攝像元件和攝像裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種攝像元件，其包括光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被形成于像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷。而且，所述攝像元件還包括晶體管，所述晶體管被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷。所述攝像元件的所述光電轉(zhuǎn)換部可以被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。
【專利說明】
攝像元件和攝像裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及攝像元件和攝像裝置，并且具體地，涉及能夠在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗的攝像元件和攝像裝置。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求2014年2月25日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP2014-034369的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，且將該日本專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0004]近來，隨著生產(chǎn)技術(shù)逐步提高，電子設(shè)備和/或電子電路已變得更小并且消耗更少的電力。此外，進(jìn)一步期望的是設(shè)計(jì)出能夠消耗更少電力的攝像元件。
[0005]然而，在為了實(shí)現(xiàn)低電力消耗而單純地減小或降低電源電位的攝像元件中，像素特性也會(huì)發(fā)生變化，并且被讀出的圖像的圖像品質(zhì)可能會(huì)顯著變差。因此，已經(jīng)考慮了通過把被配置成進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收元件連接至負(fù)電源來降低噪聲和執(zhí)行低電壓驅(qū)動(dòng)(例如，參見專利文獻(xiàn)I)。
[0006]引用文獻(xiàn)列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:JP2009-117613A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]要解決的技術(shù)問題
[0010]然而，在如專利文獻(xiàn)I所披露的這樣的構(gòu)造中，當(dāng)接地電位為負(fù)時(shí)，像素中的各個(gè)晶體管的操作特性可能不同于當(dāng)光接收元件的接地電位為OV時(shí)的構(gòu)造中的操作特性。而且，在這樣的實(shí)施方式中，必須使用耗盡型晶體管。因此，在采用專利文獻(xiàn)I中所披露的構(gòu)造的情況下，因?yàn)椴豢赡苁褂卯?dāng)光接收元件的接地電位是OV時(shí)的晶體管的同樣的操作特性，所以必須重新設(shè)計(jì)各個(gè)晶體管的操作特性以便使像素特性變成最佳。因此，可能引起操作上的困難和圖像品質(zhì)變差。
[0011]鑒于上述情形，為了在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗而提出了本發(fā)明。
[0012]解決問題的技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明的攝像元件包括像素區(qū)域，在所述像素區(qū)域中在阱上形成有光電轉(zhuǎn)換部和晶體管以作為單位像素，所述光電轉(zhuǎn)換部被配置用于對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所述晶體管被配置用于控制積累于所述光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的傳輸。其中，所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的阱電位，并且所述像素區(qū)域的所述阱電位被設(shè)定為負(fù)電位。
[0014]本發(fā)明可以進(jìn)一步包括位于所述像素區(qū)域外面的區(qū)域中的周邊電路區(qū)域，在所述周邊電路區(qū)域中形成有如下的電路:來自所述單位像素的所述電荷作為信號(hào)而被傳輸至該電路。其中，所述像素區(qū)域的所述阱電位可以被設(shè)定成使得所述像素區(qū)域的所述阱電位低于所述周邊電路區(qū)域的阱電位。
[0015]包含所述光電轉(zhuǎn)換部和所述晶體管在內(nèi)的電路的電源電位能夠被配置成使得該電源電位與所述周邊電路區(qū)域中的上述電路的電源電位相同。
[0016]上述電路可以包括A/D轉(zhuǎn)換部，所述A/D轉(zhuǎn)換部被配置成對(duì)從所述單位像素傳輸過來的所述信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0017]本發(fā)明可以包括彼此疊加或?qū)盈B起來的多個(gè)半導(dǎo)體基板，其中所述像素區(qū)域和所述周邊電路區(qū)域可以分別形成在這些半導(dǎo)體基板上。
[0018]所述周邊電路區(qū)域中可以進(jìn)一步包括如下的負(fù)電位生成部:該負(fù)電位生成部被配置成產(chǎn)生所述像素區(qū)域的所述阱電位。
[0019]所述光電轉(zhuǎn)換部可以包括光電二極管，所述光電二極管被連接至所述像素區(qū)域的所述阱電位;讀出晶體管，它被配置成控制從所述光電二極管的讀出；復(fù)位晶體管，從所述光電二極管讀取的電荷被傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述復(fù)位晶體管被配置成使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位;放大晶體管，它被配置成放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位;和選擇晶體管，它被配置成控制從所述放大晶體管輸出的信號(hào)的傳輸。
[0020]當(dāng)所述讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)所述讀出晶體管的柵極電位可以被設(shè)定成使得該柵極電位低于所述像素區(qū)域的所述阱電位。
[0021 ]所述周邊電路區(qū)域中可以包括如下的負(fù)電位生成部:該負(fù)電位生成部被配置成產(chǎn)生當(dāng)所述讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的所述柵極電位。
[0022]本發(fā)明的攝像裝置包括攝像元件和圖像處理部。所述攝像元件包括像素區(qū)域，在所述像素區(qū)域中在阱上形成有光電轉(zhuǎn)換部和晶體管以作為單位像素，所述光電轉(zhuǎn)換部被配置用于對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所述晶體管被配置用于控制積累于所述光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的傳輸。所述光電轉(zhuǎn)換部可以被連接至所述像素區(qū)域的阱電位，其中所述像素區(qū)域的所述阱電位可以被設(shè)定或配置為負(fù)電位。所述圖像處理部被配置成對(duì)于被攝對(duì)象的圖像執(zhí)行圖像處理。
[0023]在本發(fā)明的一方面中，在攝像元件中，在像素區(qū)域中的阱上形成有光電轉(zhuǎn)換部和晶體管以作為單位像素，所述光電轉(zhuǎn)換部被配置用于對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所述晶體管被配置用于控制積累于所述光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的傳輸。所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的阱電位，并且所述像素區(qū)域的所述阱電位被設(shè)定為負(fù)電位。
[0024]在本發(fā)明的另一方面中，在攝像裝置中，在像素區(qū)域中的阱上形成有光電轉(zhuǎn)換部和晶體管以作為單位像素，所述光電轉(zhuǎn)換部被配置用于對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所述晶體管被配置用于控制積累于所述光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的傳輸。所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的阱電位，并且所述像素區(qū)域的所述阱電位被設(shè)定為負(fù)電位。在所述像素區(qū)域中獲得的被攝對(duì)象的圖像可以受到進(jìn)一步的圖像處理。
[0025]本發(fā)明的又一方面提供了一種攝像元件。該攝像元件可以包括光電轉(zhuǎn)換部和晶體管，所述光電轉(zhuǎn)換部被形成于像素區(qū)域內(nèi)并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷，所述晶體管被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷。所述光電轉(zhuǎn)換部可以被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。
[0026]本發(fā)明的再一方面提供了一種電子裝置。該電子裝置可以包括:光學(xué)單元，它具有一個(gè)或多個(gè)透鏡;模數(shù)(analog to digital)轉(zhuǎn)換器單元；以及圖像傳感器單元，它包括多個(gè)單位像素，所述多個(gè)單位像素被形成于像素區(qū)域中并且以二維矩陣的方式布置著。所述多個(gè)單位像素中的每個(gè)單位像素可以包括光電轉(zhuǎn)換部和晶體管，所述光電轉(zhuǎn)換部被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷，所述晶體管被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷。所述光電轉(zhuǎn)換部可以被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。
[0027]本發(fā)明的另外一方面提供了一種攝像元件。所述攝像元件可以包括:光電轉(zhuǎn)換部，它被連接至像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷;浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，它被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓;復(fù)位晶體管，它被配置成使積累于所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中的電荷量初始化;讀出晶體管，它被配置成把來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷傳輸至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域;負(fù)電壓發(fā)生器;和開關(guān)。其中，在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的柵極電連接至公共電源電位，并且在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的所述柵極電連接至由所述負(fù)電壓發(fā)生器提供的負(fù)電位，該負(fù)電位小于所述公共電源電位和所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。
[0028]本發(fā)明的有益效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提高分辨率和/或使圖像采集時(shí)間更快。
【附圖說明】
[0030]圖1是圖示了攝像元件的主要構(gòu)造示例的圖。
[0031]圖2是圖示了攝像元件的另一構(gòu)造示例的圖。
[0032I圖3是圖示了各種電位的示例的圖。
[0033]圖4是圖示了在圖3的情況下的電位的示例的圖。
[0034]圖5是圖不了各種電位的另一不例的圖。
[0035]圖6是圖示了在圖5的情況下的電位的示例的圖。
[0036]圖7是圖示了攝像元件的又一構(gòu)造示例的圖。
[0037]圖8是圖示了攝像元件的再一構(gòu)造示例的圖。
[0038]圖9是圖示了負(fù)電壓生成部的示例的圖。
[0039]圖10是圖示了負(fù)電壓生成部的另一示例的圖。
[0040]圖11是圖示了各種電位的又一示例的圖。
[0041 ]圖12是圖示了在圖11的情況下的電位的示例的圖。
[0042]圖13是圖示了攝像元件的另外一構(gòu)造示例的圖。
[0043]圖14是圖示了在圖13的情況下的電路示例的圖。
[0044]圖15是圖示了攝像裝置的主要構(gòu)造示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]在下文中，將說明用于實(shí)施本發(fā)明的方案(以下，稱為實(shí)施例)。需要注意的是，將按照下列順序進(jìn)行說明。
[0046]1.降低電源電位
[0047]2.第一實(shí)施例(攝像元件)
[0048]3.第二實(shí)施例(攝像元件)
[0049]4.第三實(shí)施例(攝像元件)
[0050]5.第四實(shí)施例(攝像裝置)
[0051 ] 1.降低電源電位
[0052]更低電位和像素特性
[0053]近來，隨著生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)逐步提高，電子設(shè)備和信息處理裝置等每一者都變小了并且趨向于消耗更少的電力；因此，例如作為它們的組成部分而被設(shè)置的電子電路也可以很小并且可以消耗較少的電力。同樣地，人們也期望采用消耗較少電力的攝像元件。
[0054]圖1圖示了攝像元件10的示例性構(gòu)造。如圖1所示，在攝像元件10中，像素部11將入射光光電轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且將該電信號(hào)提供給放大器部12。放大器部12放大由像素部11提供的電信號(hào)并且將放大后的電信號(hào)提供給讀出部13。然后，讀出部13可以對(duì)在放大器部12中放大后的電信號(hào)執(zhí)行模數(shù)(A/D:analog to digital)轉(zhuǎn)換并且讀取轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)以作為圖像數(shù)據(jù)。例如，在像素區(qū)域中形成有包括光電二極管和晶體管等的像素部11以及包括晶體管等的放大器部12以作為單位像素。讀出部13包括A/D轉(zhuǎn)換部等并且被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中以作為像素區(qū)域的周邊電路。
[0055]如圖1所示，像素部11、放大器部12和讀出部13采用公共的電源電位和公共的接地電位。即，像素部11的接地(以下，也稱為像素接地)的電位(例如，電壓電位)、放大器部12的接地的電位及讀出部13的接地(以下，也稱為電路接地)的電位是相同的或基本相同的。
[0056]在具有這樣的構(gòu)造的攝像元件10中，放大器部12和/或具有A/D轉(zhuǎn)換部等的讀出部13的電力消耗往往較大。因此，例如，當(dāng)為了減少這些部件的電力消耗而使電源電位(例如，電源電壓)減小或降低時(shí)(當(dāng)該電位被降低時(shí))，像素部11的電源電位也就被減小或降低了，并且像素電壓范圍變窄了。因此，諸如飽和電子Qs的數(shù)量或電荷傳輸?shù)耐耆缘认袼靥匦跃惋@著變差，并且攝像元件10中所獲得的圖像數(shù)據(jù)的品質(zhì)可能同樣變差。
[0057]使柵極電位變?yōu)樨?fù)電位
[0058]順便提及地，在諸如攝像元件10等中的單位像素中，存在著一種用于抑制噪聲的產(chǎn)生的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，在讀出晶體管用于控制光電二極管中的電荷的讀出的情況下，當(dāng)該讀出晶體管被關(guān)斷時(shí)，可以通過將柵極電位(例如，柵極電壓)切換成負(fù)電位(例如，負(fù)電壓)來抑制噪聲的產(chǎn)生。
[0059]圖2中圖示了攝像元件的一部分的示例性構(gòu)造。如圖2所示，在攝像元件20中，來自被攝對(duì)象的入射光在光電二極管(PD;photod1de)21中被執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并且被積累為電荷。讀出晶體管22控制光電二極管21中的電荷的讀出。通過讀出晶體管22而被讀取的電荷被提供給浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD;f loating diffus1n reg1n)。復(fù)位晶體管23使該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位。該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電荷被放大晶體管24放大以作為信號(hào)，并且通過選擇晶體管25而被提供給垂直信號(hào)線(VSL; vertical signal line)。該垂直信號(hào)線(VSL)通過電流源26而被連接至接地(以下，也稱為電路接地)，并且也被連接至可以安置于周邊電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC:analog to digital converter)27。由選擇晶體管25提供過來的電信號(hào)通過該垂直信號(hào)線而被提供給ADC 27并且被執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。然后，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(像素?cái)?shù)據(jù))而被輸出至例如攝像元件20的外部。讀出晶體管22的柵極電位可以利用開關(guān)29而被切換至電源電位(當(dāng)讀出晶體管22處于接通狀態(tài)時(shí))或低電壓參考電位(VRL)(當(dāng)讀出晶體管22處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí))。負(fù)電壓生成部28產(chǎn)生該VRL的電位。
[0060]在一個(gè)實(shí)施方案中，光電二極管21、讀出晶體管22、復(fù)位晶體管23、放大晶體管24和選擇晶體管25作為單位像素而被形成于像素區(qū)域中，并且電流源26、ADC 27、負(fù)電壓生成部28和開關(guān)29作為周邊電路而被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(也稱為周邊電路區(qū)域)中。[0061 ]如圖2所示，像素區(qū)域和周邊電路區(qū)域可以具有公共的電源電位。與光電二極管21連接的像素接地的講電位(well potential)、與電流源26、ADC 27及負(fù)電壓生成部28連接的電路接地的阱電位、以及像素區(qū)域的阱電位(即，讀出晶體管22的阱電位22A、復(fù)位晶體管23的阱電位23A、放大晶體管24的阱電位24A和選擇晶體管25的阱電位25A)是基本相同的。此外，當(dāng)讀出晶體管22處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，與開關(guān)29連接的所述VRL(即，當(dāng)讀出晶體管22處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的柵極電位)可以獨(dú)立于上述電位。
[0062]例如，如圖3所示，負(fù)電壓生成部28將所述VRL的電位設(shè)定為負(fù)電位以使得該電位低于電路接地等的電位。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，并且如圖3所示，電源電位被設(shè)定成2.7V，并且像素接地、電路接地和阱電位中的各者被設(shè)定成0V。另一方面，低電壓參考電位VRL被設(shè)定成-1.2V。以這樣的方式，并且如圖4所示，通過使當(dāng)讀出晶體管22處于接通狀態(tài)的情況與當(dāng)讀出晶體管22處于關(guān)斷狀態(tài)的情況這兩種情況之間的柵極電位差增大(例如，增大到3.9V)，可以使光電二極管21的飽和電子Qs的數(shù)量變得足夠多，并且可以實(shí)現(xiàn)電荷的完全傳輸。即，能夠抑制圖像品質(zhì)的變差。
[0063]然而，即使在增大柵極電位差的情況下，當(dāng)為了減少放大晶體管24、選擇晶體管
25、電流源26和ADC 27等(例如，電力消耗部)中的電力消耗而使電源電位減小或降低時(shí)，電源電位可以被減小到1.8V。如圖5所示，當(dāng)讀出晶體管22處于接通狀態(tài)時(shí)的情況與當(dāng)讀出晶體管22處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的情況這兩者情況之間的柵極電位差被減小了，并且例如，可以變成3V。因此，如圖6所示，光電二極管21的飽和電子Qs的數(shù)量變少，并且因此，想要使飽和電子Qs的數(shù)量變得足夠多和實(shí)現(xiàn)電荷的完全傳輸就會(huì)變得困難。即，圖像品質(zhì)會(huì)變差。
[0064]使光接收元件變?yōu)樨?fù)電位
[0065]專利文獻(xiàn)I披露了通過把被配置成進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收元件連接至負(fù)電源來降低噪聲和執(zhí)行低電壓驅(qū)動(dòng)。然而，在專利文獻(xiàn)I所說明的構(gòu)造中，因?yàn)榻拥仉娢皇秦?fù)的，所以像素中的各個(gè)晶體管的操作特性與在光接收元件的接地電位為OV的情況下的操作特性相比發(fā)生了很大變化。此外，因?yàn)橄袼貐^(qū)域的阱電位是0V，所以就必須使用具有負(fù)的柵極截止電壓(negative gate cut-off voltage)的耗盡型晶體管作為像素中的各個(gè)晶體管。因此，因?yàn)椴荒苁褂卯?dāng)光接收元件的接地電位是OV時(shí)為晶體管的操作特性而設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)值，所以當(dāng)接地電位為負(fù)時(shí)，必須采用新的設(shè)計(jì)以使得一個(gè)或多個(gè)像素特性是最佳的。此外，采用與在光接收元件的接地電位是OV的情況下的像素特性相當(dāng)?shù)南袼靥匦允遣豢尚械?，因此，像素特性和圖像品質(zhì)變差了。
[0066]2.第一實(shí)施例
[0067]使像素區(qū)域的阱電位變?yōu)樨?fù)電位
[0068]因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，攝像元件包括如下的像素區(qū)域，在該像素區(qū)域中在P型或N型阱(S卩，形成于基板區(qū)域中的阱)上形成有對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換部和用于控制積累于該光電轉(zhuǎn)換部中的電荷的傳輸?shù)木w管以作為單位像素。該光電轉(zhuǎn)換部被連接至像素區(qū)域的該阱電位，并且像素區(qū)域的該阱電位被設(shè)定為負(fù)電位。因此，就能夠抑制像素特性的變差，并且在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)也能夠減少電力消耗。
[0069]此外，例如，這樣的攝像元件還可以包括在像素區(qū)域外面的區(qū)域中的周邊電路區(qū)域，在該周邊電路區(qū)域中形成有如下的電路:上述電荷作為信號(hào)從單位像素被傳輸給該電路，并且像素區(qū)域的阱電位可以被設(shè)定成比周邊電路區(qū)域的阱電位低的電位。在攝像元件包括除了像素區(qū)域的構(gòu)造以外的周邊電路的情況下，通過以這樣的方式設(shè)定各個(gè)區(qū)域的阱電位，即使當(dāng)周邊電路區(qū)域的電源電位與接地電位之間的電位差被減小或降低時(shí)，也能夠維持像素區(qū)域的電源電位與接地電位之間的電位差。因此，能夠抑制像素特性的變差，并且能夠在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0070]而且，在這樣的攝像元件中，在難以將兩個(gè)區(qū)域的電源電位設(shè)計(jì)成彼此不同的情況下，包括光電轉(zhuǎn)換部和晶體管的像素區(qū)域中的電路的電源電位可以被設(shè)定成與周邊電路區(qū)域中的電路的電源電位的電位基本相同的電位。如上所述，通過使兩個(gè)區(qū)域的電源電位變得相同并且通過將像素區(qū)域的阱電位(接地電位)設(shè)定成比周邊電路區(qū)域的阱電位(接地電位)低的負(fù)電位，就能夠使用在光接收元件的接地電位是OV的情況下的構(gòu)造設(shè)計(jì)值(例如，圖1的示例中的構(gòu)造設(shè)計(jì)值)，并且還能夠在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，這樣的攝像元件可以包括A/D轉(zhuǎn)換部以作為周邊電路區(qū)域中的電路，該A/D轉(zhuǎn)換部被配置成執(zhí)行從單位像素傳輸過來的信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)攝像元件包括會(huì)消耗大量電力的諸如A/D轉(zhuǎn)換部等電路以作為周邊電路時(shí)，減小或降低電源電位還會(huì)使電力消耗減少。因此，采用上述構(gòu)造和在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗就變得十分重要。
[0072]此外，這樣的攝像元件還可以在周邊電路區(qū)域中包括負(fù)電位生成部，該負(fù)電位生成部產(chǎn)生像素區(qū)域的阱電位。通過在攝像元件的內(nèi)部中產(chǎn)生像素區(qū)域的阱電位(負(fù)電位)，就不必在攝像元件的外部中產(chǎn)生負(fù)電位。因此，就能夠在攝像元件包括當(dāng)光接收元件的接地電位是OV時(shí)的構(gòu)造(例如，圖1的示例中的構(gòu)造)的情況下，在電路中采用應(yīng)用了本技術(shù)的攝像元件。因此，提高了攝像元件的通用性，并且可以更容易地設(shè)計(jì)攝像元件的周邊中的電路，這就可以減少相關(guān)的設(shè)計(jì)成本。
[0073]攝像元件
[0074]圖7中圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的這樣的攝像元件的構(gòu)造示例。圖7中所示的攝像元件100是一種對(duì)從被攝對(duì)象傳輸過來的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且將轉(zhuǎn)換后的光作為圖像數(shù)據(jù)輸出的設(shè)備。如圖7所示，攝像元件100包括像素部101、放大器部102、讀出部(A/D轉(zhuǎn)換部)103和負(fù)電壓發(fā)生器(例如，負(fù)電壓生成部104)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，像素部101包括具有光電二極管和晶體管等的電路，并且像素部1I被形成為像素區(qū)域中的單位像素。放大器部1 2可以包括具有晶體管和電流源等的電路，并且放大器部102可以被形成于像素區(qū)域中和/或像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中。讀出部103通常包括具有A/D轉(zhuǎn)換部等的電路，并且讀出部103可以作為像素區(qū)域的周邊電路而被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中。負(fù)電壓生成部104可以作為像素區(qū)域的周邊電路而被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中。負(fù)電壓生成部104可以包括例如稍后將要說明的如圖9和/或圖10所示的電荷栗電路(charge pumpcircuit)。可以利用這樣的電荷栗電路來產(chǎn)生負(fù)電位。
[0076]如圖7所示，像素部101、放大器部102、讀出部103和負(fù)電壓生成部104可以包括也被已知為公共電源電壓的公共電源電位。此外，像素部1I可以被連接至像素接地，該像素接地是像素區(qū)域的接地。放大器部102、讀出部(A/D轉(zhuǎn)換部)103和負(fù)電壓生成部104可以被連接至電路接地，該電路接地是位于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中的接地。
[0077]像素部101對(duì)來自被攝對(duì)象的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且獲得電荷。像素部101讀取該電荷并且將所讀取的電荷提供給放大器部102。放大器部102放大由像素部101提供的電信號(hào)并且將放大后的電信號(hào)提供給讀出部13。讀出部103對(duì)在放大器部102中放大的電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且讀取經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)以作為圖像數(shù)據(jù)。
[0078]負(fù)電壓生成部104產(chǎn)生負(fù)電位并且將所產(chǎn)生的負(fù)電位提供給像素接地。即，負(fù)電壓生成部104產(chǎn)生作為像素接地的電位的負(fù)電位。負(fù)電壓生成部104將像素接地和像素區(qū)域各者的阱的電位(阱電位)設(shè)定為比電路接地和周邊電路區(qū)域的阱電位低的負(fù)電位。
[0079]通過形成這樣的構(gòu)造，在攝像元件100中，當(dāng)電源電位被減小或降低時(shí)，像素接地的電位也可以以相同的方式并且獨(dú)立于電路接地而被減小或降低。因此，能夠提供足夠的電位差(例如，與圖1中的在沒有降低電源電位的情況下的電位差相同的電位差)作為像素部101中的電源電位與像素接地之間的電位差。因此，也能夠抑制諸如飽和電子Qs的數(shù)量和/或電荷傳輸?shù)耐耆缘认袼靥匦缘淖儾?。即，攝像元件100可以在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0080]此外，像素區(qū)域的阱電位也可以以與像素接地的阱電位相同的方式而被減小或降低。因此，電源電位與接地電位或阱電位之間的電位差可以與在沒有降低電源電位的情況下的電位差相同。即，各個(gè)元件的操作電位可以被改變成使其包括減小后的低電位。因此，諸如形成于像素部101中的晶體管或光電二極管等各個(gè)元件的操作特性可以與圖1中的在沒有減小或降低電源電位的情況下的攝像元件10的操作特性相同。即，通過把圖1中的攝像元件10的像素部11的設(shè)計(jì)值用到攝像元件100的像素部101中，像素部101的像素特性可以與像素部11的像素特性相同。因此，在采用攝像元件100時(shí)，可以減少開發(fā)成本、開發(fā)時(shí)間等。此外，攝像元件100可以在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0081 ] 3.第二實(shí)施例
[0082]攝像元件
[0083]在攝像元件中，所述光電轉(zhuǎn)換部可以包括與像素區(qū)域的阱電位連接的光電二極管，并且所述晶體管可以包括讀出晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管。所述讀出晶體管控制從光電二極管的讀出。從光電二極管讀取的電荷被傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述復(fù)位晶體管使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位。所述放大晶體管放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位。所述選擇晶體管控制從所述放大晶體管輸出的信號(hào)的傳輸。
[0084]如圖2中的示例所示，當(dāng)讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，柵極電位可以被設(shè)定成比像素區(qū)域的阱電位低的電位。相應(yīng)地，在減小或降低電源電位的情況下，當(dāng)讀出晶體管處于接通狀態(tài)時(shí)與當(dāng)讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)這兩者之間的柵極電位差可以是較大的。即，當(dāng)讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)該讀出晶體管的柵極的電位與當(dāng)讀出晶體管處于接通狀態(tài)時(shí)該讀出晶體管的柵極的電位之間的差可以是較大的。因此，能夠抑制噪聲的產(chǎn)生和圖像品質(zhì)的變差。
[0085]圖8圖示了攝像元件的一部分的構(gòu)造示例。類似于攝像元件100，如圖8所示，攝像元件200是一種對(duì)來自被攝對(duì)象的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且將轉(zhuǎn)換后的光作為圖像數(shù)據(jù)輸出的設(shè)備。如圖8所示，攝像元件200在像素區(qū)域中包括作為單位像素的下列部件:光電二極管211、讀出晶體管212、復(fù)位晶體管213、放大晶體管214和選擇晶體管215。此外，攝像元件200在像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中包括作為周邊電路的下列部件:電流源216、ADC217、負(fù)電壓生成部218和開關(guān)219。
[0086]光電二極管(PD)211將所接收的光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換成光電電荷(例如，光電子)，該光電電荷的量對(duì)應(yīng)于所接收的光的量，并且光電二極管211積累該光電電荷。光電二極管211的陽極電極被連接至像素區(qū)域的接地(像素接地)，并且光電二極管211的陰極電極通過讀出晶體管212而被連接至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)。
[0087]讀出晶體管212控制光電二極管211中的光電電荷的讀出。讀出晶體管212的漏極電極被連接至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域并且讀出晶體管212的源極電極被連接至光電二極管211的陰極電極。而且，讀出晶體管212的柵極電極被連接至開關(guān)219，并且柵極電位是由開關(guān)219控制的。如果讀出晶體管212的柵極電位是使讀出晶體管212處于關(guān)斷狀態(tài)的情況，那么不會(huì)執(zhí)行對(duì)于光電二極管211中的光電電荷的讀出，S卩，光電電荷被積累在光電二極管211中。如果讀出晶體管212的柵極電位是使讀出晶體管212處于接通狀態(tài)的情況，那么積累于光電二極管211中的光電電荷被讀取并且被提供給浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。
[0088]復(fù)位晶體管213使浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位復(fù)位。復(fù)位晶體管213的漏極電極被連接至電源電位并且復(fù)位晶體管213的源極電極被連接至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。而且，復(fù)位脈沖(RST;reset pulse)通過復(fù)位線(未圖示)而被提供給復(fù)位晶體管213的柵極電極。當(dāng)復(fù)位晶體管213處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域與電源電位是分離的。當(dāng)復(fù)位脈沖(RST)被提供給復(fù)位晶體管213的柵極電極時(shí)，復(fù)位晶體管213被接通。通過將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中的電荷排放到電源電位，該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域被復(fù)位。
[0089]放大晶體管214放大浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)中的電位電荷并且將放大后的電荷作為電信號(hào)(模擬信號(hào))而輸出。放大晶體管214的柵極電極被連接至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)，放大晶體管214的漏極電極被連接至電源電位，并且該放大晶體管的源極電極被連接至選擇晶體管215的漏極電極。例如，放大晶體管214把被復(fù)位晶體管213復(fù)位的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)的電位作為復(fù)位信號(hào)(復(fù)位電平)而輸出至選擇晶體管215。放大晶體管214把當(dāng)光電電荷從讀出晶體管212被傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)時(shí)該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD)的電位作為光積累信號(hào)(信號(hào)電平)而輸出至選擇晶體管215。
[0090]選擇晶體管215控制由放大晶體管214提供的電信號(hào)的向垂直信號(hào)線(VSL)的輸出。選擇晶體管215的漏極電極被連接至放大晶體管214的源極電極并且選擇晶體管215的源極電極被連接至垂直信號(hào)線(VSL)。而且，選擇脈沖(SEL)通過選擇線(未圖示)而被提供給選擇晶體管215的柵極電極。當(dāng)選擇晶體管215處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，放大晶體管214和垂直信號(hào)線(VSL)是彼此電分離的。因此，在該狀態(tài)下，信號(hào)不會(huì)從單位像素輸出。當(dāng)選擇脈沖(SEL)被提供給該柵極電極時(shí)，選擇晶體管215被接通并且單位像素被選擇。即，放大晶體管214和垂直信號(hào)線(VSL)彼此電連接起來，并且從放大晶體管214輸出的信號(hào)作為單位像素的信號(hào)被提供給垂直信號(hào)線(VSL)。
[0091]在圖8中，圖示了一個(gè)單位像素的構(gòu)造。然而，像素區(qū)域中可以布置有多個(gè)單位像素。所述多個(gè)單位像素可以以任意的方式布置著，然而更為可能的是，所述多個(gè)單位像素以二維矩陣的方式布置著。垂直信號(hào)線(VSL)是把從像素區(qū)域中的所述多個(gè)單位像素的一個(gè)指定列中的單位像素輸出的信號(hào)傳輸至ADC 217的信號(hào)線。垂直信號(hào)線VSL被連接至所指定的單位像素中的選擇晶體管215的源極電極、電流源216和ADC217。
[0092 ]電流源216表明與垂直信號(hào)線(VSL)連接的周邊電路的負(fù)載。電流源216被連接至垂直信號(hào)線(VSL)和周邊電路的接地(電路接地)。
[0093]ADC 217對(duì)由各個(gè)單位像素通過垂直信號(hào)線(VSL)而提供的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出至下一級(jí)的處理部(未圖示)或輸出至攝像元件200的外部^DC 217被連接至垂直信號(hào)線(VSL)。而且，ADC 217被連接至電源電位和電路接地，并且可以利用從電源電位和電路接地獲得的電力而被驅(qū)動(dòng)。
[0094]類似于負(fù)電壓生成部104(圖7)，負(fù)電壓生成部218或負(fù)電壓發(fā)生器產(chǎn)生用于像素接地的負(fù)電位，并且將該負(fù)電位作為像素接地而提供給各個(gè)單位像素。被提供給每一個(gè)單位像素的該負(fù)電位可以被認(rèn)為是第一負(fù)電位。此外，除了產(chǎn)生用于像素接地的負(fù)電位以外，負(fù)電壓生成部218還產(chǎn)生用于低電壓參考電位VRL的負(fù)電位，并且將該負(fù)電位作為低電壓參考電位VRL而提供給像素掃描部(未圖示)以控制各個(gè)單位像素的操作。用于低電壓參考電位VRL的該負(fù)電位可以被認(rèn)為是第二負(fù)電位。負(fù)電壓生成部218可以被連接至電源電位和電路接地，并且可以利用從電源電位和電路接地獲得的電力而被驅(qū)動(dòng)。電源電位大于低電壓參考電位VRL、像素接地和電路接地。
[0095]類似于負(fù)電壓生成部104，負(fù)電壓生成部218可以包括電荷栗電路，并且可以利用該電荷栗電路來產(chǎn)生負(fù)電位。在圖9中，圖示了電荷栗電路的示例。需要注意的是，在圖9的示例中，電荷栗電路的級(jí)數(shù)被圖示為I個(gè)，但是電荷栗電路的級(jí)數(shù)的數(shù)量可以不止一個(gè)。例如，如圖10中的示例所示的那樣可以有兩級(jí)，或可以有三級(jí)以上。通過增加電荷栗電路的級(jí)數(shù)，負(fù)電壓生成部218能夠產(chǎn)生更大的負(fù)電位。
[0096]負(fù)電壓生成部218可以包括用來產(chǎn)生諸如用于像素接地的負(fù)電壓等負(fù)電位的電荷栗電路和用來產(chǎn)生用于VRL的負(fù)電位的電荷栗電路。即，產(chǎn)生用于像素接地的負(fù)電位的電荷栗電路可以不同于產(chǎn)生用于VRL的負(fù)電位的電荷栗電路。可替代地或此外，產(chǎn)生用于像素接地的負(fù)電位的電荷栗電路可以與產(chǎn)生用于VRL的負(fù)電位的電荷栗電路為同一個(gè)，在這樣的情況下，該電荷栗可以產(chǎn)生多個(gè)負(fù)電位。
[0097]像素接地的電位(像素接地電位)和像素區(qū)域中的阱的電位(阱電位)是相同的。即，類似于像素接地電位，讀出晶體管212的阱電位212A、復(fù)位晶體管213的阱電位213A、放大晶體管214的阱電位214A和選擇晶體管215的阱電位215A都被設(shè)定為由負(fù)電壓生成部218產(chǎn)生的負(fù)電位。換言之，負(fù)電壓生成部218將所產(chǎn)生的負(fù)電位提供給像素接地電位且提供給像素區(qū)域的阱電位，并且進(jìn)一步將這些電位設(shè)定成該負(fù)電位。
[0098]所述像素掃描部被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中，并且例如通過向各個(gè)單位像素提供復(fù)位脈沖(RST)或選擇脈沖(SEL!select1n pulse)等來控制各個(gè)單位像素的操作(例如，電荷的讀出)。而且，像素掃描部包括開關(guān)219，并且通過切換開關(guān)219的連接而把用于控制讀出晶體管212的操作的讀出脈沖提供給讀出晶體管212的柵極電極。
[0099]開關(guān)219作為像素掃描部而被形成于像素區(qū)域外面的區(qū)域(周邊電路區(qū)域)中，并且它是切換或選擇讀出晶體管212的柵極電極的連接目標(biāo)的元件。開關(guān)219使讀出晶體管212的柵極電極連接至電源電位或低電壓參考電位VRL。該VRL被設(shè)定為由負(fù)電壓生成部218產(chǎn)生的負(fù)電位。當(dāng)開關(guān)219使讀出晶體管212的柵極電極連接至電源電位時(shí)，讀出晶體管212被接通。而且，當(dāng)開關(guān)219使讀出晶體管212的柵極電極連接至所述VRL時(shí)，讀出晶體管212被關(guān)斷。
[0100]需要注意的是，類似于圖2中的負(fù)電壓生成部28，負(fù)電壓生成部218將低電壓參考電位VRL(當(dāng)讀出晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，該低電壓參考電位VRL是讀出晶體管的柵極電位)設(shè)定成使得讀出晶體管的該柵極電位低于像素接地電位(即，像素區(qū)域的阱電位)。例如，類似于攝像元件20，在攝像元件200中，像素接地電位被設(shè)定成使得當(dāng)讀出晶體管212處于接通狀態(tài)時(shí)與當(dāng)讀出晶體管22時(shí)這兩種情況之間的柵極電位差是大的。因此，與攝像元件100比較而言，光電二極管211的飽和電子Qs的數(shù)量能夠是足夠多的，并且電荷的完全傳輸能夠被實(shí)現(xiàn)。即，能夠抑制圖像品質(zhì)的變差。
[0101]而且，類似于負(fù)電壓生成部104(圖7)，負(fù)電壓生成部218將像素接地電位(S卩，像素區(qū)域的阱電位)設(shè)定或安排成使得像素接地電位比電路接地電位的電位低。因此，所述VRL被設(shè)定成進(jìn)一步比像素接地電位低。
[0102]因此，當(dāng)為了減少放大晶體管214、選擇晶體管215、電流源216和ADC217等(電力消耗部)中的電力消耗，以如圖11所示的方式減小或降低了電源電位時(shí)，負(fù)電壓生成部218將像素接地電位設(shè)定成-0.9V并且將VRL設(shè)定成-2.1V。即，以與電源電位的減小或降低程度相同的程度減小或降低了像素接地和VRL。因此，類似于圖3的情況，當(dāng)讀出晶體管212處于接通狀態(tài)時(shí)與當(dāng)讀出晶體管212處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)這兩種情況之間的柵極電位差能夠被維持在3.9V，并且因此，能夠維持足夠大的電位差。即，如圖12所示，攝像元件200被配置成使得:類似于圖4的情況，光電二極管211的飽和電子Qs的數(shù)量是足夠多的，且因此可以實(shí)現(xiàn)電荷的完全傳輸。因此，攝像元件200可以在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0103]需要注意的是，在這樣的情況下并且類似于攝像元件100，像素區(qū)域的阱電位也可以以與像素接地的減小或降低程度相同的程度而被減小或降低。因此，電源電位與接地電位或阱電位之間的電位差可以與沒有減小或降低電源電位時(shí)的情況下的電位差相同。即，各個(gè)元件的操作電位可以被改變成使其包括減小后的低電位或減小后的低電壓。因此，像素區(qū)域中的諸如光電二極管211、讀出晶體管212、復(fù)位晶體管213和選擇晶體管215等各個(gè)元件的操作特性可以與圖2中的在沒有減小或降低電源電位的情況下的攝像元件20的操作特性相同。即，通過把圖2中的攝像元件20的各個(gè)元件的設(shè)計(jì)值用到攝像元件200的各個(gè)元件中，攝像元件200的像素特性可以與攝像元件20的像素特性相同。因此，在采用攝像元件200的情況下，可以減少開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間等。此外，攝像元件200可以在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。
[0104]4.第三實(shí)施例
[0105]攝像元件
[0106]應(yīng)用了本技術(shù)的攝像元件可以包括彼此疊加或?qū)盈B的多個(gè)半導(dǎo)體基板。此外，像素區(qū)域和周邊電路區(qū)域可以分別形成在這些半導(dǎo)體基板上。
[0107]圖13圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的攝像元件的示例的構(gòu)造。類似于攝像元件100和攝像元件200，圖13中所示的攝像元件300攝取被攝對(duì)象的圖像并且獲得相應(yīng)圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。如圖13所示，攝像元件300包括彼此疊加的兩個(gè)半導(dǎo)體基板(層疊用芯片301和層疊用芯片302)。需要注意的是，半導(dǎo)體基板(層疊用芯片)的層數(shù)可以大于2層，并且可以是例如三層以上。
[0108]在層疊用芯片301(也稱為像素芯片)中，形成有像素區(qū)域301A，在像素區(qū)域301A中有多個(gè)單位像素，各個(gè)所述單位像素包括對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換元件。所述多個(gè)單位像素可以以任意的方式被布置著，然而更為可能的是，所述多個(gè)單位像素以二維矩陣的方式被布置著。而且，在層疊用芯片302中，形成有周邊電路區(qū)域302A，周邊電路區(qū)域302A可以包括對(duì)從像素區(qū)域301A讀取的像素信號(hào)進(jìn)行處理的周邊電路。
[0109]如上所述，層疊用芯片301和層疊用芯片302彼此疊加，并且一起形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)(層疊結(jié)構(gòu))。即，層疊用芯片301和層疊用芯片302可以層疊起來以形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。形成于層疊用芯片301中的像素區(qū)域301A中的各個(gè)像素和形成于層疊用芯片302中的周邊電路區(qū)域302A中的電路通過形成于VIA 301B和VIA 302B各者中的貫通通路(VIA; throughvia)等而彼此電連接。
[0?10]圖14圖示了攝像元件300的電路的構(gòu)造示例。如圖14所示，攝像元件300可以以與攝像元件200的構(gòu)造方式相同的方式而被構(gòu)造。在層疊用芯片(像素芯片)301的像素區(qū)域301A中，作為單位像素而形成有類似于光電二極管211的光電二極管311、類似于讀出晶體管212的讀出晶體管312、類似于復(fù)位晶體管213的復(fù)位晶體管313、類似于放大晶體管214的放大晶體管314和類似于選擇晶體管215的選擇晶體管315。在圖14中，圖示了一個(gè)單位像素的構(gòu)造。然而，在像素區(qū)域301A中可以以預(yù)定的布置方式布置有多個(gè)單位像素。例如，所述多個(gè)單位像素可以以二維矩陣的方式被布置著。
[0111]而且，在層疊用芯片(電路芯片)302的周邊電路區(qū)域302A中，形成有類似于電流源216的電流源316、類似于ADC 217的ADC 317和類似于負(fù)電壓生成部218的負(fù)電壓生成部318。諸如負(fù)電壓生成部318這樣的負(fù)電壓發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)電位，并且將該負(fù)電位作為像素接地電位或阱電位而提供給層疊用芯片301中的像素區(qū)域301A。
[0112]因此，攝像元件300、像素區(qū)域301A(單位像素)和周邊電路區(qū)域302A(周邊電路)分別被形成于這些層疊用芯片上。因此，通過獨(dú)立地設(shè)定各個(gè)層疊用芯片的阱電位，可以實(shí)現(xiàn)上述攝像元件100或攝像元件200的構(gòu)造。
[0113]例如，像素區(qū)域和像素區(qū)域外面的區(qū)域(諸如周邊電路區(qū)域)被形成于一個(gè)半導(dǎo)體基板中，并且在如上所述的這兩個(gè)區(qū)域中阱電位是不同的。例如，像素接地電位和電路接地電位是彼此不同的。于是，可能有必要在半導(dǎo)體基板中形成具有不同阱電位的多個(gè)區(qū)域，因此，設(shè)計(jì)和制造這樣的半導(dǎo)體基板可能是困難的。
[0114]另一方面，并且如攝像元件300所示，通過把像素區(qū)域和像素區(qū)域外面的區(qū)域(諸如周邊電路區(qū)域)分別形成于各個(gè)層疊用芯片上，每個(gè)所述層疊用芯片中的一個(gè)阱電位可以被配置成使得該阱電位在像素區(qū)域中和在像素區(qū)域外面的區(qū)域(諸如周邊電路區(qū)域)中是公共的。因此，這種構(gòu)造的設(shè)計(jì)和制造可能會(huì)更容易。
[0115]需要注意的是，在圖14的示例中，負(fù)電壓生成部318也可以按照與如何為攝像元件200設(shè)定VRL的方式相同的方式來設(shè)定VRL。在這樣的情況下，在層疊用芯片302、層疊用芯片301或其他的層疊用芯片中可以形成有開關(guān)219(像素掃描部)。
[0116]5.第四實(shí)施例
[0117]攝像裝置
[0118]本技術(shù)的應(yīng)用不限于攝像元件。例如，本技術(shù)可以被應(yīng)用到包括攝像元件的諸如攝像裝置等裝置和/或電子設(shè)備中。圖15是圖示了攝像裝置的構(gòu)造的框圖，該攝像裝置是應(yīng)用了本技術(shù)的電子設(shè)備的示例。圖15中所示的攝像裝置600可以是對(duì)被攝對(duì)象進(jìn)行攝像并且將該被攝對(duì)象的圖像作為電信號(hào)輸出的裝置。
[0119]如圖15所示，攝像裝置600可以包括(但不限于)光學(xué)部611、0103傳感器612、六/0轉(zhuǎn)換器613、操作部614、控制部615、圖像處理部616、顯示部617、編解碼處理部618和記錄部619。
[0120]光學(xué)部611包括透鏡、光圈和快門等，該透鏡用于調(diào)節(jié)被攝對(duì)象的焦點(diǎn)并且收集來自聚焦位置的光，該光圈用于調(diào)節(jié)曝光，該快門用于控制與攝像相關(guān)的時(shí)序。光學(xué)部611讓來自被攝對(duì)象的光(入射光)透過并且將該光提供給CMOS傳感器612。
[0121]CMOS傳感器612對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且將各個(gè)像素的信號(hào)(像素信號(hào))提供給八/1)轉(zhuǎn)換器613。
[0122]A/D轉(zhuǎn)換器613把可能以預(yù)定時(shí)序由CMOS傳感器612提供過來的像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))，并且以預(yù)定時(shí)序?qū)⑦@些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)依次提供給圖像處理部616。
[0123]CMOS傳感器612和A/D轉(zhuǎn)換器613可以是一體化的，或可以被形成為單個(gè)模塊(例如，攝像元件621(攝像部))?？商娲鼗虼送猓珻MOS傳感器612和AD轉(zhuǎn)換器613各自可以被形成為單獨(dú)的模塊。
[0124]操作部614包括例如多方向滾輪(JogDial?)、鍵、按鈕和/或觸摸面板。操作部614接收由用戶執(zhí)行的操作輸入，并且將與該操作輸入對(duì)應(yīng)的信號(hào)提供給控制部615。
[0125]基于與用戶利用操作部614而輸入的操作輸入對(duì)應(yīng)的信號(hào)，控制部615控制對(duì)于光學(xué)部611、CM0S傳感器612、AD轉(zhuǎn)換器613、圖像處理部616、顯示部617、編解碼處理部618和記錄部619的驅(qū)動(dòng)，并且致使各個(gè)部件執(zhí)行與攝像相關(guān)的處理。
[0126]圖像處理部616對(duì)通過攝像而獲得的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像處理。具體地，圖像處理部616對(duì)由AD轉(zhuǎn)換器613(攝像元件621)提供的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各種各樣的圖像處理功能，例如，混色校正、黑電平校正、白平衡調(diào)節(jié)、去馬賽克處理、矩陣處理、伽馬校正或YC轉(zhuǎn)換。圖像處理部616將已經(jīng)執(zhí)行了圖像處理的圖像數(shù)據(jù)提供給顯示部817和編解碼處理部618。
[0127]顯示部617被配置為例如液晶顯示器，并且基于由圖像處理部616提供的圖像數(shù)據(jù)來顯示被攝對(duì)象的圖像。
[0128]編解碼處理部618對(duì)由圖像處理部616提供的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定方法的編碼處理，并且將所獲得的編碼數(shù)據(jù)提供給記錄部619。
[0129]記錄部619記錄來自編解碼處理部618的編碼數(shù)據(jù)。在需要時(shí)，記錄于記錄部619中的編碼數(shù)據(jù)被圖像處理部616讀取和解碼。利用解碼處理而獲得的圖像數(shù)據(jù)被提供給顯示部817，并且相應(yīng)的圖像就被顯示。
[0130]作為包括上述攝像裝置600中的CMOS傳感器612和A/D轉(zhuǎn)換器613的攝像元件621，可以應(yīng)用上述的本技術(shù)。即，可以使用上述各實(shí)施例中的攝像元件。因此，攝像元件621可以在抑制圖像品質(zhì)的變差的同時(shí)減少電力消耗。于是，通過對(duì)被攝對(duì)象進(jìn)行攝像，攝像裝置600可以在抑制電力消耗的增加的同時(shí)獲得高圖像品質(zhì)的圖像。
[0131]需要注意的是，應(yīng)用了本技術(shù)的攝像裝置的構(gòu)造不限于上述構(gòu)造，并且可以是其他不同的構(gòu)造。例如，該攝像裝置不僅可以是數(shù)碼相機(jī)或攝影機(jī)，而且還可以是諸如移動(dòng)電話、智能手機(jī)、平板設(shè)備和/或個(gè)人計(jì)算機(jī)等包括攝像功能的信息處理裝置。此外，該攝像裝置可以是通過被結(jié)合至(或作為內(nèi)置設(shè)備而被埋入至)其他信息處理裝置中而被使用的相機(jī)模塊。
[0132]此外，在上述說明中被描述為一個(gè)裝置(或一個(gè)處理部)的構(gòu)造可以被分割，并且可以被構(gòu)造為多個(gè)裝置(或多個(gè)處理部)?？商娲?，在上述說明中被描述為多個(gè)裝置(或多個(gè)處理部)的構(gòu)造可以被一體化并且被構(gòu)造為一個(gè)裝置(或一個(gè)處理部)。另外，在各個(gè)裝置(或各個(gè)處理部)的構(gòu)造中可以添加除了上述已經(jīng)說明的構(gòu)造以外的其他構(gòu)造。此外，某個(gè)裝置(或某個(gè)處理部)的構(gòu)造的一部分可以被包含于其他裝置或其他處理部的構(gòu)造中，只要整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造或操作基本相同即可。
[0133]在上述說明中，已經(jīng)參照附圖詳細(xì)地說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述示例。盡管已經(jīng)結(jié)合一些實(shí)施例說明了這些實(shí)施方案，但是很顯然，許多替代方案、修改和變型對(duì)于本應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)涵蓋了包括權(quán)利要求在內(nèi)的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的替代方案、修改、等同物和變型。
[0134]需要注意的是，本技術(shù)可以包括下列技術(shù)方案。
[0135](I)一種攝像元件，包括:
[0136]光電轉(zhuǎn)換部，它被形成于像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷;和
[0137]晶體管，它被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷，
[0138]其中所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。
[0139](2)根據(jù)上面(I)所述的攝像元件，還包括開關(guān)，其中
[0140]在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的柵極連接至電源電位，并且在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的所述柵極連接至與所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位不同的負(fù)電位。
[0141](3)根據(jù)上面(I)或(2)所述的攝像元件，其中所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位處于所述晶體管的所述柵極的負(fù)電位與電源電位之間。
[0142](4)根據(jù)上面(I)至(3)中任一項(xiàng)所述的攝像元件，還包括負(fù)電壓發(fā)生器，所述負(fù)電壓發(fā)生器被配置成提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。
[0143](5)根據(jù)上面(4)所述的攝像元件，其中所述負(fù)電壓發(fā)生器被連接至電路接地，所述電路接地的電位不同于所述晶體管的所述柵極的負(fù)電位和電源電壓。
[0144](6)根據(jù)上面(I)至(5)中任一項(xiàng)所述的攝像元件，還包括:
[0145]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，它被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓；
[0146]復(fù)位晶體管，它被配置成使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位;和
[0147]放大晶體管，它被連接至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域和像素信號(hào)線，其中所述放大晶體管被配置成放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位。
[0148](7)根據(jù)上面(6)所述的攝像元件，其中所述晶體管、所述復(fù)位晶體管和所述放大晶體管中的至少一者的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。
[0149](8)根據(jù)上面(I)至(7)中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其中所述晶體管的所述阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。
[0150](9)根據(jù)上面(I)至(8)中任一項(xiàng)所述的攝像元件，還包括:
[0151]周邊電路區(qū)域，它具有與所述像素區(qū)域的所述阱的所述電位不同的阱電位，其中所述周邊電路區(qū)域包括提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位的負(fù)電壓發(fā)生器。
[0152](10)根據(jù)上面(9)所述的攝像元件，其中所述像素區(qū)域被形成于第一半導(dǎo)體基板中，并且所述周邊電路區(qū)域被形成于第二半導(dǎo)體基板中。
[0153](11)根據(jù)上面(10)所述的攝像元件，其中所述第一半導(dǎo)體基板和所述第二半導(dǎo)體基板形成多層結(jié)構(gòu)。
[0154](12)—種電子裝置，包括:
[0155]光學(xué)單元，它具有一個(gè)或多個(gè)透鏡；
[0156]模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元；以及
[0157]圖像傳感器單元，它包括多個(gè)單位像素，所述多個(gè)單位像素被形成于像素區(qū)域中并且以二維矩陣的方式布置著，其中所述多個(gè)單位像素中的每個(gè)單位像素包括:
[0158]光電轉(zhuǎn)換部，它被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷;和
[0159]晶體管，它被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷，其中所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。
[0160](13)根據(jù)上面(12)所述的電子裝置，還包括開關(guān)，其中
[0161]在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的柵極連接至電源電位，并且在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的所述柵極連接至與所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位不同的負(fù)電位。
[0162](14)根據(jù)上面(12)或(13)所述的電子裝置，其中所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位處于所述晶體管的所述柵極的負(fù)電位與電源電位之間。
[0163](15)根據(jù)上面(12)至(14)中任一項(xiàng)所述的電子裝置，還包括負(fù)電壓發(fā)生器，所述負(fù)電壓發(fā)生器被配置成提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。
[0164](16)根據(jù)上面(15)所述的電子裝置，其中所述負(fù)電壓發(fā)生器被連接至電路接地，所述電路接地的電位不同于所述晶體管的所述柵極的所述負(fù)電位和所述電源電壓。
[0165](17)根據(jù)上面(12)至(16)中任一項(xiàng)所述的電子裝置，還包括:
[0166]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，它被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓；
[0167]復(fù)位晶體管，它被配置成使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位;和
[0168]放大晶體管，它被連接至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域和像素信號(hào)線，其中所述放大晶體管被配置成放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位。
[0169](18)根據(jù)上面(17)所述的電子裝置，所述晶體管、所述復(fù)位晶體管和所述放大晶體管至少一者的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。
[0170](19)根據(jù)上面(12)至(18)中任一項(xiàng)所述的電子裝置，其中所述晶體管的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。
[0171](20)—種攝像元件，包括:
[0172]光電轉(zhuǎn)換部，它被連接至像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷；
[0173]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，它被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓；
[0174]復(fù)位晶體管，它被配置成使積累于所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中的電荷量初始化；
[0175]讀出晶體管，它被配置成把來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷傳輸至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域；
[0176]負(fù)電壓發(fā)生器;和
[0177]開關(guān)，
[0178]其中在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的柵極電連接至公共電源電位，并且在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的所述柵極電連接至由所述負(fù)電壓發(fā)生器提供的負(fù)電位，該負(fù)電位小于所述公共電源電位和所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。
[0179]附圖標(biāo)記列表
[0180]100攝像元件
[0181]101像素部
[0182]102放大器部
[0183]103讀出部
[0184]104負(fù)電壓生成部
[0185]200攝像元件
[0186]211光電二極管
[0187]212讀出晶體管
[0188]213復(fù)位晶體管
[0189]214放大晶體管
[0190]215選擇晶體管
[0191]216電流源
[0192]217 ADC
[0193]218負(fù)電壓生成部
[0194]219 開關(guān)
[0195]300攝像元件
[0196]301像素芯片
[0197]302電路芯片
[0198]311光電二極管
[0199]312讀出晶體管
[0200]313復(fù)位晶體管
[0201]314放大晶體管
[0202]315選擇晶體管
[0203]316電流源
[0204]317 ADC
[0205]318負(fù)電壓生成部
[0206]600攝像裝置
[0207]612 CMOS傳感器
[0208]613 A/D轉(zhuǎn)換器
[0209]621攝像元件
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種攝像元件，包括: 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被形成于像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷;和 晶體管，所述晶體管被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷， 其中所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，還包括開關(guān)，其中 在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的柵極連接至電源電位，并且 在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的所述柵極連接至與所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位不同的負(fù)電位。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像元件，其中所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位處于所述晶體管的所述柵極的所述負(fù)電位與所述電源電位之間。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像元件，還包括負(fù)電壓發(fā)生器，所述負(fù)電壓發(fā)生器被配置成提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的攝像元件，其中所述負(fù)電壓發(fā)生器被連接至電路接地，所述電路接地的電位不同于所述晶體管的所述柵極的所述負(fù)電位和所述電源電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像元件，還包括: 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓； 復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管被配置成使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位;和 放大晶體管，所述放大晶體管被連接至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域和像素信號(hào)線，其中所述放大晶體管被配置成放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像元件，其中所述晶體管、所述復(fù)位晶體管和所述放大晶體管中的至少一者的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，其中所述晶體管的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，還包括: 周邊電路區(qū)域，所述周邊電路區(qū)域具有與所述像素區(qū)域的所述阱的電位不同的阱電位，其中所述周邊電路區(qū)域包括提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位的負(fù)電壓發(fā)生器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的攝像元件，其中所述像素區(qū)域被形成于第一半導(dǎo)體基板中，并且所述周邊電路區(qū)域被形成于第二半導(dǎo)體基板中。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的攝像元件，其中所述第一半導(dǎo)體基板和所述第二半導(dǎo)體基板形成多層結(jié)構(gòu)。12.—種電子裝置，包括: 光學(xué)單元，所述光學(xué)單元具有一個(gè)或多個(gè)透鏡； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元；以及 圖像傳感器單元，所述圖像傳感器單元包括多個(gè)單位像素，所述多個(gè)單位像素被形成于像素區(qū)域中并且以二維矩陣的方式布置著， 其中所述多個(gè)單位像素中的每個(gè)單位像素包括: 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷;和 晶體管，所述晶體管被形成于所述像素區(qū)域中并且被配置成傳輸來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷，并且 其中所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至所述像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子裝置，還包括開關(guān)，其中 在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的柵極連接至電源電位，并且 在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述晶體管的所述柵極連接至與所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位不同的負(fù)電位。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子裝置，其中所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位位于所述晶體管的所述柵極的所述負(fù)電位與所述電源電位之間。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子裝置，還包括負(fù)電壓發(fā)生器，所述負(fù)電壓發(fā)生器被配置成提供所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，其中所述負(fù)電壓發(fā)生器被連接至電路接地，所述電路接地的電位不同于所述晶體管的所述柵極的所述負(fù)電位和所述電源電壓。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子裝置，還包括: 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓； 復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管被配置成使所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域復(fù)位;和 放大晶體管，所述放大晶體管被連接至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域和像素信號(hào)線，其中所述放大晶體管被配置成放大所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電位。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中所述晶體管、所述復(fù)位晶體管和所述放大晶體管中的至少一者的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子裝置，其中所述晶體管的阱被連接至具有所述負(fù)電位的所述像素區(qū)域。20.一種攝像元件，包括: 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被連接至像素區(qū)域的具有負(fù)電位的阱并且被配置成將光轉(zhuǎn)換成電荷； 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域被配置成產(chǎn)生與從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸過來的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓； 復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管被配置成使積累于所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中的電荷量初始化； 讀出晶體管，所述讀出晶體管被配置成把來自所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷傳輸至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域； 負(fù)電壓發(fā)生器;和 開關(guān)， 其中在第一配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的柵極電連接至公共電源電位，并且在第二配置狀態(tài)中，所述開關(guān)將所述讀出晶體管的所述柵極電連接至由所述負(fù)電壓發(fā)生器提供的負(fù)電位，該負(fù)電位小于所述公共電源電位和所述像素區(qū)域的所述負(fù)電位。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK106030803SQ201580007518
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月17日
【發(fā)明人】植野洋介, 池田裕介, 松本靜德, 春田勉, 吉川玲
【申請(qǐng)人】索尼公司