JPH11297979A

JPH11297979A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH11297979A
Application number: JP10095039A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Nikawara; 一茂二川原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】全画素読み出し型の固体撮像装置の４相転送
駆動方式において、センサー部の受光量を低下させない
転送電極層構成とする。【解決手段】転送電極を水平方向に相互に連結して一
体化した２層の導電層構成とし、各第１（１１）および
第３（１３）の転送電極は第２導電層に、各第２（１
２）および第４（１４）の転送電極は第１導電層によっ
て形成する。第１第２両導電層の積層部は各単位画素の
センサー部（Ｓ２１〜Ｓ２３）の受光を遮らないよう各
受光窓Ｗの間に第１積層部６１、第２積層部６２として
並列に配置する。

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、特
に全画素から信号電荷の読み出しを同時に行ういわゆる
全画素読み出し型の固体撮像装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】全画素読み出しによる固体撮像装置は、
いわゆるフィールド読み出しによる固体撮像装置に比
し、垂直解像度にすぐれていることから、近年特に電子
スチルカメラに多く用いられている。

【０００３】この全画素読み出しによる固体撮像装置に
おいては、その垂直方向に配列された画素に対して共通
に設けられた垂直転送部、すなわちＣＣＤ（電荷結合装
置）によるシフトレジスタを３相駆動とするときは、各
画素に対して第１〜第３の３つの転送電極が転送方向す
なわち垂直方向に配列され、４相駆動とするときは各画
素に対して第１〜第４の４つの転送電極が転送方向すな
わち垂直方向に配列されて構成される。各垂直転送部の
互いに対応する転送電極は相互に連結されるように、そ
れぞれ水平方向に延長して帯状に形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した３相駆動によ
る場合、各第１、第２、および第３の転送電極の形成
は、３層の導電層、具体的には３層の導電性を有する多
結晶半導体層によって形成される。すなわち、第１〜第
３の各転送電極は、それぞれ導電層の形成、フォトリソ
グラフィによるパターンエッチング、絶縁層の被覆等を
繰返すことによって形成する。したがって、その製造工
程数が大となり、生産性が低い。また、第１〜第３の転
送電極の各垂直転送部間の連結は、各画素に形成された
受光窓の形成部間に、各転送電極を構成する各導電層
を、上述の被覆絶縁層を介して絶縁させて積層した状態
で這わせることによって行うことができ、この連結に必
要とされる部分の幅、したがって、受光窓間の間隔を小
さくすることができる。しかしながら、この場合、この
積層部における厚さが大となり、遮光膜の形成、これに
対す受光窓の穿設のフォトリソグラフィにおけるパター
ン露光、各受光窓上に形成する集光のためのマイクロレ
ンズの形成等において、信頼性や、精度の低下を来す。

【０００５】これに対して、４相駆動による垂直転送部
を構成する場合は、その第１〜第４の転送電極は、第１
および第３の転送電極を第２の導電層によって同時に形
成し、第２および第４の転送電極を第１の導電層によっ
て同時に形成することができる。したがって、この場
合、上述した３相駆動の場合の３層の導電層を用いて形
成する場合に比し、製造工程数を減少させることができ
る。

【０００６】ところが、この場合、各転送電極を、各垂
直転送部に関して相互に連結する部分の配置が問題とな
る。これについて図４を参照して説明する。

【０００７】図４は、この４相駆動の転送方式の固体撮
像装置の要部の平面図で、その各単位画素を構成するセ
ンサー部Ｓ（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃・・・Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
・・・）が、水平、垂直方向に配列され、その共通の垂
直上に配列された各センサー部Ｓに対し、その対応する
一側に、それぞれＣＣＤ構成による垂直転送部１が配列
される。これら垂直転送部１は、その転送方向に第１〜
第４の転送電極１１〜１４が共通に形成され、これら第
１〜第４の転送電極１１〜１４に順次４相のクロック電
圧φ₁〜φ₄が供給され、全センサー部Ｓから同時に読
み出された信号電荷を順次垂直方向に転送して、図示し
ないが、水平転送部へと転送し、この水平転送部によっ
て出力回路に各水平ライン毎の信号電荷を転送して撮像
信号を出力するようになされている。この固体撮像装置
の表面には、鎖線をもって示す受光窓Ｗがそれぞれ各セ
ンサー部Ｓ上に１つづつ穿設された例えばＡｌ膜による
遮光膜（図示せず）が形成されている。

【０００８】また、各センサー部Ｓの各受光窓Ｗ上に
は、それぞれこのセンサー部Ｓに対する光照射量を大き
くするために、それぞれ集光レンズいわゆるマイクロレ
ンズ（図示せず）が配置される。

【０００９】各転送電極１１〜１４は、各垂直転送部１
に対して共通に形成されて端子導出がなされることか
ら、これらの連結部が、各単位画素のセンサー部Ｓに対
して４本づつ水平方向に差し渡って配置されることにな
る。

【００１０】そして、これら転送電極１１〜１４を、上
述したように、第１および第２の２層の導電層によって
構成する場合、１つ置きの第２の転送電極１２と第４の
転送電極１４とを、例えば下層の第１導電層によって形
成し、絶縁層を介して他の１つ置きの第１の転送電極１
１と第３の転送電極１３とを上層の第２導電層によって
形成する。各垂直転送部１の対応する第１〜第４の転送
電極は相互に連結して形成されるが、これら４本の連結
部は、その配置幅の縮小化を図って積層構造としても、
それぞれ第１および第２導電層の積層によって、第１お
よび第２の転送電極の連結部を相互に積層し、第３およ
び第４の転送電極の連結部を相互に積層した２組の積層
導電層を並置配置せざるを得ない。

【００１１】これら２組の積層連結部は、その１組を各
センサー部Ｓの受光窓Ｗを横切って配置し、他の１組を
垂直方向に隣合う受光窓Ｗ間を横切って配置する。しか
しながら、この場合、各受光窓Ｗの中心上には、それぞ
れ、マイクロレンズの光軸がほぼ一致するように配置さ
れていることから、このマイクロレンズによる集光は、
中心部で最も大であり、この集光量が大なる部分に、受
光窓Ｗを横切って転送電極の連結部が配置されること
は、著しく受光量の低下を来す。また、この電極の連結
部による受光量の低下を回避するためには、これら電極
を透明電極で形成することになるが、このように透明電
極で形成する場合、その分布抵抗の増加や、撮像特性劣
化や、コスト高を来す等の問題がある。

【００１２】本発明においては、上述した諸問題の解決
をはかる。すなわち、本発明においては、全画像読み出
し型の固体撮像装置において、その転送方式として４相
駆動方式を採って、転送電極を２層の導電層によって構
成し、かつ各センサー部における受光効率を高める。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、水平および垂
直方向にそれぞれ複数の単位画素が配列され、各垂直転
送部に、各垂直方向に配列された単位画素からの信号電
荷が同時に読み出されるようになされ、各垂直転送部
が、１つの単位画素に対してそれぞれ第１〜第４の転送
電極が順次垂直方向に配列され、４相駆動によって、信
号電荷の転送がなされる全画素読み出し型構成とする。

【００１４】各第１および第３の転送電極は、第２導電
層によって形成され、各第２および第４の転送電極は、
第１導電層によって形成される。各垂直転送部の対応す
る第１〜第４の転送電極は、水平方向に相互に連結して
一体に形成される。第１〜第４の転送電極の各垂直転送
部間の連結部は、第１および第２導電層による第１およ
び第２の転送電極の連結部が絶縁層を介して積層された
第１の積層部と、同様に、第１および第２導電層による
第３および第４の転送電極の連結部が絶縁層を介して積
層された第２の積層部とによって構成される。そして、
各単位画素のセンサー部にそれぞれ１つ形成された受光
窓をそれぞれその垂直方向に関して挟み込むように、各
単位画素に係わる第１の積層部と、第２の積層部とが配
置されるようにする。つまり、垂直方向に隣合う各受光
窓間で、それぞれ第１および第２の積層部が並置配置さ
れた構成とする。

【００１５】上述したように、本発明構成では、受光窓
間において、２組の転送電極の連結部の積層部を並置す
る構成とするので、各受光窓においては、転送電極の連
結部が横切ることが回避されることから、この各受光窓
に対向して集光マイクロレンズを配置した場合におい
て、その最も有効に集光のなされる部分が連結部によっ
て遮ぎられることがない。

【００１６】尚、本明細書において、垂直、水平とは、
一方向を便宜的に垂直と呼称し、これと交叉する方向を
水平方向と呼称するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、水平および垂直方向に
それぞれ複数の単位画素が配列され、各垂直転送部に、
各垂直方向に配列された単位画素からの信号電荷が同時
に読み出されるようになされた全画素読み出し型の固体
撮像装置である。

【００１８】各垂直転送部は、１つの単位画素に対して
それぞれ４相駆動による第１〜第４の転送電極が、順次
垂直方向に配列された構成による。各第１および第３の
転送電極は、第２導電層によって形成され、各第２およ
び第４の転送電極は、第１導電層によって形成される。
各垂直転送部の対応する第１〜第４の転送電極は、水平
方向に相互に連結して一体に形成され、第１〜第４の転
送電極の各垂直転送部間の連結部は、第１および第２の
転送電極の連結部が絶縁層を介して積層された第１の積
層部と、第３および第４の転送電極の連結部が絶縁層を
介して積層された第２の積層部とによって構成される。

【００１９】各単位画素は、それぞれ１つの受光窓が形
成されたセンサー部を有し、各受光窓をその垂直方向に
関して挟み込むように、第１および第２の転送電極の連
結部の第１の積層部と、第３および第４の転送電極の連
結部の第２の積層部とが配置されて、垂直方向に隣合う
各受光窓間に、それぞれ第１および第２の積層部が並置
配置された構成とする。

【００２０】図１は、本発明による固体撮像装置の一例
の要部の概略平面図で、図２および図３は、図１のＡ−
Ａ線上およびＢ−Ｂ線上での要部の概略断面図を示す。
この４相駆動の転送方式の固体撮像装置は、例えばＳｉ
基板による半導体基板３１に、各単位画素を構成するセ
ンサー部Ｓ（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃・・・Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
・・・）が、水平、垂直方向に配列され、その共通の垂
直上に配列された各センサー部Ｓに対し、その対応する
一側、例えば図１において、各センサー部Ｓの左側に位
置して、それぞれ４相駆動によるＣＣＤ構成による垂直
転送部１が配列される。

【００２１】半導体基板３１のセンサー部Ｓは、図３に
示すように、信号電荷が電子とされる場合、例えば素子
全体に対するｐ型ウエル領域２２上にｎ型領域２３が形
成され、更にその表面にｐ型の高不純物濃度の電荷蓄積
層２４が形成されたＨＡＤ（Hole Accumulation Diode
）型構成による光電変換素子としてのフォトダイオー
ドが構成されてなる。

【００２２】垂直転送部１は、図２に示すように、ｐ型
の転送部のウエル領域３４にｎ型の転送領域３５が形成
されて成り、基板３１の表面に形成された例えばＳｉＯ
₂による絶縁層３６を介してその転送方向に第１〜第４
の転送電極１１〜１４が配列形成されて成る。これら第
１〜第４の転送電極１１〜１４は、各垂直転送部１に対
して、水平方向に相互に連結されて一体に形成される。

【００２３】そして、これら第１〜第４の転送電極１１
〜１４に順次４相のクロック電圧φ₁〜φ₄が供給さ
れ、全センサー部Ｓから同時に各垂直転送部１に読み出
された信号電荷を順次垂直方向に転送して、図示しない
が、水平転送部へと転送し、この水平転送部によって出
力回路に各水平ライン毎の信号電荷を転送して撮像信号
を出力するようになされている。

【００２４】また、これら電極を覆って例えばＡｌ膜に
よる遮光膜３７が形成され、各センサー部Ｓ上にそれぞ
れ一個づつ受光窓Ｗが穿設される。また、全面的に透明
の絶縁層３８を介して各受光窓Ｗの中心に光軸が一致す
るように配置された集光レンズいわゆるマイクロレンズ
３９が配置される。

【００２５】垂直転送部１の第１〜第４の転送電極１１
〜１４は、例えば不純物ドープによって低抵抗とされた
多結晶Ｓｉ半導体層による第１および第２導電層５１お
よび５２によって形成する。先ず、絶縁層３６上に、例
えば多結晶Ｓｉ層による第１導電層５１を全面的に例え
ばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法によって形成
し、これに対してフォトリソグラフィを用いたパターン
エッチングを行って、第２および第４の転送電極１２お
よび１４を形成する。その後、例えばこれら電極１２お
よび１４の表面を熱酸化して絶縁層４０を形成し、多結
晶Ｓｉ層による第２導電層５２を全面的に例えばＣＶＤ
法によって形成し、これに対してフォトリソグラフィを
用いたパターンエッチングを行って、第１および第３の
転送電極１１および１３を形成する。

【００２６】そして、これら第１〜第４の転送電極１１
〜１４の、それぞれの各垂直転送部１間の連結部におい
ては、図３に示すように、第１および第２の転送電極１
１および１２が積層された第１の積層部６１と、第３お
よび第４の転送電極１３および１４が積層さた第２の積
層部６２とを構成する。

【００２７】そして、各受光窓Ｗをその垂直方向に関し
て挟み込むように、第１および第２の転送電極の連結部
の第１の積層部６１と、第３および第４の転送電極の連
結部の第２の積層部６２とが配置されて、垂直方向に隣
合う各受光窓Ｗ間に、それぞれ第１および第２の積層部
６１および６２が並置配置された構成とする。

【００２８】更に、第１〜第４の転送電極１１〜１４の
配置パターンの例を、図１を参照して説明する。例えば
第２の転送電極１２は、各垂直転送部１の形成部と、こ
れら各垂直転送部１間の連結部とがほぼストライプ状に
水平方向に延びるパターンとされる。第１の転送電極１
１は、各垂直転送部１の形成部においては水平方向に隣
合う受光窓Ｗ間の位置に入り込むように、図１において
上に凸の部分を有し、かつ各垂直転送１間の連結部にお
いては、上述した第２の転送電極１２の連結部上に絶縁
層を介して積層され第１の積層部６１を形成するパター
ンとする。また、第４の転送電極１４は、第２の転送電
極１２と平行するほぼストライプ状に形成されるが、各
垂直転送部１の形成部においては、図１において下に凸
の部分を有するパターンとされる。第３の転送電極１３
は、各垂直転送部１間の連結部においては、上述した第
４の転送電極１４の連結部上に絶縁層を介して積層され
第２の積層部６２を形成し、垂直転送部１の形成部にお
いては、図１において上に凸の部分を有するパターンと
される。このようにして、各垂直転送部１の形成部にお
いては、上述したように、垂直方向に、第１〜第４の転
送電極１１〜１４が順次配列され、連結部においては、
第１および第２の積層部６１および６２が並置された配
置パターンとする。しかしながら、第１〜第４の転送電
極１１〜１４のパターンは、図１の例に限られるもので
はない。

【００２９】また、例えば第１および第３の転送電極１
１および１３の表面を熱酸化して絶縁層４１を形成し、
上述した例えばＡｌ膜よりなる遮光膜３７を被着形成
し、フォトリソグラフィによるパターンエッチングを行
って受光窓Ｗを穿設する。そして、全面的に透明絶縁層
３８を塗布し、マイクロレンズ３９を形成する。

【００３０】この構成によれば、通常のように、センサ
ー部Ｓの各受光窓Ｗに、それぞれマイクロレンズ３９に
よって、集光された光が入射され、各センサー部Ｓのフ
ォトダイオードによって光電変換されて信号電荷がｎ型
領域２３に蓄積される。全センサー部Ｓの信号電荷は、
例えば、垂直転送部１の例えば第１の転送電極によるゲ
ート電極によって垂直転送部１に同時に読み出され、４
相のクロック電圧φ₁〜φ₄の印加によって、垂直方向
に転送される。

【００３１】上述の構成によれば、各受光窓Ｗ上には、
転送電極１１〜１４が横切ることのない構成とし、その
連結部を構成する第１および第２の積層部６１および６
２は、垂直方向に隣合う各受光窓Ｗ間に配置したことか
ら、各受光窓Ｗ内へのマイクロレンズ３９によって集光
された光は確実にフォトダイオードに効率良く入射し、
効率良く光電変換されて信号電荷を得ることができる。

【００３２】尚、図示の例では、各単位画素が、それぞ
れ垂直および水平方向に直線的に配列された構成とされ
ているが、この画素の配列、すなわち受光窓Ｗの配列
は、必ずしも垂直および水平方向に直線的に配列するも
のではないなど、本発明は、図示の例に限られるもので
はない。

【００３３】

【発明の効果】上述したように、本発明構成では、受
光窓間において、２組の転送電極の連結部の積層部を並
置する構成とするので、各受光窓においては、転送電極
の連結部が横切ることが回避されることから、この各受
光窓に対向して集光マイクロレンズを配置した場合にお
いて、その最も有効に集光のなされる部分が連結部によ
って遮ぎられることがないことから、受光効率、したが
って、光電変換効率を向上して、信号電荷量を増加させ
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一例のセンサー部
および電極を示す概略平面パターン図である。

【図２】本発明による固体撮像装置の一例の要部の概略
断面図である。

【図３】本発明による固体撮像装置の一例の要部の他の
面での概略断面図である。

【図４】従来の固体撮像装置のセンサー部および電極を
示す概略平面パターン図である。

【符号の説明】

Ｓ（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃・・・Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃・・・）
・・・センサー部、Ｗ受光窓、１・・・垂直転送部、１
１・・・第１の転送電極、１２・・・第２の転送電極、
１３・・・第３の転送電極、１４・・・第４の転送電
極、２２・・・ｐ型のウエル領域、２３・・・ｎ型領
域、２４・・・電荷蓄積層、３４・・・転送部のウエル
領域、３５・・・転送領域、３６，４０，４１・・・絶
縁層、３７・・・遮光膜、３８・・・透明遮光膜、３９
・・・マイクロレンズ、５１・・・第１導電層、５２・
・・第２導電層、６１・・・第１の積層部、６２・・・
第２の積層部、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平および垂直方向にそれぞれ複数の単
位画素が配列され、各垂直転送部に、各垂直方向に配列
された単位画素からの信号電荷が同時に読み出されるよ
うになされた全画素読み出し型の固体撮像装置であっ
て、各垂直転送部は、上記１つの単位画素に対してそれぞれ
４相駆動による第１〜第４の転送電極が、順次垂直方向
に配列され、上記各第１および第３の転送電極は、第２
導電層によって形成され、上記各第２および第４の転送
電極は、第１導電層によって形成され、上記各垂直転送部の対応する上記第１〜第４の転送電極
は、水平方向に相互に連結して一体に形成され、上記第１〜第４の転送電極の各垂直転送部間の連結部
は、上記第１および第２の転送電極の連結部が絶縁層を
介して積層された第１の積層部と、第３および第４の転
送電極の連結部が絶縁層を介して積層された第２の積層
部によって構成され、上記各単位画素は、それぞれ１つの受光窓が形成された
センサー部を有し、各受光窓をその垂直方向に関して挟
み込むように、上記第１および第２の転送電極の連結部
の第１の積層部と、上記第３および第４の転送電極の連
結部の第２の積層部とが配置されて、垂直方向に隣合う
上記各受光窓間に、それぞれ上記第１および第２の積層
部が並置配置されて成ることを特徴とする固体撮像装
置。