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技術 固体撮像装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 曽田岳彦
出願日 2015年3月31日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-074499
公開日 2016年11月17日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-195186
状態 特許登録済
技術分野 光信号から電気信号への変換 固体撮像素子
主要キーワード 静定時間 雑音除去回路 行信号線 ソースフォロアトランジスタ 平面配置図 両信号線 アナログデジタル変換回路 裏面照射型構造
関連する未来課題
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図面 (17)

課題

高速化が抑制されない配線配置を有する固体撮像装置を提供する。

解決手段

第1の信号線と、第2の信号線と、第1の配線と、第2の配線とが、同一方向かつ同一層に配されている。第1の信号線と第2の信号線の配線間距離は、第1の信号線と第1の配線の配線間距離、または、第2の信号線と第2の配線の配線間距離よりも大きい。

概要

背景

特許文献1には、デジタルビデオカメラデジタルスチルカメラなどで用いられている固体撮像素子において、同一列に複数の信号線が配された構成が開示されている。同一列に複数の信号線を設けることによって、複数行を同時に読み出すことができ、読み出し速度を向上させることができる。特許文献1では、複数の信号線同士の配線間距離が等しい形態が開示されている。

概要

高速化が抑制されない配線配置を有する固体撮像装置を提供する。 第1の信号線と、第2の信号線と、第1の配線と、第2の配線とが、同一方向かつ同一層に配されている。第1の信号線と第2の信号線の配線間距離は、第1の信号線と第1の配線の配線間距離、または、第2の信号線と第2の配線の配線間距離よりも大きい。

目的

本発明は、高速化が抑制されない配線配置を有する固体撮像装置を提供する

効果

実績

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請求項1

固体撮像装置であって、光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を、第1の信号線と、前記第1の信号線とは異なる第2の信号線に出力する増幅部と、前記第1の信号線と、前記第2の信号線と、前記第1の信号線および前記第2の信号線とは異なる第1の配線と、前記第1の信号線および前記第2の信号線並びに前記第1の配線とは異なる第2の配線とが、同一方向かつ同一層に配された配線層とを有し、平面視において、前記第1の信号線は、前記第1の配線と前記第2の信号線との間に配されており、かつ、前記第2の信号線は、前記第1の信号線と前記第2の配線との間に配されており、前記第1の信号線と前記第2の信号線の配線間距離は、前記第1の信号線と前記第1の配線の配線間距離、または、前記第2の信号線と前記第2の配線の配線間距離よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。

請求項2

前記第1の信号線と前記第2の信号線との配線間距離を2で除した値をXとし、前記第1の信号線が設けられた位置と前記第2の信号線が設けられた位置との中間点と、前記第1の配線が設けられた位置との距離をLとした場合に、以下の式を満たす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の配線に隣接している配線は前記第1の信号線のみであり、前記第2の配線に隣接している配線は前記第2の信号線のみであることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。

請求項4

前記第1の信号線と前記第2の信号線との間、前記第1の信号線と前記第1の配線との間、前記第2の信号線と前記第2の配線との間に、他の配線が設けられていないことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項5

前記第1の信号線と前記第1の配線の配線間距離、または、前記第2の信号線と前記第2の配線の配線間距離は、前記配線層における複数の配線間の距離の中で最も小さいことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項6

前記第1の配線および前記第2の配線は、電源配線であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項7

前記第1の配線は、前記光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号が出力される第3の信号線であり、前記第2の配線は、前記光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号が出力される第4の信号線であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項8

前記第1の信号線と前記第3の信号線は同色の画素信号を伝搬するように構成されている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の信号線と前記第2の信号線は同色の画素信号を伝搬するように構成されている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10

前記第1の信号線と、前記第2の信号線と、前記第3の信号線と、前記第4の信号線が設けられている層とは異なる層の配線層に、電源配線が設けられていることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項11

前記光電変換部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部を有し、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部に対して共通に設けられたマイクロレンズを更に有し、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部から個別に信号が読み出し可能に構成されていることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項12

前記第1の光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号は前記第1の信号線に出力され、前記第2の光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号は前記第2の信号線に出力されることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。

請求項13

前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号は前記第1の信号線に出力されることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。

請求項14

前記増幅部は、第1の増幅部と第2の増幅部を有し、前記第1の増幅部は前記第1の信号線に前記画素信号を出力し、前記第2の増幅部は前記第2の信号線に前記画素信号を出力することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の固体撮像装置。

請求項15

請求項1から14のいずれか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る信号を処理する処理部と、を備えることを特徴とするカメラ

技術分野

0001

本発明は、固体撮像装置配線配置に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、デジタルビデオカメラデジタルスチルカメラなどで用いられている固体撮像素子において、同一列に複数の信号線が配された構成が開示されている。同一列に複数の信号線を設けることによって、複数行を同時に読み出すことができ、読み出し速度を向上させることができる。特許文献1では、複数の信号線同士の配線間距離が等しい形態が開示されている。

先行技術

0003

特開2006−50403号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、複数の信号線同士の配線間距離が等しいと高速化が抑制される可能性がある。そこで、本発明は、高速化が抑制されない配線配置を有す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

0005

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を、第1の信号線と、前記第1の信号線とは異なる第2の信号線に出力する増幅部と、前記第1の信号線と、前記第2の信号線と、前記第1の信号線および前記第2の信号線とは異なる第1の配線と、前記第1の信号線および前記第2の信号線並びに前記第1の配線とは異なる第2の配線とが、同一方向かつ同一層に配された配線層とを有し、平面視において、前記第1の信号線は、前記第1の配線と前記第2の信号線との間に配されており、かつ、前記第2の信号線は、前記第1の信号線と前記第2の配線との間に配されており、前記第1の信号線と前記第2の信号線の配線間距離は、前記第1の信号線と前記第1の配線の配線間距離、または、前記第2の信号線と前記第2の配線の配線間距離よりも大きいことを特徴とする。

発明の効果

0006

本発明によれば、高速化が抑制されない配線配置を有す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

0007

実施形態1に係るブロックの模式図。
実施形態1に係る画素回路構成を説明する図。
実施形態1に係る画素配列を示す図。
比較例と実施形態1に係る固体撮像素子の断面図。
実施形態1に係る配線配置を説明する図。
実施形態2に係る画素配列を示す図。
実施形態2に係るブロックの模式図。
実施形態2に係る画素配列の一部を示す図。
比較例と実施形態2に係る固体撮像素子の断面図。
実施形態3に係るブロックの模式図。
実施形態3に係る画素配列を示す図。
実施形態4に係る画素配列を示す図。
実施形態4に係る画素配列を示す図。
実施形態5に係る画素配列を示す図。
実施形態5に係る画素配列を示す図。
実施形態6に係るブロックの模式図。

実施例

0008

(実施形態1)
以下、本実施形態として、CMOS型の固体撮像装置の例を説明する。

0009

図1は、固体撮像装置の構成を説明するブロック図である。固体撮像装置は、複数の画素3が行列状に配された画素部2を備えている。ここでは、説明の簡略化のため、4行×4列の画素3を備える例を示している。

0010

画素部2から読み出された画素信号の情報を水平走査回路8A及び8Bに伝達するため、第1列信号線4A(第1の信号線)と、第2列信号線4B(第2の信号線)が配されている。

0011

ここでは、画素部2の奇数行目(第1行目及び第3行目)の画素3の画素信号は第1列信号線4Aに出力されている。また、偶数行目(第2行目及び第4行目)の画素3の画素信号は第2列信号線4Bに出力されている。

0012

また、画素部2の各列には、電源配線5及び電源配線6が配されている。例えば、電源配線5はドレイン側電源(以下、VDD)であり、電源配線6は接地電源(以下、GND)である。タイミング制御回路9Aは、水平走査回路8Aに制御信号を出力し、画素信号の処理のタイミングを制御する。同様に、タイミング制御回路9Bは、水平走査回路8Bに制御信号を出力する。

0013

また、垂直走査回路7は、画素部2の各画素3に、画素信号を読み出すための制御信号(RES1、TX1、SEL1等)をそれぞれ出力する。ここで、制御信号(RES1、TX1、SEL1等)についての画素部2への結線は省略している。水平走査回路8A及び8Bのそれぞれは、例えば、雑音除去回路増幅回路アナログデジタル変換回路等を含む。この構成により、画素部2から出力された画素信号の情報は、水平走査回路8Aまたは8Bによって読み出される。

0014

図2は、画素3の等価回路図である。画素3は、光電変換部10(例えば、フォトダイオード)、転送トランジスタ11、フローティングディフュージョン13、リセットトランジスタ15、増幅部としてのソースフォロワトランジスタ17、選択トランジスタ18を含む。選択トランジスタ18は設けられない場合もある。

0015

画素3は、電源端子21が、電源配線5に相当するVDDと接続され、電源端子22が電源配線6に相当するGNDと接続されている。

0016

転送トランジスタ11のゲート端子12には、制御信号TX1が与えられる。制御信号TX1が活性化されると、光電変換部10において受光によって発生し蓄積された電荷が、転送トランジスタ11によって、フローティングディフュージョン13に転送される。

0017

フローティングディフュージョン13に転送された電荷によって生じたノード電位の変動に応じて、ソースフォロアトランジスタ17が出力する電圧が変化しうる。

0018

選択トランジスタ18のゲート端子19には、制御信号SEL1が与えられる。制御信号SEL1が活性化されると、選択トランジスタ18は、ソースフォロワトランジスタ17から出力された画素信号を出力端子20に出力する。

0019

図1に示すように、出力端子20は、第1列信号線4A又は第2列信号線4Bに接続されている。すなわち、増幅部としてのソースフォロワトランジスタ17は、光電変換部10に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を、出力端子20を介して、第1列信号線4Aと第2列信号線4Bに出力するように構成されている。また、リセットトランジスタ15のゲート端子には、制御信号RES1が与えられる。制御信号RES1が活性化されると、リセットトランジスタ15はフローティング13の電位をリセットする。図1に示すように、図2に示した画素3の等価回路図は行列状に配される。このため、本実施形態では、m行の画素では、第1の増幅部が第1列信号線4に画素信号を出力し、m+1行の画素では、第2の増幅部が第2列信号線5に画素信号を出力することとなる。

0020

本実施形態では、出力端子20から出力された信号はアナログ信号であるが、画素3内にデジタル出力部を設けることで画素毎にデジタル信号を出力するようにしてもよい。

0021

図3は、画素部2のうち、2行3列に配置された画素3の平面配置の模式図である。視認性を確保するために、制御信号(RES1、TX1、SEL1等)の配線の記載を省略している。また、第3列目の画素3については、第1列信号線4A、第2列信号線4B、電源配線5、電源配線6の記載を省略している。図3に示すように、本実施形態では、複数の配線からなるパターンが所定の方向に周期的に配列されている。n列に配されている電源配線6と、n+1列に配されている電源配線5の配線間距離は、n列に配されている電源配線6と電源配線5との配線間距離よりも大きくなっている。

0022

図4(A)は本実施形態を示すものであり、図3平面配置図における線分a−bの断面構造の模式図である。各配線と光電変換部10以外の部材については説明の簡略化のために省略している。他方、図4(B)は比較例を示す断面構造の模式図である。

0023

図4(B)において、第1列信号線4A(第1の信号線)、第2列信号線4B(第2の信号線)、電源配線5(第1の配線)、電源配線6(第2の配線)は、同一方向かつ同一層の配線層に配されている。例えばこれらの信号線および配線は列方向に配されており、3層目の配線層に設けられている。

0024

また、平面視において、第1列信号線4A(第1の信号線)は、電源配線5(第1の配線)と電源配線6(第2の配線)との間に配されている。第2列信号線4B(第2の信号線)は、第1列信号線4A(第1の信号線)と電源配線6(第2の配線)との間に配されている。電源配線5及び電源配線6は、第1列信号線4A及び第2列信号線4Bに対して、光電変換部10の近くに配されている。電源配線5に隣接している配線は第1列信号線4Aのみであり、また、電源配線6に隣接している配線は第2列信号線4Bのみである。

0025

図4(B)においては、第1列信号線4Aと第2列信号線4Bの配線間距離、電源配線5と第1列信号線4Aの配線間距離、電源配線6と第2列信号線4Bの配線間距離は同じである。これらの配線間距離は、図4(B)でW1として表記している。

0026

図4(B)の点線で囲われた枠内には、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。ここでは、水平方向に隣接する配線同士の寄生容量成分について示しており、斜め方向に位置する配線や2層以上離れている配線等の寄生容量成分は相対的に小さいことから省略している。

0027

配線層において互いに隣り合う配線の間に生じうる寄生容量成分をCL1とする。列信号線同士の寄生容量成分と、列信号線と電源配線の寄生容量成分を同等として扱うと、列信号線4A及び4Bに生じうる寄生容量成分は2×CL1となる。

0028

他方、図4(A)に示した本実施形態では、第1列信号線4Aと第2列信号線4Bの間の配線間距離(W3)が、電源配線5と第1列信号線4Aの配線間距離(W2)及び電源配線6と第2列信号線4Bの配線間距離(W2´)よりも大きい。W2とW2´の値は、W3よりも小さい値であれば、同じであっても異なっていてもよい。本実施形態では、列信号線を含む複数の配線が設けられている配線層において、配線間距離W2またはW2´が複数の配線間の距離の中で最も小さい距離となっている。

0029

図4(A)の点線で囲われた枠内には、互いに隣接する配線の間に生じうる寄生容量成分を模式的に示している。第1列信号線4Aと第2列信号線4Bの配線間に生じうる寄生容量成分をCL3、電源配線5と第1列信号線4Aの配線間及び電源配線6と第2列信号線4Bの配線間に生じうる寄生容量成分をそれぞれCL2とする。このとき、信号線4A及び4Bに生じうる寄生容量成分はCL2+CL3である。

0030

図5は、図4(B)の配線の断面構造の模式図である。説明を簡略化するために配線を点として表現している。また、列信号線4Aが設けられた位置と列信号線4Bが設けられた位置との中間点を通る線(以下、中線4M)を軸として、列信号線4Aと4B、及び電源配線5と6は線対称に配置されている。列信号線4Aと中線4M間の距離、すなわち、列信号線4Aと4Bの配線間距離を2で除した値をX、電源配線5と中線4M間の距離をLとする。このとき、列信号線4Aと列信号線4Bの配線間に生じうる寄生容量成分CL3は、列信号線4Aと列信号線4B間の距離2Xに反比例する。また、列信号線4Aと電源配線5の配線間に生じうる寄生容量成分CL2は、列信号線4Aと電源配線5間の距離(L−X)に反比例する。これらの距離と寄生容量成分の関係をもとに検討した結果、距離Lの半分よりも距離Xを大きくした方が、信号線4Aに生じうる寄生容量成分を小さくすることができる。この条件を、以下の式で示す。

0031

0032

つまり、図4(A)で示したように、W2およびW2´よりW3を大きくすることによって、信号線4A及び信号線4Bに生じうる寄生容量成分(CL2+CL3)を、図4(B)に示した両信号線に生じうる寄生容量成分(2×CL1)よりも小さくすることができる。

0033

画素信号が出力される信号線に寄生容量が存在すると、信号線上の信号が変化しようとしても瞬時に変化することはできず、信号線の時定数に応じて、信号線上の信号が安定するまでに所定の時間を有する。この信号が安定するまでの時間を静定時間という。静定時間が短ければ短いほど、画像信号伝搬遅延を抑制することができ、画素信号を高速に読み出すことが可能となるため、信号線の寄生容量は小さい方が好ましい。

0034

本実施形態で説明した構成によれば、各信号線を等間隔に配置したものと比較して、第1列信号線4A(第1の信号線)と第2列信号線4B(第2の信号線)に生じうる寄生容量成分を小さくすることができる。この結果、画素信号を高速に読み出すことができ、高速化が抑制されない固体撮像装置の実現が可能となる。ただし、列信号線4Aを電源配線5に近づけすぎると列信号線4Aと電源配線5の配線間に生じうる寄生容量成分CL2が大きくなり、列信号線4Aに生じうる寄生容量成分の合計(CL2+CL3)が大きくなってしまう。そのため、以下の式を満たすように各配線を配置して、列信号線4A及び列信号線4Bに生じうる寄生容量成分を低減することが好ましい。

0035

0036

さらに、以下の式を満たすように各配線を配置して、列信号線4A及び列信号線4Bに生じうる寄生容量成分を低減することがより好ましい。

0037

0038

また、図4(A)における第1列信号線4Aと第2列信号線4Bとの間の寄生容量成分はCL3となり、図4(B)の寄生容量成分(CL1)よりも小さくなる。このため、列信号線同士のクロストークも抑制することも可能である。

0039

W2およびW2´よりもW3が大きい関係を満たす領域は、図1で示す画素部2の全ての領域を占めているは必要なく、例えば画素部2の80%以上の領域を満たしていればよい。

0040

以上のように、列信号線同士の間隔をより大きくすることによって列信号線に生じうる寄生容量成分が低減するため、配線容量による画像信号の伝搬遅延を抑制することができる。

0041

列信号線同士で寄生容量成分が異なる場合、各列信号線同士で伝搬遅延に差が生じるため、その後の信号処理は伝搬遅延の大きい列信号線に律速されることになる。図5に示すように列信号線及び電源配線を、中線4Mを軸として線対称に配置すれば、列信号線4Aと列信号線4Bの寄生容量成分を略同じにすることができる。そのため、偶数行奇数行の画像信号の伝搬遅延の差を低減することができる。

0042

本実施形態では画素3ごとに選択トランジスタ18を1個ずつ設けているが、画素3ごとに複数の選択トランジスタを設ける画素構造でもよい。選択トランジスタ18によって列信号線を切り替えることによって複数行の信号を加算することが可能になる。例えば、画素3ごとに選択トランジスタ18を2個ずつ設ける構造でもよい。この場合、第1の選択トランジスタをオンにすると、1つの増幅部から第1の信号線に画素信号が出力される。一方、第2の選択トランジスタをオンにすると、この増幅部から第2の信号線に画素信号が出力されることになる。このように、本願発明は、1つの画素から2つの信号線に出力する形態も包含する。

0043

また、本実施形態では、光を基板の表面側から入射させる表面照射型構造(FSI:Front Side Illumination)を採用している。この結果、電源配線5および電源配線6に隣接する配線は列信号線4Aまたは4Bのみとなっており、電源配線5または電源配線6は光電変換部に最も近接して配置されている配線となっている。他方、光を基板の裏面側から入射させる、裏面照射型構造BSI:Back Side Illumination)を採用することも可能である。

0044

さらに、光電変換部と周辺回路部もしくは画素回路の一部とを別基板に分けて形成し、それらを電気的に接続する積層構造を採用することも可能である。

0045

加えて、画素3で生成された電圧信号をデジタル信号に変換するAD変換部を画素毎に設けることによってデジタル信号を列信号線に出力させる構造においても本実施形態を適用することも可能である。

0046

加えて、本実施形態では、画素の列方向に対応して信号線を設けていたが、画素の行方向に対応するように信号線を配してもよい。この場合、第1の信号線は第1の行信号線となり、第2の信号線は第2の行信号線となる。

0047

(実施形態2)
図6から9を参照しながら、第2実施形態の固体撮像装置を説明する。第2実施形態の固体撮像装置は、図6に例示されるベイヤ配列カラーフィルタを採用するものである。RDは赤色光を検知する画素(赤画素)、BL青色光を検知する画素(青画素)、GR及びGBは緑色光を検知する画素(緑画素)を示している。また、Hは列を示し、Lは行を示す。

0048

図7は、本実施形態での固体撮像装置の構成を説明するブロック図であり、図8は、本実施形態での固体撮像装置の画素部2のうち、4行3列の画素の平面配置図を模式的に示したものである。

0049

図7において、画素部2には、赤色光を検知する画素RD、青色光を検知する画素BL、緑色光を検知する画素GR及びGBが設けられている。画素部2から読み出された各画素の信号は第1列信号線4A、第2列信号線4B、第3列信号線4C及び第4列信号線4Dに出力される。例えば、画素部2の奇数行目(第1行目及び第3行目)の画素3の画素信号は第1列信号線4A及び第3列信号線4Cに出力されている。偶数行目(第2行目及び第4行目)の画素3の画素信号は第2列信号線4B及び第4列信号線4Dに出力されている。すなわち、画素GR及び画素RDの画素信号は第1列信号線4Aあるいは第3列信号線4Cに接続され、画素GB及び画素BLの画素信号は第2列信号線4Bあるいは第4列信号線4Dに接続されている。

0050

図9(A)は本実施形態を示すものであり、図8の平面配置図における線分c−dの箇所に対応する断面構造を模式的に表している。他方、図9(B)は、比較例である断面構造を模式的に表している。第1列信号線4A、第2列信号線4B、第3列信号線4C、第4列信号線4Dが同一方向かつ同一層の配線層に配されている。

0051

図9(B)において、第1列信号線4Aと第2列信号線4Bとの配線間距離と、第1列信号線4Aと第4列信号線4Cとの配線間距離と、第2列信号線4Bと第4列信号線4Dとの配線間距離は同じである。これらの配線間距離は図9(B)でW1として表記している。

0052

配線層において互いに隣り合う配線の間に生じうる寄生容量成分をCL4とする。このとき、列信号線4A及び4Bに生じうる寄生容量成分は2×CL4である。一方、列信号線4C及び4Dに生じうる寄生容量成分はCL4である。そのため、列信号線4C及び4Dの寄生容量成分に対して、列信号線4A及び4Bの寄生容量成分が大きくなり、信号伝搬遅延差を生じさせることになる。この結果、その後の信号処理が、遅延の大きい列信号線4A及び4Bに律速されることになる。

0053

図9(A)においては、第1列信号線4Aと第2列信号線4Bの配線間距離(W3)が、第3列信号線4Cと第1列信号線4Aの配線間距離(W2)および第2列信号線4Bと第4列信号線4Dの配線間距離(W2´)よりも大きくなるように構成されている。W2とW2´の値は、W3よりも小さい値であれば、同じであっても異なっていてもよい。本実施形態では、列信号線を含む複数の配線が設けられている配線層において、配線間距離W2またはW2´が複数の配線間の距離の中で最も小さい距離となっている。

0054

第1列信号線4Aと第2列信号線4Bの配線間に生じうる寄生容量成分をCL6、第1列信号線4Aと第3列信号線4Cとの配線間と第2列信号線4Bと第4列信号線4Dの配線間に生じうる寄生容量成分をそれぞれCL5とする。このとき、列信号線4A及び4Bに生じうる寄生容量成分はCL5+CL6であり、列信号線4C及び4Dに生じうる寄生容量成分はCL5である。つまり、図9(A)で示したように、W2およびW2´よりW3を大きくすることによって、信号線4A及び信号線4Bに生じうる寄生容量成分(CL5+CL6)を寄生容量成分(2×CL4)よりも小さくすることができる。

0055

列信号線4A及び4Bの寄生容量成分が低減すると、列信号線4C及び4Dと、列信号線4A及び4Bの寄生容量成分の差が小さくなるため、列信号線同士での信号伝搬の遅延差を低減させることができる。

0056

ところで、図7に示した画素部2の1列目において、1行目の画素GRは列信号線4A、2行目の画素BLは列信号線4D、3行目の画素GRは列信号線4C、4行目の画素BLは列信号線4Bに出力している。この結果、同色の信号を伝達する列信号線(列信号線4Aおよび4C、列信号線4Bと4D)が、異色の信号を伝達する列信号線よりも近くに配置されている。すなわち、図9(A)を参照すると、距離W3で配置されているのは、異色の信号を伝達する列信号線であり、距離W2またはW2´で配置されているのは同色の信号を伝達する列信号線である。このような構成によれば、列信号線が隣接することによって信号のクロストークが生じたとしても、近接する列信号線が同色の信号を伝達するため、列信号線における混色の影響を低減させることができる。

0057

また、列信号線4A及び4Bと、列信号線4C及び4Dの配線抵抗を異ならせる構成も可能である。列信号線同士で寄生容量成分が異なる場合、信号伝搬の遅延差をもたらし、その後の信号処理は遅延の大きい列信号線に律速されることになる。そのため、遅延の大きい列信号線の配線抵抗を小さくすることで列信号線同士の遅延差を低減でき、さらなる高速化が可能になる。例えば、列信号線4A及び4Bの容量が大きい場合には、配線抵抗を小さくするために、列信号線4A及び4Bの配線幅を、列信号線4C及び4Dの配線幅よりも大きくすればよい。

0058

さらに、列信号線4A及び4Bと、列信号線4C及び4Dの配線に流す定電流を異ならせる構成も可能である。電流を増加させることで列信号線の信号が静定するまでの時定数を小さくすることができる。このため、遅延の大きい列信号線に流す定電流を増加させることによって、列信号線同士の遅延差を低減でき、さらなる高速化が可能になる。この場合、一部の列信号線だけ定電流を増加させればいいので消費電力を抑制も可能になる。例えば、列信号線4A及び4Bの容量が大きい場合には、列信号線4A及び4Bに流す定電流を、列信号線4C及び4Dに流す定電流よりも大きくすればよい。

0059

(実施形態3)
図10および11を参照しながら、本実施形態の固体撮像装置を説明する。図10は本実施形態の構成を説明するブロック図である。図11は画素部2のうち、4行3列の画素(RD、BL、GR及びGB)の平面配置図を模式的に示したものである。

0060

実施形態3との違いは、同じ色同士の列信号線の寄生容量成分を略同じにしている点である。具体的には、図10に示した画素部2の1列目において、1行目の画素GRは列信号線4A、2行目の画素BLは列信号線4C、3行目の画素GRは列信号線4B、4行目の画素BLは列信号線4Dに出力されている。この結果、図9(A)を援用して説明すると、同色である画素GRからの信号を伝達する列信号線(列信号線4Aと4B)の寄生容量成分は両方ともCL5+CL6となっている。他方、同色である画素BLからの信号を伝達する列信号線(列信号線4Cと4D)の寄生容量成分は両方ともCL5となっている。このような構成によれば、同色の列信号線の寄生容量成分の差が小さくなるため、同色の列信号間でノイズレベルを揃えることが可能になり、その後の信号処理でノイズ処理の効果を高めることができる。

0061

(実施形態4)
図12および13を参照しながら、本実施形態の固体撮像装置を説明する。図12は固体撮像装置の画素部2のうち、4行3列の画素(RD、BL、GR及びGB)の平面配置図を模式的に示したものである。出力端子20と電源端子21及び22は図示を省略している。図13図12の線分e−fの箇所に対応する断面構造を模式的に表したものである。

0062

実施形態1から3との違いは、列信号線が複数の配線層に配置されている点である。本実施形態では第1から第8の列信号線4Aから4Hが設けられている。本実施形態では、別の配線層である第5列信号線4Eと第6列信号線4Fの配線間距離(W5)が、第5列信号線4Eと第6列信号線4Gの配線間距離(W4)、および、第6列信号線4Fと第8列信号線4Hの配線間距離(W4´)よりも大きい。W4とW4´の値は、W5よりも小さい値であれば、同じであっても異なっていてもよい。本実施形態によれば、列信号線が増加した分、画素部の読み出し速度をさらに向上させることが可能になる。

0063

(実施形態5)
図14および15を参照しながら、本実施形態の固体撮像装置を説明する。図14は本実施形態の画素部2のうち、2行3列の画素の平面配置図を模式的に示したものである。

0064

図15図14の平面配置図における線分g−hの箇所に対応する断面構造を模式的に表したものである。

0065

実施形態1から4との違いは、複数の列信号線が設けられている配線層とは異なる層に遮光部が配されており、かつ、平面視において遮光部と複数の列信号線とが重なるように配置されていることである。遮光層23は光電変換部10へ入射する光を遮光しない位置に配置するのが好ましく、フローティングディフュージョンや、画素3内のトランジスタの上部へ配置するのがより好ましい。遮光層23を配置することによって、フローティングディフュージョンや画素3内のトランジスタに入射する光の量を低減することができるため、画素の信号に及ぼす影響を低減することができる。また、遮光層23は、電源配線5及び電源配線6の機能を兼ねていてもよい。

0066

(実施形態6)
図16は本実施形態の構成を説明するブロック図である。本実施形態は画素3が2つの光電変換部を備えている点において、実施形態1から5とは異なる。本実施形態の断面構造の模式図として、図9(A)を援用する。

0067

図16において第1の光電変換部(例えば、画素GR−A)と第2の光電変換部(例えば、画素GR−B)には、これらの光電変換部に対して共通に設けられたマイクロレンズを通して、光が入射する。第1の光電変換部と第2の光電変換部は、レンズ射出瞳の互いに異なる領域を通過した光を受光するように構成されている。このため、第1の光電変換部と第2の光電変換部から個別に読みだされた信号は、焦点検出用の信号を含む。すなわち、第1の光電変換部と第2の光電変換部で検出された光の強度分布から焦点が合っているか否かの判断を行うことができる。

0068

ここで、図16に示した画素部2の1列目において、1行目の画素を構成するGR−Aは列信号線4Aに出力され、同じく1行目の画素を構成するGR−Bは列信号線4Bに出力される。また、2行目の画素を構成するBL—Aは列信号線4Cに出力され、BL−Bは列信号線4Dに出力される。これらの信号線4Aから4Dを上記実施形態と同様に配置すれば、列信号線4A及び4Bの寄生容量成分を低減することができる。この結果、列信号線4C及び4Dと、列信号線4A及び4Bの寄生容量成分の差が小さくなるため、列信号線同士での信号伝搬の遅延差を低減させることができる。

0069

ところで、本実施形態において、同色であるGR−AおよびGR−Bからの信号を伝達する列信号線同士(列信号線4Aと4B)の寄生容量成分は両方ともCL5+CL6となっている。他方、同色であるBL−AおよびBL−Bからの信号を伝達する列信号線(列信号線4Cと4D)の寄生容量成分は両方ともCL5となっている。このような構成によれば、同色の列信号線の寄生容量成分の差が小さくなるため、同色の列信号間でノイズレベルを揃えることが可能になり、その後の信号処理でノイズ処理の効果を高めることができる。

0070

また、画素3に設けられている第1の光電変換部と第2の光電変換部はそれぞれフローティングディフュージョンを有していてもよく、また1つのフローティングディフュージョンを共有していてもよい。焦点検出用の画素において、1つのフローティングディフュージョンを2つの光電変換部で共有する場合、1つの画素あたりの信号線は1本となる。そのため、実施形態2の図7から9で説明した配線配置とすることも可能である。

0071

(その他の実施形態等)
上記説明した実施形態は相互に組み合わせることが可能である。また、上記説明した実施形態は、CMOS型の固体撮像装置だけでなく、CCD型の固体撮像装置にも適用することが可能である。さらに、上記ではカメラに含まれる固体撮像装置について述べたが、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ携帯端末)も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、A/D変換器、および、このA/D変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

0072

4A、4B、4C、4D列信号線
5、6 電源配線

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