JP4846409B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
- H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
Description
図8Dに示すように、タイミングt4で駆動信号φ1が読み出し電圧となり、φ1を印加された画素PIX1から垂直電荷転送路VCCDにタイミングt2からt4までの長期間tLの蓄積電荷が読み出される。
11 出力調整部
12 選択部
13 信号スライス部
15 出力合成部
21 半導体基板
22 ウエル
23a、b 電荷蓄積領域
24a、b 埋め込み領域
25、25a、b 垂直電荷転送路
26a、b 垂直転送電極
27a、b 遮光膜
28a、b 分離領域
29a、b 読み出しゲート
30 平坦化膜
31 カラーフィルタ
33 絶縁膜
PIX 画素
PH 水平方向ピッチ
PV 垂直方向ピッチ
VCCD 垂直電荷転送路
HCCD 水平電荷転送路
OA 出力アンプ
VOD オーバーフロードレイン電圧
EL 下層ポリシリコン電極
EM 中層ポリシリコン電極
EU 上層ポリシリコン電極
Φ1、Φ2A、Φ2B、Φ3 駆動信号
CTL 制御回路
SC 合成信号
CS チャネルストップ領域
Claims (20)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記第1導電型と逆導電型の第2導電型を有するウエルと、
前記ウエルに行列状に形成された前記第1導電型の多数の電荷蓄積領域であって、第1の電荷蓄積領域群と第2の電荷蓄積領域群とを含み、第1の電荷蓄積領域群の行と第2の電荷蓄積領域群の行とが列方向に沿って隣接して配置され、入射光量に応じて生成された電荷を蓄積する多数の電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域に隣接して前記ウエルに形成された前記第2導電型の多数の読み出しゲートであって、前記第1の電荷蓄積領域群に隣接し、第1のゲート長と第1の不純物濃度を備える第1の読み出しゲート群と、前記第2の電荷蓄積領域群に隣接し、第2のゲート長と第2の不純物濃度を備える第2の読み出しゲート群とを含む、多数の読み出しゲートと、
前記読み出しゲートを介して前記電荷蓄積領域に隣接し、前記電荷蓄積領域の列方向に沿って前記ウエルに形成された前記第1導電型の垂直転送路と、
前記電荷蓄積領域の行方向に沿って前記半導体基板上方に形成され、前記垂直転送路を横断する転送電極と、
隣接する前記第1の電荷蓄積領域群、前記第2の電荷蓄積領域群の2画素上に同一色カラーフィルタが配置されるように、前記各電荷蓄積領域上方に形成されたカラーフィルタ群と、
前記各垂直転送路の一端に結合された水平転送路と、
前記第1の読み出しゲート上方の前記転送電極に印加して、前記第1の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を前記垂直転送路に読み出す第1の電圧、及び、前記第2の読み出しゲート上方の前記転送電極に印加して、前記第2の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を前記垂直転送路に読み出す第2の電圧を制御することのできる制御回路と
を有し、
前記第1のゲート長、前記第1の不純物濃度、及び前記第1の電圧のうち、少なくとも一つを選択することにより、前記第1の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を、アバランシェ破壊による電荷の増倍を積極的に伴って前記垂直転送路に読み出し、前記第2のゲート長、前記第2の不純物濃度、及び前記第2の電圧のうち、少なくとも一つを選択することにより、前記第2の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を、アバランシェ破壊による電荷の増倍を積極的には伴わずに前記垂直転送路に読み出す固体撮像装置。 - 前記第2のゲート長が、前記第1のゲート長よりも長い請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記転送電極は、前記第2の読み出しゲート上方における電極長が、前記第1の読み出しゲート上方における電極長よりも長い請求項2に記載の固体撮像装置。
- 前記第1のゲート長が0.3μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の不純物濃度が、前記第2の不純物濃度よりも高い請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の電圧が、前記第2の電圧よりも高い請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の電荷蓄積領域の形成深さは、前記第2の電荷蓄積領域の形成深さよりも深い請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の電荷蓄積領域の形成深さが、3μm以上8μm以下である請求項7に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の電荷蓄積領域の形成深さが、0.1μm以上2μm以下である請求項7または8に記載の固体撮像装置。
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記第1導電型と逆導電型の第2導電型を有するウエルと、
前記ウエルに行列状に形成された前記第1導電型の多数の電荷蓄積領域であって、第1の電荷蓄積領域群と第2の電荷蓄積領域群とを含み、第1の電荷蓄積領域群の行と第2の電荷蓄積領域群の行とが列方向に沿って隣接して配置され、入射光量に応じて生成された電荷を蓄積する多数の電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域に隣接して前記ウエルに形成された前記第2導電型の多数の読み出しゲートであって、前記第1の電荷蓄積領域群に隣接する第1の読み出しゲート群と、前記第2の電荷蓄積領域群に隣接し、前記第1の読み出しゲートのゲート長よりも長いゲート長、前記第1の読み出しゲートの不純物濃度よりも低い不純物濃度のうちの少なくとも一方を備える第2の読み出しゲート群とを含む、多数の読み出しゲートと、
前記読み出しゲートを介して前記電荷蓄積領域に隣接し、前記電荷蓄積領域の列方向に沿って前記ウエルに形成された前記第1導電型の垂直転送路と、
前記電荷蓄積領域の行方向に沿って前記半導体基板上方に形成され、前記垂直転送路を横断する転送電極と、
隣接する前記第1の電荷蓄積領域群、前記第2の電荷蓄積領域群の2画素上に同一色カラーフィルタが配置されるように、前記各電荷蓄積領域上方に形成されたカラーフィルタ群と、
前記各垂直転送路の一端に結合された水平転送路と
を有する固体撮像装置。 - 更に、前記第1の電荷蓄積領域群を同一時刻に露光開始し,第1の露光期間経過後の同一時刻に露光終了し、前記第2の電荷蓄積領域群を同一時刻に露光開始し,第2の露光期間経過後の同一時刻に露光終了し、第2の露光期間が第1の露光期間と重複し、第1の露光期間よりも短い露光を行なう制御回路を有する請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の電荷蓄積領域群の露光開始時刻が,前記第1の電荷蓄積領域群の露光開始時刻と同時である請求項11に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、前記半導体基板に逆バイアスパルスを印加することで前記第1及び第2の電荷蓄積領域群の露光開始を行う請求項11または12に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、露光終了を前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出すことで行う請求項11〜13のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記多数の電荷蓄積領域が正方格子状に配列され、前記垂直転送路が1つの電荷蓄積領域当り、3転送段以上を有し、全ての前記電荷蓄積領域から信号電荷が、同時に前記垂直転送路に読み出されうる請求項11〜14のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、信号電荷を前記垂直転送路に読み出した後、前記垂直転送路を駆動し、前記第1の電荷蓄積領域群の信号電荷の行と前記第2の電荷蓄積領域群の信号電荷の行とを順次前記水平転送路に出力する機能を有する請求項15に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の電荷蓄積領域群が、正方格子状に配列され、前記第2の電荷蓄積領域群が前記第1の電荷蓄積領域群の格子間位置に配置されて全体としてハニカム配列を構成し、前記第1の電荷蓄積領域群と前記第2の電荷蓄積領域群が異なる行、異なる列を構成し、前記垂直転送路が1つの電荷蓄積領域当り、4転送段以上を有し、全ての前記電荷蓄積領域から信号電荷が、同時に前記垂直転送路に読み出されうる請求項11〜14のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、信号電荷を前記垂直転送路に読み出した後、前記垂直転送路を駆動し、前記第1の電荷蓄積領域群の信号電荷と前記第2の電荷蓄積領域群の信号電荷を水平方向に交互に配列した信号電荷行を前記水平転送路に出力する機能を有する請求項17に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路が、前記第2の電荷蓄積領域群の露光期間外、かつ前記第1の電荷蓄積領域群の露光期間内に補助光源を発光させる機能を有する請求項11〜18のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、前記第1の読み出しゲート上方の前記転送電極に第1の電圧を印加して、前記第1の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を前記垂直転送路に読み出し、前記第2の読み出しゲート上方の前記転送電極に前記第1の電圧より低い第2の電圧を印加して、前記第2の電荷蓄積領域に蓄積された電荷を前記垂直転送路に読み出す請求項10〜19のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
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