本發(fā)明涉及成像裝置，并且具體涉及固態(tài)成像裝置。

背景技術：

在諸如攝像機、數(shù)碼相機、復印機等的各種類型的成像裝置中使用各自包括芯片上微透鏡和濾色鏡的固態(tài)成像裝置。

此外，國際專利公布No.WO/2011/155442公開了一種放大型固態(tài)成像裝置，其包括像素陣列和控制像素陣列中包括的像素的操作的控制電路，在像素陣列中，各自包括多個電容器的多個像素以矩陣形式布置。

然而，在傳統(tǒng)示例中，當在晶片的像素區(qū)域之上和之下提供電極極板時，在濾色鏡顏料的施加和/或微透鏡的形成中可能出現(xiàn)不均勻。此外，當從芯片的邊緣至每個像素的距離過短時，像素可能受到應力的影響，并且圖像特性可能劣化。此外，當每個像素包括模擬存儲器和第二放大晶體管(SF2)時，當像素尺寸改變時出現(xiàn)分辨率變化的問題，因為光電二極管(PD)之間的距離改變。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明一個方面，一種固態(tài)成像裝置，包括：光電轉換器，包括多個光接收元件，其與接收光的每個顏色對應地沿一個方向布置，每個光接收元件生成與接收的光的量對應的電荷；電荷存儲單元，包括多個電容器，存儲由各個光接收元件生成的電荷；以及信號處理單元，配置為將由所述多個電容器存儲的電荷各自處理為信號。布置電荷存儲單元以便跨光電轉換器與信號處理單元相對。

附圖說明

圖1是在晶片上形成固態(tài)成像裝置的第一示例狀態(tài)的圖；

圖2是在晶片上形成固態(tài)成像裝置的第二示例狀態(tài)的圖；

圖3是固態(tài)成像裝置的截面的示例的圖；

圖4是圖示根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置的示例性配置的圖；

圖5是圖示在固態(tài)成像裝置中包括的紅色(R)光讀取單元的示例性配置的圖；

圖6是固態(tài)成像裝置的布局的第一示例的示意圖；

圖7是固態(tài)成像裝置的布局的第二示例的示意圖；

圖8是固態(tài)成像裝置的布局的第三示例的示意圖；

圖9是指示寫入時序的時序圖；

圖10是指示讀取時序的時序圖；以及

圖11是圖示根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置的示例性配置的圖。

附圖意在描繪本發(fā)明的示例性實施例，并且不應被解釋為限制其范圍。貫穿各圖，相同或相似附圖標記指代相同或相似組件。

具體實施方式

這里使用的術語僅用于描述具體實施例的目的，并且不意在限制本發(fā)明。如這里使用的，單數(shù)形式“一個”和“這個”意在也包括復數(shù)形式，除非上下文清晰地另有所指。在描述附圖中圖示的優(yōu)選實施例時，為了清楚的目的可采用特定術語。然而，本專利說明書的公開不意在限制于如此選擇的特定的術語，并且要理解，每個特定元素包括具有相同功能、以類似方式操作并實現(xiàn)類似結果的所有技術等同。下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明實施例。

首先，將說明本發(fā)明的背景。圖1是在晶片1上形成固態(tài)成像裝置(互補金屬氧化物半導體(CMOS)線性圖像傳感器)10的第一示例狀態(tài)的示意圖。固態(tài)成像裝置10是包括多個像素11、信號處理塊12、外圍電路13和電極極板14的芯片。

多個像素11沿一個方向布置，并且各自配置為執(zhí)行光電轉換以根據(jù)接收的光的量生成電荷。每個信號處理塊12例如通過使用由像素11生成的電荷作為圖像信號，執(zhí)行諸如相關雙采樣(CDS)處理的處理。每個外圍電路13包括例如輸出通過信號處理塊12的對應一個處理的信號的電路。每個電極極板14是例如包括電源端和將來自外圍電路13的對應一個的圖像信號輸出到外部的端子的區(qū)域。

如圖1所示，固態(tài)成像裝置10具有沿一個方向的縱向形狀。當提供電極極板14以便位于以行布置的像素11附近時，如上所述，像素11可能受到芯片中提供的電極極板14的影響(例如，應力和形成的不均勻)。

圖2是在晶片1a上形成固態(tài)成像裝置(CMOS線性圖像傳感器)10a的第二示例狀態(tài)的示意圖。固態(tài)成像裝置10a是以與固態(tài)成像裝置10的位置布置不同的位置布置來提供多個像素11、信號處理塊12、外圍電路13和電極極板14的芯片。以下，將通過使用相同附圖標記指代基本相同的構成元件中的一些。

如圖2所示，在固態(tài)成像裝置10a中，如上所述，像素11可能受到位于與以行布置的像素11相鄰的其他芯片中提供的電極極板14的影響(例如，應力和形成的不均勻)。

接下來，將詳細說明對像素的上述影響。圖3是固態(tài)成像裝置10的截面的示例的圖。固態(tài)成像裝置10配置為使得在半導體襯底00中形成的像素區(qū)域102上層疊絕緣膜104、無源膜106、平整膜108、濾色鏡110和微透鏡112。此外，提供頂部布線層114，以便位于與像素區(qū)域102相鄰。頂部布線層114是電極極板14。

在形成極板開口之后，通過旋涂處理對固態(tài)成像裝置10施加樹脂材料等，以便形成芯片上類型的濾色鏡110和微透鏡112。在此情況下，因為固態(tài)成像裝置10具有在極板開口形成的臺階，所以由于臺階而出現(xiàn)不均勻。不均勻的區(qū)段位于極板開口越近，不均勻程度越高。換言之，當濾色鏡110和微透鏡112以及極板開口之間的距離短時，在濾色鏡110和微透鏡112中出現(xiàn)不一致(形成的不均勻)。結果，因為透射率和轉換增益在像素之間變化，從而影響圖像特性。

此外，固態(tài)成像裝置10易于在其芯片邊緣受到由Si之間的線性展開系數(shù)的差別、粘合劑和裸片(die)結合處理期間的卷帶自動結合(tab)導致的熱應力、以及與鑄模處理期間的樹脂的固化收縮率有關的應力的影響，從而影響圖像特性(例如，每10Mpa的應力的Δidsat＝5％)。

此外，當固態(tài)成像裝置10被配置為使得像素包括模擬存儲器或第二放大晶體管(SF2)時，因為像素尺寸的增加導致光電二極管(PD)之間的距離的增加，所以分辨率變差。換言之，在選擇電路的尺寸上沒有自由度。

第一實施例

接下來，將參照圖4和圖5說明根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置的配置。圖4是圖示根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置2的示例性配置的圖。

固態(tài)成像裝置2可以是例如CMOS彩色線性傳感器，并且可以安裝在圖像讀取裝置或包括圖像讀取裝置的多功能外圍設備(MFP)中。固態(tài)成像裝置2包括紅色(R)光讀取單元20_RE、另一紅色(R)光讀取單元20_RO、綠色(G)光讀取單元20_GE、另一綠色(G)光讀取單元20_GO、藍色(B)光讀取單元20_BE、以及另一藍色(B)光讀取單元20_BO。R光讀取單元20_RE包括下面參照圖5所述的像素30，并且提供有透射紅色光的濾色鏡和芯片上微透鏡。R光讀取單元20_RO具有與R光讀取單元20_RE的配置相同的配置。

此外，G光讀取單元20_RE、G光讀取單元20_GO、B光讀取單元20_BE和B光讀取單元20_BO各自具有與R光讀取單元20_RE的配置相同的配置，除了其中的確定從而接收的光的顏色的濾色鏡不同之外。此外，R光讀取單元20_RE、R光讀取單元20_RO、G光讀取單元20_GE、G光讀取單元20_GO、B光讀取單元20_BE、B光讀取單元20_BO包括六個像素，并且構造通過單個系統(tǒng)從其順序輸出信號的一列。

盡管圖4圖示構造一列的部分，但是以這樣的方式配置固態(tài)成像裝置2，使得沿一個方向布置多個列，從而例如，對于接收的光的每個顏色，沿一列布置7000或更多像素30。此外，固態(tài)成像裝置2中的每列中包括的像素30的量不限于6，并且可以是任何數(shù)目。此外，固態(tài)成像裝置2可包括控制其構造元件的控制單元。

圖5是圖示在固態(tài)成像裝置2中包括的R光讀取單元20_RE的示例性配置的圖。R光讀取單元20_RE包括像素30和模擬存儲器單元40，并且配置為接收R光并執(zhí)行光電轉換。

像素30在其中形成光接收元件(光電二極管[PD])300、重置晶體管(RT)302、轉移晶體管(TX)304、第一放大晶體管(SF1：第一放大器)306、浮置擴散區(qū)(FD區(qū))308。重置(漏極)電壓(Vrd)310施加到重置晶體管302。

關于光接收元件300，其陽極連接至地電壓，而其陰極連接到轉移晶體管304，以便生成與接收的光的量對應的電荷。此外，由在其上層側提供的濾色鏡確定由每個光接收元件300接收的光的顏色。在每個濾色鏡上方提供微透鏡。轉移晶體管304的另一端連接至重置晶體管302和第一放大晶體管306，使得由光接收元件300生成的電荷轉移至FD區(qū)308。

FD區(qū)308是轉移晶體管304、第一放大晶體管306、和重置晶體管302連接在一起并用作將電荷轉換為電壓的電荷電壓轉換器的區(qū)域。重置晶體管302配置為重置FD區(qū)308中的電荷。第一放大晶體管306是MOS晶體管，并用作放大FD區(qū)308處的電壓并將放大的電壓輸出至隨后的級的源級跟隨器。此外，當?shù)谝环糯缶w管306的尺寸過大時，F(xiàn)D區(qū)308上施加的電容變大，這降低了電荷-電壓轉換增益(因為V＝Q/C)。因此，布置第一放大晶體管306在尺寸上小于第二放大晶體管26(后面說明)。

模擬存儲器單元40包括選擇開關(SL)400、存儲電容器(Cr)402、尺寸電容器(Cs)404、選擇開關(RDR)406、選擇開關(RDS)408、和選擇開關(SW)410。與其他電路的地電壓不同的電勢(存儲器參考電壓412：Vm)施加到存儲電容器402的一端和存儲電容器404的一端。

存儲電容器402可以是例如MOS電容器，并且配置為當重置像素30時在其中存儲電荷。存儲電容器404可以是例如MOS電容器，并且配置為在其中存儲指示由像素30讀取的像素信號的電荷。此外，對于存儲電容器402和存儲電容器404，因為施加到選擇開關側的電壓是比接地側電壓更接近電源電壓側的電平，所以期望配置存儲電容器402和存儲電容器404各自具有nch型MOS晶體管(MOS電容器)。

此外，關于存儲電容器402和存儲電容器404，因為MOS晶體管的兩端之間的電勢差可能不一定大到足以維持氧化物膜容量，所以期望用抑制(depression)型MOS晶體管配置存儲電容器402和存儲電容器404的每一個。此外，對于存儲電容器402和存儲電容器404，在一端處的存儲器參考電壓412可以是與其他電路中的接地電壓共同的；然而，當存儲器參考電壓412波動時，依賴于定時，波動可能直接反應在輸出中。因此，配置存儲電容器402和存儲電容器404，使得存儲器參考電壓412和對于其他電路的接地電壓分離。

當存儲電容器402或存儲電容器404中存儲電荷時，或當存儲電容器402或存儲電容器404轉移所存儲的電荷(電壓)時，選擇開關400、選擇開關406、選擇開關408和選擇開關410操作。更具體地，經由選擇開關400，第一放大晶體管306連接至選擇開關406和408，用于選擇存儲電容器402和存儲電容器404中的一個，并且連接至選擇開關410，用于選擇像素30中的一個。存儲電容器402和存儲電容器404構造在其中存儲電荷的電荷存儲單元，使得當如上所述執(zhí)行CDS時，從其讀取電壓(信號)。

此外，固態(tài)成像裝置2(圖4)包括第一電流源22、第二電流源24、第二放大晶體管(第二放大器)26、列信號處理單元28、和電極極板29。第一電流源22用作用于列中的像素30的第一放大晶體管306的恒流源。第二電流源24用作用于與列對應提供的第二放大晶體管26的恒流源。流過第一電流源22和第二電流源24的電流被布置為可變。

第二放大晶體管26例如可以是nch型MOS晶體管。第二放大晶體管26配置為放大由列中的任何像素30輸出的信號(電壓)并將放大的信號輸出至列信號處理單元28。因為第二放大晶體管26即使在尺寸大時也不如第一放大晶體管306影響轉換增益那么多，所以第二放大晶體管26布置為在尺寸上大于第一放大晶體管306，以便改進噪聲特性(閃爍噪聲、熱噪聲、隨機電報信號[RTS]噪聲等)。考慮背柵效應，期望將第二放大晶體管26的背柵極連接至源極。替代地，第二放大晶體管26可以是pch型MOS晶體管。

列信號處理單元28配置為對由列中的任何像素30輸出的信號執(zhí)行預定處理過程。例如，列信號處理單元28是對由列中的任何像素30輸出的信號執(zhí)行諸如CDS處理的處理的信號處理單元。此外，列信號處理單元28可包括模擬/數(shù)字(A/D)轉換器等。電極極板29對應于上述電極極板14，并且其上提供有電源端、輸出端等。

上述選擇開關(例如，選擇開關410)、第一放大晶體管306和第二放大晶體管26各自配置有MOS晶體管。此外，盡管已經描述為各自配置有單個晶體管，但是依賴于晶體管的通電阻或電荷注入，選擇開關等可以各自配置有采用nch型Tr和pch型Tr的CMOS-SW。此外，依賴于電勢，選擇開關等各自可配置有pch型Tr。例如，當重置電壓Vrd高時，因為選擇開關400的電勢也高，所以當開關是pch型時的通電阻變得比開關是nch型時低。

接下來，將說明固態(tài)成像裝置2的芯片上的示例性布局。圖6是固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第一示例的示意圖。在圖6中，(R)、(G)和(B)各自指示分別提供了透射紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的顏色的光的濾色鏡。

如圖6所示，在固態(tài)成像裝置2中，例如，形成各自對應于像素30的模擬存儲器單元40的區(qū)域位于與形成與顏色對應布置的像素30的區(qū)域相鄰(在圖6中的上側)。在此情況下，形成像素30的區(qū)域用作光電轉換器，其包括與接收的光的顏色對應的沿一個方向布置并且各自生成對應于接收的光的量的電荷的多個光接收元件300。此外，形成模擬存儲器單元40的區(qū)域用作電荷存儲單元，其包括存儲電容器402和存儲電容器404，配置為在其中存儲由多個光接收元件300生成的電荷。在此情況下，第二電流源40還可提供在提供第一電流源22的區(qū)域中。

解碼器電路50配置為例如解碼從兩列中的任何像素30輸出的信號。信號轉移和電源GND區(qū)52在其中提供用于轉移信號并使電源接地的布線。電極極板區(qū)290是提供例如對應于兩列的電極極板29的區(qū)域。在圖6中，對于兩列提供一個解碼器電路50、一個信號轉移和電源GND區(qū)域52和一個電極極板區(qū)域290；然而，可能的實施例不限于該示例。

遍布固態(tài)成像裝置2，每個像素30和對應于像素30的模擬存儲器單元40之間的距離被布置為基本相同。因為以這樣的方式布置固態(tài)成像裝置2，所述方式即：即使接收的光的顏色彼此不同，每個像素30與對應模擬存儲器單元40之間的距離也被布置為基本相同，所以布線電阻基本相同，并且因此可以防止圖像特性受建立時間段等的差別的影響。此外，模擬存儲器單元40連接至第一電流源22和第二放大晶體管26兩者。因此，在固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第一示例中，以提供第一電流源22的區(qū)域、提供模擬存儲器單元40的區(qū)域和提供第二放大晶體管26的區(qū)域的順序布置它們。

圖7是固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第二示例的示意圖。固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第二示例通過將多個空像素60添加到圖6所示的第一示例而獲得。如圖7所示，空像素60是沒有連接至模擬存儲器單元40并位于將提供像素30的區(qū)域夾住的像素。換言之，多個空像素60的一些布置為在提供第二放大晶體管26的區(qū)域和提供像素30的區(qū)域之間。此外，一些其他空像素60提供為在提供像素30的區(qū)域和提供列信號處理單元28的區(qū)域之間。

每個空像素60可以配置為僅包括PD(以及濾色鏡和微透鏡)；然而，為了減少擾動(串擾)的影響并改進元件的結束狀態(tài)的目的，期望配置每個空像素60以包括諸如第一放大晶體管306的所有空元件。

圖8是固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第三示例的示意圖。固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第三示例通過改變圖6所示的第一示例中的第二放大晶體管26的位置而獲得。更具體地，在固態(tài)成像裝置2的芯片上的布局的第三示例中，從模擬存儲器單元40的任何至第二放大晶體管26的距離被布置為在每列中盡可能相等(基本相等)。此外，還提供空像素60。

接下來，將說明固態(tài)成像裝置2的操作。圖9是指示對固態(tài)成像裝置2中的模擬存儲器單元40的寫入時序的時序圖。如圖9所示，在固態(tài)成像裝置2中，在時間t1接通連接至重置電壓Vrd的重置晶體管(RT)302，使得初始化FD區(qū)308。此后，在固態(tài)成像裝置2中，經由第一放大晶體管306、選擇開關400和選擇開關406開始對重置電平上的存儲電容器402的寫入。

在固態(tài)成像裝置2中，在時間t2關斷重置晶體管302之后，在時間t3對存儲電容器402的寫入結束。換言之，在固態(tài)成像裝置2中，將重置電平存儲在存儲電容器402中。

在固態(tài)成像裝置2中，作為在時間t4接通轉移晶體管304的結果，由光接收元件300接收光而生成的電荷轉移至第一放大晶體管306。此后，在固態(tài)成像裝置2中，接通選擇開關408，使得執(zhí)行對存儲電容器404的寫入。在此情況下，通過將作為光接收元件300接收光的結果而生成的電荷轉換為電壓，由FD區(qū)308執(zhí)行寫入。因此，在存儲電容器404中保持的數(shù)據(jù)是指示讀取的圖像的信號電平。此外，在固態(tài)成像裝置2中，對模擬存儲器單元40的寫入在時間t6結束，使得將信號電平存儲到存儲電容器404中完成。

圖10是指示從固態(tài)成像裝置2中的模擬存儲器單元40的讀取時序的時序圖。在本示例中，圖10圖示在一列中包括六個像素30和六個模擬存儲器單元40的固態(tài)成像裝置2的操作。配置固態(tài)成像裝置2，使得從R光讀取單元20_RE、R光讀取單元20_RO、G光讀取單元20_GE、G光讀取單元20_GO、B光讀取單元20_BE、以及B光讀取單元20_BO順序讀取數(shù)據(jù)(RE、RO、GE、GO、BE和BO)。在下面的部分中，將說明R光讀取單元20_RE的操作作為示例。

在固態(tài)成像裝置2中，在時間t1接通用于從RE、RO、GE、GO、BE和BO中選擇一個的選擇開關410。此后，在固態(tài)成像裝置2中，在時間t2讀取R光讀取單元20_RE的存儲電容器404中存儲的信號電平并將其經由第二放大晶體管26輸出至隨后級的列信號處理單元28。在固態(tài)成像裝置2中，在時間t3結束由R光讀取單元20_RE執(zhí)行的從存儲電容器404的讀取。

然后，在固態(tài)成像裝置2中，在時間t4讀取在存儲電容器402中存儲的電荷(重置電平)，并將其經由第二放大晶體管26輸出至隨后級的列信號處理單元28。在固態(tài)成像裝置2中，在時間t5結束讀取。

列信號處理單元28執(zhí)行通過計算信號電平和重置電平之間的差而計算實質信號電平的處理(CDS)。當偏置電平在各像素之間變化時，如果在第一放大晶體管306之間存在變化，例如，則圖像展現(xiàn)垂直條紋(固定圖案噪聲)。通過執(zhí)行CDS處理，固態(tài)成像裝置2抵消每個像素30的偏置電平。此外，當接通重置晶體管302時出現(xiàn)的KTC噪聲與重置電平和信號電平相關。為此原因，配置固態(tài)成像裝置2以便通過執(zhí)行CDS處理而抵消噪聲的出現(xiàn)，這也是可接受的。

在此情況下，列信號處理單元28執(zhí)行以下處理，例如：列信號處理單元28通過使得信號電平V_s鉗位到特定參考電壓V_ref而保持信號電平V_s。列信號處理單元28通過采用A/D轉換器將所保持的信號電平V_s轉換為數(shù)字信號。然后，列信號處理單元28接受重置電平V_r。此后，列信號處理單元28將信號電平V_s與重置電平V_r之間的差乘以增益(乘以A)，并輸出從鉗位電平V_ref減去乘積結果的結果。換言之，輸出來自V_ref-(V_r-V_s)×A的結果，并將其轉換為數(shù)字信號。列信號處理單元28通過將V_ref電平和V_ref-(V_r-V_s)×A電平各自轉換為數(shù)字信號并計算其間的差，提取重置電平V_r與信號電平V_s之間的差。

如上所述，配置固態(tài)成像裝置2，使得占據(jù)相對大面積的存儲電容器404等位于跨像素30與列信號處理單元28相對。因此可以防止在濾色鏡顏料的施加中的不均勻和微透鏡的形成中的不均勻的出現(xiàn)。此外，在固態(tài)成像裝置2中，因為從芯片邊緣至每個像素30的距離布置得長，所以較不可能對其施加應力。此外，配置固態(tài)成像裝置2，使得提供像素30的區(qū)域與提供模擬存儲器單元40的區(qū)域彼此分離，所以增強設計模擬存儲器單元40、列信號處理單元28等的電路尺寸的自由度。此外，減少跨像素30延伸的信號線的數(shù)目，因為配置第二放大晶體管26的每個，以便放大多個像素30的輸出。

第二實施例

接下來，將參照圖11說明根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置的配置。圖11是圖示根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置2a的示例性配置的圖。固態(tài)成像裝置2a通過從圖4所示的固態(tài)成像裝置2移除第一電流源22而獲得。因為固態(tài)成像裝置2a沒有提供有第一電流源22，所以減少由第一電流源22導致流動的直流。換言之，配置固態(tài)成像裝置2a執(zhí)行子閾值寫入處理。

根據(jù)本發(fā)明的至少一方面，實現(xiàn)有利效果：可以提供能夠防止圖像讀取特性變差的固態(tài)成像裝置。

上述實施例是說明性的，并且不限制本發(fā)明。因此，有鑒于上述教導，各種額外修改和變化是可能的。例如，在本公開和所附權利要求的范圍內，本文的不同說明和示例性實施例的至少一個元件可以彼此組合或彼此替代。此外，實施例的組件的特征(諸如編號、位置和形狀)不限制實施例，并因此優(yōu)選地設置。因此要理解，在所附權利要求而不是本文具體描述的范圍內，可以實踐本發(fā)明的公開。

所述實施例的每個功能可通過一個或多個處理電路實現(xiàn)。處理電路包括編程處理器，因為處理器包括電路。處理電路還包括諸如專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和被布置為執(zhí)行所述功能的傳統(tǒng)電路組件的裝置。