專利名稱：裝配具有放大型象素結(jié)構(gòu)的cmos圖像傳感器的固體攝像裝置的制作方法
對相關(guān)申請的引用本申請基于2003年12月19日提交的日本專利申請2003-422550并且要求該申請2003-422550的優(yōu)先權(quán)。其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及固體攝像裝置，例如安裝了具有放大型的象素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的固體攝像裝置。
2.相關(guān)技術(shù)的描述近年來，每個象素都具有輸出部的所謂放大型固體攝像裝置的一種即CMOS圖像傳感器頗受矚目。特別是在CMOS傳感器中，廣泛使用了電荷存儲部(光電二極管)和電荷檢測部分開形成，電荷檢測部形成在漂浮擴(kuò)散領(lǐng)域中的4晶體管型CMOS圖像傳感器(例如，參考特開2001-111900號公報)。4晶體管型CMOS圖像傳感器可以進(jìn)行電子快門動作，具有比較好的S/N特性。
在4晶體管型CMOS圖像傳感器中，如下所述進(jìn)行電子快門動作。首先，所有象素一齊從光點(diǎn)二極管向漂浮擴(kuò)散領(lǐng)域運(yùn)送電荷。接下來，按線依次讀出信號電荷。執(zhí)行讀出操作時，首先檢測漂浮擴(kuò)散領(lǐng)域中存儲信號電荷時的電位，接著執(zhí)行從漂浮擴(kuò)散領(lǐng)域排出信號電荷的復(fù)位動作，并檢測復(fù)位動作后的電位。然后，得出規(guī)定回路中這兩個電位之差，并將這一電位差作為信號進(jìn)行檢測。
但是，因?yàn)闄z測上述兩個電位期間執(zhí)行的漂浮擴(kuò)散領(lǐng)域的復(fù)位動作不可避免地導(dǎo)入復(fù)位噪音或者KTC噪音，因此存在檢測信號的S/N被損害的問題。
下面，參照附圖，對已有的4晶體管型的CMOS圖像傳感器進(jìn)行說明。

圖1為已有的CMOS圖像傳感器的電路圖，圖2為動作時間以及輸出波形圖。
圖1中，虛線內(nèi)示出的是作為結(jié)構(gòu)單位的一個象素，形成具有2×2共4個象素P11、P12、P21、P22的區(qū)域傳感器。這里描述象素P11的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，象素P11具有光電二極管101、傳輸門晶體管102、復(fù)位門晶體管103、電源104、源極跟隨器的驅(qū)動門晶體管105、尋址門晶體管106、浮動接合部(漂浮擴(kuò)散層)107、垂直信號線108、源極跟隨器的電流源109、緩沖電路110、掃描開關(guān)111、最終輸出緩沖電路112以及掃描用寄存器113。
給象素P11、P12施加的脈沖是復(fù)位信號RS1、傳輸信號TG1、尋址信號ADD1，給象素P21、P22施加的脈沖是復(fù)位信號RS2、傳輸信號TG2、尋址信號ADD2，構(gòu)成如圖1所示的連線。將上述各信號施加給圖1示出的晶體管的柵極。由此，特別是垂直信號線108中產(chǎn)生圖2所示的時間序列信號。
CMOS圖像傳感器的動作由從在象素中實(shí)施規(guī)定的時間積分，到傳送并寄存積分后的電荷的動作的積分模式，和根據(jù)該積分模式的操作依次讀出存儲的電荷的讀出模式構(gòu)成。另外，存儲從象素傳送的電荷的存儲節(jié)點(diǎn)(這里指圖1中的漂浮擴(kuò)散層107)在圖1中沒有示出，其作為遮光物體，在該處不能進(jìn)行光電變換。
但是，圖1所示的CMOS圖像傳感器中，存在下述問題。例如，從象素P11中檢測信號電荷期間，使尋址信號ADD1變?yōu)?高電平)“H”，在共同信號線108中讀出信號電荷。此時，首先檢測漂移擴(kuò)散層107處于存儲電荷狀態(tài)的電位(圖2中的A)，接下來將復(fù)位信號RS1變?yōu)椤癏”(圖2中的B)，排出信號電荷，檢測變空的漂移擴(kuò)散層107的電位(圖2中的C)。然后，將電位A和電位C的電位差作為信號電荷，在這兩個電位信號期間加入復(fù)位動作，而且因?yàn)槠茢U(kuò)散層107不能處于全空狀態(tài)，所以所說的復(fù)位噪音乃至KTC噪音與信號電荷重疊，從而導(dǎo)致信號劣化這一問題。
發(fā)明概述從某個方面來看，本發(fā)明的固體攝像裝置具有收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷的光電二極管；選取供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在上述門電極下生成的溝道中存儲前述信號電荷的浮動門晶體管；控制上述光電二極管和上述浮動門晶體管之間的上述信號電荷的傳送的控制電路；根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門電極從上述連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)的切換電路；排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷的復(fù)位電路；和檢測上述浮動門晶體管的門電極電位的電位檢測電路。
從另一個方面來看，本發(fā)明的固體成像裝置具有收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷的光電二極管；選取供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在上述門電極下生成的溝道中存儲前述信號電荷的浮動門晶體管；控制上述光電二極管和上述浮動門晶體管之間的上述信號電荷的傳送的控制電路；根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門電極從上述連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)的切換電路；排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷的復(fù)位電路；檢測上述浮動門晶體管的門電極電位的電位檢測電路；和將由上述電位檢測電路檢測的信號電壓切換為對應(yīng)于尋址信號的輸出或者非輸出中任一種狀態(tài)的尋址電路。
從另一個方面來看，本發(fā)明的固體攝像裝置具有收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷的光電二極管；選取供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在上述門電極下生成的溝道中存儲前述信號電荷的浮動門晶體管；根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門電極從上述連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)的切換電路；排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷的復(fù)位電路；和檢測上述浮動門晶體管的門電極電位的電位檢測電路。
附圖的簡要描述圖1為現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為現(xiàn)有的上述CMOS圖像傳感器中，動作時間及輸出波形的時間圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖4是上述第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形的時間圖；圖5是上述第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的平面圖；圖6是上述第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的截面圖；圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖8是上述第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形的時間圖；圖9是上述第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的平面圖；圖10是本發(fā)明第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖11是上述第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形的時間圖。
圖12是在上述第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的讀出模式中電勢的示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述下面，參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。說明時，附圖中相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。
第一實(shí)施例首先，說明作為本發(fā)明第一實(shí)施例的固體攝像裝置的CMOS圖像傳感器。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4是上述CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形的圖形。
圖3中，虛線內(nèi)示出的是作為結(jié)構(gòu)單位的一個象素，形成具備2×2共4個象素P11、P12、P21、P22的區(qū)域傳感器。這里描述象素P11的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，象素P11中配置有光電二極管11、傳輸門晶體管12、浮動門晶體管13、復(fù)位門晶體管14、源極跟隨器的驅(qū)動門晶體管15、電源16以及浮動門電位設(shè)定晶體管17。這些傳輸門晶體管12、浮動門晶體管13、復(fù)位門晶體管14、驅(qū)動門晶體管15以及浮動門電位設(shè)定晶體管17由例如n溝道MOS晶體管構(gòu)成。
光電二極管11由pn(或者pnp、npn、np)結(jié)合而成，收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷。浮動門晶體管13具有選取供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在上述門電極下生成的溝道中存儲信號電荷。傳輸門晶體管12控制光電二極管11和浮動門晶體管13之間的信號電荷的傳送。浮動門電位設(shè)定晶體管(以下稱為電位設(shè)定晶體管)17根據(jù)規(guī)定的時間選擇將浮動門晶體管13的門電極從連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)。復(fù)位門晶體管14排出浮動門晶體管的溝道中存儲的信號電荷。驅(qū)動門晶體管15檢測浮動門晶體管13的門電極電位。
光電二極管11的陰極連接傳輸門晶體管12的源極，該晶體管12的漏極連接浮動門晶體管13的源極。晶體管13的漏極連接復(fù)位門晶體管14的源極，該晶體管14的漏極與電源16相連。浮動門晶體管13的門電極與電位設(shè)定晶體管17的源極和驅(qū)動門晶體管15的門電極相連接。驅(qū)動門晶體管15的漏極連接到電源16，該晶體管15的源極通過垂直信號線18與緩沖電路19的輸入端相連。緩沖電路19的輸出端通過掃描開關(guān)晶體管20與最終輸出緩沖電路21相連。晶體管15的源極還與電流源22連接。而且，掃描開關(guān)晶體管20的門電極連接到掃描用寄存器23。
給象素P11、P12施加的脈沖是復(fù)位信號RS1、控制信號FGC1、復(fù)位信號FGRS1、傳輸信號TG1，給象素P21、P22施加的脈沖是復(fù)位信號RS2、控制信號FGC2、復(fù)位信號FGRS2、傳輸信號TG2。
在象素P11中，將復(fù)位信號RS1提供給復(fù)位門晶體管14的門電極，通過電位設(shè)定晶體管17將控制信號FGC1提供給浮動門晶體管13的門電極。將復(fù)位信號FGRS1提供給電位設(shè)定晶體管17的門電極，將傳輸信號TG1提供給傳輸門晶體管12的門電極。在象素P12中，也以與上述提供方式相同的方式提供上述各種信號。而且，在象素P21、P22中，也以與上述提供方式相同的方式來提供復(fù)位信號RS2、控制信號FGC2、復(fù)位信號FGRS2以及傳輸信號TG2。
CMOS圖像傳感器中的動作在積分模式和讀出模式是相區(qū)別的。積分模式是在象素中實(shí)施規(guī)定的時間積分，傳輸并存儲積分后的信號電荷的動作。讀出模式是依次讀出由積分模式存儲的信號電荷的動作。
圖3示出的CMOS圖像傳感器中的動作時間在圖4中示出，將各信號施加給圖3所示的晶體管的門電極，在垂直信號線18中產(chǎn)生如圖4所示的時間序列的信號。
檢測來自象素P11的信號電荷的讀出動作如下所述。在積分模式，將光電二極管11中存儲的信號電荷傳輸給浮動門晶體管13的門電極下的溝道。
首先，使控制信號FGC1為“L”(低電平)，復(fù)位信號FGRS1為“H”(高電平)，復(fù)位信號RS1為“L”，傳輸信號為“L”。接下來，使控制信號為“H”，浮動門晶體管13以及驅(qū)動門晶體管15導(dǎo)通。由此，使得來自電流源2的電流(電子電流)處于選擇性地僅流入驅(qū)動門晶體管15的門電極下形成的溝道中的狀態(tài)。在這一狀態(tài)時，垂直信號線中產(chǎn)生的電位反應(yīng)了驅(qū)動門晶體管15的門電極下形成的溝道的電位。
接下來，使復(fù)位信號FGRS1為“L”，打開電位設(shè)定晶體管17，使浮動門晶體管13的門電極為浮動狀態(tài)。由此，在垂直信號線18中產(chǎn)生圖4中A所示的電位。這一電位是與浮動門晶體管13的門電極下的溝道中存儲的信號電荷對應(yīng)的電位。
接下來，按圖4中所示時間選擇使復(fù)位信號RS1為“H”，打開復(fù)位門晶體管14。從而，排出浮動門晶體管13的門電極下的溝道中存儲的電荷(圖4所示的B)。這一動作之后，垂直信號線18變?yōu)閳D4中C所示的電位，這是浮動門晶體管13的門電極下的溝道中沒有存儲信號電荷的狀態(tài)時的電位。來自象素P11的檢測信號是該電位差(A-C)。
根據(jù)上述讀出動作，不會發(fā)生現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中的復(fù)位噪音乃至KTC噪音的問題。即對浮動門晶體管13的門電極下的溝道中存儲的電荷執(zhí)行復(fù)位操作時，可以完全排出這些存儲電荷。從而，由電子快門動作檢測來自象素的信號時，能夠得到不被疊加復(fù)位噪音乃至KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。
圖5是第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的平面圖，圖6是上述CMOS圖像傳感器的截面圖。
如圖5所示，活性區(qū)域(半導(dǎo)體區(qū)域)31上分別配置有傳輸門晶體管12的門電極12A、浮動門晶體管13的門電極13A、復(fù)位晶體管14的門電極14A。浮動門晶體管13的門電極13A與電位設(shè)定晶體管17的源極相連接，將控制信號FGC1提供給該晶體管17的漏極。浮動門晶體管13的門電極13A還與驅(qū)動門晶體管15的門電極相連接。
圖6是沿圖5中的4-4線的截面圖。P型半導(dǎo)體基板41的表面區(qū)域上形成有n+型區(qū)域42。而且將光電二極管11的n型區(qū)域43埋入到p型半導(dǎo)體基板41中。n+型區(qū)域42和n型區(qū)域43之間的p型半導(dǎo)體基板41上形成有門電極氧化膜44，該門電極氧化膜44上分別形成有傳輸門晶體管12的門電極12A、浮動門晶體管13的門電極13A、以及復(fù)位門晶體管14的門電極14A。根據(jù)需要，還可以在門電極12A、門電極13A以及門電極14A下的p型半導(dǎo)體基板上，設(shè)置用于對閾值進(jìn)行調(diào)整的半導(dǎo)體區(qū)域。而且，也可以設(shè)置圖中沒有示出的溢漏，排出光電二極管11中存儲的過剩的電荷。
上面說明的第一實(shí)施例中，因?yàn)橛糜跈z測信號電荷的檢測節(jié)點(diǎn)不是漂移擴(kuò)散層而是漂移門電極結(jié)構(gòu)，即在具有成為漂移狀態(tài)的門電極的晶體管的溝道中構(gòu)成檢測節(jié)點(diǎn)，所以檢測節(jié)點(diǎn)中沒有信號的場合漂移門電極下的半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)槿?，能夠避免?fù)位噪音或者KTC噪音的產(chǎn)生。因此，能夠從象素中檢測到?jīng)]有被疊加復(fù)位噪音或者KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。
第二實(shí)施例接下來，說明作為本發(fā)明第二實(shí)施例的固體攝像裝置的CMOS圖像傳感器。和上述第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖8是上述CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形圖。
如圖7所示，象素P11中配置有光電二極管51、傳輸門晶體管52、浮動門晶體管53、復(fù)位門晶體管54、源極跟隨器的驅(qū)動門晶體管55、電源56、尋址門晶體管57以及浮動門電位設(shè)定晶體管(下文中稱之為電位設(shè)定晶體管)58。這些傳輸門晶體管52、浮動門晶體管53、復(fù)位門晶體管54、驅(qū)動門晶體管55、尋址門晶體管57以及電位設(shè)定晶體管58由例如n溝道MOS晶體管構(gòu)成。
光電二極管51的陰極連接傳輸門晶體管52的源極，該晶體管52的漏極連接浮動門晶體管53的源極。晶體管53的漏極連接復(fù)位門晶體管54的源極，該晶體管54的漏極與電源56相連。浮動門晶體管53的門電極與電位設(shè)定晶體管58的源極連接，該晶體管58的漏極與電源56連接。浮動門晶體管53的門電極還與驅(qū)動門晶體管55的門電極相連接。驅(qū)動門晶體管55的漏極連接到電源56，該晶體管55的源極與尋址門晶體管57的漏極相連。尋址門晶體管57的源極通過垂直信號線18與緩沖電路19的輸入端相連。緩沖電路19的輸出端通過掃描開關(guān)晶體管20與最終輸出緩沖電路21相連。尋址門晶體管57的源極還與電流源22連接。而且，掃描開關(guān)晶體管20的門電極連接到掃描用寄存器23。
在象素P11中，將復(fù)位信號RS1提供給復(fù)位門晶體管54的門電極。將傳輸信號TG1分別提供給傳輸門晶體管52以及電位設(shè)定晶體管58的門電極。而且，將尋址信號ADD1提供給尋址門晶體管57的門電極。在象素P12中，也以與上述提供方式相同的方式提供上述各種信號。而且，在象素P21、P22中，也以與上述提供方式相同的方式來提供復(fù)位信號RS2、傳輸信號TG1以及尋址信號ADD1。
檢測來自象素P11的信號電荷的讀出動作如下所述。在積分模式，將光電二極管51中存儲的信號電荷傳輸給浮動門晶體管53的門電極下的溝道。
首先，使復(fù)位信號RS1為“L”，傳輸信號TG1為“L”，而且使尋址信號ADD1為“L”，使尋址門晶體管53的門電極為浮動狀態(tài)。接下來，使尋址信號ADD1為“H”，打開尋址門晶體管57。因此，來自電流源22的電流(電子電流)成為選擇性地僅流入驅(qū)動門晶體管55的門電極下形成的溝道中的狀態(tài)。在這一狀態(tài)時，垂直信號線18中產(chǎn)生的電位反應(yīng)了驅(qū)動門晶體管55的門電極下形成的溝道的電位。因此，垂直信號線18中產(chǎn)生圖8中A所示的電位。這一電位是與浮動門晶體管53的門電極下的溝道中存儲的信號電荷對應(yīng)的電位。
接下來，按圖8中所示時間選擇使復(fù)位信號RS1為“H”，排出浮動門晶體管53的門電極下的溝道中存儲的信號電荷(圖8所示的B)。這一動作之后，垂直信號線18變?yōu)閳D8中C所示的電位，這是浮動門晶體管53的門電極下的溝道中沒有存儲信號電荷的狀態(tài)時的電位。來自象素P11的檢測信號是該電位差(A-C)。
根據(jù)上述讀出動作，不會發(fā)生現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中的復(fù)位噪音乃至KTC噪音的問題。這是由于對浮動門晶體管53的門電極下的溝道中存儲的電荷執(zhí)行復(fù)位操作時，可以完全排出這些存儲電荷。從而，由電子快門動作檢測來自象素的信號時，能夠得到不被疊加復(fù)位噪音乃至KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。
圖9是第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的平面圖。
活性區(qū)域(半導(dǎo)體區(qū)域)31上分別配置有傳輸門晶體管52的門電極52A、浮動門晶體管53的門電極53A、復(fù)位晶體管54的門電極54A。浮動門晶體管53的門電極53A與電位設(shè)定晶體管58的源極相連接，該晶體管58的漏極與電源56相連。浮動門晶體管53的門電極53A還與驅(qū)動門晶體管55的門電極相連接。
上面說明的第二實(shí)施例中，因?yàn)橛糜跈z測信號電荷的檢測節(jié)點(diǎn)不是漂移擴(kuò)散層而是漂移門電極結(jié)構(gòu)，即在具有成為漂移狀態(tài)的門電極的晶體管的溝道中構(gòu)成檢測節(jié)點(diǎn)，所以檢測節(jié)點(diǎn)中沒有信號的場合漂移門電極下的半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)槿?，能夠避免?fù)位噪音乃至KTC噪音的產(chǎn)生。因此，能夠從象素中檢測到?jīng)]有被疊加復(fù)位噪音或者KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。而且，與上述第一實(shí)施例相比，具有能夠減少用于對動作進(jìn)行控制的信號的效果。
第三實(shí)施例接下來，說明作為本發(fā)明第三實(shí)施例的固體攝像裝置的CMOS圖像傳感器。和上述第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。
圖10是本發(fā)明第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖11是上述CMOS圖像傳感器中動作時間及輸出波形圖。
如圖10所示，象素P11中配置有光電二極管81、傳輸門晶體管和浮動門晶體管共用的晶體管82、電位設(shè)定晶體管83、復(fù)位門晶體管84、源極跟隨器的驅(qū)動門晶體管85以及電源86。這些共用晶體管82、電位設(shè)定晶體管83、復(fù)位門晶體管84以及驅(qū)動門晶體管85由例如n溝道MOS晶體管構(gòu)成。
光電二極管81的陰極連接共用晶體管82的源極，該晶體管82的漏極連接復(fù)位門晶體管84的源極。該晶體管84的漏極與電源86相連。共用晶體管82的門電極與電位設(shè)定晶體管83的源極相連接，將控制信號FGC1提供給該晶體管83的漏極。共用晶體管82的門極還與驅(qū)動門晶體管85的門極相連接。驅(qū)動門晶體管85的漏極與電源86連接，該晶體管85的源極通過垂直信號線18與緩沖電路19的輸入端連接。緩沖電路19的輸出端通過掃描開關(guān)晶體管20與最終輸出緩沖電路21相連。驅(qū)動門晶體管85的源極還與電流源22連接。而且，掃描開關(guān)晶體管20的門電極連接到掃描用寄存器23。
在象素P11中，將復(fù)位信號RS1提供給復(fù)位門晶體管84的門電極。將控制信號FGC1通過電位設(shè)定晶體管83分別提供給共用晶體管82以及驅(qū)動門晶體管85的門電極。而且，將復(fù)位信號FGRS1提供給電位設(shè)定晶體管83的門電極。在象素P12中，也以與上述提供方式相同的方式提供上述各種信號。而且，在象素P21、P22中，也以與上述提供方式相同的方式來提供復(fù)位信號RS2、控制信號FGC2以及復(fù)位信號FGRS2。
檢測來自象素P11的信號電荷的讀出動作如下所述。在積分模式，將光電二極管81中存儲的信號電荷傳輸給構(gòu)成浮動門晶體管的共用晶體管82的門電極下的溝道。
首先，使控制信號FGC1為“L”，復(fù)位信號FGRS1為“H”，使復(fù)位信號RS1為“L”。接下來，使控制信號FGC1為“H”，打開傳輸門晶體管和浮動門晶體管的共用晶體管82和驅(qū)動門晶體管85。接著，使復(fù)位信號FGRS1為“L”，打開電位設(shè)定晶體管83，使傳輸門晶體管和浮動門晶體管的共用晶體管82的門電極浮動化。因此，來自電流源2的電流(電子電流)成為選擇性地僅流入驅(qū)動門晶體管85的門電極下形成的溝道中的狀態(tài)。在這一狀態(tài)時，垂直信號線18中產(chǎn)生的電位反應(yīng)了驅(qū)動門晶體管85的門電極下形成的溝道的電位。因此，垂直信號線18中產(chǎn)生圖11中A所示的電位。這一電位是與共用晶體管82的門電極下的溝道中存儲的信號電荷對應(yīng)的電位。
接下來，按圖11中所示時間選擇使復(fù)位信號RS1為“H”，排出共用晶體管82的門電極下的溝道中存儲的信號電荷(圖11所示的B)。這一動作之后，垂直信號線18變?yōu)閳D11中C所示的電位，這是構(gòu)成浮動門晶體管的共用晶體管82的門電極下的溝道中沒有存儲信號電荷的狀態(tài)時的電位。來自象素P11的檢測信號是該電位差(A-C)。
根據(jù)上述讀出動作，不會發(fā)生現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中的復(fù)位噪音乃至KTC噪音的問題。這是因?yàn)閷鬏旈T晶體管和浮動門晶體管的共用晶體管82的門電極下(溝道)存儲的電荷執(zhí)行復(fù)位操作時，可以完全排出這些存儲電荷。從而，由電子快門動作檢測來自象素的信號時，能夠得到不被疊加復(fù)位噪音乃至KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。
圖12示出的是上述讀出模式時的電勢。
按照“HH(最高)”、“H”(高)、“L(低)”三個值(HH＞H＞L)，施加給傳輸門晶體管和浮動門晶體管的共用晶體管82的控制信號FGC1的電壓在圖12中分別引起如D、E、F示出的電勢。即，當(dāng)控制信號FGC1為“HH”時，將來自光電二極管81的信號電荷傳送給共用晶體管82的溝道，控制信號FGC1為“H”或者“L”時，信號電荷都能夠保持在共用晶體管82中。從而，由于使執(zhí)行讀出操作的象素中的控制信號FGC1為“H”，沒有執(zhí)行讀出操作的象素中的控制信號FGC1為“L”，能夠?qū)⒐灿镁w管82作為尋址門晶體管利用，所以可以省略用于象素選擇的尋址門晶體管。另外，圖12中示出的G是上述溢漏的電勢，將光電二極管81中存儲的過剩電荷排除到溢漏中。
上面說明的第三實(shí)施例中，因?yàn)橛糜跈z測信號電荷的檢測節(jié)點(diǎn)不是漂移擴(kuò)散層而是漂移門電極結(jié)構(gòu)，即在具有成為漂移狀態(tài)的門電極的晶體管的溝道中構(gòu)成檢測節(jié)點(diǎn)，所以檢測節(jié)點(diǎn)中沒有信號的場合漂移門電極下的半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)槿眨軌虮苊鈴?fù)位噪音或者KTC噪音的產(chǎn)生。因此，能夠從象素中檢測到?jīng)]有被疊加復(fù)位噪音或者至KTC噪音的具有良好品質(zhì)的信號。而且，由于共用晶體管82具有前述第一實(shí)施例中的傳輸門晶體管12和浮動門晶體管13的功能，所以能夠去掉傳輸門晶體管12以及用于控制動作的傳輸信號TG1，從而能夠達(dá)到簡化元件結(jié)構(gòu)的效果。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種伴隨著電子快門動作檢測信號電荷時，不將復(fù)位噪音或者KTC噪音疊加到信號電荷中，從而能夠得到具有良好品質(zhì)的信號電荷的固體攝像裝置。
而且，上述各實(shí)施例不僅可以單獨(dú)實(shí)施，也可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合后再實(shí)施。另外，上述各實(shí)施例中包含發(fā)明的各個階段，對各實(shí)施例中揭示的多個構(gòu)成部件進(jìn)行適當(dāng)組合也可以得出各階段的發(fā)明。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易得出本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)或?qū)ζ渥鞒鲂薷摹Ｒ虼?，本發(fā)明更廣泛的方面不受這里描述的具體的細(xì)節(jié)和有代表性的實(shí)施例的限制。相應(yīng)地，在不脫離由附加權(quán)利要求及其等價體限定的一般發(fā)明理念的精神和范圍的情況下，可以作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括(圖3)光電二極管，收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷；浮動門晶體管，具有選取被供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在所述門電極下生成的溝道中存儲所述信號電荷；控制電路，控制所述光電二極管和所述浮動門晶體管之間的所述信號電荷的傳送；切換電路，根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門電極從連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)；復(fù)位電路，排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷；電位檢測回路，檢測上述浮動門晶體管的門電極電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述電位檢測回路包含將連接到所述浮動門晶體管的布線作為門電極的驅(qū)動晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述浮動門晶體管、所述控制電路、所述切換電路、所述復(fù)位電路以及所述電位檢測回路由MOS電場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置，其特征在于，構(gòu)成所述切換回路的晶體管的電流通路的一端連接到所述浮動門晶體管的門極以及構(gòu)成所述電位檢測回路的晶體管的門極，將第一信號提供給所述電流通路的另一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其特征在于，將第二信號提供給構(gòu)成所述控制電路的晶體管的門極，將第三信號提供給構(gòu)成所述切換電路的晶體管的門極，將第四信號提供給構(gòu)成所述復(fù)位電路的晶體管的門極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，由所述光電二極管、所述浮動門晶體管、所述控制電路、所述切換電路、所述復(fù)位電路以及所述電位檢測回路構(gòu)成單元，在半導(dǎo)體基板上二維配置所述單元，此外還具有根據(jù)規(guī)定的時間掃描從所述單元輸出的信號電壓的掃描電路。
7.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括(圖7)光電二極管，收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷；浮動門晶體管，具有選取被供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門極，在所述門極下產(chǎn)生的溝道中存儲所述信號電荷；控制電路，控制上述光電二極管和上述浮動門晶體管之間的上述信號電荷的傳送；切換電路，根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門極從連續(xù)狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)；復(fù)位電路，排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷；電位檢測電路，檢測上述浮動門晶體管的門極電位，和尋址電路，根據(jù)尋址信號切換到輸出或者不輸出由所述電位檢測電路檢測的信號電壓中的一種狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述電位檢測回路包含將連接到所述浮動門晶體管的布線作為其門電極的驅(qū)動晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述浮動門晶體管、所述控制電路、所述切換電路、所述復(fù)位電路、所述電位檢測回路以及所述尋址回路由MOS電場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，構(gòu)成所述切換回路的晶體管的電流通路的一端連接到所述浮動門晶體管的門極以及構(gòu)成所述電位檢測回路的晶體管的門極，將電源電壓提供給所述電流通路的另一端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置，其特征在于，將第一信號提供給構(gòu)成所述控制電路的晶體管的門極以及構(gòu)成所述切換電路的晶體管的門極，將第二信號提供給構(gòu)成所述復(fù)位電路的晶體管的門極。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置，其特征在于，由所述光電二極管、所述浮動門晶體管、所述控制電路、所述切換電路、所述復(fù)位電路、所述電位檢測電路以及尋址電路構(gòu)成單元，在半導(dǎo)體基板上二維配置所述單元，此外還具有根據(jù)規(guī)定的時間掃描從所述單元輸出的信號電壓的掃描電路。
13.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括(圖10)光電二極管，收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷；浮動門晶體管，具有選取被供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門極，在所述門極下產(chǎn)生的溝道中存儲所述信號電荷；切換電路，根據(jù)規(guī)定的時間選擇將所述浮動門晶體管的門極從連續(xù)狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)；復(fù)位電路，排出所述浮動門晶體管的所述溝道中存儲的所述信號電荷；和電位檢測電路，檢測所述浮動門晶體管的門極電位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述電位檢測回路包含將連接到所述浮動門晶體管的布線作為其門電極的驅(qū)動晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述浮動門晶體管、所述切換電路、所述復(fù)位電路、所述電位檢測回路由MOS電場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，構(gòu)成所述切換回路的晶體管的電流通路的一端連接到所述浮動門晶體管的門極以及構(gòu)成所述電位檢測電路的晶體管的門極，將第一信號提供給所述電流通路的另一端。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體攝像裝置，其特征在于，提供給構(gòu)成所述切換電路的晶體管的所述電流回路的另一端的所述第一信號具有三個電壓電平。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體攝像裝置，其特征在于，將第二信號提供給構(gòu)成所述切換電路的晶體管的門極，將第三信號提供給構(gòu)成所述復(fù)位電路的晶體管的門極。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其特征在于，由所述光電二極管、所述浮動門晶體管、所述切換電路、所述復(fù)位電路以及所述電位檢測電路構(gòu)成單元，在半導(dǎo)體基板上二維配置所述單元，此外還具有根據(jù)規(guī)定的時間掃描從所述單元輸出的信號電壓的掃描電路。
全文摘要
固體成像裝置由光電二極管、浮動門晶體管、控制電路、切換電路、復(fù)位電路以及電位檢測回路構(gòu)成。上述光電二極管收集并存儲根據(jù)入射光量產(chǎn)生的信號電荷。上述浮動門晶體管具有選取被供給信號的連接狀態(tài)或者浮動狀態(tài)中某一種狀態(tài)的門電極，在上述門電極下生成的溝道中存儲上述信號電荷。上述控制電路控制上述光電二極管和上述浮動門晶體管之間的上述信號電荷的傳送。上述切換電路根據(jù)規(guī)定的時間選擇將上述浮動門晶體管的門電極從連接狀態(tài)切換到浮動狀態(tài)。上述復(fù)位電路排出上述浮動門晶體管的上述溝道中存儲的上述信號電荷。上述電位檢測回路，檢測上述浮動門晶體管的門電極電位。
文檔編號H04N5/374GK1630349SQ200410047160
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者後藤浩成, 井上郁子 申請人:株式會社東芝