JP5688540B2 - 固体撮像装置およびカメラ - Google Patents
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Description
本態様によれば、単位セル内の複数の増幅トランジスタのゲート電極のうちの1つについて信号線とのコンタクト不良が生じた場合でも、フローティングディフージョンとの接続を維持することができる。また、増幅トランジスタのゲート電極について設計の自由度を高くすることができる。
図1は、本実施の形態のカメラの概略構成を示す図である。図2は、本実施の形態の固体撮像装置100の詳細な構成を示す図である。
各単位セル3は、回路要素として、例えば、複数の光電変換素子121aおよび121b、複数の転送トランジスタ122aおよび122b、1つのフローティングディフュージョン(以下、FD)125、複数の増幅トランジスタ123aおよび123bおよび1つのリセットトランジスタ124を含む。ここでは、各単位セル3が2個の光電変換素子121aおよび121d、即ち、2画素を含む構成を例示する。本発明の特徴は増幅トランジスタ123aおよび123bを並列に設けていることである。
単位セル3を構成する光電変換素子およびトランジスタは、N型基板161内にPウェル162内に形成されている。複数の増幅トランジスタの123aおよび123bのソース領域147、ドレイン領域145bおよび145cならびにFD領域143はN型の活性領域で構成され、ゲート電極141a、141b、144、146aおよび146bは例えばポリシリコンで構成されている。
ここで、本実施の形態における変形例1について説明する。
また、本実施の形態における変形例2について説明する。
また、本実施の形態における変形例3について説明する。
また、本実施の形態における変形例4について説明する。
また、本実施の形態における変形例5について説明する。
また、本実施の形態における変形例6について説明する。
また、本実施の形態における変形例7について説明する。
光電変換領域142b上方の部分において、層間絶縁膜167の表面に凹部が形成されており、さらに層間絶縁膜167の表面上には反射防止膜170が形成されている。これにより、入射光を光電変換領域142bに導く導波路構造が形成されるため、高感度の固体撮像装置を実現することができる。
また、本実施の形態における変形例8について説明する。
カラーフィルタ168およびマイクロレンズ169は、N型基板161の裏面上に形成されている。これにより、入射光はカラーフィルタ168およびマイクロレンズ169を通過し、N型基板161の裏面から光電変換領域142bに入る。
本実施の形態の単位セル3は、2画素1セルではなく4画素1セルの構成を有するという点で第1の実施の形態の単位セル3と異なる。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
各単位セル3は、回路要素として、例えば、複数の光電変換素子121aおよび121b、複数の転送トランジスタ122aおよび122b、1つのフローティングディフュージョン(以下、FD)125、複数の増幅トランジスタ123aおよび123bおよび1つのリセットトランジスタ124を含む。ここでは、各単位セル3が2個の光電変換素子121aおよび121d、即ち、2画素を含む構成を例示する。本発明の特徴は増幅トランジスタ123aおよび123bを並列に設けていることである。
ここで、本実施の形態における変形例9について説明する。
単位セル3では、複数の増幅トランジスタ123aおよび123bの配置に関して、全てのドレイン領域およびソース領域を結ぶ直線状に設けることにより、複数の増幅トランジスタ123aおよび123bの配置領域を縮小することができる。
10 画素部(画素アレイ)
14 垂直走査回路(行走査回路)
18 水平信号線
19 垂直信号線
25 AD変換(アナログ/デジタルコンバーター)回路
26 カラムAD回路
27 参照信号生成部
27a DAC(デジタル/アナログコンバーター)
28 出力I/F
30 通信・タイミング制御部
42 カラムアンプ
100 固体撮像装置
110 レンズ
120 DSP(デジタル信号処理回路)
121a、121b、121c、121d 光電変換素子
122a、122b、122c、122d 転送トランジスタ
123a、123b、123c、123d 増幅トランジスタ
124 リセットトランジスタ
125 フローティングディフュージョン(FD)
130 画像表示デバイス
130a、130b、130c、130d 転送制御信号線
131 リセット信号線
132 電源線
134 導電線
135 バイアス電源
137 定電流トランジスタ
140 画像メモリ
141a、141b、141c、141d、144、146、146a、146b、146c、146d、149 ゲート電極
142a、142b、142c、142d 光電変換領域
143、143a、143b FD領域
145、145a、145b、145c、145d、145e、145f ドレイン領域
147、147a、147b、147c、147d、147e、147f ソース領域
148 ウェルコンタクト領域
150、150a、150b、150c、151a、151b、151e、151f、152a、152b、152c、152d、153、154、154a、154b、154c、154d、154e、155、155a、155b、155c、155d コンタクト部
156 ウェルコンタクト部
157 ウェル電圧供給線
161 N型基板
162 Pウェル
166 素子分離領域
167 層間絶縁膜
168 カラーフィルタ
169 マイクロレンズ
170 反射防止膜
180 画素電極
181 有機光電変換膜
182 対向電極
252 電圧比較部
254 カウンタ部
256 データ記憶部
258 スイッチ
262 信号保持容量
263 信号保持スイッチ
276、277 容量素子
Claims (13)
- 2次元状に配列された複数の単位セルを備える固体撮像装置であって、
前記単位セルは、
入射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積する信号電荷に応じた電圧がゲートに与えられる複数の増幅トランジスタとを有し、
前記単位セルは、複数の前記光電変換素子を有し、
前記複数の光電変換素子が前記複数の増幅トランジスタを共有し、
前記単位セルは、前記光電変換素子と前記増幅トランジスタのゲートとの間に配置された転送トランジスタを有し、
前記複数の増幅トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域のうちソース領域のみを共有し、更に、前記複数の光電変換素子は、フローティングディフュージョン領域を共有する
固体撮像装置 - 前記単位セルは、1つの前記フローティングディフュージョン領域を有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記単位セルは、複数の前記フローティングディフュージョン領域を有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタでは、共有するソース領域又はドレイン領域を中心として、ソース領域とドレイン領域との間を流れる電流の向きが対称である
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 隣接する前記単位セルにおいて、前記増幅トランジスタのソース領域又はドレイン領域が共有される
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記単位セルは、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を有する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタでは、全てのドレイン領域およびソース領域が直線状に配置される
請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタのゲート幅は、同じ寸法である
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタのゲート長は、同じ寸法である
請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタは、ゲート電極を共有する
請求項1〜9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の増幅トランジスタのゲート電極は、互いに信号線で接続されている
請求項1〜9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、さらに、前記複数の単位セルに接続され、前記複数の単位セルから出力される信号電圧を伝達する信号線を備え、
前記複数の増幅トランジスタのソース領域は、同じ前記信号線に接続されている
請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 2次元状に配列された複数の単位セルと、前記単位セルから出力される電圧信号をデジタル信号に変換するAD変換回路とを備える固体撮像装置が形成された第1のチップと、
前記第1のチップから出力されるデジタル信号を処理するデジタル信号処理回路が形成された第2のチップとを備え、
前記単位セルは、
入射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積する信号電荷に応じた電圧がゲートに与えられる複数の増幅トランジスタとを有し、
前記単位セルは、複数の前記光電変換素子を有し、
前記複数の光電変換素子が前記複数の増幅トランジスタを共有し、
前記単位セルは、前記光電変換素子と前記増幅トランジスタのゲートとの間に配置された転送トランジスタを有し、
前記複数の増幅トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域のうちソース領域のみを共有し、更に、前記複数の光電変換素子は、フローティングディフュージョン領域を共有する
カメラ。
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