(57)【要約】【課題】転送クロックを供給するためのバスライン中で生じる負荷の影響を抑制し、適正な高速動作を得る。【解決手段】水平転送レジスタ１１３に沿って配置された２相の水平バスライン２１１、２１２に対し、各相毎に２つの垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４及びパッド２３１、２３２、２３３、２３４が設けられ、各相の水平転送クロックＨφ１、Ｈφ２が供給されている。各水平バスライン２１１、２１２には４区間の区切りを設定し、各区切り点のうちの奇数番目の区切り点の近傍に、各垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４を接続する。これにより、ほぼ均等な長さに区切った水平バスライン２１１、２１２の配線に垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４からの水平転送クロックＨφ１、Ｈφ２を供給することができる。【選択図】        図１
2004207804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の光電変換を行う複数の画素と、
前記複数の画素によって生成された信号電荷の転送を行う転送レジスタと、
前記転送レジスタの転送方向に沿って配列された複数の転送電極と、
前記複数の転送電極の配列方向に沿って配線され、前記転送電極を駆動するためのＮ相（Ｎは任意の自然数）の転送クロックを前記転送電極に供給するＮ相の第１バスラインと、
前記Ｎ相の第１バスラインにＮ相の転送クロックを供給するＮ相の第２バスラインとを有し、
前記第１バスラインを複数の区間に区切り、各相共通の区切り点を設けるとともに、前記第２バスラインを各相の第１バスラインの複数の区間に対応して複数設け、各第２バスラインを第１バスラインの各区切り点の近傍に接続した、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１バスラインを略同一の長さのＭ区間（Ｍは任意の自然数）に区切るとともに、さらに前記Ｍ区間を２Ｍ区間に区切り、前記２Ｍ区間の各区切り点のうちの奇数番目の区切り点近傍に前記第２バスラインを接続したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第２バスラインを第１バスラインに対して略直交方向に配置したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記Ｎ相の第１バスラインとＮ相の第２バスラインの接続点を前記第１バスラインの配線方向に対して略同一位置に配置し、前記Ｎ相の第２バスラインを前記第１バスラインに対して所定の傾斜角度をもって配置したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１バスラインの２Ｍ区間を略同一の長さに区切ったことを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記複数の画素が２次元配列で配置され、前記画素の画素列方向に複数の垂直転送レジスタを有するとともに、前記複数の垂直転送レジスタの端部に直交配置される少なくとも１つの水平転送レジスタを有し、前記第１バスライン及び第２バスラインが前記水平転送レジスタの転送電極に転送クロックを供給するバスラインであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
入射光の光電変換を行う複数の画素と、
前記複数の画素によって生成された信号電荷の転送を行う転送レジスタと、
前記転送レジスタの転送方向に沿って配列された複数の転送電極と、
前記複数の転送電極の配列方向に沿って配線され、前記転送電極を駆動するためのＮ相（Ｎは任意の自然数）の転送クロックを前記転送電極に供給するＮ相の第１バスラインと、
前記Ｎ相の第１バスラインにＮ相の転送クロックを供給するＮ相の第２バスラインとを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第１バスラインを複数の区間に区切り、各相共通の区切り点を設けるとともに、前記第２バスラインを各相の第１バスラインの複数の区間に対応して複数設け、各第２バスラインを第１バスラインの各区切り点の近傍に接続し、第２バスラインから第１バスラインの各区間に転送クロックを供給して前記転送レジスタを駆動する、
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
前記第１バスラインを略同一の長さのＭ区間（Ｍは任意の自然数）に区切るとともに、さらに前記Ｍ区間を２Ｍ区間に区切り、前記２Ｍ区間の各区切り点のうちの奇数番目の区切り点近傍に前記第２バスラインを接続したことを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
前記第１バスラインの２Ｍ区間を略同一の長さに区切ったことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子で生成した信号電荷を転送レジスタで転送する固体撮像素子及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す概略平面図である。
この固体撮像素子は、半導体チップ上に構成されるものであり、２次元状に配列された多数の画素（センサ）１１と、各画素列毎に配置される複数の垂直転送レジスタ（Ｖレジスタ）１２と、各垂直転送レジスタ１２の端部に直交して配置される水平転送レジスタ（Ｈレジスタ）１３と、この水平転送レジスタ１３の終端部に設けられた出力バッファ部１４とを有して構成されている。
なお、図５では、簡略のため、１つの画素１１と垂直転送レジスタ１２を示しているが、実際には画素１１は２次元配列で多数個が配置され、垂直転送レジスタ１２は各画素列毎に複数配置されているものとする。また、水平転送レジスタは１本の場合に限らず、複数本の水平転送レジスタを設けたものも知られいている。
【０００３】
そして、各画素１０にはフォトダイオード等の光電変換素子が設けられ、受光量に応じた信号電荷を生成する。また、垂直転送レジスタ１２は、各画素１０で生成された信号電荷を画素列毎に読み出して垂直方向に転送し、水平転送レジスタ１３に出力する。
水平転送レジスタ１３では、垂直転送レジスタ１２からの信号電荷を画素行毎に順次受け取って水平方向に転送し、出力バッファ部１４に出力する。出力バッファ部１４では、水平転送レジスタ１３からの信号電荷を検出し、例えば電圧信号に変換して出力する。
また、水平転送レジスタ１３は２相駆動型の例であり、図示のように、２つのパッド１５、１６から入力される２相の水平転送クロック（Ｈφ１、Ｈφ２）によって駆動される。
【０００４】
図６は、水平転送レジスタ１３及び垂直転送レジスタ１２の構成例を示す要部平面図である。
図示のように、水平転送レジスタ１３に直交して垂直転送レジスタ１２が合流しており、各垂直転送レジスタ１２の間はチャネルストップ２１で分離されている。また、垂直転送レジスタ１２の上部には、転送電極２２、２３が設けられている。この転送電極２２、２３は、２層のポリシリコン膜（１Ｐｏｌｙ、２Ｐｏｌｙ）より形成されており、垂直転送方向（図中矢線Ａ方向）に沿って交互に配置されている。そして、各転送電極２２、２３に４相の垂直転送クロックの内のＶφ３、Ｖφ４を供給することにより、垂直転送レジスタ１２を駆動し、信号電荷を水平転送レジスタ１３に順次出力する。
【０００５】
また、水平転送レジスタ１３の上部にも、転送電極２４、２５、２６、２７が設けられている。この転送電極２４、２５、２６、２７も、２層のポリシリコン膜（１Ｐｏｌｙ、２Ｐｏｌｙ）より形成されており、水平転送方向（図中矢線Ｂ方向）に沿って順番に配置され、各転送電極２４、２５、２６、２７に２相の水平転送クロック（Ｈφ１、Ｈφ２）を供給することにより、水平転送レジスタ１３を駆動し、信号電荷を出力バッファ部１４に順次出力する。
そして、このような転送電極２４、２５、２６、２７の上部には、２相の水平転送クロック（Ｈφ１、Ｈφ２）を供給するための例えばアルミ配線等による２本の水平バスライン２８、２９が水平転送レジスタ１３の側部に沿って配置されている。そして、各転送電極２４、２５、２６、２７のうち転送電極２４、２５が水平バスライン２９にコンタクト３１を介して接続され、水平転送クロックＨφ２が供給され、転送電極２６、２７が水平バスライン２８にコンタクト３０を介して接続され、水平転送クロックＨφ１が供給される。
また、水平バスライン２８、２９には例えばアルミ配線等による垂直バスライン３２、３３を介してパッド３４、３５が接続され、外部端子から入力される水平転送クロックＨφ１、Ｈφ２が供給される。
図７は、このような水平バスライン２８、２９、垂直バスライン３２、３３、パッド３４、３５の接続状態を示す等価回路図である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成を有する固体撮像素子において、近年の大画面（例えば３５ｍｍ、ＡＰＳサイズなど）化や多画素（例えば６００万画素〜１０００万画素など）化に伴い、各種負荷（抵抗、容量、コイル成分）の影響で、非常に高い水平転送レジスタの駆動周波数をドライブできないという問題が生じてきている。
特に、将来のＥシネマ用途の固体撮像素子で可変速撮影に必要な６０Ｐ、９０Ｐなどのプログレッシブ動作になると、水平転送レジスタの駆動周波数は７４ＭＨｚ以上から１１０ＭＨｚという高速クロックが必要になってくる。
そして、このように周波数が高くなると、大画面化等に伴う配線バスラインの負荷のうち、特にコイル（Ｌ）成分の影響が無視できなくなり、上述したパッドから入力された水平転送クロックが固体撮像素子の内部で入力波形に対して振幅減少と位相ずれを起こし、信号電荷を転送できないという問題が生じる。
【０００７】
図８は、上述した水平バスラインに生じる負荷の様子を示す等価回路図である。図示のように、パッドから水平バスラインに到る経路で、主にアルミ配線による抵抗成分（Ｒ）、絶縁膜とシリコン基板との間に生じる容量成分（Ｃ）、さらにコイル成分（Ｌ）が存在する。
ここで、コイル成分（Ｌ）はアルミ配線の配線長等に比例し、駆動クロック周波数が高くなると、このコイル成分のインピーダンス（ωＬ＝２πｆＬ）がクロック波形に影響を与える。
これらの負荷は、入力クロック波形に対して、固体撮像素子内部の転送電極に掛かる波形に伝播遅延による振幅減少と位相ずれを起こす。特に高周波になるとコイル成分（Ｌ）の影響が非常に大きくなる。
【０００８】
なお、以上は２相駆動型の固体撮像素子の例で説明したが、より多数相の転送クロックを用いた場合にも同様な問題を有することはもちろんである。
図９はＮ相駆動型の固体撮像素子における水平バスライン、垂直バスライン、及びパッドの接続状態を示す等価回路図である。
図示のように、Ｎ本の水平バスライン４１〜４ｎとＮ本の垂直バスライン５１〜５ｎが接続され、各垂直バスライン５１〜５ｎにＮ個のパッド６１〜６ｎが接続され、Ｎ相の水平転送クロックＨφ１〜Ｈφｎが入力される。
【０００９】
そこで本発明の目的は、転送クロックを供給するためのバスライン中で生じる負荷の影響を抑制し、適正な高速動作を得ることが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、入射光の光電変換を行う複数の画素と、前記複数の画素によって生成された信号電荷の転送を行う転送レジスタと、前記転送レジスタの転送方向に沿って配列された複数の転送電極と、前記複数の転送電極の配列方向に沿って配線され、前記転送電極を駆動するためのＮ相（Ｎは任意の自然数）の転送クロックを前記転送電極に供給するＮ相の第１バスラインと、前記Ｎ相の第１バスラインにＮ相の転送クロックを供給するＮ相の第２バスラインとを有し、前記第１バスラインを複数の区間に区切り、各相共通の区切り点を設けるとともに、前記第２バスラインを各相の第１バスラインの複数の区間に対応して複数設け、各第２バスラインを第１バスラインの各区切り点の近傍に接続したことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、入射光の光電変換を行う複数の画素と、前記複数の画素によって生成された信号電荷の転送を行う転送レジスタと、前記転送レジスタの転送方向に沿って配列された複数の転送電極と、前記複数の転送電極の配列方向に沿って配線され、前記転送電極を駆動するためのＮ相（Ｎは任意の自然数）の転送クロックを前記転送電極に供給するＮ相の第１バスラインと、前記Ｎ相の第１バスラインにＮ相の転送クロックを供給するＮ相の第２バスラインとを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記第１バスラインを複数の区間に区切り、各相共通の区切り点を設けるとともに、前記第２バスラインを各相の第１バスラインの複数の区間に対応して複数設け、各第２バスラインを第１バスラインの各区切り点の近傍に接続し、第２バスラインから第１バスラインの各区間に転送クロックを供給して前記転送レジスタを駆動することを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子及びその駆動方法では、転送電極にＮ相の転送クロックを供給する第２バスラインから第１バスラインにわたる配線において、第１バスラインを複数の区間に区切って各相共通の区切り点を設けるとともに、各相の第１バスラインの複数の区間に対応する複数本の第２バスラインを設け、第１バスラインの各区切り点の近傍に第２バスラインを接続し、転送クロックを複数本の第２バスラインで分担して第１バスラインの各区切り区間に供給することから、第１バスラインにおけるコイル成分等の負荷を軽減でき、適正な高速動作を得ることが可能となる。
特に本発明では、転送クロックを単に分割して第１バスラインに供給するだけでなく、第１バスラインを各相共通の複数の区間に区切り、各区間に対して転送クロックを分散して供給することから、第１バスラインにおけるコイル成分等の負荷をより有効に軽減することができ、転送クロックの伝播遅延による波形の歪みを有効に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像素子及びその駆動方法の実施の形態例について説明する。なお、以下の説明に用いるＭ、Ｎは任意の自然数を表すものとする。
図１は本発明の第１の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す概略平面図であり、図２は図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子における水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
この固体撮像素子において、画素１１１、垂直転送レジスタ１１２、出力バッファ部１１４は、図５に示した従来例と共通のものであるが、水平転送レジスタ１１３については本発明の特徴となる要素を含むものとなっている。
【００１４】
すなわち、図２に示すように、本例の水平転送レジスタ１１３は２相駆動型（Ｎ＝２）の例であるが、各相（２本）の水平バスライン（第１バスライン）２１１、２１２に対し、各相毎に２本の垂直バスライン（第２バスライン）２２１、２２２、２２３、２２４及びパッド２３１、２３２、２３３、２３４が設けられている。
そして、２つのパッド２３１、２３２には第１相の水平転送クロックＨφ１が供給され、各パッド２３１、２３２に接続された垂直バスライン２２１、２２２は第１の水平バスライン２１１に接続されている。
また、２つのパッド２３３、２３４には第２相の水平転送クロックＨφ２が供給され、各パッド２３３、２３４に接続された垂直バスライン２２３、２２４は第２の水平バスライン２１２に接続されている。
【００１５】
次に、本例における水平バスライン２１１、２１２と垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４の接続構造について説明する。
まず、水平バスライン２１１、２１２には各相共通の区切りを設ける。すなわち、各水平バスライン２１１、２１２を略同一の長さの２区間（Ｍ＝２）ａ１、ａ２（ａ１：ａ２＝１：１）に区切るとともに、さらにその２区間を４区間ｂ１、ｂ２、ｂ１、ｂ２（ｂ１：ｂ２＝１：１）に区切る。これにより、水平バスライン２１１、２１２は、それぞれ略同一の長さの４つの区間ｂに区切られる。
そして、この４区間ｂ１、ｂ２、ｂ１、ｂ２の各区切り点のうちの奇数番目の区切り点の近傍に、各垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４を接続する。
すなわち、水平バスライン２１１、２１２の出力バッファ部１１４に最も近い区切り点の近傍に垂直バスライン２２１と垂直バスライン２２３を接続する。また、水平バスライン２１１、２１２の出力バッファ部１１４に３番目に近い区切り点の近傍に垂直バスライン２２２と垂直バスライン２２４を接続する。
【００１６】
なお、本例では、各垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４が互いに平行で各水平バスライン２１１、２１２に対して直角に配線されるため、各水平バスライン２１１、２１２の長さ方向に共通の点に２本の垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４を接続することはできないため、各水平バスライン２１１、２１２と垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４の接続点ができるだけ近い位置に集中するように、区切り点の近傍に接続点を設ける。
この結果、ほぼ均等な長さに区切った水平バスライン２１１、２１２の配線に垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４からの水平転送クロックＨφ１、Ｈφ２を供給することができ、コイル成分等の負荷の影響を最小限に抑えて適正なクロック波形の伝播を行うことができる。
なお、一般的に入力を分割する方法は従来から存在するが、本例では、区切り点を適正に設定することにより、各垂直バスライン２２１、２２２、２２３、２２４によって信号を供給する各相の水平バスライン２１１、２１２の区間を均等に分割し、水平バスライン２１１、２１２の両端部を含めて負荷が最小になるように接続することができる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
上述した図１及び図２に示す例では、２相駆動型の例を示したが、本発明はさらに多数相の転送クロックを用いた場合にも適用し得るものである。
図３は任意のＮ相の転送クロックを用いる例であり、Ｎ本の水平バスライン３１１〜３１ｎの各相に対して、２組みの垂直バスライン３２１〜３２ｎ、３３１〜３３ｎ及びパッド３４１〜３４ｎ、３５１〜３５ｎを設けたものである。
また、本例においても、水平バスライン３１１〜３１ｎを各相共通で４区間に区切り、奇数番目の２つの区切り点近傍に、できるだけ集中した状態で垂直バスライン３２１〜３２ｎ、３３１〜３３ｎを接続し、各相の水平バスライン３１１〜３１ｎに水平転送クロックＨφ１〜Ｈφｎを供給する。
このようにして、コイル成分等の負荷の影響を最小限に抑えて適正なクロック波形の伝播を行うことができる。
【００１８】
次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。
図４は本発明の第３の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
上述した図１及び図２に示す例では、各垂直バスラインを互いに平行に配線していたため、垂直バスラインと水平バスラインの接続点を水平バスラインの長さ方向に一致させることができなかったが、図４に示す例では、各垂直バスラインをそれぞれ所定の傾斜角度に傾斜させて斜めに配線することにより、垂直バスラインと水平バスラインの接続点を水平バスラインの長さ方向に一致させ、接続点の集中度を高めたものである。
【００１９】
図４は任意のＮ相の転送クロックを用いる例であり、Ｎ本の水平バスライン４１１〜４１ｎの各相に対して、２組みの垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎ及びパッド４４１〜４４ｎ、４５１〜４５ｎを設けたものである。
また、本例においても、水平バスライン４１１〜４１ｎを各相共通で４区間に区切り、奇数番目の２つの区切り点に垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎを接続しているが、図示のように、各垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎは、水平バスライン４１１〜４１ｎに対してそれぞれ固有の傾斜角度で合流しており、全体であたかも放射状のパターンに配置されている。
なお、各垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎの端部には、パッド４４１〜４４ｎ、４５１〜４５ｎが設けられ、Ｎ相の水平転送クロックＨφ１〜Ｈφｎを供給する点では図３に示す例と同様である。
【００２０】
以上のような配線方法を用いることにより、水平バスライン４１１〜４１ｎと垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎの接続点をより集中して配置でき、各垂直バスライン４２１〜４２ｎ、４３１〜４３ｎによって水平転送クロックを供給しなければならない水平バスライン４１１〜４１ｎの配線長をさらに揃えることができるため、信号伝播にかかるコイル成分等の負荷をさらに小さくすることができ、適正なクロック波形の伝播を行うことができる。
【００２１】
なお、以上の各例では、１相の水平バスラインに対して２本の垂直バスラインを設ける場合（すなわち、Ｍ＝２）を示したが、本発明は１相の水平バスラインに対して３本以上の垂直バスラインを設ける場合（すなわち、Ｍ＞２）の場合にも同様に適用し得るものである。
例えば、１相の水平バスラインに対して３本の垂直バスラインを設ける場合には、まず、水平バスラインを３つに区切り、さらに２つに区切って６つの区間を設定し、各区間の奇数番目の区切り点の近傍（または区切り点）に各相の水平バスラインと垂直バスラインを接続すれば良い。
また以上の各例において、バスラインの接続位置である区切り点近傍とは、できるだけ区切り点に集中する場所にバスラインの接続点が形成されている方が好ましいということであり、バスラインの接続点が所定の区切り点に対応して形成されているという程度であってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子及びその駆動方法によれば、転送電極にＮ相の転送クロックを供給する第２バスラインから第１バスラインにわたる配線において、第１バスラインを複数の区間に区切って各相共通の区切り点を設けるとともに、各相の第１バスラインの複数の区間に対応する複数本の第２バスラインを設け、前記第１バスラインの各区切り点の近傍に第２バスラインを接続し、転送クロックを複数本の第２バスラインで分担して第１バスラインの各区切り区間に供給することから、第１バスラインにおけるコイル成分等の負荷を軽減でき、転送クロックの伝播遅延による振幅減少や位相ずれを抑制し、適正な高速動作を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す概略平面図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子における水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態例によるＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
【図５】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す概略平面図である。
【図６】図５に示す固体撮像素子の水平転送レジスタ及び垂直転送レジスタの構成例を示す要部平面図である。
【図７】図５に示す固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態を示す等価回路図である。
【図８】図７に示す水平バスラインに生じる負荷の様子を示す等価回路図である。
【図９】従来の固体撮像素子の水平転送レジスタの各バスラインとパッドの接続状態の第２の例を示す等価回路図である。
【符号の説明】
１１１……画素、１１２……垂直転送レジスタ、１１３……水平転送レジスタ、１１４……出力バッファ部、２１１、２１２……水平バスライン、２２１、２２２、２２３、２２４……垂直バスライン、２３１、２３２、２３３、２３４……パッド。
【図１】
2004207804.tif 000003
【図２】
2004207804.tif 000004
【図３】
2004207804.tif 000005
【図４】
2004207804.tif 000006
【図５】
2004207804.tif 000007
【図６】
2004207804.tif 000008
【図７】
2004207804.tif 000009
【図８】
2004207804.tif 000010
【図９】
2004207804.tif 000011