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公開番号2025173481
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-27
出願番号2025076201
出願日2025-05-01
発明の名称イメージセンサー及びイメージセンサーの駆動方法
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 20250101AFI20251119BHJP()
要約【課題】高照度環境で動作するイメージセンサーを提供する。
【解決手段】本発明によるイメージセンサーは、光電荷を生成する光電素子と、光電素子に接続され光電荷を保存する電荷保存素子と、光電素子に接続された第1ノードの電圧に基づいてピクセル信号を生成する駆動トランジスタと、第1ノードと第2ノードとの間に接続される垂直伝送ゲートを含む伝送トランジスタと、伝送トランジスタの一側に配置され第1ドープ濃度でドープされた第1領域と、伝送トランジスタの他側に配置され第1ドープ濃度と異なる第2ドープ濃度でドープされた第2領域と、第2ノードと電荷保存素子との間に配置されるオーバーフロートランジスタと、を含むピクセルと、ピクセルに接続され、ピクセルを制御するロードライバーと、を有する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
光電荷を生成する光電素子と、前記光電素子に接続され前記光電荷を保存する電荷保存素子と、前記光電素子に接続された第１ノードの電圧に基づいてピクセル信号を生成する駆動トランジスタと、前記第１ノードと第２ノードとの間に接続される垂直伝送ゲート（ＶｅｒｔｉｃａｌＴｒａｎｓｆｅｒＧａｔｅ）を含む伝送トランジスタと、前記伝送トランジスタの一側に配置され第１ドープ濃度でドープされた第１領域と、前記伝送トランジスタの他側に配置され前記第１ドープ濃度と異なる第２ドープ濃度でドープされた第２領域と、前記第２ノードと前記電荷保存素子との間に配置されるオーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）トランジスタと、を含むピクセルと、
前記ピクセルに接続され、前記ピクセルを制御するロードライバーと、を有することを特徴とするイメージセンサー。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１領域は、ｐ型ドープ領域であり、前記第２領域は、ｎ型ドープ領域であり、前記第１ノードは、前記第１領域に接続され、前記第２ノードは、前記第２領域に接続されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記光電素子は、第１区間及び第２区間を含む集積区間で前記光電荷を生成し、
前記ロードライバーは、
前記第１区間の間に、前記オーバーフロートランジスタをターンオンさせ、前記光電素子で生成される第１光電荷を前記第１ノードに伝達し、
前記第２区間の間に、前記オーバーフロートランジスタをターンオフさせ、前記光電素子で生成される第２光電荷を前記第２ノードに伝達するように前記ピクセルを制御することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記ピクセルは、電源電圧を供給するように構成された電源電圧ラインと、前記第２ノードに接続されるリセットトランジスタと、をさらに含み、
前記ロードライバーは、前記第１区間の間に前記リセットトランジスタをターンオンさせ、前記電荷保存素子の容量を超えて前記第２ノードに伝達された前記第１光電荷を前記電源電圧でリセットするように前記ピクセルを制御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ー。
【請求項５】
前記ロードライバーは、前記第１区間の間に前記オーバーフロートランジスタをターンオンさせる第１動作及び前記オーバーフロートランジスタをターンオフさせる第２動作が繰り返すように前記ピクセルを制御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ー。
【請求項６】
前記ロードライバーは、前記第１区間の前に前記第２区間を行うことを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記ピクセルは、電源電圧を供給するように構成された電源電圧ラインと前記第２ノードに接続されるリセットトランジスタをさらに含み、
前記光電素子は、第１区間、第２区間、及び第３区間を含む集積区間で前記光電荷を生成するように構成され、
前記ロードライバーは、
前記第１区間の間に、前記オーバーフロートランジスタをターンオフさせ、前記リセットトランジスタをターンオンさせ、前記光電素子で生成される第１光電荷を前記第２ノードに伝達し、前記第１光電荷を前記電源電圧でリセットし、
前記第２区間の間に、前記オーバーフロートランジスタをターンオンさせ、前記光電素子で生成される第２光電荷を前記第１ノードに伝達し、
前記第３区間の間に、前記オーバーフロートランジスタをターンオフさせ、前記リセットトランジスタをターンオフさせ、前記光電素子で生成される第３光電荷を前記第２ノードに伝達するように前記ピクセルを制御することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記垂直伝送ゲートの一側は、第１酸化物の厚さを有し、
前記垂直伝送ゲートの他側は、前記第１酸化物の厚さと異なる第２酸化物の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記電荷保存素子は、ストレージゲートトランジスタ、ストレージダイオード（ｓｔｏｒａｇｅｄｉｏｄｅ）、及びＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）キャパシタの内の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
前記オーバーフロートランジスタの電位は、前記第１領域の電位レベルより高い第１レベルと前記第２領域の電位レベルより低い第２レベルとの間で可変することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
（【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、イメージセンサー及びイメージセンサーの駆動方法に関し、特に、高照度環境で動作するイメージセンサー及びイメージセンサーの駆動方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサー（ｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ）は、対象物の二次元的に又は三次元画像をキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）するための装置である。
イメージセンサーは、対象物から反射する光の強度に応じて反応する光電変換素子を利用して対象物のイメージを生成する。
近年、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ－ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術が発展しつつ、ＣＭＯＳを利用したＣＭＯＳイメージセンサーが幅広く使用されている。
【０００３】
また、近年、イメージセンサーが様々な装置に装着されており、低照度及び高照度で高ダイナミックレンジ（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ：ＨＤＲ）の特性及び信号対ノイズ雑音比（Ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）の特性が向上するイメージセンサーが要求される。
【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ー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、高照度環境で動作するイメージセンサー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によるイメージセンサーは、光電荷を生成する光電素子と、前記光電素子に接続され前記光電荷を保存する電荷保存素子と、前記光電素子に接続された第１ノードの電圧に基づいてピクセル信号を生成する駆動トランジスタと、前記第１ノードと第２ノードとの間に接続される垂直伝送ゲート（ＶｅｒｔｉｃａｌＴｒａｎｓｆｅｒＧａｔｅ）を含む伝送トランジスタと、前記伝送トランジスタの一側に配置され第１ドープ濃度でドープされた第１領域と、前記伝送トランジスタの他側に配置され前記第１ドープ濃度と異なる第２ドープ濃度でドープされた第２領域と、前記第２ノードと前記電荷保存素子との間に配置されるオーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）トランジスタと、を含むピクセルと、前記ピクセルに接続され、前記ピクセルを制御するロードライバーと、を有することを特徴とする。
【０００６】
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ーは、光電変換領域及び第１フローティング拡散領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の少なくとも一部を貫通するように前記半導体基板の厚さ方向に沿って延長される第１垂直伝送トランジスタと、前記第１垂直伝送トランジスタの一側で、前記第１フローティング拡散領域と前記光電変換領域との間に配置され、第１導電型を有する第１領域と、前記第１垂直伝送トランジスタの他側で、第２導電型を有する第２領域と、前記第１垂直伝送トランジスタの他側に配置される電荷保存素子と、前記第１垂直伝送トランジスタと前記電荷保存素子との間に配置されるオーバーフロートランジスタと、を有す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によるイメージセンサーの駆動方法は、第１ノードに接続された光電素子で第１区間の間に、第１光電荷を生成するステップと、前記第１光電荷を、垂直伝送ゲートの一側に配置され、第１導電型を有する第１領域を介して前記第１ノードに接続された電荷保存素子に伝達するステップと、前記光電素子で第２区間の間に、第２光電荷を生成するステップと、前記第２光電荷を、前記垂直伝送ゲートの他側に配置され、第２導電型を有する第２領域を介して第２ノードに伝達するステップと、前記第２ノードに蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を生成するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るイメージセンサー及びイメージセンサーの駆動方法によれば、入射した光量が相対的に少ない低照度環境で、光電荷は、一つのフローティングディフュージョンノードに保存され、入射した光量が相対的に多い高照度環境では、光電荷光電素子、ストレージゲートトランジスタ、及び第２キャパシタに、一定の割合で分けて保存される。
したがって、ピクセルを含むイメージセンサーは、比較的高照度環境でも、イメージ信号をセンシングすることができるため、広いダイナミックレンジを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態によるイメージセンサー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の回路図である。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
本発明の実施形態によるピクセルを概略的に示す平面図である。
図５によるピクセルの概略断面図である。
本発明の実施形態によるピクセルを概略的に示す平面図である。
図７によるピクセルの概略断面図である。
本発明の実施形態によるピクセルを概略的に示す平面図である。
図９によるピクセルの概略断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
ピクセル内ポテンシャル準位の変化を示す図である。
ピクセル内ポテンシャル準位の変化を示す図である。
図１１のイメージセンサーの動作について経時的な電荷量を示すグラフである。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
図１５のイメージセンサーの動作に対して時間に応じた電荷量を示すグラフでる。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
図１７のイメージセンサーの動作について経時的な電荷量を示すグラフである。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
図１９のイメージセンサーの動作について経時的な電荷量を示すグラフである。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
図２１のイメージセンサーの動作について経時的な電荷量を示すグラフである。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作を示すタイミング図である。
本発明の実施形態によるピクセルの回路図である。
図２７によるピクセルの概略断面図である。
本発明の実施形態による電子装置の概略構成を示すブロック図である。
図２９による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】
【００１０】
次に、本発明に係るイメージセンサー及びイメージセンサーの駆動方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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