(57)【要約】【課題】ＣＣＤを提供する。【解決手段】ＣＣＤは、行及び列に配列された電荷収集サイトの２次元アレイを含み、各行は、行の方向に延びる複数の電極に関連付けられ、各電極は、それぞれの電圧相に対応する。ポリシリコン電極の抵抗性は、相電圧が電極の中央領域に出現する時に相電圧に関する時定数問題を引き起こし、この理由のために、各ポリシリコン電極に沿ってその抵抗を低下させるために導電ストリップを通すことが提案されてきた。しかし、微細な金属特徴部を加工することは困難であり、これは、従って、行が離間することができる接近の程度に制限を加える。本発明により、行に対して傾斜し、かついくつかの行の対応する電圧相の電極に電気接触する反復的に反転する部分を有する導電ストリップを提供する。好ましくは、導電ストリップは、それがそれぞれの相電圧を供給する各電極との複数の接続を行うためにジグザグ形状である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行及び列に配列された電荷収集サイトの２次元アレイであって、各行が、該行の方向に延びてそれぞれの相電圧に対応する前面の複数の電極に関連付けられた前記電荷収集サイトの２次元アレイと、
各々が繰返し反転する傾斜部分を有する複数の導電ストリップであって、各部分が、２つ又はそれよりも多くの行の対応する相電圧の前記電極に電気接触し、かつ各部分が、先行部分が傾斜しているのと反対方向の行に対して傾斜している前記複数の導電ストリップと、
を含むことを特徴とする背面照射型ＣＣＤ。
【請求項２】
各導電ストリップが、ジグザク形状であることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ。
【請求項３】
各導電ストリップが、湾曲波形を有することを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ。
【請求項４】
各導電ストリップが、前記アレイの側部でそれぞれの電圧相を供給するための端子に関連付けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣＣＤ。
【請求項５】
各導電ストリップが、そのそれぞれの相電圧電極に行方向に２５個の電荷収集サイト当たり１回よりも多く電気接触することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＣＣＤ。
【請求項６】
各導電ストリップの前記傾斜部分は、１０個よりも多くない行の前記それぞれの相電圧電極と電気接触することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＣＣＤ。
【請求項７】
前記導電ストリップは、異なるクロッキング電圧に関連付けられた少なくとも２つの組になっており、両方の組の該ストリップは、少なくとも１つの行にわたって延びるが、一方の組の該ストリップは、その行の前記電極と電気接続を行うのみであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＣＣＤ。
【請求項８】
前記異なるクロッキング電圧は、フレーム転送型ＣＣＤの撮像領域及び格納領域のためのものであることを特徴とする請求項７に記載のＣＣＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、典型的なＣＣＤの一部の平面図であり、図２は、断面図である。ＣＣＤは、ピクセルとして公知の電荷収集サイトのアレイから構成される参照番号１によって一般的に示す撮像区域を有する。図示のアレイの部分は、行方向に１０ピクセルを少し超えて延び、かつ列方向に２ピクセル延び、ピクセルは、第１の行においてＰ１，１、Ｐ１，２、Ｐ１，３、…Ｐ１，１０、第２の行においてＰ２，１、Ｐ２，２、Ｐ２，３、…Ｐ２，１０で表されている。列方向の尺度は、明確にするために行方向の尺度に比較して拡大されている。全撮像区域は、各方向において数百ものピクセルまで典型的に延びると考えられる。垂直方向において、ピクセルピッチは、様々な電圧相が印加される第１の行のための水平パラレル転送電極Ｒ１／１、Ｒ１／２、Ｒ１／３、及び第２の行のためのＲ２／１、Ｒ２／２、Ｒ２／３によって定められる。図示のＣＣＤは、３相素子である。
【０００３】
影像電荷パターンが収集されている間、電極は、固定電位に保持される。電子は、最も高い正電位を有する１つ又は複数の電極の下に集まる。露光期間が終了した時に、これらの相への連続電圧の印加による電極のクロッキングが、電子の全てのパケットを列方向に素子の下方に（図面に見られるように）転送する。通常は行内の全てのパケットは、同時に下に移動するので、これは、パラレル転送と呼ばれる。最終転送は、出力レジスタ（図示せず）の中に入り、これは、行と同方向に延びるが、シリアル読み出しを有する。
【０００４】
一般的に、最新のＣＣＤ素子は、ポリシリコン材料を電極として使用している。ポリシリコンは、光を通過させ、導電性であり、かつ高精度特徴部をエッチングすることができる利点を有する。図２においてＰとして表されるこれらの電極は、シリコン基板Ｓ上の誘電体ｄ１（二酸化珪素）上にある。
【０００５】
撮像区域の幅と比較したピクセルの列方向の高さは、電極が列方向よりも行方向に典型的に非常に長く、多くの場合に１００倍又はそれよりも大きいようなものである。ポリシリコンの抵抗性は、素子の側部（そこで電極への電気接続が一般的に行われる）と素子の中央部との間で各電極に沿って有意な抵抗Ｒが存在する可能性があることを意味する。電極は、使用される誘電体に依存するシリコンＳに対するキャパシタンスＣも有し、その結果電気的時定数が生じる。この時定数の影響は、パラレル転送の速度が増大する時に素子の水平中央部での様々なクロック電圧の振幅を低下させることである。その低下した振幅は、移動することができる電荷パケットのサイズを縮小し、それらの流出を可能にする場合があり、中心の方向に画像にスメアを引き起こす。一部の用途は、非常に迅速なパラレル転送を必要とし、従って、これは、望ましくない。
【０００６】
この問題を軽減する公知の技術は、各電極にわたって金属の水平ストリップｍ１／１、ｍ１／２、ｍ１／３、ｍ２／１、ｍ２／２、ｍ２／３を追加し、電極と金属の間の接点「ａ」をストリップの長さに沿って規則的間隔にすることである。このストリップが前面照射型素子においてピクセルに到達する光を低減するという不具合があるが、これは、素子が背面薄膜型であって背面から照射される場合には当て嵌まらない。図２において、金属のストリップは、ポリシリコン電極Ｐの上に成長する二酸化珪素層ｄ２の上の層ｍとして示される。３つの水平ストリップの各組は、それぞれの端子ｔ１−ｔ３、ｔ４−ｔ６（図２ではｔとして示される）に接続され、３つの端子の各組には、それぞれの相電圧ＩΦ１、ＩΦ２、ＩΦ３が供給される。金属の抵抗率は遥かに低いので（ポリシリコンよりも典型的に５００倍低い）、時定数は、有意に低下し、遥かに迅速なパラレル転送を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＪＰ  ２０００−１０１０６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
不運にも、シリコンウェーハ加工の性質は、微細な金属特徴部を形成することが困難であることを意味する。従って、これまでのところ、この技術は、列方向に比較的幅の広い電極を有する大きいピクセルを用いる素子に限定されており、その適用を制限している。
【０００９】
前面照射型ＣＣＤ（ＪＰ  ２０００−１０１０６１）において、対応する相電極と接触する１組のＶ字形（図１０）金属ストリップを提供することが提案されている。このストリップは、それらが遮る感光区域をできるだけ小さくするために幅広く離間し、これは、時定数が低減される量を制限し、ストリップはまた、感光区域の側部及び上部で駆動され、これは、この設計をフレーム転送作動に適応させることを困難にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、各行が、行の方向に延びてそれぞれの相電圧に対応する前面の複数の電極と関連付けられた行及び列に配列された電荷収集サイトの２次元アレイと、各々が繰返し反転する傾斜部分を有し、各部分が、２つ又はそれよりも多くの行の対応する相電圧の電極に電気接触し、かつ各部分が、先行部分が傾斜している反対方向の行に対して傾斜している複数の導電ストリップとを含む背面照射型ＣＣＤを提供する。
【００１１】
従来型の前面照射型素子と比較すれば、この配列は、より高密度の導電性トラック及び従って従来よりも高速なパラレル転送を可能にし、その理由は、このＣＣＤが背面照射型であり、導電性トラックが電荷収集サイトを覆い隠さず、一方で駆動接続がアレイの側部でのみ行われることを可能にするからである。従来型の背面照射型素子と比較すれば、行当たりの導電ストリップは、１つ未満であり、この配列は、列方向により小さいピクセルに適用可能である。
【００１２】
各導電ストリップは、ジグザグ形状にすることができ、又は湾曲波形を有することができ、例えば、それは、正弦波とすることができる。
【００１３】
有利な態様においては、各導電ストリップの傾斜部分は、１０よりも多くない行、好ましくは、５よりも多くない行のそれぞれの相電圧電極と電気接触する。好ましくは、各導電ストリップは、行方向において５０電荷収集サイト当たり１回よりも多く、好ましくは、２５電荷収集サイト当たり１回よりも多くそのそれぞれの相電圧電極と電気接触する。
【００１４】
フレーム転送型ＣＣＤにおいては、導電ストリップの少なくとも一部は、画像及び格納領域のためのクロック電圧の分離した作動を短絡なしに可能にするために、少なくとも１つの付加的な行の電極に電気接触する。
【００１５】
電気接続は、電極が形成された後に電極上に形成されることになる誘電体のある一定の領域を導電ストリップが堆積される前にエッチング除去することによって達成することができる。
【００１６】
電極は、ポリシリコン電極とすることができ、導電ストリップは、アルミニウム又は銅のものとすることができる。
【００１７】
ここで、本発明を実施する方法を例証として添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】公知のＣＣＤの一部の部分平面図である。
【図２】図１に示すＣＣＤの概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を形成するＣＣＤの一部の部分平面図である。
【図４】クロッキング電圧を示す図３のＣＣＤの概略平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を形成するＣＣＤの一部の部分平面図である。
【図６】クロッキング電圧を示す図５のＣＣＤの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
全ての図にわたって、類似の部分は、同じ参照番号を与えられている。
【００２０】
図２から図４を参照すると、本発明の第１の実施形態による背面照射フルフレーム型ＣＣＤの部分領域が示されている。図３は、行方向の１２ピクセル及び列方向の８ピクセルであるアレイの部分領域（行方向においてＰ１，１、Ｐ１，２、Ｐ１，３．．．Ｐ１，１２、及び列方向においてＰ１，１、Ｐ２，１、Ｐ３，１．．．Ｐ８，１）を示している。図４は、ピクセルの列の２つのみを示している。断面においては、ＣＣＤは、図２に示す公知のＣＣＤと同様に見える。
【００２１】
実際には、ＣＣＤは、各行に数百ものピクセル及び各列に数百ものピクセルを有すると考えられ、典型的なアレイは、１０２４×１０２４に拡張される。ＣＣＤは、図３において上面で見られ、照射は、図面の平面の下からＣＣＤに当たる。
【００２２】
図４を参照すると、クロッキング電圧は、線ＩΦ１からＩΦ３によってそれぞれの端子ｔ１からｔ６に印加される。電荷の行は、パラレル方式で出力レジスタ３に転送され、レジスタは、電荷を矢印Ａの方向に直列方式で出力する。
【００２３】
影像電荷パターンが収集されている間、電極は、固定電位に保持される。電子は、最も高い正電位を有する１つ又は複数の電極の下に集まる。露光期間が終わると、これらの相への連続電圧の印加による電極のクロッキングが、電子の全てのパケットを列の方向に素子まで（図面に見られるように）転送する。
【００２４】
各行に対応して３つの電極（図３）が存在する。第１の行の場合には、電極は、Ｒ１／１、Ｒ１／２、及びＲ１／３である。電極は、ポリシリコンであり、ポリシリコンの抵抗性は、相電圧ＩΦ１からＩΦ３が印加される端子ｔ１からｔ６とＣＣＤ素子の中央部との間で各電極に沿って有意な抵抗Ｒ（図２）が存在することを意味する。電極は、誘電体（シリコンの面に形成された二酸化珪素層ｄ１）に依存する電極が取り付けられたシリコンＳに対するキャパシタンスＣも有し、その結果、電気的時定数が生じる。時定数の影響は、パラレル転送の速度が増大する時に素子の水平中央部での様々なクロック電圧の振幅を低下させることであると考えられる。
【００２５】
金属のジグザグストリップｍＰ１、ｍＰ２、ｍＰ３、ｍＰ５、ｍＰ６、ｍＰ７などが、電極の中央部での電圧変動の時定数を低下させるために設けられ、これらは、緊密に離間し、かつアレイの側部のみで駆動することができる。
【００２６】
第１の行は、第１の電圧相ＩΦ１に接続した端子ｔ１を有する。第２の行は、第２の電圧相ＩΦ２に接続した端子ｔ２を有する。第３の行は、第３の電圧相ＩΦ３に接続した端子ｔ３を有する。第４の行は、端子を有さず、第１の電圧相のための次の端子ｔ４は、ＩΦ３相のための端子に直接に隣接するＩΦ１相のための端子を有する必要性を回避するために、次の行の上に提供される。全ての端子ＩΦ１などは、図４に示すようにそれぞれの電圧相によって共通に駆動される。
【００２７】
各行の各電極が所要の相電圧を供給されるように、各ストリップｍＰ１、ｍＰ２、ｍＰ３、ｍＰ５、ｍＰ６、ｍＰ７は、それぞれの端子ｔ１からｔ６に接続し、４つの行において対応する相で駆動される電極と電気接触を行う。例えば、相ＩΦ１によって駆動される端子ｔ１に接続した導電ストリップｍＰ１は、４つの行、Ｒ１／１、Ｒ２／１、Ｒ３／１、及びＲ４／１において相ＩΦ１電極と電気接触を行う。金属のストリップ、例えば、ｍＰ１の連続した部分は、繰返し反転する方向に行に対して傾斜し、それぞれの電圧相の各ポリシリコン電極にその長さに沿って複数の接続を行う。
【００２８】
ポリシリコン電極Ｒｎ／ｎへのストリップｍＰｎの電気接続は、ポリシリコン電極Ｒｎ／ｎ上に形成される絶縁性シリコンダイオード層ｄ２の領域を通るエッチングによって達成される（図２）。次に、金属の薄層が、ウェーハ全域にわたって堆積され、不要な場所がエッチング除去されて導電ストリップｍＰｎの連続したジグザグパターンが残される。金属トラックから下の電極への接触領域を表すストリップ内の浅い正方形の凹部が、エッチング除去領域にわたって可視であり、その典型的なものが参照符号「ａ」によって示されている。各金属導体は、関連のポリシリコン電極とＣＣＤデバイスを横切って頻繁な間隔で典型的に数百回接触する。
【００２９】
図３及び図４の実施形態は、３相撮像クロックを使用するが、この技術は、２相及び４相のような他の相数を有するＣＣＤにも適用可能である。一般的に、金属トラックの垂直ピッチは、電極のピッチの倍数であることになり、水平に対するジグザグの角度は、水平及び垂直方向ピクセルサイズ（ピクセルは正方形であるとは限らない）及び各ピクセルを形成するパラレル転送電極の数のようなセンサ要件に従って最適化される。
【００３０】
金属トラックは、シリコンを貫通する光（シリコンにより深く浸透する赤色光又は赤外線光に主として関連する）を反射し、光子の捕捉の可能性を増大することができるので、トラックの幅及び角度は、各ピクセルの上の金属の量の均等化し、従って、ピクセル毎の感度の変動の低減に役立つように選択することができる。
【００３１】
金属トラックは、より長くなり、その抵抗性が増大することになり、対応するポリシリコン電極に対する金属トラックからの接点がより少なくなる場合があるので、ジグザグ金属トラックは、必要以上に多くの垂直方向電極にわたって延長されないことが一般的に望ましい。
【００３２】
（金属トラックのない２ＭＨｚのパラレル転送速度に比べて）少なくとも１０ＭＨｚの最大パラレル転送速度を有する図１に示す種類の従来型の直線金属トラックを用いる典型的なＣＣＤは、３０マイクロメートルの列方向のピクセルの最小ピッチで製造することができる。本発明によるジグザグ金属トラックを用いるＣＣＤは、遥かに小さいピクセルピッチ、例えば、１２マイクロメートルで同じ転送速度を維持することができる。ジグザグ金属トラックは、僅か６ミクロンだけ離間した僅か８ミクロンほどの幅を有することができると考えられる。
【００３３】
言うまでもなく、本発明の範囲を逸脱することなく説明した実施形態に対して変形を作ることができる。すなわち、ジグザグは、ジグザグの上部及び底部に平坦部分を含むことができ、ジグザグ部分の角度は、行の長さに沿って変えることができ、又はストリップは、連続方式で波状化することができ、例えば、正弦波形状金属ストリップを使用することができると考えられる。相電圧のための端子は、図示のような５行目毎の代わりに４行目毎に提供することができると考えられる。隣接する端子接続は、それらをアレイの両側の間で分割することによって避けることができると考えられる。同様に、導電ストリップが、より多数の行にわたって延びてそれらと電気接続を行うように配列することにより、端子は、６行目毎又はより大きい間隔で提供することができると考えられる。同様に、電極よりも少ない金属トラックが存在する限り、各行当たり１つ又はそれよりも多くのストリップを設けることができ、例えば、３つの電極当たり２つのストリップを設けることができる。アルミニウム以外の材料、例えば、銅を使用することができる。また、電極がポリシリコンである必要はなく、電極は、他の材料とすることができる。このＣＣＤに対しては、シリコン基板を有する必要性もない。
【００３４】
図２、図５、及び図６により、フレーム転送型ＣＣＤが本発明の第２の実施形態に従って示されている。図５は、撮像領域と格納領域の間の移行の各側のピクセルの行、すなわち、撮像領域２においてＰｉ１，１、Ｐｉ２，１、Ｐｉ３，１、Ｐｉ４，１、Ｐｉ５，１、及びＰｉ６，１、及び格納領域においてＰｓ１，１、Ｐｓ２，１が示されている。図５は、１２列（Ｐｉ１，１２まで）を示し、一方で図６は、２つだけを示している。断面において、このＣＣＤは、図２の従来技術のＣＣＤと同様である。市販のための素子においては、撮像領域において数百の行、例えば、撮像区域において１０２４行×１０２４列が存在し、格納領域においては典型的に僅かに多い行が存在すると考えられる。格納領域２の各底部行は、出力レジスタ３に転送され、これは、矢印Ａの方向の直列出力を有する。
【００３５】
このようなＣＣＤにおいて、ＣＣＤの撮像領域及び格納領域は、異なるクロッキング波形によって作動され、撮像領域２は、３相撮像クロック（ＩΦ１、ＩΦ２、及びＩΦ３）により、かつ格納領域４は、３相格納領域クロック（ＳΦ１、ＳΦ２、及びＳΦ３）によってクロッキングされる。一般的に、撮像及び格納領域相クロックは、フレーム転送スミアを回避するために、撮像領域内の電荷パターンを格納領域内に迅速にシフトするようなものと考えられる。格納領域からの読み出しは、これをフレームが撮像領域内で露光されている１つの積分期間にわたって行うことができるので典型的に遥かに長くかかると考えられる。撮像領域から格納領域への典型的なシフトは、約０．１ｍｓ内に行われるであろうが、格納領域からの読み出しは、典型的に２０ｍｓかかると考えられる。
【００３６】
撮像クロックが固定電位に保持され、一方、格納クロックが各行から隣接する行にかけて電荷を出力レジスタ３に移送することになる期間中のような格納クロックと撮像クロックに異なる電圧が印加される時が存在することになる。
【００３７】
本発明の第２の実施形態では、ジグザグパターンは、第１の実施形態におけるよりも多くの行（４行でなくて６行）にわたって垂直方向に延びている。金属ストリップは、撮像領域に対してｍＰｉ１、ｍＰｉ２、ｍＰｉ３、及び格納領域に対してｍＰｓ１、ｍＰｓ２、ｍＰｓ３である。各ストリップは、端子ｔ１からｔ６で関連する相電圧に接続する。撮像領域２の最後の２つの行及び格納領域４の最初の行の上に延びる導電ストリップは、撮像及び格納クロックの両方に接続されることに注意されたい。しかし、格納クロックに接続した導電ストリップｍＰｓ１及びｍＰｓ２は、撮像領域２の最後の２つの行の電極とは電気接続を行わない。これは、対応する撮像及び格納クロックの間の短絡を回避する。フレーム転送中に、撮像及び格納クロックの両方は、同期して作動する。積分中に、格納クロックは作動し、一方、撮像クロックは作動しない。
【００３８】
類似の制約が、撮像及び格納領域において他の相数を有するＣＣＤに適用されることになる。
【００３９】
本発明の第２の実施形態では、撮像領域と格納領域は、互いに隣接する。しかし、それらの間にパイプライン接続が存在する場合がある。従って、ＣＣＤは、２つ（又はそれよりも多く）の格納部分を下に有する１つの撮像部分を用いて構成することができると考えられ、各部分は、その独自のクロックの組を有する。この利点は、２つの画像を急速に捕捉することができることであり、第１の画像は、２つの格納部分のうちの下のものまで移動し、第２の画像は、２つの格納部分のうちの上のものまで移動する。時間的に互いに接近して捕捉された２つの画像は、次に、通常の速度で読み出することができる。クロックが異なる組に切り換わらなければならない複数の境界が存在すると考えられる（例えば、この例においては、撮像から格納１へ、同じく格納１から格納２へ）。
【００４０】
更に、本発明は、第１の実施形態におけるようなフルフレーム型ＣＣＤ又は第２の実施形態におけるようなフレーム転送型ＣＣＤに適用可能であるのみならず、インターライン転送型ＣＣＤ及びＴＤＩ型ＣＣＤ、又はパラレル転送を用いる他のＣＣＤにも適用される。上述のＣＣＤは、全て直線電極を有したが、本発明は、湾曲電極を有するＣＣＤにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
ａ  電極と金属の間の接点
Ｐ１，１、Ｐ１，２、Ｐ１，３  行方向のアレイの部分領域
Ｐ１，１、Ｐ２，１、Ｐ３，１  列方向のアレイの部分領域
Ｒ１／１、Ｒ１／２、Ｒ１／３  電極
【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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【図５】
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【外国語明細書】
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