JP5659759B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
一方、リセットトランジスターを複数のフォトダイオードで共有すれば、そのような感度の低下を抑制できるが、複数のフォトダイオード間で、フォトダイオードの受光部を配置し得る領域が均等ではなくなり、同じ色を受光するためのフォトダイオードの面積にばらつきが生じてしまう場合がある。
これによれば、同色の画素に相当する第1及び第3のフォトダイオードの面積のばらつきを低減しつつ、異なる色の画素に相当する第2及び第4のフォトダイオードの面積との差を許容して、2つの画素間でリセットトランジスターを共有化することができる。
これによれば、同色の画素に相当する第1及び第3のフォトダイオードの面積を同じにし、同色の画素に相当するフォトダイオードの特性差を低減することができる。
これによれば、同色の画素に相当する第1及び第3のフォトダイオードの形状を同じにし、同色の画素に相当するフォトダイオードの特性差を低減することができる。
これによれば、第1及び第3のフォトダイオードの面積が相対的に小さいので、第2及び第4のフォトダイオードからの受光信号にかけるゲインを小さくすることができる。
また、上述の態様において、第2の色の光と第3の色の光は同じ色の光であっても良い。
これによれば、第1のリセットトランジスターが第1の変調素子と第2の変調素子との間に配置され、第2のリセットトランジスターが第3の変調素子と第4の変調素子との間に配置されたことにより、第1のフォトダイオードに対する第1のリセットトランジスターの位置関係と、第3のフォトダイオードに対する第2のリセットトランジスターの位置関係とを一致させることができる。従って、同色の画素に相当する第1及び第3のフォトダイオードの面積及び形状のばらつきを低減することができる。
これによれば、リセットトランジスターが共通ドレイン部を有することにより、リセットトランジスターの占有面積を小さくして、フォトダイオードの受光面積を大きくすることができ、受光感度を向上することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図であり、図2は、図1のII−II'線断面図である。図1に示すように、固体撮像装置100は、固体撮像素子1を、第1の方向(例えば、右方向)及び第2の方向(例えば、下方向)に複数規則的に配列して構成されたものである。
マイクロレンズアレイ17は、凸レンズが規則的に配置され、この凸レンズの各々がフォトダイオード2Gr、2R、2Gb、2Bの各々に対向して配置されたものであり、フォトダイオード2Gr、2R、2Gb、2Bの各々に対して入射光を集光する。
図2に示すように、フォトダイオード2Rは半導体基板110に形成され、変調素子3Rは半導体基板110の表面上に形成されている。
半導体基板110は、第1導電型(例えば、P型)の基板である。なお、基板自体が第1導電型である場合に限らず、第2導電型(例えば、N型)の半導体基板の表面側に、第1導電型のウェルが形成されていても良い。
なお、ここではフォトダイオード2Rについて説明したが、フォトダイオード2Gr、2Gb、2Bについても同様である。
変調素子3Rは、半導体基板110上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極31を含むトランジスターである。ゲート電極31は、平面視(図1参照)でリング状に形成されている。ゲート電極31は、ゲートコンタクト32を介して変調制御線33に接続されている。
なお、ここでは変調素子3Rについて説明したが、変調素子3Gr、3Gb、3Bについても同様である。
図1に示すように、変調素子3Grと変調素子3Rとの間には、リセットトランジスター4rが配置されており、変調素子3Gbと変調素子3Bとの間には、リセットトランジスター4bが配置されている。
変調素子3Gr、3Rによって入射光量を検出した後、ゲート電極41Gr、41Rに閾値以上の電圧を印加すると、半導体基板110のゲート電極41Gr、41R直下の領域にそれぞれチャネルが形成され、キャリアポケット13に蓄積されていた電荷がドレイン部14に排出される。
なお、ここではリセットトランジスター4rについて説明したが、リセットトランジスター4bについても同様である。
本実施形態においては、リセットトランジスター4rのドレイン部14及びドレインコンタクト46rが、第1の方向(例えば、右方向)に隣接する2つの固体撮像素子1間で共有されており、リセットトランジスター4rは、第1の方向に隣接する2つの変調素子3Gr、3R間に位置している。
従って、本実施形態においては、リセットトランジスター4rを1つの変調素子毎に設ける場合に比べて、リセットトランジスター4rの占有面積が減少するため、フォトダイオード2Gr、2R、2Gb、2Bの受光面積を増加することができ、受光感度を向上することができる。
従って、フォトダイオード2Gr、2R、2Gb、2Bの受光面積を増加することができ、受光感度を向上することができる。
上述の実施形態においては、第1の方向と第2の方向とが垂直に交差する例を示したが、第1の方向と第2の方向とは垂直以外の角度で交差しても良い。但し、第1の方向と第2の方向とが平行であると、フォトダイオードが平面上に配置されないので、第1の方向と第2の方向とは交差する方向、望ましくは、50°以上130°以下の範囲で交差する方向であることが望ましい。
図3は、第1の比較例に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。図3においては、リセットトランジスター4を、1つのフォトダイオード2及び1つの変調素子3毎に配置している。このような構成では、固体撮像装置におけるフォトダイオード2の受光部の面積が小さくなってしまい、感度が低下してしまうことが懸念される。
Claims (5)
- 第1の色の光を受光する第1のフォトダイオードと、
前記第1のフォトダイオードの第1の方向の隣に配置され、第2の色の光を受光する第2のフォトダイオードと、
前記第2のフォトダイオードの第2の方向の隣に配置され、前記第1の色の光を受光する第3のフォトダイオードと、
前記第3のフォトダイオードの前記第1の方向の隣に配置され、第3の色の光を受光する第4のフォトダイオードと、
前記第1及び第2のフォトダイオードにおいて発生した電荷を排出させる第1のリセットトランジスターと、
前記第3及び第4のフォトダイオードにおいて発生した電荷を排出させる第2のリセットトランジスターと、
前記第1のフォトダイオードの第3の方向に隣接して設けられ、前記第1のフォトダイオードにおいて発生した電荷に応じた変調信号を出力する第1の変調素子と、
前記第2のフォトダイオードの前記第3の方向に隣接して設けられ、前記第2のフォトダイオードにおいて発生した電荷に応じた変調信号を出力する第2の変調素子と、
前記第3のフォトダイオードの前記第3の方向に隣接して設けられ、前記第3のフォトダイオードにおいて発生した電荷に応じた変調信号を出力する第3の変調素子と、
前記第4のフォトダイオードの前記第3の方向に隣接して設けられ、前記第4のフォトダイオードにおいて発生した電荷に応じた変調信号を出力する第4の変調素子と、
を具備し、
前記第1の方向と前記第2の方向とは垂直であり、
前記第1の方向と前記第3の方向とは30°以上45°以下の範囲の角度で交差し、
前記第1のリセットトランジスターは、前記第1の変調素子と前記第2の変調素子との間に配置され、
前記第2のリセットトランジスターは、前記第3の変調素子と前記第4の変調素子との間に配置され、
前記第1のリセットトランジスターは、
前記第1の変調素子と隣接する第1のゲート電極と、
前記第2の変調素子と隣接する第2のゲート電極と、
前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に配置された第1の共通ドレイン部と、
を含み、
前記第2のリセットトランジスターは、
前記第3の変調素子と隣接する第3のゲート電極と、
前記第4の変調素子と隣接する第4のゲート電極と、
前記第3のゲート電極と前記第4のゲート電極との間に配置された第2の共通ドレイン部と、
を含み、
前記第1のフォトダイオードの受光部の面積と前記第3のフォトダイオードの受光部の面積との差が、
前記第1のフォトダイオードの受光部の面積と前記第2のフォトダイオードの受光部の面積との差より小さく、かつ
前記第3のフォトダイオードの受光部の面積と前記第4のフォトダイオードの受光部の面積との差より小さい固体撮像装置。 - 請求項1において、
前記第1のフォトダイオードの受光部の面積と前記第3のフォトダイオードの受光部の面積が同じである固体撮像装置。 - 請求項1又は2において、
前記第1のフォトダイオードの受光部の形状と前記第3のフォトダイオードの受光部の形状が同じである固体撮像装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項において、
前記第1のフォトダイオードの受光部の面積は、前記第2のフォトダイオードの受光部の面積より小さく、かつ
前記第3のフォトダイオードの受光部の面積は、前記第4のフォトダイオードの受光部の面積より小さい固体撮像装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項において、
第1の色の光を前記第1のフォトダイオードに向けて透過させる第1の光透過部と、
第2の色の光を前記第2のフォトダイオードに向けて透過させる第2の光透過部と、
前記第1の色の光を前記第3のフォトダイオードに向けて透過させる第3の光透過部と、
第3の色の光を前記第4のフォトダイオードに向けて透過させる第4の光透過部と、
をさらに具備し、
前記第1〜第4の光透過部は、ベイヤー配列を有する固体撮像素子。
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