WO2003100862A1 - Dispositif de formation d'images a semi-conducteurs et reseau d'imageurs a semi-conducteurs - Google Patents

Dispositif de formation d'images a semi-conducteurs et reseau d'imageurs a semi-conducteurs Download PDF

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WO2003100862A1
WO2003100862A1 PCT/JP2003/005610 JP0305610W WO03100862A1 WO 2003100862 A1 WO2003100862 A1 WO 2003100862A1 JP 0305610 W JP0305610 W JP 0305610W WO 03100862 A1 WO03100862 A1 WO 03100862A1
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WO
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solid
state imaging
imaging device
light
pixel
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Application number
PCT/JP2003/005610
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English (en)
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Inventor
Kazuhisa Miyaguchi
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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Publication date
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
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    • H01L27/14831—Area CCD imagers
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    • H01L27/14806—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and a solid-state imaging device array.
  • Figure 7A shows a top view of a conventional full frame transfer type solid-state imaging device (FFT type CCD) or frame transfer type (FT type) CCD in the case of two-phase drive, and Fig. 7 shows a cross-sectional view of the IV-IV arrow. Shown in B.
  • FFT type CCD full frame transfer type solid-state imaging device
  • FT type frame transfer type
  • the CCD 100 includes a semiconductor substrate 101, a transfer electrode 102 provided on a front surface side of the semiconductor substrate 101, and a supply wiring 103 electrically connected to the transfer electrode 102.
  • the CCD 100 is provided with a light detection unit that captures an image of incident light.
  • a plurality of pixels E are arranged in a horizontal direction and a vertical direction. Then, when light enters the pixel E, charges are generated inside the pixel E, and an image of the light is captured.
  • the transfer electrodes 102 are arranged on a predetermined number of the pixels E in parallel with one pixel E with the horizontal direction of the light detection unit as a longitudinal direction, and the transfer electrodes 102 transfer charges in a vertical direction by supplying a vertical transfer voltage. I do.
  • the supply wiring 103 is a wiring for supplying a transfer voltage to the transfer electrode 102, and is provided at both ends of the CCD 100, which is a dead area F in which a vertical direction is a longitudinal direction and does not capture a light image. .
  • a material that transmits light such as polycrystalline silicon (polysilicon) is used as a material of the transfer electrode 102.
  • the supply wiring 103 made of a metal such as aluminum provided at both ends of the transfer electrode 102 is used to supply a voltage to the S transfer electrode 102.
  • the supply wiring 103 made of aluminum or the like blocks light, in the conventional CCD, the supply wiring 103 is installed in the dead areas F at both ends of the CCD 100 as described above.
  • the presence of the dead area F is a problem in that the surface of the CCD 100 is effectively used, and the dead area F is preferably as small as possible.
  • Such a dead area F also poses a problem when a plurality of solid-state imaging devices are arranged side by side in the horizontal direction. That is, a part of the light image is not captured due to the presence of the dead area F between the plurality of solid-state imaging devices.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a solid-state imaging device capable of reducing a dead area and widening a light detection unit, and a solid-state imaging device array using the same. Aim.
  • a solid-state imaging device is formed on a semiconductor substrate including a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and divides m columns (m is an integer of 2 or more) in a horizontal direction.
  • a photodetector that has m x n pixels arranged in a two-dimensional array consisting of n rows (n is an integer of 2 or more) dividing the vertical direction and capturing an image of incident light;
  • a transfer electrode which is installed on the pixel with the horizontal direction of the photodetector as the longitudinal direction, and to which a vertical transfer voltage is applied to transfer the charge generated in the pixel in the vertical direction, and a metal or metal silicide, And a supply line electrically connected to the transfer electrode to apply a vertical transfer voltage to the transfer electrode.
  • the pixels to be shielded by the supply wiring The decreased amount of the force signal you, characterized in that it is configured to be ToTadashi.
  • the solid-state imaging device by providing supply wiring made of metal or metal silicide that blocks light on the pixel, a dead area for installing supply wiring at both ends in the horizontal direction of the light detection unit is reduced. Since it can be eliminated, the photodetector can be widened. In addition, by eliminating the dead zone, multiple solid-state In the case of using adjacently in the direction, it is possible to reduce the portion that is not imaged.
  • the supply wiring is configured to cover only a part of the light-shielded pixel. At this time, light is incident on other portions of the light-shielded pixel, and an output signal whose output amount has been reduced to some extent is output from the light-shielded pixel. Therefore, according to the solid-state imaging device having the above configuration, the amount of decrease in the amount of light incident on the light-shielded pixel can be corrected based on the output signal.
  • a solid-state imaging device array is characterized in that a plurality of the solid-state imaging devices described above are arranged adjacent to each other in a state where the light detection units are arranged in a horizontal direction. Since the above-described solid-state imaging device does not require a dead area for supplying the supply wiring, when a plurality of solid-state imaging devices are arranged in this way, the interval between the light detection units can be reduced. Thereby, the non-imaging portion existing in the image captured by the solid-state imaging device array can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention as viewed from the front side.
  • 2A and 2B are (A) a top view and (B) a cross-sectional view taken along the line II-I showing a part of the configuration of the CCD of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • FIGS. 3A and 3B show (A) an example of output signal data of pixel A, and (B) output signal data of pixel D and pixel A, respectively, in an FFT type CCD of 102 4 columns and 6 rows.
  • 6 is a table showing an example of the above.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device array using the solid-state imaging device according to the present invention as viewed from the front side.
  • 5A and 5B are (A) a top view and (B) a cross-sectional view taken along the line II-II showing a part of the configuration of the CCD of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • 6A and 6B are (A) a top view and (B) a cross-sectional view taken along the line III-III, showing a part of the configuration of the CCD of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • 7A and 7B show the conventional full frame transfer type solid-state imaging device (FFT type CCD) or frame transfer type (FT type) CCD, (A) Top view of two-phase drive, and (B) IV—a sectional view taken along the arrow IV.
  • FFT type CCD full frame transfer type solid-state imaging device
  • FT type frame transfer type
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention as viewed from the front side.
  • the solid-state imaging device includes a two-phase driven FFT type CCD.
  • This FFT-type CCD has a configuration in which charges generated when a light image is incident from the surface side of the light detection unit are transferred in the light detection unit.
  • the solid-state imaging device includes a CCD 1 that is an FFT type CCD and a charge transfer control unit 20.
  • the CCD 1 includes a light detection unit 10, a horizontal shift register 15 and an amplification unit 16.
  • the photodetector 10 has m rows H1 to Hm (m is an integer of 2 or more) whose horizontal direction is the vertical direction, and n rows whose vertical direction is the horizontal direction. Are divided into rows Vl to Vn (n is an integer of 2 or more), and are composed of mXn pixels A. Then, when a light image is incident from the surface side of the light detection unit 10, charges are generated inside the pixel A.
  • the supply wirings 13a and 13b are made of a metal such as aluminum or a metal silicide having a low electric resistance. Of the m rows, the rows H1 and Hm at both ends of the photodetector 10 are provided. It is installed on the pixel so as to cover a part of each pixel. At this time, a part of the light-shielded pixel D covered by the supply wirings 13a and 13b is not covered, and light enters the light-shielded pixel D; Further, the supply wirings 13a and 13b are provided in pairs, one set each for the supply wirings 13a and 13b.
  • the supply wiring 13a is electrically connected to the corresponding transfer electrodes among the two or four transfer electrodes provided for each row Vj, and transfers the transfer voltage P1 to these transfer electrodes.
  • Supply Similarly, the supply wiring 13b is electrically connected to the corresponding transfer electrode, and supplies the transfer voltage P2 to these transfer electrodes.
  • a vertical shift register that accumulates charges generated inside the pixel A and transfers the electric charges in the vertical direction (arrow a in the figure). Be composed. Then, the vertical transfer voltages P l and P 2 are controlled by the charge transfer control unit 20, whereby charges are transferred in the pixel A.
  • the horizontal shift register 15 receives the electric charge generated in each pixel A and transferred in the vertical direction of the photodetector 10 from the photodetector 10 and transfers the electric charge in the horizontal direction (arrow b). Is output to the amplifier section 16. The electric charge output from the horizontal shift register 15 is amplified by the amplifier section 16 and output to the outside of the solid-state imaging device as an output signal for each pixel.
  • FIGS. 2A and 2B are (A) a top view, and (B) a cross-sectional view taken along the line II-I, showing a part of the configuration of the CCD 1 of the solid-state imaging device shown in FIG. CCD 1 shown in FIGS. 2A and 2B includes a semiconductor substrate 11, transfer electrodes 12 a to 12 d, supply wires 13 a and 13 b, and an insulating layer 14.
  • the semiconductor substrate 11 has a conductivity type of P + type and is a p + type n to m
  • PCT / JP03 / 05610 Semiconductor substrate 1 1 1, P-type semiconductor layer 1 1 2 which is an epitaxial layer formed on the surface side, and 11-type semiconductor layer 1 1 1 further formed on the surface side 3 and a p + type semiconductor layer 114.
  • the n-type semiconductor layers 113 and the p + -type semiconductor layers 114 are provided alternately in the horizontal direction with the vertical direction of the photodetector 10 as the longitudinal direction.
  • the n-type semiconductor layer 113 and the p-type semiconductor layer 112 form a pn junction, and the n-type semiconductor layer 113 is a photodetection region that receives a light image and generates charges.
  • the mold semiconductor layer 114 forms an isolation region C that separates each column Hi.
  • the transfer electrodes 12 a to 12 d are provided on the surface of the semiconductor substrate 11 via the insulating layer 14.
  • the n-type semiconductor layer 1 13 and the transfer electrodes 12 a to 12 d constitute pixels A arranged in n rows and m columns.
  • the supply electrode 13a is electrically connected to the transfer electrodes 12a and 12b, and the vertical transfer voltage P1 is supplied to the transfer electrodes 12a and 12b.
  • the supply electrode 13b is electrically connected to the transfer electrodes 12c and 12d, and the vertical transfer voltage P2 is supplied to the transfer electrodes 12c and 12d. That is, a pair of the transfer electrodes 12a and 12b applies a one-phase vertical transfer voltage to the semiconductor substrate 11, and a pair of the transfer electrodes 12c and 12d further adds the one-phase transfer electrode. Is applied.
  • an oxide film that transmits light is used as a material of the insulating layer 14 that insulates the semiconductor substrate 1, the transfer electrodes 12a to 12d, and the supply wirings 13a and 13b from each other.
  • the supply wirings 13a and 13b are installed on the surfaces of the rows HI and Hm of the photodetecting section 10 with the direction parallel to each row Hi of the photodetecting section 10 taken as the longer direction. Further, a convex portion 131a is provided on the semiconductor substrate 11 side of the supply wiring 13a, and the convex portion 13a is provided. 13a is electrically connected to the transfer electrodes 12a and 12b. Similarly, a convex portion 13 1 b (not shown in FIG. 2B) is provided on the semiconductor substrate 11 side of the supply line 13 b, and the convex portion 13 1 b It is electrically connected to 2c and 1 2d.
  • the solid-state imaging device when a light image enters from the surface side of the light detection unit 10, the light image passes through the transfer electrodes 12 a to 12 d and the insulating layer 14, and Each pixel A of the output part 10 reaches the inside. Then, charges are generated inside each pixel A. This charge is applied to the corresponding transfer electrodes 12 a to 12 d corresponding to the vertical transfer voltages P l and P 2, and these voltages are controlled by the charge transfer control unit 20 so that the charge is transferred into the pixel A. Once held and transferred vertically. The transferred charge is output to the horizontal shift register 15. Then, the electric charges are transferred in the horizontal direction by the horizontal shift register 15 and input to the amplifier section 16 where they are amplified. The amplified charge is output to the outside of the solid-state imaging device as an output signal for each pixel A.
  • the solid-state imaging device has the following effects by the above-described configuration and operation. That is, the supply wirings 13a and 13b, which are made of metal or metal silicide that shields light, which were conventionally installed in the dead areas at both ends of the CCD, are installed on the pixels in the solid-state imaging device according to the present embodiment. Have been. Thus, the dead area for installing the supply lines 13 & and 13 b can be eliminated from both ends of the CCD, so that the photodetector 10 in the CCD 1 can be widened.
  • the supply springs 13a and 13b are configured to cover only a part of the light-shielded pixel D. At this time, light is incident on the other portion of the light-shielded pixel D, and an output signal whose output amount is reduced to some extent is output from the light-shielded pixel D. Therefore, according to the solid-state imaging device having the above configuration, it is possible to correct a decrease in the amount of light incident on the light-shielded pixel D based on the output signal whose output amount has decreased.
  • Figures 3A and 3B show the (A) pixels in an FFT CCD of 102 4 columns 6 rows 6 is a table showing an example of output signal data of A and (B) an example of output signal data of a light-shielded pixel D and a pixel A.
  • the method of correcting the output signal when the FFT CCD is driven by TDI which will be described later, is equivalent to the addition of signals for 64 pixels in the vertical direction. Therefore, it is sufficient to correct the output signals for the 104 channels in the horizontal direction corresponding to each column. For this reason, the tables of FIGS. 3A and 3B all show changes in the output signal in the horizontal direction.
  • the pixel numbers shown in FIG. 3A indicate the channel numbers in the horizontal direction.
  • the output signal is an example of the output signals of channels 1 to 4 and 10 21 to 10 24.
  • the output signals of channels 5 to 10 20 are omitted because they are substantially the same as those of channels 1 to 4 and channels 10 21 to 10 24.
  • the pixel numbers shown in FIG. 3B also indicate the channel numbers in the horizontal direction, as in FIG. 3A.
  • the output signals also show examples of the output signals of channels 1 to 4 and channels 102 to 100.
  • the supply wiring is placed on the surface of the pixels in columns H2 and H3, and columns H102 and HI023, and all the pixels of the corresponding channel are Has become.
  • the difference between the output signals of adjacent pixels is very small.
  • the output signal of the light-shielded pixel decreases in accordance with the area covered by the supply wiring and the like, as compared with the output signal of the pixel without the supply wiring. By compensating for the decrease in the output signal, the effect on the output signal of the supply wiring can be eliminated.
  • the following method is effective as a method for correcting the output signal of the light-shielded pixel as shown in FIG. 3B.
  • a reference output signal which is an output signal obtained by previously injecting light having substantially uniform intensity into the photodetector, is obtained. Then, the output signal of the light-shielded pixel is corrected based on the reference output signal of the light-shielded pixel. Alternatively, the output signal of the light-shielded pixel may be corrected based on the reference output signal of the pixel adjacent to the light-shielded pixel. Further, the correction may be performed based on the output signal of the pixel adjacent to the light-shielded pixel without using the reference output signal.
  • the output signal of the light-shielded pixel is corrected using the correlation between the value of the output signal of the light-shielded pixel and the value of the output signal of a pixel adjacent to the light-shielded pixel that is not the light-shielded pixel.
  • correction based on the reference output signal, correction is performed so that the value obtained by multiplying the reference output signal of the light-shielded pixel by the correction coefficient is substantially equal to the value of the reference output signal of the other pixels.
  • a coefficient is calculated, and when an image of light is captured, a correction coefficient is multiplied by an output signal of a light-shielded pixel in an output signal obtained by imaging to correct this.
  • the ratio of the light-shielded portion is large, and the error at the time of correction is large.
  • the output signal of the light-shielded pixel is corrected. You may.
  • the resolution may often be lower than that of visible light imaging.
  • the resolution is 5 to 10 It may be about L p / mm.
  • a resolution of about 2 to 5 Lp / mm is sufficient.
  • 2 to 5 Lp / mm is a resolution that can resolve up to 2 to 5 black-and-white line pairs (line pairs) drawn within a width of l mm. This corresponds to a pixel size of about 200-500 / m.
  • Panorama, cephalometric X-ray imaging device flick ⁇ TO
  • these X-ray imaging devices can function effectively as sensors even if binning is performed, for example, by adding the output signals of four 2 ⁇ 2 pixels. .
  • the influence of the supply wiring on the output signal of the unit pixel is smaller than that on the light-shielded pixel, and the output signal of the light-shielded pixel can be suitably corrected.
  • the supply wiring is arranged so that the rows where the supply wiring is installed are not adjacent to each other. Should be installed.
  • the supply wirings 13a and 13b are provided on the pixels in the columns at both ends of the light detection unit 10. In this way installation, supply wiring lines 1 3 a and 1 3 b from the transfer electrodes 1 2 a ⁇ 1 2 d to the vertical transfer voltage P l, the P 2 can be efficiently applied. Further, in addition to the present embodiment, the same effects as those of the present embodiment can be obtained by arranging the supply wirings 13a and 13b in a row substantially at the center of the photodetector 10. Further, by arranging in this way, the number of supply distribution # is minimized, so that the number of light-shielded pixels can be reduced.
  • the supply wires 13a and 13b are installed as a set of two wires for applying the two-phase vertical transfer voltages P1 and P2, and the two supply wires that make up the set are one It is set on the pixels in the column.
  • TDI Time Delay Integration
  • the TDI driving method is a method of transferring electric charges between potential layers at a speed corresponding to the moving speed of the imaging target, further accumulating electric charges, and performing imaging without blurring for the moving light image.
  • Such a driving method is based on the charge transfer control unit 20 described above.
  • the effect of eliminating the dead area by the above configuration is advantageous in a solid-state imaging device array in which a plurality of solid-state imaging devices are arranged so as to be adjacent to each other in a state where the photodetectors 10 are arranged in a horizontal direction. Especially effective.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device array using the solid-state imaging device according to the present invention as viewed from the front side.
  • a plurality of CCDs 1 shown in FIG. 1 are arranged so as to be horizontally adjacent.
  • the solid-state imaging device array is large in size, and an imaging target that cannot be imaged by one solid-state imaging device is imaged by a plurality of solid-state imaging devices.
  • both ends of the light detection unit where the supply wiring is provided are not used as the light detection unit, and no pixels are provided. For this reason, in an image captured over a plurality of light detection units, a certain non-imaging portion occurs inside the image because of the dead area due to the installation of the supply wiring existing between the light detection units.
  • the solid-state imaging device eliminates the dead area caused by installing the supply wiring by installing the supply wirings 13a and 13b on the pixels.
  • the non-imaging part existing in the image picked up by the array can be reduced.
  • an X-ray imaging apparatus used for dental treatment is taken as an example.
  • the length of the effective light detection area which is an area where solid-state imaging can be performed, is about 220 mm, and in a panoramic X-ray imaging device it is 15 mm. O mm is required.
  • the width of the dead area at one end of the photodetecting section is 100 ⁇ m and the other is 200 ⁇ m at the joint between the photodetecting sections.
  • a dead area having a width of 300 ⁇ is generated.
  • there is a non-imaging portion in an image captured by the dead area which may affect the diagnosis in dentistry.
  • the conventional solid-state imaging device array there is a problem that a non-imaging portion exists in the captured image. Therefore, if the solid-state imaging device array shown in FIG. 4 is used, the dead area due to the installation of the supply wiring is eliminated, and the non-imaging part can be reduced.
  • FIGS. 5A and 5B are a (A) top view, and (B) a cross-sectional view taken along the line II-II, showing a part of the configuration of the CCD 2 of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • the CCD 2 shown in FIGS. 5A and 5B includes a semiconductor substrate 11, transfer electrodes 12a to 12d, supply wirings 23a and 23b, and an insulating layer 14. Among these, the configuration is the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment except for the configuration of the supply wirings 23a and 23b, and therefore, the description is omitted.
  • the supply wirings 23a and 23b are installed on the surfaces of the rows Hl, Hm, and the substantially central row, with the direction parallel to each row Hi of the photodetector 10 as its long direction. .
  • the supply wiring 23a is provided with a convex portion 231a
  • the supply wiring 23b is provided with a convex portion 231b.
  • the vertical transfer voltage P1 is applied to the transfer electrodes 12a and 12b
  • the vertical transfer voltage P2 is applied to the transfer electrodes 12c and 12d.
  • the dead area for installing the supply wirings 23a and 23b can be eliminated from both ends of the CCD, it is possible to widen the light detection unit 10 in the CCD 2 . it can.
  • the supply wirings 23a and 23b are configured to cover only a part of the light-shielded pixel D. Therefore, output with reduced output Based on the signal, the decrease in the amount of light incident on the light-shielded pixel D can be corrected.
  • a pair of supply wirings 23a and 23b are provided on the surface of the substantially central row of the photodetector 10 in addition to the position in the first embodiment. Therefore, the distance between the supply wirings 23a and between the supply wirings 23b is reduced. As a result, the influence of the electric resistance of the transfer electrodes 12a to l2d can be reduced, so that the charge transfer speed of the CCD 2 can be increased, and the CCD 2 can be driven at a high speed. .
  • the supply distribution lines 23a and 23b may be installed only on the surface of the substantially central row of the photodetection section 10. With this arrangement, the vertical transfer voltages P1 and P2 can be efficiently applied from the supply wires 23a and 23b to the transfer electrodes 12a to 12d. Further, since the number of supply wirings is minimized, the number of light-shielded pixels can be reduced.
  • FIGS. 6A and 6B are (A) a top view, and (B) a cross-sectional view taken along the line III-III, showing a part of the configuration of the CCD 3 of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • the CCD 3 shown in FIGS. 6A and 6B includes a semiconductor substrate 11, transfer electrodes 12a to 12d, supply wirings 33a and 33b, and an insulating layer 14. Among them, the configuration is the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment except for the configuration of the supply wirings 33a and 33b, and therefore, the description is omitted.
  • the supply wirings 33a and 33b are placed on the surface of any row Hi on the surface of the insulating layer 14 with the direction parallel to each row Hi of the photodetector 10 as the long direction. Is done. At this time, the supply wirings 33a and 33b are installed in different rows.
  • the supply wiring 33a is provided with a convex portion 331a.
  • the power supply wiring 33b is provided with a convex portion 331b. Then, the vertical transfer voltage P1 is applied to the transfer electrodes 12a and 12 and the vertical transfer voltage P2 is applied to the transfer electrodes 12c and 12d via these convex portions.
  • the solid-state imaging device according to the present embodiment is provided with the supply wirings 33a and 33b.
  • the supply wirings 33a and 33b cover only a part of the light-shielded pixel D. Therefore, the amount of decrease in the amount of light incident on the light-shielded pixel D can be corrected based on the output signal whose output amount has decreased.
  • two supply wirings constituting a set for applying two-phase vertical transfer voltages P1 and P2 are provided on pixels in mutually different columns.
  • the supply wiring By providing the supply wiring in this manner, the area covered by the supply wiring per pixel to be shielded is reduced, and the amount of light incident on the pixel to be shielded is reduced. Thereby, it is possible to easily correct the output signal of the light-shielded pixel.
  • the solid-state imaging device is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible.
  • any number and number of supply wirings can be provided on the surface of the pixel at any position. Therefore, the supply wirings may be appropriately designed according to the required charge transfer speed, correction method, and the like.
  • the two-phase drive CCD is used.
  • the solid-state imaging device according to the present invention can be suitably configured by installing a necessary number of supply wirings on the pixel even when using CCD of three-phase drive or more.
  • the FCD type CCD is used as the CCD, but other CCDs may be used.
  • a frame transfer type CCD (FT type CCD) having a charge storage unit between the light detection unit and the horizontal shift register is provided with the supply wiring having the above configuration, so that the light detection unit of the solid-state imaging device can be widened. Can be.
  • the solid-state imaging device and the solid-state imaging device array according to the present invention can be used as a solid-state imaging device and a solid-state imaging device array in which a dead area can be reduced and a light detection unit can be widened. That is, the solid-state imaging device eliminates the dead area for installing the supply wiring, which has conventionally existed at both ends in the horizontal direction of the light detection unit, by providing the supply wiring made of a material that blocks light on the pixel. So the photodetector can be wider it can. Further, the solid-state imaging device eliminates the dead area, so that a portion that is not imaged when a plurality of solid-state imaging devices are used adjacent to each other in the horizontal direction can be reduced.
  • the supply wiring is configured to cover only a part of the light-shielded pixel. At this time, light is incident on other portions of the light-shielded pixel, and an output signal whose output amount has been reduced to some extent is output from the light-shielded pixel. Therefore, according to the solid-state imaging device having the above configuration, it is possible to correct a decrease in the amount of light incident on the light-shielded pixel based on the output signal.
  • the solid-state imaging device array since the distance between the respective light detection units can be reduced by using the above-described solid-state imaging device, there is no possibility that the solid-state imaging device array is present in an image captured by the solid-state imaging device array.
  • the imaging part can be reduced.

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Description

明糸田書
固体撮像装置及び固体撮像装置ァレイ
技術分野
本発明は、 固体撮像装置及び固体撮像装置ァレイに関するものである。
背景技術
従来のフル ' フレーム転送型固体撮像装置 （FFT型 CCD) またはフレーム 転送型 （FT型） CCDの、 2相駆動の場合の上面図を図 7 Aに、 IV— IV矢印断 面図を図 7 Bに示す。
C CD 100は、 半導体基板 101と、 半導体基板 101の表面側に設置され た転送電極 102と、 転送電極 102に電気的に接続された供給配線 103とを 備えている。 そして、 CCD 100には入射する光の像を撮像する光検出部が構 成されている。 光検出部には画素 Eが水平方向及ぴ垂直方向に複数個配列されて いる。 そして、 画素 Eに対して光が入射することによって画素 Eの内部に電荷が 発生し、 光の像を撮像する。
転送電極 102は、 光検出部の水平方向を長手方向として 1つの画素 Eにっき 所定本数並んで画素 E上に設置されており、 垂直転送電圧が供給されることによ つて電荷を垂直方向に転送する。 また、 供給配線 103は転送電極 102へ転送 電圧を供給するための配線であり、 垂直方向を長手方向として、 光の像を撮像し ない不感領域 Fである CCD 100の両端部に設置されている。
光の像が CCD 100の表面側より入射すると、 画素 Eの内部に電荷が発生す る。 そして、 供給配線 103を通じて転送電極 1 02へ供給される垂直転送電圧 によって、 電荷が画素 E内を矢印 cの方向に転送される。
F FT型 CCD及び FT型 CCDにおいては、 転送電極 102の材料として多 結晶シリコン （ポリシリコン） などの光を透過する材料が用いられる。 そして、 転送電極 102の両端に設置されるアルミなどの金属からなる供給配線 103力 S 転送電極 102への電圧供給に用いられる。 „〜m
PCT/JP03/05610 発明の開示
アルミなどからなる供給配線 1 0 3は光を遮ることから、 従来の C C Dでは、 上記したように C C D 1 0 0の両端部の不感領域 Fに供給配線 1 0 3を設置して いる。 しかしながら、 不感領域 Fの存在は C C D 1 0 0の表面を有効に利用する という点において問題であり、 不感領域 Fは極力小さいことが好ましい。 また、 このような不感領域 Fは、 固体撮像装置を複数、 水平方向に隣接するように並べ る場合にも問題となる。 すなわち、 複数並べられた固体撮像装置同士の間に不感 領域 Fが存在することにより、 光の像の一部が撮像されない。
本発明は、 以上の問題点を解決するためになされたものであり、 不感領域を小 さくし、 光検出部を広くできる固体撮像装置、 及びそれを用いた固体撮像装置ァ レイを提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、 本発明による固体撮像装置は、 p型半導体 層及び n型半導体層を含む半導体基板上に形成され、 水平方向を分割する m列 （ mは 2以上の整数） 及び垂直方向を分割する n行 （nは 2以上の整数） からなる 2次元状に配列されている m X n個の画素を有し、 入射される光の像を撮像する 光検出部と、 光検出部の水平方向を長手方向として画素上に設置され、 画素にお いて発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送電圧が印加される転送電極と、 金属または金属シリサイドからなり、 光検出部の垂直方向を長手方向として所定 の画素である被遮光画素上にその一部を覆うように設置され、 転送電極に電気的 に接続されて垂直転送電圧を転送電極に印加する供給配線とを備え、 供給配線に よる被遮光画素の出力信号の低下分を捕正可能に構成されていることを特徴とす る。
本発明による固体撮像装置は、 光を遮る金属または金属シリサイドからなる供 給配線を画素上に設置することによって、 光検出部の水平方向の両端部での供給 配線を設置するための不感領域をなくすことができるので、 光検出部を広くする ことができる。 また、 不感領域をなくすことにより、 固体撮像装置を複数、 水平 方向に隣接させて用いるような場合に撮像されない部分を少なくすることができ る。 また、 供給配線は、 被遮光画素の一部のみを覆う構成となっている。 このと き、 被遮光画素の他の部分には光が入射され、 ある程度出力量が低下した出力信 号が被遮光画素から出力される。 したがって、 上記構成の固体撮像装置によれば 、 出力信号に基づいて、 被遮光画素への入射光量の低下分を補正することができ る。
また、 本発明による固体撮像装置アレイは、 上記した固体撮像装置が複数、 光 検出部が水平方向に並んだ状態で、 互いに隣接するよう配列されていることを特 徴とする。 上記した固体撮像装置は供給配線設置のための不感領域が不要なので 、 複数の固体撮像装置をこのように配列する場合には、 各光検出部間の間隔を狭 くすることができる。 これにより、 固体撮像装置アレイによって撮像された画像 において存在する不撮像部分を小さくすることができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明による固体撮像装置の第 1実施形態を表面側から見た概略構成 図である。
図 2' A及ぴ図 2 Bは、 図 1に示した固体撮像装置の C C Dの構成の一部を示す (A) 上面図、 及び （B ) I— I矢印断面図である。
図 3 A及び図 3 Bは、 1 0 2 4列 6 4行の F F T型 C C Dにおける （A) 画素 Aの出力信号データの一例、 及び （B ) 被遮光画素 D及び画素 Aの出力信号デー タの一例を示す表である。
図 4は、 本発明による固体撮像装置を用いた固体撮像装置ァレイを表面側から 見た概略構成図である。
図 5 A及び図 5 Bは、 第 2実施形態による固体撮像装置の C C Dの構成の一部 を示す （A) 上面図、 及び （B ) II— II矢印断面図である。
図 6 A及び図 6 Bは、 第 3実施形態による固体撮像装置の C C Dの構成の一部 を示す （A) 上面図、 及び （B ) III— III矢印断面図である。 図 7A及び図 7Bは、 従来のフル ' フレーム転送型固体撮像装置 （FFT型 C CD) またはフレーム転送型 （FT型） CCDの、 （A) 2相駆動の場合の上面図 、 及び （B) IV— IV矢印断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面とともに本発明による固体撮像装置及び固体撮像装置ァレイの好適 な実施形態について詳細に説明する。 なお、 図面の説明においては同一要素には 同一符号を付し、 重複する説明を省略する。 また、 図面の寸法比率は、 説明のも のと必ずしも一致していない。
図 1は本発明による固体撮像装置の第 1実施形態を表面側から見た概略構成図 である。 本実施形態においては、 固体撮像装置は 2相駆動の F FT型 CCDを備 えている。 この F FT型 CCDは、 光検出部の表面側から光の像が入射すること により生成される電荷を光検出部において転送する構成を有している。
本固体撮像装置は、 FFT型 CCDである CCD 1、 及ぴ電荷転送制御部 20 によって構成されている。 このうち、 CCD 1は、 光検出部 10、 水平シフトレ ジスタ 1 5、 及ぴアンプ部 16を備えている。
光検出部 10は、 その水平方向が、 垂直方向を長手方向とする m個の列 H 1〜 Hm (mは 2以上の整数） に、 また垂直方向が、 水平方向を長手方向とする n個 の行 Vl〜Vn (nは 2以上の整数） に分割されて、 mXn個の画素 Aから構成 されている。 そして、 光検出部 10の表面側より光の像が入射すると、 画素 Aの 内部に電荷が発生する。
光透過性を有する、 多結晶シリコン等からなる転送電極 （図示しない） は、 光 検出部 10の表面側に光検出部 10の全体を覆って、 各行 V j (j =l〜n) の 長手方向と平行な方向 （水平方向） に設置される。 また、 この転送電極は、 2相 駆動に対応して、 各行に対して 2本または 4本ずつ設置される。 そして、 2相駆 動に対応する垂直転送電圧 P 1、 P 2を転送電極へ供給するための供給配線 1 3 a及び 1 3 bが、 光検出部 10の各列 H i ( i = 1〜； m) の長手方向と平行な方 向 （垂直方向） を長手方向として設置される。
また、 この供給配線 1 3 a及び 1 3 bは、 電気抵抗の低いアルミなどの金属ま たは金属シリサイドからなり、 m個の列のうち光検出部 1 0の両端の列 H 1及び Hmの画素上に、 各画素の一部を覆うように設置される。 このとき、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bに覆われる被遮光画素 Dの一部は覆われずに光が入射するため、 この部分による電荷が被遮光画素 Dに発生する。 また、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bは、 供給配線 1 3 a 、 1 3 bそれぞれ 1本ずつの 2本を組として一列につき一 組ずつ設置されている。
供給配線 1 3 aは、 各行 V jに対して 2本または 4本ずつ設置されている転送 電極のうち対応する転送電極に電気的に接続されており、 転送電圧 P 1をこれら の転送電極へ供給する。 同様に、 供給配線 1 3 bは対応する転送電極に電気的に 接続されており、 転送電圧 P 2をこれらの転送電極へ供給する。 転送電極にこれ らの垂直転送電圧 P l 、 P 2が供給されることによって、 画素 A内部において発 生した電荷を蓄積するとともに、 垂直方向 （図中の矢印 a ) に転送する垂直シフ トレジスタが構成される。 そして、 垂直転送電圧 P l 、 P 2が電荷転送制御部 2 0により制御されることによって、 画素 A内で電荷が転送される。
水平シフトレジスタ 1 5は、 各画素 Aにおいて発生し、 光検出部 1 0の垂直方 向に転送されてきた電荷を光検出部 1 0から受け取り、 水平方向 （矢印 b ) に転 送してこれをアンプ部 1 6 へ出力する。 水平シフトレジスタ 1 5から出力された 電荷はアンプ部 1 6によって増幅され、 各画素ごとの出力信号として固体撮像装 置の外部へ出力される。
図 2 A及び図 2 Bは、 図 1に示した固体撮像装置の C C D 1の構成の一部を示 す （A) 上面図、 及び （B ) I— I矢印断面図である。 図 2 A及ぴ図 2 Bに示す C C D 1は、 半導体基板 1 1、 転送電極 1 2 a 〜 1 2 d、 供給配線 1 3 a及び 1 3 b、 絶縁層 1 4によって構成されている。
半導体基板 1 1は、導電型が P +型であって半導体基板 1 1の基体となる p +型 n〜m
PCT/JP03/05610 半導体基板 1 1 1と、 その表面側に形成されたェピタキシャル層である P型半導 体層 1 1 2と、 さらにその表面側に形成された、 11型半導体層 1 1 3及び p+型 半導体層 1 14とを備える。 n型半導体層 1 1 3及び p+型半導体層 1 14は、 光検出部 1 0の垂直方向を長手方向として水平方向に交互に設けられている。 n 型半導体層 1 13と p型半導体層 1 12は p n接合を構成しており、 n型半導体 層 1 13は光の像を入射して電荷を生成する光検出領域となっている。 そして、 n型半導体層 1 1 3は光検出部 10の各列 H i ( i = l〜！ n) を構成している。 また、 型半導体層 1 14は、 各列 H iを分離するアイソレーション領域 Cを 形成している。
また、 転送電極 12 a〜 1 2 dは、 半導体基板 1 1の表面上に絶縁層 14を介 して設置される。 転送電極 1 2 a〜l 2 dは、 光検出部 10の水平方向と平行な 方向を長手方向として、 垂直方向に交互に設置されており、 各行 V〗 （j = l〜 n) を構成している。 そして、 これら n型半導体層 1 1 3及び転送電極 1 2 a〜 1 2 dによって、 n行 m列に配列される画素 Aが構成される。
転送電極 1 2 a及ぴ 1 2 bには供給配線 1 3 aが電気的に接続されており、 転 送電極 1 2 aと 12 bとに垂直転送電圧 P 1が供給される。 同様に、 転送電極 1 2 c及び 1 2 dには供給配線 1 3 bが電気的に接続されており、 転送電極 1 2 c と 1 2 dとに垂直転送電圧 P 2が供給される。 すなわち、 半導体基板 1 1に対し て、 転送電極 12 a及び 1 2 bの組が 1相の垂直転送電圧を印加しており、 転送 電極 12 c及び 1 2 dの組がさらに 1相の転送電極を印加している。
また、 半導体基板丄 1、 転送電極 1 2 a〜 12 d、 及び供給配線 1 3 a、 1 3 bを互いに絶縁する絶縁層 14の材料としては、 光を透過する酸化膜等が用いら れる。
供給配線 13 a及び 1 3 bは、 光検出部 10の各列 H iに平行な方向をその長 手方向として、 光検出部 10の列 HI及び Hmの表面上に設置される。 また、 供 給配線 1 3 aの半導体基板 1 1側には凸状部 13 1 aが設けられており、 凸状部 1 3 1 aは転送電極 1 2 a及び 1 2 bと電気的に接続している。 同様に、 供給配 線 1 3 bの半導体基板 1 1側には凸状部 1 3 1 b (図 2 Bでは図示せず） が設け られており、 凸状部 1 3 1 bは転送電極 1 2 c及ぴ 1 2 dと電気的に接続してい る。
本実施形態による固体撮像装置において、 光の像が光検出部 1 0の表面側から 入射すると、 光の像は転送電極 1 2 a 〜 1 2 d及び絶縁層 1 4を透過して、 光検 出部 1 0の各画素 A内部へ到達する。 そして、 各画素 A内部において電荷が発生 する。 この電荷は、 垂直転送電圧 P l 、 P 2が対応する転送電極 1 2 a ~ l 2 d に印加されるとともに、 これらの電圧が電荷転送制御部 2 0によって制御される ことによって画素 A内部に一旦保持され、 垂直方向に転送される。 転送された電 荷は、 水平シフトレジスタ 1 5へ出力される。 そして、 電荷は水平シフトレジス タ 1 5によって水平方向に転送され、 アンプ部 1 6 へ入力されて増幅される。 増 幅された電荷は、 各画素 Aごとの出力信号として固体撮像装置の外部へ出力され る。
本実施形態による固体撮像装置は上記した構成及び動作によって、 以下の効果 を奏する。 すなわち、 従来は C C Dの両端の不感領域に設置されていた、 光を遮 る金属または金属シリサイドからなる供給配線 1 3 a及ぴ 1 3 b力 本実施形態 による固体撮像装置においては画素上に設置されている。 これによつて、 供給配 線 1 3 &及び1 3 bを設置するための不感領域を C C Dの両端からなくすことが できるので、 C C D 1において光検出部 1 0を広くすることができる。
また、 供給酉 泉 1 3 a及び 1 3 bは、 被遮光画素 Dの一部のみを覆う構成とな つている。 このとき、 被遮光画素 Dの他の部分には光が入射され、 ある程度出力 量が低下した出力信号が被遮光画素 Dから出力される。 したがって、 上記構成の 固体撮像装置によれば、 出力量が低下した出力信号に基づいて、 被遮光画素 Dへ の入射光量の低下分を捕正することができる。
図 3 A及び図 3 Bは、 1 0 2 4列 6 4行の F F T型 C C Dにおける （A) 画素 Aの出力信号データの一例、 及び （B ) 被遮光画素 D及び画素 Aの出力信号デー タの一例を示す表である。 なお、 F F T型 C C Dを後述する T D I駆動した場合 の出力信号の補正方法としては、 垂直方向の 6 4画素分の信号は加算されるのと 同等である。 したがって、 各列に対応する、 水平方向の 1 0 2 4チャネル分につ いての出力信号を補正すれば充分である。 このため、 図 3 A及ぴ図 3 Bの表にお いては、 いずれも水平方向についての出力信号の変化を示している。
図 3 Aに示す画素番号は、 水平方向のチャネル番号を示している。 出力信号は 、 チャネル 1〜4、 及ぴ 1 0 2 1〜1 0 2 4の出力信号の一例を示している。 ま た、 チャネル 5〜1 0 2 0の出力信号に関しては、 チャネル 1〜4、 及びチヤネ ル 1 0 2 1〜 1 0 2 4と略同様であるため省略している。
図 3 Bに示す画素番号も図 3 Aと同様に、 水平方向のチャネル番号を示してい る。 出力信号も同様に、 チャネル 1〜4、 及びチャネル 1 0 2 1〜1 0 2 4の出 力信号の一例を示している。 ただし、 供給配線が列 H 2及び列 H 3、 並びに列 H 1 0 2 2及び列 H I 0 2 3の画素の表面上に設置されて、 対応するチャネルのす ベての画素が被遮光画素となっている。
供給配線が設置されない画素では、 図 3 Aに示すように、 隣接する画素同士の 互いの出力信号の差は微小である。 し力、し、 被遮光画素の出力信号は、 図 3 Bに 示すように、 供給配線が設置されない画素の出力信号と較べ、 供給配線によって 覆われる面積等に応じて出力信号が低下する。 この出力信号の低下分を補正すれ ば、 供給配線の出力信号への影響を除くことができる。
図 3 Bに示したような、 被遮光画素における出力信号に対する補正方法として は、 以下に示す方法が有効である。
まず、 光検出部に予め強度が略均一な光を入射して得られる出力信号である基 準出力信号を得る。 そして、 被遮光画素の基準出力信号に基づいて当該被遮光画 素の出力信号を補正する。 あるいは、 被遮光画素に隣接する画素の基準出力信号 に基づいて被遮光画素の出力信号を補正してもよい。 また、 基準出力信号を用いずに、'被遮光画素に隣接する画素の出力信号に基づ いて捕正を行ってもよい。 すなわち、 被遮光画素の出力信号の値と、 被遮光画素 に隣接する、 被遮光画素ではない画素の出力信号の値との相関を利用して、 被遮 光画素の出力信号を補正する。
捕正方法の一例としては、 基準出力信号に基づいて、 被遮光画素の基準出力信 号に捕正係数を乗じた値とそれ以外の画素の基準出力信号の値とが略等しくなる ような補正係数を算出し、 光の像を撮像する際に、 撮像して得られた出力信号の うち被遮光画素の出力信号に補正係数を乗じてこれを補正するといつた方法があ る。 以上の補正方法により、 被遮光画素の出力信号を容易に補正することができ る。
例えば、 画素の寸法が一辺 4 8 程度の大きな C C Dでは、 画素寸法よりも 小さい 2 程度の供給配線を用いる。 供給配線で隠れた面積だけ信号は低下 する 、 この程度の低下であれば再現性があるため、 上記した補正方法で補正す ることができる。
また、 画素の寸法が一辺 2 4 /i mのように小さい C C Dでは、 遮光部分の割合 が大きく、 補正時の誤差が大きくなる。 このような場合には、 所定個数 （例えば 、 2 X 2の 4個） の画素において発生した電荷を加算して出力信号とするビニン グを行った後に、 被遮光画素の出力信号に対する補正を行ってもよい。
このようなビユングは、 解像度を低くしても支障がないような装置に本固体撮 像装置を適用する場合において、 特に有効である。 例えば、 X線の撮像の場合は 可視光の撮像に比べて解像度は低くてもよい場合が多く、 歯科での治療に用いら れるパノラマ、 セファロ X線撮像装置においては、 解像度は 5〜1 0 L p /mm 程度でよい。 あるいは、 パノラマ Xf泉撮像装置においては、 解像度は 2〜5 L p /mm程度で充分である。 ここで、 2〜 5 L p /mmとは幅 l mmの中に描かれ た 2〜5の白黒線の組 （ラインペア） までを解像できる解像度である。 これは、 約 2 0 0〜5 0 0 / mの画素寸法に相当する。 パノラマ、 セファロ X線撮像装置 „〜TO
PCT/JP03/05610 として固体撮像装置を用いる場合、 例えば 2 X 2の 4個の画素の出力信号を加算 するようなビニングを行つても、 これらの X線撮像装置はセンサとして有効に機 能できる。
上記したように、 ビユングを行えば、 隣接する複数の画素を単位画素として扱 える。 このため、 単位画素の出力信号に対する供給配線による影響は、 被遮光画 素に対するそれよりも小さくなり、 被遮光画素の出力信号を好適に補正すること ができる。 なお、 例えば上記したような 2 X 2のビユングを行う場合であつて、 供給配線を 2つ以上の列の表面上に設置するときには、 供給配線が設置される列 同士が隣接しないように供給配線を設置するとよい。
また、 図 1及ぴ図 2 A、 図 2 Bに示した固体撮像装置において、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bは、 光検出部 1 0の両端の列の画素上に設置されている。 このよう に設置すれば、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bから転送電極 1 2 a〜 1 2 dへ垂直転 送電圧 P l、 P 2を効率よく印加できる。 また、 本実施形態以外にも、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bを光検出部 1 0の略中央の列に設置することによって、 本実施 形態と同様の効果が得られる。 さらに、 このように配置すれば、 供給配 #泉の本数 が必要最小限になるので、 被遮光画素の個数を少なくすることができる。
また、 供給配線 1 3 a及び 1 3 bは、 2相の垂直転送電圧 P 1、 P 2を印加す る 2本を組として設置されるとともに、 組を構成する 2本の供給配線が 1つの列 の画素上に設置されている。 このように供給配線を設置することによって、 供給 配線の一組につき要する、 出力信号を補正する被遮光画素 Dの個数を少なくする ことができる。
また、 例えばベルトコンベア上にある物体など、 一定速度で移動している撮像 対象を撮像する方法として、 T D I (Time Delay Integration) 駆動法がある。 T D I駆動法は、 撮像対象の移動速度に対応した速度でポテンシャルゥエル間の 電荷転送を行いつつ、 さらに電荷の蓄積を行い、 移動する光の像に対してぶれの ない撮像を行う方法である。 このような駆動法は、 上述した電荷転送制御部 2 0 „〜™
PCT/JP03/05610 による垂直転送電圧 P l、 P 2の制御によって実現される。 固体撮像装置の電荷 転送制御部 2 0がこのような T D I駆動法による電荷転送を行うことによって、 一定速度で移動する撮像対象を、 明瞭に撮像することができる。 なお、 前述した パノラマ、 セファロ X線撮像装置においても、 この T D I駆動法はよく用いられ る。
また、 上記の構成によって不感領域をなくすことができるという効果は、 複数 の固体撮像装置を、 光検出部 1 0が水平方向に並んだ状態で互いに隣接するよう に配列される固体撮像装置ァレイにおいて特に有効である。
図 4は、 本発明による固体撮像装置を用いた固体撮像装置ァレイを表面側から 見た概略構成図である。 図 4に示す固体撮像装置アレイは、 図 1に示した C C D 1が複数、 水平方向に隣接するように配列されている。
固体撮像装置アレイは、 寸法が大きく、 1個の固体撮像装置では撮像できない ような撮像対象を複数の固体撮像装置において撮像する。 従来の固体撮像装置ァ レイにおいては、 供給配線が設置される光検出部の両端部は光検出部としては用 いず、 画素を設けない。 このため、 複数の光検出部にわたって撮像された画像に は、 各光検出部間に存在する供給配線設置による不感領域のため、 画像の内部に 一定の不撮像部分が生じる。
図 4に示す固体撮像装置アレイは、 固体撮像装置が供給配線 1 3 a及び 1 3 b を画素上に設置することによって供給配線を設置することによる不感領域をなく しているため、 固体撮像装置アレイによつて撮像された画像において存在する不 撮像部分を小さく +ることができる。
ここで、 歯科での治療に用いられる X線撮像装置を例に挙げる。 歯科での治療 に用いられるセファロ X線撮像装置では、 固体撮像装置において撮像が可能な領 域である有効光検出領域の長さとして 2 2 0 mm程度、 パノラマ X線撮像装置で は同 1 5 O mm程度が必要となる。 しかし、 1つの固体撮像装置でこれらの長さ の有効光検出領域を実現するのは困難である。 したがって、 複数の固体撮像装置 をセラミックまたはプリント基板などに並べて設置して、 有効光検出領域として 必要な長さを得る。
このとき、 従来の固体撮像装置では、 各光検出部同士の繋ぎ目に、 例えば光検 出部の一方の端部の不感領域の幅が 1 0 0 μ m、 他方のそれが 2 0 0 μ mとする と、 合わせて 3 0 0 μ ιηの幅の不感領域が生じる。 そして、 この不感領域によつ て撮像された画像に不撮像部分が存在し、 歯科での診断に影響を与えることがあ る。 このように、 従来の固体撮像装置アレイでは、 撮像された画像に不撮像部分 が存在することが問題となる。 そこで、 図 4に示した固体撮像装置アレイを用い れば、 供給配線設置による不感領域がなくなり、 不撮像部分を小さくすることが できる。
図 5 Α及び図 5 Bは、 第 2実施形態による固体撮像装置の C C D 2の構成の一 部を示す （A) 上面図、 及び （B ) II— II矢印断面図である。 図 5 A及び図 5 B に示す C C D 2は、 半導体基板 1 1、 転送電極 1 2 a〜 1 2 d、 供給配線 2 3 a 及び 2 3 b、 絶縁層 1 4によって構成されている。 これらのうち、 供給配線 2 3 a及び 2 3 bの構成以外は第 1実施形態による固体撮像装置と同様であるため、 説明を省略する。
供給配線 2 3 a及び 2 3 bは、 光検出部 1 0の各列 H iに平行な方向をその長 手方向として、 列 H l、 Hm、 及び略中央の列の表面上に設置される。 また、 供 給配線 2 3 aには凸状部 2 3 1 aが、 供給配線 2 3 bには凸状部 2 3 1 bがそれ ぞれ設けられており、 これらの凸状部を介して、 転送電極 1 2 a、 1 2 bへ垂直 転送電圧 P 1が、 転送電極 1 2 c、 1 2 dへ垂直転送電圧 P 2がそれぞれ印加さ れる。
本実施形態による固体撮像装置は、 供給配線 2 3 a及び 2 3 bを設置するため の不感領域を C C Dの両端からなくすことができるので、 C C D 2において光検 出部 1 0を広くすることができる。 また、 供給配線 2 3 a及ぴ 2 3 bは、 被遮光 画素 Dの一部のみを覆う構成となっている。 したがって、 出力量が低下した出力 信号に基づいて、 被遮光画素 Dへの入射光量の低下分を補正することができる。 また、 供給配線 2 3 a及び 2 3 bが、 第 1実施形態での位置に加えて光検出部 1 0の略中央の列の表面上にも一組設置されている。 このため、 供給配線 2 3 a 同士、 及び 2 3 b同士のそれぞれの間の距離が短くなる。 これにより、 転送電極 1 2 a〜l 2 dの電気抵抗による影響を低く抑えることができるので、 C C D 2 の電荷転送速度を速くすることができ、 C C D 2を高速で駆動することが可能に なる。
なお、 供給配,線 2 3 a、 2 3 bは、 光検出部 1 0の略中央の列の表面上にのみ 設置してもよい。 このように設置すれば、 供給配線 2 3 a及び 2 3 bから転送電 極 1 2 a〜1 2 dへ垂直転送電圧 P 1、 P 2を効率よく印加できる。 また、 供給 配線の本数が必要最小限になるので、 被遮光画素の個数を少なくすることができ る。
図 6 A及び図 6 Bは、 第 3実施形態による固体撮像装置の C C D 3の構成の一 部を示す （A) 上面図、 及び （B ) III— III矢印断面図である。 図 6 A及び図 6 Bに示す C C D 3は、 半導体基板 1 1、 転送電極 1 2 a〜 1 2 d、 供給配線 3 3 a及び 3 3 b、 絶縁層 1 4によって構成されている。 これらのうち、 供給配線 3 3 a及ぴ 3 3 bの構成以外は第 1実施形態による固体撮像装置と同様であるため 、 説明を省略する。
供給配線 3 3 a及び 3 3 bは、 光検出部 1 0の各列 H iに平行な方向をその長 手方向として、 絶縁層 1 4の表面上の任意の列 H iの表面上に設置される。 この とき、 供給配線 3 3 aと 3 3 bとは互いに異なる列に設置される。 また、 供給配 線 3 3 aには凸状部 3 3 1 a力 供給配線 3 3 bには凸状部 3 3 1 bがそれぞれ 設けられている。 そして、 これらの凸状部を介して、 転送電極 1 2 a、 1 2 へ 垂直転送電圧 P 1が、 転送電極 1 2 c、 1 2 dへ垂直転送電圧 P 2がそれぞれ印 加される。
本実施形態による固体撮像装置は、 供給配線 3 3 a及び 3 3 bを設置するため „
PC〜T/JP03/05610 の不感領域を C C Dの両端からなくすことができるので、 C C D 3において光検 出部 1 0を広くすることができる。 また、 供給配線 3 3 a及ぴ 3 3 bは、 被遮光 画素 Dの一部のみを覆う構成となっている。 したがって、 出力量が低下した出力 信号に基づいて、 被遮光画素 Dへの入射光量の低下分を補正することができる。 また、 供給配線 3 3 a及び 3 3 bは、 2相の垂直転送電圧 P 1、 P 2を印加す る組を構成する 2本の供給配線が互いに異なる列の画素上に設置されている。 こ のように供給配線が設置されることによって、 被遮光画素 1個当たりの、 供給配 線に覆われる面積が少なくなり、 被遮光画素への入射光量の低下分は小さくなる 。 これにより、 被遮光画素の出力信号の補正を容易にすることができる。
本発明による固体撮像装置は、 上記した実施形態に限られるものではなく、 様 々な変形が可能である。 例えば、 供給配線は、 上記した実施形態以外にも任意の 個数、 任意の位置で画素の表面上に設置することができるので、 必要な電荷転送 速度、 補正方法などに応じて適宜設計するとよい。
また、 上記した各実施形態では、 2相駆動の C C Dを用いている。 これ以外に も、 3相駆動以上の C C Dを用いても、 必要本数の供給配線を画素上に設置する ことにより、 本発明による固体撮像装置を好適に構成することができる。
また、 上記した各実施形態では、 C C Dとして F F T型 C C Dが用いられてい るが、 他の C C Dでもよい。 例えば、 光検出部と水平シフトレジスタとの間に電 荷蓄積部を有するフレーム転送型 C C D ( F T型 C C D) が上記構成の供給配線 を備えることにより、 固体撮像装置の光検出部を広くすることができる。
産業上の利用可能性
本発明による固体撮像装置及び固体撮像装置アレイは、 不感領域を小さくし、 光検出部を広くできる固体撮像装置及び固体撮像装置アレイとして利用可能であ る。 すなわち、 固体撮像装置は、 光を遮る材料からなる供給配線を画素上に設置 することによって、 従来は光検出部の水平方向の両端部に存在した、 供給配線を 設置するための不感領域をなくすことができるので、 光検出部を広くすることが できる。 また、 固体撮像装置は、 不感領域をなくすことにより、 固体撮像装置を 複数、 水平方向に隣接させて用いるような場合に撮像されない部分を少なくする ことができる。 また、 供給配線は、 被遮光画素の一部のみを覆う構成となってい る。 このとき、 被遮光画素の他の部分には光が入射され、 ある程度出力量が低下 した出力信号が被遮光画素から出力される。 したがって、 上記構成の固体撮像装 置によれば、 出力信号に基づいて、 被遮光画素への入射光量の低下分を補正する ことができる。
また、 固体撮像装置アレイは、 上記した固体撮像装置を用いることによって各 光検出部間の間隔を狭くすることができるので、 固体撮像装置ァレイによって撮 像された画像におレ、て存在する不撮像部分を小さくすることができる。

Claims

言青求の範囲
1 . p型半導体層及び n型半導体層を含む半導体基板上に形成され、水 平方向を分割する m列 （mは 2以上の整数） 及び垂直方向を分割する n行 （nは 2以上の整数） からなる 2次元状に配列されている m X n個の画素を有し、 入射 される光の像を撮像する光検出部と、
前記光検出部の水平方向を長手方向として前記画素上に設置され、 前記画素に おいて発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送電圧が印加される転送電極と 金属または金属シリサイドからなり、 前記光検出部の垂直方向を長手方向とし て所定の前記画素である被遮光画素上にその一部を覆うように設置され、 前記転 送電極に電気的に接続されて前記垂直転送電圧を前記転送電極に印加する供給配 線とを備え、
前記供給配線による前記被遮光画素の出力信号の低下分を補正可能に構成され ていることを特徴とする固体撮像装置。
2 . 前記供給配線は、前記 m列のうち前記光検出部の両端の列の前記画 素上に設置されることを特徴とする請求項 1に記載の固体撮像装置。
3 . 前記供給配線は、前記 m列のうち前記光検出部の略中央の列の前記 画素上に設置されることを特徴とする請求項 1または 2に記載の固体撮像装置。
4. 前記供給配線は、 k相の前記垂直転送電圧を印加する k本を組とし て設置されるとともに、 組を構成する k本の前記供給配線が 1つの列の前記画素 上に設置されることを特徴とする請求項 1〜 3に記載の固体撮像装置。
5 . 前記供給配線は、 k相の前記垂直転送電圧を印加する k本を組とし て設置されるとともに、 組を構成する k本の前記供給配線が複数の列に分散して 設置されることを特徴とする請求項 1〜 3に記載の固体撮像装置。
6 . 予め前記光検出部に強度が略均一な光を入射させて基準出力信号を 求め、 前記被遮光画素の出力信号を前記基準出力信号に基づいて補正することを 特徴とする請求項 1〜 5のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
7 . 前記被遮光画素に隣接する前記画素の出力信号に基づいて前記被遮 光画素の出力信号を補正することを特徴とする請求項 1 ~ 6のいずれか一項に記 載の固体撮像装置。
8 . 所定個数の前記画素において発生した電荷を加算して出力信号とす るビニングを行うことを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか一項に記載の固体撮
9 . 撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷を垂直方向に転送しつつ 前記撮像対象の前記光の像に対してぶれのない撮像を行う T D I駆動法によって 前記垂直転送電圧を制御することを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか一項に記 載の固体撮像装置。
1 0 . 請求項 1〜 9のいずれか一項に記載の固体撮像装置が複数、前記 光検出部が水平方向に並んだ状態で、 互いに隣接するよう配列されていることを 特徴とする固体撮像装置アレイ。
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