JP5641287B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および、電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(電荷排出部のゲート電極を遮光膜で代用した例)
2.第2の実施の形態(電荷排出ゲート付近の遮光膜を酸化膜のみで構成した例)
3.第3の実施の形態(メモリ部を設けないようにした例)
4.第4の実施の形態(フォトダイオードとメモリ部の間にオーバーフローパスを設けた例)
5.第5の実施の形態(メモリ部を浮遊拡散領域と同様の構成にした例)
6.第6の実施の形態(メモリ部を埋め込みチャネルにより構成した例)
7.第7の実施の形態(メモリ部を2段構成にした例)
8.第8の実施の形態(第1転送ゲートのゲート電極を遮光膜で代用した例)
9.変形例
図7乃至図13を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図7は、本発明が適用される固体撮像装置としてのCMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
次に、図8乃至図11を参照して、図7の画素アレイ部111に行列状に配置されている単位画素211Aの具体的な構成について説明する。
図12は、画素アレイ部111における単位画素211Aの配列を示す模式図である。なお、図12では、図を分かりやすくするために、各部の符号の記載を省略している。
次に、図13を参照して、CMOSイメージセンサ100の単位画素211Aの駆動方法について説明する。なお、図13は、画素アレイ部111のi行目およびi+1行目の単位画素211Aの選択パルスSEL、転送パルスTRX、転送パルスTRG、およびリセットパルスRST、並びに、制御パルスABGの、1フレーム期間におけるタイミングチャートを示している。
次に、図14を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して、単位画素の構成が異なり、CMOSイメージセンサ100の構成は、第1の実施の形態と同様である。以下、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
次に、図15乃至図20を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第3の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して、単位画素の構成が異なり、CMOSイメージセンサ100の構成は、第1の実施の形態と同様である。以下、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
図15は、図18に示されるA−A’方向の単位画素211Cの断面の構成例を示している。図16および図17は、単位画素211Cの構成例を示す平面図である。ただし、図16は、遮光膜237を除いた構成を示し、図17は遮光膜237を含めた構成を示している。なお、図16および図17では、図を分かりやすくするために、絶縁膜236の図示は省略している。また、図18は、図17にA−A’の経路を追加した図である。なお、図中、図8乃至図11と対応する部分には、同じ符合を付してある。
図19は、画素アレイ部111における単位画素211Cの配列を示す模式図である。なお、図19では、図を分かりやすくするために、各部の符号の記載を省略している。
次に、図20を参照して、CMOSイメージセンサ100の単位画素211Cの駆動方法について説明する。なお、図20は、画素アレイ部111のi行目およびi+1行目の単位画素211Cの選択パルスSEL、転送パルスTRG、およびリセットパルスRST、並びに、制御パルスABGの、1フレーム期間におけるタイミングチャートを示している。
図21は、単位画素の第4の実施の形態を示しており、図8と同様に、単位画素211Dの断面の構成例を示す図である。なお、図中、図8と対応する部分には、同じ符合を付してあり、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
図22は、単位画素の第5の実施の形態を示しており、図8と同様に、単位画素211Eの断面の構成例を示す図である。なお、図中、図8と対応する部分には、同じ符合を付してあり、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
図23は、単位画素の第6の実施の形態を示しており、図8と同様に、単位画素211Fの断面の構成例を示す図である。なお、図中、図8と対応する部分には、同じ符合を付してあり、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
図24は、単位画素の第7の実施の形態を示しており、図8と同様に、単位画素211Gの断面の構成例を示す図である。なお、図中、図8と対応する部分には、同じ符合を付してあり、第1の実施の形態と共通する部分については、その説明は繰返しになるので省略する。
なお、以上の説明では、電荷排出ゲート229のゲート電極を遮光膜237により代用する例を示したが、例えば、第1転送ゲート222のゲート電極222Aを遮光膜237により代用するようにすることも可能である。
図25は、図28に示されるA−A’方向の単位画素211Hの断面の構成例を示している。図26および図27は、単位画素211Hの構成例を示す平面図である。ただし、図26は、遮光膜237を除いた構成を示し、図27は遮光膜237を含めた構成を示している。なお、図26および図27では、図を分かりやすくするために、絶縁膜236の図示は省略している。また、図28は、図27にA−A’の経路を追加した図である。なお、図中、図8乃至図11と対応する部分には、同じ符合を付してある。
図29は、画素アレイ部111における単位画素211Hの配列を示す模式図である。なお、図29では、図を分かりやすくするために、各部の符号の記載を省略している。
次に、図30を参照して、CMOSイメージセンサ100の単位画素211Hの駆動方法について説明する。なお、図30は、画素アレイ部111のi行目およびi+1行目の単位画素211Hの選択パルスSEL、制御パルスABG、転送パルスTRG、およびリセットパルスRST、並びに、転送パルスTRXの、1フレーム期間におけるタイミングチャートを示している。
なお、上述したように、画素アレイ部111の外周部からのみ転送パルスTRXを印加するようにした場合、転送パルスTRXの立ち上がりまたは立ち下がりが、画素アレイ部111の外周部に近い単位画素211Hほど速く、中央部に近い単位画素211Hほど遅くなる場合がある。すなわち、単位画素211Hの位置により転送パルスTRXがオンまたはオフされるタイミングにズレが生じ、その結果、第1転送ゲート401のオンまたはオフの制御にズレが生じる場合がある。このズレが大きくなると、撮影した画像内でシェーディングが発生する。
以上の説明では、本発明を、電荷排出ゲートおよび第1転送ゲートに適用する例を示したが、他の電荷を転送するためのゲートまたはトランジスタに適用することも可能である。ただし、例えば、リセットトランジスタ226、選択トランジスタ228など、行毎に駆動されるゲートまたはトランジスタに適用する場合、遮光膜を行毎に分離する必要が生じるため、行毎に遮光膜に隙間が生じ、遮光特性が低下する。従って、上述した電荷排出ゲートおよび第1転送ゲートの他、図15の第2転送ゲート224、図24の第3転送ゲート331など、全画素同時に駆動するゲートまたはトランジスタに適用するのが望ましい。
図33は、本発明を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
Claims (8)
- 光電変換部と、
電荷電圧変換部と、
電荷排出部と
を少なくとも備え、同時に露光を行う2次元に配列された複数の単位画素と、
前記光電変換部の受光部を少なくとも除いて、2次元に配列された前記複数の単位画素の表面に連続して設けられ、前記複数の単位画素の表面を遮光する遮光膜と、
前記複数の単位画素の前記光電変換部に蓄積された電荷が前記光電変換部の外部に転送された後に前記遮光膜に印加する電圧を制御することにより、前記複数の単位画素内の前記光電変換部から前記電荷排出部への電荷の転送経路を同時に形成させる電圧制御部と
を備える固体撮像装置。 - 前記電圧制御部は、前記複数の単位画素の前記光電変換部に蓄積された電荷が前記電荷電圧変換部に転送された後に前記遮光膜に印加する電圧を制御することにより、前記複数の単位画素内の前記転送経路を同時に形成させる
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記単位画素は、
電荷保持部を
さらに備え、
前記電圧制御部は、前記複数の単位画素の前記光電変換部に蓄積された電荷が前記電荷保持部に転送された後に前記遮光膜に印加する電圧を制御することにより、前記複数の単位画素内の前記転送経路を同時に形成させる
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜と前記単位画素が形成される半導体基板との間に酸化膜と窒化膜により構成される絶縁膜が設けられ、
前記遮光膜の前記転送経路の形成に用いる部分と前記半導体基板との間の前記絶縁膜のみ、酸化膜のみにより構成される
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記複数の単位画素が配列される画素アレイ部の外側で前記遮光膜と前記電圧制御部とを接続し、前記遮光膜に電圧を印加するための配線を
さらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記複数の単位画素が配列される画素アレイ部内で前記遮光膜と前記電圧制御部とを接続し、前記遮光膜に電圧を印加するための配線を
さらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 光電変換部と、
電荷電圧変換部と、
電荷排出部と
を少なくとも備え、同時に露光を行う2次元に配列された複数の単位画素と、
前記光電変換部の受光部を少なくとも除いて、2次元に配列された前記複数の単位画素の表面に連続して設けられ、前記複数の単位画素の表面を遮光する遮光膜と
を備える固体撮像装置が、
前記複数の単位画素の前記光電変換部に蓄積された電荷が前記光電変換部の外部に転送された後に前記遮光膜に印加する電圧を制御することにより、前記複数の単位画素内の前記光電変換部から前記電荷排出部への電荷の転送経路を同時に形成させる
固体撮像装置の駆動方法。 - 光電変換部と、
電荷電圧変換部と、
電荷排出部と
を少なくとも備え、同時に露光を行う2次元に配列された複数の単位画素と、
前記光電変換部の受光部を少なくとも除いて、2次元に配列された前記複数の単位画素の表面に連続して設けられ、前記複数の単位画素の表面を遮光する遮光膜と、
前記複数の単位画素の前記光電変換部に蓄積された電荷が前記光電変換部の外部に転送された後に前記遮光膜に印加する電圧を制御することにより、前記複数の単位画素内の前記光電変換部から前記電荷排出部への電荷の転送経路を同時に形成させる電圧制御部と
を備える固体撮像装置を
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