JPS63120463A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 ２ｔ、−７ 産業上の利用分野 本発明は、電荷結合素子で構成された垂直転送段及び記
憶部を有する固体撮像装置に関するものであり、更に詳
述すれば、垂直転送効率の良好なフレーム・インターラ
イン転送型固体撮像装置を提供するものである。

従来の技術 固体撮像素子で垂直転送段を有するものの代表例は、Ｃ
０Ｄ（電荷結合素子）である。ＣＣＤ型の固体撮１象素
子では、垂直転送段の構造によって、インターライン転
送方式とフレーム転送方式の２種類がある。以下インタ
ーライン転送方式は（ＩＬ−ＣＯＤ）とフレーム転送方
式は（ＦＴ　−ＣＯＤ　）と略記する。

ＦＴ−ＣＯＤは、第３図に示すように、受光部Ａ（！：
、遮光された蓄積部Ｂと、遮光された水平転送部Ｃとに
より構成されている。受光部Ａはシリコン基板１上に水
平方向に連続したポリシリコン電極２〜６を配置し、水
平方向の画素間の分離にはチャンネルストッパー６を配
置したものである。

ポリシリコン電極２〜６は垂直転送ゲートであり、シリ
コン基板１のチャンネルストッパー６を配置した部分以
外は、光電変換部であるとともに垂直転送段でもある。

とこで２：１のインターレースを行−）でいる状態での
各画素の領域はＩＱｌ、１０２となる。

蓄積部Ｂは遮光されている以外は受光部Ａと全く同様の
構成であり、当然ながら受光Ｆｌ（Ａと同一の画素数を
有して）、・す５両者は第３図に示すように市１荷転送
方向に接続されている。ポリシリコン電極２〜６０．４
ライン毎に接続さねており、それぞれの接続点には垂直
転送パルスが印加される。。

受光部の各画素で光電、変換し−Ｃ蓄積された信号電荷
は、垂直帰線＋１ＪＩ間中に蓄積ｉ’ｊ（Ｈに高１屯転
送されろ。とのとき受光部への信号電荷は蓄積部Ｂの対
応−［る場所１で転送される。例えば画素１０１の信号
電荷は蓄積部Ｂの１０１′に転送される。

蓄積部Ｂの信号φ■１１−４■４′により水平走査周期
毎に１ラインずつ水平転送部Ｃに転送７＼れる３３水乎
転送部Ｃｆは水平転送段にφＨ１−→Ｈ３の水平転送パ
ルスを印加１−７て仏り電荷を信号検出部りの方向（・
て転送する。、仏？し検出部りからは尤の強弱に対応（
２、／、７信（ＪがＩ■り出される。

１ｍのような（１ｊ４成のＦＴ−ＣＣＤＵ、受”ＩＬ　
部Ａ　カ垂１１′【転送段でも、に）ろため、垂直転送
段の面積が広いｆｖ、　１）ｉｌｉｉ、送７Ｆ１：イｒ
！ｊ　（１；か大きいというν所がある、反面中面転送
段が受光）ｔｌｌであるため、受光部Ａから蓄積部ＢＫ
伯シン電荷を高速で転送する時間中にも光電変換をｈう
／こめｉＴｊ　＋＃ｉ方向にスメアが発生し画７ｔを著
しく劣化させで１−佳う１、ＲｆＪ　ｉ＋−、の重信方
向に究牛したスメアＱ−１、被′す′体に高輝度の部分
が存在した場合、その高輝度の部分の上下ノフ向に縦縞
状のＩ疑似イ。号と１５で発生する。

＋／こ、水・１！ｈ向の画素の分離は前記のようにブヤ
ンネルストノパ−６に３１′：り確実に行っているが、
垂直方向はポリソリコン電極２〜１″５のうち電圧が印
加ｌ＼れている電極十に生じるポテンシャルウェルが画
〕（つとなるｆ（、ｖ′１％ｌ隣接したポテンシャルウ
ェルか牛し−（、ない１Ｘ１ｊ分で光電変換して発生し
た電荷モ４　りｆｌｌ　ｉ１２ボテン／ヤルウエルに流
れこむため１重直方向のＭＴＦが（バ、トするといつ欠
点もある。。

との様々構成及び特徴をもつＦＴ−ＣＣＤｉ／ｉ″対１
−でとれら欠点を改良−Ｊ−るものと１−で、第４図に
示すＩＬ−ＣＣＤがある。？、のＩＬ−ＣＣＤｕ、受光
部Ａ′と水産転送部Ｂ′とで構成される。・受光ｆζい
′は２次元配列の受）し素子７と％とれらの受）Ｙ：　
：ｉ　−ｆ−７に蓄積さｔｌ、る信号電荷を読み出寸−
ためのゲート８と、（―のゲート８を用いて読み出され
た信月電４ｊｉを庫１１′−１転送す６７’７−メにＣ
ＣＤ　ｆ　ｌ！ｉ　成すｈ　７’？１　＆　Ｉｆｆ転送
１／ジスタ９で成り、前記受光素−１′−７以外の部分
はアルミマスク等により遮光されている。寸た、化１ｆ
ｆｌ転送レジスタ９は、水平方向に連続［〜たポリＳｉ
　　電極より成り、垂直方向に４水平ラインごとに接続
、されでいる３、更にチャンネルストッパ１０により市
直、水平両方向に並ぶ受光部が分離さ上１ている１、 受光朱子７で尤電変４％　ｈ−て蓄積されたイ１１月電
６：丁（弓１１重直帰線１０１間に入ると５垂直転送パ
ルスに１Ｆ畳されたゲートパルスφＧが印加さ１１％φ
Ｖ１又ｄφ■３のいずハ、かが７・イレベルとなって形
成され／こ６　゛・− ボテンゾ〜・ルウーｒルにイハ号電荷か読、７〕Ｌ′″
′、１れる１、この様ニ、中１白転送レジスタ９のボデ
ンシャルウエルに＾Ｊ〔、み体重れた仏弓−電荀Ｕ１１
、垂直転送パルスφＶ１１φ■２．φＶ３ｔφＶ４によ
り％１水崖走査周坦１ごとに、１．７に、ｉＦ−ラノ・
イン寸つ１１ｔ、送さ）１て、水平−転送部Ｂ′の１１
に示し７／（−様な付応する工１／メントに読みこ一：
ｉ　７する。

この？赴、水平転送部Ｃ′内の（ｉ（’Ｖｒ電（＝’＃
　ｋ；ｉｌ、水平転；）′２・（ルスφＨ１？φＩ（２
’　φＨ３により水平転送されて、′市、　（：Ｆ　（
劇山部Ｄ′に１．り映１象仏りとして取り出すものであ
る。

こ８の。につな（！□１１成のＩＬ−ＣＣＤては、チャ
ンネルストッパー１０により５各画素が垂直、水］／方
向に鋒ＩｆｉｌｌさＪｌている／１−め、屯直力向、水
平方向のＭＴＦ；ｉ・Ｆｉ（１−さ−田るＣと１ｑｔ４
′いという長所を有するか、１ゾ」（１１受Ｗ；　Ｎｉ
＋ｔに受光素イ、ゲート部、重重転Ｊγ、Ｌ／レジスタ
存（［才る／１−め、受光メイ子どヰ直転送部の１’（
＋四ｌｉ山有率にイノＹ−かい、感度と転送電荷容量か
／月−する／・−め、ｔｌり泪〕ＩＪ適（［ｆ１以上に
感度を＋げ／こり転１ｙ、電、ｉｉ、：　ｊ、、’ｉを
贈−そ・）とすると％子ｉｔぞれ、他力の性７　・ 能を犠牲にすることになる。

また、このよう々構成のＩＬ−ＣＯＤでは、受光部と垂
直転送部が分離されており、垂直転送レジスタが遮光さ
れているため％ＦＴ−ＣＯＤに比べて垂直転送部に光が
直接入射する割合は遥かに小さい。そのため垂直方向に
発生するスメアの大きさく量）は％ＦＴ−ＣＯＤに比べ
ると癌かに小さい。

しかしながら、実際には垂直転送段の遮光用マスクは垂
直転送段（シリコン基板）上部に絶縁膜を介して配置さ
れるため、垂直転送段（シリコン基板）と垂直転送段の
遮光用マスクとの間は１μｍ程度の間隙が生じている。

そのため受光素子近傍、垂直転送段近傍で発生した乱反
射による光が前記の間隙から垂直転送部に入射してしま
い、結果として垂直方向のスメアが発生する。また受光
素子に直接入射した元の内、特に波長の長い光はシリコ
ン基板の深部まで到達しシリコン基板の深部で光電変換
を行ってしまい、その電荷の一部が垂直転送段に吸収さ
れ、結果として垂直方向のスメアとなる。

このような垂部方向に発生するスメアを除去するには、
垂直転送段に吸収されたスメア成分を除去（掃き出し）
した後に、受光素子で光電変換して得られた信号電荷を
垂直方向、水平方向に転送して信号検出部から取り出せ
ばよい。

上記の作用を行う固体撮像素子が特願昭６６−１４８５
２８に提案されている。

以下第６図を用いてその概要を説明する。第６図に示し
た構成の固体撮像素子は％ＦＴ−ＣＣＤとＩＬ−ＣＣＤ
の各長所を備えた固体撮像素子であり、またその構成」
二からフレームインターライン転送方式ＣＣＤ（以後Ｆ
ＩＴ−ＣＯＤと略記する）と呼ぶ。

第６図はＦＩＴ−ＣＯＤの基本構成を示すもので、受光
部Ａ、記憶部Ｂ、水平転送部Ｃ％信号検出部りと不要電
荷排出部Ｅとから成っている。

受光部Ａは二次元配列の受光素子７と、これらの受光素
子７に蓄積された信号電荷を読み出すためのゲート８と
、とのゲート８を介して受光素子７から読み出された信
号電荷を垂直方向に転送するだめの垂直転送レジスタ９
から成り、前記受光素子７以外の部分はアルミマスクに
より遮光されている。

前記、垂直転送レジスタ９は、垂直方向の上Ｆどちらの
方向にも転送できるようにポリシリコンによる４相電極
構造となっている。

これら４相電極には垂直転送パルスφｖ１〜φｖ４が印
加される。受光素子７からの信号電荷を受は取る垂直転
送電極を第６図に示すようにφｖ１．φｖ３とすると、
この垂直転送電極φｖ１．φｖ３に印加する垂直転送パ
ルスに信号電荷の読み出しノ（ルスを重畳すれば、受光
素子７の信号電荷を垂直転送レジスタに読み込むことが
出来る。従ってφｖ１とφｖ３の２つの垂直転送パルス
に１フイールドおきに信号電荷の読み出しパルスを重畳
すれば２：１のインターレース走査を行うことができる
。！、たφｖ１とφｖ３　　の２つの垂直転送）＜ルス
に略同時に信号電荷の読み出しパルスを重畳し、隣接す
る２つの受光素子７からの信号電荷を読み出して混合し
て１ｏｌ・−７ 垂直転送、水平転送を行い信号を取り出せばフィールド
蓄積モードで信号電荷を読み出すことができる。

受光素子７はチャンネルストッパー１ｏにより垂直方向
、水平方向に分離されている。

垂直転送レジスタの延長」二には記憶部Ｂが配置されて
いる。記憶部Ｂは受光部Ａの垂直転送段と略同−の垂直
転送段により構成されており、また転送電極は受光部Ａ
と同一の４相電極構造となっている。各転送電極には、
φＭ１〜−の４相の転送パルスが供給される。記憶部Ｂ
の他端には水平転送部Ｃが配置されている。水平転送部
Ｃは３相の転送電極φ出１１．φＨ２１２，φＨ３１３
から構成されており、各転送１１１；極には水平転送パ
ルスが供給される。水平転送段Ｃの一端には電荷検出部
りが配置されている。

次にＦＩＴ−ＣＯＤの動作について第６図、第６図を用
いて説明する。第６図は第５図に示したＦＩＴ−ＣＣＤ
のφｖ１〜φｖ４．φＭ１〜φＭ４に印加する転送パル
スの波形の概略を示したものである。

壕ず、φｖ１〜φｖ４　電極下に蓄積されたスメア等の
不要電荷は、垂直帰線期間の前半の期間１ｓの間にφｖ
１〜φ■４に印加された転送パルスにより、電荷吸収部
Ｅに転送される。次に信号読み１１１シ期間ｔｒ　の間
に印加された読み出しパルス■ｃＨにより、不要電荷が
掃き出された垂直転送段に受光素子の信号電荷が垂直転
送電極φ■１もし７くはφｖ３に転送される。垂直転送
段に転送された信号電荷は垂直帰線期間内のｔ、の期間
内に、記憶部Ｂの所定の位置まで転送される。記憶部の
所定の位置１で転送された信号電荷は、１水平走査１す
１開角以後（１Ｈ期間と略す）に水平転送部Ｃへ転送さ
ね。

る。水平転送部Ｃへ転送された信号電荷に１水平転送パ
ルスにより順次、電荷検出部りへ転送され。

信号電荷は信号電圧に変換されて信号電圧としてｌ収り
出される。

ことで、信号電圧に含まれる垂直スメア成分について説
明する。垂直スメアの量は、受光部Ａを信号電荷が移動
する際に混入するものであるため、垂直スメアの量は信
号電荷が受光部Ａを移動する時間に比例する。Ｉ−たが
って垂直スメアの量を少なくするにＣ１：、受）Ｙ：部
Ａがら記憶部Ｂへ可能な限り高速で転送する方がよい。

ＩＬ−ＣＣＤとＦ　Ｉ　Ｔ−ＣＣＤＫ：ｔ、・げる垂直
スメアの比は、垂直方向の転送速度の比となる。ＩＬ−
ＣＯＤの垂直方向の転送は１水−に１′−走査期間毎に
行われるため。

ＮＴＳＣ方式では略１６．７３４ｋＨ＋となり、一方Ｆ
ＩＴ−ＣＣＤのΦ直方向の転送速度はほぼ１、／（垂直
方向の画素数）になる。ここで例えばＩＬ−ＣＣＤの垂
直スメアの量に対して垂直スメアの１．；を−に０．善
するにｃｌ、受光部がら記憶部へ信号電荷を転送する垂
面転送周波数を略％１．６計とする必要がある。

垂直転送１ダφｖ１〜φ■４、φＭ１〜φＭ４には第８
図に示すように、垂直転送段の周囲から垂直転送パルス
φｖ１〜φ■４及びφＭ１〜φＭ４　が供給される。

第７図に第６図に示したＡ−Ａ’部の断面部を示す６，
１４←１Ｐ−基板１６はＰ＋部でチャンネルストッパー
１６は光電変換素子、１７は垂直転送段１８，２１は第
１層目の垂直転送電極、１９．２２は第２層目の垂直転
送電極、２０は遮光用のアルミマスク％２３〜２６は絶
縁用の酸化シリコンである。垂直転送電極は多結晶シリ
コンである。

電荷結合素子であるＣＯＤは転送電極から見れば、等価
的に容量負荷である。い−！１個の垂直転送電極を考え
れば水平方向の画素数に相当するだけの容量が負荷とし
て接続された事になる。また垂直転送電極自体も抵抗を
有している。特に多結晶シリコン（ポリシリコン）を用
いた電極ではシート抵抗が６０Ω／ロ程度となる。第　
図に前記の等価回路を示す。したがって、１個の垂直転
送電極の両端から垂直転送パルスを印加した場合、固体
撮像装置の中央部に近い垂直転送段は、周辺部に近い垂
直転送段に比べて、転送パルスの周波数特性が極端に低
下する。

発明が解決１〜ようとする問題点 前述のように固体撮像装置の中央部に近い垂直転送段は
周辺部に近い垂直転送段に比べて、電極の抵抗の存在に
より転送パルスの周波数特性が極端に低ドするため、受
光部から記憶部への信号型１４　・、− 荷の転送速度は前記の抵抗と、等価的に各画素に相当す
る容量により決定されてしまい抵抗が大きい場合垂直ス
メアの低減効果が期待できなくなる。

また、前記の￥１容周波数以上に高い周波数で高速に垂
直転送を行えば、転送波形の歪により、電極に正規の転
送パルスが加わらないため、極端に垂直転送効率か低下
し２、ボケｌｊ画像となる。いずれも画質に重大な影響
を与えるととになる。

問題点を解決する／ζめの手段 前ＨＬ問題点を解決する／ζめ１本発明はＦＩＴ−ＣＯ
Ｄの垂直転送電極に、多結晶シリコンに比べ極めて抵抗
値の低い、シリタイドを多結晶シリコン表面に積層する
か、あるいはアルミニウムの表面にクロムもしくはチタ
ンを積層し、安定で、圓抵抗のｒｌｊ　ｔＦｊ転送電極
をｖｉｆ、垂直転送段の周波数特性を向上させ、高速の
垂直転送が行えるようにするものである。

１′１用 本発明はＦＩＴ−ＣＯＤの垂直転送電極に多結晶シリコ
ンに比べてシート抵抗が極めて代い物質を用い、垂直転
送段の周波数特性を向」ニさせ、固体撮像装置の中央部
においても、垂直転送パルスが所定の形で印加されるよ
うに成すものである。

それにより、垂直転送段の高速転送周波数を高くシ、垂
直スメアの低減効果を向上させ％また垂直転送効率の向
上を図るようにしたものである。

実施例 本発明の特徴は垂直転送電極のシート抵抗を吐くして、
垂直転送電極−相あたりの周波数特性を向上させるもの
である。

以下、図面を用いて本発明による実施例を説明する。

第１図は本発明による第１の実施例を示すものであり、
固体撮像装置の光電変換素子、垂直転送部の断面図を示
している。第１図は第す図に示したＡ−Ａ／の断面図で
あり、１４は基板、１ｂはチャンネルストッパー、１６
は光電変換素子、１７は垂直転送段を構成するための１
拡散１※、２７〜３ｏは絶縁膜％３１．ＳＳは第−層の
垂直転送電極を構成する多結晶シリコン電極、３２．３
６は第１層の垂直転送電極を構成するシリサイド電極、
３３．３７は第２層の垂直転送電極を構成する多結晶シ
リコン電極、３４．３８は第２層の垂直転送電極を構成
するシリサイド電極、２０は遮光１１４のアルミニウム
マスクである。上記の構成の固体撮像装置の製造は、基
板１４に１５．１６゜１７の拡散層を形成した後、絶縁
膜２７　（Ｓ　ｚ　０２　）を形成し、その上部に多結
晶シリコン電極３１．３５を形成し、前記多結晶シリコ
ン電極上にシリサイド電極３２．３６を形成する。次に
絶縁膜２８を形成し、その上部に多結晶シリコン電極３
３．３７を形１ノＺ　ｌ〜、前記多結晶シリコン電極上
にシリサイド電極３４　ｔ　３８を形成し、絶縁膜２９
を形成する。その後、遮光用アルミニウムマスク２０を
形成し、その」二部を更に保護用の絶縁膜で被覆する。

ここで、シリサイド電極としてはシリコンにタングステ
ンを混合したもので構成される。また垂直転送電極とし
て、多結晶シリコン電極上にシリサイド電極を形成する
理由は絶縁膜を保護するためである。

１７、　　　、。

上記の如く、垂直転送電極を構成すれば第８図に示した
等価回路の抵抗成分が、多結晶シリコンに比べ略１桁程
度小さくなる。そのため高速の垂直転送パルスで固体撮
像装置を動作させることが可能となる。

次に本発明による第２の実施例を説明する。

本発明による第２の実施例は、垂直転送電極のうち、第
一層目もしくは第二層目のうちいずれか一層の電極を多
結晶シリコンとシリサイドを積層した電極構成とし、他
の一層を多結晶シリコン電極として用いる。このように
すれば、固体撮像装置の製造工程が少なくなるために歩
留りの圓下を招く割合が少なくなる。また、積層により
構成された電極については、垂直転送パルスが固体撮像
装置の中央部まで良好に伝達されるので、従来の多結晶
シリコンのみで構成された電極に比較し、高速の転送パ
ルスとする事が可能となる。

次に本発明による第３の実施例を第２図を用いて説明す
る。

第２図において、１４〜１７は第１の実施例で１８　Ａ
　。

説明したものと同一である。４９〜６２は絶縁膜、４０
．４６は第１層の垂直転送電極を構成するアルミニウム
電極、４１．４６は第１層の垂直転送電極を構成するチ
タンあるいはクロム電極４２，４了は第２層の垂直転送
電極を構成するアルミニウム電極％４３，４８は第２層
の垂直転送電極を構成するチタンあるいはクロム電極、
４４は遮光用の酸化アルミニウムマスクである。上記の
構成の固体撮１象装置の製造は、基板１４に１５．１６
．１７の拡散層を形成した後、絶縁膜４９を形成し、そ
の上部に第１層の垂直転送段を構成するアルミニウム電
極４０．４５を形成し、その表面にチタンもしくはクロ
ム電極４１．４６を形成する。次に絶縁膜６０を形成し
、その上部に第２層の垂直転送段を構成するアツベニウ
ム電極４２．４７を形成し、その表面にチタンもしくは
クロム電極４３゜４Ｂを形成し、その上部に絶縁膜６１
を形成し、遮光用の酸化アルミニウムマスク４４．５２
を形成し、その」二部を保護膜６２で被覆する。垂直転
送電極として、アルミニウム電極上にチタンもしくはク
ロム電極を形成する理由は、アルばニウム電極表面にヒ
ルロック現象の発生を防止するだめのものであり、遮光
用マスクとして酸化アルミニウムを用いるのは、固体撮
像装置どレンズ等の間に発生するフレアを防止するため
である。、発明の効果 本発明によれば、垂直転送部を構成する垂部転送電極の
抵抗値を低くする事が口■能となる。その結果、ＦＩＴ
−ＣＯＤにおいて、受光部から記憶部への信号電荷の転
送を高速で行なう小ができるため、垂直スメア成分を極
めて低く抑制する事ができ５画質の大幅な向Ｊ−を行う
ととができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における第１の実施例を示すブロック図
、第２図は本発明における第３の実施例を示すブロック
図、第３図ｔまフレームトランスファ型ＣＣＤ撮像装置
のブロック図、第４図はインターライン転送型ＣＣＤ撮
像装置ｉ″イアのブロック図、第５図はフレーム・イン
ターライン転送型撮像装置のブロック図、第６図はフレ
ー−−ムインターライン転送型撮像装置の躯動波形を示
す波形図、第７図は従来例の垂直転送段の断面図、第８
図は垂直転送段の１つの電極の等価回路図である。 ３１．３３，３ら、３７・山・・多結晶シリコン、３２
．３４．３６．３８・・・・・・シリサイド、２７〜３
０・・・・・・絶縁膜。 代哩人の氏名　弁哩十　中　尾　敏　刀　ほか１名１４
−　　幕　　狐 １５−一手Ｖンネルスト９パー １６−　　充電変換光チ １’ｌ−Ｎ″仁歓１ η〜Ｉ−紀ｊ４庸 ３Ｌ３３，３５．３’ｌ−少せ品シリコン電極第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光部と、電荷結合素子からなる垂直転送部と、
   垂直転送部の延長上に設けられた記憶部と、水平転送部
   と電荷検出部とを有し、前記垂直転送部と記憶部を構成
   する転送電極をポリシリコンとシリサイドを積層してな
   る構成の電極としたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）垂直転送部と記憶部を構成する転送電極のうち、
   第１層目もしくは第２層目のうちいずれか一層の電極を
   ポリシリコンとシリサイドを積層してなる構成の電極と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の固
   体撮像装置。
3. （３）垂直転送部と記憶部を構成する転送電極を、アル
   ミニウムの上部にクロムもしくはチタンを形成してなる
   構成の電極としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の固体撮像装置。