攝像裝置與信號(hào)處理方法
【專利說(shuō)明】攝像裝置與信號(hào)處理方法
關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的記載
[0001] 本申請(qǐng)主張對(duì)于2014年9月10日提交的日本專利申請(qǐng)第2014-184370號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容引用于本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及攝像裝置與信號(hào)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體-Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器是一種固體攝像裝置。近年來(lái)，伴隨圖像傳感器的微型化，存在靈敏度降低的情況。為了解決該問(wèn)題，采用有機(jī)膜等的光電轉(zhuǎn)換膜的層疊式攝像裝置的開發(fā)正在推進(jìn)中。在層疊式攝像裝置中，光電轉(zhuǎn)換膜被層疊在形成了晶體管的半導(dǎo)體襯底上。因此，既可以減小每個(gè)像素的面積，又可以有效地感光。所以，即使將像素微型化，也可期待靈敏度的降低得到抑制。
[0003]作為實(shí)現(xiàn)層疊式攝像裝置的一種方法，考慮到在采用光電二極管的傳統(tǒng)的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)中將光電二極管換成光電轉(zhuǎn)換膜的方法。根據(jù)該方法，為了將光電轉(zhuǎn)換膜的電極與半導(dǎo)體襯底上的復(fù)位用晶體管的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(源極-漏極)電連接，必須在復(fù)位用晶體管的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)形成高濃度雜質(zhì)區(qū)。
[0004]如果在復(fù)位用晶體管的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)形成高濃度雜質(zhì)區(qū)，該高濃度雜質(zhì)區(qū)就形成為位阱。因此，由光電轉(zhuǎn)換膜得到的電荷的一部分就被高濃度雜質(zhì)區(qū)捕獲，就會(huì)出現(xiàn)難以將這些電荷有效檢測(cè)的情況。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是表示第一實(shí)施例的攝像裝置的總體結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖2是表示第一實(shí)施例的攝像裝置中所設(shè)像素的電路結(jié)構(gòu)例的示圖。
圖3是表示第一實(shí)施例的攝像裝置中所設(shè)像素的器件結(jié)構(gòu)例的示圖。
圖4是表示第一實(shí)施例的攝像裝置的一例工作流程的流程圖。
圖5是表示用來(lái)說(shuō)明第一實(shí)施例的攝像裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。
圖6A是表示第一實(shí)施例的攝像裝置動(dòng)作的各過(guò)程中像素內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的電位之一例的示圖。
圖6B是表示第一實(shí)施例的攝像裝置動(dòng)作的各過(guò)程中像素內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的電位之一例的示圖。
圖6C是表示第一實(shí)施例的攝像裝置動(dòng)作的各過(guò)程中像素內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的電位之一例的示圖。
圖6D是表示第一實(shí)施例的攝像裝置動(dòng)作的各過(guò)程中像素內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的電位之一例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供可有效檢測(cè)由光電轉(zhuǎn)換膜獲得的電荷的攝像裝置與信號(hào)處理方法。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置包括半導(dǎo)體襯底、光電轉(zhuǎn)換膜、第一晶體管、第一電容器、第二電容器、初始化電路部和控制部。所述光電轉(zhuǎn)換膜層疊在半導(dǎo)體襯底上。所述第一晶體管的柵極與所述光電轉(zhuǎn)換膜電連接。所述第一電容器與所述第一晶體管的漏極電連接。所述第二電容器與所述第一晶體管的源極電連接。所述初始化電路部將所述第一電容器的第一電荷量和所述第二電容器的第二電荷量分別初始化，以使所述第一電容器的第一電荷量和所述第二電容器的第二電荷量的總量恒定，并且使所述第二電容器的第二電荷量達(dá)到規(guī)定量。在由所述初始化電路部進(jìn)行初始化后，所述控制部使第一電荷按照所述光電轉(zhuǎn)換膜因曝光而產(chǎn)生的第二電荷的量通過(guò)所述第一晶體管從所述第二電容器向所述第一電容器移動(dòng)。所述信號(hào)處理部根據(jù)所述第一電容器的電壓生成基于由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的第二電荷的量的信號(hào)分量。
[0008]以下，參照【附圖說(shuō)明】實(shí)施例的攝像裝置與信號(hào)處理方法。
在以下說(shuō)明中，實(shí)施例的攝像裝置的部件之間的電連接可以是直接連接，也可以為間接連接。例如，在M0S晶體管的源極與電容器的電極連接的情況下，形成M0S晶體管源極的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)可以與形成電容器電極的構(gòu)件直接連接，M0S晶體管的源極和電容器的電極也可以經(jīng)由其他任意的導(dǎo)電構(gòu)件間接連接。
[0009](第一實(shí)施例)
圖1是表示第一實(shí)施例的攝像裝置1的總體結(jié)構(gòu)例的框圖。
攝像裝置1設(shè)有像素陣列2、垂直掃描部3、水平掃描部4和控制部5。像素陣列2包括矩陣狀排列的多個(gè)像素20。在像素陣列2的行方向，設(shè)有將從垂直掃描部3輸出的選擇信號(hào)SEL傳送給像素20的多條選擇信號(hào)線3-Α1，3-Α2，…，3_An(n為自然數(shù))。以下，選擇信號(hào)線3-Ai(i為滿足1蘭i蘭η的自然數(shù))指多條選擇信號(hào)線3-Α1，3-Α2，-,3-Αη中的一條。
[0010]在像素陣列2的行方向，與上述多條選擇信號(hào)線3-Α1，3-Α2，…，3_Αη平行地設(shè)有用來(lái)傳送從垂直掃描部3輸出的復(fù)位信號(hào)組RST和控制信號(hào)CTL的多條控制信號(hào)線3-Β1，
3-Β2，…，3-Βη。以下，控制信號(hào)線3_Bi指多條控制信號(hào)線3_B1，3_B2，…，3_Bn中的一條。
[0011]在像素陣列2的列方向，設(shè)有將從像素20輸出的像素信號(hào)(未標(biāo)示)傳送給水平掃描部4的多條像素信號(hào)線4-1，4-2，…，4-m(m為自然數(shù))。以下，像素信號(hào)線4_j (j為滿足1 f j fm的自然數(shù))指多條像素信號(hào)線4-1，4-2，…，4-m中的一條。
構(gòu)成像素陣列2的多個(gè)像素20配置在多條選擇信號(hào)線3-Α1，3-Α2，…，3_An與多條像素?目號(hào)線4_1，4_2，…，4_m的交叉區(qū)域。
[0012]圖2是表示第一實(shí)施例的攝像裝置1中所設(shè)像素20的電路結(jié)構(gòu)例的示圖。圖2中，列放大器40-j為圖1所示的水平掃描部4的部件，是分別與像素信號(hào)線4-1，4-2，…，
4-m連接的列放大器中的一個(gè)。圖2中，示出了與像素信號(hào)線4-j連接的一個(gè)像素20的結(jié)構(gòu)，在像素信號(hào)線4-j上連接有與圖1所示的像素陣列2的1列的量相當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)像素20。
[0013]上述的垂直掃描部3給像素20提供第一復(fù)位信號(hào)RSTA、第二復(fù)位信號(hào)RSTB、第三復(fù)位信號(hào)RSTC、控制信號(hào)CTL和選擇信號(hào)SEL。并且，像素20被供給第一復(fù)位電壓VRSTA、第二復(fù)位電壓VRSTB、基準(zhǔn)電壓VREF、偏置電壓VBIS和地電位(GND)。在第一實(shí)施例中，為了使說(shuō)明容易理解，設(shè)第一復(fù)位電壓VRSTAS 0.8V、第二復(fù)位電壓VRSTBS 2.5V、基準(zhǔn)電壓VREF為1.0V、偏置電壓VBIS為10V。在第一實(shí)施例中，第一復(fù)位電壓V RSTA、第二復(fù)位電壓VRSTB、基準(zhǔn)電壓VREF的大小關(guān)系被設(shè)定為VRSTB>VREF>VRSTA。只要滿足了這樣的條件，上述第一復(fù)位電壓VRSTA、第二復(fù)位電壓VRSTB、基準(zhǔn)電壓VREF的各值可以任意地設(shè)定。并且，只要可以使后述的光電轉(zhuǎn)換膜(光電轉(zhuǎn)換部)21的內(nèi)部產(chǎn)生的電荷量(空穴-電子對(duì))移動(dòng)到光電轉(zhuǎn)換膜21的電極，偏置電壓VBIS的值可以任選。
[0014]像素20包括光電轉(zhuǎn)換膜21、n溝道型的M0S晶體管22，23，25，27，28、第一電容器24和第二電容器26。假定光電轉(zhuǎn)換膜21由有機(jī)膜構(gòu)成。不受此例限定，可以使用任意的光電轉(zhuǎn)換膜，只要能層疊在半導(dǎo)體襯底上即可。光電轉(zhuǎn)換膜21的第一電極(陰極)被施加10V電壓作為偏置電壓VBIS。光電轉(zhuǎn)換膜21的第二電極(陽(yáng)極)與M0S晶體管25的柵極連接。光電轉(zhuǎn)換膜21在曝光時(shí)一經(jīng)受到光照射，光電轉(zhuǎn)換膜21上就產(chǎn)生空穴-電子對(duì)，由電子形成的負(fù)電荷經(jīng)由第一電極(陰極)被具有偏置電壓VBIS的供給電源吸收。并且，由空穴形成的正電荷從光電轉(zhuǎn)換膜21的第二電極(陽(yáng)極)輸出，供給M0S晶體管25的柵極。
[0015]M0S晶體管22的漏極被施加0.8V的電壓作為第一復(fù)位電壓VRSTA，M0S晶體管22的柵極被施加第一復(fù)位信號(hào)RSTA。M0S晶體管22的源極連接于光電轉(zhuǎn)換膜21的第二電極(陽(yáng)極)，又連接于M0S晶體管25的柵極。
[0016]M0S晶體管23的漏極被施加2.5V的電壓作為第二復(fù)位電壓VRSTB，M0S晶體管23的柵極被施加第二復(fù)位信號(hào)RSTB。M0S晶體管23的源極與M0S晶體管25的漏極連接。在第一實(shí)施例中，如后所述，M0S晶體管23的源極與形成第一電容器24的M0S電容器的襯底側(cè)電極和M0S晶體管25的漏極一體地形成在半導(dǎo)體襯底上，M0S晶體管23的源極經(jīng)由形成第一電容器24的M0S電容器的襯底側(cè)電極與M0S晶體管25的漏極連接。
[0017]M0S晶體管27的漏極與M0S晶體管25的源極連接，M0S晶體管27的柵極被施加第三復(fù)位信號(hào)RSTC。在第一實(shí)施例中，如后所述，M0S晶體管27的漏極與形成第二電容器26的M0S電容器的襯底側(cè)電極和M0S晶體管25的源極一體地形成在半導(dǎo)體襯底上，M0S晶體管27的漏極經(jīng)由形成第二電容器26的M0S電容器的襯底側(cè)電極與M0S晶體管25的源極連接。M0S晶體管27的源極被施加1.0V的電壓作為基準(zhǔn)電壓VREF。
[0018]第一電容器24包括隔著絕緣體對(duì)置的第一電極和第二電極。第一電容器24的第一電極電連接于M0S晶體管25的漏極。第一電容器24的第二電極被固定在預(yù)定電位(例如地電位)上。因此，第一電容器24被電連接在M0S晶體管25的漏極與預(yù)定電位之間。第一電容器24是具有平面結(jié)構(gòu)的M0S (金屬氧化膜半導(dǎo)體:Metal Oxide Semiconductor)電容器。第一電容器24的第一電極為M0S電容器的襯底側(cè)電極，第一電容器24的第二電極為M0S電容器的柵極側(cè)電極。但是，第一電容器24也可以為具有溝道結(jié)構(gòu)的例如Μ頂(金屬-絕緣體-金屬:Metal Insulator Metal)電容器等的電容器。
[0019]第二電容器26包括隔著絕緣體對(duì)置的第一電極和第二電極。第二電容器26的第一電極連接于M0S晶體管25的源極。第二電容器26的第二電極被施加控制信號(hào)CTL。第二電容器26為具有平面結(jié)構(gòu)的MOS (Metal Oxide Semiconductor)電容器。第二電容器26的第一電極為M0S電容器的襯底側(cè)電極，第二電容器26的第二電極為M0S電容器的柵極側(cè)電極。但是，第二電容器26也可以為具有溝道結(jié)構(gòu)的例如Μ頂(M