JP6976744B2 - 撮像装置、撮像システム、および、移動体 - Google Patents
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Description
[全体ブロック図]
図1は、本実施例に係る撮像装置の構成例を模式的に示すブロック図である。撮像装置は、CPU101、制御部102、垂直走査部103、画素部104、列回路105、水平走査部106、および、信号出力部107を含む。CPU101は、装置全体を制御する。制御部102は、CPU101からの同期信号を受けて、撮像装置の各部を制御する。垂直走査部103は、制御部102の制御信号を受けて動作する。画素部104は、複数の行および複数の列を含む行列を成すように配列された複数の画素によって構成される。列回路105は、画素部104からの信号を処理する。水平走査部106は、列回路105から順次、信号出力部107へ信号を読み出す。列回路105と水平走査部106は制御部102の制御信号を受けて動作する。図1では、各画素にP(x、y)の符号を付している。符号中のxおよびyは、それぞれ、画素の列番号および行番号を示す。
図2は撮像装置の画素Pの等価回路を示している。画素Pは、光電変換部10を含む。光電変換部10は、入射した光に応じて電荷を生成する。光電変換部10は、例えばフォトダイオードである。画素Pは、転送トランジスタ11、転送トランジスタ12、信号保持部14、信号保持部15、フローティングディフュージョン部(以下、FD部)、リセットトランジスタ20、増幅トランジスタ23、選択トランジスタ26を含む。
図3は、画素Pの平面構造を模式的に示す図である。図3の上側に、画素Pの第1の基板に配された部分が示されている。図3の下側に、画素Pの第2の基板に配された部分が示されている。
図4は、画素Pの断面構造を模式的に示す。図3と同じ部分には、図3と同じ符号を付す。図4は、図3の線ABに沿った断面を模式的に示している。
続いて、本実施例の画素部104の変形例を説明する。図2の画素Pに代えて、以下に説明する画素回路が適用される。
本実施例の画素部104の別の変形例を説明する。図2の画素Pに代えて、以下に説明する画素回路が適用される。
本実施例の画素部104の別の変形例を説明する。図2の画素Pに代えて、以下に説明する画素回路が適用される。
次に、画素Pの平面構造の変形例を説明する。図7は、画素Pの平面構造を模式的に示す図である。各図は、図3と同様に、素子分離領域110、活性領域120、光電変換部10を構成する半導体領域(以下、単に光電変換部10と呼ぶ)、転送トランジスタ11、12のゲート電極、および、信号保持部14、15に接続された半導体領域を示している。ただし、素子分離領域110、および、活性領域120の符号は省略している。
次に、遮光部140の変形例を説明する。図8は画素Pの断面構造を模式的に示す。図4と同じ部分には、同じ符号を付している。
実施例2に係る撮像装置を説明する。実施例2は、1つの光電変換部10に3つの転送トランジスタ11、12、13が接続される点で、実施例1と異なる。主として、実施例1と実施例2との相違点を説明する。実施例1と同じ部分は、適宜、説明を省略する。
図1は、本実施例に係る撮像装置の構成例を模式的に示すブロック図である。撮像装置は、CPU101、制御部102、垂直走査部103、画素部104、列回路105、水平走査部106、および、信号出力部107を含む。これらのブロックの構成および機能は、実施例1と同じである。そのため、図1についての詳細な説明は省略する。
図10は撮像装置の画素Pの等価回路を示している。画素Pは、光電変換部10を含む。光電変換部10は、入射した光に応じて電荷を生成する。光電変換部10は、例えばフォトダイオードである。画素Pは、転送トランジスタ11、12、13、および、信号保持部14、15、16を含む。さらに、画素Pは、FD部、リセットトランジスタ20、21、22、増幅トランジスタ23、24、25、ならびに、選択トランジスタ26、27、28を含む。区別のために異なる符号が付されているが、同じ名称の素子は同じ機能を備える。
図12は、画素Pの平面構造を模式的に示す図である。図12(a)の上側に、画素Pの第1の基板に配された部分が示されている。図12(a)の下側に、画素Pの第2の基板に配された部分が示されている。図12(a)に示された画素Pの等価回路図は、図11に示される。
図13(a)は、画素Pの断面構造を模式的に示す。図13(a)は、図12(a)の線ABに沿った断面を模式的に示している。図12と同じ部分には、図12と同じ符号を付す。
次に、図15および図16を用いて、画素Pの平面構造の変形例を説明する。図15は、画素Pの平面構造を模式的に示す図である。各図は、図12と同様に、素子分離領域110、活性領域120、光電変換部10(光電変換部10を構成する半導体領域)、転送トランジスタ11、12、13のゲート電極、および、信号保持部14、15、16に接続された半導体領域を示している。ただし、素子分離領域110、および、活性領域120の符号は省略している。
別の実施形態の撮像装置を説明する。実施例1、および、実施例2に係る撮像装置は、第1の基板の配線等が形成されていない面、つまり、裏面から光が入射する構成を有している。実施例1および実施例2の撮像装置は、いわゆる、裏面照射型である。これに対して、本実施例の撮像装置は、表面照射型の撮像装置である。
第1の基板には貫通孔が形成される。当該貫通孔に、半導体領域43と第2の基板の信号保持部とを接続する配線47が配される。第1の基板と第2の基板との間には、層間絶縁膜46が配される。配線47は、層間絶縁膜46の配線を介して、信号保持部に接続される。
別の実施形態の撮像装置を説明する。実施例1乃至実施例3に係る撮像装置は、第1の基板において電荷を基板の表面に水平な方向に転送する構成を有する。一方、本実施例の撮像装置は、電荷を基板の深さ方向に沿って転送する構成を有する。
別の実施例を説明する。本実施例の転送部の構成が、実施例1乃至実施例4の転送トランジスタ11、12、13と異なる。
撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、スマートフォン、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図19に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
移動体の実施例について説明する。本実施例の移動体は、車載カメラを備えた自動車である。図20(a)は、自動車2100の外観と主な内部構造を模式的に示している。自動車2100は、撮像装置2102、撮像システム用集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)2103、警報装置2112、主制御部2113を備える。
11、12、13 転送トランジスタ
14、15、16 信号保持部
130 配線
Claims (14)
- 複数の画素を有する撮像装置であって、
少なくとも一つの光電変換部を有する第1の半導体基板と、
第1及び第2の信号保持部と、浮遊拡散領域とを有する第2の半導体基板と、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板との間に配された複数の配線と、を有し、
前記複数の画素の少なくとも一つは
前記一つの光電変換部と、前記第1の半導体基板に配され、前記一つの光電変換部で生じた電荷または前記電荷に基づく信号を転送する第1及び第2の転送部と、前記第1及び第2の信号保持部と、を含み、
前記複数の配線のうち第1の配線は前記第1の転送部を前記第1の信号保持部に接続し、前記複数の配線のうち第2の配線は前記第2の転送部を前記第2の信号保持部に接続し、
前記第1の信号保持部と、前記第2の信号保持部と、は共通の前記浮遊拡散領域に接続される
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記第1及び第2の転送部のそれぞれは、転送ゲート電極と、前記電荷が転送される半導体領域とを含み、
前記第1の配線は、前記第1の転送部の前記半導体領域に接続され、前記第2の配線は、前記第2の転送部の前記半導体領域に接続される
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記一つの光電変換部と前記第1及び第2の信号保持部の少なくとも一部との間に配され、前記第1の半導体基板を通過した光を遮光する遮光部を備える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 - 前記遮光部は、前記第1及び第2の配線の少なくともいずれかによって構成される第1の遮光部を含む
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記遮光部は、前記第1の遮光部とは異なる第2の遮光部を含む
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記第2の遮光部は前記第1及び第2の配線を通すための開口を有し、
前記第1の遮光部は、前記第1の半導体基板に対する平面視において前記開口に重なる
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記光電変換部と前記第1及び第2の信号保持部の少なくとも一部との間に配された金属部材を含み、
前記金属部材は前記第1の半導体基板に対する平面視において前記一つの光電変換部と重なる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 - 前記金属部材は前記第1及び第2の配線の少なくともいずれかを構成する
ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第1及び第2の信号保持部のそれぞれは、前記第2の半導体基板に配された半導体領域を含む
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1及び第2の信号保持部のそれぞれは、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板との間に配された一対の電極を含む
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1及び第2の信号保持部の少なくとも一部は前記第1の半導体基板に対する平面視において前記光電変換部と重なる
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1及び第2の信号保持部は、前記光電変換部で生じた電荷を保持する
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理して画像信号を取得する処理装置と、を備えた
撮像システム。 - 移動体であって、
請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号に対して処理を行う処理装置と、
前記処理の結果に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
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