固體攝像裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請基于2014年4月24日申請的日本專利申請編號2014 - 90069主張優(yōu)先 權(quán)，將該日本國專利申請的全部內(nèi)容援引到本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實施方式涉及固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 在固體攝像裝置中，為了實現(xiàn)讀出速度的高速化以及噪聲的降低，有時進(jìn)行像素 合并（binning)動作。在該像素合并動作中，有時進(jìn)行讀出像素的剔除（對應(yīng)日文：間引 吞）動作、信號電荷的加法計算動作等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明想要解決的課題在于，提供一種通過在信號電荷量較多的情況下以低變換 增益變換成信號電壓、在信號電荷量較少的情況下以高變換增益變換成信號電壓來實現(xiàn)高 畫質(zhì)化，進(jìn)而能夠通過像素合并動作實現(xiàn)高畫質(zhì)化的固體攝像裝置。
[0005] -個實施方式的固體攝像裝置具備沿行方向以及列方向配置像素而成的像素陣 列部，所述像素對經(jīng)光電變換而得到的電荷進(jìn)行蓄積，所述像素具備：生成經(jīng)光電變換而得 到的電荷的光電二極管、將由所述光電二極管生成的電荷變換成電壓的電壓變換部、將由 所述光電二極管生成的電荷讀出至所述電壓變換部的讀出晶體管、對由所述電壓變換部變 換后的電壓進(jìn)行放大的放大晶體管、和連接在沿所述列方向配置的同色像素的所述電壓變 換部之間的切換晶體管。
[0006] 根據(jù)上述構(gòu)成的固體攝像裝置，通過在信號電荷量多的情況下以低變換增益變換 成信號電壓、在信號電荷量少的情況下以高變換增益變換成信號電壓能夠?qū)崿F(xiàn)高畫質(zhì)化， 進(jìn)而通過像素合并動作能夠?qū)崿F(xiàn)高畫質(zhì)化。
【附圖說明】
[0007] 圖1是表示第一個實施方式涉及的固體攝像裝置的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
[0008] 圖2是表示圖1的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱4像素量的像 素的構(gòu)成例的電路圖。
[0009] 圖3是表示圖2的像素在第一讀出動作時的各部的電壓波形的時間圖。
[0010] 圖4是表示圖2的像素在第二讀出動作時的各部的電壓波形的時間圖。
[0011] 圖5是表示圖2的像素在第三讀出動作時的各部的電壓波形的時間圖。
[0012] 圖6是表示第二實施方式涉及的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱 4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0013] 圖7是表示第三實施方式涉及的固體攝像裝置的4像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱 4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0014] 圖8是表示第四實施方式涉及的固體攝像裝置的4像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱 4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0015]圖9是表示第五實施方式涉及的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱 4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0016] 圖10是表示第六實施方式涉及的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X 縱4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0017] 圖11是表示第七實施方式涉及的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X 縱4像素量的像素的構(gòu)成例的電路圖。
[0018] 圖12(a)是表示第八實施方式涉及的固體攝像裝置中應(yīng)用的切換晶體管的構(gòu)成 例的電路圖，圖12(b)是表示圖12(a)的切換晶體管的布局構(gòu)成例的俯視圖。
[0019] 圖13(a)是表示第九實施方式涉及的固體攝像裝置中應(yīng)用的切換晶體管的構(gòu)成 例的電路圖，圖13(b)是表示圖13(a)的切換晶體管的布局構(gòu)成例的俯視圖。
[0020] 圖14(a)是表示第十實施方式涉及的固體攝像裝置中應(yīng)用的切換晶體管的構(gòu)成 例的電路圖，圖14(b)是表示圖14(a)的切換晶體管的布局構(gòu)成例的俯視圖。
[0021] 圖15(a)是表示第十一實施方式涉及的固體攝像裝置中應(yīng)用的切換晶體管的構(gòu) 成例的電路圖，圖15(b)是表示圖15(a)的切換晶體管的布局構(gòu)成例的俯視圖。
[0022] 圖16是表示第十二實施方式涉及的應(yīng)用了固體攝像裝置的數(shù)碼攝像機(jī)的簡要結(jié) 構(gòu)的框圖。
【具體實施方式】
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，固體攝像裝置中設(shè)有像素陣列部和切換晶體管。對 像素陣列部而言，對被光電變換后的電荷進(jìn)行蓄積像素被沿行方向以及列方向配置。切換 晶體管被設(shè)在所述像素間，通過將由所述像素蓄積的信號電荷變換成電壓的信號電荷電壓 變換部間連接來進(jìn)行電壓變換增益（mV/ele)的切換動作，進(jìn)而使所述像素進(jìn)行像素合并 動作。
[0024] 以下，參照附圖，對實施方式涉及的固體攝像裝置詳細(xì)進(jìn)行說明。另外，本發(fā)明并 不由這些實施方式限定。
[0025](第一個實施方式）
[0026] 圖1是表示第一個實施方式涉及的固體攝像裝置的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
[0027] 在圖1中，對固體攝像裝置設(shè)有像素陣列部1。在像素陣列部1中，對光電變換后 得到的電荷進(jìn)行蓄積的像素PC沿行方向RD以及列方向CD以矩陣狀配置有m(m為正整數(shù)） 行Xn(n為正整數(shù)）列。另外，在該像素陣列部1中，沿行方向RD設(shè)有進(jìn)行像素PC的讀出 控制的水平控制線Hlin，沿列方向CD設(shè)有對從像素PC讀出的信號進(jìn)行傳送的垂直信號線 Vlin。其中，像素PC可以構(gòu)成由2個綠色用像素Gr、Gb、一個紅色用像素R和一個藍(lán)色用 像素B形成的拜耳排列。另外，在像素陣列部1中，在像素PC間設(shè)有使像素PC進(jìn)行像素合 并動作的切換晶體管TRmix。切換晶體管TRmix可設(shè)在沿列方向CD相鄰的像素PC間。若 將多個像素PC共用電壓變換部的像素構(gòu)成稱為單元，則切換晶體管TRmix可設(shè)在單元間， 其中電壓變換部用于將像素PC中蓄積的電荷變換成電壓。
[0028] 另外，在固體攝像裝置中設(shè)有：沿垂直方向掃描成為讀出對象的像素PC的垂直掃 描電路2、通過在與像素PC之間進(jìn)行源極跟隨動作來從像素PC向垂直信號線Vlin按每一 列讀出像素信號的負(fù)載電路3、實施用于僅提取各像素PC的信號分量的CDS處理并且變換 成數(shù)字信號的列ADC電路4、按每一列存儲由列ADC電路4檢測出的各像素PC的信號分量 的行存儲器5、沿水平方向掃描成為讀出對象的像素PC的水平掃描電路6、向列ADC電路4 輸出基準(zhǔn)電壓VREF的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路7、對各像素PC的讀出、蓄積的定時進(jìn)行控制的定 時控制電路8以及對切換晶體管TRmix進(jìn)行切換控制的切換控制部9。其中，定時控制電路 8被輸入主時鐘MCK?；鶞?zhǔn)電壓VREF可使用斜波（rampwave)。切換控制部9例如可以在 靜態(tài)圖像模式下通過將切換晶體管TRmix截止來從像素PC獨立地讀出信號。另外，切換控 制部9例如可以在動態(tài)圖像模式或者監(jiān)控模式下通過將切換晶體管TRmix導(dǎo)通來使像素PC 進(jìn)行像素合并動作。切換晶體管TRmix的控制可以是全部同時進(jìn)行控制的方法和使得與垂 直掃描電路2同步地按每條水平控制線Hlin進(jìn)行控制的方法。
[0029] 而且，在切換晶體管TRmix截止的情況下，通過由垂直掃描電路2沿垂直方向逐行 對像素PC進(jìn)行掃描，來在行方向RD選擇像素PC。而且，在負(fù)載電路3中，通過在與該像素 PC之間按每一列進(jìn)行源極跟隨動作，使得從像素PC讀出的像素信號經(jīng)由垂直信號線Vlin 被傳送而送至列ADC電路4。另外，在基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路7中，設(shè)定斜波作為基準(zhǔn)電壓VREF 并送至列ADC電路4。而且，在列ADC電路4中，到從像素PC讀出的信號電平與復(fù)位電平和 斜波的電平一致為止進(jìn)行時鐘的計數(shù)動作并變換成數(shù)字信號。通過取得此時的信號電平與 復(fù)位電平的差值（對應(yīng)日文：差分）來由CDS檢測各像素PC的信號分量，并經(jīng)由行存儲器 5作為輸出信號Sl進(jìn)行輸出。
[0030] 另一方面，在切換晶體管TRmix導(dǎo)通的情況下，通過由垂直掃描電路2沿垂直方向 每兩行地掃描像素PC，來在行方向RD選擇2行量的同色的像素PC。而且，在負(fù)載電路3中， 通過在與2行量的像素PC之間按每一列進(jìn)行源極跟隨動作，使得從2行量的像素PC讀出 的像素信號經(jīng)由垂直信號線Vlin被傳送而送至列ADC電路4。另外，在基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路 7中，設(shè)定斜波作為基準(zhǔn)電壓VREF并送至列ADC電路4。而且，在列ADC電路4中，到從2 行量的像素PC讀出的信號電平與復(fù)位電平和斜波的電平一致為止進(jìn)行時鐘的計數(shù)動作并 變換成數(shù)字信號。通過取得此時的信號電平與復(fù)位電平的差值來由CDS檢測各像素PC的 信號分量，并經(jīng)由行存儲器5作為輸出信號Sl進(jìn)行輸出。
[0031] 這里，將切換晶體管TRmix截止的情況與將切換晶體管TRmix導(dǎo)通的情況相比，能 夠減小將像素PC中蓄積的電荷變換成電壓的電壓變換部的電容（對應(yīng)日語：容量）。因此， 在不想使像素PC進(jìn)行像素合并動作的情況下，與使像素PC進(jìn)行像素合并動作的情況相比， 可提尚變換增益，能夠提尚SN比。
[0032]另一方面，在使像素PC進(jìn)行像素合并動作的情況下，可每2行地從像素PC讀出信 號，能夠使讀出速度變?yōu)?倍。另外，能夠在與2行量的像素PC之間并列地進(jìn)行源極跟隨 動作，可使經(jīng)由垂直信號線Vlin傳送的像素信號的噪聲降低至1 / ^2。
[0033]圖2是表示圖1的固體攝像裝置的2像素1單元構(gòu)成中的橫2X縱4像素量的像 素的構(gòu)成例的電路圖。
[0034] 在圖2中，拜耳排列BHl、BH2沿列方向⑶相鄰配置。
[0035] 在拜耳排列BHl中，對綠色用像素Gr設(shè)有光電二極管Grl，對藍(lán)色用像素B 設(shè)有光電二極管ro_BI，對紅色用像素R設(shè)有光電二極管ro_RI，對綠色用像素Gb設(shè)有 光電二極管ro_Gbl。另外，在拜耳排列BHl中，設(shè)有行選擇晶體管TRadrAl、TRadrBU放 大晶體管TRampAl、TRampBU復(fù)位晶體管TRrstAl、TRrstBl以及讀出晶體管TGgrl、TGbU TGrl、TGgbl。另外，在放大晶體管TRampAU復(fù)位晶體管TRrstAl與讀出晶體管TGgrUTGbl 的連接點形成有浮動擴(kuò)散器FDAl來作為電壓變換部。在放大晶體管TRampBU復(fù)位晶體管 TRrstBl與讀出晶體管TGrl、TGgbl的連接點形成有浮動擴(kuò)散器FDBl來作為電壓變換部。 這里，通過由光電二極管_Grl、H) _Bl共用浮動擴(kuò)散器FDAl來構(gòu)成2像素1單元，通 過由光電二極管^)_RUGbl共用浮動擴(kuò)散器FDBl來構(gòu)成2像素1單元。
[0036] 而且，光電二極管H)_Grl經(jīng)由讀出晶體管TGgrl與浮動擴(kuò)散器FDAl連接，光電 二極管TO_Bl經(jīng)由讀出晶體管TGbl與浮動擴(kuò)散器FD