DE112018004380T5 - Festkörper-bildsensor und festkörper-bildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Festkörper-bildsensor und festkörper-bildaufnahmevorrichtung Download PDF

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Soraya Shirini
Takahisa Ueno
Katsuhiko HANZAWA
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Zur Durchführung einer Belichtungssteuerung für ein beliebiges Gebiet in einem aufzunehmenden Bild.Jeder von Festkörper-Bildsensoren in einer zweidimensional angeordneten Pixelanordnung umfasst einen Auswahlsignalanschluss, einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich und einen Ladungshaltebereich. Der Auswahlsignalanschluss empfängt ein Auswahlsignal, das durch eine Pixeladresse in der Pixelanordnung bestimmt ist. Der fotoelektrische Umwandlungsbereich erzeugt eine Ladung entsprechend dem einfallenden Licht und speichert die Ladung entsprechend dem Auswahlsignal. Der Ladungshaltebereich hält die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe zurück.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Technologie bezieht sich auf einen Festkörper-Bildsensor. Konkret bezieht sich die vorliegende Technologie auf einen Festkörper-Bildsensor und eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einem fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der in Abhängigkeit vom einfallenden Licht eine Ladung erzeugt und speichert.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Bei der Durchführung von Bildverarbeitung oder ähnlichem gibt es einen Fall, in dem die Verarbeitung mit dem Fokus auf ein bestimmtes Gebiet in einem Bild durchgeführt wird. Das Gebiet wird in diesem Fall als Gebiet von Interesse (ROI, region of interest) bezeichnet. Es gibt einen Fall, in dem eine Vielzahl von Gebieten von Interesse in ein Bild gesetzt werden, und weiter gibt es einen Fall, in dem sie sich gegenseitig überlappen. In diesem Fall werden die Gebiete von Interesse separat behandelt, und daher ist es wünschenswert, die Höhe der Belichtung und die Auflösung unabhängig voneinander zu steuern. In der Regel wird bei einem Rolling-Shutter-System die Bedienung des Verschlusses in Einheiten einer Zeile durchgeführt, und bei einem globalen Shutter- bzw. Verschluss-System wird die Bedienung des Verschlusses kollektiv für alle Pixel durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird eine Technologie vorgeschlagen, bei der nur ein für einen ausgewählten Bereich notwendiges Gebiet, das durch einen Ansteuermodus namens Fensterlesen (engl. window reading) zugeschnitten wird, abgebildet wird (siehe z.B. Patentdokument 1) .
  • ZITATLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-101159
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
  • Bei der bestehenden, oben beschriebenen Technologie wird die Auflösung durch Änderung der Ausdünnungsrate beim Lesen von Pixeldaten entsprechend der Größe eines Bild- bzw. Framerahmens verändert. Bei dieser bestehenden Technologie wird die Ausdünnung jedoch in Einheiten von Zeilen bzw. Reihen durchgeführt, und daher ist es schwierig, die Belichtung für ein beliebiges Gebiet zu steuern.
  • Die gegenwärtige Technologie wurde im Hinblick auf solche Umstände entwickelt, und es ist wünschenswert, eine Belichtungssteuerung für ein beliebiges Gebiet in einem aufzunehmenden Bild durchzuführen.
  • LÖSUNGEN FÜR PROBLEME
  • Die vorliegende Technologie wurde zur Lösung des oben genannten Problems erzielt, und gemäß einem ersten Aspekt wird ein Festkörper-Bildsensor bereitgestellt, der umfasst: einen Auswahlsignalanschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Auswahlsignal empfängt, das durch eine Pixeladresse in einer zweidimensional angeordneten Pixelanordnung bzw. einem zweidimensional angeordneten Pixel-Array bestimmt ist; einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er eine Ladung entsprechend einfallendem Licht erzeugt und die Ladung entsprechend dem Auswahlsignal speichert; und einen Ladungshaltebereich, der so konfiguriert ist, dass er die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe zurückhält. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich zu speichernde Ladung pixelweise entsprechend dem Auswahlsignal gesteuert wird.
  • Ferner kann gemäß dem ersten Aspekt ein Ladungsfreigabebereich konfiguriert werden, um die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend dem Auswahlsignal freizugeben. Dies ermöglicht eine Handlung, bei der die Freigabe der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung pixelweise entsprechend dem Auswahlsignal gesteuert wird.
  • Ferner kann das Auswahlsignal gemäß dem ersten Aspekt ein erstes dekodiertes Signal enthalten, das ein Dekodierungsergebnis einer horizontalen Adresse in der Pixelanordnung darstellt, und ein zweites dekodiertes Signal, das ein Dekodierungsergebnis einer vertikalen Adresse in der Pixelanordnung darstellt, und der Ladungsfreigabebereich kann die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigeben, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die Freigabe der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung auf Pixelbasis entsprechend dem ersten und zweiten dekodierten Signal gesteuert wird.
  • Ferner kann der Ladungsfreigabebereich nach dem ersten Aspekt einen ersten Transistor umfassen, bei dem an einem Ende eine Stromquelle angeschlossen ist und der in einem Fall, in dem das erste dekodierte Signal wirksam ist, leitend wird, und einen zweiten Transistor, der in Reihe zwischen den ersten Transistor und den fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist und der in einem Fall, in dem das zweite dekodierte Signal wirksam ist, leitend wird. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigegeben wird, in dem das erste und das zweite dekodierte Signal wirksam sind.
  • Ferner kann der Ladungsfreigabebereich gemäß dem ersten Aspekt einen ersten Transistor umfassen, bei dem eines der ersten und zweiten dekodierten Signale mit einem Gate und das andere der ersten und zweiten dekodierten Signale mit einem Drain verbunden ist, wobei der erste Transistor ein wirksames Signal von einer Source in einem Fall liefert, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, und einen zweiten Transistor umfassen, der in Reihe zwischen eine Stromquelle und den fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist und der in einem Fall, in dem ein wirksames Signal von der Source des ersten Transistors bereitgestellt wird, in den leitenden Zustand kommt. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem, während ein Ladungsleck aus einer Diffusionsschicht vermieden wird, die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigegeben wird, in dem das erste und das zweite dekodierte Signal wirksam sind.
  • Ferner kann der Ladungsfreigabebereich gemäß dem ersten Aspekt einen Transistor umfassen, der zwischen einer Stromquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich in Reihe geschaltet ist, wobei eines des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem ersten Gate und das andere des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem zweiten Gate verbunden ist, und der in einem Fall, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, in den leitenden Zustand kommt. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem unter Verwendung von Doppelgates die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigegeben wird, in dem das erste und das zweite dekodierte Signal wirksam sind.
  • Ferner kann der Festkörper-Bildsensor gemäß dem ersten Aspekt einen ersten Chip mit dem Auswahlsignalanschluss, dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich und dem Ladungshaltebereich sowie einen zweiten Chip mit dem Ladungsfreigabebereich umfassen, der auf dem ersten Chip gestapelt ist. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem der Ladungshaltebereich und der Ladungsfreigabebereich auf verschiedenen Chips gebildet sind.
  • Ferner kann der Festkörper-Bildsensor gemäß dem ersten Aspekt ferner umfassen: einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln; und einen ersten Transfertransistor und einen zweiten Transfertransistor, die in Reihe zueinander geschaltet und so konfiguriert sind, dass sie die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung zum Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich übertragen, wobei der Ladungshaltebereich integral mit einer Diffusionsschicht des ersten Transfertransistors ausgebildet werden kann. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem der Dunkelstrom unterdrückt wird.
  • Ferner kann der Festkörper-Bildsensor gemäß dem ersten Aspekt eine Vielzahl von Pixeln enthalten, von denen jedes den Auswahlsignalanschluss, den fotoelektrischen Umwandlungsbereich und den Ladungshaltebereich umfasst, und der Festkörper-Bildsensor kann ferner einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich umfassen, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung in jedem der Vielzahl von Pixeln speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich von einer Vielzahl von Pixeln geteilt wird.
  • Darüber hinaus kann der Festkörper-Bildsensor gemäß dem ersten Aspekt zudem umfassen: einen Ladungsrücksetzbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung zurücksetzt. Darüber hinaus kann der Festkörper-Bildsensor zudem umfassen: einen Signalverstärkungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung verstärkt und ein Pixelsignal mit einem der Ladung entsprechenden Pegel ausgibt.
  • Darüber hinaus wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Pixelanordnung, in der eine Vielzahl von Pixeln zweidimensional angeordnet ist, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie einfallendes Licht in ein Pixelsignal umwandeln; eine Belichtungssteuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Auswahlsignal bereitstellt, das eines der Vielzahl von Pixeln kennzeichnet, und die Belichtung in dem gekennzeichneten Pixel steuert; und eine Leseschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie das Pixelsignal von jedem der Vielzahl von Pixeln liest, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln einen Auswahlsignalanschluss, der so konfiguriert ist, dass er das Auswahlsignal empfängt, einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er eine Ladung entsprechend dem einfallenden Licht erzeugt und speichert, einen Ladungsfreigabebereich, der so konfiguriert ist, dass er die in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend dem Auswahlsignal freigibt, einen Ladungshaltebereich, der so konfiguriert ist, dass er die in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend einer vorgegebenen Zeitvorgabe hält, und einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die in dem Ladungshaltebereich gehaltene Ladung speichert, um die Ladung in das Pixelsignal, das ein Spannungssignal ist, umzuwandeln. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die Freigabe der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich des Pixels in der Pixelanordnung gespeicherte Ladung pixelweise entsprechend dem Auswahlsignal gesteuert wird.
  • Ferner kann die Belichtungssteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Aspekt Dekoder enthalten, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie jede der Positionen in horizontaler und vertikaler Richtung einer Pixeladresse in der Pixelanordnung dekodieren und das Auswahlsignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Dekodierung liefern können. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die Freigabe der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung auf Pixelbasis entsprechend dem Ergebnis der Dekodierung gesteuert wird.
  • Außerdem kann die Belichtungssteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Aspekt das Auswahlsignal für jedes der spezifischen Gebiete in der Pixelanordnung liefern. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem die Freigabe der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung auf Basis eines Gebiets gesteuert wird.
  • Außerdem kann die Belichtungssteuerungsschaltung in einem Teil, in dem sich die spezifischen Gebiete überlappen, die Steuerung entsprechend einem spezifischen Gebiet durchführen, in dem die Zeit der Ladungsakkumulation zum fotoelektrischen Umwandlungsbereich kürzer ist. Dies ermöglicht ein Handeln, bei dem in einem Teil, in dem sich Gebiete überlappen, die Belichtungssteuerung entsprechend einem Gebiet durchgeführt wird, in dem die Zeit der Ladungsakkumulation zum fotoelektrischen Umwandlungsbereich kürzer ist.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird eine ausgezeichnete Wirkung bereitgestellt, bei der die Belichtungssteuerung für ein beliebiges Gebiet in einem aufzunehmenden Bild durchgeführt werden kann. Zu beachten ist, dass die hier beschriebene Wirkung nicht notwendigerweise begrenzt ist und jede in der vorliegenden Offenlegung beschriebene Wirkung sein kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Belichtungssteuerschaltung 70 und einem Pixel 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 6 ist ein Diagramm, das Beispiele für ein Gebiet von Interesse, ROI zeigt, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie vorgesehen ist.
    • 7 ist ein Diagramm, das Beispiele für eine Beziehung zwischen Signalen und einer Akkumulationszeit jedes Gebiets in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Zeitpunkt des Auslesens des Pixels 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 im ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 im ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem zweiten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 16 ist ein weiteres Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
    • 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 im Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes in einem Fall zeigt, in dem eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie auf einem Substrat gebildet ist.
    • 23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung auf der Basis einer rückseitigen Beleuchtung zeigt.
    • 24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes in einem Fall zeigt, in dem eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie auf zwei Substraten gebildet ist.
    • 25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
    • 26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • MODUS FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird ein Modus zur Durchführung der vorliegenden Technologie beschrieben (der Modus wird im Folgenden als Ausführungsform bezeichnet). Die Beschreibung wird in der folgenden Reihenfolge vorgenommen.
    1. 1. Erste Ausführungsform (Beispiel, in dem zwei Transistoren durch zweidimensionale Adressierung in den leitenden Zustand gebracht werden)
    2. 2. Zweite Ausführungsform (Beispiel, in dem ein Transistor durch das logische Produkt einer zweidimensionalen Adresse in den leitenden Zustand gebracht wird)
    3. 3. Dritte Ausführungsform (Beispiel, bei dem eine zweidimensionale Adresse in verschiedene Gates eines Transistors eingegeben wird, um den Transistor in den leitenden Zustand zu bringen)
    4. 4. Vierte Ausführungsform (Beispiel für die Aufteilung in gestapelte Chips)
  • <Erste Ausführungsform >
  • [Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung]
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst eine Pixelanordnung 10 und einen peripheren Schaltungsteil. Der periphere Schaltungsteil umfasst eine vertikale Treiberschaltung 20, eine horizontale Treiberschaltung 30, eine Systemsteuerschaltung 40, Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 50, eine Ausgangsschaltung 60 und eine Belichtungssteuerschaltung 70. Zu beachten ist, dass die vertikale Treiberschaltung 20, die horizontale Treiberschaltung 30, die Systemsteuerschaltung 40, die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 und die Ausgangsschaltung 60 ein Beispiel für eine Leseschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie sind.
  • Die Pixelanordnung 10 ist eine Pixelanordnung, in der eine Vielzahl von Pixeln 100, die jeweils einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich enthalten, in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet sind. Wie später beschrieben wird, umfasst das Pixel 100 beispielsweise eine Fotodiode, die als fotoelektrischer Umwandlungsbereich dient, und eine Vielzahl von Pixel-Transistoren.
  • Die vertikale Treiberschaltung 20 steuert das Pixel 100 in Einheiten von Zeilen bzw. Reihen an. Die vertikale Treiberschaltung 20 umfasst beispielsweise ein Schieberegister. Die vertikale Treiberschaltung 20 wählt eine Pixel-Ansteuerverbindung aus und liefert einen Impuls zur Ansteuerung des Pixels 100 an die ausgewählte Pixel-Ansteuerverbindung. Dabei tastet die vertikale Treiberschaltung 20 selektiv die Pixel 100 der Pixelanordnung 10 in vertikaler Richtung nacheinander in Einheiten von Zeilen ab und gibt über eine vertikale Signalleitung (VSL) 109 ein Pixelsignal aus, das auf einer Signalladung basiert, die entsprechend dem einfallenden Licht im fotoelektrischen Umwandlungsbereich des Pixels 100 erzeugt wird.
  • Der horizontale Treiberschaltung 30 steuert die SpaltenSignalverarbeitungsschaltung 50 in Einheiten von Spalten an. Die horizontale Treiberschaltung 30 enthält beispielsweise ein Schieberegister. Die horizontale Treiberschaltung 30 gibt sequentiell horizontale Abtastimpulse aus und wählt dadurch alle Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 50 nacheinander aus und bewirkt, dass von jeder der Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 50 ein Pixelsignal an eine horizontale Signalleitung 59 ausgegeben wird.
  • Die Systemsteuerschaltung 40 steuert die Leseverarbeitung in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung. Die Systemsteuerschaltung 40 empfängt einen Eingangstakt und Daten, die den Betriebsmodus usw. steuern, und gibt Daten wie z.B. Informationen von innerhalb der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung aus. Das heißt, die Systemsteuerschaltung 40 erzeugt auf der Grundlage eines vertikalen Synchronisationssignals, eines horizontalen Synchronisationssignals und eines Haupttaktes ein Taktsignal und ein Steuersignal, die als Standards für jede der Operationen der vertikalen Treiberschaltung 20, der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50, der horizontalen Treiberschaltung 30 usw. dienen. Dann speist die Systemsteuerschaltung 40 diese Signale in die vertikale Treiberschaltung 20, die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50, die horizontale Treiberschaltung 30 usw. ein.
  • Die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 wird beispielsweise für jede Spalte mit Pixeln 100 platziert und führt eine Signalverarbeitung, wie z.B. Rauschunterdrückung, für ein Signal durch, das von dem Pixel 100 einer Zeile über die vertikale Signalleitung 109 ausgegeben wird, und zwar auf Pixelspaltenbasis. Das heißt, die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 führt eine Signalverarbeitung wie z.B. korrelierte Doppelabtastung (CDS) zur Entfernung von festem Musterrauschen, das dem Pixel 100 eigen ist, Signalverstärkung und Analog-Digital-Wandlung (A/D) durch. Zu beachten ist, dass in der Ausgangsstufe der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 in einem Teil, der zur horizontalen Signalleitung 59 führt, ein nicht dargestellter horizontaler Auswahlschalter angeschlossen ist.
  • Die Ausgangsschaltung 60 führt die Signalverarbeitung von Signalen durch, die nacheinander von jeder der Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 50 über die horizontale Signalleitung 59 zugeführt werden, und gibt die verarbeiteten Signale aus. In diesem Fall puffert die Ausgangsschaltung 60 das von der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 gesendete Signal. Darüber hinaus kann die Ausgangsschaltung 60 eine Schwarzpegeleinstellung, eine Korrektur der Spaltenabweichung, verschiedene digitale Signalverarbeitungen usw. an dem von der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 gesendeten Signal vornehmen.
  • Die Belichtungssteuerschaltung 70 steuert die Belichtung in der Mehrzahl der Pixel 100 der Pixelanordnung 10. Die Belichtungssteuerschaltung 70 liefert an jedes der Pixel 100 ein Auswahlsignal, das eines der mehreren Pixel 100 in der Pixelanordnung 10 kennzeichnet, und führt die Steuerung der Belichtung in Einheiten des Pixels 100 durch. Eine Verbindungsbeziehung zwischen der Belichtungssteuerschaltung 70 und dem Pixel 100 wird mit Bezug auf die nächste Abbildung beschrieben.
  • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Belichtungssteuerschaltung 70 und dem Pixel 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • Die Belichtungssteuerschaltung 70 umfasst einen horizontalen Adressdekoder 71 und einen vertikalen Adressdekoder 72. Der horizontale Adressdekoder 71 ist ein Dekoder, der die Position der Pixeladresse in der Pixelanordnung 10 in horizontaler Richtung dekodiert. Der Ausgang des horizontalen Adressdekoders 71 wird dem Pixel 100 als horizontales Adresssignal OFGx zugeführt. Zu beachten ist, dass die horizontale Adresse auch als Spaltenadresse bezeichnet wird.
  • Der vertikale Adressdekoder 72 ist ein Dekoder, der die Position der Pixeladresse in vertikaler Richtung in der Pixelanordnung 10 dekodiert. Der Ausgang des vertikalen Adressdekoders 72 wird dem Pixel 100 als vertikales Adresssignal OFGy zugeführt. Zu beachten ist, dass die vertikale Adresse auch als Zeilenadresse bezeichnet wird.
  • Jedes der Pixel 100 umfasst Anschlüsse für den Empfang des horizontalen Adresssignals OFGx und des vertikalen Adresssignals OFGy. Dabei kann das Pixel 100 die Steuerung für die Belichtung in Einheiten von Pixeln von der Belichtungssteuerschaltung 70 erhalten. Zu beachten ist, dass das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy Beispiele für ein Auswahlsignal nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie sind.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • Das Pixel 100 umfasst einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120, einen ersten Ladungsübertragungsbereich 130, einen Ladungshaltebereich 140, einen zweiten Ladungsübertragungsbereich 150, einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160, einen Ladungsrücksetzbereich 170, einen Signalverstärkungsbereich 180, einen Pixelauswahlbereich 190 und die Ladungsfreigabebereiche 111 und 112. Außerdem umfasst das Pixel 100 Auswahlsignalanschlüsse 110, die das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy empfangen.
  • Der fotoelektrische Umwandlungsbereich 120 ist beispielsweise eine Fotodiode mit p-n-Übergang (PD) und erzeugt und speichert eine Ladung entsprechend der Menge des einfallenden Lichts. Zu beachten ist, dass der fotoelektrische Umwandlungsbereich 120 eine eingebettete Struktur sein kann.
  • Der erste Ladungsübertragungsbereich 130 überträgt die in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung entsprechend einem Übertragungssignal TRM an den Ladungshaltebereich 140. Wenn das an den ersten Ladungsübertragungsbereich 130 angelegte Übertragungssignal TRM wirksam wird (ein H-Pegel), geht der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in einen leitenden Zustand über, und die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung wird an den Ladungshaltebereich 140 übertragen. Zu beachten ist, dass auch in der folgenden Beschreibung die elektrischen Potentialpegel, die die Wirksamkeit anzeigen, als H-Pegel bezeichnet werden; diese Pegel können über eine gemeinsame Signalleitung zugeführt werden oder mindestens einer von ihnen kann separat zugeführt werden.
  • Der Ladungshaltebereich 140 ist eine Kapazität eines Diffusionsbereichs MEM, der zwischen dem Drain des ersten Ladungsübertragungsbereichs 130 und der Source des zweiten Ladungsübertragungsbereichs 150 gebildet wird. Der Ladungshaltebereich 140 hält die aus dem ersten Ladungsübertragungsbereich 130 übertragene Ladung.
  • Der zweite Ladungsübertragungsbereich 150 überträgt die im Ladungshaltebereich 140 zurückgehaltene Ladung gemäß einem Übertragungssignal TRG an den Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160. Wenn das an den zweiten Ladungsübertragungsbereich 150 angelegte Übertragungssignal TRG wirksam wird (der H-Pegel), geht der zweite Ladungsübertragungsbereich 150 in einen leitenden Zustand über, und die im Ladungshaltebereich 140 zurückgehaltene Ladung wird an den Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 übertragen.
  • Der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 ist eine floatende bzw. potentialfreie Diffusionskapazität (FD), die zwischen dem Drain des zweiten Ladungsübertragungsbereichs 150 und der Source des Ladungsrücksetzbereichs 170 gebildet wird. Der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 speichert die vom zweiten Ladungsübertragungsbereich 150 übertragene Ladung.
  • Der Ladungsrücksetzbereich 170 setzt die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 gespeicherte Ladung entsprechend einem Rücksetzsignal RST zurück. Wenn das an den Ladungsrücksetzbereich 170 angelegte Rücksetzsignal RST wirksam ist (der H-Pegel), geht der Ladungsrücksetzbereich 170 in einen leitenden Zustand über, und die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 gespeicherte Ladung wird zurückgesetzt.
  • Der Signalverstärkungsbereich 180 verstärkt die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 gespeicherte Ladung und gibt ein Pixelsignal mit einem der Ladung entsprechenden Pegel aus. Die Gateelektrode des Signalverstärkungsbereichs 180 ist mit dem Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 verbunden, und das Drain ist mit einer Versorgungsspannung VDD verbunden; und die durch fotoelektrische Umwandlung im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 erhaltene Ladung wird verstärkt und gelesen.
  • Der Pixelauswahlbereich 190 wählt ein Pixel 100 in der Pixelanordnung 10 aus. Der Pixelauswahlbereich 190 wird zwischen die Source des Signalverstärkungsbereichs 180 und die vertikale Signalleitung 109 geschaltet, und ein Auswahlsignal SEL wird der Gateelektrode des Pixelauswahlbereichs 190 zugeführt. Wenn das Auswahlsignal SEL wirksam ist (der H-Pegel), geht der Pixelauswahlbereich 190 in einen Leitungszustand über, und das Pixel geht in einen sogenannten Auswahlzustand über. Wenn das Pixel in den Auswahlzustand versetzt wird, wird ein vom Signalverstärkungsbereich 180 ausgegebenes Signal über die vertikale Signalleitung 109 in die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 ausgelesen.
  • Die Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 geben die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung entsprechend dem horizontalen Adresssignal OFGx und dem vertikalen Adresssignal OFGy frei. Wenn das vertikale Adresssignal OFGy, das an den Ladungsfreigabebereich 111 angelegt ist, wirksam wird (der H-Pegel) und darüber hinaus das horizontale Adresssignal OFGx, das an den Ladungsfreigabebereich 112 angelegt ist, wirksam wird (der H-Pegel), gehen beide Bereiche in einen Leitungszustand über. Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung über die Versorgungsspannung VDD freigegeben.
  • Wie oben beschrieben, wurden das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy von der Belichtungssteuerschaltung 70 auf Pixelbasis geliefert; dadurch kann die Freigabesteuerung der im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherten Ladung auf Pixelbasis durchgeführt werden. Die Zeitspanne vom Zeitpunkt der Freigabe der Ladung bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Übertragungssignal TRM wirksam wird (der H-Pegel) und an den Ladungshaltebereich 140 übertragen wird, ist die Akkumulationszeit des fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 120. Der Zeitpunkt der Übertragung auf den Ladungshaltebereich 140 ist in den gesamten Bildern gleich; die Akkumulationszeit kann also selektiv durch den Zeitpunkt der Freigabe der Ladung gesteuert werden.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Hier zeigt 5 einen Querschnitt, der entlang der gestrichelten Linie in 4 aufgenommen wurde.
  • In diesem Pixel 100 sind die Ladungsfreigabebereiche 111 und 112, der erste Ladungsübertragungsbereich 130, der zweite Ladungsübertragungsbereich 150, der Ladungsrücksetzungsbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet. Jeder dieser umgebenden Bereiche umfasst beispielsweise einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), bei dem unter der Gateelektrode ein Oxid-Isolierfilm gebildet ist.
  • Die Versorgungsspannung VDD ist an das Drain des Ladungsfreigabebereichs 111 angeschlossen. Die Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 sind in Reihe geschaltet, und zwischen beiden besteht eine Diffusionsschicht 119. Wenn das an den Ladungsfreigabebereich 111 angelegte vertikale Adresssignal OFGy wirksam wird (der H-Pegel) und darüber hinaus das an den Ladungsfreigabebereich 112 angelegte vertikale Adresssignal OFGx wirksam wird (der H-Pegel), gehen beide in einen Leitungszustand über. Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung über die Versorgungsspannung VDD freigegeben.
  • Der Ladungshaltebereich 140 wird zwischen dem Drain des ersten Ladungsübertragungsbereichs 130 und der Source des zweiten Ladungsübertragungsbereichs 150 gebildet. Wenn das an den ersten Ladungsübertragungsbereich 130 angelegte Übertragungssignal TRM wirksam wird (ein H-Pegel), geht der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in einen leitenden Zustand über, und die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung wird an den Ladungshaltebereich 140 übertragen.
  • Der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 wird zwischen dem Drain des zweiten Ladungsübertragungsbereichs 150 und der Source des Ladungsrücksetzbereichs 170 gebildet. Wenn das an den zweiten Ladungsübertragungsbereich 150 angelegte Übertragungssignal TRG wirksam wird (der H-Pegel), geht der zweite Ladungsübertragungsbereich 150 in einen leitenden Zustand über, und die im Ladungshaltebereich 140 zurückgehaltene Ladung wird an den Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 übertragen.
  • [Belichtungssteuerung]
  • 6 ist ein Diagramm, das Beispiele für das Gebiet von Interesse, ROI zeigt, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie vorgesehen ist.
  • In diesem Beispiel werden Gebiet A (11) und Gebiet B (12) in einem Bild als Gebiete von Interesse ROIs genommen, und ein Teil, in dem sich beide überlappen, wird als Gebiet C (13) definiert. Gebiet A ist ein rechteckiges Gebiet von den Koordinaten (xi, yi) oben links bis zu Koordinaten (xm, ym) unten rechts. Gebiet B ist ein rechteckiges Gebiet von den Koordinaten (xk, yk) oben links bis zu den Koordinaten (xr, yr) unten rechts. Die Überlappung der beiden Gebiete hat sich in dem Gebiet C ereignet, das ein Rechteck von den Koordinaten (xk, yk) oben links zu den Koordinaten (xm, ym) unten rechts ist.
  • Hier wird angenommen, dass in dem Gebiet A die Bildaufnahme mit hoher Auflösung erfolgt, während die Akkumulationszeit für die Belichtung lang eingestellt ist. Andererseits wird davon ausgegangen, dass im Gebiet B die Belichtung mit einer niedrigen Auflösung durchgeführt wird, während die Akkumulationszeit für die Belichtung kurz eingestellt ist. In diesem Fall wird die Akkumulationszeit des Gebiets C, in dem sich beide Gebiete überlappen, durch die Akkumulationszeit des Gebiets B bestimmt.
  • 7 ist ein Diagramm, das Beispiele für die Beziehung zwischen Signalen und der Akkumulationszeit jedes Gebiets in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. In der Zeichnung wird der Zeitlauf nach rechts dargestellt.
  • „a“ in der Zeichnung zeigt die Zeitläufe im Gebiet A. Das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy jedes Pixels von den Koordinaten (xi, yi) bis (xm, ym), die unter das Gebiet A fallen, sind in einem Zeitraum bis zum Zeitpunkt T1 wirksam (der H-Pegel). Dabei wird die bis zu diesem Zeitpunkt im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung freigegeben. Wenn danach das an den ersten Ladungsübertragungsbereich 130 angelegte Übertragungssignal TRM zum Zeitpunkt T3 wirksam wird (der H-Pegel), geht der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in einen Leitungszustand über. Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 in der Akkumulationszeit von der Zeit T1 bis zur Zeit T3 gespeicherte Ladung in den Ladungshaltebereich 140 übertragen.
  • „b“ in der Zeichnung zeigt die Zeitläufe im Gebiet B. Zunächst sind das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy jedes der Pixel von den Koordinaten (xk, yk) bis (xm, ym), die sich mit dem Gebiet A überlappen, in einem Zeitraum bis zum Zeitpunkt T1 wirksam (der H-Pegel). Dabei wird die bis zu diesem Zeitpunkt im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung freigegeben. Außerdem sind das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy jedes der Pixel von den Koordinaten (xk, yk) bis (xr, yr) des gesamten Gebiets B wieder wirksam (der H-Pegel) in einer Periode bis zur Zeit T2. Dabei wird die bis zu diesem Zeitpunkt im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung freigesetzt. Wenn danach das an den ersten Ladungsübertragungsbereich 130 angelegte Übertragungssignal TRM zum Zeitpunkt T3 wirksam wird (der H-Pegel), geht der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in einen Leitungszustand über. Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 in der Akkumulationszeit von der Zeit T2 bis zur Zeit T3 gespeicherte Ladung in den Ladungshaltebereich 140 übertragen.
  • „c“ in der Zeichnung zeigt die Zeitabläufe in dem Gebiet C. Zunächst werden, ähnlich wie in den anderen Gebieten, das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy jedes der Pixel von den Koordinaten (xk, yk) bis (xm, ym), die sich mit dem Gebiet A überlappen, in einem Zeitraum bis zur Zeit T1 wirksam (der H-Pegel), und die in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung wird freigegeben. Weiterhin sind das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy jedes der Pixel von den Koordinaten (xk, yk) bis (xm, ym) des gesamten Gebiets C wieder wirksam (der H-Pegel) in einer Zeit bis zur Zeit T2. Dabei wird die bis zu diesem Zeitpunkt im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung freigesetzt. Wenn danach das an den ersten Ladungsübertragungsbereich 130 angelegte Übertragungssignal TRM zum Zeitpunkt T3 wirksam wird (der H-Pegel), geht der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in einen Leitungszustand über. Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 in der Akkumulationszeit von der Zeit T2 bis zur Zeit T3 gespeicherte Ladung in den Ladungshaltebereich 140 übertragen.
  • So ist der Zeitpunkt, zu dem das Übertragungssignal TRM wirksam wird (der H-Pegel) und der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in den leitenden Zustand übergeht, allen Pixeln gemeinsam; andererseits wird der Zeitpunkt, zu dem die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung freigesetzt wird, auf Pixelbasis durch die Belichtungssteuerschaltung 70 gesteuert.
  • 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Zeitpunkt des Auslesens des Pixels 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Die Zeichnung zeigt den Lesezeitverlauf im Bereich des horizontalen Adresssignals OFGx von xk bis xm; und zeigt den Zeitablauf nach rechts dargestellt und die vertikale Adresse nach unten gerichtet.
  • Wie oben beschrieben, wird die Akkumulationszeit für die Belichtung in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 pixelweise gesteuert. In dieser Zeichnung ist der Zeitpunkt, zu dem die Ladung schließlich freigegeben wird, als „VERSCHLUSS“ dargestellt. Andererseits wird der Zeitpunkt, zu dem die in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung in den Ladungshaltebereich 140 übertragen wird, als „TRANSFER“ angezeigt.
  • Danach wird die im Ladungshaltebereich 140 zurückgehaltene Ladung an den Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 übertragen und dann in Einheiten von Zeilen gelesen und über die vertikale Signalleitung 109 der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 50 zugeführt. In diesem Beispiel wird das Lesen mit hoher Auflösung bis zur vertikalen Adresse yk durchgeführt. Andererseits ist an oder nach der vertikalen Adresse yk eine niedrige Auflösung vorgesehen, und das Lesen durch Ausdünnung wird durchgeführt, wobei Zeilen, auf denen nicht gelesen wird, dazwischen liegen. In der Abbildung ist die Linie, die das Lesen nach der Übertragung zeigt, bei oder nach der vertikalen Adresse yk durchgehend; in der Praxis ist die Linie jedoch, obwohl sie zeitlich durchgehend ist, in der Adressrichtung aufgrund des Lesens durch Ausdünnung diskontinuierlich. Zu beachten ist, dass es sich hierbei um ein Beispiel handelt und dass Gebiet C entweder mit hoher oder niedriger Auflösung gelesen werden kann.
  • So kann nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie durch die Steuerung der Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 mit dem vertikalen Adressensignal OFGy und dem horizontalen Adresssignal OFGx die Akkumulationssteuerung für die Belichtung in Pixeleinheiten erfolgen. Dadurch kann die Belichtungssteuerung für jedes beliebige Gebiet in einem Bild durchgeführt werden.
  • [Modifikationsbeispiele]
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass der Ladungshaltebereich 140 getrennt von dem Drain des ersten Ladungstransferbereichs 130 gebildet wird. Im Gegensatz dazu wird in diesem Modifikationsbeispiel angenommen, dass der Ladungshaltebereich 140 integral mit einer Diffusionsschicht des Drains des ersten Ladungstransferbereichs 130 gebildet wird. Die anderen Aspekte ähneln der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
  • 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 im ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 im ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Hier zeigt 11 einen Querschnitt, der entlang der gestrichelten Linie in 10 aufgenommen wurde.
  • Wie oben beschrieben, ist der Ladungshaltebereich 140 ein sogenannter eingebetteter Speicher, der integral mit einer Diffusionsschicht des Drains des ersten Ladungsübertragungsbereichs 130 gebildet wird. Dabei wird angenommen, dass das Drain des Ladungshaltebereichs 140 und des Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereichs 160 einen n-Typ haben. Wenn in diesem Fall das an die Gateelektrode des zweiten Ladungsübertragungsbereichs 150 angelegte Übertragungssignal TRG wirksam wird (der H-Pegel), bildet sich auf der Oberfläche des p-Halbleiters ein Kanal 151, und die Ladung wird übertragen. Durch diese Struktur wird der Dunkelstrom unterdrückt und eine gute Bildqualität erreicht.
  • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem zweiten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • Im zweiten Modifikationsbeispiel ist der erste Ladungsübertragungsbereich 130 in zwei Ladungsübertragungsbereiche 131 und 132 unterteilt. Wenn in diesem Fall beide Übertragungssignale TRM1 und TRM2, die in die Gates der beiden Ladungsübertragungsbereiche 131 und 132 eingespeist werden, wirksam werden (der H-Pegel), gehen die Ladungsübertragungsbereiche 131 und 132 in einen leitenden Zustand über, und die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung wird in den Ladungshaltebereich 140 übertragen. So kann die Ladung effizient übertragen werden, indem die Übertragungssignale TRM1 und TRM2, die an den Gates der beiden Ladungsübertragungsbereiche 131 und 132 eingespeist werden, individuell gesteuert werden. Außerdem wird im Vergleich zu einem Fall mit einem Ladungsübertragungsbereich die Gleichheit der Verunreinigungskonzentration des Speichers beibehalten und somit der Effekt der Ertragssteigerung erzielt.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform werden die Zustände des horizontalen Adresssignals OFGx und des vertikalen Adresssignals OFGy durch Reihenschaltung der Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 erfasst. Wie oben beschrieben, besteht die Diffusionsschicht 119 zwischen den Ladungsfreigabebereichen 111 und 112. Wenn also das horizontale Adresssignal OFGx wirksam wird (der H-Pegel), wenn das vertikale Adresssignal OFGy unwirksam ist (ein L-Pegel), kann eine Ladung über die Kapazität der Diffusionsschicht 119 austreten und das Signal-Rausch-Verhältnis (der S/N-Abstand) kann sich verschlechtern. So werden in einer zweiten Ausführungsform die Transistoren, die das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy empfangen, in einem Stück integriert, um die Diffusionsschicht 119 in der ersten Ausführungsform zu beseitigen.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • Das Pixel 100 in der zweiten Ausführungsform umfasst die Ladungsfreigabebereiche 113 und 114 anstelle der Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 der ersten Ausführungsform. Die sonstige Konfiguration ist ähnlich wie die Konfiguration der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
  • Der Ladungsfreigabebereich 113 ist ein Transistor, bei dem das vertikale Adresssignal OFGy mit dem Gate und das horizontale Adresssignal OFGx mit dem Drain verbunden ist. Daher stellt der Bereich 113 die Source wirksam (der H-Pegel) ein, wenn sowohl das horizontale Adresssignal OFGx als auch das vertikale Adresssignal OFGy wirksam sind (der H-Pegel), und setzt die Source zu anderen Zeiten unwirksam (der L-Pegel). Das heißt, der Ladungsfreigabebereich 113 erzeugt das logische Produkt aus dem horizontalen Adresssignal OFGx und dem vertikalen Adresssignal OFGy. Die Source des Ladungsfreigabebereichs 113 ist mit dem Gate des Ladungsfreigabebereichs 114 verbunden, und die Leitung des Ladungsfreigabebereichs 114 wird durch ein von der Source des Ladungsfreigabebereichs 113 geliefertes Signal gesteuert.
  • Der Ladungsfreigabebereich 114 ist ein Transistor, der entsprechend einem von der Source des Ladungsfreigabebereichs 113 gelieferten Signal in den leitenden Zustand übergeht. Der Ladungsfreigabebereich 114 ist in Reihe zwischen der Versorgungsspannung VDD und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 geschaltet und geht in den leitenden Zustand über, wenn ein von der Source des Ladungsfreigabebereichs 113 geliefertes Signal wirksam wird (der H-Pegel). Dabei wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung über die Versorgungsspannung VDD freigegeben. Andererseits geht der Ladungsfreigabebereich 114 nicht in einen leitenden Zustand über, wenn eines aus horizontalem Adresssignal OFGx und vertikalem Adresssignal OFGy unwirksam ist (der L-Pegel).
  • Zu beachten ist, dass in dem oben beschriebenen Beispiel zwar das vertikale Adresssignal OFGy an das Gate und das horizontale Adresssignal OFGx an das Drain im Ladungsfreigabebereich 113 angeschlossen sind, diese aber auch umgekehrt angeschlossen sein können. Das heißt, es ist auch möglich, das horizontale Adresssignal OFGx an das Gate des Ladungsfreigabebereichs 113 und das vertikale Adresssignal OFGy an das Drain des Ladungsfreigabebereichs 113 anzuschließen.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Hier zeigt 15 einen Querschnitt entlang der gestrichelten Linie in 14.
  • In dem Pixel 100 in der zweiten Ausführungsform sind die Ladungsgabebereiche 113 und 114, der erste Ladungsübertragungsbereich 130, der zweite Ladungsübertragungsbereich 150, der Ladungsrücksetzbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet.
  • Im Ladungsfreigabebereich 113 wird das horizontale Adresssignal OFGx mit dem Drain und das vertikale Adresssignal OFGy mit dem Gate verbunden. Die Versorgungsspannung VDD wird an einem Ende des Ladungsfreigabebereichs 114 zugeführt. Ein Kontakt 103 der Source des Ladungsfreigabebereichs 113 und ein Kontakt 104 des Gates des Ladungsfreigabebereichs 114 sind über eine Metallverbindung 105 miteinander verbunden.
  • 16 ist ein weiteres Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
  • In diesem Beispiel sind die Ladungsfreigabebereiche 113 und 114 und der erste Ladungsübertragungsbereich 130 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet. Außerdem sind der zweite Ladungsübertragungsbereich 150 und der Ladungsrücksetzbereich 170 in der Richtung gegenüberliegend zum fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120, und zum Signalverstärkungsbereich 180 und Pixelauswahlbereich 190 angeordnet.
  • Anders als im oben beschriebenen Beispiel sind das Drain des Ladungsrücksetzbereichs 170 und das Drain des Signalverstärkungsbereichs 180 über eine Metallverbindung 107 miteinander verbunden. Zu beachten ist, dass in den anderen Zeichnungen die Abbildung einer Metallverbindung 106 zwischen dem Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 und dem Gate des Signalverstärkungsbereichs 180 weggelassen wird und dass die Metallverbindung 106 nicht besonders unterschiedlich ist.
  • Zu beachten ist, dass das vertikale Adresssignal OFGy und das horizontale Adresssignal OFGx zur Steuerung der Akkumulationszeit der Belichtung denen der ersten oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich sind, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung der Belichtungssteuerung verzichtet wird.
  • So wird nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie durch das vertikale Adresssignal OFGy und das horizontale Adresssignal OFGx, die von dem Ladungsfreigabebereich 113 empfangen werden, die Diffusionsschicht 119 in der ersten Ausführungsform vermieden, und das S/N-Verhältnis kann verbessert werden.
  • [Modifikationsbeispiele]
  • 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einem Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • In diesem Modifikationsbeispiel wird eine Struktur verwendet, bei der sich zwei fotoelektrische Umwandlungsbereiche 120 in der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 teilen. Die Drains der beiden unterschiedlichen zweiten Ladungsübertragungsbereiche 150 teilen sich den gleichen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160, und jeder der zweiten Ladungsübertragungsbereiche 150 überträgt die im Ladungshaltebereich 140 zurückgehaltene Ladung gemäß dem jeweiligen Übertragungssignal TRG an den Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160.
  • Außerdem ist jede der Anzahl der Ladungsrücksetzbereiche 170, der Signalverstärkungsbereiche 180 und der Pixelauswahlbereiche 190, die mit dem Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 verbunden sind, eins, und es wird eine Struktur verwendet, in der auch diese von einer Vielzahl von fotoelektrischen Umwandlungsbereichen 120 gemeinsam genutzt werden.
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 im Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • In diesem Modifikationsbeispiel sind, ähnlich wie in der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform, die Ladungsfreigabebereiche 113 und 114, der erste Ladungsübertragungsbereich 130, der zweite Ladungsübertragungsbereich 150, der Ladungsrücksetzbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet. Der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160, der Ladungsrücksetzbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 befinden sich jedoch zwischen den beiden fotoelektrischen Umwandlungsbereichen 120 und haben eine Struktur, die von beiden geteilt wird.
  • In diesem Modifikationsbeispiel kann durch den Einsatz einer solchen Pixelaufteilungsstruktur die Flächeneffizienz durch die Reduzierung des Schaltungsmaßstabes verbessert werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • [Schaltungsanordnung]
  • 19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • In dem Pixel 100 in der dritten Ausführungsform sind, ähnlich wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, die Transistoren, die das horizontale Adresssignal OFGx und das vertikale Adresssignal OFGy empfangen, in einem Stück integriert, um die Diffusionsschicht 119 in der ersten Ausführungsform zu vermeiden. Das heißt, dass das Pixel 100 in der dritten Ausführungsform die Ladungsfreigabebereiche 115 und 116 anstelle der Ladungsfreigabebereiche 111 und 112 der ersten Ausführungsform umfasst. Die sonstige Konfiguration ist ähnlich wie die Konfiguration der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
  • Der Ladungsfreigabebereich 115 ist ein Transistor, bei dem das vertikale Adresssignal OFGy mit dem Gate verbunden ist. Außerdem ist der Ladungsfreigabebereich 116 ein Transistor, bei dem das horizontale Adresssignal OFGx mit dem Gate verbunden ist. In den Ladungsfreigabebereichen 115 und 116 sind Doppelgates vorgesehen; obwohl die Gateelektrode unterschiedlich ist, werden Source und Drain gemeinsam genutzt. Daher gehen die Ladungsfreigabebereiche 115 und 116 in einen leitenden Zustand über, wenn sowohl das horizontale Adresssignal OFGx als auch das vertikale Adresssignal OFGy wirksam sind (der H-Pegel). Die Ladungsfreigabebereiche 115 und 116 gehen nicht in einen leitenden Zustand über, wenn eines aus horizontalem Adresssignal OFGx und vertikalem Adresssignal OFGy unwirksam ist (der L-Pegel). Die Ladungsfreigabebereiche 115 und 116 sind zwischen der Versorgungsspannung VDD und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 in Reihe geschaltet; wenn sowohl das horizontale Adresssignal OFGx als auch das vertikale Adresssignal OFGy wirksam werden (der H-Pegel), wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung über die Versorgungsspannung VDD freigegeben.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. 21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Pixels 100 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. Hier zeigt 21 einen Querschnitt entlang der gestrichelten Linie in 20.
  • In dem Pixel 100 in der zweiten Ausführungsform sind die Ladungsfreigabebereiche 115 und 116, der erste Ladungsübertragungsbereich 130, der zweite Ladungsübertragungsbereich 150, der Ladungsrücksetzbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet.
  • Das vertikale Adresssignal OFGy ist mit dem Gate des Ladungsfreigabebereichs 115 verbunden. Außerdem ist das horizontale Adresssignal OFGx mit dem Gate des Ladungsfreigabebereichs 116 verbunden. Die Versorgungsspannung VDD wird an einem Ende des Ladungsfreigabebereichs 115 zugeführt. Wenn sowohl das horizontale Adresssignal OFGx als auch das vertikale Adresssignal OFGy wirksam werden (der H-Pegel), wird die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 gespeicherte Ladung über die Versorgungsspannung VDD freigegeben.
  • So wird nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie durch das vertikale Adresssignal OFGy und das horizontale Adresssignal OFGx, die von den Ladungsgabebereichen 115 und 116 empfangen werden, die Diffusionsschicht 119 in der ersten Ausführungsform vermieden und das S/N-Verhältnis kann verbessert werden.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Bei der ersten bis dritten oben beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass der fotoelektrische Umwandlungsbereich 120 und der Ladungsfreigabebereich auf demselben Substrat gebildet werden. Der Ladungsfreigabebereich in diesen Ausführungsformen muss jedoch nicht unbedingt auf demselben Substrat gebildet werden. In einem Fall, in dem eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eine Struktur hat, in der eine Vielzahl von Substraten gestapelt ist, besteht die Möglichkeit, dass der Ladungsfreigabebereich auf einem Substrat gebildet werden kann, das sich von dem Substrat des fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 120 unterscheidet. Dabei wird eine bestimmte Struktur berücksichtigt.
  • [Substrate]
  • 22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes in einem Fall zeigt, in dem eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie auf einem Substrat gebildet wird.
  • In diesem Beispiel wird eine Pixelanordnung 611 auf einem zentralen Bereich eines Substrats 610 platziert, und ein horizontaler Adressdekoder 612, ein vertikaler Adressdekoder 613 und eine Leseschaltung 614 werden um die Pixelanordnung 611 herum angeordnet.
  • Andererseits wird in einer Struktur, in der eine Vielzahl von Substraten gestapelt ist, in vielen Fällen ein rückseitiger Beleuchtungstyp verwendet, bei dem das Licht von einer anderen Seite als einer Verdrahtungsschicht auf einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich fällt. In diesem Fall ist es wünschenswert, zu versuchen, das Rauschen zu reduzieren, indem man auf folgende Weise einen Lichtabschirmungsbereich bildet.
  • 23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung auf der Basis einer rückseitigen Beleuchtung zeigt. In diesem Beispiel werden eine Verdrahtungsschicht 561, ein Oxidfilm 562, ein Halbleitersubstrat 563, eine Lichtabschirmungsschicht 564, eine Farbfilterschicht 565 und eine On-Chip-Linse 566 in dieser Reihenfolge von der unteren Seite aus gestapelt. Ferner ist ein Bereich des Halbleitersubstrats 563, in dem ein fotoelektrischer Umwandlungsbereich 551 gebildet wird, ein fotoelektrisches Umwandlungsgebiet 567, und ein Bereich des Halbleitersubstrats 563, in dem ein Ladungshaltebereich 554 gebildet wird, ein Ladungshaltegebiet 568. Einfallendes Licht wird von der Rückseite (in der Zeichnung die Oberseite), die der Vorderseite des Halbleitersubstrats 563 gegenüberliegt, zugeführt.
  • Die Verdrahtungsschicht 561 wird z.B. von einem Substratträgerelement getragen, das auf der Unterseite der Verdrahtungsschicht 561 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Verdrahtungen 571, die das Auslesen einer Ladung des im Halbleitersubstrat 563 gebildeten fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 551 usw. durchführen, ist in einen Zwischenschicht-Isolierfilm 572 eingebettet. Ferner wird in der Verdrahtungsschicht 561 eine Gateelektrode 573, die im ersten Ladungsübertragungsbereich 130 enthalten ist, für das Halbleitersubstrat 563 über den Oxidfilm 562 in einem Bereich zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 und dem Ladungshaltebereich 554 angeordnet. Durch Anlegen einer vorgeschriebenen Spannung an die Gateelektrode 573 wird eine im fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 gespeicherte Ladung auf den Ladungshaltebereich 554 übertragen. Der Oxidfilm 562 hat isolierende Eigenschaften und isoliert die vordere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 563.
  • Ein N-Typ-Gebiet, das in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 enthalten ist, und ein N-Typ-Gebiet, das in dem Ladungshaltebereich 554 enthalten ist, werden in dem Halbleitersubstrat 563 gebildet. Außerdem wird jeweils eine Pinning-Schicht 574 auf der Rückseite und der Vorderseite des fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 551 und des Ladungshaltebereichs 554 gebildet. Darüber hinaus wird im Halbleitersubstrat 563 ein Inter-Pixel-Trennbereich 575 zum Trennen benachbarter Pixel gebildet, um den äußeren Umfang des Pixels zu umgeben.
  • Die Lichtabschirmungsschicht 564 wird durch einen Lichtabschirmungsbereich 576 gebildet, der ein Material mit Lichtabschirmungseigenschaften enthält, das in einen Materialfilm 577 mit hoher Permittivität eingebettet ist. So enthält z.B. der Lichtabschirmungsbereich 576 ein Material wie Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) und ist an einen nicht abgebildeten GND geerdet. Der Materialfilm 577 mit hoher Permittivität kann ein Material wie Siliziumdioxid (SiO2), Hafniumoxid (HfO2), Tantalpentoxid (Ta2O5) oder Zirkoniumdioxid (ZrO2) enthalten.
  • Ferner umfasst der Lichtabschirmungsbereich 576 einen Abdeckbereich, der so angeordnet ist, dass er das Halbleitersubstrat 563 bedeckt, und einen eingebetteten Bereich, der so angeordnet ist, dass er in einen vertikalen Graben eingebettet ist, der in dem Halbleitersubstrat 563 gebildet wird, so dass er die Umfänge des fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 551 und des Ladungshaltebereichs 554 umgibt. Das heißt, der Abdeckbereich des Lichtabschirmungsbereichs 576 wird im Wesentlichen parallel zu jeder in dem Pixel enthaltenen Schicht gebildet. Andererseits ist der eingebettete Bereich des Lichtabschirmungsbereichs 576 bis zu einer vorgeschriebenen Tiefe so geformt, dass er sich in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Abdeckbereich erstreckt.
  • Hier kann der eingebettete Bereich des Lichtabschirmungsbereichs 576 auch im Inter-Pixel-Trennbereich 575 gebildet werden, so dass er die Umfänge des fotoelektrischen Umwandlungsbereichs 551 und des Ladungshalteteils 554 umgibt. Ferner kann z.B. der eingebettete Bereich des Lichtabschirmungsbereichs 576 den Umfang des Ladungshaltebereich 554 bilden, oder der eingebettete Bereich des Lichtabschirmungsbereichs 576 kann zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 und dem Ladungshaltebereich 554 gebildet werden. Das heißt, es reicht aus, dass der eingebettete Bereich mindestens zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 und dem Ladungshaltebereich 554 gebildet wird und der fotoelektrische Umwandlungsbereich 551 und der Ladungshaltebereich 554 durch den eingebetteten Bereich getrennt sind.
  • Außerdem wird im Lichtabschirmungsbereich 576 eine Öffnung für den Lichteinfall auf den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 gebildet. Die Öffnung wird in einem Bereich gebildet, der dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 entspricht, und andere Bereiche, in denen der Ladungshaltebereich 554, der Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich 160 usw. gebildet werden, werden durch den Lichtabschirmungsbereich 576 vom Licht abgeschirmt.
  • In der Farbfilterschicht 565 wird für jedes Pixel ein Filter platziert, das Licht der jeweils entsprechenden Farbe durchlässt; beispielsweise werden Filter, die grünes Licht, blaues Licht und rotes Licht durchlassen, für Pixel in der so genannten Bayer-Anordnung angeordnet. Die On-Chip-Linse 566 ist eine Linse zum Sammeln von auf das Pixel einfallendem Licht, das auf den fotoelektrische Umwandlungsbereich 551 trifft.
  • Das Pixel dieses Beispiels umfasst den Lichtabschirmungsbereich 576, in dem der eingebettete Bereich mindestens zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 und dem Ladungshaltebereich 554 gebildet wird. Dadurch wird das Licht, selbst wenn es aus einer schrägen Richtung einfällt und den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 551 durchlaufen hat, durch den eingebetteten Bereich blockiert, und somit kann das Austreten von Licht in den Ladungshaltebereich 568 verhindert werden. So kann das Auftreten von optischem Rauschen verhindert werden, das entstehen würde, wenn Licht in den Ladungshaltebereich 568 austreten würde.
  • 24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes in einem Fall zeigt, in dem eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie auf zwei Substraten gebildet wird.
  • In diesem Beispiel werden die Substrate 610 und 620 gestapelt, und die Pixelanordnung 611 wird auf das Substrat 610 platziert. Ferner sind auf dem Substrat 620 ein horizontaler Adressdekoder 622 und ein vertikaler Adressdekoder 623 um eine Leseschaltung 624 herum angeordnet. In diesem Beispiel ist eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung der oben beschriebenen Art der Rückseitenbeleuchtung vorgesehen, und das einfallende Licht wird von oben auf das Substrat 610 gerichtet.
  • Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Technologie, die eine solche gestapelte Struktur vorsieht, wird im Folgenden beschrieben. Zu beachten ist, dass hier zwar ein Beispiel beschrieben wird, bei dem zwei Substrate gestapelt werden, die vierte Ausführungsform aber auch für eine Stapelstruktur aus drei oder mehr Schichten verwendet werden kann.
  • [Schaltungsanordnung]
  • 25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung des Pixels 100 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • Mit der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform als Grundlage enthält das Pixel 100 in der vierten Ausführungsform einen Ladungsfreigabebereich 117, wobei angenommen wird, dass der Ladungsfreigabebereich 113 der zweiten Ausführungsform auf einem anderen Substrat platziert ist. Das heißt, im Ladungsfreigabebereich 117 wird das horizontale Adresssignal OFGx mit dem Drain und das vertikale Adresssignal OFGy mit dem Gate verbunden.
  • [Schaltungslayout]
  • 26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Draufsicht des Pixels 100 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
  • In dem Pixel 100 in der vierten Ausführungsform sind der Ladungsfreigabebereich 114, der erste Ladungsübertragungsbereich 130, der zweite Ladungsübertragungsbereich 150, der Ladungsrücksetzbereich 170, der Signalverstärkungsbereich 180 und der Pixelauswahlbereich 190 um den fotoelektrischen Umwandlungsbereich 120 als Zentrum angeordnet. Der Ladungsfreigabebereich 117 wird auf einem anderen Substrat platziert, und für die Verbindung zwischen den Substraten kann z.B. eine Verbindung von Kupferteilen (Cu), eine Mikrokontaktierung usw. verwendet werden. Ein Kontakt zum anderen Substrat und ein Kontakt zum Gate des Ladungsfreigabebereichs 114 sind über eine Metallverdrahtung 108 miteinander verbunden.
  • So kann nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie der Ladungsfreigabebereich 117 zwischen gestapelten Substraten auf ein anderes Substrat als das Substrat der Pixelanordnung 10 platziert und die Installationsfläche reduziert werden.
  • Zu beachten ist, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein Beispiel für die Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschreiben, und dass Gegenstände in den Ausführungsformen und Gegenstände, die die Erfindung in den Ansprüchen spezifizieren, Korrespondenzbeziehungen haben. In ähnlicher Weise haben die Gegenstände, die die Erfindung in den Ansprüchen spezifizieren, und die Gegenstände in den Ausführungsformen der vorliegenden Technologie, die mit denselben Begriffen bezeichnet werden, Korrespondenzbeziehungen. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann ausgeführt werden, indem man die Ausführungsformen verschiedenen Modifikationen unterzieht, ohne von deren Kern abzuweichen.
  • Zu beachten ist, dass die in der Spezifikation beschriebenen vorteilhaften Auswirkungen lediglich Beispiele sind und die vorteilhaften Auswirkungen der vorliegenden Technologie nicht auf sie beschränkt sind und andere Effekte beinhalten können.
  • Zu beachten ist, dass die vorliegende Technologie auch wie unten beschrieben konfiguriert werden kann.
    1. (1) Ein Festkörper-Bildsensor, aufweisend:
      • einen Auswahlsignalanschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Auswahlsignal empfängt, das durch eine Pixeladresse in einer zweidimensional angeordneten Pixelanordnung bestimmt ist;
      • einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er eine Ladung entsprechend dem einfallenden Licht erzeugt und die Ladung entsprechend dem Auswahlsignal speichert; und
      • einen Ladungshaltebereich, der so konfiguriert ist, dass er die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe zurückhält.
    2. (2) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (1), der ferner aufweist: einen Ladungsfreigabebereich, der so konfiguriert ist, dass er die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend dem Auswahlsignal freigibt.
    3. (3) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (2), bei dem das Auswahlsignal ein erstes dekodiertes Signal, das ein Dekodierungsergebnis einer horizontalen Adresse in der Pixelmatrix darstellt, und ein zweites dekodiertes Signal, das ein Dekodierungsergebnis einer vertikalen Adresse in der Pixelmatrix darstellt, umfasst, und der Ladungsfreigabebereich gibt die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigibt, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind.
    4. (4) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (3), wobei der Ladungsfreigabebereich umfasst einen ersten Transistor, bei dem an einem Ende eine Stromquelle angeschlossen ist und der in einem Fall, in dem das erste dekodierte Signal wirksam ist, in den leitenden Zustand übergeht, und einen zweiten Transistor, der zwischen dem ersten Transistor und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich in Reihe geschaltet ist und der in einem Fall, in dem das zweite dekodierte Signal wirksam ist, in den leitenden Zustand übergeht.
    5. (5) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (3), wobei der Ladungsfreigabebereich umfasst einen ersten Transistor, bei dem eines des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem Gate und das andere des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem Drain verbunden ist, wobei der erste Transistor ein wirksames Signal von einer Source bereitstellt, wenn sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, und einen zweiten Transistor, der in Reihe zwischen eine Stromquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist und der in einem Fall in den leitenden Zustand kommt, wenn ein wirksames Signal von der Source des ersten Transistors geliefert wird.
    6. (6) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (3), bei dem der Ladungsfreigabebereich einen Transistor umfasst, der in Reihe zwischen einer Stromquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist, wobei eines des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem ersten Gate und das andere des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem zweiten Gate verbunden ist, und der in einem Fall, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, in den leitenden Zustand kommt.
    7. (7) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (3), aufweisend:
      • einen ersten Chip, der den Auswahlsignalanschluss, den fotoelektrischen Umwandlungsbereich und den Ladungshaltebereich umfasst; und
      • einen zweiten Chip, der den Ladungsfreigabebereich umfasst und auf den ersten Chip gestapelt wird.
    8. (8) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem aus (1) bis (7), ferner aufweisend:
      • einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln; und
      • einen ersten Transfertransistor und einen zweiten Transfertransistor, die in Reihe zueinander geschaltet und so konfiguriert sind, dass sie die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung zum Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich übertragen,
      • wobei dem der Ladungshaltebereich integral mit einer Diffusionsschicht des ersten Transfertransistors gebildet ist.
    9. (9) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem aus (1) bis (8), bei dem der Festkörper-Bildsensor eine Vielzahl von Pixeln umfasst, von denen jedes den Auswahlsignalanschluss, den fotoelektrischen Umwandlungsbereich und den Ladungshaltebereich umfasst, und der Festkörper-Bildsensor ferner einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung in jedem der Vielzahl von Pixeln speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln.
    10. (10) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (9), ferner aufweisend:
      • einen Ladungsrücksetzbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung zurücksetzt.
    11. (11) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (9) oder (10), ferner aufweisend:
      • einen Signalverstärkungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die in dem Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung verstärkt und ein Pixelsignal mit einem der Ladung entsprechenden Pegel ausgibt.
    12. (12) Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die aufweist:
      • eine Pixelanordnung, in der eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie einfallendes Licht in ein Pixelsignal umwandeln, zweidimensional angeordnet ist;
      • eine Belichtungssteuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Auswahlsignal liefert, das eines der Vielzahl von Pixel kennzeichnet und die Belichtung in dem gekennzeichneten Pixel steuert; und
      • eine Leseschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie das Pixelsignal von jedem der Vielzahl von Pixeln liest,
      • wobei jedes der Vielzahl von Pixeln einen Auswahlsignalanschluss, der zum Empfangen des Auswahlsignals konfiguriert ist, einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der zum Erzeugen und Speichern einer Ladung entsprechend dem einfallenden Licht konfiguriert ist, einen Ladungsfreigabebereich, der zum Freigeben der in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung entsprechend dem Auswahlsignal konfiguriert ist, einen Ladungshaltebereich, der zum Halten der in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe konfiguriert ist, und einen Ladungs-/Spannungswandlungsbereich umfasst, der zum Speichern der in dem Ladungshaltebereich gehaltenen Ladung konfiguriert ist, um die Ladung in das Pixelsignal umzuwandeln, das ein Spannungssignal ist.
    13. (13) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (12), bei der die Belichtungssteuerschaltung Dekoder umfasst, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie jede der Positionen in horizontaler und vertikaler Richtung einer Pixeladresse in der Pixelanordnung dekodieren, und das Auswahlsignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Dekodierung bereitstellen.
    14. (14) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (12) oder (13), wobei die Belichtungssteuerschaltung das Auswahlsignal für jedes von spezifischen Gebieten in der Pixelanordnung bereitstellt.
    15. (15) Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß (13), wobei die Belichtungssteuerschaltung in einem Teil, in dem sich die spezifischen Gebiete überlappen, die Steuerung entsprechend einem spezifischen Gebiet durchführt, in dem die Zeit der Ladungsakkumulation zum fotoelektrischen Umwandlungsbereich kürzer ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Pixelanordnung
    20
    Vertikale Treiberschaltung
    30
    Horizontale Treiberschaltung
    40
    Systemsteuerschaltung
    50
    Spaltensignalverarbeitungsschaltung
    59
    Horizontale Signalleitung
    60
    Ausgangsschaltung
    70
    Belichtungssteuerschaltung
    71
    Horizontaler Adressdekoder
    72
    Vertikaler Adressdekoder
    100
    Pixel
    103, 104
    Kontakt
    105 bis 108
    Metallverdrahtung
    109
    Vertikale Signalleitung (VSL)
    111 bis 117
    Ladungsfreigabebereich
    119
    Diffusionsschicht
    120
    Fotoelektrischer Umwandlungsbereich
    130 bis 132
    Erster Ladungsübertragungsbereich
    140
    Ladungshaltebereich
    150
    Zweiter Ladungsübertragungsbereich
    160
    Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich
    170
    Ladungsrücksetzbereich
    180
    Signalverstärkungsbereich
    190
    Pixelauswahlbereich
    610, 620
    Substrat
    611
    Pixelanordnung
    612, 622
    Horizontaler Adressdekoder
    613, 623
    Vertikaler Adressdekoder
    614, 624
    Leseschaltung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011101159 [0003]

Claims (15)

  1. Ein Festkörper-Bildsensor, aufweisend: einen Auswahlsignalanschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Auswahlsignal empfängt, das durch eine Pixeladresse in einer zweidimensional angeordneten Pixelanordnung bestimmt ist; einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er eine Ladung entsprechend einfallendem Licht erzeugt und die Ladung entsprechend dem Auswahlsignal speichert; und einen Ladungshaltebereich, der so konfiguriert ist, dass er die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe zurückhält.
  2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, der ferner aufweist: einen Ladungsfreigabebereich, der so konfiguriert ist, dass er die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung entsprechend dem Auswahlsignal freigibt.
  3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 2, wobei das Auswahlsignal ein erstes dekodiertes Signal, das ein Dekodierungsergebnis einer horizontalen Adresse in der Pixelmatrix darstellt, und ein zweites dekodiertes Signal, das ein Dekodierungsergebnis einer vertikalen Adresse in der Pixelmatrix darstellt, umfasst, und der Ladungsfreigabebereich die im fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherte Ladung in einem Fall freigibt, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind.
  4. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, wobei der Ladungsfreigabebereich umfasst einen ersten Transistor, bei dem an einem Ende eine Stromquelle angeschlossen ist und der in einem Fall, in dem das erste dekodierte Signal wirksam ist, in den leitenden Zustand übergeht, und einen zweiten Transistor, der zwischen dem ersten Transistor und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich in Reihe geschaltet ist und der in einem Fall, in dem das zweite dekodierte Signal wirksam ist, in den leitenden Zustand übergeht.
  5. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, wobei der Ladungsfreigabebereich umfasst einen ersten Transistor, bei dem eines des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem Gate und das andere des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem Drain verbunden ist, wobei der erste Transistor ein wirksames Signal von einer Source bereitstellt, wenn sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, und einen zweiten Transistor, der in Reihe zwischen einer Stromquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist und der in einem Fall in den leitenden Zustand kommt, wenn ein wirksames Signal von der Source des ersten Transistors bereitgestellt wird.
  6. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, wobei der Ladungsfreigabebereich einen Transistor umfasst, der in Reihe zwischen einer Stromquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich geschaltet ist, wobei eines des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem ersten Gate und das andere des ersten dekodierten Signals und des zweiten dekodierten Signals mit einem zweiten Gate verbunden ist, und der in einem Fall, in dem sowohl das erste dekodierte Signal als auch das zweite dekodierte Signal wirksam sind, in den leitenden Zustand kommt.
  7. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, aufweisend: einen ersten Chip, der den Auswahlsignalanschluss, den fotoelektrischen Umwandlungsbereich und den Ladungshaltebereich umfasst; und einen zweiten Chip, der den Ladungsfreigabebereich umfasst und auf den ersten Chip gestapelt ist.
  8. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln; und einen ersten Transfertransistor und einen zweiten Transfertransistor, die in Reihe zueinander geschaltet und so konfiguriert sind, dass sie die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung zum Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich übertragen, wobei der Ladungshaltebereich integral mit einer Diffusionsschicht des ersten Transfertransistors ausgebildet ist.
  9. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Festkörper-Bildsensor eine Vielzahl von Pixeln umfasst, von denen jedes den Auswahlsignalanschluss, den fotoelektrischen Umwandlungsbereich und den Ladungshaltebereich umfasst, und der Festkörper-Bildsensor ferner einen Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungshaltebereich zurückgehaltene Ladung in jedem der Vielzahl von Pixeln speichert, um die Ladung in eine Spannung umzuwandeln.
  10. Der Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 9, der ferner aufweist: einen Ladungsrücksetzbereich, der so konfiguriert ist, dass er die im Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung zurücksetzt.
  11. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 9, der ferner aufweist: einen Signalverstärkungsbereich, der so konfiguriert ist, dass er die in dem Ladungs-/Spannungsumwandlungsbereich gespeicherte Ladung verstärkt und ein Pixelsignal mit einem der Ladung entsprechenden Pegel ausgibt.
  12. Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die aufweist: eine Pixelanordnung, in der eine Vielzahl von Pixeln zweidimensional angeordnet ist, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie einfallendes Licht in ein Pixelsignal umwandeln; eine Belichtungssteuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Auswahlsignal bereitstellt, das eines der Vielzahl von Pixeln kennzeichnet und die Belichtung in dem gekennzeichneten Pixel steuert; und eine Leseschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie das Pixelsignal von jedem der Vielzahl von Pixeln liest, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln einen Auswahlsignalanschluss, der zum Empfang des Auswahlsignals konfiguriert ist, einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich, der zum Erzeugen und Speichern einer Ladung entsprechend dem einfallenden Licht konfiguriert ist, einen Ladungsfreigabebereich, der zum Freigeben der in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung entsprechend dem Auswahlsignal konfiguriert ist, einen Ladungshaltebereich, der zum Halten der in dem fotoelektrischen Umwandlungsbereich gespeicherten Ladung entsprechend einer vorgeschriebenen Zeitvorgabe konfiguriert ist, und einen Ladungs-/Spannungswandlungsbereich umfasst, der zum Speichern der in dem Ladungshaltebereich gehaltenen Ladung konfiguriert ist, um die Ladung in das Pixelsignal, das ein Spannungssignal ist, umzuwandeln.
  13. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Belichtungssteuerschaltung Dekoder umfasst, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie jede der Positionen in einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung einer Pixeladresse in der Pixelanordnung dekodieren, und das Auswahlsignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Dekodierung bereitstellen.
  14. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Belichtungssteuerschaltung das Auswahlsignal für jedes von spezifischen Gebieten in der Pixelanordnung bereitstellt.
  15. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, wobei in einem Teil, in dem sich die spezifischen Gebiete überlappen, die Belichtungssteuerschaltung die Steuerung entsprechend einem spezifischen Gebiet durchführt, in dem die Zeit der Ladungsakkumulation an den fotoelektrischen Umwandlungsbereich kürzer ist.
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