(57)【要約】【課題】信号振幅の低下による画質低下を低減し得る固体撮像装置を提供する。【解決手段】複数の列をなすように配置され、それぞれが光電変換により生成された信号を出力する複数の画素と、複数の列に対応して配置され、それぞれが対応する列の画素から出力された信号を保持する複数の保持容量と、複数の保持容量のうちの少なくとも１つに保持された信号が容量分割により出力される第１の配線と、第１の配線に入力された信号を増幅する第１の増幅器と、第１の配線の隣に配置され、第１の増幅器により増幅された信号が入力される第２の配線と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の列をなすように配置され、それぞれが光電変換により生成された信号を出力する複数の画素と、
前記複数の列に対応して配置され、それぞれが対応する列の前記画素から出力された前記信号を保持する複数の保持容量と、
前記複数の保持容量のうちの少なくとも１つに保持された前記信号が容量分割により出力される第１の配線と、
前記第１の配線に入力された前記信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の配線の隣に配置され、前記第１の増幅器により増幅された前記信号が入力される第２の配線と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の増幅器は、前記第１の配線の電圧と同位相の電圧を前記第２の配線に出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の増幅器は、前記第１の配線に入力された前記信号を固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置の外部に出力する出力増幅器を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記出力増幅器から出力された前記信号を固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置外に伝達する配線と、前記第２の配線とが互いに異なる
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の配線に入力された前記信号を固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置外に出力する出力増幅器を、前記第１の増幅器とは別に有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２の配線は、前記第１の配線との間に寄生容量を生じるように配置され、
前記保持容量から前記第１の配線に前記信号を出力する際の前記容量分割は、前記保持容量と前記寄生容量との間の容量分割を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の配線及び前記第２の配線が形成される半導体基板を更に有し、
前記第２の配線は、前記第１の配線と前記半導体基板との間に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の配線と前記半導体基板との間の寄生容量は、前記第２の配線と前記半導体基板との間の寄生容量よりも小さい
ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の配線及び前記第２の配線とは異なる電圧を有する第３の配線を更に有し、
前記第２の配線は、前記第１の配線と前記第３の配線との間に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の配線と前記第３の配線との間の寄生容量は、前記第２の配線と前記第３の配線との間の寄生容量よりも小さい
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の配線、前記第２の配線及び前記第３の配線は、同一の層に形成された配線である
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の保持容量のうちの他の少なくとも１つに保持された前記信号が容量分割により出力される第４の配線と、
前記第４の配線に入力された前記信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第４の配線の隣に配置され、前記第２の増幅器により増幅された前記信号が入力される第５の配線と、
前記第２の配線及び前記第５の配線の間に配置され、固定電圧を有する第６の配線と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の配線及び前記第２の配線が、それぞれ、前記列と交差する方向に延在している
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された前記信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、固体撮像装置において、複数の列をなして配列された画素から出力される信号を各列に対応して配されたクランプ容量に一時的に保持し、順次水平転送線へ転送する構成が開示されている。特許文献１の固体撮像装置は、水平転送線の信号レベルに基づいて、水平転送線に接続される水平転送スイッチに生じる寄生容量を制御する。より具体的には、特許文献１の技術によれば、水平転送線に接続される水平転送スイッチのゲートとバックゲートとの間の寄生容量を実効的に低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５１５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一眼レフカメラのように高感度な撮像システムには大きい撮像領域を有する固体撮像装置が用いられる。このような固体撮像装置は、長い水平転送線を有する。そのため、水平転送スイッチに生じる寄生容量に比べて、水平転送線と半導体基板との間の寄生容量、あるいは、水平転送線と近接する配線との間の寄生容量が無視できない程度に大きくなることがある。そのため、特許文献１の技術においては、水平転送線に付随する寄生容量の低減が不十分となる場合がある。
【０００５】
寄生容量の低減が不十分な場合、固体撮像装置から出力される信号の振幅が低下し、取得される画像の画質が低下する可能性がある。特に、信号を保持する保持容量から水平転送線へ容量分割によって信号を出力する場合、寄生容量が大きい水平転送線においては、出力される信号の振幅が小さくなる可能性がある。結果として、ノイズの影響が大きくなり得る。したがって、このような構成においては、画質低下の課題がより顕著である。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであって、寄生容量による信号振幅の低下による画質低下を低減し得る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】
【０００７】
本発明の一観点によれば、複数の列をなすように配置され、それぞれが光電変換により生成された信号を出力する複数の画素と、前記複数の列に対応して配置され、それぞれが対応する列の前記画素から出力された前記信号を保持する複数の保持容量と、前記複数の保持容量のうちの少なくとも１つに保持された前記信号が容量分割により出力される第１の配線と、前記第１の配線に入力された前記信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の配線の隣に配置され、前記第１の増幅器により増幅された前記信号が入力される第２の配線と、を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号振幅の低下による画質低下を低減し得る固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る画素の回路構成の例を示す図である。
【図３】第１の実施形態及び比較例に係る水平転送部の等価回路図である。
【図４】第１の実施形態及び比較例に係る水平転送線における信号波形の例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る水平転送線、シールド線及び導電性部材の配置を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る水平転送部の等価回路図である。
【図７】第３の実施形態に係る水平転送部の等価回路図である。
【図８】第４の実施形態に係る水平転送線、シールド線及び導電性部材の配置を示す図である。
【図９】第５の実施形態に係る水平転送部の等価回路図である。
【図１０】第５の実施形態に係る水平転送線及びシールド線の配置を示す図である。
【図１１】第６の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。各図において同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。固体撮像装置は、図１に示すように、撮像領域１０、垂直走査回路２０、複数の読み出し回路２１、水平走査回路２４、及び水平転送部３０を有する。撮像領域１０は、複数の行及び複数の列をなすように配置された複数の画素１００を有する。画素１００は、光電変換により入射光に応じた信号を生成して出力する素子である。図１には、簡略化のため、３行２列分の画素１００のみが図示されている。しかしながら、行方向及び列方向に配置される複数の画素１００の個数は特に限定されない。例えば、固体撮像装置は、図１に示されているような行列状に画素１００が配置されたエリアセンサではなく、行数が１行のラインセンサであってもよい。なお、本明細書において、行方向とは図面において横方向を示し、列方向とは図面において縦方向を示すものとする。
【００１２】
撮像領域１０は、各行に対応して配置された複数の駆動信号線２３と、各列に対応して配置された複数の垂直信号線２２とを有する。各行の駆動信号線２３は、行方向に並ぶ複数の画素１００に共通に接続される。各列の垂直信号線２２は、列方向に並ぶ複数の画素１００に共通に接続される。垂直走査回路２０は、各行の駆動信号線２３を介して各画素１００に駆動信号ＲＥＳ、ＴＸ、ＳＥＬを供給する。図１においては、駆動信号線２３は各行に１つずつ配置されているように図示されているが、駆動信号線２３は各行に複数本ずつ配置されていてもよい。本実施形態では、各行の駆動信号線２３は、駆動信号ＲＥＳを供給する配線と、駆動信号ＴＸを供給する配線と、駆動信号ＳＥＬを供給する配線の３つの配線を含むものとする。各列の垂直信号線２２は、各列に対応して設けられた読み出し回路２１に接続される。各読み出し回路２１は、各画素から信号を読み出して、所定の処理を行ってから水平転送部３０に出力する回路である。読み出し回路２１は、増幅回路、電流源回路、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路等を含み得る。
【００１３】
水平転送部３０は、保持容量３１、水平走査トランジスタ３２、水平転送線３３、出力増幅器３４、及びシールド線３５を有する。保持容量３１の一端は読み出し回路２１の出力端子及び水平走査トランジスタ３２の一方の主電極（ソース又はドレイン）に接続される。保持容量３１の他端は、接地される。水平走査トランジスタ３２の他方の主電極は、水平転送線３３に接続される。水平転送線３３は、出力増幅器３４の入力端子に接続される。また、水平転送線３３は、上述の列方向と交差する方向に延在する。出力増幅器３４の出力端子は固体撮像装置の出力端子を構成する。出力増幅器３４は例えばＭＯＳトランジスタを用いたソースフォロワ回路により構成され得る。なお、上述の説明では、一例として水平転送部３０の出力が固体撮像装置の出力端子を構成するものとしているが、固体撮像装置は水平転送部３０の後段に更に信号処理回路等の追加の回路を有していてもよい。この場合、水平転送部３０の出力増幅器３４は、当該追加の回路に信号を出力するための出力増幅器として機能する。
【００１４】
水平走査回路２４は各列の水平走査トランジスタ３２のゲートに対し順次駆動信号ＰＨのパルスを出力して、順次水平走査トランジスタ３２を導通状態（オン）にする水平走査を行う。これにより、水平走査回路２４は、各列の保持容量３１に保持された信号を順次出力増幅器３４を介して固体撮像装置から出力させる制御を行う。シールド線３５は、出力増幅器３４の出力端子に接続されており、かつ水平転送線３３の隣に配置されている。すなわち、シールド線３５も、水平転送線３３と同様に上述の列方向と交差する方向に延在する。ここで、出力増幅器３４は非反転増幅器であり得る。この場合、水平転送線３３の電圧とシールド線３５の電圧は同符号となる。例えば、出力増幅器３４の入出力は同位相であり得る。この場合、シールド線３５の電圧は、水平転送線３３の電圧と同位相になる。
【００１５】
このように、本実施形態において、水平転送部３０の第１の増幅器である出力増幅器３４は、第１の配線である水平転送線３３に転送された信号を増幅して出力する。出力された信号は、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置の外部に出力されるとともに、第２の配線であるシールド線３５にも出力される。
【００１６】
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。画素１００は、図２に示すように、フォトダイオード１０１、転送ＭＯＳトランジスタ１０２、リセットＭＯＳトランジスタ１０３、増幅ＭＯＳトランジスタ１０４、選択ＭＯＳトランジスタ１０５及び電源電圧線１０７（電圧ＶＤＤ）を有している。転送ＭＯＳトランジスタ１０２のゲートには駆動信号ＴＸが入力され、リセットＭＯＳトランジスタ１０３のゲートには駆動信号ＲＥＳが入力され、選択ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートには駆動信号ＳＥＬが入力される。
【００１７】
フォトダイオード１０１のアノードは接地されており、フォトダイオード１０１のカソードは転送ＭＯＳトランジスタ１０２のソースに接続される。転送ＭＯＳトランジスタ１０２のドレインは、リセットＭＯＳトランジスタ１０３のソース及び増幅ＭＯＳトランジスタ１０４のゲートに接続される。転送ＭＯＳトランジスタ１０２のドレイン、リセットＭＯＳトランジスタ１０３のソース及び増幅ＭＯＳトランジスタ１０４のゲートの接続点は浮遊拡散部１０６を構成する。リセットＭＯＳトランジスタ１０３及び増幅ＭＯＳトランジスタ１０４のドレインは、電源電圧線１０７に接続される。増幅ＭＯＳトランジスタ１０４のソースは選択ＭＯＳトランジスタ１０５のドレインに接続される。選択ＭＯＳトランジスタ１０５のソースは垂直信号線２２に接続される。
【００１８】
フォトダイオード１０１は、光電変換により入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換素子である。駆動信号ＴＸがハイレベルになると、転送ＭＯＳトランジスタ１０２は、導通状態となり、フォトダイオード１０１で生じた信号電荷を浮遊拡散部１０６に転送する。増幅ＭＯＳトランジスタ１０４は、浮遊拡散部１０６に転送された電荷に応じた信号電圧を、選択ＭＯＳトランジスタ１０５を介して垂直信号線２２に出力する。増幅ＭＯＳトランジスタ１０４及び不図示の電流源は、ソースフォロワ回路を構成する。増幅ＭＯＳトランジスタ１０４のゲートノードである浮遊拡散部１０６は、当該ソースフォロワ回路の入力ノードとなる。駆動信号ＲＥＳがハイレベルになると、リセットＭＯＳトランジスタ１０３は、導通状態となる。この動作により、浮遊拡散部１０６は既定の電位（リセット電位）にリセットされる。
【００１９】
ある行の駆動信号ＳＥＬがハイレベルになると、当該行の選択ＭＯＳトランジスタ１０５が導通状態となり、当該行が選択された状態となる。選択された行の画素１００で生成された信号電圧は、垂直信号線２２に出力され、読み出し回路２１を介して保持容量３１に入力される。保持容量３１は、当該信号電圧に応じた電荷を端子間に保持することにより、画素１００から出力された信号を保持する。その後、水平走査が行われ、各列の水平走査トランジスタ３２が順次導通状態になり、保持容量３１に保持された信号が水平転送線３３に転送される。
【００２０】
水平転送線３３と、水平転送線３３の近くに配される導電性部材等との間には、容量性カップリングにより寄生容量が生じ得る。水平走査トランジスタ３２が導通状態になると、水平転送線３３の電圧と保持容量３１の電圧が一致するように電荷の移動が起こる。このとき、保持容量３１に保持された電荷の一部は、上述の寄生容量の充電に用いられる。そして、水平転送線３３の電圧は、容量分割により、保持容量３１に保持されていた電荷と、保持容量３１及び水平転送線３３の寄生容量の合成容量とに応じた電圧となる。したがって、水平転送線３３の電圧は、水平走査トランジスタ３２が導通状態になる前の保持容量３１の電圧よりも低くなる。すなわち、保持容量３１と水平転送線３３に生じる寄生容量との間の容量分割により信号振幅が低下し得る。なお、本明細書において、容量分割とは、第１の容量がトランジスタ等によって別の第２の容量に接続されたときに、第１の容量に保持された電圧が第１及び第２の容量の合成容量に応じた電圧に変換されることを意味する。つまり、本実施例では、保持容量３１に保持された電圧が、保持容量３１及び水平転送線３３の容量の合成容量に応じた電圧へ変換される。なお、水平転送線３３に容量素子が接続されている場合、水平転送線３３の容量は、水平転送線３３の寄生容量による成分と接続された容量素子による成分との合成容量である。
【００２１】
本実施形態のシールド線３５は上述の要因による信号振幅の低下量を低減する効果を有する。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４を参照して、シールド線３５の効果について説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係る水平転送部３０ａの等価回路図である。図３（ｂ）は、シールド線３５が設けられていない場合を想定した比較例に係る水平転送部３０ｂの等価回路図である。図４は本実施形態及び比較例に係る水平転送線３３における信号波形の例を示す図である。
【００２２】
図３（ａ）に示す水平転送部３０ａの等価回路図には、寄生容量３６、寄生容量３７、導電性部材３８及び寄生容量３９ａが図示されている。寄生容量３６は、水平転送線３３とシールド線３５の間に発生する寄生容量を等価的に示すものである。導電性部材３８は、固体撮像装置内において水平転送線３３の近くに配される導電性を有する金属、半導体等の材料を含む部材である。導電性部材３８は、例えば、信号電圧、接地電圧、又は電源電圧等の、水平転送線３３及びシールド線３５とは異なる電圧を有する第３の配線であり得る。あるいは、導電性部材３８は、固体撮像装置が形成される水平転送線３３及びシールド線３５とは異なる電圧を有する半導体基板の一部であり得る。半導体基板には不純物拡散領域が形成されており、水平転送線３３等の配線との間に寄生容量を生じる場合がある。図３（ａ）の寄生容量３７は、シールド線３５と導電性部材３８との間の寄生容量を等価的に示すものである。すなわち、シールド線３５は、水平転送線３３と導電性部材３８の間の容量性カップリングをシールドするようにこれらの間に配置されている。これにより、水平転送線３３と導電性部材３８の間に直接生じる容量性カップリングに起因する寄生容量３９ａの容量値は十分に小さな値とすることができる。より具体的には、シールド線３５は、導電性部材３８よりも水平転送線３３に近い位置に配置されるので、寄生容量３９ａは、寄生容量３６よりも小さくすることができる。
【００２３】
これに対し、図３（ｂ）に示す比較例に係る水平転送部３０ｂの等価回路図には、シールド線３５が設けられていない。そのため、水平転送線３３と導電性部材３８との間に図３（ａ）の場合の寄生容量３９ａよりも大きい寄生容量３９ｂが発生する。
【００２４】
水平走査トランジスタ３２が導通状態になる際の容量分割による信号振幅の低下について、図３（ａ）及び図３（ｂ）の等価回路のそれぞれについて説明する。ここで、水平走査トランジスタ３２が導通状態になる前に保持容量３１に保持されている電圧はＶ１であるものとする。また、図３（ａ）の等価回路において、水平走査トランジスタ３２が導通状態になった後の水平転送線３３の電圧はＶ２であるものとする。また、図３（ｂ）の等価回路において、水平走査トランジスタ３２が導通状態になった後の水平転送線３３の電圧はＶ３であるものとする。更に、保持容量３１、寄生容量３６、３７、３９ｂの容量値は、それぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４であるものとする。また、以下の説明において寄生容量３９ａの容量値は無視できるほど小さいものとする。
【００２５】
まず、比較例に係る図３（ｂ）の等価回路を参照して、容量分割による信号振幅の低下を説明する。水平走査トランジスタ３２が導通状態になる前において、容量値Ｃ１の保持容量３１には、電圧Ｖ１が保持されている。水平走査トランジスタ３２が導通状態になると、容量値は保持容量３１と寄生容量３９ｂの合成容量である（Ｃ１＋Ｃ４）となり、これらに保持される電圧はＶ３となる。両時点で電荷は保存されるので、Ｖ３＝Ｖ１×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ４）の関係が得られる。Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ４）は、１よりも小さい値であるため、Ｖ３はＶ１よりも小さい電圧となる。したがって、比較例においては、容量分割により、信号振幅がＶ１からＶ３に低下する。信号振幅が低下すると、Ｓ／Ｎ（Signal-to-Noise）比が低下するため、当該固体撮像装置により取得される画像の画質が劣化する原因となる場合がある。
【００２６】
これに対し、本実施形態に係る図３（ａ）の等価回路では、水平転送線３３と導電性部材３８との間の寄生容量３９ｂに代えて、水平転送線３３とシールド線３５の間の寄生容量３６及びシールド線３５と導電性部材３８との間の寄生容量３７が生じる。上述の比較例と同様にして仮にシールド線３５がフロート配線であるものとして水平転送線３３の電圧Ｖ２を計算すると、Ｖ２＝Ｖ１×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ５）の関係が得られる。ここで、Ｃ５はＣ２とＣ３の直列合成容量であり、Ｃ５＝Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３）となる。仮にＣ４とＣ５が同程度の値であれば、比較例と同様の結果となる。
【００２７】
しかしながら、出力増幅器３４によりシールド線３５には、水平転送線３３と同符号の電圧が印加されている。典型的には、シールド線３５の電圧と水平転送線３３の電圧は同位相である。ここでの同位相とは、反転されていないという意味である。出力増幅器３４での遅延による位相差が生じていてもよい。この状態では、水平転送線３３の電圧とシールド線３５の電圧の差は小さくなる。すなわち、寄生容量３６の両端に印加される電圧を小さくすることにより、寄生容量３６に保持される電荷を小さくすることができる。これにより、Ｃ２が低減された場合と実質的に同様の効果が生じ、Ｃ２を含む合成容量であるＣ５がＣ４よりも低減された状態と同視できるため、Ｖ２はＶ３よりも大きくなる。したがって、本実施形態においては、容量分割による信号振幅の低下量が、比較例と比べて小さくなる。
【００２８】
図４を参照して、第１の実施形態及び比較例に係る水平転送線３３における信号波形の違いを説明する。図４には、駆動信号ＰＨと水平転送線３３の電圧の時間変化が示されている。水平転送線３３の電圧のグラフにおいて、実線は本実施形態の水平転送線３３の電圧の時間変化を示しており、破線は比較例の水平転送線３３の電圧の時間変化を示している。時刻ｔ１において駆動信号ＰＨがローレベルからハイレベルになると、水平走査トランジスタ３２が導通状態になる。保持容量３１から寄生容量３６への電荷の移動に従い、水平転送線３３の電圧が上昇し始める。所定の整定時間が経過し、水平転送線３３の電圧が安定した時刻ｔ２における水平転送線３３の電圧は、第１の実施形態の場合、Ｖ２であり、比較例の場合、Ｖ３である。上述のように、Ｖ２はＶ３よりも大きくなるので、本実施形態によれば、比較例と比べて大きな信号振幅が得られることがわかる。
【００２９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、第１の実施形態に係る水平転送線３３、シールド線３５及び導電性部材３８の配置を説明する。図５（ａ）は、導電性部材３８が、水平転送線３３の近くに設けられた配線である場合の配置例である。図５（ｂ）は、導電性部材３８が半導体基板である場合の配置例である。
【００３０】
図５（ａ）の例では、水平転送線３３及び導電性部材３８が半導体基板上の同一配線層に配置されている場合の配置例を示している。この場合、図５（ａ）に示されるようにシールド線３５を水平転送線３３と導電性部材３８の間に配置することにより、図３（ａ）の等価回路を実現する配置が可能である。なお、水平転送線３３、シールド線３５、及び導電性部材３８の間は空隙となっているか、あるいはこれらの間には不図示の層間絶縁膜が配されている。水平転送線３３の配線長をＣとし、シールド線３５の配線長をＤとする。この場合、配線長Ｄを配線長Ｃよりも長くすることにより、水平転送線３３から導電性部材３８への電気力線をより確実にシールドできるため、信号振幅の低下量をより低減することができる。ここで、水平転送線３３の配線長Ｃとは、水平転送線３３上において水平走査トランジスタ３２が接続される位置から出力増幅器３４の入力端子までの長さを意味するものとする。なお、図５（ａ）に図示されているように、水平転送線３３と導電性部材３８が同一の層に形成されている場合、シールド線３５もこれらと同一の層に形成することが好ましい。水平転送線３３から導電性部材３８への電気力線をより確実にシールドでき、信号振幅の低下量をより低減することができるためである。
【００３１】
図５（ｂ）の例では、半導体基板である導電性部材３８上に水平転送線３３が配置されている場合の配置例を示している。導電性部材３８上に不図示の層間絶縁膜を介してシールド線３５が配置されている。また、シールド線３５上に不図示の層間絶縁膜を介して水平転送線３３が配置されている。この場合、図５（ｂ）に示されるようにシールド線３５を水平転送線３３の層と導電性部材３８の間の層に配置することにより、図３（ａ）の等価回路を実現する配置が可能である。水平転送線３３の配線幅をＡ、配線長をＣとする。また、シールド線３５の配線幅をＢ、配線長をＤとする。この場合、図５（ａ）の場合と同様に配線長Ｄを配線長Ｃよりも長くすることにより、水平転送線３３から導電性部材３８への電気力線をより確実にシールドできるため、信号振幅の低下量をより低減することができる。更に、配線幅Ｂを配線幅Ａよりも長くすることにより、同様の理由により信号振幅の低下量をより低減することができる。
【００３２】
図５（ａ）及び図５（ｂ）の例において、水平転送線３３とシールド線３５の配線幅及び配線長の大小関係は、上述の関係に限定されるものではない。水平転送線３３とシールド線３５の配線幅及び配線長の関係は、図４により説明した水平転送線３３の電圧が安定するまでの時間（ｔ２−ｔ１）の最適化、配線レイアウトの最適化等、種々の要因を考慮して設計することができる。これらの要因を考慮して設計することで、配線長Ｃが配線長Ｄよりも長い場合、配線長Ｃと配線長Ｄが同じ長さの場合、配線幅Ａが配線幅Ｂよりも長い場合、又は配線幅Ａと配線幅Ｂが同じ長さの場合等であっても十分な信号振幅が得られ得る。
【００３３】
なお、水平転送線３３、シールド線３５及び導電性部材３８の配置は、図５（ａ）又は図５（ｂ）に示す例に限定されるものではなく、寄生容量３６の影響を低減可能であれば適宜変更可能である。更に、図５（ａ）の構成と図５（ｂ）の構成を組み合わせて、水平転送線３３と配線の間に第１のシールド層を配置し、水平転送線３３と半導体基板の間に第２のシールド層を配置する構成としてもよい。この構成によれば、信号振幅の低下量をより低減することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、水平転送線３３と同符号の電圧を有するシールド線３５により、水平転送線３３と導電性部材３８との間の寄生容量の影響が低減される。これにより、信号振幅の低下による画質低下を低減し得る。
【００３５】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る水平転送部５０の等価回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第１の実施形態の水平転送部３０に代えて水平転送部５０が設けられている点を除き、第１の実施形態と同様である。そのため、水平転送部５０以外の部分の説明は省略する。
【００３６】
水平転送部５０は、出力増幅器３４の他に、更に増幅器５４を有する。増幅器５４の入力端子は水平転送線３３と接続され、増幅器５４の出力端子はシールド線３５と接続される。第１の実施形態とは異なり、本実施形態ではシールド線３５は出力増幅器３４の出力端子とは接続されていない。言い換えると、本実施形態の増幅器５４は、出力増幅器３４と別個に設けられていることから、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置の外部に信号を出力する出力増幅器としての機能を有しない。
【００３７】
第１の実施形態では、出力増幅器３４の出力端子にシールド線３５を接続するため、シールド線３５の配線レイアウトは出力増幅器３４の位置による制約を受ける。しかしながら、本実施形態では、出力増幅器３４とは別の増幅器５４の出力端子にシールド線３５を接続するため、シールド線３５の配線レイアウトは出力増幅器３４の位置による制約を受けない。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、配線レイアウトの自由度が向上するため、配線レイアウトの設計が簡易になる効果がある。
【００３８】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る水平転送部６０の等価回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第１の実施形態の水平転送部３０に代えて水平転送部６０が設けられている点を除き、第１の実施形態と同様である。そのため、水平転送部６０以外の部分の説明は省略する。
【００３９】
水平転送部６０は、出力増幅器３４に代えて、出力増幅器６１を有する。出力増幅器６１は、入力トランジスタ６２、出力トランジスタ６３、６４、及び電流源６５、６６、６７を有する。水平転送線３３は入力トランジスタ６２のゲートに接続される。入力トランジスタ６２のドレインには電源電圧が印加される。入力トランジスタ６２のソースは電流源６５、出力トランジスタ６３のゲート及び出力トランジスタ６４のゲートに接続される。出力トランジスタ６３のドレイン及び出力トランジスタ６４のドレインには電源電圧が印加される。出力トランジスタ６３のソースはシールド線３５及び電流源６６に接続される。出力トランジスタ６４のソースは電流源６７に接続されるとともに、出力増幅器６１の出力端子を構成する。すなわち、出力増幅器６１は、水平転送線３３の電圧に相当する電圧をシールド線３５に出力する機能と、出力増幅器６１の出力端子に出力する機能の２つを有するソースフォロワ回路である。
【００４０】
言い換えると、出力増幅器６１において、シールド線３５への出力は出力トランジスタ６３により駆動されている。また、出力増幅器６１の出力端子、すなわち、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置外に伝達する配線への出力は出力トランジスタ６４により駆動されている。したがって、入力トランジスタ６２は、大きな駆動力（電流供給能力）を要しない。これにより、第１の実施形態の効果に加えて、入力トランジスタ６２のゲート容量を小さくできるため、水平転送線３３に寄生し得る出力増幅器６１に起因する寄生容量をより小さくすることができる。そのため、信号振幅の低下による画質低下を更に低減し得る。
【００４１】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る水平転送線３３、シールド線３５及び導電性部材３８の配置図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第１の実施形態において図５を参照して説明した水平転送線３３、シールド線３５及び導電性部材３８の配置を除き、第１の実施形態と同様である。そのため、重複する説明は省略する。
【００４２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、第４の実施形態に係る水平転送線３３、シールド線３５及び導電性部材３８の配置を説明する。図８（ａ）は、導電性部材３８が、水平転送線３３の近くに設けられた配線である場合の配置例である。図８（ｂ）は、導電性部材３８が半導体基板である場合の配置例である。
【００４３】
図８（ａ）に示す本実施形態の配置図は、シールド線３５の配線長Ｄが水平転送線３３の配線長Ｃよりも短い点が第１の実施形態の図５（ａ）と異なる。第１の実施形態のようにシールド線３５が長いと、出力増幅器３４を構成するトランジスタの駆動力によっては、水平走査トランジスタ３２が導通状態になってから水平転送線３３の波形が安定までに要する整定時間が長くなる可能性がある。固体撮像装置の動作速度の観点でこの整定時間が問題となる場合には、図８（ａ）のようにシールド線３５の配線長Ｄを水平転送線３３の配線長Ｃよりも短く設計することで、寄生容量３６の容量値Ｃ２を小さくすることができ、整定時間を短縮できる。また、シールド線３５の配線長Ｄと水平転送線３３の配線長Ｃの関係を適宜設定することにより、第１の実施形態の効果と、固体撮像装置の動作速度の維持の両立を図ることもできる。
【００４４】
図８（ｂ）に示す本実施形態の配置図は、シールド線３５の配線長Ｄが水平転送線３３の配線長Ｃよりも短い点が第１の実施形態の図５（ｂ）と異なる。本例の場合も上述の図８（ａ）の説明と同様の効果が得られる。
【００４５】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。本実施形態に係る固体撮像装置が、第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態の水平転送部３０に代えて水平転送部７０が設けられている点である。水平転送部７０は、２つの出力端子（出力Ａ、出力Ｂ）を有しており、２つの列からの信号を並行して水平転送することができるように構成されている。すなわち、本実施形態の固体撮像装置は、撮像領域１０の一部の列から出力された信号は出力Ａから出力され、撮像領域１０の他の一部の列から出力された信号は出力Ｂから出力されるように構成することで水平転送が高速化されている。図９では、出力Ａに対応する各構成要素の符号には「ａ」が付されており、出力Ｂに対応する各構成要素の符号には「ｂ」が付されている。なお、水平転送部７０で水平転送を並行して行う個数は３つ以上でもよい。
【００４６】
水平転送部７０は、保持容量３１ａ、３１ｂ、水平走査トランジスタ３２ａ、３２ｂ、水平転送線３３ａ、３３ｂ、出力増幅器３４ａ、３４ｂ、及びシールド線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３を有する。本実施形態の水平転送部７０の構成が第１の実施形態の水平転送部３０と異なる点は、シールド線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３の配置である。その他の構成要素については、水平転送のための回路が２系統ある点を除き第１の実施形態とほぼ同様であるため、接続関係の説明を省略又は簡略化する。
【００４７】
第１の配線である水平転送線３３ａは第１の増幅器である出力増幅器３４ａの入力端子に接続される。第２の配線であるシールド線７１ａ及び７２ａは、いずれも出力増幅器３４ａの出力端子に接続されている。第６の配線であるシールド線７３は、接地されている。第４の配線である水平転送線３３ｂは第２の増幅器である出力増幅器３４ｂの入力端子に接続される。第５の配線であるシールド線７１ｂ及び７２ｂは、いずれも第２の増幅器である出力増幅器３４ｂの出力端子に接続されている。なお、シールド線７３が接地されていることは必須ではなく、固定電圧が印加されていればよい。
【００４８】
図１０は、第５の実施形態に係る水平転送線及びシールド線の配置を示す図である。図９に加えて図１０を参照して水平転送線３３ａ、３３ｂ及びシールド線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３の配置を説明する。シールド線７１ａ及び７２ａは、水平転送線３３ａを挟むように水平転送線３３ａに隣接して配置されている。同様に、シールド線７１ｂ及び７２ｂは、水平転送線３３ｂを挟むように水平転送線３３ｂに隣接して配置されている。また、シールド線７３は、シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間に配置されている。シールド線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂは、第１の実施形態と同様に水平転送線３３ａ、３３ｂと導電性部材３８との間の電気力線をシールドする機能を有する。これに加え、シールド線７１ｂ、７２ａは、水平転送線３３ａと水平転送線３３ｂの間のシールドとしての機能をも有する。
【００４９】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、水平転送線３３ａとシールド線７１ａ、７２ａとの電圧差を小さくすること、及び水平転送線３３ｂとシールド線７１ｂ、７２ｂとの電圧差を小さくすることにより信号振幅の低下による画質低下を低減し得る。
【００５０】
シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間にシールド線７３を設けることによる付加的な効果について説明する。シールド線７３を設けない場合、シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間に容量性カップリングによる寄生容量が生じ得る。シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間の寄生容量により、シールド線７２ａ又はシールド線７１ｂの電圧が変動すると、信号振幅の低下による画質低下を低減する効果が十分でない場合がある。更に、水平転送線３３ａと水平転送線３３ｂの電圧波形の不安定化、及び水平転送線３３ａと水平転送線３３ｂの相互間の信号混入も生じ得る。そのため、本実施形態では、シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間に固定電圧を有するシールド線７３を設けている。これにより、シールド線７２ａとシールド線７１ｂの間に生じる寄生容量を低減することができるため、上述の問題の影響が低減されている。
【００５１】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態による撮像システム２００について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態による撮像システム２００の構成例を示すブロック図である。
【００５２】
本実施形態に係る撮像システム２００は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。
【００５３】
撮像システム２００は、バリア２０１、レンズ２０２、絞り２０３、固体撮像装置２０４、信号処理部２０７、タイミング発生部２０８、全体制御・演算部２０９、メモリ部２１０、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１１、外部Ｉ／Ｆ部２１３を有している。固体撮像装置２０４は、第１乃至第５の実施形態に係る固体撮像装置を適用することかできる。
【００５４】
レンズ２０２は、被写体の光学像を固体撮像装置２０４に結像させるためのものである。絞り２０３は、レンズ２０２を通った光量を可変するためのものである。バリア２０１は、レンズ２０２の保護のためのものである。固体撮像装置２０４は、先の実施形態で説明した固体撮像装置であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換するものである。
【００５５】
信号処理部２０７は、固体撮像装置２０４より出力された信号に対し、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換、各種の補正及びデータ圧縮等の処理を行う信号処理装置である。なお、ＡＤ変換を行うＡＤ変換回路は、固体撮像装置２０４と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部２０７も、固体撮像装置２０４と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。タイミング発生部２０８は、固体撮像装置２０４及び信号処理部２０７に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部２０９は、撮像システム２００の全体を制御する全体制御部である。ここで、タイミング信号などは撮像システム２００の外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも固体撮像装置２０４と、固体撮像装置２０４から出力された撮像信号を処理する信号処理部２０７とを有していればよい。
【００５６】
メモリ部２１０は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１１は、記録媒体２１２への記録、あるいは記録媒体２１２からの読み出しを行うためのインターフェース部である。記録媒体２１２は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部Ｉ／Ｆ部２１３は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
【００５７】
このようにして、第１乃至第５の実施形態による固体撮像装置を適用した撮像システムを構成することにより、画質が良好な画像を撮影可能な撮像システムを実現することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００５９】
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。図２に示した画素１００の構成は一例を示したものであり、本発明の固体撮像装置に適用可能な画素１００の構成はこれに限定されるものではない。また、第６の実施形態に示した撮像システム２００は、本発明の固体撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図６に示した構成に限定されるものではない。
【００６０】
上述の実施形態は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
３１    保持容量
３３    水平転送線
３４    出力増幅器
３５    シールド線
１００  画素
【図１】
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【図２】
2017188842.tif 000004
【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】
2017188842.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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