固體攝像裝置的制作方法

專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體攝像裝置。
背景技術：
固體攝像裝置也在對X射線等的放射線進行攝像時使用，例如也用于牙科等的醫療用途。此種固體攝像裝置具備將分別包括光電二極管(photo diode)的MXN個像素部P1，廣P 2維排列成M行N列而成的受光部，以覆蓋此受光部的方式設置的閃爍體(scintillator)層，將與在受光部的各像素部中所包括的光電二極管中所產生的電荷的量對應的電壓值予以輸出的信號讀出部，及用以控制受光部及信號讀出部等的動作的控制部。此外，在固體攝像裝置中，也有受光部、信號讀出部及控制部等被形成在半導體基板上的情形。 在此固體攝像裝置中，相應于放射線對于閃爍體層的入射而產生閃爍光，且相應于閃爍光對于在受光部的任一個像素部中所包括的光電二極管的入射，而在該光電二極管中產生電荷。然后，從信號讀出部輸出與在受光部的各像素部中所包括的光電二極管中所產生的電荷的量相對應的電壓值。如此一來即獲得放射線像。然而，就此種固體攝像裝置而言，若穿透閃爍體層的放射線或閃爍光入射至受光部以外的區域(例如，信號讀出部或控制部的區域、用于引線接合(wire bonding)的視野(field)區域等。以下稱此區域為“周邊區域”)，則有時在該入射位置也產生電荷。再者，在該周邊區域產生的電荷，有時從產生位置起移動，而被儲存于受光部的任一個像素部中所包括的光電二極管的接合電容部中。此種情形下，在從受光部的該像素部輸出的電荷中，不僅包括該像素部的光電二極管中所產生的電荷，也包括作為噪聲(noise)的在周邊區域所產生的電荷。因此，無法獲得準確的放射線像。在專利文獻I中公開了試圖解決此種問題的發明。此文獻所公開的發明的固體攝像裝置具備阻止放射線對于周邊區域的入射的屏蔽部件。此屏蔽部件在受光部之上具有開口部，可使放射線入射至設于受光部之上的閃爍體層。專利文獻1:日本特開2004-177217號公報

發明內容
然而，在上述專利文獻I所公開的發明的固體攝像裝置中，即使設有屏蔽部件，當放射線入射于閃爍體層或屏蔽部件時，也會因康普頓(Compton)效應而產生散射放射線。因康普頓效應而產生的散射放射線較入射的放射線為低能量，因此在構成固體攝像裝置的電路的硅中的吸收較大。所以無法充分防止因為此種散射放射線或閃爍光向周邊區域的入射所致的噪聲的產生。在周邊區域的面積較大的情形下尤其容易產生噪聲。
本發明為解除上述問題而完成，其目的在于提供一種可充分抑制在周邊區域產生電荷的影響的固體攝像裝置。本發明的固體攝像裝置的特征為包括(I)受光部，其中呈M行N列地2維排列有MXN個像素部P1,廣PM, n，該像素部分別包括產生與入射光強度相對應的量的電荷的光電二極管及與此光電二極管連接的開關，且在各像素部Pm, n中光電二極管經由開關而連接于讀出用配線Lan; (2)閃爍體層，其以覆蓋受光部的方式設置，且相應于放射線的入射而產生閃爍光；(3)虛設(dummy)用受光部，其包括分別與受光部的第I行及第M行的外側鄰接而配置的虛設用光電二極管；(4)信號讀出部，其設于受光部的第I行或第M行的夕卜側，包括N個積分電路S^Sn及N個保持電路H1In,在各積分電路Sn中將經過讀出用配線La n所輸入的電荷儲存于電容兀件中而輸出與該儲存電荷量相對應的電壓值，在各保持電路Hn中保持并輸出從積分電路SnK輸出的電壓值；及(5)放電機構,其將虛設用光電二極管的接合電容部予以放電。其中，M、N是2以上的整數，m是I以上M以下的整數，n是I以上N以下的整數。此外，M小于N，而受光部在一個方向上呈長條狀。在此固體攝像裝置中，相應于放射線對于閃爍體層的入射而產生閃爍光，且相應于閃爍光對于在受光部的任一像素部中所包括的光電二極管的入射，而在該光電二極管中產生電荷。再者，與在受光部的各像素部中所包括的光電二極管中所產生的電荷的量相對應的電壓值被從包括積分電路及保持電路的信號讀出部中輸出。如此一來即獲得放射線像。在進行此種攝像時，若穿透閃爍體層的放射線或閃爍光入射至受光部以外的周邊區域(例如信號讀出部、控制部等)，則會有在該入射位置也有電荷產生的情形。這些周邊區域中產生的噪聲電荷有時會從產生位置移動而朝向受光部去。然而，在本發明中，由于設有包括虛設用光電二極管的虛設用受光部，因此該噪聲電荷被儲存于虛設用光電二極管的接合電容部中。再者，由于虛設用光電二極管的接合電容部通過放電機構放電并被初始化，因此可抑制噪聲電荷進入受光部。在本發明的固體攝像裝置中，優選放電機構通過對虛設用光電二極管施加一定電壓，而將該虛設用光電二極管的接合電容部予以放電。此外，或是在本發明的固體攝像裝置中，優選虛設用受光部進一步包括與虛設用光電二極管連接的虛設用開關，虛設用光電二極管經由虛設用開關，通過N條讀出用配線La ^LaN的任意條而連接于N個積分電路S^Sn的任意個；放電機構通過使虛設用開關成為閉狀態，并且將N個積分電路S^Sn中的被連接著的積分電路的電容元件予以放電，而將虛設用光電二極管的接合電容部予以放電。在本發明的固體攝像裝置中，優選虛設用受光部包括分別與受光部的第I行及第M行鄰接而配置成多行的虛設用光電二極管。優選I個虛設用光電二極管的光感應區域的面積大于各像素部Pm，n中所包括的I個光電二極管的光感應區域的面積。此外，優選虛設用受光部進一步包括與受光部的第I列或第N列的外側鄰接而配置的虛設用光電二極管。這些情形下，可進一步抑制噪聲電荷進入受光部。根據本發明，可充分抑制在周邊區域產生電荷的影響。


圖1為本實施方式的固體攝像裝置I的俯視圖及剖面圖。圖2為本實施方式的固體攝像裝置I的構成圖。
圖3為本實施方式的固體攝像裝置I的第I形態的電路圖。圖4為說明本實施方式的固體攝像裝置I的第I形態的動作的時序圖。圖5為本實施方式的固體攝像裝置I的第2形態的電路圖。圖6為說明本實施方式的固體攝像裝置I的第2形態的動作的時序圖。圖7為表示本實施方式的固體攝像裝置I的變形例的圖。圖8為表示本實施方式的固體攝像裝置I的變形例的圖。圖9為表示本實施方式的固體攝像裝置I的變形例的圖。符號說明I固體攝像裝置2半導體基板3基材10受光部11 、12虛設用受光部20信號讀出部30控制部31行選擇部40接合焊墊部50閃爍體層P1jTPmjN 像素部PD光電二極管Sff1開關D-P1,廣D-P4, N虛設用像素部D-PD虛設用光電二極管D-Sff虛設用開關S廣Sn積分電路C2積分用電容元件Sff2放電用開關A2放大器H1^Hn保持電路C3保持用電容元件Sff31輸入用開關Sff32輸出用開關Lan第n列讀出用配線Lbias偏壓供給用配線Lout電壓輸出用配線
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明用以實施本發明的最佳方式。另外，在附圖的說明中對于同一要素賦予同一符號，且省略重復的說明。
圖1為本實施方式的固體攝像裝置I的俯視圖和剖面圖。圖1的(a)表示俯視圖，圖1的(b)、(C)表示剖面圖。在本實施方式的固體攝像裝置I中，在半導體基板2的背面黏合基材3，來增強半導體基板2。在該半導體基板2的表面，形成有受光部10、虛設用受光部11、12、信號讀出部20、行選擇部31及接合焊墊(bonding pad)部40等。在半導體基板2的表面的各電路可通過CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補式金屬氧化物半導體)技術形成。此外，在其表面設有閃爍體層50。受光部10是將分別包括光電二極管及開關的MXN個像素部？:,廣PM，N2維排列成M行N列而成的。在此，在圖1 (a)的俯視圖中，受光部10中的第I行位于受光部10的上邊偵牝而受光部10中的第M行位于受光部10的下邊側，受光部10中的第I列位于受光部10的左邊側，此外，受光部10中的第N列位于受光部10的右邊側。M、N為2以上的整數。M較N更小，在圖1(a)的俯視圖中，受光部10在左右方向為長條狀，例如，受光部10的左右方向的長度為148mm,而受光部10的上限方向的寬度為6mm。虛設用受光部11與受光部10的第I行(受光部10的上邊側)鄰接而配置，在左右方向具有與受光部10相同程度的長度。此外，虛設用受光部12與受光部10的第M行(受光部10的下邊側)鄰接而配置，在左右方向具有與受光部10相同程度的長度。這些虛設用受光部11、12各自包括虛設用光電二極管。另外，如后所述，虛設用光電二極管并非用作發光元件，因此也可在虛設用受光部11、12的全部或一部份之上，設有用以為信號讀出部20等遮光的遮光膜。此遮光膜由經由絕緣膜所形成的例如Al膜所組成。信號讀出部20設于受光部10的第M行的外側。在信號讀出部20與受光部10之間配置有虛設用受光部12。行選擇部31設于受光部10的第I列(受光部10的左邊側)的外側及受光部10的第N列(受光部10的右邊側)的外側這二者處或任何一者處。接合焊墊部40設于信號讀出部20的下方。閃爍體層50以至少覆蓋受光部10的方式設置，對應于X射線等的放射線的入射而產生閃爍光。閃爍體層50優選被設置成不僅覆蓋受光部10,也覆蓋虛設用受光部11、12、信號讀出部20及行選擇部31。閃爍體層50例如由CsI所構成，通過蒸鍍而形成于半導體基板2的表面。另外，在圖1 (a)中并未顯示閃爍體層50。此固體攝像裝置I在包括行選擇部31的控制部的控制之下，大致如下進行動作。對應于放射線對于閃爍體層50的入射而產生閃爍光，且對應于閃爍光對于在受光部10的任一個像素部中所包括的光電二極管的入射，而在該光電二極管中產生電荷。然后，與受光部10的各像素部中所包括的光電二極管中所產生的電荷的量相對應的電壓值被從信號讀出部20輸出，且該電壓值經由接合焊墊部40而輸出至外部。如此獲得放射線像。假設穿透閃爍體層50的放射線或閃爍光入射至受光部10以外的區域(周邊區域)，則會有在該入射位置也產生電荷的情形。于是，若在該周邊區域所產生的電荷從產生位置移動，而儲存于受光部10的任意的像素部中所包括的光電二極管的接合電容部，則在從該像素部輸出的電荷中，不僅包括在該像素部的光電二極管中所產生的電荷，也會包括作為噪聲的在周邊區域所產生的電荷，而無法獲得準確的放射線像。因此，在本實施方式中，設有分別包括虛設用光電二極管的虛設用受光部11、12，以解決這樣的問題。圖2為本實施方式的固體攝像裝置I的構成圖。在此圖中表示有受光部10、虛設用受光部11、12、信號讀出部20及控制部30。
受光部10為成M行N列地2維排列有MXN個像素部PuiIm的受光部。像素部Pm,n位于第m行第n列。在此，M、N分別為2以上的整數，M小于N。此外，m為I以上M以下的各整數，n為I以上N以下的各整數。各像素部Pm，n為PPS (Passive Pixel Sensor,被動式像素傳感器)方式的，具有共同的構成，包括光電二極管及開關。第m行的N個像素部Pm，廣Pm，N通過共同的控制線與控制部30連接。第n列的M個像素部PuiTPstn各個的輸出端通過第n列讀出用配線Lan而與信號讀出部20中所包括的積分電路Sn連接。信號讀出部20包括N個積分電路S^Sn及N個保持電路H^HN。各積分電路Sn具有共同的構成。此外，各保持電路Hn具有共同的構成。各積分電路Sn具有與讀出用配線Lan連接的輸入端，且將輸入于此輸入端的電荷進行儲存，而將與該儲存電荷量相對應的電壓值從輸出端向保持電路Hn輸出。N個積分電路S^Sn通過共同的控制線而與控制部30連接。各保持電路Hn具有與積分電路Sn的輸出端連接的輸入端，且保持輸入于此輸入端的電壓值，并將該所保持的電壓值從輸出端輸出至輸出用配線Lwt。N個保持電路H廣仏通過共同的控制線而與控制部30連接。此外，各保持電路Hn也通過個別的控制線而與控制部30連接。虛設用受光部11與虛設用受光部12夾著受光部10而設置。虛設用受光部11設于相對于受光部10而言為與信號讀出部20相反的一側,且成2行N列地2維排列有2XN個虛設用像素部D-P1，廣D_P2，N。此外,虛設用受光部12設于受光部10與信號讀出部20之間，成2行N列地2維排列有2XN個虛設用像素部D-P3,廣D-P4,N。這些4XN個虛設用像素部D-P1,廣D-P4n具有共同的構成，包括虛設用光電二極管。另外，圖中所示的控制信號D-Vsel(I)^D-Vsel (4)在后述的第I形態的情形下是不需要的，而在后述的第2形態的情形下則需要。控制部30將第m行 選擇控制信號Vsel Cm)分別給予至第m行的N個像素部Pm,TPm,NO M個行選擇控制信號Vsel (I)^Vsel (M)依序被設為有效值。為了將M個行選擇控制信號Vsel (I)Isel (M)依序作為有效值輸出，控制部30包括移位緩存器(shiftregistor)。另外，圖1中所示的行選擇部31將這些M個行選擇控制信號Vsel (I)^Vsel(M)予以輸出。控制部30將第n列選擇控制信號Hsel (n)給予保持電路Hn。N個列選擇控制信號Hsel (irHsel (N)也依序被設為有效值。為了將N個列選擇控制信號Hsel (I)Isel(N)依序作為有效值輸出，控制部30包括移位緩存器。另外，在圖1 (a)的俯視圖中，將N個列選擇控制信號Hsel (I)Isel (N)予以輸出的列選擇部也可被配置于信號讀出部20與接合焊墊部40之間。控制部30將放電控制信號Reset分別給予N個積分電路S廣SN，此外，將保持控制信號Hold分別給予N個保持電路H廣Hn。如以上所述，控制部30控制受光部10中MXN個像素部P1,廣PM，N中分別包括的開關的開閉動作，并且控制信號讀出部20中的電壓值的保持動作及輸出動作。由此，控制部30從信號讀出部20反復輸出電壓值作為幀(frame)數據，該電壓值與在受光部10中的MXN個像素部P1i1^Vn中分別包括的光電二極管中所產生的電荷的量相對應。此外，固體攝像裝置I具備用以將虛設用受光部11、12的虛設用像素部D-P1,廣D-P4, N中所包括的虛設用光電二極管的接合電容部予以放電的放電機構。此放電機構可以是通過對虛設用光電二極管施加一定電壓而將該虛設用光電二極管的接合電容部予以放電的放電機構(第I形態)，此外，也可以是以與將各像素部Pm中所包括的光電二極管的接合電容部予以放電同樣的方式、通過控制部30的控制而將虛設用光電二極管的接合電容部予以放電的放電機構(第2形態)。以下就放電機構的第I形態及第2形態分別進行說明。首先，使用圖3及圖4說明本實施方式的固體攝像裝置I的第I形態。圖3為本實施方式的固體攝像裝置I的第I形態的電路圖。在此圖中，表示有虛設用像素部D-P1,n、像素部Pm, n、虛設用像素部D-P3, n、積分電路Sn及保持電路Hn各個的電路圖。在此，表示像素部Pm,n的電路圖來代表MXN個像素部P1,廣PM，N，表示積分電路Sn的電路圖來代表N個積分電路S^SN，此外，表示保持電路Hn的電路圖來代表N個保持電路H^Hn。S卩，表示了與第m行第n列的像素部Pm,n及第n列讀出用配線Lan相關的電路部份。再者，表示虛設用像素部D-Pu來代表虛設用受光部11中所包括的2XN個虛設用像素部D-PmIHVn，此外，表示虛設用像素部D-P3 n來代表虛設用受光部12中所包括的2XN個虛設用像素部D-P31 DP4 n。像素部Pm, 包括光電二極管ro及開關SW115光電二極管ro的陽極端子接地。位于第n列的M個像素部PlilTPsin中分別包括的光電二極管ro的陰極端子經由開關SW1而與第n列讀出用配線Lan連接。光電二極管ro產生與入射光強度相對應的量的電荷，且將其所產生的電荷儲存于接合電容部。由控制部30將第m行選擇控制信號Vsel (m)給予像素部卩^彳的開關SW115第m行選擇控制信號Vsel (m)用以指示受光部10中的第m行的N個像素部Pm,fPm，N中分別包括的開關SW1的開閉動作。在此像素部Pm，n中，當第m行選擇控制信號Vsel Cm)為低電平時，開關SW1打開，而在光電二極管ro中所產生的電荷不向第n列讀出用配線Lan輸出，而儲存于接合電容部。另一方面，第m行選擇控制信號Vsel (m)為高電平時，開關SW1關閉，至此在光電二極管
中產生而儲存于接合電容部的電荷，經由開關SW1,而輸出至第n列讀出用配線Lan。
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第n列讀出用配線Lan與受光部10中第n列的M個像素部PlilTPsin中分別包括的開關SW1連接。第n列讀出用配線Lan將在M個像素部PuiTPstn的中任意像素部中所包括的光電二極管ro所產生的電荷，經由該像素部中所包括的開關SW1來讀出，且傳送至積分電路Sn。積分電路Sn包括放大器(amplifier)A2、積分用電容元件C2及放電用開關SW2。積分用電容元件C2及放電用開關SW2彼此并聯連接，且設于放大器A2的輸入端子與輸出端子之間。放大器A2的輸入端子與第n列讀出用配線Lan連接。由控制部30將放電控制信號Reset給予放電用開關SW2。放電控制信號Reset用以指示N個積分電路S^Sn中分別包括的放電用開關SW2的開閉動作。在此積分電路Sn中，放電控制信號Reset為高電平時，放電用開關SW2關閉，積分用電容元件C2放電，從積分電路Sn輸出的電壓值被初始化。放電控制信號Reset為低電平時，放電用開關SW2打開,輸入于輸入端的電荷被儲存于積分用電容兀件C2,與該儲存電荷量相對應的電壓值被從積分電路Sn輸出。保持電路Hn包括輸入用開關SW31、輸出用開關SW32及保持用電容元件C3。保持用電容元件C3的一端接地。保持用電容元件C3的另一端經由輸入用開關SW31而與積分電路Sn的輸出端連接，且經由輸出用開關SW32而與電壓輸出用配線Ltjut連接。由控制部30將保持控制信號Hold給予輸入用開關SW31。保持控制信號Hold用以指示N個保持電路H^Hn中分別包括的輸入用開關SW31的開閉動作。由控制部30將輸出用開關SW32給予第n列選擇控制信號Hsel (n)。第n列選擇控制信號Hsel (n)用以指示保持電路Hn中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作。在此保持電路Hn中，若保持控制信號Hold從高電平轉為低電平，則輸入用開關Sff31從閉狀態轉為開狀態，而此時輸入于輸入端的電壓值被保持于保持用電容元件C3中。此外，第n列選擇控制信號Hsel (n)為高電平時，輸出用開關SW32關閉，而保持于保持用電容元件C3中的電壓值被輸出至電壓輸出用配線Lrat。虛設用像素部D-P1,D-P4,N分別包括虛設用光電二極管D-PD。虛設用光電二極管D-H)的陽極端子接地。虛設用光電二極管D-PD的陰極端子與偏壓(bias voltage)供給用配線Lbias連接，以施加作為一定電壓值的偏壓值Vbias。通過此偏壓值Vbias的施加，虛設用光電二極管D-PD的接合電容部被放電且被初始化。控制部30在將與受光部10中的第m行的N個像素部Pm，rPm,N的各自的受光強度相對應的電壓值予以輸出時，通過放電控制信號Reset進行指示，以使N個積分電路S^Sn中分別包括的放電用開關SW2暫時關閉后再打開，然后，通過第m行選擇控制信號Vsel (m)進行指示，以使得受光部10中的第m行的N個像素部Pm，廣Pm，N中分別包括的開關SW1在特定期間內關閉。在該特定期間內，控制部30通過保持控制信號Hold進行指示，以使N個保持電路H^Hn中分別包括的輸入用開關SW31從閉狀態轉為開狀態。然后，在該特定期間之后，控制部30通過列選擇控制信號Hsel (I)^Hsel (N)進行指示，以使N個保持電路H1In中分別包括的輸出用開關SW32依序僅關閉一定期間。控制部30就各行依序進行如以上的控制。圖4為說明本實施方式的固體攝像裝置I的第I形態的動作的時序圖。本實施方式的固體攝像裝置I在控制部30的控制之下，通過M個行選擇控制信號Vsel (I)Isel(M)、N個列選擇控制信號Hsel (I) Isel (N)、放電控制信號Reset及保持控制信號Hold分別按照特定的時序進行電平變化，從而可以對入射于受光部10的光的像進行攝像而獲得幀數據。在此圖中，從上面起依順序表示有(a)用以指示N個積分電路S^Sn中分別包括的放電用開關SW2的開閉動作的放電控制信號Reset，(b)用以指示受光部10中的第I行的N個像素部P1,廣Pu中分別包括的開關SW1的開閉動作的第I行選擇控制信號Vsel( I )，(c)用以指示受光部10中的第2行的N個像素部P2,廣P2，N中分別包括的開關SW1的開閉動作的第2行選擇控制信號Vsel (2)，(d)用以指示受光部10中的第3行的N個像素部P3,rP3,N中分別包括的開關SW1的開閉動作的第3行選擇控制信號Vsel (3)，(e)用以指示受光部10中的第m行的N個像素部Pm,廣Pm,N中分別包括的開關SW1的開閉動作的第m行選擇控制信號Vsel (m)，及(f)用以指示受光部10中的第M行的N個像素部P M,fPM，N中分別包括的開關SW1的開閉動作的第M行選擇控制信號Vsel (M)0此外，在此圖中，進一步繼續依順序表示有(g)用以指示N個保持電路H^Hn中分別包括的輸入用開關SW31的開閉動作的保持控制信號Hold，(h)用以指示保持電路H1中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作的第I列選擇控制信號Hsel (I), (i)用以指示保持電路4中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作的第2列選擇控制信號Hsel (2)，( j)用以指示保持電路H3中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作的第3列選擇控制信號Hsel (3)，(k)用以指示保持電路Hn中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作的第n列選擇控制信號Hsel (n)，及(I)用以指示保持電路Hn中所包括的輸出用開關SW32的開閉動作的第N列選擇控制信號Hsel (N)。在第I行的N個像素部P1,廣P1J中分別包括的光電二極管ro中產生且儲存于接合電容部的電荷的讀出，以以下的方式進行。在時刻t1(l前，M個行選擇控制信號Vsel (I)>sel (M)、N個列選擇控制信號Hsel (I)Isel (N)及保持控制信號Hold分別被設為低電平。在時刻t1(l前，從控制部30輸出的放電控制信號Reset成為高電平，由此，在N個積分電路S廣Sn的各個中，放電用開關SW2關閉，而積分用電容元件C2放電，且輸出電壓值被初始化。從時刻t1(l到時刻tn的期間，放電控制信號Reset成為低電平，由此，在N個積分電路S廣Sn的各個中，放電用開關SW2打開，而成為電荷可儲存于積分用電容元件C2的狀態。在從時刻t1(l到時刻tn的期間內的一定期間中，從控制部30輸出的第I行選擇控制信號Vsel (I)為高電平，由此，受光部10中的第I行的N個像素部PulIu中分別包括的開關SW1關閉。此外，在此第I行選擇控制信號Vsel (I)為高電平的期間內的一定期間中，從控制部30輸出的保持控制信號Hold為高電平，由此，在N個保持電路H^Hn的各個中，輸入用開關SW31關閉。在期間(tlcTtn)中的、放電控制信號Reset為低電平且第I行選擇控制信號Vsel(I)為高電平的期間中，第I行各像素部Pu中所包括的開關SW1關閉，而各積分電路Sn的放電用開關SW2打開，因此至目前為止在像素部Pu的光電二極管ro中所產生而儲存于接合電容部的電荷，通過該像素部Pu的開關SW1及第n列讀出用配線Lan，傳送至積分電路5 的積分用電容元件C2并予以儲存。于是，與儲存于各積分電路Sn的積分用電容元件C2中的電荷的量相對應的電壓值從積分電路Sn的輸出端輸出。在期間(tlcTt n)內，保持控制信號Hold從高電平轉為低電平，從而在N個保持電路H^Hn的各個中,輸入用開關SW31從閉狀態轉為開狀態,且此時從積分電路Sn的輸出端輸出而輸入于保持電路Hn的輸入端的電壓值被保持于保持用電容元件C3中。于是，在該期間之后的期間(tn t2Q)內，從控制部30輸出的列選擇控制信號Hsel
(I)Isel (N)依序僅在一定期間為高電平，由此，N個保持電路H^Hn中分別包括的輸出用開關SW32依序僅關閉一定期間，而保持于各保持電路Hn中的保持用電容元件C3的電壓值經由輸出用開關SW32而依序輸出至電壓輸出用配線L。#輸出至此電壓輸出用配線Lwt的電壓值Vtjut表示第I行的N個像素部P1,廣P1;N中分別包括的光電二極管ro中的發光強度。接下來，以以下的方式，進行在第2行的N個像素部P2,廣P2，N中分別包括的光電二極管ro中產生且儲存于接合電容部中的電荷的讀出。從時刻t2(l到時刻t21的期間，放電控制信號Reset成為低電平，由此，在N個積分電路S^Sn的各個中，放電用開關SW2打開，而成為電荷可儲存于積分用電容元件C2中的狀態。在從時刻t2(l到時刻t21的期間內的一定期間中，從控制部30輸出的第2行選擇控制信號Vsel (2)成為高電平，由此，受光部10中的第2行的N個像素部P2,廣P2，N中分別包括的開關SW1關閉。此外，在此第2行選擇控制信號Vsel (2)成為高電平的期間內的一定期間中，從控制部30輸出的保持控制信號Ho Id為高電平，由此，在N個保持電路H1In的各個中，輸入用開關SW31關閉。在期間(t2CTt21)中的、放電控制信號Reset為低電平且第2行選擇控制信號Vsel
(2)為高電平的期間中，第2行各像素部P2,n中所包括的開關SW1關閉，而各積分電路Sn的放電用開關SW2打開，因此至目前為止在各像素部p2，n的光電二極管ro中所產生而儲存于接合電容部中的電荷，通過該像素部P2,n的開關SW1及第n列讀出用配線Lan，傳送至積分電路Sn的積分用電容元件C2并予以儲存。于是，與儲存于各積分電路Sn的積分用電容元件C2中的電荷的量相對應的電壓值從積分電路Sn的輸出端輸出。在期間(t2CTt21)內，保持控制信號Hold從高電平轉為低電平，由此在N個保持電路H^Hn的各個中,輸入用開關SW31從閉狀態轉為開狀態,且此時從積分電路Sn的輸出端輸出而輸入于保持電路Hn的輸入端的電壓值被保持于保持用電容元件C3中。于是，在該期間之后的期間(t21、3Q)內，從控制部30輸出的列選擇控制信號Hsel
(I)Isel (N)依序僅在一定期間成為高電平，由此，N個保持電路H^Hn中分別包括的輸出用開關SW32依序僅關閉一定期間，而保持于各保持電路Hn的保持用電容元件C3中的電壓值經由輸出用開關SW32而依序輸出至電壓輸出用配線Lwt。輸出至此電壓輸出用配線Lrat的電壓值Iut表示第2行的N個像素部P2,廣P2,N中分別包括的光電二極管ro中的發光強度。接著關于如上所述的第I行及第2行的動作，在以后，從第3行到第M行進行同樣的動作，而獲得表示通過I次攝像所獲得的圖像的幀數據。此外，若關于第M行的動作終了，則再度從第I行起進行同樣的動作，而獲得表示下一個圖像的幀數據。如此，以一定周期重復同樣的動作，由此表示受光部10所接收的光的像的2維強度分布的電壓值Vtjut被輸出至電壓輸出用配線Lrat，重復進行而獲得幀數據。

在通過以上方式重復進行而獲得幀數據的期間，若穿透閃爍體層50的放射線或閃爍光入射至受光部10以外的周邊區域(例如信號讀出部20、控制部30、接合焊墊部40等)，則在該入射位置也有電荷產生的情形。尤其是，閃爍體層50被蒸鍍于半導體基板2的表面上而形成的情形下，在閃爍體層50的周緣部，由于較薄而使放射線容易穿透，而容易產生噪聲電荷。此外，如圖1 (a)的俯視圖所不,受光部10在左右方向較上下方向為長條狀的情形下，在受光部10之上側或下側的周邊區域配置信號讀出部20或接合焊墊部40，而配置這些的周邊區域的部份的面積大于受光部10的面積，由此也使得在此周邊區域中容易產生噪聲電荷。而且，有時因為在信號讀出部20中所包括的放大器的發熱而產生噪聲電荷。在這些周邊區域所產生的噪聲電荷也有從產生位置起移動而朝向受光部10的情形。然而，在本實施方式中，由于設有分別包括虛設用光電二極管D-PD的虛設用受光部11、12，因此該噪聲電荷儲存于虛設用光電二極管D-PD的接合電容部。于是，在第I形態中，對于虛設用光電二極管施加一定電壓，而使該虛設用光電二極管的接合電容部放電且初始化，因此抑制噪聲電荷進入受光部10。由此，由本實施方式的固體攝像裝置I獲得準確的放射線像。接著使用圖5及圖6說明本實施方式的固體攝像裝置I的第2形態。圖5為本實施方式的固體攝像裝置I的第2形態的電路圖。在此圖中，表示有虛設用像素部D-Plin、像素部Pm,n、虛設用像素部D-P3,n、積分電路Sn及保持電路Hn的各個電路圖。在此，表示像素部Pm,n的電路圖來代表MXN個像素部P1,廣PM，N，且表示積分電路Sn的電路圖來代表N個積分電路S廣SN，此外，表示保持電路Hn的電路圖來代表N個保持電路氏、。即，表示有關于第m行第n列的像素部Pm,n及第n列讀出用配線Lan的電路部份。而且，表示虛設用像素部D-P^n來代表虛設用受光部11中所包括的。※^^個虛設用像素部口^^廣口^^^此外表示有虛設用像素部D-P3，n來代表虛設用受光部12中所包括的2XN個虛設用像素部D-P3，廣D-P4，N。若與圖3所示的第I形態的構成比較，在該圖5所示的第2形態的構成在4XN個虛設用像素部D-Pui1-P4n各自的構成方面與其不同，此外，在這些虛設用像素部的連接關系方面與其不同。虛設用像素部D-PuiIPw分別包括虛設用光電二極管D-PD及虛設用開關D-SW。虛設用光電二極管D-PD的陽極端子接地。位于第n列的4個虛設用像素部D-P1^D-P4n中分別包括的虛設用光電二極管D-PD的陰極端子，經由虛設用開關D-SW而與第n列讀出用配線Lan連接。N個虛設用像素部D-P1,廣D-P1, N各自的虛設用開關D-SW的開閉動作，通過從控制部30輸出的控制信號D-Vsel (I)來控制。N個虛設用像素部D-P2，廣D-P2,N各自的虛設用開關D-SW的開閉動作，通過從控制部30輸出的控制信號D-Vsel (2)來控制。N個虛設用像素部D-P3,廣D -P3,N各自的虛設用開關D-SW的開閉動作，通過從控制部30輸出的控制信號D-Vsel (3)來控制。此外，N個虛設用像素部D-P4，廣D-P4,N各自的虛設用開關D-SW的開閉動作，通過從控制部30輸出的控制信號D-Vsel (4)來控制。圖6為說明本實施方式的固體攝像裝置I的第2形態的動作的時序圖。在本實施方式的固體攝像裝置I中，在控制部30的控制之下，M個行選擇控制信號Vsel (I)Isel(M)、N個列選擇控制信號Hsel (ITHsel (N)、放電控制信號Reset、保持控制信號Hold及4個控制信號D-Vsel (I)^D-Vsel (4)分別按照特定的時序進行電平變化，從而可以將入射于受光部10的光的像進行攝像而獲得幀數據。此圖6所示的第2形態的流程圖與圖4所示的第I形態的時序圖比較，進一步表示有4個控制信號D-Vsel (I)^D-Vsel (4)的各個。此外，此圖6所示的第2形態的流程圖中的從時刻t1(l到時刻h的動作，與圖4所示的第I形態的流程圖中從受光部10的第I行到第M行的動作同樣。在第2形態中，在受光部10的第I行的動作開始的時刻t1(l之前、且放電控制信號Reset為高電平的期間，控制信號D-Vsel (I)及控制信號D-Vsel (2)分別僅以一定期間成為高電平。此外，在第2形態中，在受光部10的第M行的動作結束的時刻h之后、且放電控制信號Reset為高電平的期間，控制信號D-Vsel (3)及控制信號D-Vsel (4)分別僅以一定期間成為高電平。若放電控制信號Reset為高電平，則在N個積分電路S^Sn的各個中，放電用開關SW2關閉，積分用電容元件C2放電，而輸出電壓值被初始化。此時，若控制信號D-Vsel (I)成為高電平，則在虛設用受光部11的N個虛設用像素部D-P1,廣D-P1,,的各個中，虛設用開關D-SW關閉，而虛設用光電二極管D-PD的接合電容部放電且初始化。若控制信號D-Vsel(2)成為高電平，則在虛設用受光部11的N個虛設用像素部D-P2，H)-P2，n的各個中，虛設用開關D-SW關閉，而虛設用光電二極管D-PD的接合電容部放電且初始化。若控制信號D-Vsel
(3)成為高電平，則在虛設用受光部12的N個虛設用像素部D-P3，廣D-P3，n的各個中，虛設用開關D-SW關閉，而虛設用光電二極管D-PD的接合電容部放電且初始化。此外，若控制信號D-Vsel (4)成為高電平，則在虛設用受光部12的N個虛設用像素部D-P4，廣D-P4,N的各個中，虛設用開關D-SW關閉，而虛設用光電二極管D-PD的接合電容部放電且初始化。在第2形態中，也有在周邊區域產生的噪聲電壓從產生位置移動而朝向受光部10的情形。然而，在本實施方式中，由于設有分別包括虛設用光電二極管D-PD的虛設用受光部11、12，因此該噪聲電荷儲存于虛設用光電二極管D-PD的接合電容部。于是，在第2形態中，通過使虛設用像素部D-P1,廣D-P4，N各自的虛設用開關D-SW為閉狀態，并且將積分電路Sn的電容元件C2放電，而使虛設用光電二極管D-PD的接合電容部放電且初始化，因此抑制噪聲電荷進入受光部10。由此，在本實施方式的固體攝像裝置I中，獲得準確的放射線像。此外，在第I形態中需用以對虛設用像素部D-P1,廣D-P4, N的各個的虛設用光電二極管D-PD施加一定的偏壓值Vbias的偏壓供給用配線Lbias，然而在第2形態中，不需要此種偏壓供給用配線Lbias。因此，與第I形態比較，在第2形態中，可將受光部10中的開口率提聞。本發明并不限定于上述實施方式，也可作各種變形。例如，在上述實施方式中虛設用受光部11、12分別為將2XN個虛設用像素部2維排列成2行N列而成的，但不限定于2行，也可為I行，也可為更多行。在上述實施方式中，虛設用受光部11、12分別為在各行排列有N個虛設用像素部的，但關于各行并不限定于N個，也可少于N個，也可多于N個。在虛設用受光部11、12的各個中，在各行排列有小于N個的虛設用像素部的情形下，優選各虛設用像素部D-P中所包括的I個虛設用光電二極管D-PD的光感應區域的面積，大于各像素部Pm,n中所包括的I個光電二極管I3D的光感應區域的面積(參照圖7)。此外，在虛設用受光部11、12的各個中，也可在各行設有I個虛設用像素部D-P，且該虛設用像素部D-P中所包括的虛設用光電二極管D-PD的光感應區域在左右方向延伸(參照圖8)。 包括虛設用光電二極管的虛設用受光部不僅可與受光部10的第I行及第M行的外側鄰接而設，也可與受光部10的第I列或第N列的外側鄰接而設。此外，也可以包圍受光部10的周圍的方式配置虛設用受光部13(參照圖9)。在與受光部10的第I列或第N列的外側鄰接而設的虛設用受光部中，所排列的虛設用光電二極管的行數或列數為任意，且虛設用光電二極管的光感應區域的大小或形狀也為任意。也可以配置成使I個虛設用光電二極管的光感應區域包圍受光部10的周圍。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征為 設M、N為2以上的整數，M < N，m為I以上M以下的整數，n為I以上N以下的整數， 所述固體攝像裝置包括 受光部，其中呈M行N列地2維排列有MXN個像素部(P1,廣PM，N)，該像素部(P1i^Psin)分別包括產生與入射光強度對應的量的電荷的光電二極管及與此光電二極管連接的開關，且所述光電二極管在各像素部(Pm,n)中經由所述開關而連接于讀出用配線(Lan)； 閃爍體層，其被設置成覆蓋所述受光部，且相應于放射線的入射而產生閃爍光； 虛設用受光部，其包括與所述受光部鄰接而配置的虛設用光電二極管； 信號讀出部，其被設置于所述受光部的第I行或第M行的外側，包括N個積分電路(S1Xn)及N個保持電路(H1In),在各積分電路(Sn)中將經過讀出用配線(Lan)所輸入的電荷儲存于電容兀件中而輸出與該儲存電荷量對應的電壓值，在各保持電路(Hn)中保持并輸出從積分電路(Sn)所輸出的電壓值；及 放電機構，其使所述虛設用光電二極管的接合電容部放電， 所述虛設用受光部配置于所述信號讀出部與所述受光部之間， 所述虛設用光電二極管連接于偏壓供給用配線，所述放電機構，通過從所述偏壓供給用配線對所述虛設用光電二極管施加一定電壓，而使該虛設用光電二極管的接合電容部放電。
2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征為 所述虛設用光電二極管為分別與所述受光部的第I行及第M行鄰接而配置成多行的虛設用光電二極管。
3.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征為 I個所述虛設用光電二極管的光感應區域的面積大于各像素部(Pm，n)中所包括的I個光電二極管的光感應區域的面積。
4.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征為 所述虛設用受光部進一步包括與所述受光部的第I列或第N列的外側鄰接而配置的虛設用光電二極管。
全文摘要
固體攝像裝置(1)具備受光部(10)、信號讀出部(20)、控制部(30)、包括虛設用光電二極管的虛設用受光部(11、12)、使虛設用光電二極管的接合電容部進行放電的放電機構、及以覆蓋受光部(10)的方式設置的閃爍體層(50)。虛設用受光部(11)與受光部(10)的第1行(受光部(10)的上邊側)鄰接而配置，在左右方向具有與受光部(10)相同程度的長度。虛設用受光部(12)與受光部(10)的第M行(受光部(10)的下邊側)鄰接而配置，在左右方向具有與受光部(10)相同程度的長度。
文檔編號H04N5/369GK103037177SQ20121055846
公開日2013年4月10日 申請日期2008年9月24日 優先權日2007年9月25日
發明者森治通, 藤田一樹, 久嶋龍次 申請人:浜松光子學株式會社