JP2008277511A - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の撮像素子10は、光学素子基板部1の一方の面側から照射される入射光を光電変換することで信号電荷を発生させて、光学素子基板部1の他方の面側から読み出して撮像を行う構成であって、入射光を光電変換することで信号電荷を生じせしめるため、光学素子基板部1に形成された光電変換層と、光学素子基板部1の他方の面側に、光電変換層で生成された信号電荷を転送可能に接合されたCMOS回路基板部2とを備え、光電変換層に、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部25と、電荷蓄積部25に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出しトランジスタとが形成されている。
【選択図】図1
Description
(1)光学素子基板部の一方の面側から照射される入射光を光電変換することで信号電荷を発生させて、前記光学素子基板部の他方の面側から読み出して撮像を行う撮像素子であって、
入射光を光電変換することで信号電荷を生じせしめるため、前記光学素子基板部に形成された光電変換層と、
前記光学素子基板部の前記他方の面側に、前記光電変換層で生成された信号電荷を転送可能に接合されたCMOS回路基板部とを備え、
前記光電変換層に、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出しトランジスタとが形成されていることを特徴とする撮像素子。
(2)前記読み出しトランジスタに接続され、前記光電素子基板部の前記他方の面側に画素ごとに設けられた素子側接続端子と、前記CMOS回路基板部の表面に画素ごとに設けられ、前記素子側接続端子と接続する回路側接続端子とを有することを特徴とする上記(1)に記載の撮像素子。
(3)前記読み出しトランジスタには、前記光電変換層における前記CMOS回路基板部側の界面に高濃度p層が形成されていることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の撮像素子。
(4)前記CMOS回路基板部に、配線層と、前記配線層の少なくとも一部を用いて形成されたスタック型の蓄積容量部と、前記蓄積容量部の容量を安定させるための電圧固定電極とを備えていることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の撮像素子。
(5)前記CMOS回路基板部に、信号電荷を検出する電荷検出領域と、前記電荷検出領域に信号電荷を転送するための転送トランジスタとが形成されていることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の撮像素子。
(6)上記(1)から(5)に記載の撮像素子と、
前記読み出しトランジスタに、前記CMOS回路基板部に印加する駆動電圧より高い電圧の読み出しパルスを印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする撮像装置。
また、読み出しトランジスタによる読み出し動作後には光電変換部を完全に空乏化する完全転送が実現できるため、残像などの発生を防止することができる。
さらに、光電変換部からCMOS回路基板部への電荷の読み出し動作は、読み出しトランジスタを一律に制御することによって同時に実行できるため、読み出し動作の同時性を確保でき、読み出し動作に高速なクロックを使用する必要がない。こうすれば、読み出しパルスの電圧振幅を上げても消費電力はそれほど増えない。光学素子基板部とCMOS回路基板部とが、それぞれ別の半導体基板で構成でき、それぞれにトランジスタを構成した場合に、CMOS回路基板部の動作電圧によって制限されることがなく、光学素子基板部を高耐圧プロセスを利用して製造し、高電圧で読み出しできる光電変換部を形成することが可能である。このため、光電変換部の飽和蓄積電荷量を大幅に増加させることができる。
図1は、本発明にかかる撮像素子の構成を示す断面図である。本発明にかかる撮像素子10は、光学素子基板部1と、光学素子基板部1の光が入射する側とは反対側に接合されたCMOS回路基板部2とで構成される。撮像素子10は、光学素子基板部1の一方の面側から照射される入射光を光電変換することで信号電荷を発生させて、光学素子基板部の他方の面側から読み出して撮像を行うものである。なお、本実施形態では、図1に示すように光学素子基板部1の上側から光を入射させて、信号電荷を光学素子基板部1の下側から読み出す構成である。
また、読み出しトランジスタによる読み出し動作後には光電変換部を完全に空乏化する完全転送が実現できるため、残像などの発生を防止することができる。
さらに、電荷蓄積部25からn+層28及び検出前電荷蓄積部36への電荷の読み出し動作は、読み出しトランジスタを一律に制御することによって同時に実行できるため、読み出し動作の同時性を確保でき、読み出し動作に高速なクロックを使用する必要がない。こうすれば、読み出しパルスの電圧振幅を上げても消費電力はそれほど増えない。光学素子基板部1とCMOS回路基板部2とが、それぞれ別の半導体基板で構成でき、それぞれにトランジスタを構成した場合に、CMOS回路基板部2の動作電圧によって制限されることがなく、光学素子基板部1を高耐圧プロセスを利用して製造し、高電圧で読み出しできる光電変換部を形成することが可能である。このため、光電変換部の飽和蓄積電荷量を大幅に増加させることができる。
本実施形態の撮像素子10の基本的な構成は、図1に示す上記実施形態の構成のものと同じである。以下、上記実施形態と相違する点についてのみ説明する。
2 CMOS回路基板部
10 撮像素子
25 電荷蓄積部
41 電圧固定電極
42 蓄積容量部
Claims (6)
- 光学素子基板部の一方の面側から照射される入射光を光電変換することで信号電荷を発生させて、前記光学素子基板部の他方の面側から読み出して撮像を行う撮像素子であって、
入射光を光電変換することで信号電荷を生じせしめるため、前記光学素子基板部に形成された光電変換層と、
前記光学素子基板部の前記他方の面側に、前記光電変換層で生成された信号電荷を転送可能に接合されたCMOS回路基板部とを備え、
前記光電変換層に、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出しトランジスタとが形成されていることを特徴とする撮像素子。 - 前記読み出しトランジスタに接続され、前記光電素子基板部の前記他方の面側に画素ごとに設けられた素子側接続端子と、前記CMOS回路基板部の表面に画素ごとに設けられ、前記素子側接続端子と接続する回路側接続端子とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記読み出しトランジスタには、前記光電変換層における前記CMOS回路基板部側の界面に高濃度p層が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。
- 前記CMOS回路基板部に、配線層と、前記配線層の少なくとも一部を用いて形成されたスタック型の蓄積容量部と、前記蓄積容量部の容量を安定させるための電圧固定電極とを備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の撮像素子。
- 前記CMOS回路基板部に、信号電荷を検出する電荷検出領域と、前記電荷検出領域に信号電荷を転送するための転送トランジスタとが形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の撮像素子。
- 上記請求項1から5に記載の撮像素子と、
前記読み出しトランジスタに、前記CMOS回路基板部に印加する駆動電圧より高い電圧の読み出しパルスを印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする撮像装置。
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