JP5119534B2 - イメージセンサ - Google Patents
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Description
a)前記半導体基体の表層に設けられた光計測機能のための光電変換部と、
b)前記半導体基体の表層を被覆するように設けられ、少なくとも最上層が導電体層であって前記光電変換部への光の導入のための非遮光領域を有する複数層の遮光層と、
c)前記遮光層の最上層の導電体層を利用して形成された電気計測機能のための計測電極と、
d)前記半導体基体の表層であって、前記非遮光領域を除く前記複数層の遮光層の下に位置するように設けられた、前記光電変換部で得られた信号を読み出すための回路部と、
を備えることを特徴としている。
前記複数の画素セルはn行m列の二次元状に配列され、前記計測電極は容量結合を介して検体による電気信号を取得するものであって、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極で得られた電気信号を読み出すためのMOSトランジスタ回路と、
各計測電極毎に設けられ、該計測電極の蓄積電位をリセットするためのMOSトランジスタ回路と、
をさらに備えることを特徴としている。
前記複数の画素セルはn行m列の二次元状に配列され、前記計測電極は検体に直接接触して該検体による電気信号を取得するものであって、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極で得られた電気信号を読み出すための読み出し用MOSトランジスタ回路と、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極を介して前記検体に電流を供給するための電流注入用MOSトランジスタ回路と、
列内に配置される複数の計測電極に対応した前記電流注入用MOSトランジスタ回路に共通に接続され、且つ列毎に独立した設けられた電流供給線、及び電流供給回路と、
をさらに備えることを特徴としている。
2…行スキャナ
3…カラム回路部
4…出力回路部
5…列スキャナ
6…タイミング制御回路
7…出力端子
10…画素セル
10a…光計測部
10b…電気計測部
11…フォトダイオード
12、13、14、16、17、18、40、41、42、43、50、51…MOSトランジスタ
15…計測電極
20…光計測リセット信号線
21…電気計測リセット信号線
22…電圧信号線
23…行選択信号線
24…列リセット信号線
25…光計測出力信号線
26…電気計測出力信号線
27…光計測選択信号線
28…電気計測選択信号線
30…Si基板
31…回路部
32、321〜324…金属配線層
33…絶縁層間膜
34…保護膜層
35…開口部
36…窓開口
43…スイッチ部
44…I/V変換用アンプ
45…スイッチ部
46…抵抗部
本発明に係るイメージセンサの一実施例(第1実施例という)について図面を参照して説明する。図1は本実施例によるイメージセンサの全体構成を示すブロック図、図2は1個の画素セルの回路構成図、図3は画素レイアウトの平面図、図4は1個の画素セルの概略縦断面図、図5は各列に設けられるカラム回路の構成図である。
第1実施例のイメージセンサでは、電気計測は観察対象物に直接に接触する計測電極15により得た電圧信号又は電流信号を取り出すものであったが、上記第1実施例の構造を少し変更するだけで間接的な容量結合型計測を行うものに変更することができる。図6はこの第2実施例の画素セルの縦断面図であり、第1実施例で示した図4と基本的には同じ構造である。異なるのは、第1実施例では計測電極15を被覆する保護膜層34に開口部35が形成されていたために計測電極15が露出していたのに対し、この第2実施例では、計測電極15の全面が保護膜層34で被覆されたままとされていることである。
上記第1実施例のイメージセンサでは、各画素セル10において光計測部10aと電気計測部10bとが独立して設けられており、光計測と電気計測とを同時に実行できる反面、各画素セル10に6個のMOSトランジスタが必要になり画素セル10の小型化には不利である。第3実施例及び第4実施例のイメージセンサは、光計測と電気計測とが同時に実行できない代わりに画素セル10のトランジスタ数を減らすことができる構成を有している。
図8は第4実施例のイメージセンサにおける1個の画素セルの回路構成図である。この構成では、第3実施例における画素セル10の構成から、さらにMOSトランジスタ50が取り除かれている。この場合、MOSトランジスタ51がオフ状態であれば計測電極15は切り離され、フォトダイオード11による光計測が可能である。一方、MOSトランジスタ51をオン状態とすれば計測電極15がMOSトランジスタ13のゲート端子に接続され、計測電極15による電気計測が可能である。但し、この場合にはフォトダイオード11も接続されたままであるので、フォトダイオード11に対する入射光の変動が無視できる条件の下で電気計測を行うことが望ましい。
Claims (9)
- 検体による光学的情報を取得する光計測機能と、前記検体に直接接触して又は容量結合を介して該検体による電気的情報を取得する電気計測機能と、を同一半導体基体上に搭載したイメージセンサであって、該イメージセンサは前記半導体基体上に設けられた複数の画素セルを備え、各画素セルは、
a)前記半導体基体の表層に設けられた光計測機能のための光電変換部と、
b)前記半導体基体の表層を被覆するように設けられ、少なくとも最上層が導電体層であって前記光電変換部への光の導入のための非遮光領域を有する複数層の遮光層と、
c)前記遮光層の最上層の導電体層を利用して形成された電気計測機能のための計測電極と、
d)前記半導体基体の表層であって、前記非遮光領域を除く前記複数層の遮光層の下に位置するように設けられた、前記光電変換部で得られた信号を読み出すための回路部と、
を備えることを特徴とするイメージセンサ。 - 前記遮光層の表層には保護膜層が形成され、前記計測電極上で前記保護膜層には開口部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記計測電極は保護膜層で被覆され、該保護膜層上に載置される検体と該保護膜層を挟んで容量結合することで前記計測電極に電気信号が発生するものであることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記半導体基体上に前記複数の画素セルがn行m列の二次元状に多数配置され、前記各画素セルはさらに、前記光電変換部で得られた電気信号を選択的に読み出すための第1読み出し回路と、前記計測電極で得られた電気信号を読み出すための第2読み出し回路と、を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のイメージセンサ。
- 各画素セルにおいて前記第1読み出し回路と前記第2読み出し回路とは独立して設けられ、列内に配置される複数の画素セルに共通の信号読み出し線は光計測用と電気計測用とで独立していることを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサ。
- 各画素セルにおいて前記第1読み出し回路と前記第2読み出し回路との少なくとも一部は共用化され、列内に配置される複数の画素セルに共通の信号読み出し線は光計測用と電気計測用とで共用されることを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサ。
- 各画素セル内に前記光電変換部であるフォトダイオードをリセットするためのトランジスタ素子を有し、該トランジスタ素子を用いて同一画素セル内の前記計測電極をリセット可能としたことを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサ。
- 前記複数の画素セルはn行m列の二次元状に配列され、前記計測電極は容量結合を介して検体による電気信号を取得するものであって、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極で得られた電気信号を読み出すためのMOSトランジスタ回路と、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極の蓄積電位をリセットするためのMOSトランジスタ回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。 - 前記複数の画素セルはn行m列の二次元状に配列され、前記計測電極は検体に直接接触して該検体による電気信号を取得するものであって、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極で得られた電気信号を読み出すための読み出し用MOSトランジスタ回路と、
前記各計測電極毎に設けられ、該計測電極を介して前記検体に電流を供給するための電流注入用MOSトランジスタ回路と、
列内に配置される複数の計測電極に対応した前記電流注入用MOSトランジスタ回路に共通に接続され、且つ列毎に独立して設けられた電流供給線、及び電流供給回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
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JPN7012002579; 田中邦博 他: '電気化学計測機能を搭載したオンチップバイオセンシング用マルチファンクショナルCMOSイメージセンサ' 第221回画像電子学会研究会講演予稿 , 20051114, pp.31-34 * |
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