｎ（ｎは２以上の整数）に分割されて、ｍ×ｎ個の画素Ａから構成されている。そして、光検出部１０の表面側より光の像が入射すると、画素Ａの内部に電荷が発生する。
【００２３】
光透過性を有する、多結晶シリコン等からなる転送電極（図示しない）は、光検出部１０の表面側に光検出部１０の全体を覆って、各行Ｖｊ（ｊ＝１〜ｎ）の長手方向と平行な方向（水平方向）に設置される。また、この転送電極は、２相駆動に対応して、各行に対して２本または４本ずつ設置される。そして、２相駆動に対応する垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２を転送電極へ供給するための供給配線１３ａ及び１３ｂが、光検出部１０の各列Ｈｉ（ｉ＝１〜ｍ）の長手方向と平行な方向（垂直方向）を長手方向として設置される。
【００２４】
また、この供給配線１３ａ及び１３ｂは、電気抵抗の低いアルミなどの金属または金属シリサイドからなり、ｍ個の列のうち光検出部１０の両端の列Ｈ１及びＨｍの画素上に、各画素の一部を覆うように設置される。このとき、供給配線１３ａ及び１３ｂに覆われる被遮光画素Ｄの一部は覆われずに光が入射するため、この部分による電荷が被遮光画素Ｄに発生する。また、供給配線１３ａ及び１３ｂは、供給配線１３ａ、１３ｂそれぞれ１本ずつの２本を組として一列につき一組ずつ設置されている。供給配線１３ａは、各行Ｖｊに対して２本または４本ずつ設置されている転送電極のうち対応する転送電極に電気的に接続されており、転送電圧Ｐ１をこれらの転送電極へ供給する。同様に、供給配線１３ｂは対応する転送電極に電気的に接続されており、転送電圧Ｐ２をこれらの転送電極へ供給する。転送電極にこれらの垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２が供給されることによって、画素Ａ内部において発生した電荷を蓄積するとともに、垂直方向（図中の矢印ａ）に転送する垂直シフトレジスタが構成される。そして、垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２が電荷転送制御部２０により制御されることによって、画素Ａ内で電荷が転送される。
【００２５】
水平シフトレジスタ１５は、各画素Ａにおいて発生し、光検出部１０の垂直方向に転送されてきた電荷を光検出部１０から受け取り、水平方向（矢印ｂ）に転送してこれをアンプ部１６へ出力する。水平シフトレジスタ１５から出力された電荷はアンプ部１６によって増幅され、各画素ごとの出力信号として固体撮像装置の外部へ出力される。
【００２６】
図２は、図１に示した固体撮像装置のＣＣＤ１の構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）Ｉ−Ｉ矢印断面図である。図２に示すＣＣＤ１は、半導体基板１１、転送電極１２ａ〜１２ｄ、供給配線１３ａ及び１３ｂ、絶縁層１４によって構成されている。
【００２７】
半導体基板１１は、導電型がｐ⁺型であって半導体基板１１の基体となるｐ⁺型半導体基板１１１と、その表面側に形成されたエピタキシャル層であるｐ型半導体層１１２と、さらにその表面側に形成された、ｎ型半導体層１１３及びｐ⁺型半導体層１１４とを備える。ｎ型半導体層１１３及びｐ⁺型半導体層１１４は、光検出部１０の垂直方向を長手方向として水平方向に交互に設けられている。ｎ型半導体層１１３とｐ型半導体層１１２はｐｎ接合を構成しており、ｎ型半導体層１１３は光の像を入射して電荷を生成する光検出領域となっている。そして、ｎ型半導体層１１３は光検出部１０の各列Ｈｉ（ｉ＝１〜ｍ）を構成している。また、ｐ⁺型半導体層１１４は、各列Ｈｉを分離するアイソレーション領域Ｃを形成している。
【００２８】
また、転送電極１２ａ〜１２ｄは、半導体基板１１の表面上に絶縁層１４を介して設置される。転送電極１２ａ〜１２ｄは、光検出部１０の水平方向と平行な方向を長手方向として、垂直方向に交互に設置されており、各行Ｖｊ（ｊ＝１〜ｎ）を構成している。そして、これらｎ型半導体層１１３及び転送電極１２ａ〜１２ｄによって、ｎ行ｍ列に配列される画素Ａが構成される。
【００２９】
転送電極１２ａ及び１２ｂには供給配線１３ａが電気的に接続されており、転送電極１２ａと１２ｂとに垂直転送電圧Ｐ１が供給される。同様に、転送電極１２ｃ及び１２ｄには供給配線１３ｂが電気的に接続されており、転送電極１２ｃと１２ｄとに垂直転送電圧Ｐ２が供給される。すなわち、半導体基板１１に対して、転送電極１２ａ及び１２ｂの組が１相の垂直転送電圧を印加しており、転送電極１２ｃ及び１２ｄの組がさらに１相の転送電極を印加している。
【００３０】
また、半導体基板１１、転送電極１２ａ〜１２ｄ、及び供給配線１３ａ、１３ｂを互いに絶縁する絶縁層１４の材料としては、光を透過する酸化膜等が用いられる。
【００３１】
供給配線１３ａ及び１３ｂは、光検出部１０の各列Ｈｉに平行な方向をその長手方向として、光検出部１０の列Ｈ１及びＨｍの表面上に設置される。また、供給配線１３ａの半導体基板１１側には凸状部１３１ａが設けられており、凸状部１３１ａは転送電極１２ａ及び１２ｂと電気的に接続している。同様に、供給配線１３ｂの半導体基板１１側には凸状部１３１ｂ（図２（ｂ）では図示せず）が設けられており、凸状部１３１ｂは転送電極１２ｃ及び１２ｄと電気的に接続している。
【００３２】
本実施形態による固体撮像装置において、光の像が光検出部１０の表面側から入射すると、光の像は転送電極１２ａ〜１２ｄ及び絶縁層１４を透過して、光検出部１０の各画素Ａ内部へ到達する。そして、各画素Ａ内部において電荷が発生する。この電荷は、垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２が対応する転送電極１２ａ〜１２ｄに印加されるとともに、これらの電圧が電荷転送制御部２０によって制御されることによって画素Ａ内部に一旦保持され、垂直方向に転送される。転送された電荷は水平シフトレジスタ１５へ出力される。そして、電荷は水平シフトレジスタ１５によって水平方向に転送され、アンプ部１６へ入力されて増幅される。増幅された電荷は、各画素Ａごとの出力信号として固体撮像装置の外部へ出力される。
【００３３】
本実施形態による固体撮像装置は上記した構成及び動作によって、以下の効果を奏する。すなわち、従来はＣＣＤの両端の不感領域に設置されていた、光を遮る金属または金属シリサイドからなる供給配線１３ａ及び１３ｂが、本実施形態による固体撮像装置においては画素上に設置されている。これによって、供給配線１３ａ及び１３ｂを設置するための不感領域をＣＣＤの両端からなくすことができるので、ＣＣＤ１において光検出部１０を広くすることができる。
【００３４】
また、供給配線１３ａ及び１３ｂは、被遮光画素Ｄの一部のみを覆う構成となっている。このとき、被遮光画素Ｄの他の部分には光が入射され、ある程度出力量が低下した出力信号が被遮光画素Ｄから出力される。したがって、上記構成の固体撮像装置によれば、出力量が低下した出力信号に基づいて、被遮光画素Ｄへの入射光量の低下分を補正することができる。
【００３５】
図３は、１０２４列６４行のＦＦＴ型ＣＣＤにおける（ａ）画素Ａの出力信号データの一例、及び（ｂ）被遮光画素Ｄ及び画素Ａの出力信号データの一例を示す表である。なお、ＦＦＴ型ＣＣＤを後述するＴＤＩ駆動した場合の出力信号の補正方法としては、垂直方向の６４画素分の信号は加算されるのと同等である。したがって、各列に対応する、水平方向の１０２４チャネル分についての出力信号を補正すれば充分である。このため、図３（ａ）及び（ｂ）の表においては、いずれも水平方向についての出力信号の変化を示している。
【００３６】
図３（ａ）に示す画素番号は、水平方向のチャネル番号を示している。出力信号は、チャネル１〜４、及び１０２１〜１０２４の出力信号の一例を示している。また、チャネル５〜１０２０の出力信号に関しては、チャネル１〜４、及びチャネル１０２１〜１０２４と略同様であるため省略している。
【００３７】
図３（ｂ）に示す画素番号も図３（ａ）と同様に、水平方向のチャネル番号を示している。出力信号も同様に、チャネル１〜４、及びチャネル１０２１〜１０２４の出力信号の一例を示している。ただし、供給配線が列Ｈ２及び列Ｈ３、並びに列Ｈ１０２２及び列Ｈ１０２３の画素の表面上に設置されて、対応するチャネルのすべての画素が被遮光画素となっている。
【００３８】
供給配線が設置されない画素では、図３（ａ）に示すように隣接する画素同士の互いの出力信号の差は微小である。しかし、被遮光画素の出力信号は、図３（ｂ）に示すように、供給配線が設置されない画素の出力信号と較べ、供給配線によって覆われる面積等に応じて出力信号が低下する。この出力信号の低下分を補正すれば、供給配線の出力信号への影響を除くことができる。
【００３９】
図３（ｂ）に示したような、被遮光画素における出力信号に対する補正方法としては、以下に示す方法が有効である。
【００４０】
まず、光検出部に予め強度が略均一な光を入射して得られる出力信号である基準出力信号を得る。そして、被遮光画素の基準出力信号に基づいて当該被遮光画素の出力信号を補正する。あるいは、被遮光画素に隣接する画素の基準出力信号に基づいて被遮光画素の出力信号を補正してもよい。
【００４１】
また、基準出力信号を用いずに、被遮光画素に隣接する画素の出力信号に基づいて補正を行ってもよい。すなわち、被遮光画素の出力信号の値と、被遮光画素に隣接する、被遮光画素ではない画素の出力信号の値との相関を利用して、被遮光画素の出力信号を補正する。
【００４２】
補正方法の一例としては、基準出力信号に基づいて、被遮光画素の基準出力信号に補正係数を乗じた値とそれ以外の画素の基準出力信号の値とが略等しくなるような補正係数を算出し、光の像を撮像する際に、撮像して得られた出力信号のうち被遮光画素の出力信号に補正係数を乗じてこれを補正するといった方法がある。
【００４３】
以上の補正方法により、被遮光画素の出力信号を容易に補正することができる。
【００４４】
例えば、画素の寸法が一辺４８μｍ程度の大きなＣＣＤでは、画素寸法よりも小さい２０μｍ程度の供給配線を用いる。供給配線で隠れた面積だけ信号は低下するが、この程度の低下であれば再現性があるため、上記した補正方法で補正することができる。
【００４５】
また、画素の寸法が一辺２４μｍのように小さいＣＣＤでは、遮光部分の割合が大きく、補正時の誤差が大きくなる。このような場合には、所定個数（例えば、２×２の４個）の画素において発生した電荷を加算して出力信号とするビニングを行った後に、被遮光画素の出力信号に対する補正を行ってもよい。
【００４６】
このようなビニングは、解像度を低くしても支障がないような装置に本固体撮像装置を適用する場合において、特に有効である。例えば、Ｘ線の撮像の場合は可視光の撮像に比べて解像度は低くてもよい場合が多く、歯科での治療に用いられるパノラマ、セファロＸ線撮像装置においては、解像度は５〜１０Ｌｐ／ｍｍ程度でよい。あるいは、パノラマＸ線撮像装置においては、解像度は２〜５Ｌｐ／ｍｍ程度で充分である。ここで、２〜５Ｌｐ／ｍｍとは幅１ｍｍの中に描かれた２〜５の白黒線の組（ラインペア）までを解像できる解像度である。これは、約２００〜５００μｍの画素寸法に相当する。パノラマ、セファロＸ線撮像装置として固体撮像装置を用いる場合、例えば２×２の４個の画素の出力信号を加算するようなビニングを行っても、これらのＸ線撮像装置はセンサとして有効に機能できる。
【００４７】
上記したように、ビニングを行えば、隣接する複数の画素を単位画素として扱える。このため、単位画素の出力信号に対する供給配線による影響は、被遮光画素に対するそれよりも小さくなり、被遮光画素の出力信号を好適に補正することができる。なお、例えば上記したような２×２のビニングを行う場合であって、供給配線を２つ以上の列の表面上に設置するときには、供給配線が設置される列同士が隣接しないように供給配線を設置するとよい。
【００４８】
また、図１及び図２に示した固体撮像装置において、供給配線１３ａ及び１３ｂは、光検出部１０の両端の列の画素上に設置されている。このように設置すれば、供給配線１３ａ及び１３ｂから転送電極１２ａ〜１２ｄへ垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２を効率よく印加できる。また、本実施形態以外にも、供給配線１３ａ及び１３ｂを光検出部１０の略中央の列に設置することによって、本実施形態と同様の効果が得られる。さらに、このように配置すれば、供給配線の本数が必要最小限になるので、被遮光画素の個数を少なくすることができる。
【００４９】
また、供給配線１３ａ及び１３ｂは、２相の垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２を印加する２本を組として設置されるとともに、組を構成する２本の供給配線が１つの列の画素上に設置されている。このように供給配線を設置することによって、供給配線の一組につき要する、出力信号を補正する被遮光画素Ｄの個数を少なくすることができる。
【００５０】
また、例えばベルトコンベア上にある物体など、一定速度で移動している撮像対象を撮像する方法として、ＴＤＩ（Time Delay Integration）駆動法がある。ＴＤＩ駆動法は、撮像対象の移動速度に対応した速度でポテンシャルウェル間の電荷転送を行いつつ、さらに電荷の蓄積を行い、移動する光の像に対してぶれのない撮像を行う方法である。このような駆動法は、上述した電荷転送制御部２０による垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２の制御によって実現される。固体撮像装置の電荷転送制御部２０がこのようなＴＤＩ駆動法による電荷転送を行うことによって、一定速度で移動する撮像対象を、明瞭に撮像することができる。なお、前述したパノラマ、セファロＸ線撮像装置においても、このＴＤＩ駆動法はよく用いられる。
【００５１】
また、上記の構成によって不感領域をなくすことができるという効果は、複数の固体撮像装置を、光検出部１０が水平方向に並んだ状態で互いに隣接するように配列される固体撮像装置アレイにおいて特に有効である。
【００５２】
図４は、本発明による固体撮像装置を用いた固体撮像装置アレイを表面側から見た概略構成図である。図４に示す固体撮像装置アレイは、図１に示したＣＣＤ１が複数、水平方向に隣接するように配列されている。
【００５３】
固体撮像装置アレイは、寸法が大きく、１個の固体撮像装置では撮像できないような撮像対象を複数の固体撮像装置において撮像する。従来の固体撮像装置アレイにおいては、供給配線が設置される光検出部の両端部は光検出部としては用いず、画素を設けない。このため、複数の光検出部にわたって撮像された画像には、各光検出部間に存在する供給配線設置による不感領域のため、画像の内部に一定の不撮像部分が生じる。
【００５４】
図４に示す固体撮像装置アレイは、固体撮像装置が供給配線１３ａ及び１３ｂを画素上に設置することによって供給配線を設置することによる不感領域をなくしているため、固体撮像装置アレイによって撮像された画像において存在する不撮像部分を小さくすることができる。
【００５５】
ここで、歯科での治療に用いられるＸ線撮像装置を例に挙げる。歯科での治療に用いられるセファロＸ線撮像装置では、固体撮像装置において撮像が可能な領域である有効光検出領域の長さとして２２０ｍｍ程度、パノラマＸ線撮像装置では同１５０ｍｍ程度が必要となる。しかし、１つの固体撮像装置でこれらの長さの有効光検出領域を実現するのは困難である。したがって、複数の固体撮像装置をセラミックまたはプリント基板などに並べて設置して、有効光検出領域として必要な長さを得る。
【００５６】
このとき、従来の固体撮像装置では、各光検出部同士の繋ぎ目に、例えば光検出部の一方の端部の不感領域の幅が１００μｍ、他方のそれが２００μｍとすると、合わせて３００μｍの幅の不感領域が生じる。そして、この不感領域によって撮像された画像に不撮像部分が存在し、歯科での診断に影響を与えることがある。このように、従来の固体撮像装置アレイでは、撮像された画像に不撮像部分が存在することが問題となる。そこで、図４に示した固体撮像装置アレイを用いれば、供給配線設置による不感領域がなくなり、不撮像部分を小さくすることができる。
【００５７】
図５は、第２実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ２の構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）II−II矢印断面図である。図５に示すＣＣＤ２は、半導体基板１１、転送電極１２ａ〜１２ｄ、供給配線２３ａ及び２３ｂ、絶縁層１４によって構成されている。これらのうち、供給配線２３ａ及び２３ｂの構成以外は第１実施形態による固体撮像装置と同様であるため、説明を省略する。
【００５８】
供給配線２３ａ及び２３ｂは、光検出部１０の各列Ｈｉに平行な方向をその長手方向として、列Ｈ１、Ｈｍ、及び略中央の列の表面上に設置される。また、供給配線２３ａには凸状部２３１ａが、供給配線２３ｂには凸状部２３１ｂがそれぞれ設けられており、これらの凸状部を介して、転送電極１２ａ、１２ｂへ垂直転送電圧Ｐ１が、転送電極１２ｃ、１２ｄへ垂直転送電圧Ｐ２がそれぞれ印加される。
【００５９】
本実施形態による固体撮像装置は、供給配線２３ａ及び２３ｂを設置するための不感領域をＣＣＤの両端からなくすことができるので、ＣＣＤ２において光検出部１０を広くすることができる。また、供給配線２３ａ及び２３ｂは、被遮光画素Ｄの一部のみを覆う構成となっている。したがって、出力量が低下した出力信号に基づいて、被遮光画素Ｄへの入射光量の低下分を補正することができる。
【００６０】
また、供給配線２３ａ及び２３ｂが、第１実施形態での位置に加えて光検出部１０の略中央の列の表面上にも一組設置されている。このため、供給配線２３ａ同士、及び２３ｂ同士のそれぞれの間の距離が短くなる。これにより、転送電極１２ａ〜１２ｄの電気抵抗による影響を低く抑えることができるので、ＣＣＤ２の電荷転送速度を速くすることができ、ＣＣＤ２を高速で駆動することが可能になる。
【００６１】
なお、供給配線２３ａ、２３ｂは光検出部１０の略中央の列の表面上にのみ設置してもよい。このように設置すれば、供給配線２３ａ及び２３ｂから転送電極１２ａ〜１２ｄへ垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２を効率よく印加できる。また、供給配線の本数が必要最小限になるので、被遮光画素の個数を少なくすることができる。
【００６２】
図６は、第３実施形態による固体撮像装置のＣＣＤ３の構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）III−III矢印断面図である。図６に示すＣＣＤ３は、半導体基板１１、転送電極１２ａ〜１２ｄ、供給配線３３ａ及び３３ｂ、絶縁層１４によって構成されている。これらのうち、供給配線３３ａ及び３３ｂの構成以外は第１実施形態による固体撮像装置と同様であるため、説明を省略する。
【００６３】
供給配線３３ａ及び３３ｂは、光検出部１０の各列Ｈｉに平行な方向をその長手方向として、絶縁層１４の表面上の任意の列Ｈｉの表面上に設置される。このとき、供給配線３３ａと３３ｂとは互いに異なる列に設置される。また、供給配線３３ａには凸状部３３１ａが、供給配線３３ｂには凸状部３３１ｂがそれぞれ設けられており、これらの凸状部を介して、転送電極１２ａ、１２ｂへ垂直転送電圧Ｐ１が、転送電極１２ｃ、１２ｄへ垂直転送電圧Ｐ２がそれぞれ印加される。
【００６４】
本実施形態による固体撮像装置は、供給配線３３ａ及び３３ｂを設置するための不感領域をＣＣＤの両端からなくすことができるので、ＣＣＤ３において光検出部１０を広くすることができる。また、供給配線３３ａ及び３３ｂは、被遮光画素Ｄの一部のみを覆う構成となっている。したがって、出力量が低下した出力信号に基づいて、被遮光画素Ｄへの入射光量の低下分を補正することができる。
【００６５】
また、供給配線３３ａ及び３３ｂは、２相の垂直転送電圧Ｐ１、Ｐ２を印加する組を構成する２本の供給配線が互いに異なる列の画素上に設置されている。このように供給配線が設置されることによって、被遮光画素１個当たりの、供給配線に覆われる面積が少なくなり、被遮光画素への入射光量の低下分は小さくなる。これにより、被遮光画素の出力信号の補正を容易にすることができる。
【００６６】
本発明による固体撮像装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、供給配線は、上記した実施形態以外にも任意の個数、任意の位置で画素の表面上に設置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計するとよい。
【００６７】
また、上記した各実施形態では、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画素上に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。
【００６８】
また、上記した各実施形態では、ＣＣＤとしてＦＦＴ型ＣＣＤが用いられているが、他のＣＣＤでもよい。例えば、光検出部と水平シフトレジスタとの間に電荷蓄積部を有するフレーム転送型ＣＣＤ（ＦＴ型ＣＣＤ）が上記構成の供給配線を備えることにより、固体撮像装置の光検出部を広くすることができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明による固体撮像装置及び固体撮像装置アレイは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、固体撮像装置は、光を遮る材料からなる供給配線を画素上に設置することによって、従来は光検出部の水平方向の両端部に存在した、供給配線を設置するための不感領域をなくすことができるので、光検出部を広くすることができる。また、固体撮像装置は、不感領域をなくすことにより、固体撮像装置を複数、水平方向に隣接させて用いるような場合に撮像されない部分を少なくすることができる。
【００７０】
また、供給配線は、被遮光画素の一部のみを覆う構成となっている。このとき、被遮光画素の他の部分には光が入射され、ある程度出力量が低下した出力信号が被遮光画素から出力される。したがって、上記構成の固体撮像装置によれば、出力信号に基づいて、被遮光画素への入射光量の低下分を補正することができる。
【００７１】
また、固体撮像装置アレイは、上記した固体撮像装置を用いることによって各光検出部間の間隔を狭くすることができるので、固体撮像装置アレイによって撮像された画像において存在する不撮像部分を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体撮像装置の第１実施形態を表面側から見た概略構成図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置のＣＣＤの構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）Ｉ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】１０２４列６４行のＦＦＴ型ＣＣＤにおける（ａ）画素Ａの出力信号データの一例、及び（ｂ）被遮光画素Ｄ及び画素Ａの出力信号データの一例を示す表である。
【図４】本発明による固体撮像装置を用いた固体撮像装置アレイを表面側から見た概略構成図である。
【図５】第２実施形態による固体撮像装置のＣＣＤの構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）II−II矢印断面図である。
【図６】第３実施形態による固体撮像装置のＣＣＤの構成の一部を示す（ａ）上面図、及び（ｂ）III−III矢印断面図である。
【図７】従来のフル・フレーム転送型固体撮像装置（ＦＦＴ型ＣＣＤ）またはフレーム転送型（ＦＴ型）ＣＣＤの、（ａ）２相駆動の場合の上面図、及び（ｂ）IV−IV矢印断面図である。
【符号の説明】
１…ＣＣＤ、１０…光検出部、１１…半導体基板、１１１…ｎ⁺型半導体基板、１１２…ｐ型半導体層、１１３…ｎ型半導体層、１１４…ｐ⁺型半導体層、１２ａ〜１２ｄ…転送電極、１３ａ、１３ｂ…供給配線、１３１ａ、１３１ｂ…凸状部、１４…絶縁層、１５…水平シフトレジスタ、１６…アンプ部、２０…電荷転送制御部、Ａ…画素、Ｃ…アイソレーション領域、Ｄ…被遮光画素。

Claims

フレーム転送型またはフル・フレーム転送型の固体撮像装置であって、
水平方向を分割するｍ列（ｍは２以上の整数）及び垂直方向を分割するｎ行（ｎは２以上の整数）からなる２次元状に配列されているｍ×ｎ個の画素を有し、前記ｍ×ｎ個の画素が、垂直方向を長手方向とし水平方向に並んで設けられた一導電型の半導体層と、水平方向を長手方向として当該画素上に設置された転送電極とによって構成されており、入射される光に応じた電荷を各画素内部において発生及び蓄積するとともに、その電荷を前記画素内で垂直方向に転送するための垂直転送電圧が前記転送電極に印加されることにより、入射される光の像を撮像する光検出部と、
金属または金属シリサイドからなり、前記光検出部の垂直方向を長手方向として所定の前記画素である被遮光画素上にその一部を覆うように設置され、前記転送電極に電気的に接続されて前記垂直転送電圧を前記転送電極に印加する供給配線と
を備え、
前記供給配線による前記被遮光画素の出力信号の低下分を補正可能に構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
前記供給配線は、前記ｍ列のうち前記光検出部の両端の列の前記被遮光画素上に設置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。
前記供給配線は、前記ｍ列のうち前記光検出部の略中央の列の前記被遮光画素上に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記供給配線は、ｋ相の前記垂直転送電圧を印加するｋ本を組として設置されるとともに、組を構成するｋ本の前記供給配線が１つの列の前記被遮光画素上に設置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
前記供給配線は、ｋ相の前記垂直転送電圧を印加するｋ本を組として設置されるとともに、組を構成するｋ本の前記供給配線が複数の列に分散して設置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
予め前記光検出部に強度が略均一な光を入射させて基準出力信号を求め、前記被遮光画素の出力信号を前記基準出力信号に基づいて補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
前記被遮光画素に隣接する被遮光画素ではない前記画素の出力信号に基づいて前記被遮光画素の出力信号を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
所定個数の前記被遮光画素および被遮光画素ではない前記画素において発生した電荷を加算して出力信号とするビニングを行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷を垂直方向に転送しつつ前記撮像対象の前記光の像に対してぶれのない撮像を行うＴＤＩ駆動法によって前記垂直転送電圧を制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の固体撮像装置が複数、前記光検出部が水平方向に並んだ状態で、互いに隣接するよう配列されていることを特徴とする固体撮像装置アレイ。