JP2014216537A5

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Publication number: JP2014216537A5
Application number: JP2013093886A
Authority: JP
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2033-04-26

Description

本発明の１つの側面に係る実施例の撮像装置は、第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、前記第１の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離が、前記第２の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離よりも短く、前記制御部が、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする。

本発明の別の側面に係る実施例の撮像装置は、第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、前記第１の光電変換部の表面と平行な面において、前記第１の導電部材の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影と、前記フローティングディフュージョン部の前記面への正射影との間の領域に位置し、前記制御部が、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする。

本発明のさらに別の側面に係る実施例の撮像装置は、第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、前記フローティングディフュージョン部は、前記配線層に配された導電部材を含み、前記第１の導電部材の少なくとも一部が、前記第２の導電部材と、前記フローティングディフュージョン部に含まれる前記導電部材との間に位置し、前記制御部が、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする。

Claims

第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離が、前記第２の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離よりも短く、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、
前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする撮像装置。
第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、および、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離が、前記第２の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との最も近接する部分の距離よりも短く、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、
前記第１の制御動作と前記第２の制御動作との間に、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方をオフの状態にする動作と、を行うことを特徴とする撮像装置。
前記フローティングディフュージョン部は、半導体基板に配され、転送された電荷を保持する半導体領域と、前記半導体領域に電気的に接続された導電部材とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記半導体領域は、前記第１の光電変換部に対応して配された第１の半導体領域と、前記第２の光電変換部に対応して配された第２の半導体領域とを含み、
前記導電部材は、前記第１の半導体領域および前記第２の半導体領域を相互に電気的に接続することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記第１の光電変換部と、前記第１の転送トランジスタの前記ゲート電極と、前記第１の半導体領域とが、第１の方向に沿って並んでいて、
前記第２の光電変換部と、前記第２の転送トランジスタの前記ゲート電極と、前記第２の半導体領域とが、前記第１の方向に沿って並んでいて、
前記第１の導電部材、および、前記第２の導電部材のそれぞれが、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って延在していることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記第１の光電変換部と、前記第１の転送トランジスタの前記ゲート電極と、前記第１の半導体領域とが、第１の方向に沿って並んでいて、
前記第２の光電変換部と、前記第２の転送トランジスタの前記ゲート電極と、前記第２の半導体領域とが、前記第１の方向に沿って並んでいて、
前記第１の導電部材、および、前記第２の導電部材のそれぞれが、前記第１の方向と平行な方向に延在していることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記第１の光電変換部の表面と平行な面において、前記第１の導電部材の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影と、前記フローティングディフュージョン部に含まれる前記半導体領域の前記面への正射影との間の領域に位置することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の光電変換部の表面と平行な面において、前記第１の転送トランジスタの前記ゲート電極の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影、および、前記第１の導電部材の前記面への正射影のそれぞれと重なり、
前記面において、前記第２の転送トランジスタの前記ゲート電極の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への前記正射影、および、前記第１の導電部材の前記面への前記正射影のそれぞれと重なることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、
前記第１の光電変換部の表面と平行な面において、前記第１の導電部材の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影と、前記フローティングディフュージョン部の前記面への正射影との間の領域に位置し、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、
前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする撮像装置。
第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、および、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、
前記第１の光電変換部の表面と平行な面において、前記第１の導電部材の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影と、前記フローティングディフュージョン部の前記面への正射影との間の領域に位置し、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、
前記第１の制御動作と前記第２の制御動作との間に、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方をオフの状態にする動作と、を行うことを特徴とする撮像装置。
前記フローティングディフュージョン部は半導体領域を含み、
前記面において、前記第１の導電部材の前記面への正射影の少なくとも一部が、前記第２の導電部材の前記面への正射影と、前記フローティングディフュージョン部に含まれる前記半導体領域の前記面への正射影との間の領域に位置することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の撮像装置。
第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、および、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、
前記フローティングディフュージョン部は、前記配線層に配された導電部材を含み、
前記第１の導電部材の少なくとも一部が、前記第２の導電部材と、前記フローティングディフュージョン部に含まれる前記導電部材との間に位置し、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、を行い、
前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする撮像装置。
第１の光電変換部、第２の光電変換部、フローティングディフュージョン部、前記第１の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第１の転送トランジスタ、および、前記第２の光電変換部で生じた電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する第２の転送トランジスタ、を少なくとも含む画素と、
前記第１の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第１の導電部材と、
前記第２の転送トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第２の導電部材と、
前記第１の導電部材および前記第２の導電部材のそれぞれを介して、前記第１の転送トランジスタおよび前記第２の転送トランジスタに電気的に接続された制御部と、を有し、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とは同一の配線層に配され、
前記フローティングディフュージョン部は、前記配線層に配された導電部材を含み、
前記第１の導電部材の少なくとも一部が、前記第２の導電部材と、前記フローティングディフュージョン部に含まれる前記導電部材との間に位置し、
前記制御部が、
前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方がオフの状態から、前記第２の転送トランジスタをオフにしたまま、前記第１の転送トランジスタをオンにする第１の制御動作と、
前記第１の制御動作によって転送された電荷が前記フローティングディフュージョン部に保持されている状態で、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオンにする第２の制御動作と、
前記第１の制御動作と前記第２の制御動作との間に、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタの両方をオフの状態にする動作と、を行うことを特徴とする動作と、を行うことを特徴とする撮像装置。
前記制御部が、前記第１の制御動作と前記第２の制御動作との間に、前記第１の転送トランジスタ、および、前記第２の転送トランジスタを並行してオフにすることを特徴とする請求項１、請求項９、および、請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記画素が、前記フローティングディフュージョン部の電荷に基づく信号を出力する増幅部をさらに含み、
前記増幅部は、前記第１の制御動作の開始から前記第２の制御動作の開始までの期間に、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく第１の信号を出力し、前記第２の制御動作が開始された後に、前記フローティングディフュージョン部において加算された電荷に基づく第２の信号を出力することを特徴とする請求項２、請求項１０、および、請求項１３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との間の容量成分が、前記第２の導電部材と前記フローティングディフュージョン部との間の容量成分より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の導電部材の電位の変化による前記フローティングディフュージョン部の電位の変化が、前記第２の導電部材の電位の変化による前記フローティングディフュージョン部の電位の変化より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記ゲート電極を構成する材料と、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材を構成する材料とが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の導電部材、および、前記第２の導電部材は、コンタクトプラグを介して、ぞれぞれ、前記第１の転送トランジスタの前記ゲート電極、および、前記第２の転送トランジスタの前記ゲート電極に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載の撮像装置。
請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する信号処理装置と、を備えた撮像システム。
前記信号処理装置が、前記撮像装置から出力される、前記第１の光電変換部で生じた電荷に基づく信号と、前記第２の光電変換部で生じた電荷に基づく信号とを処理し、撮像装置から被写体までの距離情報を取得することを特徴とする請求項２０に記載の撮像システム。