專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在APS(有源像素傳感器)類(lèi)型的固態(tài)成像裝置中，在每個(gè)像素中設(shè)置諸如源極跟 隨器放大器等的放大單元。這里，在用于放大單元的MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管中出 現(xiàn)的Ι/f噪聲或RTS(隨機(jī)電報(bào)信號(hào))噪聲導(dǎo)致放大單元中的噪聲。這里，在日本專(zhuān)利申請(qǐng) 公開(kāi)No. 2005-286168中公開(kāi)了，埋入(buried)類(lèi)型的MOS晶體管構(gòu)成源極跟隨器放大器 在降低這種噪聲方面是有效的。順便說(shuō)一下，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2000-244818公開(kāi)了源極跟隨器放大器由耗 盡型的放大MOS晶體管構(gòu)成，并且進(jìn)一步公開(kāi)了其一端與光電轉(zhuǎn)換單元連接的復(fù)位MOS晶 體管的漏極電壓被設(shè)定為比放大MOS晶體管的漏極電壓低。據(jù)說(shuō)建立這種電壓關(guān)系的原因 是具有用作信號(hào)線的恒定電流負(fù)載的MOS晶體管并且使此晶體管工作在飽和區(qū)中。

為了降低Ι/f噪聲或RTS噪聲，在距離半導(dǎo)體的表面較深的位置處形成構(gòu)成源極 跟隨器放大器的放大MOS晶體管的溝道是有效的。但是，如果在較深的位置處形成溝道，則 閾值電壓降低(在N溝道MOS晶體管的情況下)。結(jié)果，存在構(gòu)成源極跟隨器放大器的放 大MOS晶體管工作在除飽和區(qū)之外的區(qū)域中的情況?？商鎿Q地，存在放大MOS晶體管工作 在飽和區(qū)和線性區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)中的情況。這里，如果MOS晶體管工作在線性區(qū)中，則來(lái)自 源極跟隨器放大器的輸出信號(hào)的線性度(linearity)惡化。特別是，在為每個(gè)像素或?yàn)槎?個(gè)像素布置放大MOS晶體管的情況下，由于這些器件的變化，有可能同時(shí)存在工作在飽和 區(qū)中的放大MOS晶體管和工作在線性區(qū)中的MOS晶體管?？紤]如上所述的這種問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供可以確保優(yōu)秀且令人滿(mǎn)意的線性度并 且還可以降低噪聲的固態(tài)成像裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的特征在于具有多個(gè)像素的裝置，每個(gè)像素包括光 電轉(zhuǎn)換單元，被配置為執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換；放大MOS晶體管，被配置為基于由該光電轉(zhuǎn) 換單元產(chǎn)生的電荷來(lái)輸出信號(hào)；和復(fù)位MOS晶體管，被配置為使該放大MOS晶體管的柵極電 勢(shì)復(fù)位，其中該放大MOS晶體管是N型埋溝(buried-charmeDMOS晶體管，并且用于將該復(fù) 位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài)的向該復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓比向該復(fù)位MOS晶 體管的漏極施加的電壓低。根據(jù)本發(fā)明，可以提供線性度優(yōu)秀且令人滿(mǎn)意的并且噪聲被降低的固態(tài)成像裝置。通過(guò)下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和方面將 變得清晰。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的布置在固態(tài)成像裝置中的像素的電路圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的框圖。圖3是示出布置有根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的成像系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在下面的描述中，將說(shuō)明像素 由N溝道MOS晶體管構(gòu)成的示例。但是，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明也適用于像素由P溝道MOS晶體 管構(gòu)成的情況。在此情況下，只需要使電壓的極性全都反轉(zhuǎn)。(第一實(shí)施例) 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的布置在固態(tài)成像裝置中的像素的電路圖。 在本實(shí)施例中，像素100包括光電二極管101、轉(zhuǎn)移MOS晶體管102、FD(浮置擴(kuò)散區(qū))103、 放大MOS晶體管104、復(fù)位MOS晶體管105和選擇晶體管106。這里，光電二極管101是光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)示例。光電轉(zhuǎn)換單元只需要對(duì)入射 光執(zhí)行光電變換。轉(zhuǎn)移MOS晶體管102將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到FD 103。FD 103與放大MOS晶體管104的柵極電連接。構(gòu)成源極跟隨器放大器的一部分的放大MOS晶 體管104根據(jù)轉(zhuǎn)移到FD 103的信號(hào)電荷的量而輸出信號(hào)。這里，放大MOS晶體管104的柵 極是源極跟隨器放大器的輸入端。復(fù)位MOS晶體管105用來(lái)將FD 103的電壓復(fù)位為電源 電壓SVDD。即，在本實(shí)施例中，放大MOS晶體管104和復(fù)位MOS晶體管105的漏極電壓等于 共用的電源電壓SVDD。選擇晶體管106選擇應(yīng)該輸出信號(hào)電荷的行。源極跟隨器放大器的輸出端與垂直讀出線107連接，并且恒定電流源108與垂直 讀出線107連接。因而，放大MOS晶體管104和恒定電流源108 —起構(gòu)成源極跟隨器放大
ο轉(zhuǎn)移MOS晶體管驅(qū)動(dòng)線109與轉(zhuǎn)移MOS晶體管102的柵極連接，復(fù)位MOS晶體管 驅(qū)動(dòng)線Iio與復(fù)位MOS晶體管105的柵極連接，并且選擇晶體管驅(qū)動(dòng)線111與選擇晶體管 106的柵極連接。順便說(shuō)一下，放大MOS晶體管104是埋溝MOS晶體管。這里，將描述形成埋溝MOS 晶體管的方法的一個(gè)示例。即，如有必要，將P型雜質(zhì)注入到柵極絕緣層的界面附近的半導(dǎo) 體區(qū)域中。作為P型雜質(zhì)，可以使用硼等。接著，將N型雜質(zhì)注入到已經(jīng)注入了 P型雜質(zhì)的 半導(dǎo)體區(qū)域下方的半導(dǎo)體區(qū)域中。這里，作為N型雜質(zhì)，可以使用砷等。在任何情況下，由 于與襯底和柵極絕緣層之間的界面相比，N型半導(dǎo)體區(qū)域被布置在襯底的較深的位置處，因 此可以建立埋溝MOS晶體管。在本實(shí)施例中，復(fù)位MOS晶體管105和選擇晶體管106可以分別是埋溝MOS晶體 管。特別是，在復(fù)位MOS晶體管105和選擇晶體管106的閾值電壓特性與放大MOS晶體管 104的閾值電壓特性相匹配的情況下，則可以簡(jiǎn)化工藝程序。更具體而言，在執(zhí)行用于各個(gè) 晶體管的溝道部分的離子注入的情況下，可以通過(guò)使用單個(gè)掩模來(lái)實(shí)現(xiàn)有關(guān)的離子注入， 由此可以降低制造成本。在本實(shí)施例中，在像素中包括將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到FD 103的 轉(zhuǎn)移MOS晶體管102。因而，向轉(zhuǎn)移MOS晶體管102的柵極施加預(yù)定的電壓以使轉(zhuǎn)移MOS晶體管102處于導(dǎo)通狀態(tài)，由此將光電二極管101中的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到FD。更期望地，對(duì)光電 二極管101中的電荷執(zhí)行完全耗盡轉(zhuǎn)移。也就是說(shuō)，通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)移MOS晶體管102來(lái)實(shí)現(xiàn) 用于對(duì)光電二極管101中的電荷執(zhí)行完全耗盡轉(zhuǎn)移的構(gòu)造，由此可以減少光電二極管101 中的漏電流的發(fā)生。 隨后，將描述驅(qū)動(dòng)塊112的細(xì)節(jié)。驅(qū)動(dòng)塊112向像素供應(yīng)成像操作所需的信號(hào)。更 具體而言，從垂直移位寄存器轉(zhuǎn)移的脈沖被輸入到端子113，并且驅(qū)動(dòng)脈沖分別被輸入到端 子114、115和116。然后，對(duì)來(lái)自垂直移位寄存器的脈沖和驅(qū)動(dòng)脈沖的邏輯操作由包含于驅(qū) 動(dòng)塊112中的每個(gè)邏輯操作電路來(lái)執(zhí)行。隨后，來(lái)自邏輯操作電路的輸出被分別輸入到驅(qū) 動(dòng)電路117、118和119。這里，驅(qū)動(dòng)電路117向復(fù)位MOS晶體管105的柵極供應(yīng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng) 電路118向轉(zhuǎn)移MOS晶體管102的柵極供應(yīng)信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)電路119向選擇晶體管106的 柵極供應(yīng)信號(hào)。順便說(shuō)一下，在復(fù)位MOS晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，向復(fù)位MOS晶體管105的 柵極施加電壓VresH，并且在復(fù)位MOS晶體管處于不導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，向復(fù)位MOS晶體管 105的柵極施加地電勢(shì)VSS。此外，在轉(zhuǎn)移MOS晶體管102和選擇晶體管106中出現(xiàn)導(dǎo)通的 情況下，向這些晶體管的柵極施加電源電壓VDD，并且在轉(zhuǎn)移MOS晶體管102和選擇晶體管 106中沒(méi)有出現(xiàn)導(dǎo)通的情況下，向這些晶體管的柵極施加地電勢(shì)VSS。為了抑制光電二極管 中的暗電流，在轉(zhuǎn)移MOS晶體管102中沒(méi)有出現(xiàn)導(dǎo)通的情況下，可以向轉(zhuǎn)移MOS晶體管102 的柵極施加比地電勢(shì)低的負(fù)電壓。在下面的描述中，除非另有說(shuō)明，向柵極施加的電壓指的 是向晶體管的柵極施加以使得晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的電壓。應(yīng)當(dāng)注意，源極跟隨器放大器的電源電壓SVDD與向每個(gè)晶體管的柵極供應(yīng)電壓 的驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓VDD不同。一般說(shuō)來(lái)，電源電壓VDD比電源電壓SVDD高。但是，電 源電壓VDD可以與電源電壓SVDD相同或比其小。本實(shí)施例的特征在于，向復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VresH比電源的電源 電壓SVDD低。放大MOS晶體管的漏極和復(fù)位MOS晶體管的漏極與電源連接。此外，期望將 電壓VresH設(shè)定為比電源電壓VDD低。圖2是示出其中使用圖1所示的像素電路的固態(tài)成像裝置的框圖。在圖2中，像 素100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g和IOOi中的每一個(gè)相當(dāng)于圖1示出的像素100。 盡管圖2示出了布置有3行X3列的像素的布置，但是本發(fā)明不限于此。即，可以在固態(tài)成 像裝置中線狀地或以矩陣方式布置多個(gè)像素。在該圖中，垂直讀出線107a、107b和107c用來(lái)輸出分別從像素IOOa IOOi獲得 的像素信號(hào)，并且水平驅(qū)動(dòng)線201a、201b和201c中的每一個(gè)用來(lái)針對(duì)每一行選擇要被讀取 的像素。這里，應(yīng)當(dāng)注意，水平驅(qū)動(dòng)線201a、201b和201c中的每一個(gè)相當(dāng)于在圖1中分別 示出的轉(zhuǎn)移MOS晶體管驅(qū)動(dòng)線109、復(fù)位MOS晶體管驅(qū)動(dòng)線110和選擇晶體管驅(qū)動(dòng)線111。 此外，VSR(垂直移位寄存器)202與驅(qū)動(dòng)塊112連接。這里，在圖1中示出了驅(qū)動(dòng)塊112的 詳細(xì)構(gòu)造。列信號(hào)讀出單元203a、203b和203c用來(lái)處理從像素輸出的信號(hào)。HSR(水平移位 寄存器)204產(chǎn)生用來(lái)依次讀出由列信號(hào)讀出單元203a、203b和203c中的每一個(gè)保持的像 素信號(hào)的控制信號(hào)。通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)205a、205b和205c來(lái)將像素信號(hào)依次轉(zhuǎn)移到放大單元 206。然后，由放大單元206放大像素信號(hào)，并且從輸出端子207輸出放大的信號(hào)。
在本實(shí)施例中，在復(fù)位MOS晶體管105中出現(xiàn)導(dǎo)通的情況下，向復(fù)位MOS晶體管 105的柵極施加電壓VresH。更具體而言，向復(fù)位MOS晶體管105的柵極供應(yīng)電壓的驅(qū)動(dòng)電 路117由反相器電路構(gòu)成，并且相關(guān)反相器電路的電源電壓被給定為VresH。這里，應(yīng)當(dāng)注 意，電源電壓VresH比向復(fù)位MOS晶體管105的漏極供應(yīng)的電源電壓SVDD低。如果向復(fù)位MOS晶體管105的柵極施加的電壓被給定為VresH，則在放大MOS晶體 管104的柵極處的電壓VGS由以下表達(dá)式(1)給出。這里，假定復(fù)位MOS晶體管105的閾 值電壓被給定為Vth_res。 VGS = VresH-Vth_res ... (1)如表達(dá)式(1)所指出的，在向復(fù)位MOS晶體管105的柵極施加的電壓減小的情況 下，放大MOS晶體管104的柵極電壓VGS減小。向放大MOS晶體管104的漏極施加電源電壓SVDD。因而，為了滿(mǎn)足放大MOS晶體 管104工作在飽和區(qū)中的條件，只需要滿(mǎn)足以下表達(dá)式(2)。這里，假定放大MOS晶體管的 閾值電壓被給定為Vth_sf。SVDD 彡 VGS-Vth_sf ... (2)因此，如果放大MOS晶體管104的柵極電壓VGS減小，則表達(dá)式(2)的右邊部分的 值減小，由此放大MOS晶體管104的操作接近于在飽和區(qū)中的操作。更期望地，向復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VresH可以滿(mǎn)足從表達(dá)式(1)和 (2)獲得的以下表達(dá)式(3)。VresH ^ SVDD+Vth_sf+Vth_res …(3)也就是說(shuō)，期望的是電壓VresH比放大MOS晶體管的漏極電壓SVDD、放大MOS晶體 管的閾值電壓Vth_sf與復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_res的和低。此外，為了滿(mǎn)足在復(fù)位MOS晶體管105中出現(xiàn)導(dǎo)通的條件，必須滿(mǎn)足以下表達(dá)式⑷。VresH 彡 Vth_res …(4)如剛剛所述的，由于電壓VresH比電源電壓VDD低，因此放大MOS晶體管104可 以容易地工作在飽和區(qū)中。此外，由于設(shè)置了供應(yīng)使得導(dǎo)通時(shí)的電壓滿(mǎn)足由表達(dá)式(3)和 (4)給出的條件的信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，因此可以獲得其線性度更優(yōu)秀且令人滿(mǎn)意的固態(tài)成像
直ο在本實(shí)施例中，與復(fù)位MOS晶體管10 5的漏極連接的電源的電源電壓SVDD是 4. 8V，在轉(zhuǎn)移MOS晶體管102和選擇晶體管106中的每一個(gè)中出現(xiàn)導(dǎo)通的情況下向這些晶 體管的柵極中的每一個(gè)施加的電壓VDD是5. 0V，放大MOS晶體管104的閾值電壓Vth_sf和 復(fù)位MOS晶體管105的閾值電壓Vth_res中的每一個(gè)是_0. 2V，并且在復(fù)位MOS晶體管105 中出現(xiàn)導(dǎo)通的情況下向此晶體管的柵極施加的電壓VresH是3. 8V。在將埋溝MOS晶體管用于源極跟隨器放大器以降低Ι/f噪聲或RTS噪聲的情況 下，放大MOS晶體管的閾值電壓Vth_sf具有接近于OV的值或變?yōu)樨?fù)電壓。此外，在還將埋 溝MOS晶體管用于復(fù)位晶體管的情況下，復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_res同樣具有接 近于OV的值或變?yōu)樨?fù)電壓。此外，如果在較深的位置處形成埋溝以改善降噪效果，則閾值 電壓向負(fù)的方向移動(dòng)。據(jù)此，期望的是電壓VresH較低。在本實(shí)施例中，即使在通過(guò)將埋溝MOS晶體管應(yīng)用于放大MOS晶體管104等來(lái)降低噪聲的情況下，也可以通過(guò)降低電壓VresH來(lái)確保優(yōu)秀且令人滿(mǎn)意的線性度。此外，在本實(shí)施例中，復(fù)位MOS晶體管105的漏極電壓和放大MOS晶體管104的漏極電壓是彼此共用的。即，可以通過(guò)將各個(gè)漏極與共用的電源布線連接來(lái)減少布線的數(shù)目。在半導(dǎo)體襯底的像素區(qū)域上形成包含于一個(gè)像素中的光電二極管101、轉(zhuǎn)移MOS 晶體管102、FD 103、放大MOS晶體管104、復(fù)位MOS晶體管105和選擇晶體管106。此外， 在半導(dǎo)體襯底上線狀地或以矩陣方式布置像素區(qū)域。順便說(shuō)一下，可以在像素區(qū)域之間布 置器件分隔部分。放大MOS晶體管104的漏極和復(fù)位MOS晶體管105的漏極與通過(guò)絕緣膜布置在像 素區(qū)域上的單個(gè)布線連接。因而，可以提高光電轉(zhuǎn)換單元的實(shí)際的開(kāi)口率。順便說(shuō)一下，在本實(shí)施例中，可以與放大MOS晶體管104的漏極電壓獨(dú)立地供應(yīng)復(fù) 位MOS晶體管105的漏極電壓。隨后，將作為比較示例來(lái)描述當(dāng)在復(fù)位MOS晶體管中出現(xiàn)導(dǎo)通時(shí)柵極電勢(shì)高于或 等于漏極電勢(shì)的構(gòu)造。在這種情況下，向構(gòu)成源極跟隨器放大器的放大MOS晶體管的柵極 供應(yīng)基本上與復(fù)位MOS晶體管的漏極電壓相同的電壓。如果向復(fù)位MOS晶體管的漏極和放 大MOS晶體管的漏極供應(yīng)共用的電源電壓SVDD，則在表達(dá)式(2)中得到SVDD ^ VGS0為此， 為了滿(mǎn)足放大MOS晶體管工作在飽和區(qū)中的條件，或者為了滿(mǎn)足表達(dá)式(2)，閾值電壓Vth 必須為正電壓。為此，其閾值電壓Vth為負(fù)的埋溝MOS晶體管不工作在飽和區(qū)中。此外，即 使多個(gè)像素的閾值電壓Vth的平均值為正，由于制造工藝等引起的器件的變化，部分像素 的放大MOS晶體管的閾值電壓Vth也有可能為負(fù)。為此，通過(guò)該比較示例的構(gòu)造不能改善 線性度。如剛剛所述的，在本實(shí)施例中，向復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓比電源電壓 VDD低。為此，用于源極跟隨器放大器的埋溝MOS晶體管容易地工作在飽和區(qū)中。因而，根 據(jù)像這樣的構(gòu)造，可以在改善線性度時(shí)降低噪聲。(第二實(shí)施例) 隨后，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。在本實(shí)施例中，不減小向 復(fù)位MOS晶體管105的柵極施加的電壓。作為替代，增大復(fù)位MOS晶體管105的閾值電壓 Vth0更具體而言，設(shè)定驅(qū)動(dòng)電路117的電源以具有電源電壓VDD，使得將向復(fù)位MOS晶體管 105的柵極施加的電壓設(shè)定為電源電壓VDD。為了減小放大MOS晶體管104的柵極電壓VGS，復(fù)位MOS晶體管105的閾值電壓 Vth被設(shè)定為滿(mǎn)足以下表達(dá)式(5)，表達(dá)式(5)是通過(guò)用電源電壓VDD替換表達(dá)式(3)中的 電壓VresH而獲得的。Vth_res ≥ VDD-SVDD-Vth_sf …(5)這里，如果假定電源電壓VDD是5. 0V,電源電壓SVDD是4. 8V，并且放大MOS晶體 管104的閾值電壓Vth_sf是0V，則復(fù)位MOS晶體管105的閾值電壓Vth_res等于或高于 0. 2V。但是，考慮到MOS晶體管的特性的變化等，期望的是將閾值電壓Vth_res設(shè)定為等于 或高于0. 4V，并且進(jìn)一步期望將閾值電壓Vth_res設(shè)定為等于或高于0. 6V。在本實(shí)施例中，復(fù)位MOS晶體管105的閾值是滿(mǎn)足表達(dá)式(5)的值。通過(guò)這種構(gòu) 造，用于源極跟隨器放大器的埋溝MOS晶體管容易地工作在飽和區(qū)中。因而，可以在改善線 性度時(shí)降低噪聲。
(第三實(shí)施例)在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置被應(yīng)用于照相機(jī)系統(tǒng)的本發(fā)明 的第三實(shí)施例。這里，應(yīng)當(dāng)注意，作為成像系統(tǒng)，可以使用數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)或數(shù)字便攜式攝 像機(jī)等。圖3是示出作為成像系統(tǒng)的示例的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的框圖。在圖3中，擋板1用來(lái)保護(hù)透鏡2，并且透鏡2在固態(tài)成像裝置4上提供被攝體的 光學(xué)圖像。光闌3改變經(jīng)過(guò)透鏡2的光的量，并且已經(jīng)在上述實(shí)施例中描述的固態(tài)成像裝 置4將由透鏡2提供的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)。這里，在固態(tài)成像裝置4的襯底上設(shè)置 A/D (模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器。信號(hào)處理單元7對(duì)從固態(tài)成像裝置4輸出的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各 種處理，諸如校正處理和壓縮處理等，定時(shí)發(fā)生單元8產(chǎn)生給固態(tài)成像裝置4和信號(hào)處理單 元7的定時(shí)信號(hào)，總體控制/計(jì)算單元9執(zhí)行各種計(jì)算并控制整個(gè)數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)，存儲(chǔ)單 元10用來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，記錄介質(zhì)控制I/F(接口)單元11用來(lái)對(duì)記錄介質(zhì)12執(zhí)行 記錄或讀取，諸如可拆卸地提供的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的記錄介質(zhì)12用來(lái)記錄和/或讀出圖像 數(shù)據(jù)，并且外部I/F單元13用來(lái)執(zhí)行與外部計(jì)算機(jī)等的通信。這里，可以從成像系統(tǒng)外輸 入定時(shí)信號(hào)等，并且成像系統(tǒng)只需要至少設(shè)置固態(tài)成像裝置4和用于處理從固態(tài)成像裝置 4輸出的圖像信號(hào)的信號(hào)處理單元7。在本實(shí)施例中，在相同的襯底上設(shè)置固態(tài)成像裝置4和A/D轉(zhuǎn)換器。但是，可以在 不同的襯底上分別設(shè)置固態(tài)成像裝置4和A/D轉(zhuǎn)換器。此外，可以在相同的襯底上設(shè)置固 態(tài)成像裝置4和信號(hào)處理單元7。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置可以被應(yīng)用于照相機(jī)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，如果 根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置被應(yīng)用于照相機(jī)系統(tǒng)，則可以拍攝線性度優(yōu)秀且令人滿(mǎn)意的并 且噪聲被降低的圖像。在上面的描述中，像素示例性地由N溝道MOS晶體管構(gòu)成。但是，本發(fā)明也適用于 像素由P溝道MOS晶體管構(gòu)成的情況。在這種情況下，由于放大MOS晶體管由P溝道MOS 晶體管構(gòu)成，因此與使用N溝道MOS晶體管的情況相比，降低了 Ι/f噪聲。在任何情況下，在像素由P溝道MOS晶體管構(gòu)成的情況下，只需要使電壓的極性全 部反轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，向復(fù)位MOS晶體管的漏極和放大MOS晶體管的漏極施加地電勢(shì)SVSS。此外，可以采用另一種構(gòu)造。在此構(gòu)造中，與復(fù)位MOS晶體管的漏極和放大MOS晶 體管的漏極連接的電源的電源電壓SVSS是比地電勢(shì)低的負(fù)電壓。此時(shí)，在每個(gè)晶體管中出 現(xiàn)導(dǎo)通的情況下向相關(guān)晶體管的柵極施加的電壓VSS是比地電勢(shì)低的負(fù)電壓。在像素由P溝道MOS晶體管構(gòu)成的情況下，向復(fù)位MOS晶體管的柵極施加比向放 大MOS晶體管的漏極施加的電壓高的電壓。此外，在上述表達(dá)式(1) (5)中的每一個(gè)中， 電源電壓SVDD被漏極電壓SVSS取代，并且將不等號(hào)的方向反轉(zhuǎn)。在放大MOS晶體管是P 型埋溝MOS晶體管的情況下，閾值電壓從負(fù)電壓移動(dòng)到正電壓。作為P溝道MOS晶體管被應(yīng)用于像素的具體的構(gòu)造，收集空穴作為信號(hào)電荷的構(gòu) 造是能夠想得到的。在這種情況下，像素中的所有晶體管可以由P溝道MOS晶體管構(gòu)成。結(jié) 果，由于像素的所有MOS晶體管可以在N型阱中形成，因此可以容易地使像素微細(xì)。此外， 可以通過(guò)使用電子作為信號(hào)電荷而在N型阱中布置由P溝道MOS晶體管構(gòu)成的放大MOS晶 體管。在這種情況下，由于轉(zhuǎn)移MOS晶體管在P型阱中形成，因此在使像素微細(xì)的情況下， 想得到例如如下的背面照明的構(gòu)造，其中在與光電轉(zhuǎn)換單元不同的襯底上形成在浮置擴(kuò)散區(qū)之后的級(jí)處布置的電路。 雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的 示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將被賦予最寬的解釋以便包含所有這種修改和等同結(jié) 構(gòu)與功能。
權(quán)利要求
1.一種具有多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置，每個(gè)像素包括 光電轉(zhuǎn)換單元，被配置為執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換；放大MOS晶體管，被配置為基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷來(lái)輸出信號(hào)；和 復(fù)位MOS晶體管，被配置為使所述放大MOS晶體管的柵極電勢(shì)復(fù)位， 其中所述放大MOS晶體管是N型埋溝MOS晶體管，以及用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài)的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電 壓比向所述復(fù)位MOS晶體管的漏極施加的電壓低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通 狀態(tài)的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VresH、所述放大MOS晶體管的漏極電壓 SVDD、所述放大MOS晶體管的閾值電壓Vth_sf、以及所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_ res滿(mǎn)足以下兩個(gè)表達(dá)式VresH ≤ SVDD+Vth_sf+Vth_res VresH ≥Vth_res。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述復(fù)位MOS晶體管是埋溝MOS晶體管，以及 所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓是負(fù)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述放大MOS晶體管的閾值電壓是負(fù)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述像素還包括轉(zhuǎn)移MOS晶體管和浮置擴(kuò)散區(qū)，以及所述轉(zhuǎn)移MOS晶體管將由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述放大MOS晶體管的漏極和所述復(fù)位 MOS晶體管的漏極與在像素區(qū)域內(nèi)布置的單個(gè)電源布線連接。
7.一種具有多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置，每個(gè)像素包括 光電轉(zhuǎn)換單元，被配置為執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換；放大MOS晶體管，被配置為基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷來(lái)輸出信號(hào)；和 復(fù)位MOS晶體管，被配置為使所述放大MOS晶體管的柵極電勢(shì)復(fù)位， 其中所述放大MOS晶體管是P型埋溝MOS晶體管，以及用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài)的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電 壓比向所述復(fù)位MOS晶體管的漏極施加的電壓高。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通 狀態(tài)的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VresH、所述放大MOS晶體管的漏極電壓 SVSS、所述放大MOS晶體管的閾值電壓Vth_sf、以及所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_ res滿(mǎn)足以下兩個(gè)表達(dá)式VresH ≥ SVSS+Vth_sf+Vth_res VresH ≤ Vth_res。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述復(fù)位MOS晶體管是埋溝MOS晶體管，以及 所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓是正電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中所述放大MOS晶體管的閾值電壓是正電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述像素還包括轉(zhuǎn)移MOS晶體管和浮置擴(kuò)散區(qū)，以及所述轉(zhuǎn)移MOS晶體管將由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中所述放大MOS晶體管的漏極和所述復(fù)位 MOS晶體管的漏極與在像素區(qū)域內(nèi)布置的單個(gè)電源布線連接。
13.一種具有多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置，每個(gè)像素包括 光電轉(zhuǎn)換單元，被配置為執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換；放大MOS晶體管，被配置為基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷來(lái)輸出信號(hào)；和 復(fù)位MOS晶體管，被配置為使所述放大MOS晶體管的柵極電勢(shì)復(fù)位， 其中所述放大MOS晶體管是N型埋溝MOS晶體管，以及所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_res、用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài) 的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VDD、向所述復(fù)位MOS晶體管的漏極施加的電壓 SVDD,以及所述放大MOS晶體管的閾值電壓Vth_sf滿(mǎn)足以下表達(dá)式 Vth_res 彡 VDD-SVDD_Vth_sf。
14.一種具有多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置，每個(gè)像素包括 光電轉(zhuǎn)換單元，被配置為執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換；放大MOS晶體管，被配置為基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷來(lái)輸出信號(hào)；和 復(fù)位MOS晶體管，被配置為使所述放大MOS晶體管的柵極電勢(shì)復(fù)位， 其中所述放大MOS晶體管是P型埋溝MOS晶體管，以及所述復(fù)位MOS晶體管的閾值電壓Vth_res、用于將所述復(fù)位MOS晶體管設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài) 的向所述復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的電壓VSS、向所述復(fù)位MOS晶體管的漏極施加的電壓 SVSS、以及所述放大MOS晶體管的閾值電壓Vth_sf滿(mǎn)足以下表達(dá)式 Vth_res ≤ VSS-SVSS-Vth_sf
15.一種成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置；和信號(hào)處理單元，被配置為處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的成像信號(hào)。
16.一種成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置；和信號(hào)處理單元，被配置為處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的成像信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的特征在于，向復(fù)位MOS晶體管的柵極施加的復(fù)位柵極電壓VresH比與放大MOS晶體管和復(fù)位MOS晶體管的漏極連接的電源的電源電壓SVDD低。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102110701SQ20101059725
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者沖田彰, 箕輪雅章 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社