JP5595380B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置に関する。

従来、入射した光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置が知られており、この固体撮像装置から得た映像信号に基づいて画像を表示するデジタルスチルカメラ（Digital Still Camera，ＤＳＣ）が知られている。近年では、固体撮像装置を用いたカメラは、画質および機能のさらなる向上が要望され、高画素化に伴う、画素の微細化が進んでいる。

このような固体撮像装置において、映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素の間引きや、複数の信号電荷の混合により、出力映像信号の画素数を減らす方法が提案されている。具体的には、画素の間引きや混合を実現するために、垂直転送部と水平転送部との間において、信号電荷の転送を制御する方法が提案されている。あるいは、水平転送部を複数設けることにより、映像信号の出力スピードを向上させる方法も提案されている。

例えば、特許文献１では、垂直転送部と水平転送部との間に、ホールドゲート部と信号電荷を間引くための電荷排出部とを設け、列方向の間引きを行っている。また、特許文献２では、垂直転送部と水平転送部との間に、列ごとに独立に制御する独立電極を有する振り分け転送部を設け、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を制御している。さらに、特許文献３では、並列に水平転送部を２本配置した出力方式を取り、２ライン分の信号電荷を同時に水平転送することにより、高速駆動を実現している。

図１４は、従来の固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。

同図に示す固体撮像装置８０１は、画素部８０２と、振り分け転送部８０５と、水平転送部８０６ａと、出力部８０７と、シャント配線８０８とを備える。具体的には、固体撮像装置８０１は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６と、水平転送電極Ｈ１及びＨ２と、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ、Ｖ８Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ８Ｃ、Ｖ７Ｒ及びＶ８Ｒとを有する電荷結合素子（Charge Coupled Device，ＣＣＤ）を備え、駆動パルスφＶ１〜φＶ６、φＨ１、φＨ２、φＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒにより駆動される。ここで、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６は画素部２の全列にわたり共通の電極である。また、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ、Ｖ８Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ８Ｃ、Ｖ７Ｒ及びＶ８Ｒは、画素部８０２の各列において島状に分離した独立の電極であり、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ及びＶ８Ｌが同一列、振り分け転送電極Ｖ７Ｃ及びＶ８Ｃが同一列、振り分け転送電極Ｖ７Ｒ及びＶ８Ｒが同一列の電極である。

画素部８０２は、入射した光を電気信号に変換する光電変換部８０３と、得られた信号電荷を駆動パルスφＶ１〜φＶ６に応じて垂直方向（図中、下方向）に転送する垂直転送部８０４とを含む。垂直転送部８０４により垂直方向に転送された信号電荷は、水平転送部８０６ａへ移動する際に、垂直転送部８０４の最終段を含む振り分け転送部８０５にて、水平転送部８０６ａへの信号の転送及び保持を制御されている。振り分け転送部８０５から水平転送部８０６ａへ転送された信号電荷は、水平転送部８０６ａにより水平方向（図中、左方向）へ転送され、信号電荷を電圧に変換して出力する出力部８０７へ読み出される。

ここで、振り分け転送部８０５は、シャント配線８０８に印加される駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒに応じて、信号電荷を保持する、又は水平転送部８０６ａへ転送する。

図１５は、固体撮像装置８０１の配線レイアウトの詳細を示す図である。なお、同図は水平転送部８０６ａ付近を中心に図示されている。

画素部８０２は、垂直転送部８０４上に、垂直転送電極８１１が配置されている。この垂直転送電極８１１は、コンタクト８１５を介してシャント配線８２１と電気的に接続され、シャント配線８２１を伝達する駆動パルスφＶ１〜φＶ６が印加される。

振り分け転送部８０５は、垂直転送部８０４の最終段上に、振り分け転送電極８１２が配置されている。この振り分け転送部８０５は、コンタクト８１５及びシャント配線８０８を介して、バスライン配線８１４と電気的に接続され、バスライン配線８１４を伝達する駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒが印加される。

バスライン配線８１４は、振り分け転送部８０５に対して、水平転送部８０６ａを跨いだ部分に配置されている。

特開２００８−１９３０５０号公報 特開２００６−１３１７６号公報 特許第２９９６０５０号

しかしながら、水平転送部８０６ａを跨いだシャント配線８０８を用いる場合、シャント配線８０８は、水平転送電極８１３上方に配置されることにより、水平転送電極８１３との間でカップリング容量を持つ。これにより、シャント配線８０８を伝達する信号、すなわち駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒに、高速駆動する水平転送電極８１３の駆動パルスφＨ１及びφＨ２がノイズとして乗るという、クロストークが発生する。以下、駆動パルスφＨ１及びφＨ２からのクロストークの影響が駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒへ与える影響について説明する。

図１６は、図１５の水平転送部６ａのレイアウトを抜粋した図である。なお、図１６には水平転送部６ａと重なるシャント配線８３１〜８３６も示されている。

このシャント配線８３１〜８３６は、図１５に示したシャント配線８０８と同様であり、シャント配線８３１には駆動パルスφＶ７Ｌ、シャント配線８３２には駆動パルスφＶ８Ｌ、シャント配線８３３には駆動パルスφＶ７Ｃ、シャント配線８３４には駆動パルスφＶ８Ｃ、シャント配線８３５には駆動パルスφＶ７Ｒ、シャント配線８３６には駆動パルスφＶ８Ｒが印加されている。

水平転送部８０６ａが２相駆動の場合、水平転送電極８１３は第１相目の水平転送電極Ｈ１と第２相目の水平転送電極Ｈ２とのいずれかに対応する。第１相目の水平転送電極Ｈ１と第２相目の水平転送電極Ｈ２とは、交互に並んで配置され、駆動パルスφＨ１及びφＨ２により駆動されている。

シャント配線８３１〜８３６はそれぞれ、水平転送電極Ｈ１及びＨ２のいずれかと重なって配置されている。例えば、駆動パルスφＶ７Ｌが印加されているシャント配線８３１は第２相目の水平転送電極Ｈ２の上を、駆動パルスφＶ８Ｌが印加されているシャント配線８３２は第１相目の水平転送電極Ｈ１の上を跨っている。

図１７は、駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌの波形を示すタイミングチャートである。なお、水平転送部８０６ａは２相駆動であるので、駆動パルスφＨ１と駆動パルスφＨ２とは逆相となる。

時刻ｔ４において、駆動パルスφＨ１及びφＨ２は、直前の立ち上がり及び立ち下がりから十分に時間が経過し、安定状態になっている。よって、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌはクロストークの影響を受けず、所定の電圧値（例えば、φＶ７Ｌは０［Ｖ］、φＶ８Ｌは３．３［Ｖ］）をとる。

その後、駆動パルスφＨ１は立ち上がり、駆動パルスφＨ２は立ち下がる。

この立ち上がり及び立ち下がり直後の時刻ｔ５において、駆動パルスφＶ７Ｌが駆動パルスφＨ２からクロストークによる影響を受け、所定の電圧より低くなる。また、駆動パルスφＶ８Ｌが駆動パルスφＨ１からクロストークによる影響を受け、所定の電圧より高くなる。

その後、駆動パルスφＨ１及びφＨ２が安定状態になるに従い、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌへのクロストークによる影響も低減する。次に、駆動パルスφＨ１は立ち下がり、駆動パルスφＨ２は立ち上がる。

この立ち上がり及び立ち下がり直後の時刻ｔ６において、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌは、再び駆動パルスφＨ１及びφＨ２からクロストークによる影響を受け、所定の電圧と異なった電圧となる。ただし、時刻ｔ４と比較して駆動パルスφＨ１及びφＨ２の立ち上がりと立ち下がりと反転しているので、駆動パルスφＶ７Ｌは所定の電圧より高くなり、駆動パルスφＶ８Ｌは所定の電圧より低くなる。

このように、駆動パルスφＨ１及びφＨ２の立ち上がり及び立ち下がり時において、クロストークの影響により、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌが所定の電圧とは異なる電圧となる。

なお、同図においては、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌのみ図示しているが、振り分け転送部８０５を駆動する他の駆動パルスφＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒも同様に、駆動パルスφＨ１及びφＨ２からクロストークによる影響を受け、それぞれの所定の電圧とは異なる電圧となる時刻がある。

このように、クロストークが発生し駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒの電圧が所定の電圧とは異なる電圧となることで、例えば、振り分け転送部５で飽和が減ったり、あるいは、本来振り分け転送部８０５で信号電荷を保持しておかなければならない部分が保持できずに、信号電荷が前段又は後段へ漏れたりすることが発生し得る。この信号電荷の漏れについて、以下で詳細に述べる。

図１８は、図１７の各時刻（ｔ４〜ｔ６）における振り分け転送部８０５のポテンシャルを示す図である。

横方向は、画素部８０２の最終段の垂直転送電極８１１である垂直転送電極Ｖ６と、駆動パルスφＶ７Ｌが印加される振り分け転送電極８１２と、駆動パルスφＶ８Ｌが印加される振り分け転送電極８１２と、水平転送電極８１３であるＨＣＣＤ（水平転送部）との位置を示す。また、縦方向は、電位（下が高い）を示す。なお、信号電荷は図中右から左へ転送される。

時刻ｔ４（水平駆動パルスが印加される直前の電圧安定時）において、振り分け転送電極Ｖ７Ｌに印加されている駆動パルスφＶ７Ｌは所定の電圧であり、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ下の垂直転送部４には信号電荷Ｑが蓄積されている。

次に、時刻ｔ５（水平駆動パルスが印加された直後）において、駆動パルスφＶ７Ｌは、駆動パルスφＨ２からクロストークによる影響を受け、所定の電圧よりも低くなる。また、駆動パルスφＶ８Ｌは、駆動パルスφＨ１からクロストークによる影響を受け、所定の電圧よりも高くなる。したがって、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ下の垂直転送部８０４に蓄積されていた信号電荷の一部が、振り分け転送電極Ｖ８Ｌ下の垂直転送部８０４へ漏れる。つまり、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ下の垂直転送部８０４の飽和電荷量が、所定の電圧が印加されている場合と比較して減少する。

この後、駆動パルスφＨ１及びφＨ２が安定状態になるに従い、駆動パルスφＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌは所定の電圧まで戻る。

次に、時刻ｔ６（次の水平駆動パルスが印加されたとき）において、駆動パルスφＶ７Ｌは所定の電圧より高くなり、駆動パルスφＶ８Ｌは所定の電圧より低くなるので、振り分け転送電極Ｖ７Ｌの下の垂直転送部８０４の飽和電荷量が、所定の電圧が印加されている場合と比較して増加する。

このように、従来の固体撮像装置８０１は、振り分け転送部８０５に印加する駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒを伝達するシャント配線８０８と、水平転送部８０６ａの水平転送電極８１３との間のカップリング容量により発生したクロストークの影響で、ｔ５において駆動パルスφＶ７ＬやφＶ８Ｌの電位が変動し、振り分け転送部８０５下の垂直転送部８０４の飽和電荷量が減少する。その結果、正しい階調が得られず、画質が劣化するという問題がある。

ところで、例えば特許文献３に記載されている構成のように高速駆動を実現する構成としては、以下のような構成が考えられる。

図１９は、互いに並列な２つの水平転送部を配置した２ｃｈ出力方式の固体撮像装置の構成例を示す構成図である。図１９に示す固体撮像装置９０１は、光電変換部９０３及び垂直転送部９０４を有する画素部９０２と、第１の水平転送部９０６ａと、第２の水平転送部９０６ｂと、水平間振り分け転送部９０５と、第１の出力部９０７ａと、第２の出力部９０７ｂとを備える。

この固体撮像装置９０１の動作について簡単に説明する。

２ライン分の信号を２つの水平転送部を用いて同時に転送する構造を有する場合、光電変換部９０３で発生した信号電荷は、読み出し部を介して垂直転送部９０４に読み出され、垂直転送部９０４内を順次転送されて、第１の水平転送部９０６ａに転送される。その後、第１の水平転送部９０６ａと第２の水平転送部９０６ｂとの間の水平間振り分け転送部９０５に電圧を印加し、第１の水平転送部９０６ａから第２の水平転送部９０６ｂへ信号電荷を転送する。次に、次ラインの信号電荷を垂直転送部９０４から第１の水平転送部９０６ａに転送した後、第１の水平転送部９０６ａと、第２の水平転送部９０６ｂの電荷を同時に水平方向に転送し、各出力部（第１の出力部９０７ａ及び第２の出力部９０７ｂ）で信号電荷を検出して電圧に変換し、２ライン分の信号が出力される。以上のように、並列に配置された水平転送部の構成により、信号電荷を２ライン分ずつ同時に出力して高速駆動を実現している。

ここで、水平転送部を並列に設ける場合でも、水平転送電極を単層で形成しようとする場合、図１９に示すように、水平間振り分け転送部９０５が第１の水平転送部９０６ａと第２の水平転送部９０６ｂとの間に存在する。よって、第１の水平転送部と第２の水平転送部のそれぞれの水平転送電極に直接、駆動パルスを印加する必要がある。そのために、例えば、図２０のように、第２の水平転送部９０６ｂを跨いで、第１の水平転送部９０６ａへシャント配線９０８を配置することで、第１の水平転送部９０６ａにも駆動パルスを印加することが可能となる。

しかし、例えば、第１の水平転送部９０６ａと第２の水平転送部９０６ｂの電極構成が図２１Ａのように同じ並びで繰り返し形成されているのではなく、図２１Ｂのように、第１の水平転送部９０６ａと第２の水平転送部９０６ｂとで、その電極構成がいくつかずれているような場合、シャント配線９０８を斜めに配置する必要が出てくるが、他の転送電極の上を跨ぐことになってしまうため、シャント配線と転送電極との間のカップリング容量によるクロストーク発生の懸念がある。

そこで本発明は、クロストークによる影響を低減し、入射光量に応じた正しい階調が得られる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、複数の水平転送電極を有し、前記複数の水平転送電極それぞれに印加される水平駆動信号により複数の信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、各垂直転送部から転送された複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送するホールド部とを備え、前記ホールド部は、各垂直転送部に対応して設けられた制御電極を有し、対応する前記制御電極に印加される電圧に応じて前記複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送し、前記固体撮像装置は、さらに、前記制御電極に対応して設けられ、対応する制御電極に電気的に接続された配線を備え、前記複数の水平転送電極は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含み、前記配線は、前記第１の水平転送電極及び前記第２の水平転送電極に重なって配置され、前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは異なる。

これにより、配線は、第１の水平転送電極及び第２の水平転送電極のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相とは異なる。よって、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号及び第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からの配線を伝達する信号へのクロストークによる影響は、互いに打ち消し合い、低減される。

その結果、制御電極に印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、本発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた正しい階調が得られる。

また、前記配線と前記第１の水平転送電極とが重なる面積と、前記配線と前記第２の水平転送電極とが重なる面積とは、実質的に等しくてもよい。

これにより、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号からのクロストークによる影響と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からのクロストークによる影響とをほぼ同じにできるので、クロストークによる影響をより一層打ち消し合うことができる。

また、前記水平転送部は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動であり、前記複数の水平転送電極は、Ｎ枚の水平転送電極を含み、前記配線は、前記Ｎ枚の水平転送電極に重なって配置され、前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれに印加される前記水平駆動信号の位相は互いに異なり、前記配線と前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれとが重なる面積は、実質的に等しくてもよい。

これにより、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動の場合においても、各水平転送電極に印加される水平駆動信号からの影響を相殺することで、クロストークによる影響を低減できる。例えば、水平転送部が３相駆動の場合において、配線が水平駆動信号の第１相目が印加されている水平転送電極のみと重なっている場合と比較して、配線が水平駆動信号の全ての異なる位相が印加されている複数の水平転送電極と重なる場合は、以下のようにクロストークによる影響が低減できる。

まず、第１相目の水平駆動信号のクロストークにより、配線を伝達する信号が所定の電圧とは異なる電圧に変化している。しかし、この配線を伝達する信号に生じる電圧変化は、最大差分電圧に到達する前に、第３相目の水平駆動信号により発生するクロストークにより、逆方向へ変化する。なお、最大差分電圧とは、電極が第１相目の水平駆動信号が印加されている水平転送電極のみと重なって配置されている場合の、所定の電圧値と、クロストークによる影響を受けた電圧値との差分の最大値である。

このように、配線を伝達する信号に生じる第Ｋ（Ｋは１〜３のいずれか）相目の水平駆動信号のクロストークによる影響は、第Ｌ（Ｌは１〜３のうちＫ以外のいずれか）相目の水平駆動信号のクロストークにより、逆方向へと引っ張られる。したがって、配線が１つの水平転送電極のみと重なっている場合と比較して、クロストークによる影響が低減できる。

また、前記配線は、前記ホールド部から前記水平転送部への電荷転送方向に対して斜めに配置されていてもよい。

これにより、配線レイアウトが容易に設計できる。

また、前記水平転送部は２相駆動であり、前記配線は、前記水平転送部の電荷転送方向と垂直方向に配置され、隣り合う前記第１の水平転送電極の一部及び前記第２の水平転送電極の一部に重なっていてもよい。

また、前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは、逆相であってもよい。

このように逆相の水平駆動信号が印加されている水平転送電極と重なって配置されることで、互いに逆相の水平駆動信号から配線へのクロストークによる影響を相殺できる。

また、本発明に係る固体撮像装置は、基板と、固体撮像素子と、基板上の第１の配線層に形成され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加された第１の信号線と、前記第１の配線層に形成され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加された第２の信号線と、前記第１の配線層上方の第２の配線層に形成され、前記第１の信号線及び前記第２の信号線に重なって配置され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加される第３の信号線とを備え、前記第１の信号線に印加される信号と、前記第２の信号線に印加される信号とは逆相であり、前記第３の信号線が前記第１の信号線と重なる面積と、前記第３の信号線が前記第２の信号線と重なる面積とは、実質的に等しい。

これにより、第１の信号線及び第２の信号線から第３の信号線へのクロストークによる影響が相殺し合うので、第３の信号線に印加されている信号は、クロストークによる影響を受けず所定の電圧となるので、固体撮像素子の制御が適切に行える。

また、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置であって、行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、複数の第１電極を有し、前記複数の第１電極それぞれに印加される水平駆動信号により各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の一部を水平方向に転送する第１の水平転送部と、前記第１の水平転送部と並列に配置され、各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の他部を水平方向に転送する第２の水平転送部と、前記第１の水平転送部と前記第２の水平転送部との間に配置され、前記複数の信号電荷の他部を前記第１の水平転送部から前記第２の水平転送部に選択的に転送する水平間転送部と、前記第１電極に対応して設けられ、対応する第１電極に電気的に接続された配線とを備え、前記第２の水平転送部は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含む複数の第２電極を有し、前記複数の第２電極それぞれに印加される水平駆動信号により前記複数の信号電荷の他部を転送し、前記配線は、前記第１の水平転送電極及び前記第２の水平転送電極に重なって配置され、前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは異なる。

これにより、配線は、第１の水平転送電極及び第２の水平転送電極のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相とは異なる。よって、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号及び第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からの配線を伝達する信号へのクロストークによる影響は、互いに打ち消し合い、低減される。

その結果、第１電極に印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、本発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた正しい階調が得られる高速駆動を実現できる。

また、前記配線と前記第１の水平転送電極とが重なる面積と、前記配線と前記第２の水平転送電極とが重なる面積とは、実質的に等しくてもよい。

これにより、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号からのクロストークによる影響と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からのクロストークによる影響とをほぼ同じにできるので、クロストークによる影響をより一層打ち消し合うことができる。

また、前記第１及び第２の水平転送部は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動であり、前記第１及び第２電極のそれぞれは、Ｎ枚の水平転送電極を含み、前記配線は、前記Ｎ枚の水平転送電極に重なって配置され、前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれに印加される前記水平駆動信号の位相は互いに異なり、前記配線と前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれとが重なる面積は、実質的に等しくてもよい。

これにより、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動の場合においても、各水平転送電極に印加される水平駆動信号からの影響を相殺することで、クロストークによる影響を低減できる。

また、前記配線は、前記第１の水平転送部から前記水平間転送部を介して前記第２の水平転送部への電荷転送方向に対して斜めに配置されてもよい。

これにより、配線レイアウトが容易に設計できる。

本発明によれば、クロストークによる影響を低減し、正しい階調が得られる固体撮像装置を提供できる。

図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。 図２は、固体撮像装置の配線レイアウトを示す図である。 図３は、水平転送部とそれに重なるシャント配線とのレイアウトを抜粋した図である。 図４は、駆動パルスφＨ１及びφＨ２と、駆動パルスφＶ７Ｌとの波形を示すタイミングチャートである。 図５は、水平転送部とそれに重なるシャント配線との他のレイアウトを示す図である。 図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。 図７は、固体撮像装置の配線レイアウトを示す図である。 図８は、駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３及びφＨ４と、駆動パルスφＶ７Ｌとの波形を示すタイミングチャートである。 図９は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。 図１０は、配線レイアウトを示す図である。 図１１は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。 図１２は、配線レイアウトを示す図である。 図１３は、水平転送部が３相駆動の場合の駆動パルスφＨ１〜φＨ３と、駆動パルスφＶ７Ｌの波形を示すタイミングチャートである。 図１４は、従来の固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。 図１５は、配線レイアウトの詳細を示す図である。 図１６は、水平転送部とそれに重なるシャント配線とのレイアウトを抜粋した図である。 図１７は、駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＶ７Ｌ及びφＶ８Ｌの波形を示すタイミングチャートである。 図１８は、各時刻（ｔ４〜ｔ６）における振り分け転送部のポテンシャルを示す図である。 図１９は、互いに並列な２つの水平転送部を配置した２ｃｈ出力方式の固体撮像装置の構成例を示す構成図である。 図２０は、水平転送部が単層電極で構成された場合の固体撮像装置の構成例を示す構成図である。 図２１Ａは、水平転送電極の配置の一例を示す図である。 図２１Ｂは、水平転送電極の配置の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、複数の水平転送電極を有し、前記複数の水平転送電極それぞれに印加される水平駆動信号により複数の信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、各垂直転送部から転送された複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送するホールド部とを備え、前記ホールド部は、各垂直転送部に対応して設けられた制御電極を有し、対応する前記制御電極に印加される電圧に応じて前記複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送し、前記固体撮像装置は、さらに、前記制御電極に対応して設けられ、対応する制御電極に電気的に接続された配線を備え、前記複数の水平転送電極は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含み、前記配線は、前記第１の水平転送電極及び前記第２の水平転送電極に重なって配置され、前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは異なる。

これにより、配線は、第１の水平転送電極及び第２の水平転送電極のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相とは異なる。よって、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号及び第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からの配線を伝達する信号へのクロストークによる影響は、互いに打ち消し合い、低減される。

その結果、制御電極に印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、本実施形態に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた正しい階調が得られる。

図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。

本実施形態に係る固体撮像装置１ａは、画素部２と、振り分け転送部５と、水平転送部６ａと、出力部７と、シャント配線８ａとを備え、具体的には、単層で形成された垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６と、同じく単層の水平転送電極Ｈ１及びＨ２と、単層の振り分け転送電極Ｖ７Ｌ、Ｖ８Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ８Ｃ、Ｖ７Ｒ及びＶ８Ｒとを有するＣＣＤを備え、駆動パルスφＶ１〜φＶ６、φＨ１、φＨ２、φＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒにより駆動される。

画素部２は、２次元的に配列された光電変換部３と、光電変換部３で生成された信号電荷を垂直方向（図中、下方向）に転送する垂直転送部４の一部とを備え、光電変換部３で生成された信号電荷を振り分け転送部５へ転送する。

光電変換部３は、入射された光に応じた信号電荷を生成する、例えばフォトダイオードである。光電変換部３の各々には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３色のカラーフィルタが配列されている。本実施形態では、垂直・水平方向に２画素おきにＲＧＢのそれぞれのフィルタが周期的に配置されている。

垂直転送部４は、光電変換部３の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部３から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する。垂直転送部４は、例えば６相駆動であり、駆動パルスφＶ１〜φＶ６、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｌ、φＶ８Ｃ及びφＶ８Ｒに応じて、光電変換部３で生成された複数の信号電荷を垂直方向に転送する。この垂直転送部４のうち、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６を備える部分が画素部２に含まれ、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ７Ｒ、Ｖ８Ｌ、Ｖ８Ｃ及びＶ８Ｒを備える部分が振り分け転送部５に含まれる。

振り分け転送部５は、画素部２から転送された複数の信号電荷をホールドする、または水平転送部６ａへ転送する、水平方向に分離した独立の転送電極が形成されたダミー画素部である。具体的には、振り分け転送部５は、垂直転送部４の一部を備え、シャント配線８ａを介して印加された駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｌ、φＶ８ＣおよびφＶ８Ｒに応じて、複数の信号電荷をホールドする、または水平転送部６ａへ転送する。なお、この振り分け転送部５は本発明のホールド部である。

水平転送部６ａは、２相駆動であり、振り分け転送部５から転送された複数の信号電荷を、駆動パルスφＨ１及びφＨ２に応じて水平方向に転送する。

出力部７は、水平転送部６ａから転送された複数の信号電荷を電圧に変換して出力する。

シャント配線８ａは、振り分け転送部５に接続され、駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒを伝達する。このシャント配線８ａは、図１４に示した従来の固体撮像装置８０１のシャント配線８０８と異なり、水平転送部６ａ上に斜めに配置されている。

図２は、固体撮像装置１ａの配線レイアウトを示す図である。同図には、画素部２と、振り分け転送部５と、水平転送部６ａと、シャント配線８ａと、バスライン配線１４との配線レイアウトが示されている。

画素部２の各垂直転送電極１１は、光電変換部３の行ごとに設けられ、コンタクト１５を介して電気的に接続された垂直転送電極用のシャント配線２１に印加される駆動パルスφＶ１〜φＶ６が印加される。すなわち、各垂直転送電極１１は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６のいずれか１つに対応する。

振り分け転送部５は振り分け転送電極１２を有し、振り分け転送電極１２は、水平転送部６ａを跨いで設置されたシャント配線８ａ及びコンタクト１５を介して、水平転送部６ａを跨いだ領域（図中、下方）にあるバスライン配線１４と電気的に接続されている。なお、振り分け転送電極１２は例えば単層のポリシリコン、バスライン配線１４は例えばアルミニウム、シャント配線８ａは例えばタングステンから成る。この振り分け転送電極１２は、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ７Ｒ、Ｖ８Ｌ、Ｖ８ＣおよびＶ８Ｒのいずれかに対応し、駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｌ、φＶ８ＣおよびφＶ８Ｒの印加に応じて、信号電荷を垂直方向に転送し、信号電荷の転送を列ごとに独立に制御する。なお、振り分け転送電極Ｖ７Ｌ及びＶ８Ｌが同一、振り分け転送電極Ｖ７Ｃ及びＶ８Ｃが同一、振り分け転送電極Ｖ７Ｒ及びＶ８Ｒが同一の垂直転送部４に対応し、振り分け転送電極Ｖ８Ｌ、Ｖ８Ｃ及びＶ８Ｒが垂直転送部４の最終段に相当する。なお、この振り分け転送電極１２は、本発明の制御電極である。

水平転送部６ａは、２相駆動であり、行方向に複数の水平転送電極１３を備える。この各水平転送電極１３は、駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極Ｈ１、又は駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極Ｈ２に対応し、水平転送電極Ｈ１及び水平転送電極Ｈ２は交互に配置されている。なお、水平転送電極Ｈ１は本発明の第１の水平転送電極であり、水平転送電極Ｈ２は本発明の第２の水平転送電極である。

ここで、シャント配線８ａは、水平転送電極１３を跨ぐときに、異なる駆動パルスφＨ１及びφＨ２が印加されている水平転送電極１３、すなわち水平転送電極Ｈ１及びＨ２のいずれとも重なるように、水平転送電極１３に対して斜めに配置されている。

図３は、図２に示した水平転送部６ａのレイアウトを抜粋した図である。

水平転送電極Ｈ１及びＨ２は、図２に示した各水平転送電極１３と同一であり、水平転送電極Ｈ１は駆動パルスφＨ１が印加され、水平転送電極Ｈ２は駆動パルスφＨ２が印加される。シャント配線３１ａ〜３６ａは、図２に示したシャント配線８ａと同一であり、シャント配線３１ａ〜３６ａにはそれぞれ、駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｌ、φＶ８ＣおよびφＶ８Ｒのいずれかが印加される。例えば、シャント配線３１ａには駆動パルスφＶ７ｌ、シャント配線３２ａには駆動パルスφＶ８Ｌ、シャント配線３３ａには駆動パルスφ７Ｃ、シャント配線３４ａには駆動パルスφＶ８Ｃ、シャント配線３５ａには駆動パルスφＶ７Ｒ、シャント配線３６ａには駆動パルスφ８Ｒが印加される。

ここで、シャント配線３１ａ〜３６ａはそれぞれ、水平転送電極Ｈ１及びＨ２のいずれとも重なるように配置されている。

なお、各シャント配線３１ａ〜３６ａにおいて、当該シャント配線と水平転送電極Ｈ１とが重なる面積と、当該シャント配線と水平転送電極Ｈ２とが重なる面積とは、実質的に等しいことが望ましい。言い換えると、シャント配線８ａと水平転送電極Ｈ１とが重なる面積と、シャント配線８ａと水平転送電極Ｈ２とが重なる面積とは、実質的に等しいことが望ましい。ここで、実質的に等しいとは、例えばシャント配線８ａと水平転送電極Ｈ１との重なり面積と、シャント配線８ａと水平転送電極Ｈ２との重なり面積との差が、１０％以下であり、より厳密には５％以下であり、さらに特定的には１％以下である。

次に、このように構成された固体撮像装置１ａの奏する効果について説明する。

図４は、駆動パルスφＨ１及びφＨ２と、駆動パルスφＶ７Ｌとの波形を示すタイミングチャートである。

同図に示すように水平転送部６ａが２相駆動の場合、駆動パルスφＨ１と駆動パルスφＨ２とは逆相となるので、駆動パルスφＨ１が立ち上がり始める時刻と、駆動パルスφＨ２が立ち下がり始める時刻とが同一（ｔ１）であり、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響ｃｔ１（時刻ｔ１を起点に電圧がプラス側のクロストーク）と、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響ｃｔ２（同時刻を起点に電圧がマイナス側のクロストーク）とが同時に発生することになる。なお、クロストークによる影響とは、当該クロストークにより発生する電圧のことである。

この駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響ｃｔ１と、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響ｃｔ２とは同振幅かつ逆相であるので、駆動パルスφＶ７Ｌにおいては駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響ｃｔ１と、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響ｃｔ２とが打ち消し合う。

このように、駆動パルスφＶ７Ｌには駆動パルスφＨ１及びφＨ２からのクロストークによる影響がない。なお、図４においては駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒのうち駆動パルスφＶ７Ｌのみ図示したが、駆動パルスφＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒについても同様に、駆動パルスφＨ１及びφＨ２からのクロストークによる影響がない。

このように、本実施形態の固体撮像装置１ａは、行列状に配置された複数の光電変換部３と、複数の光電変換部３の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部３から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部４と、複数の水平転送電極１３を有し、複数の水平転送電極１３それぞれに印加される駆動パルスφＨ１及びφＨ２により複数の信号電荷を水平方向に転送する水平転送部６ａと、各垂直転送部４から転送された複数の信号電荷をホールドする、または水平転送部６ａへ転送する振り分け転送部５とを備え、振り分け転送部５は、各垂直転送部４に対応して設けられた振り分け転送電極１２を有し、対応する振り分け転送電極１２に印加される電圧に応じて複数の信号電荷をホールドする、または水平転送部６ａへ転送し、固体撮像装置１ａは、さらに、制振り分け転送電極１２に対応して設けられ、対応する振り分け転送電極１２に電気的に接続されたシャント配線８ａを備え、複数の水平転送電極１３は、少なくとも水平転送電極Ｈ１と水平転送電極Ｈ２とを含み、シャント配線８ａは、水平転送電極Ｈ１及び水平転送電極Ｈ２に重なって配置され、水平転送電極Ｈ１に印加される駆動パルスφＨ１の位相と、水平転送電極Ｈ２に印加される駆動パルスφＨ２の位相とは異なる。

これにより、シャント配線８ａは、水平転送電極Ｈ１及び水平転送電極Ｈ２のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、水平転送電極Ｈ１に印加される駆動パルスφＨ１の位相と、水平転送電極Ｈ２に印加される駆動パルスφＨ２の位相とは異なる。よって、駆動パルスφＨ１及びＨ２からシャント配線８ａを伝達する信号へのクロストークによる影響は互いに打ち消し合い、低減される。その結果、振り分け転送電極１２に印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、入射光量に応じた正しい階調を得ることができる。

また、シャント配線８ａを水平転送部６ａ上に斜めに配置することで、配線レイアウトが容易に設計できる。

また、シャント配線８ａと、水平転送電極Ｈ１及びＨ２との重なり面積を実質的に等しくすることで、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響と、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響とをほぼ同じにできるので、これらのクロストークによる駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ及びφＶ８Ｒへの影響を打ち消し合うことができる。

なお、本実施形態において、シャント配線８ａは斜めに配置したが、図５に示すように、駆動パルスφＨ１の水平転送電極Ｈ１と、駆動パルスφＨ２の水平転送電極Ｈ２とのギャップの中心から左右対称に広がるように配置することも有効である。つまり、水平転送部６ａが２相駆動の場合、シャント配線３１ａ’〜３６ａ’は、水平転送部６ａの電荷転送方向と垂直方向に配置され、隣り合う水平転送電極Ｈ１の一部及び水平転送電極Ｈ２の一部に重なって配置され、シャント配線３１ａ’〜３６ａ’それぞれが水平転送電極Ｈ１と重なる面積と、当該シャント配線３１ａ’〜３６ａ’が水平転送電極Ｈ２と重なる面積とが実質的に等しくてもよい。

（第２の実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａと比較して、水平転送部が４相駆動である点が異なるが、第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａと同様に、水平転送電極に印加される駆動パルスからのクロストークの影響を低減し、入射光量に応じた正しい階調が得られる。

図６は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。

同図に示す固体撮像装置１ｂは、第１の実施形態の固体撮像装置１ａとほぼ同じであるが、水平転送部６ｂが４相駆動であり、シャント配線８ｂが隣接する互いに位相の異なる４つの水平転送電極と重なって配置されている点が異なる。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

水平転送部６ｂは、４相駆動であり、駆動パルスφＨ１〜φＨ４に応じて、信号電荷を水平方向に転送する。以下では、複数の水平転送電極１３のうち、駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極１３を水平転送電極Ｈ１、駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極１３を水平転送電極Ｈ２、駆動パルスφＨ３が印加される水平転送電極１３を水平転送電極Ｈ３、駆動パルスφＨ４が印加される水平転送電極１３を水平転送電極Ｈ４と記載する場合がる。なお、第１の実施形態と同様、水平転送電極１３は単層で形成されている。

図７は、固体撮像装置１ｂの配線レイアウトを示す図である。同図には、画素部２と、振り分け転送部５と、水平転送部６ｂと、シャント配線８ｂと、バスライン配線１４とが示されている。

また、図７に示されるように、振り分け転送電極１２は、シャント配線８ｂ及びコンタクト１５を介して、水平転送部６ｂの下方にあるバスライン配線１４と電気的に接続されている。

水平転送部６ｂは、４相駆動であり、複数の水平転送電極１３を備える。各水平転送電極１３は、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４のいずれかに対応し、水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４は、この並びで繰り返し配置されている。

シャント配線８ｂは、振り分け転送部５から水平転送部６ｂへの電荷転送方向に対して斜めに配置され、異なる駆動パルスφＨ１〜φＨ４が印加されている水平転送電極１３、すなわち水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４それぞれに重なっている。ここで、シャント配線８ｂと、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４それぞれとが重なる面積は、実質的に等しい。

図８は、駆動パルスφＨ１〜φＨ４と、駆動パルスφＶ７Ｌとの波形を示すタイミングチャートである。

同図に示すように４相駆動の場合、駆動パルスφＨ１〜φＨ４は、互いに位相が９０度ずれた波形となる。したがって、駆動パルスφＨ１と駆動パルスφＨ３、また、駆動パルスφＨ２と駆動パルスφＨ４は、互いに逆相となる。つまり、シャント配線８ｂは、互いに逆相となる駆動パルスが印加されている水平転送電極１３を２組跨ぐ。

よって、駆動パルスφＨ１が立ち上がり始める時刻と、駆動パルスφＨ３が立ち下がり始める時刻とは同一（時刻ｔ２）であるので、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響と、駆動パルスφＨ３からのクロストークによる影響とが同時に発生する。

ここで、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響と、駆動パルスφＨ３からのクロストークによる影響とは、同振幅かつ逆相であるので、駆動パルスφＶ７Ｌにおいては、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響と駆動パルスφＨ３からのクロストークによる影響とが打ち消し合う。

同様に、駆動パルスφＨ２が立ち上がり始める時刻と、駆動パルスφＨ４が立ち下がり始める時刻とは同一（時刻ｔ３）であり、駆動パルスφＨ２と駆動パルスφＨ２とは同振幅かつ逆相であるので、駆動パルスφＶ７Ｌにおいては、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響と駆動パルスφＨ４からのクロストークによる影響とが打ち消し合う。

このように、本実施形態に係る固体撮像装置１ｂは、水平転送部６ｂが４相駆動であり、複数の水平転送電極１３が、水平転送電極Ｈ１、水平転送電極Ｈ２、水平転送電極Ｈ３及び水平転送電極Ｈ４を含み、シャント配線８ｂが互いに位相が反転する駆動パルスφＨ１及びφＨ３と、駆動パルスφＨ２及びφＨ４が印加されている水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４と重なるように配置されている。これにより、水平転送部６ｂが４相駆動の場合においても、駆動パルスφＨ１〜φＨ４から駆動パルスφＶ７Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｌ、φＶ８ＣおよびφＶ８Ｒへのクロストークによる影響を低減でき、入射光量に応じた正しい階調が得られる。

（第３の実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、基板と、固体撮像素子と、基板上の第１の配線層に形成され、固体撮像素子を制御する信号が印加された第１の信号線と、第１の配線層に形成され、固体撮像素子を制御する信号が印加された第２の信号線と、第１の配線層上方の第２の配線層に形成され、第１の信号線及び第２の信号線に重なって配置され、固体撮像素子を制御する信号が印加される第３の信号線とを備え、第１の信号線に印加される信号と、第２の信号線に印加される信号とは逆相であり、第３の信号線が第１の信号線と重なる面積と、第３の信号線が第２の信号線と重なる面積とは、実質的に等しい。

図９は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。

本実施形態に係る固体撮像装置１００は、固体撮像素子１０１の駆動を制御する配線が多数用意されており、例えば、配線１０２は、垂直転送を制御する配線として、配線１０３は、水平転送を制御する配線として用いられている。配線には、例えばアルミニウムが用いられる。また、同じく固体撮像素子１０１を制御する配線１０４は、一部で配線１０３を跨ぐように設置されている。

図１０は、図９のＸ部を拡大し、配線レイアウトを示す図である。なお、図１０において、配線１１１は図９に示した配線１０３の一例であり、配線１１２は図９に示した配線１０３の他の一例であり、配線１１３及びジャンパー配線１１４は図９に示した配線１０４の一例である。

配線１１１は基板上の第１の配線層に形成され、配線１１２は第１の配線層に形成されている。配線１１３は、ジャンパー配線１１４及びコンタクト１１５を介して、配線１１１及び配線１１２との２つの配線を跨いでいる。ジャンパー配線１１４は第１の配線層上方の第２の配線層に形成され、配線１１１及び配線１１２に重なって配置され、ジャンパー配線１１４が配線１１１と重なる面積と、ジャンパー配線１１４が配線１１２と重なる面積とは、実質的に等しい。

ここで、配線１１１及び配線１１２には、例えば、図４の２相駆動の駆動パルスφＨ１及びφＨ２が印加されており、配線１１１に駆動パルスφＨ１、配線１１２に駆動パルスφＨ２が印加されている。駆動パルスφＨ１及び駆動パルスφＨ２は、固体撮像素子１０１を制御する信号である。

ジャンパー配線１１４には、例えばタングステンが用いられており、配線１１１及び配線１１２と、ジャンパー配線１１４との間でカップリング容量を持ち、クロストークが発生する。

しかしながら、配線１１１と配線１１２には、互いに逆相の駆動パルスφＨ１及びφＨ２が印加されているため、配線１１１の駆動パルスφＨ１の立ち上がり始める時刻と、配線１１２の駆動パルスφＨ２の立ち下がり始める時刻が同時刻となる。ジャンパー配線１１４を伝達する信号には、配線１１１の駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響と、配線１１２の駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響とが入るが、それぞれ相殺し合うことによって、ジャンパー配線１１４を伝達する信号へのクロストークによる影響を低減することができる。なお、配線１１１は本発明の第１の信号線であり、配線１１２は本発明の第２の信号線であり、ジャンパー配線１１４は本発明の第３の信号線である。

このように、本実施形態に係る固体撮像装置１００は、基板と、固体撮像素子１０１と、基板上の第１の配線層に形成され、固体撮像素子１０１を制御する駆動パルスφＨ１が印加された配線１１１と、第１の配線層に形成され、固体撮像素子１０１を制御する駆動パルスφＨ２が印加された配線１１２と、第１の配線層上方の第２の配線層に形成され、配線１１１及び配線１１２に重なって配置され、固体撮像素子１０１を制御する信号が印加される配線１１３とを備え、配線１１１に印加される駆動パルスφＨ１と、配線１１２に印加される駆動パルスφＨ２とは逆相であり、ジャンパー配線１１４が配線１１１と重なる面積と、ジャンパー配線１１４が配線１１２と重なる面積とは、実質的に等しい。

これにより、配線１１１及び配線１１２からジャンパー配線１１４へのクロストークによる影響が相殺し合うので、ジャンパー配線１１４を伝達している信号はクロストークによる影響を受けず所定の電圧となるので、固体撮像素子１０１の制御が適切に行える。

（第４の実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、実施形態１に係る固体撮像装置１ａと比較して、振り分け転送部５及び水平転送部６ａに代わり、４相駆動の第１の水平転送部及び第２の水平転送部と、第１の水平転送部と第２の水平転送部との間に配置された水平間転送部とを備える。具体的には、本実施形態に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、複数の第１電極を有し、複数の第１電極それぞれに印加される水平駆動信号により各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の一部を水平方向に転送する第１の水平転送部と、第１の水平転送部と並列に配置され、各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の他部を水平方向に転送する第２の水平転送部と、第１の水平転送部と第２の水平転送部との間に配置され、複数の信号電荷の他部を第１の水平転送部から第２の水平転送部に選択的に転送する水平間転送部と、第１電極に対応して設けられ、対応する第１電極に電気的に接続された配線とを備え、第２の水平転送部は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含む複数の第２電極を有し、複数の第２電極それぞれに印加される水平駆動信号により複数の信号電荷の他部を転送し、配線は、第１の水平転送電極及び第２の水平転送電極に重なって配置され、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相とは異なる。

これにより、配線は、第１の水平転送電極及び第２の水平転送電極のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相と、第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号の位相とは異なる。よって、第１の水平転送電極に印加される水平駆動信号及び第２の水平転送電極に印加される水平駆動信号からの配線を伝達する信号へのクロストークによる影響は互いに打ち消し合い、低減される。その結果、第１電極に印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、本実施形態に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた正しい階調が得られる高速駆動を実現できる。

図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す構成図である。

本実施形態に係る固体撮像装置３０１は、実施形態１に係る固体撮像装置１ａと比較して、水平転送部６ａ、振り分け転送部５、出力部７及びシャント配線８ａに代わり、第１の水平転送部３０６ａと、第２の水平転送部３０６ｂと、水平間振り分け転送部３０５と、第１の出力部３０７ａと、第２の出力部３０７ｂと、シャント配線３０８とを備える。

第１の水平転送部３０６ａ及び第２の水平転送電極は、単層の水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４を有するＣＣＤを備え、駆動パルスφＨ１〜φＨ４により駆動される。

水平間振り分け転送部３０５は、本発明の水平間転送部であって、水平間振り分け転送電極を有するＣＣＤを備え、駆動パルスφＨＨＴにより駆動される。

また、第１の実施形態のように、画素部２と第１の水平転送部３０６ａとの間に、振り分け転送部を設けることも可能だが、ここでは省略する。さらに、第１の出力部３０７ａ及び第２の出力部３０７ｂの役割は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａの出力部７と同一のため、ここでは説明を省略する。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置３０１の動作について、簡単に説明する。

２ライン分の信号を２つの水平転送部を用いて同時に転送する構造を有する場合、まず、垂直転送部４を垂直方向に転送された信号電荷は、第１の水平転送部３０６ａに転送される。さらに、水平間振り分け転送部３０５を通じて、第２の水平転送部３０６ｂに転送される。

続いて、垂直転送部４を垂直方向に転送された信号電荷は、第１の水平転送部３０６ａに転送される。このとき、水平間振り分け転送部３０５は、信号が転送されない状態にある。

この状態で、第１の水平転送部３０６ａ及び第２の水平転送部３０６ｂは、垂直転送部４から転送された信号電荷を、駆動パルスφＨ１〜Ｈ４に応じて水平方向に２ライン同時に転送する。

これにより、本実施形態に係る固体撮像装置３０１は、高速駆動を実現できる。

図１２は、固体撮像装置の配線レイアウトを示す図である。同図には、画素部２と、第１の水平転送部３０６ａと、水平間振り分け転送部３０５と、第２の水平転送部３０６ｂと、シャント配線３０８と、バスライン配線３１４との配線レイアウトが示されている。

第１の水平転送部３０６ａは、複数の水平転送電極３１３ａを有し、複数の水平転送電極３１３ａそれぞれに印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ４により各垂直転送部４から転送された複数の信号電荷の一部を水平方向に転送する。なお、水平転送電極３１３ａは、本発明の第１電極である。

水平間振り分け転送部３０５は、水平間振り分け転送電極３１２を有し、第１の水平転送部３０６ａに転送された複数の信号電荷の他部を第２の水平転送部３０６ｂに選択的に転送する。

第２の水平転送部３０６ｂは、第１の水平転送部３０６ａと並列に配置され、各垂直転送部４から転送された複数の信号電荷の他部を水平方向に転送する。この第２の水平転送部３０６ｂは、複数の水平転送電極３１３ｂを有し、複数の水平転送電極３１３ｂそれぞれに印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ４により複数の信号電荷の他部を転送する。なお、水平転送電極３１３ｂは、本発明の第２電極である。

第１の水平転送部３０６ａの水平転送電極３１３ａは、第２の水平転送部３０６ｂを跨いで設置されたシャント配線３０８及びコンタクト３１５を介して、第２の水平転送部３０６ｂを跨いだ領域（図中、下方）にあるバスライン配線３１４と電気的に接続されている。なお、水平転送電極３１３ａ、水平転送電極３１３ｂ及び水平間振り分け転送電極３１２は例えば単層のポリシリコン、バスライン配線３１４は例えばアルミニウム、シャント配線３０８は例えばタングステンから成る。

第１の水平転送部３０６ａ及び第２の水平転送部３０６ｂは、４相駆動である。ここで、第１の水平転送部３０６ａが有する複数の水平転送電極３１３ａ及び第２の水平転送部３０６ｂが有する複数の水平転送電極３１３ｂのうち、駆動パルスφＨ１が印加される水平転送電極３１３ａを水平転送電極Ｈ１、駆動パルスφＨ２が印加される水平転送電極３１３ａを水平転送電極Ｈ２、駆動パルスφＨ３が印加される水平転送電極３１３ａを水平転送電極Ｈ３、駆動パルスφＨ４が印加される水平転送電極３１３ａを水平転送電極Ｈ４とする。このとき、第１の水平転送部３０６ａ及び第２の水平転送部３０６ｂのいずれでも、水平転送電極Ｈ１、水平転送電極Ｈ２、水平転送電極Ｈ３、及び水平転送電極Ｈ４は順に配置されている。しかし、第１の水平転送部３０６ａと第２の水平転送部３０６ｂとでは、その並びが２電極ずれて配置されている。つまり、第１の水平転送部３０６ａの水平転送電極Ｈ１と同じ列にある第２の水平転送部３０６ｂの水平転送電極は水平転送電極Ｈ３である。

ここで、シャント配線３０８は、第２の水平転送部３０６ｂの水平転送電極３１３ｂを跨ぐときに、駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３及びφＨ４が印加されている水平転送電極３１３ａ、すなわち水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４のいずれとも重なるように、水平転送電極３１３ｂに対して斜めに配置されている。言い換えると、シャント配線３０８は、第１の水平転送部３０６ａから水平間振り分け転送部３０５を介して第２の水平転送部３０６ｂへの信号電荷の転送方向に対して斜めに配置されている。

なお、シャント配線３０８と、第２の水平転送部３０６ｂが有する水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４のそれぞれとの重なり面積は、実質的に等しいことが望ましい。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置３０１は、行列状に配置された複数の光電変換部３と、複数の光電変換部３の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部３から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部４と、複数の水平転送電極３１３ａを有し、複数の水平転送電極３１３ａそれぞれに印加される駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３及びφＨ４により各垂直転送部４から転送された複数の信号電荷の一部を水平方向に転送する第１の水平転送部３０６ａと、第１の水平転送部３０６ａと並列に配置され、各垂直転送部４から転送された複数の信号電荷の他部を水平方向に転送する第２の水平転送部３０６ｂと、第１の水平転送部３０６ａと第２の水平転送部３０６ｂとの間に配置され、複数の信号電荷の他部を第１の水平転送部３０６ａから第２の水平転送部３０６ｂに選択的に転送する水平間振り分け転送部３０５と、水平転送電極３１３ａに対応して設けられ、対応する水平転送電極３１３ａに電気的に接続されたシャント配線３０８とを備え、第２の水平転送部３０６ｂは、少なくとも水平転送電極Ｈ１及びＨ２を含む複数の水平転送電極３１３ｂを有し、複数の水平転送電極３１３ｂそれぞれに印加される駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３及びφＨ４により複数の信号電荷の他部を転送し、シャント配線３０８は、水平転送電極Ｈ１及びＨ２に重なって配置され、水平転送電極Ｈ１に印加される駆動パルスφＨ１の位相と、第２の水平転送電極に印加される駆動パルスφＨ２の位相とは異なる。

これにより、シャント配線３０８は、水平転送電極Ｈ１及び水平転送電極Ｈ２のいずれともカップリング容量を持つ。ここで、水平転送電極Ｈ１に印加される駆動パルスφＨ１の位相と、第２の水平転送電極に印加される駆動パルスφＨ２の位相とは異なる。よって、水平転送電極Ｈ１に印加される駆動パルスφＨ１及び第２の水平転送電極に印加される駆動パルスφＨ２からのシャント配線３０８を伝達する信号へのクロストークによる影響は互いに打ち消し合い、低減される。その結果、水平転送電極３１３ａに印加される電圧は所定の電圧に保たれるので、本実施形態に係る固体撮像装置３０１は、入射光量に応じた正しい階調が得られる高速駆動を実現できる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置３０１において、第１の水平転送部３０６ａ及び第２の水平転送部３０６ｂは４相駆動であり、水平転送電極３１３ｂは４枚の水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４を含み、シャント配線３０８は、４枚の水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４それぞれに印加される駆動パルスφＨ１、φＨ２、φＨ３及びφＨ４の位相は互いに異なり、シャント配線３０８と４枚の水平転送電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４それぞれとが重なる面積は、実質的に等しい。

すると、本実施形態に係る固体撮像装置３０１においても、第２の実施形態と同様、駆動パルスφＨ１〜φＨ４は、互いに位相が９０度ずれた波形であり、つまり、シャント配線３０８は、互いに逆相となる駆動パルスが印加されている水平転送電極３１３ｂを２組跨ぐことから、第２の水平転送部３０６ｂの駆動パルスから第１の水平転送部３０６ｂの駆動パルスへのクロストークによる影響を低減でき、入射光量に応じた正しい階調が得られる。

以上、本発明の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、水平転送部が奇数相の場合などでは、逆相のクロストークが同時刻に発生しないこともある。しかしながら、ある時刻で発生したクロストークが消滅する前に、そのクロストークを打ち消す方向のクロストークが発生すれば、本発明の効果はあるため、必ずしも、同時刻に２つ以上のクロストークが発生する必要はない。

図１３は、水平転送部が３相駆動の場合の駆動パルスφＨ１〜φＨ３と、駆動パルスφＶ７Ｌの波形を示すタイミングチャートである。

なお、駆動パルスφＨ１〜φＨ３は、互いに位相が１２０°異なり、駆動パルスφＶ７Ｌが印加されているシャント配線は異なる位相が印加されている水平転送電極全てと重なって配置されている。また、駆動パルスφＨ１が印加されている水平転送電極のみとシャント配線とが重なっている場合の駆動パルスφＶ７Ｌの波形は、波形１２１となり、全ての駆動パルスφＨ１〜φＨ３が印加されている複数の水平転送電極とシャント配線とが重なっている場合の駆動パルスφＶ７Ｌの波形は、波形１２２となる。

まず、駆動パルスφＨ１とのクロストークにより、波形１２１及び１２２のいずれも所定の電圧より除々に高い電圧へと変化する。

しかし、駆動パルスφＨ３が立ち下がると、波形１２２は、駆動パルスφＨ３からのクロストークによる影響を受けて、低電圧側へと引っ張られる。一方、波形１２１は、駆動パルスφＨ３からのクロストークによる影響を受けないので、駆動パルスφＨ１からのクロストークにより、引き続き高電圧側へと引っ張られる。

次に、駆動パルスφＨ２が立ち上がると、波形１２２は、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響を受けて、高電圧側へと引っ張られる。一方、波形１２１は、駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響を受けないので、駆動パルスφＨ１が安定状態となるにしたがって、所定の電圧へと戻る。

ここで、波形１２１の所定の電圧と、駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響を受けて変化した最大電圧との差分を最大差分電圧とすると、波形１２２に生じる差分電圧が最大差分電圧に到達する前に、波形１２２は、異なる位相の駆動パルスφＨ１〜φＨ３からのクロストークによる影響を受けて逆方向へ変化する。

したがって、逆相のクロストークが同時刻に発生しない場合であっても、シャント配線が１つの水平転送電極のみと重なっている場合と比較して、クロストークにより振り分け転送電極１２下の垂直転送部４での飽和の減少を低減し、画質の劣化を防止できる。

また、本実施形態では、シャント配線８ａ及び８ｂは直線形状であったが、曲線でもよいし、ジグザグ形状でもよい。

本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラ及びカメラ付き携帯電話等を代表とする画像入力装置などに用いられる固体撮像装置に有用である。

１ａ、１ｂ、１００、３０１、８０１、９０１ 固体撮像装置
２、８０２、９０２ 画素部
３、８０３、９０３ 光電変換部
４、８０４、９０４ 垂直転送部
５、８０５ 振り分け転送部
６ａ、６ｂ、８０６ａ 水平転送部
７、８０７ 出力部
８ａ、８ｂ、２１、３１ａ〜３６ａ、３１ａ’〜３６ａ’、３０８、８０８、８２１、８３１〜８３６、９０８ シャント配線
１１、３１１、Ｖ１〜Ｖ６ 垂直転送電極
１２、８１２、Ｖ７Ｌ、Ｖ８Ｌ、Ｖ７Ｃ、Ｖ８Ｃ、Ｖ７Ｒ、Ｖ８Ｒ 振り分け転送電極
１３、８１３、３１３ａ、３１３ｂ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４ 水平転送電極
１４、３１４，８１４ バスライン配線
１５、１１５、３１５、８１５ コンタクト
１０１ 固体撮像素子
１０２、１０３、１０４、１１１、１１２、１１３ 配線
１１４ ジャンパー配線
３０５、９０５ 水平間振り分け転送部
３０６ａ、９０６ａ 第１の水平転送部
３０６ｂ、９０６ｂ 第２の水平転送部
３０７ａ、９０７ａ 第１の出力部
３０７ｂ、９０７ｂ 第２の出力部
３１２ 水平間振り分け転送電極
ｃｔ１ 駆動パルスφＨ１からのクロストークによる影響
ｃｔ２ 駆動パルスφＨ２からのクロストークによる影響
Ｑ 信号電荷
φＶ１〜φＶ６、φＨ１、φＨ２、φＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ、φＶ７Ｃ、φＶ８Ｃ、φＶ７Ｒ、φＶ８Ｒ 駆動パルス

Claims (11)

1. 固体撮像装置であって、
   行列状に配置された複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
   複数の水平転送電極を有し、前記複数の水平転送電極それぞれに印加される水平駆動信号により複数の信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
   各垂直転送部から転送された複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送するホールド部とを備え、
   前記ホールド部は、
   各垂直転送部に対応して設けられた制御電極を有し、
   対応する前記制御電極に印加される電圧に応じて前記複数の信号電荷をホールドする、または前記水平転送部へ転送し、
   前記固体撮像装置は、さらに、前記制御電極に対応して設けられ、対応する制御電極に電気的に接続された配線を備え、
   前記複数の水平転送電極は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含み、
   前記配線は、前記第１の水平転送電極及び前記第２の水平転送電極に重なって配置され、
   前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは異なる
   固体撮像装置。
2. 前記配線と前記第１の水平転送電極とが重なる面積と、前記配線と前記第２の水平転送電極とが重なる面積とは、実質的に等しい
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記水平転送部は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動であり、
   前記複数の水平転送電極は、Ｎ枚の水平転送電極を含み、
   前記配線は、前記Ｎ枚の水平転送電極に重なって配置され、
   前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれに印加される前記水平駆動信号の位相は互いに異なり、
   前記配線と前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれとが重なる面積は、実質的に等しい
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記配線は、前記ホールド部から前記水平転送部への電荷転送方向に対して斜めに配置されている
   請求項２又は３記載の固体撮像装置。
5. 前記水平転送部は２相駆動であり、
   前記配線は、前記水平転送部の電荷転送方向と垂直方向に配置され、隣り合う前記第１の水平転送電極の一部及び前記第２の水平転送電極の一部に重なっている
   請求項２記載の固体撮像装置。
6. 前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは、逆相である
   請求項１記載の固体撮像装置。
7. 基板と、
   固体撮像素子と、
   基板上の第１の配線層に形成され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加された第１の信号線と、
   前記第１の配線層に形成され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加された第２の信号線と、
   前記第１の配線層上方の第２の配線層に形成され、前記第１の信号線及び前記第２の信号線に重なって配置され、前記固体撮像素子を制御する信号が印加される第３の信号線とを備え、
   前記第１の信号線に印加される信号と、前記第２の信号線に印加される信号とは逆相であり、
   前記第３の信号線が前記第１の信号線と重なる面積と、前記第３の信号線が前記第２の信号線と重なる面積とは、実質的に等しい
   固体撮像装置。
8. 固体撮像装置であって、
   行列状に配置された複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部の列ごとに対応して設けられ、対応する光電変換部から読み出した複数の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
   複数の第１電極を有し、前記複数の第１電極それぞれに印加される水平駆動信号により各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の一部を水平方向に転送する第１の水平転送部と、
   前記第１の水平転送部と並列に配置され、各垂直転送部から転送された複数の信号電荷の他部を水平方向に転送する第２の水平転送部と、
   前記第１の水平転送部と前記第２の水平転送部との間に配置され、前記複数の信号電荷の他部を前記第１の水平転送部から前記第２の水平転送部に選択的に転送する水平間転送部と、
   前記第１電極に対応して設けられ、対応する第１電極に電気的に接続された配線とを備え、
   前記第２の水平転送部は、少なくとも第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とを含む複数の第２電極を有し、前記複数の第２電極それぞれに印加される水平駆動信号により前記複数の信号電荷の他部を転送し、
   前記配線は、前記第１の水平転送電極及び前記第２の水平転送電極に重なって配置され、
   前記第１の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相と、前記第２の水平転送電極に印加される前記水平駆動信号の位相とは異なる
   固体撮像装置。
9. 前記配線と前記第１の水平転送電極とが重なる面積と、前記配線と前記第２の水平転送電極とが重なる面積とは、実質的に等しい
   請求項８記載の固体撮像装置。
10. 前記第１及び第２の水平転送部は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）相駆動であり、
    前記第１及び第２電極のそれぞれは、Ｎ枚の水平転送電極を含み、
    前記配線は、前記Ｎ枚の水平転送電極に重なって配置され、
    前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれに印加される前記水平駆動信号の位相は互いに異なり、
    前記配線と前記Ｎ枚の水平転送電極それぞれとが重なる面積は、実質的に等しい
    請求項９記載の固体撮像装置。
11. 前記配線は、前記第１の水平転送部から前記水平間転送部を介して前記第２の水平転送部への電荷転送方向に対して斜めに配置されている
    請求項９又は１０記載の固体撮像装置。

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