JP2019212920A - イメージセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
サが設けられた固体撮像装置と、その駆動方法に関する。更には、当該固体撮像装置を有
する電子機器に関する。
半導体素子として、例えば薄膜トランジスタが挙げられる。従って、表示装置及び記憶装
置なども半導体装置に含まれるものである。
汎用のCMOSプロセスを用いて製造できる。そのため、CMOSセンサを各画素に有す
る固体撮像装置の製造コストを低くできる上に、フォトセンサと表示素子を同一基板上に
作り込んだ半導体装置を実現することができる。また、CMOSセンサはCCDセンサに
比べて駆動電圧が低いため、固体撮像装置の消費電力を低く抑えることができる。
荷の蓄積動作と、上記電荷の読み出し動作とを、行ごとに順次行うローリングシャッタ方
式が一般的に用いられている(特許文献1参照)。また、ローリングシャッタ方式の代わ
りに、電荷の蓄積動作を全画素において一斉に行われるグローバルシャッタ方式が採用さ
れる場合もある。
いた固体撮像装置では、様々な環境下での撮像を可能にするために、ダイナミックレンジ
の向上が求められている。
ドに照射される光が弱い(光量が少ない)ため、露光時間を長くする必要がある。また、
露光時間内に被写体が動いてしまう、又は固体撮像装置を動かしてしまうことで、歪んだ
被写体の画像データが形成される。そのため、露光時間を長くすることは、歪んだ被写体
の画像データを形成するおそれがある。
なるため、外光の照度が低い環境下での撮像はさらに難しくなる。
に、携帯電話などの携帯型の電子機器だと、固体撮像装置の消費電力の高さは、連続使用
時間の短縮化というデメリットに繋がる。
することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、撮像された画像の品質を向上させ
ることが可能な固体撮像装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は
、低消費電力である固体撮像装置を提供することを課題の一とする。
該複数の画素の数より少数配設された第1のトランジスタと、を有し、当該複数の画素は
、照射される光の強度により流れる電流値が定まるフォトダイオードと、当該電流値によ
り蓄積される電荷の量が定まり、且つ当該電荷の量を情報として含む出力信号を生成する
増幅回路をそれぞれ有し、当該増幅回路は、蓄積された当該電荷を保持し、且つ当該フォ
トダイオードの陰極と電気的に接続される第2のトランジスタを少なくとも有し、同じ列
に属する、n行(nは自然数)の画素が有する当該フォトダイオードの陰極と、n+1行
に配設された画素が有する当該フォトダイオードの陰極のそれぞれは、当該第1のトラン
ジスタと電気的に接続されている半導体装置である。
より少数配設された第1のトランジスタと、を有し、当該複数の画素の各画素は、少なく
とも赤色、青色及び緑色の副画素を有し、当該副画素は、照射される光の強度により流れ
る電流値が定まるフォトダイオードと、当該電流値により蓄積される電荷の量が定まり、
且つ当該電荷の量を情報として含む出力信号を生成する増幅回路と、をそれぞれに有し、
当該増幅回路は、蓄積された当該電荷を保持し、且つ当該フォトダイオードの陰極と電気
的に接続される第2のトランジスタを少なくとも有し、同じ列に属する、n行(nは自然
数)に配設された当該副画素が有する当該フォトダイオードの陰極と、n+1行に配設さ
れ、当該n行と同色の当該副画素が有する当該フォトダイオードの陰極のそれぞれは、当
該第1のトランジスタと電気的に接続されている半導体装置である。
密度は、10aA/μm以下とし、100yA/μm以下とすることが好ましい。本発明
の一態様の固体撮像装置は、n行に配設された画素群とn+1行に配設された画素群にお
いて同列の画素同士が、第1のトランジスタによって接続されることになるため、第1の
トランジスタにオフ電流密度が極めて低いトランジスタを用いることで、n行に配設され
た画素群の撮像によって蓄積された電荷と、n+1行に配設された画素群の蓄積された電
荷とが混合することを抑制できる。また、第2のトランジスタにもオフ電流密度が極めて
低いトランジスタを用いることで、撮像によって蓄積された電荷を保持するためのスイッ
チング素子に用いることで、電荷保持期間が異なることに起因する階調の変化を小さく抑
えることができる。従って、撮像された被写体の画像データの品質を向上させることがで
きる。
く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導体材料をチャネル形成領域に含むことで
実現できる。さらに、当該半導体材料としては酸化物半導体がある。なお、本明細書にお
いて酸化物半導体とは、半導体特性を有する金属酸化物のことをいう。
に含むトランジスタとすることで、各トランジスタのリーク電流を低減し、駆動電圧を低
くすることができ、上記固体撮像装置の消費電力を低減させることができる。
いることができ、外光の照度により、上記固体撮像装置の第1のトランジスタのオン状態
及びオフ状態を選択し、出力信号が与えられる配線を共有している各画素が有するフォト
ダイオード、又は、出力信号が与えられる配線を共有している同色の副画素が有するフォ
トダイオードを導通させることができる。例えば、外光の照度が低い環境下での撮像時は
、上記固体撮像装置の第1のトランジスタをオン状態とし、出力信号が与えられる配線を
共有する画素(又は同色の副画素)が有するフォトダイオードを導通させる。このように
することで、撮像時の光が入射するフォトダイオードの領域を拡大することができ、蓄電
される電荷の量が増大し、当該電荷の量に対応する出力信号電位を増大することができる
。従って、外光の照度が低い環境下での撮像時において、露光時間を長くすることなく、
歪みの少ない画像データを得ることができる。つまり、固体撮像装置のダイナミックレン
ジを向上させることができる。
できる。また、撮像された画像の品質が向上した固体撮像装置を提供することができる。
また、低消費電力である固体撮像装置を提供することができる。
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発
明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接
続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧又は電位が、供給可能、或いは
伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して
間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
本発明の一態様に係る固体撮像装置の構成、及び当該固体撮像装置が有するフォトセン
サの構成及び当該フォトセンサの接続関係について、図面を参照して説明する。なお、本
実施の形態では、グローバルシャッタ方式を用いる場合について説明する。
体撮像装置100は、少なくとも画素部101と、水平方向選択回路103と、データ出
力回路105と、データ処理回路107と、各々が平行又は略平行に配設され、且つ水平
方向選択回路103に接続されていることで電位が制御される複数の選択線109と、を
有している。また、各々が平行又は略平行に配設され、且つデータ出力回路105に接続
され、出力信号の電位が与えられる複数の出力線111と、を有する。なお、図1(A)
に図示した選択線109及び出力線111に加えて、他の配線を有していてもよい。
いずれかの行に配設された複数の画素113に接続されている。また、各出力線111は
、いずれかの列に配設された複数の画素113に接続されている。
も論理回路部と、スイッチ部又はバッファ部と、を有する。また、データ出力回路105
は出力線111に与えられる出力信号を増幅及び変換などを行い、データ処理回路107
に増幅及び変換した信号を送る。データ処理回路107は、水平方向選択回路103の制
御、露光時間の制御及び当該出力信号を処理して画像データの取得(又は生成)などを行
う。
画素部101を形成する基板に形成してもよいし、水平方向選択回路103、データ出力
回路105及びデータ処理回路107の一部又は全部をIC等の半導体装置で実装しても
よい。
109及び出力線111を図示していない。固体撮像装置100において、カラー表示の
撮像を行うために画素113は、赤(R)、緑(G)及び青(B)のカラーフィルタが設
けられた副画素を有する構成としてもよい。なお、図1(B)では、赤の副画素を1つ、
青の副画素を1つ、緑の副画素を2つの計4つの副画素により画素113を構成している
が、これに限定されるものではない。ここでは、4つの副画素で構成される画素113を
1画素として、1行の画素群及び1列の画素群を構成している。なお、選択線109及び
出力線111は、画素113を構成する各副画素にも接続されるように分岐させて設ける
。
うな副画素を設けなくてよい。
Bの副画素には、それぞれフォトセンサが配置されている。n行(nは自然数)の画素群
とn+1行の画素群において、同列且つ同色の副画素に配置されたフォトセンサは、それ
ぞれ、スイッチング素子201によって接続されている。なお、「n行の画素群」は「n
行目の画素」と換言でき、「n+1行の画素群」は「n+1行目の画素」と換言できるも
のとする。
サと、n+1行目の画素113に含まれるRの副画素203に配置されたフォトセンサと
がスイッチング素子201によって接続されている。n行目の画素113及びn+1行目
の画素113に含まれるBの副画素においても、フォトセンサ同士はスイッチング素子2
01によって接続されている。n行目の画素113及びn+1行目の画素113に含まれ
るGの副画素のフォトセンサ同士はスイッチング素子201によって接続されている。ス
イッチング素子201としては、トランジスタを適用できる。
る。ここでは、Rの副画素202とRの副画素203における接続関係を例に説明する。
Rの副画素202とRの副画素203が有するフォトセンサ(図2(B)ではフォトセン
サ205及びフォトセンサ206とする)は、フォトダイオード207と、増幅回路20
9とを有している。フォトダイオード207は、半導体の接合部に光があたると電流が発
生する性質を有する光電変換素子である。増幅回路209は、フォトダイオード207が
受光することで得られる電流を増幅する、或いは、上記電流によって蓄積された電荷を保
持する回路である。なお、各画素は、フォトセンサ、さらにはフォトダイオードを有して
いることから、本明細書において、「画素」は「フォトセンサ」又は「フォトダイオード
」と適宜読み替えてもよい。
であれば良く、あらゆる形態を採用することができるが、少なくとも増幅回路209は、
スイッチング素子として機能するトランジスタ211を有する。当該スイッチング素子は
、増幅回路209内への上記電流の供給を制御する。
として機能するトランジスタ213は、トランジスタ213のオン状態及びオフ状態を選
択(スイッチング)することで、フォトセンサ205のフォトダイオード207及びフォ
トセンサ206のフォトダイオード207を導通させるか否かを選択できる。例えば、外
光の照度が低い環境下での撮像時に、トランジスタ213をオン状態にすることで、フォ
トセンサ205のフォトダイオード207及びフォトセンサ206のフォトダイオード2
07は導通する。なお、フォトセンサ205のフォトダイオード207及びフォトセンサ
206のフォトダイオード207を導通することで、フォトセンサ205のフォトダイオ
ード207及びフォトセンサ206のフォトダイオード207は並列に接続される。
リコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導
体材料を含んでいてもよい。当該半導体材料の一例として、炭化珪素(SiC)、窒化ガ
リウム(GaN)などの化合物半導体、酸化亜鉛(ZnO)などの金属酸化物でなる酸化
物半導体などを適用することができる。この中でも酸化物半導体は、スパッタリング法や
湿式法(印刷法など)により作製可能であり、量産性に優れるといった利点がある。また
、炭化シリコンや窒化ガリウムなどの化合物半導体は単結晶であることが必須で、単結晶
材料を得るためには、酸化物半導体のプロセス温度よりも著しく高い温度による結晶成長
、或いは、特殊な基板上のエピタキシャル成長が必要である。一方、酸化物半導体は、室
温でも形成可能なため、入手が容易なシリコンウェハや、安価で大型化に対応できるガラ
ス基板上への形成が可能であり、量産性が優れている。また、通常のシリコンやガリウム
などの半導体材料を用いた集積回路上に、酸化物半導体による半導体素子を積層させるこ
とも可能である。また、トランジスタの性能(例えば電界効果移動度や信頼性)を向上さ
せるために結晶性の酸化物半導体を得ようとする場合でも、200℃から800℃の熱処
理によって容易に結晶性の酸化物半導体を得ることができる。
を用いる場合を例に説明する。
めて低く、且つ高耐圧であるトランジスタ211、213を実現することができる。そし
て、上記構成を有するトランジスタ211、213をスイッチング素子として用いること
で、増幅回路209内に蓄積された電荷のリークを防ぐことができる。さらに、n行目の
フォトセンサ205の増幅回路209内に蓄積された電荷と、n+1行目のフォトセンサ
206の増幅回路209内に蓄積された電荷とが混合を防ぐことができる。
きい半導体を用いることが望ましいが、本発明は必ずしもこの構成に限定されない。トラ
ンジスタ211、213の活性層に酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶、又は
単結晶のシリコン又はゲルマニウムなどの半導体が用いられていても、固体撮像装置10
0をグローバルシャッタ方式で動作させることは可能である。
いては、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも高い電位とした状態において、ソ
ース電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0V以下であるときに、ソース電
極とドレイン電極の間に流れる電流のことをいう。或いは、本明細書でオフ電流とは、p
チャネル型トランジスタにおいては、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも低い
電位とした状態において、ソース電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0V
以上であるときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流のことをいう。
電極に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル
型トランジスタでは、低い電位が与えられる電極がソース電極と呼ばれ、高い電位が与え
られる電極がドレイン電極と呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位
が与えられる電極がドレイン電極と呼ばれ、高い電位が与えられる電極がソース電極と呼
ばれる。以下、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方を第1端子、他方を第2端子と
し、フォトセンサ205、206内の接続関係及びフォトセンサ205、206が有する
フォトダイオード207とトランジスタ213の接続関係を説明する(図2(B)参照)
。なお、他の色の副画素についても以下の説明と同様の構成及び接続関係を有する。
ている。また、フォトダイオード207の陰極が、トランジスタ211の第1端子に接続
されている。トランジスタ211の第2端子は、増幅回路209内の他の半導体素子に接
続されているため、増幅回路209内の構成によって、トランジスタ211の第2端子の
接続先は異なる。また、トランジスタ211のゲート電極は、配線TXに接続されている
。配線TXには、トランジスタ211のスイッチングを制御するための信号の電位が与え
られる。また、フォトセンサ205は配線OUTに接続されている。配線OUTには、増
幅回路209から出力される出力信号の電位が与えられる。なお、配線OUTは、固体撮
像装置100の出力線111に相当する(図1(A)参照)。
の接続関係を有する。
07の陰極と接続されている。トランジスタ213の第2の端子は、フォトセンサ206
が有するフォトダイオード207の陰極と接続されている。トランジスタ213のゲート
電極は、配線PAに接続されている。配線PAには、外光の照度に伴って、トランジスタ
213のスイッチングを制御するための信号の電位が与えられる。
は、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の
機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜
が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
続されている場合を例示しているが、本発明の一態様では、各フォトセンサが有する配線
の数はこれに限定されない。上記配線に加えて、電源電位が与えられる配線、増幅回路2
09に保持されている電荷の量をリセットするための信号が与えられる配線などが、各フ
ォトセンサに接続されていてもよい。
する各フォトセンサと接続されており、当該各フォトセンサは、他列の画素さらには他列
の副画素が有する各フォトセンサと接続されている配線OUT(他の配線OUT)には接
続されておらず、電気的に分離している。また、一の配線OUTに接続されている複数の
フォトセンサを第1のフォトセンサ群とし、他の配線OUTに接続されている複数のフォ
トセンサを第2のフォトセンサ群とすると、本発明の一態様では、第1のフォトセンサ群
に接続された配線TXは、第2のフォトセンサ群に接続された配線TXに接続されていて
もよい(図2(B)参照)。或いは、本発明の一態様では、第1のフォトセンサ群に接続
された配線PRが、第2のフォトセンサ群に接続された配線PRに接続されていてもよい
(図2(B)参照)。或いは、本発明の一態様では、第1のフォトセンサ群に接続された
配線PAが、第2のフォトセンサ群に接続された配線PAに接続されていてもよい(図2
(B)では接続されていない)。
位の降下や信号の遅延を抑制することができる。その結果、フォトダイオード207の陽
極に与えられる電位、或いは、トランジスタ211のスイッチングを制御する信号の電位
、或いはトランジスタ213のスイッチングを制御する信号の電位が、画素部101内で
ばらつくことを防ぐことができる。よって、フォトセンサ205、206から出力される
信号の電位がばらつくことを防ぐことができ、撮像された画像の品質を向上させることが
できる。
タ211を一つだけ有するフォトセンサ205、206の構成を示しているが、増幅回路
209はこの構成に限定されない。本発明の一態様では、一のトランジスタが一のスイッ
チング素子として機能する構成を示しているが、複数のトランジスタが一のスイッチング
素子として機能していてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能
する場合、当該複数のトランジスタはそれぞれ並列接続でもよいし、直列接続でよいし、
直列接続と並列接続が組み合わされていてもよい。
端子と第2端子のいずれか一方のみが、第2のトランジスタの第1端子と第2端子のいず
れか一方のみに接続されている状態をいう。また、トランジスタの並列接続とは、第1の
トランジスタの第1端子が第2のトランジスタの第1端子に接続され、第1のトランジス
タの第2端子が第2のトランジスタの第2端子に接続されている状態をいう。
み有している場合を示している。トランジスタ211、213が、活性層を間に挟んで存
在する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極にはスイッチングを制御す
るための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの
状態であってもよいし、電位が他から与えられている状態であってもよい。後者の場合、
一対の電極に同じ高さの電位が与えられていてもよいし、他方のゲート電極にのみグラウ
ンドなどの固定電位が与えられていてもよい。他方のゲート電極に与える電位の高さを制
御することでトランジスタ211、213のしきい値電圧を制御することができる。
(A)に、フォトセンサ205、206の一例を回路図で示す。なお、フォトセンサ20
6は、フォトセンサ205と同様の構成及び接続関係を有することから、ここでは、フォ
トセンサ205についてのみ説明する。
にトランジスタ215とトランジスタ217とを有している。トランジスタ215は、ト
ランジスタ211の第2端子に与えられる電位に従って、その第1端子と第2端子間の電
流値又は抵抗値が定まる。また、トランジスタ217は、上記電流値又は抵抗値によって
定まる出力信号の電位を、配線OUTに供給するためのスイッチング素子として機能する
。
ート電極に接続されている。トランジスタ215の第1端子は、高電位電源電位(VDD
)が与えられている配線VR(高電位側電源電位線ともいう)に接続されている。トラン
ジスタ215の第2端子は、トランジスタ217の第1端子に接続されている。トランジ
スタ217の第2端子は、配線OUTに接続されている。トランジスタ217のゲート電
極は、配線SEに接続されており、配線SEにはトランジスタ217のスイッチングを制
御する信号の電位が与えられる。なお、配線SEは、固体撮像装置100の選択線109
に相当する(図1(A)参照)。
接続されているノードを、ノードFDとして示している。ノードFDに蓄積される電荷の
量によって、トランジスタ215の第1端子と第2端子間の電流値又は抵抗値が定まり、
これに加えて、トランジスタ217のスイッチングを制御する信号の電位を与えることで
、トランジスタ217の第2端子から出力される出力信号の電位が定まる。ノードFDに
おいて電荷をより確実に保持するために、ノードFDに保持容量を接続する構成にしても
よい。
した場合の回路図である。
されている。n+1行目に配設されたフォトセンサ206は、配線SE_[n+1]と接
続されている。なお、配線SEは、各行に対して独立して設けられている。
]と接続されており、配線OUTのうち、配線OUT_[m]と接続されており、配線V
Rのうち、配線VR_[m]と接続されている。なお、配線PRは、上述したように各列
に対して独立して設けられていることが好ましい。また、配線VRも各列に対して独立し
て設けられていてもよい。また、配線OUTは、各列に対して独立に設けられている。
n行m列)は、配線TXのうち、配線TX_[nm1]と接続されている。また、n+1
行目に配設されたフォトセンサ206(n+1行m列)は、配線TXのうち、配線TX_
[nm2]と接続されている。なお、ここでは、配線TX_[nm1]及び配線TX_[
nm2]は、独立して設けられているが、これに限らず、上述したように配線TX同士を
接続されていてもよい。
フォトダイオード207の陰極はトランジスタ213の第1端子と接続され、n+1行目
のフォトセンサ206が有するフォトダイオード207の陰極はトランジスタ213の第
2端子と接続される。トランジスタ213のゲート電極は配線PAのうち、配線PA_[
m]と接続される。なお、配線PAは各列に対して独立に設けられていてもよいし、上述
したように配線PA同士が接続されていてもよい。
る複数のフォトセンサ205は、m列と異なる列の配線OUT及びm列と異なる列の配線
VRには接続されておらず、m列と異なる列のフォトセンサから電気的に分離している(
図3(B)参照)。
位の降下や信号の遅延を抑制することができる。その結果、フォトダイオード207の陽
極に与えられる電位、或いは、トランジスタ211のスイッチングを制御する信号の電位
、或いは、トランジスタ213のスイッチングを制御する信号の電位が、画素部101内
でばらつくことを防ぐことができる。よって、画素部101内のフォトセンサから出力さ
れる信号の電位がばらつくことを防ぐことができ、撮像された画像の品質を向上させるこ
とができる。
回路209を構成しているトランジスタ215、217は、その活性層に、酸化物半導体
膜が用いられていてもよい。画素部101内全てのトランジスタの活性層に、酸化物半導
体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができる。また、トランジスタ215、
217の活性層に、酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶、又は単結晶の、シリ
コン、又はゲルマニウムなどの半導体が用いられていてもよい。また、トランジスタ21
5、217の活性層に、例えば、多結晶又は単結晶のシリコンなどのように、酸化物半導
体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、フォトセンサからの画像デー
タの読み出しを高速で行うことができる。
に説明する。配線TX_[nm1]、配線TX_[nm2]、配線PA_[m]、配線P
R_[m]、配線VR_[m]、及び配線OUT_[m]に与えられる電位のタイミング
チャートの一例を図4に示す。また、画素部101の各行ごとの画素について、配線SE
_[1]乃至配線SE_[n+1]に与えられる電位のタイミングチャートの一例、及び
ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]の電位についても図4に示す。
ため、上記配線には、ハイレベルかローレベルの電位が与えられるものと仮定する。具体
的に、配線TX_[nm1]及び配線TX_[nm2]には、ハイレベルの電位HTX_
[nm1]及びHTX_[nm2]と、ローレベルの電位LTX_[nm1]及びLTX
_[nm2]が与えられるものとし、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]には、
ハイレベルの電位HSE_[1]乃至HSE_[n+1]と、ローレベルの電位LSE_
[1]及びLSE_[n+1]が与えられるものとし、配線PA_[m]には、ハイレベ
ルの電位HPA_[m]と、ローレベルの電位LPA_[m]が与えられるものとし、配
線PR_[m]には、ハイレベルの電位HPR_[m]と、ローレベルの電位LPR_[
m]が与えられるものとし、配線OUT_[m]には、ハイレベルの電位HOUT_[m
]と、ローレベルの電位LOUT_[m]が与えられるものとする。なお、配線VR_[
m]は、VDDが与えられているものとするため、図4には示していない。
トセンサ206のフォトダイオード207とが導通していない、つまり、トランジスタ2
13がオフ状態である場合の駆動方法についてのタイミングチャートである。この駆動方
法において、配線PA_[m]は常に電位LPA_[m]である。
PR_[m]に変化させる。また、時刻T1において、配線TX_[nm1]及び配線T
X_[nm2]の電位を、電位LTX_[nm1]から電位HTX_[nm1]及び電位
LTX_[nm2]から電位HTX_[nm2]に変化させる。配線TX_[nm1]及
び配線TX_[nm2]の電位が電位HTX_[nm1]及び電位HTX_[nm2]に
なると、トランジスタ211はオン状態になる。また、時刻T1において、配線SE_[
1]乃至配線SE_[n+1]には電位LSE_[1]乃至電位LSE_[n+1]が与
えられている。
LPR_[m]に変化させる。また、時刻T2において、配線TX_[nm1]及び配線
TX_[nm2]の電位は、電位HTX_[nm1]及び電位HTX_[nm2]のまま
であり、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]の電位も電位LSE_[1]乃至電
位LSE_[n+1]のままである。よって、ノードFD_[n]及びノードFD_[n
+1]には、電位HPR_[m]が与えられるため、ノードFD_[n]及びノードFD
_[n+1]に保持されている電荷の量はリセットされる。そこで、時刻T1から時刻T
2までの期間をリセット期間300と呼ぶことにし、リセット期間300での動作をリセ
ット動作と呼ぶことにする。
_[nm1]及び配線TX_[nm2]の電位を変化させたが、配線PR_[m]の電位
を変化させる前に、配線TX_[nm1]及び配線TX_[nm2]の電位を変化させて
もよい。配線PR_[m]の電位を変化させる前に、トランジスタ211をオン状態にし
ておくことで、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]を十分にリセットさせる
ことができる。
限らず、m列目の画素すべてのフォトセンサのノードFD(例えばノードFD_[1]、
ノードFD_[2]など)に保持されている電荷の量はリセットされる。
フォトダイオード207に逆方向バイアスの電圧が印加されることになる。そして、フォ
トダイオード207に逆方向バイアスの電圧が印加された状態で、フォトダイオード20
7に光が入射すると、フォトダイオード207の陰極から陽極に向かって電流が流れる。
電流値は光の強度に従って変化する。すなわち、フォトダイオード207に入射する光の
強度が高いほど上記電流値は高くなり、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]
からの電荷の流出も大きくなる。逆に、フォトダイオード207に入射する光の強度が低
いほど上記電流値は低くなり、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]からの電
荷の流出も小さくなる。よって、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]の電位
は、光の強度が高いほど変化が大きく、光の強度が低いほど変化が小さい。
、電位HTX_[nm1]及び電位HTX_[nm2]から電位LTX_[nm1]及び
電位LTX_[nm2]に変化させると、トランジスタ211はオフ状態になる。よって
、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]からフォトダイオード207への電荷
の移動が止まるため、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]の電位が定まる。
そこで、時刻T2から時刻T3までの期間を露光期間301と呼ぶことにし、露光期間3
01での動作を蓄積動作と呼ぶことにする。
SE_[1]の電位を、電位LSE_[1]から電位HSE_[1]に変化させると、1
行目の画素のフォトセンサ205が有するトランジスタ217がオン状態になる。すると
、1行目のフォトセンサ205のノードFD_[1](図示せず)の電位に応じて配線V
R_[m]から配線OUT_[m]へと電荷が移動する。
LSE_[1]に変化させると、配線VR_[m]から1行目の画素の配線OUT_[m
]への電荷の移動が停止し、1行目の画素の配線OUT_[m]の電位が決定する。この
1行目の画素の配線OUT_[m]の電位が、1行m列の画素が有するフォトセンサ20
5の出力信号の電位に相当する。そして、出力信号の電位には、撮像された被写体の1行
m列の画素に対応する画像データが含まれている。そこで、時刻T4から時刻T5までの
期間を読み出し期間302と呼ぶことし、読み出し期間302での動作を読み出し動作と
呼ぶことにする。また、配線SE_[1]の読み出し動作を行うタイミングは適宜決める
ことができる。
作を行うことで、図4に示したように順次配線OUT_[m]の電位が決定する。この順
次決定した配線OUT_[m]の電位が、m列目の画素が有するフォトセンサ205の出
力信号の電位に相当する。そして、当該出力信号の電位には、撮像された被写体のm列目
の画素に対応する画像データが含まれている。
の列の画素についても、リセット動作、蓄積動作、読み出し動作を行うことで、撮像され
た被写体の画像データを取得することができる。
ため、全ての列の画素の配線TXにおいて、一斉に配線TX_[nm1]及び配線TX_
[nm2]と同様の電位変化を行う。
FDに電荷が保持されるため、当該期間を電荷保持期間と呼ぶことにする。グローバルシ
ャッタ方式では、リセット動作と蓄積動作を全画素で一斉に行うため、露光期間が終了す
るタイミングは全画素で同じとなるが、各行の画素について順次読み出し動作を行うため
、電荷保持期間が各行の画素によって異なる。例えば、1行目の画素の電荷保持期間は、
時刻T3からT4までであり、2行目の画素の電荷保持期間は、時刻T3から時刻T5ま
での期間である。読み出し動作は各行毎に行うため、読み出し期間が開始されるタイミン
グは各行毎に異なる。よって、最終行の画素のフォトセンサにおける電荷保持期間は最長
となる。
じ高さの電位を有する出力信号が得られる。しかし、電荷保持期間の長さが画素の行毎に
異なる場合、各行の画素のノードFDに蓄積されている電荷が時間の経過と共にリークし
てしまうと、フォトセンサの出力信号の電位が行毎に異なってしまい、行毎にその階調数
が変化した画像データが得られてしまう。
トセンサ205において蓄積された電荷、具体的にはノードFDに蓄積された電荷を保持
するためのスイッチング素子として用いることができる。この場合、グローバルシャッタ
方式を用いて撮像を行っても、電荷保持期間が異なることに起因する画像データの階調の
変化を小さく抑え、撮像された画像の品質を向上させることができる。
ャッタ方式であることから当該駆動方法を通常GS駆動方法と呼ぶことにする。
目の画像データと、n+1行目の画像データが混合する可能性があるが、トランジスタ2
13はオフ電流密度が著しく低いため、当該画像データが混合することを抑制できる。
入射する光の強度が低い場合、蓄積動作でのノードFDからの電荷の流出が小さく、ノー
ドFDの電位の変化が小さいものとなる。露光期間を長くすることで当該変化を大きくで
きるが、露光期間を長くすることは、その分、歪んだ被写体の画像データを取得するなど
、撮像した画像の品質を劣化させる可能性がある。
ることができる。そこで、本発明の一態様に係り、通常GS駆動方法とは異なる駆動方法
について説明する。
が有するフォトセンサとn+1行目の画素が有するフォトセンサを導通させることで、フ
ォトダイオードにおいて入射する光の領域を拡大し、露光期間を長くすることなく、ノー
ドFD(詳細にはノードFD_[n])の電位の変化を大きくする駆動方法である。
せるため、取得される被写体の画像データの解像度は、導通させてない場合に比べて低く
なる。しかし、外光の照度が低い環境下では、露光期間を長くして撮像するよりも、解像
度を低くしても露光期間を長くせずに撮像する方が、撮像した画像は高品質なものである
ため、以下説明する駆動方法は好ましい。なお、以下説明する駆動方法を、通常GS駆動
方法と区別するため、入射領域拡大GS駆動方法と呼ぶことにする。
部101のm列の画素群を例にして説明する。入射領域拡大GS駆動方法について、配線
TX_[nm1]、配線TX_[nm2]、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]
、配線PA_[m]、配線PR_[m]、配線VR_[m]、及び配線OUT_[m]に
与えられる電位のタイミングチャートの一例を図5に示す。また、ノードFD_[n]及
びノードFD_[n+1]の電位についても図5に示す。
る電位、並びにノードFD_[n]及び配線OUT_[m]の電位が、図4に示したタイ
ミングチャートに沿った駆動方法と異なる。そこで、通常GS駆動方法の説明を参照して
入射領域拡大GS駆動方法を説明する。
の画素が有するフォトセンサを導通するため、配線TX_[nm2]に与えられる電位は
、常に電位LTX_[nm2]とする。従って、ノードFD_[n+1]は常にローレベ
ルの電位となる。
電位を、電位LPR_[m]から電位HPR_[m]に変化させる。また、n行目の画素
が有するフォトセンサにおける配線TX_[nm1]のみ、電位LTX_[nm1]から
電位HTX_[nm1]に変化させる。従って、n行目の画素が有するフォトセンサにお
けるトランジスタ211のみオン状態になる。また、時刻T1において、配線SE_[1
]乃至配線SE_[n+1]には電位LSE_[1]乃至電位LSE_[n+1]が与え
られている。
LPR_[m]に変化させる。また、時刻T2において、配線TX_[nm1]電位は、
電位HTX_[nm1]のままであり、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]の電
位も電位LSE_[1]乃至電位LSE_[n+1]のままである。よって、ノードFD
_[n]には、電位HPR_[m]が与えられるため、ノードFD_[n]に保持されて
いる電荷の量はリセットされる。
_[nm1]の電位を変化させたが、配線PR_[m]の電位を変化させる前に、配線T
X_[nm1]の電位を変化させてもよい。配線PR_[m]の電位を変化させる前に、
トランジスタ211をオン状態にしておくことで、ノードFD_[n]を十分にリセット
することができる。
素におけるフォトセンサのノードFD(例えばノードFD_[1]、ノードFD_[3]
など)に保持されている電荷の量はリセットされる。
位を電位LPR_[m]に変化させる。また、時刻T2において、配線PR_[m]の電
位を変化させた後、配線PA_[m]の電位を電位LPA_[m]から電位HPA_[m
]に変化させる。これにより、トランジスタ213はオン状態になり、n行目の画素が有
するフォトセンサとn+1行目の画素が有するフォトセンサが導通する。従って、n行目
の画素が有するフォトダイオード207とn+1行目の画素が有するフォトダイオード2
07は並列に接続される。並列に接続されることでフォトダイオードの光が入射する領域
を拡大することと同じ効果が得られることになり、リセットされたノードFD_[n]か
ら一定期間内に流出する電荷の量は増大する。
LTX_[nm1]に変化させると、トランジスタ211はオフ状態になる。よって、ノ
ードFD_[n]からフォトダイオード207への電荷の移動が止まるため、ノードFD
_[n]の電位が定まる。これにより、並列接続されることでフォトダイオードの光が入
射する領域を拡大することと同じ効果が得られることになり、リセットされたノードFD
_[n]から一定期間内に流出する電荷の量は増大する。よって、入射領域拡大GS駆動
方法は、露光期間301を長くすることなく、リセットされたノードFD_[n]から電
荷が流出する量が増大させることができ、ノードFD_[n]の電位の変化量を大きくす
ることができる。
ングチャートと同様に図5に示したタイミングチャートに従って行えばよい。配線SE_
[1]乃至配線SE_[n+1]について順次読み出し期間302に相当する動作を行う
ことで、図5に示したように順次、配線OUT_[m]の電位が決定する。この順次決定
した配線OUT_[m]の電位が、m列目の画素が有するフォトセンサ205の出力信号
の電位に相当する。そして、当該出力信号の電位には、撮像された被写体のm列目の画素
に対応する画像データが含まれている。
_[m]の電位が決定され、当該電位にはn行m列の画素に対応する画像データが含まれ
ている。また、n+1行目の画素において、配線TX_[nm2]は常に電位LTX_[
nm2]であることから、配線SE_[n+1]が電位HSE_[n+1]に変化しても
、n+1行目の画素の配線OUT_[m]の電位は変化しない。つまり、出力信号の電位
が出力されない。
n+1]は、順次読み出し期間302に相当する動作を行うため、n+1行目の画素の配
線OUT_[m]の電位が微小に変化する可能性がある。つまり、n行目の出力信号の電
位に対して低い出力信号の電位がn+1行目から出力される可能性があるが、その場合は
n行目の画素においての出力信号の電位に相当する画像データは除けばよい。例えば、固
体撮像装置100のデータ処理回路107(図1(A)参照)に当該画像データを除くた
めの回路を設ければよい。また、配線SE_[1]の読み出し動作を行うタイミングは適
宜決めることができる。
で、撮像された被写体の画像データを取得することができる。
式を用いていることから、電荷保持期間は各行毎に異なり、最終行の画素のフォトセンサ
における電荷保持期間は最長となる。また、階調数が画一的な画像を撮像すると、理想的
には全ての画素のフォトセンサにおいて同じ高さの電位を有する出力信号が得られるが、
入射領域拡大GS駆動方法においても、ノードFDに蓄積されている電荷が時間の経過と
共にリークしてしまうと、フォトセンサの出力信号の電位が行毎に異なってしまい、行毎
にその階調数が変化した画像データが得られてしまう。
て蓄積された電荷、具体的にはノードFDに蓄積された電荷を保持するためのスイッチン
グ素子として用いることで、電荷保持期間が異なることに起因する画像データの階調の変
化を小さく抑え、撮像された画像の品質を向上させることができる。
域拡大GS駆動方法を併用することができるものである。例えば、外光の照度が高い時は
、通常GS駆動方法を用いて、撮像後、取得した画像データを一旦、データ処理回路10
7で当該画像データに黒のデータが多い状態(撮像した環境が暗い状態)か否か判定し、
当該画像データに黒のデータが多い状態(撮像した環境が暗い状態)であれば、入射領域
拡大GS駆動方法に切り替えることできる。なお、当該切り替えは、データ処理回路10
7により自動に行われる構成としてもよく、使用者が行う構成としてもよい。
光期間を調整することや、通常GS駆動方法及び入射領域拡大GS駆動方法を併用するこ
とができ、ダイナミックレンジが向上した固体撮像装置である。
ードと次の行の画素が有するフォトダイオードがトランジスタ(スイッチング素子)で接
続されている形態であるが、本発明の一態様に係る固体撮像装置100は、接続するフォ
トダイオードの数を適宜決めることができる。例えば、同列の画素群において、3行分の
フォトダイオードを接続する形態でもよく、4行分のフォトダイオードを接続する形態で
もよい。
拡大GS駆動方法を併用することができるため、画素部101の一部領域のみ入射領域拡
大GS駆動方法で動作させ、他の領域は通常GS駆動方法で動作させてもよい。
けられた複数の画素において、カラーフィルタが設けられているものとしているが、当該
カラーフィルタの配置及び形状は、特に限定されない。例えば、図6(A)のように長方
形であってもよく、図6(B)のように菱形であってもよい。なお、当該複数の画素を構
成する配線及び各画素内のフォトセンサを構成する配線の配置及び形状は、カラーフィル
タの配置及び形状に合わせて適宜変形すればよい。
が、外光ではなく、少なくとも赤、青及び緑の単色光を順次点灯させることでカラーの画
像データを取得するようにしてもよい。単色光を順次点灯させることで、複数の色にそれ
ぞれ対応する画像データを取得し、それら複数の画像データを用いた加法混色により、カ
ラーの画像データを取得することができる。
くなり、単色光の利用効率を高めることで固体撮像装置の消費電力を低減することができ
る。また、1つの画素で複数の色に対応する画像データの取得、或いは階調の表示を行う
ことができるため、高精細な画像データの取得することができる。
オードに光が入射されることで、当該光に対応した出力信号を出力することであるから、
可視光に限らず、様々な波長の光(赤外線、紫外線、及びX線など)を利用して固体撮像
装置100を動作させることができる。例えば、蛍光体などX線を可視光に変換できる層
を設けることで、X線を利用した固体撮像装置を実施することができる。
能である。
本実施の形態では、固体撮像装置100について、ローリングシャッタ方式を用いる場
合について説明する。
、配線PRに与える電位を各行毎に順次変化させるため、配線PRは各行毎に独立して設
けられる。図7に画素部101における回路図の一例を示す。図7は、n行目及びn+1
行目の画素について図示している。
変化させるため、図1(A)に示した固体撮像装置100の構成例に加えて水平方向リセ
ット回路を設ける。当該水平方向リセット回路は、各行の配線PRと接続されており、水
平方向選択回路103、データ出力回路105及びデータ処理回路107と同様に少なく
とも論理回路部と、スイッチ部又はバッファ部と、を有する。また、当該水平方向リセッ
ト回路は、画素部101を形成する基板に形成してもよいし、当該水平方向リセット回路
の一部又は全部をIC等の半導体装置で実装してもよい。
ないため、図7示した回路図において、増幅回路209の構成は、フォトダイオード20
7において生じる電流を増幅できるのであればよいため、トランジスタ211を設けない
構成であってもよい。トランジスタ211を設けない構成とすることで、フォトセンサ及
び画素を微細化することができ、固体撮像装置の微細化及び作製コストを低減することが
できる。
とした場合の回路図である。なお、図8は、m列目の画素におけるn行及びn+1行を図
示している。
たフォトセンサ205のフォトダイオード207の陽極は、配線PRのうち、配線PR_
[n]と接続されている。n+1行目に配設されたフォトセンサ206のフォトダイオー
ド207の陽極は、配線PRのうち、配線PR_[n+1]と接続されている。このよう
にローリングシャッタ方式を用いる場合は、図3(B)における配線PR_[m]が配線
PR_[n]及び配線PR_[n+1]に置き換わる。
する。画素部101のm列目の画素について、配線TX_[nm1]、配線TX_[nm
2]、配線PA_[m]、配線VR_[m]、及び配線OUT_[m]に与えられる電位
のタイミングチャートの一例を図9に示す。また、画素部101の各行ごとの画素につい
て、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]及び配線PR_[1]乃至配線PR_[
n+1]に与えられる電位のタイミングチャートの一例も図9に示す。さらに、ノードF
D_[n]及びノードFD_[n+1]の電位についても図9に示す。
は、ハイレベルかローレベルの電位が与えられるものと仮定する。本実施の形態では、実
施の形態1に比べて、配線PR_[1]乃至配線PR_[n+1]には、ハイレベルの電
位HPR_[1]乃至電位HPR_[n+1]と、ローレベルの電位LPR_[1]乃至
電位LPR_[n+1]が与えられるものとする。他の配線に与えられる電位については
、実施の形態1と同様とする。また、VR_[m]は、VDDが与えられているものとす
るため、図9には示していない。
トセンサ206のフォトダイオード207とが導通していない、つまり、トランジスタ2
13がオフ状態である場合の駆動方法についてのタイミングチャートである。この駆動方
法において、配線PA_[m]は常に電位LPA_[m]である。また、ローリングシャ
ッタ方式であることから、配線TX_[nm1]及び配線TX_[nm2]は、常に電位
HTX_[nm1]及び電位HTX_[nm2]である。従って、n行目の画素が有する
フォトセンサ205のトランジスタ211と、n+1行目の画素が有するフォトセンサ2
06のトランジスタ211は常にオン状態である。
PR_[1]に変化させる。また、時刻T1において、他の配線には全てローレベルの電
位が与えられている。
せる。この時刻T1から時刻T2の期間は、実施の形態1で説明したリセット期間300
に相当する。ただし、ローリングシャッタ方式を用いるため、実施の形態1に示したグロ
ーバルシャッタ方式とは異なり、リセット期間300で行われるリセット動作を各行毎順
次行う。従って、時刻T2では、配線PR_[2]の電位を、電位LPR_[2]から電
位HPR_[2]に変化させ、時刻T3で、配線PR_[2]の電位を、電位HPR_[
2]から電位LPR_[2]に変化させ、2行目のフォトセンサについてリセット動作を
行う。なお、時刻T2及び時刻T3において、他の配線には全てローレベルの電位が与え
られている。
206のリセット動作のタイミングは図9のようになる。
1行目のフォトダイオード207に逆方向バイアスの電圧が印加されることになる。実施
の形態1で説明したようにフォトダイオード207に光が入射すると、フォトダイオード
207の陰極から陽極に向かって電流が流れる。当該電流によって、1行目のフォトセン
サ205のノードFD_[1](図示せず)の電位が決定する。なお、実施の形態1に記
載したように、ノードFD_[1]の電位は照射される光の強度が高いほど変化が大きく
、光の強度が低いほど変化が小さい。
SE_[1]の電位を、電位LSE_[1]から電位HSE_[1]に変化させると、1
行目の画素のフォトセンサ205が有するトランジスタ217がオン状態になる。すると
、ノードFD_[1]の電位に応じて配線VR_[m]から配線OUT_[m]へと電荷
が移動する。
電位HTX_[nm2]であることから、配線SE_[1]の電位を、電位LSE_[1
]から電位HSE_[1]に変化させることで、ノードFD_[1]の電位は定まる。よ
って、1行目のフォトセンサ205の露光期間301は時刻T2から時刻T4までの期間
となり、露光期間301での動作を蓄積動作とする。
LSE_[1]に変化させると、配線VR_[m]から1行目の画素の配線OUT_[m
]への電荷の移動が停止し、1行目の画素の配線OUT_[m]の電位が決定する。この
1行目の画素の配線OUT_[m]の電位が、1行m列の画素が有するフォトセンサ20
5の出力信号の電位に相当する。そして、出力信号の電位には、撮像された被写体の1行
m列の画素に対応する画像データが含まれている。そこで、1行目のフォトセンサ205
の読み出し期間302は時刻T4から時刻T5までの期間となり、読み出し期間302で
の動作を読み出し動作とする。また、配線SE_[1]の読み出し動作を行うタイミング
は適宜決めることができる。
動作を行うことで、図9に示したように順次、配線OUT_[m]の電位が決定する。こ
の順次決定した配線OUT_[m]の電位が、m列目の画素が有するフォトセンサ205
の出力信号の電位に相当する。そして、当該出力信号の電位には、撮像された被写体のm
列目の画素に対応する画像データが含まれている。
を行い、時刻T5以降、配線SE_[2]乃至配線SE_[n+1]についても順次読み
出し動作を行うことから、通常RS駆動方法において、n+1行目のフォトセンサ206
の露光期間301は、PR_[n+1]の電位が電位HPR_[n+1]から電位LPR
_[n+1]に変化した時刻から配線SE_[n+1]の電位が電位LSE_[n+1]
から電位HSE_[n+1]に変化した時刻までの期間となる。
]及び電位HTX_[nm2]であることから、ノードFD_[n]及びノードFD_[
n+1]の電位は、n行目のフォトセンサ205及びn+1行目のフォトセンサ206の
リセット動作が再度行われるまで減少することになる。
像された被写体の画像データを取得することができる。
ャッタ方式であることから、当該駆動方法を通常RS駆動方法と呼ぶことにする。
データと、n+1行目の画像データが混合する可能性があるが、トランジスタ213はオ
フ電流密度が著しく低いため、当該画像データが混合することを抑制できる。
イオードに入射する光の強度が低い場合、蓄積動作でのノードFDからの電荷の流出が小
さく、ノードFDの電位の変化が小さいものとなる。露光期間を長くすることで当該変化
を大きくできるが、露光期間を長くすることは、その分、歪んだ被写体の画像データを取
得するなど撮像した画像の品質を劣化させる可能性がある。
可能性を抑える駆動方法を実施することができる。そこで、本発明の一態様に係り、通常
RS駆動方法とは異なる駆動方法について説明する。
が有するフォトセンサ205とn+1行目の画素が有するフォトセンサ206を導通させ
ることで、フォトダイオードにおいて入射する光の領域を拡大し、露光期間を長くするこ
となく、ノードFD(詳細にはノードFD_[n])の電位の変化を大きくする駆動方法
である。
06を導通させるため、取得される被写体の画像データの解像度は、導通させてない場合
に比べて低くなる。しかし、外光の照度が低い環境下では、露光期間を長くして撮像する
よりも、解像度を低くしても露光期間を長くせずに撮像する方が、撮像した画像は高品質
なものであるため、以下説明する駆動方法は好ましい。なお、以下説明する駆動方法を、
通常RS駆動方法と区別するため、入射領域拡大RS駆動方法と呼ぶことにする。
部101のm列の画素群を例にして説明する。入射領域拡大RS駆動方法について、配線
TX_[nm1]、配線TX_[nm2]、配線PA_[m]、配線VR_[m]、及び
配線OUT_[m]に与えられる電位のタイミングチャートの一例を図10に示す。また
、画素部101の各行ごとの画素について、配線SE_[1]乃至配線SE_[n+1]
及び配線PR_[1]乃至配線PR_[n+1]に与えられる電位のタイミングチャート
の一例も図10に示す。さらに、ノードFD_[n]及びノードFD_[n+1]の電位
についても図10に示す。
る電位、並びにノードFD_[n]及び配線OUT_[m]の電位が、図9に示したタイ
ミングチャートに沿った駆動方法と異なる。そこで、入射領域拡大RS駆動方法は、通常
RS駆動方法の説明を参照して説明する。
1行目の画素が有するフォトセンサ206を導通させるため、配線TX_[nm2]に与
えられる電位は、常に電位LTX_[nm2]とする。従って、ノードFD_[n+1]
は常にローレベルの電位となる。n+1行目の画素が有するフォトセンサ206のトラン
ジスタ211は常にオフ状態である。
が有するフォトセンサ205のトランジスタ211は常にオン状態である。つまり、n行
目の画素が有するフォトダイオード207とn+1行目の画素が有するフォトダイオード
207は並列接続される。並列接続されることでフォトダイオードの光が入射する領域を
拡大することと同じことになり、リセットされたノードFD_[n]から一定期間内に流
出する電荷の量は増大する。
、電位LPR_[1]から電位HPR_[1]に変化させる。また、時刻T1において、
他の配線には全てローレベルの電位が与えられている。
LPR_[1]に変化させる。この時刻T1から時刻T2の期間は、通常RS駆動方法と
同様にリセット期間300に相当する。
好ましい。入射領域拡大RS駆動方法において、通常RS駆動方法と同様にリセット動作
を各行毎順次行うと、n行目のフォトセンサ205の露光期間301が、配線PR_[n
+1]の電位を電位HPR_[n+1]から電位LPR_[n+1]に変化させた時刻か
ら配線SE_[n]の電位を電位LSE_[n]から電位HSE_[n]に変化させた時
刻までとなる。これは、n行目のフォトセンサ205のフォトダイオード207とn+1
行目のフォトセンサ206のフォトダイオード207が導通(並列接続)されているため
、n行目のフォトセンサ205の露光期間301が始まるときにn+1行目のフォトセン
サ206のリセット期間300も始まることになり、n行目のフォトセンサ205も再度
リセット動作されることになるからである。つまり、入射領域拡大RS駆動方法において
、リセット動作を各行毎順次行うと通常RS駆動方法より露光期間301が短くなる。
各行毎順次行う場合は、配線SE_[n+1]の電位をLSE_[n+1]から電位HS
E_[n+1]に変化させるタイミングを、配線PR_[n+1]に入力されるパルス幅
分遅らせることで、n行目のフォトセンサ205の露光期間301を通常RS駆動方法と
同じにすることができる。
リセット動作を行った後は、n行目のフォトセンサ205におけるフォトダイオード20
7は、通常RS駆動方法と同様に、光が入射すると、フォトダイオード207の陰極から
陽極に向かって電流が流れる。当該電流によって、n行目のフォトセンサ205のノード
FD_[n]の電位が決定する。なお、ノードFD_[n]は照射される光の強度が高い
ほど変化が大きく、光の強度が低いほど変化が小さい。
線SE_[n+1]について順次読み出し動作を行うことで、図10に示したように順次
配線OUT_[m]の電位が決定する。n+1行目のフォトセンサ206において、配線
OUT_[m]の電位は、電位LOUT_[m]である。また、順次決定した配線OUT
_[m]の電位は、m列目の画素が有するフォトセンサ205の出力信号の電位に相当す
る。そして、当該出力信号の電位には、撮像された被写体のm列目の画素に対応する画像
データが含まれている。また、配線SE_[1]の読み出し動作を行うタイミングは適宜
決めることができる。
FD_[n+1]の電位は、n+1行目のフォトセンサ206のリセット動作が再度行わ
れるまで減少することになる。
像された被写体の画像データを取得することができる。
駆動方法を併用することができるものである。例えば、外光の照度が高い時は、通常RS
駆動方法を用いて、撮像後、取得した画像データを一旦、データ処理回路107で、当該
画像データに黒のデータが多い状態(撮像した環境が暗い状態)か否か判定し、当該画像
データに黒のデータが多い状態(撮像した環境が暗い状態)であれば、入射領域拡大RS
駆動方法に切り替えることできる。なお、当該切り替えは、データ処理回路107により
自動に行われる構成としてもよく、使用者が行う構成としてもよい。
有し、露光期間301を調整することや、通常RS駆動方法及び入射領域拡大RS駆動方
法を併用することができ、ダイナミックレンジが向上した固体撮像装置である。
ードと次の行の画素が有するフォトダイオードがトランジスタ(スイッチング素子)で接
続されている形態であるが、本発明の一態様に係る固体撮像装置100は、接続するフォ
トダイオードの数を適宜決めることができる。例えば、同列の画素群において、3行分の
フォトダイオードを接続する形態でもよく、4行分のフォトダイオードを接続する形態で
もよい。
拡大GS駆動方法を併用することができるため、画素部101の一部領域のみ入射領域拡
大GS駆動方法で動作させ、他の領域は通常GS駆動方法で動作させてもよい。
けられた複数の画素において、カラーフィルタが設けられているものとしているが、当該
カラーフィルタの配置及び形状は、特に限定されない。例えば、図6(A)のように長方
形であってもよく、図6(B)のように菱形であってもよい。なお、当該複数の画素を構
成する配線及び各画素内のフォトセンサを構成する配線の配置及び形状は、カラーフィル
タの配置及び形状に合わせて適宜変形すればよい。
が、外光ではなく、少なくとも赤、青及び緑の単色光を順次点灯させることでカラーの画
像データを取得するようにしてもよい。単色光を順次点灯させることで、複数の色にそれ
ぞれ対応する画像データを取得し、それら複数の画像データを用いた加法混色により、カ
ラーの画像データを取得することができる。
、単色光の利用効率を高めることで固体撮像装置の消費電力を低減することができる。ま
た、1つの画素で複数の色に対応する画像データの取得、或いは階調の表示を行うことが
できるため、高精細な画像データの取得することができる。
オードに光が入射されることで、当該光に対応した出力信号を出力することであるから、
可視光に限らず、様々な波長の光(赤外線、紫外線、及びX線など)を利用して固体撮像
装置100を動作させることができる。例えば、蛍光体などX線を可視光に変換できる層
を設けることで、X線を利用した固体撮像装置を実施することができる。
能である。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る固体撮像装置の作製方法について説明する。
ここでは、図3(B)に示したフォトセンサ205の作製方法を例に説明する。なお、ト
ランジスタ217は、トランジスタ215と同様にして作製することができるため、以下
、説明にて参照する図面に図示していない。さらに、トランジスタ215についての記載
は、トランジスタ217においても適用される。
領域に、酸化物半導体を用いてもよいし、ゲルマニウム、シリコン、シリコンゲルマニウ
ムや、単結晶炭化シリコンなどの半導体を用いていてもよい。例えば、シリコンを用いた
トランジスタは、シリコンウェハなどの単結晶半導体基板、SOI法により作製されたシ
リコン薄膜、気相成長法により作製されたシリコン薄膜などを用いて形成することができ
る。トランジスタ211及びトランジスタ213はオフ電流密度が極めて低いことが好ま
しいことから、ここでは、チャネル形成領域に酸化物半導体を用いるものとして説明する
。
方法を用いて、フォトダイオード207、トランジスタ215を形成する。なお、トラン
ジスタ215はnチャネル型トランジスタである。
酸化物半導体を用いることができる。しかし、多結晶又は単結晶のシリコンなどのように
、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、フォトセンサ2
05からの画像データの読み出しを高速で行うことができる。そこで、本実施の形態では
、上記列挙した半導体のいずれかで構成された単結晶の半導体基板から分離された単結晶
半導体膜を用いて、フォトダイオード207、トランジスタ215を形成する場合を説明
する。
半導体基板に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを注入し、半導体基板の表面
から一定の深さの領域に、結晶構造が乱されることで局所的に脆弱化された脆化層を形成
する。脆化層が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビーム
の入射角によって調節することができる。そして、半導体基板と、絶縁膜701が形成さ
れた基板700とを、間に当該絶縁膜701が挟まるように貼り合わせる。貼り合わせは
、半導体基板と基板700とを重ね合わせた後、半導体基板と基板700の一部に、1N
/cm2以上500N/cm2以下、好ましくは11N/cm2以上20N/cm2以下
程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分から半導体基板と絶縁膜701とが接合
を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。次いで、加熱処理を行うことで、
脆化層に存在する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果
、脆化層において半導体基板の一部である単結晶半導体膜が、半導体基板から分離する。
上記加熱処理の温度は、基板700の歪み点を越えない温度とする。そして、上記単結晶
半導体膜をエッチング等により所望の形状に加工することで、島状の半導体膜702、島
状の半導体膜703を形成することができる。
ており、トランジスタ215は、絶縁膜701上の島状の半導体膜703を用いて形成さ
れている。また、フォトダイオード207は、島状の半導体膜702内にp型の導電性を
有する領域727と、i型の導電性を有する領域728と、n型の導電性を有する領域7
29とが形成された横型接合タイプである。また、トランジスタ215は、ゲート電極7
07を有している。そして、トランジスタ215は、島状の半導体膜703とゲート電極
707の間に、絶縁膜708を有する。
型を付与する不純物が1×1020cm−3以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導
度が100倍以上である領域を指す。i型の導電性を有する領域728には、周期表第1
3族若しくは第15族の不純物元素を有するものも、その範疇に含む。すなわち、i型の
半導体は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いn型の電
気伝導性を示すので、i型の導電性を有する領域728は、p型を付与する不純物元素を
、成膜時或いは成膜後に、意図的若しくは非意図的に添加されたものをその範疇に含む。
加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、基板700に
は、フュージョン法やフロート法で作製されるガラス基板、石英基板、セラミック基板等
を用いることができる。ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み
点が730℃以上のものを用いるとよい。また、ステンレス基板を含む金属基板又はシリ
コン基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。プラスチック等の可撓性を有す
る合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、
作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
ジスタ215を形成する例について説明しているが、本発明はこの構成に限定されない。
例えば、絶縁膜701上に気相成長法を用いて形成された多結晶、微結晶の半導体膜を用
いてもよいし、上記半導体膜を公知の技術により結晶化してもよい。公知の結晶化方法と
しては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、
触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また
、石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、
赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法、950℃程度の高
温アニール法を組み合わせた結晶化法を用いてもよい。
ング等により所望の形状に加工することで、ゲート電極707と共に、配線711を形成
する。つまり、ゲート電極707と配線711は、後に作製されるトランジスタ211の
導電膜720と接続されるため、図3(B)に示した回路図の接続関係を実施できる。
配線711を覆うように、絶縁膜712を形成する。なお、本実施の形態では、単層の絶
縁膜712を用いる場合を例示しているが、上記絶縁膜712は単層である必要はなく、
2層以上の絶縁膜を積層させて絶縁膜712として用いてもよい。
的に、絶縁膜712として、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化ア
ルミニウム、酸化アルミニウムなどを用いるのが望ましい。
多い物質でいい、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多
い物質をいう。
11(A)に示すように、絶縁膜712上にゲート電極713を形成する。
ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料を用いた
導電膜、或いはこれら金属の窒化物を用いることができる。また、ゲート電極713は単
層構造又は積層構造とすることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温
度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることもできる。
アルミニウム又は銅は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み
合わせて用いるとよい。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタ
ル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いることができる。
デン膜が積層された二層の積層構造、銅膜上にモリブデン膜を積層した二層構造、銅膜上
に窒化チタン膜若しくは窒化タンタル膜を積層した二層構造、又は、窒化チタン膜とモリ
ブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。3層の積層構造を有するゲート電
極713としては、アルミニウム膜、アルミニウムとシリコンの合金膜、アルミニウムと
チタンの合金膜又はアルミニウムとネオジムの合金膜を中間層とし、タングステン膜、窒
化タングステン膜、窒化チタン膜又はチタン膜を上下層として積層した構造とすることが
好ましい。
ジウム酸化亜鉛混合物、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、又
は酸化亜鉛ガリウム等の透光性を有する酸化物導電膜を用いることもできる。
mとする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタリング法により
150nmのゲート電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形
状に加工(パターニング)することで、ゲート電極713を形成する。なお、形成された
ゲート電極の端部がテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁膜の被覆性が向上する
ため好ましい。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマ
スクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減
できる。
する。ゲート絶縁膜714は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化
珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アル
ミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜又は
酸化タンタル膜を単層で又は積層させて形成することができる。ゲート絶縁膜714は、
水分や、水素などの不純物を極力含まないことが望ましい。スパッタリング法により酸化
珪素膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを
用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いる。
に対して極めて敏感であるため、高純度化された酸化物半導体とゲート絶縁膜714との
界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁膜(GI)
は、高品質化が要求される。
耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高
品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものと
することができるからである。
タリング法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後
の熱処理によって膜質や、酸化物半導体との界面特性が改善される絶縁膜であってもよい
。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であることは勿論のこと、ゲート絶
縁膜と酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであればよ
い。
15と接する部分に酸素を含み、酸素の一部が加熱により脱離する酸化絶縁膜が挙げられ
る。例えば、ゲート絶縁膜714を当該酸化絶縁膜の一例である、化学量論比より過剰な
酸素を含む酸化シリコン(SiOxにおいてx>2)膜により形成すると、加熱処理によ
って、後に形成される酸化物半導体膜715に酸素を供給することができ、酸化物半導体
膜715中の酸素欠損や界面特性が改善され、トランジスタ211及びトランジスタ21
3の低抵抗化を防止することができる。
素膜などの絶縁膜とを積層させた構造を有するゲート絶縁膜714を形成してもよい。こ
の場合、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜は、バリア性の高い絶縁膜と酸化物半
導体膜の間に形成する。バリア性の高い絶縁膜として、例えば窒化珪素膜、窒化酸化珪素
膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア性の高
い絶縁膜を用いることで、水分又は水素などの雰囲気中の不純物、或いは基板内に含まれ
るアルカリ金属、重金属などの不純物が、酸化物半導体膜内、ゲート絶縁膜714内、或
いは、酸化物半導体膜と他の絶縁膜の界面とその近傍に入り込むのを防ぐことができる。
また、酸化物半導体膜に接するように窒素の含有比率が低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜
などの絶縁膜を形成することで、バリア性の高い絶縁膜が直接酸化物半導体膜に接するの
を防ぐことができる。
m以下の窒化珪素膜(SiNy(y>0))を形成し、第1のゲート絶縁膜上に第2のゲ
ート絶縁膜として膜厚5nm以上300nm以下の酸化珪素膜(SiOx(x>0))を
積層して、ゲート絶縁膜714としてもよい。ゲート絶縁膜714の膜厚は、トランジス
タに要求される特性によって適宜設定すればよく、100nm乃至500nm程度でもよ
い。
加されたハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムア
ルミネート(HfAlxOyNz)、酸化ハフニウム、酸化イットリウム又は酸化ランタ
ンなどのhigh−k材料を用いると、ゲートリーク電流を低減することができる。ここ
で、ゲートリーク電流とは、ゲート電極とソース電極又はドレイン電極の間に流れるリー
ク電流をいう。さらには、第1のゲート絶縁膜をhigh−k材料により形成される絶縁
膜とし、第2のゲート絶縁膜を、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化
酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム又は酸化ガリウムにより形成さ
れる絶縁膜とした積層膜をゲート絶縁膜714としてもよい。
パッタリング法で形成された膜厚100nmの酸化珪素膜を積層させた構造を有する、ゲ
ート絶縁膜714を形成する。
水素が含有されると特性に悪影響を及ぼすので、ゲート絶縁膜714は水素、水酸基及び
水分が含まれないことが望ましい。ゲート絶縁膜714に水素、水酸基及び水分がなるべ
く含まれないようにするためには、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱
室でゲート電極713が形成された基板700を予備加熱し、基板700に吸着した水分
又は水素などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度は、10
0℃以上400℃以下、好ましくは150℃以上300℃以下である。なお、予備加熱室
に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略するこ
ともできる。
m以上50nm以下、さらに好ましくは膜厚3nm以上20nm以下の酸化物半導体膜を
形成する。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタリング法
により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス(例えばアルゴン)雰囲気下、酸素雰
囲気下、又は希ガス(例えばアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタリング法
により形成することができる。また、形成する酸化物半導体膜は、非晶質な酸化物半導体
膜又は結晶性を有する酸化物半導体膜とすることができる。
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜714の表面に付着している塵
埃を除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アル
ゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して
表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いて
もよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
また、アルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用
いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに
加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(S
n)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有する
ことが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ま
しい。また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリ
ウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロ
ピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)
、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb
)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
鉛、二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系
酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系
酸化物、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)
、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、
Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、I
n−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In
−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−
Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−H
o−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb
−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−G
a−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物
、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−A
l−Zn系酸化物を用いることができる。
化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以
外の金属元素が入っていてもよい。
ターゲットを用いたスパッタリング法により得られる膜厚30nmのIn−Ga−Zn系
酸化物半導体の薄膜を、酸化物半導体膜として用いる。In−Ga−Zn系酸化物半導体
膜をスパッタリング法で成膜する場合、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/
3:1/3)あるいはIn:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原
子数比を有するIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物をターゲットに用い
ることができる。
半導体膜を成膜することで、多結晶又はCAAC(詳細は後述)が形成されやすくなる。
そして、In、Ga、及びZnを含むターゲットの充填率は90%以上100%以下、好
ましくは95%以上100%未満である。充填率の高いターゲットを用いることにより、
成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
たスパッタリング法により得られるIn−Sn−Zn系酸化物の薄膜を、酸化物半導体膜
として用いる場合、In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In
:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2
:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子数比を有するIn−Sn−Zn系酸化物や
その組成の近傍の酸化物をターゲットに用いるとよい。
属元素の原子数比は、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=1
5:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)と
する。例えば、In−Zn系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がIn
:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。Znの比率を上記範囲に収め
ることで、移動度の向上を実現することができる。
分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用い
て基板700上に酸化物半導体膜を成膜する。成膜時に、基板温度を100℃以上600
℃以下、好ましくは200℃以上400℃以下としてもよい。基板を加熱しながら成膜す
ることにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。
また、スパッタリングによる損傷が軽減される。処理室内の残留水分を除去するためには
、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ
、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、タ
ーボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて成
膜室を排気すると、例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好
ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半
導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
a、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用
される。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、成膜時に発生する塵埃が軽減でき、
膜厚分布も均一となるために好ましい。
、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート絶縁膜714までが形
成された基板700を予備加熱し、基板700に吸着した水分又は水素などの不純物を脱
離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度は、100℃以上400℃以下、好
ましくは150℃以上300℃以下である。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライ
オポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備
加熱は、後に行われる絶縁膜722の成膜前に、導電膜716〜導電膜721まで形成し
た基板700にも同様に行ってもよい。
状に加工(パターニング)し、ゲート絶縁膜714上のゲート電極713と重なる位置に
、島状の酸化物半導体膜715を形成する。
もよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため
、製造コストを低減できる。
ェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。ドライエッチングに用いるエッチング
ガスとしては、塩素を含むガス(塩素系ガス、例えば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BC
l3)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CCl4)など)が好ましい。また、
フッ素を含むガス(フッ素系ガス、例えば四弗化炭素(CF4)、六弗化硫黄(SF6)
、三弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(HBr)
、酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを添
加したガス、などを用いることができる。
hing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘
導結合型プラズマ)エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングで
きるように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加
される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
用いてもよい。
ート絶縁膜714の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。
又は水素が多量に含まれていることがある。水分又は水素はドナー準位を形成しやすいた
め、酸化物半導体にとっては不純物である。そこで、本発明の一態様では、酸化物半導体
膜中の水分又は水素などの不純物を低減するために、酸化物半導体膜715に対して、窒
素、酸素、超乾燥空気、又は希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下において、酸
化物半導体膜715に加熱処理を施す。上記ガスは、水の含有量が20ppm以下、好ま
しくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下であることが望ましい。
素を脱離させることができる。具体的には、300℃以上700℃以下、好ましくは30
0℃以上500℃以下で加熱処理を行えばよい。例えば、500℃、3分間以上6分間以
下程度で行えばよい。加熱処理にRTA法を用いれば、短時間に脱水化又は脱水素化が行
えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することができる。酸化物半導体膜の
水素濃度を低くすることで、トランジスタのしきい値電圧がマイナスにシフトすることを
抑制できる。
やすい。酸素欠損の一部は、キャリアの生成に寄与し、トランジスタを低抵抗化させる。
そこで、ゲート絶縁膜714に酸化絶縁膜を用いて、加熱処理を行うことで酸素欠損を補
うことができる。なお、当該酸化絶縁膜は、上述のように酸素の一部が加熱により脱離す
る酸化絶縁膜とすることで、酸素欠損をより補うことができる。これにより、トランジス
タ211及びトランジスタ213の低抵抗化を防止することができる。
てもよい。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、ア
ルゴンなどの希ガス、又は窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性
気体が用いられる。
分又は水素などが含まれないことが好ましい。又は、加熱処理装置に導入する窒素、又は
ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、好ま
しくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは
0.1ppm以下)とすることが好ましい。
きる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。また、ガラス転移温度以
下の加熱処理で、水素に起因するキャリア密度が少なく、バンドギャップの広い酸化物半
導体膜を形成することができる。このため、大面積基板を用いてトランジスタを作製する
ことができ、量産性を高めることができる。なお、加熱処理によって、酸化物半導体膜7
15における水素濃度は5×1019/cm3以下、さらに5×1018/cm3以下に
することが好ましい。さらに、酸素欠損を補うことによって、酸化物半導体膜715は、
化学量論比に対して酸素が過剰に含まれていることが好ましい。
(トランジスタ211、213)は、チャネル幅1μmあたりのオフ電流値を室温下にお
いて10aA(1×10−17A)以下にすること、さらには、1aA(1×10−18
A)以下、さらには1zA(1×10−21A)以下、さらには1yA(1×10−24
A)以下にすることが可能である。従って、完成したトランジスタ(トランジスタ211
、213)は、オフ電流密度が極めて低いトランジスタであるため、本発明の一態様に係
る固体撮像装置を作製することができる。
その表面に板状結晶が形成されることがある。板状結晶は、酸化物半導体膜の表面に対し
て略垂直にc軸配向した単結晶体であることが好ましい。また、単結晶体でなくとも、各
結晶が、酸化物半導体膜の表面に対して略垂直にc軸配向した多結晶体であることが好ま
しい。そして、上記多結晶体は、c軸配向している事に加えて、各結晶のab面が一致す
るか、a軸、或いは、b軸が一致していることが好ましい。なお、酸化物半導体膜の下地
表面に凹凸がある場合、板状結晶は多結晶体となる。したがって、下地表面は可能な限り
平坦であることが望まれる。そこで、下地表面の平均面粗さ(Ra)が1nm以下、好ま
しくは0.3nm以下であることが好ましい。また、本明細書において、上記板状結晶を
有する酸化物半導体膜をCAAC−OS(C Axis Aligned Crysta
lline Oxide Semiconductor)とよぶ。
とで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面の
法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。
理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルま
たは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。
処理を行い、さらに二層目の酸化物半導体膜の成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含ま
れる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に
揃った結晶部を形成する方法である。
ゲットを用い、スパッタリング法によって成膜することが好ましい。当該スパッタリング
用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域が
a−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリ
ング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結
晶状態を維持したまま基板に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる
。
きる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)
を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点
が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。
グレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好まし
くは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、
平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり
、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100
体積%とする。
ついて以下に示す。
後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−G
a−Zn−O化合物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここ
で、所定のmol数比は、例えば、InOX粉末、GaOY粉末およびZnOZ粉末が、
2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である
。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するスパッタリング用ター
ゲットによって適宜変更すればよい。
動を低減することが可能であり、信頼性が高いトランジスタとなる。
とで、島状の半導体膜702、島状の半導体膜703、配線711に達するコンタクトホ
ールを形成する。
を形成したあと、エッチング等により該導電膜をパターニングすることで、図11(C)
に示すように、ソース電極、ドレイン電極、又は配線として機能する導電膜716〜導電
膜721を形成する。
図11(C)には図示されていないが、導電膜717は導電膜720と接続されている。
導電膜718及び導電膜719は、島状の半導体膜703に接している。導電膜720は
、配線711及び酸化物半導体膜715に接している。導電膜721は、酸化物半導体膜
715に接している。
、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素、又は上述した元素を
成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、アルミニ
ウム、銅などの金属膜の下側もしくは上側にクロム、タンタル、チタン、モリブデン、タ
ングステンなどの高融点金属膜を積層させた構成としてもよい。また、アルミニウム又は
銅は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み合わせて用いると
よい。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン
、ネオジム、スカンジウム、イットリウム等を用いることができる。
を含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する2層構造、チ
タン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を
成膜する3層構造などが挙げられる。
してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化イ
ンジウム酸化スズ混合物、酸化インジウム酸化亜鉛混合物又は前記金属酸化物材料にシリ
コン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
せることが好ましい。
にそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。エッチング条件によっては、酸化
物半導体膜715の露出した部分が一部エッチングされることで、溝部(凹部)が形成さ
れることもある。
を含む溶液(アンモニア過水)を用いて、選択的に導電膜をウェットエッチングすること
ができるが、酸化物半導体膜715も一部エッチングされる場合もある。具体的には、3
1重量%の過酸化水素水と、28重量%のアンモニア水と、水とを、体積比5:2:2で
混合したアンモニア過水を用いる。或いは、塩素(Cl2)、塩化硼素(BCl3)など
を含むガスを用いて、導電膜をドライエッチングしてもよい。
過した光に多段階の強度をもたせる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用
いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複
数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができ
るため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって
、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジ
ストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応す
るフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
マ処理によって露出している酸化物半導体膜の表面に付着した水などを除去する。また、
酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
21と、酸化物半導体膜715とを覆うように、絶縁膜722を形成する。絶縁膜722
は、水分や、水素、酸素などの不純物を極力含まないことが望ましく、単層の絶縁膜であ
ってもよいし、積層された複数の絶縁膜で構成されていてもよい。絶縁膜722に水素が
含まれると、その水素が酸化物半導体膜へ侵入し、又は水素が酸化物半導体膜中の酸素を
引き抜き、酸化物半導体膜のバックチャネル部が低抵抗化(n型化)してしまい、寄生チ
ャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁膜722はできるだけ水素を含まない膜
になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。上記絶縁膜722には、ゲ
ート絶縁膜714に適用できる材料を用いることができ、バリア性の高い材料を用いるの
が望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化
アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを用いることができる。複数の積層さ
れた絶縁膜を用いる場合、窒素の含有比率が低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁
膜を、上記バリア性の高い絶縁膜よりも、酸化物半導体膜715に近い側に形成する。そ
して、窒素の含有比率が低い絶縁膜を間に挟んで、導電膜716〜導電膜721及び酸化
物半導体膜715と重なるように、バリア性の高い絶縁膜を形成する。バリア性の高い絶
縁膜を用いることで、酸化物半導体膜715内、ゲート絶縁膜714内、或いは、酸化物
半導体膜715と他の絶縁膜の界面とその近傍に、水分又は水素などの不純物が入り込む
のを防ぐことができる。また、酸化物半導体膜715に接するように窒素の比率が低い酸
化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜を形成することで、バリア性の高い材料を用いた
絶縁膜が直接酸化物半導体膜715に接するのを防ぐことができる。
スパッタリング法で形成された膜厚100nmの窒化珪素膜を積層させた構造を有する、
絶縁膜722を形成する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本
実施の形態では100℃とする。
乾燥空気、又は希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下において、好ましくは20
0℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)で行う。上記ガスは、水の含
有量が20ppm以下、好ましくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下である
ことが望ましい。本実施の形態では、例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の加熱処
理を行う。或いは、導電膜716〜導電膜721を形成する前に、水分又は水素を低減さ
せるための酸化物半導体膜に対して行った先の加熱処理と同様に、高温短時間のRTA処
理を行ってもよい。酸素を含む絶縁膜722が設けられた後に、加熱処理が施されること
によって、酸化物半導体膜に対して行った先の加熱処理により、酸化物半導体膜715に
酸素欠損が発生していたとしても、絶縁膜722から酸化物半導体膜715に酸素が供与
される。そして、酸化物半導体膜715に酸素が供与されることで、酸化物半導体膜71
5において、ドナーとなる酸素欠損を低減し、化学量論比を満たすことが可能である。酸
化物半導体膜715には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好ましい。
その結果、酸化物半導体膜715をi型に近づけることができ、酸素欠損によるトランジ
スタの電気特性のばらつきを軽減し、電気特性の向上を実現することができる。この加熱
処理を行うタイミングは、絶縁膜722の形成後であれば特に限定されず、他の工程、例
えば樹脂膜形成時の加熱処理や、透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理と兼ねるこ
とで、工程数を増やすことなく、酸化物半導体膜715を高純度化させることができる。
酸素を添加し、酸化物半導体膜715中においてドナーとなる酸素欠損を低減させてもよ
い。加熱処理の温度は、例えば100℃以上350℃未満、好ましくは150℃以上25
0℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水、水素など
が含まれないことが好ましい。又は、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、6N(
99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち酸素中の
不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
酸素を添加することで、ドナーとなる酸素欠損を低減させてもよい。例えば、2.45G
Hzのマイクロ波でプラズマ化した酸素を酸化物半導体膜715に添加すればよい。
化物半導体膜715と重なる位置にバックゲート電極を形成してもよい。バックゲート電
極を形成した場合は、バックゲート電極を覆うように絶縁膜を形成するのが望ましい。バ
ックゲート電極は、ゲート電極713、或いは導電膜716〜導電膜721と同様の材料
、構造を用いて形成することが可能である。
mとする。例えば、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜が積層された構造を有する導電
膜を形成した後、フォトリソグラフィ法などによりレジストマスクを形成し、エッチング
により不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工することで、バックゲート電
極を形成するとよい。
3上のゲート絶縁膜714と、ゲート絶縁膜714上においてゲート電極713と重なっ
ている酸化物半導体膜715と、酸化物半導体膜715上に形成された一対の導電膜72
0又は導電膜721とを有する。さらに、トランジスタ211及びトランジスタ213は
、絶縁膜722を、その構成要素に含めてもよい。図11(C)に示すトランジスタ21
1及びトランジスタ213は、導電膜720と導電膜721の間において、酸化物半導体
膜715の一部がエッチングされたチャネルエッチ型である。
タを用いて説明したが、必要に応じて、電気的に接続された複数のゲート電極713を有
することで、チャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造のトランジスタも形成す
ることができる。そして、トランジスタ211及びトランジスタ213は、逆スタガ型の
ボトムゲートトランジスタであるが、トランジスタの構造はこれに限られるものではない
。例えば、チャネル保護型(チャネルストップ型ともいう)である逆スタガ型のボトムゲ
ートトランジスタでもよい。さらに、スタガ型のトップゲートトランジスタでもよく、ト
ランジスタ215のようにコプラナー型のトップゲートトランジスタでもよい。
スタとする場合、ゲート電極をマスクとして、酸化物半導体膜にドーパントを添加して、
酸化物半導体膜にソース領域及びドレイン領域をセルフアラインに形成することが好まし
い。これにより、トランジスタの微細化に起因するしきい値のマイナスシフトの抑制に有
利である。ドーパントの添加は、イオンインプランテーション法又はイオンドーピング法
により行えばよい。又は、ドーパントを含むガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことでド
ーパントの添加を行ってもよい。また、添加するドーパントとしては、窒素、リン又はボ
ロンなどを用いればよい。なお、トランジスタ215においてもドーパントを添加してセ
ルフアラインにソース領域及びドレイン領域を形成してもよい。
能である。
上記実施の形態で説明した固体撮像装置は、表示装置、携帯電話、携帯型ゲーム機、携
帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器に用いるこ
とができる。上記実施の形態で説明した固体撮像装置を用いた電子機器の具体例を図12
に示す。
像部5004等を有する。上記実施の形態で説明した固体撮像装置は、撮像部5004に
用いることができる。撮像部5004に上記実施の形態で説明した固体撮像装置を用いる
ことで、高い品質の画像データの取得を行うことができ、高精細な画像を撮像できる表示
装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放
送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
3、撮像部5104等を有する。上記実施の形態で説明した固体撮像装置は、撮像部51
04に用いることができる。撮像部5104に上記実施の形態で説明した固体撮像装置を
用いることで、高い品質の画像データの取得を行うことができ、高精細な画像を撮像でき
る携帯情報端末を提供することができる。
、表示部5304、マイクロホン5305、スピーカー5306、操作キー5307、ス
タイラス5308、撮像部5309等を有する。上記実施の形態で説明した固体撮像装置
は、撮像部5309に用いることができる。撮像部5309に上記実施の形態で説明した
固体撮像装置を用いることで、高い品質の画像データの取得を行うことができ、高精細な
画像を撮像できる携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図12(C)に示した
携帯型ゲーム機は、2つの表示部5303と表示部5304とを有しているが、携帯型ゲ
ーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
、音声出力部5404、操作キー5405、撮像部5406等を有する。上記実施の形態
で説明した固体撮像装置は、撮像部5406に用いることができる。撮像部5406に上
記実施の形態で説明した固体撮像装置を用いることで、高い品質の画像データの取得を行
うことができ、高精細な画像を撮像できる携帯電話を提供することができる。
101 画素部
103 水平方向選択回路
105 データ出力回路
107 データ処理回路
109 選択線
111 出力線
113 画素
201 スイッチング素子
202 副画素
203 副画素
205 フォトセンサ
206 フォトセンサ
207 フォトダイオード
209 増幅回路
211 トランジスタ
213 トランジスタ
215 トランジスタ
217 トランジスタ
300 リセット期間
301 露光期間
302 読み出し期間
700 基板
701 絶縁膜
702 半導体膜
703 半導体膜
707 ゲート電極
708 絶縁膜
711 配線
712 絶縁膜
713 ゲート電極
714 ゲート絶縁膜
715 酸化物半導体膜
722 絶縁膜
727 領域
728 領域
729 領域
5001 筐体
5002 表示部
5003 支持台
5004 撮像部
5101 筐体
5102 表示部
5103 操作キー
5104 撮像部
5301 筐体
5302 筐体
5303 表示部
5304 表示部
5305 マイクロホン
5306 スピーカー
5307 操作キー
5308 スタイラス
5309 撮像部
5401 筐体
5402 表示部
5403 音声入力部
5404 音声出力部
5405 操作キー
5406 撮像部
Claims (3)
- 複数のフォトダイオードを有する画素部を有し、
第1の画像データの生成を行う機能と、前記第1の画像データの保持を行う機能と、保持された前記第1の画像データの読み出しを行う機能と、第2の画像データの生成を行う機能と、前記第2の画像データの保持を行う機能と、前記第2の画像データの読み出しを行う機能と、を有するイメージセンサであって、
前記第1の画像データは、前記複数のフォトダイオードのうち一つのフォトダイオードにおいて生成された電荷量に対応しており、
前記第2の画像データは、前記複数のフォトダイオードのうち少なくとも二つのフォトダイオードにおいて生成された電荷量に対応しており、
前記第1の画像データの保持または前記第2の画像データの保持は、保持容量と、前記保持容量に電気的に接続された第1のトランジスタと、を用いて行われ、
前記複数のフォトダイオードと、前記第1のトランジスタとは、異なる層に設けられているイメージセンサ。 - 複数のフォトダイオードを有する画素部を有し、
第1の画像データの生成を行う機能と、前記第1の画像データの保持を行う機能と、保持された前記第1の画像データの読み出しを行う機能と、第2の画像データの生成を行う機能と、前記第2の画像データの保持を行う機能と、前記第2の画像データの読み出しを行う機能と、を有するイメージセンサであって、
前記第1の画像データは、前記複数のフォトダイオードのうち一つのフォトダイオードにおいて生成された電荷量に対応しており、
前記第2の画像データは、前記複数のフォトダイオードのうち少なくとも二つのフォトダイオードにおいて生成された電荷量に対応しており、
前記第1の画像データの保持または前記第2の画像データの保持は、保持容量と、前記保持容量に電気的に接続された第1のトランジスタと、を用いて行われ、
前記複数のフォトダイオードと、前記第1のトランジスタとは、異なる層に設けられており、
前記画素部への露光が終了した後、前記第1の画像データまたは前記第2の画像データの読み出しが行われるイメージセンサ。 - 請求項1または請求項2において、
前記画素部は、第1の副画素乃至第4の副画素で構成される画素を複数有し、
前記第1の副画素は、緑色に対応しており、
前記第2の副画素は、緑色に対応しており、
前記第3の副画素は、赤色に対応しており、
前記第4の副画素は、青色に対応しているイメージセンサ。
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