特許ウォッチ

公開番号2024161860
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-20
出願番号2023076972
出願日2023-05-08
発明の名称単一電極縦型ゲートマルチフレーミング撮像素子
出願人個人
代理人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20241113BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】画素内という限られた面積の中にできるだけ多くの転送手段と保存手段の組を作り込み、連続撮影枚数を大きくする撮影装置及び個体撮像素子を提供する。
【解決手段】ブランチングイメージセンサは、各画素の画素中心に光電変換手段100を備える。光電変換手段で生起した信号電子を実質的に放射方向に転送する3個以上の転送手段101と、各転送手段に接続する画像信号保存手段102と、を備える。転送手段を順次オンにすることにより、画素内の光電変換手段から隣接する転送手段を信号電子が通過するという極めて短い時間間隔で連続画像を撮影できる。光電変換手段の周囲に、縦型の電極1個を備える転送手段を等間隔で配置する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
半導体デバイスと、
入射電磁波または入射荷電粒子を前記の半導体デバイスの上に集光する手段と、
前記の半導体デバイスを制御する手段と、
前記の半導体デバイスから出力される信号を処理する手段とを備える撮影装置であって、
ここに、前記の半導体デバイスは、
Ｍ行Ｎ列（ここにＭおよびＮは正の整数）の光感受性ユニットを備え、
前記の光感受性ユニットの各々は、
（１）前記の入射電磁波または前記の入射荷電粒子をＪ個（ここにＪは整数）の電荷に変換する光電変換デバイスと、
（２）ｍ個（ここにｍは３以上）のサブユニットを備え、
前記のサブユニットは前記の電荷を順に選択的に収集して転送する少なくとも１個の転送デバイスと、
収集した電荷を一旦蓄積する保存デバイスと、前記の保存デバイスに蓄積された電荷の数を電圧に換算する電圧変換デバイスとを備え、
前記の入射電磁波または前記の入射荷電粒子の平均的入射方向を垂直方向と呼び、前記の垂直方向に実質的に直交し、かつ前記の光電変換デバイスから遠ざかる方向を放射方向と呼ぶとき、
前記のｍ個のサブユニットの前記の収集デバイスは、前記の光電変換デバイスから実質的に等距離に位置するとともに、
前記の収集デバイスの各々は、実質的に垂直方向に延在する部分を備える単一の電極を備えることを特徴とする。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
請求項１に記載の撮影装置であって、前記の電極から前記の電荷を遠ざける手段を備えることを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載の撮影装置であって、前記の電極から前記の電荷を遠ざける手段が前記の電極の周辺の酸化膜の周辺の半導体層に注入された３型もしくは５型のイオンである。
【請求項４】
請求項２に記載の撮影装置であって、前記の電極から前記の電荷を遠ざける手段が前記の電極の周辺の酸化膜に隣接する酸化アルミニウム層もしくは酸化ハフニウム層である。
【請求項５】
請求項１に記載の撮影装置であって、前記の光電変換デバイスの中央部に、前記の光電変換デバイスと実質的に相似の平面形状で、前記の光電変換デバイスより小サイズの３型もしくは５型のイオンの注入領域を備える。
【請求項６】
請求項１に記載の単一の電極の垂直方向の長さが、実質的に請求項１に記載の光電変換デバイスの垂直方向の長さに等しい。
【請求項７】
請求項１に記載の単一の電極の垂直方向の長さが、実質的に請求項１に記載の電圧に換算するデバイスの垂直方向の長さに等しい。
【請求項８】
請求項１に記載の光電変換デバイスが実質的にゲルマニウムを主成分とする半導体から成るとともに、保存デバイスが実質的にシリコンを主成分とする半導体から成る。
【請求項９】
請求項１に記載の光電変換デバイスが実質的にＩｎＧａＡｓから成るとともに、保存デバイスが実質的にＩｎＰから成る。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本特許は複数枚の画像をナノ秒以下の時間分解能で連続撮影する固体撮像素子に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
【ブランチングイメージセンサ】
【０００３】
特許文献１、特許文献２、及び非特許文献１には超高速マルチフレーミングイメージセンサが開示されている。図１はこのセンサの画素の回路拡散層の構造と配線を示す。
この構造では、画素中心に、光電変換手段１００と、入射光で生成した信号電荷を収集するとともに放射方向に画像信号を順次転送するという２つの機能を備える８個の転送手段１８４と、一旦、画素内で８枚の画像信号をその場保存する保存手段１０２と、撮影後、保存された画像信号を画素外に読み出す読出し手段１０３とを備えている。
【０００４】
図２は、図１の画素の基本的な機能が明確にわかるように、図１の画素をモデル化して示したものである。
【０００５】
図１の画素に対して、８方向への画像信号の転送に伴う混合（クロスストーク）を低減するために、図２では画素の中央に電荷収集手段１７９を置き、電荷の収集機能と、転送手段１０１による画像信号の転送機能とを分離して示している。
【０００６】
図３ａは、図２の画素の断面の概念図を示している。以下、断面図では、光は上方から入射するものとする。回路拡散層１７８の上に光電変換手段となるフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と記す）１００が乘っている。ただし、ＰＤの下部と回路拡散層の中央部の電荷収集手段１７９は信号電荷の生成と収集の２つの機能を共有する領域となっている。以後、この構造の画素を備えるイメージセンサモデルを「２階型」と呼ぶことにする。
【０００７】
図３ｂは逆２階型を示している。すなわち、光電変換手段を下部に、回路拡散層を受光面側である上部に配置している。旧来のイメージセンサは逆2階型である。
【０００８】
最近のイメージセンサでは、センサチップの下に、高機能化のための接合チップを接合した接合型イメージセンサが使われている。
【０００９】
図３には接合チップ部分は示していないが、図２０にその例を示している。この場合は図３ａに示すように、下部に回路拡散層を作り込む方が接合チップとの電気的接合が容易である。
【００１０】
接合チップ上には、読出し回路の後段、例えば図１のソースフォロア回路１３６や、特許文献３、特許文献４に示す画素レベルのデジタル化回路、追加のアナログメモリ、デジタルメモリ等が置かれる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許