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公開番号2025071794
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-08
出願番号2024184187
出願日2024-10-18
発明の名称イメージセンサ及びそれを含むイメージセンシング装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250428BHJP()
要約【課題】高ダイナミックレンジでdark signal non uniformityを改善したイメージセンサ及びイメージセンシング装置を提供する。
【解決手段】イメージセンサは、複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、その周辺に配置され、単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、単位ピクセルは、第1フォトダイオードLPD、LPDに接続される第1転送トランジスタTR1、第1転送トランジスタに接続される第1フローティングディフュージョンノードFD1及び第2フローティングディフュージョンノードFD2と接続される第1コンタクトを含む第1領域と、第2フォトダイオードSPD、SPDに接続される第2転送トランジスタTR7、メタル配線を介して第1コンタクトと電気的に接続する第2コンタクト及び第2転送トランジスタと第3フローティングディフュージョンノードFD3と接続する第3コンタクトを含む第2領域と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイの周辺に配置され、前記単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、
前記単位ピクセルは、
第１フォトダイオード、前記第１フォトダイオードに接続される第１転送トランジスタ、前記第１転送トランジスタに接続される第１フローティングディフュージョンノード、及び第２フローティングディフュージョンノードと接続される第１コンタクトを含む第１領域と、
第２フォトダイオード、前記第２フォトダイオードに接続される第２転送トランジスタ、接続メタル配線を介して前記第１コンタクトと電気的に接続される第２コンタクト、及び前記第２転送トランジスタに接続され第３フローティングディフュージョンノードに接続される第３コンタクトを含む第２領域と、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第２領域は、前記第２コンタクトと第３コンタクトとの間に配置される接続トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記単位ピクセルは、
前記第３コンタクトと第４フローティングディフュージョンノードとの間に接続されるメタルキャパシタと、
前記第４フローティングディフュージョンノードと第１電源供給ラインとの間に接続されるキャパシタ接続トランジスタと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記駆動部は、
前記第２フォトダイオードのＥＩＴ（ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＴｉｍｅ）の間、前記キャパシタ接続トランジスタをターンオンし、
リセット信号に応答して前記メタルキャパシタに蓄積された電荷を前記第１電源供給ラインにドレインすることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記第１領域は、
一端が前記第２フローティングディフュージョンノードに接続され、ＰＤスイッチング制御信号に応答してターンオンされるＰＤスイッチングトランジスタと、
前記第２フローティングディフュージョンノードと第１電源供給ラインとの間に接続され、リセット信号に応答してターンオンされるリセットトランジスタと、
ゲートが前記第１フローティングディフュージョンノードに接続され、一端が前記第１電源供給ラインに接続されたソースフォロワトランジスタと、
前記ソースフォロワトランジスタの他端と出力信号ラインとの間に接続され、選択信号に応答してターンオンされる選択トランジスタと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記第１領域は、第４フローティングディフュージョンノードに接続される第４コンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、
前記単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、
前記単位ピクセルは、
第１フォトダイオード、前記第１フォトダイオードに接続される第１転送トランジスタ、前記第１転送トランジスタに接続される第１フローティングディフュージョンノード、第２フローティングディフュージョンノードと接続される第１コンタクト、及び第２コンタクトを含む第１領域と、
第２フォトダイオード、前記第２フォトダイオードに接続される第２転送トランジスタ、及び前記第２コンタクトと共に第３フローティングディフュージョンノードに接続される第３コンタクトを含む第２領域と、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１領域は、前記第１コンタクトと前記第２コンタクトとの間に配置される接続トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記単位ピクセルは、
前記第３コンタクトと第４フローティングディフュージョンノードとの間に接続されるメタルキャパシタと、
前記第４フローティングディフュージョンノードと第１電源供給ラインとの間に接続されるキャパシタ接続トランジスタと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記駆動部は、
前記第２フォトダイオードのＥＩＴ（ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＴｉｍｅ）の間、前記キャパシタ接続トランジスタをターンオンし、
リセット信号に応答して前記第３フローティングディフュージョンノード及び前記メタルキャパシタに蓄積された電荷を前記第１電源供給ラインにドレインすることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ及びそれを含むイメージセンシング装置に関し、特に、高ダイナミックレンジでＤＳＮＵ（ｄａｒｋｓｉｇｎａｌｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を改善したイメージセンサ及びそれを含むイメージセンシング装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンシング装置（ｉｍａｇｅｓｅｎｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）は、光学情報を電気信号に変換する半導体素子の一つである。
このようなイメージセンシング装置は、電荷結合型（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）イメージセンシング装置とシーモス型（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ－ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）イメージセンシング装置を含む。
ＣＭＯＳ型イメージセンサは、ＣＩＳ（ＣＭＯＳｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ）と略称される。
ＣＩＳは、２次元的に配列された複数のピクセルを備える。
ピクセルそれぞれは、例えば、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）を含む。
フォトダイオードは、入射する光を電気信号に変換する役割をする。
【０００３】
近年、コンピュータ産業と通信産業の発達につれてデジタルカメラ、カムコーダ、スマートフォン、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボット、車両など多様な分野で、性能が向上したイメージセンサの需要が増大している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来のイメージセンサにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高ダイナミックレンジ（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ）でＤＳＮＵ（ｄａｒｋｓｉｇｎａｌｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を改善したイメージセンサ及び向上したイメージ品質を有するイメージセンシング装置を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、高ダイナミックレンジ（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ）でＤＳＮＵ（ｄａｒｋｓｉｇｎａｌｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を改善したイメージ品質を有するイメージセンサを備える車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、前記ピクセルアレイの周辺に配置され、前記単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、前記単位ピクセルは、第１フォトダイオード、前記第１フォトダイオードに接続される第１転送トランジスタ、前記第１転送トランジスタに接続される第１フローティングディフュージョンノード、及び第２フローティングディフュージョンノードと接続される第１コンタクトを含む第１領域と、第２フォトダイオード、前記第２フォトダイオードに接続される第２転送トランジスタ、接続メタル配線を介して前記第１コンタクトと電気的に接続される第２コンタクト、及び前記第２転送トランジスタに接続され第３フローティングディフュージョンノードに接続される第３コンタクトを含む第２領域と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、前記単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、前記単位ピクセルは、第１フォトダイオード、前記第１フォトダイオードに接続される第１転送トランジスタ、前記第１転送トランジスタに接続される第１フローティングディフュージョンノード、第２フローティングディフュージョンノードと接続される第１コンタクト、及び第２コンタクトを含む第１領域と、第２フォトダイオード、前記第２フォトダイオードに接続される第２転送トランジスタ、及び前記第２コンタクトと共に第３フローティングディフュージョンノードに接続される第３コンタクトを含む第２領域と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンシング装置は、複数の単位ピクセルを含むピクセルアレイと、前記ピクセルアレイの周辺に配置され、前記単位ピクセルを駆動する駆動部と、を有し、前記単位ピクセルは、第１フォトダイオードと第１フローティングディフュージョンノードとの間に接続される第１転送トランジスタと、前記第１フローティングディフュージョンノードと第２フローティングディフュージョンノードとの間に接続され、ＰＤスイッチング制御信号に応答してターンオンされるＰＤスイッチングトランジスタと、第２フォトダイオードと第３フローティングディフュージョンノードとの間に接続される第２転送トランジスタと、前記第３フローティングディフュージョンノードと第４フローティングディフュージョンノードとの間に接続されるメタルキャパシタと、前記第４フローティングディフュージョンノードと第１電源供給ラインとの間に接続され、キャパシタ接続制御信号に応答してターンオンされるキャパシタ接続トランジスタと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るイメージセンサ及びそれを含むイメージセンシング装置によれば、第１領域に配置される感度が大きいラージフォトダイオードと第２領域に配置される感度が小さいスモールフォトダイオードを含み、ＨＤＲ性能を実現しながらもフリッカーイベントにより受ける影響は少なくすることができる。
また、メタルキャパシタをさらに含み、スモールフォトダイオードからオーバーフローされる電荷をメタルキャパシタに保存することによって、イメージセンサのＨＤＲ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態によるイメージセンシング装置の概略構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態によるピクセルアレイの上面図である。
本発明の実施形態による単位ピクセルの回路図である。
図３の単位ピクセルの動作を説明するための信号図である。
本発明の実施形態による単位ピクセルを説明するための回路図である。
図５の単位ピクセルの配置を説明するための概念図である。
図６の単位ピクセルの配置を示すレイアウト図である。
本発明の実施形態による単位ピクセルを説明するための回路図である。
図８の単位ピクセルの配置を説明するための概念図である。
図９の単位ピクセルの配置を示すレイアウト図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサを含む車両を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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