固體攝像裝置及其控制方法
【專利摘要】一種固體攝像裝置及其控制方法，該固體攝像裝置具備：?jiǎn)挝粏卧?，包括根?jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部；垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)；及第一布線，經(jīng)由電容元件與上述信號(hào)檢測(cè)部連接，在上述復(fù)位信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給時(shí)，上述第一布線從上述垂直信號(hào)線電分離，在上述復(fù)位信號(hào)被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接，在第一布線與垂直信號(hào)線連接的狀態(tài)下，上述像素信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給，供給至垂直信號(hào)線的上述像素信號(hào)被采樣。
【專利說(shuō)明】固體攝像裝置及其控制方法
[0001]本申請(qǐng)享受以日本專利申請(qǐng)2013 — 191137號(hào)(申請(qǐng)日:2013年9月13日)為基礎(chǔ)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及固體攝像裝置及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0003]以CMOS圖像傳感器為首的固體攝像裝置在當(dāng)前以數(shù)碼相機(jī)、視頻電影攝像機(jī)或者監(jiān)視攝像機(jī)等多樣的用途而被使用。
[0004]對(duì)于使用了上述的圖像傳感器的設(shè)備，要求在對(duì)暗的被攝體進(jìn)行攝像時(shí)能夠以高的S/N比進(jìn)行攝像，在對(duì)充分明亮的被攝體進(jìn)行攝像時(shí)能夠確保圖像的輸出分辨率。
[0005]進(jìn)一步，在近年，要求相機(jī)尺寸的縮小以及高分辨率，所以具有縮小圖像傳感器的像素尺寸的趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的課題在于提供一種能夠維持圖像傳感器的低消耗功率、并且能夠同時(shí)確保S/N比以及輸出信號(hào)的線性的固體攝像裝置及其控制方法。
[0007]一實(shí)施方式的固體攝像裝置具備:
[0008]單位單元，該單位單元包括根據(jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部；
[0009]垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)；以及
[0010]第一布線，經(jīng)由電容元件與上述信號(hào)檢測(cè)部連接，
[0011]在上述復(fù)位信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給時(shí)，上述第一布線從上述垂直信號(hào)線電分離，
[0012]在上述復(fù)位信號(hào)被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接，
[0013]在上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接的狀態(tài)下，上述像素信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給，供給至上述垂直信號(hào)線的上述像素信號(hào)被采樣。
[0014]另一實(shí)施方式的固體攝像裝置具備:
[0015]單位單元，該單位單元包括設(shè)置于半導(dǎo)體基板內(nèi)且根據(jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和設(shè)置于上述半導(dǎo)體基板內(nèi)且檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部;
[0016]垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)，并且該垂直信號(hào)線設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的層間絕緣膜；
[0017]電容元件，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部與第一布線之間；以及
[0018]第二布線，與上述信號(hào)檢測(cè)部連接。
[0019]進(jìn)而，另一實(shí)施方式的固體攝像裝置的控制方法，包括:
[0020]在單位單元內(nèi)所包含的光電轉(zhuǎn)換元件內(nèi)積聚信號(hào)電荷，上述信號(hào)電荷基于入射到光電轉(zhuǎn)換兀件的光而生成；
[0021]以電容元件的靜電電容被附加到上述單位單元內(nèi)所包含的信號(hào)檢測(cè)部的狀態(tài)，將上述單位單元的復(fù)位信號(hào)向上述單位單元所連接的垂直信號(hào)線輸出，上述復(fù)位信號(hào)為上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的信號(hào)；
[0022]在上述復(fù)位信號(hào)被信號(hào)處理單元采樣前，將上述電容元件的靜電電容從浮動(dòng)傳播區(qū)移除；以及
[0023]在上述復(fù)位信號(hào)被上述信號(hào)處理單元采樣后，將從上述信號(hào)檢測(cè)部去除了上述電容元件的靜電電容的狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)向上述垂直信號(hào)線供給，上述像素信號(hào)與上述信號(hào)檢測(cè)部所保持的上述信號(hào)電荷的量對(duì)應(yīng)。
[0024]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置及其控制方法，能夠維持圖像傳感器的低消耗功率，并且能夠同時(shí)確保S/N比以及輸出信號(hào)的線性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為表示固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0026]圖2為示意性地表示固體攝像裝置的整體構(gòu)造的一例的剖視圖。
[0027]圖3為示意性地表示第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
[0028]圖4為示意性地表示第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的構(gòu)造例的俯視圖。
[0029]圖5為示意性地表示第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的構(gòu)造例的剖視圖。
[0030]圖6為表示第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的動(dòng)作例的定時(shí)圖。
[0031]圖7為表示第二實(shí)施方式的固體攝像裝置的動(dòng)作例的定時(shí)圖。
[0032]圖8為示意性地表示第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的構(gòu)造例的俯視圖。
[0033]圖9為示意性地表示第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的構(gòu)造例的剖視圖。
[0034]圖10以及圖11為用于說(shuō)明實(shí)施方式的固體攝像裝置的變形例的圖。
[0035]圖12為用于說(shuō)明實(shí)施方式的固體攝像裝置的應(yīng)用例的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]以下，參照附圖對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，對(duì)具有相同功能以及結(jié)構(gòu)的要素，標(biāo)記相同符號(hào)，根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)的說(shuō)明。
[0037]—種固體攝像裝置，具備:單位單元，該單位單元包括根據(jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部；垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)；以及第一布線，經(jīng)由電容元件與上述信號(hào)檢測(cè)部連接，在上述復(fù)位信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給時(shí)，上述第一布線從上述垂直信號(hào)線電分離，在上述復(fù)位信號(hào)被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接，在上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接的狀態(tài)下，上述像素信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給，供給至上述垂直信號(hào)線的上述像素信號(hào)被采樣。
[0038][實(shí)施方式]
[0039](I)第一實(shí)施方式
[0040]參照?qǐng)D1?圖6，對(duì)第一實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0041](a)結(jié)構(gòu)
[0042]使用圖1?圖5，對(duì)第一實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0043]圖1為示意性地表示第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
[0044]如圖1所示，本實(shí)施方式的固體攝像裝置包括作為攝像設(shè)備的圖像傳感器10以及信號(hào)處理電路11。圖像傳感器10例如為CMOS圖像傳感器。
[0045]圖像傳感器10包括像素陣列12、垂直移位寄存器13、定時(shí)控制電路15、相關(guān)雙采樣電路(⑶S電路)16、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC電路)17以及行存儲(chǔ)器18。⑶S電路16以及ADC電路17為了信號(hào)處理，通過來(lái)自定時(shí)控制電路15的控制信號(hào)對(duì)來(lái)自像素的信號(hào)進(jìn)行鉗位以及保持。
[0046]像素陣列12設(shè)置于圖像傳感器10的攝像區(qū)域。像素陣列12包括沿著像素陣列12的水平方向(行方向、X方向)以及垂直方向(列方向、Y方向)配置成陣列狀的多個(gè)像素。
[0047]垂直移位寄存器13為了控制像素陣列12內(nèi)的各像素的讀取，依次掃描像素陣列12的行。
[0048]各像素包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管。光電二極管生成與入射到各像素的光量對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。包括像素、來(lái)自像素的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部以及用于控制像素動(dòng)作的元件的單位單元設(shè)置于像素陣列12內(nèi)。
[0049]生成的信號(hào)電荷通過⑶S電路16以及ADC電路17被實(shí)施噪聲的消除、AD轉(zhuǎn)換，并且被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(數(shù)字信號(hào))。
[0050]行存儲(chǔ)器18保持像素陣列的I行的量的像素的信號(hào)(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))。
[0051]定時(shí)控制電路15控制圖像傳感器10內(nèi)的各電路13、16、17、18的動(dòng)作定時(shí)。
[0052]數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被輸出至信號(hào)處理電路11。
[0053]信號(hào)處理電路11對(duì)來(lái)自圖像傳感器10的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行例如鏡頭陰影修正、缺陷修正、噪聲減少處理。
[0054]上述的信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)例如被輸出至固體攝像裝置的外部，并且在圖像傳感器10內(nèi)被反饋控制。
[0055]參照?qǐng)D2?圖5，對(duì)本實(shí)施方式的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0056]圖2為示意性地表示本實(shí)施方式的圖像傳感器的整體構(gòu)造的剖視圖。
[0057]半導(dǎo)體基板30具有第一面、以及在相對(duì)于第一面垂直的方向上與第一面對(duì)置的第二面。在下面，將半導(dǎo)體基板30的第一面叫做半導(dǎo)體基板30的表面，將半導(dǎo)體基板30的第二面叫做半導(dǎo)體基板30的背面。在不區(qū)分半導(dǎo)體基板30的表面與背面的情況下，將半導(dǎo)體基板30的表面/背面叫做半導(dǎo)體基板30的主面。
[0058]例如，本實(shí)施方式的圖像傳感器10是半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)?第二面?zhèn)?成為來(lái)自被攝體的光的受光面的背面照射式(Back-side iIIuminat1ntype)圖像傳感器。
[0059]如圖2所示，在本實(shí)施方式的圖像傳感器10中，圖像傳感器10內(nèi)的像素陣列12以及圖像傳感器10內(nèi)的模擬電路或者邏輯電路所形成的區(qū)域(在下面，叫做外圍電路區(qū)域)125設(shè)置于I個(gè)半導(dǎo)體基板(芯片)30內(nèi)。另外，圖1的信號(hào)處理電路11也可以形成于外圍電路區(qū)域125內(nèi)，也可以作為與圖像傳感器的芯片(封裝)不同的芯片(封裝)被提供。
[0060]在像素陣列12與外圍電路區(qū)域125之間，設(shè)置有元件分離區(qū)域?；ハ嘞噜彽膯挝粏卧猆C以及其含有的像素通過元件分離區(qū)域被分離。各單位單元UC以及像素的形成區(qū)域被元件分離區(qū)域包圍。通過元件分離區(qū)域，半導(dǎo)體基板30內(nèi)的各區(qū)域在半導(dǎo)體基板30內(nèi)被電分離。
[0061]在圖2中，為了簡(jiǎn)化圖示，單位單元UC的結(jié)構(gòu)元件之中，只圖示出光電二極管21、讀出晶體管22以及浮動(dòng)傳播區(qū)6。
[0062]如圖2所示，光電二極管21在像素陣列12的單位單元UC的形成區(qū)域(在下面，叫做單位單元形成區(qū)域UC)中，形成于半導(dǎo)體基板(或者半導(dǎo)體層)30內(nèi)。
[0063]光電二極管21是由設(shè)置于N型(或者P型)半導(dǎo)體基板30內(nèi)的至少I個(gè)雜質(zhì)層(雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域)210而形成。光電二極管21對(duì)入射到光電二極管21內(nèi)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。與通過光電二極管21進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換的入射光的光量對(duì)應(yīng)的電荷在光電二極管21的雜質(zhì)層210內(nèi)產(chǎn)生，且積聚于雜質(zhì)層210內(nèi)。為了使光電二極管21的特性(例如，靈敏度)提高，也可以通過導(dǎo)電型以及雜質(zhì)濃度不同的多個(gè)雜質(zhì)層，形成光電二極管21。
[0064]在半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)?，表面屏蔽?11設(shè)置于光電二極管21內(nèi)，在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)?，背面屏蔽?19設(shè)置于單位單元形成區(qū)域的半導(dǎo)體基板30內(nèi)。表面以及背面屏蔽層211、219減少相對(duì)于光電二極管21的雜質(zhì)的擴(kuò)散，抑制光電二極管21的特性劣化，例如暗電流的增大。
[0065]光電二極管21經(jīng)由讀出晶體管22，與作為信號(hào)檢測(cè)部6的浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。浮動(dòng)傳播區(qū)6是設(shè)置于半導(dǎo)體基板30內(nèi)的擴(kuò)散層(雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域)60。
[0066]作為浮動(dòng)傳播區(qū)的擴(kuò)散層60經(jīng)由接觸插塞CP以及布線(信號(hào)檢測(cè)線)，與放大晶體管26連接。
[0067]讀出晶體管22的柵極電極222隔著柵極絕緣膜221設(shè)置于光電二極管21與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間的半導(dǎo)體區(qū)域上。例如，在半導(dǎo)體基板30內(nèi)形成的雜質(zhì)層(未圖示)作為讀出晶體管22的源極以及漏極而使用。光電二極管21含有的雜質(zhì)層、或者作為浮動(dòng)傳播區(qū)6的雜質(zhì)層也可以作為讀出晶體管22的源極以及漏極而使用。
[0068]設(shè)置于元件分離區(qū)域內(nèi)的元件分離層98以包圍互相相鄰的單位單元UC以及互相相鄰的光電二極管21的方式，設(shè)置于半導(dǎo)體基板30內(nèi)。元件分離層98將互相相鄰的單位單元UC以及互相相鄰的光電二極管21電分離。像素陣列12內(nèi)的元件分離層98由例如雜質(zhì)層(在下面，叫做元件分離雜質(zhì)層)形成。另外，像素陣列12內(nèi)的元件分離層98也可以是STI構(gòu)造的絕緣膜(元件分離絕緣膜)。
[0069]在外圍電路區(qū)域125內(nèi)，設(shè)置有例如垂直移位寄存器13、⑶S電路16以及ADC電路17等。
[0070]P型或者N型的阱區(qū)域39設(shè)置于外圍電路區(qū)域125內(nèi)。在阱區(qū)域39內(nèi)，設(shè)置有如電阻元件、電容元件以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管那樣的圖像傳感器10的外圍電路的結(jié)構(gòu)元件。在圖2中，為了簡(jiǎn)化圖示，只示出了作為外圍電路的結(jié)構(gòu)元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管7。
[0071]在外圍電路區(qū)域125內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，MOS晶體管)7設(shè)置于阱區(qū)域39內(nèi)。在阱區(qū)域39內(nèi)，設(shè)置有作為晶體管7的源極/漏極的2個(gè)雜質(zhì)層(擴(kuò)散層)73。在2個(gè)擴(kuò)散層73間的阱區(qū)域39上的柵極絕緣膜71上，設(shè)置有柵極電極72。場(chǎng)效應(yīng)晶體管7為P溝道還是N溝道、或者為增強(qiáng)型還是耗盡型，是與設(shè)置有場(chǎng)效應(yīng)晶體管7的阱區(qū)域39的導(dǎo)電型、或者作為源極/漏極的雜質(zhì)區(qū)域(擴(kuò)散層)73的導(dǎo)電型相對(duì)應(yīng)的。
[0072]晶體管22、晶體管7的柵極電極222、柵極電極72以及光電二極管21的上表面(表面屏蔽層211)被設(shè)置于半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊亩鄬硬季€構(gòu)造的層間絕緣膜90覆蓋。
[0073]例如，晶體管22、晶體管7的柵極電極222、柵極電極72，晶體管22、晶體管7的源極/漏極73、以及在半導(dǎo)體基板30上形成的元件的端子經(jīng)由接觸插塞92，與從半導(dǎo)體基板30側(cè)數(shù)位于第I個(gè)(最下層)布線水平面的導(dǎo)電層(布線)91連接。各層間絕緣膜90內(nèi)的導(dǎo)電層91經(jīng)由插塞92，與上層(或者下層)的布線水平面的導(dǎo)電層91連接，從而設(shè)置于半導(dǎo)體基板30上的多個(gè)元件互相連接。由此，形成圖像傳感器10內(nèi)含有的多個(gè)電路。
[0074]對(duì)于布線91，使用例如鋁(Al)布線、波形花紋構(gòu)造的銅(Cu)布線。在層間絕緣膜90內(nèi)，設(shè)置有由與布線91相同材料構(gòu)成的虛擬層、遮光膜。通過虛擬層，層間絕緣膜的覆蓋率(單位面積內(nèi)的布線圖案的比率)被調(diào)整成規(guī)定的值。通過遮光膜，抑制相對(duì)于光電二極管21所不需要的光的入射。
[0075]這樣，通過多層布線技術(shù)，層疊了的層間絕緣膜90包括設(shè)置于各布線水平面的多層構(gòu)造的布線91。
[0076]在最上層的層間絕緣膜90上，設(shè)置有支承基板85。通過支承基板85，支承背面照射式圖像傳感器10。支承基板85例如，隔著粘接層(保護(hù)層、平整層)88，層疊在層間絕緣膜90上。對(duì)于支承基板85，使用例如硅基板、絕緣基板。通過重布線技術(shù)形成的布線(未圖示)也可以設(shè)置于支承基板85與層間絕緣膜90之間。
[0077]例如，最上層的層間絕緣膜90內(nèi)的導(dǎo)電層(布線)91或者支承基板85上(或者內(nèi)部)的金屬層(未圖示)作為圖像傳感器10的表面?zhèn)鹊囊r墊而使用。
[0078]在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)?，在相?duì)于半導(dǎo)體基板30的主面垂直的方向與像素陣列12重疊的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有彩色過濾器CF以及微透鏡陣列ML。由此，對(duì)各光電二極管(像素)照射規(guī)定波長(zhǎng)區(qū)域的光。彩色過濾器CF具有例如拜耳圖案、RGBW圖案等的色素膜的排列圖案。
[0079]在半導(dǎo)體基板30內(nèi)，設(shè)置有貫通電極83。通過貫通電極83，半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊牟季€/插塞91、92與半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)鹊牟季€/襯墊81連接。貫通電極83通過TSV (ThroughSiliconVia)技術(shù)形成，貫通電極83由例如含有高濃度的雜質(zhì)的多晶硅或者金屬構(gòu)成。貫通電極83以充滿在半導(dǎo)體基板30的內(nèi)部形成的貫通孔的方式，埋入半導(dǎo)體基板30內(nèi)。
[0080]例如，在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)?，設(shè)置有覆蓋單位單元UCX的遮光膜81X。像素陣列12內(nèi)的被遮光膜81X所覆蓋的區(qū)域129是光學(xué)黑體區(qū)域(以下，表述為OB區(qū)域或者遮光區(qū)域)129。遮光膜81X使用與背面?zhèn)鹊牟季€以及襯墊81相同的材料，能夠?qū)嵸|(zhì)上同時(shí)形成。例如，在OB區(qū)域129中，顏色不同的多個(gè)濾色片的層疊膜CFX也可以設(shè)置于該膜CFX與遮光膜81X上下重合的位置。由此，提高相對(duì)OB區(qū)域129的遮光性。
[0081]通過OB區(qū)域129內(nèi)的單位單元UCX，生成像素陣列12 (例如，復(fù)位晶體管或者放大晶體管)的基準(zhǔn)電位(黑電平)或者用于有效區(qū)域內(nèi)的單位單元UC中的暗電流的修正的電位(或者電流)。在下面，將像素陣列12內(nèi)的OB區(qū)域129以外的區(qū)域叫做有效區(qū)域。
[0082]圖3為示意性地表示本實(shí)施方式的圖像傳感器10的像素陣列以及其附近的電路的等效電路圖。
[0083]如圖3所示，在本實(shí)施方式的圖像傳感器的像素陣列12內(nèi)，多個(gè)像素21A、21B配置成矩陣狀。
[0084]在本實(shí)施方式中，圖像傳感器10的像素陣列12具有2像素I單元構(gòu)造。2像素I單元構(gòu)造具有I個(gè)單位單元UC包括2個(gè)像素的電路結(jié)構(gòu)。
[0085]多個(gè)單位單元UC在像素陣列12內(nèi)配置成矩陣狀。各單位單元UC設(shè)置于像素陣列12內(nèi)的控制線RDA、RDB、RST、ADR與信號(hào)線VSL的交叉位置。為了將用于控制單位單元UC的動(dòng)作(導(dǎo)通/截止)的信號(hào)供給至單位單元UC，控制線RDA、RDB、RST、ADR設(shè)置于像素陣列12內(nèi)。為了將通過光電二極管(像素)21A、21B進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換了的信號(hào)輸出至單位單元UC的外部，信號(hào)線(第一布線)VSL設(shè)置于像素陣列12內(nèi)。
[0086]在2像素I單元構(gòu)造的單位單元UC中，作為像素(單位單元)的信號(hào)檢測(cè)部6的I個(gè)浮動(dòng)傳播區(qū)6相對(duì)2個(gè)光電二極管21A、21B被共有化。單位單元UC除了光電二極管21A、21B以及浮動(dòng)傳播區(qū)6，還包括例如2個(gè)讀出晶體管22A、22B、復(fù)位晶體管24、尋址晶體管25以及放大晶體管26。通過光電二極管21A、21B與多個(gè)晶體管22A、22B、24、25、26，形成像素電路。
[0087]在2像素I單元構(gòu)造的單位單元UC中，以各讀出晶體管22A、22B分別與各光電二極管21A、21B對(duì)應(yīng)的方式，2個(gè)讀出晶體管22A、22B設(shè)置于單位單元UC內(nèi)。在2像素I單元構(gòu)造的單位單元UC中，復(fù)位晶體管24、尋址晶體管25以及放大晶體管26被2個(gè)光電二極管21A、21B共有。
[0088]光電二極管21A、21B的陽(yáng)極與固定電位連接，例如，被接地。光電二極管21A、21B的陰極經(jīng)由讀出晶體管22A、22B的電流路徑，分別與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。
[0089]光電二極管21A、21B將從微透鏡以及彩色過濾器通過且入射到光電二極管的光轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷(電信號(hào))，并積聚該電荷。在下面，對(duì)于不區(qū)分光電二極管21A、2IB的情況，表述為光電二極管21。
[0090]各讀出晶體管22A、22B控制各光電二極管21A、21B的信號(hào)電荷的積聚以及傳送。讀出晶體管22A、22B的柵極分別與讀取控制線RDA、RDB連接。讀出晶體管22A、22B的電流路徑的一端分別與光電二極管21A、21B的陰極連接。讀出晶體管22A、22B的電流路徑的另一端與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。在下面，對(duì)于不區(qū)分讀出晶體管22A、22B的情況，表述為讀出晶體管22。
[0091]復(fù)位晶體管24將浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位(放大晶體管5的柵極電位)復(fù)位。復(fù)位晶體管24的柵極與復(fù)位控制線RST連接。復(fù)位晶體管24的電流路徑的一端與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。復(fù)位晶體管24的電流路徑的另一端與例如電源線(電源端子)VDD連接。
[0092]尋址晶體管25作為用于選擇(激活)單位單元UC的選擇元件而發(fā)揮作用。尋址晶體管25的柵極與地址控制線ADR連接。尋址晶體管25的電流路徑的一端與放大晶體管26的電流路徑的另一端連接，尋址晶體管25的電流路徑的另一端與垂直信號(hào)線VSL連接。
[0093]放大晶體管26放大浮動(dòng)傳播區(qū)6保持的來(lái)自光電二極管21的信號(hào)。放大晶體管26的柵極與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。放大晶體管26的電流路徑的一端與電源線VDD連接，放大晶體管26的電流路徑的另一端與尋址晶體管25的電流路徑的一端連接。通過放大晶體管26放大的信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的尋址晶體管25，作為單位單元(或者像素)UC的信號(hào)而被輸出至垂直信號(hào)線VSL。放大晶體管26作為源極跟隨器而發(fā)揮作用。
[0094]將在浮動(dòng)傳播區(qū)6經(jīng)由讀出晶體管22保持從光電二極管傳送的信號(hào)電荷時(shí)，基于積聚信號(hào)電荷的浮動(dòng)傳播區(qū)6的檢測(cè)信號(hào)而從單位單元UC輸出的信號(hào)，叫做像素信號(hào)或者像素電壓。將在浮動(dòng)傳播區(qū)6通過復(fù)位晶體管24而成復(fù)位狀態(tài)時(shí)，基于復(fù)位狀態(tài)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的檢測(cè)信號(hào)而從單位單元UC輸出的信號(hào)叫做復(fù)位信號(hào)(或者復(fù)位電壓)。
[0095]垂直移位寄存器13與2根讀取控制線RDA、RDB、地址控制線ADR以及復(fù)位控制線RST連接。垂直移位寄存器13控制讀取控制線RDA、RDB、地址控制線ADR以及復(fù)位控制線RST的電位(信號(hào)電平)，以行單位控制以及選擇像素陣列12內(nèi)的多個(gè)單位單元UC (以及像素)。
[0096]⑶S電路16的處理單元(⑶S單元)160以及ADC電路的處理單元(ADC單元)170分別與垂直信號(hào)線VSL連接。
[0097]垂直信號(hào)線VSL通過水平移位寄存器(未圖示)被依次掃描，因此，由各處理單元160、170保持的信號(hào)經(jīng)由水平信號(hào)線(未圖示)被傳送至行存儲(chǔ)器18以及信號(hào)處理電路11。
[0098]負(fù)載晶體管29作為相對(duì)垂直信號(hào)線VSL的電流源而使用。負(fù)載晶體管29的電流路徑的一端經(jīng)由垂直信號(hào)線VSL與尋址晶體管25的電流路徑的一端連接。負(fù)載晶體管29的電流路徑的另一端與接地線Vss連接。負(fù)載晶體管29的柵極與控制線47連接。負(fù)載晶體管29作為恒流源而發(fā)揮作用。
[0099]在具有這樣的電路結(jié)構(gòu)的圖像傳感器中，通過以與垂直信號(hào)線VSL連接的方式形成的源極跟隨器電路，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位的變化幾乎保持不變，作為垂直信號(hào)線的電位的變化而表現(xiàn)。
[0100]在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，電容元件40A與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。
[0101]如圖3所示,相對(duì)各單位單元UC設(shè)置有I個(gè)電容元件40A。電容元件40A的一端與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接，電容元件40A的另一端與布線(在下面，叫做電容布線)40連接。電容布線40在例如與垂直信號(hào)線VSL平行的方向上延伸。電容布線40設(shè)置于層間絕緣膜90內(nèi)。
[0102]在電容布線40的末端側(cè)(像素陣列12的端部)，在電容布線40與垂直信號(hào)線VSL之間連接有作為開關(guān)元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，η型MOS晶體管)42。場(chǎng)效應(yīng)晶體管42的電流路徑連接于電容布線40與垂直信號(hào)線VSL之間。場(chǎng)效應(yīng)晶體管42的柵極與供給有控制信號(hào)Vshunt的控制線41連接。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管42導(dǎo)通的情況下，電容布線40與垂直信號(hào)線VSL導(dǎo)通。
[0103]在下面，將為了使電容布線40與垂直信號(hào)線VSL成為導(dǎo)通狀態(tài)的控制信號(hào)Vshunt叫做分流控制信號(hào)Vshunt。
[0104]另外，經(jīng)由作為開關(guān)元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，P型MOS晶體管)43，輸出電壓Vboost的電壓端子與各電容布線40連接。來(lái)自電壓端子的電壓Vboost經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管43，施加于各電容布線40，控制電容布線40的電位。例如，通過電壓Vboost被供給至電容布線40，升壓電容布線40。在下面，將用于升壓電容布線40的電壓Vboost叫做升壓電壓Vboost。
[0105]例如，定時(shí)控制電路15的控制電路150控制分流控制信號(hào)Vshunt的信號(hào)電平、升壓電壓Vboost的電位以及晶體管43的動(dòng)作(升壓電壓的輸出)。
[0106]電容元件40A與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接，由此，提高圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。
[0107]使用圖4以及圖5，對(duì)本實(shí)施方式的圖像傳感器的與浮動(dòng)傳播區(qū)連接的電容元件以及電容布線的構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明。
[0108]圖4以及圖5為用于說(shuō)明本實(shí)施方式的圖像傳感器10的像素陣列12內(nèi)的構(gòu)造的圖。圖4為示意性地表示本實(shí)施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的平面構(gòu)造的俯視圖。圖5為示意性地表示本實(shí)施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的截面構(gòu)造的剖視圖。
[0109]在圖4中，提取本實(shí)施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的一部分，并進(jìn)行圖示。圖5示出了圖4的沿V — V線的截面。另外，在圖5中，為了使圖示更清楚，省略了層間絕緣膜的圖示。
[0110]如圖4以及圖5所示，圖像傳感器10的垂直信號(hào)線VSL以在Y方向(列方向)延伸的方式，設(shè)置于像素陣列12內(nèi)。讀取控制線RDA、RDB、復(fù)位控制線RST、地址控制線ADR以在X方向(行方向)延伸的方式，設(shè)置于像素陣列12內(nèi)。
[0111]在如圖4所示的2像素I單元構(gòu)造的圖像傳感器的像素陣列12的布局中，單位單元UC內(nèi)的2個(gè)光電二極管(PD)21A、21B的形成區(qū)域(在下面，叫做光電二極管形成區(qū)域)在Y方向上排列。
[0112]讀出晶體管22設(shè)置于各讀出晶體管22對(duì)應(yīng)的光電二極管21的光電二極管形成區(qū)域的拐角。在2像素I單元構(gòu)造的單位單元UC中，單位單元UC內(nèi)的2個(gè)讀出晶體管22A、22B以在列方向相鄰的方式，設(shè)置于單位單元形成區(qū)域內(nèi)。
[0113]以讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B相對(duì)于對(duì)于半導(dǎo)體基板30的表面為水平方向上的X方向以及Y方向具有傾斜角度的方式，讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B經(jīng)由柵極絕緣膜(未圖示)設(shè)置于半導(dǎo)體基板30上。讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B分別經(jīng)由接觸插塞CP1、CP2，與讀取控制線RDA、RDB連接。
[0114]作為信號(hào)檢測(cè)部40的浮動(dòng)傳播區(qū)(FD)6，以浮動(dòng)傳播區(qū)6的形成區(qū)域(在下面，叫做浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域)與讀出晶體管22的溝道區(qū)域連接的方式，設(shè)置于半導(dǎo)體基板30內(nèi)。
[0115]浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域經(jīng)由讀出晶體管22的溝道區(qū)域與光電二極管形成區(qū)域連接。浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域以及光電二極管形成區(qū)域是連續(xù)的半導(dǎo)體區(qū)域。
[0116]作為浮動(dòng)傳播區(qū)6的擴(kuò)散層60設(shè)置于浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域內(nèi)。作為浮動(dòng)傳播區(qū)(FD)的擴(kuò)散層60經(jīng)由接觸插塞CP3與信號(hào)檢測(cè)線FDL連接。
[0117]復(fù)位晶體管24的溝道區(qū)域與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。即，復(fù)位晶體管24的溝道區(qū)域以及浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域是連續(xù)的半導(dǎo)體區(qū)域。
[0118]復(fù)位晶體管24的柵極電極242經(jīng)由接觸插塞CP4與復(fù)位控制線RST連接。復(fù)位晶體管24的與浮動(dòng)傳播區(qū)側(cè)相反一側(cè)的源極/漏極擴(kuò)散層243經(jīng)由接觸插塞CP5與電源線VDD連接。
[0119]尋址晶體管25的形成區(qū)域以及放大晶體管26的形成區(qū)域在Y方向上與光電二極管形成區(qū)域相鄰。尋址晶體管25以及放大晶體管26的形成區(qū)域通過元件分離區(qū)域(例如，元件分離雜質(zhì)層)，與光電二極管形成區(qū)域以及浮動(dòng)傳播區(qū)形成區(qū)域分離。
[0120]尋址晶體管25的柵極電極252以及放大晶體管26的柵極電極262經(jīng)由柵極絕緣膜(未圖示)，分別設(shè)置于共有的半導(dǎo)體基板30上。尋址晶體管25的柵極電極252經(jīng)由插塞CP6、VP以及引出布線，與地址控制線ADR連接。尋址晶體管25的一方的源極/漏極擴(kuò)散層253與垂直信號(hào)線VSL連接。
[0121]放大晶體管26的柵極電極262經(jīng)由接觸插塞CP8，與信號(hào)檢測(cè)線FDL連接。通過信號(hào)檢測(cè)線FDL，放大晶體管26的柵極電極262與浮動(dòng)傳播區(qū)6。
[0122]放大晶體管26的一方的源極/漏極擴(kuò)散層與尋址晶體管25的另一方的源極/漏極擴(kuò)散層254被共有。放大晶體管26的另一方的源極/漏極擴(kuò)散層263經(jīng)由接觸插塞CP9、VP以及第二布線水平面內(nèi)的中間布線59，與電源線VDD連接。
[0123]如圖5所示，垂直信號(hào)線VSL以及電源線VDD設(shè)置于第一布線水平面Ml。讀取控制線RDA、RDB、復(fù)位控制線RST以及地址控制線ADR設(shè)置于第二布線水平面M2。另外，與第二布線水平面M2相比，第一布線水平面Ml位于半導(dǎo)體基板30偵U。
[0124]如圖4以及圖5所示，電容布線40設(shè)置于第一布線水平面Ml內(nèi)。電容布線40例如，沿著Y方向，相對(duì)垂直信號(hào)線VSL平行地延伸。電容布線40相對(duì)半導(dǎo)體基板30的表面且在平行方向上，布置于信號(hào)檢測(cè)線FDL與垂直信號(hào)線VSL之間。與電容布線40相鄰的垂直信號(hào)線VSL是與相對(duì)該電容布線40所連接的單位單元而在行方向上相鄰的其他單位單元連接的垂直信號(hào)線。
[0125]電容布線(也叫做升壓布線)40在相對(duì)于半導(dǎo)體基板30的主面平行的方向上，與浮動(dòng)傳播區(qū)6所連接的信號(hào)檢測(cè)線FDL相鄰。在夾著絕緣體(層間絕緣膜)且互相相鄰的電容布線40與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間，產(chǎn)生電容耦合40A。該電容耦合40A作為與浮動(dòng)傳播區(qū)6所連接的電容元件40A而發(fā)揮作用。通過調(diào)整信號(hào)檢測(cè)線FDL與電容布線40的間隔，以及信號(hào)檢測(cè)線FDL與電容布線40的對(duì)置面積(2個(gè)布線40、FDL相鄰的長(zhǎng)度)的任意一方，調(diào)整由電容耦合構(gòu)成的電容元件40A的靜電電容CC的大小。
[0126]信號(hào)檢測(cè)線FDL與各單位單元UC電分離。因此，即使電容布線40被多個(gè)單位單元(像素)共有化，電容元件40A也與各單位單元UC的浮動(dòng)傳播區(qū)6連接。
[0127]如上所述，電容布線40經(jīng)由晶體管43與升壓電壓Vboost的電壓端子連接。電容布線40經(jīng)由晶體管42的溝道區(qū)域與垂直信號(hào)線VSL連接。晶體管42、43設(shè)置于像素陣列12的端部或者外圍電路區(qū)域125內(nèi)。
[0128]在本實(shí)施方式中，使用布線FDL、布線40間的電容耦合，形成與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件40A。由此，與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件40A，與從MOS電容器等的半導(dǎo)體區(qū)域上所設(shè)置的元件來(lái)形成的情況相比較，能夠抑制半導(dǎo)體基板30上的元件的形成區(qū)域的增加。但是,考慮到電容元件40A的特性的均勻性等，MOS電容器等的電容元件也可以以與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的方式，形成于像素陣列12內(nèi)或者外圍電路區(qū)域125內(nèi)的半導(dǎo)體基板30上。
[0129]如上所述，通過像素電路(單位單元)形成的源極跟隨器電路，浮動(dòng)傳播區(qū)的電位的變化作為垂直信號(hào)線的電位的變化而表現(xiàn)。
[0130]優(yōu)選為，圖像傳感器具有能夠以對(duì)暗的被攝體進(jìn)行攝像時(shí)的S/N比良好、并且在對(duì)充分明亮的被攝體的攝像時(shí)確保輸出分辨率的方式，在寬廣的動(dòng)態(tài)范圍對(duì)圖像進(jìn)行攝像的特性。通過圖像傳感器具有寬廣的動(dòng)態(tài)范圍，圖像傳感器能夠獲得與人眼看到的圖像相同的圖像。
[0131]在近年，為了縮小相機(jī)尺寸，要求縮小攝像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的尺寸，并且，相對(duì)高分辨率的要求也變高，所以，具有縮小圖像傳感器的像素尺寸的趨勢(shì)。在這種情況下，獲得具有寬廣的動(dòng)態(tài)范圍的圖像變得困難。
[0132]像素的尺寸被縮小時(shí)，能夠以光電二極管受光的光量減少，因此靈敏度降低。在這種情況下，為了維持所期望的S/N比，盡量減少在像素電路或其后級(jí)的電路產(chǎn)生的噪聲。
[0133]例如，盡量減小浮動(dòng)傳播區(qū)的電容，增大每I個(gè)信號(hào)電子的浮動(dòng)傳播區(qū)的輸出電壓。由此，相對(duì)在包括放大晶體管的后級(jí)的輸出電路產(chǎn)生的噪聲，信號(hào)電壓變得較大，S/N比被提聞。
[0134]這樣，通過減小浮動(dòng)傳播區(qū)的電容，能夠改善信號(hào)電荷的數(shù)量少的低照度下的暗的被攝體的攝像時(shí)的S/N比。
[0135]但是，在對(duì)高亮度下的明亮的被攝體進(jìn)行攝像時(shí)，相對(duì)光電二極管的入射光量大，所以，在光電二極管產(chǎn)生的信號(hào)電荷的數(shù)量變多，在浮動(dòng)傳播區(qū)必須積聚的信號(hào)電荷的數(shù)量變多。
[0136]在浮動(dòng)傳播區(qū)的電容小的情況下，每I個(gè)電子的電位的變化變大。因此，從光電二極管向浮動(dòng)傳播區(qū)傳送了大量的信號(hào)電荷時(shí)，具有傳送了信號(hào)電荷的浮動(dòng)傳播區(qū)的電位，與信號(hào)電荷(電子)的讀取后的光電二極管的耗盡狀態(tài)的電位相比低的情況。作為該結(jié)果是，從光電二極管到浮動(dòng)傳播區(qū)，可能不傳送在光電二極管積聚的所有電子。
[0137]在這種情況下，產(chǎn)生在被顯示的圖像中輸出信號(hào)的線性喪失等的問題，圖像的品質(zhì)有可能下降。
[0138]作為為了抑制上述問題的技術(shù)的一個(gè)例子，執(zhí)行如下動(dòng)作:在復(fù)位晶體管導(dǎo)通時(shí)，向垂直信號(hào)線流動(dòng)的電流(源極跟隨器貫通電流)的電流值增大，在CDS動(dòng)作時(shí)的黑電平被鉗位時(shí)，在垂直信號(hào)線內(nèi)流動(dòng)的電流的電流值減小的動(dòng)作。通過該動(dòng)作，在復(fù)位晶體管導(dǎo)通時(shí)，垂直信號(hào)線的電位向正側(cè)變化，通過垂直信號(hào)線與浮動(dòng)傳播區(qū)之間的電容耦合，浮動(dòng)傳播區(qū)的電位被提高。但是，在該動(dòng)作中，可能因向垂直信號(hào)線內(nèi)流動(dòng)的電流暫時(shí)變大而圖像傳感器的消耗功率等變大。
[0139]在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，如下所述，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位被升壓。
[0140]S卩，在通過復(fù)位晶體管24導(dǎo)通，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位復(fù)位時(shí)，通過將垂直信號(hào)線VSL與電容布線(升壓布線)40分離，垂直信號(hào)線VSL被固定在較低的電位。
[0141]之后，在復(fù)位信號(hào)被后級(jí)的電路160、170鉗位前的定時(shí)，使垂直信號(hào)線VSL與電容布線40連接。由此，垂直信號(hào)線VSL的電位從上述的被固定的較低的電位變化成與浮動(dòng)傳播區(qū)的電位對(duì)應(yīng)的較高的電位。在此時(shí)，利用設(shè)置于電容布線40與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間的電容元件40A，與垂直信號(hào)線VSL的電位變化對(duì)應(yīng)地將浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位升壓至較高的電壓。
[0142]由此，在本實(shí)施方式中，浮動(dòng)傳播區(qū)6的復(fù)位信號(hào)的鉗位時(shí)、以及從光電二極管21到浮動(dòng)傳播區(qū)6傳送信號(hào)電荷前的浮動(dòng)傳播區(qū)的電位能夠設(shè)成比一般的圖像傳感器高。
[0143]因此，例如，即使在如對(duì)明亮的被攝體(亮度高的被攝體)進(jìn)行攝像的情況那樣，大量的信號(hào)電荷從光電二極管21傳送到浮動(dòng)傳播區(qū)6時(shí),也能夠抑制因被傳送了的信號(hào)電荷引起的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位的過度的下降，幾乎不產(chǎn)生光電二極管21內(nèi)的信號(hào)電荷的殘留以及從浮動(dòng)傳播區(qū)6到光電二極管21的信號(hào)電荷的反流。
[0144]因此，根據(jù)本實(shí)施方式的圖像傳感器，能夠遍及寬廣的范圍維持輸出信號(hào)的線性，能夠形成動(dòng)態(tài)范圍寬廣的圖像。
[0145]因此，本實(shí)施方式的圖像傳感器不產(chǎn)生在垂直信號(hào)線中流動(dòng)的電流的增加等所引起的圖像傳感器的消耗功率的增大，并且能夠提高浮動(dòng)傳播區(qū)的動(dòng)態(tài)范圍以及源極跟隨器(放大晶體管)的輸出的動(dòng)態(tài)范圍。
[0146]在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，在來(lái)自單位單元(像素)的作為基準(zhǔn)信號(hào)的復(fù)位信號(hào)的鉗位時(shí)，以及從來(lái)自被攝體的光生成的來(lái)自光電二極管21的信號(hào)電荷所引起的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位(像素信號(hào))的檢測(cè)時(shí)，使電容布線40與垂直信號(hào)線VSL短路。由此，光電二極管的像素信號(hào)的輸出時(shí)，電容元件40A的靜電電容從浮動(dòng)傳播區(qū)的靜電電容移除，附加有電容元件40A的靜電電容的浮動(dòng)傳播區(qū)6的有效電容減少。作為該結(jié)果，防止用于使動(dòng)態(tài)范圍提高的電容元件40A所引起的轉(zhuǎn)換增益的下降。
[0147]另外，例示了背面照射式圖像傳感器，并說(shuō)明了本實(shí)施方式的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，具有電容元件與浮動(dòng)傳播區(qū)連接的電路結(jié)構(gòu)的圖像傳感器也能應(yīng)用到表面照射式圖像傳感器，獲得上述的效果。
[0148]如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式的固體攝像裝置，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質(zhì)。
[0149](b)動(dòng)作例
[0150]參照?qǐng)D6，對(duì)第一實(shí)施方式的固體攝像裝置(圖像傳感器)的動(dòng)作例進(jìn)行說(shuō)明。另夕卜，在此，除圖6以外，也適當(dāng)使用圖1?圖5，對(duì)本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作例進(jìn)行說(shuō)明。
[0151]圖6為用于說(shuō)明第一實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作例的定時(shí)圖。圖6的橫軸表示時(shí)間，圖6的縱軸表示各信號(hào)的電位(信號(hào)電平)。
[0152]實(shí)施方式的圖像傳感器中的像素陣列12的來(lái)自單位單元UC的信號(hào)(電荷)的讀取動(dòng)作例如以如下方式執(zhí)行。
[0153]來(lái)自被攝體的光入射至圖像傳感器，入射的光通過光電二極管21被光電轉(zhuǎn)換。通過讀出晶體管22截止，由光電二極管21的光電轉(zhuǎn)換生成的信號(hào)電荷積聚于光電二極管21內(nèi)。
[0154]基于從定時(shí)控制電路15指示的動(dòng)作定時(shí)，被選擇的像素陣列12的行所對(duì)應(yīng)的地址控制線ADR的信號(hào)電平通過垂直移位寄存器13被設(shè)定為H電平。由此，尋址晶體管25導(dǎo)通。經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的尋址晶體管25，放大晶體管26的電流路徑與垂直信號(hào)線VSL連接。
[0155]由此，選擇屬于某行的單位單元，檢測(cè)復(fù)位狀態(tài)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位。此時(shí)，通過定時(shí)控制電路15的控制，控制信號(hào)Voff設(shè)定為H (高)電平，作為控制元件的N型MOS晶體管43導(dǎo)通。另外，供給至控制線41的控制信號(hào)Vshunt的信號(hào)電平設(shè)定為L(zhǎng) (低)電平。作為開關(guān)元件的N型晶體管42截止。通過截止?fàn)顟B(tài)的晶體管42，電容布線40從垂直信號(hào)線VSL電分離。由此，電容元件(電容耦合)40A與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接，規(guī)定的靜電電容被附加至浮動(dòng)傳播區(qū)6。此時(shí)，例如，升壓電壓Vboost設(shè)定為L(zhǎng) (低)電平。此時(shí)，垂直信號(hào)線VSL的電位被固定在較低的電位。
[0156]基于從定時(shí)控制電路15指示的動(dòng)作定時(shí)，像素陣列12內(nèi)的所選擇的行所對(duì)應(yīng)的復(fù)位控制線RST的信號(hào)電平(電位)Vrst通過垂直移位寄存器13被設(shè)定為H電平，復(fù)位晶體管24導(dǎo)通。由此，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD復(fù)位到從電源線VDD供給的電位。此時(shí)，讀出晶體管22截止。
[0157]復(fù)位狀態(tài)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD施加于放大晶體管26的柵極。根據(jù)浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD的大小，放大晶體管26進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。根據(jù)施加了復(fù)位狀態(tài)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD的放大晶體管26的驅(qū)動(dòng)力，垂直信號(hào)線VSL的電位進(jìn)行變動(dòng)。
[0158]之后，復(fù)位控制信號(hào)Vrst從H電平設(shè)定為L(zhǎng)電平。
[0159]復(fù)位信號(hào)被輸出至垂直信號(hào)線VSL后，在鉗位控制信號(hào)CLP被設(shè)定為H電平前的期間，控制信號(hào)Voff從H電平轉(zhuǎn)變成L電平，晶體管43截止。用于供給升壓電壓Vboost的電源端子從電容布線40電分離。
[0160]在升壓電壓端子Vboost從電容布線40分離開始到鉗位控制信號(hào)CLP設(shè)定為H電平為止的期間，控制信號(hào)Vshunt從L電平轉(zhuǎn)變成H電平，晶體管42截止。由此，復(fù)位信號(hào)輸出后，電容布線40與垂直信號(hào)線VSL電連接。此時(shí)，垂直信號(hào)線VSL的電位從較低的電位變化成與浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD對(duì)應(yīng)的較高的電位。
[0161]控制信號(hào)Vshunt被設(shè)定為H電平后(布線40與垂直信號(hào)線VSL連接后)的電容布線40的電位，通過供給了復(fù)位后的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD的放大晶體管26的輸出電壓(垂直信號(hào)線VSL的電位)，變成比控制信號(hào)Vshunt變成L電平時(shí)的電容布線40的電壓高的電位。電容布線40的電壓在控制信號(hào)Vshunt從L電平轉(zhuǎn)變成H電平的定時(shí)，從低電壓升壓至高電壓，與電容布線40進(jìn)行電容耦合的浮動(dòng)傳播區(qū)的電位FD與電容布線40的升壓對(duì)應(yīng)地變化為高的電位。
[0162]這樣，浮動(dòng)傳播區(qū)6以及來(lái)自單位單元UC的輸出(復(fù)位信號(hào))的動(dòng)態(tài)范圍變大。另夕卜，圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍變大，供給至垂直信號(hào)線VSL的電流不變大。
[0163]通過定時(shí)控制電路131的控制，用于將單位單元UC的復(fù)位信號(hào)鉗位至⑶S電路16的鉗位信號(hào)設(shè)定為H電平，以浮動(dòng)傳播區(qū)被升壓了的狀態(tài)被輸出至垂直信號(hào)線VSL的復(fù)位信號(hào)通過⑶S電路(⑶S單元)16被鉗位。
[0164]在到鉗位控制信號(hào)CLP設(shè)定為H電平為止的期間，在光電二極管21內(nèi)，來(lái)自被攝體的光所引起的信號(hào)電荷被積聚。
[0165]進(jìn)而，基于從定時(shí)控制電路131指示的動(dòng)作定時(shí)，H電平的讀取控制信號(hào)Vread被供給至讀取控制線RD。由此，讀出晶體管21成為導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的讀出晶體管22的電流路徑(通道)，從光電二極管21向浮動(dòng)傳播區(qū)6傳送在光電二極管積聚的信號(hào)電荷。
[0166]另外，在包括2像素I單元構(gòu)造的單位單元的圖像傳感器中，單位單元UC內(nèi)的2個(gè)讀出晶體管22A、22B之中任意一方設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，從單位單元UC內(nèi)的2個(gè)光電二極管21A、21B之中與導(dǎo)通狀態(tài)的讀出晶體管22連接的光電二極管21向浮動(dòng)傳播區(qū)6傳送信號(hào)電荷。
[0167]與來(lái)自光電二極管21的信號(hào)電荷的量對(duì)應(yīng)，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD變化。例如，傳送了信號(hào)電荷時(shí)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位比復(fù)位狀態(tài)時(shí)以及復(fù)位信號(hào)的鉗位時(shí)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位低。
[0168]浮動(dòng)傳播區(qū)6的變化后的電位被施加至放大晶體管26的柵極。以與浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD的大小(來(lái)自光電二極管21的信號(hào)電荷量)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力,放大晶體管26進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。與施加了信號(hào)電荷量所對(duì)應(yīng)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD的放大晶體管26的驅(qū)動(dòng)力對(duì)應(yīng)地，垂直信號(hào)線VSL的電位變動(dòng)。
[0169]這樣，通過信號(hào)電荷的保持狀態(tài)的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD驅(qū)動(dòng)的來(lái)自放大晶體管26的輸出作為單位單元UC的輸出(像素信號(hào))，被輸出至垂直信號(hào)線VSL。
[0170]基于定時(shí)控制電路131指示的動(dòng)作定時(shí)，控制信號(hào)(采樣保持信號(hào))S/Η設(shè)成H電平，輸出至垂直信號(hào)線VSL的像素信號(hào)被⑶S電路16米樣。
[0171]來(lái)自單位單元UC的復(fù)位信號(hào)與像素信號(hào)通過⑶S電路16的⑶S單元160進(jìn)行⑶S處理，通過ADC電路17的ADC單元170進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。由此，單位單元UC的輸出信號(hào)(像素信號(hào))的噪聲被去除，單位單元UC的輸出信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(數(shù)字信號(hào))。被轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被輸出至信號(hào)處理電路11。
[0172]通過與此相同的動(dòng)作，基于定時(shí)控制電路15以及垂直移位寄存器13的控制，像素陣列12的行被依次切換，獲得與屬于被選擇的行的單位單元UC的復(fù)位信號(hào)以及像素信號(hào)相對(duì)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。取得的數(shù)據(jù)被向圖像傳感器10的后級(jí)的信號(hào)處理電路11輸出。
[0173]來(lái)自圖像傳感器10的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過信號(hào)處理電路11，實(shí)施例如鏡頭陰影修正、缺陷修正、噪聲減少處理。由此，形成像素陣列12的I幀量的圖像。
[0174]在此，示出了 I個(gè)單位單元UC內(nèi)的2個(gè)光電二極管21A、21B在不同的動(dòng)作定時(shí)，與浮動(dòng)傳播區(qū)6導(dǎo)通的例子。但是，也可以以根據(jù)各自的光電二極管21A、21B的特性(例如，光靈敏度)以及彩色過濾器的布局、使光電二極管21A、21B同時(shí)與浮動(dòng)傳播區(qū)6導(dǎo)通的方式，控制2個(gè)讀取控制線RDA、RDB的電位。
[0175]另外，在本實(shí)施方式中所述的圖像傳感器的動(dòng)作僅是一個(gè)例子，當(dāng)電容布線40以及電容元件40A如上述方式那樣被控制時(shí)，根據(jù)單位單元UC的電路結(jié)構(gòu)、像素陣列12以及外圍電路的結(jié)構(gòu)，圖像傳感器的動(dòng)作可以適當(dāng)變更。
[0176]通過如上所述的本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作，獲得如下那樣的效果。
[0177]在本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作中，來(lái)自單位單元UC的復(fù)位信號(hào)的輸出時(shí)，電容布線40從垂直信號(hào)線VSL電分離，電容布線40與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間的電容元件(電容耦合)40A的靜電電容被附加至浮動(dòng)傳播區(qū)6。
[0178]在浮動(dòng)傳播區(qū)6的復(fù)位信號(hào)的檢測(cè)時(shí)，通過由浮動(dòng)傳播區(qū)6與電容布線40的電容耦合而形成的電容元件40A，增加浮動(dòng)傳播區(qū)6的有效的靜電電容。
[0179]在單位單元的復(fù)位信號(hào)被鉗位前的定時(shí)，通過從垂直信號(hào)線VSL分離的電容布線40與某電位的垂直信號(hào)線VSL連接，電容布線40的電位被升壓。作為該結(jié)果，在本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作中，通過在電容布線40與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間連接的電容元件40A，能夠使作為信號(hào)檢測(cè)部的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位FD升壓。
[0180]因此，在本實(shí)施方式中，復(fù)位信號(hào)的鉗位時(shí)，以及從光電二極管21向浮動(dòng)傳播區(qū)6傳送信號(hào)電荷前的浮動(dòng)傳播區(qū)的電位，與一般的圖像傳感器進(jìn)行比較，變成高的電位。
[0181]因此，例如，在為了提高暗的被攝體的攝像時(shí)的S/N比而使浮動(dòng)傳播區(qū)的靜電電容(面積)減小的圖像傳感器中，即使對(duì)明亮的被攝體(亮度高的被攝體)進(jìn)行攝影，大量的信號(hào)電荷從光電二極管21被傳送至浮動(dòng)傳播區(qū)6時(shí)，也幾乎不產(chǎn)生由大量的信號(hào)電荷導(dǎo)致的浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位的過度下降所引起的從浮動(dòng)傳播區(qū)6到光電二極管21的信號(hào)電荷的反流、光電二極管21內(nèi)的信號(hào)電荷的殘留。
[0182]作為該結(jié)果，根據(jù)本實(shí)施方式的圖像傳感器，能夠遍及寬范圍地維持輸出信號(hào)的線性，能夠形成動(dòng)態(tài)范圍寬的圖像。
[0183]因此，根據(jù)本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作，能夠不增大圖像傳感器10的消耗功率，而使浮動(dòng)傳播區(qū)6升壓，并且能夠擴(kuò)大圖像傳感器中的浮動(dòng)傳播區(qū)6的動(dòng)態(tài)范圍以及源極跟隨器的輸出的動(dòng)態(tài)范圍。
[0184]在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，在來(lái)自單位單元(像素)的作為基準(zhǔn)信號(hào)的復(fù)位信號(hào)的輸出時(shí)(鉗位時(shí))以及像素信號(hào)的輸出時(shí)，電容布線40與垂直信號(hào)線VSL短路。在本實(shí)施方式中，通過電容布線40與垂直信號(hào)線VSL的短路，電容布線40與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間的有效靜電電容減小，附加有電容元件40A的靜電電容CC的浮動(dòng)傳播區(qū)6的靜電電容有效地減小。電容元件40A的靜電電容CC從浮動(dòng)傳播區(qū)6的靜電電容被移除。
[0185]由此，根據(jù)本實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作，防止與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件(電容耦合)所引起的轉(zhuǎn)換增益的下降。
[0186]因此，根據(jù)第一實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作例，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質(zhì)。
[0187](2)第二實(shí)施方式
[0188]參照?qǐng)D7，對(duì)第二實(shí)施方式的固體攝像裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0189]在此，也適當(dāng)使用圖1?圖6，對(duì)第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，關(guān)于第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)要素，對(duì)與第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素，標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略相同的結(jié)構(gòu)要素的說(shuō)明。
[0190]本實(shí)施方式的固體攝像裝置包括的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。
[0191]圖7為表示第二實(shí)施方式的固體攝像裝置(例如，圖像傳感器)的動(dòng)作例的定時(shí)圖。圖7的橫軸表示時(shí)間，圖7的縱軸表示各信號(hào)的電位(信號(hào)電平)。
[0192]如圖7所示，本實(shí)施方式的圖像傳感器為，光電二極管21所取得的像素信號(hào)的檢測(cè)/輸出時(shí)的升壓電壓Vboost設(shè)定成H電平，這與第一實(shí)施方式的圖像傳感器的動(dòng)作例不同。
[0193]如圖7所示，在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，與讀取控制信號(hào)Vread設(shè)定成H電平的定時(shí)實(shí)質(zhì)上同步，晶體管43導(dǎo)通，并且，升壓電壓Vboost從L電平轉(zhuǎn)變成H電平(或者，規(guī)定的電平)。H電平的升壓電壓Vboost經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管43被供給至與垂直信號(hào)線VSL短路的電容布線40。
[0194]由此，電容布線40的電位上升，經(jīng)由電容元件40A，浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位上升。
[0195]另外，升壓電壓Vboost的大小不限于H電平(VDD)，也可以是H電平與L電平(VSS)的中間電位。
[0196]在本實(shí)施方式中，對(duì)讀出晶體管22的柵極施加H電平，從光電二極管21向浮動(dòng)傳播區(qū)6傳送信號(hào)電荷時(shí),浮動(dòng)傳播區(qū)6的電位上升。
[0197]因此，由于在光電二極管21與浮動(dòng)傳播區(qū)6之間產(chǎn)生較大的電位差，所以光電二極管21內(nèi)的信號(hào)電荷的滯留消失。
[0198]作為該結(jié)果是，在本實(shí)施方式中，能夠抑制在光電二極管殘留的電荷所引起的殘留圖像那樣的、相對(duì)于圖像的噪聲在形成的圖像中產(chǎn)生的情況。
[0199]即使在第二實(shí)施方式的圖像傳感器以及其動(dòng)作中，也與第一實(shí)施方式相同，來(lái)自單位單元UC的像素信號(hào)的檢測(cè)/讀取時(shí)，電容布線40與垂直信號(hào)線VSL短路，因此能夠抑制與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件40A所引起的轉(zhuǎn)換增益的下降。
[0200]如上所述，根據(jù)第二實(shí)施方式，與第一實(shí)施方式相同，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質(zhì)。
[0201](3)第三實(shí)施方式
[0202]參照?qǐng)D8以及圖9，對(duì)第三實(shí)施方式的固體攝像裝置(例如，圖像傳感器)進(jìn)行說(shuō)明。
[0203]另外，關(guān)于第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)要素，對(duì)與第一以及第二實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素，標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略相同的結(jié)構(gòu)要素的說(shuō)明。
[0204]第三實(shí)施方式的圖像傳感器為，用于形成與浮動(dòng)傳播區(qū)連接的電容元件的布線的結(jié)構(gòu)與第一以及第二實(shí)施方式不同。
[0205]圖8以及圖9為表示第三實(shí)施方式的圖像傳感器的構(gòu)造例的圖。
[0206]圖8為表示第三實(shí)施方式的圖像傳感器的平面構(gòu)造的俯視圖。圖9為表示第三實(shí)施方式的圖像傳感器的截面構(gòu)造的剖視圖。圖9示出了圖8的沿IX — IX線的截面構(gòu)造。在圖9中，省略半導(dǎo)體基板上的層間絕緣膜的圖示。
[0207]第三實(shí)施方式的圖像傳感器為，以電容布線40在相對(duì)于半導(dǎo)體基板的表面垂直的方向上與信號(hào)檢測(cè)線FDL相鄰的方式，電容布線40設(shè)置于層間絕緣膜90內(nèi)，這與第一實(shí)施方式的圖像傳感器不同。
[0208]例如，電容布線40設(shè)置于信號(hào)檢測(cè)線FDL所設(shè)置的第一布線水平面上方的第三布線水平面M3。
[0209]以電容布線40在相對(duì)于半導(dǎo)體基板30的表面垂直的方向上與信號(hào)檢測(cè)線FDL重疊的方式，電容布線40設(shè)置于第三布線水平面M3內(nèi)。
[0210]中間布線50設(shè)置于電容布線40與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間。中間布線50設(shè)置于第二布線水平面M2內(nèi)。像素陣列12內(nèi)的中間布線50的配置位置為，在相對(duì)于半導(dǎo)體基板30的表面垂直的方向上與信號(hào)檢測(cè)線FDL及電容布線40重疊。中間布線50經(jīng)由插塞VP,與電容布線40連接?；趯?dǎo)電體(例如、插塞)的中間布線50與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間的連接不存在。
[0211]在中間布線50與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間，產(chǎn)生電容耦合。中間布線50與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間的電容耦合作為在浮動(dòng)傳播區(qū)6與電容布線40之間連接的電容元件40A而發(fā)揮作用。
[0212]為了在中間布線50與信號(hào)檢測(cè)線FDL之間形成規(guī)定大小的靜電電容CC的電容耦合，只要中間布線50與信號(hào)檢測(cè)線FDL重疊，則與中間布線50連接的電容布線40的整體也可以不與信號(hào)檢測(cè)線FDL重疊。也可以以不設(shè)置中間布線50、電容布線40在相對(duì)于半導(dǎo)體基板30的表面垂直的方向上與信號(hào)檢測(cè)線FDL重疊的方式，將電容布線40設(shè)置于第二布線水平面M2內(nèi)。在這種情況下，在第一布線水平面Ml內(nèi)的信號(hào)檢測(cè)線FDL與第二布線水平面M2內(nèi)的電容布線40之間，產(chǎn)生作為電容元件40A的電容耦合。
[0213]通過將電容布線40設(shè)置為與設(shè)置有信號(hào)檢測(cè)線的布線水平面不同的布線水平面，能夠削減設(shè)置有信號(hào)檢測(cè)線的布線水平面(例如，第一布線水平面)內(nèi)的布線數(shù)，能夠提高布線的設(shè)計(jì)布局的自由度。
[0214]例如，電容布線40設(shè)置成與第一布線水平面內(nèi)的垂直信號(hào)線VSL不同的布線水平面，電容布線40從垂直信號(hào)線VSL離開。因此，能夠減少電容布線40與垂直信號(hào)線VSL之間的寄生電容。由此，能夠抑制由電容布線40與垂直信號(hào)線VSL之間的寄生電容引起的在垂直信號(hào)線VSL中產(chǎn)生噪聲的情況。
[0215]另外，本實(shí)施方式的圖像傳感器能夠應(yīng)用在第一以及第二實(shí)施方式所述的圖像傳感器的動(dòng)作。
[0216]如上所述，根據(jù)第三實(shí)施方式的固體攝像裝置，能夠與第一實(shí)施方式的固體攝像裝置相同地提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質(zhì)。
[0217](4)變形例
[0218]參照?qǐng)D10以及圖11，對(duì)實(shí)施方式的固體攝像裝置的變形例進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)本變形例的固體攝像裝置包括的結(jié)構(gòu)要素，標(biāo)記與第一以及第二實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素相同的參考符號(hào)，根據(jù)需要進(jìn)行該結(jié)構(gòu)要素的說(shuō)明。
[0219]圖像傳感器的像素陣列的電路結(jié)構(gòu)也可以是I像素I單元構(gòu)造。
[0220]圖10以及圖11為表示在本實(shí)施方式的圖像傳感器的變形例中的、I像素I單元構(gòu)造的像素陣列的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
[0221]如圖10所示，I像素I單元構(gòu)造的單位單元UC內(nèi)含有的光電二極管21的個(gè)數(shù)為I個(gè)。另外，以與光電二極管21對(duì)應(yīng)的方式，I個(gè)讀出晶體管22設(shè)置于單位單元內(nèi)。
[0222]另外，如圖11所示，放大晶體管26與尋址晶體管25的連接順序也可以與圖10所示的例子相反。
[0223]圖11的圖像傳感器10為，放大晶體管26的電流路徑的一端與垂直信號(hào)線VSL直接連接，放大晶體管26的電流路徑的另一端經(jīng)由尋址晶體管25的電流路徑與電源端子VDD連接。尋址晶體管25的電流路徑經(jīng)由放大晶體管26的電流路徑與垂直信號(hào)線VSL連接。
[0224]另外，各單位單元UC也可以不包括尋址晶體管5。在單位單元UC不包括尋址晶體管5的情況下，也可以不設(shè)置地址信號(hào)線ADR。
[0225]單位單元UC也可以如4像素I單元構(gòu)造或8像素I單元構(gòu)造那樣，為I個(gè)單位單元包括3個(gè)以上的像素(光電二極管)的電路結(jié)構(gòu)(多像素I單元構(gòu)造)。在包括多個(gè)像素的單位單元內(nèi)，3個(gè)以上的光電二極管共有I個(gè)浮動(dòng)傳播區(qū)以及復(fù)位晶體管、放大晶體管以及尋址晶體管。在包括多個(gè)像素的單位單元中，對(duì)各光電二極管，設(shè)置有I個(gè)讀出晶體管。
[0226]即使在如圖10以及圖11所示的圖像傳感器中，電容布線40設(shè)置于圖像傳感器10內(nèi)，電容元件40A連接于電容布線40與各浮動(dòng)傳播區(qū)6之間。
[0227]如圖10以及圖11所示的圖像傳感器的動(dòng)作時(shí)，來(lái)自單位單元UC的復(fù)位信號(hào)的輸出時(shí)，電容布線40從垂直信號(hào)線VSL電分離。由此，通過與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件40A,能夠使浮動(dòng)傳播區(qū)6升壓，提高動(dòng)態(tài)范圍。
[0228]進(jìn)而，來(lái)自單位單元UC的像素信號(hào)的輸出時(shí)，電容布線40與垂直信號(hào)線VSL電連接。由此，防止與浮動(dòng)傳播區(qū)6連接的電容元件40A所引起的轉(zhuǎn)換增益的下降。
[0229]如上所述，即使如圖10以及圖11所示的變形例的圖像傳感器那樣，單位單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，也能夠與上述的實(shí)施方式相同地提高圖像傳感器的畫質(zhì)。
[0230](5)應(yīng)用例
[0231]使用圖12，對(duì)實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的應(yīng)用例進(jìn)行說(shuō)明。
[0232]圖12為用于說(shuō)明本實(shí)施方式的固體攝像裝置的應(yīng)用例的示意圖。
[0233]圖12為表示包括本實(shí)施方式的固體攝像裝置(例如、圖像傳感器)10的相機(jī)模塊以及數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0234]各實(shí)施方式的圖像傳感器10被模塊化，并搭載于數(shù)碼相機(jī)900內(nèi)。在下面，將包括本實(shí)施方式的圖像傳感器10的模塊叫做相機(jī)模塊。
[0235]如圖12所示，包含本實(shí)施方式的圖像傳感器10 (以及信號(hào)處理電路)的相機(jī)模塊CM搭載于數(shù)碼相機(jī)900內(nèi)。
[0236]數(shù)碼相機(jī)900包括圖像處理電路(ISP) 102、存儲(chǔ)器103、顯示器104以及控制器105。
[0237]圖12的相機(jī)模塊CM除圖像傳感器10之外，還包括光學(xué)透鏡單元(攝像光學(xué)系統(tǒng))101。
[0238]光學(xué)透鏡單元101將入射光(來(lái)自被攝體的光)會(huì)聚到本實(shí)施方式的圖像傳感器10，使與入射光對(duì)應(yīng)的被攝體圖像在圖像傳感器10上成像。光學(xué)透鏡單元101包括多個(gè)透鏡。通過相對(duì)各透鏡的機(jī)械性或者電氣性的控制，能夠控制光學(xué)透鏡單元101的光學(xué)特性(例如，焦距)。
[0239]ISP102處理通過相機(jī)模塊CM的攝像而得到的圖像信號(hào)。存儲(chǔ)器103存儲(chǔ)來(lái)自ISP102的信號(hào)。存儲(chǔ)器103也能夠存儲(chǔ)從外部給予的信號(hào)以及數(shù)據(jù)。由ISP102信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)在相機(jī)模塊CM內(nèi)被反饋控制。圖1的信號(hào)處理電路11也可以設(shè)置于ISP102內(nèi)。
[0240]在顯示器(例如、液晶顯示器)104中，顯示來(lái)自ISP102的信號(hào)或者來(lái)自存儲(chǔ)器103的信號(hào)。從ISP102以及存儲(chǔ)器103輸出至顯示器104的信號(hào)為圖像傳感器10所取得的與來(lái)自被攝體的光對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)(靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)或者動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù))?？刂破?05控制相機(jī)模塊內(nèi)的各構(gòu)成部101?104的動(dòng)作。
[0241]相機(jī)模塊CM除數(shù)碼相機(jī)900以外，還能夠應(yīng)用到例如帶相機(jī)的便攜終端、帶相機(jī)的個(gè)人計(jì)算機(jī)以及車載相機(jī)等的電子設(shè)備中。
[0242]如上所述，實(shí)施方式的固體攝像裝置能夠應(yīng)用到相機(jī)模塊以及數(shù)碼相機(jī)中。
[0243]對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但這些實(shí)施方式是僅作為例子而提出的，并沒有意圖限定發(fā)明的范圍。實(shí)際上，這些實(shí)施方式可以以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，進(jìn)而在不超出發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種省略、置換以及變更。這些實(shí)施方式及其變形包括在發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)，同樣，也包括在權(quán)利要求書和與其等同的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 單位單元，該單位單元包括根據(jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部； 垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)；以及第一布線，經(jīng)由電容元件與上述信號(hào)檢測(cè)部連接， 在上述復(fù)位信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給時(shí)，上述第一布線從上述垂直信號(hào)線電分離， 在上述復(fù)位信號(hào)被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接， 在上述第一布線與上述垂直信號(hào)線連接的狀態(tài)下，上述像素信號(hào)從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給，供給至上述垂直信號(hào)線的上述像素信號(hào)被采樣。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述信號(hào)電荷向上述信號(hào)檢測(cè)部供給時(shí)， 對(duì)上述第一布線施加比基準(zhǔn)電位大的電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在從上述單位單元向上述垂直信號(hào)線供給上述像素信號(hào)時(shí)， 對(duì)上述第一布線施加基準(zhǔn)電位。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 上述單位單元包括第一晶體管，該第一晶體管具有經(jīng)由上述第二布線與上述信號(hào)檢測(cè)部連接的柵極以及與上述垂直信號(hào)線連接的電流路徑。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件由上述第一布線與上述第二布線之間的電容耦合而形成。
6.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述第一布線從上述垂直信號(hào)線電分離的情況下，上述電容元件的靜電電容被附加到上述信號(hào)檢測(cè)部。
7.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述第一布線與上述垂直信號(hào)線電連接的情況下，上述電容元件的靜電電容從上述信號(hào)檢測(cè)部移除。
8.—種固體攝像裝置，具備: 單位單元，該單位單元包括設(shè)置于半導(dǎo)體基板內(nèi)且根據(jù)入射的光生成信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件和設(shè)置于上述半導(dǎo)體基板內(nèi)且檢測(cè)上述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)部； 垂直信號(hào)線，被供給上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的復(fù)位信號(hào)及上述信號(hào)檢測(cè)部的上述信號(hào)電荷的保持狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)，并且該垂直信號(hào)線設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的層間絕緣膜； 電容元件，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部與第一布線之間；以及 第二布線，與上述信號(hào)檢測(cè)部連接。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件為上述第一布線與上述第二布線之間的電容耦合。
10.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述第二布線設(shè)在與上述第一布線相同的布線水平面內(nèi)，且在相對(duì)于上述半導(dǎo)體基板的表面平行的方向上與上述第一布線相鄰。
11.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述第二布線設(shè)置于與上述第一布線不同的布線水平面內(nèi)，且在相對(duì)于上述半導(dǎo)體基板的表面垂直的方向上與上述第一布線相鄰。
12.如權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置，其中， 在相對(duì)于上述半導(dǎo)體基板的表面垂直的方向上，在上述第一布線與上述第二布線之間設(shè)置有第三布線，上述第三布線與上述第二布線連接。
13.如權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件為上述第一布線與上述第三布線之間的電容耦合。
14.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 包括第一晶體管，該第一晶體管具有經(jīng)由上述第二布線與上述信號(hào)檢測(cè)部連接的柵極以及與上述垂直信號(hào)線連接的電流路徑。
15.一種固體攝像裝置的控制方法，包括: 在單位單元內(nèi)所包含的光電轉(zhuǎn)換元件內(nèi)積聚信號(hào)電荷，上述信號(hào)電荷基于入射到光電轉(zhuǎn)換元件的光而生成； 以電容元件的靜電電容被附加到上述單位單元內(nèi)所包含的信號(hào)檢測(cè)部的狀態(tài)，將上述單位單元的復(fù)位信號(hào)向上述單位單元所連接的垂直信號(hào)線輸出，上述復(fù)位信號(hào)為上述信號(hào)檢測(cè)部的復(fù)位狀態(tài)下的上述單位單元的信號(hào)； 在上述復(fù)位信號(hào)被信號(hào)處理單元采樣前，將上述電容元件的靜電電容從浮動(dòng)傳播區(qū)移除；以及 在上述復(fù)位信號(hào)被上述信號(hào)處理單元采樣后，將從上述信號(hào)檢測(cè)部去除了上述電容元件的靜電電容的狀態(tài)下的上述單位單元的像素信號(hào)向上述垂直信號(hào)線供給，上述像素信號(hào)與上述信號(hào)檢測(cè)部所保持的上述信號(hào)電荷的量對(duì)應(yīng)。
16.如權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述電容元件的靜電電容從上述浮動(dòng)傳播區(qū)移除后，上述像素信號(hào)從上述光電轉(zhuǎn)換元件輸出至上述信號(hào)檢測(cè)部。
17.如權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在從上述信號(hào)檢測(cè)部去除了上述電容元件的電容時(shí)，上述信號(hào)檢測(cè)部的電位被升壓。
18.如權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述信號(hào)電荷從上述光電轉(zhuǎn)換元件向上述信號(hào)檢測(cè)部供給時(shí)，對(duì)電容元件的一端施加基準(zhǔn)電位以上的電壓。
19.如權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 上述電容元件由從上述垂直信號(hào)線分離的第一布線與上述垂直信號(hào)線所連接的第二布線之間的電容耦合而形成。
20.如權(quán)利要求19所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述電容元件的靜電電容從上述信號(hào)檢測(cè)部移除時(shí)，上述垂直信號(hào)線經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)與上述第一布線連接。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK104469198SQ201410084541
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】山下浩史, 樽木久征 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝