固體攝像裝置及其控制方法

固體攝像裝置及其控制方法
【專利摘要】一種固體攝像裝置及其控制方法，該固體攝像裝置具備：單位單元，包括根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部；垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號；及第一布線，經由電容元件與上述信號檢測部連接，在上述復位信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給時，上述第一布線從上述垂直信號線電分離，在上述復位信號被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號線連接，在第一布線與垂直信號線連接的狀態下，上述像素信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給，供給至垂直信號線的上述像素信號被采樣。
【專利說明】固體攝像裝置及其控制方法
[0001]本申請享受以日本專利申請2013 — 191137號(申請日:2013年9月13日)為基礎申請的優先權。本申請通過參照該基礎申請而包含基礎申請的全部內容。

【技術領域】
[0002]本發明涉及固體攝像裝置及其控制方法。

【背景技術】
[0003]以CMOS圖像傳感器為首的固體攝像裝置在當前以數碼相機、視頻電影攝像機或者監視攝像機等多樣的用途而被使用。
[0004]對于使用了上述的圖像傳感器的設備，要求在對暗的被攝體進行攝像時能夠以高的S/N比進行攝像，在對充分明亮的被攝體進行攝像時能夠確保圖像的輸出分辨率。
[0005]進一步，在近年，要求相機尺寸的縮小以及高分辨率，所以具有縮小圖像傳感器的像素尺寸的趨勢。


【發明內容】

[0006]本發明要解決的課題在于提供一種能夠維持圖像傳感器的低消耗功率、并且能夠同時確保S/N比以及輸出信號的線性的固體攝像裝置及其控制方法。
[0007]一實施方式的固體攝像裝置具備:
[0008]單位單元，該單位單元包括根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部；
[0009]垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號；以及
[0010]第一布線，經由電容元件與上述信號檢測部連接，
[0011]在上述復位信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給時，上述第一布線從上述垂直信號線電分離，
[0012]在上述復位信號被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號線連接，
[0013]在上述第一布線與上述垂直信號線連接的狀態下，上述像素信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給，供給至上述垂直信號線的上述像素信號被采樣。
[0014]另一實施方式的固體攝像裝置具備:
[0015]單位單元，該單位單元包括設置于半導體基板內且根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和設置于上述半導體基板內且檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部;
[0016]垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號，并且該垂直信號線設置于半導體基板上的層間絕緣膜；
[0017]電容元件，連接于上述信號檢測部與第一布線之間；以及
[0018]第二布線，與上述信號檢測部連接。
[0019]進而，另一實施方式的固體攝像裝置的控制方法，包括:
[0020]在單位單元內所包含的光電轉換元件內積聚信號電荷，上述信號電荷基于入射到光電轉換兀件的光而生成；
[0021]以電容元件的靜電電容被附加到上述單位單元內所包含的信號檢測部的狀態，將上述單位單元的復位信號向上述單位單元所連接的垂直信號線輸出，上述復位信號為上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的信號；
[0022]在上述復位信號被信號處理單元采樣前，將上述電容元件的靜電電容從浮動傳播區移除；以及
[0023]在上述復位信號被上述信號處理單元采樣后，將從上述信號檢測部去除了上述電容元件的靜電電容的狀態下的上述單位單元的像素信號向上述垂直信號線供給，上述像素信號與上述信號檢測部所保持的上述信號電荷的量對應。
[0024]根據上述結構的固體攝像裝置及其控制方法，能夠維持圖像傳感器的低消耗功率，并且能夠同時確保S/N比以及輸出信號的線性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為表示固體攝像裝置的整體結構的一例的圖。
[0026]圖2為示意性地表示固體攝像裝置的整體構造的一例的剖視圖。
[0027]圖3為示意性地表示第一實施方式的固體攝像裝置的內部結構的等效電路圖。
[0028]圖4為示意性地表示第一實施方式的固體攝像裝置的構造例的俯視圖。
[0029]圖5為示意性地表示第一實施方式的固體攝像裝置的構造例的剖視圖。
[0030]圖6為表示第一實施方式的固體攝像裝置的動作例的定時圖。
[0031]圖7為表示第二實施方式的固體攝像裝置的動作例的定時圖。
[0032]圖8為示意性地表示第三實施方式的固體攝像裝置的構造例的俯視圖。
[0033]圖9為示意性地表示第三實施方式的固體攝像裝置的構造例的剖視圖。
[0034]圖10以及圖11為用于說明實施方式的固體攝像裝置的變形例的圖。
[0035]圖12為用于說明實施方式的固體攝像裝置的應用例的圖。

【具體實施方式】
[0036]以下，參照附圖對本實施方式進行詳細地說明。在以下的說明中，對具有相同功能以及結構的要素，標記相同符號，根據需要進行重復的說明。
[0037]—種固體攝像裝置，具備:單位單元，該單位單元包括根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部；垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號；以及第一布線，經由電容元件與上述信號檢測部連接，在上述復位信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給時，上述第一布線從上述垂直信號線電分離，在上述復位信號被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號線連接，在上述第一布線與上述垂直信號線連接的狀態下，上述像素信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給，供給至上述垂直信號線的上述像素信號被采樣。
[0038][實施方式]
[0039](I)第一實施方式
[0040]參照圖1?圖6，對第一實施方式涉及的固體攝像裝置進行說明。
[0041](a)結構
[0042]使用圖1?圖5，對第一實施方式涉及的固體攝像裝置的結構進行說明。
[0043]圖1為示意性地表示第一實施方式的固體攝像裝置的整體結構的框圖。
[0044]如圖1所示，本實施方式的固體攝像裝置包括作為攝像設備的圖像傳感器10以及信號處理電路11。圖像傳感器10例如為CMOS圖像傳感器。
[0045]圖像傳感器10包括像素陣列12、垂直移位寄存器13、定時控制電路15、相關雙采樣電路(⑶S電路)16、模數轉換電路(ADC電路)17以及行存儲器18。⑶S電路16以及ADC電路17為了信號處理，通過來自定時控制電路15的控制信號對來自像素的信號進行鉗位以及保持。
[0046]像素陣列12設置于圖像傳感器10的攝像區域。像素陣列12包括沿著像素陣列12的水平方向(行方向、X方向)以及垂直方向(列方向、Y方向)配置成陣列狀的多個像素。
[0047]垂直移位寄存器13為了控制像素陣列12內的各像素的讀取，依次掃描像素陣列12的行。
[0048]各像素包括作為光電轉換元件的光電二極管。光電二極管生成與入射到各像素的光量對應的信號電荷。包括像素、來自像素的信號的信號檢測部以及用于控制像素動作的元件的單位單元設置于像素陣列12內。
[0049]生成的信號電荷通過⑶S電路16以及ADC電路17被實施噪聲的消除、AD轉換，并且被轉換成數字數據(數字信號)。
[0050]行存儲器18保持像素陣列的I行的量的像素的信號(數字數據)。
[0051]定時控制電路15控制圖像傳感器10內的各電路13、16、17、18的動作定時。
[0052]數字數據被輸出至信號處理電路11。
[0053]信號處理電路11對來自圖像傳感器10的數字數據，進行例如鏡頭陰影修正、缺陷修正、噪聲減少處理。
[0054]上述的信號處理后的數據例如被輸出至固體攝像裝置的外部，并且在圖像傳感器10內被反饋控制。
[0055]參照圖2?圖5，對本實施方式的圖像傳感器的結構進行說明。
[0056]圖2為示意性地表示本實施方式的圖像傳感器的整體構造的剖視圖。
[0057]半導體基板30具有第一面、以及在相對于第一面垂直的方向上與第一面對置的第二面。在下面，將半導體基板30的第一面叫做半導體基板30的表面，將半導體基板30的第二面叫做半導體基板30的背面。在不區分半導體基板30的表面與背面的情況下，將半導體基板30的表面/背面叫做半導體基板30的主面。
[0058]例如，本實施方式的圖像傳感器10是半導體基板30的背面側(第二面側)成為來自被攝體的光的受光面的背面照射式(Back-side iIIuminat1ntype)圖像傳感器。
[0059]如圖2所示，在本實施方式的圖像傳感器10中，圖像傳感器10內的像素陣列12以及圖像傳感器10內的模擬電路或者邏輯電路所形成的區域(在下面，叫做外圍電路區域)125設置于I個半導體基板(芯片)30內。另外，圖1的信號處理電路11也可以形成于外圍電路區域125內，也可以作為與圖像傳感器的芯片(封裝)不同的芯片(封裝)被提供。
[0060]在像素陣列12與外圍電路區域125之間，設置有元件分離區域。互相相鄰的單位單元UC以及其含有的像素通過元件分離區域被分離。各單位單元UC以及像素的形成區域被元件分離區域包圍。通過元件分離區域，半導體基板30內的各區域在半導體基板30內被電分離。
[0061]在圖2中，為了簡化圖示，單位單元UC的結構元件之中，只圖示出光電二極管21、讀出晶體管22以及浮動傳播區6。
[0062]如圖2所示，光電二極管21在像素陣列12的單位單元UC的形成區域(在下面，叫做單位單元形成區域UC)中，形成于半導體基板(或者半導體層)30內。
[0063]光電二極管21是由設置于N型(或者P型)半導體基板30內的至少I個雜質層(雜質半導體區域)210而形成。光電二極管21對入射到光電二極管21內光進行光電轉換。與通過光電二極管21進行了光電轉換的入射光的光量對應的電荷在光電二極管21的雜質層210內產生，且積聚于雜質層210內。為了使光電二極管21的特性(例如，靈敏度)提高，也可以通過導電型以及雜質濃度不同的多個雜質層，形成光電二極管21。
[0064]在半導體基板30的表面側，表面屏蔽層211設置于光電二極管21內，在半導體基板30的背面側，背面屏蔽層219設置于單位單元形成區域的半導體基板30內。表面以及背面屏蔽層211、219減少相對于光電二極管21的雜質的擴散，抑制光電二極管21的特性劣化，例如暗電流的增大。
[0065]光電二極管21經由讀出晶體管22，與作為信號檢測部6的浮動傳播區6連接。浮動傳播區6是設置于半導體基板30內的擴散層(雜質半導體區域)60。
[0066]作為浮動傳播區的擴散層60經由接觸插塞CP以及布線(信號檢測線)，與放大晶體管26連接。
[0067]讀出晶體管22的柵極電極222隔著柵極絕緣膜221設置于光電二極管21與浮動傳播區6之間的半導體區域上。例如，在半導體基板30內形成的雜質層(未圖示)作為讀出晶體管22的源極以及漏極而使用。光電二極管21含有的雜質層、或者作為浮動傳播區6的雜質層也可以作為讀出晶體管22的源極以及漏極而使用。
[0068]設置于元件分離區域內的元件分離層98以包圍互相相鄰的單位單元UC以及互相相鄰的光電二極管21的方式，設置于半導體基板30內。元件分離層98將互相相鄰的單位單元UC以及互相相鄰的光電二極管21電分離。像素陣列12內的元件分離層98由例如雜質層(在下面，叫做元件分離雜質層)形成。另外，像素陣列12內的元件分離層98也可以是STI構造的絕緣膜(元件分離絕緣膜)。
[0069]在外圍電路區域125內，設置有例如垂直移位寄存器13、⑶S電路16以及ADC電路17等。
[0070]P型或者N型的阱區域39設置于外圍電路區域125內。在阱區域39內，設置有如電阻元件、電容元件以及場效應晶體管那樣的圖像傳感器10的外圍電路的結構元件。在圖2中，為了簡化圖示，只示出了作為外圍電路的結構元件的場效應晶體管7。
[0071]在外圍電路區域125內，場效應晶體管(例如，MOS晶體管)7設置于阱區域39內。在阱區域39內，設置有作為晶體管7的源極/漏極的2個雜質層(擴散層)73。在2個擴散層73間的阱區域39上的柵極絕緣膜71上，設置有柵極電極72。場效應晶體管7為P溝道還是N溝道、或者為增強型還是耗盡型，是與設置有場效應晶體管7的阱區域39的導電型、或者作為源極/漏極的雜質區域(擴散層)73的導電型相對應的。
[0072]晶體管22、晶體管7的柵極電極222、柵極電極72以及光電二極管21的上表面(表面屏蔽層211)被設置于半導體基板30的表面側的多層布線構造的層間絕緣膜90覆蓋。
[0073]例如，晶體管22、晶體管7的柵極電極222、柵極電極72，晶體管22、晶體管7的源極/漏極73、以及在半導體基板30上形成的元件的端子經由接觸插塞92，與從半導體基板30側數位于第I個(最下層)布線水平面的導電層(布線)91連接。各層間絕緣膜90內的導電層91經由插塞92，與上層(或者下層)的布線水平面的導電層91連接，從而設置于半導體基板30上的多個元件互相連接。由此，形成圖像傳感器10內含有的多個電路。
[0074]對于布線91，使用例如鋁(Al)布線、波形花紋構造的銅(Cu)布線。在層間絕緣膜90內，設置有由與布線91相同材料構成的虛擬層、遮光膜。通過虛擬層，層間絕緣膜的覆蓋率(單位面積內的布線圖案的比率)被調整成規定的值。通過遮光膜，抑制相對于光電二極管21所不需要的光的入射。
[0075]這樣，通過多層布線技術，層疊了的層間絕緣膜90包括設置于各布線水平面的多層構造的布線91。
[0076]在最上層的層間絕緣膜90上，設置有支承基板85。通過支承基板85，支承背面照射式圖像傳感器10。支承基板85例如，隔著粘接層(保護層、平整層)88，層疊在層間絕緣膜90上。對于支承基板85，使用例如硅基板、絕緣基板。通過重布線技術形成的布線(未圖示)也可以設置于支承基板85與層間絕緣膜90之間。
[0077]例如，最上層的層間絕緣膜90內的導電層(布線)91或者支承基板85上(或者內部)的金屬層(未圖示)作為圖像傳感器10的表面側的襯墊而使用。
[0078]在半導體基板30的背面側，在相對于半導體基板30的主面垂直的方向與像素陣列12重疊的區域內，設置有彩色過濾器CF以及微透鏡陣列ML。由此，對各光電二極管(像素)照射規定波長區域的光。彩色過濾器CF具有例如拜耳圖案、RGBW圖案等的色素膜的排列圖案。
[0079]在半導體基板30內，設置有貫通電極83。通過貫通電極83，半導體基板30的表面側的布線/插塞91、92與半導體基板30的背面側的布線/襯墊81連接。貫通電極83通過TSV (ThroughSiliconVia)技術形成，貫通電極83由例如含有高濃度的雜質的多晶硅或者金屬構成。貫通電極83以充滿在半導體基板30的內部形成的貫通孔的方式，埋入半導體基板30內。
[0080]例如，在半導體基板30的背面側，設置有覆蓋單位單元UCX的遮光膜81X。像素陣列12內的被遮光膜81X所覆蓋的區域129是光學黑體區域(以下，表述為OB區域或者遮光區域)129。遮光膜81X使用與背面側的布線以及襯墊81相同的材料，能夠實質上同時形成。例如，在OB區域129中，顏色不同的多個濾色片的層疊膜CFX也可以設置于該膜CFX與遮光膜81X上下重合的位置。由此，提高相對OB區域129的遮光性。
[0081]通過OB區域129內的單位單元UCX，生成像素陣列12 (例如，復位晶體管或者放大晶體管)的基準電位(黑電平)或者用于有效區域內的單位單元UC中的暗電流的修正的電位(或者電流)。在下面，將像素陣列12內的OB區域129以外的區域叫做有效區域。
[0082]圖3為示意性地表示本實施方式的圖像傳感器10的像素陣列以及其附近的電路的等效電路圖。
[0083]如圖3所示，在本實施方式的圖像傳感器的像素陣列12內，多個像素21A、21B配置成矩陣狀。
[0084]在本實施方式中，圖像傳感器10的像素陣列12具有2像素I單元構造。2像素I單元構造具有I個單位單元UC包括2個像素的電路結構。
[0085]多個單位單元UC在像素陣列12內配置成矩陣狀。各單位單元UC設置于像素陣列12內的控制線RDA、RDB、RST、ADR與信號線VSL的交叉位置。為了將用于控制單位單元UC的動作(導通/截止)的信號供給至單位單元UC，控制線RDA、RDB、RST、ADR設置于像素陣列12內。為了將通過光電二極管(像素)21A、21B進行光電轉換了的信號輸出至單位單元UC的外部，信號線(第一布線)VSL設置于像素陣列12內。
[0086]在2像素I單元構造的單位單元UC中，作為像素(單位單元)的信號檢測部6的I個浮動傳播區6相對2個光電二極管21A、21B被共有化。單位單元UC除了光電二極管21A、21B以及浮動傳播區6，還包括例如2個讀出晶體管22A、22B、復位晶體管24、尋址晶體管25以及放大晶體管26。通過光電二極管21A、21B與多個晶體管22A、22B、24、25、26，形成像素電路。
[0087]在2像素I單元構造的單位單元UC中，以各讀出晶體管22A、22B分別與各光電二極管21A、21B對應的方式，2個讀出晶體管22A、22B設置于單位單元UC內。在2像素I單元構造的單位單元UC中，復位晶體管24、尋址晶體管25以及放大晶體管26被2個光電二極管21A、21B共有。
[0088]光電二極管21A、21B的陽極與固定電位連接，例如，被接地。光電二極管21A、21B的陰極經由讀出晶體管22A、22B的電流路徑，分別與浮動傳播區6連接。
[0089]光電二極管21A、21B將從微透鏡以及彩色過濾器通過且入射到光電二極管的光轉換成信號電荷(電信號)，并積聚該電荷。在下面，對于不區分光電二極管21A、2IB的情況，表述為光電二極管21。
[0090]各讀出晶體管22A、22B控制各光電二極管21A、21B的信號電荷的積聚以及傳送。讀出晶體管22A、22B的柵極分別與讀取控制線RDA、RDB連接。讀出晶體管22A、22B的電流路徑的一端分別與光電二極管21A、21B的陰極連接。讀出晶體管22A、22B的電流路徑的另一端與浮動傳播區6連接。在下面，對于不區分讀出晶體管22A、22B的情況，表述為讀出晶體管22。
[0091]復位晶體管24將浮動傳播區6的電位(放大晶體管5的柵極電位)復位。復位晶體管24的柵極與復位控制線RST連接。復位晶體管24的電流路徑的一端與浮動傳播區6連接。復位晶體管24的電流路徑的另一端與例如電源線(電源端子)VDD連接。
[0092]尋址晶體管25作為用于選擇(激活)單位單元UC的選擇元件而發揮作用。尋址晶體管25的柵極與地址控制線ADR連接。尋址晶體管25的電流路徑的一端與放大晶體管26的電流路徑的另一端連接，尋址晶體管25的電流路徑的另一端與垂直信號線VSL連接。
[0093]放大晶體管26放大浮動傳播區6保持的來自光電二極管21的信號。放大晶體管26的柵極與浮動傳播區6連接。放大晶體管26的電流路徑的一端與電源線VDD連接，放大晶體管26的電流路徑的另一端與尋址晶體管25的電流路徑的一端連接。通過放大晶體管26放大的信號經由導通狀態的尋址晶體管25，作為單位單元(或者像素)UC的信號而被輸出至垂直信號線VSL。放大晶體管26作為源極跟隨器而發揮作用。
[0094]將在浮動傳播區6經由讀出晶體管22保持從光電二極管傳送的信號電荷時，基于積聚信號電荷的浮動傳播區6的檢測信號而從單位單元UC輸出的信號，叫做像素信號或者像素電壓。將在浮動傳播區6通過復位晶體管24而成復位狀態時，基于復位狀態的浮動傳播區6的檢測信號而從單位單元UC輸出的信號叫做復位信號(或者復位電壓)。
[0095]垂直移位寄存器13與2根讀取控制線RDA、RDB、地址控制線ADR以及復位控制線RST連接。垂直移位寄存器13控制讀取控制線RDA、RDB、地址控制線ADR以及復位控制線RST的電位(信號電平)，以行單位控制以及選擇像素陣列12內的多個單位單元UC (以及像素)。
[0096]⑶S電路16的處理單元(⑶S單元)160以及ADC電路的處理單元(ADC單元)170分別與垂直信號線VSL連接。
[0097]垂直信號線VSL通過水平移位寄存器(未圖示)被依次掃描，因此，由各處理單元160、170保持的信號經由水平信號線(未圖示)被傳送至行存儲器18以及信號處理電路11。
[0098]負載晶體管29作為相對垂直信號線VSL的電流源而使用。負載晶體管29的電流路徑的一端經由垂直信號線VSL與尋址晶體管25的電流路徑的一端連接。負載晶體管29的電流路徑的另一端與接地線Vss連接。負載晶體管29的柵極與控制線47連接。負載晶體管29作為恒流源而發揮作用。
[0099]在具有這樣的電路結構的圖像傳感器中，通過以與垂直信號線VSL連接的方式形成的源極跟隨器電路，浮動傳播區6的電位的變化幾乎保持不變，作為垂直信號線的電位的變化而表現。
[0100]在本實施方式的圖像傳感器中，電容元件40A與浮動傳播區6連接。
[0101]如圖3所示,相對各單位單元UC設置有I個電容元件40A。電容元件40A的一端與浮動傳播區6連接，電容元件40A的另一端與布線(在下面，叫做電容布線)40連接。電容布線40在例如與垂直信號線VSL平行的方向上延伸。電容布線40設置于層間絕緣膜90內。
[0102]在電容布線40的末端側(像素陣列12的端部)，在電容布線40與垂直信號線VSL之間連接有作為開關元件的場效應晶體管(例如，η型MOS晶體管)42。場效應晶體管42的電流路徑連接于電容布線40與垂直信號線VSL之間。場效應晶體管42的柵極與供給有控制信號Vshunt的控制線41連接。在場效應晶體管42導通的情況下，電容布線40與垂直信號線VSL導通。
[0103]在下面，將為了使電容布線40與垂直信號線VSL成為導通狀態的控制信號Vshunt叫做分流控制信號Vshunt。
[0104]另外，經由作為開關元件的場效應晶體管(例如，P型MOS晶體管)43，輸出電壓Vboost的電壓端子與各電容布線40連接。來自電壓端子的電壓Vboost經由導通狀態的場效應晶體管43，施加于各電容布線40，控制電容布線40的電位。例如，通過電壓Vboost被供給至電容布線40，升壓電容布線40。在下面，將用于升壓電容布線40的電壓Vboost叫做升壓電壓Vboost。
[0105]例如，定時控制電路15的控制電路150控制分流控制信號Vshunt的信號電平、升壓電壓Vboost的電位以及晶體管43的動作(升壓電壓的輸出)。
[0106]電容元件40A與浮動傳播區6連接，由此，提高圖像傳感器的動態范圍。
[0107]使用圖4以及圖5，對本實施方式的圖像傳感器的與浮動傳播區連接的電容元件以及電容布線的構造進行說明。
[0108]圖4以及圖5為用于說明本實施方式的圖像傳感器10的像素陣列12內的構造的圖。圖4為示意性地表示本實施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的平面構造的俯視圖。圖5為示意性地表示本實施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的截面構造的剖視圖。
[0109]在圖4中，提取本實施方式的圖像傳感器10的像素陣列12的一部分，并進行圖示。圖5示出了圖4的沿V — V線的截面。另外，在圖5中，為了使圖示更清楚，省略了層間絕緣膜的圖示。
[0110]如圖4以及圖5所示，圖像傳感器10的垂直信號線VSL以在Y方向(列方向)延伸的方式，設置于像素陣列12內。讀取控制線RDA、RDB、復位控制線RST、地址控制線ADR以在X方向(行方向)延伸的方式，設置于像素陣列12內。
[0111]在如圖4所示的2像素I單元構造的圖像傳感器的像素陣列12的布局中，單位單元UC內的2個光電二極管(PD)21A、21B的形成區域(在下面，叫做光電二極管形成區域)在Y方向上排列。
[0112]讀出晶體管22設置于各讀出晶體管22對應的光電二極管21的光電二極管形成區域的拐角。在2像素I單元構造的單位單元UC中，單位單元UC內的2個讀出晶體管22A、22B以在列方向相鄰的方式，設置于單位單元形成區域內。
[0113]以讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B相對于對于半導體基板30的表面為水平方向上的X方向以及Y方向具有傾斜角度的方式，讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B經由柵極絕緣膜(未圖示)設置于半導體基板30上。讀出晶體管22A、22B的柵極電極222A、222B分別經由接觸插塞CP1、CP2，與讀取控制線RDA、RDB連接。
[0114]作為信號檢測部40的浮動傳播區(FD)6，以浮動傳播區6的形成區域(在下面，叫做浮動傳播區形成區域)與讀出晶體管22的溝道區域連接的方式，設置于半導體基板30內。
[0115]浮動傳播區形成區域經由讀出晶體管22的溝道區域與光電二極管形成區域連接。浮動傳播區形成區域以及光電二極管形成區域是連續的半導體區域。
[0116]作為浮動傳播區6的擴散層60設置于浮動傳播區形成區域內。作為浮動傳播區(FD)的擴散層60經由接觸插塞CP3與信號檢測線FDL連接。
[0117]復位晶體管24的溝道區域與浮動傳播區6連接。即，復位晶體管24的溝道區域以及浮動傳播區形成區域是連續的半導體區域。
[0118]復位晶體管24的柵極電極242經由接觸插塞CP4與復位控制線RST連接。復位晶體管24的與浮動傳播區側相反一側的源極/漏極擴散層243經由接觸插塞CP5與電源線VDD連接。
[0119]尋址晶體管25的形成區域以及放大晶體管26的形成區域在Y方向上與光電二極管形成區域相鄰。尋址晶體管25以及放大晶體管26的形成區域通過元件分離區域(例如，元件分離雜質層)，與光電二極管形成區域以及浮動傳播區形成區域分離。
[0120]尋址晶體管25的柵極電極252以及放大晶體管26的柵極電極262經由柵極絕緣膜(未圖示)，分別設置于共有的半導體基板30上。尋址晶體管25的柵極電極252經由插塞CP6、VP以及引出布線，與地址控制線ADR連接。尋址晶體管25的一方的源極/漏極擴散層253與垂直信號線VSL連接。
[0121]放大晶體管26的柵極電極262經由接觸插塞CP8，與信號檢測線FDL連接。通過信號檢測線FDL，放大晶體管26的柵極電極262與浮動傳播區6。
[0122]放大晶體管26的一方的源極/漏極擴散層與尋址晶體管25的另一方的源極/漏極擴散層254被共有。放大晶體管26的另一方的源極/漏極擴散層263經由接觸插塞CP9、VP以及第二布線水平面內的中間布線59，與電源線VDD連接。
[0123]如圖5所示，垂直信號線VSL以及電源線VDD設置于第一布線水平面Ml。讀取控制線RDA、RDB、復位控制線RST以及地址控制線ADR設置于第二布線水平面M2。另外，與第二布線水平面M2相比，第一布線水平面Ml位于半導體基板30偵U。
[0124]如圖4以及圖5所示，電容布線40設置于第一布線水平面Ml內。電容布線40例如，沿著Y方向，相對垂直信號線VSL平行地延伸。電容布線40相對半導體基板30的表面且在平行方向上，布置于信號檢測線FDL與垂直信號線VSL之間。與電容布線40相鄰的垂直信號線VSL是與相對該電容布線40所連接的單位單元而在行方向上相鄰的其他單位單元連接的垂直信號線。
[0125]電容布線(也叫做升壓布線)40在相對于半導體基板30的主面平行的方向上，與浮動傳播區6所連接的信號檢測線FDL相鄰。在夾著絕緣體(層間絕緣膜)且互相相鄰的電容布線40與信號檢測線FDL之間，產生電容耦合40A。該電容耦合40A作為與浮動傳播區6所連接的電容元件40A而發揮作用。通過調整信號檢測線FDL與電容布線40的間隔，以及信號檢測線FDL與電容布線40的對置面積(2個布線40、FDL相鄰的長度)的任意一方，調整由電容耦合構成的電容元件40A的靜電電容CC的大小。
[0126]信號檢測線FDL與各單位單元UC電分離。因此，即使電容布線40被多個單位單元(像素)共有化，電容元件40A也與各單位單元UC的浮動傳播區6連接。
[0127]如上所述，電容布線40經由晶體管43與升壓電壓Vboost的電壓端子連接。電容布線40經由晶體管42的溝道區域與垂直信號線VSL連接。晶體管42、43設置于像素陣列12的端部或者外圍電路區域125內。
[0128]在本實施方式中，使用布線FDL、布線40間的電容耦合，形成與浮動傳播區6連接的電容元件40A。由此，與浮動傳播區6連接的電容元件40A，與從MOS電容器等的半導體區域上所設置的元件來形成的情況相比較，能夠抑制半導體基板30上的元件的形成區域的增加。但是,考慮到電容元件40A的特性的均勻性等，MOS電容器等的電容元件也可以以與浮動傳播區6連接的方式，形成于像素陣列12內或者外圍電路區域125內的半導體基板30上。
[0129]如上所述，通過像素電路(單位單元)形成的源極跟隨器電路，浮動傳播區的電位的變化作為垂直信號線的電位的變化而表現。
[0130]優選為，圖像傳感器具有能夠以對暗的被攝體進行攝像時的S/N比良好、并且在對充分明亮的被攝體的攝像時確保輸出分辨率的方式，在寬廣的動態范圍對圖像進行攝像的特性。通過圖像傳感器具有寬廣的動態范圍，圖像傳感器能夠獲得與人眼看到的圖像相同的圖像。
[0131]在近年，為了縮小相機尺寸，要求縮小攝像光學系統設備的尺寸，并且，相對高分辨率的要求也變高，所以，具有縮小圖像傳感器的像素尺寸的趨勢。在這種情況下，獲得具有寬廣的動態范圍的圖像變得困難。
[0132]像素的尺寸被縮小時，能夠以光電二極管受光的光量減少，因此靈敏度降低。在這種情況下，為了維持所期望的S/N比，盡量減少在像素電路或其后級的電路產生的噪聲。
[0133]例如，盡量減小浮動傳播區的電容，增大每I個信號電子的浮動傳播區的輸出電壓。由此，相對在包括放大晶體管的后級的輸出電路產生的噪聲，信號電壓變得較大，S/N比被提聞。
[0134]這樣，通過減小浮動傳播區的電容，能夠改善信號電荷的數量少的低照度下的暗的被攝體的攝像時的S/N比。
[0135]但是，在對高亮度下的明亮的被攝體進行攝像時，相對光電二極管的入射光量大，所以，在光電二極管產生的信號電荷的數量變多，在浮動傳播區必須積聚的信號電荷的數量變多。
[0136]在浮動傳播區的電容小的情況下，每I個電子的電位的變化變大。因此，從光電二極管向浮動傳播區傳送了大量的信號電荷時，具有傳送了信號電荷的浮動傳播區的電位，與信號電荷(電子)的讀取后的光電二極管的耗盡狀態的電位相比低的情況。作為該結果是，從光電二極管到浮動傳播區，可能不傳送在光電二極管積聚的所有電子。
[0137]在這種情況下，產生在被顯示的圖像中輸出信號的線性喪失等的問題，圖像的品質有可能下降。
[0138]作為為了抑制上述問題的技術的一個例子，執行如下動作:在復位晶體管導通時，向垂直信號線流動的電流(源極跟隨器貫通電流)的電流值增大，在CDS動作時的黑電平被鉗位時，在垂直信號線內流動的電流的電流值減小的動作。通過該動作，在復位晶體管導通時，垂直信號線的電位向正側變化，通過垂直信號線與浮動傳播區之間的電容耦合，浮動傳播區的電位被提高。但是，在該動作中，可能因向垂直信號線內流動的電流暫時變大而圖像傳感器的消耗功率等變大。
[0139]在本實施方式的圖像傳感器中，如下所述，浮動傳播區6的電位被升壓。
[0140]S卩，在通過復位晶體管24導通，浮動傳播區6的電位復位時，通過將垂直信號線VSL與電容布線(升壓布線)40分離，垂直信號線VSL被固定在較低的電位。
[0141]之后，在復位信號被后級的電路160、170鉗位前的定時，使垂直信號線VSL與電容布線40連接。由此，垂直信號線VSL的電位從上述的被固定的較低的電位變化成與浮動傳播區的電位對應的較高的電位。在此時，利用設置于電容布線40與浮動傳播區6之間的電容元件40A，與垂直信號線VSL的電位變化對應地將浮動傳播區6的電位升壓至較高的電壓。
[0142]由此，在本實施方式中，浮動傳播區6的復位信號的鉗位時、以及從光電二極管21到浮動傳播區6傳送信號電荷前的浮動傳播區的電位能夠設成比一般的圖像傳感器高。
[0143]因此，例如，即使在如對明亮的被攝體(亮度高的被攝體)進行攝像的情況那樣，大量的信號電荷從光電二極管21傳送到浮動傳播區6時,也能夠抑制因被傳送了的信號電荷引起的浮動傳播區6的電位的過度的下降，幾乎不產生光電二極管21內的信號電荷的殘留以及從浮動傳播區6到光電二極管21的信號電荷的反流。
[0144]因此，根據本實施方式的圖像傳感器，能夠遍及寬廣的范圍維持輸出信號的線性，能夠形成動態范圍寬廣的圖像。
[0145]因此，本實施方式的圖像傳感器不產生在垂直信號線中流動的電流的增加等所引起的圖像傳感器的消耗功率的增大，并且能夠提高浮動傳播區的動態范圍以及源極跟隨器(放大晶體管)的輸出的動態范圍。
[0146]在本實施方式的圖像傳感器中，在來自單位單元(像素)的作為基準信號的復位信號的鉗位時，以及從來自被攝體的光生成的來自光電二極管21的信號電荷所引起的浮動傳播區6的電位(像素信號)的檢測時，使電容布線40與垂直信號線VSL短路。由此，光電二極管的像素信號的輸出時，電容元件40A的靜電電容從浮動傳播區的靜電電容移除，附加有電容元件40A的靜電電容的浮動傳播區6的有效電容減少。作為該結果，防止用于使動態范圍提高的電容元件40A所引起的轉換增益的下降。
[0147]另外，例示了背面照射式圖像傳感器，并說明了本實施方式的圖像傳感器的結構，具有電容元件與浮動傳播區連接的電路結構的圖像傳感器也能應用到表面照射式圖像傳感器，獲得上述的效果。
[0148]如上所述，根據第一實施方式的固體攝像裝置，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質。
[0149](b)動作例
[0150]參照圖6，對第一實施方式的固體攝像裝置(圖像傳感器)的動作例進行說明。另夕卜，在此，除圖6以外，也適當使用圖1?圖5，對本實施方式的圖像傳感器的動作例進行說明。
[0151]圖6為用于說明第一實施方式的圖像傳感器的動作例的定時圖。圖6的橫軸表示時間，圖6的縱軸表示各信號的電位(信號電平)。
[0152]實施方式的圖像傳感器中的像素陣列12的來自單位單元UC的信號(電荷)的讀取動作例如以如下方式執行。
[0153]來自被攝體的光入射至圖像傳感器，入射的光通過光電二極管21被光電轉換。通過讀出晶體管22截止，由光電二極管21的光電轉換生成的信號電荷積聚于光電二極管21內。
[0154]基于從定時控制電路15指示的動作定時，被選擇的像素陣列12的行所對應的地址控制線ADR的信號電平通過垂直移位寄存器13被設定為H電平。由此，尋址晶體管25導通。經由導通狀態的尋址晶體管25，放大晶體管26的電流路徑與垂直信號線VSL連接。
[0155]由此，選擇屬于某行的單位單元，檢測復位狀態的浮動傳播區6的電位。此時，通過定時控制電路15的控制，控制信號Voff設定為H (高)電平，作為控制元件的N型MOS晶體管43導通。另外，供給至控制線41的控制信號Vshunt的信號電平設定為L (低)電平。作為開關元件的N型晶體管42截止。通過截止狀態的晶體管42，電容布線40從垂直信號線VSL電分離。由此，電容元件(電容耦合)40A與浮動傳播區6連接，規定的靜電電容被附加至浮動傳播區6。此時，例如，升壓電壓Vboost設定為L (低)電平。此時，垂直信號線VSL的電位被固定在較低的電位。
[0156]基于從定時控制電路15指示的動作定時，像素陣列12內的所選擇的行所對應的復位控制線RST的信號電平(電位)Vrst通過垂直移位寄存器13被設定為H電平，復位晶體管24導通。由此，浮動傳播區6的電位FD復位到從電源線VDD供給的電位。此時，讀出晶體管22截止。
[0157]復位狀態的浮動傳播區6的電位FD施加于放大晶體管26的柵極。根據浮動傳播區6的電位FD的大小，放大晶體管26進行驅動。根據施加了復位狀態的浮動傳播區6的電位FD的放大晶體管26的驅動力，垂直信號線VSL的電位進行變動。
[0158]之后，復位控制信號Vrst從H電平設定為L電平。
[0159]復位信號被輸出至垂直信號線VSL后，在鉗位控制信號CLP被設定為H電平前的期間，控制信號Voff從H電平轉變成L電平，晶體管43截止。用于供給升壓電壓Vboost的電源端子從電容布線40電分離。
[0160]在升壓電壓端子Vboost從電容布線40分離開始到鉗位控制信號CLP設定為H電平為止的期間，控制信號Vshunt從L電平轉變成H電平，晶體管42截止。由此，復位信號輸出后，電容布線40與垂直信號線VSL電連接。此時，垂直信號線VSL的電位從較低的電位變化成與浮動傳播區6的電位FD對應的較高的電位。
[0161]控制信號Vshunt被設定為H電平后(布線40與垂直信號線VSL連接后)的電容布線40的電位，通過供給了復位后的浮動傳播區6的電位FD的放大晶體管26的輸出電壓(垂直信號線VSL的電位)，變成比控制信號Vshunt變成L電平時的電容布線40的電壓高的電位。電容布線40的電壓在控制信號Vshunt從L電平轉變成H電平的定時，從低電壓升壓至高電壓，與電容布線40進行電容耦合的浮動傳播區的電位FD與電容布線40的升壓對應地變化為高的電位。
[0162]這樣，浮動傳播區6以及來自單位單元UC的輸出(復位信號)的動態范圍變大。另夕卜，圖像傳感器的動態范圍變大，供給至垂直信號線VSL的電流不變大。
[0163]通過定時控制電路131的控制，用于將單位單元UC的復位信號鉗位至⑶S電路16的鉗位信號設定為H電平，以浮動傳播區被升壓了的狀態被輸出至垂直信號線VSL的復位信號通過⑶S電路(⑶S單元)16被鉗位。
[0164]在到鉗位控制信號CLP設定為H電平為止的期間，在光電二極管21內，來自被攝體的光所引起的信號電荷被積聚。
[0165]進而，基于從定時控制電路131指示的動作定時，H電平的讀取控制信號Vread被供給至讀取控制線RD。由此，讀出晶體管21成為導通狀態，經由導通狀態的讀出晶體管22的電流路徑(通道)，從光電二極管21向浮動傳播區6傳送在光電二極管積聚的信號電荷。
[0166]另外，在包括2像素I單元構造的單位單元的圖像傳感器中，單位單元UC內的2個讀出晶體管22A、22B之中任意一方設成導通狀態，從單位單元UC內的2個光電二極管21A、21B之中與導通狀態的讀出晶體管22連接的光電二極管21向浮動傳播區6傳送信號電荷。
[0167]與來自光電二極管21的信號電荷的量對應，浮動傳播區6的電位FD變化。例如，傳送了信號電荷時的浮動傳播區6的電位比復位狀態時以及復位信號的鉗位時的浮動傳播區6的電位低。
[0168]浮動傳播區6的變化后的電位被施加至放大晶體管26的柵極。以與浮動傳播區6的電位FD的大小(來自光電二極管21的信號電荷量)對應的驅動力,放大晶體管26進行驅動。與施加了信號電荷量所對應的浮動傳播區6的電位FD的放大晶體管26的驅動力對應地，垂直信號線VSL的電位變動。
[0169]這樣，通過信號電荷的保持狀態的浮動傳播區6的電位FD驅動的來自放大晶體管26的輸出作為單位單元UC的輸出(像素信號)，被輸出至垂直信號線VSL。
[0170]基于定時控制電路131指示的動作定時，控制信號(采樣保持信號)S/Η設成H電平，輸出至垂直信號線VSL的像素信號被⑶S電路16米樣。
[0171]來自單位單元UC的復位信號與像素信號通過⑶S電路16的⑶S單元160進行⑶S處理，通過ADC電路17的ADC單元170進行AD轉換。由此，單位單元UC的輸出信號(像素信號)的噪聲被去除，單位單元UC的輸出信號從模擬信號轉換成數字數據(數字信號)。被轉換的數字數據被輸出至信號處理電路11。
[0172]通過與此相同的動作，基于定時控制電路15以及垂直移位寄存器13的控制，像素陣列12的行被依次切換，獲得與屬于被選擇的行的單位單元UC的復位信號以及像素信號相對的數字數據。取得的數據被向圖像傳感器10的后級的信號處理電路11輸出。
[0173]來自圖像傳感器10的數字數據通過信號處理電路11，實施例如鏡頭陰影修正、缺陷修正、噪聲減少處理。由此，形成像素陣列12的I幀量的圖像。
[0174]在此，示出了 I個單位單元UC內的2個光電二極管21A、21B在不同的動作定時，與浮動傳播區6導通的例子。但是，也可以以根據各自的光電二極管21A、21B的特性(例如，光靈敏度)以及彩色過濾器的布局、使光電二極管21A、21B同時與浮動傳播區6導通的方式，控制2個讀取控制線RDA、RDB的電位。
[0175]另外，在本實施方式中所述的圖像傳感器的動作僅是一個例子，當電容布線40以及電容元件40A如上述方式那樣被控制時，根據單位單元UC的電路結構、像素陣列12以及外圍電路的結構，圖像傳感器的動作可以適當變更。
[0176]通過如上所述的本實施方式的圖像傳感器的動作，獲得如下那樣的效果。
[0177]在本實施方式的圖像傳感器的動作中，來自單位單元UC的復位信號的輸出時，電容布線40從垂直信號線VSL電分離，電容布線40與浮動傳播區6之間的電容元件(電容耦合)40A的靜電電容被附加至浮動傳播區6。
[0178]在浮動傳播區6的復位信號的檢測時，通過由浮動傳播區6與電容布線40的電容耦合而形成的電容元件40A，增加浮動傳播區6的有效的靜電電容。
[0179]在單位單元的復位信號被鉗位前的定時，通過從垂直信號線VSL分離的電容布線40與某電位的垂直信號線VSL連接，電容布線40的電位被升壓。作為該結果，在本實施方式的圖像傳感器的動作中，通過在電容布線40與浮動傳播區6之間連接的電容元件40A，能夠使作為信號檢測部的浮動傳播區6的電位FD升壓。
[0180]因此，在本實施方式中，復位信號的鉗位時，以及從光電二極管21向浮動傳播區6傳送信號電荷前的浮動傳播區的電位，與一般的圖像傳感器進行比較，變成高的電位。
[0181]因此，例如，在為了提高暗的被攝體的攝像時的S/N比而使浮動傳播區的靜電電容(面積)減小的圖像傳感器中，即使對明亮的被攝體(亮度高的被攝體)進行攝影，大量的信號電荷從光電二極管21被傳送至浮動傳播區6時，也幾乎不產生由大量的信號電荷導致的浮動傳播區6的電位的過度下降所引起的從浮動傳播區6到光電二極管21的信號電荷的反流、光電二極管21內的信號電荷的殘留。
[0182]作為該結果，根據本實施方式的圖像傳感器，能夠遍及寬范圍地維持輸出信號的線性，能夠形成動態范圍寬的圖像。
[0183]因此，根據本實施方式的圖像傳感器的動作，能夠不增大圖像傳感器10的消耗功率，而使浮動傳播區6升壓，并且能夠擴大圖像傳感器中的浮動傳播區6的動態范圍以及源極跟隨器的輸出的動態范圍。
[0184]在本實施方式的圖像傳感器中，在來自單位單元(像素)的作為基準信號的復位信號的輸出時(鉗位時)以及像素信號的輸出時，電容布線40與垂直信號線VSL短路。在本實施方式中，通過電容布線40與垂直信號線VSL的短路，電容布線40與浮動傳播區6之間的有效靜電電容減小，附加有電容元件40A的靜電電容CC的浮動傳播區6的靜電電容有效地減小。電容元件40A的靜電電容CC從浮動傳播區6的靜電電容被移除。
[0185]由此，根據本實施方式的圖像傳感器的動作，防止與浮動傳播區6連接的電容元件(電容耦合)所引起的轉換增益的下降。
[0186]因此，根據第一實施方式的圖像傳感器的動作例，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質。
[0187](2)第二實施方式
[0188]參照圖7，對第二實施方式的固體攝像裝置進行說明。
[0189]在此，也適當使用圖1?圖6，對第二實施方式進行說明。另外，關于第二實施方式的結構要素，對與第一實施方式相同的結構要素，標記相同的符號，并省略相同的結構要素的說明。
[0190]本實施方式的固體攝像裝置包括的圖像傳感器的電路結構與第一實施方式相同。
[0191]圖7為表示第二實施方式的固體攝像裝置(例如，圖像傳感器)的動作例的定時圖。圖7的橫軸表示時間，圖7的縱軸表示各信號的電位(信號電平)。
[0192]如圖7所示，本實施方式的圖像傳感器為，光電二極管21所取得的像素信號的檢測/輸出時的升壓電壓Vboost設定成H電平，這與第一實施方式的圖像傳感器的動作例不同。
[0193]如圖7所示，在本實施方式的圖像傳感器中，與讀取控制信號Vread設定成H電平的定時實質上同步，晶體管43導通，并且，升壓電壓Vboost從L電平轉變成H電平(或者，規定的電平)。H電平的升壓電壓Vboost經由導通狀態的晶體管43被供給至與垂直信號線VSL短路的電容布線40。
[0194]由此，電容布線40的電位上升，經由電容元件40A，浮動傳播區6的電位上升。
[0195]另外，升壓電壓Vboost的大小不限于H電平(VDD)，也可以是H電平與L電平(VSS)的中間電位。
[0196]在本實施方式中，對讀出晶體管22的柵極施加H電平，從光電二極管21向浮動傳播區6傳送信號電荷時,浮動傳播區6的電位上升。
[0197]因此，由于在光電二極管21與浮動傳播區6之間產生較大的電位差，所以光電二極管21內的信號電荷的滯留消失。
[0198]作為該結果是，在本實施方式中，能夠抑制在光電二極管殘留的電荷所引起的殘留圖像那樣的、相對于圖像的噪聲在形成的圖像中產生的情況。
[0199]即使在第二實施方式的圖像傳感器以及其動作中，也與第一實施方式相同，來自單位單元UC的像素信號的檢測/讀取時，電容布線40與垂直信號線VSL短路，因此能夠抑制與浮動傳播區6連接的電容元件40A所引起的轉換增益的下降。
[0200]如上所述，根據第二實施方式，與第一實施方式相同，能夠提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質。
[0201](3)第三實施方式
[0202]參照圖8以及圖9，對第三實施方式的固體攝像裝置(例如，圖像傳感器)進行說明。
[0203]另外，關于第三實施方式的結構要素，對與第一以及第二實施方式相同的結構要素，標記相同的符號，并省略相同的結構要素的說明。
[0204]第三實施方式的圖像傳感器為，用于形成與浮動傳播區連接的電容元件的布線的結構與第一以及第二實施方式不同。
[0205]圖8以及圖9為表示第三實施方式的圖像傳感器的構造例的圖。
[0206]圖8為表示第三實施方式的圖像傳感器的平面構造的俯視圖。圖9為表示第三實施方式的圖像傳感器的截面構造的剖視圖。圖9示出了圖8的沿IX — IX線的截面構造。在圖9中，省略半導體基板上的層間絕緣膜的圖示。
[0207]第三實施方式的圖像傳感器為，以電容布線40在相對于半導體基板的表面垂直的方向上與信號檢測線FDL相鄰的方式，電容布線40設置于層間絕緣膜90內，這與第一實施方式的圖像傳感器不同。
[0208]例如，電容布線40設置于信號檢測線FDL所設置的第一布線水平面上方的第三布線水平面M3。
[0209]以電容布線40在相對于半導體基板30的表面垂直的方向上與信號檢測線FDL重疊的方式，電容布線40設置于第三布線水平面M3內。
[0210]中間布線50設置于電容布線40與信號檢測線FDL之間。中間布線50設置于第二布線水平面M2內。像素陣列12內的中間布線50的配置位置為，在相對于半導體基板30的表面垂直的方向上與信號檢測線FDL及電容布線40重疊。中間布線50經由插塞VP,與電容布線40連接。基于導電體(例如、插塞)的中間布線50與信號檢測線FDL之間的連接不存在。
[0211]在中間布線50與信號檢測線FDL之間，產生電容耦合。中間布線50與信號檢測線FDL之間的電容耦合作為在浮動傳播區6與電容布線40之間連接的電容元件40A而發揮作用。
[0212]為了在中間布線50與信號檢測線FDL之間形成規定大小的靜電電容CC的電容耦合，只要中間布線50與信號檢測線FDL重疊，則與中間布線50連接的電容布線40的整體也可以不與信號檢測線FDL重疊。也可以以不設置中間布線50、電容布線40在相對于半導體基板30的表面垂直的方向上與信號檢測線FDL重疊的方式，將電容布線40設置于第二布線水平面M2內。在這種情況下，在第一布線水平面Ml內的信號檢測線FDL與第二布線水平面M2內的電容布線40之間，產生作為電容元件40A的電容耦合。
[0213]通過將電容布線40設置為與設置有信號檢測線的布線水平面不同的布線水平面，能夠削減設置有信號檢測線的布線水平面(例如，第一布線水平面)內的布線數，能夠提高布線的設計布局的自由度。
[0214]例如，電容布線40設置成與第一布線水平面內的垂直信號線VSL不同的布線水平面，電容布線40從垂直信號線VSL離開。因此，能夠減少電容布線40與垂直信號線VSL之間的寄生電容。由此，能夠抑制由電容布線40與垂直信號線VSL之間的寄生電容引起的在垂直信號線VSL中產生噪聲的情況。
[0215]另外，本實施方式的圖像傳感器能夠應用在第一以及第二實施方式所述的圖像傳感器的動作。
[0216]如上所述，根據第三實施方式的固體攝像裝置，能夠與第一實施方式的固體攝像裝置相同地提高通過圖像傳感器形成的圖像的品質。
[0217](4)變形例
[0218]參照圖10以及圖11，對實施方式的固體攝像裝置的變形例進行說明。另外，對本變形例的固體攝像裝置包括的結構要素，標記與第一以及第二實施方式相同的結構要素相同的參考符號，根據需要進行該結構要素的說明。
[0219]圖像傳感器的像素陣列的電路結構也可以是I像素I單元構造。
[0220]圖10以及圖11為表示在本實施方式的圖像傳感器的變形例中的、I像素I單元構造的像素陣列的電路結構的等效電路圖。
[0221]如圖10所示，I像素I單元構造的單位單元UC內含有的光電二極管21的個數為I個。另外，以與光電二極管21對應的方式，I個讀出晶體管22設置于單位單元內。
[0222]另外，如圖11所示，放大晶體管26與尋址晶體管25的連接順序也可以與圖10所示的例子相反。
[0223]圖11的圖像傳感器10為，放大晶體管26的電流路徑的一端與垂直信號線VSL直接連接，放大晶體管26的電流路徑的另一端經由尋址晶體管25的電流路徑與電源端子VDD連接。尋址晶體管25的電流路徑經由放大晶體管26的電流路徑與垂直信號線VSL連接。
[0224]另外，各單位單元UC也可以不包括尋址晶體管5。在單位單元UC不包括尋址晶體管5的情況下，也可以不設置地址信號線ADR。
[0225]單位單元UC也可以如4像素I單元構造或8像素I單元構造那樣，為I個單位單元包括3個以上的像素(光電二極管)的電路結構(多像素I單元構造)。在包括多個像素的單位單元內，3個以上的光電二極管共有I個浮動傳播區以及復位晶體管、放大晶體管以及尋址晶體管。在包括多個像素的單位單元中，對各光電二極管，設置有I個讀出晶體管。
[0226]即使在如圖10以及圖11所示的圖像傳感器中，電容布線40設置于圖像傳感器10內，電容元件40A連接于電容布線40與各浮動傳播區6之間。
[0227]如圖10以及圖11所示的圖像傳感器的動作時，來自單位單元UC的復位信號的輸出時，電容布線40從垂直信號線VSL電分離。由此，通過與浮動傳播區6連接的電容元件40A,能夠使浮動傳播區6升壓，提高動態范圍。
[0228]進而，來自單位單元UC的像素信號的輸出時，電容布線40與垂直信號線VSL電連接。由此，防止與浮動傳播區6連接的電容元件40A所引起的轉換增益的下降。
[0229]如上所述，即使如圖10以及圖11所示的變形例的圖像傳感器那樣，單位單元的內部結構變化，也能夠與上述的實施方式相同地提高圖像傳感器的畫質。
[0230](5)應用例
[0231]使用圖12，對實施方式涉及的固體攝像裝置的應用例進行說明。
[0232]圖12為用于說明本實施方式的固體攝像裝置的應用例的示意圖。
[0233]圖12為表示包括本實施方式的固體攝像裝置(例如、圖像傳感器)10的相機模塊以及數碼相機的結構例的框圖。
[0234]各實施方式的圖像傳感器10被模塊化，并搭載于數碼相機900內。在下面，將包括本實施方式的圖像傳感器10的模塊叫做相機模塊。
[0235]如圖12所示，包含本實施方式的圖像傳感器10 (以及信號處理電路)的相機模塊CM搭載于數碼相機900內。
[0236]數碼相機900包括圖像處理電路(ISP) 102、存儲器103、顯示器104以及控制器105。
[0237]圖12的相機模塊CM除圖像傳感器10之外，還包括光學透鏡單元(攝像光學系統)101。
[0238]光學透鏡單元101將入射光(來自被攝體的光)會聚到本實施方式的圖像傳感器10，使與入射光對應的被攝體圖像在圖像傳感器10上成像。光學透鏡單元101包括多個透鏡。通過相對各透鏡的機械性或者電氣性的控制，能夠控制光學透鏡單元101的光學特性(例如，焦距)。
[0239]ISP102處理通過相機模塊CM的攝像而得到的圖像信號。存儲器103存儲來自ISP102的信號。存儲器103也能夠存儲從外部給予的信號以及數據。由ISP102信號處理后的數據在相機模塊CM內被反饋控制。圖1的信號處理電路11也可以設置于ISP102內。
[0240]在顯示器(例如、液晶顯示器)104中，顯示來自ISP102的信號或者來自存儲器103的信號。從ISP102以及存儲器103輸出至顯示器104的信號為圖像傳感器10所取得的與來自被攝體的光對應的圖像數據(靜態圖像數據或者動態圖像數據)。控制器105控制相機模塊內的各構成部101?104的動作。
[0241]相機模塊CM除數碼相機900以外，還能夠應用到例如帶相機的便攜終端、帶相機的個人計算機以及車載相機等的電子設備中。
[0242]如上所述，實施方式的固體攝像裝置能夠應用到相機模塊以及數碼相機中。
[0243]對本發明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是僅作為例子而提出的，并沒有意圖限定發明的范圍。實際上，這些實施方式可以以其他各種方式進行實施，進而在不超出發明主旨的范圍內，可進行各種省略、置換以及變更。這些實施方式及其變形包括在發明的范圍和主旨內，同樣，也包括在權利要求書和與其等同的范圍內。
【權利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 單位單元，該單位單元包括根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部； 垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號；以及第一布線，經由電容元件與上述信號檢測部連接， 在上述復位信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給時，上述第一布線從上述垂直信號線電分離， 在上述復位信號被采樣前，上述第一布線與上述垂直信號線連接， 在上述第一布線與上述垂直信號線連接的狀態下，上述像素信號從上述單位單元向上述垂直信號線供給，供給至上述垂直信號線的上述像素信號被采樣。
2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述信號電荷向上述信號檢測部供給時， 對上述第一布線施加比基準電位大的電壓。
3.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在從上述單位單元向上述垂直信號線供給上述像素信號時， 對上述第一布線施加基準電位。
4.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 上述單位單元包括第一晶體管，該第一晶體管具有經由上述第二布線與上述信號檢測部連接的柵極以及與上述垂直信號線連接的電流路徑。
5.如權利要求4所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件由上述第一布線與上述第二布線之間的電容耦合而形成。
6.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述第一布線從上述垂直信號線電分離的情況下，上述電容元件的靜電電容被附加到上述信號檢測部。
7.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在上述第一布線與上述垂直信號線電連接的情況下，上述電容元件的靜電電容從上述信號檢測部移除。
8.—種固體攝像裝置，具備: 單位單元，該單位單元包括設置于半導體基板內且根據入射的光生成信號電荷的光電轉換元件和設置于上述半導體基板內且檢測上述光電轉換元件的信號的信號檢測部； 垂直信號線，被供給上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的復位信號及上述信號檢測部的上述信號電荷的保持狀態下的上述單位單元的像素信號，并且該垂直信號線設置于半導體基板上的層間絕緣膜； 電容元件，連接于上述信號檢測部與第一布線之間；以及 第二布線，與上述信號檢測部連接。
9.如權利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件為上述第一布線與上述第二布線之間的電容耦合。
10.如權利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述第二布線設在與上述第一布線相同的布線水平面內，且在相對于上述半導體基板的表面平行的方向上與上述第一布線相鄰。
11.如權利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 上述第二布線設置于與上述第一布線不同的布線水平面內，且在相對于上述半導體基板的表面垂直的方向上與上述第一布線相鄰。
12.如權利要求11所述的固體攝像裝置，其中， 在相對于上述半導體基板的表面垂直的方向上，在上述第一布線與上述第二布線之間設置有第三布線，上述第三布線與上述第二布線連接。
13.如權利要求12所述的固體攝像裝置，其中， 上述電容元件為上述第一布線與上述第三布線之間的電容耦合。
14.如權利要求8所述的固體攝像裝置，其中， 包括第一晶體管，該第一晶體管具有經由上述第二布線與上述信號檢測部連接的柵極以及與上述垂直信號線連接的電流路徑。
15.一種固體攝像裝置的控制方法，包括: 在單位單元內所包含的光電轉換元件內積聚信號電荷，上述信號電荷基于入射到光電轉換元件的光而生成； 以電容元件的靜電電容被附加到上述單位單元內所包含的信號檢測部的狀態，將上述單位單元的復位信號向上述單位單元所連接的垂直信號線輸出，上述復位信號為上述信號檢測部的復位狀態下的上述單位單元的信號； 在上述復位信號被信號處理單元采樣前，將上述電容元件的靜電電容從浮動傳播區移除；以及 在上述復位信號被上述信號處理單元采樣后，將從上述信號檢測部去除了上述電容元件的靜電電容的狀態下的上述單位單元的像素信號向上述垂直信號線供給，上述像素信號與上述信號檢測部所保持的上述信號電荷的量對應。
16.如權利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述電容元件的靜電電容從上述浮動傳播區移除后，上述像素信號從上述光電轉換元件輸出至上述信號檢測部。
17.如權利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在從上述信號檢測部去除了上述電容元件的電容時，上述信號檢測部的電位被升壓。
18.如權利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述信號電荷從上述光電轉換元件向上述信號檢測部供給時，對電容元件的一端施加基準電位以上的電壓。
19.如權利要求15所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 上述電容元件由從上述垂直信號線分離的第一布線與上述垂直信號線所連接的第二布線之間的電容耦合而形成。
20.如權利要求19所述的固體攝像裝置的控制方法，其中， 在上述電容元件的靜電電容從上述信號檢測部移除時，上述垂直信號線經由導通狀態的開關與上述第一布線連接。
【文檔編號】H04N5/374GK104469198SQ201410084541
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】山下浩史, 樽木久征 申請人:株式會社東芝