JPH0595514A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその製造方法Info
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- JPH0595514A JPH0595514A JP3280320A JP28032091A JPH0595514A JP H0595514 A JPH0595514 A JP H0595514A JP 3280320 A JP3280320 A JP 3280320A JP 28032091 A JP28032091 A JP 28032091A JP H0595514 A JPH0595514 A JP H0595514A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイナミックレンジを向上させるため画素面
積を大きくしても、信号電流を画素面積の増大に見合っ
て大にすることの可能なＣＭＤ画素を用いた固体撮像装
置及びその製造方法を提供する。 【構成】 ＣＭＤからなる画素１を垂直方向又は水平方
向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列した画素アレ
イで単位複合画素２を構成し、この単位複合画素２を垂
直及び水平方向に複数個配列した複合画素アレイと、こ
の複合画素アレイを順次選択読み出しを行う垂直走査回
路６と水平走査回路７と水平選択スイッチ８とで固体撮
像装置を構成する。
積を大きくしても、信号電流を画素面積の増大に見合っ
て大にすることの可能なＣＭＤ画素を用いた固体撮像装
置及びその製造方法を提供する。 【構成】 ＣＭＤからなる画素１を垂直方向又は水平方
向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列した画素アレ
イで単位複合画素２を構成し、この単位複合画素２を垂
直及び水平方向に複数個配列した複合画素アレイと、こ
の複合画素アレイを順次選択読み出しを行う垂直走査回
路６と水平走査回路７と水平選択スイッチ８とで固体撮
像装置を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光生成電荷の蓄積に
よるゲート電極下の表面電位変化でチャネル電流を制御
する内部増幅型電荷変調素子（Charge Modulation Devi
ce，以下ＣＭＤと略称する）を光電変換素子として用い
た固体撮像装置に関し、特に様々な画素ピッチに対応さ
せて複数個の画素を単位複合画素とした固体撮像装置及
びその製造方法に関する。
よるゲート電極下の表面電位変化でチャネル電流を制御
する内部増幅型電荷変調素子（Charge Modulation Devi
ce，以下ＣＭＤと略称する）を光電変換素子として用い
た固体撮像装置に関し、特に様々な画素ピッチに対応さ
せて複数個の画素を単位複合画素とした固体撮像装置及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像装置は半導体加工技術の
進歩によって技術革新が目ざましく、特に画素寸法の縮
小化は急速に進んでいる。画素寸法縮小の代表例とし
て、カムコーダー用の固体撮像装置の受光エリアが、こ
れまでの２／３インチ光学系から１／２インチ系、ある
いは更に１／３インチ系へと小さくなっていることが挙
げられる。この場合、撮像性能はノイズ低減やマイクロ
レンズを用いた開口率アップ等の付加技術により従来品
レベルを維持し、且つ素子寸法を小さくしたことによる
収量増加，歩留り向上によって、低価格化が可能とな
り、画素縮小化が固体撮像装置の市場拡大の原動力とも
なっている。
進歩によって技術革新が目ざましく、特に画素寸法の縮
小化は急速に進んでいる。画素寸法縮小の代表例とし
て、カムコーダー用の固体撮像装置の受光エリアが、こ
れまでの２／３インチ光学系から１／２インチ系、ある
いは更に１／３インチ系へと小さくなっていることが挙
げられる。この場合、撮像性能はノイズ低減やマイクロ
レンズを用いた開口率アップ等の付加技術により従来品
レベルを維持し、且つ素子寸法を小さくしたことによる
収量増加，歩留り向上によって、低価格化が可能とな
り、画素縮小化が固体撮像装置の市場拡大の原動力とも
なっている。
【０００３】一方、民生品向けの小型化，低価格化の要
請とは別に、撮像性能を第一優先とする産業用のニーズ
も厳然として存在し、こうした用途では一般に感度やダ
イナミックレンジなどが重視される。感度やダイナミッ
クレンジに関する性能を落とさないためには、画素寸法
は大きい方が有利であり、したがって性能を優先させる
用途向けの、より大きい画素を用いた固体撮像装置の開
発は、今後も続けられて行くものと予想される。
請とは別に、撮像性能を第一優先とする産業用のニーズ
も厳然として存在し、こうした用途では一般に感度やダ
イナミックレンジなどが重視される。感度やダイナミッ
クレンジに関する性能を落とさないためには、画素寸法
は大きい方が有利であり、したがって性能を優先させる
用途向けの、より大きい画素を用いた固体撮像装置の開
発は、今後も続けられて行くものと予想される。
【０００４】しかしこうした撮像性能重視の用途に対し
て、実際に開発されている固体撮像素子はＭＯＳ型イメ
ージャーが多く、ＣＣＤ型イメージャーが用いられる例
は少ない。その理由はＣＣＤの場合、大面積画素により
転送ピッチが増加し、それによる転送効率の低下への配
慮が必要となるなど、素子設計上、狭ピッチのＣＣＤ設
計とは違った難しさがあるため、開発費が高くなってし
まうことに依る。
て、実際に開発されている固体撮像素子はＭＯＳ型イメ
ージャーが多く、ＣＣＤ型イメージャーが用いられる例
は少ない。その理由はＣＣＤの場合、大面積画素により
転送ピッチが増加し、それによる転送効率の低下への配
慮が必要となるなど、素子設計上、狭ピッチのＣＣＤ設
計とは違った難しさがあるため、開発費が高くなってし
まうことに依る。
【０００５】これに対し、ＭＯＳ型イメージャーの場合
には、画素の開口部面積比率が大きくなった分だけ、画
素信号電荷が増加するだけで、素子設計上の難しさなど
の不利な要素は少ない。しかしながらＭＯＳ型イメージ
ャーにおいては、ある程度以上の駆動速度で動作させよ
うとすると、信号読み出しライン上の信号電荷の充放電
動作が動作周期内で完了しないため、解像度の低下をも
たらし、利用範囲が限定されるという問題がある。
には、画素の開口部面積比率が大きくなった分だけ、画
素信号電荷が増加するだけで、素子設計上の難しさなど
の不利な要素は少ない。しかしながらＭＯＳ型イメージ
ャーにおいては、ある程度以上の駆動速度で動作させよ
うとすると、信号読み出しライン上の信号電荷の充放電
動作が動作周期内で完了しないため、解像度の低下をも
たらし、利用範囲が限定されるという問題がある。
【０００６】このようなＭＯＳ型，ＣＣＤ型イメージャ
ーに対して、本件発明者等は、画素内部に信号電荷増幅
機構を備えた内部増幅型撮像素子の開発を行ってきてい
る。特にＣＭＤイメージャーは素子構造の単純さによ
り、画素寸法の縮小化を急速に進めてきており、ＣＣＤ
型イメージャーのチップ小型化の開発ペースに今後とも
ほぼ追随していけるものと予想されている。また上述し
たＭＯＳ型イメージャーの高速動作時の性能低下は、Ｃ
ＭＤイメージャーにおいてはかなり小さく抑えられる。
それは、ＣＭＤ画素が信号線に沿って信号電流を能動的
に駆動し、出力回路は電流検出回路を用いているため、
高速信号検出に適した読み出し方式を採っていることに
依る。
ーに対して、本件発明者等は、画素内部に信号電荷増幅
機構を備えた内部増幅型撮像素子の開発を行ってきてい
る。特にＣＭＤイメージャーは素子構造の単純さによ
り、画素寸法の縮小化を急速に進めてきており、ＣＣＤ
型イメージャーのチップ小型化の開発ペースに今後とも
ほぼ追随していけるものと予想されている。また上述し
たＭＯＳ型イメージャーの高速動作時の性能低下は、Ｃ
ＭＤイメージャーにおいてはかなり小さく抑えられる。
それは、ＣＭＤ画素が信号線に沿って信号電流を能動的
に駆動し、出力回路は電流検出回路を用いているため、
高速信号検出に適した読み出し方式を採っていることに
依る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＭＤイメ
ージャーは、画素寸法の微細化及び高速動作時の撮像性
能に優れるなどの特徴を有しながら、上述した撮像性能
重視の大面積画素撮像素子として活用されてこなかっ
た。その第１の理由は、ＣＭＤ画素においては画素寸法
を大きくしても、一般にそれに見合って信号電流が大き
くならず、したがって画素寸法を大きくしただけのメリ
ットが得られないということである。
ージャーは、画素寸法の微細化及び高速動作時の撮像性
能に優れるなどの特徴を有しながら、上述した撮像性能
重視の大面積画素撮像素子として活用されてこなかっ
た。その第１の理由は、ＣＭＤ画素においては画素寸法
を大きくしても、一般にそれに見合って信号電流が大き
くならず、したがって画素寸法を大きくしただけのメリ
ットが得られないということである。
【０００８】次にこの点について詳細に説明する。ＣＭ
Ｄ画素の信号電流は、リング状のゲート電極の放射方向
ゲート長Ｌと周囲長方向ゲート幅Ｗを用いて、ほぼＷ／
Ｌに比例して決まる。一方、画素のダイナミックレンジ
は蓄積飽和電荷量と暗電荷実効値との比で与えられる
が、このダイナミックレンジを大きくするための実効的
解決手段は、蓄積飽和電荷量を出来る限り大きくするこ
とにある。その方法としては、ＣＭＤ画素のゲート電極
面積を大きくするか、ゲート電極下の絶縁膜を薄くする
か、どちらかである。絶縁膜を薄くする方法は、ＣＭＤ
画素の暗電荷を増加させる効果があるため、最終的には
ゲート電極面積を大きくする方法に限られる。ＣＭＤ画
素のリング状ゲート電極において、ゲート電極面積を大
きくするには、リング外径は画素境界で制限されるた
め、リング状ゲートの内径を小さくすることに集約され
る。
Ｄ画素の信号電流は、リング状のゲート電極の放射方向
ゲート長Ｌと周囲長方向ゲート幅Ｗを用いて、ほぼＷ／
Ｌに比例して決まる。一方、画素のダイナミックレンジ
は蓄積飽和電荷量と暗電荷実効値との比で与えられる
が、このダイナミックレンジを大きくするための実効的
解決手段は、蓄積飽和電荷量を出来る限り大きくするこ
とにある。その方法としては、ＣＭＤ画素のゲート電極
面積を大きくするか、ゲート電極下の絶縁膜を薄くする
か、どちらかである。絶縁膜を薄くする方法は、ＣＭＤ
画素の暗電荷を増加させる効果があるため、最終的には
ゲート電極面積を大きくする方法に限られる。ＣＭＤ画
素のリング状ゲート電極において、ゲート電極面積を大
きくするには、リング外径は画素境界で制限されるた
め、リング状ゲートの内径を小さくすることに集約され
る。
【０００９】ところが、画素の信号電流の面からみる
と、ダイナミックレンジを大きくするためリング状ゲー
ト電極の内径を小さくすると、ＣＭＤ実効ゲート長が増
加し、それにより信号電流が低下（感度以下）するた
め、ダイナミックレンジの向上と信号電流の増加が両立
しないという事情があった。
と、ダイナミックレンジを大きくするためリング状ゲー
ト電極の内径を小さくすると、ＣＭＤ実効ゲート長が増
加し、それにより信号電流が低下（感度以下）するた
め、ダイナミックレンジの向上と信号電流の増加が両立
しないという事情があった。
【００１０】本発明は、従来のＣＭＤ画素を用いた固体
撮像装置における上記問題点を解消するためになされた
もので、ダイナミックレンジを向上させるため画素面積
を大きくしても、画素信号電流を画素面積の増大に見合
って大にすることの可能なＣＭＤ画素を用いた固体撮像
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
撮像装置における上記問題点を解消するためになされた
もので、ダイナミックレンジを向上させるため画素面積
を大きくしても、画素信号電流を画素面積の増大に見合
って大にすることの可能なＣＭＤ画素を用いた固体撮像
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、ＣＭＤからなる画素を垂直方向
又は水平方向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列し
てなる画素アレイをもって単位複合画素を構成し、この
単位複合画素を垂直及び水平方向に複数個配列した複合
画素アレイと、この複合画素アレイを順次選択読み出し
を行うための垂直選択回路と水平選択回路とで固体撮像
装置を構成するものである。
決するため、本発明は、ＣＭＤからなる画素を垂直方向
又は水平方向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列し
てなる画素アレイをもって単位複合画素を構成し、この
単位複合画素を垂直及び水平方向に複数個配列した複合
画素アレイと、この複合画素アレイを順次選択読み出し
を行うための垂直選択回路と水平選択回路とで固体撮像
装置を構成するものである。
【００１２】ＣＭＤ画素においては、画素の各部の寸法
は画素寸法にほぼ比例して決められており、画素寸法が
小さくなっても画素面積に占める有効受光面積（ＣＭＤ
画素においてはゲート電極面積）の比率、すなわち開口
率の大きな変化はない。そのため微小画素を複数個接続
して単位複合画素を構成した場合に通常予想される開口
率の低下は免れる。したがって、微小画素を複数個配列
して単位複合画素を構成することにより、画素寸法を大
にしたのに見合ってダイナミックレンジ（飽和蓄積電荷
量）及び信号電流を増加させることが可能となる。
は画素寸法にほぼ比例して決められており、画素寸法が
小さくなっても画素面積に占める有効受光面積（ＣＭＤ
画素においてはゲート電極面積）の比率、すなわち開口
率の大きな変化はない。そのため微小画素を複数個接続
して単位複合画素を構成した場合に通常予想される開口
率の低下は免れる。したがって、微小画素を複数個配列
して単位複合画素を構成することにより、画素寸法を大
にしたのに見合ってダイナミックレンジ（飽和蓄積電荷
量）及び信号電流を増加させることが可能となる。
【００１３】また本発明の固体撮像装置の製造方法は、
ＣＭＤからなる画素を垂直方向又は水平方向あるいは垂
直及び水平方向に複数個配列してなる画素アレイをもっ
て単位複合画素を構成し、この単位複合画素を垂直及び
水平方向に複数個配列した複合画素アレイを備えた固体
撮像装置の製造方法において、ＣＭＤからなる画素を垂
直及び水平方向に複数個配列してなる画素アレイに対し
て、該画素アレイの画素ピッチに対応して垂直選択回路
及び水平選択回路を配列した基本パターンを作成し、画
素アレイと垂直選択回路及び水平選択回路との間の相互
配線、及び垂直選択回路内及び水平選択回路内の各走査
出力段間の相互配線を、前記複合画素アレイを形成する
ように配線層を変えて行って製造するものである。
ＣＭＤからなる画素を垂直方向又は水平方向あるいは垂
直及び水平方向に複数個配列してなる画素アレイをもっ
て単位複合画素を構成し、この単位複合画素を垂直及び
水平方向に複数個配列した複合画素アレイを備えた固体
撮像装置の製造方法において、ＣＭＤからなる画素を垂
直及び水平方向に複数個配列してなる画素アレイに対し
て、該画素アレイの画素ピッチに対応して垂直選択回路
及び水平選択回路を配列した基本パターンを作成し、画
素アレイと垂直選択回路及び水平選択回路との間の相互
配線、及び垂直選択回路内及び水平選択回路内の各走査
出力段間の相互配線を、前記複合画素アレイを形成する
ように配線層を変えて行って製造するものである。
【００１４】このようにして製造することにより、製造
途中までは同一の製作工程で作られた半導体ウェーハに
対して、相互配線を行う配線層を取り換えるだけで、通
常の一画素を単位画素とするものも含め複数種類の単位
複合画素を有するＣＭＤ固体撮像装置を併行して製作す
ることができ、多品種少量生産に適した製造法を実現す
ることができる。
途中までは同一の製作工程で作られた半導体ウェーハに
対して、相互配線を行う配線層を取り換えるだけで、通
常の一画素を単位画素とするものも含め複数種類の単位
複合画素を有するＣＭＤ固体撮像装置を併行して製作す
ることができ、多品種少量生産に適した製造法を実現す
ることができる。
【００１５】
【実施例】次に実施例について説明する。まず本発明に
係る固体撮像装置における単位複合画素の基本構成につ
いて説明する。図１にＣＭＤ微小画素（３〜10μｍ□）
１を２×２のマトリクス状に配列したものを単位複合画
素２として構成したものを示す。横方向に配列された微
小画素１の各ゲートは共通に接続されており、そしてそ
れぞれ画素選択線３-1，３-2に接続され、該画素選択線
３-1，３-2は選択線駆動用の垂直走査回路によって、共
通に選択されるように構成される。また縦方向に配列さ
れた微小画素１の各ソースに共通の垂直信号線４-1，４
-2がそれぞれ接続され、そしてこの垂直信号線４-1，４
-2から出力ビデオラインへの信号読み出しを行うための
水平選択スイッチが共通に選択されるように、水平走査
回路を構成し、単位複合画素２が単一画素と同じく扱え
るようにする。
係る固体撮像装置における単位複合画素の基本構成につ
いて説明する。図１にＣＭＤ微小画素（３〜10μｍ□）
１を２×２のマトリクス状に配列したものを単位複合画
素２として構成したものを示す。横方向に配列された微
小画素１の各ゲートは共通に接続されており、そしてそ
れぞれ画素選択線３-1，３-2に接続され、該画素選択線
３-1，３-2は選択線駆動用の垂直走査回路によって、共
通に選択されるように構成される。また縦方向に配列さ
れた微小画素１の各ソースに共通の垂直信号線４-1，４
-2がそれぞれ接続され、そしてこの垂直信号線４-1，４
-2から出力ビデオラインへの信号読み出しを行うための
水平選択スイッチが共通に選択されるように、水平走査
回路を構成し、単位複合画素２が単一画素と同じく扱え
るようにする。
【００１６】あるいはまた、画素選択線３-1，３-2及び
垂直信号線４-1，４-2を単位複合画素２の内部で共通接
続するか、あるいは複合画素アレイ部と垂直走査回路及
び水平選択スイッチの中間部で共通接続を行い、単一画
素として扱えるようにすることもできる。
垂直信号線４-1，４-2を単位複合画素２の内部で共通接
続するか、あるいは複合画素アレイ部と垂直走査回路及
び水平選択スイッチの中間部で共通接続を行い、単一画
素として扱えるようにすることもできる。
【００１７】次に、ＣＭＤ微小画素を２×２個配列して
単位複合画素を構成した方が、画素サイズを２倍とした
単一の画素に比べて性能上優れている点について説明す
る。図２の（Ａ）は、画素ピッチＬのＣＭＤ微小画素の
平面形状を示し、画素ピッチＬに対する各部の概略寸法
を示している。この概略寸法を用いて、ＣＭＤ微小画素
の有効受光面積、すなわち開口率を求める。八角形のゲ
ート電極の形状を円形で近似し、半透明のポリシリコン
ゲート電極上を垂直信号線が横切る部分（斜線部）を不
感領域として差し引くと、開口部面積Ａ1 は次のように
表される。 Ａ1 ＝π［（0.４Ｌ）2 −（0.２Ｌ）2 ］−２×（0.１Ｌ）×（0.２Ｌ） ＝（0.12π−0.04）・Ｌ2 ≒ 0.337Ｌ2
単位複合画素を構成した方が、画素サイズを２倍とした
単一の画素に比べて性能上優れている点について説明す
る。図２の（Ａ）は、画素ピッチＬのＣＭＤ微小画素の
平面形状を示し、画素ピッチＬに対する各部の概略寸法
を示している。この概略寸法を用いて、ＣＭＤ微小画素
の有効受光面積、すなわち開口率を求める。八角形のゲ
ート電極の形状を円形で近似し、半透明のポリシリコン
ゲート電極上を垂直信号線が横切る部分（斜線部）を不
感領域として差し引くと、開口部面積Ａ1 は次のように
表される。 Ａ1 ＝π［（0.４Ｌ）2 −（0.２Ｌ）2 ］−２×（0.１Ｌ）×（0.２Ｌ） ＝（0.12π−0.04）・Ｌ2 ≒ 0.337Ｌ2
【００１８】画素ピッチＬの微小画素を２×２個配列し
た単位複合画素においても、画素の開口率は上記値と同
じである。またこの単位複合画素から得られる信号電流
は、微小画素の信号電流の単純に４倍となる。
た単位複合画素においても、画素の開口率は上記値と同
じである。またこの単位複合画素から得られる信号電流
は、微小画素の信号電流の単純に４倍となる。
【００１９】一方、この複合画素と同じピッチ２Ｌの画
素を大きなリング状のゲート電極を有する単一のＣＭＤ
画素で構成しようとすると、リングの半径が２倍にな
り、ゲート電極のチャネル長を微小画素と同じ寸法（0.
２Ｌ）にすれば、ピッチ２ＬとしたＣＭＤ画素のＷ／Ｌ
は微小画素のＷ／Ｌの２倍程度にすぎず、他方、飽和蓄
積電荷量を決めるゲート電極面積Ａ4 は、ゲート電極リ
ングの内径が、0.８Ｌ−0.２Ｌ＝0.６Ｌとなるので、 Ａ4 ＝π［（0.８Ｌ）2 −（0.６Ｌ）2 ］−２×（0.１Ｌ）×（0.２Ｌ） ＝（0.28π−0.04）・Ｌ2 ≒ 0.840Ｌ2 となって、微小画素の開口部面積Ａ1 の約2.５倍にとど
まり、信号電流値及び画素の開口率のいずれにおいても
微小画素を２×２個配列した単位複合画素に比べて小さ
く、著しく不利である。
素を大きなリング状のゲート電極を有する単一のＣＭＤ
画素で構成しようとすると、リングの半径が２倍にな
り、ゲート電極のチャネル長を微小画素と同じ寸法（0.
２Ｌ）にすれば、ピッチ２ＬとしたＣＭＤ画素のＷ／Ｌ
は微小画素のＷ／Ｌの２倍程度にすぎず、他方、飽和蓄
積電荷量を決めるゲート電極面積Ａ4 は、ゲート電極リ
ングの内径が、0.８Ｌ−0.２Ｌ＝0.６Ｌとなるので、 Ａ4 ＝π［（0.８Ｌ）2 −（0.６Ｌ）2 ］−２×（0.１Ｌ）×（0.２Ｌ） ＝（0.28π−0.04）・Ｌ2 ≒ 0.840Ｌ2 となって、微小画素の開口部面積Ａ1 の約2.５倍にとど
まり、信号電流値及び画素の開口率のいずれにおいても
微小画素を２×２個配列した単位複合画素に比べて小さ
く、著しく不利である。
【００２０】次に図１に示した単位複合画素２を２行２
列に配列して構成した本発明に係る固体撮像装置の実施
例を図３に基づいて説明する。２行２列の複合画素アレ
イ部５に対し、垂直走査回路６，水平走査回路７，水平
選択スイッチ８，出力回路９，出力ビデオライン10を備
えている。この実施例においては、垂直走査回路６の１
つの出力段に２つの微小画素選択線を共通接続し、微小
画素垂直信号線にはそれぞれ水平選択スイッチ８を設
け、水平走査回路７の１つの走査出力段で２つの水平選
択スイッチを選ぶように構成している。勿論、上記のよ
うに構成する代わりに、同一単位複合画素列に属する微
小画素に対応した垂直信号線をアレイ部の外で共通接続
し、１つの水平選択スイッチを介して出力ビデオライン
10につなげるように構成することも可能である。
列に配列して構成した本発明に係る固体撮像装置の実施
例を図３に基づいて説明する。２行２列の複合画素アレ
イ部５に対し、垂直走査回路６，水平走査回路７，水平
選択スイッチ８，出力回路９，出力ビデオライン10を備
えている。この実施例においては、垂直走査回路６の１
つの出力段に２つの微小画素選択線を共通接続し、微小
画素垂直信号線にはそれぞれ水平選択スイッチ８を設
け、水平走査回路７の１つの走査出力段で２つの水平選
択スイッチを選ぶように構成している。勿論、上記のよ
うに構成する代わりに、同一単位複合画素列に属する微
小画素に対応した垂直信号線をアレイ部の外で共通接続
し、１つの水平選択スイッチを介して出力ビデオライン
10につなげるように構成することも可能である。
【００２１】なお、垂直走査回路６及び水平走査回路７
において、走査出力段の途中の斜線部と矢印は、もとも
とは走査出力段の回路配線パターンが配置されている領
域を金属配線等で飛び越して、次の走査出力段に配線
し、走査パルス信号の受け渡しをすることを示してい
る。
において、走査出力段の途中の斜線部と矢印は、もとも
とは走査出力段の回路配線パターンが配置されている領
域を金属配線等で飛び越して、次の走査出力段に配線
し、走査パルス信号の受け渡しをすることを示してい
る。
【００２２】次に単位複合画素を用いて構成する固体撮
像装置の製造方法について説明する。まず予め微小画素
を単位画素とした垂直走査回路，水平走査回路及び水平
選択スイッチを備えたＣＭＤ固体撮像装置の基本パター
ン上に、垂直方向及び水平方向に２画素ずつ２×２個の
微小画素を配列した複合画素を単位画素とするような垂
直走査回路，水平走査回路及び水平選択スイッチの各配
線を行って構成するＣＭＤ固体撮像装置の製造方法を、
図３及び図４を用いて説明する。
像装置の製造方法について説明する。まず予め微小画素
を単位画素とした垂直走査回路，水平走査回路及び水平
選択スイッチを備えたＣＭＤ固体撮像装置の基本パター
ン上に、垂直方向及び水平方向に２画素ずつ２×２個の
微小画素を配列した複合画素を単位画素とするような垂
直走査回路，水平走査回路及び水平選択スイッチの各配
線を行って構成するＣＭＤ固体撮像装置の製造方法を、
図３及び図４を用いて説明する。
【００２３】図４に示すように、まず微小画素１をマト
リクス状に配列したアレイ部11に対して、垂直走査回路
６，水平走査回路７，水平選択スイッチ８，出力回路
９，出力ビデオライン10の各部の基本パターンを、微小
画素の画素ピッチに合わせて配置しておく（点線で示す
配線部は除く）。次に、このような基本パターンを用い
て微小画素２×２個の配列で１つの単位複合画素を構成
する場合について説明する。
リクス状に配列したアレイ部11に対して、垂直走査回路
６，水平走査回路７，水平選択スイッチ８，出力回路
９，出力ビデオライン10の各部の基本パターンを、微小
画素の画素ピッチに合わせて配置しておく（点線で示す
配線部は除く）。次に、このような基本パターンを用い
て微小画素２×２個の配列で１つの単位複合画素を構成
する場合について説明する。
【００２４】通常の微小画素を単位画素とする固体撮像
装置においては、図４に示す点線で示すように配線を施
すが、微小画素２×２個配列して単位複合画素を構成す
る場合には、図３に示したように、垂直選択線及び水平
選択スイッチの制御端子は共に２本毎共通接続して、垂
直及び水平走査回路の各１つの走査出力段に接続する。
この際、各走査回路の各走査出力段をつなぐ配線は、斜
線部の走査出力段を飛び越すように矢印に示すような配
線を行う。
装置においては、図４に示す点線で示すように配線を施
すが、微小画素２×２個配列して単位複合画素を構成す
る場合には、図３に示したように、垂直選択線及び水平
選択スイッチの制御端子は共に２本毎共通接続して、垂
直及び水平走査回路の各１つの走査出力段に接続する。
この際、各走査回路の各走査出力段をつなぐ配線は、斜
線部の走査出力段を飛び越すように矢印に示すような配
線を行う。
【００２５】以上のような大きな画素面積をもつ単位複
合画素を構成する方法を用いることにより、微小画素用
のＩＣ製作マスクパターンの一部配線層マスクを差し換
えるだけで、垂直方向及び水平方向共に微小画素の整数
倍の画素ピッチのＣＭＤ固体撮像装置を容易に構成する
ことができ、通常大量生産されることが少ない大面積画
素ＣＭＤ固体撮像装置に適した製作法ということができ
る。
合画素を構成する方法を用いることにより、微小画素用
のＩＣ製作マスクパターンの一部配線層マスクを差し換
えるだけで、垂直方向及び水平方向共に微小画素の整数
倍の画素ピッチのＣＭＤ固体撮像装置を容易に構成する
ことができ、通常大量生産されることが少ない大面積画
素ＣＭＤ固体撮像装置に適した製作法ということができ
る。
【００２６】また一部配線層マスクの変更だけで異なる
画素ピッチの複合画素をもつ固体撮像装置を容易に実現
することができる。すなわち、画素ピッチに関してセミ
カスタムイメージャーを実現することができる。また固
体撮像装置の水平解像度だけを落とさず単位複合画素を
実現するには、水平方向は１個の微小画素で構成し、垂
直方向のみ複数個の微小画素で構成すればよい。逆に垂
直解像度のよいものを得る場合には、垂直方向は１個の
微小画素で構成し水平方向のみ複数個の微小画素で構成
すればよい。その他、垂直及び水平の各方向の画素ピッ
チに関して様々な組み合わせが考えられる。
画素ピッチの複合画素をもつ固体撮像装置を容易に実現
することができる。すなわち、画素ピッチに関してセミ
カスタムイメージャーを実現することができる。また固
体撮像装置の水平解像度だけを落とさず単位複合画素を
実現するには、水平方向は１個の微小画素で構成し、垂
直方向のみ複数個の微小画素で構成すればよい。逆に垂
直解像度のよいものを得る場合には、垂直方向は１個の
微小画素で構成し水平方向のみ複数個の微小画素で構成
すればよい。その他、垂直及び水平の各方向の画素ピッ
チに関して様々な組み合わせが考えられる。
【００２７】水平方向の微小画素個数が偶数個であるよ
うな単位複合画素を用いたＣＭＤ固体撮像装置におい
て、複合画素アレイ部の構成を、水平単位複合画素列毎
に水平方向に単位複合画素の半ピッチ分ずらすように
し、複合画素アレイ部の微小画素数に応じた複数個の水
平選択スイッチ群の組み合わせを、水平選択切換回路を
付加することによって、一水平単位複合画素列読み出し
毎に半ピッチずれるように読み出すことにより、画素間
補間読み出しを行うことができる。
うな単位複合画素を用いたＣＭＤ固体撮像装置におい
て、複合画素アレイ部の構成を、水平単位複合画素列毎
に水平方向に単位複合画素の半ピッチ分ずらすように
し、複合画素アレイ部の微小画素数に応じた複数個の水
平選択スイッチ群の組み合わせを、水平選択切換回路を
付加することによって、一水平単位複合画素列読み出し
毎に半ピッチずれるように読み出すことにより、画素間
補間読み出しを行うことができる。
【００２８】図５は、２×２の単位複合画素を用いて画
素間補間読み出しを行えるようにしたＣＭＤ固体撮像装
置の構成例を示す図である。単位複合画素２は微小画素
１を２×２の配列で構成している。そして水平単位複合
画素列毎に単位複合画素の組み合わせが半ピッチずつず
らして複合画素アレイ部12を構成しており、単位複合画
素の組み合わせをずらした様子を破線で囲った単位複合
画素の組み合わせとして示している。複合画素アレイ部
12には、微小画素選択線を２本毎共通に接続して１つの
走査出力段に接続する垂直走査回路６，微小画素垂直信
号線毎に接続した水平選択スイッチ８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，・・
・ ，Ｓ6 ），水平走査回路７，水平走査回路７の走査出
力段の出力を水平選択スイッチ８に切換選択接続するた
めの水平選択切換回路13，出力回路９，出力ビデオライ
ン10及び遅延切換回路14がそれぞれ設けられている。
素間補間読み出しを行えるようにしたＣＭＤ固体撮像装
置の構成例を示す図である。単位複合画素２は微小画素
１を２×２の配列で構成している。そして水平単位複合
画素列毎に単位複合画素の組み合わせが半ピッチずつず
らして複合画素アレイ部12を構成しており、単位複合画
素の組み合わせをずらした様子を破線で囲った単位複合
画素の組み合わせとして示している。複合画素アレイ部
12には、微小画素選択線を２本毎共通に接続して１つの
走査出力段に接続する垂直走査回路６，微小画素垂直信
号線毎に接続した水平選択スイッチ８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，・・
・ ，Ｓ6 ），水平走査回路７，水平走査回路７の走査出
力段の出力を水平選択スイッチ８に切換選択接続するた
めの水平選択切換回路13，出力回路９，出力ビデオライ
ン10及び遅延切換回路14がそれぞれ設けられている。
【００２９】水平選択切換回路13の制御は次のように行
われる。水平選択切換回路13の制御パルスφVO，φ
VEと、複合画素列駆動パルスＶ1 ，Ｖ2 との関係を図６
のタイミング図に示す。複合画素列駆動パルスＶ1 を活
性化している期間は、制御パルスφVOを活性化してお
り、水平選択スイッチはＳ1 とＳ2 ，Ｓ3 とＳ4 ，Ｓ5
とＳ6 の組み合わせで、同時にオン状態にする。同じく
駆動パルスＶ2 を活性化している期間は、制御パルスφ
VEを活性化し、水平選択スイッチはＳ2 とＳ3 ，Ｓ4 と
Ｓ5 ，・・・ の組み合わせで同時オン状態にし、単位複合
画素の読み出しを行う。
われる。水平選択切換回路13の制御パルスφVO，φ
VEと、複合画素列駆動パルスＶ1 ，Ｖ2 との関係を図６
のタイミング図に示す。複合画素列駆動パルスＶ1 を活
性化している期間は、制御パルスφVOを活性化してお
り、水平選択スイッチはＳ1 とＳ2 ，Ｓ3 とＳ4 ，Ｓ5
とＳ6 の組み合わせで、同時にオン状態にする。同じく
駆動パルスＶ2 を活性化している期間は、制御パルスφ
VEを活性化し、水平選択スイッチはＳ2 とＳ3 ，Ｓ4 と
Ｓ5 ，・・・ の組み合わせで同時オン状態にし、単位複合
画素の読み出しを行う。
【００３０】奇数行の複合画素列読み出しの場合の信号
は、偶数行の複合画素列読み出しの場合の信号に比べ、
イメージャー上の撮像位置として単位複合画素の半ピッ
チ分左側に寄っており、信号が得られるタイミングは単
位複合画素の一水平走査周期分だけ先んじている。この
水平走査周期の半分の時間分のずれを補正するために、
奇数行の複合画素列読み出し時には、その時間分の遅延
回路を通って出力されるように、遅延切換回路14によっ
て調整を行う。
は、偶数行の複合画素列読み出しの場合の信号に比べ、
イメージャー上の撮像位置として単位複合画素の半ピッ
チ分左側に寄っており、信号が得られるタイミングは単
位複合画素の一水平走査周期分だけ先んじている。この
水平走査周期の半分の時間分のずれを補正するために、
奇数行の複合画素列読み出し時には、その時間分の遅延
回路を通って出力されるように、遅延切換回路14によっ
て調整を行う。
【００３１】図５における垂直走査回路６及び水平走査
回路７の斜線部は、図３に示した実施例における斜線部
と同じで、微小画素ピッチに対応して配置した回路基本
パターン上に、一つおきに走査出力段を飛び越すように
配線層を配置することにより、画素ピッチ及び画素配置
に関するセミカスタムイメージャー化を図ったものであ
る。なお図５に示したものにおいて、微小画素ピッチで
周辺回路を駆動する場合の水平選択切換回路は、制御パ
ルスφVOに対応するスイッチのみ動作するように、そし
てこのスイッチが常時オンとなるように配線を行い、水
平走査回路の各走査出力段に接続するように配線層を変
えることで達成できる。
回路７の斜線部は、図３に示した実施例における斜線部
と同じで、微小画素ピッチに対応して配置した回路基本
パターン上に、一つおきに走査出力段を飛び越すように
配線層を配置することにより、画素ピッチ及び画素配置
に関するセミカスタムイメージャー化を図ったものであ
る。なお図５に示したものにおいて、微小画素ピッチで
周辺回路を駆動する場合の水平選択切換回路は、制御パ
ルスφVOに対応するスイッチのみ動作するように、そし
てこのスイッチが常時オンとなるように配線を行い、水
平走査回路の各走査出力段に接続するように配線層を変
えることで達成できる。
【００３２】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、複数個のＣＭＤ画素からなる単位複合
画素を読み出し単位に構成したので、ＣＭＤ固体撮像装
置の特長である優れた高速動作性と低スミア性並びに優
れた多画素化時動作特性を備え、ダイナミックレンジ及
び信号電流の大なる大面積画素を備えたＣＭＤ固体撮像
装置を実現することができる。
本発明によれば、複数個のＣＭＤ画素からなる単位複合
画素を読み出し単位に構成したので、ＣＭＤ固体撮像装
置の特長である優れた高速動作性と低スミア性並びに優
れた多画素化時動作特性を備え、ダイナミックレンジ及
び信号電流の大なる大面積画素を備えたＣＭＤ固体撮像
装置を実現することができる。
【００３３】また本発明の製造方法によれば、製造途中
までは同一の製作工程で作られた半導体ウェーハに対し
て、相互配線を行う配線層を取り換えるだけで、複数種
類の単位複合画素を有するＣＭＤ固体撮像装置を併行し
て製作することができ、多品種少量生産に適した製造法
を実現することができる。
までは同一の製作工程で作られた半導体ウェーハに対し
て、相互配線を行う配線層を取り換えるだけで、複数種
類の単位複合画素を有するＣＭＤ固体撮像装置を併行し
て製作することができ、多品種少量生産に適した製造法
を実現することができる。
【００３４】またカラー像撮像に際して、複合画素の配
列を単板又は２枚カラー化撮像時のカラーフィルター配
列に一致させ、各対応する色成分を独立に信号読み出し
を図ることによって、カラー撮像に適合した複合画素Ｃ
ＭＤ固体撮像装置を実現することができる。特に複合画
素の配列構成に自由度があるため、様々なカラーフィル
ター配列に対応した複合画素配列を比較的容易に実現す
ることができる。
列を単板又は２枚カラー化撮像時のカラーフィルター配
列に一致させ、各対応する色成分を独立に信号読み出し
を図ることによって、カラー撮像に適合した複合画素Ｃ
ＭＤ固体撮像装置を実現することができる。特に複合画
素の配列構成に自由度があるため、様々なカラーフィル
ター配列に対応した複合画素配列を比較的容易に実現す
ることができる。
【図１】本発明に係る固体撮像装置の単位複合画素の構
成例を示す平面図である。
成例を示す平面図である。
【図２】ＣＭＤ微小画素を２×２個配列した単位複合画
素と、画素サイズを２倍とした単一画素との性能比較を
説明するための図である。
素と、画素サイズを２倍とした単一画素との性能比較を
説明するための図である。
【図３】本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す図
である。
である。
【図４】本発明に係る固体撮像装置の製造方法を説明す
るための図である。
るための図である。
【図５】本発明に係る固体撮像装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図６】図５に示す実施例の動作を説明するための制御
信号のタイミング図である。
信号のタイミング図である。
１ 微小画素 ２ 単位複合画素 ３-1，３-2 画素選択線 ４-1，４-2 垂直信号線 ５ 複合画素アレイ ６ 垂直走査回路 ７ 水平走査回路 ８ 水平選択スイッチ ９ 出力回路 10 出力ビデオライン 13 水平選択切換回路 14 遅延切換回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年２月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】 奇数行の複合画素列読み出しの場合の信
号は、偶数行の複合画素列読み出しの場合の信号に比
べ、イメージャー上の撮像位置として単位複合画素の半
ピッチ分左側に寄っており、信号が得られるタイミング
は単位複合画素の一水平走査周期の２分の１だけ先んじ
ている。この水平走査周期の半分の時間分のずれを補正
するために、奇数行の複合画素列読み出し時には、その
時間分の遅延回路を通って出力されるように、遅延切換
回路１４によって調整を行う。
号は、偶数行の複合画素列読み出しの場合の信号に比
べ、イメージャー上の撮像位置として単位複合画素の半
ピッチ分左側に寄っており、信号が得られるタイミング
は単位複合画素の一水平走査周期の２分の１だけ先んじ
ている。この水平走査周期の半分の時間分のずれを補正
するために、奇数行の複合画素列読み出し時には、その
時間分の遅延回路を通って出力されるように、遅延切換
回路１４によって調整を行う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】 またカラー像撮像に際して、複合画素の
配列を単板又は２板カラー化撮像時のカラーフィルター
配列に一致させ、各対応する色成分を独立に信号読み出
しを図ることによって、カラー撮像に適合した複合画素
ＣＭＤ固体撮像装置を実現することができる。特に複合
画素の配列構成に自由度があるため、様々なカラーフィ
ルター配列に対応した複合画素配列を比較的容易に実現
することができる。
配列を単板又は２板カラー化撮像時のカラーフィルター
配列に一致させ、各対応する色成分を独立に信号読み出
しを図ることによって、カラー撮像に適合した複合画素
ＣＭＤ固体撮像装置を実現することができる。特に複合
画素の配列構成に自由度があるため、様々なカラーフィ
ルター配列に対応した複合画素配列を比較的容易に実現
することができる。
Claims (4)
- 【請求項１】 電荷変調素子からなる画素を垂直方向又
は水平方向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列して
なる画素アレイをもって単位複合画素を構成し、この単
位複合画素を垂直及び水平方向に複数個配列した複合画
素アレイと、この複合画素アレイを順次選択読み出しを
行うための垂直選択回路と水平選択回路とを備えた固体
撮像装置。 - 【請求項２】 前記複合画素アレイの垂直方向の奇数行
の単位複合画素列と偶数行の単位複合画素列とが、単位
複合画素の半ピッチずれるように配置されていることを
特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 電荷変調素子からなる画素を垂直方向又
は水平方向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列して
なる画素アレイをもって単位複合画素を構成し、この単
位複合画素を垂直及び水平方向に複数個配列した複合画
素アレイを備えた固体撮像装置の製造方法において、電
荷変調素子からなる画素を垂直及び水平方向に複数個配
列してなる画素アレイに対して、該画素アレイの画素ピ
ッチに対応して垂直選択回路及び水平選択回路を配列し
た基本パターンを作成し、画素アレイと垂直選択回路及
び水平選択回路との間の相互配線、及び垂直選択回路内
及び水平選択回路内の各走査出力段間の相互配線を、前
記複合画素アレイを形成するように配線層を変えて行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項４】 電荷変調素子からなる画素を垂直方向又
は水平方向あるいは垂直及び水平方向に複数個配列して
なる画素アレイをもって単位複合画素を構成し、この単
位複合画素を垂直及び水平方向に複数個配列した複合画
素アレイであって、垂直方向の奇数行の単位複合画素列
と偶数行の単位複合画素列とが単位複合画素の半ピッチ
ずれるように配置した複合画素アレイを備えた固体撮像
装置の製造方法において、電荷変調素子からなる画素を
垂直及び水平方向に複数個配列してなる画素アレイに対
して、該画素アレイの画素ピッチに対応して垂直選択回
路及び水平選択回路を配列した基本パターンを作成し、
画素アレイと垂直選択回路及び水平選択回路との間の相
互配線、及び垂直選択回路内及び水平選択回路内の各走
査出力段間の相互配線を、前記複合画素アレイを形成す
るように配線層を変えて行うことを特徴とする固体撮像
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3280320A JPH0595514A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3280320A JPH0595514A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0595514A true JPH0595514A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17623356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3280320A Withdrawn JPH0595514A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0595514A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005073683A1 (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光検出装置 |
| JP2007149749A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Canon Inc | 放射線検出装置、放射線撮像システム、および光電変換装置 |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP3280320A patent/JPH0595514A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005073683A1 (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光検出装置 |
| US7800038B2 (en) | 2004-02-02 | 2010-09-21 | Hamamatsu Photonis K.K. | Photodetector device |
| JP2007149749A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Canon Inc | 放射線検出装置、放射線撮像システム、および光電変換装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |