JP4389737B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
上記固体撮像装置において、前記基板が、前記変調用キャリアポケットと前記第2の転送用蓄積ウェルとの間に配置された第2の転送経路をさらに含み、前記第2の転送経路が前記第1の導電型を有する第1の拡散層を含み、前記第2の転送経路上に前記第2の導電型を有する第2の拡散層が位置する、ことが望ましい。
このような構成によれば、基板変調型センサにおいて、CDS機能を実現しながら、一括電子シャッター機能も実現でき、セルピッチを小さくして微細化でき、さらにライン毎に転送ゲート線を独立に転送制御することができる固体撮像装置の駆動方法を実現することができる。
このような構成によれば、基板変調型のセンサにおいて、CDS機能を実現しながら、一括電子シャッター機能も実現でき、セルピッチを小さくして微細化でき、さらにライン毎に転送ゲート線を独立に転送制御することができる固体撮像装置を実現することができる。
まず、本発明の実施の形態に係わる固体撮像素子装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係わる固体撮像装置の平面形状を示す平面図である。図2は、図1のA−A'線に沿った断面図である。
さらに、図1に示すように、転送ゲート22の所定位置には、基板1表面近傍にN+層のゲートコンタクト領域22aが形成される。
次に、図1を参照しながら、より詳細に、複数のセンサセルの配置について説明する。
上述したように、転送トランジスタ形成領域TTは、フォトダイオード形成領域PDと対応する変調トランジスタ形成領域TMの間に設けられている。転送トランジスタ形成領域TTの転送トランジスタTrの転送ゲート22は、フォトダイオード形成領域PDの一辺に沿った部分と、リングゲート5の外周形状(図1では8角形)に沿って切り取られた部分とを有する略矩形形状を有する。そして、転送ゲート22は、基板1の表面にゲート絶縁膜21を介して設けられている。
図6は、本実施の形態の固体撮像装置の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。図6に示すように、1フレーム期間Fは、リセット期間(R1)、蓄積期間(A)、一括転送期間(T)及び画素信号読み出し期間(S)の4つの期間を含む。
一括転送期間(T)においては、各転送ゲート22は、1.5Vから0Vになり、ゲート5は1.0Vで、ドレイン13は1.0Vから3.3Vになり、ソース12は1.0Vである。
このようにして、第1行目の画素信号の読み出しが行われる。
このようにして、第2行目と第3行目の画素信号の読み出しが行われる。
次に、第5行目のラインのフォトダイオード形成領域PDの光電発生電荷を読み出す場合のリセット動作として、ゲート線G(3)、ドレイン線D及びソース線Sの各電圧を制御して、第5行目の各変調トランジスタTmのキャリアポケット7の電荷を排出する。具体的には、このリセット時、ゲート線G(3)は1.0Vからに8Vになり、ドレイン線Dは3.3Vから6.0Vになり、ソース線Sは1.0Vから6.0Vになる。
このようにして、第4行目と第5行目の画素信号の読み出しが行われる。
Claims (6)
- 第1の導電型を有する変調用キャリアポケットと、第1の導電型を有し光発生電荷を蓄積する第1の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第1のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第1の蓄積ウェルとの間に位置する第1の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第1の転送用蓄積ウェル内に位置する第1の転送用キャリアポケットと、第1の導電型を有し前記光発生電荷を蓄積する第2の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第2のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第2の蓄積ウェルとの間に位置する第2の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第2の転送用蓄積ウェル内に位置する第2の転送用キャリアポケットと、を含む基板と、
前記変調用キャリアポケットを覆うリングゲートと、
前記リングゲートに接続され、第1の方向に沿って延びるゲート線と、
前記第1の転送用蓄積ウェルおよび前記第1の転送用キャリアポケットを覆う第1の転送ゲートと、
前記第1の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第1の転送ゲート線と、
前記第2の転送用蓄積ウェルおよび前記第2の転送用キャリアポケットを覆う第2の転送ゲートと、
前記第2の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第2の転送ゲート線と、を備え、
前記リングゲートと前記変調用キャリアポケットとが、前記変調用キャリアポケットに転送された光発生電荷を用いて制御された閾値電圧に基づき信号を出力する変調トランジスタを構成し、
前記第1の蓄積ウェルと前記第1のウェルとが第1の光電変換素子を構成し、
前記第2の蓄積ウェルと前記第2のウェルとが第2の光電変換素子を構成し、
前記第1の転送ゲートと前記第1の転送用蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとが、前記第1の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第1の転送制御素子を構成し、
前記第2の転送ゲートと前記第2の転送用蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとが、前記第2の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第2の転送制御素子を構成し、
前記変調トランジスタと、前記第1の光電変換素子と、前記第2の光電変換素子と、前記第1の転送制御素子と、および前記第2の転送制御素子とが2次元マトリックスに配列され、前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとの間に前記ゲート線が配置され、
前記第1の蓄積ウェルの一部が前記第1の転送ゲートに覆われ、
前記第2の蓄積ウェルの一部が前記第2の転送ゲートに覆われる、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1に記載の固体撮像装置において、
前記基板が、前記変調用キャリアポケットと前記第1の転送用蓄積ウェルとの間に配置された第1の転送経路をさらに含み、
前記第1の転送経路が前記第1の導電型を有する第1の拡散層を含み、
前記第1の転送経路上に前記第2の導電型を有する第2の拡散層が位置する、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記基板が、前記変調用キャリアポケットと前記第2の転送用蓄積ウェルとの間に配置された第2の転送経路をさらに含み、
前記第2の転送経路が前記第1の導電型を有する第1の拡散層を含み、
前記第2の転送経路上に前記第2の導電型を有する第2の拡散層が位置する、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、
さらに、前記第1の蓄積ウェルにおいて過剰となった光発生電荷と、前記第2の蓄積ウェルにおいて過剰となった光発生電荷と、を排出する排出手段を有する、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 第1の導電型を有する変調用キャリアポケットと、第1の導電型を有し光発生電荷を蓄積する第1の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第1のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第1の蓄積ウェルとの間に位置する第1の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第1の転送用蓄積ウェル内に位置する第1の転送用キャリアポケットと、第1の導電型を有し前記光発生電荷を蓄積する第2の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第2のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第2の蓄積ウェルとの間に位置する第2の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第2の転送用蓄積ウェル内に位置する第2の転送用キャリアポケットと、を含む基板と、前記変調用キャリアポケットを覆うリングゲートと、前記リングゲートに接続され、第1の方向に沿って延びるゲート線と、前記第1の転送用蓄積ウェルおよび前記第1の転送用キャリアポケットを覆う第1の転送ゲートと、前記第1の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第1の転送ゲート線と、前記第2の転送用蓄積ウェルおよび前記第2の転送用キャリアポケットを覆う第2の転送ゲートと、前記第2の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第2の転送ゲート線と、を備え、前記リングゲートと前記変調用キャリアポケットとが、前記変調用キャリアポケットに転送された光発生電荷を用いて制御された閾値電圧に基づき信号を出力する変調トランジスタを構成し、前記第1の蓄積ウェルと前記第1のウェルとが第1の光電変換素子を構成し、前記第2の蓄積ウェルと前記第2のウェルとが第2の光電変換素子を構成し、前記第1の転送ゲートと前記第1の転送用蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとが、前記第1の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第1の転送制御素子を構成し、前記第2の転送ゲートと前記第2の転送用蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとが、前記第2の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第2の転送制御素子を構成し、前記変調トランジスタと、前記第1の光電変換素子と、前記第2の光電変換素子と、前記第1の転送制御素子と、および前記第2の転送制御素子とが2次元マトリックスに配列され、前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとの間に前記ゲート線が配置され、前記第1の蓄積ウェルの一部が前記第1の転送ゲートに覆われ、前記第2の蓄積ウェルの一部が前記第2の転送ゲートに覆われる固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとに同時に第1の電圧を印加し、前記第1の蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとの間、および前記第2の蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記第1の蓄積ウェルと前記第2の蓄積ウェルに光発生電荷を蓄積する第1工程と、
前記第1工程のあと、前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとに同時に第2の電圧を印加し、前記第1の蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとの間、および前記第2の蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成されない状態に、かつ、前記第1の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間、および前記第2の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記第1の蓄積ウェルから前記第1の転送用キャリアポケットに、前記第2の蓄積ウェルから前記第2の転送用キャリアポケットに、それぞれ光発生電荷を転送する第2工程と、
前記第2工程のあと、前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとに同時に第3の電圧を印加し、前記第1の蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとの間、および前記第2の蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に、かつ、前記第1の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間、および前記第2の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記第1の転送用キャリアポケットと前記第2の転送用キャリアポケットに光発生電荷を保持し、前記ゲート線、前記変調トランジスタのドレイン領域に接続されるドレイン線、および前記変調トランジスタのソース領域に接続されるソース線のそれぞれの電圧を制御して前記変調用キャリアポケット内の電荷を排出するリセット動作を行う第3工程と、
前記第3工程のあと、前記ゲート線、前記ドレイン線、および前記ソース線のそれぞれの電圧を制御し、前記変調用キャリアポケット内の電荷量に基づいて前記変調トランジスタからノイズ成分の読み出しを行う第4工程と、
前記第4工程のあと、前記第1の転送ゲートに第4の電圧を印加し、前記第1の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成されない状態に、かつ前記第1の蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記第1の転送用キャリアポケットから前記変調用キャリアポケットに光発生電荷を転送する第5工程と、
前記第5工程のあと、前記第1の転送ゲートに第5の電圧を印加し、前記第1の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記変調トランジスタから前記第1の光電変換素子に基づく信号を出力する第6工程と、
前記第6工程のあと、前記ゲート線、前記ドレイン線、および前記ソース線のそれぞれの電圧を制御して前記変調用キャリアポケット内の電荷を排出するリセット動作を行う第7工程と、
前記第7工程のあと、前記ゲート線、前記ドレイン線、および前記ソース線のそれぞれの電圧を制御し、前記変調用キャリアポケット内の電荷量に基づいて前記変調トランジスタからノイズ成分の読み出しを行う第8工程と、
前記第8工程のあと、前記第2の転送ゲートに第6の電圧を印加し、前記第2の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成されない状態に、かつ前記第2の蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記第2の転送用キャリアポケットから前記変調用キャリアポケット域に光発生電荷を転送する第9工程と、
前記第9工程のあと、前記第2の転送ゲートに第7の電圧を印加し、前記第2の転送用キャリアポケットと前記変調用キャリアポケットとの間に電位障壁が形成される状態に制御して、前記変調トランジスタから前記第2の光電変換素子に基づく信号を出力する第10工程と、を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 第1の導電型を有する変調用キャリアポケットと、第1の導電型を有し前記光発生電荷を蓄積する第1の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第1のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第1蓄積ウェルとの間に位置する第1の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第1の転送用蓄積ウェル内に位置する第1の転送用キャリアポケットと、第1の導電型を有し前記光発生電荷を蓄積する第2の蓄積ウェルと、第2の導電型を有する第2のウェルと、第1の導電型を有し前記変調用キャリアポケットと前記第2蓄積ウェルとの間に位置する第2の転送用蓄積ウェルと、第1の導電型を有し前記第2の転送用蓄積ウェル内に位置する第2の転送用キャリアポケットと、を含む基板と、
前記変調用キャリアポケットを覆うリングゲートと、
前記リングゲートに接続され、第1の方向に沿って延びるゲート線と、
前記第1の転送用蓄積ウェルおよび前記第1の転送用キャリアポケットを覆う第1の転送ゲートと、
前記第1の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第1の転送ゲート線と、
前記第2の転送用蓄積ウェルおよび前記第2の転送用キャリアポケットを覆う第2の転送ゲートと、
前記第2の転送ゲートに接続され、前記第1の方向に沿って延びる第2の転送ゲート線と、を備え、
前記リングゲートと前記変調用キャリアポケットとが、前記変調用キャリアポケットに転送された光発生電荷を用いて制御された閾値電圧に基づき信号を出力する変調トランジスタを構成し、
前記第1の蓄積ウェルと前記第1のウェルとが第1の光電変換素子を構成し、
前記第2の蓄積ウェルと前記第2のウェルとが第2の光電変換素子を構成し、
前記第1の転送ゲートと前記第1の転送用蓄積ウェルと前記第1の転送用キャリアポケットとが、前記第1の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第1の転送制御素子を構成し、
前記第2の転送ゲートと前記第2の転送用蓄積ウェルと前記第2の転送用キャリアポケットとが、前記第2の光電変換素子から前記変調トランジスタへ光発生電荷を転送する第2の転送制御素子を構成し、
前記変調トランジスタと、前記第1の光電変換素子と、前記第2の光電変換素子と、前記第1の転送制御素子と、および前記第2の転送制御素子とが2次元マトリックスに配列され、前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとの間に前記ゲート線が配置され、
前記第1の蓄積ウェルの一部が前記第1の転送ゲートに覆われ、
前記第2の蓄積ウェルの一部が前記第2の転送ゲートに覆われ、
前記第1の転送ゲートは矩形形状から前記矩形形状の角の一部である第1の領域が切り取られた形状を有し、前記第1の領域の一部に前記リングゲートの一部が配置された、
ことを特徴とする固体撮像装置。
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