【手続補正書】
【提出日】平成18年12月20日(2006.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  一連の行及び列に配置された複数のピクセルを有する画像センサであって、
第一の導電性タイプの半導体材料と、
相互に空間的に分離されるように作動的に光検出器に結合された電荷-  電圧変換領域を各ピクセルが有する、半導体材料内に形成された少なくとも２つの隣接ピクセルと、
電荷-  電圧変換領域を相互に恒久的に短絡させるインターコネクト層とを有する画像センサ。
【請求項２】少なくとも２つの隣接ピクセルに対して動作する単一のリセットトランジスターを更に有する請求項１記載の画像センサ。
【請求項３】  一連の行及び列に配置された複数のピクセルを有する画像センサであって、
第一の導電性タイプの半導体材料と、
相互に空間的に分離されるように作動的に光検出器に結合された電荷-  電圧変換領域を各ピクセルが有する、半導体材料内に形成された少なくとも２つの隣接ピクセルを有する所定のサブセットのピクセルと、
電荷-  電圧変換領域を相互に恒久的に短絡させるインターコネクト層とを有する画像センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】ＡＰＳは固体イメージャであり、各ピクセルは光感知手段と、リセット手段と、電荷-  電圧変換手段と、行選択手段と、さらに全て又は部分的に増幅器とを具備する固体ピクセル素子を通常含む。ピクセル内に集められた光電荷は、エリック  フォサム(Eric  Fossum)  による1993年７月のSPIEの1900-08-8194-1133  巻での「アクティブピクセルセンサ：ＣＣＤは恐竜か？（Active  Pixel  Sensors:  Are  CCD's  Dinosaurs?)  」等の先行技術文献で説明されているように、ピクセル内で対応する電圧若しくは電流に変換される。ＡＰＳデバイスは、イ  フォサム(E.  Fossum)  による1993年７月のSPIEの1900-08-8194-1133  巻での「アクティブピクセルセンサ：ＣＣＤは恐竜か？（Active  Pixel  Sensors:  Are  CCD's  Dinosaurs?)  」や、R.  H.  Nixon,  S.  E.  Kemeny、C.  O.  Staller  とE.  R.  FossumによるSPIEのプロシーディング2415巻の「オンチップタイミングと、コントロールと信号チェーン電子工学とを有する１２８ｘ１２８ＣＭＯＳフォトダイオードタイプアクティブマトリックスセンサ（128x128  CMOS  Photodiode-type  Active  Pixel  Sensor  with  On-chip  Timing,  Controland  Signal  Chain  Electronics)  」、1995年の論文３４での「電荷結合素子と固体光学センサＶ（Charge-Coupled  Devices  and  Solid-State  Optical  Sensors  V)  」で説明されているように、イメージャの各ライン又は行が選択されてから、列選択信号を利用して読出されるように作動されてきた。アクティブピクセルセンサ内での行及び列の選択は、メモリ装置でのワード及びビットの選択に類似する。ここで、全体の行の選択はワードを選択することに類似しており、アクティブピクセルセンサの一つの列からの読出しは、そのワード内で単一のビットラインを選択又はイネーブリングすることに類似する。従来の先行技術でのアクティブピクセルセンサ装置では、４つのトランジスター設計を利用するアーキテクチャを示しており、全ての４つのトランジスターは夫々及びいずかのピクセル内に含まれている。４つのトランジスターは、通常、トランスファー、行選択、リセット及びソースフォロワ増幅器トランジスターである。このアーキテクチャは容易にＣＤＳを実行し、低読出しノイズが得られる能力を有するＡＰＳが得られる利点があるが、上記４Ｔピクセルは低い充填比（fill  factor)である。充填比は光センサに当てるピクセル面積の割合である。上記４つのトランジスターと関連するコンタクト領域と信号バスは各ピクセルに配置され、コンタクト領域は所望の重なりとさまざまな層の空間により、通常大きなピクセル面積を使うので、ピクセルの充填比はさもなければ光検出器に利用されるであろう大きな面積が使用されるため減少する。上記部品の夫々の適当なタイミング信号への接続は、ピクセルの全体の行を横行する金属バスにより行われる。上記金属バスは光学的に不透明であり、光検出器の領域をさえぎり、ピクセルピッチに適合する。更に、このことはピクセルの充填比を減少させる。充填比を減少させることは、センサの感度及び飽和信号を低下させる。上記のことはセンサの写真スピードやダイナミックレンジ、さらに高画質を得るために重要である性能指標に悪影響を与える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
米国特許第６１６０２８１号及び６１０７６５５号明細書において、Guidash  は、フローティングディフュージョン、行選択トランジスター、リセットトランジスター及びソースフォロワ入力トランジスターを隣接行のピクセル間で共有することにより、先行技術での４つのトランジスターピクセルの機能性を維持するピクセルアーキテクチャを開示している。上記アーキテクチャでは、単一のフローティングディフュージョン領域は、２又は４つの隣接ピクセル間で共有される。上記アーキテクチャは高い充填比を提供するが、物理的に大きなフローティングディフュージョン領域を生じさせる。このことは、電荷-  電圧変換ノードの全静電容量の大部分であるフローティングディフュージョンの電圧に依存する接合静電容量により、一層非線形な電荷-  電圧変換が生じる。更に、各ピクセル内の光検出器の同じ配置を維持しようとすると、フローティングディフュージョンとリセットトランジスターの非効率なレイアウトが招来する。非線形電荷-  電圧変換は可変なカラーバランスのアーティファクトをもたらす。各ピクセル内の光検出器の同じでない配置により、別のアーティファクトが生じる。上記アーティファクトの双方とも画質に悪影響をもたらす。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、行と列に形成された複数のピクセルを有する半導体基板からなる一連の行及び列に配された複数のピクセルを有する画像センサにより達成される。少なくとも２つのピクセルの夫々は、互いに空間的に分離され、単一のリセットトランジスターのソースに電気的に接続された電荷-電圧変換領域を有する。更に、リセットトランジスターを共有するピクセルは、増幅器と選択電気的機能を共有する。好ましい実施態様では隣接ピクセルを考慮するが、ただし、すぐ隣のピクセルである必要はない。４つのトランジスターピクセルの機能性は維持され、単一のフローティングディフュージョン領域の必要性と、付随する電荷-電圧変換の非線形性とピクセルアレイ内の隣接光検出器配置の非対称性とを排除しながら、共有増幅器ピクセルアーキテクチャの高い充填比は維持される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図４から分かるように、ピクセル１０は、フォトダイオード光検出器１２と、トランスファーゲート２３と、フローティングディフュージョン２５と、リセットゲート１５のあるリセットトランジスター１４とソースフォロワ入力信号トランジスター２１（ＳＩＧ）と、リセットトランジスター１４とソースフォロワ入力トランジスター２１の電源８（ＶＤＤ）と、行選択ゲート（ＲＳＧ）３１のある行選択トランジスター３０とからなる。図４に示すアーキテクチャは、フローティングディフュージョンが２つの行隣接ピクセルにより電気的に共有される２つの物理的及び空間的に分離された分離フローティングディフュージョン領域からなる以外は、図２に示す先行技術での共有増幅器ピクセルのそれと同じである。図４では、フローティングディフュージョン２５は相互に物理的及び空間的に分離され、導電性インターコネクト層４４により相互に及びソースフォロワ入力トランジスター２１に電気的に接続している。図４に示すように、フローティングディフュージョン２５、ＦＤｂはリセットトランジスター１４のソース１６により通常占有される面積を占有するように統合される。フローティングディフュージョン２５、ＦＤｂと同じ電気的ノードにありながら、フローティングディフュージョン２５、ＦＤａはフローティングディフュージョン２５、ＦＤｂから空間的に分離している。したがって、フローティングディフュージョン２５、ＦＤｂと同じ電気的ノードにありながら、フローティングディフュージョン２５、ＦＤａはリセットトランジスター１４のソース１６として働かず、一方、フローティングディフュージョン２５、ＦＤｂはリセットトランジスター１４のソース１６として働く。これは図２に示すピクセルとは対照的であり、図２では２つのフォトダイオードとトランスファーゲートは単一のフローティングディフュージョン領域と結合している。相接続した２つの物理的に分離したフローティングディフュージョンを有することにより、トランスファーゲートは光電荷を同じ物理的フローティングディフュージョン領域へ移動させる必要はないので、ピクセル境界内でのフォトダイオードとトランスファーゲートの配置に制限を与えることはない。このことはピクセル境界内でのフォトダイオードの同じ配置を一層容易に可能とし、よって図２に示すような同じでない配置を有することによる生じる起こり得る別のアーティファクトを軽減する。フローティングディフュージョンは相互に配線され、単一の電荷-  電圧変換ノードを形成するので、フローティングディフュージョン２５は電気的に共有される。フローティングディフュージョンは導電性層３６により相互に接続されているので、フローティングディフュージョン２５  ＦＤｂがリセットされると、フローティングディフュージョン２５  ＦＤａもリセットされて同じ電圧になる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図５に示す実施態様は、４つの行と列の隣接ピクセル４０が共通の構成部品を共有している場合を示す。図５から分かるように、４つのピクセル４０はフォトダイオード光検出器４２（ＰＤ１ａ、ＰＤ２ａ、ＰＤ１ｂ、ＰＤ２ｂ）と、トランスファーゲート４３（ＴＧ１ａ、ＴＧ２ａ、ＴＧ１ｂ、ＴＧ２ｂ）と、フローティングディフュージョン４５（ＦＤａ、ＦＤｂ）と、リセットゲート１５（ＲＧ）のあるリセットトランジスター１４と、ソースフォロワ入力信号トランジスター２１（ＳＩＧ）と、リセットトランジスター１４とソースフォロワ入力トランジスター２１の電源８（ＶＤＤ）と、行選択ゲート（ＲＳＧ）３１のある行選択トランジスター３０とからなる。更に、図５に示すアーキテクチャは、フローティングディフュージョン４５が電気的に接続し、４つの行及び列の隣接ピクセル４０により共有される空間的に分離した分離フローティングディフュージョン領域からなる以外は、図３に示す先行技術での共有増幅器ピクセルのそれと同じである。図５では、フローティングディフュージョン４５（ＦＤａ、ＦＤｂ）は、導電性インターコネクト層５５により相互に且つソースフォロワ入力トランジスター２１に接続された物理的に分離したアクティブエリア領域である。フローティングディフュージョン４５（ＦＤａ、ＦＤｂ）のいずれもリセットトランジスター１４のソース１６として統合していない。代わりに、分離されたアクティブエリア領域がリセットトランジスター１４のソース１６として利用され、更に、この領域は導電性層５５によりフローティングディフュージョン４５（ＦＤａ、ＦＤｂ）及びＳＩＧ２１へ接続される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この新規な相接続したフローティングディフュージョン領域のコンセプトで、４つのピクセル以上の作動構成部品を共有することが可能である。このことを図６に示す。この場合、行選択トランジスター３０、リセットトランジスター１４、及びソースフォロワ入力トランジスター２１（ＳＩＧ）は８つのピクセル５０間で共有される。４つの空間的に分離されたフローティングディフュージョン４６（ＦＤａ、ＦＤｂ、ＦＤｃとＦＤｄ）は相互に配線され、リセットトランジスター１４のソース１６とソースフォロワ入力トランジスター２１のゲート２２に電気的に接続される。更に、フローティングディフュージョン領域４６は最小化され、各ピクセル５０内のフォトダイオード５２の同じ配置が達成される。より小さいピクセル面積が光検出器以外の構成部品により占有されるので、すこぶる高い充填比が効率のよい増幅器の共有で得られる。単一の行選択トランジスター、リセットトランジスター及びソースフォロワ入力トランジスターを共有するピクセルの数は如何なる行の数にも任意に拡大される。行ごとに追加のトランスファーゲートバスを有することにより、如何なる列の数をも含むように拡大されることも可能である。単一の組の作動構成部品を共有するピクセルの数が増えるにつれて、相互に接続したフローティングディフュージョン領域の数とインターコネクトの静電容量により、フローティングディフュージョンの静電容量は増加する。結果として、最大の許容変換静電容量、又は最小の許容変換ゲインにより増幅器セットを共有するピクセルの数に実用的に制限がある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
８        ＶＤＤ
１０      ピクセル
１２      フォトダイオード
１４      リセットトランジスター
１５      リセットトランジスターゲート
１６      リセットトランジスターソース
２１      ソースフォロワトランジスター
２２      ソースフォロワトランジスターのゲート
２３      トランスファーゲート
２５      フローティングディフュージョン
３０      行選択トランジスター
３１      行選択ゲート
４０      ピクセル
４２      フォトダイオード
４３      トランスファーゲート
４４      インターコネクト層
４５      フローティングディフュージョン
４６      フローティングディフュージョン
５０      ピクセル
４３      トランスファーゲート
５５      インターコネクト層
６５      インターコネクト層
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2000232216.tif 000001
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2000232216.tif 000002
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2000232216.tif 000003