(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含む基板上に形成された水平方向を分割する複数の列及び垂直方向を分割する複数の行により構成されるマトリクス状の画素構造を有し、入射される撮像対象の光像が受光・撮像される受光部と、
前記受光部の表面側に、前記受光部のそれぞれの行の長手方向に対して平行である水平方向を長手方向としてそれぞれ設置され、転送電圧が印加されて前記受光部における電荷転送を行う複数の転送電極と、を備えるフル・フレーム転送型またはフレーム転送型のいずれか一方のＣＣＤを用いて構成された固体撮像装置であって、
前記複数の転送電極の上部にそれぞれ設置され、前記転送電圧が印加され、前記複数の転送電極のうち前記受光部の少なくとも２つの行に設置されたそれぞれ対応する前記転送電極に接続されて、それぞれ補助的に前記転送電圧を印加・供給する金属または金属シリサイドからなる複数の補助電極をさらに備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の補助電極は、前記複数の転送電極に対して斜めである方向を長手方向としてそれぞれ設置されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フル・フレーム転送型またはフレーム転送型のいずれか一方のＣＣＤは、Ｎ相の前記転送電圧によって電荷転送が行われるように構成され、
前記複数の補助電極は、Ｎ以下の本数の前記補助電極を組として補助電極部を構成して、前記補助電極部を複数設置することによってなることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記補助電極部は、前記Ｎ相の前記転送電圧がそれぞれ印加されたＮ本の前記補助電極を組として構成されたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記受光部のそれぞれの列に対して前記複数の補助電極の覆う面積が等しく、かつ、前記受光部のそれぞれの行に対して前記複数の補助電極の覆う面積が等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記受光部のそれぞれの行は、その上部を通り隣り合う前記補助電極の間の領域にある前記転送電極のいずれかに開口部分であるオープンゲートを有し、かつ前記オープンゲートに対応する前記基板の前記ｎ型半導体層内の表面側領域にｐ型半導体からなる拡散層が設置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記受光部のそれぞれの列に対して前記オープンゲートの面積が等しく、かつ、前記受光部のそれぞれの行に対して前記オープンゲートの面積が等しいことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の転送電極及び前記複数の補助電極にそれぞれ印加される前記転送電圧を、前記撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷転送を行いつつ、前記撮像対象の光像のぶれのない受光・撮像を行うＴＤＩ駆動法によって制御する電荷転送制御部をさらに備えることを特徴とする１〜７のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フル・フレーム転送型（ＦＦＴ型）ＣＣＤ、または、フレーム転送型（ＦＴ型）ＣＣＤを備えた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＦＦＴ型ＣＣＤの、３相クロックによる駆動の場合の表面から見た概略構成図を図１１に示す。このＦＦＴ型ＣＣＤは、受光部１及び出力部３からなる。受光部１の斜線の部分は単位画素１ａを示しており、受光部１はその水平方向が、垂直方向を長手方向とするｍ個の列Ｈ１〜Ｈｍに、また垂直方向が、水平方向を長手方向とするｎ個の行Ｖ１〜Ｖｎに分割されて、ｍ×ｎ個の単位画素１ａから受光部１が構成されている。また、出力部３は水平シフトレジスタ３ａとアンプ部３ｂによって構成されている。
【０００３】
また、従来のＦＴ型ＣＣＤの、３相クロックによる駆動の場合の表面から見た概略構成図を図１２に示す。このＦＴ型ＣＣＤの構成はほぼＦＦＴ型ＣＣＤと同様であるが、受光部１及び出力部３と、さらに電荷の蓄積・転送に用いられる蓄積部２を有して構成されている。
【０００４】
これらのＦＦＴ型及びＦＴ型ＣＣＤにおいて、受光部１及び蓄積部２での電荷転送を行うための転送電極（図示していない）は、この表面側に受光部１及び蓄積部２の全体を覆うように、水平方向（各行の長手方向と平行）をその長手方向として設置され、単位画素当たり平行に３本並んで配設された転送電極（３相クロック駆動の場合）によって、垂直シフトレジスタが形成され、この垂直シフトレジスタが受光部１及び蓄積部２を構成する。すなわち、転送電極は長手方向と垂直シフトレジスタの構成方向とが直交する状態で、各行に３本ずつ配設される。各転送電極には３相の転送電圧Ｐ１、Ｐ２及びＰ３がそれぞれ印加され、これらの電圧によって垂直シフトレジスタの電荷転送動作が制御される。なお、垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタにおける電荷転送の方向については、図１１及び図１２に矢印で示してある。
【０００５】
従来、このようなＣＣＤの垂直シフトレジスタを形成するための転送電極としては、光透過性を有する多結晶シリコン（ポリシリコン）が用いられているが、このような多結晶シリコンによる電極は金属に比べて抵抗が大きいという問題がある。
【０００６】
図１３に、垂直シフトレジスタの多結晶シリコンによる配線の等価回路を示す。ＦＴ型やＦＦＴ型ＣＣＤなどで、垂直シフトレジスタにおいて高速の電荷転送を行う場合、この多結晶シリコンの配線抵抗ｒによって電荷転送速度が制限されてしまう。また、外から加える転送電圧によるクロック信号が配線の長さに応じて鈍ってしまい、場所によって波形が歪んでその立ち上がり時間に違いが生じ、結果としてＣＣＤの転送効率（ポテンシャルウェル間の電荷転送の割合）が劣化する。
【０００７】
このような問題に対して、例えば特開昭６３−４６７６３号及び特開平６−７７４６１号に、金属または金属シリサイドによる中間層、多層構造、または裏打ち構造を有する抵抗の小さい転送電極を用いたＣＣＤが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような金属または金属シリサイドを層や裏打ちとして用いた転送電極、あるいは金属製の転送電極等は、光を透過しないために、通常ＦＴ型ＣＣＤの蓄積部、またはインタライン型（ＩＬ型）ＣＣＤの受光部及び蓄積部にのみ用いることができ、ＦＦＴ型及びＦＴ型ＣＣＤの受光部に対しては適用することができない。
【０００９】
これに対し、特開平６−７７４６１号に示されたＦＦＴ型及びＦＴ型ＣＣＤでは、ＣＣＤを裏面照射型とすることで金属または金属シリサイドを用いた転送電極を受光部に用いることが記載されている。裏面照射型ＣＣＤとは、通常のＣＣＤが、表面から入射されて多結晶シリコンなどの転送電極を透過した光を受光部で受光して撮像を行うのに対し、薄い基板を用いてＣＣＤを形成し、裏面からその基板を透過して入射された光を受光して撮像を行うものであり、したがって、表面側に設置される転送電極に影響されずに光の入射・受光を行うことができる。しかしながら、裏面照射型ＣＣＤにおいては、基板を充分に薄く加工しなくてはならないために、その製造工程が複雑であって高価格化し、また基板の薄さによりその強度が低く扱いが難しい、という問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、表面から光が入射されて受光及び撮像が行われ、かつ高速で高効率な電荷転送が可能なＦＦＴ型またはＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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型半導体層を含む基板上に形成された水平方向を分割する複数の列及び垂直方向を分割する複数の行により構成されるマトリクス状の画素構造を有し、入射される撮像対象の光像が受光・撮像される受光部と、受光部の表面側に、受光部のそれぞれの行の長手方向に対して平行である水平方向を長手方向としてそれぞれ設置され、転送電圧が印加されて受光部における電荷転送を行う複数の転送電極と、を備えるフル・フレーム転送型またはフレーム転送型のいずれか一方のＣＣＤを用いて構成された固体撮像装置であって、複数の転送電極の上部にそれぞれ設置され、転送電圧が印加され、複数の転送電極のうち受光部の少なくとも２つの行に設置されたそれぞれ対応する転送電極に接続されて、それぞれ補助的に転送電圧を印加・供給する金属または金属シリサイドからなる複数の補助電極をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、複数の補助電極は、複数の転送電極に対して斜めである方向を長手方向としてそれぞれ設置されたことを特徴としても良い。
【００１３】
上記のように、多結晶シリコンからなる転送電極とは別に、それらの転送電極への電圧の印加・供給に用いられる金属または金属シリサイドからなる補助電極を、受光部の複数の行にある対応する転送電極に接続されるように設置・構成することにより、金属または金属シリサイドからなる層または裏打ち構造が転送電極と一体であったのに対して、転送電極とは異なる構成・形状を有する補助電極となる。したがって、転送電極が受光部全体を覆うように設置されるのに対して、その受光部を覆う面積を必要最小限とするように、また効率的な受光・撮像、及び転送電極への電圧の供給を両立させて行えるように補助電極を構成することが可能となり、これによって表面から光が入射されて受光及び撮像が行われ、かつ高速で高効率な電荷転送が可能なＦＦＴ型またはＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置が実現される。
【００１４】
そのような補助電極の構成としては、例えば補助電極を転送電極に対して斜めに設置する方法がある。
【００１５】
さらに、フル・フレーム転送型またはフレーム転送型のいずれか一方のＣＣＤは、Ｎ相の転送電圧によって電荷転送が行われるように構成され、複数の補助電極は、Ｎ以下の本数の補助電極を組として補助電極部を構成して、補助電極部を複数設置することによってなることを特徴とする。
【００１６】
また、補助電極部は、Ｎ相の転送電圧がそれぞれ印加されたＮ本の補助電極を組として構成されたことを特徴とする。
【００１７】
上述した補助電極を、Ｎ相の転送電圧による駆動（Ｎ相駆動）に対して、Ｎ以下の本数によってそれぞれ補助電極部を構成し、その補助電極部を繰り返し構造によって複数設けることによって、効率的に各相の転送電圧の印加・供給を行うことができる。そのような補助電極構造の効率的な構成としては、例えば、Ｎ相の転送電圧に対応したＮ本の補助電極によって一つの補助電極部を構成し、その補助電極部の繰り返し構造によって補助電極構造を構成することができる。
【００１８】
また、それ以外にも、例えば３相駆動の場合に、それぞれの補助電極部においてそのうちの２相の転送電圧に対応する２本の補助電極によって補助電極部を構成する方法などによっても、動作速度及び効率が向上された固体撮像装置とすることができる。
【００１９】
また、受光部のそれぞれの列に対して複数の補助電極の覆う面積が等しく、かつ、受光部のそれぞれの行に対して複数の補助電極の覆う面積が等しいことを特徴とする。
【００２０】
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物体を撮像する方法として、物体の移動速度に対応した速度で受光部に蓄積される電荷を転送しつつ電荷の蓄積を行うＴＤＩ（Time Delay and Integration）駆動法が用いられるが、各列及び各行での補助電極が覆う面積を同一とした上記の構成の固体撮像装置にこのＴＤＩ駆動法を適用して撮像を行った場合、物体の各位置に対応する電荷蓄積・撮像の感度が撮像される光像全体で均一な撮像を行うことが可能となる。
【００２１】
さらに、受光部のそれぞれの行は、その上部を通り隣り合う補助電極の間の領域にある転送電極のいずれかに開口部分であるオープンゲートを有し、かつオープンゲートに対応する基板のｎ型半導体層内の表面側領域にｐ型半導体からなる拡散層が設置されたことを特徴とする。
【００２２】
特に、半導体ウエハの検査等においては、例えば波長４００nm以下の紫外光に対して感度を有するＣＣＤが必要であるが、多結晶シリコンにおいては、短波長光の吸収による青色または紫外光に対する感度の低下が問題となる。これに対して、受光部のうち、補助電極が存在しない画素の一部を多結晶シリコンからなる転送電極が配置されない開口部分とし、その開口部分にある画素の電位を固定するために拡散層を設けたオープンゲートを有するように構成することによって、紫外光に対する感度を向上させた固体撮像装置とすることができる。
【００２３】
このような、高速電荷転送のための金属等を用いた電極構造と、オープンゲート構造との両立は、本発明による電極構造によってはじめて可能となるものである。これによって、高速で動作して、かつ紫外光に対する感度が高い固体撮像装置が実現される。
【００２４】
また、このオープンゲートについても、受光部のそれぞれの列に対してオープンゲートの面積が等しく、かつ、受光部のそれぞれの行に対してオープンゲートの面積が等しいように構成することによって、ＴＤＩ駆動法による撮像において電荷蓄積・撮像の感度が撮像される光像全体で均一な撮像を行うことができる。
【００２５】
また、複数の転送電極及び複数の補助電極にそれぞれ印加される転送電圧を、撮像対象の移動速度に対応した速度で電荷転送を行いつつ、撮像対象の光像のぶれのない受光・撮像を行うＴＤＩ駆動法によって制御する電荷転送制御部をさらに備える構成としても良い。このような構成とすることによって、上記したＴＤＩ駆動法による撮像を行う固定撮像装置とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による固体撮像装置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。
【００２７】
図１は、本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の、３相駆動での一実施形態における補助電極の配線構成を模式的に示す概略構成図である。
【００２８】
なお、画素構造等は図１１に示したものと同様であり、受光部１はその水平方向が、垂直方向を長手方向とするｍ個の列Ｈ１〜Ｈｍに、また垂直方向が、水平方向を長手方向とするｎ個の行Ｖ１〜Ｖｎに分割されて、ｍ×ｎ個の単位画素から構成されている。また、出力部３は、水平シフトレジスタ３ａ及びアンプ部３ｂによって構成されている。
【００２９】
光透過性を有する、好ましくは多結晶シリコンからなる転送電極（図示していない）は、受光部１の表面側に受光部１の全体を覆って、各行Ｖｊ（ｊ＝１〜ｎ）の長手方向と平行な方向（水平方向）に各行に対して３本ずつ、それぞれ異なる位相（時間依存性）を有する３相の転送電圧Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が印加されて配設される。それに対して本実施形態では、配線抵抗が小さい金属製、好ましくはアルミニウム製、の補助電極部１１〜１９が、転送電極に対して、したがって受光部１の各列及び各行に対して右上がり斜めに配設されている。
【００３０】
これらはそれぞれ３本の補助電極、例えば補助電極部１１は３本の補助電極１１ａ、１１ｂ及び１１ｃ、によって構成・設置されており、それぞれの補助電極には、補助電極１１ａには転送電圧Ｐ１が、補助電極１１ｂには転送電圧Ｐ２が、補助電極１１ｃには転送電圧Ｐ３が印加され、後述するように転送電圧が対応している転送電極に対してそれぞれ接続されて、それらの転送電極に所定の転送電圧が供給される。他の補助電極部１２〜１９の構成・接続等についても同様である。
【００３１】
また、これらの補助電極部１１〜１９は、受光部１の全体にわたって、等しい設置間隔での繰り返し構造を有して構成・設置されている。このような繰り返し構造を有することによって、各転送電極に対して効率的かつ均一に転送電圧の供給を行うことができる。なお、これらの転送電極及び補助電極に印加される転送電圧Ｐ１〜Ｐ３は、電荷転送制御部４によって制御されている。
【００３２】
従来の層構造または裏打ち構造などと同様に、これらの補助電極を転送電極に対して平行に、すなわち単一の行の上部のみを通るように配設した場合、各転送電極に必要な転送電圧を供給するためには、結局受光部１の全体に光を透過しない金属製等の補助電極を設置する必要があり、受光部１への光の入射が行えず、表面照射型ＣＣＤとして用いることができない。
【００３３】
これに対して、本実施形態のように転送電極に対して斜めにするなど、転送電極に対して平行でない、すなわち複数の行の上部を通るように補助電極を構成・設置することにより、補助電極に覆われていない受光可能な領域が充分に広くなるように構成することが可能となる。
【００３４】
また特に、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である物体を撮像する方法として、その物体の移動速度に対応した速度で、受光部１の各画素に転送電極に印加された転送電圧によって形成されたポテンシャルウェルに蓄積される電荷（電荷パケット）を転送しつつ電荷の蓄積・撮像を継続的に行うＴＤＩ（Time Delay and Integration）駆動法が用いられる。このような駆動法は、上述した電荷転送制御部４による転送電圧の制御によって実現される。
【００３５】
このような方法によれば、受光部１の特定の電荷パケットは、常に撮像対象である移動している物体の特定の位置に対応して、ぶれのない撮像を行うことができる。特にこのような撮像方法においては、撮像の不感領域である補助電極の覆う面積が、各列Ｈｉ（ｉ＝１〜ｍ）に対して、及び各行Ｖｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対してそれぞれ等しく構成されていることが望ましい。
【００３６】
本実施形態においては、各列Ｈｉに対しては、例えば補助電極１２ａの上端１２ａｈ及び補助電極１７ａの下端１７ａｈ、等の対応する補助電極の上端と下端との水平方向の位置を一致・対応させることによって、また、各行Ｖｊに対しては、例えば補助電極１２ａの左端１２ａｖ及び補助電極１６ａの右端１６ａｖ、等の対応する補助電極の左端と右端との垂直方向の位置を一致・対応させることによって、上記の条件、すなわち補助電極の覆う面積が各列及び各行に対して等しい構成を実現している。このように構成することによって、ＴＤＩ駆動法を適用して撮像を行った場合に、物体の各位置に対応する受光部１上の移動する電荷パケットが、補助電極による不感領域を通過する時間・割合を等しくすることができ、したがって、撮像感度が撮像される光像全体に対して均一になる撮像を行うことが可能となる。
【００３７】
図２は、図１に示した３相駆動でのＦＦＴ型ＣＣＤの、受光部１の表面における転送電極及び補助電極の電極構造について、その一部を拡大して示す構成図である。また、図３は、図２に示した電極構造のＩ−Ｉ矢印断面図である。なお、垂直シフトレジスタの構成方向と直交する方向に設置されている転送電極は、それぞれ隣り合う転送電極とその両側端部（長手方向と平行な上端・下端部）が、例えば図３に示されているように一部重なり合って構成されているが、図２においては、その電極構造の構成及び接続関係を明示するために、各転送電極の重なり部分は示していない。図の縮尺については、図２においては垂直方向及び水平方向の縮尺は必ずしも一致していない。また、図３においては見やすさのために、図２とは異なる縮尺で電極構造が図示されている。
【００３８】
各転送電極は多結晶シリコンからなり、例えば転送電極１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃの３本の覆う部分が、受光部の１つの行Ｖｊ分に相当している。また、受光部の各列Ｈｉは、図２において２本の隣接する垂直方向の点線で囲んで、一定間隔に並んで示されているアイソレーション領域１ｂ（図中、符号１ｂはそのうちの１つのみに付されている）によって分割されて、これによって受光部の各単位画素が形成される。各転送電極には、例えば転送電極１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃに異なる位相を有する３相の転送電圧Ｐ１、Ｐ２及びＰ３がそれぞれ印加され、それらの転送電圧とその時間的変化によって、受光部の各画素に形成されるポテンシャルウェルと蓄積された電荷パケットの位置が時間とともに移動されて、これによって電荷の垂直方向への転送が行われる。転送電極１１２ａ〜１１２ｃ以下の他の転送電極についても同様である。
【００３９】
多結晶シリコンからなる各転送電極はその配線抵抗が金属などに比べて大きいが、それらに対して確実に転送電圧を供給して高速な転送速度を実現するために、上述したように配線抵抗が小さい金属製、好ましくはアルミニウム製、の補助電極による配線が右上がり斜めに設置されて、転送電極に接続される。
【００４０】
図２においては、３相駆動に対応する互いに平行な３本の補助電極１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃを１組として補助電極部１１０が構成されて、転送電極に対して右上がり斜めに設置され、転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａが、接続部１１２ｅにおいて転送電極１１２ａに、接続部１１３ｅにおいて転送電極１１３ａに、また接続部１１４ｅにおいて転送電極１１４ａに接続されている。同様に、転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１１０ｂが、接続部１１２ｆにおいて転送電極１１２ｂに、接続部１１３ｆにおいて転送電極１１３ｂに、また接続部１１４ｆにおいて転送電極１１４ｂに接続され、また、転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１１０ｃが、接続部１１２ｇにおいて転送電極１１２ｃに、接続部１１３ｇにおいて転送電極１１３ｃに、また接続部１１４ｇにおいて転送電極１１４ｃに接続されている。
【００４１】
このように補助電極による配線とその転送電極への接続による転送電圧の印加・供給を行うことにより、各転送電極に高速、かつ波形が歪まない状態で各相の駆動クロックを供給して、高転送速度・高転送効率の電荷転送を実現することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、垂直方向については、画素５行分、すなわち転送電極１５本分（例えば１１１ａ〜１１５ｃ）をその間隔とした繰り返し構造を有して平行に補助電極部が設置されており、図２においては、上記した補助電極１１０ａ〜１１０ｃからなる補助電極部１１０の次の１組である、補助電極１２０ａ〜１２０ｃからなる補助電極部１２０の一部が下方に示されている。水平方向については、図２においては画素６列分のみ示してあるが、補助電極における接続部は等間隔に設けられており、図示した列以外の画素においても、順次転送電極との接続による電圧の供給が行われる。
【００４３】
各転送電極のうち転送電圧Ｐ３が印加されている電極、図中においては転送電極１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃ、１１４ｃ、１１５ｃ及び１２１ｃ、は、補助電極がその上部に配置されていない画素部分に、多結晶シリコンからなる転送電極が設置されない開口部分であるオープンゲートを有している。多結晶シリコンからなる転送電極を用いた場合においては、短波長光の吸収による紫外光、例えば波長４００nm以下の紫外光、に対する感度の低下が問題となる。このような問題に対し、上記のように転送電極が存在しないオープンゲートを有する構造とすることによって、オープンゲートの領域は紫外光に充分な感度を有するので、紫外光に対する感度を向上させたＣＣＤとすることができる。
【００４４】
本実施形態におけるオープンゲート構造は、上記した転送電極１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃ、１１４ｃ、１１５ｃ及び１２１ｃに対して、隣接する補助電極部の間の領域にそれぞれ６列分の開口部分を設けることによって構成されている。図２においては、転送電極１１５ｃについてはその開口部分の全体が示され、それ以外の転送電極１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃ、１１４ｃ及び１２１ｃについてはその開口部分の右側または左側の一部が示されている。
【００４５】
なお、オープンゲートが設置される位置については、上部に補助電極が存在している画素部分を含んで設置すると、転送ゲートである転送電極が間に存在しないため、補助電極が実効的に転送ゲートとして機能してしまい、電荷の転送不良を起こす可能性がある。したがって上記のように、オープンゲートはその領域に補助電極が存在していない画素部分のみに設置することが望ましい。また、本実施形態においては、ＴＤＩ駆動法による撮像方法を行った場合に均一な波長感度による撮像を実現するため、補助電極についてと同様に、オープンゲートの領域の面積が、各列Ｈｉ及び各行Ｖｊに対して等しくなるようにこれらのオープンゲート構造が構成・設置されている。
【００４６】
図３は、図２に示した電極構造のＩ−Ｉ矢印断面図である。ただし、図３においてはその断面のうち転送電極１１２ｃ〜１２２ａに相当する領域についてのみ示してある。図２に示した転送電極及び補助電極等は、ｐ型半導体層であるｐ層２２及びｎ型半導体層であるｎ層２３からなるｐｎ接合を有する半導体基板２０の上に、酸化膜２１を介して形成されている。互いにその領域が一部重なりあっている転送電極は、それぞれ酸化膜である絶縁膜２５によって電気的に絶縁されて設置されている。
【００４７】
補助電極１１０ａ〜１１０ｃは、絶縁膜２５により隔てられることによって、直接には各転送電極と接触・接続されない状態に配置されている。図３には、これらの補助電極１１０ａ〜１１０ｃと、転送電極１１３ａ〜１１３ｃとの接続が示されている。すなわち、補助電極１１０ａ〜１１０ｃと、転送電極１１３ａ〜１１３ｃとの間の絶縁膜２５を貫通するように設けられた金属製、好ましくはアルミニウム製、の接続部１１３ｅ〜１１３ｇによって両者がそれぞれ接続されて、これによって補助電極１１０ａ〜１１０ｃから転送電極１１３ａ〜１１３ｃに対して、対応する転送電圧Ｐ１〜Ｐ３がそれぞれ印加・供給される。
【００４８】
また、転送電極が設置されていないオープンゲートの領域（図３には、転送電極１１４ｃ、１１５ｃ及び１２１ｃの開口部分に対応するオープンゲートが示されている）には、ｎ層２３内の酸化膜２１に面する上部領域にｐ型半導体層からなる拡散層２４がそれぞれ形成されている。このような拡散層２４を形成してその電位を固定（例えば基板電位に固定）し、他の転送電極との相対的な電位を変えることによって、転送電極が設置されていないこれらのオープンゲートの領域においても、電荷の転送を実現している。
【００４９】
このような構成による補助電極は、３相駆動以外の駆動クロックによるＣＣＤについても同様に適用することができる。図４は、そのような４相駆動でのＦＦＴ型ＣＣＤの電極構造について、その一部を拡大して示す構成図である。また、図５は、図４に示した電極構造のII−II矢印断面図である。ただし、図５においてはその断面のうち転送電極１１１ｄ〜１１５ｃに相当する領域についてのみ示してある。
【００５０】
多結晶シリコンからなる各転送電極は、例えば転送電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄの４本の覆う部分が、受光部の１つの行Ｖｊ分に相当している。各転送電極には、例えば転送電極１１１ａ〜１１１ｄに異なる位相を有する４相の転送電圧Ｐ１〜Ｐ４がそれぞれ印加されて、電荷の転送が行われる。転送電極１１２ａ〜１１２ｄ以下の他の転送電極についても同様である。
【００５１】
これらの転送電極に対して、４相駆動に対応する互いに平行な４本の補助電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄを１組として補助電極部１１０が構成されて、転送電極に対して右上がり斜めに設置され、転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａが、接続部１１２ｅにおいて転送電極１１２ａに、接続部１１３ｅにおいて転送電極１１３ａに、また接続部１１４ｅにおいて転送電極１１４ａに接続されている。同様に、転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１１０ｂが、接続部１１２ｆにおいて転送電極１１２ｂに、接続部１１３ｆにおいて転送電極１１３ｂに、また接続部１１４ｆにおいて転送電極１１４ｂに接続され、転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１１０ｃが、接続部１１２ｇにおいて転送電極１１２ｃに、接続部１１３ｇにおいて転送電極１１３ｃに、また接続部１１４ｇにおいて転送電極１１４ｃに接続され、また、転送電圧Ｐ４が印加された補助電極１１０ｄが、接続部１１２ｈにおいて転送電極１１２ｄに、接続部１１３ｈにおいて転送電極１１３ｄに、また接続部１１４ｈにおいて転送電極１１４ｄに接続されている。
【００５２】
また、本実施形態においては、垂直方向については、画素５行分、すなわち転送電極２０本分（例えば１１１ａ〜１１５ｄ）をその間隔とした繰り返し構造を有して平行に補助電極部が設置されており、図４においては、上記した補助電極１１０ａ〜１１０ｄからなる補助電極部１１０の次の１組である、補助電極１２０ａ〜１２０ｄからなる補助電極部１２０の一部が下方に示されている。水平方向については、図４においては画素６列分のみ示してあるが、補助電極における接続部は等間隔に設けられており、図示した列以外の画素においても、順次転送電極との接続による電圧の供給が行われる。
【００５３】
また、転送電圧Ｐ１が印加されている電極、図中においては転送電極１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａ、１１５ａ及び１２１ａ、は、隣接する補助電極部の間の領域に設けられたそれぞれ４列分の開口部分からなるオープンゲートを有しており、これによって紫外光に対する感度が向上されている。なお、補助電極及びオープンゲートの領域の面積を各列及び各行に対して等しく構成すること、各電極の基板上への形成方法、オープンゲートの領域における拡散層２４の形成、等については、３相駆動による実施形態の場合と同様である。
【００５４】
図６は、２相駆動でのＦＦＴ型ＣＣＤの電極構造について同様に、その一部を拡大して示す構成図である。また、図７は、図６に示した電極構造のIII−III矢印断面図である。ただし、図７においてはその断面のうち転送電極１１１ｄ〜１１５ｃに相当する領域についてのみ示してある。
【００５５】
２相駆動においては、上記した３相または４相駆動の場合と同様の電極・基板構造を用いた場合、その電荷転送方向を一方向に定めることができず、したがって効率的な電荷転送が行えない。そのため、本実施形態における電極・基板構造は、上記３相または４相駆動の実施形態とやや異なっている。
【００５６】
多結晶シリコンからなる各転送電極は、例えば転送電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄの４本の覆う部分が、受光部の１つの行Ｖｊ分に相当している。これらの転送電極は、転送電極１１１ａ及び１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄの２本ずつがそれぞれ組となっており、異なる位相を有する２相の転送電圧Ｐ１及びＰ２は、転送電極１１１ａ及び１１１ｂに転送電圧Ｐ１が、転送電極１１１ｃ及び１１１ｄに転送電圧Ｐ２がそれぞれ印加されて、電荷の転送が行われる。
【００５７】
これらの転送電極に対して、２相駆動に対応する互いに平行な２本の補助電極１１０ａ及び１１０ｂを１組として補助電極部１１０が構成されて、転送電極に対して右上がり斜めに設置され、転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａが、接続部１１２ｅにおいて転送電極１１２ａ及び１１２ｂに、接続部１１３ｅにおいて転送電極１１３ａ及び１１３ｂに、また接続部１１４ｅにおいて転送電極１１４ａ及び１１４ｂに接続されている。同様に、転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１１０ｂが、接続部１１２ｆにおいて転送電極１１２ｃ及び１１２ｄに、接続部１１３ｆにおいて転送電極１１３ｃ及び１１３ｄに、また接続部１１４ｆにおいて転送電極１１４ｃ及び１１４ｄに接続されている。
【００５８】
また、本実施形態においては、垂直方向については、画素５行分、すなわち転送電極２０本分（例えば１１１ａ〜１１５ｄ）をその間隔とした繰り返し構造を有して平行に補助電極部が設置されており、図６においては、上記した補助電極１１０ａ及び１１０ｂからなる補助電極部１１０の次の１組である、補助電極１２０ａ及び１２０ｂからなる補助電極部１２０の一部が下方に示されている。水平方向については、図６においては画素６列分のみ示してあるが、補助電極における接続部は等間隔に設けられており、図示した列以外の画素においても、順次転送電極との接続による電圧の供給が行われる。
【００５９】
また、転送電圧Ｐ１が印加されている電極、図中においては転送電極１１１ａ及び１１１ｂ、１１２ａ及び１１２ｂ、１１３ａ及び１１３ｂ、１１４ａ及び１１４ｂ、１１５ａ及び１１５ｂ、１２１ａ及び１２１ｂ、は、隣接する補助電極部の間の領域に設けられたそれぞれ４列分の開口部分からなるオープンゲートを有しており、これによって紫外光に対する感度が向上されている。なお、補助電極及びオープンゲートの領域の面積を各列及び各行に対して等しく構成すること等については、３相及び４相駆動による実施形態の場合と同様である。
【００６０】
図７は、図６に示した電極構造のIII−III矢印断面図である。本実施形態における半導体基板２０は、ｐ層２２と、ｐ層２２に接合されたｎ- 層２３ａ及びｎ層２３ｂからなる層によって構成されている。図６に示した転送電極及び補助電極等は、この半導体基板２０の上に、酸化膜２１を介して形成されている。互いにその領域が一部重なりあっている転送電極は、それぞれ酸化膜である絶縁膜２５によって電気的に絶縁されて設置されている。
【００６１】
補助電極１１０ａ及び１１０ｂは、絶縁膜２５によって隔てられることによって、直接には各転送電極と接触・接続されない状態に配置される。図７には、補助電極１１０ａと、転送電極１１２ａ及び１１２ｂとの接続が示されている。すなわち、補助電極１１０ａと、転送電極１１２ａ及び１１２ｂとの間の絶縁膜２５を貫通するように設けられた金属製、好ましくはアルミニウム製、の接続部１１２ｅによって両者が接続されて、これによって補助電極１１０ａから転送電極１１２ａ及び１１２ｂに対して、転送電圧Ｐ１が供給される。なお、本実施形態においては、例えば補助電極１１０ａと転送電極１１２ａ及び１１２ｂとの接続、及び補助電極１１０ｂと転送電極１１２ｃ及び１１２ｄとの接続が、異なる列において行われているため、図７に示す断面図においては、補助電極１１０ｂについてはその接続が示されていない。
【００６２】
ｎ- 層２３ａ及びｎ層２３ｂからなる構造は、転送電極の構造に対応されて設けられている。例えば転送電極１１２ａ〜１１２ｄについては、転送電極１１２ａ及び１１２ｃの下部にはｎ- 層２３ａが、また、転送電極１１２ｂ及び１１２ｄの下部にはｎ層２３ｂがそれぞれ形成されている。他の転送電極の部分についても同様の対応関係によってｎ- 層２３ａ及びｎ層２３ｂが交互に形成されている。このような構成とすることによって、同じ電圧が与えられている隣接する２本の転送電極、例えば転送電極１１２ａ及び１１２ｂ、によって形成されるポテンシャルウェルの深さをそれぞれ異なるものとして、その間の電荷転送を実現している。
【００６３】
すなわち、ｎ- 層２３ａ及びｎ層２３ｂに対して同一の転送電圧が転送電極から与えられた場合、ｎ層２３ｂの方がｎ- 層２３ａに比べてポテンシャルウェルの深さが深くなって、電荷はｎ- 層２３ａからｎ層２３ｂへと転送される。このようなｎ- 層２３ａ及びｎ層２３ｂによる一方向への電荷転送と、３相及び４相駆動の場合と同様の２相の転送電圧Ｐ１及びＰ２の変化による電荷転送によって、電荷の垂直方向の一方向への転送が実現される。
【００６４】
補助電極を用いた電極構造は、上記したものはＮ相駆動（Ｎ＝２、３、４）に対してＮ本の補助電極とその繰り返し構造を設置したものであるが、その他の構造、例えばＮ相駆動（ただしＮは３以上）に対して２本の補助電極の繰り返し構造を適用することも可能である。
【００６５】
図８に、３相駆動でのＦＦＴ型ＣＣＤの電極構造について、２本の補助電極を１組とした場合の実施形態を示す。本実施形態においては、それぞれの補助電極部は、転送電圧Ｐ３が印加されオープンゲートを有する転送電極（例えば１１１ｃ）、及び転送電圧Ｐ１及びＰ２が印加されるそれ以外の２つの転送電極（例えば１１１ａ及び１１１ｂ）のうち一方の電極、の２つの転送電極へ転送電圧の供給を行う２本の補助電極から構成される。なお、図８においては、補助電極の繰り返し構造を示すために、さらに一部の行を適宜省略しているが、本実施形態における転送電極の構成、及び補助電極部の繰り返し構造の周期等は、図２に示したものと同一である。
【００６６】
補助電極部１１０は転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａ及び転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１１０ｃからなり、転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａが、接続部１１２ｅにおいて転送電極１１２ａに接続され、また、転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１１０ｃが、接続部１１２ｇにおいて転送電極１１２ｃに接続されている。他の転送電極との接続については、図２に示した補助電極１１０ａ及び１１０ｃと同様である。
【００６７】
次に、補助電極部１２０は転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１２０ｂ及び転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１２０ｃからなり、転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１２０ｂが、接続部１２２ｆにおいて転送電極１２２ｂに接続され、また、転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１２０ｃが、接続部１２２ｇにおいて転送電極１２２ｃに接続されている。
【００６８】
さらに、次の１組である補助電極部１３０は補助電極部１１０と同様に転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１３０ａ及び転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１３０ｃからなり、以下、このような２本の補助電極の組からなる２種類の補助電極部の交互の繰り返し構造によって、補助電極による配線構造が構成される。
【００６９】
この場合、各行に対する３本の転送電極のうち、オープンゲートを有しない２本中の１本について補助電極が接続されないが、隣り合う転送電極はともに補助電極が接続されているので、これによって、多結晶シリコンの配線抵抗の影響を最小限に抑えて、転送速度及び転送効率が向上されたＣＣＤとすることができる。
【００７０】
図９に、４相駆動でのＦＦＴ型ＣＣＤの電極構造について、同様に２本の補助電極を１組とした場合の実施形態を示す。本実施形態においては、それぞれの補助電極部は、転送電圧Ｐ１が印加されオープンゲートを有する転送電極（例えば１１１ａ）、及び転送電圧Ｐ２、Ｐ３及びＰ４が印加されるそれ以外の３つの転送電極（例えば１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄ）のうち１つの電極、の２つの転送電極へ転送電圧の供給を行う２本の補助電極から構成される。なお、転送電極の構成、及び補助電極部の繰り返し構造の周期等は、図４に示したものと同一である。
【００７１】
すなわち、補助電極部１１０は転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１１０ａ及び転送電圧Ｐ２が印加された補助電極１１０ｂからなり、補助電極部１２０は転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１２０ａ及び転送電圧Ｐ３が印加された補助電極１２０ｃからなり、補助電極部１３０は転送電圧Ｐ１が印加された補助電極１３０ａ及び転送電圧Ｐ４が印加された補助電極１３０ｄからなって、それぞれ対応する転送電極に転送電圧を印加・供給し、以下、このような２本の補助電極の組からなる３種類の補助電極部の繰り返し構造によって、補助電極による配線構造が構成される。
【００７２】
本発明による転送電極及び補助電極を有するＣＣＤを備える固体撮像装置は、上記の形態に限られず、様々な形態を用いることが可能である。例えば、補助電極の形状については、上記した実施形態ではいずれも図１に示したような右上がりの斜め構造を用いたが、例えば折り返しを有する斜め構造（Ｖ字状の構造）など、様々な形状を用いることができる。図１０に、ＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の、３相駆動でのそのような補助電極の配線構成を示す。補助電極部１１〜１７は、いずれも水平方向の中心位置を境界として、右側で右上がり斜め、左側で左上がり斜めである左右対称な構成とされている。なお、本実施形態においても、撮像の不感領域である補助電極の覆う面積は、各列及び各行に対してそれぞれ等しくされている。
【００７３】
また、補助電極の材質については、例えばＣｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の他の金属、またはＴｉＳｉ2、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＮｂＳｉ2等の金属シリサイドを用いても良い。
【００７４】
なお、以上においては、ＦＦＴ型ＣＣＤの受光部での電極構造について示したが、このような電極構造はＦＴ型ＣＣＤの受光部に対しても全く同様に適用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明による固体撮像装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、ＦＦＴ型ＣＣＤまたはＦＴ型ＣＣＤの受光部において、金属に比べて配線抵抗が大きい多結晶シリコンからなる転送電極に加えて、それとは別に金属または金属シリサイドからなる補助電極を、転送電極に対して斜めに配置するなど転送電極とは異なる構成・形状によって設置することによって、受光部のうちで光を透過しない補助電極が覆う面積を必要最小限となるように構成して、効率的な受光・撮像と、転送電極への転送電圧の供給による高速度かつ高効率の電荷転送とを両立させた固体撮像装置を実現することができる。
【００７６】
また、このとき、補助電極が存在しない領域に、転送電極を開口部分としたオープンゲートを設けることによって、紫外光に対する感度を向上させた固体撮像装置とすることができる。
【００７７】
特に、このような固体撮像装置において、補助電極、及びオープンゲートの面積を受光部の各列及び各行に対して等しくなるように構成することによって、ＴＤＩ駆動法を用いた撮像を行ったときに、撮像対象の光像の各位置に対応するそれぞれの電荷パケットに対して撮像感度が均一になるような撮像を行うことが可能となる。このような撮像方法は、ベルトコンベア上にあって一定速度で移動している物体を検査するウエハ検査装置やホトマスク検査装置等の用途に求められるものである。これらの検査装置においては特に波長４００nm以下の紫外光に対する感度が必要な場合があるが、本発明による固体撮像装置を用いることによって、紫外光に対して高い感度を有して、かつ高速動作が可能なＴＤＩ駆動ＣＣＤが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の３相駆動での実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の受光部表面の拡大構成図である。
【図３】図２に示した固体撮像装置のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図４】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の４相駆動での実施形態を示す受光部表面の拡大構成図である。
【図５】図４に示した固体撮像装置のII−II矢印断面図である。
【図６】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の２相駆動での実施形態を示す受光部表面の拡大構成図である。
【図７】図６に示した固体撮像装置のIII−III矢印断面図である。
【図８】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の３相駆動での他の実施形態を示す受光部表面の拡大構成図である。
【図９】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の４相駆動での他の実施形態を示す受光部表面の拡大構成図である。
【図１０】本発明に係るＦＦＴ型ＣＣＤによる固体撮像装置の３相駆動での他の実施形態を示す構成図である。
【図１１】ＦＦＴ型ＣＣＤの概略構成図である。
【図１２】ＦＴ型ＣＣＤの概略構成図である。
【図１３】従来の垂直シフトレジスタの配線の等価回路図である。
【符号の説明】
１…受光部、１ａ…単位画素、１ｂ…アイソレーション領域、２…蓄積部、３…出力部、３ａ…水平シフトレジスタ、３ｂ…アンプ部、４…電荷転送制御部、１１〜１９…補助電極部、２０…半導体基板、２１…酸化膜、２２…ｐ層、２３…ｎ層、２３ａ…ｎ-層、２３ｂ…ｎ層、２４…拡散層、２５…絶縁膜、
１１０、１２０、１３０…補助電極部、１１０ａ〜ｄ、１２０ａ〜ｄ、１３０ａ〜ｄ…補助電極、１１１ａ〜１１１ｄ、１１２ａ〜１１２ｄ、１１３ａ〜１１３ｄ、１１４ａ〜１１４ｄ、１１５ａ〜１１５ｄ…転送電極、１１２ｅ〜１１２ｈ、１１３ｅ〜１１３ｈ、１１４ｅ〜１１４ｈ…接続部。
【図１】
0004271753.tif 000002
【図２】
0004271753.tif 000003
【図３】
0004271753.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004271753.tif 000008
【図８】
0004271753.tif 000009
【図９】
0004271753.tif 000010
【図１０】
0004271753.tif 000011
【図１１】
0004271753.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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