JP7145445B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
積層型CMOSセンサは、半導体基板上方に光電変換層を有する。積層型CMOSセンサにおいて、高ダイナミックレンジ撮影を実現し、かつ、高速で移動する物体の撮像を行うためには、単位画素を感度の異なる2つの画素セルから構成し、かつ、グローバルシャッタ方式を用いるとよい。ただし、上述のように、グローバルシャッタ方式の撮像装置では、シャッタが開いていないときに電荷蓄積領域に光が入射すると、電荷蓄積領域で光電変換が起こり、発生した電荷が擬似信号となるため画質が劣化する可能性がある。そのため、電荷蓄積領域への光の漏れ込みを低減する工夫が必要である。なお、このような、シャッタが開いていないときに漏れ込む光に対する受光感度を、寄生受光感度と呼ぶ。また、寄生受光感度は、PLS(Parasitic Light Sensitivity)、寄生感度、または寄生光感度と呼ぶこともある。
例えば、前記第1トランジスタは、第1ゲート電極を含み、前記第2トランジスタは、第2ゲート電極を含み、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極は、前記第2電極と重なってもよい。
まず、本実施の形態に係る撮像装置における電荷蓄積領域の配置について説明する。図2は、実施の形態に係る撮像装置100における第1電荷蓄積領域15および第2電荷蓄積領域25の配置を模式的に示した平面図である。ただし、図2では、説明を容易にするため、画素電極である第2電極12および第4電極22を実線で示している。図3は、図2のIII-III線における概略断面図である。図3では、第1画素セル31および第2画素セル32が並ぶ方向における光電変換部の境界を一点破線で示している。
以下、図8および図9を参照しながら、実施の形態の変形例に係る撮像装置100aの構成について説明する。図8は、実施の形態の変形例に係る撮像装置100aにおける電荷蓄積領域の配置を模式的に示した平面図である。図9は、図8のIX-IX線における概略断面図である。
2、102 半導体基板
3、103 光電変換層
4、104 層間絶縁層
5 受光領域
10A、10B 領域
11 第1電極
12、112 第2電極
13 第1光電変換層
14、114 第1光電変換部
15、115 第1電荷蓄積領域
16、26、116、126 配線層
17 第1ゲート
18 第1拡散領域
21 第3電極
22、122 第4電極
23 第2光電変換層
24、124 第2光電変換部
25、125 第2電荷蓄積領域
27 第2ゲート
28 第2拡散領域
30、30a、130 画素(単位画素)
31、131 第1画素セル
32、132 第2画素セル
33 第5電極
40A、40B 増幅トランジスタ
41A 第1トランジスタ(リセットトランジスタ)
41B 第2トランジスタ(リセットトランジスタ)
42A、42B アドレストランジスタ
43 容量素子
45A、45B 垂直信号線
46A、46B 電源配線
47A、47B リセット信号線
48A、48B アドレス信号線
49A、49B フィードバック信号線
50A、50B フィードバックアンプ
51A 第1電荷検出回路
51B 第2電荷検出回路
52A 第1の垂直走査回路
52B 第2の垂直走査回路
53A 第1の水平走査回路
53B 第2の水平走査回路
54A 第1の列AD変換回路
54B 第2の列AD変換回路
55A、55B リセット電圧発生回路
100、100a、110 撮像装置
Claims (10)
- 半導体基板と、
第1画素セルおよび第2画素セルと、
を備え、
前記第1画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置し入射光を第1電荷に変換する第1光電変換層と、を含む第1光電変換部と、
前記第2電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第1電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第3電極と、前記第3電極に対向する第4電極と、前記第3電極と前記第4電極との間に位置し入射光を第2電荷に変換する第2光電変換層と、を含む第2光電変換部と、
前記第4電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第2電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2電極の面積は前記第4電極の面積よりも大きく、
前記第2電極および前記第4電極は、遮光性を有する材料を含み、
平面視において、前記第1電荷蓄積領域および前記第2電荷蓄積領域は、前記第2電極と重なり、
前記第1電極および前記第3電極は、1つの電極を構成している、
撮像装置。 - 半導体基板と、
第1画素セルおよび第2画素セルと、
を備え、
前記第1画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置し入射光を第1電荷に変換する第1光電変換層と、を含む第1光電変換部と、
前記第2電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第1電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第3電極と、前記第3電極に対向する第4電極と、前記第3電極と前記第4電極との間に位置し入射光を第2電荷に変換する第2光電変換層と、を含む第2光電変換部と、
前記第4電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第2電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2電極の面積は前記第4電極の面積よりも大きく、
前記第2電極および前記第4電極は、遮光性を有する材料を含み、
平面視において、前記第1電荷蓄積領域および前記第2電荷蓄積領域は、前記第2電極と重なり、
平面視において、前記第1電荷蓄積領域および前記第2電荷蓄積領域は、前記第4電極と重ならない、
撮像装置。 - 半導体基板と、
第1画素セルおよび第2画素セルと、
を備え、
前記第1画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置し入射光を第1電荷に変換する第1光電変換層と、を含む第1光電変換部と、
前記第2電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第1電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2画素セルは、
前記半導体基板の上方に位置し、第3電極と、前記第3電極に対向する第4電極と、前記第3電極と前記第4電極との間に位置し入射光を第2電荷に変換する第2光電変換層と、を含む第2光電変換部と、
前記第4電極に電気的に接続された、前記半導体基板内の第2電荷蓄積領域と、
を含み、
前記第2電極の面積は前記第4電極の面積よりも大きく、
前記第2電極および前記第4電極は、遮光性を有する材料を含み、
平面視において、前記第1電荷蓄積領域および前記第2電荷蓄積領域は、前記第2電極と重なり、
前記第1電極および前記第3電極は、同一平面上に位置している、
撮像装置。 - 平面視において、前記第1電荷蓄積領域の全体および前記第2電荷蓄積領域の全体は、前記第2電極と重なる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1光電変換層および前記第2光電変換層は、1つの光電変換層を構成している、
請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1画素セルは、第1トランジスタを含み、
前記第2画素セルは、第2トランジスタを含み、
前記第1トランジスタは、ソースおよびドレインの一方として前記第1電荷蓄積領域を含み、ソースおよびドレインの他方として第1拡散領域を含み、
前記第2トランジスタは、ソースおよびドレインの一方として前記第2電荷蓄積領域を含み、ソースおよびドレインの他方として第2拡散領域を含み、
平面視において、前記第1拡散領域および前記第2拡散領域は、前記第2電極と重なる、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 平面視において、前記第1拡散領域および前記第2拡散領域は、前記第4電極と重ならない、
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記第1トランジスタは、第1ゲート電極を含み、
前記第2トランジスタは、第2ゲート電極を含み、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極は、前記第2電極と重なる、
請求項6または請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第2電極と前記第4電極との間に位置し、前記第2電極および前記第4電極と同層に位置する第5電極を備え、
前記第5電極は、前記第1電荷蓄積領域および前記第2電荷蓄積領域のいずれとも電気的に接続されていない、
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1電荷蓄積領域と前記第2電荷蓄積領域と間の距離は、0.1μm以上である、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置。
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