JPWO2013021577A1 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者は、背景技術の欄において記載した固体撮像装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
図1は、実施の形態1に係る積層型の固体撮像装置の概略構成の一例を示す図であり、図2は図1の単位画素100の構成の一例を示す回路図である。なお、図1において、単位画素100は「2行2列」分だけを記載しているが、行数及び列数は任意に設定してよい。
図5は、実施の形態1の変形例に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図(単位画素100の構成の一例を示す断面図)である。
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態2について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態に従って説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらの開示に限定されることを意図しない。
本発明の実施の形態を説明する前に、比較例として、従来の積層型イメージセンサに、一般的なCMOSイメージセンサの駆動方法を適用した場合に生じる課題について詳細に述べる。
本発明の実施の形態3に係る駆動方法について図13を用いて説明する。
本発明の実施の形態4に係る駆動方法について図14を用いて説明する。
2 エピ層
11、102 画素電極
12、101、111、401 光電変換膜(光電変換部)
13 透明電極
14、103 電荷蓄積領域(電荷蓄積領域)
15、104、402 増幅トランジスタ
16、106、406 リセットトランジスタ
17、105、403 選択トランジスタ
19 STI
20 分離領域
21 電荷障壁領域
22 電荷排出領域
23 ゲート電極
24 サイドウォール
25 コンタクト配線
26 絶縁層
27 ソース領域
100 単位画素
103 電荷蓄積部
113 垂直走査部
115 水平走査部
121 アドレス制御線
123 リセット制御線
125 電源線
131 光電変換部制御線
141 列信号線
142 水平出力端子
151 列信号処理部
301 固体撮像装置
302 画素アレイ
303a、303b 行信号駆動回路
304 列フィードバックアンプ回路
305 ノイズキャンセラ回路
306 水平駆動回路
307 出力段アンプ
309 矢印
310 画素
404 列信号線
405 比較器
407 制御回路
408、409 信号線
410 列選択トランジスタ
411 列増幅回路
412 バイアストランジスタ
413 容量
415 FD部
420 読み出し回路
501 マイクロレンズ
502 青色カラーフィルタ
503 緑色カラーフィルタ
504 赤色カラーフィルタ
505 保護膜
506 平坦化膜
507 上部電極
508 光電変換膜
509 電子ブロッキング層
510 電極間絶縁膜
511 下部電極
512 絶縁膜
513 給電層
514 ビア
518 基板
519 ウェル
520 STI領域
521 層間絶縁層
Claims (13)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上方にアレイ状に配置され、各々が異なる単位画素を構成する複数の第一の電極と、
前記複数の第一の電極の上に形成され、光を電気信号に変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の上に形成された第二の電極と、
前記複数の第一の電極のそれぞれに対応して前記半導体基板内に形成され、対応する前記第一の電極と電気的に接続され、光電変換により前記光電変換膜で生成された電荷を蓄積する第一導電型の電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域のそれぞれの底部に接するように前記半導体基板内に形成された前記第一導電型と反対の第二導電型の電荷障壁領域と、
前記電荷障壁領域のそれぞれの底部に接するように前記半導体基板内に形成された前記第一導電型の電荷排出領域とを備える
固体撮像装置。 - 前記電荷障壁領域の不純物濃度は、前記電荷排出領域の不純物濃度より低い
請求項1に記載の固体撮像装置。 - さらに、前記電荷蓄積領域の電位を初期化するMOS型トランジスタを備え、
前記電荷蓄積領域は、前記MOS型トランジスタのドレイン領域及びソース領域のいずれか一方に兼用され、
前記MOS型トランジスタのドレイン領域及びソース領域のいずれか他方は、前記第一導電型であり、
前記半導体基板において、前記電荷蓄積領域の前記半導体基板の表面からの深さは、前記ドレイン領域及びソース領域のいずれか他方の前記半導体基板の表面からの深さより深い
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記電荷排出領域は、前記第二導電型の前記半導体基板と接している
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記電荷排出領域の電位は、変動する
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 基板と、
前記基板の上方に形成された第1電極と、
前記第1電極の上方に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の上方に形成された第2電極と、
前記基板上に形成され、前記第1電極と電気的に接続され、前記第1電極から流入する電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部にドレインが電気的に接続されたリセットトランジスタと、
前記電荷蓄積部に電気的に接続され、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷の量に応じた大きさの電気信号である読み出し信号を生成する信号読み出し回路と、
前記リセットトランジスタのソースに前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を排斥する第1電圧を印加しながら前記リセットトランジスタのゲートに前記リセットトランジスタのゲートをオン状態とするターンオン電圧を印加し、前記ゲートに前記ターンオン電圧を印加しながら前記ソースに印加する電圧を前記第1電圧から前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を引き込む第2電圧に変更する制御回路とを備える
固体撮像装置。 - 前記制御回路は、前記ソースに印加する電圧を、前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間的な電圧を経由しながら、前記第1電圧から前記第2電圧まで、前記リセットトランジスタのゲートがオン状態とされる期間内にゲートパルスの立ち上がりまたは立下りに要する時間以上の長い時間で変化させる
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、さらに、
前記読み出し信号を第1参照レベルと比較する比較器を備え、
前記制御回路は、前記比較器により、前記読み出し信号の大きさが前記第1参照レベル以下であると判定される場合、前記ソースに印加する電圧の変更を抑止し、前記ソースに印加する電圧を前記第2電圧に固定したまま前記ゲートに前記ターンオン電圧を印加する
請求項6または7に記載の固体撮像装置。 - 前記比較器は、さらに、前記読み出し信号を、前記第1参照レベルよりも大きい第2参照レベルと比較し、
前記制御回路は、前記比較器により、前記読み出し信号の大きさが前記第2参照レベルよりも大きいと判定される場合、前記ソースに前記第1電圧を印加しながら前記ゲートに前記ターンオン電圧を印加し、前記ゲートに前記ターンオン電圧を印加しながら前記ソースに印加する電圧を前記第1電圧から前記第2電圧に変更した後、前記ゲートに前記ターンオン電圧を持続的に印加する
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記第1電極は、複数の部分に電気的に分離して形成され、
前記電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部、前記リセットトランジスタを含む複数のリセットトランジスタ、前記信号読み出し回路を含む複数の信号読み出し回路、前記制御回路を含む複数の制御回路、および前記比較器を含む複数の比較器が、前記第1電極の前記複数の部分の各々に対応して設けられ、
前記複数の制御回路のうちの1つの制御回路は、対応する比較器により、対応する読み出し信号が前記第2参照レベルよりも大きいと判定される場合、他の制御回路を制御することにより、他の制御回路に対応するリセットトランジスタのゲートにも前記ターンオン電圧を持続的に印加する
請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記電荷蓄積部は、前記電荷として正孔を蓄積し、
前記制御回路は、前記リセットトランジスタのソースに前記第1電圧である正の電圧を印加しながら前記リセットトランジスタのゲートをオン状態とし、前記リセットトランジスタのゲートをオン状態としながら前記リセットトランジスタのソースに印加する電圧を前記第1電圧よりも低い前記第2電圧に下げる
請求項6から9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記電荷蓄積部は、前記電荷として電子を蓄積し、
前記制御回路は、前記リセットトランジスタのソースに前記第1電圧である負の電圧を印加しながら前記リセットトランジスタのゲートをオン状態とし、前記リセットトランジスタのゲートをオン状態としながら前記リセットトランジスタのソースに印加する電圧を前記第1電圧よりも高い前記第2電圧に上げる
請求項6から9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第1電極と、
前記第1電極の上方に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の上方に形成された第2電極と、
前記基板上に前記第1電極と電気的に接続して形成され、前記第1電極から流入する電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部にドレインが電気的に接続されたリセットトランジスタと、
前記電荷蓄積部に電気的に接続され、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷の量に応じた大きさの電気信号である読み出し信号を生成する信号読み出し回路と、
前記リセットトランジスタのソースおよびゲートに各独立した電圧を印加する制御回路と、
を備え、
前記駆動方法は、
前記制御回路が、前記リセットトランジスタのソースに前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を排斥する第1電圧を印加しながら前記リセットトランジスタのゲートに前記リセットトランジスタのゲートをオン状態とするターンオン電圧を印加するステップと、
前記制御回路が、前記ゲートに前記ターンオン電圧を印加しながら前記ソースに印加する電圧を前記第1電圧から前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を引き込む第2電圧に変更するステップとを含む
固体撮像装置の駆動方法。
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