(57)【要約】【課題】２つの光電変換部群の露光時間を独立して制御可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】オフセットサブサンプリング状に配置された光電変換部群（１０４ａ，１０４ｂ）を有する撮像部と、受光部（１）と、垂直方向に伸びる複数の転送チャネル（２）と、転送チャネル上に繰り返し配置された第１〜第４転送電極（３）と、光電変換部から出力される信号電荷を、垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジスタ（１０１）とを備え、光電変換部および受光部が配列されている間隔の２倍の距離に等しい区間内において、第１〜第４転送電極が任意の順番で３回繰り返して配置され、２つの垂直シフトレジスタにおいて、第１〜第４転送電極の配列順番が２電極分のオフセットとなっている。【選択図】図１
2016149381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向および垂直方向にオフセットサブサンプリング状に配置され、光電変換によって入射光を信号電荷に変換する光電変換部を含む、第１光電変換部群および第２光電変換部群を有し、前記第１光電変換部群に含まれる前記光電変換部および前記第２光電変換部群に含まれる前記光電変換部のそれぞれが、前記水平方向および前記垂直方向共に１個分の位相をずらして組み合わせられて、全体が正方格子状になるように配列された撮像部と、
前記光電変換部が形成された半導体基板の表面に光が照射されるように遮光膜が排除された受光部と、
前記受光部間に配置されて、前記垂直方向に伸びる複数の転送チャネルと、
前記転送チャネル上において同一平面に前記垂直方向に繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極、および第４転送電極と、
前記転送チャネルと前記第１〜第４転送電極とを有し、前記第１〜第４転送電極のいずれか１つの転送電極に高電圧パルスを１回、もしくは複数回連続して印加して、前記光電変換部群から前記転送チャネルへ移動させた信号電荷を、前記撮像部の前記垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジスタと、
前記垂直シフトレジスタの最終段に接続され、前記垂直シフトレジスタから転送される信号電荷を前記水平方向に転送する水平シフトレジスタと、
前記水平シフトレジスタの最終段に接続され、前記水平シフトレジスタから転送される信号電荷を電圧信号に変換する電荷検出部とを備え、
前記光電変換部および前記受光部が前記正方格子状に配列されている間隔の２倍の距離に等しい区間内において、前記第１〜第４転送電極が任意の順番で３回繰り返して配置され、
前記水平方向に隣り合って配置される任意の２つの前記垂直シフトレジスタにおいて、前記第１〜第４転送電極の配列順番が２電極分のオフセットとなっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１の個体撮像装置において、
前記第１〜第４転送電極は、第１層電極材または第２層電極材で構成され、前記正方格子状に配列された受光部の間の領域において、前記水平方向に繰り返して配列される前記転送チャネルのうち隣り合う２つの前記転送チャネル上に配置される前記第１層電極材または前記第２層電極材からなる前記第１〜第４転送電極のそれぞれである３個ないしは４個の電極が、前記第１〜第４転送電極と同一の電極材で一体成型された受光部間配線により同一電極材で連結され、
且つ、前記高電圧パルスが印加されて前記光電変換部群の信号電荷が直接移動してくる電極と、前記受光部のうち前記第１光電変換部群もしくは前記第２光電変換部群のいずれか一方の半導体基板の厚さ方向の表面側上方に位置する受光部との間の領域において、前記４電極の連結を成す配線が形成されており、
他方の前記光電変換部群の半導体基板の厚さ方向の表面側上方に位置する受光部と、前記高電圧が印加されて前記光電変換部群の信号電荷が直接移動してくる電極との間の領域には、前記４電極の連結の一部を成す配線が形成されていない
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記第１〜第４転送電極は、第１層電極材または第２層電極材で構成され、前記正方格子状に配列された受光部の間の領域において、前記第１〜第４転送電極と同一の電極材で一体成型された受光部間配線により前記第１層電極材または前記第２層電極材からなる前記第１〜第４転送電極のそれぞれである３個の電極が連結され、
且つ、垂直方向において隣り合う２つの同一電極材の前記受光部間配線において、それぞれ連結する前記３電極の中の２電極が位置する前記転送チャネルが異なり、
且つ、前記隣り合う２つの同一電極材の受光部間配線が連結する合計６個の前記転送電極は、前記第１〜第４転送電極の中のいずれか２つを含む
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記第１〜第４転送電極は、単層の電極材で構成され、前記正方格子状に配列された受光部の間の領域において、前記第１〜第４転送電極と同一の電極材で一体成型された受光部間配線により３個の電極が連結され、
且つ、垂直方向において隣り合う２つの前記受光部間配線において、前記２つの受光部間配線がそれぞれ連結する前記３電極の中の２電極が位置する前記転送チャネルが異なり、
且つ、前記隣り合う２つの受光部間配線が連結する合計６個の前記転送電極は、前記第１〜第４転送電極の中のいずれか２つを含み、
且つ、前記連結された転送電極の間に、連結されていない前記転送電極が１個ずつ位置する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の固体撮像装置を駆動する方法であって、
前記第１〜第４転送電極のいずれか１つの転送電極に高電圧パルスを１回、もしくは複数回連続して印加して、前記第１光電変換部群もしくは第２光電変換部群のいずれか一方から信号電荷を前記転送チャネルへ移動させ、他方の前記光電変換部群の信号電荷は移動させない動作と、
前記動作を、前記水平シフトレジスタが信号電荷を転送していない一続きの期間内に１回、２回、もしくは３回繰り返して行う工程と、
前記動作の繰り返しごとに、前記転送チャネルに移動した信号電荷を前記転送チャネル内の異なる領域に保持する工程と、
前記動作の繰り返しの全施行が終了した後に、前記垂直シフトレジスタから前記水平シフトレジスタへ前記信号電荷を転送する動作を開始する工程とを備えている
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記動作を、前記水平シフトレジスタが信号電荷を転送していない一続きの期間内に１回、もしくは２回繰り返して行う場合において、
前記転送チャネル内に前記信号電荷が含まれない領域を生成する工程と、
前記生成する工程の後、前記垂直シフトレジスタおよび前記水平シフトレジスタを駆動させて、前記信号電荷が含まれない領域に混入したノイズ信号電荷を前記電荷検出部で電圧信号に変換して出力する工程とを備えている
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
請求項５に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記動作を、前記水平シフトレジスタが信号電荷を転送していない一続きの期間内に２回、もしくは３回繰り返して行う場合において、
前記動作の繰り返しの１回目と２回目、もしくは２回目と３回目において、前記信号電荷を前記転送チャネルへ移動させる対象となる前記光電変換部群が異なる
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項５に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記第１〜第４転送電極は第１層電極材または第２層電極材で構成され、前記固体撮像装置の製造工程において前記第１層電極材が形成された後に前記第２層電極材が形成され、前記第１〜第４転送電極のうち前記高電圧が印加される転送電極が第２層電極材である
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光や放射線などの外部から入力される電磁波を、光電変換素子であるフォトダイオードを画素としてライン状もしくはマトリクス状に複数個配列した撮像部で検知して、信号電荷（光電子）を生成・蓄積し、画像情報を出力する固体撮像装置が様々な分野で使われている。
【０００３】
ここで、可視光カラー画像の取得を目的とする固体撮像装置の場合には、特定の可視光波長成分のみを透過するようなカラーフィルターをフォトダイオード上に配置して画素を構成し、複数個の画素の組によって必要な色成分を復元することが現在の主流となっている。
【０００４】
具体的には、例えば、画素の組として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の３原色をそれぞれ透過するカラーフィルターをフォトダイオード上に配置し、３原色光をそれぞれ異なる画素で個別に検出して、信号処理によって波長データを近接画素どうしで補完しあってカラー画像を生成する。
【０００５】
一方、近年、可視光領域以外の波長成分も検知することで、可視光成分だけを検知していた場合では実現し得ない新たなアプリケーションを実現する仕組みも考えられている。
【０００６】
一例としては、点滅動作もしくは発光強度変調を行う光源から照射された赤外光について、照射空間内の物体で反射されて固体撮像装置へ到達する光量を測定し、その結果から物体から固体撮像装置までの距離を算出する、いわゆるTime-of-Fight方式の距離画像センシングを実現するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この用途に適した固体撮像装置においては、検知したい赤外光の信号が物体の周囲から発せられる光（環境光）で発生する信号に埋もれてしまわないように、赤外光成分のみを透過するフィルターをフォトダイオード上に配置した構成の画素が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７５８６１８号明細書
【特許文献２】特開平９−１７２１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１つの固体撮像装置で、可視光カラー画像の撮影と距離画像のセンシングとを同時に行うためには、可視光フィルターが設置された光電変換部（可視光変換部）と、赤外光フィルターが設置された光電変換部（赤外光変換部）とを同一撮像面内に配置する必要がある。また、同一撮像面内に配置された２つの光電変換部群から出力される双方の画像信号について、水平方向、垂直方向のそれぞれに対して均等に高い解像度で画像情報を標本化するためには、２つの光電変換部群をそれぞれオフセットサブサンプリング状に配列し、それらを水平方向・垂直方向共に一個分の位相をずらして組み合わせて配置する形態が望ましい。
【０００９】
ここで、可視光変換部を使った撮像において良好な画質を得るためには、被写体周辺の明るさに応じた露光時間の制御が求められる。一方、赤外光変換部においては、被写体周辺の明るさに関係なく、赤外光源の発光動作と同期した露光時間の制御が求められる。したがって、可視光変換部・赤外光変換部それぞれのフォトダイオードに設置された信号読み出し用ゲート電極に読み出し駆動パルスを印加するタイミングを、可視光変換部・赤外光変換部のそれぞれについて独立に制御しなければならない。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に示すような従来の一般的なＣＣＤ（Charge CoupledDevice）型イメージセンサでは、ゲート電極膜が水平方向の画素同士で繋がっているため、可視光変換部・赤外光変換部それぞれの読み出し駆動パルスの印加タイミングを独立に制御することができない。
【００１１】
ここで、信号読み出し用ゲート電極を分断して浮島状に配置し、ゲート電極膜よりも上層に形成される金属配線でゲート電極を結線する構造を採用すれば、配線層のレイアウトの工夫で可視光変換部・赤外光変換部それぞれの読み出し駆動パルスの印加タイミングを独立に制御することが可能となる。
【００１２】
しかし、この場合は、光電変換部の面積に対して配線層が占める面積が従来よりも増大してしまうため、光電変換部の開口率が低下し、可視光・赤外光を検知する感度が低下してしまう。また、配線層面積の増大を回避するために配線幅を微細化することも考えうるが、この場合は、製造コストが増大するうえ、撮像部の中心と外縁とで読み出し駆動パルスの伝搬遅延がより顕著になってしまい、良好な画像情報を得ることができない。
【００１３】
ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型イメージセンサでは、近年、裏面照射構造や光導波路構造などの開発が進み、配線本数が多少増加しても感度低下や読み出し駆動パルスの伝搬遅延は課題にはならない。しかし、ＣＭＯＳ型イメージセンサは、全ての光電変換部で露光時間を統一することが困難であるという、距離画像センシングにとって致命的な課題を有している。
【００１４】
上述した課題に鑑み、本開示は、オフセットサブサンプリング状に配置された２つの光電変換部群を水平方向・垂直方向共に一個分の位相をずらして組み合わせた撮像部を有し、２つの光電変換部群それぞれの信号読み出し用ゲート電極に読み出し駆動パルスを印加するタイミングを独立して制御することができ、且つ、１つの光電変換部群における光電変換部を一斉に制御することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した目的を達成するために、本開示の一形態に係る固体撮像装置は、水平方向および垂直方向にオフセットサブサンプリング状に配置され、光電変換によって入射光を信号電荷に変換する光電変換部を含む、第１光電変換部群および第２光電変換部群を有し、前記第１光電変換部群に含まれる前記光電変換部および前記第２光電変換部群に含まれる前記光電変換部のそれぞれが、前記水平方向および前記垂直方向共に１個分の位相をずらして組み合わせられて、全体が正方格子状になるように配列された撮像部と、前記光電変換部が形成された半導体基板の表面に光が照射されるように遮光膜が排除された受光部と、前記受光部間に配置されて、前記垂直方向に伸びる複数の転送チャネルと、前記転送チャネル上において同一平面に前記垂直方向に繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極、および第４転送電極と、前記転送チャネルと前記第１〜第４転送電極とを有し、前記第１〜第４転送電極のいずれか１つの転送電極に高電圧パルスを１回、もしくは複数回連続して印加して、前記光電変換部群から前記転送チャネルへ移動させた光電変換部から出力される信号電荷を、前記撮像部の前記垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジスタと、前記垂直シフトレジスタの最終段に接続され、前記垂直シフトレジスタから転送される信号電荷を前記水平方向に転送する水平シフトレジスタと、前記水平シフトレジスタの最終段に接続され、前記水平シフトレジスタから転送される信号電荷を電圧信号に変換する電荷検出部とを備え、前記光電変換部および前記受光部が前記正方格子状に配列されている間隔の２倍の距離に等しい区間内において、前記第１〜第４転送電極が任意の順番で３回繰り返して配置され、前記水平方向に隣り合って配置される任意の２つの前記垂直シフトレジスタにおいて、前記第１〜第４転送電極の配列順番が２電極分のオフセットとなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本態様によれば、オフセットサブサンプリング状に配置された２つの光電変換部群を水平方向・垂直方向共に一個分の位相をずらして組み合わせた撮像部において、一方の光電変換部群の各フォトダイオード（ＰＤ）の中心から最も近い距離に位置し、ＰＤに接する面積が最も大きい転送電極を信号読み出し用ゲート電極と設定して読み出し駆動パルスを印加した場合、他方の光電変換部群における各ＰＤの中心から遠い距離に位置し、ＰＤに接する面積が小さい転送電極に読み出し駆動パルスが印加されることになる。このため、一方の光電変換部群の信号電荷のみが転送チャネルへ読み出され、他方の光電変換部群の信号電荷はＰＤ内に保持することが可能となる。したがって、２つの光電変換部群それぞれにおいて、適切なタイミングで読み出し駆動パルスを印加することが可能となり、露光時間を各々最適な時間に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部を模式的に示した平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図７】図１の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】図７の電荷読み出し期間におけるタイミングチャートの例である。
【図９】図７の電荷読み出し期間におけるタイミングチャートの別の例である。
【図１０】図７の水平走査期間におけるタイミングチャートの例である。
【図１１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図１５】図１２のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図１７】第３の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図１９】図１７のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図２０】第４実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図２１】第４実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２３】図２１のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本開示について、以下の実施形態及び図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本開示がこれらに限定されることを意図しない。つまり、以下の実施形態で示される数字、構成要素、構成要素の配置位置、構成要素の材料及び構成要素の接続形態、タイミング、タイミングの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。
【００１９】
本開示は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部の一例を示す構成図である。
【００２１】
この固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置され、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部１００（１００ａ，１００ｂ）と、光電変換部１００の列に対応して設けられ、光電変換部１００から読み出された信号電荷を列方向（垂直方向）に転送する垂直シフトレジスタ１０１と、垂直シフトレジスタ１０１によって転送された信号電荷を行方向（水平方向）に転送する水平シフトレジスタ１０２と、水平シフトレジスタ１０２によって転送された信号電荷を電圧信号に変換して出力する電荷検出部１０３とを備えることを特徴とする。
【００２２】
光電変換部１００は、光電変換部１００ａ，１００ｂからなり、光電変換部１００ａ，１００ｂはそれぞれ、オフセットサブサンプリング状に配列されており、複数の光電変換部１００ａにより第１の光電変換部群１０４ａが、複数の光電変換部１００ｂにより第２の光電変換部群１０４ｂが形成される。なお、撮像部には、光電変換部群１０４ａ，１０４ｂなどが含まれる。
【００２３】
光電変換部群１０４ａ，１０４ｂに含まれる光電変換部１００ａ，１００ｂはそれぞれ、水平方向・垂直方向共に一個分の位相をずらして互いに組み合わされて半導体基板上に配置されている。
【００２４】
外部印加電圧ＤＣＩＮを所望の電圧値に変換する基板バイアス回路１０５の出力端子が固体撮像装置の基板にダイオード１０６を介して接続されており、光電変換部１００のポテンシャルが露光に適した値に保持されている。
【００２５】
固体撮像装置の基板にはカップリングコンデンサ１０７を介してφＳＵＢが入力される。φＳＵＢに例えば２０Ｖなどの高電圧パルスが印加されると、固体撮像装置の基板電圧が上昇し、光電変換部１００の信号電荷がすべてリセットされて基板に排出され、φＳＵＢの高電圧パルスが立ち下がった時刻が固体撮像装置の露光開始時刻となる。
【００２６】
垂直シフトレジスタ１０１は、転送電極Ｖ１〜Ｖ４が所定の順序で繰り返し配置されて構成される。各垂直シフトレジスタ１０１において、転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、その順番が２電極分のオフセットを有するように配置されている。
【００２７】
垂直シフトレジスタ１０１の転送電極Ｖ１〜Ｖ４には、それぞれ、対応する駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が供給される。露光により光電変換部１００ａに発生した信号電荷はφＶ１に高電圧（Ｈ）を印加したときに垂直シフトレジスタ１０１の転送チャネル２に移動する。このとき、φＶ２およびφＶ４は中電圧（Ｍ）、φＶ３には低電圧（Ｌ）が印加されており、信号電荷はφＶ１，φＶ２，φＶ４が印加される転送ゲート下の転送チャネル内に保持される。図１の符号１１０はこの状態を例示している。図示はしないが、光電変換部１００ｂに発生した信号電荷はφＶ３に高電圧（Ｈ）を印加したときに垂直シフトレジスタ１０１の転送チャネルに移動する。このときは、φＶ２およびφＶ４に中電圧（Ｍ）、φＶ１に低電圧（Ｌ）を印加して、信号電荷をφＶ２，φＶ３，φＶ４が印加される転送ゲートの下の転送チャネル２内に保持する。
【００２８】
垂直シフトレジスタ１０１に移動した信号電荷はφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４の電圧を所定の順序で中電圧（Ｍ）と低電圧（Ｌ）に切り替えることによって、転送チャネル２の中を移動し、水平シフトレジスタ１０２に到達する。水平シフトレジスタ１０２に到達した信号電荷はφＨ１，φＨ２，φＨＬの電圧を所定の順序で高電圧（Ｈ）と中電圧（Ｈ）に切り替えることによって、水平シフトレジスタ１０２の終端部まで移動する。
【００２９】
水平シフトレジスタ１０２の終端部はφＲから高電圧（Ｈ）が印加されると電源電圧ＶＤＤに電位的に接続され、一定の電位に決定されているが、φＲが低電圧に切り替わるとフローティング状態になる。その状態に信号電荷が到達することにより、電荷量に応じた信号電圧が電荷検出部１０３を介してＶｏｕｔ端子から固体撮像装置の外部に出力される。なお、電荷検出部１０３は、例えば、出力インピーダンスを下げて信号を送り出すバッファーアンプを含んでいる。
【００３０】
図２および図３は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。本実施形態では、垂直シフトレジスタ１０１において４相駆動を採用する固体撮像装置について説明する。
【００３１】
半導体基板上に受光部１（１ａ，１ｂ）が配置されている。受光部１は、受光部１ａ，１ｂからなり、受光部１ａ，１ｂの下の半導体基板にはフォトダイオードからなる光電変換部１００ａ，１００ｂが形成されている。これにより、入射光量に応じた信号電荷が生成され、一定期間蓄積される。なお、受光部１ａには光電変換部１００ａが対応し、受光部１ｂには光電変換部１００ｂが対応している。
【００３２】
水平方向に並ぶ２つの受光部１ａ，１ｂの間に、垂直方向に伸びる転送チャネル２が配置されている。転送チャネル２は、信号電荷を垂直方向に転送するポテンシャル分布を生成する。
【００３３】
垂直方向に伸びる転送チャネル２上には、位相が異なる転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が供給される転送電極３が配列している。本実施形態では、転送電極３は転送チャネル２上に酸化膜を介して形成される例えばポリシリコンなどの導電性膜のことを称する。転送チャネル２上から外れた位置に形成されているものは、たとえ転送電極３と同一の材料で一体成型されているものであっても配線と見なす。転送電極３は、転送パルスφＶ１が供給される第１転送電極３−１と、転送パルスφＶ２が供給される第２転送電極３−２と、転送パルスφＶ３が供給される第３転送電極３−３と、転送パルスφＶ４が供給される第４転送電極３−４を含んでいる。なお、特に区別する必要がない場合に、単に転送電極３と記載する。転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４は例えば−６Ｖ〜０Ｖである。
【００３４】
また、第１転送電極３−１〜第４転送電極３−４は、図１の転送電極Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ対応している。
【００３５】
本実施形態では、第２転送電極３−２と第４転送電極３−４を同一平面に形成し、第２転送電極３−２と第４転送電極３−４の表面に絶縁膜２０を形成した後に、第１転送電極３−１と第３転送電極３−３を絶縁膜２０の上層に形成する二層転送電極構造を採用している。
【００３６】
第１転送電極３−１、第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４は、上方から下方に向けて、第１転送電極３−１、第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４の順番に並べられたものを基本構成として、垂直方向に繰り返し配置されている。ここで、本稿で述べる「上方」とは半導体基板表面上において水平シフトレジスタ１０２へ向かう方向から１８０°反転した方向を示し、「下方」とは水平シフトレジスタ１０２へ向かう方向を示す。上記の転送電極３と転送チャネル２とにより、垂直方向に並ぶ受光部１の列毎に共通して配置された垂直シフトレジスタ１０１が構成される。１組の受光部１ａと受光部１ｂに対応するように１２個の転送電極３が配置される。
【００３７】
垂直方向に並ぶ受光部１ａと受光部１ｂの間隙の領域には、受光部間配線４が形成されている。転送電極３は、水平方向に隣接する２つの垂直シフトレジスタ１０１において、転送電極３と一体形成されたポリシリコンから成る受光部間配線４で連結されている。
【００３８】
具体的に、第１転送電極３−１は受光部間配線４−１により連結されている。第２転送電極３−２は受光部間配線４−２により連結されている。第３転送電極３−３は受光部間配線４−３により連結されている。第４転送電極３−４は受光部間配線４−４により連結されている。なお、特に区別する必要がない場合に、単に受光部間配線４と記載する。
【００３９】
受光部間配線４−１，４−２は上方に受光部１ａ、下方に受光部１ｂが配置される受光部間領域に形成される。受光部間配線４−３，４−４は上方に受光部１ｂ、下方に受光部１ａが配置される受光部間領域に形成される。
【００４０】
受光部間配線４−１は受光部間配線４−２の表面に形成された絶縁膜２０の上層に形成されている。受光部間配線４−３は受光部間配線４−４の表面に形成された絶縁膜２０の上層に形成されている。
【００４１】
以下、転送電極３と受光部間配線４との配置について説明する。
【００４２】
図２において、２Ｎ＋１番目（Ｎは０以上の整数）の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−１は、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第１転送電極３−１と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第１転送電極３−１とを連結する。２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第１転送電極３−１のうち上方に位置するものは、受光部１ａの近傍の転送電極３の中で受光部１ａの中心からの距離が最も近い。以下、任意の受光部１において受光部１の近傍の転送電極３の中で受光部１の中心からの距離が最も近い転送電極３を「受光部１の最近接電極」と表記することとする。
【００４３】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−２は、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第２転送電極３−２と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第２転送電極３−２とを連結する。２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第２転送電極３−２のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００４４】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−３は、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第３転送電極３−３と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第３転送電極３−３とを連結する。２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第３転送電極３−３のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極である。また、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第３転送電極３−３のうち下方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極である。
【００４５】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−４は、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第４転送電極３−４と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第４転送電極３−４とを連結する。このうち、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第４転送電極３−４のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。また、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第４転送電極３−４のうち下方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００４６】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−１は、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第１転送電極３−１と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第１転送電極３−１とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第１転送電極３−１のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極である。
【００４７】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−２は、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第２転送電極３−２と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第２転送電極３−２とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第２転送電極３−２のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００４８】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−３は、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第３転送電極３−３と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第３転送電極３−３とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つ第３転送電極３−３のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極である。
【００４９】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１との間に配置される受光部間配線４−４は、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第４転送電極３−４と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第４転送電極３−４とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第４転送電極３−４のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００５０】
また、図３に示すように、転送電極３上には、絶縁膜を介してシャント配線５（転送電極駆動用第２配線）が配置されている。シャント配線５は、垂直シフトレジスタ１０１の垂直方向と並行する方向に配線され、受光部１の間隙において、水平方向に張り出しており、一画素置きに張り出す方向が１８０°異なっている。
【００５１】
シャント配線５はコンタクト部６において受光部間配線４に接続されている。具体的にシャント配線５は、転送パルスφＶ１が供給される第１シャント配線５−１と、転送パルスφＶ２が供給される第２シャント配線５−２と、転送パルスφＶ３が供給される第３シャント配線５−３と、転送パルスφＶ４が供給される第４シャント配線５−４とから成っている。なお、特に区別する必要がない場合に、単にシャント配線５と記載する。コンタクト部６は、第１シャント配線５−１と接続するコンタクト部６−１と、第２シャント配線５−２と接続するコンタクト部６−２と、第３シャント配線５−３と接続するコンタクト部６−３と、第４シャント配線５−４と接続するコンタクト部６−４とを含んでいる。なお、特に区別する必要がない場合に、単にコンタクト部６と記載する。
【００５２】
シャント配線５は、ポリシリコン、あるいはタングステン等の金属材料により形成される。シャント配線５として、金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や配線幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部１の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。
【００５３】
図４は図３のＡ−Ａ’線における断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ’線における断面図であり、図６は図３のＣ−Ｃ’線における断面図である。なお、図４〜図６は、図３に示す受光部１ａの断面図であるが、図３に示す受光部１ｂの断面図については、図４〜図６の符号を、受光部１ｂに相当する部分に読み替えればよい。
【００５４】
本実施形態では、例えばｎ型シリコンからなる半導体基板１０が用いられる。半導体基板１０には、ｐ型ウェル１１が形成されている。ｐ型ウェル１１内には、ｎ型領域１２が形成され、ｎ型領域１２よりも表面側にはｐ型領域１３が形成されている。ｎ型領域１２とｐ型ウェル１１とのｐｎ接合によるフォトダイオードによって受光部１が構成される。ｎ型領域１２の表面側にｐ型領域１３が形成されていることにより、暗電流を低減した埋め込みフォトダイオードが構成される。
【００５５】
ｎ型領域１２に隣接してｐ型ウェル１４が形成されており、ｐ型ウェル１４内にｎ型領域からなる転送チャネル２が形成されている。転送チャネル２に隣接して、隣接する受光部１間での信号電荷の流出入を防止するためのｐ型のチャネルストップ部１６が形成されている。図示する例では、受光部１と、受光部１の左側の転送チャネル２との間が、読み出しチャネル１７となる。
【００５６】
種々の半導体領域が形成された半導体基板１０上には、ゲート絶縁膜２０を介してポリシリコンからなる転送電極３が形成されている。読み出しチャネル１７のうち、第１転送電極３−１の電圧によりポテンシャル分布が制御されるものを読み出しチャネル１７ａとすると、受光部１ａの信号電荷は読み出しチャネル１７ａのポテンシャル分布が制御されたときに、左側の転送チャネル２に読み出される。なお、読み出しチャネル１７ａは図示されていないが、図４における符号１７を読み出しチャネル１７ａと読み替えればよい。
【００５７】
一方、読み出しチャネル１７のうち、第３転送電極３−３の電圧によりポテンシャル分布が制御されるものを読み出しゲチャネル１７ｂとすると、受光部１ｂの信号電荷は読み出しチャネル１７ｂのポテンシャル分布が制御されたときに左側の転送チャネル２に読み出される。つまり、読み出しチャネル１７ｂとは、図３の受光部１ｂをＡ−Ａ’方向で切った場合における図４の符号１７に相当する。
【００５８】
第２転送電極３−２、第４転送電極３−４および受光部間配線４−２，４−４を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２１が形成されている。受光部間配線４−２，４−４上には、絶縁膜２１を介して受光部間配線４−１，４−３が形成されている。絶縁膜２１，２２上には遮光膜７が形成されている。遮光膜７の上層には、平坦化膜２３を介してシャント配線５が形成されている。
【００５９】
絶縁膜２１およびその上層の遮光膜７には、コンタクト部６−２，６−４の一部において開口が形成されており、開口の内側においてシャント配線５と転送電極３とが接続されている。絶縁膜２２およびその上層の遮光膜７には、コンタクト部６−１，６−３において開口が形成されており、開口の内側においてシャント配線５と転送電極３とが接続されている。なお、シャント配線５として、タングステンなどの金属材料を用いる場合には、コンタクト部６においてシャント配線５を構成する金属材料と転送電極３とを直接接続せずに、バリアメタルを介在させてもよい。
【００６０】
なお、図示はしないが、遮光膜７の上層には必要に応じて、平坦化膜、カラーフィルター、およびオンチップレンズが形成されていてもよい。
【００６１】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の動作について図７〜図１０を用いて説明する。
【００６２】
図７は、本実施形態に係る固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートであり、図８は、図７に示す電荷読み出し期間におけるタイミングチャートの例である。図９は、図７に示す電荷読み出し期間におけるタイミングチャートの例であり、図１０は、図７に示す水平走査期間におけるタイミングチャートの例である。
【００６３】
受光部１に光が入射すると、光電変換部１００において、光電変換により入射光量に応じた信号電荷（本例では電子）が生成され、光電変換部１００のｎ型領域１２内で一定期間蓄積される。
【００６４】
まず、光電変換部１００ａによる光電変換により生成された信号電荷が読み出される場合について説明する。
【００６５】
例えば、図７〜図９においてφＶ１がＨになり、第１転送電極３−１に読み出しパルスが供給されると、光電変換部１００ａの読み出しチャネル１７ａのポテンシャル分布が制御されて、光電変換部１００ａに蓄積された全ての信号電荷が転送チャネル２に読み出される。読み出しパルスの電圧は例えば１３Ｖである。このとき、図７〜図９におけるφＶ３はＬであり、第３転送電極３−３には−６Ｖが印加される。また、図７〜図９におけるφＶ２，φＶ４はともにＭであり、第２転送電極３−２及び第４転送電極３−４には０Ｖが印加される。
【００６６】
図７〜図９において、φＶ１がＨからＭに遷移することによって読み出しパルスの印加期間が終了し、第１転送電極３−１に印加される電圧が０Ｖに切り替わると、光電変換部１００ａに蓄積されていた信号電荷は光電変換部１００ａに隣接した第４転送電極３−４、第１転送電極３−１、第２転送電極３−２の下の転送チャネル２内に蓄積された状態となっている（図１の符号１１０参照）。
【００６７】
光電変換部１００ａの信号電荷が転送チャネル２に読み出された後、転送電極３に４相の転送パルスφＶ１〜φＶ４が供給され、転送チャネル２のポテンシャル分布が制御されて、信号電荷が垂直方向に転送される。この転送は、信号電荷が、読み出された位置から２電極分下方に移動して、第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４の下の転送チャネル２に蓄積される状態になるまで行われる。
【００６８】
次に、光電変換部１００ｂによる光電変換により生成された信号電荷が読み出される場合について説明する。
【００６９】
図７〜図９においてφＶ３がＨになり、第３転送電極３−３に読み出しパルスが供給されると、光電変換部１００ｂの読み出しチャネル１７ｂのポテンシャル分布が制御されて、光電変換部１００ｂに蓄積された全ての信号電荷が転送チャネル２に読み出される。このとき、図７〜図９におけるφＶ１はＬであり、第１転送電極３−１には−６Ｖが印加される。また、図７〜図９におけるφＶ２，φＶ４はＭであり、第２転送電極３−２及び第４転送電極３−４には０Ｖが印加される。このとき、先に転送チャネル２に読み出された光電変換部１００ａの信号電荷は光電変換部１００ｂの読み出しチャネル１７ｂから１段分上方に位置する第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４の下の転送チャネル２に蓄積されているため、読み出しチャネル１７ｂから離れているため、読み出しパルスが印加されても光電変換部１００ｂの信号電荷と混ざり合うことはない。
【００７０】
図７〜図９において、φＶ３がＨからＭに遷移することによって読み出しパルスの印加期間が終了し、第３転送電極３−３に印加される電圧が０Ｖに切り替わると、光電変換部１００ｂに蓄積されていた信号電荷は光電変換部１００ｂに隣接した第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４の下の転送チャネル２に蓄積された状態となる。
【００７１】
ここで、露光時間は、上記読み出しパルスの印加が終了した時刻、もしくは半導体基板１０の深部のｎ型ウェルに高電圧（例えば２５Ｖ）を印加して全ての光電変換部１００を一斉に空乏化させた後にｎ型ウェルへの印加電圧を低電圧（例えば６Ｖ）に切り替えた時刻を開始時刻として、転送チャネル２に信号電荷が読み出された時刻を終了時刻とする時間と等価である。
【００７２】
したがって、本実施形態では、光電変換部１００ａ及び光電変換部１００ｂに蓄積された信号電荷をそれぞれ異なる時刻に転送チャネル２に読み出すことが可能であるため、光電変換部１００ａ及び光電変換部１００ｂに関する露光時間をそれぞれ異なる時間に設定することが可能である。
【００７３】
本実施形態では、図８および図９に示すように、光電変換部１００ａの信号電荷を先に読み出し、光電変換部１００ｂの信号電荷を後で読み出しているが、この順序は逆でもよい。また、光電変換部１００ａ，１００ｂのどちらか一方の信号電荷を２回読み出してもよい。２回の露光時間はそれぞれ異なってもよい。
【００７４】
ここで、光電変換部１００ａ，１００ｂの信号電荷についてそれぞれ１回ずつの読み出し、もしくは光電変換部１００ａ，１００ｂのどちらか一方の信号電荷について２回の読み出しが終了した時点で、垂直シフトレジスタ１０１には、光電変換部１００ａ，１００ｂのどちらか一方をさらにもう１回読み出して、転送チャネル２に蓄積することが可能な領域（図２の符号１２０参照）が残されている。
【００７５】
この領域に信号電荷を読み出して蓄積させる場合は、まず、転送電極３に４相の転送パルスφＶ１〜φＶ４を供給して転送チャネル２のポテンシャル分布を制御し、信号電荷を垂直方向に転送させる。例えば、光電変換部１００ａの信号電荷を読み出す場合は（図８参照）、光電変換部１００ａに隣接する第４転送電極３−４、第１転送電極３−１、第２転送電極３−２の下の転送チャネル２に電荷が蓄積されていない領域が移るまで信号電荷を垂直方向に転送させる。そして、第１転送電極３−１に読み出しパルスを印加して光電変換部１００ａの信号電荷を読み出す。この読み出しパルスは任意の時刻に設定することが可能であり、従って、露光時間も先のものと異ならせることが可能である。
【００７６】
一方、光電変換部１００ｂの信号電荷を読み出す場合は（図９参照）、光電変換部１００ｂに隣接する第２転送電極３−２、第３転送電極３−３、第４転送電極３−４の下の転送チャネル２に電荷が蓄積されていない領域が移るまで信号電荷を垂直方向に転送させる。そして、第３転送電極３−３に読み出しパルスを印加して光電変換部１００ｂの信号電荷を読み出す。
【００７７】
なお、図１０に示す水平ブランキング期間において、垂直シフトレジスタ１０１の最下ライン（光電変換部１００の最下行）の信号電荷が水平シフトレジスタ１０２へ転送される。そして、図１０に示す水平走査期間（図７の水平ライン走査期間に相当）において、信号電荷が水平方向に転送される。このように、信号電荷が垂直方向に転送された後、水平シフトレジスタ１０２により信号電荷が水平方向に転送されて電荷検出部１０３に送られる。電荷検出部１０３では、信号電荷は信号電荷量に応じた電圧に変換されて出力される。
【００７８】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の効果について説明する。
【００７９】
本実施形態では３つの異なる露光時間で光電変換部１００の信号電荷を読み出すことが可能である。３つの露光時間は、上述したように光電変換部１００ａと光電変換部１００ｂに対して、例えば２：１で割り当てることができる。２回の露光時間を割り当てた方の光電変換部１００は、２回の露光時間をそれぞれ異ならせることが可能であり、例えば、長時間露光と短時間露光の信号電荷を同一フレームで取得して画像合成処理を施すことにより、通常の１回露光で取得できる画像よりもダイナミックレンジの広い画像を取得することができる。このとき、他方の光電変換部１００については、同じフレームで、通常の画像を取得することができる。
【００８０】
また、２つの露光時間を使って、Time-of-Fight方式の距離画像センシングを実現することができる。例えば、パルス発光動作を行う光源から照射された赤外光が照射空間内の物体で反射されて固体撮像装置へ到達する光量に応じて光電変換部１００に蓄積される信号電荷について、１回目の露光時間においては発光の１周期が完全に終了した後で信号電荷を読み出し、２回目の露光時間においては発光周期の途中で信号電荷を読み出す。このようにして取得した画像情報を演算することにより、物体から固体撮像装置までの距離を算出することができる。このときも同じフレームで、他方の光電変換部１００については通常の画像を取得することができる。すなわち、光電変換部１００ａにＲＧＢ画素、光電変換部１００ｂに赤外光画素を割り当てた撮像装置の場合、周囲の明るさに合わせた最適な露光時間で光電変換部１００ａから取得したカラー画像と、パルス発光と同期した赤外光画素の間欠読み出し動作により光電変換部１００ｂから取得した距離画像とを同一フレームで取得することが可能である。
【００８１】
また、３つの露光時間を光電変換部１００ａと光電変換部１００ｂに対して２：０あるいは３：０で割り当てることも可能である。この場合は、読み出さない方の光電変換部１００の信号電荷は、半導体基板１０の深部のｎ型ウェルに高電圧を印加して廃棄すればよい。この場合も、長時間露光と短時間露光との信号電荷を同一フレームで取得して画像合成処理を施すことによりダイナミックレンジの広い画像を取得することができる。
【００８２】
また、３回の露光時間を光電変換部１００ａと光電変換部１００ｂに対して２：０もしくは１：１で割り当て、残りの１回分の露光時間の信号電荷は光電変換部１００からは読み出さず、転送チャネル２に自然発生した電荷のみを蓄積させることも可能である。この場合は、転送チャネル２の内部や絶縁膜２０の表面などに存在する格子欠陥から発生した暗電流や遮光膜７と基板の隙間から入り込んだ光によって発生したスミア電子などのノイズ信号量を計測することが可能となり、通常の画像からノイズ成分を差し引けば、Ｓ／Ｎ比の良い高精細な画像を取得することが可能となる。
【００８３】
また、全光電変換部１００ａ及び全光電変換部１００ｂのそれぞれについて、同時に信号電荷を読み出すことが可能であるため、撮像装置にメカシャッタを搭載していない場合においても、動きの速い被写体について、歪みのない画像データを取得することが可能である。
【００８４】
ポリシリコンなどの導電性膜に覆われていない面積を「開口面積」とすると、本実施形態においては、受光部１ａの開口面積は受光部１ｂの開口面積よりも小さい。しかし、開口面積は光電変換部群１０４ａにおいて一律の大きさである。また、光電変換部群１０４ｂにおいても一律の大きさである。このため、受光部１ａ，１ｂのそれぞれの感度特性に合わせて露光時間を調整すれば、光電変換部群１０４ａ及び光電変換部群１０４ｂのそれぞれに関して斑のない良質な画像を取得することが可能である。
【００８５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る固体撮像装置について、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８６】
図１１および図１２は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
【００８７】
本実施形態では、水平方向に並ぶ２Ｎ＋１番目と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において、第１転送電極３−１は、受光部間配線４−１ａ及び受光部間配線４−１ｂにより連結されており、第２転送電極３−２は受光部間配線４−２ａ及び受光部間配線４−２ｂにより連結されている。
【００８８】
具体的に、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−１ａは、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第１転送電極３−１と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第１転送電極３−１とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第１転送電極３−１のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極である。
【００８９】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−１ｂは、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第１転送電極３−１と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第１転送電極３−１とを連結する。２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第１転送電極３−１のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極である。
【００９０】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−２ａは、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第２転送電極３−２と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第２転送電極３−２とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第２転送電極３−２のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００９１】
２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−２ｂは、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第２転送電極３−２と、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第２転送電極３−２とを連結する。２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第２転送電極３−２のうち上方に位置するものは受光部１ａの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００９２】
図１３は、図１２のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１４は、図１２のＢ−Ｂ’線における断面図であり、図１５は、図１２のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【００９３】
図１１〜図１５に示すように、受光部間配線４−１ａは垂直方向に並ぶ受光部１の間隙において、受光部間配線４−２ａの表面に形成された絶縁膜２１の上層に形成され、受光部間配線４−１ｂは受光部間配線４−２ｂの表面に形成された絶縁膜２１の上層に形成される。また、受光部間配線４−３ａは受光部間配線４−４ａの表面に形成された絶縁膜２１の上層に形成され、受光部間配線４−３ｂは受光部間配線４−４ｂの表面に形成された絶縁膜２１の上層に形成されている。
【００９４】
また、２（Ｎ＋１）番目と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１において、第３転送電極３−３が受光部間配線４−３ａ及び受光部間配線４−３ｂにより連結されており、第４転送電極３−４が受光部間配線４−４ａ及び受光部間配線４−４ｂにより連結されている。
【００９５】
具体的に、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−３ａは、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第３転送電極３−３と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第３転送電極３−３とを連結する。２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第３転送電極３−３のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極である。
【００９６】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−３ｂは、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第３転送電極３−１と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第３転送電極３−３とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第３転送電極３−３のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極である。
【００９７】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−４ａは、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第４転送電極３−４と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第４転送電極３−４とを連結する。２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第４転送電極３−４のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００９８】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１の間に配置される受光部間配線４−４ｂは、２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる２つの第４転送電極３−４と、２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１に含まれる１つの第４転送電極３−４とを連結する。２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において連結される２つの第４転送電極３−４のうち上方に位置するものは受光部１ｂの最近接電極に対してその下方において隣り合っている。
【００９９】
図１２において、２Ｎ＋１番目の垂直シフトレジスタ１０１上には第２シャント配線５−２及び第３シャント配線５−３が配置されている。第２シャント配線５−２はコンタクト部６−２を介して受光部間配線４−２ａ及び受光部間配線４−２ｂに接続される。第３シャント配線５−３はコンタクト部６−３を介して受光部間配線４−３ａ及び４−３ｂに接続される。
【０１００】
２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１上には第１シャント配線５−１及び第４シャント配線５−４が配置されている。第１シャント配線５−１はコンタクト部６−１を介して受光部間配線４−１ａ及び受光部間配線４−１ｂに接続される。第４シャント配線５−４はコンタクト部６−４を介して受光部間配線４−４ａ及び受光部間配線４−４ｂに接続される。
【０１０１】
以上、本実施形態によると、各受光部間配線４は３つの転送電極３と接続されるため、受光部間配線４が敷き詰められる面積が小さく、その結果、受光部１の開口面積を大きくすることが可能である。このため、光電変換部群１０４ａ，１０４ｂのそれぞれに関して感度特性の高い画像を取得することが可能である。
【０１０２】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る固体撮像装置について、第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０３】
図１６および図１７は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。
本実施形態では、水平方向に並ぶ２Ｎ＋１番目と２（Ｎ＋１）番目の垂直シフトレジスタ１０１において、第４転送電極３−４は受光部間配線４−４ａ及び受光部間配線４−４ｂにより連結されている。
【０１０４】
また、２（Ｎ＋１）番目と２Ｎ＋３番目の垂直シフトレジスタ１０１において、第２転送電極３−２が受光部間配線４−２ａ及び受光部間配線４−２ｂにより連結されている。
【０１０５】
各垂直シフトレジスタ１０１において、第１転送電極３−１及び第３転送電極３−３は、受光部間配線４で連結されておらず、浮島状に配置されている。
【０１０６】
図１８は、図１７のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１９は、図１７のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【０１０７】
図１６〜図１９に示すように、転送電極３上には、絶縁膜２１を介して垂直方向に伸びる第１シャント配線５−１及び第３シャント配線５−３が配置されており、それぞれコンタクト部６−１，６−３において第１転送電極３−１、及び第３転送電極３−３に接続されている。
【０１０８】
第１シャント配線５−１及び第３シャント配線５−３を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２２が形成されている。そして、絶縁膜２１，２２を被覆するように遮光膜７が形成されている。
【０１０９】
また、受光部間配線４−２ａ，４−２ｂ，４−４ａ，４−４ｂ上には絶縁膜２１が形成され、絶縁膜２１を被覆するように遮光膜７が形成されている。
【０１１０】
さらに、遮光膜７を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる平坦化膜２３が形成されている。そして、平坦化膜２３上には、垂直方向に伸びる第２シャント配線５−２及び第４シャント配線５−４が配置されている。２Ｎ＋１番目の転送チャネル２上には第２シャント配線５−２が配置され、２（Ｎ＋１）番目の転送チャネル２上には第４シャント配線５−４が配置されている。
【０１１１】
第２シャント配線５−２及び第４シャント配線５−４は、受光部１の間隙において水平方向に張り出している。第２シャント配線５−２はコンタクト部６−２において受光部間配線４−２ａ，４−２ｂに接続され、第４シャント配線５−４はコンタクト部６−４において受光部間配線４−４ａ，４−４ｂに接続される。
【０１１２】
本実施形態においては、第１層電極材である第２転送電極３−２及び第４転送電極３−４のみが受光部間配線４で連結されており、第２層電極材である第１転送電極３−１及び第３転送電極３−３は受光部間配線４で連結されていないため、第１層電極材と第２層電極材とが重なる領域が存在しない。
【０１１３】
また、シャント配線５を金属膜で形成した場合は、ポリシリコンで形成した場合よりも小さい膜厚で同等の信号遅延特性を有する配線を形成することができる。したがって、本実施形態においては、受光面から最上層の配線層までの高さをさらに小さくすることが可能であり、その結果、斜め方向から入射した光が配線層に遮られることが少なく、より多くの光量が受光部１に到達するようになる。したがって、本実施形態においては、暗い被写体を撮像した場合であっても、鮮明な画像を取得することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１１４】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る固体撮像装置について、第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１５】
図２０および図２１は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の要部平面図である。また、図２２は、図２１のＡ−Ａ’線における断面図であり、図２３は、図２１のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【０１１６】
例えば第３の実施形態では、第１シャント配線５−１及び第３シャント配線５−３、ならびに遮光膜７はそれぞれ別々に形成されているが、本実施形態では、第１シャント配線５−１及び第３シャント配線５−３を、遮光膜７と兼用することを特徴とする。
【０１１７】
具体的に、図２０〜図２３において、符号８−１は、第３の実施形態における、第１シャント配線５−１および遮光膜７の機能を有する遮光膜兼シャント配線である。また、符号８−３は、第３の実施形態における、第２シャント配線５−３および遮光膜７の機能を有する遮光膜兼シャント配線である。
【０１１８】
図２０〜図２３に示すように、遮光膜兼シャント配線８−１，８−３は、転送電極３上に絶縁膜２１を介して形成され、かつ、転送電極３上に間隙をあけて２つに分断されるように形成されている。そして、遮光膜兼シャント配線８−１，８−３は、垂直シフトレジスタ１０１と並行する方向に延びるように配置されている。
【０１１９】
本実施形態においては、受光面から最上層の配線層までの高さをより低くすることが可能であり、その結果、斜め方向から入射した光が配線層に遮られることが少なく、より多くの光量が受光部に到達することができる。したがって、本実施形態においては暗い被写体でも鮮明な画像を取得することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【０１２０】
なお、上記各実施形態において、シャント配線よりも上層の構造は種々の変更が可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本開示に係る固体撮像装置は、２つの光電変換部群に含まれる各光電変換部をそれぞれオフセットサブサンプリング状に配列し、それらを水平方向・垂直方向共に一画素分の位相をずらして組み合わせて配置する固体撮像装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１ａ，１ｂ                            受光部
２                                        転送チャネル
３，３−１，３−２，３−３，３−４        転送電極
４，４−１，４−２，４−３，４−４        受光部間配線
４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ，
４−３ａ，４−３ｂ，４−４ａ，４−４ｂ    受光部間配線
１００ａ，１００ｂ                        光電変換部
１０１                                    垂直シフトレジスタ
１０２                                    水平シフトレジスタ
１０３                                    電荷検出部
１０４ａ，１０４ｂ                        光電変換部群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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