固體攝像元件的制作方法

專利名稱：固體攝像元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體攝像元件。
背景技術：
通常，在數碼相機等攝像裝置中使用CXD型、CMOS型的固體攝像元件。例如，CMOS 型的固體攝像元件具有配置成二維矩陣狀的多個像素。例如，像素具有根據入射光的光量而生成信號電荷的光電二極管等光電轉換部、轉移晶體管、放大晶體管、復位晶體管、選擇晶體管。此外，轉移晶體管的漏極與放大晶體管的柵極連接，而起到存儲由光電二極管生成的信號電荷的浮動擴散區域的作用。在讀出期間，像素信號按照各行而輸出到設置于各列的垂直信號線。例如，在讀出期間，讀出對象的行的選擇晶體管導通。然后，在選擇晶體管導通狀態的行的像素中，首先， 復位晶體管導通一定期間，浮動擴散區域的電荷被復位。接著，轉移晶體管導通，在光電二極管中生成的信號電荷轉移到浮動擴散區域中。基于轉移到浮動擴散區域中的電荷的信號電壓，通過作為源極跟隨電路動作的放大晶體管而輸出到垂直信號線上。最近，提出了以下的固體攝像元件(例如，參照日本特開2007-165864號公報) 由配置在列方向上的兩個像素共享放大晶體管、復位晶體管以及選擇晶體管的固體攝像元件。在這種固體攝像元件中，例如，共享放大晶體管等的兩個像素的轉移晶體管的漏極(浮動擴散區域的一部分)通過金屬等配線相互連接而由兩個像素所共享。通常，將配置在列方向上的兩個像素的轉移晶體管的漏極相互連接的配線，配置成與垂直信號線平行。在讀出期間，選擇晶體管導通時，電流從電源經由放大晶體管以及選擇晶體管流到垂直信號線。由此，垂直信號線的電壓上升。然后，由于垂直信號線和浮動擴散區域之間的耦合，浮動擴散區域的電壓上升。此外，浮動擴散區域的電壓也因選擇晶體管的柵極以及浮動擴散區域之間的耦合而上升。尤其是，在浮動擴散區域的配線與垂直信號線平行地配置的固體攝像元件(例如，由兩個像素共享放大晶體管等的固體攝像元件)中，垂直信號線和浮動擴散區域之間的耦合的影響變大，浮動擴散區域的電壓的上升變得較大。在浮動擴散區域的電壓上升的情況下，將復位晶體管的柵極設為高電平時，存在復位晶體管的柵極和源極之間的電壓不會成為閾值電壓以上的擔憂。在此情況下，由于復位晶體管不能正常動作，因此浮動擴散區域的電荷不被復位，從而放大晶體管的動作范圍脫離正常動作的范圍。例如，在多個像素的復位晶體管無法正常動作的情況下，浮動擴散區域的電壓在多個像素中散亂不均，其結果，放大晶體管的輸出特性在多個像素中散亂不均。 在此情況下，在圖像中產生濃陰影、固定模式噪聲。

發明內容
本發明的目的在于降低濃陰影、固定模式噪聲。固體攝像元件具有包括光電轉換部、電荷電壓轉換部、轉移晶體管、放大晶體管、選擇晶體管以及復位晶體管的像素；傳輸從放大晶體管輸出的信號的垂直信號線；以及控制部。光電轉換部將光轉換為電荷。電荷電壓轉換部將從光電轉換部轉移的電荷轉換為電壓。轉移晶體管將光電轉換部的電荷轉移到電荷電壓轉換部。放大晶體管生成基于電荷電壓轉換部的電壓的信號。選擇晶體管選擇是否從放大晶體管輸出信號。復位晶體管將電荷電壓轉換部的電荷復位。此外，電荷電壓轉換部通過連接配線與放大晶體管以及復位晶體管連接。控制部控制復位晶體管以及選擇晶體管，以便在復位光電轉換部的電荷的復位期間，在復位晶體管從導通狀態變化為截止狀態時，選擇晶體管為導通狀態。


圖1是表示一實施方式中的固體攝像元件的概要的圖。圖2是表示圖1所示的像素的一例的圖。圖3是表示圖2所示像素的布局的一例的圖。圖4是表示圖1所示的固體攝像元件的動作的一例的圖。圖5是表示使用圖1所示的固體攝像元件而構成的攝像裝置的一例的圖。圖6是表示其他實施方式中的固體攝像元件的概要的圖。圖7是表示圖6所示像素的布局的一例的圖。圖8是表示圖3所示像素的布局的變形例的圖。圖9是表示圖7所示像素的布局的變形例的圖。
具體實施例方式下面，使用

本發明的實施方式。對傳輸控制信號(轉移信號TX、選擇信號 SEL、復位信號RST等)的信號線使用與控制信號名相同的附圖標記。圖1表示本發明一實施方式。該實施方式的固體攝像元件10，例如為CMOS型的固體攝像元件，具有像素陣列20、垂直掃描電路30、水平掃描電路40、恒流源IS以及垂直信號線VL。像素陣列20具有配置成二維矩陣狀的多個像素PX (Pfe、P)(b)。例如，各像素PX生成與入射光的光量對應的電信號。此外，在本實施方式中，通過在列方向(圖1的縱方向) 上相鄰的兩個像素PXa、PXb構成像素組PXG。例如，像素組PXG被配置成η行m列。在此情況下，像素PX被配置成OXn)行m列。關于構成像素組PXG的像素PXa、P)(b的詳細將在后述的圖2中說明。配置在列方向上的多個像素組PXG連接在設置于各列的垂直信號線 VL上。另外，為了讀出來自各像素PX的信號而在各垂直信號線VL上連接有恒流源IS。垂直掃描電路30使用選擇信號SEL、復位信號RST以及轉移信號TX(Tfe、T)(b)按每行控制像素陣列20的像素PX。下面，將選擇信號SEL、復位信號RST、轉移信號TX也分別稱為控制信號SEL、RST、TX。此外，控制信號SEL、RST由構成像素組PXG的像素P)(a、P)(b 所共享。例如，選擇信號SEL(n)以及復位信號RST(n)分別表示第η行的像素組PXG的選擇信號SEL以及復位信號RST。即，選擇信號SEL(η)由第QXn-I)行以及第QXn)行的像素PX所共享。另外，復位信號RST(n)由第OXn-I)行以及第QXn)行的像素PX所共享。此外，轉移信號TXa(η)是第OXn-I)行的像素PX(第η行的像素組PXG的像素PXa)的轉移信號TX。并且，轉移信號T)(b(n)是第QXn)行的像素PX(第η行的像素組PXG的像素P)(b)的轉移信號TX。因此，垂直掃描電路30例如控制控制信號SEL(I)、RST(I)、TXa(I)而控制第1行的像素PX(第1行的像素組PXG的像素PXa)。另外，例如垂直掃描電路30控制控制信號 SEL(I)、RST(I)、TXa(I)而控制第2行的像素PX (第1行的像素組PXG的像素PXb)。水平掃描電路40存儲通過垂直掃描電路30選擇的行的像素PX的信號0UTS、 0UTN,將所存儲的信號0UTS、0UTN按每列依次輸出。在此，例如，信號OUTN為表示含有像素 PX的復位噪聲成分等的固定噪聲成分的、噪聲信號。另外，信號OUTS是包含像素PX的復位噪聲成分等固定噪聲成分和與由像素PX內的光電轉換部生成的電荷對應的信號成分的像素信號。圖2表示圖1所示的像素PX的一例。此外，圖2表示構成像素組PXG的像素PXa、 PXb的一例。例如，像素組PXG具有在列方向(圖2的縱方向)上相鄰的兩個像素PXa、P)(b。 此外，在本實施方式中，形成于像素PX (PXa、PXb)內的晶體管MTRa、MTRb, MAM、MSE, MRS均為nMOS晶體管。像素Pfe具有光電轉換部PDa、轉移晶體管MTRa、放大晶體管MAM、選擇晶體管 MSE、復位晶體管MRS以及浮動擴散FD (浮動擴散區域)。另外，像素P)(b具有光電轉換部 PDb、轉移晶體管MTRb、放大晶體管MAM、選擇晶體管MSE、復位晶體管MRS以及浮動擴散FD。 如上所述，放大晶體管MAM、選擇晶體管MSE、復位晶體管MRS以及浮動擴散FD由像素PXa、 P)(b所共享。在此，浮動擴散FD為形成有儲存從光電轉換部PD轉移的電荷的電容FC1、FC2等的區域(晶體管MTRa、MTRb的漏極區域等)。此外，圖中的電容FC 1表示形成在像素Pfe 的轉移晶體管MTRa的漏極區域上的電容，電容FC2表示形成在像素P)(b的轉移晶體管MTRb 的漏極區域上的電容。例如，轉移晶體管MTRa的漏極(電容FCl)通過配線CL連接在轉移晶體管MTRb的漏極(電容FC^)上。由此，由像素PXa、PXb共享浮動擴散FD。光電轉換部PD例如為光電二極管PD，根據入射光的光量生成信號電荷。下面，將光電轉換部PD也稱為光電二極管PD。例如，在像素Pfe中，光電二極管PDa的陽極接地且陰極連接在轉移晶體管MTRa的源極上。由光電二極管PDa生成的信號電荷經由轉移晶體管MTRa而轉移到浮動擴散FD。轉移到浮動擴散FD的信號電荷儲存到電容FC 1、FC2等中而轉換為電壓。這樣，浮動擴散FD起到將從光電轉換部PD轉移的電荷轉換為電壓的、電荷電壓轉換部的作用。轉移晶體管MTRa例如在施加于柵極的轉移信號Tfe為高電平的期間導通，從而存儲在光電二極管PDa中的信號電荷轉移到浮動擴散FD。此外，轉移晶體管MTRa的漏極通過配線CL連接在轉移晶體管MTRb的漏極、放大晶體管MAM的柵極以及復位晶體管MRS的源極上。即，轉移晶體管MTRa的漏極、轉移晶體管MTRb的漏極、放大晶體管MAM的柵極以及復位晶體管MRS的源極相互連接。放大晶體管MAM的源極連接在選擇晶體管MSE的漏極上，漏極連接在電源VDD上， 柵極連接在轉移晶體管MTR(MTRa、MTRb)的漏極上。即，浮動擴散FD的電壓輸入到放大晶體管MAM的柵極。另外，放大晶體管MAM例如將從柵極的電壓下降了放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓從源極輸出。這樣，放大晶體管MAM生成基于轉移到浮動擴散FD的信號電荷的、像素信號。選擇晶體管MSE的源極連接在垂直信號線VL上，漏極連接在放大晶體管MAM的源極上，由柵極接收選擇信號SEL。例如，選擇晶體管MSE在選擇信號SEL為高電平的期間導通，從而使放大晶體管MAM的源極和垂直信號線VL之間導通。因此，在選擇晶體管MSE導通的期間，通過放大晶體管MAM、選擇晶體管MSE和連接在垂直信號線VL上的恒流源(圖1 所示的恒流源IS)構成源極跟隨電路。由此，由選擇晶體管MSE選擇的像素PX的信號輸出到垂直信號線VL。這樣，選擇晶體管MSE根據選擇信號SEL來選擇是否從放大晶體管MAM 輸出信號。此外，選擇信號SEL由構成像素組PXG的像素PXa、P)(b所共享。復位晶體管MRS的源極連接在放大晶體管MAM的柵極上，漏極連接在電源VDD上， 由柵極接收復位信號RST。例如，復位晶體管MRS在復位信號RST為高電平的期間導通而復位浮動擴散FD的電荷(存儲在電容FC1、FC2等中的電荷)。即，復位晶體管MRS在復位信號RST為高電平的期間復位浮動擴散FD的電壓。此外，復位信號RST是由構成像素組RXG 的像素PXa、P)(b所共享。在像素P)(b中，光電二極管PDb的陽極接地且陰極連接在轉移晶體管MTRb的源極上。例如，轉移晶體管MTRb在施加于柵極的轉移信號T)(b為高電平的期間導通而使存儲在光電二極管PDb中的信號電荷轉移到浮動擴散FD。轉移到浮動擴散FD的信號電荷存儲在電容FC1、FC2等中。圖3表示圖2所示像素PX的布局的一例。此外，在圖3中示出了縱4像素X橫3 像素量的區域。圖中的陰影表示晶體管的柵極，標上X符號的矩形表示接觸區域。此外，在圖3中為了便于觀察而省略了連接在晶體管MAM、MRS的漏極上的電源VDD的配線的記載。 在圖3的例中，像素組PXG由在縱方向上相鄰的兩個像素PXa、P)(b構成。像素PXa、PXb所共享的選擇晶體管MSE、放大晶體管MAM以及復位晶體管MRS例如配置在像素P)(a的光電二極管PDa和像素P)(b的光電二極管PDb之間。另外，選擇晶體管MSE、放大晶體管MAM以及復位晶體管MRS排列在圖的橫方向上。例如，選擇晶體管MSE的漏極以及放大晶體管MAM的源極相互共享擴散區域(晶體管MSE、MAM的柵極之間的區域)而相互連接。另外，放大晶體管MAM的漏極以及復位晶體管MRS的漏極相互共享擴散區域(晶體管MAM、MRS的柵極之間的區域)而相互連接。此外，放大晶體管MAM的漏極以及復位晶體管MRS的漏極經由接觸區域(晶體管MAM、MRS的柵極之間的標有X符號的矩形)連接在電源VDD的配線(未圖示)上。傳輸選擇信號SEL的選擇信號線SEL設置在像素組PXG的各行上而連接到配置于行方向(圖3的橫方向)上的選擇晶體管MSE的柵極。另外，傳輸復位信號RST的復位信號線RST設置在像素組PXG的各行上而連接到配置于行方向上的復位晶體管MRS的柵極。轉移晶體管MTRa、MTRb分別與光電二極管PDa、PDb相鄰而配置。此外，轉移晶體管MTR的源極以及光電二極管PD的陰極相互共享擴散區域而相互連接。而且，傳輸轉移信號TX的轉移信號線TX設置在像素PX的各行上而連接在配置于行方向的轉移晶體管MTR 的柵極上。例如，傳輸轉移信號TXa的轉移信號線Tfe連接在配置于行方向的轉移晶體管 MTRa的柵極上。而且，傳輸轉移信號T)(b的轉移信號線T)(b連接在配置于行方向的轉移晶體管MTRb的柵極上。另外，轉移晶體管MTRa、MTRb的漏極通過配線CL共同連接在放大晶體管MAM的柵極上。例如，配線CL將轉移晶體管MTRa的漏極、轉移晶體管MTRb的漏極、放大晶體管MAM 的柵極以及復位晶體管MRS的源極相互連接。S卩，像素PXa、P)(b具有將浮動擴散FD(例如， 轉移晶體管MTR的漏極)連接到放大晶體管MAM的柵極以及復位晶體管MRS的源極的配線 CL。配線CL的一部分與在列方向(圖3的縱方向)上延伸的垂直信號線VL相鄰而平行配置。例如，在像素組PXG中，將轉移晶體管MTRa、MTRb的漏極(擴散區域)相互連接的部分的配線CL，與垂直信號線VL相鄰而平行配置。此外，垂直信號線VL連接在配置于列方向上的選擇晶體管MSE的源極上。另外，接地電壓GND的配線與垂直信號線VL平行地配置。例如，在垂直信號線VL的一側配置有配線CL而在垂直信號線VL的另一側配置有接地電壓GND的配線。在本實施方式中，垂直信號線VL連接在具有與自身相鄰的配線CL的像素PX的選擇晶體管MSE的源極上。在此，例如，在放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作時，浮動擴散FD的電壓變動直接傳遞到垂直信號線VL。因此，在放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作時，配線CL和垂直信號線VL之間的耦合電容表觀上變小。例如，浮動擴散FD具有形成于轉移晶體管MTR的漏極的電容(圖2所示的電容 FC1、FC2)、配線CL和其他配線之間的耦合電容、形成于復位晶體管MRS的源極的電容等。 因此，通過配線CL和垂直信號線VL之間的耦合電容表觀上變小，浮動擴散FD的表觀電容變得較小。例如，浮動擴散FD的表觀電容對應于與浮動擴散FD的電壓變化量相對的電荷的變化量。對此，例如，在將電源配線(接地電壓GND的配線等)配置在配線CL以及垂直信號線VL之間而降低配線CL和垂直信號線VL之間的耦合電容的結構中，形成配線CL和電源配線之間的耦合電容。由于電源配線的電壓維持一定，因此即使是在放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作時，配線CL和電源配線之間的耦合電容也起到浮動擴散FD的電容的一部分的作用。因此，浮動擴散FD的表觀電容變得大于與將配線CL的一部分與垂直信號線VL相鄰而平行配置的結構(圖3所示的結構)。例如，在浮動擴散FD的電容較大的情況下，與轉移到浮動擴散FD中的電荷量(電荷變化量)相對的電壓變化量較小。即，在浮動擴散FD的電容較大的情況下，將從光電二極管PD轉移到浮動擴散FD的電荷轉換為電壓時的轉換增益(以下，也稱為浮動擴散FD的轉換增益)變小。此外，在本實施方式中，放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作時，能夠使浮動擴散FD的表觀電容變得較小，因此能夠使浮動擴散FD的轉換增益變大。由此，在本實施方式中，能夠使像素PX的像素信號(放大晶體管MAM的輸出信號)變得較大，能夠使SN比較高。其結果能夠提高畫質。圖4表示圖1所示的固體攝像元件10的動作的一例。此外，在圖4中，省略除了第1行的像素組PXG的控制信號RST(I) ,TXa(I)、TXb (1)、SEL(I)以及第η行的像素組PXG 的控制信號SEL(n)以外的控制信號RST、TX、SEL的記載。另外，在圖4中，示出了與關注的一個像素組PXG對應的垂直信號線VL以及浮動擴散FD的電壓。此外，圖中的虛線的波形作為比較例示出了在復位期間TRST選擇信號SEL維持在低電平時的浮動擴散FD的電壓。復位期間TRST是例如將構成拍攝圖像的所有的像素PX的光電二極管PD的電荷復位的期間。另外，曝光期間TEXP是例如打開機械快門而曝光光電二極管PD的期間。另外，讀出期間TRD是將像素PX的信號按每行讀出的期間。在復位期間TRST中，首先，在所有行的轉移信號TX以及選擇信號SEL維持在低電平的狀態下，所有行的像素PX的復位信號RST從低電平變化到高電平(圖4的(a))。由此，所有像素PX的復位晶體管MRS導通。通過所有像素PX的復位晶體管MRS導通，所有像素PX的浮動擴散FD的電荷被復位，所有像素PX的浮動擴散FD的電壓維持在電壓VTH。此外，電壓VTH是從復位信號RST 的高電平下降了復位晶體管MRS的閾值電壓量的電壓，為使復位晶體管MRS導通的上限值。 例如，在浮動擴散FD的電壓高于電壓VTH的情況下，即使在復位信號RST高電平時，復位晶體管MRS也不導通。由于所有行的選擇信號SEL維持在低電平，因此所有像素PX的選擇晶體管截止。 因此，例如，為了使垂直信號線VL的電壓不低于使圖1所示的恒流源IS動作的最低電壓， 而將垂直信號線VL的電壓限幅于電壓VCLP。接著，所有行的轉移信號TX從低電平變化為高電平(圖4的(b))，所有像素PX的轉移晶體管MTR導通。由此，所有像素PX的光電二極管PD的電荷從光電二極管PD轉移到浮動擴散PD而被復位。此外，轉移信號TX從低電平變化到高電平時，浮動擴散FD的電壓因轉移信號線TX和浮動擴散FD之間的耦合而上升。此外，在圖4的說明中，在轉移信號線 TX中例如還包括轉移晶體管MTR的柵極。另外，所有行的選擇信號SEL從低電平變化到高電平(圖4的(C))，所有像素PX 的選擇晶體管MSE導通。由此，所有像素PX的放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作。 例如，放大晶體管MAM將從柵極電壓(浮動擴散FD的電壓)下降放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓從源極輸出到垂直信號線VL。由此，垂直信號線VL的電壓上升。此時，浮動擴散FD的電壓因垂直信號線VL和浮動擴散FD (例如，圖3所示配線CL)之間的耦合、選擇信號線SEL和浮動擴散FD之間的耦合而上升。此外，在圖4的說明中，在選擇信號線SEL中例如還包括選擇晶體管MSE的柵極。選擇信號SEL從低電平變化到高電平之后，所有行的轉移信號TX從高電平變化到低電平(圖4的(d))，所有像素PX的轉移晶體管MTR截止。此時，浮動擴散FD的電壓由于轉移信號線TX和浮動擴散FD的耦合、因轉移晶體管MTR的截止而產生的電荷注入而下降。此外，在轉移信號TX從高電平變化到低電平時，放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作，因此浮動擴散FD的表觀電容較小。因此，轉移信號線TX和浮動擴散FD之間的耦合對于浮動擴散FD的電壓的影響較大。因此，例如，在轉移信號TX從高電平變化到低電平時(圖4的(d))的浮動擴散FD的電壓下降量大于在轉移信號TX從低電平變化到高電平時(圖4的(b))的浮動擴散FD的電壓上升量。通過浮動擴散FD的電壓下降，例如復位晶體管MRS導通。由此，浮動擴散FD的電荷被復位，浮動擴散FD的電壓維持在電壓VTH。由此，所有像素PX的光電二極管PD的電荷經由轉移晶體管MTR以及復位晶體管MRS排出到電源VDD。此外，垂直信號線VL的電壓追蹤浮動擴散FD的電壓變化而下降。然后，所有行像素PX的復位信號RST從高電平變化到低電平(圖4的(e))，所有像素PX的復位晶體管MRS導通。此時，浮動擴散FD的電壓由于復位信號線RST和浮動擴散FD之間的耦合、因復位晶體管MRS的截止而產生的電荷注入而下降。此外，在圖4的說明中，在復位信號線RST中例如還包括復位晶體管MRS的柵極。垂直信號線VL的電壓追蹤浮動擴散FD的電壓變化而下降。此外，在復位信號RST從高電平變化到低電平時，放大晶體管MAM作為源極跟隨電路而動作。因此，復位信號RST從高電平變化到低電平時的浮動擴散FD的表觀電容較小。 因此，復位信號線RST和浮動擴散FD之間的耦合對于浮動擴散FD的電壓的影響較大。因此，在本實施方式中，復位信號RST從高電平變化到低電平時的浮動擴散FD的電壓下降量大于由圖4的虛線波形所表示的比較例(在復位期間TRST中，將選擇信號SEL維持在低電平的情況)。復位信號RST從高電平變化到低電平之后，所有行的選擇信號SEL從高電平變化到低電平(圖4的(f))，所有像素PX的選擇晶體管MSE截止。因選擇晶體管MSE的截止， 放大晶體管MAM無法作為源極跟隨電路動作，因此垂直信號線VL的電壓下降。為了使垂直信號線VL的電壓不低于使圖1所示的恒流源動作的最低電壓，而將垂直信號線VL的電壓例如限幅于電壓VCLP。此時，浮動擴散FD的電壓因垂直信號線VL和浮動擴散FD (例如，圖 3所示的配線CL)之間的耦合、選擇信號線SEL和浮動擴散FE之間的耦合而下降。這樣，在復位期間TRST中，例如，圖1所示的垂直掃描電路30在復位晶體管MRS以及轉移晶體管MTR維持在導通狀態時，使選擇晶體管MSE從截止狀態變化為導通狀態，在復位晶體管MRS以及轉移晶體管MTR從導通狀態變化到截止狀態之后，使選擇晶體管MSE從導通狀態變化到截止狀態。即，在復位期間TRST中，選擇晶體管MSE在轉移晶體管MTR以及復位晶體管MRS各自從截止狀態變化到導通狀態時維持截止狀態，在轉移晶體管MTR以及復位晶體管MRS各自從導通狀態變化到截止狀態時維持導通狀態。在曝光期間TXEP中，所有行的復位信號RST、轉移信號TX以及選擇信號SEL維持在低電平，所有像素PX的復位晶體管MRS、轉移晶體管MSE以及選擇晶體管MSE截止。因此，浮動擴散FD的電壓維持在復位期間TRST的最終電壓(選擇信號SEL從高電平變化到低電平之后的電壓)。在讀出期間TRD中，首先，在所有行的轉移信號TX以及復位信號RST維持在低電平的狀態下，選擇信號SEL(I)從低電平變化到高電平(圖4的(g))。此外，讀出對象的行 (在圖4的例中為第1行)的像素組PXG的選擇信號SEL以外的選擇信號SEL維持在低電平。通過選擇信號SEL(I)從低電平變化到高電平，第1行像素組PXG的選擇晶體管 MSE導通，第1行像素組PXG的放大晶體管MAM作為源極跟隨電路動作。由此，垂直信號線 VL的電壓上升。此時，浮動擴散FD的電壓因垂直信號線VL和浮動擴散FD (例如，圖3所示的配線CL)之間的耦合、選擇信號線SEL和浮動擴散FD之間的耦合而上升。尤其是，如圖3所示，在為了使浮動擴散FD的轉換增益變大而相對加大垂直信號線VL和浮動擴散FD之間的耦合的結構中，浮動擴散FD的電壓上升量變大。例如，在復位期間TRST不控制選擇信號SEL的結構(在復位期間TRST中將選擇信號SEL維持在低電平的情況)中，如圖4的虛線波形所示，浮動擴散FD的電壓變成高于電壓VTH。在此情況下， 即使在復位信號RST從低電平變化到高電平時，復位晶體管MRS也不導通，因此浮動擴散FD 的電荷不被復位。對此，在本實施方式中，通過在復位期間TRST控制選擇信號SEL而能夠使復位期間TRST的最終電壓變低，從而能夠防止浮動擴散FD的電壓高于電VTH。在選擇信號SEL(I)從低電平變化到高電平之后，復位信號RST(I)從低電平變化到高電平(圖4的(h))。此外，使復位信號RST(I)從低電平變化到高電平的定時可以與使選擇信號SEL(I)從低電平變化到高電平的定時相同。通過復位信號RST(I)從低電平變化到高電平，第1行像素組PXG的復位晶體管導通，第1行像素組PXG的浮動擴散FD的電荷被復位。由此，浮動擴散FD的電壓上升到電壓 VTH為止。垂直信號線VL的電壓追蹤浮動擴散FD的電壓變化而上升。此外，在由虛線波形表示的比較例中，浮動擴散FD的電壓因復位信號線RST和浮動擴散FD之間的耦合而上升。浮動擴散FD的電荷復位之后，復位信號RST(I)從高電平變化到低電平(圖4的 (i))，第1行像素組PXG的復位晶體管MRS截止。此時，第1行像素組PXG的浮動擴散FD的電壓由于復位信號線RST和浮動擴散FD之間的耦合、因復位晶體管MRS的截止而產生的電荷注入而下降到電壓VREF為止。然后，與電壓VREF對應的信號輸出到垂直信號線VL上。例如，第1行像素組PXG的放大晶體管MAM將第1行像素組PXG的從浮動擴散FD 的電壓VREF下降放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓(與圖1所示的信號OUTN對應的電壓)輸出到垂直信號線VL。此外，在由虛線波形所示的比較例中，由于浮動擴散FD的電荷未被復位，因此浮動擴散FD的電壓脫離了使放大晶體管MAM正常動作的電壓范圍(例如， 電壓VREF以下的范圍)。對此，在本實施方式中，由于在復位信號RST(I)為高電平時浮動擴散FD的電荷被復位，因此能夠防止浮動擴散FD的電壓脫離使放大晶體管MAM正常動作的電壓范圍。其結果，在本實施方式中，能夠防止放大晶體管的動作范圍脫離正常動作的范圍，從而能夠減少在圖像中產生濃陰影、固定模式噪聲的情況。放大晶體管MAM將與電壓VREF對應的信號輸出到垂直信號線VL之后，轉移信號 TXa(I)維持高電平一定期間(圖4的(j))。此外，如圖1中所說明，轉移信號TXa(I)為第 1行像素PX (第1行像素組PXG的像素PXa)的轉移信號TX。通過轉移信號TXa(I)維持高電平一定期間，第1行像素PX的轉移晶體管MTR導通一定期間。由此，在第1行像素PX中，由光電二極管PD生成的信號電荷經由轉移晶體管 MTR轉移到浮動擴散FD。浮動擴散FD的電壓例如對應于所轉移的信號電荷的量而下降。另外，對應于信號電荷的量而下降的浮動擴散FD的電壓經由放大晶體管MAM輸出到垂直信號線VL。例如，第1行像素組PXG的放大晶體管MAM將第1行像素組PXG的從浮動擴散FD的電壓下降放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓(與圖1所示的信號OUTS對應的電壓)輸出到垂直信號線VL。由此，與由第1行像素組PXG的像素PXa(第1行像素PX) 的光電二極管PD生成的信號電荷對應的信號傳輸到垂直信號線VL。接著，為了讀出第2行像素PX的信號，復位信號RST(I)從低電平變化到高電平 (圖4的(k))，第1行像素組PXG的復位晶體管MRS導通。由此，第1行像素組PXG的浮動擴散FD的電荷被復位，浮動擴散FD的電壓上升到VTH為止。垂直信號線VL的電壓追蹤浮動擴散FD的電壓變化而上升。然后，復位信號RST(I)從高電平變化到低電平(圖4的(1))，第1行像素組PXG 的復位晶體管MRS截止。此時，如圖4的(i)所說明，第1行像素組PXG的浮動擴散FD的電壓下降到電壓VREF為止。然后，與電壓VREF對應的信號輸出到垂直信號線VL。例如，第1行像素組PXG的放大晶體管MAM將第1行的像素組PXG的從浮動擴散FD的電壓VREF下降放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓(與圖1所示的信號OUTN對應的電壓)輸出到垂直信號線VL。如上所述，在本實施方式中，由于復位放大器MRS正常動作，因此，例如在第1行以及第2行的像素PX中，能夠使信號電荷轉移之前的浮動擴散FD的電壓與電壓VREF —致。 即，在本實施方式中，能夠防止信號電荷轉移之前的浮動擴散FD的電壓在多個像素PX中散亂不均。此外，在用虛線波形表示的比較例中，由于浮動擴散FD的電荷未被復位，因此信號電荷轉移之前的浮動擴散FD的電壓在多個像素PX中散亂不均。在此情況下，放大晶體管MAM的輸出特性在多個像素PX中散亂不均，因此在圖像中產生濃陰影、固定模式噪聲。對此，在本實施方式中，由于能夠防止浮動擴散FD的電壓在多個像素PX中散亂不均，因此能夠防止放大晶體管MAM的輸出特性在多個像素PX中散亂不均。其結果，在本實施方式中，能夠減少在圖像中產生濃陰影、固定模式噪聲的情況。另外，在本實施方式中，由于能夠可靠地復位浮動擴散FD的電荷，因此能夠防止在連續拍攝等的圖像中產生殘像。放大晶體管MAM將與電壓VREF對應的信號輸出到垂直信號線VL之后，轉移信號 TXb(I)維持高電平一定期間(圖4的(m))。此外，如圖1中所說明，轉移信號T)(b(l)為第 2行像素PX(第1行像素組PXG的像素P)(b)的轉移信號TX。通過轉移信號T)(b(l)維持高電平一定期間，第2行像素PX的轉移晶體管MTR導通一定期間。由此，在第2行像素PX中， 由光電二極管PD生成的信號電荷經由轉移晶體管MTR轉移到浮動擴散FD。浮動擴散FD的電壓例如對應于所轉移的信號電荷的量而下降。對應于信號電荷的量而下降的浮動擴散FD的電壓經由放大晶體管MAM輸出到垂直信號線VL。例如，第1行像素組PXG的放大晶體管MAM將第1行像素組PXG的從浮動擴散FD的電壓下降放大晶體管MAM的閾值電壓量的電壓(與圖1所示的信號OUTS對應的電壓)輸出到垂直信號線VL。由此，與由第1行像素組PXG的像素P)(b (第2行像素PX)的光電二極管PD生成的信號電荷對應的信號傳輸到垂直信號線VL。然后，選擇信號SEL(I)從高電平變化到低電平(圖4的(n))，第1行像素組PXG 的選擇晶體管MSE截止。由此，第1行像素組PXG的讀出動作結束。接著，例如第2行像素組PXG(第3行以及第4行的像素PX)的讀出動作開始。在第η行像素組PXG的讀出動作結束時，讀出期間TRD的動作結束。此外，在讀出對象行的像素組PXG中，讀出對象行的像素組PXG的控制信號RST、TXa, TXb, SEL與第1行像素組PXG的讀出動作時的控制信號 RST (1)、TXa(I)、TXb (1)、SEL(I)相同地受到控制。圖5表示使用圖1所示的固體攝像元件10構成的攝像裝置100的一例。攝像裝置100例如為數碼相機，具有固體攝像元件10、攝影鏡頭110、存儲器120、CPU130、定時發生器140、存儲介質150、監視器160以及操作部170。攝影鏡頭110將被拍攝體的像成像于固體攝像元件10的受光面上。存儲器120為例如由DRAM (Dynamic RAM 動態隨機存儲器)、SRAM (Static RAM 靜態隨機存儲器)等形成的內置存儲器，暫時存儲通過固體攝像元件10拍攝的圖像的圖像數據等。CPU130例如為微型處理器，根據未圖示的程序控制固體攝像元件10、攝影鏡頭110等的動作。例如，CPU130 執行自動對焦控制、光圈控制、對固體攝像元件10的曝光控制以及圖像數據的記錄等。此外，在對固體攝像元件10的曝光控制中例如包括機械快門(未圖示)的開閉控制等。定時發生器140受到CPU130的控制而對固體攝像元件10提供驅動時鐘等。例如， 定時發生器140對固體攝像元件10提供圖1所示的垂直掃描電路30以及水平掃描電路40 的驅動時鐘等。此外，定時發生器140也可以設置在CPU130內，還可以設置在固體攝像元件10內。存儲介質150存儲所拍攝的圖像的圖像數據等。監視器160例如為液晶顯示器， 顯示所拍攝的圖像、存儲在存儲器120中的圖像、存儲在存儲介質150中的圖像以及菜單畫面等。操作部170具有釋放按鈕以及其他各種開關，為了使攝像裝置100動作而由用戶進行操作。以上，在本實施方式中，固體攝像元件10具有在復位期間TRST的復位晶體管MRS 的狀態從導通變化到截止時將選擇晶體管MSE維持在導通狀態的垂直掃描電路30。S卩，垂直掃描電路30控制復位晶體管MRS以及選擇晶體管MSE，以便在復位期間RST復位晶體管 MRS從導通狀態變化到截止狀態時選擇晶體管MSE成為導通狀態。還有，浮動擴散FD的配線CL的一部分與垂直信號線VL相鄰而平行配置。由此，在本實施方式中，能夠使復位期間 TRST的最終電壓變得較低，從而能夠使復位晶體管MRS在讀出期間TRD正常動作。其結果，在本實施方式中，能夠防止放大晶體管MAM的動作范圍脫離正常動作的范圍，能夠減少在圖像中產生濃陰影、固定模式噪聲的情況。另外，在本實施方式中，能夠使復位晶體管MRS正常動作，因此能夠防止浮動擴散FD的電壓在多個像素PX中散亂不均。由此，在本實施方式中，能夠防止放大晶體管MAM的輸出特性在多個像素PX中散亂不均，從而能夠提高畫質。圖6表示其他實施方式中的固體攝像元件12的概要。本實施方式的固體攝像元件12，替代圖1所示的垂直掃描電路30以及像素陣列20而分別設置有垂直掃描電路32以及像素陣列22。固體攝像元件12的其他結構與圖1至圖5中說明的實施方式相同。另外， 搭載固體攝像元件12的拍攝裝裝置的結構除了替代圖5所示的固體攝像元件10而設置有固體攝像元件12之外，與圖5所示的攝像裝置100相同。對于與圖1至圖5中說明的要素相同的要素標上相同的附圖標記，并省略對這些的詳細說明。此外，圖中的電容FC表示形成在轉移晶體管MTR的漏極區域中的電容。像素陣列22具有配置成η行m列的二維矩陣狀的多個像素PX。各像素PX具有作為光電轉換部的光電二極管PD、轉移晶體管MTR、放大晶體管MAM、選擇晶體管MSE、復位晶體管MRS以及浮動擴散FD。此外，在本實施方式中，按每個像素PX設置有光電二極管PD、 轉移晶體管MTR、放大晶體管MAM、選擇晶體管MSE、復位晶體管MRS以及浮動擴散FD。艮口， 各像素PX例如與從圖2所示的像素組PXG中省略了光電二極管PDb、轉移晶體管MTRb以及電容FC2的結構相同。垂直掃描電路32使用選擇信號SEL、復位信號RST以及轉移信號TX而按每行控制像素陣列22的像素PX。例如，在將圖6的轉移信號TX對應到圖2的轉移信號Tfe的情況下，固體攝像元件12的動作除了讀出期間TRD的復位信號RST的控制之外，與省略了圖4 所示的固體攝像元件10的轉移信號T)(b的控制的動作相同。此外，在固體攝像元件12的讀出期間TRD中復位信號RST的控制，例如從圖4所示的復位信號RST的控制省略與像素 PXb的讀出對應的控制(例如，圖4的(k、l))。圖7表示圖6所示的像素PX的布局的一例。此外，在圖7中示出了縱4像素X
13橫3像素量的區域。圖中的陰影表示晶體管的柵極，標上X符號的矩形表示接觸區域。此外，在圖7中，為了便于觀察，省略了連接在晶體管MAM、MRS的漏極上的電源VDD的配線的記載。圖7所示的像素PX的布局除了選擇晶體管MSE、放大晶體管MAM以及復位晶體管 MRS按每個像素PX配置這一點之外，與圖3所示的像素PX的布局基本相同。例如，各像素 PX具有將浮動擴散FD (例如，轉移晶體管MTR的漏極)與放大晶體管MAM的柵極以及復位晶體管MRS的源極連接的配線CL。另外，配線CL的一部分與在列方向(圖7的縱方向)上延伸的垂直信號線VL相鄰而平行配置。例如，配線CL配置在垂直信號線VL的一側，接地電壓GND的配線配置在垂直信號線VL的另一側。此外，垂直信號線VL連接在具有與自身相鄰的配線CL的像素PX 的選擇晶體管MSE的源極上。由此，在本實施方式中，能夠使浮動擴散FD的轉換增益變大。此外，在本實施方式中，由于實施與圖4所示的動作相同的控制，因此能夠使復位期間TRST的最終電壓變低而使復位晶體管MRS在讀出期間TRD正常動作。以上，在本實施方式中，也能夠獲得與上述實施方式相同的效果。此外，在上述實施方式中，敘述了晶體管MTR、MAM、MSE、MRS為nMOS晶體管的情況的例。本發明不限定于該實施方式。例如，晶體管MTR、MAM、MSE、MRS也可以為pMOS晶體管。在此情況下，控制信號RST、TX、SEL的動作例如可以通過將圖4所示的動作的高電平以及低電平分別改讀為低電平以及高電平來說明。在此情況下，也可以獲得與上述實施方式相同的效果。在上述實施方式中敘述了轉移晶體管MTR維持在導通狀態時選擇晶體管MSE由截止狀態變化為導通狀態的例。本發明不限定于該實施方式。例如，垂直掃描電路30也可以在轉移晶體管MTR從截止狀態變化為導通狀態之前使選擇晶體管MSE從截止狀態變化為導通狀態。或者，垂直掃描電路30也可以在轉移晶體管MTR從導通狀態變化為截止狀態之后使選擇晶體管MSE從截止狀態變化為導通狀態。即，選擇晶體管MSE可以在轉移晶體管MTR 維持在截止狀態時從截止狀態變化為導通狀態。在此情況下，也能夠使復位晶體管MRS從導通狀態變化為截止狀態時的浮動擴散FD的表觀電容變得較小，因此能夠得到與上述實施方式相同的效果。在上述實施方式中，敘述了復位晶體管MRS維持在導通狀態時選擇晶體管MSE由截止狀態變化為導通狀態的例。本發明不限定于該實施方式。例如，垂直掃描電路30也可以在復位晶體管MRS從截止狀態變化為導通狀態之前使選擇晶體管MSE從截止狀態變化為導通狀態。即，選擇晶體管MSE至少在復位晶體管MRS由導通狀態變化為截止狀態時維持在導通狀態即可。在此情況下，也能夠使復位晶體管MRS從導通狀態變化為截止狀態時的浮動擴散FD的表觀電容變得較小，因此能夠得到與上述實施方式相同的效果。在上述實施方式中，敘述了垂直信號線VL連接在具有與自身相鄰的配線CL的像素PX的選擇晶體管MSE的源極上的例。本發明不限定于該實施方式。例如，如圖8、圖9所示，垂直信號線VL也可以連接在與具有與自身相鄰的配線的像素PX不同的列的像素PX的選擇晶體管MSE的源極上。復位期間TRST的動作在所有像素PX中相同，因此在此情況下也能夠使復位期間TRST的最終電壓變得較低。因此，在此情況下也能夠得到與上述實施方式相同的效果。圖8表示圖3所示像素PX的布局的變形例。另外，圖9表示圖7所示像素PX的布局的變形例。在圖8以及圖9所示的例中，選擇晶體管MSE、放大晶體管MAM以及復位晶體管MRS按與圖3(圖7)所示的選擇晶體管MSE、放大晶體管MAM以及復位晶體管MRS相反的順序排列在圖的橫方向上。因此，配線CL的一部分與和包括自身的像素PX不同的列的垂直先號線VL相鄰而平行配置。在此情況下也能夠得到與上述實施方式相同的效果。在上述實施方式中，敘述了通過機械快門來控制光電二極管PD的曝光的例。本發明不限定于該實施方式。例如，光電二極管PD的曝光也可以通過全局電子快門等控制。在此情況下也能夠得到與上述實施方式相同的效果。上述實施方式的許多特征和優點從詳細的說明中是顯而易見的，因此，意欲通過權利要求書來覆蓋落在其精神和范圍內的實施方式的所有這樣的特征和優點。因此，由于對于本領域的技術人員來說能夠容易得出很多變型和改變，從而不必將有創造性的實施方式限定為圖示和描述的精確的結構和操作，進而所有適當的變型和等同方式包含在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種固體攝像元件，其特征在于， 具備像素、垂直信號線和控制部，所述像素具有光電轉換部，將光轉換為電荷；電荷電壓轉換部，將從上述光電轉換部轉移的上述電荷轉換為電壓；轉移晶體管，將上述光電轉換部的上述電荷轉移到上述電荷電壓轉換部；放大晶體管，生成基于上述電荷電壓轉換部的電壓的信號；選擇晶體管，選擇是否從上述放大晶體管輸出信號；復位晶體管，將上述電荷電壓轉換部的電荷復位；以及連接配線，將上述電荷電壓轉換部與上述放大晶體管及上述復位晶體管連接， 所述垂直信號線傳輸從上述放大晶體管輸出的信號，所述控制部控制上述復位晶體管以及上述選擇晶體管，以便在將上述光電轉換部的電荷復位的復位期間，在上述復位晶體管從導通狀態變化為截止狀態時，上述選擇晶體管為導通狀態。
2.根據權利要求1所述的固體拍攝元件，其特征在于，上述連接配線的至少一部分與上述垂直信號線相鄰且平行地配置。
3.根據權利要求1所述的固體拍攝元件，其特征在于，在上述復位期間，上述控制部在上述復位晶體管從截止狀態變化為導通狀態之后，使上述選擇晶體管從截止狀態變化為導通狀態，且在上述復位晶體管從導通狀態變化為截止狀態之后，使上述選擇晶體管從導通狀態變化為截止狀態。
4.根據權利要求1所述的固體攝像元件，其特征在于， 上述控制部控制上述轉移晶體管的導通/截止的狀態，在上述復位期間，上述控制部在使上述轉移晶體管從截止狀態變化為導通狀態之后， 使上述選擇晶體管從截止狀態變化為導通狀態，且在上述轉移晶體管從導通狀態變化為截止狀態之后，使上述選擇晶體管從導通狀態變化為截止狀態。
5.根據權利要求1所述的固體攝像元件，其特征在于， 上述控制部控制上述轉移晶體管的導通/截止的狀態，在上述復位期間，上述控制部在使上述復位晶體管以及上述轉移晶體管從截止狀態變化為導通狀態之后，使上述選擇晶體管從截止狀態變化為導通狀態，且在使上述復位晶體管以及上述轉移晶體管從導通狀態變化為截止狀態之后，使上述選擇晶體管從導通狀態變化為截止狀態。
6.根據權利要求1所述的固體攝像元件，其特征在于， 具備由多個上述像素構成的像素組，上述光電轉換部以及上述轉移晶體管設置在每個上述像素中， 上述電荷電壓轉換部、上述放大晶體管、上述選擇晶體管、上述復位晶體管以及上述連接配線設置在每個上述像素組中，且被構成上述像素組的多個像素共享。
7.根據權利要求6所述的固體攝像元件，其特征在于， 上述控制部控制上述轉移晶體管的導通/截止的狀態，在上述復位期間，上述控制部在使上述復位晶體管以及上述轉移晶體管從截止狀態變化為導通狀態之后，使上述選擇晶體管從截止狀態變化為導通狀態，且在使上述復位晶體管以及上述轉移晶體管從導通狀態變化為截止狀態之后，使上述選擇晶體管從導通狀態變化為截止狀態。
8.根據權利要求6所述的固體攝像元件，其特征在于， 上述電荷電壓轉換部包括形成上述轉移晶體管的漏極的擴散區域， 在上述像素組中，上述擴散區域通過上述連接配線相互連接，將上述擴散區域相互連接的部分的上述連接配線與上述垂直信號線相鄰且平行地配置。
全文摘要
一種固體攝像元件，具有像素、垂直信號線以及控制部。像素具有將光轉換為電荷的光電轉換部、電荷電壓轉換部、將光電轉換部的電荷轉移到電荷電壓轉換部的轉移晶體管、生成基于電荷電壓轉換部的電壓的放大晶體管、選擇是否輸出信號的選擇晶體管、和將電荷電壓轉換部的電荷復位的復位晶體管。電荷電壓轉換部通過連接配線與放大晶體管及復位晶體管連接。從放大晶體管輸出的信號傳輸到垂直信號線。控制部控制復位晶體管以及選擇晶體管，以便在將光電轉換部的電荷復位的復位期間，在復位晶體管從導通狀態變化為截止狀態時，選擇晶體管為導通狀態。
文檔編號H01L27/146GK102271228SQ20111015922
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者中山智史 申請人:株式會社尼康