JPH08125931A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ストレージ部の面積を縮小することによって
チップサイズの縮小化を可能とした固体撮像装置を提供
する。 【構成】 マトリクス状に２次元配列された複数個のセ
ンサ部２及びこれらセンサ部２の垂直列毎に配された複
数本の垂直転送レジスタ３を有するイメージ部１と、こ
のイメージ部１の垂直転送レジスタ３の各々に対応して
設けられた複数本の垂直転送レジスタ５からなるストレ
ージ部４とを具備したＣＣＤ固体撮像装置において、イ
メージ部１の垂直転送レジスタ３を４相駆動とし、スト
レージ部４の垂直転送レジスタ５を３相駆動とした構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特にフレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣ
Ｄ固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ固体撮像装置は、イメージ部の構
成の仕方で２つの方式に分類される。すなわち、イメー
ジ部と転送部とを交互に設けるインターライン転送（Ｉ
Ｔ）方式と、イメージ部とは別にストレージ部を独立に
設けるフレームインターライン転送方式である。フレー
ムインターライン転送方式は、イメージ部において高速
な電荷転送が可能であることから、インターライン転送
方式に比べてスミアを低減できるという優れた特長を持
っており、一般的に業務用ＣＣＤ固体撮像装置に採用さ
れている。

【０００３】ＦＩＴ‐ＣＣＤ固体撮像装置は、図６に示
すように、入射光を画素単位で光電変換するイメージ部
６１と、このイメージ部６１において画素単位で光電変
換された１フィールド分の信号電荷を、イメージ部６１
から転送されて蓄積するストレージ部６２と、このスト
レージ部６２から１ライン（１走査線）に相当する部分
ずつ転送される信号電荷を水平転送する水平転送レジス
タ６３と、この水平転送レジスタ６３によって転送され
た信号電荷を検出して電圧信号に変換する電荷検出部６
４とから構成されている。

【０００４】上記構成のＦＩＴ‐ＣＣＤ固体撮像装置で
は、イメージ部６１及びストレージ部６２の垂直転送の
駆動には、３相駆動に比べて単位時間当りの電荷転送量
が多い４相駆動が一般的に用いられている。すなわち、
イメージ部６１には４相の垂直転送クロックφＩＭ１〜
φＩＭ４が、ストレージ部６２には４相の垂直転送クロ
ックφＳＴ１〜φＳＴ４がそれぞれ印加される。このＦ
ＩＴ‐ＣＣＤ固体撮像装置において、画素サイズが微細
化されてくると、イメージ部６１の単位画素の寸法も小
さくなり、画素サイズの微細化が垂直転送レジスタ（図
示せず）の上部電極の加工精度で決まってくるようにな
る。

【０００５】ところで、イメージ部６１には、図７
（Ａ）に示すように、単位画素毎にセンサ部７１と垂直
転送レジスタ７２が存在することから、単位画素中で垂
直転送レジスタ７２が占める面積の割合をそれ程大きく
することはできない。なお、単位画素の寸法Ｌは、加工
精度の限界に近づいて来ている。これに対して、ストレ
ージ部６２では、垂直転送レジスタだけ存在し、センサ
部は存在しないことから、図７（Ｂ）に示すように、セ
ンサ部が存在しない分だけ垂直転送レジスタ７３の占め
る面積の割合を大きくできる。したがって、ストレージ
部６２（Ｂ）の面積をイメージ部６１（Ａ）の面積より
も小さくできる筈である。なお、図７（Ｂ）において
は、取扱い電荷量Ｑｖが垂直転送レジスタ７３の面積に
比例するとしたときの垂直転送レジスタ７３の長さを示
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画素サ
イズの微細化に際し、イメージ部６１の単位画素が上部
電極の加工精度の限界で決まっているような状態では、
ストレージ部６２を上部電極の最小加工寸法で作成した
としても、ストレージ部６２の取扱い電荷量Ｑｖは、イ
メージ部６１のそれよりも大きくなってしまっていた。
取扱い電荷量Ｑｖから考えると、ストレージ部６２の面
積をもっと小さくできる筈であるから、その分だけチッ
プサイズが大きくなってしまっていた。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ストレージ部の面積
を縮小することによってチップサイズの縮小化を可能と
した固体撮像装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、マトリクス状に２次元配列された複数
個のセンサ部及びこれらセンサ部の垂直列毎に配された
複数本の垂直転送レジスタを有するイメージ部と、この
イメージ部の垂直転送レジスタの各々に対応して設けら
れた複数本の垂直転送レジスタからなるストレージ部と
を具備した固体撮像装置において、イメージ部の垂直転
送レジスタを４相駆動とし、ストレージ部の垂直転送レ
ジスタを３相駆動とした構成を採っている。

【０００９】

【作用】上記構成の固体撮像装置において、ストレージ
部の垂直転送レジスタを３相駆動とすることで、垂直転
送レジスタの転送方向の長さが４相駆動の場合よりも短
くて済む。これに伴い、垂直転送レジスタが短くなった
分だけ、ストレージ部の面積を縮小できる。その結果、
チップサイズが小さくなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。図１において、イメージ部１は、マトリクス状に
２次元配列されて入射光を光電変換しその光量に応じた
信号電荷を蓄積する複数個のセンサ部２と、これらセン
サ部２の垂直列毎に配されて各センサ部２から読出しゲ
ート（図示せず）を介して読み出された信号電荷を垂直
転送する垂直転送レジスタ３とによって構成されてい
る。一方、ストレージ部４は、イメージ部１の垂直転送
レジスタ３に各列毎に連続した複数本の垂直転送レジス
タ５によって構成されている。なお、ストレージ部４
は、その全面が例えばアルミニウム層からなる遮光層に
よって覆われている。

【００１２】イメージ部１において、センサ部２で光電
変換されて得られた信号電荷は、垂直転送レジスタ３に
読み出されかつ当該レジスタ３によってストレージ部４
に高速転送される。ストレージ部４に転送された信号電
荷は、垂直転送レジスタ５によって１ラインに相当する
部分ずつ水平転送レジスタ６に転送される。この１ライ
ン分の信号電荷は、水平転送レジスタ６にて順次水平転
送される。水平転送レジスタ６の最終端には、フローテ
ィング・ディフュージョン・アンプ等からなる電荷検出
部７が設けられている。この電荷検出部７は、水平転送
レジスタ６で転送されてきた信号電荷を電気信号に変換
して画像信号として出力する。

【００１３】ここで、イメージ部１の垂直転送レジスタ
３は垂直転送クロックφＩＭ１〜φＩＭ４によって４相
駆動され、ストレージ部４の垂直転送レジスタ５は垂直
転送クロックφＳＴ１〜φＳＴ３によって３相駆動さ
れ、水平転送レジスタ６は水平転送クロックφＨ１，φ
Ｈ２によって２相駆動される。この垂直転送クロックφ
ＩＭ１〜φＩＭ４，φＳＴ１〜φＳＴ３及び水平転送ク
ロックφＨ１，φＨ２は、タイミング発生回路８におい
て、マスタークロックに基づいて適当なタイミングでか
つ適当な周波数のクロックとして発生される。

【００１４】図２は、ストレージ部４における３相駆動
の垂直転送レジスタ５の転送方向に沿った一部分を示す
断面図である。図２において、垂直転送レジスタ５の転
送電極は、シリコン基板２１上に絶縁酸化膜（図示せ
ず）を介して配された１層目のポリシリコン電極２２
と、この１層目のポリシリコン電極２２と転送方向にお
いて一部がオーバーラップして配された２層目のポリシ
リコン電極２３とからなる２層構造となっている。この
２層構造において、電極ピッチはデザインルールで決ま
っており、転送方向において隣り合う１層目のポリシリ
コン電極２２同士間の間隔ｄ１及び２層目のポリシリコ
ン電極２３同士の間隔ｄ２は、加工精度の限界（例え
ば、１．０μｍ程度）となっている。

【００１５】これに対し、従来構造である４相駆動の場
合の断面構造を図３に示す。４相駆動の場合も、構造的
には、３相駆動の場合と同じ転送電極構造となってい
る。すなわち、図３において、シリコン基板３１上に配
された１層目のポリシリコン電極３２と、この１層目の
ポリシリコン電極３２と転送方向において一部がオーバ
ーラップして配された２層目のポリシリコン電極３３と
からなる２層構造となっている。この２層構造において
も、電極ピッチはデザインルールで決まり、転送方向に
おいて隣り合う１層目のポリシリコン電極３２同士間の
間隔ｄ１及び２層目のポリシリコン電極３３同士の間隔
ｄ２は、加工精度の限界（例えば、１．０μｍ程度）と
なっている。

【００１６】上述したように、ストレージ部４の垂直転
送レジスタ５を３相駆動とすることにより、４相駆動に
比べて単位面積当りの転送可能な電荷量が若干少なくな
るものの、図２及び図３の対比から明らかなように、転
送方向における垂直転送レジスタ５の長さを４相駆動の
場合の長さの７０％程度まで短くできる。したがって、
ストレージ部４の面積を縮小できるので、チップサイズ
を小さくできる。また、プロセスの欠陥密度はほぼ一定
なので、チップサイズが縮小した分だけ歩留りを改善で
きるとともに、１ウエハ当りのチップ数が増えることに
よって理論収率を増加できる。

【００１７】図４は、３相駆動の垂直転送レジスタ５の
転送電極構造を３層構造とした場合を示す断面図であ
る。図４において、垂直転送レジスタ５の転送電極は、
シリコン基板４１上に絶縁酸化膜（図示せず）を介して
配された１層目のポリシリコン電極４２と、この１層目
のポリシリコン電極４２と転送方向において一部がオー
バーラップして配された２層目のポリシリコン電極４３
と、この２層目のポリシリコン電極４３と転送方向にお
いて一部がオーバーラップして配された３層目のポリシ
リコン電極４４とからなる３層構造となっている。この
３層構造においても、電極ピッチはデザインルールで決
まり、転送方向における各層の電極同士の間隔は、加工
精度の限界（例えば、１．０μｍ程度）となっている。

【００１８】上述したように、３相駆動の垂直転送レジ
スタ５の転送電極構造を３層構造とすることにより、２
層構造の場合に比べてプロセスの工程数が増加すること
になるものの、図２及び図４の対比から明らかなよう
に、転送方向における垂直転送レジスタ５の長さを２層
構造の場合よりもさらに短くでき、４相駆動の場合の長
さの５０％程度まで短縮できる。したがって、チップサ
イズをさらに小さくできるとともに、チップサイズが縮
小した分だけ歩留り及び理論収率をさらに改善できる。

【００１９】ここで、この３層構造を、水平転送の転送
クロック周波数を半減するために、図５に示すように、
水平転送レジスタを２本（６ａ，６ｂ）備えたいわゆる
デュアルチャネル構造とした固体撮像装置に適用した場
合を考える。このデュアルチャネル構造においては、水
平転送レジスタ６ａ，６ｂ間で信号電荷の振分けを行う
ＨＨゲート９を１層目のポリシリコン電極で形成し、２
相駆動の水平転送レジスタ６ａ，６ｂの転送電極を２層
目，３層目のポリシリコン電極で形成した３層構造を採
っている。したがって、デュアルチャネル構造の固体撮
像装置に適用した場合には、垂直転送レジスタ５の転送
電極構造を３層構造としても、プロセスの工程数を増加
することなく、上記の効果を得ることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＦＩＴ方式の固体撮像装置において、イメージ部の垂直
転送レジスタを４相駆動とし、ストレージ部の垂直転送
レジスタを３相駆動としたことにより、転送方向におけ
る垂直転送レジスタの長さを４相駆動の場合よりも短く
でき、ストレージ部の面積を縮小できるので、チップサ
イズを小さくできるとともに、チップサイズが縮小した
分だけ歩留り及び理論収率を改善できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】３相駆動の垂直転送レジスタの転送方向に沿っ
た２層構造の断面図である。

【図３】４相駆動の垂直転送レジスタの転送方向に沿っ
た２層構造の断面図である。

【図４】３相駆動の垂直転送レジスタの転送方向に沿っ
た３層構造の断面図である。

【図５】デュアルチャネル構造の固体撮像装置を示す構
成図である。

【図６】従来例を示す構成図である。

【図７】従来の問題点を説明する図であり、（Ａ）はイ
メージ部、（Ｂ）はストレージ部をそれぞれ示してい
る。

【符号の説明】

１ イメージ部 ２ センサ部 ３，５ 垂直転送レジスタ ４ ストレージ部 ６ 水平転送レジスタ ７ 電荷検出部 ８ タイミング発生回路 ９ ＨＨゲート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に２次元配列された複数個
   のセンサ部及びこれらセンサ部の垂直列毎に配された複
   数本の垂直転送レジスタを有するイメージ部と、前記イ
   メージ部の垂直転送レジスタの各々に対応して設けられ
   た複数本の垂直転送レジスタからなるストレージ部と、
   前記ストレージ部から転送された信号電荷を水平転送す
   る水平転送レジスタとを具備した固体撮像装置におい
   て、 前記イメージ部の垂直転送レジスタを４相駆動とし、前
   記ストレージ部の垂直転送レジスタを３相駆動としたこ
   とを特徴とする固体撮像装置。