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公開番号2025122204
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2025091751,2022093682
出願日2025-06-02,2022-06-09
発明の名称ピクセルアレイ、及びそれを含むイメージセンサ
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H04N 25/77 20230101AFI20250813BHJP(電気通信技術)
要約【課題】フローティング拡散領域を共有するピクセル構造を有するピクセルアレイ、及びそれを含むイメージセンサを提供する。
【解決手段】ピクセルアレイ及びイメージセンサのピクセルは、4個のサブピクセルにより構成され、ピクセルは、内部配線と接続する電源電圧により4個のフローティングディフュージョン領域をリセットさせるリセットゲート、内部配線を介し第1電圧を受信する第1駆動ゲート、及び第1方向に、第1駆動ゲートと隣接するように配置される第1選択ゲートを含み、4個のサブピクセルは、4個の光電変換素子、4個の光電変換素子で生成される電荷が保存されるフローティングディフュージョン領域、及び4個の光電変換素子で生成される電荷を、フローティングディフュージョン領域に伝送する4個の伝送ゲートを含み、4個のサブピクセルの4個のフローティングディフュージョン領域は、内部配線を介し電気的に連結される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、
前記基板内の第１の４個の光電変換素子（ＰＤ）及び前記第１の４個のＰＤが共有する第１フローティングディフュージョン領域（ＦＤ）を含む第１ピクセルと、
前記基板内の第２の４個のＰＤ及び前記第２の４個のＰＤが共有する第２ＦＤを含む第２ピクセルと、
前記基板内の第３の４個のＰＤ及び前記第３の４個のＰＤが共有する第３ＦＤを含む第３ピクセルと、
前記基板内の第４の４個のＰＤ及び前記第４の４個のＰＤが共有する第４ＦＤを含む第４ピクセルと、
ピクセル電源供給電圧に連結されるように構成されたリセットトランジスタと、を含み、
前記第１ＦＤは、第１配線を介して第４ＦＤと連結され、
前記第２ＦＤは、第２配線を介して第３ＦＤと連結され、
前記第１の４個のＰＤから前記第４の４個のＰＤのそれぞれは、２×２行列に配列され、
前記リセットトランジスタは、前記第１ないし第４ＦＤに前記ピクセル電源供給電圧を提供するように構成されていることを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記リセットトランジスタに連結されるように構成されたゲイン制御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】
前記第１の４個のＦＤ及び前記第４の４個のＦＤに連結されるように構成された第１駆動トランジスタと、
前記第２の４個のＦＤ及び前記第３の４個のＦＤに連結されるように構成された第２駆動トランジスタと、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４】
前記第１ピクセルは、第３配線を介して前記第２ピクセルと連結されている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５】
前記第１及び第２配線は、第１方向に延び、前記第３配線は、前記第１方向に垂直な第２方向に延びていることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記第１配線は、前記第３配線を介して前記第２配線と連結されている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】
前記第２ピクセルは、前記第２方向に前記第１ピクセルと直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）隣接するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１ＦＤと垂直に配列された第１ビアコンタクト（ｖｉａｃｏｎｔａｃｔ）と、
前記第４ＦＤと垂直に配列された第２ビアコンタクトと、をさらに含み、
前記第１ＦＤは、前記第１ビアコンタクト、前記第１配線、及び前記第２ビアコンタクトを介して前記第４ＦＤに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）連結されている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９】
前記第１ビアコンタクト、前記第１配線、及び前記第２ビアコンタクトは平面上で前記第１方向に順次に配列されている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】
前記第１ないし第４ピクセルのそれぞれは、４個のマイクロレンズを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、イメージセンサに関し、より詳細には、複数の光電変換素子がフローティング拡散領域を共有するピクセル構造を有するピクセルアレイ、及び該ピクセルアレイを含むイメージセンサに関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、対象物（ｏｂｊｅｃｔ）の二次元的イメージまたは三次元的イメージをキャプチャする装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度によって反応する光電変換素子を利用し、対象物のイメージを生成する。最近、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術が発展にともない、ＣＭＯＳを利用したＣＭＯＳイメージセンサが広く用いられている。イメージセンサの解像度上昇により、イメージセンサのピクセルアレイに具備される複数のピクセル間の間隔が狭くなり、面積が縮小されたピクセル構造が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０５７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、１６個の光電変換素子がフローティング拡散領域を共有するピクセル構造を有するピクセルアレイ、及びそれを含むイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、前記基板内の第１の４個の光電変換素子（ＰＤ）及び前記第１の４個のＰＤが共有する第１フローティングディフュージョン領域（ＦＤ）を含む第１ピクセルと、前記基板内の第２の４個のＰＤ及び前記第２の４個のＰＤが共有する第２ＦＤを含む第２ピクセルと、前記基板内の第３の４個のＰＤ及び前記第３の４個のＰＤが共有する第３ＦＤを含む第３ピクセルと、前記基板内の第４の４個のＰＤ及び前記第４の４個のＰＤが共有する第４ＦＤを含む第４ピクセルと、ピクセル電源供給電圧に連結されるように構成されたリセットトランジスタと、を含み、前記第１ＦＤは、第１配線を介して第４ＦＤと連結され、前記第２ＦＤは、第２配線を介して第３ＦＤと連結され、前記第１の４個のＰＤから前記第４の４個のＰＤのそれぞれは、２×２行列に配列され、前記リセットトランジスタは、前記第１ないし第４ＦＤに前記ピクセル電源供給電圧を提供するように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、Ｎ×Ｍ行列に配置されたピクセルアレイと、を含み、前記ピクセルアレイは、前記基板内の１６個の光電変換素子（ＰＤ）と、第１フローティングディフュージョン領域（ＦＤ）、第２ＦＤ、第３ＦＤ及び第４ＦＤを含む４個のＦＤと、ピクセル電源供給電圧に連結されるように構成されたリセットトランジスタと、前記リセットトランジスタに連結されるように構成されたゲイン制御トランジスタと、を含み、前記リセットトランジスタは、前記第１ないし第４ＦＤに前記ピクセル電源供給電圧を提供するように構成され、前記第１ないし第４ＦＤのそれぞれは、前記１６個のＰＤのうち４個のＰＤによって共有されることを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明のさらに他の態様によるイメージセンサは、第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む基板と、前記基板内の第１の４個の光電変換素子（ＰＤ）及び前記第１の４個のＰＤが共有する第１フローティングディフュージョン領域（ＦＤ）を含む第１ピクセルと、前記基板内の第２の４個のＰＤ及び前記第２の４個のＰＤが共有する第２ＦＤを含む第２ピクセルと、前記基板内の第３の４個のＰＤ及び前記第３の４個のＰＤが共有する第３ＦＤを含む第３ピクセルと、前記基板内の第４の４個のＰＤ及び前記第４の４個のＰＤが共有する第４ＦＤを含む第４ピクセルと、ピクセル電源供給電圧に連結されるように構成されたリセットトランジスタと、前記第１の４個のＦＤ及び前記第４の４個のＦＤに連結されるように構成された第１駆動トランジスタと、前記第２の４個のＦＤ及び前記第３の４個のＦＤに連結されるように構成された第２駆動トランジスタと、を含み、前記第１ＦＤは、第４ＦＤと連結され、前記第２ＦＤは、第３ＦＤと連結され、前記第１の４個のＰＤから前記第４の４個のＰＤのそれぞれは、２×２行列に配列され、前記リセットトランジスタは、前記第１ないし第４ＦＤに前記ピクセル電源供給電圧を提供するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の技術的思想によるピクセルアレイは、第１面及び第２面を有し、前記第１面に隣接する複数のフローティング拡散領域を含む半導体基板、及び前記第１面上に配置された配線構造体を含み、前記配線構造体は、前記複数のフローティング拡散領域のそれぞれを中心に対称的に配置された複数の伝送ゲート、及び前記複数のフローティング拡散領域のうちの隣接した４個のフローティング拡散領域を電気的に連結する配線を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるピクセルアレイ、及びそれを含むイメージセンサによれば、それぞれが複数の光電変換素子を含む複数のサブピクセルが、フローティング拡散領域及び出力回路を共有することにより、単位ピクセルのサイズが縮小されて、ピクセルアレイの解像度及びセンシング感度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに具備されるピクセルの一具現例を示す回路図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイの垂直断面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの一具現例を示す回路図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
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本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルの具現例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるピクセルに配置されるマイクロレンズを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルに配置されるマイクロレンズを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルに配置されるマイクロレンズを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルに配置されるマイクロレンズを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
本発明の一実施形態によるピクセルアレイに配置されるカラーフィルタを示す図である。
マルチカメラモジュールを含む電子装置のブロック図である。
図１８のカメラモジュールの詳細ブロック図である。
【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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