JP7472952B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
<固体撮像素子の構成例>
まず、本技術を適用した固体撮像素子の構成例について説明する。図1は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示す図である。
次に、上述した画素アレイ部21の各画素の回路構成について説明する。図2は、画素アレイ部21に設けられた1つの画素の回路構成例を示す回路図である。
次に、図3乃至図6を参照して、上述した画素の物理的な構造について説明する。ここで、図2を参照して説明した構成と対応する構成については、同一の名称、および同一の符号を付しており、その説明は、適宜省略するものとする。
以上においては、像面位相差検出用画素を形成するにあたって、図7の左上部で示されるようにフォトダイオード61の上部を遮光するように遮光膜71が配設される例について説明してきた。しかしながら、像面位相差検出用画素が形成可能であれば、フォトダイオード61のその他の部位が遮光されるように配設されても良い。すなわち、図7の右上部で示されるように、フォトダイオード61の下部が遮光されるように遮光膜71が配設されるようにしてもよい。また、図7の左下部、および右下部で示されるように、それぞれフォトダイオード61の右部および左部が遮光されるように遮光膜71が配設されるようにしてもよい。
以上においては、FD配線91と同一の金属配線層に転送ゲート部62のゲート電極を設ける例について説明してきたが、例えば、図8で示されるように、電荷電圧変換部63、および電荷蓄積部65における配線層をFD配線101とし、転送ゲート部62におけるゲート電極の配線をこれまでのFD配線91を一般の配線91とすることにより、付加容量部MIMを形成する電極101aを遮光膜71に対して、より近い層に形成するようにしても良い。
以上においては、一般的な表面照射型のCMOSイメージセンサの例について説明してきたが、各画素にメモリを設けて、全画素で一斉に画素信号を読み出す、いわゆるグローバルシャッタ形式の表面照射型のCMOSイメージセンサであってもよい。
以上においては、遮光膜71と、第3層に設けられる電極91aとが対向して設けられることにより、付加容量部MIMを形成できる構成とすることで、電荷蓄積部65の容量を増大させる例について説明してきたが、電極91aは、遮光膜71に対向する範囲であれば、その他の範囲に設けられるようにしてもよく、例えば、図13で示されるように、電極91aに代えて、電極91bとして形成するようにしてもよい。
上述した固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
<固体撮像素子の使用例>
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
<1> 光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続された転送トランジスタと、
前記転送トランジスタに接続された浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域に接続されたスイッチトランジスタと、
前記スイッチトランジスタを介して前記浮遊拡散領域に接続された容量と、
前記浮遊拡散領域に接続されたリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散領域に接続された増幅トランジスタと、
前記スイッチトランジスタに接続された第1の金属配線を含む第1層と、第2の金属配線を含む第2層と、前記転送トランジスタに接続された第3の金属配線を含む第3層とを含む配線層とを備え、
前記容量は、前記第1の金属配線と前記第2の金属配線とを含み、
前記第2層は、コンタクトが設けられておらず、
前記第1層は、前記第3層とは異なる層であって、
前記浮遊拡散領域のコンタクト領域は、前記スイッチトランジスタと前記リセットトランジスタとの間に設けられる
光検出素子。
<2> 選択トランジスタをさらに備える
<1>に記載の光検出素子。
<3> 前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタは、同一の拡散領域を共有する
<1>または<2>に記載の光検出素子。
<4> 前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域のコンタクト領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタは、前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域のコンタクト領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタの順に第1の方向に並んで配設される
<2>に記載の光検出素子。
<5> 前記光電変換領域と前記転送トランジスタは、前記第1の方向に垂直な第2の方向に並んで配設される
<4>に記載の光検出素子。
<6> 前記選択トランジスタは、前記第1の方向に沿って配設される
<4>に記載の光検出素子。
<7> 前記第2の金属配線は、固定電位に接続される
<1>乃至<6>のいずれかに記載の光検出素子。
<8> 前記第1の金属配線は、方形状である
<1>乃至<7>に記載の光検出素子。
<9> 前記浮遊拡散領域は、前記転送トランジスタからの電荷を電気信号に変換する電荷電圧変換部である
<1>乃至<8>に記載の光検出素子。
<10> 光電変換領域と、
前記光電変換領域に接続された転送トランジスタと、
前記転送トランジスタに接続された浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域に接続されたスイッチトランジスタと、
前記スイッチトランジスタを介して前記浮遊拡散領域に接続された容量と、
前記浮遊拡散領域に接続されたリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散領域に接続された増幅トランジスタと、
前記スイッチトランジスタに接続された第1の金属配線を含む第1層と、第2の金属配線を含む第2層と、前記転送トランジスタに接続された第3の金属配線を含む第3層とを含む配線層とを備え、
前記容量は、前記第1の金属配線と前記第2の金属配線とを含み、
前記第2層は、コンタクトが設けられておらず、
前記第1層は、前記第3層とは異なる層である
光検出素子。
<11> 選択トランジスタをさらに備える
<10>に記載の光検出素子。
<12> 前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタは、同一の拡散領域を共有する
<10>または<11>に記載の光検出素子。
<13> 前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域のコンタクト領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタは、前記スイッチトランジスタ、前記浮遊拡散領域のコンタクト領域、前記リセットトランジスタ、および前記増幅トランジスタの順に第1の方向に並んで配設される
<10>または<11>に記載の光検出素子。
<14> 前記第2の金属配線は、固定電位に接続される
<10>に記載の光検出素子。
<15> 前記第1の金属配線は、方形状である
<10>に記載の光検出素子。
Claims (16)
- 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部に接続された転送トランジスタと、
前記転送トランジスタを介して前記光電変換部より転送される前記電荷を蓄積する浮遊拡散領域と、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、
第1の方向に配設された前記浮遊拡散領域と前記電荷蓄積領域との間に配設され、前記浮遊拡散領域と前記電荷蓄積領域とを電気的に接続するように構成されたスイッチトランジスタと、
前記浮遊拡散領域に接続された増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタに接続された選択トランジスタとを備え、
前記浮遊拡散領域は、前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタを介して、垂直信号線に接続され、
前記増幅トランジスタは、前記第1の方向に配設された前記スイッチトランジスタおよび前記選択トランジスタとの間に配設され、
前記転送トランジスタのゲートは、平面視において、前記第1の方向が長辺となる長方形状であり、前記長辺の長さは、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、および前記スイッチトランジスタを含む領域の前記第1の方向に沿った長さよりも長い
撮像装置。 - 前記浮遊拡散領域と接続され、前記浮遊拡散領域を電源電圧にリセットするリセットトランジスタをさらに備える
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記電荷蓄積領域は、第1の電極と、前記第1の電極と対向する第2の電極とから構成され、
前記第1の電極は、前記光電変換部が形成された、光入射側の基板の表面の、前記第2の電極よりも前記光入射側の配線層に設けられ、前記第2の電極は、前記基板の前記光入射側の表面に形成される
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2の電極は、遮光膜であり、
ポリシリコンゲートが、前記基板の表面に設けられ、前記遮光膜が、前記基板の前記ポリシリコンゲートを覆っている
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記浮遊拡散領域、前記増幅トランジスタ、および前記選択トランジスタは、前記浮遊拡散領域、前記増幅トランジスタ、および前記選択トランジスタの順に第1の方向に並んで配設される
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換部および前記転送トランジスタは、前記第1の方向と直交する第2の方向に配設される
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記リセットトランジスタは、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、および前記スイッチトランジスタと共に、前記第1の方向に沿って配設される
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記転送トランジスタは、前記光電変換部と、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、前記スイッチトランジスタ、および前記リセットトランジスタを含む領域との間であって、前記第1の方向と直交する第2の方向に配設される
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記長辺は、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、前記スイッチトランジスタ、および前記リセットトランジスタを含む領域の前記第1の方向の長さよりも長い
請求項8に記載の撮像装置。 - 前記浮遊拡散領域は、前記転送トランジスタを介して転送される前記電荷を、電気信号に変換する電荷電圧変換部である
請求項1乃至9のいずれかに記載の撮像装置。 - 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部より転送される前記電荷を蓄積する浮遊拡散領域と、
前記光電変換部と前記浮遊拡散領域との間に配設され、前記光電変換部から前記浮遊拡散領域に前記電荷を転送し、平面視において、2つの短辺および2つの長辺からなるゲートを有する転送トランジスタと、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、
前記浮遊拡散領域と前記電荷蓄積領域との間に配設され、前記浮遊拡散領域と前記電荷蓄積領域とを電気的に接続するように構成されたスイッチトランジスタと、
前記浮遊拡散領域と接続され、前記浮遊拡散領域を電源電圧にリセットするリセットトランジスタとを備え、
前記電荷蓄積領域、前記スイッチトランジスタ、および前記浮遊拡散領域は、前記電荷蓄積領域、前記スイッチトランジスタ、および前記浮遊拡散領域の順序で、前記転送トランジスタの前記ゲートの前記長辺と平行な線に沿って配設され、
前記ゲートの前記長辺の長さは、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、前記リセットトランジスタ、および前記スイッチトランジスタを含む領域の前記長辺と平行な方向の長さよりも長い
撮像装置。 - 前記電荷蓄積領域は、第1の電極と、前記第1の電極と対向する第2の電極とから構成され、
前記第1の電極は、前記光電変換部が配設された基板の光入射側の表面の、前記第2の電極よりも前記光入射側の配線層に設けられ、前記第2の電極は、前記光電変換部が配設された前記基板の前記光入射側の表面に設けられる
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記第2の電極は、遮光膜であり、
ポリシリコンゲート層が、前記基板の表面に設けられ、前記遮光膜が、前記基板上の前記ポリシリコンゲート層を覆っている
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記転送トランジスタは、前記光電変換部と、前記浮遊拡散領域、前記電荷蓄積領域、前記スイッチトランジスタ、および前記リセットトランジスタを含む領域との間であって、前記転送トランジスタの前記ゲートの短辺と平行な線に沿って配設される
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記浮遊拡散領域は、前記転送トランジスタを介して転送される前記電荷を、電気信号に変換する電荷電圧変換部である
請求項11乃至14のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記遮光膜は、全体として一体とした構成として配設され、前記光電変換部を有する画素毎に開口され、像面位相差検出用画素のみについては、平面視において、前記光電変換部の上部、下部、左側、および右側のいずれかが遮蔽される
請求項13に記載の撮像装置。
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