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QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Erfindung umfasst einen Gegenstand, der sich auf eine am 30. November 2007 beim Japanischen Patentamt eingereichte japanische Patentanmeldung
JP 2007-311183 bezieht, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis einbezogen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen und Kameras. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung und eine mit der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung versehene Kamera.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen werden allgemein in Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen vom Verstärkungstyp, welche typischerweise durch CMOS-(komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-)Bildsensoren veranschaulicht werden, und Bilderzeugungsvorrichtungen vom Ladungstransfertyp klassifiziert, welche von CCD-(ladungsgekoppelte Vorrichtungs-)Bildsensoren verkörpert werden.
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CMOS-Bildsensoren haben aufgrund der Eigenschaften hohe Leistung und geringer Energieverbrauch insbesondere auf dem Gebiet auf tragbare Vorrichtungen ausgerichteter Bildsensoren CCD-Sensoren schnell ersetzt. Solch ein CMOS-Bildsensor umfasst einen Bilderzeugungsabschnitt mit einer Vielzahl von in einem zweidimensionalen Array angeordneten Pixeln, wobei jedes der Pixel eine als ein fotoelektrisches Umwandlungselement dienende Fotodiode (PD) und mehrere Pixeltransistoren enthält, und um den Bilderzeugungsabschnitt angeordnete periphere Schaltungen.
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Die peripheren Schaltungen umfassen zumindest Spaltenschaltungen oder vertikale Ansteuerschaltungen zum Senden von Signalen in der Spaltenrichtung und horizontale Schaltungen oder horizontale Ansteuerschaltungen zum sequentiellen Übertragen der Signale, welche von den Spaltenschaltungen spaltenweise gesendet werden, zu einer Ausgangsschaltung. Die Pixeltransistoren sind mit bekannten Konfigurationen wie etwa beispielsweise einer Schaltungskonfiguration mit vier Transistoren, die Transfer-, Rücksetz-, Verstärkungs- und Auswahltransistoren umfasst, und einer Schaltungskonfiguration mit drei Transistoren vorgesehen, die Transfer-, Rücksetz- und Verstärkungstransistoren ohne den Auswahltransistor umfasst.
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Ein CMOS-Bildsensor wird allgemein geschaffen, indem eine Vielzahl von Einheitspixeln, in welcher jedes der Einheitspixel eine Fotodiode und mehrere Pixeltransistoren umfasst, als ein Satz angeordnet wird. In den letzten Jahren war jedoch eine Miniaturisierung der Pixelgröße beträchtlich. Im Hinblick auf den eine große Anzahl Pixel enthaltenden CMOS-Bildsensor wurden viele Versuche an CMOS-Bildsensoren des Typs mit gemeinsam genutzten bzw. Sharing-Pixel-Transistoren mit einer Vielzahl von Pixeln offenbart, um dadurch die Anzahl von Pixeltransistoren zu reduzieren.
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Einer der Pixeltransistoren gemeinsam nutzenden CMOS-Bildsensoren ist zum Beispiel in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer Heisei 11(1999)-331713 offenbart, welche kurz erklärt wird.
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Auf der anderen Seite ist ferner offengelegt, dass die Übertragungs- bzw. Transfereffizienz von Ladungen erhöht werden kann, indem die Struktur eines Transfer-Gates in einem miniaturisierten Entwurf des Pixels konzipiert wird. Beispielsweise ist in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005-129965 (darin in Absatz 0039 und
3) offenbart, dass eine Fotodiode PD, ein Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet
101 und ein Übertragungs- bzw. Transfertransistor Tr1 als einer der Pixeltransistoren als ein Teil eines Pixels ausgebildet sind, wie in
1 veranschaulicht ist. Der Transfertransistor Tr1 umfasst eine Transfer-Gateelektrode
102 und ein Kanalgebiet
103, das direkt darunter ausgebildet ist. Im Transfertransistor Tr1 ist auch der Rand eines Transfer-Gates
104 oder der Transfer-Gateelektrode
102 in Richtung der Fotodiode PD in konvexer Form ausgebildet, so dass das elektrische Feld in der Fotodiode PD in Richtung des Transfer-Gates
104 leichter erzeugt wird. In der Struktur von
1 kann besonders erwähnt werden, dass die Kanalbreite ”a” des Transfer-Gates
104 auf der Seite der Fotodiode PD (d. h. die Kanalbreite in Kontakt mit der Fotodiode PD) größer ist als die Kanalbreite ”b” auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets
101 (d. h. die Kanalbreite in Kontakt mit dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet
101).
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf einen CMOS-Bildsensor nimmt die Gategröße der in Pixeln enthaltenen Pixeltransistoren mit der Verringerung der Pixelgröße ab, und es wurde schwieriger, die Eigenschaften der Pixeltransistoren aufrechtzuerhalten. Beispielsweise ist es schwierig, dass das Gate eines Transfertransistors (worauf im Folgenden als Transfer-Gate verwiesen wird), um auch Signalladungen von einer Fotodiode PD zu einem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet auszulesen, gleichzeitig sowohl Cutoff-Eigenschaften als auch Ladungstransfereigenschaften des Transfertransistors erfüllt. Das heißt, der Leckstrom wird von einer Fotodiode (PD) zu einem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet leichter erzeugt, wenn das Transfer-Gate ausgeschaltet ist, während es wegen einer schwachen Kanalmodulation durch das Transfer-Gate schwierig wurde, eine Potentialbarriere ausreichend zu senken, wenn das Transfer-Gate während der Ausleseperiode eingeschaltet ist.
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Es gibt jedoch Kompromisse zwischen der Größe eines Transfer-Gates und einer Effizienz einer fotoelektrischen Umwandlung, worin eine weitere Zunahme der Größe eines Transfer-Gates innerhalb einer gegebenen Pixelfläche Risiken erhöhen kann, wie etwa ein Reduzieren der Fläche einer Fotodiode PD für eine fotoelektrische Umwandlung und ein Abfangen bzw. Unterbrechen eines gewissen Teils von einfallendem Licht mit dem Transfer-Gate, wenn Licht fokussiert wird.
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In dieser Hinsicht kann mit der in 1 gezeigten Struktur eines Transfer-Gates ein Risiko bestehen, dass die Fläche einer Fotodiode PD reduziert wird, da das Transfer-Gate so ausgebildet ist, dass es in Richtung der Fotodiode PD vorragt. Diese Struktur des Transfer-Gates kann daher die Menge an Sättigungsladungen reduzieren und das Abfangen bzw. die Unterbrechung von Einfallslicht bewirken.
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Im Lichte der vorhergehenden Punkte ist es wünschenswert, eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, Transistoreigenschaften eines in der Vorrichtung enthaltenen Transfertransistors beizubehalten, wobei dennoch eine ausreichende Fläche einer lichtempfangenden Oberfläche eines fotoelektrischen Umwandlungselements gewährleistet ist, selbst wenn die Pixelgröße miniaturisiert wird, und auch eine mit der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung versehene Kamera.
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Eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Pixeln in einer Anordnung, wobei jedes der Pixel ein fotoelektrisches Umwandlungselement, einen Transfertransistor einschließende Pixeltransistoren und ein Floating-Diffusion-Gebiet umfasst. Eine Kanalbreite eines Transfer-Gates des Transfertransistors auf einer Seite des Floating-Diffusion-Gebiets ist so ausgebildet, dass sie größer als auf einer Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements ist.
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Eine Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung, ein optisches System, das dafür eingerichtet ist, Einfallslicht zu einem in der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung enthaltenen fotoelektrischen Umwandlungselement zu führen, und eine Signalverarbeitungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, von der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung abgegebene Signale zu verarbeiten. Die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung enthält eine Vielzahl von Pixeln in einer Anordnung, wobei jedes der Pixel ein fotoelektrisches Umwandlungselement, einen Transfertransistor einschließende Pixeltransistoren und ein Floating-Diffusion-Gebiet umfasst. Eine Kanalbreite eines Transfer-Gates des Transfertransistors auf einer Seite des Floating-Diffusion-Gebiets ist so ausgebildet, dass sie größer als auf einer Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements ist.
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In dem in der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthaltenen Pixel ist die Kanalbreite des Transfer-Gates des Transfertransistors auf der Seite des Floating-Diffusion-Gebiets so ausgebildet, dass sie größer ist als auf der Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements. Als Folge wird, selbst wenn die Pixelgröße miniaturisiert ist, das Potential eines Kanalgebiets tiefer auf der Seite eines Floating-Diffusion-Gebiets als auf der Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements, wenn das Transfer-Gate während einer Ausleseperiode eingeschaltet ist, und das elektrische Feld kann in der Richtung einer Ladungsübertragung bzw. eines Ladungstransfers leichter erzeugt werden. Wenn der Transfertransistor ausgeschaltet ist, wird außerdem der Leckstrom vom fotoelektrischen Umwandlungselement zum Floating-Diffusion-Gebiet unterdrückt. Da das Transfer-Gate so ausgebildet ist, dass dessen Teil nicht in Richtung des fotoelektrischen Umwandlungselements vorragt, kann außerdem noch die Fläche einer lichtempfangenden Oberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Transistoreigenschaften des Transfertransistors beibehalten werden. Selbst wenn die Pixelgröße miniaturisiert ist, kann daher die Fähigkeit einer Übertragung von Signalladungen vom fotoelektrischen Umwandlungselement zum Floating-Diffusion-Gebiet verbessert werden. Außerdem kann die Fläche einer lichtempfangenden Oberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements vollauf gewährleistet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die bevorzugten Ausführungsformen werden mit Verweis auf die folgenden Zeichnungen im Detail beschrieben, worin:
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1 eine Ansicht ist, die Hauptteile bzw. -bereiche eines Pixels des Stands der Technik veranschaulicht;
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2 eine schematische Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 eine Ansicht ist, die Hauptbereiche eines ersten Beispiels eines Pixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 eine Ansicht ist, die Hauptbereiche eines zweiten Beispiels eines Pixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 eine schematische Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 eine Ansicht ist, die Hauptbereiche eines dritten Beispiels eines Pixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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7 eine Draufsicht ist, die ein Beispiel eines Layouts eines Bilderzeugungsabschnitts ist, der ein in 6 dargestelltes Sharing-Pixel nutzt;
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8 eine Draufsicht ist, die ein anderes Beispiel eines Layouts des Bilderzeugungsabschnitts veranschaulicht, der das in 6 gezeigte Sharing-Pixel nutzt; und
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9 eine Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Kamera gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden an einer Vielzahl von Ausführungsformen beschrieben, indem auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auszuschöpfen oder auf jene in den Ausführungsformen offenbarten oder in den Zeichnungen veranschaulichten zu beschränken.
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2 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung oder eines CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bezug nehmend auf 2 umfasst eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Bilderzeugungsabschnitt 3 (d. h. Pixelabschnitt) mit einer Vielzahl von Pixeln 2, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und um den Bilderzeugungsabschnitt 3 angeordnete periphere Schaltungen mit einer vertikalen Ansteuereinheit 4, einer horizontalen Übertragungs- bzw. Transfereinheit 5 und einer Ausgabeeinheit 6. Jedes der Pixel 2 enthält eine als ein fotoelektrisches Umwandlungselement dienende Fotodiode PD und mehrere Pixeltransistoren (MOS-Transistoren) Tr.
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Die Fotodiode PD umfasst ein Gebiet, das dafür eingerichtet ist, durch fotoelektrische Umwandlung von einfallendem Licht erzeugte Signalladungen zu akkumulieren. Die mehreren Pixeltransistoren Tr umfassen vier MOS-Transistoren, in diesem Beispiel einen Transfertransistor Tr1, einen Reset- bzw. Rücksetztransistor Tr2, einen Verstärkungstransistor Tr3 und ein Auswahltransistor Tr4.
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Der Transfertransistor Tr1 dient als ein Transistor zum Auslesen der in der Fotodiode PD akkumulierten Signalladungen zu einem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet, welches später beschrieben wird. Der Rücksetztransistor Tr2 ist ein Transistor, um das Potential des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets auf einen vorbestimmten Wert zu setzen. Der Verstärkungstransistor Tr3 ist ein Transistor, um die zum Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet ausgelesenen Signalladungen elektrisch zu verstärken. Der Auswahltransistor Tr4 ist ein Transistor, um eine Zeile von Pixeln auszuwählen und Pixelsignale darin zur vertikalen Signalleitung 8 auszulesen. Obgleich hierin keine Zeichnung vorgesehen ist, kann außerdem das Pixel alternativ mit der Fotodiode PD und drei Transistoren ausgebildet sein, die mit Ausnahme des Auswahltransistors Tr4 die Transfer-, Rücksetz- und Verstärkungstransistoren umfassen.
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In der Schaltungskonfiguration von Pixel 2 ist die Source des Transfertransistors Tr1 mit der Fotodiode PD verbunden, und der Drain von Tr1 ist mit der Source des Rücksetztransistors Tr2 verbunden. Das als eine Einheit zur Umwandlung von Ladung und Spannung dienende Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet, das zwischen dem Transfertransistor Tr1 und dem Rücksetztransistor Tr2 (äquivalent dem Draingebiet des Transfertransistors Tr1 und dem Sourcegebiet des Rücksetztransistors Tr2) angeordnet ist, ist mit dem Gate des Verstärkungstransistors Tr3 verbunden. Die Source des Verstärkungstransistors Tr3 ist mit dem Drain des Auswahltransistors Tr4 verbunden. Die Drains des Rücksetztransistors Tr2 und Verstärkungstransistors Tr3 sind beide mit einer Versorgungsspannungseinheit (engl. source voltage supply unit) verbunden. Außerdem ist die Source des Auswahltransistors Tr4 mit der vertikalen Signalleitung 8 verbunden.
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Die vertikale Ansteuereinheit 4 ist dafür eingerichtet, ein Zeilenrücksetzsignal ϕRST bereitzustellen, das gemeinsam an die Gates der Rücksetztransistoren Tr2 der auf einer Zeile angeordneten Pixel angelegt werden soll, ein Zeilentransfersignal ϕTRG, das gemeinsam an die Gates der Transfertransistoren Tr1 der auf einer Zeile angeordneten Pixel angelegt werden soll, und ein Zeilenauswahlsignal ϕSEL, das gemeinsam an die Gates der Auswahltransistoren Tr4 der auf einer Zeile angeordneten Pixel angelegt werden soll.
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Die horizontale Ansteuereinheit 5 enthält Verstärker oder Analog-Digital-Wandler (ADC), die mit der vertikalen Signalleitung 8 jeder Spalte verbunden sind, wie etwa Analog-Digital-Wandler 9 im vorliegenden Beispiel, Spaltenauswahlschaltungen (Schalteinheiten) SW und eine horizontale Transfer- bzw. Übertragungsleitung 10 (zum Beispiel einen Bus, der die gleiche Anzahl von Leitungen wie Datenbitleitungen enthält).
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Die Ausgabeeinheit 6 enthält einen weiteren Verstärker oder Analog-Digital-Wandler und/oder eine Signalverarbeitungsschaltung, wie etwa eine Signalverarbeitungsschaltung 11 im vorliegenden Beispiel, um Ausgangssignale bzw. Ausgaben der horizontalen Übertragungsleitung 10 zu verarbeiten, und einen Ausgabepuffer 12.
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Die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 1 ist dafür eingerichtet, dass die Signale von den Pixeln 2 auf jeder Zeile einer Analog-Digital-Umwandlung mit jedem Analog-Digital-Wandler 9 unterzogen, über die Spaltenauswahlschaltungen SW, welche sequentiell ausgewählt werden, zur horizontalen Übertragungsleitung 10 ausgelesen und in der horizontalen Richtung sequentiell übertragen werden. Zur horizontalen Übertragungsleitung 10 ausgelesene Bilddaten werden anschließend über die Signalverarbeitungsschaltung 11 vom Ausgabepuffer 12 ausgegeben.
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Die Operation mit dem Pixel 2 wird im Allgemeinen wie folgt ausgeführt. Zunächst werden die Ladungen in der Fotodiode PD alle gelöscht, indem die Gates des Transfertransistors Tr1 und Rücksetztransistors Tr2 eingeschaltet werden. Danach werden die Gates des Transfertransistors Tr1 und des Rücksetztransistors Tr2 ausgeschaltet, und eine fotoelektrische Ladungsakkumulierung bzw. Aufladung wird ausgeführt. Als Nächstes wird, unmittelbar bevor in der Fotodiode PD akkumulierte fotoelektrische Ladungen gelesen werden, das Gate des Rücksetztransistors Tr2 eingeschaltet, und das Potential des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets wird zurückgesetzt. Anschließend werden, indem das Gate des Rücksetztransistors Tr2 ausgeschaltet bzw. das Gate des Transfertransistors Tr1 eingeschaltet wird, die fotoelektrischen Ladungen von der Fotodiode PD zum Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet transferiert. Der Verstärkungstransistor Tr3 verstärkt elektrisch die Signalladungen bei Empfang der Ladungen an dessen Gate. Auf der anderen Seite wird von dem Moment der oben erwähnten Rücksetzung des Potentials des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets an, unmittelbar vor dem Lesen der Ladungen, der Auswahltransistor Tr4 nur für das gegenwärtig auszulesende Pixel 2 eingeschaltet. Anschließend werden Bildsignale, die einer Umwandlung von Ladung in Spannung unterzogen und von dem Verstärkungstransistor Tr3, der im gegenwärtig adressierten Pixel 2 enthalten ist, bereitgestellt wurden, zur vertikalen Signalleitung 8 ausgelesen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 1 das Transfer-Gate des Transfertransistors Tr1, der so ausgestaltet ist, dass die Übertragung von Signalladungen zum Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet sogar im Fall einer miniaturisierten Pixelgröße ausreichend ausgeführt werden kann, während die Fläche einer Fotodiode PD vollauf gewährleistet wird. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Kanalbreite des Transfer-Gates des Transfertransistors Tr1 auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets so ausgebildet, dass sie größer als auf der Seite der Fotodiode PD ist. Außerdem kann mit dieser Konfiguration auch eine Umwandlungseffizienz verbessert werden.
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3 ist eine Ansicht, die ein erstes Beispiel eines Pixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welches eine Fotodiode PD, ein Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 und einen Transfertransistor Tr1 enthält, wobei insbesondere dessen Transfer-Gate 21 veranschaulicht ist. In dem in 3 veranschaulichten ersten Beispiel ist an einem Eckbereich der viereckigen planaren Fotodiode PD eine Transfer-Gateelektrode 22, die das Transfer-Gate 21 des Transfertransistors Tr1 bildet, mit einer konvexen Form angeordnet, wobei deren Spitzenbereich einer Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 zugewandt ist.
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Das heißt, die Transfer-Gateelektrode 22 ist in der Form eines Beinahe-Trapezes oder -Dreiecks ausgebildet, wobei dessen Spitzenbereich entfernt ist, so dass eine (die Basis) von dessen Seiten der Seite der viereckigen Fotodiode PD benachbart ist, die durch das Trapez schräg abgeschnitten ist, und dessen zwei annähernd L-förmige Seiten dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 benachbart sind. Als Folge ist die Fotodiode PD eines in der Zeichnung veranschaulichten Einheitspixels in der Form eines Pentagons ausgebildet, das sich aus der ebenen Form eines Quadrats oder Rechtecks der Fotodiode PD ergibt, indem einer der Eckbereiche geringfügig und linear entfernt wird. Außerdem ist das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 nahezu in der flächenhaften bzw. ebenen Form des Schriftzeichens ”L” ausgebildet.
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Ein Vorrichtungsisolierungsgebiet 24 ist so ausgebildet, dass es die Fotodiode PD, das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 und den Transfertransistor Tr1 umgibt, und erstreckt sich teilweise unter der Transfer-Gateelektrode 22. Das heißt, ein Teil des Vorrichtungsisolierungsgebiets 24 ist so ausgebildet, dass er unter der Transfer-Gateelektrode 22 verläuft, so dass sich der wesentliche Teil des Kanalgebiets 23 des Transfer-Gates 21 zur Seite der Fotodiode PD mit der Breite erstreckt, die ausreicht, um den vollen Umfang des L-förmigen Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 abzudecken.
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Obgleich hierin keine Zeichnung vorgesehen ist, ist die Fotodiode PD im vorliegenden Beispiel als eine Fotodiode PD vom vergrabenen Typ ausgebildet, welche ein Halbleitergebiet vom n-Typ (n+-Gebiet) enthält, das als ein Ladungsakkumulierungsgebiet genutzt wird, das in einem Halbleiterwannengebiet vom p-Typ ausgebildet ist, und ein Halbleitergebiet vom p-Typ (p+-Typ), das als eine Akkumulierungsschicht dient, die auf der Oberflächenseite des Halbleitergebiets vom n-Typ ausgebildet ist. Außerdem ist das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 als das dem Draingebiet des Transfertransistors Tr1 äquivalente Gebiet mit dem Halbleitergebiet vom n-Typ (n+-Gebiet) in diesem Beispiel ausgebildet. Zusätzlich ist in diesem Beispiel noch das Vorrichtungsisolierungsgebiet 24 mit dem Halbleitergebiet vom p-Typ (p+-Gebiet) ausgebildet.
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In dem Beispiel ist überdies ein Teil des nahezu L-förmigen Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20, das heißt dessen Bereich, der dem Spitzenbereich der Transfer-Gateelektrode 22 (der Spitze der oben erwähnten konvexen Form) zugewandt ist, als das Gebiet mit hoher Verunreinigungskonzentration mit einer kleinen Fläche (d. h. ein Gebiet mit hoher Konzentration: n+-Gebiet in diesem Beispiel) 26 ausgebildet. Außerdem sind andere Bereiche des nahezu L-förmigen Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20, das heißt die Bereiche, die das Gebiet 26 mit hoher Konzentration umgeben oder dem Gebiet zwischen dem Gebiet 26 mit hoher Konzentration und dem Vorrichtungsisolierungsgebiet 24 entsprechen, als ein Gebiet 27 mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration (d. h. ein Gebiet mit geringer Konzentration: n–-Gebiet in diesem Beispiel) als das Gebiet 26 mit hoher Konzentration ausgebildet.
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Die Verunreinigungskonzentration des Gebiets 27 mit geringer Konzentration ist geringer als im Gebiet mit geringer Konzentration in einer typischen LDD-Struktur, und das Gebiet 27 hat eine größere Fläche als das Gebiet mit geringer Verunreinigungskonzentration, das in einem typischen Prozess zur Ausbildung von pn-Übergängen automatisch gebildet wird.
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Auf der anderen Seite wird das Gebiet 26 mit hoher Konzentration im Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 mit dem Kontaktgebiet zur Verwendung beim Verbinden mit Pixeltransistoren gemeinsam genutzt. In diesem Beispiel kann die Verunreinigungskonzentration des Gebiets 26 mit hoher Konzentration 1 × 1020 cm–3 oder höher erreichen. Außerdem kann die Verunreinigungskonzentration des Gebiets 27 mit geringer Konzentration weniger als 1 × 1018 cm–3 betragen.
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Da die Transfer-Gateelektrode 22 in der Form eines Beinahe-Trapezes mit einem dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 zugewandten konvexen Spitzenbereich ausgebildet ist, beeinflusst gemäß dem ersten Beispiel die Reduzierung einer Fläche der Fotodiode PD den Eckbereich der Fotodiode PD nur geringfügig, und daher kann die weiterhin große Fläche für die Fotodiode PD gewährleistet werden. Als Folge kann, selbst wenn das Pixel miniaturisiert ist, auf die Fotodiode PD einfallendes Licht während einer Lichtfokussierung durch die Transfer-Gateelektrode nicht beeinträchtigt bzw. beeinflusst werden, und die Menge an Sättigungsladungen kann vollauf gewährleistet werden.
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Wie in 3 veranschaulicht ist, können außerdem, da die Kanalbreite des Transfer-Gates 21 auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 so ausgebildet ist, dass sie größer als auf der Seite der Fotodiode PD ist, Cutoff-Eigenschaften und Ladungstransfereigenschaften des Transfertransistors Tr1 kompatibel gemacht bzw. aufeinander abgestimmt werden, wodurch Transistoreigenschaften aufrechterhalten werden.
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Das heißt, die Kanalbreite B auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 ist größer als die Kanalbreite A auf der Seite der Fotodiode PD. Diese Änderung der Kanalbreite führt zur Änderung im Potential des Kanalgebiets 23, und aufgrund des Formeffekts wird das elektrische Feld so erzeugt, dass das Potential auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 tiefer wird als auf der Seite der Fotodiode PD, wenn der Transfertransistor Tr1 eingeschaltet wird. Für die schmale Kanalbreite A ist das Potential flach, während für die weite Kanalbreite B das Potential tief wird. Daher kann der Transfer von Signalladungen von der Fotodiode PD zum Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 zufriedenstellend ausgeführt werden, und die Transferfähigkeit für Signalladungen kann verbessert werden, selbst wenn die Pixel miniaturisiert sind. Außerdem wird eine Erzeugung von Leckströmen unterdrückt, wenn der Transfertransistor Tr1 ausgeschaltet ist.
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Im Folgenden wird der Grund für die Unterdrückung von Leckströmen beschrieben. Falls die Kanalbreite W überall konstant ist, ist der Betrag einer Änderung des Kanalpotentials an beiden Seiten der Fotodiode PD und des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets der gleiche. Wenn eine Potentialdifferenz erzeugt wird, um ein elektrisches Feld zum Definieren der Transferrichtung an das Kanalgebiet anzulegen, wobei das Transfer-Gate eingeschaltet wird, bewirkt dies als Folge einen großen Betrag einer Potentialdifferenz, selbst wenn das Transfer-Gate ausgeschaltet ist.
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Im Gegensatz dazu kann gemäß dem Beispiel, da die Potentialänderung im Transfer-Gate 21 auf der Seite der Fotodiode PD größer ist als auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20, die Potentialdifferenz zu der Zeit, zu der das Transfer-Gate 21 aus ist, klein gemacht werden, unter der Voraussetzung, dass die Kanalpotentialdifferenz zwischen dem Transfer-Gate 21 auf den Seiten der Fotodiode PD und des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets die gleiche wie die obige zu der Zeit ist, zu der das Transfer-Gate an ist. Das heißt, der Kanal auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets ist im Vergleich zur Seite der Fotodiode PD zu der Zeit, zu der das Transfer-Gate aus ist, geschlossen, so dass der Leckstrom reduziert werden kann.
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Indem das Gebiet 26 mit hoher Konzentration des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 mit dem Kontaktgebiet gemeinsam gebildet oder genutzt wird, kann die Fläche des Gebiets hoher Konzentration minimiert werden. Im Beispiel ist das Gebiet 26 mit hoher Konzentration an den vom Kontaktgebiet verschiedenen Stellen nicht notwendig. Da das Gebiet hoher Konzentration durch eine Verunreinigungsimplantation unter Verwendung einer Fotoresistmaske in einem typischen CMOS-Prozess gebildet wird, ist dieses Gebiet eine größere Fläche als die Kontaktfläche für das Kontaktgebiet. Im Allgemeinen ist die Vorrichtungsstruktur nicht so gestaltet, dass die hohe Verunreinigungskonzentration nur in dem Bereich des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets ausgebildet ist, welcher mit dem Gate in Kontakt steht.
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Wenn das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 in der Form eines L-Schriftzeichens gebildet ist, wird auf der anderen Seite die Fläche des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 vergrößert. Die Vergrößerung der Fläche bewirkt gewöhnlich die Zunahme der Diffusionskapazität (d. h. Übergangskapazität) in dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 und die Abnahme der Umwandlungseffizienz.
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In dem Beispiel ist jedoch die Verteilung einer Verunreinigungskonzentration so geeignet konzipiert, dass das Gebiet 26 mit hoher Konzentration vom n-Typ im Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 als der Teil ausgebildet ist, der dem konvexen Bereich der Transfer-Gateelektrode 21 zugewandt ist, effektiv ist, um elektrische Ladungen im Wesentlichen zu akkumulieren, und das Kontaktgebiet ist, und dass der andere Teil im Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 als das Gebiet 27 mit geringer Konzentration vom n-Typ ausgebildet ist. Die Übergangskapazität des Gebiets 27 mit geringer Konzentration ist ziemlich klein. Daher kann die Übergangskapazität des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 als Ganzes nicht beträchtlich zunehmen, und die Abnahme der Umwandlungseffizienz wird abgeschwächt.
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Signalladungen, die von der Fotodiode PD zum Gebiet 27 mit geringer Konzentration mit einem flachen Potential in dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 transferiert werden, werden zum Gebiet 26 mit hoher Konzentration mit einem tiefen Potential gesammelt.
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4 ist eine Ansicht, die ein zweites Beispiel eines Pixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welches eine Fotodiode PD, ein Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 und einen Transfertransistor Tr1 umfasst, wobei insbesondere dessen Transfer-Gate 21 veranschaulicht ist. In diesem in 4 veranschaulichten Beispiel umfasst der Transfertransistor Tr1 ein zwischen einer Fotodiode PD und einem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 ausgebildetes Transfer-Gate 21, wobei die Kanalbreite des Transfer-Gates 21 auf einer Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 größer als auf einer Seite der Fotodiode PD ausgebildet ist.
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Die Fotodiode PD ist in einer Viereckform wie etwa einem Quadrat oder Rechteck ausgebildet. Das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 ist in der Form eines Rechtecks ausgebildet, in welchem eine von dessen Seiten, die der Fotodiode PD zugewandt ist, die gleiche Länge wie die gegenüberliegende Seite der Fotodiode PD aufweist. Das Transfer-Gate 21 umfasst eine viereckige Transfer-Gateelektrode 22 und ein trapezförmiges Kanalgebiet 23. Das Kanalgebiet 23 ist als ein Trapez so ausgebildet, dass dessen Kanalbreite A auf der Seite der Fotodiode PD schmaler als die Breite B auf der Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 ist und dass die Kanalbreite des Kanalgebiets 23 des Transfer-Gates 21 von der Seite der Fotodiode PD zur Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 allmählich zunimmt.
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Auf der anderen Seite umfasst das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 ein Gebiet 26 mit hoher Verunreinigungskonzentration (in diesem Beispiel n+-Gebiet), das bei der Mitte des viereckigen Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 in einer Weise ähnlich dem oben erwähnten Beispiel ausgebildet ist, und ein Gebiet 27 mit geringer Konzentration (in diesem Beispiel n–-Gebiet), das in den übrigen Bereichen des (FD-)Gebiets 20 ausgebildet ist. Da die Vorrichtungsstruktur und andere Merkmale wie etwa Verunreinigungskonzentration und dergleichen ähnlich jenen sind, die früher im ersten Beispiel beschrieben wurden, wird deren Beschreibung hier nicht wiederholt.
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Gemäß dem zweiten Beispiel kann weiterhin eine große Fläche der Fotodiode gewährleistet werden, indem die Fotodiode PD in der Form eines Vierecks gebildet wird, und die Menge an Sättigungsladungen kann vollauf gewährleistet werden, selbst wenn die Pixelgröße miniaturisiert ist. Außerdem wird das elektrische Feld im Kanalgebiet 23 des Transfer-Gates 21 so erzeugt, dass das Potential von der Seite der Fotodiode PD zur Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 allmählich tiefer wird. Daher kann die Übertragung bzw. der Transfer von Signalladungen von der Fotodiode PD zum Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 zufriedenstellend ausgeführt werden, und die Transferfähigkeit für Signalladungen kann verbessert werden, selbst wenn die Pixel miniaturisiert sind.
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Da das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 das Gebiet 26 mit hoher Konzentration und das Gebiet 27 mit geringer Konzentration umfasst, kann auf der anderen Seite die Übergangskapazität des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 als Ganzes niedrig bleiben, und die Abnahme der Umwandlungseffizienz wird gemildert.
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Gemäß dem zweiten Beispiel werden auch die zum Gebiet 27 mit geringer Konzentration des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 transferierten Signalladungen zum Gebiet 26 mit hoher Konzentration akkumuliert. Außerdem können die Effekte ähnlich jenen des ersten Beispiels auch in diesem zweiten Beispiel erhalten werden.
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Die Vorrichtungskonfiguration des ersten Beispiels, veranschaulicht in 3, wird im CMOS-Bildsensor geeignet genutzt, in welchem Pixeltransistoren mit einer Vielzahl von Fotodioden PD gemeinsam genutzt werden. Als Nächstes wird eine weitere Ausführungsform im Hinblick auf solch eine Vorrichtungskonfiguration beschrieben.
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5 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung oder eines CMOS-Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist der Fall, in welchem eine Vielzahl von Sätzen angeordnet ist, wobei der Satz hierin so ausgebildet ist, dass er (i) eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils mit Fotodioden PD als fotoelektrische Umwandlungselemente versehen sind, d. h. vier Pixel, die darin jeweils mit vier Fotodioden PD in diesem Beispiel vorgesehen sind, und (ii) andere Pixeltransistoren als den Transfertransistor umfasst, welche mit den vier Fotodioden PD oder Pixeln gemeinsam genutzt werden (d. h. auf den Satz wird im Folgenden als Sharing-Pixel Bezug genommen).
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Bezug nehmend auf 5 umfasst eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Bilderzeugungsabschnitt 3 (d. h. Pixelabschnitt) mit einer Vielzahl von Sharing-Pixeln 32, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und um den Bilderzeugungsabschnitt 3 angeordnete periphere Schaltungen wie etwa eine vertikale Ansteuereinheit 4, eine horizontale Transfereinheit 5 und eine Ausgabeeinheit 6. Jedes der Sharing-Pixel 32 enthält eine Vielzahl von als fotoelektrische Umwandlungselemente dienenden Fotodioden PD, d. h. in diesem Beispiel vier Fotodioden PD, vier Transfertransistoren, einen Rücksetztransistor, einen Verstärkungstransistor und einen Auswahltransistor. Das heißt, die vom Transfertransistor verschiedenen Pixeltransistoren wie etwa die Rücksetz-, Verstärkungs- und Auswahltransistoren werden wie oben erwähnt mit den vier Fotodioden PD gemeinsam genutzt.
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In der Schaltungskonfiguration des Sharing-Pixels 32 sind, wie in 5 gezeigt ist, diese vier Fotodioden PD1, PD2, PD3 und PD4 mit den Sources entsprechender vier Transfertransistoren Tr11, Tr12, Tr13 bzw. Tr14 verbunden, und die Drains der vier Transfertransistoren Tr11, Tr12, Tr13 und Tr14 sind mit der Source eines Rücksetztransistors Tr2 verbunden. Das gemeinsame Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet, das als zwischen den Transfertransistoren Tr11, Tr12, Tr13 und Tr14 und dem Rücksetztransistor Tr2 ausgebildete Einheit zur Umwandlung von Ladung und Spannung dient, ist mit dem Gate des einen Verstärkungstransistors Tr3 verbunden. Die Source des Verstärkungstransistors Tr3 ist mit dem Drain des einen Auswahltransistors Tr4 verbunden. Die Drains des Rücksetztransistors Tr2 und des Verstärkungstransistors Tr3 sind beide mit der Versorgungsspannungseinheit verbunden. Außerdem ist die Source des Auswahltransistors Tr4 mit der vertikalen Signalleitung 8 verbunden.
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An die Gates der Transfertransistoren Tr11, Tr12, Tr13 und Tr14 werden Zeilentransfersignale ϕTRG1, ϕTRG2, ϕTRG3 bzw. ϕTRG4 angelegt. Ein Zeilenrücksetzsignal ϕRST wird an das Gate des Rücksetztransistors Tr2 angelegt, und ein Zeilenauswahlsignal ϕSEL wird an das Gate des Auswahltransistors Tr4 angelegt.
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Da die Konfiguration der vertikalen Ansteuereinheit 4, der horizontalen Transfereinheit 5, der Ausgabeeinheit 6 und dergleichen ähnlich jenen ist, die früher mit Verweis auf 2 beschrieben wurden, wird hier deren Beschreibung nicht wiederholt.
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6 ist eine Ansicht, die eine planare Konfiguration des Sharing-Pixels 32 eines dritten Beispiels gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Ein Satz des Sharing-Pixels 32 gemäß diesem Beispiel nutzt die oben erwähnte Pixelstruktur, wie in 3 gezeigt ist, und umfasst vier Pixel in einer Pixel gemeinsam nutzenden, paarweisen Konfiguration, die mit zwei von ihnen horizontal und zwei von ihnen vertikal angeordnet ist.
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In diesem Beispiel ist, wie in 6 gezeigt ist, das gemeinsame Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 bei der Mitte der Struktur so angeordnet, dass die Floating-Diffusion-(FD-)Gebiete 20 miteinander gemeinsam genutzt werden können. Um so das gemeinsame Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 in der Mitte der Struktur zu halten, sind vier Pixel (die jeweils die in 3 gezeigte Pixelstruktur aufweisen) horizontal und vertikal so angeordnet, dass sie auf Eckbereichen 211, 212, 213 und 214 auf der Seite des Transfer-Gates 21 zentrierend punktsymmetrisch sind. Daher ist das Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 bei der Mitte in der ebenen Form eines Kreuzes ausgebildet, das ein Gebiet 26 mit hoher Konzentration bei seiner Mitte und Gebiete 27 mit geringer Konzentration jeweils auf den Armbereichen des Kreuzes aufweist. Hinsichtlich des Kontakts mit dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 ist außerdem das Vorrichtungsisolierungsgebiet 24 zum Isolieren jeweiliger Fotodioden PD1, PD2, PD3 und PD4 nur mit dem Spitzenbereich der Gebiete 27 mit geringer Konzentration auf dem Armbereich in Kontakt gebracht.
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Da andere Merkmale jenen ähnlich sind, die früher mit Verweis auf 3 beschrieben wurden, wird deren Beschreibung hier nicht wiederholt.
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Mit der Konfiguration des Sharing-Pixels gemäß dem dritten Beispiel wird es, indem die vier Pixel so angeordnet werden, dass sie auf dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20, nämlich auf den Eckbereichen des Transfer-Gates 21, zentrierend punktsymmetrisch sind, möglich, Pixel in dem Bilderzeugungsabschnitt 3 dicht anzuordnen, worin eine große Anzahl von Pixeln montiert ist, wie später beschrieben werden wird. Gemäß dem Beispiel wird die Transfereffizienz von Signalladungen auch verbessert, da die Kanalbreite des Transfer-Gates 21 von der Seite der Fotodiode PD zur Seite des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 zunimmt und das Kanalpotential sich aufgrund des Formeffekts des Transfer-Gates 21 dementsprechend in einer Weise ähnlich dem vorher erwähnten Beispiel ändert.
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Da das gemeinsame Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 in der Form eines Kreuzes mit dessen zentralem Bereich als das Gebiet 26 mit hoher Konzentration und dessen anderen Bereichen als die Gebiete 27 mit geringer Konzentration ausgebildet ist, nimmt außerdem die Übergangskapazität des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20 beträchtlich ab, wird die Effizienz einer Umwandlung von Ladung und Spannung verbessert, oder wird die Abnahme der Umwandlungseffizienz reduziert. Insbesondere ist der Kontaktbereich zwischen dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 vom n-Typ und den Vorrichtungsisolierungsgebieten 24 vom p-Typ nur der als das kreuzförmige Gebiet 27 mit geringer Konzentration ausgebildete Armrandbereich, wird die Übergangskapazität zwischen dem Floating-Diffusion-(FD-)Gebiet 20 und den Vorrichtungsisolierungsgebieten 24 weiter verringert, und dementsprechend wird die Umwandlungseffizienz verbessert.
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Außerdem werden in der vorliegenden Ausführungsform auch Effekte ähnlich jenen des ersten Beispiels erhalten.
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7 ist eine schematische Ansicht, die ein Layout des Bilderzeugungsabschnitts 3 veranschaulicht, der das in 6 dargestellte Sharing-Pixel 32 nutzt. Dieses Beispiel veranschaulicht das Layout, wobei eine Vielzahl von Sharing-Pixeln 32 in einem viereckigen Array angeordnet ist. Das heißt, im Layout des Beispiels ist ein Satz aus einem Rücksetztransistor Tr2, Verstärkungstransistor Tr3 und Auswahltransistor Tr4 auf einer der Seiten jeweiliger Sharing-Pixel 32 in der vertikalen Richtung oder in diesem Beispiel auf der Unterseite angeordnet. Eine Vielzahl derartiger Strukturen von Sharing-Pixeln 32 ist als ein Arraysystem in orthogonalen Koordinaten horizontal und vertikal angeordnet.
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Der Rücksetztransistor Tr3 enthält ein Sourcegebiet 41, ein Draingebiet 42 und eine Rücksetz-Gateelektrode 43. Der Verstärkungstransistor Tr3 umfasst ein Sourcegebiet 44, ein Draingebiet 45 und eine Verstärkungs-Gateelektrode 46. Der Auswahltransistor Tr4 umfasst ein Sourcegebiet 47, ein Draingebiet 44 und eine Auswahl-Gateelektrode 48. Wenn die obige Struktur geschaffen wird, werden das Sourcegebiet 44 des Verstärkungstransistors Tr3 und das Draingebiet 44 des Auswahltransistors Tr4 gemeinsam gebildet und miteinander gemeinsam genutzt.
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Außerdem sind das Gebiet 26 mit hoher Konzentration des Floating-Diffusion-(FD-)Gebiets 20, das Sourcegebiet 41 des Rücksetztransistors Tr2 und die Verstärkungs-Gateelektrode 46 des Verstärkungstransistors Tr3 über eine Verdrahtung 49 miteinander verbunden. Das Sourcegebiet 47 des Auswahltransistors Tr4 und eine vertikale Signalleitung 8 sind außerdem über eine Verdrahtung 50 verbunden.
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Gemäß dem Layout des in 7 dargestellten Bilderzeugungsabschnitts kann eine große Anzahl Sharing-Pixel 32 horizontal sowie vertikal dicht angeordnet werden, wodurch Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen mit hoher Auflösung geschaffen werden können.
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8 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Layout des das in 6 dargestellte Sharing-Pixel 32 nutzenden Bilderzeugungsabschnitts 3 gemäß einem anderen Beispiel veranschaulicht. Dieses Beispiel veranschaulicht das Layout mit einer Vielzahl von schief (oder in der Bienenwabenstruktur) angeordneten Sharing-Pixeln 32. Das heißt, in diesem Beispiel ist in einer Art und Weise ähnlich der Struktur von 6 ein Satz aus einem Rücksetztransistor Tr2, Verstärkungstransistor Tr3 und Auswahltransistor Tr4 auf einer der Seiten jeweiliger Sharing-Pixel 32 in der vertikalen Richtung oder in diesem Beispiel auf der Unterseite angeordnet.
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Solche Strukturen der Sharing-Pixel 32 sind horizontal und vertikal als ein Array in orthogonalen Koordinaten angeordnet, wobei dessen zwei orthogonale Achsen bezüglich horizontaler bzw. vertikaler Richtungen geneigt sind. In dem in 8 veranschaulichten Beispiel sind die Sharing-Pixel 32 als ein Array auf dem orthogonalen Koordinatensystem angeordnet, wobei die zwei orthogonalen Achsen bezüglich horizontaler bzw. vertikaler Richtungen unter 45 Grad geneigt sind.
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Da andere Merkmale der Sharing-Pixel-Struktur ähnlich jenen sind, die früher mit Verweis auf 7 beschrieben wurden, sind die Bereiche, die jenen in 7 ähnlich sind, mit identischen Darstellungen gezeigt, und deren Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
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Gemäß dem Layout des Bilderzeugungsabschnitts von 8 kann eine große Anzahl von Sharing-Pixeln 32 dicht angeordnet werden, wodurch eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung mit einer höheren Auflösung als der Bilderzeugungsabschnitt von 7 geschaffen werden kann.
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9 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration einer Kamera veranschaulicht, die die oben erwähnten CMOS-Bildsensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Bezug nehmend auf 9 umfasst eine Kamera 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein optisches System (optische Linse) 41, eine CMOS-Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 und eine Signalverarbeitungsschaltung 43. In Bezug auf die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 kann irgendeine der in den oben erwähnten ersten bis dritten Beispielen beschriebenen Pixelkonfigurationen und vorzugsweise eine verwendet werden, die in dem ersten oder dritten Beispiel mit dem Vorrichtungs-Layout von entweder 7 oder 8 detailliert dargestellt wurde. Die Kamera gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch ein durch Modularisieren des optischen Systems (optische Linse) 41, der CMOS-Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 und der Signalverarbeitungsschaltung 43 geschaffenes Kameramodul umfassen.
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Das optische System 41 ist dafür eingerichtet, eine Bilderzeugung auf der Abbildungs- bzw. Bilderzeugungsfläche der CMOS-Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 mit dem Bildlicht (einfallenden Licht) vom Objekt auszuführen. Anschließend wird das Einfallslicht als Reaktion auf die Menge des Einfallslichts mit einem fotoelektrischen Umwandlungselement (lichtempfangende Einheit) der CMOS-Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 in Signalladungen umgewandelt, und die Signalladungen werden während einer festgelegten Zeitspanne im fotoelektrischen Umwandlungselement akkumuliert. Die Signalverarbeitungsschaltung 43 ist dafür eingerichtet, eine Vielzahl von Signalverarbeitungen an den von der CMOS-Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 42 abgegebenen Signalen auszuführen und anschließend gewonnene Bildsignale abzugeben.
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Mit der Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Menge an Sättigungsladungen und Umwandlungseffizienz aufrechterhalten, und der Transfer von Signalladungen zum Floating-Diffusion-Gebiet wird verbessert, selbst wenn eine Pixelgröße miniaturisiert ist, wodurch Kameras mit hoher Auflösung geschaffen werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können verschiedene elektronische Vorrichtungen einschließlich der in 9 dargestellten oben erwähnten Kamera oder des Kameramoduls vorgesehen werden.
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Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen in Abhängigkeit von Designanforderungen und anderen Faktoren erfolgen können, soweit sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Kamera geschaffen, welche umfasst:
eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung;
ein optisches System, das dafür eingerichtet ist, Einfallslicht zu einem fotoelektrischen Umwandlungselement zu leiten, das in der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung enthalten ist; und
eine Signalverarbeitungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, von der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung abgegebene Signale zu verarbeiten;
wobei die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung umfasst:
eine Vielzahl von Pixeln in einer Anordnung, wobei jedes der Pixel ein fotoelektrisches Umwandlungselement, Pixeltransistoren, die einen Transfertransistor einschließen, und ein Floating-Diffusion-Gebiet enthält, wobei
eine Kanalbreite eines Transfer-Gates des Transfertransistors so ausgebildet ist, dass sie auf einer Seite des Floating-Diffusion-Gebiets größer ist als auf einer Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements.
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In einer weiteren Ausführungsform ist auf einem von Eckbereichen des fotoelektrischen Umwandlungselements das Transfer-Gate mit einer konvexen Form angeordnet, wobei dessen Spitzenbereich einer Seite des Floating-Diffusion-Gebiets zugewandt ist.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist ein Bereich des Floating-Diffusion-Gebiets in Kontakt mit dem Transfer-Gate als ein Gebiet mit hoher Verunreinigungskonzentration ausgebildet, und andere Bereiche des Floating-Diffusion-Gebiets um das Gebiet mit hoher Konzentration und zwischen dem Gebiet mit hoher Verunreinigungskonzentration und einem Vorrichtungsisolierungsgebiet sind als ein Gebiet mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als das Gebiet mit hoher Konzentration ausgebildet.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird das Gebiet mit hoher Verunreinigungskonzentration im Floating-Diffusion-Gebiet als ein Kontaktgebiet genutzt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform werden die vom Transfertransistor verschiedenen Pixeltransistoren in einem Satz mit einer Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente und einer Vielzahl von Transfertransistoren gemeinsam genutzt, die dafür eingerichtet sind, von der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente abgegebene Signalladungen auszulesen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Vielzahl der fotoelektrischen Umwandlungselemente vorgesehen, und das Floating-Diffusion-Gebiet wird mit der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente gemeinsam genutzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-311183 [0001]
- JP 11-331713 [0007]
- JP 2005-129965 [0008]
