JP7133799B2 - 撮像装置、および、カメラシステム - Google Patents
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Description
[項目1]
画素電極と、前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極と前記画素電極の間に位置し光を電荷に変換する光電変換膜と、を含む光電変換部と、
第1ソース、第1ドレインおよび第1ゲートを有し、前記第1ゲートが前記画素電極に接続される増幅トランジスタと、
第2ソース、第2ドレインおよび第2ゲートを有し、前記第2ソースおよび前記第2ドレインの一方が前記画素電極に接続されるリセットトランジスタと、
第3ソースおよび第3ドレインを有し、前記第3ソースおよび前記第3ドレインの一方が前記第2ソースおよび前記第2ドレインの他方に接続されるフィードバックトランジスタと、
を含む画素と、
前記対向電極に第1電圧を供給する第1電圧供給回路と、
を備え、
前記リセットトランジスタは、前記第2ソースおよび前記第2ドレインの前記一方と前記第2ゲートとの間にクリッピング電圧以上の電圧が供給されるとオフとなる特性を有し、
前記クリッピング電圧は、前記第1電圧よりも小さい、
撮像装置。
[項目2]
前記増幅トランジスタの前記第1ソースおよび第1ドレインの一方に第2電圧を供給する第2電圧供給回路を備え、
前記クリッピング電圧は、前記第2電圧よりも小さい、項目1に記載の撮像装置。
[項目3]
前記フィードバックトランジスタは、第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に位置する第1ゲート電極と、を有し、
前記リセットトランジスタは、第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に位置する第2ゲート電極と、を有し、
前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、項目1に記載の撮像装置。
[項目4]
前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の80%以下である、項目3に記載の撮像装置。
[項目5]
前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の50%以下である、項目4に記載の撮像装置。
[項目6]
前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の30%以上である、項目5に記載の撮像装置。
[項目7]
前記画素は、前記リセットトランジスタの前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に接続される第1容量素子と、前記リセットトランジスタの前記第2ソースおよび前記第2ドレインの前記他方に接続される第2容量素子と、を備え、
前記第2容量素子は、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電極および前記第2電極の間に位置する誘電体層と、を備え、
前記誘電体層の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、
項目1から項目6のいずれか1項に記載の撮像装置。
[項目8]
前記誘電体層の実効膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、
項目7に記載の撮像装置。
[項目9]
前記リセットトランジスタの前記第2ソースおよび前記第2ドレインの前記他方に接続され、第3電圧が印加される第1配線と、
前記第1配線に隣接し、前記第3電圧とは異なる第4電圧が印加される第2配線と、
前記画素電極と前記第1ゲートとを接続する第3配線と、
前記第3配線に隣接する第4配線と、を備え、
前記第1配線と前記第2配線との間隔は、前記第3配線と前記第4配線との間隔よりも小さい、項目1から項目8のいずれか1項に記載の撮像装置。
[項目10]
前記項目1から9のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に結像させるレンズ光学系と、
前記撮像装置から出力される信号を処理するカメラ信号処理部と
を備えるカメラシステム。
実施形態を詳細に説明する前に、本発明者の知見を説明する。
次に、図3を参照しながら、画素11のデバイス構造の一例を説明する。既に説明したように、画素11は、半導体基板上に配列されている。ここでは、半導体基板2(図3参照)としてP型シリコン(Si)基板を用いる例を説明する。
次に、図面を参照しながら、撮像装置101の動作の一例を説明する。以下に説明するように、図2に例示する構成によれば、リセットトランジスタ36およびフィードバックトランジスタ38のゲート電圧を適切に制御することにより、感度の異なる2つの動作モードを切り替えることが可能である。ここで説明する2つの動作モードは、比較的高い感度で撮像が可能な第一モード、および、比較的低い感度で撮像が可能な第二モードである。
次に、図8~図10を参照しながら、撮像装置101の製造方法の一例を説明する。
実施の形態1に係る適用回路については図2を例として用いたが、実施の形態2では、図11に示すように画素ごとにフィードバック動作を行ってもよい。
上述の実施形態では、半導体基板2に電極領域42cを設け、いわゆるMISキャパシタとして第二容量素子42を形成している。しかしながら、信号検出回路SCにおける高容量の容量素子の構成は、上述した例に限定されない。以下に説明するように、金属または金属化合物から形成された2つの電極の間に誘電体が挟まれた構造を有する容量素子を、半導体基板2と光電変換部15との間に設けられた層間絶縁層内に配置してもよい。以下では、金属または金属化合物から形成された2つの電極の間に誘電体が挟まれた構造を「MIM(Metal-Insulator-Metal)構造」と呼ぶことがある。半導体基板2と光電変換部15との間の層間絶縁層内に配置される容量素子を、いわゆるMIM構造を有する容量素子として形成することにより、より大きな容量値を得やすい。以下に説明するデバイス構造は、上述の実施形態のいずれにも適用可能である。
図14を参照して、本実施の形態の撮像装置101を備えたカメラシステム105を説明する。
11 画素
15 光電変換部
15a 対向電極
15b 光電変換膜
15c 画素電極
16 垂直走査回路
17 蓄積制御線
18 垂直信号線
19 負荷回路
20 カラム信号処理回路
21 水平信号読み出し回路
22 電源配線
23 水平共通信号線
24 反転増幅器
24a ゲイン調整端子
25 フィードバック線
26 リセット信号線
28 フィードバック制御線
30 アドレス信号線
32 感度調整線
34 増幅トランジスタ
34e 第三ゲート電極
34g 第三ゲート絶縁膜
36 リセットトランジスタ
36e 第二ゲート電極
36g 第二ゲート絶縁膜
38 フィードバックトランジスタ
38e 第一ゲート電極
38g 第一ゲート絶縁膜
40 アドレストランジスタ
41 第一容量素子
41g 絶縁膜
42 第二容量素子
42e 第一電極
42g 誘電体層
44 電荷蓄積領域
45 容量回路
46 リセットドレインノード
48 絶縁層
62 容量素子
101 撮像装置
105 カメラシステム
601 レンズ光学系
603 システムコントローラ
604 カメラ信号処理部
Claims (14)
- 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電極の間に位置し光を電荷に変換する光電変換膜と、を含む光電変換部と、
第1ソース、第1ドレインおよび第1ゲートを有し、前記第1ゲートが前記第1電極に接続される第1トランジスタと、
第2ソース、第2ドレインおよび第2ゲートを有し、前記第2ソースおよび前記第2ド
レインの一方が前記第1電極に接続される第2トランジスタと、
を含む画素と、
前記第2電極に第1電圧を供給する第1電圧供給回路と、
を備え、
前記第2ソースおよび前記第2ドレインの一方は、前記電荷を蓄積する電荷蓄積領域であり、
前記第2トランジスタは、前記電荷蓄積領域の電圧がクリッピング電圧以上となるときにオフとなる特性を有し、
前記クリッピング電圧は、前記第1電圧よりも小さい、
撮像装置。 - 前記第1トランジスタの前記第1ソースおよび第1ドレインの一方に第2電圧を供給す
る第2電圧供給回路を備え、
前記クリッピング電圧は、前記第2電圧よりも小さい、請求項1に記載の撮像装置。 - さらに、前記画素は、第3ソースおよび第3ドレインを有し、前記第3ソースおよび前記第3ドレインの一方が前記第2ソースおよび前記第2ドレインの他方に接続される第3トランジスタを含み、
前記第3トランジスタは、第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に
位置する第3ゲートと、を有し、
前記第2トランジスタは、第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に位置す
る前記第2ゲートと、を有し、
前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、
請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の80%以下で
ある、請求項3に記載の撮像装置。 - 前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の50%以下で
ある、請求項4に記載の撮像装置。 - 前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚の30%以上で
ある、請求項5に記載の撮像装置。 - 前記画素は、前記第2トランジスタの前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に接続される第1容量素子と、前記第2トランジスタの前記第2ソースおよび前記第2ドレインの他方に接続される第2容量素子と、を備え、
前記第2容量素子は、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電極および前記第4電極の間に位置する誘電体層と、を備え、
前記誘電体層の実効膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、
請求項3から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記誘電体層の実効膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の実効膜厚よりも小さい、
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記画素は、
前記第2トランジスタの前記第2ソースおよび前記第2ドレインの他方に接続され、第3電圧が印加される第1配線と、
前記第1配線に隣接し、前記第3電圧とは異なる第4電圧が印加される第2配線と、
前記第1電極と前記第1ゲートとを接続する第3配線と、
前記第3配線に隣接する第4配線と、を備え、
前記第1配線と前記第2配線との間隔は、前記第3配線と前記第4配線との間隔よりも
小さい、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第2トランジスタは、前記電荷の蓄積により前記電荷蓄積領域の電圧がクリッピング電圧を超えると、クリッピング動作によりオフとなる、
請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記クリッピング電圧は、0Vより大きい、請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記クリッピング電圧は、前記第2トランジスタのリセットにおける基準電圧以上である、請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 請求項1に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に結像させるレンズ光学系と、
前記撮像装置から出力される信号を処理するカメラ信号処理部と
を備えるカメラシステム。 - 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電極の間に
位置し光を電荷に変換する光電変換膜と、を含む光電変換部と、
第1ソース、第1ドレインおよび第1ゲートを有し、前記第1ゲートが前記第1電極に
接続される第1トランジスタと、
第2ソース、第2ドレインおよび第2ゲートを有し、前記第2ソースおよび前記第2ド
レインの一方が前記第1電極に接続される第2トランジスタと、
前記第2トランジスタの前記第2ソースおよび前記第2ドレインの他方に接続され、第3電圧が印加される第1配線と、
前記第1配線に隣接し、前記第3電圧とは異なる第4電圧が印加される第2配線と、
前記第1電極と前記第1ゲートとを接続する第3配線と、
前記第3配線に隣接する第4配線と、を備え、
前記第1配線と前記第2配線との間隔は、前記第3配線と前記第4配線との間隔よりも
小さい、
撮像装置。
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