고체 촬상 장치, 촬상 장치 및 카메라 document_id A220623048898

최근의 디지탈 카메라의 보급과 함께，보급 가격대의 카메라에서도 보다 높은 해상도가 요구되어 왔다. 또한，디지탈 카메라뿐만 아니라 　비디오　카메라, 휴대 전화용 카메라 등에도 고해상도의 요구가 있어 왔다. 일반적으로 광학 사이즈(고체 촬상 장치의 외부 치수)는 변하지 않기 때문에, 화소 수의 증가는 화소의 미세화와 동의어이다. 화소의 미세화는 화소에 들어가는 광자수의 감소에 직접 관련되어 있고, 이에 따라 양자효율의 개선으로는 커버할 수 없는 절대적인 감도의 저하가 발생한다. 이것은 CCD 이미지 센서 및 CMOS 이미지 센서에서도 동일하다. 그러나, 일반적으로 CMOS 이미지 센서는, 메탈 배선이 높기(두껍기) 때문에, 집광이 어렵고, 이에 수반하여 감도가 낮다. 이러한 상황을 고려하여, 화상처리의 관점으로부터 해상도의 저하를 억제하면서, 감도를 증가시키는 기술이 제안되어 있다. 이 기술을 도 30을 참조하여 설명한다. 도 30에 도시한 바와 같이, 소위 벌집형 화소 배열에 있어서 각 화소(111)를 경사 정방 화소 배열로 구성함으로써, 실 화소 수의 반으로도 수직 및 수평 방향의 공간 해상도의 열화를 억제할 수 있는 것으로 알려져 있다. 같은 유효 화소 영역에서 화소 수를 반으로 줄일 수 있으므로, 단위 화소당의 면적이 증가하고, 이에 따라 감도가 개선될 수 있다. 인공 공간에 있어서 수직 방향 및 수평 방향의 선이 많고, 화소 데이터가 XY 좌표로 나타내져 있어, 이들 2축의 공간 해상도가 해상의 감지에 있어서 중요하며, 따라서 벌집형 화소 배열은 많은 장면에서 고감도라고 말할 수 있다. 그러나, 벌집형 화소 배열은 집적화하기에는 적합하지 않은 화소 배열이다. 일반적으로, 화소 데이터는 수직, 수평의 2축을 갖고 있는 데이터 배열이고, 정방 격자 이미지 센서의 화소도 이에 따른 배열이다. 이에 수반하여, 제어(구동 및 읽어냄)도 수직 방향 및 수평 방향으로 실행된다. 한편，벌집형 화소 배열에서는 화소가 경사 정방 격자로 되어 있으므로, 제어 화소의 배열이 지그재그 패턴이 된다. 예를 들면, CMOS 이미지 센서에 있어서 일반적인 정방 격자 화소 배열의 경우, 수직 방향 및 수평 방향의 축 각각의 메탈 배선 층을 바꾸는 것에 의해 효율적으로 배선을 행할 수 있다. 한편, 벌집형 화소 배열에서는 동일한 행 혹은 동일한 열의 화소 사이에 인접 행 또는 인접 열의 화소가 들어가므로, 배선을 지그재그로 배치하지 않을 수 없다. 이 때문에 종종 배선이 겹치는 부분에서 실리콘 표면에 형성된 트랜지스터 등의 요소에 접속하기가 곤란하다. 벌집형 화소 배열은 배선 밀도가 높은 것이 문제다. 따라서, 배선수를 줄여서 메탈 개구를 크게 유지하는 것이 필요하다. 그러므로, 화소 트랜지스터를 공유하는 것이 효과적이다(심사되지 않은 일본 특허 출원 공개공보 제2004-128193호 참조). 그러나, 심사되지 않은 일본 특허 출원 공개공보 제2004-128193호 개시된 기술에서는，미세 화소의 특성의 열화를 피할 수 없다. 즉, 심사되지 않은 일본 특허 출원 공개공보 제2004-128193호에 개시된 기술에서는，도 31a에 도시한 바와 같이, 전하-전압 변환부의 전송 게이트 TG가 화소(111)의 변 부분에 배치되어 있어, 읽어냄 특성은 우수하지만, 집광 스폿 면적을 압박한다는 문제를 포함하고 있다. 또한，화소 사이에 전하-전압 변환부인 플로팅 디퓨전 FD의 공유 부분을 배치하더라도, 2화소 사이에 화소 트랜지스터를 공유하고서는, 포토다이오드 PD 면적을 충분히 확보하기가 곤란하다. 또한，복수의 화소가 2차원 정방으로 배열된 화소 군에서는，도 31b에 도시한 바와 같이, 공유되는 전하-전압 변환부인 플로팅 디퓨전 FD는, 전송 게이트 TG를 통해서 화소(111)의 코너에 배치되어 있다. 서로 비스듬히 인접하는 두 개의 화소 사이에서, 이들 화소(111)의 코너에 전송 게이트 TG를 배치함으로써 화소(111)의 집광 중심으로부터 전송 게이트 TG까지의 거리를 분리할 수 있어, 광을 흡수하는 전송 게이트 TG에 의한 감도의 저하를 억제할 수 있다. CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 CMOS 촬상 장치는, 카메라 등의 촬상 소자로서 사용되며, CCD(Charge Coupled Device) 촬상 장치로는 곤란한 일부 읽어냄 등의 기능을 구비하고 있으며，이는 촬상 장치의 저소비전력화나 소형화에 유리하다. 최근의 CMOS 촬상 장치에 있어서 화소 수의 증가가 요구되어 왔다. 그러나, CMOS 촬상 장치는 화소 내에 포토다이오드, 전송 트랜지스터, 리세트 트랜지스터, 증폭 트랜지스터나 선택 트랜지스터 등의 많은 구동 소자를 구비하고 있어서, 화소 치수의 축소가 어렵다. 또한, 화소 회로의 구동 부하 및 화소 회로로부터의 신호 읽어냄 부하는, 고속 구동에 불리한 상황을 제공하는 화소 수의 증가에 기인해서 증가한다. 이러한 문제점에 관한 해결책의 하나는 트랜지스터를 공유하여 부하를 줄이는 것이다. 예를 들면, 하나의 증폭 트랜지스터가 복수의 포토다이오드와 전송 트랜지스터에 의해 공유되어 있는 배열에 있어서, 수직 신호선에 접속되는 증폭 트랜지스터 등의 소자의 수가 감소할 수 있어, 출력 신호의 읽어냄 시에 수직 신호선의 부하가 줄어들 수 있다. 더욱이, 광전 변환부를 공유하게 함으로써 출력 신호의 화질 개선을 실현할 수 있는 방법이 제안되었다(심사되지 않은 일본 특허 출원 공개공보 제2006-54276호 참조). 또한, 화소의 미세화에 관한 해결책의 하나는 한 화소 내의 트랜지스터를 공유하고, 1 화소당 트랜지스터의 수를 줄이고, 화소의 크기를 줄이는 방법이다(심사되지 않은 일본 특허 공개공보 제2001-298177호 참조). 예를 들어, 하나의 전송 트랜지스터가 복수의 포토다이오드 각각에 관해서 배치되어 있고, 하나의 선택 트랜지스터, 하나의 리세트 트랜지스터 및 하나의 증폭 트랜지스터가 복수의 포토다이오드 및 전송 트랜지스터들에 관해서 공유되어 있는 배열이 구성된다. 트랜지스터를 공유하지 않는 경우에, 일반적으로 1화소당 4개의 트랜지스터가 제공되지만, 한편 4화소로 3개의 트랜지스터를 공유하면, 트랜지스터 수를 1화소당 1.75개로 줄일 수 있다. 트랜지스터의 구동 방법 등에 따라서, 선택 트랜지스터를 가지지 않는 구성도 있다는 것은 주지하자(심사되지 않은 일본 특허 공개공보 제2006-54276).