固態(tài)攝像裝置的制造方法
【專利摘要】根據(jù)實施方式，能夠提供一種固態(tài)攝像裝置。固態(tài)攝像裝置具備光電轉(zhuǎn)換元件、浮動擴散區(qū)、第1電容器、第1端子、第2電容器、比較器及第2端子。第1電容器的一端子連接在浮動擴散區(qū)。第1端子連接在第1電容器的另一端子，且被輸入在電壓值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的參考電壓。第2電容器的一端子連接在浮動擴散區(qū)。比較器的輸入連接著第2電容器的另一端子，且對浮動擴散區(qū)的電位與閾值進行比較。第2端子連接在比較器的輸出，且被輸出利用比較器所得的比較結(jié)果。
【專利說明】固態(tài)攝像裝置
[0001][相關申請]
[0002]本申請享有2015年I月27日提出申請的日本專利申請?zhí)?015-13748的優(yōu)先權(quán)的利益，該日本專利申請的全部內(nèi)容被引用于本申請中。
技術(shù)領域
[0003]本發(fā)明的實施方式一般地涉及一種固態(tài)攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]以往，存在積層像素芯片與電路芯片而成的固態(tài)攝像裝置，該像素芯片排列著多個將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷的像素單元，該電路芯片從配置在像素芯片的全部像素單元同時讀出像素信號。
[0005]作為該固態(tài)攝像裝置，存在具備放大元件及定電流源的固態(tài)攝像裝置，該放大元件在各像素單元內(nèi)將像素信號放大，該定電流源將使放大元件進行源極跟隨動作的電流供給到各像素單元。
[0006]該固態(tài)攝像裝置在同時驅(qū)動配置在像素芯片的全部像素單元的情況下，必須從定電流源將電流供給到全部像素單元，所以會消耗較大的電力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施方式提供一種在同時驅(qū)動全部像素單元的情況下能夠降低消耗電力的固態(tài)攝像裝置。
[0008]本實施方式的固態(tài)攝像裝置具備光電轉(zhuǎn)換元件、浮動擴散區(qū)、第I電容器、第I端子、第2電容器、比較器及第2端子。光電轉(zhuǎn)換元件將入射的光轉(zhuǎn)換成信號電荷。浮動擴散區(qū)保持從光電轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)男盘栯姾?。第I電容器的一端子連接在浮動擴散區(qū)。第I端子連接在第I電容器的另一端子，且被輸入在電壓值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的參考電壓。第2電容器的一端子連接在浮動擴散區(qū)。比較器是在輸入連接著第2電容器的另一端子，且對浮動擴散區(qū)的電位與閾值進行比較。第2端子連接在比較器的輸出，且被輸出利用比較器所得的比較結(jié)果。
【附圖說明】
[0009]圖1是實施方式的固態(tài)攝像裝置的概略立體圖。
[0010]圖2是實施方式的固態(tài)攝像裝置的概略剖視圖。
[0011 ]圖3是表示實施方式的像素單元的電路構(gòu)成的一例的說明圖。
[0012]圖4是表示實施方式的像素單元的動作時序的時序圖。
[0013]圖5是表示設置在實施方式的電路芯片上的周邊電路的電路構(gòu)成的一例的說明圖。
[0014]圖6是對實施方式的第4電容器的構(gòu)成進行說明的說明圖。
[0015]圖7A及圖7B是表示實施方式的像素單元的另一構(gòu)成的說明圖。
[0016]圖8A及圖8B是表示實施方式的像素單元的另一構(gòu)成的說明圖。
[0017]圖9A及圖9B是表示實施方式的像素單元的另一構(gòu)成的說明圖。
[0018]圖10是表示實施方式的像素單元的示意性配置的一例的說明圖。
【具體實施方式】
[0019]以下，參照隨附附圖，對實施方式的固態(tài)攝像裝置詳細地進行說明。此外，本發(fā)明并不受該實施方式限定。
[0020]圖1是實施方式的固態(tài)攝像裝置I的概略立體圖，圖2是實施方式的固態(tài)攝像裝置I的概略剖視圖。如圖1所示，固態(tài)攝像裝置I具備相互積層的像素芯片10及電路芯片11。
[0021]像素芯片10具備像素陣列13等，該像素陣列13沿水平方向(行方向)及垂直方向(列方向)呈二維陣列(矩陣)狀地配置與攝像圖像的各像素對應的多個像素單元12。電路芯片11具備邏輯電路等，該邏輯電路從各像素單元12讀出攝像圖像的像素信號，并對所讀出的像素信號進行各種信號處理。
[0022]另外，如圖2所示，固態(tài)攝像裝置I具備:連接部2，將像素芯片10與電路芯片11電連接；以及絕緣性粘接部件3，將像素芯片10與電路芯片11粘接。連接部2具備:輸出端子20，設置在像素芯片10的與光入射側(cè)的面為相反側(cè)的面;輸入端子21，設置在電路芯片11的與像素芯片10對向側(cè)的面;以及凸塊22，將這些端子彼此電連接。
[0023]配置在像素芯片10的各像素單元12對入射的光進行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)由連接部2將與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換所得的信號電荷對應的像素信號輸出到電路芯片11。
[0024]另外，該固態(tài)攝像裝置I同時驅(qū)動配置在像素芯片10的全部像素單元12，并經(jīng)由連接部2將各像素單元12的像素信號同時輸出到電路芯片11。
[0025]這里，一般的積層像素芯片與電路芯片而成的固態(tài)攝像裝置具備:放大元件，在配置在像素芯片的各像素單元內(nèi)將像素信號放大；以及定電流源，將使放大元件進行源極跟隨動作的電流供給到各像素單元。
[0026]該固態(tài)攝像裝置在同時驅(qū)動配置在像素芯片的全部像素單元的情況下，將來自定電流源的電流供給到全部像素單元，所以會消耗較大的電力。
[0027]因此，實施方式的固態(tài)攝像裝置I通過努力研究各像素單元12的電路構(gòu)成，而使同時驅(qū)動全部像素單元12時的消耗電力降低。
[0028]接著，參照圖3及圖4，對能夠?qū)崿F(xiàn)消耗電力降低的實施方式的像素單元12的電路構(gòu)成及動作具體地進行說明。此外，由于固態(tài)攝像裝置I的各像素單元12為相同的電路構(gòu)成，所以這里對一個像素單元12進行說明。
[0029]圖3是表示實施方式的像素單元12的電路構(gòu)成的一例的說明圖。如圖3所示，像素芯片10具備像素單元12，電路芯片11具備反相器Al、開關SWl及第2端子T2。此外，圖3中的虛線表示像素芯片10與電路芯片11的交界，并且將相對于虛線的一側(cè)設為像素芯片10、且將相對于該虛線的另一側(cè)設為電路芯片11而進行圖示。
[0030]如圖3所示，像素單元12具備光電二極管PD、傳輸晶體管TRS及復位晶體管RST。進而，像素單元12具備浮動擴散區(qū)FD、第I電容器Cl及第2電容器C2。
[0031]光電二極管ro的陰極連接在地線，陽極連接在傳輸晶體管TRS的源極。傳輸晶體管TRS的漏極連接在浮動擴散區(qū)ro O復位晶體管RST的源極連接在浮動擴散區(qū)ro，漏極連接在電源電壓線VDD。
[0032]浮動擴散區(qū)H)分別連接在第I電容器Cl的一端子Nla及第2電容器C2的一端子N2a。第I電容器Cl的另一端子Nlb連接在第I端子Tl。在第I端子Tl，輸入通過未圖示的參考電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的參考電壓VREF ο參考電壓VREF例如為電壓值隨時間經(jīng)過而增加或減少的斜坡波。
[0033]第2電容器C2的另一端子N2b連接在反相器Al的輸入端子N3a。在反相器Al，并聯(lián)連接著開關SWl。另外，反相器Al的輸出端子N3b連接在第2端子T2。在該實施方式中，由第2電容器C2、反相器Al及開關SWl構(gòu)成斬波型比較器4。另外，在該實施方式中，斬波型比較器4的構(gòu)成要素中的反相器Al及開關SWl設置在電路芯片11。
[0034]傳輸晶體管TRS當傳輸信號READ被輸入到傳輸柵極時，將經(jīng)光電二極管PD進行光電轉(zhuǎn)換所得的信號電荷傳輸?shù)礁訑U散區(qū)FD。復位晶體管RST當復位信號RESET被輸入到柵極時，將浮動擴散區(qū)FD的電位復位成電源電壓的電位。
[0035]浮動擴散區(qū)H)當從第I端子Tl輸入的參考電壓VREF被施加到第I電容器Cl時，使電位與參考電壓VREF同步地推移。斬波型比較器4是將通過復位晶體管RST復位后的浮動擴散區(qū)FD的電位保持為閾值，并基于該閾值及推移的浮動擴散區(qū)H)的電位進行比較動作。另外，斬波型比較器4從第2端子T2輸出作為比較結(jié)果的像素信號VSIG。
[0036]接著，按照圖4所示的時序圖對所述像素單元12的動作詳細地進行說明。圖4是表示實施方式的像素單元12的動作時序的時序圖。固態(tài)攝像裝置I是通過全部同時曝光的所謂的全域快門(global shutter)方式進行拍攝，且通過該曝光將信號電荷儲存到光電二極管PD。
[0037]另外，這里是在時刻tl將復位晶體管RST斷開之后，在時刻t2將開關SWl斷開，然后，在時刻t5將傳輸晶體管TRS接通。另外，在時刻t8將復位晶體管RST及開關SWl接通。此外，圖4所不的時序圖為一例。
[0038]首先，如圖4所示，浮動擴散區(qū)FD當在時刻tl復位信號RESET下降時，電位從電源電壓的電位降低與復位噪音相應程度。在該實施方式中，電源電壓例如為3.4V。
[0039]而且，浮動擴散區(qū)FD當在時刻t2開關SWl被斷開時，通過零偏移(zero offset)動作而恢復為電源電壓的電位。另外，斬波型比較器4是通過零偏移動作將與電源電壓的電位相同的電位保持為基準電位R。
[0040]然后，浮動擴散區(qū)FD是由于從第I端子Tl輸入的參考電壓VREF被施加到第I電容器Cl，所以電位與參考電壓VREF同步地推移。該參考電壓VREF是以推移的浮動擴散區(qū)H)的電位與基準電位R交叉的方式預先設定了最大值及最小值的電壓。
[0041 ]接著，浮動擴散區(qū)FD當參考電壓VREF降低到最小值時，電位隨之降低與最小值的電壓相應程度。而且，浮動擴散區(qū)H)當在時刻t3參考電壓VREF開始上升時，電位同步地上升。伴隨于此，斬波型比較器4判定從時刻t3起繼續(xù)還是停止基于時鐘(CLOCK)的計數(shù)值的更新。而且，斬波型比較器4基于保持在第2電容器C2的一端子N2a的推移的浮動擴散區(qū)H)的電位及保持在第2電容器C2的另一端子N2b的基準電位R進行比較動作。這里，參考電壓VREF在從時刻t3到時刻t4的第I期間wl內(nèi)，信號電平從低狀態(tài)向高狀態(tài)上升。也就是說，參考電壓VREF在第I期間wl內(nèi)時刻t3為最小的電壓值，時刻t4為最大的電壓值。此外，在該實施方式中，時鐘的計數(shù)是通過未圖示的參考電壓產(chǎn)生電路而進行，并通過下述的存儲器部保持基于時鐘的計數(shù)值。也就是說，斬波型比較器4判定繼續(xù)還是停止在存儲器部中的計數(shù)值的更新。
[0042]而且，斬波型比較器4如圖4所示進行如下判定:使基于時鐘的計數(shù)值的更新繼續(xù)直到浮動擴散區(qū)FD的電位達到與基準電位R相同的電位為止。在這個例子中，在計數(shù)到5時，浮動擴散區(qū)FD的電位達到與基準電位R相同的電位。
[0043]另外，斬波型比較器4進行如下判定:在浮動擴散區(qū)H)的電位達到基準電位R時，使基于時鐘的計數(shù)值的更新停止。該第I期間Wl內(nèi)的計數(shù)的數(shù)值成為判斷在光電二極管PD中是否儲存著信號電荷的標準。另外，浮動擴散區(qū)FD在達到基準電位R后也使電位與參考電壓VREF同步地上升到時刻t4的最大值。
[0044]接著，在像素單元12中，當在時刻t5傳輸信號READ上升時，傳輸信號READ被輸入到傳輸晶體管TRS的傳輸柵極。而且，在像素單元12中，在光電二極管PD中儲存著信號電荷的情況下，光電二極管ro的信號電荷被傳輸?shù)礁訑U散區(qū)FD。
[0045]由此，如圖4所示，浮動擴散區(qū)ro是電位降低與曾經(jīng)在光電二極管ro中儲存著的信號電荷的電荷量相應程度后穩(wěn)定。然后，浮動擴散區(qū)FD由于從第I端子Tl輸入的參考電壓VREF被施加到第I電容器Cl，所以當參考電壓VREF再次降低到最小值時，電位隨之降低與最小值的電壓相應程度。
[0046]而且，浮動擴散區(qū)FD當在時刻t6參考電壓VREF開始上升時，電位同步地上升。伴隨于此，斬波型比較器4判定從時刻t6起繼續(xù)還是停止基于時鐘的計數(shù)值的更新。而且，斬波型比較器4基于保持在第2電容器C2的一端子N2a的推移的浮動擴散區(qū)H)的電位及保持在第2電容器C2的另一端子N2b的基準電位R進行比較動作。這里，參考電壓VREF在從時刻t6到時刻t7的第2期間w2內(nèi)，信號電平從低狀態(tài)向高狀態(tài)上升。也就是說，參考電壓VREF在第2期間w2內(nèi)時刻t6為最小的電壓值，時刻t7為最大的電壓值。
[0047]另外，參考電壓VREF在第I期間wl及第2期間w2內(nèi)上升的斜率相同。在像素單元12中，為了使降低了與信號電荷的電荷量相應程度的浮動擴散區(qū)FD的電位與基準電位R交叉，而將第2期間w2設定為比第I期間wl時間長。因此，參考電壓VREF在時刻t7的電壓值比時刻t4的電壓值大。
[0048]而且，斬波型比較器4如圖4所示進行如下判定:使基于時鐘的計數(shù)值的更新繼續(xù)直到浮動擴散區(qū)FD的電位達到與基準電位R相同的電位為止。在這個例子中，在計數(shù)到19時，浮動擴散區(qū)FD的電位達到與基準電位R相同的電位。
[0049]另外，斬波型比較器4進行如下判定:在浮動擴散區(qū)H)的電位達到基準電位R時，使基于時鐘的計數(shù)值的更新停止。浮動擴散區(qū)H)在達到基準電位R之后也使電位與參考電壓VREF同步地上升到時刻t7的最大值。
[0050]然后，在像素單元12中，當在時刻t8復位信號RESET上升時，復位信號RESET被輸入到復位晶體管RST的柵極，浮動擴散區(qū)H)的電位被復位為電源電位的電位。另外，同時，在時亥Ijt8，當開關SWl被接通時，儲存在第2電容器C2的電位被復位。而且，以與所述相同的程序，進行通過接下來的曝光而儲存在光電二極管H)中的信號電荷的傳輸動作。
[0051 ]另一方面，在像素單元12中，如圖4所示，在光電二極管PD中未儲存信號電荷的情況下，當在時刻t5傳輸信號READ上升時，浮動擴散區(qū)FD的電位不降低，而是因參考電壓VREF的電壓值穩(wěn)定而同步地穩(wěn)定。
[0052]而且，浮動擴散區(qū)FD當參考電壓VREF降低到最小值時，電位隨之降低與最小值的電壓相應程度。而且，浮動擴散區(qū)H)當在時刻t6參考電壓VREF開始上升時，電位同步地上升。伴隨于此，斬波型比較器4判定從時刻t6起繼續(xù)還是停止基于時鐘的計數(shù)值的更新。而且，斬波型比較器4進行如下判定:使基于時鐘的計數(shù)值的更新繼續(xù)直到浮動擴散區(qū)FD的電位達到與基準電位R相同的電位為止。在這個例子中，在計數(shù)到5時，浮動擴散區(qū)H)的電位達到與基準電位R相同的電位。該計數(shù)的數(shù)值與在第I期間wl內(nèi)進行計數(shù)所得的計數(shù)的數(shù)值相同。因此，固態(tài)攝像裝置I是根據(jù)在第2期間w2內(nèi)進行計數(shù)所得的計數(shù)的數(shù)值與在第I期間wl內(nèi)進行計數(shù)所得的計數(shù)的數(shù)值一致，以此判定在光電二極管H)內(nèi)未儲存信號電荷。
[0053]另外，在電路芯片11中，從連接在反相器Al的另一端子N3b的第2端子T2依次輸出利用斬波型比較器4所得的比較結(jié)果即每一次計數(shù)的一比特的像素信號VSIG。
[0054]所述實施方式的像素單元12具備:光電二極管ro，將入射的光轉(zhuǎn)換成信號電荷；以及浮動擴散區(qū)ro，保持從光電二極管ro傳輸?shù)男盘栯姾?。進而，像素單元12具備:第I電容器Cl，一端子Nla連接在浮動擴散區(qū)FD;以及第2電容器C2，一端子N2a連接在浮動擴散區(qū)FD。另夕卜，像素單元12具備第I端子Tl，該第I端子Tl連接在第I電容器Cl的另一端子Nlb且被輸入?yún)⒖茧妷篤REF。第2電容器C2為斬波型比較器4的構(gòu)成要素。
[0055]由此，該像素單元12是對第I電容器Cl施加參考電壓VREF，而使浮動擴散區(qū)H)的電位與參考電壓VREF同步地推移。另外，像素單元12是通過斬波型比較器4，基于保持在第2電容器C2的一端子N2a的推移的浮動擴散區(qū)H)的電位及保持在第2電容器的另一端子N2b的基準電位R進行比較動作。
[0056]也就是說，該像素單元12并非將浮動擴散區(qū)ro的電位通過源極跟隨動作放大并對放大電流進行AD(Ana1g-Digital,模數(shù))轉(zhuǎn)換，而是使浮動擴散區(qū)FD的電位與參考電壓VREF同步并通過將該電位與基準電位R進行比較來進行AD轉(zhuǎn)換。因此，像素單元12無需用以進行利用源極跟隨器的讀出的定電流源，所以能夠以較少的電力進行驅(qū)動。
[0057]因此，所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I能夠降低同時驅(qū)動配置在像素芯片10的全部像素單元12時的消耗電力。此外，該固態(tài)攝像裝置I在將像素陣列13分割成多個區(qū)域并針對每個區(qū)域同時驅(qū)動多個像素單元12的情況下，也能夠降低消耗電力。
[0058]接著，參照圖5，對將基于時鐘的計數(shù)值存儲到存儲器部的動作進行說明。圖5是表示設置在實施方式的電路芯片11的邏輯電路的電路構(gòu)成的一例的說明圖。此外，通過對具有與圖3所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖3所示符號相同的符號，并省略其說明。另外，圖5中的虛線表示像素芯片10與電路芯片11的交界，并且將相對于虛線的一側(cè)設為像素芯片10、且將相對于該虛線的另一側(cè)設為電路芯片11而進行圖示。
[0059]如圖5所示，電路芯片11具備作為斬波型比較器4的構(gòu)成要素的反相器Al及開關SW1、第2端子T2、將從第2端子T2輸出的像素信號VSIG放大的斬波型比較器4a以及第3端子T3。該斬波型比較器4a在該實施方式中具備與斬波型比較器4相同的構(gòu)成，且具備反相器A2、開關SW2及第3電容器C3。
[0060]另外，電路芯片11具備連接在第3端子T3的存儲器部5。存儲器部5具備多個SRAM(Static Random Access Memory，靜態(tài)隨機存取存儲器)14、信號線15及多條總線16。此外，在該實施方式中，在存儲器部5中使用SRAM14，但不限于此，可以使用DRAM(Dynamic RandomAccess Memory，動態(tài)隨機存取存儲器)或FRAM(注冊商標)(Ferroelectric Random AccessMemory，鐵電隨機存取存儲器)等代替SRAMl 4。
[0061 ] SRAM14是針對每條總線16進行保持的行存儲器。信號線15是將第3端子T3與各SRAM14分別連接的線。另外，信號線15是對繼續(xù)還是停止進行計數(shù)動作時的計數(shù)值的更新進行控制的SRAM14的寫入使能信號線?？偩€16是與各SRAM14的比特輸入端子分別連接的線。另外，在總線16中，在進行計數(shù)動作時，被輸入每一次計數(shù)所更新的N比特(N為自然數(shù))的計數(shù)值，在進行讀出動作時，輸出保持在各SRAM14中的N比特的計數(shù)值。
[0062]固態(tài)攝像裝置I將浮動擴散區(qū)H)的電位達到基準電位R的時點的N比特的計數(shù)值存儲到各存儲器部5。在該實施方式中，如圖5所示，固態(tài)攝像裝置I在存儲器部5內(nèi)具備八個SRAM14，且存儲八比特的計數(shù)值。具體來說，固態(tài)攝像裝置I在浮動擴散區(qū)H)的電位達到基準電位R的時點的基于時鐘的計數(shù)的數(shù)值為計數(shù)到6 3的情況下，在存儲器部5中存儲“oooiiiir的計數(shù)值。另外，固態(tài)攝像裝置I在浮動擴散區(qū)ro的電位達到基準電位R的時點的利用時鐘所得的計數(shù)的數(shù)值為計數(shù)到255的情況下，在存儲器部5中存儲“11111111”的計數(shù)值。
[0063]所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I在電路芯片11中與各像素單元12對應地具備多個存儲器部5。各存儲器部5存儲浮動擴散區(qū)FD的電位達到基準電位R的時點的N比特的計數(shù)值。
[0064]由此，固態(tài)攝像裝置I無需在像素芯片10中確保存儲器部5的配置區(qū)域，所以能夠使像素芯片10中的攝像區(qū)域擴大，而在像素芯片10排列更多的像素單元12。
[0065]此外，所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I為在第2端子T2與第3端子T3之間具備將從反相器Al輸出的像素信號VSIG放大的斬波型比較器4a的構(gòu)成，但并不限定于該構(gòu)成。
[0066]例如，固態(tài)攝像裝置I也可以不使用將像素信號VSIG放大的斬波型比較器4a，而是將存儲器部5連接在第2端子T2，從反相器Al直接將像素信號VSIG自第2端子T2輸出。另外，固態(tài)攝像裝置I也可以通過在斬波型比較器4a的后段進一步增設斬波型比較器，以此使像素信號VSIG進一步放大后從第3端子T3輸出。
[0067]另外，所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I為使作為斬波型比較器4的構(gòu)成要素的第2電容器C2具備在像素芯片10上的構(gòu)成，但并不限定于該構(gòu)成。例如，固態(tài)攝像裝置I也可以為使作為斬波型比較器4的構(gòu)成要素的第2電容器C2具備在電路芯片11上的構(gòu)成。在該情況下，像素單元12具備光電二極管ro、傳輸晶體管trs、復位晶體管rst、浮動擴散區(qū)ro及第I電容器Cl。另外，第I電容器Cl、第2電容器C2及第3電容器C3例如可以使用M0S(Metal OxideSemiconductor，金屬氧化物半導體)電容元件或MIM(Metal Insulator Metal，金屬-絕緣體-金屬)電容元件。
[0068]另外，固態(tài)攝像裝置I也可以構(gòu)成為使將像素芯片10與電路芯片11電連接的連接部2作為第4電容器C4發(fā)揮功能。該第4電容器C4成為斬波型比較器4的構(gòu)成要素。也就是說，第4電容器C4相當于所述斬波型比較器4的第2電容器C2。在該情況下，第4電容器C4可以使用MIM電容元件。
[0069]這里，參照圖6，對使該連接部2發(fā)揮作為MM電容元件的第4電容器C4的功能的構(gòu)成進行說明。圖6是對實施方式的第4電容器C4的構(gòu)成進行說明的說明圖。此外，通過對具有與圖2及圖3所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖2及圖3所示符號相同的符號，并省略其說明。
[0070]如圖6所示，連接部2為了發(fā)揮作為MM電容元件的第4電容器C4的功能，而具備絕緣部件23代替具有導電性的凸塊22。由此，連接部2成為由含有金屬的輸出端子20及輸入端子21將絕緣部件23夾入的構(gòu)造、也就是M頂構(gòu)造。因此，連接部2作為M頂電容元件發(fā)揮功能。
[0071]所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I由于連接像素芯片10與電路芯片11的連接部2發(fā)揮作為斬波型比較器4的構(gòu)成要素的第4電容器C4的功能，所以能夠謀求使像素芯片10及電路芯片11的尺寸縮小。
[0072]接著，參照圖7A?圖10，對配置在像素芯片10的各像素單元12的具體構(gòu)造進行說明。此外，由于各像素單元12為相同構(gòu)造，所以這里對一個像素單元12進行說明。另外，通過對具有與圖3所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖3所示符號相同的符號，并省略其說明。
[0073]圖7A及圖7B是表示實施方式的像素單元12的另一構(gòu)成的說明圖。具體來說，圖7A是表示在實施方式的像素單元12中使用MOS電容元件的電路構(gòu)成的說明圖。圖7B是表示圖7A所示的像素單元12在俯視下的示意性配置的說明圖。
[0074]如圖7A所示，像素單元12具備作為MOS電容元件的第I電容器Cl及作為MOS電容元件的第2電容器C2。另外，像素單元12經(jīng)由第I端子Tl而連接在傳輸參考電壓VREF的參考信號線6。此外，在圖7A中，光電二極管H)、浮動擴散區(qū)H)、傳輸晶體管TRS、復位晶體管RST、第I電容器Cl及第2電容器C2的連接關系處于與圖2所示的像素單元12相同的連接關系。
[0075]如圖7B所示，像素單元12具備電氣地元件分離的光電二極管H)(光電轉(zhuǎn)換元件)及浮動擴散區(qū)H)。在光電二極管PD與浮動擴散區(qū)FD之間的半導體層7上，配置傳輸晶體管TRS的傳輸柵極TG。另外，在半導體層7上的浮動擴散區(qū)FD的旁邊，配置復位晶體管RST的柵極RG0
[0076]另外，在該半導體層7上，在光電二極管PD的旁邊的區(qū)域配置作為MOS電容元件的第I電容器Cl的柵極電極Gl及作為MOS電容元件的第2電容器C2的柵極電極G2。柵極電極Gl位于形成在半導體層7的源極區(qū)域80a與漏極區(qū)域80b之間。柵極電極G2位于形成在半導體層7的源極區(qū)域81a與漏極區(qū)域81b之間。另外，在該半導體層7上，在光電二極管PD及第I電容器Cl排列的旁邊的區(qū)域配置參考信號線6。
[0077]另外，柵極電極Gl與柵極電極G2是通過金屬配線LI而電連接。源極區(qū)域80a與漏極區(qū)域80b是通過金屬配線L2而電連接。源極區(qū)域80a與參考信號線6是通過金屬配線L3而電連接。源極區(qū)域81a與漏極區(qū)域81b是通過金屬配線L4而電連接。浮動擴散區(qū)FD與金屬配線LI是通過金屬配線L5而電連接。
[0078]像這樣，像素單元12在使用MOS電容元件的情況下，在半導體層7配置光電二極管PD、浮動擴散區(qū)FD、傳輸柵極TG、柵極RG及柵極電極G1、G2。
[0079]所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I通過將像素單元12具備的第I電容器Cl及第2電容器C2設為MOS電容元件，能夠?qū)㈦娙萜魅菀椎匕惭b到半導體層7，并且能夠謀求使像素單元12的尺寸縮小。
[0080]圖8A及圖8B是表示實施方式的像素單元12的另一構(gòu)成的說明圖。具體來說，圖8A是表示在實施方式的像素單元12中使用MIM電容元件的電路構(gòu)成的說明圖。圖SB是表示圖8A所示的像素單元12在俯視下的示意性配置的說明圖。此外，通過對具有與圖7A及圖7B所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖7A及圖7B所示符號相同的符號，并省略其說明。
[0081 ] 如圖8A所示，像素單元12具備作為MM電容元件的第I電容器Cl及作為MM電容元件的第2電容器C2。另外，像素單元12經(jīng)由第I端子Tl而連接在傳輸參考電壓VREF的參考信號線6。此外，在圖8A中，光電二極管H)、浮動擴散區(qū)H)、傳輸晶體管TRS、復位晶體管RST、第I電容器Cl及第2電容器C2的連接關系處于與圖3所示的像素單元12相同的連接關系。
[0082]如圖8B所示，像素單元12在半導體層7上的光電二極管PD的旁邊的區(qū)域沿像素單元12的寬度方向配置一個共用下側(cè)電極60。在共用下側(cè)電極60上，配置第I電容器Cl的上側(cè)電極61a及第2電容器C2的上側(cè)電極61b。此外，在上側(cè)電極61a、61b與共用下側(cè)電極60之間，配置未圖示的絕緣體。
[0083]另外，上側(cè)電極61a與參考信號線6是通過金屬配線L6而電連接。浮動擴散區(qū)FD與共用下側(cè)電極60是通過金屬配線L7而電連接。
[0084]像這樣，像素單元12在使用MM電容元件的情況下，在半導體層7配置光電二極管PD、浮動擴散區(qū)FD、傳輸柵極TG、柵極RG、共用下側(cè)電極60、上側(cè)電極61 a、61 b。
[0085]所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I通過將像素單元12具備的第I電容器Cl及第2電容器C2設為M頂電容元件，能夠降低電容器的寄生電容，能夠謀求提高動作速度。
[0086]圖9A及圖9B是表示實施方式的像素單元12的另一構(gòu)成的說明圖。具體來說，圖9A是表示在實施方式的像素單元12中使用MOS電容元件及MIM電容元件的電路構(gòu)成的說明圖。圖9B是表示圖9A所示的像素單元12在俯視下的示意性配置的說明圖。此外，通過對具有與圖7A、圖7B及圖8A、圖8B所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖7A、圖7B及圖8A、圖SB所示符號相同的符號，并省略其說明。
[0087]如圖9A所示，像素單元12具備作為MOS電容元件的第I電容器Cl及作為MM電容元件的第2電容器C2。另外，像素單元12經(jīng)由第I端子Tl而連接在傳輸參考電壓VREF的參考信號線6。此外，在圖9A中，光電二極管H)、浮動擴散區(qū)H)、傳輸晶體管TRS、復位晶體管RST、第I電容器Cl及第2電容器C2的連接關系處于與圖3所示的像素單元12相同的連接關系。
[0088]如圖9B所示，像素單元12在半導體層7上的光電二極管H)的旁邊的區(qū)域?qū)⒆鳛镸OS電容元件的第I電容器Cl的柵極電極Gl與下側(cè)電極60a沿寬度方向排列配置。柵極電極Gl位于形成在半導體層7的源極區(qū)域80a與漏極區(qū)域80b之間。在下側(cè)電極60a上，配置作為MIM電容元件的第2電容器C2的上側(cè)電極61b。此外，在上側(cè)電極61b與下側(cè)電極60a之間配置未圖示的絕緣體。
[0089]另外，柵極電極Gl與下側(cè)電極60a是通過金屬配線L8而電連接。浮動擴散區(qū)H)與下側(cè)電極60a是通過金屬配線L9而電連接。
[0090]這里，針對圖9A及圖9B所示的像素單元12的半導體層7內(nèi)的示意性配置進行了說明。圖10是表示圖9A及圖9B所示的像素單元12的示意性配置的一例的說明圖。此外，通過對具有與圖9A及圖9B所示構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成要素，標注與圖9A及圖9B所示符號相同的符號，并省略其說明。
[0091]如圖10所示，像素單元12在半導體層7內(nèi)具備光電二極管PD、浮動擴散區(qū)FD、源極區(qū)域80a、漏極區(qū)域80b、信道形成區(qū)域82及暗電流抑制區(qū)域72。
[0092]光電二極管PD是利用P型Si層70、與形成在P型Si層70的特定深度位置的N型Si區(qū)域71的PN結(jié)而形成。浮動擴散區(qū)FD、源極區(qū)域80a及漏極區(qū)域80b是通過在P型Si層70的表層部離子注入N型的高濃度雜質(zhì)而形成。信道形成區(qū)域82是通過在P型Si層70中的源極區(qū)域80a與漏極區(qū)域80b之間離子注入N型雜質(zhì)而形成。暗電流抑制區(qū)域72是通過在P型Si層70中的光電二極管H)上的表層部離子注入P型的高濃度雜質(zhì)而形成。
[0093]在半導體層7的表面上，形成位于光電二極管PD與浮動擴散區(qū)H)之間的傳輸晶體管TRS的傳輸柵極TG。另外，在半導體層7的表面上，形成位于信道形成區(qū)域82的第I電容器Cl的柵極電極Gl及位于該柵極電極Gl的第2電容器C2的上側(cè)電極61b。
[0094]像這樣，像素單元12在使用MOS電容元件及M頂電容元件的情況下，在半導體層7配置光電二極管PD、浮動擴散區(qū)H)、傳輸柵極TG、復位柵極RG、柵極電極G1、下側(cè)電極60a及上側(cè)電極61b。
[0095]所述實施方式的固態(tài)攝像裝置I通過將像素單元12具備的第I電容器Cl及第2電容器C2設為MOS電容元件及MM電容元件，而能夠同時謀求使像素單元12的尺寸縮小以及提高動作速度。
[0096]對本發(fā)明的若干個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為示例而提出的，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實施方式能夠以其它各種方式實施，能夠在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，進行各種省略、替換、變更。這些實施方式或其變化包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種固態(tài)攝像裝置，其特征在于具備: 光電轉(zhuǎn)換元件，將入射的光轉(zhuǎn)換成信號電荷； 浮動擴散區(qū)，保持從所述光電轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)乃鲂盘栯姾桑?第I電容器，一端子連接在所述浮動擴散區(qū)； 第I端子，連接在所述第I電容器的另一端子，且被輸入在電壓值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的參考電壓； 第2電容器，一端子連接在所述浮動擴散區(qū)； 比較器，在輸入連接著所述第2電容器的另一端子，且對所述浮動擴散區(qū)的電位與閾值進行比較；以及 第2端子，連接在所述比較器的輸出，且被輸出利用所述比較器所得的比較結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 還具備復位晶體管，該復位晶體管將保持在所述浮動擴散區(qū)的所述信號電荷進行復位，且 所述比較器是 將經(jīng)所述復位晶體管復位后的所述浮動擴散區(qū)的電位保持為所述閾值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述比較器是: 具備反相器及開關的斬波型比較器， 所述反相器在輸入連接著所述第2電容器的另一端子， 所述開關與所述反相器并聯(lián)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 還具備存儲器部，該存儲器部連接在所述第2端子，且存儲從該第2端子輸出的比較結(jié)果O5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于還具備: 第I襯底，供設置所述光電轉(zhuǎn)換元件、所述浮動擴散區(qū)、所述第I電容器、所述第I端子及所述第2電容器；以及 第2襯底，積層在所述第I襯底，且供設置所述比較器及所述第2端子。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I襯底為像素芯片， 所述第2襯底為電路芯片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于還具備: 第I襯底，供設置所述光電轉(zhuǎn)換元件、所述浮動擴散區(qū)、所述第I電容器及所述第I端子；以及 第2襯底，積層在所述第I襯底，且供設置所述第2電容器、所述比較器及所述第2端子。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I襯底為像素芯片， 所述第2襯底為電路芯片。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 還具備放大器，該放大器連接在所述第2端子與所述存儲器部之間，且將從所述第2端子輸出的比較結(jié)果放大。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述放大器是: 具備反相器及開關的斬波型比較器， 所述反相器在輸入連接著所述第2端子， 所述開關與所述反相器并聯(lián)連接。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于還具備: 第I襯底，供設置所述光電轉(zhuǎn)換元件、所述浮動擴散區(qū)、所述第I電容器及所述第I端子； 第2襯底，積層在所述第I襯底，且供設置所述比較器及所述第2端子；以及 連接部，將所述第I襯底與所述第2襯底電連接;且 所述連接部是: 由作為M頂電容元件的所述第2電容器構(gòu)成。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I襯底為像素芯片， 所述第2襯底為電路芯片。13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述存儲器部具有: SRAM、DRAM及FRAM中的任一種。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I電容器及所述第2電容器是: MOS電容元件。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I電容器及所述第2電容器是: M頂電容元件。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述第I電容器是: MOS電容元件，且 所述第2電容器是: M頂電容元件。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其特征在于: 所述參考電壓是: 斜坡波形的電壓。
【文檔編號】H01L27/146GK105828001SQ201610048416
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】伊藤真也
【申請人】株式會社東芝