JP2020021987A - Imaging apparatus and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は撮像装置、電子機器に関し、例えば、グローバルシャッタ方式で撮影する際に適用して好適な撮像装置、電子機器に関する。 The present technology relates to an imaging device and an electronic device, and for example, relates to an imaging device and an electronic device that are preferably applied when capturing images using a global shutter method.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。 2. Description of the Related Art Imaging elements such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors and CCDs (Charge Coupled Devices) are widely used in digital still cameras and digital video cameras.
例えば、CMOSイメージセンサに入射した光は、画素が有するPD(Photodiode:フォトダイオード)において光電変換される。そして、PDで発生した電荷が、転送トランジスタを介してFD(Floating Diffusion:フローティングディフュージョン)に転送され、受光量に応じたレベルの画素信号に変換される。 For example, light incident on a CMOS image sensor is photoelectrically converted in a PD (Photodiode) included in a pixel. Then, the charge generated in the PD is transferred to an FD (Floating Diffusion) via a transfer transistor, and is converted into a pixel signal of a level corresponding to the amount of received light.
ところで、従来のCMOSイメージセンサでは、一般的に各画素から画素信号を行毎に順次読み出す方式、いわゆるローリングシャッタ方式が採用されているため、露光タイミングの違いによって画像に歪みが発生することがあった。 By the way, a conventional CMOS image sensor generally employs a method of sequentially reading pixel signals from each pixel row by row, that is, a so-called rolling shutter method, and therefore, an image may be distorted due to a difference in exposure timing. Was.
そこで、例えば、特許文献1には、画素内に電荷保持部を設けることによって、全ての画素から画素信号を同時に読み出す方式、いわゆるグローバルシャッタ方式を採用し、全画素同時電子シャッタ機能を備えたCMOSイメージセンサが開示されている。グローバルシャッタ方式を採用することにより、露光タイミングが全ての画素で同一になり、画像に歪みが発生することを回避することができる。 Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157572 discloses a CMOS system having a function of simultaneously reading out pixel signals from all pixels by providing a charge holding portion in each pixel, a so-called global shutter method, and having a simultaneous electronic shutter function for all pixels. An image sensor is disclosed. By employing the global shutter method, the exposure timing is the same for all pixels, and it is possible to avoid the occurrence of distortion in the image.
ところで近年、固体撮像装置の微細化が求められ、個々の画素サイズが縮小される傾向にある。またグローバルシャッタ方式を採用することで、画素内に電荷保持部を設けた構成の場合、フォトダイオードのサイズが縮小され飽和電荷量(Qs)が低下してしまう可能性があった。 By the way, in recent years, there has been a demand for miniaturization of solid-state imaging devices, and there is a tendency that individual pixel sizes are reduced. In addition, by adopting the global shutter method, in the case of a configuration in which a charge holding unit is provided in a pixel, there is a possibility that the size of the photodiode is reduced and the saturated charge amount (Qs) is reduced.
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、飽和信号電荷量を低下させずにグローバルシャッタ方式で撮影できるようにするものである。 The present technology has been made in view of such a situation, and is to enable photographing by a global shutter method without reducing the saturation signal charge amount.
本技術の一側面の撮像装置は、受光した光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部とを含む画素と、複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線とを備える。 An imaging device according to one aspect of the present technology is a pixel including a photoelectric conversion unit that converts received light into electric charge, and a holding unit that holds electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and is shared by a plurality of the pixels. A floating diffusion for holding the charge transferred from the holding unit; and a booster line for boosting the floating diffusion.
本技術の一側面の電子機器は、受光した光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部とを含む画素と、複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線とを備える撮像装置と、前記撮像装置からの信号を処理する処理部とを備える。 An electronic device according to one aspect of the present technology is shared by a plurality of pixels including a pixel including a photoelectric conversion unit that converts received light into electric charge, and a holding unit that holds electric charge transferred from the photoelectric conversion unit. The imaging device includes a floating diffusion that holds the charges transferred from the holding unit, a booster line that boosts the floating diffusion, and a processing unit that processes a signal from the imaging device.
本技術の一側面の撮像装置においては、受光した光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部とを含む画素と、複数の画素で共有され、保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線とが備えられる。 In an imaging device according to an aspect of the present technology, a pixel including a photoelectric conversion unit that converts received light into electric charge and a holding unit that holds electric charge transferred from the photoelectric conversion unit is shared by a plurality of pixels. , A floating diffusion for holding the charges transferred from the holding unit, and a booster line for boosting the floating diffusion.
本技術の一側面の電子機器においては、前記撮像装置が含まれる構成とされている。 An electronic apparatus according to one aspect of the present technology is configured to include the imaging device.
なお、撮像装置、電子機器は、独立した装置であっても良いし、1つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。 Note that the imaging device and the electronic device may be independent devices, or may be internal blocks constituting one device.
本技術の一側面によれば、飽和信号電荷量を低下させずにグローバルシャッタ方式で撮影できる。 According to the embodiments of the present technology, it is possible to perform imaging using the global shutter method without reducing the saturation signal charge amount.
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
以下に、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。 Hereinafter, an embodiment for implementing the present technology (hereinafter, referred to as an embodiment) will be described.
<撮像素子の構成>
図1は、本発明が適用される撮像素子としてのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの構成例を示すブロック図である。
<Configuration of imaging device>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor as an image sensor to which the present invention is applied.
CMOSイメージセンサ30は、画素アレイ部41、垂直駆動部42、カラム処理部43、水平駆動部44、およびシステム制御部45を含んで構成される。画素アレイ部41、垂直駆動部42、カラム処理部43、水平駆動部44、およびシステム制御部45は、図示しない半導体基板(チップ)上に形成されている。
The
画素アレイ部41には、入射光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有する単位画素(図2の画素50)が行列状に2次元配置されている。なお、以下では、入射光量に応じた電荷量の光電荷を、単に「電荷」と記述し、単位画素を、単に「画素」と記述する場合もある。
In the
画素アレイ部41にはさらに、行列状の画素配列に対して行毎に画素駆動線46が図の左右方向(画素行の画素の配列方向)に沿って形成され、列毎に垂直信号線47が図の上下方向(画素列の画素の配列方向)に沿って形成されている。画素駆動線46の一端は、垂直駆動部42の各行に対応した出力端に接続されている。
Further, in the
CMOSイメージセンサ30はさらに、信号処理部48およびデータ格納部49を備えている。信号処理部48およびデータ格納部49については、CMOSイメージセンサ30とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えばDSP(Digital Signal Processor)やソフトウェアによる処理でも良いし、CMOSイメージセンサ30と同じ基板上に搭載しても良い。
The
垂直駆動部42は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部41の各画素を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。この垂直駆動部42は、その具体的な構成については図示を省略するが、読み出し走査系と、掃き出し走査系あるいは、一括掃き出し、一括転送を有する構成となっている。
The
読み出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部41の単位画素を行単位で順に選択走査する。行駆動(ローリングシャッタ動作)の場合、掃き出しについては、読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対して、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃き出し走査が行われる。また、グローバル露光(グローバルシャッタ動作)の場合は、一括転送よりもシャッタスピードの時間分先行して一括掃き出しが行われる。
The readout scanning system selectively scans the unit pixels of the
この掃き出しにより、読み出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出される(リセットされる)。そして、不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。 By this sweeping, unnecessary charges are swept out (reset) from the photoelectric conversion elements of the unit pixels in the readout row. Then, by sweeping out (resetting) the unnecessary charges, a so-called electronic shutter operation is performed. Here, the electronic shutter operation refers to an operation of discarding the photoelectric charge of the photoelectric conversion element and newly starting exposure (starting accumulation of the photoelectric charge).
読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。行駆動の場合は、直前の読み出し動作による読み出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃き出しタイミングから、今回の読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積期間(露光期間)となる。グローバル露光の場合は、一括掃き出しから一括転送までの期間が蓄積期間(露光期間)となる。 The signal read out by the readout operation by the readout scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding readout operation or the electronic shutter operation. In the case of row driving, a period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is a photocharge accumulation period (exposure period) in the unit pixel. In the case of global exposure, a period from batch sweeping to batch transfer is an accumulation period (exposure period).
垂直駆動部42によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される画素信号は、垂直信号線47の各々を通してカラム処理部43に供給される。カラム処理部43は、画素アレイ部41の画素列毎に、選択行の各単位画素から垂直信号線47を通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
Pixel signals output from each unit pixel of the pixel row selected and scanned by the
具体的には、カラム処理部43は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)処理を行う。このカラム処理部43による相関二重サンプリングにより、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、カラム処理部43にノイズ除去処理以外に、例えば、AD(アナログ−デジタル)変換機能を持たせ、信号レベルをデジタル信号で出力することも可能である。
Specifically, the
水平駆動部44は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部43の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部44による選択走査により、カラム処理部43で信号処理された画素信号が順番に信号処理部48に出力される。
The
システム制御部45は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部42、カラム処理部43、および水平駆動部44などの駆動制御を行う。
The
信号処理部48は、少なくとも加算処理機能を有し、カラム処理部43から出力される画素信号に対して加算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部49は、信号処理部48での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
The
<単位画素の構造>
次に、図1の画素アレイ部41に行列状に配置されている単位画素50の具体的な構造について説明する。図2は、画素50の断面的な構成例を示す図である。
<Structure of unit pixel>
Next, a specific structure of the
図2を示した画素50aは、グローバルシャッタを実現するために、電荷保持部を備える。図2に示すように、画素50aは、図2の下側から順に、配線層61、酸化膜62、半導体基板63、遮光層64、カラーフィルタ層65、およびオンチップレンズ66が積層されて構成されている。また、画素50aにおいて、半導体基板63にPD51が形成されている領域がPD領域67とされ、半導体基板63に電荷保持部54が形成されている領域が電荷保持領域68とされる。
The
なお、イメージセンサ30は、半導体基板63に対して配線層61が設けられる半導体基板63の表面に対して反対側となる裏面(図2の上側を向く面)に対して入射光が照射される、いわゆる裏面照射型CMOSイメージセンサである。ここでは、裏面照射型CMOSイメージセンサを例に挙げて説明を続けるが、表面照射型のイメージセンサに対しても、本技術を適用することはできる。
In the
配線層61は、例えば、その下側に配置されている基板支持材(図示せず)により支持されており、半導体基板63に形成されているPD51の電荷の読み出しなどを行う複数の配線71が層間絶縁膜72に埋め込まれて構成されている。
The
また、配線層61には、PD51および電荷保持部54の間の領域に、半導体基板63に対して酸化膜62を介して、転送トランジスタを構成するTRXゲート73が配置されている。TRXゲート73に所定の電圧が印加されることにより、PD51に蓄積されている電荷が電荷保持部54に転送される。
In the
配線層61は、図2に示した例では、配線層61−1乃至61−4の4層構造とされている。配線層61−1は、半導体基板63に積層され、配線層61−2は、配線層61−1に積層され、配線層61−3は、配線層61−2に積層され、配線層61−4は、配線層61−3に積層されている。各配線層61−1乃至61−4の配線パターンなどについては、後述する。
The
酸化膜62は、絶縁性を備えており、半導体基板63の表面側を絶縁する。半導体基板63には、PD51を構成するN型領域と、電荷保持部54を構成するN型領域とが形成されている。
The
また、PD51および電荷保持部54の裏面側には表面ピニング層74−1が形成され、PD51および電荷保持部54の表面側には表面ピニング層74−2が形成されている。さらに、半導体基板63には、画素50aと、隣接する他の画素50aとを分離するための画素間分離領域75が、画素50aの外周を囲うように形成されている。
A surface pinning layer 74-1 is formed on the back side of the
遮光層64は、遮光性を有する材料により形成される遮光部76が、高誘電率材料膜77に埋め込まれて形成されている。例えば、遮光部76は、タングステン(W)や、アルミ(Al)、銅(Cu)などの材料により形成され、図示しないGNDに接続されている。高誘電率材料膜77は、二酸化ケイ素(SiO2)や、酸化ハフニウム(HfO2)、五酸化タンタル(Ta2O5)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)などの材料により形成される。
The light-
また、遮光部76は、半導体基板63を覆うように配置される蓋部76Aと、PD51および電荷保持部54の周囲を囲うように半導体基板63に形成される縦溝に埋め込まれるように配置される埋め込み部76Bとを有して形成される。即ち、蓋部76Aは、画素50aを構成する各層に対して略平行に形成され、埋め込み部76Bは、蓋部76Aに対して略直交する方向に延在するように所定の深さまで形成されている。
The light-shielding
ここで、遮光部76の埋め込み部76Bは、PD51および電荷保持部54の周囲を囲うように画素間分離領域75に形成されるような構成とする他、例えば、電荷保持部54の周囲を形成するような構成や、PD51および電荷保持部54の間に形成するような構成としてもよい。即ち、少なくともPD51および電荷保持部54の間に埋め込み部76Bが形成され、PD51および電荷保持部54が埋め込み部76Bにより分離されていればよい。
Here, the buried
また、遮光部76には、PD51に光を入射するための開口部76Cが形成されている。すなわち開口部76Cは、PD51に対応した領域に形成されており、それ以外の領域は、例えば、電荷保持部54やFD55などが形成されている領域は、遮光部76により遮光されている。
The light-shielding
また、図2に示した例では、埋め込み部76Bの一部が半導体基板63を貫通するように遮光部76が形成されている。すなわち、遮光部76は、PD51および電荷保持部54の間の領域以外、即ち、PD51から電荷保持部54へ電荷を転送する転送経路となる領域以外における埋め込み部76Bが、半導体基板63を貫通するように形成されている。
Further, in the example shown in FIG. 2, the
すなわち、PD51および電荷保持部54の間の領域は、電荷の転送に使用されるために遮光部を形成することはできないが、その領域以外において埋め込み部76Bを形成することにより、同一の画素50aのPD51以外から電荷保持部54に光が漏れ込むことを効果的に抑制することができる。
In other words, a region between the
カラーフィルタ層65では、画素50a毎に、それぞれ対応する色の光を透過するフィルタが配置されており、例えば、緑色、青色、および赤色の光を透過するフィルタが、いわゆるベイヤー配列で画素50a毎配置される。オンチップレンズ66は、画素50aに入射する入射光をPD51に集光するための小型のレンズである。
In the
<半導体基板におけるレイアウト>
図3は、図2に示した画素50を下部(図2中での下側)から見たときの平面図である。本技術は、特に複数の画素で所定のトランジスタを共有する構成のときに効果を得られるため、まず2×2の4画素で所定のトランジスタ等を共有した場合の平面図を図3に示す。なお、図3以降に示す平面図においては、遮光部76の図示は省略するが、貫通して遮光部76と非貫通の遮光部76が、PD56や電荷保持部54の周りに形成されている。
<Layout on semiconductor substrate>
FIG. 3 is a plan view when the
図3は、画素アレイ部41に配置されている画素50a−1乃至50a−4の4画素を図示している。図中左上に、画素50a−1が配置され、図中左下に、画素50a−2が配置され、図中右上に、画素50a−3が配置され、図中右下に、画素50a−4が配置されている。各画素50aは、基本的に同一の構成を有しているため、図中左上に配置されている画素50a−1を例に挙げて説明を続ける。
FIG. 3 illustrates four
画素50a−1の左下側にOFD121が配置されている。OFD121は、PD51のリセットゲートに接続しているドレインを表す。OFD121は、OFGゲート122を介して、PD51と接続されている。
The
PD51の上側には、電荷保持部54が配置されている。画素50aを下部(配線層61側)から見たとき、電荷保持部54が配置されている領域内には、TRXゲート73が配置されている。TRXゲート73は、PD51から電荷保持部54への電荷の転送を制御するために設けられている。
Above the
電荷保持領域68の図中右側には、TRXゲート73を介して、浮遊拡散領域125(FD125)が配置されている。TRGゲート124は、電荷保持部54からFD125に電荷を転送させるために設けられている。
On the right side of the
FD125−1は、画素50a−1と画素50a−3の間に配置され、FD125−2は、画素50a−2と画素50a−4の間に配置されている。また、FD125−1とFD125−2は、FD配線126で接続されている。FD125−1とFD125−2が、FD配線126で接続されることで、1つのFDとして機能する。また、この1つのFDとして機能するFD125−1とFD125−2は、画素50a−1乃至50a−4で共有される。
The FD 125-1 is disposed between the
画素50a−1と画素50a−3の間には、リセットトランジスタ131(図中、RSTと記述)と増幅トランジスタ132が配置されている。また、画素50a−2と画素50a−4の間には、選択トランジスタ133(図中、SELと記述)が配置されている。図3では図示していないが、変換効率切替トランジスタを、画素50a−2と画素50a−4の間に配置する構成とすることもできる。変換効率切替トランジスタを有する構成については、後述する。また、図3に示したように、変換効率切替トランジスタを設けない構成とした場合、対象性を確保するためにダミーを配置しても良い。
Between the
図3に示した例では、4個の画素50aで、リセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、および選択トランジスタ133を共有する構成とされている。
In the example shown in FIG. 3, the four
このように、複数の画素で、トランジスタを共有する構成とすることで、1つのトランジスタに割り当てる領域を大きくすることができる。1つのトランジスタに割り当てる領域を広くできることで、トランジスタのソースとドレインの距離を広げた構成とすることもでき、リークを防止する構成とすることもできる。 As described above, by using a structure in which a transistor is shared by a plurality of pixels, a region assigned to one transistor can be increased. Since the region allocated to one transistor can be widened, a structure in which the distance between the source and the drain of the transistor can be widened and a structure in which leakage is prevented can be performed.
また、複数の画素で、トランジスタを共有する構成とすることで、小型化することもできる。 In addition, a structure in which a plurality of pixels share a transistor can be downsized.
図3に示した共有画素の構成は、図中、縦方向にリセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、選択トランジスタ133が配置され、FD配線126を対称軸としたとき、PD51、電荷保持部54、OFD121などは、左右対称となるように配置されている。
In the configuration of the shared pixel shown in FIG. 3, the
本技術は、図3に示した左右対称の構造に適用できるし、図4に示した上下対称の構造にも適用できる。図4は、画素50の他の配置例を示す平面図である。図4中左上に、画素50b−1が配置され、図中左下に、画素50b−2が配置され、図中右上に、画素50b−3が配置され、図中右下に、画素50b−4が配置されている。
The present technology can be applied to the left-right symmetric structure shown in FIG. 3 and also to the up-down symmetric structure shown in FIG. FIG. 4 is a plan view showing another example of the arrangement of the
画素50b−3と画素50b−4の間にFD125−1が配置され、画素50b−1と画素50b−2の間にFD125−2が配置され、FD125−1とFD125−2は、FD配線126で接続されている。このFD配線126を対称軸として、上下対称に、PD51、電荷保持部54、OFD121などが配置されている。
The FD125-1 is disposed between the
また画素50b−3と画素50b−4の間には、リセットトランジスタ131と増幅トランジスタ132が配置され、画素50b−1と画素50b−2の間には、選択トランジスタ133が配置されている。図4に示した共有画素の構成においては、図中、横方向にリセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、選択トランジスタ133が配置されている。
A
図4に示したように、本技術は、画素同士が上下対称に配置されている場合にも適用できる。 As shown in FIG. 4, the present technology can be applied to a case where pixels are vertically symmetrically arranged.
図3、図4に示した構成は、2×2の4画素で所定のトランジスタなどを共有する場合を示したが、2画素で所定のトランジスタなどを共有する場合にも適用できる。 Although the configuration shown in FIGS. 3 and 4 shows a case where a predetermined transistor and the like are shared by four pixels of 2 × 2, the configuration can be applied to a case where a predetermined transistor and the like are shared by two pixels.
図5は、2画素共有のときの画素50cの配置例を示す平面図である。図5中左側に、画素50c−1が配置され、図中右側に、画素50c−2が配置されている。
FIG. 5 is a plan view showing an example of the arrangement of the
図中横方向に配置されている画素50c−1と画素50c−2の間にFD125、リセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、および選択トランジスタ133が配置されている。FD125と増幅トランジスタ132は、FD配線126により接続されている。
An
このFD配線126を対称軸として、左右対称に、PD51、電荷保持部54、OFD121などが配置されている。本技術は、図5に示した2画素共有であり、左右対称の構造に適用できるし、図6に示すように、2画素共有であり上下対称の構造にも適用できる。
The
図6は、画素50の他の配置例を示す平面図である。図6中上側に、画素50d−1が配置され、図中下側に、画素50d−2が配置されている。図中縦方向に配置されている画素50d−1と画素50d−2の間にFD125、リセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、および選択トランジスタ133が配置されている。FD125と増幅トランジスタ132は、FD配線126により接続されている。
FIG. 6 is a plan view illustrating another example of the arrangement of the
このFD配線126を対称軸として、上下対称に、PD51、電荷保持部54、OFD121などが配置されている。本技術は、図5に示した2画素共有であり、左右対称の構造に適用できるし、図6に示したように、2画素共有であり上下対称の構造にも適用できる。
The
さらに、縦方向に配置されている2画素で所定のトランジスタなどを共有する2画素共有において、PD51に対して、電荷保持部54を半ピッチずらした位置に配置した構成とすることもできる。
Further, in two-pixel sharing in which two pixels arranged in the vertical direction share a predetermined transistor or the like, a configuration in which the
図7は、画素50の他の配置例を示す平面図である。図7中上側に、画素50e−1が配置され、図中下側に、画素50e−2が配置されている。図7に示した配置例では、画素50e−1の右下側にOFD121とOFGゲート122が配置されている。
FIG. 7 is a plan view showing another example of the arrangement of the
PD51の左上側であり、PD51と半ピッチずれた位置には、電荷保持部54が配置されている。画素50eを下部(配線層61側)から見たとき、電荷保持部54が配置されている領域内には、TRXゲート73が配置されている。TRXゲート73の図中中央上部側には、TRGゲート124が配置されている。さらに、TRGゲート124の図中中央上部側には、FD125が形成されている。
The
画素50e−2も、画素50e−1と同様の構成を有している。画素50e−1には、FD125−1が配置され、画素50e−2には、FD125−2が配置されている。FD125−1とFD125−2は、FD配線126により接続されている。
The
画素50e−1と画素50e−2の間には、リセットトランジスタ131と増幅トランジスタ132が配置され、画素50e−1の図中上部には、選択トランジスタ133が配置されている。図7に示した例では、2個の画素50eで、リセットトランジスタ131、増幅トランジスタ132、および選択トランジスタ133を共有する構成とされている。
A
画素50e−1に注目した場合、画素50e−1に含まれるPD51に蓄積された電荷が転送される先は、画素50e−1の図中左上部側に配置されているTRXゲート73の下に形成されている電荷保持部54である。同じく、画素50e−2に注目した場合、画素50e−2に含まれるPD51に蓄積された電荷が転送される先は、画素50e−2の図中左上部側に配置されているTRXゲート73の下に形成されている電荷保持部54である。
When attention is paid to the
PD51と電荷保持部54は、半ピッチずれた位置に配置されている関係にある。PD51に対して電荷保持部54を、半ピッチずれた位置に配置することで、電荷保持部54(TRXゲート73)の中央部分にTRGゲート124を配置することができる。電荷保持部54の中央部分にTRGゲート124が位置することで、電荷保持部54内での転送長を短くすることが可能となり、転送効率を向上させることが可能となる。
The
図7は、PD51の長辺が横方向に配置され、電荷保持部54がPD51の長辺側に配置され、半ピッチずれた位置に配置されている例を示したが、図8に示すように、PD51の長辺が縦方向に配置され、電荷保持部54がPD51の長辺側に配置され、半ピッチずれた位置に配置されている場合にも本技術を適用できる。
FIG. 7 shows an example in which the long side of the
図8は、画素50の他の配置例を示す平面図である。図7に示した配置例と同じく、画素50f−1と画素50f−2は縦方向に配置されている。図8に示した配置例では、画素50fの下側にOFD121とOFGゲート122が配置されている。
FIG. 8 is a plan view illustrating another example of the arrangement of the
PD51の図中右側であり、PD51と半ピッチずれた上側の位置には、電荷保持部54(TRXゲート73)が配置されている。TRXゲート73の図中中央右側には、TRGゲート124が配置されている。さらに、TRGゲート124の図中中央右側には、FD125が形成されている。
A charge holding unit 54 (TRX gate 73) is arranged at a position on the right side of the
画素50f−2も、画素50f−1と同様の構成を有している。画素50f−1には、FD125−1が配置され、画素50f−2には、FD125−2が配置されている。FD125−1とFD125−2は、FD配線126により接続されている。
The
図3乃至図8に示した構成に対して、以下に説明するFDを昇圧する構成を適用できる。また、図3乃至図8には図示していないが、例えば、8画素でFD125やリセットトランジスタ131などを共有する構成に対しても適用でき、本技術の適用は、図3乃至図8に示した構成に限定される記載ではない。
A configuration for boosting the FD described below can be applied to the configuration shown in FIGS. Although not shown in FIGS. 3 to 8, for example, the present invention can be applied to a configuration in which the
<FDを昇圧する構成>
上記したような画素50は、PD51で蓄積された電荷を電荷保持部54で一旦蓄積するグローバルシャッタ構造を有している。電荷保持部54を備える画素は、電荷保持部54を備えない構造の画素と比較して、飽和電荷量(Qs)確保に寄与できる面積が小さくなってしまう傾向にある。電荷保持部54を備える画素において、飽和電荷量を確保できるようにポテンシャルを深化させると、FD125のダイナミックレンジの確保とくみ上げ特性が悪化してしまう可能性がある。
<Configuration for boosting FD>
The
以下に説明するように、FD配線126の近傍にFD125を昇圧するための配線を配置し、FD125を昇圧することで、FD124のダイナミックレンジを確保し、くみ上げ特性の悪化を抑制する。
As described below, a wiring for boosting the
以下の説明においては、図3乃至図8に示した画素50の構成のうち、図3に示した構成を例に挙げてFD125を昇圧する構成について説明を続ける。
In the following description, among the configurations of the
図9は、FD125を昇圧する構成を有する4画素共有の画素構造を示す図である。図9では、説明のためPD51、FD125、FD配線126を示すが、図3に示したように、TRXゲート73なども配置されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating a four-pixel shared pixel structure having a configuration in which the
図9に示した画素50を構成するPD51とFD125は、半導体基板63(図2)内に形成されている。FD125−1とFD125−2を接続するFD配線126は、配線層61に形成されている。ここでは、配線層61を構成する配線層61−1に、FD配線126が形成されている場合を一例としてあげ、説明を続ける。
The
画素50−1乃至50−4の4画素を1共有単位としたとき、1共有単位に2つのFD125(2つのFD領域)が半導体基板63内に形成され、その2つのFD領域が、下部に積層されている配線層61−1内に形成されているFD配線126により接続されている構成とされている。FD125とFD配線126は、縦方向(半導体基板63から配線層61−1側)に形成されているビアにより接続されている。
When four pixels 50-1 to 50-4 are defined as one shared unit, two FDs 125 (two FD regions) are formed in the
図9に示したように、FD配線126と平行にFD昇圧配線301が形成されている。FD昇圧配線301は、FD配線126と同層、すなわちこの場合、配線層61−1内に形成されている。また、FD昇圧配線301は、FD配線126と少なくとも一部が平行となる部分があるように形成されている。
As shown in FIG. 9, the
FD配線126やFD昇圧配線301は、図9などでは説明のため直線形状で示したが、トランジスタの配置位置や形状、他の層と配線に接続するためのビアの位置などの関係により、所定の角度を有する直線の組み合わせの形状(折れ線形状)で形成されていたり、直線以外の形状、例えば円弧状を含む形状で形成されていたりしても良い。具体的なレイアウトについては一例を示し後述する。
Although the
図9に示したように、少なくとも一部は、FD配線126とFD昇圧配線301が平行な状態の直線形状で形成されている。その平行とされ、直線形状とされているFD昇圧配線301の部分は、FD配線126の長さと同等の長さであっても良いし、短く形成されていても良いし、長く形成されていても良い。
As shown in FIG. 9, at least a part is formed in a linear shape in which the
またFD昇圧配線301の太さは、FD配線126と同等の太さであっても良いし、細いまたは太く形成されていても良い。FD昇圧配線301の長さ、太さ、形状などは、上記したように、FD配線126の長さ、太さ、形状に合わせて、適宜設計される。
The thickness of the
また、図9に示すようにFD昇圧配線301は、FD配線126右側に1本形成されている構成とすることができる。また、図10に示すように、FD昇圧配線301は、FD配線126の右側に1本(FD昇圧配線301−1とする)、左側に1本(FD昇圧配線301−2とする)形成されている構成とすることができる。以下、FD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2を個々に区別する必要が無い場合、単にFD昇圧配線301と記述する。
Further, as shown in FIG. 9, one
図10に示したように、FD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2をFD配線126の左右にそれぞれ形成する場合、FD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2は、FD配線126を対称軸として、対象に形成されている。また、非対称に形成されているようにすることも可能である。例えば、FD配線126の上部側の右側に、FD昇圧配線301−1を形成し、FD配線126の下部の左側に、FD昇圧配線301−2を形成するといった非対称な構成であっても良い。
As shown in FIG. 10, when the FD boost wiring 301-1 and the FD boost wiring 301-2 are formed on the left and right sides of the
FD昇圧配線301−1,301−2は、図9、図10では、FD125やPD51を避けた位置に配置されているように図示したが、重なるような位置に配置されていても良い。ただし、FD配線126とFD昇圧配線301の間隔は、100乃至420nmの範囲内に収まるのが良い。間隔が、100nm以下で構成する場合、FD配線126とFD昇圧配線301を形成するときに高精度が要求され、形成するのが難しい。
Although the FD boost wirings 301-1 and 301-2 are illustrated in FIGS. 9 and 10 as being arranged at positions avoiding the
一方で、間隔が420nm以上であると、FD昇圧配線301を形成したとしても、FD125を適切に昇圧することが難しくなったり、FD配線126とFD昇圧配線301との間に、他の配線を形成することができ、他の配線が間に形成されることでFD125を適切に昇圧することが難しくなったりする可能性がある。
On the other hand, if the interval is 420 nm or more, it is difficult to appropriately boost the
また、FD配線126とFD昇圧配線301との間を、420nm以上あけ、その間に他の配線を形成しなければ、画素の小型化が妨げられることになる。
In addition, if 420 nm or more is provided between the
よって、FD配線126とFD昇圧配線301の間隔は、100乃至420nmの範囲内で形成される。なお、このような数値は、一例であり、限定を示す記載ではない。
Therefore, the interval between the
図9と図10に示したFD配線126とFD昇圧配線301は、それぞれ、配線層61−1に形成されている。換言すれば、FD配線126とFD昇圧配線301は同層に形成されている。図11に示すように、FD配線126とFD昇圧配線301を異なる層に形成することもできる。
The
図11の上図は、4画素共有の1共有単位内のFD配線126の部分を拡大した平面図であり、図11の下図は、平面図における線分A−A’の部分での断面図である。上述してきた場合と同じくFD125−1とFD125−2は、FD配線126により接続されている。このFD配線126は、下図に示すように、配線層61−1に形成されている。
The upper part of FIG. 11 is an enlarged plan view of a portion of the FD wiring 126 in one shared unit of four pixels, and the lower part of FIG. 11 is a cross-sectional view taken along a line AA ′ in the plan view. It is. As in the case described above, the FD 125-1 and the FD 125-2 are connected by the
配線層61−1にFD配線126が形成され、配線層61−1の直下に積層されている配線層61−2に、FD昇圧配線301−3が形成されている。FD配線126とFD昇圧配線301−3との関係は、上記したFD配線126とFD昇圧配線301−1(またはFD昇圧配線301−2)との関係と同じである。すなわち、少なくとも一部は、FD配線126とFD昇圧配線301−3が平行な状態の直線形状で形成されている。
The
その平行とされ、直線形状とされているFD昇圧配線301−3の部分は、FD配線126の長さと同等の長さであっても良いし、短く形成されていても良いし、長く形成されていても良い。またFD昇圧配線301−3の太さは、FD配線126と同等の太さであっても良いし、細いまたは太く形成されていても良い。FD昇圧配線301の長さ、太さ、形状などは、上記したように、FD配線126の長さ、太さ、形状に合わせて、適宜設計される。
The portion of the FD boost wiring 301-3 which is parallel and has a linear shape may have a length equal to the length of the
図11に示したように、FD配線126とFD昇圧配線301−3を別の層に形成することで、FD昇圧配線301−3をFD配線126へのシールドを兼ねた構造とすることができる。
As illustrated in FIG. 11, by forming the
図9乃至図11に示したように、FD配線126の同層、または異層に、またFD配線126の近傍に、FD125を昇圧させるためのFD昇圧配線301が形成されている。
As shown in FIGS. 9 to 11, an
なお、ここでは、FD配線126との記載をし、FD配線126は配線であるとして説明を行っているが、FD配線126自体も、PD51から転送されてきた電荷を蓄積する機能を有し、FD125として機能する。よって、FD配線126との記載をしているが、FD配線126は、単なる配線ではなく、FD配線126も、FD125の一部を構成する。
Note that here, the
すなわち、本技術は、FD125の近傍に、FD125を昇圧するためのFD昇圧配線301が、FD125の近傍に形成されている。ここでは、画素間でFD125を共有する場合、半導体基板63の異なる領域にFD領域を形成し、配線により接続されるため、その配線(FD配線126)の近傍にFD昇圧配線126が形成される例を示した。
That is, according to the present technology, the
さらに、図12に示すように、FD125が接続される増幅トランジスタ132の一部に、FD昇圧配線126が接続されている構成とすることができる。図12に示した1共有単位の画素を参照するに、画素50−1乃至50−4で共有される増幅トランジスタ132に接続するようにFD昇圧配線301−4が形成されている。
Further, as shown in FIG. 12, a configuration can be employed in which the
増幅トランジスタ132の一部である増幅トランジスタゲートは、配線層61−1に形成されている。この増幅トランジスタゲートに接続するようにFD昇圧配線301−4が形成されている。FD昇圧配線301−4は、線の形状を有していても良い。または、増幅トランジスタゲートに点、例えばビアで接し、他の層に設けられているFD昇圧用の電源に接続されている配線と接続されているように形成し、増幅トランジスタゲートに点で接している部分をFD昇圧配線301−4としても良い。
The amplification transistor gate, which is a part of the
ここで、図13に1画素50における回路図を示し、増幅トランジスタゲートにFD昇圧配線301−4が接するように構成することで、FD125を昇圧できることについて説明を加える。
Here, a circuit diagram of one
画素50は、PD51、第1の転送トランジスタ73(TRXゲート73を含む転送トランジスタ)、電荷保持部54、第2の転送トランジスタ124(TRGゲート124を含む転送トランジスタ)、FD125、増幅トランジスタ132、選択トランジスタ133、リセットトランジスタ131、並びに、排出トランジスタ121(OFG121)を備えて構成される。
The
PD51は、入射した光を光電変換により電荷に変換して蓄積する光電変換部であり、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が第1の転送トランジスタ73および排出トランジスタ121に接続されている。
The
第1の転送トランジスタ73は、垂直駆動回路13から供給される転送信号TRXに従って駆動し、第1の転送トランジスタ73がオンになると、PD51に蓄積されている電荷が電荷保持部54に転送される。
The
電荷保持部54は、第1の転送トランジスタ73を介してPD51から転送される電荷を一時的に保持する。
The
第2の転送トランジスタ124は、垂直駆動回路13から供給される転送信号TRGに従って駆動し、第2の転送トランジスタ124がオンになると、電荷保持部54に蓄積されている電荷がFD125に転送される。
The
FD125は、増幅トランジスタ132のゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、電荷保持部54から転送される電荷を蓄積する。
The
増幅トランジスタ132は、FD125に蓄積されている電荷に応じたレベル(即ち、FD125の電位)の画素信号を、選択トランジスタ133を介して垂直信号線47に出力する。すなわち、FD125が増幅トランジスタ132のゲート電極に接続される構成により、FD125および増幅トランジスタ132は、PD51において発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。
The
選択トランジスタ133は、垂直駆動部42(図1)から供給される選択信号SELに従って駆動し、選択トランジスタ133がオンになると、増幅トランジスタ132から出力される画素信号が垂直信号線47に出力可能な状態となる。
The
リセットトランジスタ131は、垂直駆動部42から供給されるリセット信号RSTに従って駆動し、リセットトランジスタ131がオンになると、FD125に蓄積されている電荷がリセット電源Vrstに排出されて、FD125がリセットされる。
The
排出トランジスタ121は、PD51とオーバーフロードレインOFD(排出部)との間に直列的に配置される。また、排出トランジスタ121は、垂直駆動部42から供給される排出信号OFGに従って駆動する。
The
上記したように、FD125は、増幅トランジスタ132のゲート電極に接続されている。よって、増幅トランジスタ132のゲート電極に接続されている部分や、FD125と増幅トランジスタ132のゲート電極を接続している配線の一部にFD昇圧配線301−4を接続することで、FD125を昇圧することができる。
As described above, the
図9乃至図13に示したFD昇圧配線301−1乃至301−4のうちのいずれかが形成されていれば、FD125を昇圧する構成とすることができる。また、FD昇圧配線301−1乃至301−4の複数が形成されていても良い。例えば、図10に示したように、FD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2が形成されている画素とすることもできるし、さらにFD301−3が形成されている画素とすることもできる。
If any one of the FD boost wirings 301-1 to 301-4 shown in FIGS. 9 to 13 is formed, a configuration in which the
また、FD昇圧配線301−1乃至301−3のいずれかまたは複数の配線と、増幅トランジスタ132のゲート電極に接続されるFD昇圧配線301−4を備える構成とすることもできる。
Further, a structure including one or more of the FD boost wirings 301-1 to 301-3 and the FD boost wiring 301-4 connected to the gate electrode of the
複数のFD昇圧配線301を備えることで、より効率良くFD125を昇圧することができる構成とすることができる。
With the provision of the plurality of FD boost wirings 301, a configuration can be provided in which the
FD昇圧配線301は、他の層(図2のような構成の場合、配線層61−2乃至61−4のいずれかの層)に形成され、所定の電圧を供給する電圧源と接続されている配線と接続されている。FD昇圧配線301に電圧がかけられるタイミングについて、図14のタイミングチャートを参照して説明する。
The
図14では、FD昇圧配線301に電圧を印加する時にオン(High)にされる制御信号を信号FDBと表し、第2の転送トランジスタ124が電荷を転送する時にオン(High)にされる制御信号を信号TRGと表し、リセットトランジスタ131がリセット動作を行う時にオン(High)にされる制御信号を信号RSTと表し、選択トランジスタ133が選択されたときにオン(High)にされる制御信号を信号SELと表す。
In FIG. 14, a control signal that is turned on (High) when a voltage is applied to the
画素50に対する読み出し動作としては、読み出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出される(リセットされる)。このリセット動作時には、信号SELはHighの状態とされ、信号RSTは、所定の時間だけHighの状態とされる。リセット動作により、ノイズ信号が取得される。
In the read operation for the
ノイズ信号が取得されたあと、露光が開始され、PD51に電荷が蓄積される。図14では図示していないが、露光終了後、PD51から電荷保持部54への電荷の転送が行われ、電荷保持部54に電荷が蓄積される。このPD51から電荷保持部54への電荷の転送は、全画素同時に行われることで、グローバルシャッタが実現される。
After the noise signal is obtained, exposure is started, and charges are accumulated in the
電荷保持部54に蓄積された電荷をFD125に転送するとき、第2の転送トランジスタ124を制御する信号TRGがHighにされ、FD昇圧配線301への電圧を制御する信号FOBがHighにされる。第2の転送トランジスタ124の動作により、電荷保持部54からFD125に電荷が転送されるとき、FD昇圧配線301に電圧がかけられることで、FD125が昇圧される。
When transferring the charge accumulated in the
信号TRGがLowの状態に戻された少し後の時点で、信号FOBがLowの状態に戻される。FD125に転送された電荷は、データ信号として、垂直信号線47を介してカラム処理部43(図1)に供給される。カラム処理部43にて、データ信号からノイズ信号が除去される等の処理が実行されることで、画素50の画素値が算出される。
At a time point shortly after the signal TRG is returned to the low state, the signal FOB is returned to the low state. The charge transferred to the
このように、FD125に電荷が転送されるとき、FD昇圧配線301に電圧がかけられ、FD125が昇圧される。よって、本技術によれば、昇圧量を確保し、変換効率を上げることが可能となる。またダイナミックレンジを確保し、ノイズを低減させることに対しても効果がある。
As described above, when charges are transferred to the
<縦型トランジスタに適用した場合>
上記したFD昇圧配線301を備える画素50において、読み出しを行うトランジスタを縦型トランジスタとして構成することができる。図15に、電荷保持部54からの電荷の読み出しを行う第2の転送トランジスタ124を、縦型トランジスタで構成した場合の画素50の断面図を示す。
<When applied to a vertical transistor>
In the
図15に示した画素50は、図2に示した画素50に、縦型トランジスタを追加した構成とされている点が異なり、他の部分は同様であるため、その説明は省略する。第2の転送トランジスタ124を構成する読み出しゲート331は、電荷保持部54の内部にまで達する位置まで形成されている。すなわち、電荷保持部54から電荷を読み出す読み出しゲート331は、電荷保持部54に対して垂直方向と水平方向に形成され、垂直方向に形成されている読み出しゲート331は、電荷保持部54に接するように形成されている。
The
このような縦型トランジスタを用いることで、変調力を向上させることができ、ポテンシャルを深化させることができる。一方で、FD昇圧配線301が形成されていない構成であり、FD125が昇圧されない場合、FD125からのくみ上げが弱くなってしまう可能性がある。このことにつて、図16を参照して説明する。
By using such a vertical transistor, the modulation power can be improved and the potential can be deepened. On the other hand, when the
図16において、FDはFD125を表し、TRGは第2の転送トランジスタ124を表し、MEMは電荷保持部54を表し、PDはPD51を表す。図16のAは、第2の転送トランジスタ124が縦型トランジスタでは無い場合のポテンシャルの変化を表し、図16のBは、第2の転送トランジスタ124が縦型トランジスタの場合のポテンシャルの変化を表し、図16のCは、第2の転送トランジスタ124が縦型トランジスタであり、FD昇圧配線301による昇圧が行われるときのポテンシャルの変化を表す。
16, FD represents the
図16のAを参照するに、時刻T1において、第2の転送トランジスタ124と電荷保持部54が、Lowの状態である。時刻T2において、第2の転送トランジスタ124がHighの状態にされると、第2の転送トランジスタ124のゲート下はポテンシャルは浅くなるが、バリアが発生してしまい、電荷保持部54からFD125への転送が妨げられる可能性がある。
Referring to FIG. 16A, at time T1, the
図16のBを参照するに、図16のAの時刻T1と同じく、第2の転送トランジスタ124と電荷保持部54が、Lowの状態である。時刻T2において、第2の転送トランジスタ124がHighの状態にされると、縦型トランジスタのため、変調力が向上し、バリアがない状態とすることができる。しかしながら、ゲート下が深くなり、ゲート下に電荷が残ってしまう可能性がある。
Referring to FIG. 16B, the
図16のCを参照するに、図16のAの時刻T1と同じく、第2の転送トランジスタ124と電荷保持部54が、Lowの状態であるとき、FD125には、所定の電荷が蓄積されている状態のときに、時刻T2において、第2の転送トランジスタ124がHighの状態にされ、かつFD昇圧配線301に電圧がかけられることで、FD125が昇圧される。FD125が昇圧されることで、FD125のポテンシャルが深くなる。よって、図16のBの時刻T2のときと同じく、ゲート下が深くなっても、さらに、FD125を深い状態にできるため、ゲート下に電荷が残ってしまうような状況が発生することを防ぐことができる。
Referring to FIG. 16C, when the
このように、縦型トランジスタを用いた場合も、FD昇圧配線301を形成し、FD125を昇圧させることで、昇圧量を確保し、変換効率を上げることが可能となり、ダイナミックレンジを確保し、ノイズを低減させることができる。
As described above, even when a vertical transistor is used, the
<CCD方式による読み出しに適用した場合>
上記したFD昇圧配線301を備える画素50をCCD方式で読み出しを行うイメージセンサに適用することができる。CCD方式での読み出しとは、隣り合った素子間の電気的な結合を利用し、電荷を次々に移動させることによりPD51に蓄積された電荷(信号)を読み出す方式である。
<When applied to reading by CCD method>
The present invention can be applied to an image sensor that reads out the
図17は、CCD方式による読み出し時のポテンシャルの変化を説明するための図である。図17に示した例では、電荷保持部54(図中MEMと表記)が2つ形成され、PD51、第1の電荷保持部54、第2の電荷保持部54、FD125の順で、電荷が移動する場合を示している。時刻T1において、第1の電荷保持部54、第2の電荷保持部54、および第2の転送トランジスタ124が、Lowの状態であるとき、FD125には、所定の電荷が蓄積されている。
FIG. 17 is a diagram for explaining a change in potential at the time of reading by the CCD method. In the example shown in FIG. 17, two charge holding portions 54 (denoted by MEM in the drawing) are formed, and the charges are discharged in the order of the
このような状態のときに、時刻T2において、第2の電荷保持部54と第2の転送トランジスタ124がHighの状態にされると、FD125よりも、第2の電荷保持部54のポテンシャルが深くなる。このような状態が発生すると、FD125から第2の電荷保持部54に電荷が逆流してしまう可能性がある。
In such a state, when the second
時刻T2の後の時点の時刻T3において、第2の電荷保持部54がLowの状態に戻され、第2の転送トランジスタ124はHighの状態のまま維持される。このとき、FD昇圧配線301に電圧がかけられることで、FD125が昇圧されることで、FD125のポテンシャルを電荷保持部54のポテンシャルよりも深くすることが可能となる。
At time T3 after time T2, the second
電荷が逆流することを防ぐためには、FD125を昇圧し、電荷保持部54よりも深いポテンシャルとなるようにする。このFD125の昇圧に対しても、上記したFD昇圧配線301が形成された構造とすることで、対応することができる。
In order to prevent the charge from flowing backward, the
よって、CCD方式での読み出しに対しても本技術を適用することで、昇圧量を確保し、変換効率を上げることが可能となり、ダイナミックレンジを確保し、ノイズを低減させることができる。 Therefore, by applying the present technology also to reading by the CCD method, it is possible to secure a boosting amount and increase conversion efficiency, secure a dynamic range, and reduce noise.
縦型トランジスタとCCD方式が適用された画素50における動作について、図18を参照して説明する。
The operation of the
図18のAは、PD51からの電荷を電荷保持部54に転送するときの各制御信号のHighとLowの状態のタイミングを表し、図18のBは、電荷保持部54からの電荷をFD125に転送するときの各制御信号のHighとLowの状態のタイミングを表す。図18中、FOB、TRG、RST、およびSELは、図14と同じである。図18中、TRXは、第1の転送トランジスタ73を制御する制御信号であり、PD51から電荷保持部54に電荷を転送させるときオン(High)にされる制御信号を表す。
FIG. 18A shows the timing of the high and low states of each control signal when transferring the charge from the
図18のAを参照するに、信号TRGと信号RSTがHighの状態にされることで、FD125がリセットされる。リセット後、信号FOB、信号TRX、および信号TRGがHighの状態にされることで、FD昇圧配線301に所定の電圧がかけられ、FD125が昇圧された状態で、PD51から電荷保持部54への電荷の転送が行われ、電荷保持部54からFB125への電荷の転送が行われる。
Referring to FIG. 18A, the
PD51から電荷保持部54への電荷の読み出しは、全画素一斉に行われるため、信号SELは、Lowの状態のままである。図18のBを参照するに、電荷保持部54に蓄積された電荷を転送するときは、画素毎に順次行われるため、読み出し対象とされた画素の選択トランジスタ133に対する信号SELは、Highの状態にされる。信号SELがHighの状態にされたとき、信号RSTもHighの状態にされ、一定の期間だけ、リセットトランジスタ131がオンの状態にされる。
Since reading of charges from the
電荷保持部54からFD125に電荷が転送されるとき、信号FOB、信号TRX、および信号TRGがHighの状態にされる。よって、FD昇圧配線301に所定の電圧がかけられ、FD125が昇圧された状態で、PD51から電荷保持部54への電荷の転送が行われ、電荷保持部54からFB125への電荷の転送が行われる。
When the charge is transferred from the
このような動作が順次繰り返されることで、PD51で蓄積された電荷が、順次電荷保持部54やFD125に転送される。また、電荷が転送されるとき、FD125が昇圧されるため、昇圧量を確保し、変換効率を上げることが可能となり、ダイナミックレンジを確保し、ノイズを低減させることができる。
By repeating such operations sequentially, the charges accumulated in the
なお、リセット時のくみ上げを抑制したいときには、一度フローティング状態を作ってからリセット動作が行われるようにしても良い。また、縦型トランジスタでCCD方式を適用した場合、電荷保持部54を完全にリセットするために、一度FD125がフローティングとなるタイミングでFD昇圧配線301に電圧をかけ、FD125を昇圧するようにしても良い。
When it is desired to suppress the pumping at the time of reset, the reset operation may be performed after a floating state is once created. When the CCD method is applied to the vertical transistor, a voltage is applied to the
<具体的な配線形状>
以下に、FD配線126やFD昇圧配線301の具体的な形状の一例を示す。上記したように、FD昇圧配線301の形状や配置位置は、PD51や電荷保持部54の配置や、他の配線との関わりにより設定される。そこで、以下に、PD51、電荷保持部54、他の配線などの配置や形状の具体的な一例を示し、FD昇圧配線301の形状や配置位置について説明を加える。
<Specific wiring shape>
Hereinafter, examples of specific shapes of the
図19は、半導体基板63の平面図であり、PD51などの配置位置や形状の具体的な一例を示す図である。図20は、図19に示した構成に対応する回路図である。図19は、2×2に配置された4画素を1共有単位としたときの図である。左下に画素50−0が配置され、右下に画素50−1が配置され、左上に画素50−2が配置され、右上に画素50−3が配置されている。
FIG. 19 is a plan view of the
画素50−1にはPD2が含まれている。図19乃至図24では共通の符号を用い、各層の配線などの接続関係がわかりやすくなるように、上述した説明に用いた符号とは異なる符号を付す。画素50−0に含まれるPD0は、上記した説明においてはPD51に該当する。他の部分も同様に、符号以外の部分は、上記した説明と同様であり、その説明は適宜省略する。 The pixel 50-1 includes the PD2. 19 to 24, common reference numerals are used, and reference numerals different from the reference numerals used in the above description are given so that connection relations such as wiring of each layer can be easily understood. PD0 included in the pixel 50-0 corresponds to the PD51 in the above description. Similarly, the other parts are the same as those described above except for the reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
画素50−0のPD0の左側には、OFGとOFGが形成され、上部には、TRY0、TRX0、およびTRG0が形成されている。図19では図示していないが、TRY0とTRX0が形成されている領域には、MEM0(電荷保持部54に該当)が形成されている。 OFG and OFG are formed on the left side of PD0 of the pixel 50-0, and TRY0, TRX0, and TRG0 are formed on the upper side. Although not shown in FIG. 19, MEM0 (corresponding to the charge holding unit 54) is formed in a region where TRY0 and TRX0 are formed.
画素50−0に形成されているPD0、OFD、OFG、PD0、TRY0、TRX0、TRG0、MEM0は、図20に示した回路図のように接続されている。1画素における回路構成については、図13を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。 The PD0, OFD, OFG, PD0, TRY0, TRX0, TRG0, and MEM0 formed in the pixel 50-0 are connected as shown in the circuit diagram of FIG. The circuit configuration of one pixel has been described with reference to FIG. 13 and will not be described here.
図19、図20に示した構成においては、TRY0が追加された構成とされている。TRY0は、電荷保持部54からPD51(図19,図20に示した画素50−0においては、MEM0からPD0)に電荷が逆流するのを防止するゲートとして機能し、図19、図20に示したように、PD0とTRX0との間に設けられる。
In the configuration shown in FIGS. 19 and 20, TRY0 is added. TRY0 functions as a gate for preventing charge from flowing back from the
TRY0(第3の転送トランジスタと適宜記述する)を設け、TRY0をPD0からMEM0へ電荷を転送するときにオンにし、その後、PD0に電荷が逆流しないように、オフにすることで、PD0への電荷の逆流を防ぐことができる。 TRY0 (which is appropriately described as a third transfer transistor) is provided, and TRY0 is turned on when transferring charges from PD0 to MEM0, and then turned off so that charges do not flow back to PD0. The backflow of charges can be prevented.
また、TRY0は、電荷を蓄積するメモリ機能を有するように構成することができる。図20の回路図に示したように、MEM0は、TRY0とTRX0の間と、TRX0とTRG0の間に形成されている。電荷保持部54は、2つの電荷保持部54で形成され、そのうちの1つは、TRY0とTRX0の間に形成され、TRY0が有するメモリ機能とすることができる。
Further, TRY0 can be configured to have a memory function of accumulating charges. As shown in the circuit diagram of FIG. 20, MEM0 is formed between TRY0 and TRX0 and between TRX0 and TRG0. The
画素50−0と同様に、画素50−1には、PD1、OFD、OFG、TRY0、TRX1、TRG1、MEM1が形成されている。画素50−2には、PD2、OFD、OFG、TRY1、TRX2、TRG2、MEM2が形成されている。画素50−3には、PD3、OFD、OFG、TRY1、TRX3、TRG3、MEM3が形成されている。 Similarly to the pixel 50-0, the pixel 50-1 is formed with PD1, OFD, OFG, TRY0, TRX1, TRG1, and MEM1. In the pixel 50-2, PD2, OFD, OFG, TRY1, TRX2, TRG2, and MEM2 are formed. In the pixel 50-3, PD3, OFD, OFG, TRY1, TRX3, TRG3, and MEM3 are formed.
図3等を参照して説明した場合を同じく、図19に示したPDなどの配置は、左右に配置された画素同士、例えば、画素50−0と画素50−1は、左右対称となる配置とされ、上下に配置された画素同士、例えば、画素50−0と画素50−2は、周期的な対象性を有する配置とされている。 Similarly to the case described with reference to FIG. 3 and the like, the arrangement of the PD and the like shown in FIG. 19 is such that the pixels arranged on the left and right, for example, the pixel 50-0 and the pixel 50-1 are symmetrical. The pixels arranged vertically, for example, the pixel 50-0 and the pixel 50-2 are arranged to have periodic symmetry.
周期的な対象性とは、例えば、画素50−0においてはPD0の上部にTRX0が配置され、同様に、画素50−2においてはPD2の上部にTRX2が配置されているといったように、1画素内で見たときに、同一の位置に同一のものが配置されていることを意味する。 The periodic symmetry refers to, for example, one pixel such that TRX0 is arranged above PD0 in the pixel 50-0, and TRX2 is similarly arranged above PD2 in the pixel 50-2. Means that the same thing is arranged at the same position when viewed within.
さらに、図19に示したように、画素50−0と画素50−1の間には、SEL(選択トランジスタ133に該当)とFD(FD125に該当)が形成されている。また、画素50−2と画素50−3との間には、AMP(増幅トランジスタ132に該当)、RST(リセットトランジスタ131に該当)、およびFDが形成されている。 Further, as shown in FIG. 19, SEL (corresponding to the selection transistor 133) and FD (corresponding to FD125) are formed between the pixel 50-0 and the pixel 50-1. An AMP (corresponding to the amplification transistor 132), an RST (corresponding to the reset transistor 131), and an FD are formed between the pixel 50-2 and the pixel 50-3.
SEL、FD、AMP、およびRSTは、画素50−0乃至50−3で共有されるため、図20に示したように、TRG0、TRG1、TRG2、およびTRG3は、FDとAMPに接続されている。図20に示した回路図は、VSL(垂直信号線47に該当)8本を同時読み出し時の構成を示している。すなわち、図20に示したように、VSLは、8本形成され、そのうちの1本に、SELが接続された構成とされている。 Since SEL, FD, AMP, and RST are shared by the pixels 50-0 to 50-3, TRG0, TRG1, TRG2, and TRG3 are connected to FD and AMP as shown in FIG. . The circuit diagram shown in FIG. 20 shows a configuration when eight VSLs (corresponding to the vertical signal lines 47) are simultaneously read. That is, as shown in FIG. 20, eight VSLs are formed, and one of the VSLs is connected to the SEL.
ここで例えば、TRY0は、画素50−0と画素50−1にそれぞれ形成されているが、画素50−0のTRY0と画素50−1のTRY0は、後述するTRY0配線(図23)に接続されている。すなわち、同一の配線に接続されているTRYには、同一の符号(TRY0の場合、0が符号に該当)を付してある。他の部分も同様である。 Here, for example, TRY0 is formed in each of the pixels 50-0 and 50-1, but TRY0 of the pixel 50-0 and TRY0 of the pixel 50-1 are connected to a TRY0 wiring (FIG. 23) described later. ing. That is, TRYs connected to the same wiring are given the same reference numerals (in the case of TRY0, 0 corresponds to the reference numeral). The other parts are the same.
図21は、図19に示した半導体基板63に積層されている配線層61−1に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−1には、半導体基板63に形成されているPDの位置に、例えば金属で形成された遮光膜が形成されている。
FIG. 21 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wirings and the like wired in the wiring layer 61-1 laminated on the
また、例えば、図19に示した半導体基板63の画素50−0のTRY0が形成されている部分には、そのTRY0のゲートが、配線層61−1に形成されている。同じく、配線層61−1には、図19に示した半導体基板63の画素50−0のTRX0が形成されている部分に、そのTRX0のゲートが形成されている。また配線層61−1には、図19に示した半導体基板63の画素50−0のTRG0が形成されている部分に、そのTRG0のゲートが形成されている。
Further, for example, in the portion of the
配線層61−1には、他の画素50−1乃至50−3にそれぞれ形成されているTRY、TRX、TRGに対するゲートも、対応する位置に形成されている。また、選択トランジスタ(SEL)、増幅トランジスタ(AMP)、リセットトランジスタ(RST)のゲートも、それぞれ配線層61−1に形成されている。 In the wiring layer 61-1, gates for TRY, TRX, and TRG formed in the other pixels 50-1 to 50-3 are also formed at corresponding positions. The gates of the selection transistor (SEL), the amplification transistor (AMP), and the reset transistor (RST) are also formed in the wiring layer 61-1.
また配線層61−1には、半導体基板63に形成されているFDを接続するFD配線126も形成されている。FD配線126(図中、FDと記述してある線)は、例えば、図3に示した例では、直線形状で形成されている例を示したが、図21では、直線を組み合わせた折れ線で形成され、図中上部に形成されているFDと下部に形成されているFDを接続するように形成されている。
Further, the
図21に示したFD配線126は、AMPに接続されるVDD配線を避けるように形成するパターンとされている。VDD配線は、図19のAMPの上側に形成されているVDDという記載したビアと接続されている。このように、図19、図21に示したPDや配線などのパターンにおいては、FD配線126は、他の配線との関係で、一部、他の配線を迂回する形状で形成されている。
The
FD昇圧配線301(図中、FDBと記述してある線)は、FD配線126の近傍に、平行して形成されている。FD昇圧配線301は、FD配線126と少なくとも一部が平行した部分を有するように形成されている。
The FD boost wiring 301 (the line described as FDB in the drawing) is formed near and parallel to the
図22は、図21に示した配線層61−1に積層されている配線層61−2に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−2には、配線層61−1に形成されている配線と配線層61−3や配線層61−4の配線とを接続するための配線が形成されている。 FIG. 22 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wirings and the like wired on the wiring layer 61-2 laminated on the wiring layer 61-1 illustrated in FIG. The wiring for connecting the wiring formed in the wiring layer 61-1 to the wiring of the wiring layer 61-3 or the wiring layer 61-4 is formed in the wiring layer 61-2.
図22に示した例は、図11を参照して説明した他の層にFD昇圧配線301−3を形成した場合を示しているため、配線層61−2にも、FD昇圧配線301(図中、FDBと記述してある線)が形成されている。すなわち、図21、図22に示した例は、図9を参照して説明したFD昇圧配線301−1と図11を参照して説明したFD昇圧配線301−3を備える構成とされている場合を示している。 Since the example shown in FIG. 22 shows a case where the FD boosting wiring 301-3 is formed in another layer described with reference to FIG. 11, the FD boosting wiring 301 (see FIG. In the figure, a line described as FDB) is formed. That is, the examples shown in FIGS. 21 and 22 are configured to include the FD boosting wiring 301-1 described with reference to FIG. 9 and the FD boosting wiring 301-3 described with reference to FIG. Is shown.
図11を参照して説明したように、FD配線126が形成されている配線層61−1とは異なる配線層61−2に形成されているFD昇圧配線301は、FD配線126と略同位置に、略同一の形状で形成されている。
As described with reference to FIG. 11, the
図23は、図22に示した配線層61−2に積層されている配線層61−3に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−3には、制御信号を流す信号線が形成されている。 FIG. 23 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wirings and the like wired in the wiring layer 61-3 stacked on the wiring layer 61-2 illustrated in FIG. A signal line through which a control signal flows is formed in the wiring layer 61-3.
図23に示した配線層61−3には、図中横方向に制御信号線が直線形状で形成されている。図中上部には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているOFD領域と、縦型のビアで接続される信号線OFDが形成されている。 In the wiring layer 61-3 shown in FIG. 23, control signal lines are formed in a linear shape in the horizontal direction in the figure. The upper part in the figure is connected to the OFD regions formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) by vertical vias. The signal line OFD is formed.
OFD信号線の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRG3領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRG3が形成されている。信号線TRG3は、画素50−3(図19)の第2の転送トランジスタ(TRG3)を制御する信号を流す信号線である。 TRG3 regions (gates) formed on the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the OFD signal line in the drawing. And a signal line TRG3 connected by a vertical via is formed. The signal line TRG3 is a signal line through which a signal for controlling the second transfer transistor (TRG3) of the pixel 50-3 (FIG. 19) flows.
信号線TRG3の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRG2領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRG2が形成されている。信号線TRG2は、画素50−2(図19)の第2の転送トランジスタ(TRG2)を制御する信号を流す信号線である。 Below the signal line TRG3 in the drawing, TRG2 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRG2 connected by a vertical via is formed. The signal line TRG2 is a signal line through which a signal for controlling the second transfer transistor (TRG2) of the pixel 50-2 (FIG. 19) flows.
信号線TRG2の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRX3領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRX3が形成されている。信号線TRX3は、画素50−3(図19)の第1の転送トランジスタ(TRX3)を制御する信号を流す信号線である。 On the lower side of the signal line TRG2 in the drawing, TRX3 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRX3 connected by a vertical via is formed. The signal line TRX3 is a signal line through which a signal for controlling the first transfer transistor (TRX3) of the pixel 50-3 (FIG. 19) flows.
信号線TRX3の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRX2領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRX2が形成されている。信号線TRX2は、画素50−2(図19)の第1の転送トランジスタ(TRX2)を制御する信号を流す信号線である。 On the lower side of the signal line TRX3 in the drawing, TRX2 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRX2 connected by a vertical via is formed. The signal line TRX2 is a signal line through which a signal for controlling the first transfer transistor (TRX2) of the pixel 50-2 (FIG. 19) flows.
信号線TRX2の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRY1領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRY1が形成されている。信号線TRY1は、画素50−3と画素50−2(図19)の第3の転送トランジスタ(TRY1)を制御する信号を流す信号線である。 Below the signal line TRX2 in the figure, the TRY1 region (gate) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRY1 connected by a vertical via is formed. The signal line TRY1 is a signal line for passing a signal for controlling the third transfer transistor (TRY1) of the pixel 50-3 and the pixel 50-2 (FIG. 19).
信号線TRY1の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているRST領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線RSTが形成されている。信号線RSTは、画素50−0乃至50−4(図19)で共有されるリセットトランジスタ(RST)を制御する信号を流す信号線である。 RST regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the signal line TRY1 in the drawing. And a signal line RST connected by a vertical via is formed. The signal line RST is a signal line for passing a signal for controlling the reset transistor (RST) shared by the pixels 50-0 to 50-4 (FIG. 19).
信号線RSTの図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているVDD領域(配線)と、縦型のビアで接続される信号線VDDが形成されている。信号線VDDは、画素50−0乃至50−4(図19)の所定の箇所に所定の電圧VDDを供給する信号線である。 VDD regions (wirings) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the signal line RST in the drawing. And a signal line VDD connected by a vertical via is formed. The signal line VDD is a signal line that supplies a predetermined voltage VDD to a predetermined portion of the pixels 50-0 to 50-4 (FIG. 19).
信号線VDDの図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているFDB領域(配線)と、縦型のビアで接続される信号線FDBが形成されている。信号線FDBは、FD昇圧配線301(FDB)に、所定の電圧を供給する信号線である。 Below the signal line VDD in the drawing, FDB regions (wirings) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line FDB connected by a vertical via is formed. The signal line FDB is a signal line that supplies a predetermined voltage to the FD boost wiring 301 (FDB).
ここまでの配線(図中上半分にある配線)は、主に、2×2の4画素のうち、上部に配置されている画素50−2と画素50−3に係わる信号線であり、また画素50−2と画素50−3の間に配置されているトランジスタに係わる信号線である。 The wirings so far (the wirings in the upper half in the drawing) are mainly signal lines related to the pixels 50-2 and 50-3 arranged in the upper part of the 2 × 2 four pixels. This is a signal line related to a transistor disposed between the pixel 50-2 and the pixel 50-3.
信号線FDBの図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているVSS領域(比あせん)と、縦型のビアで接続される信号線VSSが形成されている。信号線VSSは、画素50−0乃至50−4(図19)の所定の箇所に所定の電圧VSSを供給する信号線である。なお、電圧VDDは正電圧であり、電圧VSSは負電圧を示す。 In the lower side of the signal line FDB in the drawing, the VSS regions (comparatively formed) in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are formed. And a signal line VSS connected by a vertical via is formed. The signal line VSS is a signal line that supplies a predetermined voltage VSS to a predetermined portion of the pixels 50-0 to 50-4 (FIG. 19). Note that the voltage VDD is a positive voltage and the voltage VSS is a negative voltage.
信号線VSSの図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRG1領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRG1が形成されている。信号線TRG1は、画素50−1(図19)の第2の転送トランジスタ(TRG1)を制御する信号を流す信号線である。 TRG1 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the signal line VSS in the figure. And a signal line TRG1 connected by a vertical via is formed. The signal line TRG1 is a signal line through which a signal for controlling the second transfer transistor (TRG1) of the pixel 50-1 (FIG. 19) flows.
信号線TRG1の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRG0領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRG0が形成されている。信号線TRG0は、画素50−0(図19)の第2の転送トランジスタ(TRG0)を制御する信号を流す信号線である。 Below the signal line TRG1 in the drawing, TRG0 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRG0 connected by a vertical via is formed. The signal line TRG0 is a signal line through which a signal for controlling the second transfer transistor (TRG0) of the pixel 50-0 (FIG. 19) flows.
信号線TRG0の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRX1領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRX1が形成されている。信号線TRX1は、画素50−1(図19)の第1の転送トランジスタ(TRX1)を制御する信号を流す信号線である。 TRX1 regions (gates) formed on the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the signal line TRG0 in the drawing. And a signal line TRX1 connected by a vertical via is formed. The signal line TRX1 is a signal line through which a signal for controlling the first transfer transistor (TRX1) of the pixel 50-1 (FIG. 19) flows.
信号線TRX1の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRX0領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRX0が形成されている。信号線TRX0は、画素50−0(図19)の第1の転送トランジスタ(TRX0)を制御する信号を流す信号線である。 On the lower side of the signal line TRX1 in the drawing, TRX0 regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRX0 connected by a vertical via is formed. The signal line TRX0 is a signal line for passing a signal for controlling the first transfer transistor (TRX0) of the pixel 50-0 (FIG. 19).
信号線TRX0の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているTRY0領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線TRY0が形成されている。信号線TRY0は、画素50−1と画素50−0(図19)の第3の転送トランジスタ(TRY0)を制御する信号を流す信号線である。 Below the signal line TRX0 in the figure, the TRY0 region (gate) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), respectively. And a signal line TRY0 connected by a vertical via is formed. The signal line TRY0 is a signal line for passing a signal for controlling the third transfer transistor (TRY0) of the pixel 50-1 and the pixel 50-0 (FIG. 19).
信号線TRY0の図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているOFG領域と、縦型のビアで接続される信号線OFGが形成されている。 On the lower side of the signal line TRY0 in the figure, OFG regions formed respectively in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22), A signal line OFG connected by a mold via is formed.
信号線OFGの図中下側には、半導体基板63(図19)、配線層61−1(図21)、および配線層61−2(図22)にそれぞれ形成されているSEL領域(ゲート)と、縦型のビアで接続される信号線SELが形成されている。信号線SELは、画素50−0乃至50−4(図19)で共有される選択トランジスタ(SEL)を制御する信号を流す信号線である。 SEL regions (gates) formed in the semiconductor substrate 63 (FIG. 19), the wiring layer 61-1 (FIG. 21), and the wiring layer 61-2 (FIG. 22) are provided below the signal line OFG in the drawing. And a signal line SEL connected by a vertical via is formed. The signal line SEL is a signal line for passing a signal for controlling the selection transistor (SEL) shared by the pixels 50-0 to 50-4 (FIG. 19).
図中下半分にある配線は、主に、2×2の4画素のうち、下部に配置されている画素50−1と画素50−0に係わる信号線であり、また画素50−1と画素50−0の間に配置されているトランジスタに係わる信号線である。 The wiring in the lower half of the figure is a signal line mainly related to the lower pixel 50-1 and the lower pixel 50-0 of the 2 × 2 four pixels. This is a signal line related to the transistor arranged between 50-0.
このように配線層61−3には、信号線が形成されている。 Thus, signal lines are formed in the wiring layer 61-3.
ここで図23に示した配線層61−3に配線されている信号線FDBと、FD配線126(FD昇圧配線301)に注目した場合、信号線FDBとFD配線126が直交する構造である場合と平行する構造である場合とがある。
Here, when attention is paid to the signal line FDB wired in the wiring layer 61-3 shown in FIG. 23 and the FD wiring 126 (FD boosting wiring 301), a case where the signal line FDB and the
図3、図5、図7、図8に示したFD配線126は、図中縦方向に形成されているため、これらの構造が採用された画素においては、図23中横方向に形成されている信号線FDBとは直交する構造となる。この場合、FD昇圧配線301も、FD配線126と同方向に形成されるため、FD昇圧配線301と信号線FDBも、直交する構造となる。
Since the FD wiring 126 shown in FIGS. 3, 5, 7, and 8 is formed in the vertical direction in the figure, in the pixel employing these structures, it is formed in the horizontal direction in FIG. And the signal line FDB. In this case, since the
一方で、図4、図6に示したFD配線126は、図中横方向に形成されているため、これらの構造が採用された画素においては、図23中横方向に形成されている信号線FDBとは平行する構造となる。この場合、FD昇圧配線301も、FD配線126と同方向に形成されるため、FD昇圧配線301と信号線FDBも、平行する構造となる。
On the other hand, since the FD wiring 126 shown in FIGS. 4 and 6 is formed in the horizontal direction in the drawing, in the pixel employing these structures, the signal line formed in the horizontal direction in FIG. The structure is parallel to the FDB. In this case, since the
図24は、図23に示した配線層61−3に積層されている配線層61−4に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−4には、垂直信号線が形成されている。 FIG. 24 is a diagram showing the arrangement and shape of the wiring and the like wired in the wiring layer 61-4 laminated on the wiring layer 61-3 shown in FIG. Vertical signal lines are formed in the wiring layer 61-4.
図20の回路図を参照して説明したように、垂直信号線が8本形成されている場合、配線層61−4には、垂直信号線VSL0乃至7が、図中縦方向に形成される。図19を再度参照するに、選択トランジスタ(SEL)の下側に選択トランジスタからの出力を垂直信号線に出力するビアVSLoutが形成されており、このビアVSLoutは、配線層61−2(図22)のVSLと記載されている配線を介して、配線層61−3(図23)の信号線VSLに接続されている。 As described with reference to the circuit diagram of FIG. 20, when eight vertical signal lines are formed, the vertical signal lines VSL0 to VSL7 are formed in the wiring layer 61-4 in the vertical direction in the drawing. . Referring to FIG. 19 again, a via VSLout for outputting an output from the selection transistor to the vertical signal line is formed below the selection transistor (SEL), and this via VSLout is formed in the wiring layer 61-2 (FIG. 22). ) Is connected to the signal line VSL of the wiring layer 61-3 (FIG. 23) via a wiring described as VSL.
配線層61−3の信号線VSLは、信号線SELの下部に形成され、他の信号線と同じく、横方向に直線形状で形成されている。この信号線VLSは、配線層61−4の垂直信号線VSL0乃至7のうちのいずれか1本の垂直信号線VSLと、ビアにより接続されている。 The signal line VSL of the wiring layer 61-3 is formed below the signal line SEL, and is formed in a horizontal linear shape like other signal lines. This signal line VLS is connected to any one of the vertical signal lines VSL0 to VSL7 of the wiring layer 61-4 by a via.
上記した配線の位置や形状などは、一例であり、限定を示す記載ではない。 The positions and shapes of the wirings described above are merely examples, and do not limit the description.
図19乃至図23に示した例では、第3の転送トランジスタであるTRYは、画素50−0と画素50−1にそれぞれTRY0が形成され、このTRY0は、1本の信号線TRY0に接続されている。また画素50−2と画素50−3にそれぞれTRY1が形成され、このTRY1は、1本の信号線TRY1に接続されている。 In the examples shown in FIGS. 19 to 23, TRY as the third transfer transistor has TRY0 formed in each of the pixels 50-0 and 50-1. This TRY0 is connected to one signal line TRY0. ing. TRY1 is formed in each of the pixels 50-2 and 50-3, and this TRY1 is connected to one signal line TRY1.
第3の転送トランジスタ(TRY)は、PD51(PD0乃至3)から電荷保持部54(MEM0乃至3)に、電荷を転送するときに用いられるトランジスタである。グローバルシャッタ方式である場合、PD51から電荷保持部54は、全画素同時に行われる。よって、第3の転送トランジスタ(TRY)の制御は、全画素同一の制御で行うことも可能である。仮に、全画素同一の制御とした場合、全画素で共有される信号線TRYが形成された構成とすることも可能である。
The third transfer transistor (TRY) is a transistor used when transferring charges from the PD 51 (PD0 to PD3) to the charge holding unit 54 (MEM0 to MEM3). In the case of the global shutter method, the operation from the
上記したように、水平方向に配置されている画素、例えば、図19に示した例では、画素50−0と画素50−1で信号線TRY0を共有し、画素50−2と画素50−3で信号線TRY1を共有する構成とすることで、水平方向に配置された画素50に対しては、同一の制御が行え、垂直方向に配置された画素50に対して、異なる制御を行うことが可能となる。
As described above, the pixels arranged in the horizontal direction, for example, in the example shown in FIG. 19, the pixel 50-0 and the pixel 50-1 share the signal line TRY0, and the pixel 50-2 and the pixel 50-3. With the configuration sharing the signal line TRY1, the same control can be performed on the
このようなことが可能となることで、行毎に読み出し制御を行うことが可能となる。行毎に露光時間を変えるといった制御を行うことも可能となる。なお、上記したように、全画素で共有される信号線TRYが形成された構成とすることも可能であり、全画素で共有される信号線TRYとすることで、信号線の数を減らすことができる。よって小スペース化したいときなどには、信号線TRYを、水平方向と垂直方向の両方向で共通化された構成としても良い。 By enabling such operations, it becomes possible to perform read control for each row. It is also possible to perform control such as changing the exposure time for each row. Note that, as described above, a configuration in which the signal line TRY shared by all the pixels is formed is also possible. By using the signal line TRY shared by all the pixels, the number of signal lines can be reduced. Can be. Therefore, when a small space is required, the signal line TRY may be configured to be shared in both the horizontal direction and the vertical direction.
<縦型トランジスタを適用した場合>
図15、図16を参照して説明したように、電荷保持部54からの電荷の読み出しを行うトランジスタを、シリコン基板内まで到達しているゲートを備える縦型トランジスタで読み出すことで、変調力を向上させ、ポテンシャルを深化させた状態で読み出しが行える。
<When a vertical transistor is applied>
As described with reference to FIGS. 15 and 16, the modulation power is read by reading out the transistor from which the charge is read from the
このような縦型トランジスタを、フォトダイオード(PD)からの読み出しに適用することもでき、PDからの読み出しに適用することで、その読み出しに対しても、変調力を向上させ、ポテンシャルを深化させた状態で読み出しが行えるようになる。 Such a vertical transistor can be applied to reading from a photodiode (PD), and by applying to reading from a PD, the modulation power can be improved and the potential can be deepened even in the reading. The reading can be performed in the state in which the reading is performed.
図25、図26を参照し、PDからの読み出しにも縦型トランジスタを適用した場合の画素50の構造について説明する。図25は、図19に示した半導体基板63の平面図と同図であるが、線分A−B−Cを画素50−3の部分に追加してある。この線分A−B−Cにおける断面図を、図26に示す。
With reference to FIGS. 25 and 26, a structure of the
図25、図26を参照するに、線分A−B−Cの部分には、点A側から順に、FD、TRG3、TRX3、TRY1、PD3が配置されている。なお、FD、TRG3、TRX3、TRY1、PD3は、図19乃至24に示した場合と同じ符号を用いている。 Referring to FIGS. 25 and 26, FD, TRG3, TRX3, TRY1, and PD3 are arranged in order from the point A side in the portion of the line segment ABC. Note that FD, TRG3, TRX3, TRY1, and PD3 use the same reference numerals as those shown in FIGS.
FDとMEM3との間には、TRG3が形成されており、このTRG3は、縦型トランジスタで形成されている。図15を参照して説明したように、縦型トランジスタは、MEM3に対して垂直方向と水平方向に形成され、垂直方向に形成されている部分は、シリコン内まで掘り込まれて形成されている。 A TRG3 is formed between the FD and the MEM3, and the TRG3 is formed by a vertical transistor. As described with reference to FIG. 15, the vertical transistor is formed in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the MEM3, and the portion formed in the vertical direction is formed by digging into silicon. .
同様に、PD3とMEM3との間には、TRY1が形成されており、このTRY1は、縦型トランジスタで形成され、MEM3に対して垂直方向と水平方向に形成され、垂直方向に形成されている部分は、シリコン内まで掘り込まれて形成されている。 Similarly, TRY1 is formed between PD3 and MEM3, and this TRY1 is formed of a vertical transistor, is formed vertically and horizontally with respect to MEM3, and is formed vertically. The portion is formed by being dug into silicon.
TRY1は、PD3からMEM3に、電荷を転送するときに用いられるトランジスタである。TRY1を縦型トランジスタで構成することで、PD3からの電荷の読み出しを、変調力を向上させ、ポテンシャルを深化させた状態で行うことができる。 TRY1 is a transistor used when transferring charges from PD3 to MEM3. By configuring TRY1 with a vertical transistor, charges can be read from PD3 in a state where the modulation power is improved and the potential is deepened.
このように、PD3(フォトダイオード51)からの読み出しを行うトランジスタ(TRY)と、MEM3(電荷保持部54)からの読み出しを行うトランジスタ(TRG)を、それぞれ縦型トランジスタで構成することで、フォトダイオード51からの読み出しと、電荷保持部54からの読み出しを、変調力を向上させ、ポテンシャルを深化させた状態で行うことができる。
As described above, the transistor (TRY) for reading from the PD3 (photodiode 51) and the transistor (TRG) for reading from the MEM3 (charge holding unit 54) are each configured by a vertical transistor, so that Reading from the
よって、フォトダイオード51と電荷保持部54の飽和(ダイナミックレンジ)を向上させることができる。
Therefore, the saturation (dynamic range) of the
フォトダイオード51からの読み出しを行うトランジスタを、縦型トランジスタで形成するのは、上記した実施の形態、および以下に説明する実施の形態に対して適用可能である。
Forming a transistor for reading from the
<変換効率切替トランジスタを有する構成>
次に、変化効率切替トランジスタを有する画素(共有単位の画素群)について説明する。図27は、変換効率切替トランジスタ401を備える1共有単位の画素群の構成を示す図である。
<Configuration Having Conversion Efficiency Switching Transistor>
Next, a pixel having a change efficiency switching transistor (a pixel group in a sharing unit) will be described. FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration of a pixel group of one sharing unit including the conversion
図27に示した1共有単位の画素群の構成は、図3に示した1共有単位の画素群の構成に、変換効率切替トランジスタ401を追加した点以外は、基本的に同様であるため、その説明は省略する。
The configuration of the pixel group of one sharing unit shown in FIG. 27 is basically the same as that of the pixel group of one sharing unit shown in FIG. 3 except that a conversion
変換効率切替トランジスタ401はオンにされると、FD125の浮遊拡散領域が拡大し、FD125の容量が増え、変換効率が下げられるように構成されている。
When the conversion
図28は、図10と同じく、FD125を昇圧する構成を有する4画素共有の画素構造を示す図である。図28では説明のためPD51、FD125、FD配線126を示したが、図27に示したように、TRXゲート73なども配置されている。
FIG. 28 is a diagram showing a pixel structure of four pixels sharing having a configuration for boosting the
FD125−1とFD125−2は、FD配線126で接続されている。FD配線126の右側には、FD昇圧配線301−1が形成され、左側には、FD昇圧配線301−2が形成されている。このような構成は、図10に示した構成と同様である。
FD125-1 and FD125-2 are connected by
さらに、図28に示した構成においては、FD昇圧配線301の外側に、FD変換用配線411が形成されている。また、FD125−2の下側には、変換効率切替トランジスタ401(図中、FDGと記載)が形成されている。
Further, in the configuration shown in FIG. 28,
変換効率切替トランジスタ401がオフの状態のときは、FD配線126とFD変換用配線411は、非接続の状態であり、FD125の容量としては、FD125−1、FD125−2、およびFD配線126を合わせた容量の状態である。
When the conversion
変換効率切替トランジスタ401がオンにされると、FD配線126とFD変換用配線411は、接続された状態となり、FD125の容量としては、FD125−1、FD125−2、FD配線126、およびFD変換用配線411を合わせた容量の状態となる。
When the conversion
変換効率切替トランジスタ401がオンの状態のときは、FD変換用配線411の分だけ、FD125の浮遊拡散領域が拡大し、変換効率が下がった状態となる。
When the conversion
変換効率切替トランジスタ401と、FD変換用配線411を備える画素においては、変換効率切替トランジスタ401がオフの状態のときに、FD昇圧配線301によるFD125の昇圧が行われるようにしても良い。また変換効率切替トランジスタ401がオンの状態のときに、FD昇圧配線301によるFD125の昇圧が行われるようにしても良い。また変換効率切替トランジスタ401のオン、オフに係わらず、FD昇圧配線301によるFD125の昇圧が行われるようにしても良い。
In a pixel including the conversion
変換効率切替トランジスタ401がオンの状態のときは、FD125の浮遊拡散領域が拡大し、変換効率が下がった状態となるため、FD昇圧配線301によるFD125の昇圧が行われるようにすることで、変換効率が下がるようなことを防ぐことができる。
When the conversion
変換効率切替トランジスタ401のオン、オフに係わらず、FD昇圧配線301によるFD125の昇圧が行われるようにした場合、変換効率切替トランジスタ401がオンのときにFD125を昇圧させるためのFD昇圧配線301と、変換効率切替トランジスタ401がオフのときにFD125を昇圧させるためのFD昇圧配線301とは異なる配線として別々に設けても良い。
When the
例えば、図27に示したようにFD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2が形成されている場合、変換効率切替トランジスタ401がオフのときには、FD昇圧配線301−1によるFD125の昇圧が行われ、変換効率切替トランジスタ401がオンのときには、FD昇圧配線301−1とFD昇圧配線301−2によるFD125の昇圧が行われるようにしても良い。
For example, when the FD boost wiring 301-1 and the FD boost wiring 301-2 are formed as shown in FIG. 27, when the conversion
また、変換効率切替トランジスタ401がオンのときとオフのときとでは、FD昇圧配線301にかけられる電圧が異なるように制御されるようにしても良い。
Further, the voltage applied to the
<具体的な配線形状>
次に、変換効率切替トランジスタ401を有する画素におけるFD配線126やFD昇圧配線301の具体的な形状の一例について説明を加える。図29は、半導体基板63の平面図であり、PD51などの配置位置や形状の具体的な一例を示す図である。図30、図31は、図29に示した構成に対応する回路図である。
<Specific wiring shape>
Next, an example of a specific shape of the
図29は、2×2に配置された4画素を1共有単位としたときの図である。左下に画素50−0が配置され、右下に画素50−1が配置され、左上に画素50−2が配置され、右上に画素50−3が配置されている。基本的な配置や形状は、図19に示した画素と同様であり、図19に示した画素に、変換効率切替トランジスタ401を追加した構成とされている点が異なる。
FIG. 29 is a diagram when four pixels arranged in 2 × 2 are set as one sharing unit. Pixel 50-0 is arranged at the lower left, pixel 50-1 is arranged at the lower right, pixel 50-2 is arranged at the upper left, and pixel 50-3 is arranged at the upper right. The basic arrangement and shape are the same as those of the pixel shown in FIG. 19, and are different in that a conversion
変換効率切替トランジスタ401(図29中ではFDGと記載)は、画素50−0と画素50−1との間に形成されている。画素50−2と画素50−3との間には、SEL(選択トランジスタ133に該当)、AMP(増幅トランジスタ132に該当)、RST(リセットトランジスタ131に該当)、およびFD(FD125に該当)が形成されている。 The conversion efficiency switching transistor 401 (denoted as FDG in FIG. 29) is formed between the pixel 50-0 and the pixel 50-1. SEL (corresponding to the selection transistor 133), AMP (corresponding to the amplification transistor 132), RST (corresponding to the reset transistor 131), and FD (corresponding to FD125) are provided between the pixel 50-2 and the pixel 50-3. Is formed.
各画素50には、PD、OFD、OFG、TRY、TRX、およびTRGが形成されている。また、TRYとTRXが形成されている領域には、MEM(電荷保持部54に該当)が形成されている。
In each
画素50に形成されているPD、OFD、OFG、TRY、TRY、TRG、MEMは、図30、図31に示した回路図のように接続されている。1画素における回路構成については、図13を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。ただし、図29以降に示した画素の構成においては、TRYは、画素毎に形成され、画素毎に制御されるように構成されている場合を例示してある。
PD, OFD, OFG, TRY, TRY, TRG, and MEM formed in the
図30、図31に示した回路図において、FD1は、FD125に該当する部分を表し、FD2は、FD変換用配線411を表す。変換効率切替トランジスタ401がオンの状態になると、FD1とFD2が1つのFDとして機能するように構成されている。
In the circuit diagrams shown in FIGS. 30 and 31, FD1 represents a portion corresponding to the FD125, and FD2 represents the
図32は、図29に示した半導体基板63に積層されている配線層61−1に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−1には、半導体基板63に形成されているPDの位置に、例えば金属で形成された遮光膜が形成されている。
FIG. 32 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wiring and the like wired in the wiring layer 61-1 stacked on the
また配線層61−1には、図29に示した半導体基板63の画素50のTRYが形成されている部分には、TRYのゲートが形成されている。同じく、配線層61−1には、TRXのゲート、TRGのゲートが形成されている。また、配線層61−1には、変換効率切替トランジスタ401(FDG)のゲートも形成されている。
In the wiring layer 61-1, a TRY gate is formed in a portion of the
また配線層61−1には、半導体基板63内に形成されているFD領域を配線層61−2に形成されたFD配線126と接続されるビアが形成されている。また、配線層61−1には、FD変換用配線411(図32中、FD2と記載してある配線)が形成されている。
Further, vias are formed in the wiring layer 61-1 to connect the FD region formed in the
図33は、図32に示した配線層61−1に積層されている配線層61−2に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−2には、半導体基板63に形成されているFD125の領域を接続するFD配線126(図中、FD1と記載してある配線)が形成されている。このFD配線126に近接し、平行する形状で、FD昇圧配線301(図33中、FOBと記載されている配線)が形成されている。図33に示した例は、FD配線126を中心として、左右にFD昇圧配線301が形成されている例を示している。
FIG. 33 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wirings and the like wired in the wiring layer 61-2 laminated on the wiring layer 61-1 illustrated in FIG. In the wiring layer 61-2, an FD wiring 126 (a wiring described as FD1 in the drawing) for connecting a region of the
図34は、図33に示した配線層61−2に積層されている配線層61−3に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−3には、制御信号線が図中横方向(水平方向)に形成されている。図23に示した変換効率切替トランジスタ401が無い場合の画素の配線層61−3と同じく、制御信号線として、信号線OFD、信号線OFG、信号線TRY、信号線TRX、信号線RST、信号線VDD、信号線VSS、信号線SELが形成されている。また、変換効率切替トランジスタ401を制御する信号を供給する信号線FDGも形成されている。また、画素毎に、TRYが設けられているため、TRY0乃至TRY3も形成されている。
FIG. 34 is a diagram illustrating an arrangement and a shape of wirings and the like wired in a wiring layer 61-3 stacked on the wiring layer 61-2 illustrated in FIG. Control signal lines are formed in the wiring layer 61-3 in the horizontal direction (horizontal direction) in the drawing. Similarly to the wiring layer 61-3 of the pixel without the conversion
図35は、図34に示した配線層61−3に積層されている配線層61−4に配線されている配線などの配置や形状を表す図である。配線層61−4には、垂直信号線が形成されている。配線層61−4には、垂直信号線VSL0乃至3が、図中縦方向(垂直方向)に形成されている。 FIG. 35 is a diagram illustrating the arrangement and shape of the wiring and the like wired in the wiring layer 61-4 stacked on the wiring layer 61-3 illustrated in FIG. Vertical signal lines are formed in the wiring layer 61-4. Vertical signal lines VSL0 to VSL3 are formed in the wiring layer 61-4 in the vertical direction (vertical direction) in the drawing.
上記した配線の位置や形状などは、一例であり、限定を示す記載ではない。 The positions and shapes of the wirings described above are merely examples, and do not limit the description.
本技術によれば、PDからの電荷を一旦蓄積する電荷保持部を有し、グローバルシャッタ方式で撮影を行うときに、FDの昇圧量を確保し、変換効率を向上させることができる。また本技術によれば、複数の画素で、FDを共有する構成のときに、共有するFDを接続する配線の近傍にFDを昇圧させるための配線を形成することで、FDの昇圧量を確保する構成とすることができる。 According to the present technology, a charge holding unit that temporarily accumulates charges from a PD is provided, and when photographing is performed using the global shutter method, the amount of boost of the FD can be secured and the conversion efficiency can be improved. Further, according to the present technology, in a configuration in which a plurality of pixels share an FD, a wiring for boosting the FD is formed in the vicinity of a wiring connecting the FD to be shared, thereby securing a boost amount of the FD. Configuration.
本技術によれば、ダイナミックレンジを確保し、ノイズを低減させることができる。 According to the present technology, it is possible to secure a dynamic range and reduce noise.
<電子機器>
本技術は、撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
<Electronic equipment>
The present technology is not limited to application to an imaging device, but includes an imaging device such as a digital still camera or a video camera, a mobile terminal device having an imaging function such as a mobile phone, and a copy using the imaging device for an image reading unit. The present invention can be applied to all electronic devices using an imaging device for an image capturing unit (photoelectric conversion unit), such as a device. It should be noted that there is also a case where the imaging device is a module type mounted on an electronic device, that is, a camera module.
図36は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。図36に示すように、本開示の撮像装置600は、レンズ群601等を含む光学系、撮像素子602、カメラ信号処理部であるDSP回路603、フレームメモリ604、表示装置605、記録装置606、操作系607、及び、電源系608等を有している。
FIG. 36 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device that is an example of the electronic device of the present disclosure. As illustrated in FIG. 36, an
そして、DSP回路603、フレームメモリ604、表示装置605、記録装置606、操作系607、及び、電源系608がバスライン609を介して相互に接続された構成となっている。CPU610は、撮像装置600内の各部を制御する。
A
レンズ群601は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子602の撮像面上に結像する。撮像素子602は、レンズ群601によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子602として、先述した実施の形態に係る撮像素子(イメージセンサ)を用いることができる。
The
表示装置605は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子602で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置606は、撮像素子602で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
The
操作系607は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系608は、DSP回路603、フレームメモリ604、表示装置605、記録装置606、及び、操作系607の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
The
このような撮像装置600は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。そして、この撮像装置600において、撮像素子602として先述した実施形態に係る撮像素子を用いることができる。
Such an
<内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
<Example of application to endoscopic surgery system>
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
図37は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 FIG. 37 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (the present technology) according to the present disclosure may be applied.
図37では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
FIG. 37 illustrates a state in which an operator (doctor) 11131 performs an operation on a
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
The
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
An opening in which the objective lens is fitted is provided at the tip of the
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
An optical system and an image sensor are provided inside the
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
The
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
The
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
The
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
The
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
The treatment tool control device 11205 controls driving of the
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
The
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
The driving of the
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
In addition, the
図38は、図37に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 38 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
The
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
The
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
The
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
Further, the
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
The driving
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
The
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
In addition, the
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
Note that the above-described imaging conditions such as the frame rate, the exposure value, the magnification, and the focus may be appropriately designated by the user, or may be automatically set by the
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
The camera
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
The
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
Further, the
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
The
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
The
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
In addition, the
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
A
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
Here, in the illustrated example, communication is performed by wire using the
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。 Although the endoscopic surgery system has been described as an example here, the technology according to the present disclosure may be applied to, for example, a microscopic surgery system and the like.
<移動体への応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<Example of application to moving objects>
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on any type of mobile object such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
図39は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 39 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a moving object control system to which the technology according to the present disclosure may be applied.
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図39に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
The drive
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
The
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
Out-of-vehicle
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
The
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
The in-vehicle
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図39の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
The sound
図40は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
FIG. 40 is a diagram illustrating an example of an installation position of the
図40では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
In FIG. 40, the
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
The
なお、図40には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
Note that FIG. 40 shows an example of the imaging range of the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
At least one of the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
For example, based on the distance information obtained from the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
For example, the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
At least one of the
本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。 In this specification, the system represents the entire device including a plurality of devices.
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。 It should be noted that the effects described in this specification are merely examples and are not limited, and may have other effects.
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Note that embodiments of the present technology are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present technology.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
受光した光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部と
を含む画素と、
複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線と
を備える撮像装置。
(2)
グローバルシャッタ方式で撮影を行う
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記昇圧線は、複数の前記フローティングディフュージョンを接続する接続配線の近傍に、少なくとも一部が平行となる形状で形成されている
前記(1)または(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記昇圧線と前記接続配線は、同層に形成されている
前記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記昇圧線と前記接続配線は、異層に形成されている
前記(3)に記載の撮像装置。
(6)
前記昇圧線は、前記フローティングディフュージョンの電位に応じた電圧信号を出力する増幅トランジスタのゲートに接続されている
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記フローティングディフュージョンの容量を切り替える切替部をさらに備える
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記保持部から電荷を読み出す読み出しゲートをさらに備え、
前記読み出しゲートは、前記光電変換部に対して垂直方向と水平方向に形成されている
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記光電変換部からの電荷の読み出しは、CCD方式で行われる
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記昇圧線に所定の電圧の印加を制御する制御線と、前記接続配線は、直交している
前記(3)乃至(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
前記昇圧線に所定の電圧の印加を制御する制御線と、前記接続配線は、平行している
前記(3)乃至(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(12)
受光した光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部と
を含む画素と、
複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線と
を備える撮像装置と
前記撮像装置からの信号を処理する処理部と
を備える電子機器。
Note that the present technology can also have the following configurations.
(1)
A photoelectric conversion unit that converts received light into electric charges,
A holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit; and
A floating diffusion that is shared by the plurality of pixels and holds the charge transferred from the holding unit;
And a booster line for boosting the floating diffusion.
(2)
The imaging device according to (1), which performs imaging using a global shutter method.
(3)
The imaging device according to (1) or (2), wherein the booster line is formed in a shape in which at least a part thereof is parallel to a vicinity of a connection wiring connecting the plurality of floating diffusions.
(4)
The imaging device according to (3), wherein the boosting line and the connection wiring are formed in the same layer.
(5)
The imaging device according to (3), wherein the boosting line and the connection wiring are formed in different layers.
(6)
The imaging device according to any one of (1) to (5), wherein the boost line is connected to a gate of an amplification transistor that outputs a voltage signal corresponding to a potential of the floating diffusion.
(7)
The imaging device according to any one of (1) to (6), further including a switching unit configured to switch a capacity of the floating diffusion.
(8)
A read gate for reading out electric charges from the holding unit,
The imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the read gate is formed in a vertical direction and a horizontal direction with respect to the photoelectric conversion unit.
(9)
The imaging device according to any one of (1) to (8), wherein the reading of the charge from the photoelectric conversion unit is performed by a CCD method.
(10)
The imaging device according to any one of (3) to (9), wherein a control line that controls application of a predetermined voltage to the boost line and the connection line are orthogonal to each other.
(11)
The imaging device according to any one of (3) to (9), wherein a control line that controls application of a predetermined voltage to the boost line and the connection line are parallel.
(12)
A photoelectric conversion unit that converts received light into electric charges,
A holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit; and
A floating diffusion that is shared by the plurality of pixels and holds the charge transferred from the holding unit;
An electronic apparatus comprising: an imaging device including: a boosting line that boosts the floating diffusion; and a processing unit that processes a signal from the imaging device.
30 イメージセンサ, 41 画素アレイ部, 42 垂直駆動部, 43 カラム処理部, 44 水平駆動部, 45 システム制御部, 46 画素駆動線, 47 垂直信号線, 48 信号処理部, 49 データ格納部, 50 画素, 54 電荷保持部, 61 配線層, 62 酸化膜, 63 半導体基板, 64 遮光層, 65 カラーフィルタ層, 66 オンチップレンズ, 67 PD領域, 68 電荷保持領域, 71 配線, 72 層間絶縁膜, 73 TRXゲート, 74 表面ピニング層, 75 画素間分離領域, 76 遮光部, 77 高誘電率材料膜, 121 排出トランジスタ, 122 OFGゲート, 124 第2の転送トランジスタ, 125 浮遊拡散領域, 126 FD昇圧配線, 131 リセットトランジスタ, 132 増幅トランジスタ, 133 選択トランジスタ, 301 FD昇圧配線, 331 読み出しゲート, 401 変換効率切替トランジスタ, 411 FD変換用配線
Claims (12)
前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部と
を含む画素と、
複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線と
を備える撮像装置。 A photoelectric conversion unit that converts received light into electric charges,
A holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit; and
A floating diffusion that is shared by the plurality of pixels and holds the charge transferred from the holding unit;
And a booster line for boosting the floating diffusion.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein imaging is performed by a global shutter method.
請求項1に記載の撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1, wherein the boosting line is formed in a shape in which at least a part thereof is parallel to a vicinity of a connection wiring connecting the plurality of floating diffusions. 3.
請求項3に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 3, wherein the boosting line and the connection wiring are formed in the same layer.
請求項3に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 3, wherein the boosting line and the connection wiring are formed in different layers.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the boost line is connected to a gate of an amplification transistor that outputs a voltage signal corresponding to a potential of the floating diffusion.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, further comprising a switching unit configured to switch a capacity of the floating diffusion.
前記読み出しゲートは、前記光電変換部に対して垂直方向と水平方向に形成されている
請求項1に記載の撮像装置。 A read gate for reading out electric charges from the holding unit,
The imaging device according to claim 1, wherein the read gate is formed in a vertical direction and a horizontal direction with respect to the photoelectric conversion unit.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the reading of the charge from the photoelectric conversion unit is performed by a CCD method.
請求項3に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 3, wherein a control line that controls application of a predetermined voltage to the boost line and the connection line are orthogonal to each other.
請求項3に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 3, wherein a control line that controls application of a predetermined voltage to the boost line and the connection line are parallel.
前記光電変換部から転送されてきた電荷を保持する保持部と
を含む画素と、
複数の前記画素で共有され、前記保持部から転送されてきた電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンを昇圧する昇圧線と
を備える撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する処理部と
を備える電子機器。 A photoelectric conversion unit that converts received light into electric charges,
A holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit; and
A floating diffusion that is shared by the plurality of pixels and holds the charge transferred from the holding unit;
An imaging device comprising: a boosting line for boosting the floating diffusion;
A processing unit that processes a signal from the imaging device.
Priority Applications (4)
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