固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)，并且更具體地涉及固態(tài)成像裝置的輸出電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本專利申請公開N0.2005-304077的圖6中公開了一種讀取固態(tài)成像裝置的像素信號的技術(shù)。該技術(shù)涉及經(jīng)由耦合電容器箝位上游源極跟隨電路的輸出信號并且將箝位的輸出信號傳輸?shù)较掠卧礃O跟隨電路的輸入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]日本專利申請公開N0.2005 - 304077中公開的技術(shù)的問題是下游源極跟隨電路的輸入單元中的大寄生電容使信號增益劣化。
[0004]本發(fā)明的目的是提供在信號增益劣化方面降低的固態(tài)成像裝置。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括:第一放大器和第二放大器；親合電容器，包括第一電極和第二電極；第一金屬部件，被配置為連接第一放大器的輸出端子和第一電極；和第二金屬部件，被配置為連接第二放大器的輸入端子和第二電極，其中在垂直于從第二電極向第二放大器的輸入端子行進(jìn)的線的橫截面中，第一金屬部件被布置在相對于第二金屬部件的在第二金屬部件之上、之下、左側(cè)和右側(cè)的方向中的至少兩個方向上。
[0006]根據(jù)以下參考附圖對示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電路框圖。
[0008]圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的輸出電路的電路圖。
[0009]圖3A是根據(jù)第一實(shí)施例的輸出電路的布局平面視圖，并且圖3B和圖3C是輸出電路的截面圖。
[0010]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電路圖。
[0011]圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的時序圖。
[0012]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的輸出電路的布局截面圖。
[0013]圖7是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的輸出電路的布局截面圖。
[0014]圖8是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的輸出電路的布局平面圖。
[0015]圖9是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的輸出電路的電路圖。
[0016]圖10是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的固態(tài)成像裝置系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0018](第一實(shí)施例)
[0019]圖1是固態(tài)成像裝置100的框圖，固態(tài)成像裝置100是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的示例。該固態(tài)成像裝置100是CMOS區(qū)域傳感器，并且包括像素陣列10、垂直掃描電路11、定時發(fā)生器(TG) 12、恒流電路13、列信號線14、放大器電路15、電荷累積單元16、水平掃描電路17、水平傳輸電路18、輸出電路19和輸出焊盤20。像素陣列10包括沿行方向和列方向以二維矩陣模式布置的多個像素(PIX)lOl。出于簡化制圖的目的，圖1所示像素陣列10是4行乘以4列的矩陣。然而，像素101的數(shù)目沒有特別的限制。此處的行方向和列方向分別指圖中的橫向方向和圖中的縱向方向。在示例中，行方向?qū)?yīng)于成像裝置中的水平方向，并且列方向?qū)?yīng)于成像裝置中的垂直方向。
[0020]像素101可以各自包括光電二極管(光電轉(zhuǎn)換單元)、浮置擴(kuò)散、傳輸晶體管、放大晶體管、復(fù)位晶體管和行選擇晶體管。傳輸晶體管將累積在光電二極管中的電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散。放大晶體管輸出對應(yīng)于浮置擴(kuò)散中的電勢的信號。復(fù)位晶體管重置浮置擴(kuò)散的電勢。行選擇晶體管將來自放大晶體管的信號輸出到垂直信號線。放大晶體管用作像素輸出單元。
[0021]在行方向上行進(jìn)的信號線L(L1到L4)被布置以使得像素陣列10的每一行設(shè)置有一條信號線L。信號線L1到L4中的每一個包括信號線TX (未示出)、信號線RES (未示出)和信號線SEL(未示出)。信號線TX用于驅(qū)動傳輸晶體管。信號線RES用于驅(qū)動復(fù)位晶體管。信號線SEL用于驅(qū)動行選擇晶體管。向這些信號線施加高電平信號使對應(yīng)晶體管中建立電連接(晶體管導(dǎo)通)。向這些信號線施加低電平信號使對應(yīng)晶體管中的電連接中斷(晶體管截止)。
[0022]針對像素陣列10的每一列布置列信號線14中的一個。每個列信號線14被連接到在一列中對齊的像素101的相應(yīng)行選擇晶體管的源極，作為由這些像素101共享的信號線。作為放大晶體管的負(fù)載單元的一個恒流電路13和一個放大電路15被連接到列信號線14中的每一個。放大電路15中的每一個的輸出端連接電荷累積單元16中的一個。電荷累積單元16中的每一個包括電容器和晶體管，并且保持由連接到該電荷累積單元16的放大電路15放大的信號。水平掃描電路17包括移位寄存器。水平傳輸電路18包括多個晶體管?；趤碜远〞r發(fā)生器12的控制信號，水平傳輸電路18順序地導(dǎo)通水平傳輸電路18的晶體管，并且將電荷累積單元16的信號輸出到水平信號線8。輸出電路19作為輸出電路，其經(jīng)由輸出焊盤20向芯片外部(固態(tài)成像裝置外部)輸出指示來自水平信號線8的亮度電壓的信號。
[0023]圖2是輸出電路19的電路圖。輸出電路19包括形成第一放大器或者第一級放大器的源極跟隨器M0S晶體管Ml、形成第二放大器或者第二級放大器的源極跟隨器M0S晶體管M2、耦合電容器Cm、作為負(fù)載的恒流源Ifl和If2及開關(guān)SC。M0S晶體管Ml具有柵極、漏極和源極，水平信號線8連接該柵極，電源電壓Vdd連接到該漏極，并且恒流源Ifl連接到該源極。M0S晶體管Ml作為源極跟隨器操作并且具有低的源極輸出阻抗。耦合電容器Cm的第一電極經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N1連接到M0S晶體管Ml的源電極。耦合電容器Cm的第二電極經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N2連接到開關(guān)SC和M0S晶體管M2的柵電極。節(jié)點(diǎn)N1由連接M0S晶體管Ml的源電極和耦合電容器Cm的第一電極的第一金屬部件形成。節(jié)點(diǎn)N2由連接M0S晶體管M2的柵電極和耦合電容器Cm的第二電極的第二金屬部件形成。如圖2所示，耦合電容器Cm的兩個電極都不連接到具有固定電壓(諸如地電壓)的固定電壓節(jié)點(diǎn)。
[0024]開關(guān)SC的一端連接到節(jié)點(diǎn)N2，并且開關(guān)SC的另一端連接到參考電壓Vrefl。在箝位期間接通開關(guān)SC使耦合電容器Cm的節(jié)點(diǎn)N2連接到參考電壓Vrefl。換言之，在箝位期間耦合電容器Cm的節(jié)點(diǎn)N2連接到參考電壓Vrefl (箝位電壓)，并且在箝位之外的其它時間耦合電容器Cm的節(jié)點(diǎn)N2處于浮置狀態(tài)。希望將參考電壓Vrefl設(shè)置為例如對于作為源極跟隨器操作的第二級M0S晶體管M2來說最佳的電壓。例如，參考電壓Vrefl可被設(shè)置為不允許地電壓GND或者電源電壓Vdd削減(clip)亮度信號的電壓?？梢砸赃@種方式通過向耦合電容器Cm的節(jié)點(diǎn)N2施加給定的箝位電壓來調(diào)整M0S晶體管M2的工作點(diǎn)。
[0025]第二級M0S晶體管M2具有漏極和源極，電源電壓Vdd連接到該漏極，并且恒流源If2和輸出焊盤20連接到該源極。類似于第一級M0S晶體管Ml，第二級M0S晶體管M2作為源極跟隨器操作并且能夠向輸出焊盤20輸出信號，同時將源極處的輸出阻抗保持為低。
[0026]圖3A是由圖2中的C指示的輸出電路的區(qū)域的布局平面圖。在圖3A中，耦合電容器Cm包括由多晶硅制成的第二電極130以及第一電極，第一電極在有源區(qū)域131中面對第二電極130。第二電極130還作為圖3A到圖3C中未示出的M0S晶體管的柵電極。觸頭133是埋入穿透絕緣層的孔的金屬，并且將半導(dǎo)體中的有源區(qū)域131電連接到由第一金屬布線層Mtl形成的第一金屬部件N1 (134)。具體地，第一金屬部件N1 (134)連接到第一級M0S晶體管Ml的輸出端子和耦合電容器Cm的第一電極。觸頭132是埋入穿透絕緣層的孔的金屬，并且將第二電極130電連接到第一金屬布線層(Mtl) 135。第一金屬部件N1 - 1、N1-2和N1-3以及第二金屬部件N2在從耦合電容器Cm的電極向著第二級源極跟隨器M0S晶體管M2的柵電極行進(jìn)的方向(由箭頭A指示的方向)上延伸。
[0027]圖3B是沿虛線C-C’取得的圖3A的區(qū)域的截面圖。圖3C是沿虛線D_D’取得的圖3A的區(qū)域的截面圖。在圖3B中，作為示例給出的半導(dǎo)體基板110由N型硅形成，并且向半導(dǎo)體基板110施加電源電壓Vdd。在半導(dǎo)體襯底110上按順序形成第一金屬布線層Mtl、第二金屬布線層Mt2和第三金屬布線層Mt3，每兩個金屬布線層之間夾著絕緣層。在第一金屬布線層Mtl中形成作為節(jié)點(diǎn)N1的一部分的第一金屬部件N1-1。在第二金屬布線層Mt2中形成兩個作為節(jié)點(diǎn)N1的一部分的第一金屬部件N1-2和作為節(jié)點(diǎn)N2的第二金屬部件N2。第一金屬部件N1-2和第二金屬部件N2中的每一個在平面圖中具有矩形形狀，并且第二金屬部件N2被置于兩個第一金屬部件N1-2之間。在第三金屬布線層Mt3中形成作為節(jié)點(diǎn)N1的一部分的第一金屬部件N1-3。
[0028]通孔137是穿透第一金屬布線層Mtl和第二金屬布線層Mt2之間的絕緣層以電連接第一金屬部件N1-1和每個第一金屬部件N1 - 2的一條金屬。通孔138是穿透第二金屬布線層Mt2和第三金屬布線層Mt3之間的絕緣層以電連接第一金屬部件N1 - 2中的每一個和第一金屬部件N1-3的一條金屬。本實(shí)施例中的第一金屬部件N1 - 1、N1-2和N1-3在平面圖中圍繞第二金屬部件N2。
[0029]在圖3A中，第一金屬部件N1 - 1、N1-2和N1 - 3及第二金屬部件N2在從耦合電容器Cm的電極向第二級源極跟隨器M0S晶體管M2