(57)【要約】画像センサの製造方法であって、光検出器を複数の画素の夫々に設けるステップと、複数の光検出器の間で共有される増幅器を設けるステップと、夫々の光検出器に関連する伝送ゲートを設けるステップと、複数の光検出器の間で共有される電荷−電圧変換領域を設けるステップと、夫々の伝送ゲートと電荷−電圧変換領域との間のキャパシタンスを決定するステップと、１又はそれ以上の画素内の物理的構造を変えることによってキャパシタンスを実質的に同じであるよう変更するステップとを有する製造方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサの製造方法であって、
（ａ）光検出器を複数の画素の夫々に設けるステップと、
（ｂ）複数の光検出器の間で共有される増幅器を設けるステップと、
（ｃ）夫々の光検出器に関連する伝送ゲートを設けるステップと、
（ｄ）前記複数の光検出器の間で共有される電荷−電圧変換領域を設けるステップと、
（ｅ）夫々の伝送ゲートと、前記電荷−電圧変換領域との間のキャパシタンスを決定するステップと、
（ｆ）１又はそれ以上の画素内の物理的構造を変えることによって前記キャパシタンスを実質的に同じであるよう変更するステップと
を有する製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｆ）は、１又はそれ以上の画素内の相互接続を変えるステップを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｆ）は、１又はそれ以上の電荷−電圧変換領域の物理的設計を変えるステップを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｆ）は、１又はそれ以上の伝送ゲートの物理的設計を変えるステップを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
ＣＭＯＳ画像センサを作るステップを更に有する、請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
（ａ）光検出器を夫々有する複数の画素と、
（ｂ）複数の光検出器の間で共有される増幅器と、
（ｃ）夫々の光検出器に関連する伝送ゲートと、
（ｄ）前記複数の光検出器の間で共有される電荷−電圧変換領域とを有し、
夫々の伝送ゲートと、前記電荷−電圧変換領域との間のキャパシタンスは実質的に同じである、画像センサ。
【請求項７】
実質的に整合されたキャパシタンスを提供する相互接続を更に有する、請求項６記載の画像センサ。
【請求項８】
ＣＭＯＳ画像センサである、請求項６記載の画像センサ。
【請求項９】
画像センサを有し、
該画像センサは、
（ａ）光検出器を夫々有する複数の画素と、
（ｂ）複数の光検出器の間で共有される増幅器と、
（ｃ）夫々の光検出器に関連する伝送ゲートと、
（ｄ）前記複数の光検出器の間で共有される電荷−電圧変換領域とを有し、
夫々の伝送ゲートと、前記電荷−電圧変換領域との間のキャパシタンスは実質的に同じである、デジタルカメラ。
【請求項１０】
実質的に整合されたキャパシタンスを提供する相互接続を更に有する、請求項９記載のデジタルカメラ。
【請求項１１】
前記画像センサはＣＭＯＳ画像センサである、請求項９記載のデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ＣＭＯＳ画像センサの分野に関する。より具体的には、本発明は、固定パターン雑音を低減するために画素ごとに伝送ゲートとフローティングディフュージョンとの間のキャパシタンスを整合させることができる、増幅器を共有するこのような画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１で、従来技術に従う画素共有方式は、２つの光検出器（ＰＤ１及びＰＤ２）と、２つの伝送ゲート（ＴＧ１及びＴＧ２）と、行選択トランジスタ（ＲＳＥＬ）と、共通のフローティングディフュージョン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ＦＤ）と、リセットゲート（ＲＧ）を有するリセットトランジスタと、ソースフォロワ入力トランジスタ（ＳＦ）とを有する。図２の従来技術は、４つのＰＤ及びＴＧが共通の構成要素を共有する点を除いて、同様の概念である。
【０００３】
かかる設計は、共通のＦＤに対するＴＧの夫々のキャパシタンスにおける不整合に関連する固定パターン雑音を生成する、ＴＧとＦＤとの間との間のカップリングキャパシタンスを作り出す。例えば、図１の画素におけるＴＧ１からＦＤまでのキャパシタンス（ＣＴＧ１−ＦＤ）がＴＧ２からＦＤまでのキャパシタンス（ＣＴＧ２−ＦＤ）とは異なる場合、上記キャパシタンスの不整合に関連して、読み出し中に、行相関奇遇数（ｒｏｗ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｏｄｄ−ｅｖｅｎ）の又はモジュロ（ｍｏｄｕｌｏ）−２の、固定パターン雑音が存在しうる。
【０００４】
同様の効果は、図２に示されるような４共有型（４−ｓｈａｒｅｄ）画素でも示される。キャパシタンス（ＣＴＧ１−ＦＤ）、（ＣＴＧ２−ＦＤ）、（ＣＴＧ３−ＦＤ）及び（ＣＴＧ４−ＦＤ）における不整合は、行相関モジュロ−４の固定パターン雑音を生じさせる。固定パターン雑音は極めて空間的に相関するので、低レベル且つ低劣化の画像品質において検出することが非常に容易である。ＴＧ−ＦＤキャパシタンスは、画素内の相互接続に関連する寄生キャパシタンスと、ＴＧオーバーラップキャパシタンスとを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、増幅器共有型画素に関してＴＧｉからＦＤに整合されたキャパシタンスを生成するよう詳細なレイアウト及び設計を行うことによって、固定パターン雑音を除く。これは、ＦＤ接合領域及び相互接続に関して各画素内の同レベルの相互接続の使用及びＴＧ配線の同一配置によって実現されるが、これに限定されない。ポストレイアウト抽出ツール及び他の集積回路キャパシタンスモデル化ツールの使用は、必要とされる整合レベルを設計するために使用され得る。幾つかの場合において、これは、整合されたＴＧ−ＦＤカップリングキャパシタンスを作るために、１又はそれ以上のＴＧｉ−ＦＤへの寄生キャパシタンスの目的のある付加を必要とすることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の１又はそれ以上を解消することを目的とする。要約すると、本発明の一態様に従って、本発明は、画像センサの製造方法であって、（ａ）光検出器を複数の画素の夫々に設けるステップと、（ｂ）複数の光検出器の間で共有される増幅器を設けるステップと、（ｃ）夫々の光検出器に関連する伝送ゲートを設けるステップと、（ｄ）前記複数の光検出器の間で共有される電荷−電圧変換領域を設けるステップと、（ｅ）夫々の伝送ゲートと、前記電荷−電圧変換領域との間のキャパシタンスを決定するステップと、（ｆ）１又はそれ以上の画素内の物理的構造を変えることによって前記キャパシタンスを実質的に同じであるよう変更するステップとを有する製造方法に存する。
【０００７】
本発明のこれらの及び他の態様、目的、特徴及び効果は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な記載及び添付の特許請求の範囲を読むとともに添付の図面を参照することで、より明らかに理解され、明確になるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、増幅器共有型画素に関してＴＧｉからＦＤに整合されたキャパシタンスを生成するよう詳細なレイアウト及び設計を行うことによって、固定パターン雑音を除く以下の効果を有する。これは、ＦＤ接合領域及び相互接続に関して各画素内の同レベルの相互接続の使用及びＴＧ配線の同一配置によって実現されるが、これに限定されない。ポストレイアウト抽出ツール及び他の集積回路キャパシタンスモデル化ツールの使用は、必要とされる整合レベルを設計するために使用され得る。幾つかの場合において、これは、整合されたＴＧ−ＦＤカップリングキャパシタンスを作るために、１又はそれ以上のＴＧｉ−ＦＤへの寄生キャパシタンスの目的のある付加を必要とすることがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図３を参照すると、望ましくはソースフォロアＳＦである増幅器４０を共有する画像センサ３０の２つの画素１０及び２０が示されている（画像センサの一部しか図示されない。）。画像センサ３０は、望ましくはアクティブ画素画像センサであって、画素の２次元配列を有する。しかし、明瞭な理解のため、図３は２共有設計（２Ｓ）を表す２つの画素を示し、図４は４共有設計（４Ｓ）を表す。アクティブ画素は、画素における又は画素に結合された、アクティブ回路素子として使用されるトランジスタを有する画素を言う。ＣＭＯＳは、反対のドーピングの２つのトランジスタ（一方はＰ型ドーピングであり、他方はＮ型ドーピングである。）が相補形式で共に配線されるところの“相補型金属酸化膜シリコン”を言う。通常、アクティブ画素はＣＭＯＳ設計を使用し、工業的には交換可能なように使用される。
【００１０】
図３を参照すると、夫々の画素１０及び２０は、入射光を捕捉するフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２を有する。入射光は電荷に変換される。夫々の画素１０及び２０は、また、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２から共通のフローティングディフュージョン５０と、それに結合され且つ共通のソースフォロアトランジスタ４０とへ電荷を伝送する伝送ゲートＴＧ１及びＴＧ２を有する。リセットゲートＲＧは、フローティングディフュージョン５０を所定の電荷レベルにリセットするよう働き、行選択ゲートＲＳＥＬは、読み出しのために特定の行を選択する。
【００１１】
動作は以下のように行われる。フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の集積の後、行選択ゲートＲＳＥＬはオンされ、次いで、フローティングディフュージョン５０はリセットゲートＲＧのパルス動作によってリセットされる。次いで、このリセット信号は読み出される。伝送ゲートＴＧ１はオンに切り替えられ、光検出器ＰＤ１からの信号電荷はフローティングディフュージョン５０に伝送され、信号レベルは、増幅器ＳＦ４０を介して増幅されて、読み出しバス６０に読み出される。次に、フローティングディフュージョン５０は、再びリセットゲートＲＧでのパルス動作によってリセットされる。この行に関するリセットレベルは読み出される。次いで、他の伝送ゲートＴＧ２は、電荷をフローティングディフュージョン５０に伝送するためにパルス切替えをなされる。次いで、この信号レベルは、増幅器ＳＦ４０を介して増幅されて、読み出しバス６０に読み出される。次いで、かかる手順は、デバイスにおける残りの行に関して繰り返される。
【００１２】
留意すべきは、フローティングディフュージョン５０への夫々の伝送ゲートＴＧ１及びＴＧ２のキャパシタンスは、実質的に同じであるよう整合される点である。これは、キャパシタＣＴＧ１−ＦＤ及びＣＴＧ２−ＦＤによって象徴的に表されている。キャパシタンスの整合は、それに限定されないが、伝送ゲート配線の同一配置によってなされ得る。更に、それは、フローティングディフュージョン領域及び相互接続に関する夫々の画素内の同レベルの相互接続によってなされ得る。ポストレイアウト抽出ツール及び他の集積回路キャパシタンスモデル化ツールの使用は、必要とされるレベルの整合を設計するために使用され得る。幾つかの場合において、これは、整合されたＴＧ−ＦＤカップリングキャパシタンスを作るために、１又はそれ以上のＴＧｉ−ＦＤへの寄生キャパシタンスの目的のある付加を必要とすることがある。
【００１３】
図４を参照すると、共通の構成要素を共有する４つの画素が示されている。かかる画素１０、２０、２５及び２８は、２つずつのフォトダイオード及び伝送ゲートが共通の構成要素を共有する代わりに、４つずつのフォトダイオード及び伝送ゲートが共通の構成要素を共有する点を除いて、図３の画素と概念上及び動作上同様である。先と同じく、フローティングディフュージョンへの伝送ゲートのキャパシタンスは、上述された同じキャパシタンス整合を用いて整合される。この整合キャパシタンスは、４つのキャパシタＣＴＧ１−ＦＤ、ＣＴＧ２−ＦＤ、ＣＴＧ３−ＦＤ及びＣＴＧ４−ＦＤによって象徴的に表されている。
【００１４】
図５を参照すると、普通の消費者になじみのある典型的な商用の実施形態を表す、本発明の画像センサ３０を含むデジタルカメラ７０が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】増幅器を共有する２つの画素の従来技術の図である。
【図２】増幅器を共有する４つの画素の従来技術の図である。
【図３】増幅器を共有する２つの画素の本発明の図である。
【図４】増幅器を共有する４つの画素の本発明の図である。
【図５】普通の消費者になじみのある典型的な商用の実施形態を表すデジタルカメラの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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