JP2009038263A - 固体撮像素子および電子情報機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、画素中心を光学的に等間隔に配置することにより、斜め方向の入射光に起因するシェーディングを防止することができる。この状態で、2画素共有構造でフローティングディフュージョンFDとリセット拡散領域とを一続きにしかつ、第1層目メタル配線でフローティングディフュージョンFDと増幅トランジスタのゲート間の引き回し配線を最短レイアウトにしたことにより、FD容量CFDやFD引き回し配線による配線容量Cdなど、フローティングディフュージョンFDに関する容量Cを大幅に低減することができて、電圧変換ゲインηを大幅に向上させることができ、その結果として固体撮像素子を高感度で高解像度にすることができる。
【選択図】図1
Description
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る2画素共有構造の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部の要部構成例を模式的に示す平面図である。
(実施形態2)
上記実施形態1では、2画素共有構造によりフローティングディフュージョンFDの活性領域面積を半減させ、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンFDの活性化領域と兼ねることによりFD活性化領域面積を低減し、また、フローティングディフュージョンFDに接続される配線容量を削減するために、フローティングディフュージョンFDから増幅トランジスタのゲートに至るFD配線9を第2金属配線M2ではなく第1金属配線M1とし、さらに、このFD配線は略直線状の最短距離レイアウトとし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させ、この画素中心を光学的に等間隔に配置する場合について説明したが、本実施形態2では、上記実施形態1の各条件から、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンFDから増幅トランジスタのゲートに至るFD配線9を第2金属配線M2ではなく第1金属配線M1とする条件を除く場合、即ち、このFD配線9を第2金属配線M2で構成する場合である。
(実施形態3)
上記実施形態1では、2画素共有構造によりフローティングディフュージョンFDの活性領域面積を半減させ、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンFDの活性化領域と兼ねることによりFD活性化領域面積を低減し、また、配線容量を削減するためにフローティングディフュージョンFDから増幅トランジスタのゲートに至るFD配線9を第2金属配線M2ではなく第1金属配線M1とし、さらに、このFD配線9は略直線状の最短距離レイアウトとし、しかも、フォトダイオードの中心と画素中心とを一致させて、画素中心を光学的に等間隔に配置する場合について説明したが、本実施形態3では、上記実施形態1の各条件から、リセットトランジスタ活性化領域をフローティングディフュージョンFDの活性化領域と兼ねることによりFD活性化領域面積を低減する条件と、FD配線9は直線状の最短距離レイアウトとする条件とを除く場合である。
(実施形態4)
本実施形態4では、上記実施形態1〜3の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した完成製品としての電子情報機器について説明する。
2、3 転送トランジスタ(電荷転送手段)
2a、3a、4a 活性領域
4 リセットトランジスタ(リセット手段)
5 選択トランジスタ(画素選択手段)
6 増幅トランジスタ(信号増幅手段)
7 信号線
8、82 電源線
9 FD配線
10 単位画素部(2画素共有構造部)
11 信号読み出し回路
12、13 フォトダイオード(受光部)
21、31、41、51、61 ゲート(制御電極)
22、32 電荷転送制御線
42 リセット信号線
52 画素選択線
FD フローティングディフュージョン(電荷電圧変換部)
CFD FD容量
Cd 配線寄生容量(配線容量)
C1 第1コンタクト
C2 第2コンタクト
Vdd 電源電圧(リセット電圧)
M1 第1金属配線
M2 第2金属配線
TX1、TX2 電荷転送制御信号
Sel 画素選択信号
RST リセット信号
Claims (20)
- 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う2画素共有構造の固体撮像素子であって、
該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を第1層目の金属配線として直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。 - 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号読み出しを行う2画素共有構造の固体撮像素子であって、
該信号読み出し回路を構成する、該フローティングディフュージョンの電位を所定電位にリセットするためのリセット手段と該フローティングディフュージョンの電圧に応じて信号増幅して信号読み出しを行う信号増幅手段とを分離配置して、該リセット手段の一方活性化領域を該フローティングディフュージョンの活性化領域と共通に構成し、該フローティングディフュージョンから該信号増幅手段の制御電極に至る配線を直線状の最短距離レイアウトとし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。 - 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行う2画素共有構造の固体撮像素子であって、
該フローティングディフュージョンから該信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線を第1層目の金属配線とし、さらに、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。 - 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部のうち、フローティングディフュージョン容量をより小さくするために二つの受光部毎に信号読み出し回路を共有し、該二つの受光部から共通のフローティングディフュージョンに信号電荷を読み出して電圧変換し、変換電圧に応じて該信号読み出し回路により信号増幅して信号読み出しを行うものであり、該受光部の中心と画素中心とを一致させて該画素中心を光学的に等間隔に配置した固体撮像素子。
- 前記フローティングディフュージョンは、前記二つの受光部の間に対向する辺の両端部のうちのいずれか一方の対向端部間に設けられている請求項1〜4のいずれいかに記載の固体撮像素子。
- 前記フローティングディフュージョンと前記二つの受光部との間にはそれぞれ電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該電荷転送手段の制御電極は、該受光部の平面視矩形または正方形の4角部のうちの一つの角部上を覆う平面視略三角形状に構成されている請求項5に記載の固体撮像素子。
- 前記二つの受光部の間を幅とする帯状長手方向に沿って、該間の間隔を狭くするべく前記電荷転送手段の制御電極と前記リセット手段とが一方向に設けられている請求項6に記載の固体撮像素子。
- 前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の互いに対向する角部間に前記フローティングディフュージョンが設けられ、該フローティングディフュージョンと該二つの受光部との間にそれぞれ各電荷転送手段がそれぞれ設けられ、該各電荷転送手段の活性領域が、該フローティングディフュージョンの活性領域と共通に設けられている請求項1〜4のいずれいかに記載の固体撮像素子。
- マトリクス状に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、前記二つの受光部が平面視列方向に隣接して単位画素部を構成している請求項1〜4のいずれいかに記載の固体撮像素子。
- 前記単位画素部の行間に、前記信号読み出し回路を構成する信号増幅手段が設けられている請求項9に記載の固体撮像素子。
- 前記信号増幅手段は、増幅トランジスタで構成され、該増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域が、前記二つの受光部の前記行間側の角部とこれに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている請求項10に記載の固体撮像素子。
- 前記増幅トランジスタの信号出力側のゲートが、前記二つの受光部の前記行間側の角部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の角部と、これに縦方向の一方向または他方向に対向して隣接する更に別の二つの受光部の角部との間を含む行間領域に設けられている請求項10または11に記載の固体撮像素子。
- 信号線が、前記増幅トランジスタの信号出力側の一方駆動領域にコンタクトを介して接続されて、前記二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている請求項11に記載の固体撮像素子。
- 前記フローティングディフュージョンから前記信号読み出し回路の信号増幅手段の制御電極に至る配線が、前記増幅トランジスタの信号出力側のゲートと、該フローティングディフュージョンとに各コンタクトをそれぞれ介して接続されて、前記二つの受光部に横方向に対向して隣接する別の二つの受光部の平面視矩形または正方形の縦方向の辺に沿って略直線状に配置されている請求項12に記載の固体撮像素子。
- 前記リセット手段の他方活性化領域と、前記信号増幅手段の他方駆動領域に一方駆動領域が直列接続される画素選択手段の他方駆動領域とが、各コンタクトをそれぞれ介して第1層目の金属配線の電源線により接続されている請求項1または2に記載の固体撮像素子。
- 前記二つの受光部は縦方向に配置され、表示画面上に行列方向に設けられた複数の受光部のうち、行毎に順次、前記画素選択手段により画素選択されて前記信号増幅手段により信号増幅されて信号読み出しされる請求項15に記載の固体撮像素子。
- 前記画素中心の等間隔の配置は、前記受光部および前記信号読み出し回路の一部としてのトランジスタ配置領域を含めた画素中心の配列ピッチが行方向および列方向で同一である請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記フローティングディフュージョンの活性領域と、前記各電荷転送手段の活性領域と、前記リセット手段の活性領域とを、フローティングディフュージョン面積がレイアウト上で最小になるように互いに位置寄せして共通化している請求項8に記載の固体撮像素子。
- MOS型固体撮像素子である請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
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