JP7055603B2 - 固体撮像装置、及び、電子機器 - Google Patents
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Description
2.本技術の概要
3.画素アンプの構成例
(1)ソース接地型の反転増幅画素アンプ
(2)差動型の反転増幅画素アンプ
4.FD-VSL間配線容量
(1)タイプ1
(2)タイプ2
(3)タイプ3
5.増幅トランジスタの第1の構造の例
6.増幅トランジスタの第2の構造の例
7.変形例
8.電子機器の構成
9.固体撮像装置の使用例
10.移動体への応用例
図1は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
ところで、差動型の読み出しは、高い変換効率が得られるために、例えば、明時には、ダイナミックレンジの大きいソースフォロア型の読み出しで、読み出しが行われることが望ましい。すなわち、差動型の読み出し(以下、差動モードという)と、ソースフォロア型の読み出し(以下、SFモードという)とを適宜切り替えることで、より適切な読み出しを行うことができる場合がある。
図7は、差動モードでの読み出しを行う画素アンプの構成例を示す回路図である。
図8は、SFモードでの読み出しを行う画素アンプの構成例を示す回路図である。
図9は、タイプ1のFD-VSL間配線容量が付加された画素を示す回路図である。
図10は、タイプ1の同一メタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
図11は、タイプ1の異なるメタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
図12は、タイプ2のFD-VSL間配線容量が付加された画素を示す回路図である。
図13は、タイプ2の同一メタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
図14は、タイプ2の異なるメタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
図15は、タイプ3のFD-VSL間配線容量が付加された画素を示す回路図である。
図16は、タイプ3の同一メタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
図17は、タイプ3の異なるメタル層によるFD-VSL間対向配線のレイアウトを示す平面図である。
ところで、本技術では、FD配線131とVSL配線132との間に付加される配線容量Cfd-vslのバラツキが、増幅トランジスタ214のドレイン側オーバーラップ容量Cgdのバラツキよりも大きいと、バラツキの低減効果が小さくなるため、容量のバラツキが小さくなる対向配線Oppによって、配線容量Cfd-vslが形成されるようにしている。
本技術では、ソース接地画素読出し回路50、又は差動画素読出し回路70において、PD占有率の低下を伴う増幅トランジスタ114(214)のゲート幅(Wg)を拡大することなく、変換効率の調整と、変換効率の主要バラツキ因子を分散することによるPRNUの改善効果を、FD配線131とVSL配線132のそれぞれに接続された配線容量(対向配線容量)Cfd-vslにより実現している。
まず、図23には、構造の第1の例として、増幅トランジスタ114-1の断面構造を示している。ただし、図23の増幅トランジスタ114-1のソースとドレインの表記であるが、これは、差動モードにおける電流方向での端子名に対応している。
図24は、図23の増幅トランジスタ114-1の製造方法の流れを示している。
次に、図25には、構造の第2の例として、増幅トランジスタ114-2の断面構造を示している。
図26は、図25の増幅トランジスタ114-2の製造方法の流れを示している。なお、ここでも、すべての製造工程のうち、イオン注入工程を中心に説明する。
最後に、図27には、構造の第3の例として、増幅トランジスタ114-3の断面構造を示している。
図28は、図27の増幅トランジスタ114-3の製造方法の流れを示している。なお、ここでも、すべての製造工程のうち、イオン注入工程を中心に説明する。
(a)LDDが設けられた構造。
(b)LDDが設けられていない構造。
(c)LDDがソース側とドレイン側のいずれか一方にのみ設けられた構造。
(d)LDDがソース側とドレイン側に設けられ、ソース側のLDD領域が、ドレイン側のLDD領域よりもゲート下に回り込んで広く形成される構造。
(e)LDDがソース側とドレイン側に設けられ、ドレイン側のLDD領域が、ソース側のLDD領域よりもゲート下に回り込んで広く形成される構造。
特許文献3:特開2013-69913号公報
図31は、差動型の反転増幅画素アンプの他の構成例を示す回路図である。
また、上述したように、図1のCMOSイメージセンサ10は、例えば、裏面照射型のCMOSイメージセンサとすることができる。裏面照射型とすることで、画素のレイアウト上の自由度をより向上させることが可能となる。
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、当該対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整される
固体撮像装置。
(2)
前記画素アンプは、ソース接地型の反転増幅型画素アンプである
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記画素アンプは、差動型の反転増幅型画素アンプである
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記垂直信号線にそれぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行い、前記帰還容量を、前記画素の増幅トランジスタのドレイン側オーバーラップ容量と、前記配線容量との2成分に分散させることで、前記帰還容量のバラツキを抑制する
前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記画素の増幅トランジスタと選択トランジスタ間の拡散層に、それぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行うことで、非選択画素に付加した容量を前記垂直信号線から切り離し、かつ、前記帰還容量のバラツキを抑制する
前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記画素のリセットトランジスタのドレイン側電極にそれぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行うことで、前記帰還容量のバラツキを抑制する
前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)
前記対向配線は、同一のメタル層で形成される
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記対向配線の間のスペースを、製造工程のデザイン上の最小配線間スペースの2倍以上確保している
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記対向配線は、別層のメタル層で形成される
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(10)
フットプリント上の配線間のスペースを、両メタル層の最小配線間スペースの2倍以上確保している
前記(9)に記載の固体撮像装置。
(11)
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側にのみLDD(Lightly Doped Drain)領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(12)
前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭い非対称ソース・ドレイン構造を有している
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(13)
前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭く、かつ、ソース側にのみLDD領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(14)
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側のLDD領域とドレイン側のLDD領域のゲート下へのオーバーラップ量が異なる構造を有している
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(15)
前記画素の増幅トランジスタは、モードに応じて電流の流れる向きが異なる
前記(14)に記載の固体撮像装置。
(16)
前記画素は、読み出し方式として、差動型の読み出しと、ソースフォロア型の読み出しに対応しており、
前記モードは、差動型の読み出しに対応した第1のモードと、ソースフォロア型の読み出しに対応した第2のモードを含む
前記(15)に記載の固体撮像装置。
(17)
前記画素の増幅トランジスタは、前記第1のモードに応じた電流の向きを前提としたとき、前記ソース側のLDD領域が、前記ドレイン側のLDD領域よりもゲート下に回り込んでいる構造を有している
前記(16)に記載の固体撮像装置。
(18)
前記ソース側のLDD領域を形成する第1の不純物と、前記ドレイン側のLDD領域を形成する第2の不純物とは、異なる不純物からなる
前記(14)ないし(17)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(19)
前記ソース側のLDD領域は、前記第2の不純物よりも拡散の大きい前記第1の不純物により形成され、
前記ドレイン側のLDD領域は、前記第1の不純物よりも拡散の小さい前記第2の不純物により形成される
前記(18)に記載の固体撮像装置。
(20)
前記画素は、読み出し方式として、差動型の読み出しと、ソースフォロア型の読み出しに対応しており、
前記画素の読み出し方式を、前記差動型の読み出し、又は前記ソースフォロア型の読み出しに切り替える切り替え部をさらに備える
前記(1)ないし(19)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(21)
前記固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である
前記(1)ないし(20)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(22)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、当該対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整される
固体撮像装置
が搭載された電子機器。
(23)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側にのみLDD領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
固体撮像装置。
(24)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭い非対称ソース・ドレイン構造を有している
固体撮像装置。
(25)
前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭く、かつ、ソース側にのみLDDを形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
前記(24)に記載の固体撮像装置。
(26)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側にのみLDD領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
固体撮像装置
が搭載された電子機器。
(27)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側のLDD領域とドレイン側のLDD領域のゲート下へのオーバーラップ量が異なる構造を有している
固体撮像装置。
(28)
前記画素の増幅トランジスタは、モードに応じて電流の流れる向きが異なる
前記(27)に記載の固体撮像装置。
(29)
前記画素は、読み出し方式として、差動型の読み出しと、ソースフォロア型の読み出しに対応しており、
前記モードは、差動型の読み出しに対応した第1のモードと、ソースフォロア型の読み出しに対応した第2のモードを含む
前記(28)に記載の固体撮像装置。
(30)
前記画素の増幅トランジスタは、前記第1のモードに応じた電流の向きを前提としたとき、前記ソース側のLDD領域が、前記ドレイン側のLDD領域よりもゲート下に回り込んでいる構造を有している
前記(29)に記載の固体撮像装置。
(31)
前記ソース側のLDD領域を形成する第1の不純物と、前記ドレイン側のLDD領域を形成する第2の不純物とは、異なる不純物からなる
前記(27)ないし(30)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(32)
前記ソース側のLDD領域は、前記第2の不純物よりも拡散の大きい前記第1の不純物により形成され、
前記ドレイン側のLDD領域は、前記第1の不純物よりも拡散の小さい前記第2の不純物により形成される
前記(31)に記載の固体撮像装置。
(33)
光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素の増幅トランジスタは、ソース側のLDD領域とドレイン側のLDD領域のゲート下へのオーバーラップ量が異なる構造を有している
固体撮像装置
が搭載された電子機器。
Claims (21)
- 光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、前記第1の配線と前記第2の配線との対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整され、
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記垂直信号線にそれぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行い、前記帰還容量を、前記画素の増幅トランジスタのドレイン側オーバーラップ容量と、前記配線容量との2成分に分散させることで、前記帰還容量のバラツキを抑制する
固体撮像装置。 - 光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、前記第1の配線と前記第2の配線との対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整され、
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記画素の増幅トランジスタと選択トランジスタ間の拡散層に、それぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行うことで、非選択画素に付加した容量を前記垂直信号線から切り離し、かつ、前記帰還容量のバラツキを抑制する
固体撮像装置。 - 前記画素アンプは、ソース接地型の反転増幅型画素アンプである
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素アンプは、差動型の反転増幅型画素アンプである
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記対向配線は、同一のメタル層で形成される
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記対向配線の間のスペースを、製造工程のデザイン上の最小配線間スペースの2倍以上確保している
請求項5に記載の固体撮像装置。 - 前記対向配線は、別層のメタル層で形成される
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - フットプリント上の配線間のスペースを、両メタル層の最小配線間スペースの2倍以上確保している
請求項7に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、ソース側にのみLDD(Lightly Doped Drain)領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭い非対称ソース・ドレイン構造を有している
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅に比べて狭く、かつ、ソース側にのみLDD領域を形成した非対称ソース・ドレイン構造を有している
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、ソース側のLDD領域とドレイン側のLDD領域のゲート下へのオーバーラップ量が異なる構造を有している
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、モードに応じて電流の流れる向きが異なる
請求項12に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、読み出し方式として、差動型の読み出しと、ソースフォロア型の読み出しに対応しており、
前記モードは、差動型の読み出しに対応した第1のモードと、ソースフォロア型の読み出しに対応した第2のモードを含む
請求項13に記載の固体撮像装置。 - 前記画素の増幅トランジスタは、前記第1のモードに応じた電流の向きを前提としたとき、前記ソース側のLDD領域が、前記ドレイン側のLDD領域よりもゲート下に回り込んでいる構造を有している
請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記ソース側のLDD領域を形成する第1の不純物と、前記ドレイン側のLDD領域を形成する第2の不純物とは、異なる不純物からなる
請求項15に記載の固体撮像装置。 - 前記ソース側のLDD領域は、前記第2の不純物よりも拡散の大きい前記第1の不純物により形成され、
前記ドレイン側のLDD領域は、前記第1の不純物よりも拡散の小さい前記第2の不純物により形成される
請求項16に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、読み出し方式として、差動型の読み出しと、ソースフォロア型の読み出しに対応しており、
前記画素の読み出し方式を、前記差動型の読み出し、又は前記ソースフォロア型の読み出しに切り替える切り替え部をさらに備える
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、前記第1の配線と前記第2の配線との対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整され、
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記垂直信号線にそれぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行い、前記帰還容量を、前記画素の増幅トランジスタのドレイン側オーバーラップ容量と、前記配線容量との2成分に分散させることで、前記帰還容量のバラツキを抑制する
固体撮像装置
が搭載された電子機器。 - 光電変換部を有する画素が2次元状に配置された画素アレイ部を備え、
前記画素は、前記光電変換部で検出された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続する第1の配線と、前記フローティングディフュージョンからの信号を出力するための垂直信号線に接続する第2の配線とが対向して配線され、前記第1の配線と前記第2の配線との対向配線による容量付加で、画素アンプの帰還容量が調整され、
前記フローティングディフュージョンの電極と、前記画素の増幅トランジスタと選択トランジスタ間の拡散層に、それぞれ接続された対向配線による配線容量で容量追加を行うことで、非選択画素に付加した容量を前記垂直信号線から切り離し、かつ、前記帰還容量のバラツキを抑制する
固体撮像装置
が搭載された電子機器。
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