(57)【要約】【課題】画像センサにおける電荷転送のための装置及び方法を提供する。【解決手段】画像センサ画素の一実施例は、第１の電荷蓄積ノード及び第２の電荷蓄積ノードを含んでもよい。転送回路は第１の電荷蓄積ノードと第２の電荷蓄積ノードとの間に結合されてもよく、転送回路は、第１の電荷蓄積ノードに隣接し、かつ第１の電位を有するように構成された、第１の領域を有してもよい。転送回路は、第２の電荷蓄積ノードに隣接し、かつより高い第２の電位を有するように構成された、第２の領域も有してもよい。入力ノードは、第１及び第２の電位を、入力ノードに提供された転送信号に基づき制御するように構成されてもよい。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電荷蓄積ノードと、
第２の電荷蓄積ノードと、
前記第１の電荷蓄積ノードと前記第２の電荷蓄積ノードとの間に結合された転送回路であって、前記第１の電荷蓄積ノードに隣接し、第１の電位を有するように構成された第１の領域、及び前記第２の電荷蓄積ノードに隣接し、より高い第２の電位を有するように構成された第２の領域を有する、転送回路と、
入力ノードに提供された転送信号に基づき、前記第１及び第２の電位を制御するように構成された入力ノードと、
を備えることを特徴とする、画像センサ画素。
【請求項２】
前記転送回路と前記第２の電荷蓄積ノードとの間に結合された仮想バリアを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項３】
前記第１の電荷蓄積ノードがフォトダイオードを含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項４】
前記第２の電荷蓄積ノードがフローティング拡散ノードを含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項５】
前記画像センサが、第１の半導体チップ上のフォトダイオード及び第２の半導体チップ上の転送回路が前記第１の半導体チップと共に積層された、積層ＣＭＯＳ画像センサを含み、更に、前記第１の電荷蓄積ノードが前記第２の半導体チップ上のスタック接点であり、かつ前記第２の電荷蓄積ノードが前記第２の半導体チップ上のグローバルシャッター蓄積ノードであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項６】
前記第１の電荷蓄積ノードが第３の電位を有するように構成され、前記第２の電荷蓄積ノードが第４の電位を有するように構成され、前記第３及び第４の電位が実質的に同じであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項７】
前記第１の電荷蓄積ノードが第３の電位を有するように構成され、前記第２の電荷蓄積ノードが第４の電位を有するように構成され、前記第３の電位が前記第４の電位を上回ることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ画素。
【請求項８】
集積回路であって、前記集積回路が、
電荷を蓄積するように構成された第１のノードと、
前記第１のノードに結合され、かつ前記第１のノードから電荷を受け取るように構成された第２のノードと、
前記第１のノードを前記第２のノードに結合する転送回路と、
を備え、前記転送回路が、
転送信号によって制御されるように構成された第１の可変電位を有する蓄積領域と、    前記第１の可変電位を上回る第２の可変電位を有するバリアであって、前記第２の可変電位も前記転送信号によって制御されるように構成された、バリアと、
を含むことを特徴とする、集積回路。
【請求項９】
前記蓄積領域が前記転送回路の前記バリアから横方向にずらされ、前記蓄積領域が前記第２のノードに隣接し、前記バリアが前記第１のノードに隣接することを特徴とする、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記転送回路が修正された電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１１】
転送ゲートが前記バリア及び前記蓄積領域の上に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の集積回路。
【請求項１２】
前記電界効果トランジスタの転送ゲートが２つの領域に区分けされ、一方の領域が前記蓄積領域に関連付けられ、他方の領域が前記バリアに関連付けられることを特徴とする、請求項１０に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記蓄積領域と前記第２のノードとの間に結合された仮想バリアを更に備え、前記仮想バリア及び前記蓄積領域が共に、前記集積回路の共通ドープ領域を形成し、前記蓄積領域が、前記共通ドープ領域上で転送ゲートが配置される部分に形成され、前記仮想バリアが、前記共通ドープ領域上でピンド層が配置される部分に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１４】
前記第１の可変電位と前記第２の可変電位との間の相対的な差が、複数の異なる転送信号の電圧にわたって一定であることを特徴とする、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１５】
画像センサ画素において、第１の電位を有する第１のノードから第２の電位を有する第２のノードへ電荷を転送する方法であって、
転送信号に応答して、前記第１のノードに隣接するバリアの第３の電位を、前記第３の電位が前記第１の電位を上回るように上昇させることと、
転送信号に応答して、前記バリアと前記第２のノードとの間に結合された蓄積領域の第４の電位を、前記第４の電位が前記第３の電位を上回るように上昇させることと、
前記転送信号に応答して、前記蓄積領域の前記第４の電位を、前記第４の電位が前記第２の電位を下回るように低下させることと、
を含むことを特徴とする、画像センサ画素において、第１の電位を有する第１のノードから第２の電位を有する第２のノードへ電荷を転送する方法。
【請求項１６】
前記蓄積領域と前記第２のノードとの間に結合された仮想バリアが、前記第２の電位を下回る第５の電位を有し、前記蓄積領域の前記第４の電位が、前記第５の電位を下回るように低下させられることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記低下させることに応答して、電荷が前記蓄積領域から前記第２のノードへ転送され、
前記仮想バリアによって、前記第２のノードへ転送された電荷が前記蓄積領域及び前記第１のノードに戻ることを防止することを更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３及び第４の電位を上昇させる前記動作が、同じ転送信号に応答して、実質的に同じ時点で発生することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
電荷を前記第１のノードから前記第２のノードへ転送するために、前記第３及び第４の電位を上昇させること及び前記第４の電位を低下させることを、複数のパルスにわたって繰り返すことを更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のノードからの電荷が、前記複数のパルスの後にのみ前記第２のノードへ完全に転送されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して画像センサに関し、より詳細には、画像センサにおける電荷転送に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
特許協力条約に基づく本出願は、２０１３年３月６日出願の米国非暫定特許出願第１３／７８７，０９４号、「Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」に対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
画像センサでは、電荷が複数の異なるノード間で頻繁に転送される必要がある。例えば、グローバルシャッター相補的金属酸化物半導体（complementary metal oxide semiconductor、ＣＭＯＳ）画像センサでは、入射光子からフォトダイオード内に蓄積された電荷が、グローバルシャッター読み出しのために、フォトダイオードから蓄積ノード、及びそれに引き続き、フローティング拡散ノードへ転送されることが必要になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つのノードから別のノードへの電荷転送を実現するために、ノードはその動作中、電荷の転送先となるノード（すなわち、宛先ノード）が電荷の転送元となるノード（すなわち、ソースノード）を上回る電位を有するように設計されることが多い。２つのノード間にはトランジスタが結合されてもよく、このトランジスタは、バリアがトランジスタの入力ゲートに提供された転送信号に応答して作成及び除去され得るように、ノード間の領域の電位を制御する。２つのノード間のバリアが除去されると、電荷は通常、より高い電位を有するノードが「満タン」になるまで、そのノードに向かって流れ、残りの全ての電荷は他方のノード内に戻り得る。したがって、１つのノードから別のノードへ電荷を完全に転送するには、宛先ノードが、転送される電荷の量に等しいか、又はそれを上回る量だけ、ソースノードの電位を上回る電位を有することが必要になり得る。言い換えれば、宛先ノードは、ノード間のバリアが除去された時に再度ソースノードと電荷を共有することなく、ソースノードからの電荷を保持するのに十分なウェル容量を有することが必要になり得る。したがって、複数のノード間の完全な電荷転送を実現するために、電位は後続ノードに対して上昇し、各後続ノード間の電位の上昇は、概して画素の全ウェル容量に等しいか、又はそれを上回る。
【０００５】
ただし、各後続ノードに対する電位の上昇は、通常、より高い電源電圧が画像センサに提供されることを必要とする。電源電圧が高くなると、電力消費が増加し、特殊化された製造プロセスが必要になり、かつ／又は静電気放電に関する問題の緩和が必要になり得る。代替として、各後続ノードに対してより高い電位を得るために、より高い電源電圧を用いるのではなく、ノード間の変換利得を低減してもよい。ただし、変換利得を低減した結果、画像センサの動作において、より多くのノイズが発生し、かつ感度が低下し得る。
【０００６】
画像センサ画素の設計における最近の改善点として、画像センサ画素内の追加ノード、例えば、２つ以上のシリコンチップを積層することによって形成された画像センサが挙げられる。シリコンチップ間の相互接続は、シリコンチップ間で電荷を転送するための追加接点及び蓄積ノードを必要とし得る。ノードを追加すると、後続蓄積ノードの電位を上昇させる必要性が高まる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施例は、画像センサ画素の形態を取ってもよい。画像センサ画素は、第１の電荷蓄積ノード及び第２の電荷蓄積ノードを含んでもよい。転送回路は第１の電荷蓄積ノードと第２の電荷蓄積ノードとの間に結合されてもよく、転送回路は、第１の電荷蓄積ノードに隣接し、かつ第１の電位を有するように構成された、第１の領域を有する。転送回路は、第２の電荷蓄積ノードに隣接し、かつより高い第２の電位を有するように構成された、第２の領域も有してもよい。入力ノードは、第１及び第２の電位を、入力ノードに提供された転送信号に基づき制御するように構成されてもよい。
【０００８】
本開示の別の実施例は、電荷を蓄積するように構成された第１のノードと、第１のノードに結合され、かつ第１のノードから電荷を受け取るように構成された第２のノードと、を有する集積回路の形態を取ってもよい。集積回路は、第１のノードを第２のノードに結合する転送回路も含んでもよい。転送回路は、転送信号によって制御されるように構成された第１の可変電位を有する蓄積領域と、同じく転送信号によって制御されるように構成された第２の可変電位を有するバリアと、を含んでもよい。
【０００９】
本開示の別の実施例は、画像センサ画素において、第１の電位を有する第１のノードから第２の電位を有する第２のノードへ電荷を転送する方法の形態を取ってもよい。方法は、転送信号に応答して、第１のノードに隣接するバリアの第３の電位を、第３の電位が第１の電位を上回るように上昇させることを含んでもよい。方法は、転送信号に応答して、バリアと第２のノードとの間に結合された蓄積領域の第４の電位を、第４の電位が第３の電位を上回るように上昇させることを更に含んでもよい。方法は、転送信号に応答して、蓄積領域の第４の電位を、第４の電位が第２の電位を下回るように低下させることも含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】１つ以上のカメラを含む電子機器の前方斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの電子機器の後方斜視図である。
【図２】図１Ａの電子機器の簡略化されたブロック図である。
【図３】図１Ａの線３〜３に沿った、図１Ａの電子機器の簡略化された概略断面図である。
【図４Ａ】電子機器のカメラに対する画像センサアーキテクチャの簡略化された図である。
【図４Ｂ】単一の画素を示す、図４Ａの画素アーキテクチャの拡大図である。
【図５】画素セルの簡略化された概略図である。
【図６Ａ】画像センサ画素の一部の一実施形態の簡略化された概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルを示す図である。
【図７Ａ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｂ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｃ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｄ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｅ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｆ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図７Ｇ】図６Ａに示された画像センサ画素部の簡略化された電位プロファイルの動作を示す図である。
【図８】図６Ａに示された画像センサ画素部の動作を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で開示される一部の実施形態では、画像センサ画素の１つのノードから画像センサ画素の別のノードへ電荷を転送するための装置及び方法が開示される。通常、画像センサにおけるノード間の電荷転送は、転送ゲートによって分離された異なる電位を有するノードを用いて実現される。電荷が１つのノードから別のノードへ移動するには、宛先ノードの電位がソースノードの電位を上回る必要がある。転送ゲートをオンにすることによって、水差しから注がれた水がそこに作用する重力を受けてグラスに落下するように、電荷がより高い電位を有するノードに「落下する」ようにしてもよい。電荷が３つ以上のノードに沿って連続的に転送される必要がある画像センサの場合、各後続ノード／領域に対して電位の上昇を継続する必要があるため、この動作は困難になり得る。
【００１２】
したがって、本開示では、２つのノード間にある１つの転送ゲートが、大幅に上昇した宛先ノードの電位を必要とせずに１つのノードから別のノードへ電荷を転送するための機構を作製するように修正される。これが特に有用であり得る一実施例は、積層ダイ画像センサ内の複数のノード間における電荷転送であるが、本開示はこの実施例に限定されない。修正された転送ゲートは、２つの別々にドープされた領域を含み、宛先ノードに最も近い領域はソースノードに最も近い領域の電位を上回る電位を有し、それにより、可変バリア及びミニ蓄積領域の両方を、転送ゲートの下に形成する。転送ゲートと宛先ノードとの間には、仮想バリアも形成される。可変バリア及びミニ蓄積領域の電位は、転送ゲートに印加される電圧によって部分的に制御される。転送ゲートに印加される電圧が上昇すると、バリア及びミニ蓄積領域の電位も上昇し、その結果、一部の電荷がソースノードからミニ蓄積領域内に流れ込む。その後、転送ゲートに印加される電圧は低下し、その結果、ミニ蓄積領域内の電荷が宛先ノード内に流れ込む。ミニウェルが各サイクルにおいて転送することができるのは、総電荷の一部のみであるため、数回の繰り返しが必要になり得る。
【００１３】
ここで図に戻り、画像センサについて、及びこの画像センサを組み込むための例示的な電子機器について、より詳細に説明する。図１Ａは、１つ以上の画像センサを含む電子機器１００の前方正面図である。図１Ｂは、電子機器１００の後方正面図である。電子機器１００は、第１のカメラ１０２、第２のカメラ１０４、エンクロージャ１０６、ディスプレイ１１０及び入出力ボタン１０８のうちのいずれか又は全てを含んでもよい。電子機器１００は、コンピュータ、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、デジタルカメラ、印字装置、スキャナー、複写機などが挙げられるがこれらに限定されない、実質的に任意の種類の電子又はコンピューティング機器であってもよい。電子機器１００は、１つ以上のプロセッサ、メモリ構成要素、ネットワークインタフェースなどが挙げられるがこれらに限定されない、コンピューティング又は電子機器に典型的な１つ以上の内部構成要素（図示せず）も含んでもよい。このような内部構成要素の実施例については、図２に関連付けて説明する。
【００１４】
図１に示されるように、エンクロージャ１０６は、電子機器１００の内部構成要素に対する外側表面及び保護ケースを形成してもよく、かつディスプレイ１１０の少なくとも一部を囲んでもよい。エンクロージャ１０６は、表部品及び裏部品など、操作可能に接続された１つ以上の構成要素から形成されてもよく、又はディスプレイ１１０に操作可能に接続された単一の部品から形成されてもよい。
【００１５】
入力部材１０８（スイッチ、ボタン、静電容量式センサ又は他の入力機構であってもよい）は、ユーザが電子機器１００と対話することを可能にする。例えば、入力部材１０８は、音量を変更する、ホーム画面に戻るなどのためのボタン又はスイッチであってもよい。電子機器１００は１つ以上の入力部材１０８及び／又は出力部材を含んでもよく、各部材は、単一の入力若しくは出力機能又は複数の入出力機能を有してもよい。
【００１６】
ディスプレイ１１０は、電子機器１００に操作可能に接続されてもよく、又はそこに通信可能に結合されてもよい。ディスプレイ１１０は、電子機器１００に対する視覚出力を提供してもよく、かつ／又は電子機器１００へのユーザ入力を受け取るように機能してもよい。例えば、ディスプレイ１１０は、１つ以上のユーザ入力を検出することができる、マルチタッチ静電容量式検知画面であってもよい。
【００１７】
電子機器１００は、ある個数の内部構成要素も含んでもよい。図２は、電子機器１００の簡略化されたブロック図である。電子機器１００は、以下でそれぞれ順番に説明される、１つ以上のプロセッサ１１４、ストレージ又はメモリ構成要素１１６、入出力インタフェース１１８、電源１２０及び１つ以上のセンサ１２２も含んでもよい。
【００１８】
プロセッサ１１４は、電子機器１００の動作を制御してもよい。プロセッサ１１４は、電子機器１００の実質的に全ての構成要素と、直接的又は間接的に通信してもよい。例えば、１つ以上のシステムバス１２４又は他の通信機構は、プロセッサ１１４、カメラ１０２、１０４、ディスプレイ１１０、入力部材１０８、センサ１２２などの間で通信を提供してもよい。プロセッサ１１４は、命令を処理、受信及び／又は送信することのできる任意の電子デバイスであってもよい。例えば、プロセッサ１１４はマイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータであってもよい。本明細書に記載されているように、用語「プロセッサ」は、単一のプロセッサ若しくは処理ユニット、複数のプロセッサ若しくは複数の処理ユニット、又は他の好適に構成されたコンピューティング要素（単数又は複数）を網羅することを意図している。
【００１９】
メモリ１１６は、電子機器１００によって利用され得る電子データを記憶してもよい。例えば、メモリ１１６は、例えば、オーディオファイル、ビデオファイル、ドキュメントファイルなど、様々なアプリケーションに対応する電子データ又はコンテンツを記憶してもよい。メモリ１１６は、例えば、不揮発性記憶装置、磁気記憶媒体、光学記憶媒体、磁気光学記憶媒体、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、消去可能なプログラマブルメモリ、又はフラッシュメモリであってもよい。
【００２０】
入出力インタフェース１１８は、データをユーザ又は１つ以上の他の電子機器から受信してもよい。更に、入出力インタフェース１１８は、ユーザ又は他の電子機器へのデータの送信を促進してもよい。例えば、電子機器１００が電話である実施形態では、入出力インタフェース１１８が、データをネットワークから受信するために用いられてもよく、又は無線若しくは有線接続（例えば、インターネット、ＷｉＦｉ(登録商標)、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びイーサネット（登録商標））を介して電気信号を送信及び転送するために用いられてもよい。一部の実施形態では、入出力インタフェース１１８が複数のネットワーク又は通信機構をサポートしてもよい。例えば、ネットワーク／通信インタフェース１１８は、他の機器に信号を転送するためにＢｌｕｅｔｏｏｔｈネットワークを介して別の機器と対になり、同時にＷｉＦｉ又は他のネットワークからデータを受信してもよい。
【００２１】
電源１２０は、エネルギーを電子機器１００に提供することができる、実質的に任意の機器であってもよい。例えば、電源１２０は、バッテリ、電子機器１００を壁コンセントなどの別の電源に接続するように構成され得る接続ケーブルであってもよい。
【００２２】
センサ１２２は、実質的に任意の種類のセンサを含んでもよい。例えば、電子機器１００は、１つ以上のオーディオセンサ（例えば、マイクロフォン）、光センサ（例えば、周囲光センサ）、ジャイロスコープ、加速度計などを含んでもよい。センサ１２２は、電子機器１００の機能を改良又は変更するために用いられ得るプロセッサ１１４にデータを提供するために用いられてもよい。
【００２３】
再度、図１Ａ及び１Ｂを参照すると、電子機器１００は、１つ以上のカメラ１０２、１０４、及び任意選択で、フラッシュ１１２又はカメラ１０２、１０４の光源も含んでもよい。図３は、図１Ａの線３〜３に沿った、第１のカメラ１０２の簡略化された断面図である。図３は第１のカメラ１０２を示しているが、第２のカメラ１０４は第１のカメラ１０２と実質的に類似してもよいことに留意されたい。一部の実施形態では、１つのカメラがグローバルシャッター構成された画像センサを含んでもよく、かつ１つのカメラがローリングシャッター構成された画像センサを含んでもよい。他の実施例では、１つのカメラが、他の画像センサを上回る解像度を有する画像センサを有してもよい。同様に、図３に示された構造は、第１及び第２のカメラのうちのいずれかに対するただ１つの可能な構造に過ぎないことを理解されたい。
【００２４】
図３を参照すると、カメラ１０２、１０４は、画像センサ１３０と光通信するレンズ１２６を含んでもよい。レンズ１２６は、エンクロージャ１０６に操作可能に接続され、かつ画像センサ１３０の上に配置されてもよい。レンズ１２６は、その視野内の光１２８を画像センサ１３０のフォトダイオード（以下でより詳細に説明される）上に方向付け又は伝送してもよい。画像センサ１３０は、光１２８を、捕獲されたシーンからの光を表し得る電気信号に変換してもよい。言い換えれば、画像センサ１３０は、レンズ１２６を介して光学的に伝送された光１２８を電気信号として捕獲する。
【００２５】
（画像センサアーキテクチャ）
ここで、画像センサ１３０の例示的なアーキテクチャについて、より詳細に説明する。図４Ａは、画像センサ１３０の１つの可能なアーキテクチャの簡略化された概略図である。図４Ｂは、図４Ａの画素アーキテクチャの画素の拡大図である。図５は、図４Ａの画素１３６の簡略化された概略図である。図４Ａ〜５を参照すると、電子機器１００は、１つ以上の画素１３６及び／又は画素セル１３８のグループ（例えば、ベイヤー画素又は他の画素のセットを形成するためにグループ化された画素１３６のグループ）を画定する画素アーキテクチャを有する画像処理構成要素を含んでもよい。画素アーキテクチャ１３４は、１つ以上の列出力線１４６を通して列選択１４０と通信し、かつ１つ以上の行選択線１４８を通して行選択１４４と通信してもよい。
【００２６】
行選択１４４及び／又は列選択１４０は、画像プロセッサ１４２と通信してもよい。画像プロセッサ１４２は、画素１３６からのデータを処理し、そのデータをプロセッサ１１４及び／又は電子機器１００の他の構成要素に提供してもよい。一部の実施形態では、画像プロセッサ１４２がプロセッサ１１４内に組み込まれるか、又はそこから分離されてもよいことに留意されたい。行選択１４４は、特定の行の全ての画素１３６など、特定の画素１３６又は画素のグループを選択的にアクティブ化してもよい。列選択１４０は、選択画素１３６又は画素１３６のグループ（例えば、特定の列を有する全ての画素）からのデータ出力を選択的に受信してもよい。
【００２７】
図５に示された、画素１３６の一実施形態の簡略化された概略図を参照すると、各画素１３６はフォトダイオード１５４を含んでもよい。フォトダイオード１５４は、レンズ１２６と光通信することにより、それを通して光を受け取ってもよい。フォトダイオード１５４は、光を吸収し、吸収した光を電気信号に変換してもよい。フォトダイオード１５４は、電子に基づくフォトダイオード又は正孔に基づくフォトダイオードであってもよい。更に、本明細書において用いられる用語「フォトダイオード」は、フォトゲート又は他の感光性領域など、実質的に任意の種類の光子又は光検出構成要素を網羅することを意図していることに留意されたい。
【００２８】
フォトダイオード１５４は、第１の転送ゲートＴＸ１  １７０を通して第１の蓄積ノードＳＮ１  １７２に結合されてもよい。更に第１の蓄積ノード１７２は、第２の転送ゲートＴＸ２  １７４を通して第２の蓄積ノードＳＮ２  １７６に結合されてもよい。第２の蓄積ノード１７６は、第３の転送ゲートＴＸ３  １７８を通してフローティング拡散ノードＦＤ  １８０などの第３の蓄積ノードに結合されてもよい。蓄積ノード１７２、１７６、１８０は、フォトダイオード１５４からの電荷を蓄積してもよく、かつ一部の実施例では、任意の漂遊電荷及び／又は光による蓄積ノード１７２、１７６、１８０の内容物の破壊を防止するために、電気的及び／又は光学的に遮蔽されてもよい。フローティング拡散ノード１８０は、ソースフォロアゲートＳＦ  １６０へのゲート入力として提供される。行選択ゲート１６２及びソースフォロアゲート１６０は、基準電圧ソース（Ｖｄｄ）ノード１６６に結合されてもよい。行選択ゲート１６２は、画素１３６に対する行選択線（例えば、図４Ｂの１４８）に更に結合されてもよい。画素１３６に対する制御回路は、追加で又は代替として、１つ以上の他のゲートを含んでもよい。例えば、ブルーミング防止ゲート１７３が第１の蓄積ノード１７２に結合されてもよい。
【００２９】
一部の実施形態では、画素１３６のフォトダイオード１５４及びゲート１７０、１７３、１７４、１７８、１５６、１６０、１６２が、全て単一の半導体チップ又はダイ上に配置されてもよいのに対し、他の実施形態では、画素１３６の一部の構成要素が１つの半導体チップ上にあり、他の構成要素が第２のチップ上にあってもよい。例えば、フォトダイオード１５４が第１の半導体チップ上にあり、転送ゲート１７０が第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間に結合された垂直転送ゲートであってもよい。第１の蓄積ノード１７２は、垂直転送ゲート１７０の結合先となる第２の半導体チップ上のスタック接点であってもよい。このような実施形態では、第２の蓄積ノード１７６が、画像センサ上の画素１３６のグローバルシャッター読み出しを可能にするグローバルシャッター蓄積ノードであってもよい。概して、画素１３６の構成要素は１つ又は複数のチップ上に散在してもよい。本開示と組み合わせて用いられ得る画像センサアーキテクチャのいくつかの実施例が、例えば、その内容全体があらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年１月３１日に出願され、「Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題された、同時係属出願第１３／７５６，４５９号に記載されている。
【００３０】
動作中、画像を捕獲するためにカメラ１０２、１０４のうちのいずれかが作動すると、フォトダイオード１５４及び／又は蓄積ノード１７２からの電荷を欠乏させるために、ブルーミング防止ゲート１７３及び転送ゲート１７０がオンにされる。一部の実施形態では、カメラ１０２、１０４がレンズ１２６を介するシャッターを含んでいなくてもよく、そのため、画像センサ１３０が常に光に晒されてもよい。このような実施形態では、所望の画像が捕獲される前に、フォトダイオード１５４をリセットするか、又は欠乏状態にする（例えば、ブルーミング防止ゲート１７３を介して）ことが必要になり得る。
【００３１】
フォトダイオード１５４が欠乏状態になったら、転送ゲート１７０がオフにされ、それによりフォトダイオード１５４が絶縁されてもよい。フォトダイオード１５４はその後、レンズ１２６から画像センサ１３０に転送された光の収集、及びそこから得た電荷の集積を開始してもよい。フォトダイオード１５４は光を受け取ると、入射光子によって生成された電荷の収集を開始する。フォトダイオード１５４を第１の蓄積ノード１７２に接続する転送ゲート１７０がオフにされるため、電荷はフォトダイオード１５４内に残る。フォトダイオード１５４が電荷を集積する間、ブルーミング防止ゲート１７３は、蓄積ノード１７２をリセットするために、及び／又はフォトダイオード１５４からのブルーミングを防止するために、オンのままになっていてもよい。
【００３２】
集積がほぼ完了したら、ブルーミング防止ゲート１７３がオフにされ、第１の蓄積ノード１７２が絶縁される（第２の転送ゲート１７４もオフにされたとき）ようにしてもよい。第１の転送ゲート１７０はその後、フォトダイオード１５４から蓄積された電荷を第１の蓄積ノード１７２へ転送するために、高電圧にパルス化されてもよい。第２の蓄積ノード１７６も、第２の蓄積ノード１７６を欠乏状態にするために第３の転送ゲート１７８及びリセットゲート１５６をオンにすることによって、リセットされてもよい。
【００３３】
電荷が第１の蓄積ノード１７２に転送され、かつ第２の蓄積ノード１７６がリセットされた後、第１の蓄積ノード１７２からの電荷は、第２の転送ゲート１７４を通して第２の蓄積ノード１７６に転送されてもよい。以下でより詳細に説明されるように、電荷は、第２の転送ゲートに提供される転送信号ＴＸ２のいくつかの短パルスによって、第２の転送ゲート１７４を通して第２の蓄積ノード１７６に転送されてもよい。フォトダイオード１５４からの電荷は、画素１３６が読み出し可能になるまで、第２の蓄積ノード１７６において保持されてもよい。グローバルシャッター動作において、画素アーキテクチャ１３４内の各行は、実質的に同じ時点でリセット及び曝露されても（すなわち、レンズ１２６を通して転送された光によって生成された電荷を集積しても）よい。
【００３４】
電荷が第２の蓄積ノード１７６に転送され、読み出し可能になったら、フローティング拡散ノード１８０をリセットするために、リセットゲート１５６がオンにされてもよい。その後、第３の転送ゲート１７８がオンにされてもよく、かつ第２の蓄積ノード１７６からの電荷がフローティング拡散ノード１８０に転送されてもよい。電荷がフローティング拡散ノード１８０に転送されたら、行選択ゲート１６２がアクティブ化されてもよく、ＳＦゲート１６０は、フローティング拡散ノード１８０内の電荷を増幅し、それを示す信号を、行選択ゲート１６２を通して提供する。
【００３５】
（電荷転送回路）
図６Ａは、画素１３６内で用いられ得る電荷転送回路１８２の一実施形態を示し、図６Ｂ及び６Ｃは、電荷転送回路１８２に異なる転送信号が提供された時の電荷転送回路１８２に対する、簡略化された電位図を示す。図６Ａに示された電荷転送回路１８２は、本明細書では、第２の転送ゲート１７４がどのように実施され得るかを示す実施例として説明されているが、電荷転送回路１８２は代替として、又は追加で、任意の２つのノード間で電荷を転送するために用いられてもよいことが理解されるであろう。例えば、図６Ａに示された電荷転送回路１８２は、第１の転送ゲート１７０、第２の転送ゲート１７４及び／又は第３の転送ゲート１７８として、又は２つのノード間で電荷が転送される必要がある画像センサ１３０の任意の他の領域において用いられてもよい。一部の実施例では、連続する複数のノードに対して、それらの間で電荷を転送するために、複数の電荷転送回路１８２が用いられてもよいが、他の実施形態では、単一の電荷転送回路１８２がノードの単一のペア間で用いられてもよい。
【００３６】
図６Ａを参照すると、電荷転送回路１８２は、第１の電荷蓄積ノード１７２と第２の電荷蓄積ノード１７６との間に結合されてもよい。一実施形態では、２つの電荷蓄積ノード１７２、１７６が、半導体チップのｐ型基板又はｐウェル内のｎドープ領域であってもよい。当然、他の実施形態では、異なる種類のドーピング又は基板が用いられてもよい。
【００３７】
２つの電荷蓄積ノード１７２、１７６は、類似するか、又は異なる電位を有してもよい。図６Ｂ及び６Ｃに示されるように、第２のノード１７６の電位は、第１の電荷蓄積ノード１７２の電位をわずかに上回っていればよく、電荷を第１の電荷蓄積ノード１７２と共有することなく、従来のトランジスタを通して、第１の電荷蓄積ノード１７２から転送された電荷を蓄積することができるほどに、第１の電荷蓄積ノード１７２の電位を上回らなくてもよい。ただし、他の実施形態では、第２のノード１７６の電位が第１の蓄積ノード１７２の電位と同じであってもよく、又は一部の実施形態では、第２の電荷蓄積ノード１７６の電位が第１の電荷蓄積ノード１７２の電位を下回ってもよい。
【００３８】
電荷転送回路１８２は、２つの部分、第１の領域１８４及び第２の領域１８６に区分けされる。第１の領域１８４は、第１の可変電位を有するように構成されてもよく、かつ可変バリアと呼ばれてもよい。第２の領域１８６は、第２の可変電位を有するように構成されてもよく、かつ蓄積領域と呼ばれてもよい。第１の領域１８４及び第２の領域１８６の両方の可変電位が、電荷転送回路１８２に提供される転送信号、例えば、電荷転送回路１８２の入力ノード１７４又は転送ゲート１７４に提供される転送信号ＴＸ２によって制御されてもよい。
【００３９】
図６Ａに示すように、第２の領域１８６は、第１の領域１８４が一方の電荷蓄積ノード１７２に隣接し、かつ第２の領域１８６が他方の電荷蓄積ノード１７６に隣接するように、第１の領域１８４から横方向にずらされてもよい。したがって、一部の実施形態では、転送ゲート１７４の下で、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の深さが重ならなくてもよい。ただし、他の実施形態（図示せず）では、シリコンダイ内で、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の深さが互いからずらされてもよく、その場合、各領域１８４、１８６は、転送ゲート１７４の下の幅全体にわたって延在してもよく、又はそうでなくてもよい。
【００４０】
引き続き図６Ａを参照すると、電荷転送回路１８２が、ノード１７２、１７６がｎ型にドープされているｐウェル内に形成される実施例では、第１の領域１８４が、ｐウェルドーピングの他にドープされていなくてもよい。これにより、第１の領域１８４は、画素１３６の動作中に相対的に低い電位を有することができるため、第１の領域１８４はバリアと呼ばれてもよい。ただし、第２の領域１８６は、第２の領域１８６が動作中に第１の領域１８４を上回る電位を有するように、軽度にｎ型にドープされてもよい。第２の領域１８６は第１の領域を上回る電位を有し、かつ第２の領域１８６は、第１の領域１８４と、以下でより詳細に説明される仮想バリア１８８との間に配置されるため、第２の領域１８６は、電荷を保持することができる蓄積領域を形成してもよい。ただし、一部の実施形態では、電荷を蓄積するための第２の領域１８６の容量が、ノード１７２、１７６のうちのいずれかの容量を下回ってもよく、したがって、以下でより詳細に説明されるように、ノード１７２とノード１７６との間で電荷を転送するために、第２の領域１８６を複数回用いることが必要になり得る。言い換えれば、第１の領域１８４と第２の領域１８６との間の接合部はｐ−ｎ接合を形成し、したがって、第２の領域１８６内に電荷を蓄積するための容量を提供することができる。他の実施形態では、当然、第２の領域１８６内に電荷を蓄積するために、他の静電容量式構造が用いられてもよい。
【００４１】
上述したように、電荷転送回路１８２は、例えばトランジスタゲートであり得る、入力ノード１７４も含む。図６に示すように、入力ノード１７４は、ポリシリコン酸化物ゲート構造であってもよい。他の実施例では、入力ノード１７４が、金属酸化物ゲート構造又は任意の他の種類の入力ノードであってもよい。図６Ａに示された実施例を参照すると、入力ノード１７４は、第１の領域１８４及び第２の領域１８６と共に、修正された電界効果トランジスタ（field-effect transistor、ＦＥＴ）として作用してもよい。他の実施例では、バイポーラ接合トランジスタなど、他の種類のトランジスタ又は転送回路が用いられてもよい。また、図６Ａを参照すると、電荷転送回路１８２内では、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の特性の違いによって２つの部分に区分けされた、単一の入力ノード１７４が用いられてもよい。例えば、図６Ａに示された入力ノード１７４は修正されたＦＥＴゲートであり、その下には、電荷転送回路１８２の第１の領域１８４及び第２の領域１８６のドーピングプロファイルの違いによって設けられた、２つの領域がある。この単一のゲート１７４は、単一の転送信号ＴＸ２に応答して、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の両方の電位を変更するために用いられてもよい。この実施例では、第１の領域１８４の可変電位と第２の領域１８６の可変電位との間の相対的な差が、複数の異なる転送信号ＴＸ２の電圧にわたって一定であってもよい。ただし、他の実施例では、複数の異なる入力ノードが用いられてもよく、例えば、１つのゲートが第１の領域１８４の電位を制御するために用いられ、別のゲートが第２の領域１８６の電位を制御するために用いられてもよい。いずれの場合も、入力ノード１７４（単数又は複数）が、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の可変電位を制御する。
【００４２】
引き続き図６Ａを参照すると、上述のとおり、仮想バリア１８８が、電荷転送回路１８２の一部として形成されてもよい。仮想バリア１８８は、第２の領域１８６のドーピングを、転送ゲート１７４を越えてピニング層１９０の下まで延在することによって形成されてもよい。言い換えれば、仮想バリア１８８及び第２の蓄積領域１８６が共に、電荷転送回路１８２の共通ドープ領域を形成してもよく、蓄積領域１８６は、共通ドープ領域上で転送ゲート１７４が配置される部分に形成され、仮想バリア１８８は、共通ドープ領域上でピンド層が配置される部分に形成される。一部の実施例では、仮想バリア１８８は、上述のように蓄積領域としての第２の領域１８６の使用を促進するだけでなく、ノード１７６に転送される電荷が、仮想バリア１８８の電位が宛先ノード１７６の電位を下回ることにより転送元のソースノード１７２に戻ることを防止することを支援してもよい。これにより、ノード１７６の全容量（例えば、ソースノード１７２の電位を上回るノード１７６の容量に限定されない）が使用可能になり得る。事実上、仮想バリア１８８は電荷転送回路１８２と共に、ノード１７２の電位とは関係なく電荷がノード１７６に転送されることを可能にし得る。
【００４３】
ここで具体的に図６Ｂ及び６Ｃを参照すると、電荷転送回路１８２に対する簡略化された電位図が示されている。図６Ｂは、低電圧が入力ノード１７４に提供された時の電荷転送回路１８２に対する電位図を示し、図６Ｃは、高電圧が入力ノード１７４に提供された時の電荷転送回路１８２に対する電位図を示す。図６Ｂ及び６Ｃの両方において、第１の電荷蓄積ノード１７２及び第２の電荷蓄積ノード１７６の電位、並びに仮想バリア１８８の電位は固定されてもよく、入力ノード１７４に提供された異なる転送信号に応答して変化しなくてもよい。ただし、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位は、入力ノードに提供された異なる転送信号に応答して変化する。図６Ｂのように、低電圧が入力ノード１７４に提供された時、蓄積領域１８６は、仮想バリア１８８の電位をわずかに下回る（更に第２又は宛先ノード１７６の電位を下回る）電位を有してもよい。入力ノード１７４に提供された低電圧は、第１又はソースノード１７２の電位を下回るように、バリア領域１８４の電位も低下させる。上述のように、電荷転送回路１８２の第１の領域１８４及び第２の領域１８６のドーピングプロファイルは異なるため、第２／蓄積領域１８６の電位は第１／バリア領域１８４の電位を上回る。
【００４４】
図６Ｃのように、より高い電圧が入力ノード１７４に提供された時、蓄積領域１８６は、仮想バリア１８８の電位を上回り、かつ第１の領域１８４の電位も上回り、その結果、電荷の一部を蓄積することができるミニウェルが形成される、電位を有してもよい。入力ノード１７４に提供された低電圧は、第１の領域１８４の電位も第１の電荷蓄積ノード１７２の電位を超えて増加させ、その結果、以下でより詳細に説明されるように、電荷が蓄積領域１８６内に流れ込むことができる。
【００４５】
図６Ｂ及び６Ｃは電位プロファイルの一実施例を示しているが、プロファイルは原寸に比例していない場合があること、及び画像センサ１３０内の任意の所与の領域の正確な電位は、その領域の物理的特性、及びそれらの領域にバイアスをかけるか、又はそれらの領域を欠乏状態にする電圧又は他の信号によって異なることが理解されるだろう。
【００４６】
ここで、図７Ａ〜７Ｇの一連の例を、図８のタイミング図及び図５の概略図と共に参照して、画素１３６に対する電荷転送回路１８２の一実施形態の動作について説明する。図６Ａの電荷転送回路は、第１の蓄積ノード１７２と第２の蓄積ノード１７６との間の第２の転送ゲート１７４として実施される。
【００４７】
上述のように、まず、フォトダイオード１５４及び／又は蓄積ノード１７２からの電荷を欠乏させるために、時点ｔ１及びｔ２にそれぞれ図示されるように、ブルーミング防止ゲート１７３及び第１の転送ゲート１７０がオンにされてもよい。フォトダイオード１５４からの電荷が欠乏したら、時点ｔ３において第１の転送ゲート１７０がオフにされ、それによりフォトダイオードが絶縁されてもよい。フォトダイオード１５４はその後、レンズ１２６から画像センサ１３０に伝送された光の収集、及びそこから得た電荷の集積を、その集積時間８２０ｔの間に開始してもよい。フォトダイオード１５４が電荷を集積する間、ブルーミング防止ゲート１７３は、蓄積ノード１７２をリセットするために、及び／又はフォトダイオード１５４からのブルーミングを防止するために、オンのままになっていてもよい。
【００４８】
集積がほぼ完了したら、ブルーミング防止ゲート１７３は、第１の蓄積ノード１７２を絶縁するために、時点ｔ４においてオフにされてもよい。第１の転送ゲート１７０はその後、フォトダイオード１５４から蓄積された電荷を第１の蓄積ノード１７２へ転送するために、図７Ａの電位プロファイルに示されるように、時点ｔ５とｔ６との間で高電圧にパルス化されてもよい。また、時点ｔ５では、第３の転送ゲート１７８及びリセットゲート１５６が、第２の蓄積ノード１７６をリセットするためにオンにされてもよく、その後、第３の転送ゲート１７８及びリセットゲート１５６が再度、第２の蓄積ノード１７６を絶縁するためにオフにされてもよい。
【００４９】
電荷が第１の蓄積ノード１７２に転送され、かつ第２の蓄積ノード１７６がリセット及び絶縁された後、第１の蓄積ノード１７２からの電荷は、第２の転送ゲート１７４を通して、第２の転送ゲート１７４に提供された第２の転送信号ＴＸ２の一連のパルスによって、第２の蓄積ノード１７６に転送されてもよい。時点ｔ６では、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位が、入力ノード１７４に提供された正電圧ＴＸ２に応答して上昇してもよく、更に図７Ｂを参照すると、この電位の上昇が、第１及び第２の領域の電位を第１の蓄積ノード１７２の電位を上回るほどに上昇させることにより、第１の蓄積ノード１７２からの電荷が蓄積領域１８６に転送されて（例えば、「落下して」）もよい。図７Ｃ及び７Ｄを参照すると、時点ｔ７において第２の転送信号ＴＸ２の電圧が低下した時に、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位は低下し始める（図７Ｃは、第２の転送信号ＴＸ２の電圧が半分まで低下した時の第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位を示し、図７Ｄは、第２の転送信号ＴＸ２の電圧が低下し尽くした時の第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位を示す）。概して、一部の実施形態では、第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位が、実質的に同じ時点で上昇及び／又は低下してもよく、かつ電荷転送回路１８２の単一の入力ノード１７４に提供された共通転送信号に応答して上昇及び／若しくは低下するか、又は電荷転送回路１８２に提供された複数の転送信号に応答して上昇及び／若しくは低下してもよい。
【００５０】
第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位が低下した時、特に、図７Ｄに示すように、第２の領域１８６の電位が、仮想バリア１８８の電位及び／又は第２のノード１７６の電位を下回るほどに低下した時、第２の領域１８６内に蓄積された電荷は、仮想バリア１８８を介して第２の電荷蓄積ノード１７６内に転送される。電荷が第２の電荷蓄積ノード１７６内に転送されたら、仮想バリア１８８は、電荷が第２の蓄積領域１８６及び／又は第１のノード１７２に戻ることを防止してもよい。
【００５１】
図７Ｅ〜７Ｇは、図７Ｅで電荷がある量既に第２のノード１７６に転送されている点を除き、図７Ｂ〜７Ｄと類似している。上述のように、一部の実施形態では、電荷を第１のノード１７２から第２のノード１７６へ完全に転送するために入力ノード１７４への転送信号のパルス化を複数回繰り返すことが必要とされ得るように、電荷を蓄積するための第２の領域１８６の容量が制限されてもよい。したがって、電荷を第２の領域１８６内に誘引した後、その電荷を第２のノード１７６内に放出するために第１の領域１８４及び第２の領域１８６の電位を上昇及び低下させる動作は、複数のパルスにわたって繰り返されてもよい。この転送信号のパルス化はポンピングと呼ばれてもよく、これはバケツを井戸の中に下ろした後、それを上に引き戻して井戸から水を汲み上げる動作に類似している。
【００５２】
引き続き図８を参照すると、第２の電荷蓄積ノード１７６に電荷が転送された後、リセットゲート１５６が、フローティング拡散ノード１８０をリセットするために、時点ｔ８においてオンにされてもよい。その後、第３の転送ゲート１７８が時点ｔ９においてオンにされてもよく、かつ第２の蓄積ノード１７６からの電荷が、フローティング拡散ノード１８０に転送されてもよい。電荷がフローティング拡散ノード１８０内に蓄積されたら、行選択ゲート１６２がアクティブ化されてもよく、ＳＦゲート１６０は、フローティング拡散ノード１８０内の電荷を増幅し、それを示す信号を、行選択ゲート１６２を通して提供する。
【００５３】
このように、本明細書に記載されている電荷転送回路１８２の実施形態は、第２の電荷転送ノード１７６の電位が第１の電荷転送ノード１７２の電位を大幅に上回ることを必要とせず、実際には、第１の電荷転送ノード１７２の電位を下回ってもよい。また、本明細書に記載されている電荷転送回路１８２の実施形態を用いることによって、第１又はソース電荷蓄積ノード１７２の電位を上回る容量だけでなく、第２又は宛先電荷蓄積ノード１７６の全容量を用いることができる。
【００５４】
（結論）
上述の説明は、広範な適用例を有する。例えば、本明細書で開示される実施例は、画像センサの特定のアーキテクチャ（例えば、フォトダイオード、グローバルシャッター、ＣＭＯＳセンサなど）を主に用いているが、本明細書で開示される概念は、画像センサの当業者に理解されるであろう好適な変更態様を用いて、又はこれを用いずに、実質的に任意の他の種類の画像センサに等しく適用され得ることを理解されたい。更に、一部の実施例は、特定のドーパントを参照して説明された（例えば、図６Ａのノード１７２及び１７６は、ｐウェル内又はｐ基板上のｎ型ドーパントを用いてドープされる）が、他のドーパントも本開示及び添付の特許請求の範囲に含まれることが理解されるであろう。例えば、再度図６Ａを参照すると、ノード１７２、１７６は、ｎ型基板内のｐ型ドーパントを用いてドープされてもよい。
【００５５】
更に、本明細書に記載されている様々な実施形態は、多くの異なる実装における適用例を見出し得る。したがって、全ての実施形態に関する議論は例示に過ぎず、特許請求の範囲を含む本開示の範囲をこれらの実施例に限定するよう示唆することを意図していない。
【図１Ａ】
2018157597.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2018157597.tif 000015
【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月18日(2018.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（ＩＣ）において、第１の蓄積ノードから第２の蓄積ノードへ電荷を転送する方法であって、
転送ゲートにおいて、前記ＩＣの第１の領域及び前記ＩＣの第２の領域に第１の印加電位を印加するステップであって、
前記ＩＣの前記第１の領域は、前記第１の蓄積ノードと前記第２の蓄積ノードとの間にあり、前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記転送ゲートに隣接して配置され、
前記第１の領域は、前記第２の領域の第２の可変電位より小さい第１の可変電位を維持するように構成され、
前記ＩＣの仮想バリア領域が、前記第２の領域と前記第２の蓄積ノードとの間にあり、前記第２の蓄積ノードの電位より小さい仮想バリア電位を有するように構成され、
前記第１の印加電位は、前記第１の可変電位を、前記第１の蓄積ノードの電位より小さくなるようにするものである、ステップと、
前記第１の蓄積ノード内の電荷の量を蓄積するステップと、
前記第１の可変電位が、前記第１の蓄積ノードの電位より大きくなり、前記第１の蓄積ノードの蓄積された電荷の一部が、前記第２の領域に転送されるように、前記転送ゲートにおいて、前記第１の領域及び前記第２の領域に第２の印加電位を印加するステップと、
前記第２の可変電位が、前記仮想バリア電位より小さくなるように、前記転送ゲートにおいて、第３の印加電位を印加するステップと、
前記第２の領域から前記第２の蓄積ノードへ前記蓄積された電荷の一部を転送するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の蓄積ノードの初期電荷を初期的に空にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電荷の量を蓄積するステップは、画像センサのフォトダイオードから電荷を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記蓄積された電荷の一部は、前記蓄積された電荷の第１の部分であり、
前記蓄積された電荷の第２の部分が、前記第１の蓄積ノードから前記第２の蓄積ノードへ転送されるように、請求項１に記載の動作を繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記蓄積された電荷の最後の部分が、前記第２の蓄積ノードへ転送されるまで、請求項１に記載の動作を反復して繰り返すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
一定時間だけ、請求項１に記載の動作を反復して繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の蓄積ノードの第１の電位は、前記第２の蓄積ノードの第２の電位より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
フォトダイオードを有する画像センサ画素の動作方法であって、
前記フォトダイオードを電気的に絶縁するために第１の転送ゲートをオフにするステップであって、
前記フォトダイオードは、第１の蓄積ノードにリンクしており、前記リンクは、前記第１の転送ゲートによって制御され、
前記第１の蓄積ノード、前記第１の領域、前記第２の領域及び前記第２の蓄積ノードが、前記画像センサ画素内に順序を形成するように、前記画像センサ画素の第１の領域及び第２の領域は、前記第１の蓄積ノードと第２の蓄積ノードとの間に構成され、
第２の転送ゲートが、前記第１の蓄積ノードと前記第２の蓄積ノードとの間の電荷の転送を制御するように構成される、ステップと、
集積時間の間に前記フォトダイード内に電荷を蓄積するステップと、
前記第１の転送ゲートをオンにすることによって、前記蓄積された電荷を前記フォトダイードから前記第１の蓄積ノードへ転送するステップと、
前記第１の転送ゲートをオフにすることによって、前記第１の蓄積ノードを電気的に絶縁するステップと、
前記第２の転送ゲートにパルスを印加し、前記第１の領域の第１の可変電位及び前記第２の領域の第２の可変電位を変化させて、前記第１の蓄積ノードの転送蓄積電荷の一部が、前記第２の蓄積ノードへ流れるようにさせるステップであって、
前記パルスの間に、転送蓄積電荷の前記一部は、前記第１の領域を通って前記第２の領域へ流れ、
前記パルスの終了の後、前記第２の領域内の転送蓄積電荷の前記一部は、前記第２の蓄積ノードへ流れる、ステップと、を含む方法。
【請求項９】
前記フォトダイード内の第１の初期電荷、及び前記第１の蓄積ノード内の第２の初期電荷を、初期的に空にするステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の転送ゲートに１つ以上の後続パルスを繰り返し印加し、前記第１の蓄積ノードの転送蓄積電荷の後続の部分が、前記第２の蓄積ノードへ流れるようにさせるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の蓄積ノードの転送蓄積電荷が、前記第２の蓄積ノードへ実質的に完全に転送されるまで、前記後続パルスが印加される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記画像センサ画素は、前記第２の領域の前記第２の可変電位が、前記第１の領域の前記第１の可変電位より大きい状態が維持されるように構成され、
前記パルスは、前記第１の領域の前記第１の可変電位が、前記第１の蓄積ノードの電位より大きくなるように変化させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像センサ画素は、前記第２の領域と前記第２の蓄積ノードとの間に仮想バリア領域を備え、
前記方法は、前記仮想バリア領域の仮想バリア電位を、前記第２の蓄積ノードの電位より小さくなるように維持するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パルス完了の後、前記第２の蓄積ノードへ流れた蓄積されて転送される電荷の前記一部を第３の蓄積ノードへ転送するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の蓄積ノードへ流れた蓄積されて転送される電荷の前記一部を第３の蓄積ノードへ転送するステップは、前記第２の蓄積ノードを前記第３の蓄積ノードから絶縁するように構成された第３の転送ゲートに転送信号を印加することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の蓄積ノードへ流れて、前記第３の蓄積ノードへ転送された転送蓄積電荷の前記一部に基づいて、出力信号を生成するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
フォトダイオード、第１の蓄積ノード、第２の蓄積ノード、第１の領域、第２の領域、及び第３の蓄積ノードを有する画像センサ画素内の電荷の流れを制御する方法であって、
第１の時間の間、前記フォトダイオードを絶縁するステップと、
前記第１の時間の後、第２の時間の間、前記フォトダイオードに電荷を蓄積するステップと、
前記第２の時間の最後の期間の間、
前記フォトダイオードの前記絶縁を解除し、
前記第１の蓄積ノードを第２の蓄積ノードから絶縁し、
前記第２の蓄積ノードをリセットし、
前記蓄積された電荷を前記フォトダイオードから前記第１の蓄積ノードへ転送し、
前記第２の時間の後の第３の時間の間、
前記第１の蓄積ノードの前記第２の蓄積ノードからの絶縁を解除し、
前記第２の蓄積ノードを前記第３の蓄積ノードから絶縁し、
前記第１の蓄積ノードの転送蓄積電荷の一部を、前記第１の蓄積ノードから前記第２の領域へ転送し、
画像センサ画素の前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記第１の蓄積ノードと前記第２の蓄積ノードとの間にあるように構成され、前記第１の領域は、前記第１の蓄積ノードに隣接し、前記第２の領域は、前記第２の蓄積ノードに隣接し、
前記転送蓄積電荷の前記一部は、前記第３の時間の第１の部分の間、前記第１の領域を通って前記第２の領域へ最初に流れ、
前記転送蓄積電荷の前記一部は、前記第３の時間の前記第１の部分の後の前記第３の時間の第２の部分の間、前記第２の領域から前記第２の蓄積ノードへ流れ、
前記第３の時間の後の第４の時間の間、
前記第２の蓄積ノードの前記第３の蓄積ノードからの絶縁を解除し、
前記第２の蓄積ノードに転送された前記転送蓄積電荷の前記一部を前記第３の蓄積ノードへ転送する、ステップと、を含む方法。
【請求項１８】
前記第３の時間の間、前記第１の蓄積ノードの転送蓄積電荷の更なる部分を、前記第１の蓄積ノードから前記第２の蓄積ノードへ繰り返し転送することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第３の蓄積ノードの前記転送蓄積電荷の前記一部を使用して、前記画像センサ画素からの出力信号を生成するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の時間の前の初期時間の間、前記フォトダイオードの初期電荷を空にするステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【外国語明細書】
2018157597000001.pdf