JPH02133963A

JPH02133963A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH02133963A
Application number: JP63288420A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yasaka; 守家坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1990-05-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた固体撮像装
置に係わり、特に高速駆動に適した固体撮像装置に関す
る。

（従来の技術）従来、ＣＣＤを用いた固体撮像装置では、その高解像度
化のために、多画素化と共に信号出力動作の高速化が要
求されている。信号出力動作の高速化を実現するために
は、固体撮像装置内に形成されるＣＣＤレジスタを高速
に駆動することが必要となる。しかし、ＣＣＤレジスタ
を高速駆動することは、消費電力の増大及び発熱による
暗電流増加を招くことになる。以下、これについて説明
する。

複数の受光素子を２次元的に配置した一般的なインター
ライン転送型ＣＣＤ撮像装置は、受光画素部（光電変換
部）で発生する信号電荷を受取り、それを転送するため
の複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、これら垂直ＣＣＤレ
ジスタから信号電荷を受取り、それを信号検出部まで転
送するための水平ＣＣＤレジスタを有する。

ＣＣＤ撮像装置の消費電力は、これら垂直及び水平ＣＣ
Ｄレジスタを駆動するのに要する電力によって略決まる
。通常の場合、水平ＣＣＤレジスタの駆動周波数は垂直
ＣＣＤレジスタのそれより１０２〜１０３倍も高いこと
から、ＣＣＤ撮像装置における消費電力の大部分は水平
ＣＣＤレジスタの駆動で消費されるものと言える。

第３図（ａ）は従来のＣＣＤ撮像装置における水平ＣＣ
Ｄレジスタの構造を示す平面図であり、第３図（ｂ）は
同図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。この水平ＣＣＤ
レジスタは、Ｎチャネル型の２相駆動ＣＣＤレジスタで
あり、次のような構成を持つ。即ち、Ｐ型シリコン基板
４１の上にＮ型不純物層４２及びＮ−型不純物層４３が
形成され、その上部にゲート酸化膜（Ｓｉ、０２）４４
を介して転送電極４５．４６，４７．４８がそれぞれ形
成され、さらに絶縁層５４．遮光８５５及び絶縁膜５６
が形成される。

転送電極４５．〜，４８はフィールド部５８上に長く延
長して形成され、そのフィールド部５８上において、転
送電極（第１ストレージ電極）４５と転送電極（第１バ
リア電極）４６は第１コンタクト部５０を介して第１Ａ
ｐ配線５１と共通接続される。同様に、転送電極（第２
ストレージ電極）４７と転送電極（第２バリア電極）４
８はコンタクト部５２を介して第２ＡｆＩ配線５３と共
通接続される。そして、第１１配線５１と第２ＡＩ配線
５３には互いに逆相の高速クロックパルス電圧φＨ３，
φＨ２が印加され、これにより信号電荷の転送が行われ
る。なお、転送方向は図中の矢印５７で示される。

しかしながら・上記従来構造の水平ＣＣＤレジスタでは
、駆動の高速化を行う上で次に述べるような問題点を持
つ。即ち、転送電極４５〜，４８がフィールド部５８上
にまで延長して形成されているため、その分だけシリコ
ン基板４１との間に静電容量が形成され、負荷容】が増
加する。その結果、余分な消費電力を必要とし、外部駆
動回路の負荷を増大させ、駆動の高速化を難しくさせる
。また、消費電力の増加と共に、撮像装置における発熱
が増大するため、暗電流の増加を引起こす。さらに、第
３図（ａ）に示すように第２ストレージ電極４７及び第
２バリア電極４８はフィールド部５８上を特に長く延長
して形成されているため、それぞれの転送電極の負荷抵
抗５９．６０が無視できなくなり、これによっても水平
ＣＣＤレジスタ部での発熱が増大する。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、クロック印加のためのＡｌ配線（配線
電極）とのコンタクトを取る必要性から、水平ＣＣＤレ
ジスタの転送電極がフィールド部上まで長く延長して形
成されているため、転送電極の負荷容量及び負荷抵抗が
大きかった。

その結果、駆動消費電力が増大し、且つ発熱によって暗
電流が増大するため、駆動の高速化が難しいという問題
があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、ＣＣＤレジスタ負荷容量及び負荷抵
抗を低減することができ、ＣＣＤレジスタの消費電力及
び発熱の低減をはかり得、高速駆動に適した固体撮像装
置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、ＣＣＤレジスタの転送電極と配線電極
との接続をＣＣＤレジスタのチャネル上で行い、且つ従
来配線電極との接続のためフィールド部上に長く延長し
て形成されていた転送電極の部分を削除することにある
。

即ち本発明は、半導体基板上に１次元又は２次元的に配
列された複数の受光素子と・これらの受光素子に蓄積さ
れた電荷を一方向に転送するＣＣＤチャネル上に転送電
極を設けたＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジスタの各
転送電極にクロックパルスを印加する配線電極とを備え
た固体撮像装置において、前記配線電極を前記ＣＣＤチ
ャネル上に配置し、且つ該チャネル上で前記転送電極及
び配線電極を電気的に接続するようにしたものである。

また本発明は、半導体基板上にマトリックス状に配列さ
れた複数の受光素子と、これらの受光素子配列に沿って
配列形成され、該受光素子に蓄積された信号電荷を読出
して垂直方向に転送する複数列の垂直ＣＣＤレジスタと
、これらの垂直ＣＣＤレジスタと直交する方向に平行配
置され、該垂直ＣＣＤレジスタより転送される各行の信
号電荷を振分けて水平方向に転送する２本の水平ＣＣＤ
レジスタとを備えた装置であって、２本の水平ＣＣＤレ
ジスタはそれぞれのＣＣＤチャネル上に交互に配置する
第１及び第２の転送電極を共用したものであり、１水平
走査分の複数の信号電荷を第１群信号電荷及び第２群信
号電荷に振分け、水平走査のブランキング時に、第１群
信号電荷を第１の水平ＣＣＤレジスタを構成する第１Ｃ
ＣＤチャネルの第１転送電極下に転送し、第２群信号電
荷を第１ＣＣＤチャネルの第２転送電極下を通して第２
の水平ＣＣＤレジスタを構成する第２ＣＣＤチャネルに
転送する固体撮像装置にお−いて、前記第１転送電極に
クロックパルスを印加する第１配線電極を前記第１ＣＣ
Ｄチャネル上に形成すると共に、該チャネル上でこれら
の電極を電気的に接続し、前記第２転送電極にクロック
パルスを印加する第２配線電極を前記第２ＣＣＤチャネ
ル上に形成すると共に、該チャネル上でこれらの電極を
電気的に接続するようにしたものである。

（作　用）本発明によれば、ＣＣＤレジスタを構成するのＣＣＤチ
ャネル上に配線電極を設け、該チャネル上で転送電極と
配線電極とを電気的に接続することにより、ＣＣＤレジ
スタの転送電極ラフイールド領域まで延長させる必要が
なくなる。

このため、フィールド部において形成される転送電極と
シリコン基板との間の余分な静電容量を最小限に小さく
でき、且つ転送電極の負荷抵抗も小さくすることができ
る。従って、ＣＣＤレジスタの駆動消費電力が低減され
、且つ発熱による暗電流も低減されることになる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係わるＣＣＤ撮像装
置における水平ＣＣＤレジスタの上面構造を示す平面図
であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図
である。この水平ＣＣＤレジスタは、Ｎチャネル型の２
相駆動ＣＯＤであり、次のように構成されている。

Ｐ型シリコン基板１の上に埋込みチャネル化のためのＮ
型不純物層２が形成され、この不純物層２の一部に電位
バリア領域となるＮ−型不純物層３が形成されている。

不純物層２の上には、ゲート酸化膜（ＳｉＯ２）４を介
して、第２層ポリシリコンからなる第１ストレージ電極
５と第２ストレージ電極７が形成されている。

さらに、不純物層３の上には、ゲート酸化膜４を介して
、第３層ポリシリコンからなる第１バリア電極６と第２
バリア電極８が形成されてる。

ここで、第１ストレージ電極５及び第１バリア電極６か
ら第１転送電極が構成され、第２ストレージ電極７及び
第２バリア電極８から第２転送電極が構成される。そし
て、これらの転送電極５．〜，８はフィールド１８上に
長く延長されることはなく、フィールド１８上に僅かに
重なっているのみである。

第１及び第２の転送電極のうち、第１転送電極５．６は
ＣＣＤチャネル（電荷転送経路）９上で第１コンタクト
部１０を介して第１１配線（配線電極）１１と共通接続
され、同様に第２転送電極７，８はＣＣＤチャネル９上
で第２コンタクト部１２を介して第２１配線（配線電極
）１３と共通接続される。また、第１及び第２１の配線
１１．１３の上部には、絶縁層１４、遮光膜１５及び保
護膜１６が順次積層されている。

なお、第１ＡＩＩ配線１１と第２ＡＮ配線１３には、互
いに逆相の高速クロックパルス電圧φ）１１．φＨ２が
印加され、これにより第１転送電極と第２転送電極にも
互いに逆相のクロックパルス電圧φ旧、φＨ２が印加さ
れ、図中矢印１７の方向（水平方向）に信号電荷が転送
されるものとなっている。また、図中Ｖ−１，Ｖ−２は
図示しない受光素子に蓄積された信号電荷を読出し垂直
方向に転送する垂直ＣＣＤレジスタの一部を示し、これ
らのレジスタで転送された信号電荷がＣＣＤチャネル９
に供給されるものとなっている。

このような構成であれば、ＣＣＤチャネル９上にＡΩ配
線１１．１３が配置され、ＣＣＤチャネル９上のコンタ
クト部１０で転送電極５゜６とＡΩ配線１１とが接続さ
れ、さらにコンタクト部１２で転送電極７，８とＡｆｉ
配線１３とが接続される。このため、従来のように転送
電極５．〜，８をフィールド部１８上に長く延長し、そ
こで１配線との接続を行う必要はない。

このため、フィールド部１８で形成される転送電極５．
〜，８とシリコン基板１との間の余分な静電容量が著し
く減少する。さらに、コンタクト部がＣＣＤチャネル９
上にあることから、転送電極５．〜，８の負荷抵抗も減
少する。従って、水平ＣＣＤレジスタの消費駆動電力及
び該レジスタ部における発熱が低減し、これにより水平
ＣＣＤレジスタの高速駆動が可能となり、ＣＣＤ撮像装
置の解像度の向上等に寄与することができる。

なお、ＣＣＤチャネル９上にコンタクト部１０．１２を
設けることから、該コンタクト形成のエツチングに際し
ては下地のチャネルに影響を与えないように考慮する必
要力（ある。本発明者等の実験によれば、コンタクト形
成のエツチングにウェットエツチングを用いたり、転送
電極としてのポリシリコンの膜厚を十分厚く形成するこ
とにより、チャネル上でコンタクト部を形成しても下地
のチャネルに殆ど影響を及ぼさないことを確認している
。

第２図は本発明の他の実施例に係わるＣＣＤ撮像装置に
おける水平ＣＣＤレジスタの上面構造を示す平面図であ
る。この実施例は、２本のＣＣＤチャネルを有する２線
式水平ＣＣＤレジスタに本発明を適用したものである。

第２図に示す２線式水平ＣＣＤレジスタは２本のＣＣＤ
チャネル、即ち第１ＣＣＤチャネル２１と第２ＣＣＤチ
ャネル２２を有し、さらにこれらのＣＣＤチャネル２１
．２２間での信号電荷転送を制御するための水平開転送
ゲート２３を有する。

ここで、２線式水平ＣＣＤレジスタにおける信号電荷の
転送は次のように行われる。複数の垂直ＣＣＤレジスタ
Ｖ−１，Ｖ−２，Ｖ−３，Ｖ−４，−’ｔ’奇数列目（
又は偶数列目）の垂直ＣＣＤレジスタｖ−ｔ、ｖ−ａ、
・・・及び偶数列目（又は奇数列目）の垂直ＣＣＤレジ
スタＶ−２，Ｖ−４，・・・からそれぞれ転送される第
１群信号電荷２４及び第２群信号電荷２５は、水平走査
のブランキング期間において第１ＣＣＤチャネル２１に
転送され、さらに第２群信号電荷２５は水平開転送ゲー
ト２３を通って第２ＣＣＤチャネル２２に転送される。

次いで、その後の水平転送期間において、第１群信号電
荷２４及び第２群信号電荷２５は、それぞれ第１ＣＣＤ
チャネル２１及び第２ＣＣＤチャネル２２の経路内を矢
印２６の方向に向かって転送される。

本実施例では、水平ＣＣＤレジスタの転送電極２７．２
８，２９．３０が２つのＣＣＤチャネル２１．２２にま
たがって形成され、これらの転送電極２７．〜，３０に
所定のクロックパルス電圧φ）１１．φＨ２を印加する
ためのＡｌｌ配線（配線電極）３１．３２はＣＣＤチャ
ネル２１゜２２上にそれぞれ形成される。さらに、転送
電極２７．〜，３０とＡｆｉ配線３１．３２との間の電
気的導通を取るための第１及び第２のコンタクト部３３
．３４は、ＣＣＤチャネル２１゜２２の上部にそれぞれ
形成される。そして、第１コンタクト部３３を第１ＣＣ
Ｄチャネル２１上に形成し、第２コンタクト部３４を第
２ＣＣＤチャネル２２の上部に形成することを特徴とし
ている。

つまり、第１群信号電荷２４を奇数列目の垂直ＣＯＤレ
ジスタＶ−１，Ｖ−３，・・・から受ける役目をする第
１ストレージ電極２７．第１バリア電極２８（第１転送
電極）と、これらの電極２７゜２８に所定のクロックパ
ルス電圧φＨ４を印加するための第１ＡΩ配線３１との
間の第１コンタクト部３３を第１ＣＣＤチャネル２１の
上部に形成する。これと同様に、第２群信号電荷を偶数
列目の垂直ＣＯＤレジスタＶ−２、Ｖ−４、・・・がら
受ける役目をする第２ストレージ電極２９．第２バリア
電極３０（第２転送電極）と、これら電極２９．３０に
所定のクロックパルス電圧φ８２を印加するための第２
Ａｇ配線３２との間の第２コンタクト部３４を第２ＣＣ
Ｄチャネル２２の上部に形成している。

このような構成であれば、先の実施例と同様に、２線式
水平ＣＣＤレジスタの消費駆動電力を低減し、発熱を抑
制する効果が得られる。さらに、これに加えて次に述べ
る効果も得られる。

この実施例とは逆に、前記第１１配線３１を第２ＣＣＤ
チャネル２２上に形成し、且つ第１転送電極２７．２８
と第１１配線３１との間のコンタクト部を第２ＣＣＤチ
ャネル２２の上部に形成し、前記第２Ａｇ配線３２を第
１ＣＣＤチャネル２１上に形成し、且つ第２転送電極２
９．３０と第２ＡｆＩ配線３２との間のコンタクト部を
第１ＣＣＤチャネル２１の上部に形成した場合を考える
。ここで、前者のコンタクト部を第１仮想コンタクト部
、後者のコンタクト部を第２仮想コンタクト部と呼ぶこ
とにする。この場合、第２仮想コンタクト部が水平ブラ
ンキング期間において第２群信号電荷２５が転送するＣ
ＣＤチャネルの上部に形成されるこトニなる。チャネル
上にコンタクト部を形成することは、その部分の電位を
変動させることになり、その結果、第２群信号電荷２５
が第１ＣＣＤチャネル２１から第２ＣＣＤチャネル２２
に転送される際、第２群信号電荷２５の一部が第１ＣＣ
Ｄチャネル２１に取り残されるという現象が発生し易く
なる。この現象は、撮像画面上において垂直の白黒対の
線となって現れ、画質を著しく劣化させるものである。

これに対し、本実施例のようにコンタクト部の位置を設
定することにより、第２群信号電荷２５が転送される第
１ＣＣＤチャネル上にコンタクト部を設けるのを避ける
ことができ、第２群信号電荷２５の一部が第１ＣＣＤチ
ャネル２１に取り残されるという現象を未然に防止でき
る。つまり、本実施例では、撮像画面上に垂直の白黒対
の線が発生するのを防止できる効果が得られるのである
。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。本発明は水平ＣＣＤレジスタに適用
して最も効果が得られるものであるが、垂直ＣＣＤレジ
スタに適用することも可能である。また、受光素子を２
次元配置するのではなく、１次元的に配置した撮像装置
に適用することも可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、ＣＣＤレジスタ（
特に水平ＣＣＤレジスタ）の転送電極の負荷容量及び負
荷抵抗を減少させることができ、その結果、消費駆動電
力及び発熱が低減し、レジスタ駆動の高速化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるＣＣＤ撮像装置の水
平ＣＣＤレジスタ部の構成を説明するだめのもので、第
１図（ａ）は平面図、第１図（ｂ）は同図（ａ）の矢視
Ａ−Ａ断面図、第２図は本発明の他の実施例に係わるＣ
ＣＤ撮像装置の水平ＣＣＤレジスタ部の構成を示す平面
図、第３図は従来のＣＣＤ撮像装置の水平ＣＣＤレジス
タ部の構成を説明するためのもので、第３図（ａ）は平
面図、第３図（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図で
ある。１・・・シリコン基板、５．〜．８・・・転送電極、９
・・・ＣＣＤチャネル、１０，１２，３３，３４９．・
コンタクト部、１１．１３・・・Ａｌ配線（配線電極）
、２１・・・第１　ＣＣＤチャネル、２２・・・第２Ｃ
ＣＤチャネル、２３・・・水平開転送電極、２４・・・
第１群信号電荷、２５・・・第２群信号電荷、２７．２
８・・・第１転送電極、２９．３０・・・第２転送電極
、３１・・・Ａｊ７配線（第１配線電極）、３２・・・
ｌ配線（第２配線電極）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に１次元又は２次元的に配列された
複数の受光素子と、これらの受光素子に蓄積された電荷
を一方向に転送するＣＣＤチャネル上に転送電極を設け
たＣＣＤレジスタと、このＣＣＤレジスタの各転送電極
にクロックパルスを印加する配線電極とを備えた固体撮
像装置において、前記配線電極を前記ＣＣＤチャネル上に配置し、且つ該
チャネル上で前記転送電極及び配線電極を電気的に接続
してなることを特徴とする固体撮像装置。
（２）前記受光素子は２次元的にマトリックス配置され
ており、前記ＣＣＤレジスタは水平ＣＣＤレジスタであ
ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
（３）半導体基板上にマトリックス状に配列された複数
の受光素子と、これらの受光素子配列に沿って配列形成
され、該受光素子に蓄積された信号電荷を読出して垂直
方向に転送する複数列の垂直ＣＣＤレジスタと、これら
の垂直ＣＣＤレジスタと直交する方向に平行配置され、
該垂直ＣＣＤレジスタより転送される各行の信号電荷を
振分けて水平方向に転送する２本の水平ＣＣＤレジスタとを備えた装置であって、２本の水平ＣＣＤレジスタはそれぞれのＣＣＤチャネル上に交互に配置する第１及び第２の転送
電極を共用したものであり、１水平走査分の複数の信号
電荷を第１群信号電荷及び第２群信号電荷に振分け、水
平走査のブランキング時に、第１群信号電荷を第１の水
平ＣＣＤレジスタを構成する第１ＣＣＤチャネルの第１
転送電極下に転送し、第２群信号電荷を第１ＣＣＤチャネルの第２転送電極下を通して第２の水平Ｃ
ＣＤレジスタを構成する第２ＣＣＤチャネルに転送する
固体撮像装置において、前記第１転送電極にクロックパルスを印加する第１配線
電極を前記第１ＣＣＤチャネル上に形成すると共に、該
チャネル上でこれらの電極を電気的に接続し、前記第２
転送電極にクロックパルスを印加する第２配線電極を前
記第２ＣＣＤチャネル上に形成すると共に、該チャネル
上でこれらの電極を電気的に接続してなることを特徴と
する固体撮像装置。