專利名稱：放大型固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在像素部具有放大電路的放大型固體攝像裝置。詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及包括具有光電轉(zhuǎn)換元件和傳送該光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的傳輸晶體管的多個(gè)像素，并分別放大上述來自各像素的信號(hào)后讀出至信號(hào)線上的放大型固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
一般地，放大型固體攝像裝置包括具有放大功能的像素部、和配置于像素部周邊的掃描電路，通過該掃描電路從像素部讀出像素?cái)?shù)據(jù)的放大型固體攝像裝置正在普及。
作為此種放大型固體攝像裝置的一例，像素部由有利于與周邊驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路一體化的CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)構(gòu)成的APS(Active Pixel Sensor有源像素傳感器)型圖像傳感器已被熟知。
上述APS型圖像傳感器中，從二維排列的多個(gè)像素中讀出信號(hào)時(shí)，一般以行為單位按順序讀出。
上述APS型圖像傳感器在曝光時(shí)間較短的快門動(dòng)作時(shí)，由于各行的曝光時(shí)間不同，動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象的情況下，就會(huì)發(fā)生圖像失真的問題。以下述的圖7對(duì)此進(jìn)行說明。
圖7為背景技術(shù)的放大型固體攝像裝置的動(dòng)作示意圖。
在圖7中，直線形狀的輸入圖像(A)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在時(shí)刻t1、t2、t3、t4、t5時(shí)的位置如圖所示以各虛線表示。另一方面，APS型圖像傳感器的圖像讀取沿垂直掃描方向，在時(shí)刻t1、t2、t3、t4、t5時(shí)變化到圖示的位置。因此，所讀取的圖像成為對(duì)各讀取掃描時(shí)刻的圖像位置實(shí)施了跟蹤后的位置，輸出圖像為(B)中以實(shí)線所示那樣發(fā)生了失真的圖像。
圖8為能夠避免上述問題的4晶體管型結(jié)構(gòu)(例如，特開2002-320141號(hào)公報(bào))的示意圖。圖9是該4晶體管結(jié)構(gòu)中各種信號(hào)的動(dòng)作時(shí)序圖。
此外，在圖8中，Cs為電容，VR為復(fù)位漏極電源，VD為輸出漏極電源。另外，在圖8中，ΦTX是輸送部M1的驅(qū)動(dòng)脈沖，ΦRS為復(fù)位部M2的驅(qū)動(dòng)脈沖，ΦSL為像素選擇部M4的驅(qū)動(dòng)脈沖。此外，Vout為自垂直信號(hào)線輸出的輸出信號(hào)。
如圖8所示，背景技術(shù)中的4晶體管型結(jié)構(gòu)具有作為光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管PD。另外，在背景技術(shù)的4晶體管型結(jié)構(gòu)中，用于傳送蓄積于光電二極管PD的信號(hào)電荷的傳送部M1、放大部M3、復(fù)位部M2、及像素選擇部M4由晶體管構(gòu)成。
在圖8所示的背景技術(shù)的4晶體管型結(jié)構(gòu)中，如圖9所示，首先，在TR期間，通過開啟(高電平)復(fù)位部驅(qū)動(dòng)脈沖ΦRS，從而電荷檢測(cè)部FD的電位始終固定在VR，開啟(高電平)傳送部驅(qū)動(dòng)脈沖ΦTX，從光電二極管PD向電荷檢測(cè)部FD放出信號(hào)電荷，并進(jìn)行光電二極管的復(fù)位動(dòng)作。
接著，在期間TINT內(nèi)進(jìn)行曝光。即，從令傳送驅(qū)動(dòng)部脈沖ΦTX關(guān)閉(低電平)到接下來令ΦTX開啟的期間TINT，將光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)電荷蓄積于光電二極管PD。上述期間TINT為曝光期間。此外，在上述期間TINT的最后，通過令脈沖ΦRS從開啟至關(guān)閉，使電荷檢測(cè)部FD的電位處于浮動(dòng)狀態(tài)，從而進(jìn)行FD部的復(fù)位動(dòng)作。
然后，在期間TW中，令傳送部驅(qū)動(dòng)脈沖ΦTX開啟，在曝光期間TINT內(nèi)將蓄積于光電二極管的信號(hào)電荷向FD部傳送，并將光電二極管的信號(hào)電荷寫入至FD部。
此外，在期間TR～TINT～TW中，所有的像素都以同一時(shí)序動(dòng)作，所有像素共同進(jìn)行曝光蓄積動(dòng)作。由此，例如，在曝光期間TI NT的較短快門動(dòng)作時(shí)，也能夠確保整個(gè)圖像的同時(shí)性，對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象也能夠無失真地進(jìn)行攝像。
接下來，在期間Ts內(nèi)，將寫入到FD部的信號(hào)電荷以行為單位順次讀出。詳細(xì)地說，首先在期間T1內(nèi)，讀出寫入至FD部的信號(hào)電平。其次，在期間T2內(nèi)令脈沖ΦRS開啟，F(xiàn)D部復(fù)位。然后，在期間T3內(nèi)讀出FD部的復(fù)位電平。其后，通過熟知的相關(guān)二次采樣(CDS)動(dòng)作，在此后消除期間T1的信號(hào)電平和期間T3的復(fù)位電平差，由此除去基于放大晶體管M3的閾值電壓隨各個(gè)像素不同而產(chǎn)生偏差等引起的固定模式的噪聲。
但是，上述4晶體管型結(jié)構(gòu)存在以下的課題。
即，在期間T1的信號(hào)電平上，疊加了在此前的期間Tw內(nèi)復(fù)位時(shí)的復(fù)位噪聲Vn1。在期間T3的復(fù)位電平上，疊加了在此前的期間T2內(nèi)復(fù)位時(shí)的復(fù)位噪聲Vn2。此外，復(fù)位噪聲在每次復(fù)位時(shí)隨機(jī)變化，Vn1與Vn2之間不相關(guān)。因此，即使消除Vn1和Vn2的差，復(fù)位噪聲也并不消失，反倒以(Vn12+Vn22)1/2的形式增大，存在復(fù)位噪聲不能消除的問題。而且，該噪聲為在像素中隨機(jī)變化的噪聲，存在顯著妨礙圖像的信噪比的問題。
進(jìn)而列舉下述方面作為其他的問題點(diǎn)。
在圖9中，在期間TW內(nèi)寫入的信號(hào)電荷經(jīng)過期間Ts后保持在FD部，在此期間，保持信號(hào)不能發(fā)生變化，但在上述4晶體管型結(jié)構(gòu)中，如圖8所示，由于FD部通過傳輸門M1與光電二極管PD部相鄰，故在FD部的保持期間TS內(nèi)，存在信號(hào)惡化(保持信號(hào)發(fā)生變化)的問題。
圖10是說明此問題的圖。
如圖10所示，在P型襯底101的上面，形成了N型的光電轉(zhuǎn)換蓄積部102及固定表面電位的釘扎(pinning)層103作為光電二極管。此外，與光電二極管相鄰形成了傳輸門106及電荷檢測(cè)部104。在電荷檢測(cè)部104上形成了遮光層107。
由此，存在以下問題在FD部的保持期間TS內(nèi)，如果存在傾斜入射光，則入射光的一部分到達(dá)電荷檢測(cè)部104，在此處經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的電荷會(huì)污染保持于電荷檢測(cè)部104的信號(hào)(使保持信號(hào)發(fā)生變化)。而且，還存在以下問題到達(dá)光電轉(zhuǎn)換蓄積部102下側(cè)的入射光在那里進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的電荷因擴(kuò)散而到達(dá)電荷檢出部104，該電荷在電荷檢出部104中的保持期間Ts內(nèi)，會(huì)污染信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題在于提供一種放大型固體攝像裝置，對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象也能夠無失真地?cái)z像，并能夠抑制復(fù)位噪聲從而獲得高信噪比(S/N)的圖像，而且可以防止在保持期間的信號(hào)被污染。
為了解決上述課題，本發(fā)明的放大型固體攝像裝置，其特征為，包括像素，具有光電轉(zhuǎn)換元件和傳送來自該光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的傳輸晶體管；
開關(guān)電容放大器部，由具有串聯(lián)連接的第一開關(guān)元件和第一電容元件的第一路徑、反相放大器、及復(fù)位用開關(guān)元件并聯(lián)連接而成；以及控制部，關(guān)閉上述傳輸晶體管，對(duì)在上述光電轉(zhuǎn)換元件處蓄積信號(hào)電荷進(jìn)行控制后，通過上述復(fù)位用開關(guān)元件進(jìn)行對(duì)上述反相放大器的輸入復(fù)位的第一復(fù)位動(dòng)作，其后在開啟上述第一開關(guān)元件并關(guān)閉上述復(fù)位用開關(guān)元件的狀態(tài)下，令上述傳輸晶體管在規(guī)定期間導(dǎo)通，控制積蓄在上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷寫入至上述第一電容元件，其后，令上述第一開關(guān)元件開啟，控制將寫入到第一電容元件的信號(hào)電荷從上述開關(guān)電容放大器部輸出。
基于本發(fā)明，在將光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)寫入到上述第一電容元件后，由于要讀出來自上述第一電容元件的信號(hào)，故能夠以希望的時(shí)序讀出信號(hào)，并可以抑制保持期間內(nèi)信號(hào)的污染。此外，本發(fā)明中有2種復(fù)位動(dòng)作。第一復(fù)位動(dòng)作為對(duì)反相放大器的輸入進(jìn)行復(fù)位，之后，向反相放大器的輸入端傳送來自光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷，分別讀出這些復(fù)位后信號(hào)以及信號(hào)電荷傳送后信號(hào)，此后通過取出變化部分，從而檢測(cè)出純信號(hào)。另外，復(fù)位光電轉(zhuǎn)換元件為初始狀態(tài)的動(dòng)作是第二復(fù)位動(dòng)作，該動(dòng)作與第一復(fù)位動(dòng)作不同。
此外，一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置，其特征在于，上述開關(guān)電容放大器部包括第二路徑，并聯(lián)連接在上述第一路徑，并具有串聯(lián)連接的第二開關(guān)元件及第二電容元件；上述控制部，通過開啟上述第一開關(guān)元件及上述第二開關(guān)元件，進(jìn)行將上述第一復(fù)位動(dòng)作時(shí)的復(fù)位信號(hào)寫入至上述第一電容元件及上述第二電容元件的控制后，開啟上述第一開關(guān)元件并關(guān)閉上述第二開關(guān)元件，進(jìn)行僅對(duì)上述第一電容元件寫入蓄積于上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的控制，其后，進(jìn)行開啟上述第一開關(guān)元件，將寫入至上述第一電容元件的信號(hào)電荷從上述開關(guān)電容放大器部輸出的控制，以及進(jìn)行開啟上述第二開關(guān)元件，將寫入至第二電容元件的復(fù)位信號(hào)從上述開關(guān)電容放大器部輸出的控制。
基于上述實(shí)施方式，在將光電轉(zhuǎn)換元件的復(fù)位信號(hào)寫入至第一電容元件及第二電容元件后，進(jìn)行僅對(duì)上述第一電容元件寫入蓄積于上述光電轉(zhuǎn)換元件處的信號(hào)電荷的控制，此后，進(jìn)行將寫入至上述第一電容元件的信號(hào)電荷從上述開關(guān)電容放大器部輸出的控制、以及將寫入至第二電容元件的復(fù)位信號(hào)從上述開關(guān)電容放大器部輸出的控制。因此，該實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置，例如，通過后來的CDS動(dòng)作消除復(fù)位信號(hào)與光電轉(zhuǎn)換元件信號(hào)的差，從而可以去除復(fù)位噪聲。所以，能夠得到對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象也能無失真地?cái)z像，同時(shí)大幅度降低噪聲，使圖像無噪聲且品質(zhì)良好。
另外，一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置，存在多個(gè)上述像素，上述控制部進(jìn)行將上述多個(gè)像素具有的全部上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)同時(shí)寫入至上述第一電容元件的控制。
基于上述實(shí)施方式，由于上述控制部進(jìn)行將上述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)同時(shí)寫入至上述第一電容元件的控制，故可以縮短信號(hào)的寫入時(shí)間。
此外，一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的上述控制部，在進(jìn)行將上述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)同時(shí)寫入至上述第一電容元件的控制之前，對(duì)全部光電轉(zhuǎn)換元件同時(shí)進(jìn)行將上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)復(fù)位的第二復(fù)位動(dòng)作的控制。
基于上述實(shí)施方式，由于對(duì)所有光電轉(zhuǎn)換元件同時(shí)進(jìn)行第二復(fù)位動(dòng)作，故其后可以同時(shí)寫入所有光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)。此外，由于全部的光電轉(zhuǎn)換元件的圖像信息以同一時(shí)序獲得，因而對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象也能夠進(jìn)行無失真地?cái)z像。
此外，一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置，存在多個(gè)上述像素，上述控制部進(jìn)行將上述多個(gè)像素所具有的全部上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)順序?qū)懭胫辽鲜龅谝浑娙菰目刂啤?br> 基于上述實(shí)施方式，由于上述控制部進(jìn)行將上述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)順序?qū)懭胫辽鲜龅谝浑娙菰目刂?，故可以防止?qū)動(dòng)電流的集中，并可以防止構(gòu)成部件的破壞。
此外，一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的上述控制部，在進(jìn)行將上述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)順次寫入至上述第一電容元件的控制之前，對(duì)全部光電轉(zhuǎn)換元件順次進(jìn)行將上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)復(fù)位的第二復(fù)位動(dòng)作。
基于上述實(shí)施方式，在對(duì)全部光電轉(zhuǎn)換元件順次進(jìn)行第二復(fù)位動(dòng)作后，由于順次寫入全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)，故通過第二復(fù)位動(dòng)作及寫入動(dòng)作的高速進(jìn)行，可以防止讀出電流的集中，并在短時(shí)間內(nèi)獲得全部光電轉(zhuǎn)換元件的圖像信息。
一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的上述光電轉(zhuǎn)換元件為埋入型光電二極管。
基于上述實(shí)施方式，由于上述光電轉(zhuǎn)換元件為埋入型光電二極管，故上述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的暗電流所引起的噪聲大幅度降低。因此，通過與后來的基于CDS動(dòng)作的復(fù)位噪聲降低的相乘作用，整個(gè)像素部的噪聲大大降低。
基于本發(fā)明，在將光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)寫入至第一電容元件后，由于要讀出來自上述第一電容元件的信號(hào)，故能夠以希望的時(shí)序讀出信號(hào)，同時(shí)可以抑制在保持期間內(nèi)的信號(hào)污染。


通過以下的詳細(xì)說明和附圖可以更充分地理解本發(fā)明。附圖僅用于說明，并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。圖中，〔圖1〕為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的一部分的電路圖。
〔圖2〕為圖1所示構(gòu)成的放大型固體攝像裝置的一種實(shí)施方式的時(shí)序圖。
〔圖3〕為圖1所示構(gòu)成的放大型固體攝像裝置的其他實(shí)施方式的時(shí)序圖。
〔圖4〕為與本發(fā)明的圖1有不同構(gòu)成的放大型固體攝像裝置的示意圖。
〔圖5A〕是每一個(gè)像素的電容為一個(gè)的放大型固體攝像裝置的部分電路圖。
〔圖5B〕是每一個(gè)像素的電容為一個(gè)的放大型固體攝像裝置的部分電路圖。
〔圖6〕為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的一部分的剖面圖。
〔圖7〕為背景技術(shù)的放大型固體攝像裝置的一部分的剖面圖。
〔圖8〕為背景技術(shù)的4晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
〔圖9〕為上述4晶體管結(jié)構(gòu)中的動(dòng)作時(shí)序圖。
〔圖10〕為表示背景技術(shù)的放大型固體攝像裝置的層結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的放大型固體攝像裝置根據(jù)圖示的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的一部分的電路圖。
此放大型固體攝像裝置具有像素部10和控制部20。
上述像素部10具有一個(gè)像素、一個(gè)開關(guān)電容放大器部、選擇部5。
上述像素由作為光電轉(zhuǎn)換元件的一例的埋入型光電二極管1、以及由負(fù)責(zé)將該光電二極管1的信號(hào)電荷傳輸至檢測(cè)部FD并具有如圖8的M1所示構(gòu)造的傳輸晶體管構(gòu)成的傳送部2構(gòu)成。
上述開關(guān)電容放大器部由下述器件構(gòu)成將來自傳送部2的信號(hào)傳送至電容元件的反相放大器3；由復(fù)位用開關(guān)元件構(gòu)成的復(fù)位部4，該復(fù)位用開關(guān)元件將檢測(cè)部FD復(fù)位至使反相放大器3的輸入輸出間發(fā)生短路的電位；以及蓄積信號(hào)電荷的電容元件。此外，上述電容元件具有保持來自光電二極管1的信號(hào)的第一電容元件7和保持復(fù)位電平的第二電容元件9。第一電容元件7與控制它的第一開關(guān)元件6、第二電容元件9與控制它的第二開關(guān)元件8分別串聯(lián)連接。
由上述復(fù)位晶體管構(gòu)成的復(fù)位部4起作為開關(guān)元件的作用。上述第一電容元件7與第一開關(guān)元件6構(gòu)成第一路徑，上述第二電容元件9與第二開關(guān)元件8構(gòu)成第二路徑。上述第一開關(guān)元件6及第二開關(guān)元件8由晶體管構(gòu)成。
上述選擇部5為由晶體管構(gòu)成的開關(guān)元件。上述選擇部5起到將來自第一電容元件7及第二電容元件9的信號(hào)輸出至信號(hào)線11的作用。
此外，控制部20通過分別在傳送部2、復(fù)位部4、選擇部5、第一開關(guān)元件6、第二開關(guān)元件8處施加信號(hào)ΦTi、ΦRi、ΦSi、ΦWi、ΦDi，從而控制傳送部2、復(fù)位部4、選擇部5、第一開關(guān)元件6、第二開關(guān)元件8的驅(qū)動(dòng)(在此，后綴i表示第i行的像素部)。
圖2為圖1中表示一個(gè)像素部的構(gòu)成的放大型固體攝像裝置之一種實(shí)施方式的時(shí)序圖。
以下用圖2對(duì)上述放大型固體攝像裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，在期間Tw內(nèi)，所有像素的寫入動(dòng)作和像素復(fù)位動(dòng)作(第二復(fù)位)一并同時(shí)進(jìn)行。在此，由于一幀(Tint)前的期間Tw內(nèi)也進(jìn)行同樣的動(dòng)作，故在期間Tw的最初，在光電轉(zhuǎn)換元件上蓄積了在期間Tint內(nèi)產(chǎn)生于光電二極管的信號(hào)電荷。
詳細(xì)地說，在Tw中最初的期間T1內(nèi)，通過開啟復(fù)位脈沖ΦRi，檢測(cè)部FD的電位進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作(第一復(fù)位)，同時(shí)，通過開啟開關(guān)ΦWi、ΦDi，將FD的復(fù)位電平保持在第一電容元件7及第二電容元件9內(nèi)。
然后，在期間T1后的期間T2內(nèi)，關(guān)閉(低電平)脈沖ΦDi，在向第二電容元件9寫入FD的復(fù)位電平后，在期間T3中，開啟傳輸脈沖ΦTi，在一幀前的Tint期間內(nèi)向FD部傳送曝光蓄積于光電二極管處的信號(hào)電荷，此時(shí)，通過開啟脈沖ΦWi將FD的電平信號(hào)保持在第一電容元件7內(nèi)。
最后，在期間T3后的期間T4內(nèi)，關(guān)閉脈沖ΦWi，向第一電容元件7寫入FD的信號(hào)電平。以上的動(dòng)作對(duì)全部像素同時(shí)進(jìn)行。
在以上的寫入動(dòng)作中，F(xiàn)D部?jī)H在期間T1內(nèi)復(fù)位一回，此時(shí)，產(chǎn)生寫入時(shí)的復(fù)位噪聲Vnw。而且，第二電容元件9處保持的復(fù)位電平與第一電容元件7處保持的信號(hào)電平，具有相同的復(fù)位噪聲Vnw。此外，在期間T1中，在對(duì)第一電容元件7與第二電容元件9復(fù)位時(shí)，由于第一開關(guān)元件6及第二開關(guān)元件8共同開啟，從而向第一電容元件7及第二電容元件9寫入共同的kTC噪聲Vktc。
在該放大型固體攝像裝置中，在各像素中同時(shí)寫入復(fù)位電平與信號(hào)電平后，在期間Ts內(nèi)，每隔一行順次進(jìn)行從各像素的讀出動(dòng)作。詳細(xì)地說，首先，在第i行的像素中，通過在期間T5內(nèi)開啟復(fù)位脈沖ΦRi，從而對(duì)檢測(cè)部FD的電位進(jìn)行復(fù)位。此后，在期間T6內(nèi)開啟脈沖ΦDi等，并讀出第二電容元件9內(nèi)保持的復(fù)位電平后，在期間T7內(nèi)開啟脈沖ΦWi，讀出保持在第一電容元件7內(nèi)的信號(hào)電平。并且，在圖2中以1H表示的1個(gè)水平掃描期間結(jié)束后，在第i+1行像素中重復(fù)進(jìn)行與上述相同的動(dòng)作。
在該實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置中，讀出動(dòng)作為每隔一行順次執(zhí)行，但由于各圖像是同時(shí)獲得的，故可以對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象進(jìn)行無失真地?cái)z像。在以上的讀出動(dòng)作中，F(xiàn)D部在期間T5內(nèi)僅復(fù)位一次，此時(shí)，產(chǎn)生讀出時(shí)的復(fù)位噪聲Vnr。在從第二電容元件9讀出的復(fù)位電平和從第一電容元件7讀出的信號(hào)電平上疊加相同的復(fù)位噪聲Vnr。
如上所述，在該放大型固體攝像裝置中，2個(gè)信號(hào)，即第二電容元件9處保持的復(fù)位電平與第一電容元件7處保持的信號(hào)電平上，疊加了共同的寫入復(fù)位信號(hào)噪聲Vnw、kTC噪聲Vktc、及讀出復(fù)位噪聲Vnr。因此，雖然在圖中未示出，但通過在后面的CDS動(dòng)作中消除上述2信號(hào)間的差，從而可以共同去除兩復(fù)位噪聲及kTC噪聲，并僅取出信號(hào)成分。所以，比起背景技術(shù)可以獲得噪聲非常小的清晰的圖像。
而且，在期間Tw中，像素復(fù)位動(dòng)作(第二復(fù)位)通過在期間T3中開啟傳送脈沖ΦT并將曝光蓄積在光電二極管處的信號(hào)電荷傳送至FD部來實(shí)行。但是，當(dāng)光電二極管處蓄積的信號(hào)電荷非常多時(shí)，僅通過本動(dòng)作像素復(fù)位動(dòng)作會(huì)不充分。這種情況下，如圖2的虛線所示，也可以在期間TR中，通過再次開啟復(fù)位脈沖ΦR及傳送脈沖ΦT來進(jìn)行增強(qiáng)的像素復(fù)位動(dòng)作。
當(dāng)采用圖2所示的時(shí)序圖時(shí)，一方面可以獲得共同去除兩個(gè)復(fù)位噪聲及kTC噪聲等的作用效果，另一方面，存在著在期間Tw(及期間TR)的像素復(fù)位動(dòng)作時(shí)以及寫入動(dòng)作時(shí)，需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)全部像素部?jī)?nèi)反相放大器，驅(qū)動(dòng)電流集中導(dǎo)致瞬間流過很大電流的問題。
圖3為圖1所示構(gòu)成的放大型固體攝像裝置的其他實(shí)施方式的時(shí)序圖，是可以避免上述瞬間流過大電流的時(shí)序圖。
首先，在期間Tw內(nèi)，以每一行的期間T0按順序高速反復(fù)進(jìn)行全部像素的寫入動(dòng)作和像素復(fù)位(第2復(fù)位)動(dòng)作。在此，由于一幀(Tint)前的期間Tw內(nèi)也進(jìn)行同樣的動(dòng)作，故各行都在期間T0的最初，在光電轉(zhuǎn)換元件上蓄積在期間Tint內(nèi)產(chǎn)生于光電二極管的信號(hào)電荷。
在期間Tw內(nèi)，驅(qū)動(dòng)第i行像素的反相放大器的僅為脈沖VDi的高電平期間。此外，在此中的期間T1、T2、T3、T4內(nèi)的動(dòng)作與圖2的情況相同。即，在期間Tint內(nèi)對(duì)每行進(jìn)行光電二極管處產(chǎn)生并蓄積的信號(hào)電荷的寫入及像素復(fù)位(第二復(fù)位)動(dòng)作。這些動(dòng)作以每一行的期間T0按順序高速反復(fù)進(jìn)行，由n行構(gòu)成的全部像素的寫入動(dòng)作在nT0的期間內(nèi)結(jié)束。由于在該動(dòng)作的時(shí)序圖中，寫入及像素復(fù)位時(shí)也逐行進(jìn)行反相放大器的驅(qū)動(dòng)，故可以可靠地防止驅(qū)動(dòng)電流的集中。
接下來，在期間Ts內(nèi)，與圖2的情況完全相同，從各像素每隔一行順次進(jìn)行讀出動(dòng)作。
在圖3所示的動(dòng)作中，整個(gè)圖像的第二復(fù)位及寫入動(dòng)作需要nT0的期間。更具體地說，由于T0通常為1μs左右，因此，若大約為VGA(640×480)像素，則整個(gè)圖像的第二復(fù)位及寫入動(dòng)作可以在0.5ms左右完成。因此，該時(shí)間與快門時(shí)間1/2000s相當(dāng)，故即便是動(dòng)態(tài)對(duì)象的拍攝也可以使失真量非常小。
而且，與圖2的情況一樣，在期間Tw中，像素復(fù)位(第二復(fù)位)動(dòng)作通過在期間T3內(nèi)開啟傳送脈沖ΦT并將曝光蓄積在光電二極管處的信號(hào)電荷傳送至FD部來進(jìn)行。然而，在光電二極管處蓄積的信號(hào)電荷非常多的情況下，僅以該動(dòng)作像素復(fù)位動(dòng)作可能會(huì)不充分。此時(shí)，如圖3的虛線所示，在脈沖VD的高電平期間TR內(nèi)，通過再次開啟復(fù)位脈沖ΦR及傳送脈沖ΦT，也可以進(jìn)行增強(qiáng)的像素復(fù)位動(dòng)作。
此外，圖1所示的放大型固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)為像素部10具有一個(gè)像素和一個(gè)開關(guān)電容放大器部，但本發(fā)明的放大型固體攝像裝置無疑并不僅限于該構(gòu)成。
圖4為與本發(fā)明的圖1的構(gòu)成不同的放大型固體攝像裝置的示意圖。
該放大型固體攝像裝置的像素部40具有2個(gè)像素和一個(gè)開關(guān)電容放大器部。
上述2個(gè)像素并聯(lián)連接。上述2個(gè)像素由以下構(gòu)成作為光電轉(zhuǎn)換元件的一例的埋入型光電二極管41、負(fù)責(zé)將該光電二極管41的信號(hào)電荷向檢測(cè)部FD傳送并且具有由傳輸晶體管構(gòu)成的傳送部21的像素、作為光電轉(zhuǎn)換元件的一例的埋入型光電二極管42、以及負(fù)責(zé)將該光電二極管42的信號(hào)電荷向檢測(cè)部FD傳送并且具有由傳輸晶體管構(gòu)成的傳送部22的像素。
此外，開關(guān)電容放大器部由以下構(gòu)成將來自傳送部21、22的信號(hào)向電容元件傳送的反相放大器33、由將檢測(cè)部FD復(fù)位至使反相放大器33的輸入輸出間發(fā)生短路的電位的復(fù)位用開關(guān)元件構(gòu)成的復(fù)位部44、以及蓄積信號(hào)電荷的電容元件。
此外，電容元件具有保持來自光電二極管的信號(hào)的第一電容元件71與72、以及保持復(fù)位電平的第二電容元件91和92?？刂频谝浑娙菰?1的動(dòng)作的第一開關(guān)元件61串聯(lián)連接在第一電容元件71上，控制第一電容元件72動(dòng)作的第一開關(guān)元件62串聯(lián)連接在第一電容元件72上。此外，控制第二電容元件91動(dòng)作的第二開關(guān)元件81串聯(lián)連接在第二電容元件91上，控制第二電容元件92動(dòng)作的第二開關(guān)元件82串聯(lián)連接在第二電容元件92上。上述第一開關(guān)元件61、第一開關(guān)元件62、第二開關(guān)元件81及第二開關(guān)元件82由晶體管構(gòu)成。第一電容元件71與第一開關(guān)元件61構(gòu)成第一路徑，同時(shí)，第一電容元件72與第一開關(guān)元件62構(gòu)成第一路徑。此外，第二電容元件91與第二開關(guān)元件81構(gòu)成第二路徑，同時(shí)，第二電容元件92與第二開關(guān)元件82構(gòu)成第二路徑。
上述像素部40具有選擇部55。上述選擇部55為由晶體管構(gòu)成的開關(guān)元件。上述選擇部55負(fù)責(zé)將來自第一電容元件71、第一電容元件72、第二電容元件91及第二電容元件92的信號(hào)輸出至信號(hào)線。
此外，在圖4中，ΦT1i、ΦT2i、ΦRi、ΦSi、ΦW1i、ΦW2i、ΦD1i、ΦD2i分別為從未圖示的驅(qū)動(dòng)部向傳送部21、傳送部22、復(fù)位部44、選擇部55、開關(guān)元件61、開關(guān)元件62、開關(guān)元件81及開關(guān)元件82處的脈沖信號(hào)。此外，后綴i表示第i行的像素部。
圖4中所示放大型固體攝像裝置在2行使用同一開關(guān)電容放大器部，僅僅這一點(diǎn)與圖1所示放大型固體攝像裝置不同。
圖4所示的放大型固體攝像裝置在寫入動(dòng)作時(shí)，首先在奇數(shù)行對(duì)電容元件71、91進(jìn)行與圖1同樣的動(dòng)作后，在偶數(shù)行對(duì)電容元件72、92進(jìn)行與圖1同樣的動(dòng)作，以上動(dòng)作以2行為單位順次重復(fù)進(jìn)行。此外，讀出亦與圖1同樣，在奇數(shù)行對(duì)電容元件71、91進(jìn)行與圖1同樣的動(dòng)作后，在偶數(shù)行對(duì)電容元件72、92進(jìn)行與圖1同樣的動(dòng)作，以上動(dòng)作以2行為單位順序重復(fù)進(jìn)行。
圖4所示的放大型固體攝像裝置，由于一個(gè)開關(guān)電容放大器部進(jìn)行2個(gè)像素的信號(hào)處理，故可以減少每一個(gè)像素的晶體管數(shù)。
此外，在圖4所示的放大型固體攝像裝置中，由于共用2個(gè)像素，從而開關(guān)電容放大器部的輸入容量增大，但通過使用增益很高的反相放大器，可以抑制輸入容量的影響。
在圖1及圖4所示的放大型固體攝像裝置中，每一個(gè)像素的電容元件為2個(gè)，但即使每一個(gè)像素的電容元件為一個(gè)亦可，在此種情況下，可以在整個(gè)受光區(qū)域進(jìn)行一次寫入、順次讀出動(dòng)作。
圖5A、圖5B為每一個(gè)像素的電容元件為一個(gè)的放大型固體攝像裝置的部分電路圖。
在圖5A、圖5B中，201、311及312為埋入型光電二極管，202、321及322為由開關(guān)元件構(gòu)成的傳送部。另外，203及303為反相放大器，204及304為由復(fù)位用開關(guān)元件構(gòu)成的復(fù)位部。此外，205及305為由開關(guān)元件構(gòu)成的選擇部，206、361及362為第一開關(guān)元件，207、371及372為第一電容元件。上述各種開關(guān)元件由晶體管構(gòu)成。
此外，上述第一開關(guān)元件206及第一電容元件207、第一開關(guān)元件361及第一電容元件371、以及第一開關(guān)元件362和第一電容元件372分別構(gòu)成第一路徑。
此外，信號(hào)ΦTi、ΦR1、ΦSi、ΦWi、ΦT1i、ΦT2i、ΦRi、ΦSi、ΦW1i、ΦW2i分別為從圖中未示出的驅(qū)動(dòng)部向上述各種開關(guān)元件輸出的脈沖信號(hào)。
在圖5A、圖5B所示的放大型固體攝像裝置中，不能減少復(fù)位噪聲，另一方面，對(duì)動(dòng)態(tài)的拍攝對(duì)象可以進(jìn)行無失真地拍攝，另外，與圖1及圖4的情況比較，可以減少每個(gè)像素的晶體管數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)小型化。
再者，在圖4中，1個(gè)開關(guān)電容放大器部進(jìn)行了2個(gè)像素的信號(hào)處理，但在本發(fā)明中，1個(gè)開關(guān)電容放大器部可進(jìn)行更多的像素，比如4個(gè)像素到8個(gè)像素的信號(hào)處理，此時(shí)，每1像素的晶體管數(shù)可以進(jìn)一步減少，制造成本可進(jìn)一步降低。
圖6為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的放大型固體攝像裝置的一部分的剖面圖。
以下用圖6對(duì)本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。
該放大型固體攝像裝置具有P型襯底101、在P型襯底101上形成的作為光電二極管的N型的光電轉(zhuǎn)換蓄積部102、對(duì)形成于光電轉(zhuǎn)換蓄積部102上的表面電位進(jìn)行固定的栓接層103。
此外，在上述P型襯底101上的光電二極管的相鄰部形成傳輸門106，進(jìn)而，在上述P型襯底上的傳輸門106的相鄰部分形成電荷檢測(cè)部104。
此外，在電荷檢測(cè)部104之上形成了遮光層107。在圖6所示的放大型固體攝像裝置中，具有與電荷檢出部104相鄰的開關(guān)門(switch gate)108，電荷檢測(cè)部104通過開關(guān)門108而連接至電容的端子109。
基于該構(gòu)成，幾乎可以完全防止傾斜的入射光到達(dá)電容的端子109，同時(shí)，也幾乎可以完全防止由到達(dá)光電轉(zhuǎn)換蓄積部102下側(cè)的入射光引起的光電轉(zhuǎn)換的電荷到達(dá)電容的端子109。因此，在電荷檢測(cè)部104的保持期間Ts內(nèi)，由入射光引起的信號(hào)被污染的程度可以大幅降低。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但顯然可以對(duì)此進(jìn)行各種變更。該變更，不應(yīng)該被認(rèn)為脫離本發(fā)明的精神與范圍，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的變更均包含于下面的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種放大型固體攝像裝置，其特征在于，包括像素，具有光電轉(zhuǎn)換元件和傳送來自該光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的傳輸晶體管；開關(guān)電容放大器部，由具有串聯(lián)連接的第一開關(guān)元件和第一電容元件的第一路徑、反相放大器、以及復(fù)位用開關(guān)元件并聯(lián)連接而成；以及控制部，關(guān)閉所述傳輸晶體管，進(jìn)行在所述光電轉(zhuǎn)換元件處蓄積信號(hào)電荷的控制后，通過所述復(fù)位用開關(guān)元件進(jìn)行對(duì)所述反相放大器的輸入復(fù)位的第一復(fù)位動(dòng)作，其后在開啟所述第一開關(guān)元件并關(guān)閉所述復(fù)位用開關(guān)元件的狀態(tài)下，令所述傳輸晶體管在規(guī)定期間導(dǎo)通，控制蓄積在所述光電轉(zhuǎn)換元件處的信號(hào)電荷寫入至所述第一電容元件，其后，開啟所述第一開關(guān)元件，控制將寫入到所述第一電容元件的信號(hào)電荷從所述開關(guān)電容放大器部輸出。
2.權(quán)利要求1所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于所述開關(guān)電容放大器部包括并聯(lián)連接在所述第一路徑，并具有串聯(lián)連接的第二開關(guān)元件和第二電容元件的第二路徑，所述控制部，通過開啟所述第一開關(guān)元件及所述第二開關(guān)元件，進(jìn)行將所述第一復(fù)位動(dòng)作時(shí)的復(fù)位信號(hào)寫入至所述第一電容元件及所述第二電容元件的控制后，開啟所述第一開關(guān)元件的同時(shí)關(guān)閉所述第二開關(guān)元件，進(jìn)行僅對(duì)所述第一電容元件寫入蓄積于所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的控制，其后，進(jìn)行開啟所述第一開關(guān)元件，并將寫入至所述第一電容元件的信號(hào)電荷從所述開關(guān)電容放大器部輸出的控制、以及進(jìn)行開啟所述第二開關(guān)元件，并將寫入至所述第二電容元件的復(fù)位信號(hào)從所述開關(guān)電容放大器部輸出的控制。
3.權(quán)利要求1所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于存在多個(gè)所述像素，所述控制部進(jìn)行將所述多個(gè)像素具有的全部所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)同時(shí)寫入至所述第一電容元件的控制。
4.權(quán)利要求3所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于所述控制部在進(jìn)行將所述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)同時(shí)寫入至所述第一電容元件的控制之前，對(duì)全部光電轉(zhuǎn)換元件同時(shí)進(jìn)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)復(fù)位的第二復(fù)位動(dòng)作的控制。
5.權(quán)利要求1所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于存在多個(gè)所述像素，所述控制部進(jìn)行將所述多個(gè)像素具有的全部所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)順次寫入至所述第一電容元件的控制。
6.權(quán)利要求5所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于所述控制部在進(jìn)行將所述全部光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)順次寫入至所述第一電容元件的控制之前，對(duì)全部光電轉(zhuǎn)換元件順次進(jìn)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)復(fù)位的第二復(fù)位動(dòng)作的控制。
7.權(quán)利要求1所述的放大型固體攝像裝置，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換元件為埋入型光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及的放大型固體攝像裝置具有像素部(10)和控制部(20)?？刂撇?20)進(jìn)行在光電二極管1處蓄積信號(hào)電荷的控制，其后，進(jìn)行將復(fù)位了反相放大器的輸入的復(fù)位信號(hào)寫入至第一電容元件(7)及第二電容元件(9)的控制?？刂撇?20)在進(jìn)行將蓄積在光電二極管(1)處的信號(hào)僅寫入至第一電容元件(7)的控制之后，進(jìn)行將寫入至第一電容元件(7)的蓄積于光電二極管(1)處的信號(hào)輸出至信號(hào)線(11)的控制、以及將寫入至第二電容元件(9)的復(fù)位信號(hào)輸出至信號(hào)線(11)的控制。
文檔編號(hào)H04N5/357GK1744678SQ20051009763
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者渡邊恭志 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社