JP7115067B2 - 固体撮像素子及び撮像システム - Google Patents
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Description
先ず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す図である。
ここで、フォトダイオード11L、12L、11R及び12Rの構成について説明する。以下、フォトダイオード11L、12L、11R及び12Rを総称してフォトダイオードPDということがある。
次に、転送トランジスタ21L及び21R、増幅トランジスタ23、選択トランジスタ24並びにリセットトランジスタ22について説明する。画素Pにおいて、転送トランジスタ21L及び21R、増幅トランジスタ23、選択トランジスタ24並びにリセットトランジスタ22は、図3に示すように、撮像面に配置されている。転送トランジスタ21L及び21R、増幅トランジスタ23、選択トランジスタ24並びにリセットトランジスタ22は、フォトダイオードPDにより生成された信号電荷を読み出してデータ信号として出力するように構成されている。例えば、転送トランジスタ21L及び21R、増幅トランジスタ23、選択トランジスタ24並びにリセットトランジスタ22は、例えば、NチャネルのMOSトランジスタとして構成されている。
転送トランジスタ21L及び21Rは、図3に示すように、単位画素PL及びPRに1つずつ設けられている。例えば、図3に示すように、転送トランジスタ21Lは、撮像面において、垂直方向に並ぶ2つのフォトダイオード11L及び12Lの間に、口の字状の転送ゲート21LGの内側にフローティングディフュージョン111Lが位置するように設けられる。同様に、例えば、転送トランジスタ21Rは、撮像面において、垂直方向に並ぶ2つのフォトダイオード11R及び12Rの間に、口の字状の転送ゲート21RGの内側にフローティングディフュージョン111Rが位置するように設けられる。従って、平面視で、フローティングディフュージョン111Lは転送ゲート21LGにより取り囲まれ、フローティングディフュージョン111Rは転送ゲート21RGにより取り囲まれる。
増幅トランジスタ23は、図3に示すように、撮像面において、単位画素PL及びPRの右側に設けられている。つまり、増幅トランジスタ23は、撮像面において、4つのフォトダイオードPDの右側に設けられている。ここでは、増幅トランジスタ23は、垂直方向において1対のソース及びドレインがチャネルを挟むように設けられている。
選択トランジスタ24は、図3に示すように、撮像面において、単位画素PL及びPRの右側に設けられている。つまり、選択トランジスタ24は、増幅トランジスタ23と同様に撮像面において、4つのフォトダイオードPDの右側に設けられている。ここでは、選択トランジスタ24は、垂直方向において1対のソース及びドレインがチャネルを挟むように設けられている。
リセットトランジスタ22は、図3に示すように、撮像面において、単位画素PL及びPRの右側に設けられている。つまり、リセットトランジスタ22は、増幅トランジスタ23及び選択トランジスタ24と同様に撮像面において、4つのフォトダイオードPDの右側に設けられている。ここでは、リセットトランジスタ22は、垂直方向において1対のソース及びドレインがチャネルを挟むように設けられている。
配線層は、半導体基板101の転送ゲート21LG及び21RGが設けられた表面の上方に設けられている。配線層は制御線LTX、制御線LSL、制御線LRT及び信号線VOUTを含み、これらが各素子に電気的に接続するように形成されている。例えば、画素Pの境界部分又は単位画素PL及びPRが並ぶ境界部分に、各配線が設けられている。
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、画素P内のレイアウトの点で第1の実施形態と相違する。図8は、第2の実施形態における画素P内のレイアウトを示す図である。図9は、第2の実施形態における画素Pの構成を示す断面図である。図10は、第2の実施形態における画素Pの構成を示す回路図である。図9は、図8中のX1-X2線で示す断面を示す。図8~図10には、一例として、レッドフィルタ層Rが設けられた画素(赤色画素)の構成を示すが、フィルタ層の色を除き、グリーンフィルタ層Gが設けられた画素(緑色画素)及びブルーフィルタ層Bが設けられた画素(青色画素)も、赤色画素と同様の構成を有する。
次に、第3の実施形態について説明する。図11は、第3の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す図である。
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、画素P内のレイアウトの点で第3の実施形態と相違する。図14は、第4の実施形態における画素P内のレイアウトを示す図である。図15は、第4の実施形態における画素Pの構成を示す回路図である。図14~図15には、一例として、レッドフィルタ層Rが設けられた画素(赤色画素)の構成を示すが、フィルタ層の色を除き、グリーンフィルタ層Gが設けられた画素(緑色画素)及びブルーフィルタ層Bが設けられた画素(青色画素)も、赤色画素と同様の構成を有する。
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、画素P内のレイアウトの点で第3の実施形態と相違する。図16は、第5の実施形態における画素P内のレイアウトを示す図である。図17は、第5の実施形態における画素Pの構成を示す回路図である。図16~図17には、一例として、レッドフィルタ層Rが設けられた画素(赤色画素)の構成を示すが、フィルタ層の色を除き、グリーンフィルタ層Gが設けられた画素(緑色画素)及びブルーフィルタ層Bが設けられた画素(青色画素)も、赤色画素と同様の構成を有する。
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、第1~第5の実施形態のいずれかに係る固体撮像素子を備えた撮像システムの一例であるカメラシステムに関する。図18は、第6の実施形態に係るカメラシステムの構成を示す図である。
2 画素制御部
3 読み出し処理部
4 出力部
11L~16L、11R~16R フォトダイオード
21L、21R 転送トランジスタ
21LG、21RG 転送ゲート
22 リセットトランジスタ
23 増幅トランジスタ
24 選択トランジスタ
103 配線
111L、111R フローティングディフュージョン
201 固体撮像素子
202 駆動回路
203 信号処理回路
204 レンズ
P 画素
PL、PR 単位画素
LTX、LRT、LSL 制御線
VOUT 信号線
Claims (9)
- 複数の画素を有し、
前記複数の画素の各々は、第1の方向に配列する複数の単位画素を含み、
前記複数の単位画素の各々は、
単一の浮遊拡散部と、
前記浮遊拡散部の周囲に設けられ、入射した光から信号電荷を生成する複数の光電変換部と、
前記浮遊拡散部と前記複数の光電変換部との間に設けられ、前記複数の光電変換部から前記浮遊拡散部への前記信号電荷の転送を制御する単一の転送ゲートと、
を有し、
前記複数の単位画素の各々に含まれる前記浮遊拡散部は、前記第1の方向に配列し、
前記複数の単位画素の各々に含まれる前記転送ゲートは、前記画素内で共通に接続され、
前記複数の画素の各々は、
前記複数の単位画素から出力された信号を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタのゲートの電位をリセットするリセットトランジスタと、
前記複数の単位画素と重なる部分で前記第1の方向に延びる配線と、
を更に有し、
前記配線は、前記複数の単位画素の各々に含まれる前記浮遊拡散部と、前記増幅トランジスタのゲートと、前記リセットトランジスタのソースとを接続することを特徴とする固体撮像素子。 - 前記転送ゲートは前記浮遊拡散部を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記複数の光電変換部から前記浮遊拡散部に転送された前記信号電荷が加算されて電気信号として出力されることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像素子。
- 前記増幅トランジスタ及び前記リセットトランジスタは、ドレインを共有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 前記配線は、前記複数の単位画素の各々に含まれる前記浮遊拡散部及び前記増幅トランジスタのゲートの間で前記第1の方向に直線状に延びることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子。
- 前記増幅トランジスタ及び前記リセットトランジスタは、ドレインを互いに独立して有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 前記配線は、前記複数の単位画素の各々に含まれる前記浮遊拡散部、前記増幅トランジスタのゲート及び前記リセットトランジスタのソースの間で前記第1の方向に直線状に延びることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。
- 前記複数の光電変換部は、前記単位画素の各々において、
前記第1の方向に1つ以上配置され、
前記第1の方向に垂直な第2の方向に2つ配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理部と、
前記固体撮像素子を駆動する駆動部と、
を有し、
前記複数の光電変換部から前記浮遊拡散部に転送された前記信号電荷が加算されて電気信号として出力されることを特徴とする撮像システム。
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