KR20210036423A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210036423A
KR20210036423A KR1020217008953A KR20217008953A KR20210036423A KR 20210036423 A KR20210036423 A KR 20210036423A KR 1020217008953 A KR1020217008953 A KR 1020217008953A KR 20217008953 A KR20217008953 A KR 20217008953A KR 20210036423 A KR20210036423 A KR 20210036423A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photodiode
receiving unit
imaging device
pixels
shift register
Prior art date
Application number
KR1020217008953A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102398375B1 (ko
Inventor
가즈키 후지타
류지 규시마
하루미치 모리
Original Assignee
하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 filed Critical 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Publication of KR20210036423A publication Critical patent/KR20210036423A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102398375B1 publication Critical patent/KR102398375B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H04N5/372—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H01L27/14663—Indirect radiation imagers, e.g. using luminescent members
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays
    • H04N5/374—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

고체 촬상 장치(1A)는 수광부(20), 불요 캐리어 포획부(30) 및 수직 시프트 레지스터(60)를 구비한다. 불요 캐리어 포획부(30)는 수광부(20)와 수직 시프트 레지스터(60) 사이의 영역에 있어서 각 행마다 배치된 캐리어 포획 영역 DA1~DAM을 가진다. 캐리어 포획 영역 DA1~DAM은 트랜지스터 및 포토 다이오드를 포함한다. 트랜지스터의 일단은 포토 다이오드에 접속되어 있고, 타단은 전하 배출용 배선 Rd에 접속되어 있다. 전하 배출용 배선 Rd는 기준 전위선 GND에 단락되어 있다. 이것에 의해, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소의 출력 특성이나 노이즈의 크기를, 다른 화소에 근접시킬 수 있는 고체 촬상 장치가 실현된다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는 방사선 촬상 장치에 관한 기술이 기재되어 있다. 이 장치는 피사체로부터의 방사선을 전기 신호로 변환하는 변환 소자와, 전기 신호를 외부에 전송하는 전송 스위치를 포함하는 복수의 화소가 이차원 모양으로 배치되어 이루어지는 센서 어레이를 구비하고 있다. 또, 이 장치는 센서 어레이의 각 화소를 행(行)방향으로 접속하는 복수의 게이트선과, 각 게이트선에 접속된 각 화소의 전기 신호를 판독하기 위해서, 각 게이트선을 구동시키는 게이트 구동장치와, 센서 어레이의 각 화소를 열(列)방향으로 접속하는 복수의 신호선과, 각 신호선에 대응하여 마련되어, 각 전송 스위치로부터 전송된 전기 신호를 증폭하여 판독하는 복수의 앰프를 구비하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2007－50053호 공보
고체 촬상 장치는 복수의 화소가 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 이차원 모양으로 배치된 수광부를 가진다. 각 화소에는, 입사된 광을 전자로 변환하기 위한 포토 다이오드가 배치된다. 각 화소의 포토 다이오드는, 각 열마다 배설(配設)된 판독용 배선에 스위치 회로(예를 들면 트랜지스터)를 통해서 접속되어 있고, 포토 다이오드 내에 축적된 전하는, 스위치 회로가 도통 상태로 됨으로써 판독용 배선으로 유출(流出)된다. 전하는 판독용 배선을 통해서 적분 회로에 이르러, 적분 회로에서 전압 신호로 변환된다. 각 화소의 스위치 회로의 도통 상태를 제어하기 위한 제어 단자(예를 들면 게이트 단자)는, 각 행마다 배설된 행 선택용 배선에 접속되어 있다. 그리고 시프트 레지스터로부터의 신호가 행 선택용 배선을 통해서 각 스위치 회로의 제어 단자에 주어짐으로써, 각 화소로부터의 전하의 판독이 각 행마다 행해진다.
이러한 구성을 구비하는 고체 촬상 장치에서는, 수광부뿐만이 아니라 수광부의 주위 영역에도 광이 입사된다. 또, 예를 들면 고체 촬상 장치가 X선 촬상 장치로서 이용되는 경우에는, 수광부의 주위 영역이 신틸레이터에 의해서 덮여 있었다고 하더라도, 신틸레이터를 투과한 X선 및 신틸레이터로부터의 신틸레이션광이 수광부의 주위 영역에 입사된다. 이것에 의해, 수광부의 주위 영역에서는 불필요한 전하(캐리어)가 발생해 버린다. 특히, 수광부와 나란하게 배치되는 시프트 레지스터는 어느 정도의 면적을 가지고 있으므로, 시프트 레지스터가 형성되어 있는 영역에서 많은 불요 캐리어가 발생한다.
시프트 레지스터에서 발생한 불요 캐리어가 수광부에 유입(流入)되면, 시프트 레지스터에 인접하는 화소로부터의 출력에 노이즈가 중첩되어 버린다. 이러한 현상을 회피하기 위해서, 시프트 레지스터와 수광부 사이의 영역에, 불요 캐리어를 흡수하기 위한 포토 다이오드(더미 포토 다이오드)를 배치하고, 이 더미 포토 다이오드를 기준 전위선(접지 배선)에 단락시키는 것을 생각할 수 있다.
그렇지만, 이 방식에는 다음의 과제가 있다. 통상, 수광부에 있어서 서로 인접하는 화소 사이에는, 이들 포토 다이오드 사이에 생기는 커플링 용량 등에 기인하는 크로스톡(crosstalk)이 존재한다. 또, 각 화소에서는, 스위치 회로를 통해서 서로 연결되어 있는 포토 다이오드와 행 선택용 배선의 사이에 기생 용량이 존재하고 있고, 이 기생 용량도 또, 크로스톡에 영향을 준다. 그러나 상술한 더미 포토 다이오드에는 스위치 회로가 마련되어 있지 않기 때문에, 이러한 기생 용량은 생기지 않는다. 이 때문에, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소에서는, 다른 화소와 비교하여 크로스톡의 정도가 달라, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소로부터의 출력 특성이나 노이즈의 크기가 다른 화소와는 달라져 버린다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소의 출력 특성이나 노이즈의 크기를, 다른 화소에 근접시킬 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 고체 촬상 장치는 제1 포토 다이오드, 및 그 제1 포토 다이오드에 일단이 접속된 제1 스위치 회로를 각각 포함하고, M행 N열(M, N은 2이상인 정수)로 이차원 배열된 M×N개의 화소를 가지는 수광부와, 각 열마다 배설되어, 대응하는 열의 화소에 포함되는 제1 스위치 회로의 타단에 접속된 N개의 판독용 배선과, N개의 판독용 배선에 접속된 판독 회로부와, 수광부에 대해서 행방향으로 나란하게 배치되어, 제1 스위치 회로의 개폐 상태를 각 행마다 제어하는 시프트 레지스터와, 시프트 레지스터와 수광부 사이의 영역에 있어서 각 행마다 배치된 M개의 더미 포토 다이오드와, M개의 더미 포토 다이오드에 각각의 일단이 접속된 M개의 제2 스위치 회로와, M개의 제2 스위치 회로의 타단에 접속됨과 아울러 기준 전위선에 단락된 전하 배출용 배선을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 고체 촬상 장치에서는, 시프트 레지스터와 수광부 사이의 영역에 있어서, M개의 더미 포토 다이오드가 각 행마다 배치되어 있다. 시프트 레지스터에 있어서 발생하는 불요 캐리어는, 이 더미 포토 다이오드에 의해서 흡수된다. 이것에 의해, 시프트 레지스터에서 발생한 불요 캐리어에 기인하는 노이즈가 수광부의 화소로부터의 출력에 중첩되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
또, 이 고체 촬상 장치에서는 더미 포토 다이오드와 전하 배출용 배선이 제2 스위치 회로를 통해서 접속되어 있고, 제2 스위치 회로가 도통 상태가 되었을 때, 불요 캐리어가 더미 포토 다이오드로부터 전하 배출용 배선을 거쳐 기준 전위선으로 배출된다. 이와 같이, 상기 고체 촬상 장치에서는, 수광부 내의 각 화소에 있어서의 제1 스위치 회로와 마찬가지로, 더미 포토 다이오드에도 제2 스위치 회로가 마련되어 있다. 따라서 상기의 고체 촬상 장치에 의하면, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소에 있어서의 크로스톡의 크기를, 다른 화소에 있어서의 크로스톡의 크기에 근접시킬 수 있어, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소로부터의 출력 특성이나 노이즈의 크기를 다른 화소의 그것에 근접시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 의한 고체 촬상 장치에 의하면, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소의 출력 특성이나 노이즈의 크기를, 다른 화소에 근접시킬 수 있다.
도 1은 고체 촬상 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 고체 촬상 장치의 일부를 확대한 평면도이다.
도 3은 고체 촬상 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 화소, 적분 회로, 및 유지 회로, 및 캐리어 포획 영역의 상세한 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 6은 시프트 레지스터와 수광부 사이의 영역에, 불요 캐리어를 흡수하기 위한 더미 포토 다이오드를 배치한 예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 (a) 수광부의 평면도로서, 계속 노광의 경계선의 일례를 나타내는 도면, 및 (b) 캐리어 포획부 부근의 계속 노광의 경계선의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 (a) 수광부의 평면도로서, 계속 노광의 경계선의 다른 예를 나타내는 도면, 및 (b) 캐리어 포획부 부근의 계속 노광의 경계선의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 2매의 유리 기판을 나란하게 배치한 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치는, 예를 들면 의료용 X선 촬상 시스템에 이용된다. 도 1 및 도 2는, 본 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 장치(1A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1은 고체 촬상 장치(1A)를 나타내는 평면도이고, 도 2는 고체 촬상 장치(1A)의 일부를 확대한 평면도이다. 또한, 도 1 및 도 2에는, 이해를 용이하게 하기 위한 XYZ 직교좌표계를 함께 도시하고 있다.
도 1에 도시되는 것처럼, 고체 촬상 장치(1A)는 수광부(20), 불요 캐리어 포획부(30), 판독 회로부(40) 및 수직 시프트 레지스터(60)를 구비하고 있다. 수광부(20), 불요 캐리어 포획부(30), 판독 회로부(40), 및 수직 시프트 레지스터(60)는, 기판(12)의 주면(主面)상에 제작되어 있다. 수직 시프트 레지스터(60)는 수광부(20)에 대해서 X축 방향으로 나란하게 배치되어 있다. 불요 캐리어 포획부(30)의 일부분은, 수광부(20)와 수직 시프트 레지스터(60) 사이의 영역에 배치되어 있고, 불요 캐리어 포획부(30)의 나머지 부분은, 수광부(20)에 대해서 Y축 방향으로 나란하게 배치되고, 수광부(20)와 판독 회로부(40) 사이의 영역에 위치하고 있다.
판독 회로부(40)는 수광부(20)의 복수 열 각각에 대응해서 마련된 복수의 적분 회로를 포함하고 있고, 이들 복수의 적분 회로는, 대응하는 열의 화소로부터 출력되는 전하의 양에 따른 전압치를 각각 생성한다. 판독 회로부(40)는 각 적분 회로로부터 출력된 전압치를 유지하고, 그 유지한 전압치를 순차적으로 출력한다.
수광부(20)는 복수의 화소 P1,1~PM,N이 M행 및 N열(M, N은 2이상인 정수)에 걸쳐서 이차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 도 2에는, 복수의 화소 P1,1~PM,N을 대표하여, 4개의 화소 Pm,N-1, Pm,N, Pm＋1,N-1, 및 Pm＋1,N이 도시되어 있다. 예를 들면, 화소 Pm,N은 제m행 제N열(m은 1 이상 M 이하의 정수)에 위치하는 화소이다. 도 1 및 도 2에 있어서, 열방향은 Y축 방향과 일치하고, 행방향은 X축 방향과 일치한다.
수광부(20)에 포함되는 화소 P1,1~PM,N 각각은, 트랜지스터(21) 및 포토 다이오드(22)를 구비하고 있다. 화소 P1,1~PM,N 각각이 가지는 트랜지스터(21)는, 본 실시 형태에 있어서의 제1 스위치 회로이다. 트랜지스터(21)는 매우 적합하게는 전계 효과 트랜지스터(FET)에 의해서 구성되지만, 바이폴러 트랜지스터에 의해서 구성되어도 좋다. 이하에서는, 트랜지스터(21)가 FET인 것으로서 설명한다. 이 경우, 제어 단자는 게이트를 의미한다. 트랜지스터(21)가 바이폴러 트랜지스터인 경우에는, 제어 단자는 베이스를 의미한다.
또, 화소 P1,1~PM,N 각각이 가지는 포토 다이오드(22)는, 본 실시 형태에 있어서의 제1 포토 다이오드이다. 포토 다이오드(22)는 pn 접합 혹은 pin 접합을 포함하는 반도체 영역에 의해서 구성되어, 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생시키고, 그 발생시킨 전하를 접합 용량부에 축적한다. 트랜지스터(21)의 일단(예를 들면 소스 영역)은, 포토 다이오드(22)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 수광부(20)의 위에는 도시하지 않는 신틸레이터가 마련되어 있다. 신틸레이터는 입사된 X선에 따라서 신틸레이션광을 발생시켜 X선 이미지를 광이미지로 변환하여, 이 광이미지를 포토 다이오드(22)로 출력한다.
고체 촬상 장치(1A)는 각 행마다 배설된 복수의 행 선택용 배선 Q1~QM(도 2에는 Qm 및 Qm＋1을 대표하여 나타냄)과 각 열마다 배설된 복수의 판독용 배선 R1~RN(도 2에는 RN 및 RN-1을 대표하여 나타냄)을 추가로 구비하고 있다.
제m행의 행 선택용 배선 Qm은, 대응하는 행의 화소 Pm,1~Pm,N에 포함되는 트랜지스터(21)의 개폐 상태를 제어하기 위한 제어 단자(예를 들면 게이트 단자)와, 트랜지스터(21)의 개폐 상태를 각 행마다 제어하는 수직 시프트 레지스터(60)를 서로 전기적으로 접속하고 있다. 또, 제n열(n은 1 이상 N 이하의 정수)의 판독용 배선 Rn은, 대응하는 열의 화소 P1,n~PM,n에 포함되는 트랜지스터(21)의 타단(예를 들면 드레인 영역)과 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 행 선택용 배선 Q1~QM, 및 복수의 판독용 배선 R1~RN은, 예를 들면 금속으로 이루어진다.
불요 캐리어 포획부(30)는 M개의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM을 가진다. 캐리어 포획 영역 DA1~DAM은, 수광부(20)와 수직 시프트 레지스터(60) 사이의 영역에 있어서, 각 행마다 배치되어 있다. 또한, 도 2에는, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM을 대표하여, 2개의 캐리어 포획 영역 DAm 및 DAm＋1이 도시되어 있다. 예를 들면, 캐리어 포획 영역 DAm은 제m행에 위치하는 캐리어 포획 영역이다. M개의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 각각은, 상술한 화소 P1,1~PM,N과 마찬가지로, 트랜지스터(21) 및 포토 다이오드(22)를 구비하고 있다.
또한, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 각각이 가지는 M개의 트랜지스터(21)는, 본 실시 형태에 있어서의 제2 스위치 회로이다. 또, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 각각이 가지는 M개의 포토 다이오드(22)는, 본 실시 형태에 있어서의 더미 포토 다이오드 로서, pn 접합 혹은 pin 접합을 포함하는 반도체 영역에 의해서 구성되고, 수광부(20)와 수직 시프트 레지스터(60) 사이의 영역에 있어서 각 행마다 배치되어 있다. 트랜지스터(21)의 일단(예를 들면 소스 영역)은, 포토 다이오드(22)와 전기적으로 접속되어 있다.
캐리어 포획 영역 DAm에 포함되는 트랜지스터(21)의 개폐 상태를 제어하기 위한 제어 단자(예를 들면 게이트 단자)는, 대응하는 행의 행 선택용 배선 Qm과 전기적으로 접속되어 있다. 또, 고체 촬상 장치(1A)는 전하 배출용 배선 Rd를 추가로 구비하고 있다. 전하 배출용 배선 Rd는, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM에 포함되는 트랜지스터(21)의 타단(예를 들면 드레인 영역)과 전기적으로 접속되어 있다. 전하 배출용 배선 Rd는 금속으로 이루어진다. 또한, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM은 차광(遮光)되지 않고, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM에는 통상의 화소 P1,1~PM,N과 마찬가지로 광이 입사된다. 단, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 일부 또는 전부가 차광되고 있어도 좋다.
불요 캐리어 포획부(30)는, 추가로, 각 열마다 배치된 (N＋1)개의 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1을 가진다. 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1의 구성은, 전술한 화소 P1,1~PM,N과 마찬가지이다. 즉, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1각각은, 트랜지스터(21) 및 포토 다이오드(22)를 구비하고 있다.
트랜지스터(21)의 일단(예를 들면 소스 영역)은, 포토 다이오드(22)와 전기적으로 접속되어 있다. 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1에 포함되는 트랜지스터(21)의 제어 단자는, 후술하는 행 선택용 배선 Qd와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN에 포함되는 트랜지스터(21)의 타단(예를 들면 드레인 영역)은, 각 열의 판독용 배선 R1~RN과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제(N＋1)열의 캐리어 포획 영역 DBN＋1에 포함되는 트랜지스터(21)의 타단은, 전하 배출용 배선 Rd와 전기적으로 접속되어 있다.
이어서, 고체 촬상 장치(1A)의 회로 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3은 고체 촬상 장치(1A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 전술한 것처럼, 수광부(20)는 M×N개의 화소 P1,1~PM,N이 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어진다. 또, 불요 캐리어 포획부(30)는 M개의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM과, (N＋1)개의 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1을 포함하고 있다. 제m행의 N개의 화소 Pm,1~Pm,N 및 캐리어 포획 영역 DAm에 접속된 제m행 선택용 배선 Qm은, 수직 시프트 레지스터(60)에 접속되어 있다. 또, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1에 접속된 행 선택용 배선 Qd도 또, 수직 시프트 레지스터(60)에 접속되어 있다.
판독 회로부(40)는 판독용 배선 R1~RN을 통해서 각 열마다 출력되는 전하량에 따른 전기 신호를, 차례로 출력하기 위한 회로이다. 판독 회로부(40)는 각 열마다 마련된 N개의 적분 회로(42)와 N개의 유지 회로(44)를 가지고 있다. 적분 회로(42) 및 유지 회로(44)는, 각 열마다 서로 직렬로 접속되어 있다. N개의 적분 회로(42)는 서로 공통의 구성을 가지고 있다. 또, N개의 유지 회로(44)는 서로 공통의 구성을 가지고 있다.
N개의 적분 회로(42) 각각은, 판독용 배선 R1~RN 각각에 접속된 입력단을 가지고 있고, 판독용 배선 R1~RN으로부터 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압치를 출력단으로부터 N개의 유지 회로(44) 각각으로 출력한다. 단, 전하 배출용 배선 Rd에는 적분 회로가 마련되어 있지 않고, 전하 배출용 배선 Rd는 기준 전위선(본 실시 형태에 있어서는 접지 전위에 접속된 전위선) GND에 단락되어 있다. 따라서 전하 배출용 배선 Rd를 통한 전하는, 기준 전위선 GND로 배출된다. 이와 같이, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 각 더미 포토 다이오드(22)로부터 출력되는 신호는, 판독 회로부(40)로 입력되는 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)로부터 출력되는 신호와 달리, 고체 촬상 장치(1A)로부터 출력되지 않는다.
N개의 적분 회로(42) 각각은, N개의 적분 회로(42)에 대해서 공통으로 마련된 리셋용 배선(46)에 접속되어 있다. N개의 유지 회로(44) 각각은, 적분 회로(42)의 출력단에 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압치를 유지하고, 그 유지한 전압치를 출력단으로부터 전압 출력용 배선(48)으로 출력한다. N개의 유지 회로(44) 각각은, N개의 유지 회로(44)에 대해서 공통으로 마련된 유지용 배선(45)에 접속되어 있다. 또, N개의 유지 회로(44) 각각은, 제1열 선택용 배선 U1~ 제N열 선택용 배선 UN 각각을 통해서 수평 시프트 레지스터(61)에 접속되어 있다.
수직 시프트 레지스터(60)는 제m행 선택 제어 신호 VSm을, 제m행 선택용 배선 Qm을 통해서 제m행의 N개의 화소 Pm,1~Pm,N 각각에 제공한다. 이에 더하여, 수직 시프트 레지스터(60)는 행 선택 제어 신호 VSd를, 행 선택용 배선 Qd를 통해서 (N＋1)개의 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1에 제공한다. 수직 시프트 레지스터(60)에 있어서, 행 선택 제어 신호 VSd, VS1~VSM은 차례로 유의치(有意値)가 된다.
또, 수평 시프트 레지스터(61)은 열 선택 제어 신호 HS1~HSN을, 열 선택용 배선 U1~UN을 통해서 N개의 유지 회로(44) 각각에 제공한다. 열 선택 제어 신호 HS1~HSN은 차례로 유의치가 된다. 또, N개의 적분 회로(42) 각각에는, 리셋용 배선(46)을 통해서 리셋 제어 신호 RE가 제공된다. N개의 유지 회로(44) 각각에는, 유지용 배선(45)을 통해서 유지 제어 신호 Hd가 제공된다.
도 4는 화소 Pm,n, 적분 회로(42) 및 유지 회로(44), 및 캐리어 포획 영역 DAm의 상세한 회로 구성예를 나타내는 도면이다. 여기에서는, M×N개의 화소 P1,1~PM,N을 대표하여 제m행 제n열의 화소 Pm,n의 회로도를 나타내고 있고, M개의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM을 대표하여 제m행의 캐리어 포획 영역 DAm의 회로도를 나타내고 있다.
도 4에 도시되는 것처럼, 화소 Pm,n의 포토 다이오드(22)의 애노드 단자는 접지되고, 캐소드 단자는 트랜지스터(21)를 통해서 판독용 배선 Rn에 접속되어 있다. 마찬가지로, 캐리어 포획 영역 DAm의 포토 다이오드(22)의 애노드 단자는 접지되고, 캐소드 단자는 트랜지스터(21)를 통해서 전하 배출용 배선 Rd에 접속되어 있다. 화소 Pm,n 및 캐리어 포획 영역 DAm의 트랜지스터(21)에는, 수직 시프트 레지스터(60)로부터 제m행 선택용 배선 Qm을 통해서 제m행 선택 제어 신호 VSm이 제공된다. 제m행 선택 제어 신호 VSm은, 제m행의 N개의 화소 Pm,1~Pm,N 및 캐리어 포획 영역 DAm에 포함되는 트랜지스터(21)의 개폐 동작을 지시한다.
예를 들면, 제m행 선택 제어 신호 VSm이 비유의치(트랜지스터(21)의 제어 단자의 오프 전압)일 때, 트랜지스터(21)가 비도통 상태가 된다. 이때, 포토 다이오드(22)에서 발생한 전하는, 판독용 배선 Rn(또는 전하 배출용 배선 Rd)으로 출력되는 일 없이 포토 다이오드(22)의 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호 VSm이 유의치(트랜지스터(21)의 제어 단자의 온 전압)일 때, 트랜지스터(21)가 접속 상태가 된다. 이때, 포토 다이오드(22)의 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는, 트랜지스터(21)를 거쳐 판독용 배선 Rn(또는 전하 배출용 배선 Rd)으로 출력된다. 화소 Pm,n의 포토 다이오드(22)로부터 출력된 전하는, 판독용 배선 Rn을 통해서 적분 회로(42)로 보내진다. 한편, 캐리어 포획 영역 DAm의 포토 다이오드(22)로부터 출력된 전하는, 전하 배출용 배선 Rd를 통해서 기준 전위선 GND로 보내진다.
적분 회로(42)는 앰프(42a), 용량 소자(42b), 및 방전용 스위치(42c)를 포함하는, 이른바 전하 적분형 구성을 구비하고 있다. 용량 소자(42b) 및 방전용 스위치(42c)는, 서로 병렬로 접속되면서, 또한 앰프(42a)의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 접속되어 있다. 앰프(42a)의 입력 단자는 판독용 배선 Rn에 접속되어 있다. 방전용 스위치(42c)에는 리셋용 배선(46)을 통해서 리셋 제어 신호 RE가 제공된다.
리셋 제어 신호 RE는 N개의 적분 회로(42) 각각의 방전용 스위치(42c)의 개폐 동작을 지시한다. 예를 들면, 리셋 제어 신호 RE가 비유의치(예를 들면 하이 레벨)일 때, 방전용 스위치(42c)가 닫혀서, 용량 소자(42b)가 방전되어, 적분 회로(42)의 출력 전압치가 초기화된다. 또, 리셋 제어 신호 RE가 유의치(예를 들면 로 레벨)일 때, 방전용 스위치(42c)가 열려서, 적분 회로(42)에 입력된 전하가 용량 소자(42b)에 축적되어, 그 축적 전하량에 따른 전압치가 적분 회로(42)로부터 출력된다.
유지 회로(44)는 입력용 스위치(44a), 출력용 스위치(44b) 및 용량 소자(44c)를 포함한다. 용량 소자(44c)의 일단은 집지되어 있다. 용량 소자(44c)의 타단은, 입력용 스위치(44a)를 통해서 적분 회로(42)의 출력단에 접속되면서, 또한 출력용 스위치(44b)를 통해서 전압 출력용 배선(48)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(44a)에는, 유지용 배선(45)을 통해서 유지 제어 신호 Hd가 주어진다. 유지 제어 신호 Hd는, N개의 유지 회로(44) 각각의 입력용 스위치(44a)의 개폐 동작을 지시한다. 유지 회로(44)의 출력용 스위치(44b)에는, 제n열 선택용 배선 Un을 통해서 제n열 선택 제어 신호 HSn이 주어진다. 선택 제어 신호 HSn은 유지 회로(44)의 출력용 스위치(44b)의 개폐 동작을 지시한다.
예를 들면, 유지 제어 신호 Hd가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변하면, 입력용 스위치(44a)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 변하고, 그때에 유지 회로(44)에 입력되고 있는 전압치가 용량 소자(44c)에 유지된다. 또, 제n열 선택 제어 신호 HSn이 로우 레벨에서 하이 레벨로 변하면, 출력용 스위치(44b)가 닫혀서, 용량 소자(44c)에 유지되고 있는 전압치가 전압 출력용 배선(48)으로 출력된다.
도 5는 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 5에는, 위에서부터 차례로, (a) 리셋 제어 신호 RE, (b) 행 선택 제어 신호 VSd, (c) 제1행 선택 제어 신호 VS1, (d) 제2행 선택 제어 신호 VS2, (e) 제3행 선택 제어 신호 VS3, (f) 제4행 선택 제어 신호 VS4, (g) 제M행 선택 제어 신호 VSM, (h) 유지 제어 신호 Hd, 및 (i) 제1열 선택 제어 신호 HS1~ 제N열 선택 제어 신호 HSN이 각각 도시되어 있다.
먼저, 시각 t10에서부터 시각 t11까지의 기간, 리셋 제어 신호 RE가 하이 레벨로 된다. 이것에 의해, N개의 적분 회로(42) 각각에 있어서, 방전용 스위치(42c)가 닫힌 상태가 되어, 용량 소자(42b)가 방전된다.
시각 t11보다 후인 시각 t12에서부터 시각 t13까지의 기간, 수직 시프트 레지스터(60)가 행 선택 제어 신호 VSd를 하이 레벨로 한다. 이것에 의해, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1에서 트랜지스터(21)가 접속 상태가 되어, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN+1 각각의 포토 다이오드(22)에 축적된 전하가, 판독용 배선 R1~RN을 통해서 적분 회로(42)에 출력되어, 용량 소자(42b)에 축적된다. 그 후, 시각 t13보다 후인 시각 t14에서부터 시각 t15까지의 기간, 리셋 제어 신호 RE가 하이 레벨로 된다. 이것에 의해, N개의 적분 회로(42) 각각에 있어서, 방전용 스위치(42c)가 닫힌 상태가 되어, 용량 소자(42b)에 축적되어 있던 전하가 방출된다.
이어서, 시각 t15보다 후인 시각 t16에서부터 시각 t17까지의 기간, 제1행 선택 제어 신호 VS1을 하이 레벨로 한다. 이것에 의해, 제1행의 화소 P1,1~P1,N 및 캐리어 포획 영역 DA1에 있어서 트랜지스터(21)가 접속 상태가 된다. 화소 P1,1~P1,N 각각의 포토 다이오드(22)에 축적된 전하는, 판독용 배선 R1~RN을 통해서 적분 회로(42)에 출력되어, 용량 소자(42b)에 축적된다. 적분 회로(42)로부터는, 용량 소자(42b)에 축적된 전하량에 따른 크기의 전압치가 출력된다. 한편, 캐리어 포획 영역 DA1의 포토 다이오드(22)에 축적된 전하는, 전하 배출용 배선 Rd를 통해서 기준 전위선 GND로 방출된다.
그리고 시각 t17보다 후인 시각 t18에서부터 시각 t19까지의 기간, 유지 제어 신호 Hd가 하이 레벨로 되고, 이것에 의해, N개의 유지 회로(44)의 각각에 있어서 입력용 스위치(44a)가 접속 상태로 되어, 적분 회로(42)로부터 출력된 전압치가 용량 소자(44c)에 의해서 유지된다.
이어서, 시각 t19보다 후인 시각 t20에서부터 시각 t21까지의 기간, 수평 시프트 레지스터(61)가 제1열 선택 제어 신호 HS1~ 제N열 선택 제어 신호 HSN을 차례로 하이 레벨로 한다. 이것에 의해, N개의 유지 회로(44)의 출력용 스위치(44b)가 차례로 닫힌 상태가 되어, 용량 소자(44c)에 유지되고 있던 전압치가 차례로 전압 출력용 배선(48)으로 출력된다. 또, 이 동안, 리셋 제어 신호 RE가 하이 레벨로 되어, 적분 회로(42)의 용량 소자(42b)가 방전된다.
이어서, 시각 t21보다 후인 시각 t22에서부터 시각 t23까지의 기간, 수직 시프트 레지스터(60)가 제2행 선택 제어 신호 VS2를 하이 레벨로 한다. 이것에 의해, 제2행의 화소 P2,1~P2,N 및 캐리어 포획 영역 DA2에 있어서 트랜지스터(21)가 접속 상태가 된다. 화소 P2,1~P2,N 각각의 포토 다이오드(22)에 축적된 전하는, 판독용 배선 R1~RN을 통해서 적분 회로(42)에 출력되어, 용량 소자(42b)에 축적된다. 한편, 캐리어 포획 영역 DA2의 포토 다이오드(22)에 축적된 전하는, 전하 배출용 배선 Rd를 통해서 기준 전위선 GND로 방출된다.
이후, 제1행과 마찬가지의 동작에 의해서, 용량 소자(42b)에 축적된 전하량에 따른 크기의 전압치가 N개의 유지 회로(44)로부터 차례로 전압 출력용 배선(48)으로 출력된다. 그리고 제3행 내지 제M행의 화소에 축적된 전하에 대해서도, 제1행과 마찬가지의 동작에 의해서 전압치로 변환되어, 차례로 전압 출력용 배선(48)으로 출력된다. 이렇게 하여, 수광부(20)로부터의 하나의 촬상 프레임분의 화상 데이터의 판독이 완료된다.
이상에 설명한 본 실시 형태에 의한 고체 촬상 장치(1A)가 달성하는 효과에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에서는, 수광부(20)뿐만이 아니라 수광부(20)의 주위의 영역에도 광이 입사된다. 또, 고체 촬상 장치(1A)는 X선 촬상 장치로서 이용되지만, 수광부(20)의 주위의 영역이 신틸레이터에 의해서 덮여 있었다고 하더라도, 신틸레이터를 투과한 X선 및 신틸레이터로부터의 신틸레이션광이 수광부(20)의 주위의 영역에 입사된다. 이것에 의해, 수광부(20)의 주위의 영역에서는 불필요한 전하(불요 캐리어)가 발생해 버린다. 특히, 수광부(20)와 나란하게 배치되는 수직 시프트 레지스터(60)는 어느 정도의 면적을 가지고 있으므로, 수직 시프트 레지스터(60)가 형성되어 있는 영역에서 많은 불요 캐리어가 발생한다.
수직 시프트 레지스터(60)에서 발생한 불요 캐리어가 수광부(20)에 유입되면, 수직 시프트 레지스터(60)에 인접하는 화소 P1,N~PM,N으로부터의 출력에 노이즈가 중첩되어 버린다. 도 6은 이러한 현상을 회피하기 위해서, 수직 시프트 레지스터(60)와 수광부(20) 사이의 영역에, 불요 캐리어를 흡수하기 위한 포토 다이오드(더미 포토 다이오드)(81)를 배치한 예를 나타내는 평면도이다. 이 더미 포토 다이오드(81)는 복수 행에 걸쳐서 형성되어 있고, 제1행에서부터 제M행까지 연속적으로 형성되어 있다(즉 열방향으로 연결되어 있다). 이 더미 포토 다이오드(81)를 기준 전위선(접지 배선) GND에 단락시킴으로써, 수직 시프트 레지스터(60)에서 발생한 불요 캐리어를 기준 전위선 GND로 방출하여, 수광부(20)로의 유입을 막을 수 있다.
그렇지만, 이 방식에는 다음의 과제가 있다. 통상, 수광부(20)에 있어서 서로 인접하는 화소 사이에는, 이들 포토 다이오드(22) 사이에 생기는 커플링 용량 등에 기인하는 크로스톡이 존재한다. 또, 각 화소에서는, 트랜지스터(21)를 통해서 서로 연결되어 있는 포토 다이오드(22)와 행 선택용 배선 Qm의 사이에 기생 용량이 존재하고 있고, 이 기생 용량도 또, 크로스톡에 영향을 준다. 그러나 상술한 더미 포토 다이오드(81)에는 트랜지스터가 마련되어 있지 않으므로, 그러한 기생 용량은 생기지 않는다. 이 때문에, 더미 포토 다이오드(81)에 인접하는 화소 P1,N~PM,N에서는, 다른 화소와 비교하여 크로스톡의 정도가 다르고, 더미 포토 다이오드(81)에 인접하는 화소 P1,N~PM,N으로부터의 출력 특성이나 노이즈의 크기가 다른 화소와는 달라져 버린다.
이러한 과제를 감안하여, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에서는, 수직 시프트 레지스터(60)와 수광부(20) 사이의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM에 있어서, M개의 포토 다이오드(더미 포토 다이오드)(22)가 각 행마다 배치되어 있다. 수직 시프트 레지스터(60)에 있어서 발생하는 불요 캐리어는, 이들 포토 다이오드(22)에 의해서 흡수된다. 이것에 의해, 수직 시프트 레지스터(60)에서 발생한 불요 캐리어에 기인하는 노이즈가 수광부(20)의 화소로부터의 출력에 중첩되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
또, 이 고체 촬상 장치(1A)에서는, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)와 전하 배출용 배선 Rd가 트랜지스터(21)를 통해서 접속되어 있고, 트랜지스터(21)가 도통 상태로 되었을 때, 불요 캐리어가 포토 다이오드(22)로부터 전하 배출용 배선 Rd를 거쳐 기준 전위선 GND로 배출된다. 이와 같이, 고체 촬상 장치(1A)에서는, 수광부(20) 내의 각 화소 P1,1~PM,N과 마찬가지로, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)에도 트랜지스터(21)가 마련되어 있다. 또, 각 행의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 각각에 포토 다이오드(22)가 마련되어 있기 때문에, 열 방향으로 인접하는 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)는 서로 떨어져 있다.
따라서 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에 의하면, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM에 인접하는 화소 P1,N~PM,N에 있어서의 크로스톡의 크기를, 다른 화소에 있어서의 크로스톡의 크기에 근접시킬 수 있으므로, 화소 P1,N~PM,N으로부터의 출력 특성이나 노이즈의 크기를 다른 화소의 그것에 근접시키는 것이 가능해진다. 또, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM이 차광되어 있지 않던지, 또는 일부만 차광되어 있는 경우에는, 다른 화소 P1,1~PM,N과 마찬가지로 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)에도 광이 입사되어 캐리어가 발생하므로, 캐리어의 축적량도 다른 화소에 근접시키는 것이 가능해진다.
또, 본 실시 형태와 같이, 수직 시프트 레지스터(60)와 수광부(20)는, 공통의 기판(12)상에 형성되어 있어도 좋다. 이러한 경우에는, 수직 시프트 레지스터(60)에서 발생한 불요 캐리어가 수광부(20)에 유입되기 쉽지만, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에 의하면, 수광부(20)로의 불요 캐리어의 유입을 효과적으로 막을 수 있다.
또, 본 실시 형태와 같이, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 트랜지스터(21)의 각 제어 단자는, 각 화소 P1,1~PM,N의 트랜지스터(21)의 각 제어 단자와 공통의 행 선택용 배선 Q1~QM에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)와 행 선택용 배선 Q1~QM 사이의 기생 용량치를, 각 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)와 행 선택용 배선 Q1~QM 사이의 기생 용량치에 근접시킬 수 있다. 따라서 캐리어 포획 영역 DA1~DAM에 인접하는 화소 P1,N~PM,N에 있어서의 크로스톡의 크기를, 다른 화소에 있어서의 크로스톡의 크기에 더욱 근접시킬 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(1A)의 제조 공정에 있어서의 노광 방법에 대해서 설명한다. 고체 촬상 장치(1A)를 제조할 때에는, 다수의 화소 P1,1~PM,N 및 캐리어 포획 영역 DA1~DAM, DB1~DBN＋1을, 소정 패턴을 포함하는 레티클(reticle)을 사용하면서 포토리소그래피(photolithography) 기술에 의해서 제작한다. 이때, 각 화소 P1,1~PM,N이 서로 공통의 구성을 가지기 때문에, 소정 패턴을 포함하는 레티클의 위치를 이동시키면서 복수 회에 걸쳐서 노광을 행하는, 이른바 계속 노광이 행해진다.
도 7 (a)는 수광부(20)의 평면도로서, 계속 노광의 경계선(이음매) LA의 일례를 나타내고 있다. 도 7 (a)에 도시되는 예에서는, 사각형 모양의 포토 다이오드(22)의 중심을 통과하는 선을 경계선 LA, LB라고 하고 있다. 이 경우, 도 7 (b)에 도시되는 것처럼, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM, DB1~DBN＋1의 포토 다이오드(22)의 크기는, 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)의 크기와 거의 동등하게 된다.
또, 도 8 (a)는 수광부(20)의 평면도로서, 계속 노광의 경계선 LA의 다른 예를 나타내고 있다. 도 8 (a)에 도시되는 예에서는, 열방향의 경계선 LA가, 사각형 모양의 포토 다이오드(22)의 중심에 대해서 좌측(즉 캐리어 포획 영역 DA1~DAM으로부터 멀어지는 측)으로 치우쳐 있고, 또 행방향의 경계선 LB가, 사각형 모양의 포토 다이오드(22)의 중심에 대해서 상측(즉 캐리어 포획 영역 DB1~DBN으로부터 멀어지는 측)으로 치우쳐 있다. 이 경우, 도 8 (b)에 도시되는 것처럼, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM, DB1~DBN＋1의 포토 다이오드(22)의 크기를, 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)의 크기보다도 작게 할 수 있다.
구체적으로는, 행방향에 있어서의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)의 폭을, 그 방향에 있어서의 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)의 폭보다도 짧게 할 수 있다. 또, 열방향에 있어서의 캐리어 포획 영역 DB1~DBN의 포토 다이오드(22)의 폭을, 그 방향에 있어서의 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)의 폭보다도 짧게 할 수 있다. 따라서 수광부(20)의 주위에 필요하게 되는 영역을 좁게 할 수 있다.
상기와 같이 캐리어 포획 영역 DA1~DAM, DB1~DBN＋1의 포토 다이오드(22)를 작게 하는 것에는, 다음의 이점이 있다. 도 9는 2매의 유리 기판(12)을 나란하게 배치한 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 이들 유리 기판(12)상에는, 수광부(20)의 화소 P1,1~PM,N과, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 및 DB1~DBN＋1이 형성되어 있다. 고체 촬상 장치 전체에서의 수광부의 면적을 더욱 크게 하고 싶은 경우에는, 이와 같이 복수매의 유리 기판(12)을 나란하게 배치하는 것이 유효하다.
이때, 2매의 유리 기판(12)상에 있어서의 화소 P1,1~PM,N, 캐리어 포획 영역 DA1~DAM 및 DB1~DBN의 배치를 동일하다고 하면, 부품을 공통화하여 제조 코스트를 낮게 억제할 수 있다. 그러나 그 경우, 2개의 수광부(20)의 사이에 캐리어 포획 영역 DA1~DAM이 위치하게 되어, 그 영역은 화상을 취득할 수 없는 불감 영역(데드 에어리어)이 된다. 이러한 경우, 행방향에 있어서의 캐리어 포획 영역 DA1~DAM의 포토 다이오드(22)의 폭을, 그 방향에 있어서의 화소 P1,1~PM,N의 포토 다이오드(22)의 폭보다도 짧게 함으로써, 상기의 불감 영역을 좁게 하는 것이 가능해진다.
또, 도 8 (a)를 참조하면, 통상의 화소 Pm＋1,n에 있어서, Pm＋1,n＋1에 가까운 측에 트랜지스터가 형성되어 있다. 또, 화소 Pm＋1,n의 이음매(경계선 LA)는, 화소 Pm＋1,n-1에 가까운 측에 존재하고 있다. 즉, 화소 Pm＋1,n의 중심에 대하여, 화소의 한쪽의 측에 트랜지스터, 다른 쪽의 측에 이음매(경계선 LA)가 존재하게 되어, 행방향에 있어서 이음매와 트랜지스터의 거리가 커진다. 이와 같이, 이음매와 트랜지스터를 물리적으로 떼어 놓을 수 있으므로, 제조 불량을 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 고체 촬상 장치는, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에 나타내어진 수광부는, 유리 기판상에 아모퍼스 실리콘이나 다결정 실리콘이 성막(成膜)된 구성을 구비해도 좋다. 이 경우, 트랜지스터(21)는 박막 트랜지스터에 의해서 매우 적합하게 실현된다. 혹은, 수광부는 단결정 실리콘 기판상에 제작되어도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는, 각 화소에 증폭 회로를 가지지 않고, 각 열의 판독용배선마다 적분 회로가 마련된, 이른바 패시브 픽셀 센서(PPS)에 대해서 본 발명을 적용했지만, 본 발명은 각 화소마다 증폭 회로를 가지는, 이른바 액티브 픽셀 센서(APS)에 적용되어도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는, 수광부에 대해서 열방향으로 나란하게 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1이 마련되어 있는 예를 나타냈지만, 캐리어 포획 영역 DB1~DBN＋1은 생략되어도 좋다.
상기 실시 형태에 의한 고체 촬상 장치에서는, 제1 포토 다이오드, 및 그 제1 포토 다이오드에 일단이 접속된 제1 스위치 회로를 각각 포함하고, M행 N열(M, N은 2이상인 정수)로 이차원 배열된 M×N개의 화소를 가지는 수광부와, 각 열마다 배설되어, 대응하는 열의 화소에 포함되는 제1 스위치 회로의 타단에 접속된 N개의 판독용 배선과, N개의 판독용 배선을 거쳐 입력되는 전하의 양에 따른 전압치를 각각 출력하는 N개의 적분 회로와, 수광부에 대해서 행방향으로 나란하게 배치되어, 제1 스위치 회로의 개폐 상태를 각 행마다 제어하는 시프트 레지스터와, 시프트 레지스터와 수광부 사이의 영역에 있어서 각 행마다 배치된 M개의 더미 포토 다이오드와, M개의 더미 포토 다이오드에 각각의 일단이 접속된 M개의 제2 스위치 회로와, M개의 제2 스위치 회로의 타단에 접속됨과 아울러 기준 전위선에 단락된 전하 배출용 배선을 구비하는 구성을 이용하고 있다.
또, 고체 촬상 장치는 행방향에 있어서의 더미 포토 다이오드의 폭이, 그 방향에 있어서의 제1 포토 다이오드의 폭보다도 짧은 구성으로 해도 좋다. 상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 더미 포토 다이오드의 크기는, 제1 포토 다이오드와 반드시 동일하지 않아도 좋다. 이에, 이와 같이 더미 포토 다이오드의 폭을 제1 포토 다이오드의 폭보다도 짧게 함으로써, 수광부의 주위 영역을 좁게 하여, 예를 들면 복수의 고체 촬상 장치를 나란하게 배치할 때에 고체 촬상 장치 사이에 생기는 불감(不感) 영역을 좁게 할 수 있다.
또, 고체 촬상 장치는, 시프트 레지스터와 수광부가 공통의 기판상에 형성되어 있는 구성으로 해도 좋다. 이러한 경우에는, 시프트 레지스터에서 발생한 불요 캐리어가 수광부에 유입되기 쉽지만, 상기의 고체 촬상 장치에 의하면, 수광부로의 불요 캐리어의 유입을 효과적으로 막을 수 있다.
또, 고체 촬상 장치는, 개폐 상태를 제어하기 위한 제 1 및 제2 스위치 회로의 각 제어 단자와 시프트 레지스터를 서로 전기적으로 접속하기 위해서 각 행마다 배설된 M개의 행 선택용 배선을 추가로 구비하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이, 행 선택용 배선이 제1 및 제2 스위치 회로에 대해서 공통으로 마련됨으로써, 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소에 있어서의 크로스톡의 크기를, 다른 화소에 있어서의 크로스톡의 크기에 더욱 근접시킬 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 더미 포토 다이오드에 인접하는 화소의 출력 특성이나 노이즈의 크기를, 다른 화소에 근접시킬 수 있는 고체 촬상 장치로서 이용 가능하다.
1A … 고체 촬상 장치, 12 … 기판,
20 … 수광부, 21 … 트랜지스터,
22 … 포토 다이오드, 30 … 불요 캐리어 포획부,
40 … 판독 회로부, 42 … 적분 회로,
44 … 유지 회로, 45 … 유지용 배선,
46 … 리셋용 배선, 48 … 전압 출력용 배선,
60 … 수직 시프트 레지스터, 61 … 수평 시프트 레지스터,
DA1~DAM, DB1~DBN＋1 … 캐리어 포획 영역,
GND … 기준 전위선, LA, LB … 경계선(이음매),
P1,1~PM,N … 화소, Q1~QM, Qd … 행 선택용 배선,
R1~RN … 판독용 배선, Rd … 전하 배출용 배선.

Claims (6)

  1. 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
    상기 고체 촬상 장치는,
    제1 포토 다이오드, 및 그 제1 포토 다이오드에 일단이 접속된 제1 스위치 회로를 각각 포함하고, M행 N열(M, N은 2이상인 정수)로 이차원 배열된 M×N개의 화소를 가지는 수광부와,
    각 열마다 배설되어, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 제1 스위치 회로의 타단에 접속된 N개의 판독용 배선과,
    상기 N개의 판독용 배선에 접속된 판독 회로부와,
    상기 수광부에 대해서 행방향으로 나란하게 배치되어, 상기 제1 스위치 회로의 개폐 상태를 각 행마다 제어하는 시프트 레지스터와,
    상기 수광부와 상기 판독 회로부 사이의 영역, 또는 상기 수광부와 상기 시프트 레지스터 사이의 영역에 배치된 더미 포토 다이오드를 구비하고,
    적어도 상기 수광부 및 상기 더미 포토 다이오드를 포토리소그래피 기술에 의해 제조할 때 계속 노광을 실시하고,
    상기 계속 노광에 있어서, 상기 더미 포토 다이오드의 영역을 통과하는 선을 상기 계속 노광의 경계선으로 하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치에서, 상기 시프트 레지스터와 상기 수광부는 공통의 기판상에 형성되어 있는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 계속 노광의 상기 경계선은 열방향의 경계선이고, 상기 경계선은 상기 더미 포토 다이오드의 중심에 대해서 행방향으로 어긋나 있는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더미 포토 다이오드는 상기 수광부와 상기 판독 회로부 사이의 영역에 배치되어 있고, 열방향에 있어서의 상기 더미 포토 다이오드의 폭이, 해당 방향에 있어서의 상기 제1 포토 다이오드의 폭보다 짧은, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더미 포토 다이오드는 상기 수광부와 상기 시프트 레지스터 사이의 영역에 배치되어 있고, 행방향에 있어서의 상기 더미 포토 다이오드의 폭이, 해당 방향에 있어서의 상기 제1 포토 다이오드의 폭보다 짧은, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 N개의 판독용 배선은 상기 제1 포토 다이오드 및 상기 더미 포토 다이오드상에 배치된 판독용 배선을 포함하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
KR1020217008953A 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치 KR102398375B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013122910A JP5886793B2 (ja) 2013-06-11 2013-06-11 固体撮像装置
JPJP-P-2013-122910 2013-06-11
KR1020157033521A KR102333891B1 (ko) 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치
PCT/JP2014/064319 WO2014199838A1 (ja) 2013-06-11 2014-05-29 固体撮像装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157033521A Division KR102333891B1 (ko) 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210036423A true KR20210036423A (ko) 2021-04-02
KR102398375B1 KR102398375B1 (ko) 2022-05-16

Family

ID=52022137

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217008953A KR102398375B1 (ko) 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치
KR1020157033521A KR102333891B1 (ko) 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157033521A KR102333891B1 (ko) 2013-06-11 2014-05-29 고체 촬상 장치

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10090341B2 (ko)
EP (2) EP3010227B1 (ko)
JP (1) JP5886793B2 (ko)
KR (2) KR102398375B1 (ko)
CN (1) CN105284104B (ko)
TW (1) TWI610572B (ko)
WO (1) WO2014199838A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3407592B1 (en) * 2016-01-18 2020-01-29 Fujifilm Corporation Image capture device and image data generation method
US11081509B2 (en) 2017-05-08 2021-08-03 Vrije Universiteit Brussel Detector for fast-gated detection of electromagnetic radiation
WO2018206606A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-15 Vrije Universiteit Brussel Detector for fast-gated detection of electromagnetic radiation
CN109087925B (zh) * 2018-08-09 2020-11-13 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板、x射线平板探测器及x射线探测方法
JP7446826B2 (ja) 2020-01-23 2024-03-11 株式会社ジャパンディスプレイ 検出装置
JP2022012182A (ja) * 2020-07-01 2022-01-17 キヤノン電子管デバイス株式会社 放射線検出器
CN113204506B (zh) * 2021-04-09 2022-06-14 华中科技大学 一种基于时分复用的智能超表面控制方法、装置及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3146509B2 (ja) * 1991-04-05 2001-03-19 富士ゼロックス株式会社 ２次元密着型イメージセンサ
JP2007050053A (ja) 2005-08-16 2007-03-01 Canon Inc 放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム
KR20100057536A (ko) * 2007-09-25 2010-05-31 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 고체 촬상 장치
KR20110134873A (ko) * 2009-04-01 2011-12-15 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 고체 촬상 장치

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4386213B2 (ja) 1998-09-24 2009-12-16 キヤノン株式会社 光電変換装置及び画素パネル
JP2001056382A (ja) * 1999-06-07 2001-02-27 Toshiba Corp 放射線検出器及び放射線診断装置
JP2004037382A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Toshiba Corp 放射線検出器及び放射線診断装置
US6928144B2 (en) 2003-08-01 2005-08-09 General Electric Company Guard ring for direct photo-to-electron conversion detector array
JP3890333B2 (ja) * 2004-02-06 2007-03-07 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2006073621A (ja) 2004-08-31 2006-03-16 Canon Inc 測距用固体撮像装置とこれを用いたオートフォーカスカメラ
KR100670538B1 (ko) * 2004-12-30 2007-01-16 매그나칩 반도체 유한회사 광 특성을 향상시킬 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법
JP4130211B2 (ja) 2006-05-31 2008-08-06 三洋電機株式会社 撮像装置
US7755679B2 (en) * 2007-03-07 2010-07-13 Altasens, Inc. Apparatus and method for reducing edge effect in an image sensor
JP2008252691A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujifilm Corp 画像信号取得方法および装置
JP5214904B2 (ja) * 2007-04-12 2013-06-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 固体撮像素子の製造方法
JP4935486B2 (ja) * 2007-04-23 2012-05-23 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
JP5406473B2 (ja) * 2007-07-19 2014-02-05 キヤノン株式会社 放射線検出装置
US8063350B2 (en) * 2007-08-03 2011-11-22 Cognex Corporation Circuits and methods allowing for pixel array exposure pattern control
JP5188221B2 (ja) * 2008-03-14 2013-04-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US20110032391A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Himax Imaging, Inc. Image Sensor with Peripheral Dummy Pixels
JP5683850B2 (ja) * 2010-01-28 2015-03-11 富士フイルム株式会社 放射線検出素子、及び放射線画像撮影装置
TW201226864A (en) 2010-12-29 2012-07-01 Himax Imaging Inc Digital image device with ambient light sensor
JP2012195734A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Sony Corp 固体撮像装置、撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の駆動方法
JP5749534B2 (ja) * 2011-03-25 2015-07-15 浜松ホトニクス株式会社 赤外線イメージセンサ及び信号読み出し方法
TWI596515B (zh) 2011-10-14 2017-08-21 劉鴻達 交錯式驅動的觸控感應方法、觸控感應模組及顯示器
JP5444444B2 (ja) * 2012-12-03 2014-03-19 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3146509B2 (ja) * 1991-04-05 2001-03-19 富士ゼロックス株式会社 ２次元密着型イメージセンサ
JP2007050053A (ja) 2005-08-16 2007-03-01 Canon Inc 放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム
KR20100057536A (ko) * 2007-09-25 2010-05-31 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 고체 촬상 장치
KR20110134873A (ko) * 2009-04-01 2011-12-15 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 고체 촬상 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP3010227A1 (en) 2016-04-20
EP3709363A1 (en) 2020-09-16
US20160126269A1 (en) 2016-05-05
WO2014199838A1 (ja) 2014-12-18
CN105284104B (zh) 2019-03-15
KR102333891B1 (ko) 2021-12-02
US10685991B2 (en) 2020-06-16
JP5886793B2 (ja) 2016-03-16
US20180374882A1 (en) 2018-12-27
KR20160019059A (ko) 2016-02-18
KR102398375B1 (ko) 2022-05-16
TWI610572B (zh) 2018-01-01
EP3010227A4 (en) 2017-02-15
EP3010227B1 (en) 2020-06-24
US10090341B2 (en) 2018-10-02
JP2014241490A (ja) 2014-12-25
TW201448600A (zh) 2014-12-16
CN105284104A (zh) 2016-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10685991B2 (en) Solid-state imaging device
US9113103B2 (en) Solid-state imaging apparatus and imaging system
KR102250703B1 (ko) 고체 촬상 장치
KR102158897B1 (ko) 고체 촬상 장치
TWI412271B (zh) 固態成像裝置、相機、及電子裝置
US20150155325A1 (en) Semiconductor module, mos type solid-state image pickup device, camera and manufacturing method of camera
US20080030612A1 (en) Photoelectric conversion apparatus and image pickup system using the same
KR101575378B1 (ko) 고체 촬상 장치 및 이를 포함하는 ｘ선 ｃｔ 장치
CN106068562B (zh) 固态成像器件及成像装置
JP5714982B2 (ja) 固体撮像素子の制御方法
CN107277396B (zh) 摄像装置
JP2014120858A (ja) 固体撮像装置
JP6814860B2 (ja) 画像検出器の２列のピクセルのプール
KR101732301B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 촬상 장치
JP2017098830A (ja) 放射線撮像装置、放射線撮像システム及び放射線撮像装置の製造方法
JP5749873B1 (ja) 固体撮像素子の制御方法
JP6185098B2 (ja) 固体撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant