專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備和成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備和成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在固態(tài)成像設(shè)備中，由諸如浮置擴(kuò)散之類的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。設(shè)Q為電荷，V為電壓，并且C為電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的電容。由于V =Q/C，因此通過減少電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的電容可以提高靈敏度。日本專利公開No. 7-58308公開了一種固態(tài)成像設(shè)備，其包括光接收單元1、存儲(chǔ)單元2、水平傳送單元3、浮置擴(kuò)散23、輸出放大器27和緩沖放大器31。光接收單元1包括在垂直方向上連續(xù)的多個(gè)移位寄存器。存儲(chǔ)單元2包括跟隨光接收單元1的那些移位寄存器的多個(gè)移位寄存器，并且存儲(chǔ)與一屏對(duì)應(yīng)的信息電荷。水平傳送單元3針對(duì)每個(gè)水平線來接收存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元2中的一屏的信息電荷，并且順序地輸出它們。浮置擴(kuò)散23暫時(shí)地存儲(chǔ)從水平傳送單元3輸出的信息電荷。浮置擴(kuò)散23經(jīng)由鋁布線沈與輸出放大器27的輸入端子連接。輸出放大器27由兩級(jí)的源極跟隨器電路形成。輸出放大器27的輸出端子與緩沖放大器31的輸入端子連接。從緩沖放大器31輸出的信號(hào)具有與在浮置擴(kuò)散23中發(fā)生的電位變化的相位相同的相位，并且被施加到作為覆蓋浮置擴(kuò)散23的遮光膜的鋁布線30。因此，即使當(dāng)鋁布線沈和30在絕緣膜四的兩側(cè)相對(duì)時(shí)，在它們之間的實(shí)際電容也足夠地小，從而抑制浮置擴(kuò)散23的電容的增大。然而，在日本專利公開No. 7-58308中描述的發(fā)明僅僅旨在CXD固態(tài)圖像傳感器的最終輸出部分，而沒有考慮像素陣列中的每個(gè)像素的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的電容。另外，在有關(guān)技術(shù)的發(fā)明中，緩沖放大器的輸出信號(hào)僅僅被施加到鋁布線，以便抑制由用作為浮置擴(kuò)散遮光的遮光膜的鋁布線所引起的浮置擴(kuò)散的電容的增大。即，在有關(guān)技術(shù)的發(fā)明中，緩沖放大器的輸出信號(hào)沒有被施加到布置在導(dǎo)電體和電荷-電壓轉(zhuǎn)換器之間的鋁布線，以便抑制由維持在固定電位處的導(dǎo)電體所引起的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的電容的增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了減少像素陣列中的每個(gè)像素的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的實(shí)際電容的有利的技術(shù)。本發(fā)明的第一方面提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，其包括其中布置有多個(gè)像素的像素陣列，所述像素陣列包括由供應(yīng)有固定電位的半導(dǎo)體和導(dǎo)電體之一形成的區(qū)域，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器、電荷-電壓轉(zhuǎn)換器以及放大單元，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，所述放大單元以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)并且將放大后的信號(hào)輸出到輸出線；并且所述輸出線包括屏蔽部分，所述屏蔽部分被布置為相對(duì)于所述區(qū)域屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的至少一部分。本發(fā)明的第二方面提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，其包括其中布置有多個(gè)像素的像素陣列，所述像素陣列包括由供應(yīng)有固定電位的半導(dǎo)體和導(dǎo)電體之一形成的區(qū)域；并且每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器、電荷-電壓轉(zhuǎn)換器以及放大單元，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，所述放大單元以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)并且將放大后的信號(hào)輸出到輸出節(jié)點(diǎn)；其中形成所述輸出節(jié)點(diǎn)的第一導(dǎo)電圖案的一部分被布置在所述區(qū)域的至少一部分與所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的至少一部分之間。本發(fā)明的第三方面提供了一種成像系統(tǒng)，其包括在第一方面或第二方面中限定的固態(tài)成像設(shè)備；以及處理器，所述處理器處理從所述固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)。從以下參考附圖的示例性實(shí)施例的描述中本發(fā)明更多的特征將變得清晰。


圖IA和圖IB說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的示意性布置的示例；圖2說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像塊(block)的布置的示例；圖3說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的像素的布置的示例；圖4A和圖4B說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的移位寄存器的布置的示例；圖5說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)序圖的示例；圖6示出了光電轉(zhuǎn)換器和像素內(nèi)讀出電路的一部分的布置的示例；圖7示出了光電轉(zhuǎn)換器和像素內(nèi)讀出電路的一部分的布置的示例；圖8示出了沿著圖6和圖7中的線A-A'截取的截面；圖9示出了像素的另一示例；圖10示出了像素的布置的示例；圖11示出了像素的布置的示例；圖12示出了沿著圖11中的線A-A'截取的截面；以及圖13示出了輻射成像系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式將參考圖IA和圖IB描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備100的示意性布置。 固態(tài)成像設(shè)備100可以通過例如排列多個(gè)成像塊101來形成。在該情況下，多個(gè)成像塊101 的陣列可以形成具有一個(gè)成像區(qū)的傳感器面板SP。多個(gè)成像塊101可以被布置在支撐襯底102上。在固態(tài)成像設(shè)備100使用單個(gè)成像塊101時(shí)，單個(gè)成像塊101形成傳感器面板 SP?？梢酝ㄟ^例如在半導(dǎo)體襯底上形成電路元件或者在例如玻璃襯底上形成半導(dǎo)體層且在半導(dǎo)體層上形成電路元件，來設(shè)置多個(gè)成像塊101中的每一個(gè)。多個(gè)成像塊101中的每一個(gè)具有像素陣列，在該像素陣列中多個(gè)像素被排列以便形成多行和多列。固態(tài)成像設(shè)備100可以用作捕獲諸如X射線之類的輻射的圖像的設(shè)備或者捕獲可見光的圖像的設(shè)備。在固態(tài)成像設(shè)備100用作捕獲輻射的圖像的設(shè)備時(shí)，將輻射轉(zhuǎn)換成可見光的閃爍體103可以典型地被設(shè)置在傳感器面板SP上。閃爍體103將輻射轉(zhuǎn)換成可見光，該可見光照射傳感器面板SP并且被傳感器面板SP上的各光電轉(zhuǎn)換器(成像塊101)光電轉(zhuǎn)換。接下來將參考圖2描述每個(gè)成像塊101的布置的示例。在固態(tài)成像設(shè)備100使用單個(gè)成像塊101時(shí)，單個(gè)成像塊101可以被認(rèn)為是固態(tài)成像設(shè)備。成像塊101具有像素陣列GA，在該像素陣列GA中，多個(gè)像素201被排列以便形成多行和多列，并且布置有多個(gè)列信號(hào)線208a。多個(gè)像素201中的每一個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換器(例如，光電二極管)202以及像素內(nèi)讀出電路203，該像素內(nèi)讀出電路203將與由光電轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生的電荷對(duì)應(yīng)的信號(hào)(光信號(hào))輸出到列信號(hào)線208a。在像素陣列GA中，還可以布置多個(gè)列信號(hào)線208b，并且在該情況下像素內(nèi)讀出電路203可以被配置為將自身產(chǎn)生的噪聲輸出到列信號(hào)線208b。行方向上對(duì)齊的兩個(gè)相鄰像素201的像素內(nèi)讀出電路203可以以例如這兩個(gè)像素201之間的邊界線作為它們的對(duì)稱軸來被軸對(duì)稱地布置。成像塊101包括垂直掃描電路204和水平掃描電路205。雖然垂直掃描電路204 可以被例如放置在兩個(gè)相鄰列上的光電轉(zhuǎn)換器202之間，但是它可以被放置在像素陣列GA 中的最外側(cè)列上的光電轉(zhuǎn)換器202之外。垂直掃描電路204包括例如根據(jù)第一時(shí)鐘CLKl 執(zhí)行移位操作的垂直移位寄存器，并且根據(jù)垂直移位寄存器的移位操作來掃描像素陣列GA 中的多個(gè)行。通過串聯(lián)地連接多個(gè)寄存器來形成垂直移位寄存器，并且根據(jù)第一時(shí)鐘CLK1， 將由第一級(jí)中的寄存器接收的脈沖順序地傳送到后續(xù)的級(jí)中的寄存器。要選擇與保持脈沖的寄存器對(duì)應(yīng)的行。雖然水平掃描電路205可以被例如放置在兩個(gè)相鄰行上的光電轉(zhuǎn)換器202之間， 但是它可以被放置在像素陣列GA中的最外側(cè)行上的光電轉(zhuǎn)換器202之外。水平掃描電路 205包括例如根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2執(zhí)行移位操作的水平移位寄存器，并且根據(jù)水平移位寄存器的移位操作來掃描像素陣列GA中的多個(gè)列。通過串聯(lián)地連接多個(gè)寄存器來形成水平移位寄存器，并且根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2，將由第一級(jí)中的寄存器接收的脈沖順序地傳送到后續(xù)的級(jí)中的寄存器。要選擇與保持脈沖的寄存器對(duì)應(yīng)的列?？梢酝ㄟ^垂直地排列多個(gè)單位垂直掃描電路VSR來形成垂直掃描電路204，其中每個(gè)單位垂直掃描電路VSR包括構(gòu)成垂直移位寄存器的一個(gè)寄存器。每個(gè)單位垂直掃描電路VSR可以被放置在由屬于給定列(圖2中的最左列(即，第一列))的像素的光電轉(zhuǎn)換器 202和屬于與給定列相鄰的列(圖2中的從左邊起第二列(即，第二列))的像素的光電轉(zhuǎn)換器202所夾的區(qū)域中。在經(jīng)由垂直移位寄存器傳送脈沖時(shí)，每個(gè)單位垂直掃描電路VSR將行選擇信號(hào)VST驅(qū)動(dòng)到有效電平，使得它所屬的行上的像素201被選擇。來自所選的行上的像素201的光信號(hào)和噪聲分別被輸出到列信號(hào)線208a和208b。參考圖2，列信號(hào)線208a 和208b由單根線指出。分別向垂直掃描電路204和水平掃描電路205的輸入端子(未示出)供應(yīng)脈沖信號(hào)(開始脈沖)PULSEl和PULSE2?？梢酝ㄟ^水平地排列多個(gè)單位水平掃描電路HSR來形成水平掃描電路205，其中每個(gè)單位水平掃描電路HSR包括構(gòu)成水平移位寄存器的一個(gè)寄存器。每個(gè)單位水平掃描電路HSR被放置在由屬于一行(圖2中的從頂部起第四行(即，第四行))的每一對(duì)的兩個(gè)相
鄰像素(第一列和第二列上的一對(duì)像素、第三列和第四列上的一對(duì)像素.......)中的兩個(gè)
光電轉(zhuǎn)換器202所夾的區(qū)域中。然而，每個(gè)單位水平掃描電路HSR不被放置在由在列方向上對(duì)齊的兩個(gè)相鄰像素中的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器202所夾的區(qū)域中。該布置有利于減少列方向上的光電轉(zhuǎn)換器202之間的間隙。在經(jīng)由水平移位寄存器傳送脈沖時(shí)，每個(gè)單位水平掃描電路HSR控制開關(guān)207使得選擇它所屬的列，也就是說，該列上的列信號(hào)線208a和208b分別與水平信號(hào)線209a和209b連接。即，來自所選的行上的像素201的光信號(hào)和噪聲分別被輸出到列信號(hào)線208a和208b，并且來自所選的列(S卩，所選的列信號(hào)線208a和208b)的信號(hào)被輸出到水平信號(hào)線209a和209b。這實(shí)現(xiàn)了 X-Y尋址。水平信號(hào)線209a和209b分別與輸出放大器210a和210b的輸入端連接，并且輸出到水平信號(hào)線209a和209b的信號(hào)分別被輸出放大器210a和210b放大，并且經(jīng)由焊盤211a和211b分別輸出。像素陣列GA可以被認(rèn)為是通過排列每個(gè)包括像素201的多個(gè)單位單元(unit cell) 200以便形成多行和多列而獲得的。單位單元200可以包括幾種類型。某種單位單元 200包括單位垂直掃描電路VSR的至少一部分。雖然在圖2所示出的示例中兩個(gè)單位單元 200的集合包括僅僅一個(gè)單位垂直掃描電路VSR，但是一個(gè)單位單元200可以包括一個(gè)單位垂直掃描電路VSR，或者三個(gè)或更多個(gè)單位單元200的集合可以包括一個(gè)單位垂直掃描電路VSR。另一種單位單元200包括單位水平掃描電路HSR的至少一部分。雖然在圖2所示出的示例中一個(gè)單位單元200包括一個(gè)單位水平掃描電路HSR，但是多個(gè)單位單元200的集合可以包括一個(gè)單位水平掃描電路HSR。又一種單位單元200包括單位垂直掃描電路VSR 的至少一部分和單位水平掃描電路HSR的至少一部分兩者。又一種單位單元200包括例如，包括輸出放大器210a的至少一部分的單位單元、包括輸出放大器210b的至少一部分的單位單元、以及包括開關(guān)207的單位單元。將參考圖3描述每個(gè)像素201的布置的示例。如之前描述的，像素201包括光電轉(zhuǎn)換器202和像素內(nèi)讀出電路203。光電轉(zhuǎn)換器202可以典型地是光電二極管。像素內(nèi)讀出電路203可以包括例如第一放大器電路310、箝位電路320、光信號(hào)采樣保持電路340和噪聲采樣保持電路360、以及第二放大器電路中的NMOS晶體管343和363以及行選擇開關(guān) 344 和 364。光電轉(zhuǎn)換器202包括電荷存儲(chǔ)單元，該電荷存儲(chǔ)單元與第一放大器電路310的 PMOS晶體管303的柵極連接。PMOS晶體管303的源極經(jīng)由PMOS晶體管304與電流源305連接。使用PMOS晶體管303和電流源305來形成第一源極跟隨器電路。使用PMOS晶體管303 形成源極跟隨器電路在減少Ι/f噪聲方面是有效的。PMOS晶體管304用作啟動(dòng)(enable) 開關(guān)，該啟動(dòng)開關(guān)在向其柵極供應(yīng)的啟動(dòng)信號(hào)EN變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)被導(dǎo)通后啟動(dòng)第一源極跟隨器電路。第一放大器電路310將與電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電位對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出到中間節(jié)點(diǎn)nl。在圖3所示出的示例中，光電轉(zhuǎn)換器202的電荷存儲(chǔ)單元和PMOS晶體管303的柵極形成公共的節(jié)點(diǎn)，其用作將存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)單元中的電荷變?yōu)殡妷旱碾姾?電壓轉(zhuǎn)換器 CVC0即，電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC具有由存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)單元中的電荷Q和電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電容值C確定的電壓V( = Q/C)。電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC經(jīng)由用作復(fù)位開關(guān)的 PMOS晶體管302與復(fù)位電位Nres連接。在復(fù)位信號(hào)PRES變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，PMOS晶體管302 導(dǎo)通，因此電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電位被復(fù)位到復(fù)位電位Vres。箝位電路320使用箝位電容321來根據(jù)電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的復(fù)位電位而箝位由第一放大器電路310輸出到中間節(jié)點(diǎn)nl的噪聲。換句話說，箝位電路320是用于從根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生的電荷而從第一源極跟隨器電路輸出到中間節(jié)點(diǎn)nl的信號(hào)中抵消該噪聲的電路。輸出到中間節(jié)點(diǎn)nl的噪聲包含在復(fù)位時(shí)產(chǎn)生的kTC噪聲。通過將箝位信號(hào) PCL變?yōu)橛行щ娖揭员闶筆MOS晶體管323導(dǎo)通并且其后將箝位信號(hào)PCL變?yōu)闊o效電平以便使PMOS晶體管323截止，來進(jìn)行箝位。箝位電容321的輸出端子與PMOS晶體管322的柵極連接。PMOS晶體管322的源極經(jīng)由PMOS晶體管3 與電流源325連接。使用PMOS晶體管322和電流源325來形成第二源極跟隨器電路。PMOS晶體管3M用作啟動(dòng)開關(guān)，該啟動(dòng)開關(guān)在向其柵極供應(yīng)的啟動(dòng)信號(hào)ENO變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)被導(dǎo)通后啟動(dòng)第二源極跟隨器電路。在光信號(hào)采樣信號(hào)TS變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換器202通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷而從第二源極跟隨器電路輸出的信號(hào)作為光信號(hào)經(jīng)由開關(guān)341被寫入電容342中。 緊接在電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電位被復(fù)位之后使PMOS晶體管323導(dǎo)通時(shí)從第二源極跟隨器電路輸出的信號(hào)是噪聲。在噪聲采樣信號(hào)TN變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，該噪聲經(jīng)由開關(guān)361被寫入電容362中。該噪聲包含第二源極跟隨器電路的偏置成分。在垂直掃描電路204的單位垂直掃描電路VSR將行選擇信號(hào)VST驅(qū)動(dòng)到有效電平時(shí)，經(jīng)由第二放大器電路中的行選擇開關(guān)344和NMOS晶體管343將保持在電容342中的信號(hào)(光信號(hào))輸出到列信號(hào)線208a。同時(shí)，經(jīng)由第二放大器電路中的行選擇開關(guān)364和 NMOS晶體管363將保持在電容362中的信號(hào)(噪聲)輸出到列信號(hào)線208b。第二放大器電路中的NMOS晶體管343和設(shè)在列信號(hào)線208a上的恒流源(未示出)形成源極跟隨器電路。類似地，第二放大器電路中的NMOS晶體管363和設(shè)在列信號(hào)線208b上的恒流源(未示出)形成源極跟隨器電路。像素201可以包括使來自多個(gè)相鄰像素201的光信號(hào)相加的相加開關(guān)346。在相加模式中，相加模式信號(hào)ADD變?yōu)橛行щ娖?，因此相加開關(guān)346被導(dǎo)通。因此，相加開關(guān)346 使相鄰像素201的電容342彼此連接，由此使光信號(hào)平均化。類似地，像素201可以包括使來自多個(gè)相鄰像素201的噪聲信號(hào)相加的相加開關(guān)366。在相加開關(guān)366被導(dǎo)通時(shí)，相加開關(guān)366使相鄰像素201的電容362彼此連接，由此使噪聲信號(hào)平均化。像素201可以具有用于改變靈敏度的功能。像素201可以包括例如第一靈敏度改變開關(guān)380、第二靈敏度改變開關(guān)382和與它們關(guān)聯(lián)的電路元件。在第一改變信號(hào)WIDEl變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，第一靈敏度改變開關(guān)380被導(dǎo)通，因此第一附加電容381的電容值被添加到電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電容。這降低了像素201的靈敏度。在第二改變信號(hào)WIDE2變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，第二靈敏度改變開關(guān)382被導(dǎo)通，因此第二附加電容383的電容值被添加到電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電容。這進(jìn)一步降低了像素201的靈敏度。以這樣的方式，增加降低像素201的靈敏度的功能使得可以接收更大量的光，因此使動(dòng)態(tài)范圍變寬。在第一改變信號(hào)WIDEl變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，啟動(dòng)信號(hào)ENW可以變?yōu)橛行щ娖?，以便除了啟?dòng)PMOS晶體管303以執(zhí)行源極跟隨器操作之外還啟動(dòng)PMOS晶體管385以執(zhí)行源極跟隨器操作。雖然垂直掃描電路204可以具有各種布置，但是它可以具有例如圖4A中示出的布置。在圖4A所示出的垂直掃描電路204中，每個(gè)單位垂直掃描電路VSR包括一個(gè)D型觸發(fā)器401，并且向D型觸發(fā)器401的時(shí)鐘輸入端供應(yīng)第一時(shí)鐘CLK1。第一脈沖信號(hào)PULSEl被供應(yīng)給第一級(jí)中的單位垂直掃描電路VSR的D型觸發(fā)器401的D輸入端，并且響應(yīng)于第一時(shí)鐘CLKl而被接收。第一級(jí)中的D型觸發(fā)器401從其Q輸出端輸出具有與第一時(shí)鐘CLKl 的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間的脈沖信號(hào)。每個(gè)單位垂直掃描電路VSR的D型觸發(fā)器401的 Q輸出端被用來選擇單位垂直掃描電路VSR所屬的行，并且作為行選擇信號(hào)VST經(jīng)由例如緩沖器402而被輸出。每個(gè)單位垂直掃描電路VSR的D型觸發(fā)器401的Q輸出端與下一級(jí)中的單位垂直掃描電路VSR的D型觸發(fā)器401的D輸入端連接。雖然水平掃描電路205可以具有各種布置，但是它可以具有例如圖4B中示出的布置。在圖4B所示出的水平掃描電路205中，每個(gè)單位水平掃描電路HSR包括一個(gè)D型觸發(fā)器411，并且向D型觸發(fā)器411的時(shí)鐘輸入端供應(yīng)第二時(shí)鐘CLK2。第二脈沖信號(hào)PULSE2被供應(yīng)給第一級(jí)中的單位水平掃描電路HSR的D型觸發(fā)器411的D輸入端，并且響應(yīng)于第二時(shí)鐘CLK2而被接收。第一級(jí)中的單位水平掃描電路HSR從其Q輸出端輸出具有與第二時(shí)鐘CLK2的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間的脈沖信號(hào)。每個(gè)單位水平掃描電路HSR的Q輸出端被用來選擇單位水平掃描電路HSR所屬的列，并且作為列選擇信號(hào)HST經(jīng)由例如緩沖器412 而被輸出。每個(gè)單位水平掃描電路HSR的Q輸出端與下一級(jí)中的單位水平掃描電路HSR的 D型觸發(fā)器411的D輸入端連接。注意，通過將水平掃描電路205的水平掃描周期乘以像素陣列GA中的行的數(shù)量，來獲得作為垂直掃描電路204的掃描周期的垂直掃描周期。水平掃描周期是為掃描像素陣列GA中的所有列所需的時(shí)間段。因此，供應(yīng)給產(chǎn)生用來選擇列的列選擇信號(hào)HST的水平掃描電路205的第二時(shí)鐘CLK2的頻率大大高于供應(yīng)給產(chǎn)生用來選擇行的行選擇信號(hào)VST的垂直掃描電路204的第一時(shí)鐘CLKl的頻率。將參考圖5描述供應(yīng)給每個(gè)像素201的主要信號(hào)。復(fù)位信號(hào)PRES、啟動(dòng)信號(hào)EN、 箝位信號(hào)PCL、光信號(hào)采樣信號(hào)TS和噪聲采樣信號(hào)TN是低有效的(low-active)信號(hào)。雖然圖5中未示出，但是啟動(dòng)信號(hào)ENO可以是與啟動(dòng)信號(hào)EN類似的信號(hào)。此外，雖然圖5中未示出，但是在第一改變信號(hào)WIDEl變?yōu)橛行r(shí)啟動(dòng)信號(hào)ENw可以以與啟動(dòng)信號(hào)EN相同的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。首先，啟動(dòng)信號(hào)EN在像素陣列GA中的所有行上變?yōu)橛行?，并且光信?hào)采樣信號(hào)TS 變?yōu)槊}沖狀的有效電平，因此光信號(hào)被寫入電容342中。接下來，復(fù)位信號(hào)PRES變?yōu)槊}沖狀的有效電平，因此電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電位被復(fù)位。箝位信號(hào)PCL變?yōu)槊}沖狀的有效電平。在箝位信號(hào)PCL處于有效電平時(shí)，噪聲采樣信號(hào)TN變?yōu)槊}沖狀的有效電平，因此噪聲被寫入電容362中。與垂直掃描電路204的第一行對(duì)應(yīng)的單位垂直掃描電路VSR將其行選擇信號(hào) VST(VSTO)變?yōu)橛行щ娖健＿@意味著垂直掃描電路204選擇像素陣列GA的第一行。在該狀態(tài)下，與水平掃描電路205的第一列到最后一列對(duì)應(yīng)的單位水平掃描電路HSR將它們的列選擇信號(hào)HST(HSTO-HSTn)變?yōu)橛行щ娖?。這意味著水平掃描電路205順序地選擇像素陣列GA的第一列到最后一列。因此，從輸出放大器210a和210b分別輸出像素陣列GA的第一行上的第一列到最后一列上的像素的光信號(hào)和噪聲信號(hào)。其后，與垂直掃描電路204 的第二行對(duì)應(yīng)的單位垂直掃描電路VSR將其行選擇信號(hào)VST(VSTl)變?yōu)橛行щ娖?。與水平掃描電路205的第一列到最后一列對(duì)應(yīng)的單位水平掃描電路HSR將它們的列選擇信號(hào) HST(HSTO-HSTn)變?yōu)橛行щ娖?。通過對(duì)于第一行到最后一行執(zhí)行這種操作，從像素陣列GA 輸出一個(gè)圖像。接下來將參考圖6 8例示每個(gè)像素201的結(jié)構(gòu)。圖6和圖7是示出光電轉(zhuǎn)換器 202和像素內(nèi)讀出電路203的部分600的布置的示例的平面圖。圖6為了描述方便而示出了部分600的放大圖。在圖6中，未示出布置在像素陣列GA(或像素201)的第三布線層中的導(dǎo)電圖案620。圖8示出了沿著圖6和圖7中的線A-A'截取的截面。具有光電轉(zhuǎn)換器 202的半導(dǎo)體襯底SUB可以具有供應(yīng)有固定電位(例如，電源電位VDD)的阱(雜質(zhì)區(qū))870。 阱870是由供應(yīng)有固定電位(例如，電源電位VDD)的導(dǎo)電體或半導(dǎo)體形成的區(qū)域的示例。 導(dǎo)電圖案620是布置在像素陣列GA(或像素201)中并且供應(yīng)有固定電位(例如，電源電位 VDD)的導(dǎo)電體的另一個(gè)示例。
像素內(nèi)讀出電路203包括第一放大器電路310，如上所述。第一放大器電路310將與電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電位對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出到中間節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl。在圖6 8所示出的示例中，像素內(nèi)讀出電路203的部分600是第一放大器電路310的一部分。電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC將存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)單元650中的由光電轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓形式的信號(hào)。第一放大器電路(放大單元)310以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC產(chǎn)生的信號(hào)，并且將放大后的信號(hào)輸出到節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl。電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電壓 (信號(hào))的改變的方向與節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl的電壓(信號(hào))的改變的方向相同。如圖8中所示出的，節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl被布置為相對(duì)于供應(yīng)有固定電位的阱870屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的至少一部分。因此，節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl用作相對(duì)于供應(yīng)有固定電位的阱870屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的屏蔽部分。屏蔽部分的屏蔽目標(biāo)是在電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC與阱870之間產(chǎn)生的電力線。這使得能夠減少電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的有效寄生電容并且提高靈敏度。在示例中，在形成節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl的導(dǎo)電圖案被布置為使得相對(duì)于阱870屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的至少一部分時(shí)，靈敏度提高到1. 5倍。第一放大器電路310可以是例如源極跟隨器電路，如圖3中所示出的。節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl包括布置在第一布線層中以便形成屏蔽部分的至少一部分的第一導(dǎo)電圖案801。電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC包括第二導(dǎo)電圖案802，所述第二導(dǎo)電圖案802沿第一導(dǎo)電圖案801布置在第一布線層上方的第二布線層中。布置在第二布線層上方的第三布線層中的導(dǎo)電圖案(第三導(dǎo)電圖案)620在從上側(cè)觀看時(shí)存在光電轉(zhuǎn)換器202的區(qū)域的部分處具有開口部分0P，如圖7中所示出的。第二導(dǎo)電圖案802在從上側(cè)觀看時(shí)可以被布置在開口部分OP中，如圖7中所示出的。在該示例中，布置在第三布線層中的導(dǎo)電圖案620不存在于電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC上方。為此，形成節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl的導(dǎo)電圖案不存在于電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC上方。然而，如果供應(yīng)有固定電位的導(dǎo)電圖案存在于電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC上方，并且該圖案不可忽略，則形成節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl的導(dǎo)電圖案優(yōu)選地也被布置在那個(gè)導(dǎo)電圖案與電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC之間。接下來將參考圖9 12描述像素201的另一個(gè)示例。在另一個(gè)示例中，像素201 包括光電轉(zhuǎn)換器202和像素內(nèi)讀出電路203。像素內(nèi)讀出電路203包括電荷-電壓轉(zhuǎn)換器 CVC、復(fù)位MOS晶體管1001、傳送MOS晶體管(傳送單元)1002、放大MOS晶體管1003和選擇 MOS晶體管1004。在由垂直掃描電路204驅(qū)動(dòng)的復(fù)位信號(hào)RES變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，復(fù)位MOS晶體管1001使電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電壓復(fù)位。在由垂直掃描電路204驅(qū)動(dòng)的傳送信號(hào) TX變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，傳送MOS晶體管1002將由光電轉(zhuǎn)換器202產(chǎn)生的電荷傳送到電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC。放大MOS晶體管(放大單元)1003與連接到形成由節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl共享的節(jié)點(diǎn)的列信號(hào)線208的電流源1005 —起形成源極跟隨器電路。在由垂直掃描電路204 驅(qū)動(dòng)的行選擇信號(hào)SEL變?yōu)橛行щ娖揭员闶惯x擇MOS晶體管1004導(dǎo)通時(shí)，放大MOS晶體管 1003與電流源1005 —起用作源極跟隨器電路。在這時(shí)候，放大MOS晶體管1003放大來自電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的電壓形式的信號(hào)，并且將沿與該電壓相同的方向改變的信號(hào)輸出到節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl和列信號(hào)線208。輸出到列信號(hào)線208的信號(hào)由輸出放大器210放大。圖10和圖11示出了圖9所示出的像素201的布置的示例。注意，在圖10中未示出第二布線層和第三布線層，并且在圖11中未示出第三布線層。圖12示出了沿著圖11中的線A-A'截取的截面。參考圖10 12，G-RES表示形成復(fù)位MOS晶體管1001的柵極的導(dǎo)電圖案；G-TX表示形成傳送MOS晶體管1002的柵極的導(dǎo)電圖案；G-SF表示形成放大MOS 晶體管1003的柵極的導(dǎo)電圖案；并且G-SEL表示形成選擇MOS晶體管1004的柵極的導(dǎo)電圖案。 光電轉(zhuǎn)換器202被形成在半導(dǎo)體襯底SUB中。電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC包括布置在第一布線層中的第一導(dǎo)電圖案1201、以及將第一導(dǎo)電圖案1201與布置在半導(dǎo)體襯底SUB中的浮置擴(kuò)散區(qū)(雜質(zhì)區(qū))FD連接的接觸塞1202。輸出線nl包括第二導(dǎo)電圖案1203、第三導(dǎo)電圖案1204和通孔塞1205。第二導(dǎo)電圖案1203被布置在第一布線層中并且包括與第一導(dǎo)電圖案1201的至少一部分平行的部分。第三導(dǎo)電圖案1204被布置在第一布線層上方的第二布線層中。通孔塞1205將第二導(dǎo)電圖案1203與第三導(dǎo)電圖案1204連接。在像素陣列GA(或像素201)中，用作供應(yīng)有固定電位(例如，地電位GND)的導(dǎo)電體的第四導(dǎo)電圖案1210被布置在第二布線層上方的第三布線層中。形成節(jié)點(diǎn)(輸出線)nl的一部分的第三導(dǎo)電圖案1204被布置為相對(duì)于作為供應(yīng)有固定電位的導(dǎo)電體的第四導(dǎo)電圖案1210屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的至少一部分，如圖12中所示出的。第三導(dǎo)電圖案1204用作屏蔽部分，其相對(duì)于作為供應(yīng)有固定電位的導(dǎo)電體的第四導(dǎo)電圖案1210屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器 CVC0屏蔽目標(biāo)包括在第四導(dǎo)電圖案和電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC之間產(chǎn)生的電力線。這使得能夠減少電荷-電壓轉(zhuǎn)換器CVC的有效寄生電容并且提高靈敏度。圖13示出了其中根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備被應(yīng)用于X射線診斷系統(tǒng)(輻射成像系統(tǒng))的示例。輻射成像系統(tǒng)包括輻射成像設(shè)備6040和處理從輻射成像設(shè)備6040輸出的信號(hào)的圖像處理器6070。輻射成像設(shè)備6040作為應(yīng)用有上述固態(tài)成像設(shè)備100并且捕獲輻射的設(shè)備，如圖IB中所示出的。由X射線管(輻射源)6050發(fā)射的X射線6060透射通過病人或?qū)ο?061的胸部6062，并且進(jìn)入輻射成像設(shè)備6040。入射的X射線承載對(duì)象 6061的身體內(nèi)部的信息。圖像處理器(處理器)6070處理從輻射成像設(shè)備6040輸出的信號(hào)(圖像)，并且可以基于通過處理獲得的信號(hào)而在例如控制室中的顯示器6080上顯示圖像。此外，圖像處理器6070可以經(jīng)由傳輸路徑6090將通過處理獲得的信號(hào)傳送到遠(yuǎn)程地點(diǎn)。這使得可以在位于另一地點(diǎn)處的例如醫(yī)生室中的顯示器6081上顯示圖像，或者將圖像記錄在諸如光盤的記錄介質(zhì)上。記錄介質(zhì)可以是膠片6110，并且在該情況下膠片處理器6100將圖像記錄在膠片6110上。根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備還可應(yīng)用到捕獲可見光的圖像的成像系統(tǒng)。這種成像系統(tǒng)可以包括例如固態(tài)成像設(shè)備100和處理從固態(tài)成像設(shè)備100輸出的信號(hào)的處理器。通過處理器進(jìn)行的處理可以包括例如轉(zhuǎn)換圖像格式的處理、壓縮圖像的處理、改變圖像尺寸的處理和改變圖像對(duì)比度的處理中的至少一個(gè)。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)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結(jié)構(gòu)與功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括其中布置有多個(gè)像素的像素陣列，所述像素陣列包括由供應(yīng)有固定電位的半導(dǎo)體和導(dǎo)電體之一形成的區(qū)域， 每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器，電荷-電壓轉(zhuǎn)換器，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，以及放大單元，所述放大單元以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)并且將放大后的信號(hào)輸出到輸出線，并且所述輸出線包括屏蔽部分，所述屏蔽部分被布置為相對(duì)于所述區(qū)域屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述光電轉(zhuǎn)換器被形成在半導(dǎo)體襯底中，所述區(qū)域包括形成在所述半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)區(qū)，所述輸出線包括布置為形成所述屏蔽部分的至少一部分的第一導(dǎo)電圖案，以及所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括沿第一導(dǎo)電圖案布置在第一導(dǎo)電圖案上方的第二導(dǎo)電圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述輸出線包括布置在第一布線層中以形成所述屏蔽部分的至少一部分的第一導(dǎo)電圖案，以及所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括沿第一導(dǎo)電圖案布置在第一布線層上方的第二布線層中的第二導(dǎo)電圖案，所述固態(tài)成像設(shè)備還包括第三導(dǎo)電圖案，所述第三導(dǎo)電圖案被布置在第二布線層上方的第三布線層中，并且在從上側(cè)觀看時(shí)存在光電轉(zhuǎn)換器的區(qū)域的一部分處具有開口部分， 以及在從上側(cè)觀看時(shí)第二導(dǎo)電圖案被布置在所述開口部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述光電轉(zhuǎn)換器被形成在半導(dǎo)體襯底中，每個(gè)像素還包括傳送單元，所述傳送單元將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷傳送到電荷-電壓轉(zhuǎn)換器，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括布置在半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)區(qū)、布置在第一布線層中的第一導(dǎo)電圖案以及連接所述雜質(zhì)區(qū)與所述第一導(dǎo)電圖案的接觸塞，所述輸出線包括第二導(dǎo)電圖案、第三導(dǎo)電圖案以及連接所述第二導(dǎo)電圖案與所述第三導(dǎo)電圖案的通孔塞，所述第二導(dǎo)電圖案被布置在第一布線層中并且包括與第一導(dǎo)電圖案的至少一部分平行的部分，所述第三導(dǎo)電圖案被布置在第一布線層上方的第二布線層中， 所述導(dǎo)電體包括布置在第二布線層上方的第三布線層中的第四導(dǎo)電圖案，以及第三導(dǎo)電圖案形成所述屏蔽部分的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，還包括將輻射轉(zhuǎn)換成可見光的閃爍體， 其中所述像素陣列被布置為對(duì)所述可見光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以及所述固態(tài)成像設(shè)備被形成為輻射成像設(shè)備。
6.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括其中布置有多個(gè)像素的像素陣列，所述像素陣列包括由供應(yīng)有固定電位的半導(dǎo)體和導(dǎo)電體之一形成的區(qū)域；以及每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器，電荷-電壓轉(zhuǎn)換器，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，以及放大單元，所述放大單元以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)并且將放大后的信號(hào)輸出到輸出節(jié)點(diǎn)，其中形成所述輸出節(jié)點(diǎn)的第一導(dǎo)電圖案的一部分被布置在所述區(qū)域的至少一部分與所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的至少一部分之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述光電轉(zhuǎn)換器被布置在半導(dǎo)體襯底中，所述區(qū)域包括布置在所述半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)區(qū)，以及所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括沿第一導(dǎo)電圖案布置在第一導(dǎo)電圖案上方的第二導(dǎo)電圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述第一導(dǎo)電圖案被布置在第一布線層中，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括沿第一導(dǎo)電圖案布置在第一布線層上方的第二布線層中的第二導(dǎo)電圖案，所述固態(tài)成像設(shè)備還包括第三導(dǎo)電圖案，所述第三導(dǎo)電圖案被布置在第二布線層上方的第三布線層中，并且在從上側(cè)觀看時(shí)與所述光電轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的部分處具有開口部分，以及在從上側(cè)觀看時(shí)所述第二導(dǎo)電圖案被布置在所述開口部分中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述光電轉(zhuǎn)換器被布置在半導(dǎo)體襯底中，每個(gè)像素還包括傳送單元，所述傳送單元將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷傳送到電荷-電壓轉(zhuǎn)換器，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器包括布置在半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)區(qū)、布置在第一布線層中的第二導(dǎo)電圖案以及連接所述雜質(zhì)區(qū)與所述第二導(dǎo)電圖案的接觸塞，所述第一導(dǎo)電圖案包括第三導(dǎo)電圖案、第四導(dǎo)電圖案以及連接所述第三導(dǎo)電圖案與所述第四導(dǎo)電圖案的通孔塞，所述第三導(dǎo)電圖案被布置在第一布線層中并且包括與第二導(dǎo)電圖案的至少一部分平行的部分，所述第四導(dǎo)電圖案被布置在第一布線層上方的第二布線層中，所述導(dǎo)電體包括布置在第二布線層上方的第三布線層中的第五導(dǎo)電圖案，以及所述第四導(dǎo)電圖案被布置在第二導(dǎo)電圖案的至少一部分與第五導(dǎo)電圖案的至少一部分之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像設(shè)備，還包括將輻射轉(zhuǎn)換成可見光的閃爍體， 其中所述像素陣列被布置為對(duì)所述可見光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以及所述固態(tài)成像設(shè)備被形成為輻射成像設(shè)備。
11. 一種成像系統(tǒng)，包括在權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)中限定的固態(tài)成像設(shè)備；以及處理器，所述處理器處理從所述固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備和成像系統(tǒng)。該固態(tài)成像設(shè)備包括其中布置有多個(gè)像素的像素陣列，其中所述像素陣列具有由供應(yīng)有固定電位的半導(dǎo)體和導(dǎo)電體之一形成的區(qū)域，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器、將由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器以及放大單元，所述放大單元以正的增益放大由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號(hào)并且將放大后的信號(hào)輸出到輸出線，并且所述輸出線包括屏蔽部分，所述屏蔽部分被布置為相對(duì)于所述區(qū)域屏蔽電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的至少一部分。
文檔編號(hào)H04N5/341GK102316278SQ201110184988
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者小泉徹, 松田崇, 菊池伸 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社