專利名稱：Xy地址型固體攝象裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的固體攝象裝置，特別是，涉及用CMOS工藝制造的XY地址型固體攝象裝置。
用圖6說明使用該CMOS圖象傳感器的現(xiàn)有XY地址型固體攝象裝置。圖6表示現(xiàn)有XY地址型圖象傳感器的一個象素部分的電路例子。圖6中示出的CMOS圖象傳感器，在各個象素上，例如具有搭載源極跟隨放大器404的APS(Active Pixel Sensor有源象素傳感器)的結(jié)構(gòu)。光電二極管400的陰極一側(cè)連接著源極跟隨放大器404的柵電極和MOS型的復(fù)位晶體管402。并且，源極跟隨放大器404通過水平選擇晶體管406連接垂直選擇線408。
簡單地說明該現(xiàn)有CMOS圖象傳感器的工作。首先，以規(guī)定的定時給復(fù)位晶體管402的柵電極施加復(fù)位信號RST，使復(fù)位晶體管402變成接通。因此，光電二極管400充電到復(fù)位電位VR。接著與光入射同時，光電二極管400開始放電并自復(fù)位電位VR降低電位。積分期間中，入射的光進(jìn)行光電變換并產(chǎn)生電子-孔穴對。電子存儲在變成了浮置狀態(tài)的光電二極管上，孔穴由接地偏置的半導(dǎo)體襯底吸收。假定信號電荷為Qsig，信號電子引起的源極跟隨放大器404的電位變化ΔVPD，由ΔVPD＝Qsig/Cs提供。規(guī)定時間經(jīng)過后，一旦水平選擇信號RWn輸入到水平選擇晶體管406的柵電極使水平選擇晶體管406變成接通，源極跟隨放大器404的電壓就作為信號電壓，通過垂直選擇線408被取出。
可是，搭載電荷存儲電容的光電二極管400和源極跟隨放大器404的上述現(xiàn)有APS結(jié)構(gòu)中，由于閾值電壓VT的偏差等原因，存在發(fā)生信號電壓DC電平變動的固定形噪聲(Fixed Pattern NoiseFPN)使圖象劣化的問題。為了降低噪聲而采用了相關(guān)二次取樣電路(Correlated Double SamplingCDS)。首先，用相關(guān)二次取樣電路對信號電壓取樣后，使光電二極管400復(fù)原到復(fù)位電位VR。其次，用相關(guān)二次取樣電路進(jìn)行取樣，求出信號電壓與復(fù)位電壓之差。由此，使閾值電壓VT的偏差相抵消可降低FPN。
然而，該方法，不是信號存儲(積分)前的復(fù)位電壓，而是對信號存儲后的復(fù)位電壓取樣并求出其與信號電壓之差，因而重疊于信號電壓上的kTC噪聲(熱噪聲)與重疊于取樣后的復(fù)位電壓的kTC噪聲之間完全無關(guān)。因此，復(fù)位期間中，用CDS電路不能除去由光電二極管400隨機(jī)發(fā)生的kTC噪聲，跟CCD固體攝象裝置相比，留下S/N比劣化了的問題。
kTC噪聲是在復(fù)位晶體管402成為接通狀態(tài)，并使光電二極管400復(fù)原初始電位時發(fā)生，用vkTC＝(kT/C)1/2表示的隨機(jī)噪聲。在這里，T為絕對溫度，C為存儲于光電二極管400里的全部電容。
其次，用圖7說明能夠降低kTC噪聲的CMOS圖象傳感器。圖7中，在光電二極管400的第1靜電容量C1與浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)域的第2靜電容量C2之間形成能壘設(shè)置轉(zhuǎn)移用柵FT，并在轉(zhuǎn)移用柵極FT與由MOSFET構(gòu)成的水平選擇晶體管406之間連接源極跟隨放大器404。第2靜電容量C2上連接有由用于除去第2靜電容量C2里存儲電荷的MOS型構(gòu)成的復(fù)位晶體管402。源極跟隨放大器404的漏極連接電源VDD，源極連接水平選擇晶體管406。并且，源極跟隨放大器404的柵極連接到第2靜電容量C2。對源極跟隨放大器404的漏極施加復(fù)位電位VR。復(fù)位晶體管402的源極連接第2靜電容量C2，并應(yīng)向柵極輸入復(fù)位信號RST。
第1靜電容量C1上存儲了電荷以后，一旦導(dǎo)通轉(zhuǎn)移用柵極FT并把電荷轉(zhuǎn)移到FD區(qū)域的第2靜電容量C2，源極跟隨放大器404的柵極電位就逐漸升高。規(guī)定時間經(jīng)過后，水平選擇晶體管406變成接通，源極跟隨放大器404的源電壓通過垂直選擇線408進(jìn)行輸出，就可以測出第2靜電容量C2里存儲的電荷量Q。使轉(zhuǎn)移用柵極FT導(dǎo)通以前，由于僅暫時導(dǎo)通復(fù)位晶體管402，會全部除去第2靜電容量C2里存儲的電荷，可以能夠抑制余象電荷引起的圖象劣化。
倘若采用該構(gòu)成，在對信號存儲前的復(fù)位電壓進(jìn)行取樣后可對該復(fù)位后的信號電壓取樣，因而重疊在復(fù)位電壓和信號電壓上的kTC噪聲互相有很高的相關(guān)性。因此，通過對復(fù)位電壓取樣后再對信號電壓取樣，使用相關(guān)二次取樣電路求出復(fù)位電壓與信號電壓的差分，可以信號電壓的kTC噪聲。
然而，圖7所示的現(xiàn)有CMOS圖象傳感器結(jié)構(gòu)，如上述那樣雖然可使FPN和kTC噪聲降低，但是具有元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。圖7所示的象素的元件結(jié)構(gòu)跟圖6所示象素的元件結(jié)構(gòu)相比，有晶體管個數(shù)增加，象素部分復(fù)雜，光接收部分的孔徑率(占空系數(shù))下降的問題。
其次，用圖8說明可使kTC噪聲降低的CMOS圖象傳感器另外的例子。圖8中所示的CMOS圖象傳感器，除圖6中輸出的元件結(jié)構(gòu)外，具有控制復(fù)位晶體管402的柵電極上外加的復(fù)位電壓降低kTC噪聲的控制電路。
控制電路的放大器412的非反向輸入端子上現(xiàn)在已經(jīng)輸入基準(zhǔn)復(fù)位電位VR。運算放大器412的反向輸入端子上，通過布線416，已經(jīng)輸入光電二極管400的陰極端子與復(fù)位晶體管402的連接點的信號。布線416配置在象素區(qū)域內(nèi)。并且，運算放大器412的反向輸入端子上連接有恒定電流源414。運算放大器412的輸出端子，通過開關(guān)電路410，連接復(fù)位晶體管402的柵電極。
由于這樣構(gòu)成的控制電路，在規(guī)定的復(fù)位定時，向開關(guān)電路410的柵電極輸入信號Vg使開關(guān)電路410變成接通，控制復(fù)位晶體管402的柵極電壓，使得光電二極管400的陰極側(cè)電位往往是復(fù)位電位VR。據(jù)此，可使分別重疊于信號電壓和如此繼續(xù)信號存儲的復(fù)位電壓上的kTC噪聲大致為一定水平。因此，采用對信號存儲后的復(fù)位電壓取樣，用CDS電路求出其與信號電壓之差的辦法，就能降低kTC噪聲。但是因為該結(jié)構(gòu)中需要在象素區(qū)域內(nèi)配置布線416，所以發(fā)生孔徑率不工作的問題。
如以上說明，圖6所示的CMOS圖象傳感器中，存在不能降低kTC噪聲的問題。另一方面，圖7和圖8所示的CMOS圖象傳感器中，存在kTC噪聲的降低換成元件尺寸增大，不能得到寬大孔徑率這樣的問題。
為了達(dá)到上述目的，XY地址型固體攝象裝置的構(gòu)成包括象素區(qū)域，該象素區(qū)域具備光電變換入射光的光電變換元件；使上述光電變換元件復(fù)位的復(fù)位晶體管；將上述光電變換元件上存儲的電荷轉(zhuǎn)換成電壓的放大用晶體管；根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號，將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管；以及降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
圖2是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路的電路例圖。
圖3是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的kTC噪聲降低電路的電路例圖。
圖4是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的復(fù)位電壓校正電路的電路例圖。
圖5是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的效果圖。
圖6是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置圖。
圖7是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置的另一例圖。
圖8是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置的又一例圖。
CMOS圖象傳感器1具有在各象素區(qū)域P11～P44配置，例如由MOSFET(本實施例中例如表示n-ch(n溝道)MOSFET)構(gòu)成的源極跟隨放大器14或水平選擇晶體管16等的APS結(jié)構(gòu)。
以下，設(shè)定行編號為m，列編號為n，說明有關(guān)象素區(qū)域Pmn的電路結(jié)構(gòu)。象素區(qū)域Pmn內(nèi)光電二極管10的陰極側(cè)連接著例如n-chMOSFET的復(fù)位晶體管12的源極和源極跟隨放大器14的柵電極。
各復(fù)位晶體管12的漏極和源極跟隨放大器14的漏極，連接到加上復(fù)位電位VR的復(fù)位電壓供給線VRn。各復(fù)位晶體管12的柵電極連接復(fù)位信號線RSTm。源極跟隨放大器14的源極，連接例如n-chMOSFET水平選擇晶體管16的漏極。各水平選擇晶體管16的柵電極，連接供給水平選擇信號RW的水平選擇線RWm。各水平選擇晶體管16的源極連接垂直選擇線CLn。
水平選擇線RWm連接垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4。通過垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4內(nèi)設(shè)置的圖未示出的晶體管，現(xiàn)在已經(jīng)可以在規(guī)定的定時，順序把水平選擇信號RW輸出到水平選擇線RWm。復(fù)位信號線RSTm也與垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4連接，變成在規(guī)定的定時，給每條水平選擇線RWm上象素區(qū)域Pmn的復(fù)位晶體管12施加復(fù)位信號RST。
復(fù)位電壓供給線VRn跟垂直選擇線CLn大致平行布線，并與垂直選擇線CLn一起分別連接放大器/噪聲消除電路6。
垂直選擇線CLn通過設(shè)于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CLn和例如由n-chMOSFET構(gòu)成的列選擇晶體管20，連接到信號共同輸出線30。利用圖2說明有關(guān)放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CLn結(jié)構(gòu)。
復(fù)位電壓供給線VRn連接到放大器/噪聲消除電路6內(nèi)設(shè)置電路主要部分的kTC噪聲降低電路6VRn。利用圖3以后適當(dāng)說明kTC噪聲降低電路6VRn的結(jié)構(gòu)。
向多個列選擇晶體管20的柵電極，按規(guī)定定時，順序輸入從水平掃描移位寄存器8來的列選擇信號，將借助于放大器/噪聲消除電路6除去了固定形噪聲和kTC噪聲的圖象數(shù)據(jù)，順序向信號共同輸出線30輸出，通過放大器32就送給外部系統(tǒng)。
其次，簡單說明有關(guān)CMOS圖象傳感器1的工作。首先，用復(fù)位信號RST，在規(guī)定的定時一旦復(fù)位晶體管12變成接通，光電二極管10就被充電到復(fù)位電位VR。接著，伴隨光入射的光電二極管10開始放電，電位從復(fù)位電位VR降下來。規(guī)定時間經(jīng)過后，水平選擇信號RW向水平選擇線RWm輸出時，就向連接該水平選擇線RWm的水平選擇晶體管16的柵電極輸入水平選擇信號RW，使水平選擇晶體管16變成接通。因此將源極跟隨放大器14來的輸出電壓作為象素區(qū)域Pmn的圖形數(shù)據(jù)輸出給垂直選擇線CLn。
其次，說明有關(guān)放大器/噪聲消除電路6的結(jié)構(gòu)。放大器/噪聲消除電路6，如圖2所示，具有連接垂直選擇線CL1的取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路。圖2中，圖中左側(cè)用虛線表示的方框，作為連接垂直選擇線CL1的多個象素之中舉例表示

圖1左上方的象素區(qū)域P11。圖中右側(cè)用虛線表示的方框，表示取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路。
取樣同步電路中，設(shè)有向垂直選擇線CL1輸出信號控制輸入的取樣同步用開關(guān)42。光電二極管10連接取樣同步用開關(guān)42的輸入側(cè)與垂直選擇線CL1的連接點。將保持向垂直選擇線CL1輸出信號的取樣同步用電容44的一電極側(cè)(此后，對構(gòu)成電容的2個電極和除柵電極外晶體管的2個電極，根據(jù)需要，一方稱作一電極，另一方稱作另一電極)連接到取樣同步用開關(guān)42的輸出側(cè)。取樣同步用電容44的另一電極側(cè)則連接到基準(zhǔn)電壓源46。
構(gòu)成相關(guān)二次取樣電路的放大器48的輸入端子，連接取樣同步用開關(guān)42與取樣同步用電容44的一電極側(cè)的連接點。放大器48的輸出端子連接相關(guān)二次取樣電路的CDS用電容50的一電極側(cè)，CDS用電容50的另一電極側(cè)連接放大器54的輸入端子。
并且，CDS用電容50的另一電極側(cè)，通過箝位開關(guān)52連接到取樣同步用電容44的另一電極側(cè)。就可以借助于箝位開關(guān)52的開關(guān)，將CDS用電容50的另一電極側(cè)斷開基準(zhǔn)電壓源46的基準(zhǔn)電壓，或固定在基準(zhǔn)電壓。放大器54的輸出端子，通過列選擇晶體管20連接到信號共同輸出線30。
其次，利用圖2說明有關(guān)取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路的工作。首先，簡單說明由象素區(qū)域P11輸出的信號流。水平選擇晶體管16的柵電極一輸入水平選擇信號RW1，跟象素區(qū)域P11的光電二極管10存儲的電荷量相應(yīng)的源極跟隨放大器14的電壓變動就作為包含圖形數(shù)據(jù)的信號電壓VS向垂直選擇線CL1輸出。接著，向原封不動維持水平選擇晶體管16接通狀態(tài)的復(fù)位晶體管12柵電極輸入復(fù)位信號RST，復(fù)位晶體管12進(jìn)入接通狀態(tài)，并使光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電位VR，同時向垂直選擇線CL1輸出復(fù)位電壓VR。以上的工作，在水平消隱期間進(jìn)行。
在上述信號流中，例如，輸入水平選擇信號RW1，與水平選擇晶體管16保持接通狀態(tài)同步，使取樣同步用開關(guān)42和箝位開關(guān)52成為接通狀態(tài)。因此，給取樣同步電路的輸入端子加上信號電壓VS。箝位開關(guān)52在接通的狀態(tài)下，信號電壓VS對取樣同步電路的取樣同步用電容44充電，同時也使CDS用電容50充電。
接著，在箝位開關(guān)52進(jìn)入斷開以后，輸入復(fù)位信號RST，使復(fù)位晶體管12成為接通狀態(tài)。因此，光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電位VR，并向垂直選擇信號CL1輸出復(fù)位電壓VR。復(fù)位電壓VR輸入取樣同步電路的輸入端子，并保持在取樣同步用電容44中。
其結(jié)果，在CDS用電容50的輸出側(cè)，產(chǎn)生相當(dāng)于信號電壓VS與復(fù)位電壓VR之差的差信號(VS-VR)。該信號由CDS用電容50進(jìn)行保持。因此，可以獲得除去了重疊于信號電壓VS和復(fù)位電壓VR的雙方上固定形噪聲的模擬圖形數(shù)據(jù)。該模擬圖形數(shù)據(jù)，從放大器54的輸出端子通過列選擇晶體管20向信號共同輸出線30輸出。
放大器/噪聲消除電路6內(nèi)，在垂直選擇線CLn上分別設(shè)置上述取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路(以下，把兩電路合稱為CDS電路)6CLn。
而且，本實施例的放大器/噪聲消除電路6內(nèi)，設(shè)置于每個CDS電路6CLn中，設(shè)置跟CDS電路6CLn協(xié)同工作降低噪聲的kTC噪聲降低電路。
以下，利用圖3說明有關(guān)本實施例的kTC噪聲降低電路6VRn。kTC噪聲降低電路6VRn在電路構(gòu)成的大部分形成于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)，同時電路構(gòu)成的一部分兼任象素區(qū)域Pmn內(nèi)元件的方面具有特征。圖3中，圖中左側(cè)用虛線表示的方框舉例示出連接垂直選擇線CL1的象素區(qū)域P11。圖中右側(cè)用虛線示出的方框表示放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CL1和kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分。另外，圖3中的相關(guān)二次取樣電路省略詳細(xì)的說明而作為一個電路塊表示出來。
圖3中，放大器/噪聲消除電路6內(nèi)，設(shè)置跟形成于象素區(qū)域P11內(nèi)的水平選擇晶體管16大致具有同一特性的電路切換用晶體管72，其源極連接到垂直選擇線CL1。電路切換用晶體管72的柵電極現(xiàn)在已經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX。電路轉(zhuǎn)換信號SWX輸出應(yīng)與復(fù)位信號RST同步。
電路切換用晶體管72的漏極連接跟源極跟隨放大器14大致具有同一特性的第1差動晶體管62的源極。第1差動晶體管62的漏極連接，例如MOS型晶體管64的一電極側(cè)，并已經(jīng)給晶體管64的另一電極側(cè)加上電壓VDD。第1差動晶體管62的柵電極上也已經(jīng)輸入復(fù)位電壓VR。
另一方面，象素區(qū)域P11內(nèi)的復(fù)位晶體管12和源極跟隨放大器14的漏極，通過施加復(fù)位電壓VR的復(fù)位電壓供給線VR1，例如連接MOS型晶體管66的一電極側(cè)。晶體管66的另一電極側(cè)現(xiàn)在已經(jīng)加上電壓VDD。在多個象素區(qū)域P11、P21、P31、…之外沿著垂直選擇線CL1形成復(fù)位電壓供給線VR1，現(xiàn)在已經(jīng)向每個象素區(qū)域P11、P21、P31、…上形成的多個復(fù)位晶體管12供給復(fù)位電壓VR。
晶體管66的柵電極和晶體管64的柵電極共同連接起來。并且，一電極側(cè)連接到電路切換用晶體管72與晶體管64的連接點，并形成另一電極側(cè)連接晶體管64與晶體管66的柵電極的電路切換用晶體管68。電路切換用晶體管68的柵電極現(xiàn)在已經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX。并且，一電極側(cè)連接晶體管64與晶體管66的柵電極，并形成另一電極側(cè)接地的電路切換用晶體管70?，F(xiàn)在已經(jīng)給電路切換用晶體管70的柵電極輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX和相反極性的電路轉(zhuǎn)換信號/SWX。
在這里，使象素區(qū)域P11的水平選擇晶體管16和放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的電路切換用晶體管68、72接通，使電路切換用晶體管70斷開，通過把象素區(qū)域P11的源極跟隨放大器14看作第2差動晶體管構(gòu)成跟第1差動晶體管62的差動對，圖3的上述結(jié)構(gòu)代替附加電阻而成為具備電流密勒電路的差動放大器。電流密勒電路由晶體管64和晶體管66構(gòu)成，晶體管64的一電極側(cè)與柵電極直接連接，晶體管66具備與晶體管64的另一電極側(cè)一起加上電壓VDD的另一電極側(cè)并具有與晶體管64的柵電極共同連接的柵電極。
以上，利用圖3說明的電路是本實施例的kTC噪聲降低電路6VR1的電路結(jié)構(gòu)，圖示中已省略的其它kTC噪聲降低電路6VRn也具有同樣的結(jié)構(gòu)。因此，kTC噪聲降低電路6VRn隨著電路構(gòu)成的大部分形成于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)，也用象素區(qū)域Pmn內(nèi)的元件兼任電路構(gòu)成的一部分。
接著，把圖3所示的kTC噪聲降低電路6VR1作為例子，對降低kTC噪聲的工作說明有關(guān)工作。首先，直至復(fù)位期間即將結(jié)束之前，水平選擇晶體管16和電路切換用晶體管68、72都變成了接通狀態(tài)，電路切換用晶體管70變成斷開狀態(tài)。因此，kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分跟象素區(qū)域P11內(nèi)的元件電連接，kTC噪聲降低電路6VR1作為差動放大器起作用，成為進(jìn)行kTC噪聲降低工作的狀態(tài)。
復(fù)位信號RST一變成非活性電平，水平選擇晶體管16和電路切換用晶體管68、72就變成斷開狀態(tài)，并且電路切換用晶體管70變成接通狀態(tài)。因此，kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分與象素區(qū)域P11內(nèi)元件電隔離，kTC噪聲降低電路6VR1就不起差動放大器作用，變成不能進(jìn)行kTC噪聲降低工作的狀態(tài)。另一方面，象素區(qū)域P11內(nèi)的各元件進(jìn)行原來的信號存儲工作。
接著，在規(guī)定時間經(jīng)過后，輸入水平選擇信號RW1使水平選擇晶體管16變成接通狀態(tài)，而同步關(guān)斷CDS電路6CL1的取樣同步用開關(guān)42和箝位開關(guān)52，從向垂直選擇信號CL1輸出的象素區(qū)域P11的源極跟隨放大器14來的信號電壓VS向取樣同步用電容44和CDS用電容50充電。
接著，與斷開箝位開關(guān)52同時，電路切換用晶體管70進(jìn)入斷開狀態(tài)，則電路切換用晶體管68、72成為接通狀態(tài)。因此，kTC噪聲降低電路6VR1再次作為差動放大器功能，變成降低kTC噪聲的工作狀態(tài)。在該狀態(tài)下，與復(fù)位信號RST施加到象素區(qū)域P11的復(fù)位晶體管12的柵電極同步，向第1差動晶體管62的柵電極供給復(fù)位電壓VR。
因此，復(fù)位晶體管12處于接通狀態(tài)的期間，控制kTC噪聲降低電路6VR1的電流密勒電路輸出側(cè)晶體管66的示出電壓(＝復(fù)位電壓VR)，使光電二極管10的陰極側(cè)電位經(jīng)常為復(fù)位電壓VR。這樣，kTC噪聲降低電路6VR1，復(fù)位工作時，放大率起一個運算放大器功能。
倘若這樣，就決定每次使光電二極管10復(fù)位發(fā)生的kTC噪聲大約固定，會使信號存儲前含有kTC噪聲的信號電壓VS和重疊于信號存儲后的復(fù)位電壓VR的kTC噪聲彼此發(fā)生相關(guān)關(guān)系。利用kTC噪聲降低電路6VR1一將光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電壓VR，就向垂直選擇線CL1輸出復(fù)位電壓VR。復(fù)位電壓VR輸入取樣同步電路的輸入端子并保持在取樣同步用電容44。
其結(jié)果，在CDS電路6CL1的CDS用電容50的輸出側(cè)，發(fā)生相當(dāng)于信號電壓VS與復(fù)位電壓VR之差的差信號(VS-VR)。該信號由CDS用電容50保持。因此，不只是重疊于信號電壓VS和復(fù)位電壓VR雙方上的固定形噪聲成分，而是可獲得也除去了kTC噪聲的模擬圖形數(shù)據(jù)。該模擬圖形數(shù)據(jù)從放大器54的輸出端子通過列選擇晶體管20輸出到信號共同輸出線30上。
倘若采用本實施例的kTC噪聲降低電路6VRn，就把電路主要部分配置在象素區(qū)域外，并且，在kTC噪聲降低工作時，已經(jīng)利用象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分來構(gòu)成電路，因而不會降低象素的孔徑率并可降低kTC噪聲。
另外，即使構(gòu)成差動對的第1差動晶體管62和源極跟隨放大器14的大小一致而且?guī)缀跤邢嗤匦?，有時也發(fā)生隨兩者間布線距離而變化的偏移電壓。而且因為源極跟隨放大器14的晶體管小，偏移電壓為數(shù)十mV。由此施加到光電二極管10陰極側(cè)的復(fù)位電壓VR在每個象素區(qū)域上都有偏差，因而是不理想的。只有很小的偏移電壓，才能由后段配置的CDS電路6CLn除去，而且為了確實加以除去，插入圖4由虛線包圍的偏移校正電路是所希望的。
圖4表示偏移校正電路80的示意圖。偏移校正電路80的主要部分設(shè)于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)。偏移校正電路80具有偏移校正用晶體管82，該晶體管82插入對第1差動晶體管62的柵電極施加復(fù)位電壓VR的輸入段。偏移校正用晶體管82的一電極側(cè)連接到第1差動晶體管62的柵電極。并且在kTC噪聲降低電路6VR1作為差動放大器功能之際，偏移校正電路80具有在被控制的復(fù)位電壓VR輸出的復(fù)位電壓供給線VR1上，連接一電極側(cè)的偏移校正用晶體管86。在偏移校正用晶體管86的另一電極側(cè)上，連接偏移校正用晶體管84和偏移校正用電容88的另一電極側(cè)。偏移校正用晶體管84的另一電極側(cè)，連接偏移校正用晶體管82的另一電極側(cè)，并且偏移校正用電容88的另一電極側(cè)，連接偏移校正用晶體管82的一電極側(cè)(即，第1差動晶體管62的柵電極)。
說明有關(guān)以上構(gòu)成的偏移校正電路80的偏移電壓除去工作。首先，與對復(fù)位晶體管12的柵電極施加復(fù)位信號RST同步，電路切換用晶體管68、70和72工作，kTC噪聲降低電路6VR1現(xiàn)在已經(jīng)作為差動放大器功能。在該復(fù)位期間的初期，偏移校正用晶體管82、86變成接通狀態(tài)，而且偏移校正用晶體管84變成了斷開狀態(tài)。因此，第1差動晶體管的柵電極上加上復(fù)位電壓VR，通過差動放大器，向復(fù)位電壓供給線VR1輸出包括偏移電壓VO的電壓值VR+VO。于是，偏移校正用晶體管82上保持偏移電壓VO。
接著，偏移校正用晶體管82、86變成斷開，偏移校正用晶體管84變成接通的話，第1差動放大器的柵電極上就施加電壓值VR-VO作為復(fù)位電壓。因此，就應(yīng)通過差動放大器，向復(fù)位電壓供給線VR1輸出所希望的復(fù)位電壓VR。在復(fù)位期間的初期階段進(jìn)行本工作。由此，現(xiàn)在已經(jīng)可以向各象素區(qū)域Pmn的每個供給沒有偏差的復(fù)位電壓VR。
圖5是與比較例一起表示本實施例XY地址型固體攝象裝置的kTC噪聲階段效果的模擬圖。圖中橫軸表示時間，縱軸表示電壓值。圖中虛線α是表示本實施例XY地址型固體攝象裝置的效果曲線，實線β是表示現(xiàn)有XY地址型固體攝象裝置的曲線。圖5表示在時刻120nsec復(fù)位信號RST輸入復(fù)位晶體管，光電二極管的陰極側(cè)電位上升到約1.9V以后約200nsec后，在10mV的DC成分kTC噪聲重疊時從CDS電路來的輸出電壓值。如圖5所示，在現(xiàn)有的XY地址型固體攝象裝置，用CDS電路就不能降低kTC噪聲，出現(xiàn)跟重疊的kTC噪聲水平大約同樣水平的約10mV噪聲成分。相對于此，在本實施例的XY地址型固體攝象裝置，從CDS電路來的輸出電壓值的變動只有0.25mV左右，可以達(dá)到極其優(yōu)良的kTC噪聲降低效果。
以上說明了實施例的XY地址型固體攝象裝置總結(jié)如下。
(附記1)
一種XY地址型固體攝象裝置是，包括象素區(qū)域，該象素區(qū)域具備光電變換入射光的光電變換元件；使上述光電變換元件復(fù)原的復(fù)位晶體管；把存儲于上述光電變換元件的電荷變換成電壓的放大用晶體管；根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號，將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管；以及降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
(附記2)按照附記1所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述kTC噪聲降低電路在kTC噪聲降低工作時，利用上述象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分。
(附記3)按照附記2所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述kTC噪聲降低電路具有上述工作時跟上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電連接，非工作時跟上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電隔離的電路切換用晶體管。
(附記4)按照附記1至3任一項所述的XY地址型固體攝象裝置，還包括具有在上述象素區(qū)域外沿上述垂直選擇線形成，并向上述復(fù)位晶體管供給復(fù)位電壓的復(fù)位電壓供給線。
(附記5)按照附記3或4所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述kTC噪聲降低電路具有上述工作時構(gòu)成差動放大器的第1差動晶體管；以及上述象素區(qū)域內(nèi)的上述放大用晶體管，在上述kTC噪聲降低電路工作時，用作跟上述第1差動晶體管成對的第2差動晶體管。
(附記6)按照附記5所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述電路切換用晶體管設(shè)置在上述第1差動晶體管與上述垂直選擇線之間。
(附記7)按照附記5或6所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述kTC噪聲降低電路包括，在上述差動放大器內(nèi)的電流密勒電路。
(附記8)按照附記7所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述電流密勒電路連接上述復(fù)位電壓供給線。
(附記9)按照附記1至8任一項所述的XY地址型固體攝象裝置，還具有除去重疊于上述圖形數(shù)據(jù)的固定形噪聲的噪聲消除電路；以及上述kTC噪聲降低電路之中，除上述象素區(qū)域內(nèi)的元件外，電路配置在上述噪聲消除電路內(nèi)。
(附記10)按照附記9所述的XY地址型固體攝象裝置，其中上述噪聲消除電路，對每條上述垂直選擇線，具有保持與噪聲除去后的上述圖形數(shù)據(jù)對應(yīng)電荷的相關(guān)二次取樣電路。
(附記11)按照附記5至10任一項所述的XY地址型固體攝象裝置，還具有校正按照上述放大用晶體管與上述第1差動晶體管之間的布線距離而變化的偏移電壓的偏移校正用電路。
如以上，倘若采用本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)具有小元件尺寸上的寬大的孔徑率，并且可降低kTC噪聲的XY地址型固體攝象裝置。
權(quán)利要求
1.一種XY地址型固體攝象裝置，其特征是包括象素區(qū)域，該象素區(qū)域包括對入射光進(jìn)行光電變換的光電變換元件；使上述光電變換元件復(fù)原的復(fù)位晶體管；把存儲于上述光電變換元件的電荷變換成電壓的放大用晶體管；以及根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號，將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管；和降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述kTC噪聲降低電路，在kTC噪聲降低工作時，將上述象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分。
3.按照權(quán)利要求2所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述kTC噪聲降低電路具有在上述工作時與上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電連接，在非工作時與上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電分離的電路切換用晶體管。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是具有在上述象素區(qū)域外沿上述垂直選擇線形成，并向上述復(fù)位晶體管供給復(fù)位電壓的復(fù)位電壓供給線。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述kTC噪聲降低電路具有在上述工作時構(gòu)成差動放大器的第1差動晶體管；上述象素區(qū)域內(nèi)的上述放大用晶體管，在上述kTC噪聲降低電路工作時，用作與上述第1差動晶體管構(gòu)成成對的第2差動晶體管。
6.按照權(quán)利要求5所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述電路切換用晶體管設(shè)置在上述第1差動晶體管與上述垂直選擇線之間。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是所述kTC噪聲降低電路，包括在上述差動放大器內(nèi)的電流密勒電路。
8.按照權(quán)利要求7所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述電流密勒電路連接上述復(fù)位電壓供給線。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是還具有除去重疊于上述圖形數(shù)據(jù)上的固定形噪聲的噪聲消除電路；以及上述kTC噪聲降低電路之中，除上述象素區(qū)域內(nèi)的元件之外的電路配置在上述噪聲消除電路內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求9所述的XY地址型固體攝象裝置，其特征是上述噪聲消除電路，對每條上述垂直選擇線，具有保持與去除噪聲后的上述圖形數(shù)據(jù)對應(yīng)電荷的相關(guān)二次取樣電路。
全文摘要
一種用CMOS工藝制造的XY地址型固體攝象裝置,具有元件尺寸小孔徑率大,并能降低kTC噪聲。在象素區(qū)域Pmn內(nèi)形成光電二極管10、復(fù)位晶體管12、源極跟隨放大器14和水平選擇晶體管16。在象素區(qū)域Pmn外,形成用于降低kTC噪聲的kTC噪聲降低電路6CL1和CDS電路6CL1。由kTC噪聲降低電路6VR1的第1差動晶體管62和各象素區(qū)域Pmn內(nèi)的源極跟隨放大器14構(gòu)成差動放大器。
文檔編號H04N5/369GK1383320SQ0210272
公開日2002年12月4日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者鵜戶真也, 國分政利, 土屋主稅, 山本克義 申請人:富士通株式會社