固体摄像装置的制作方法

本发明涉及固体摄像装置。

背景技术：

固体摄像装置具备在半导体基板的主面上具有多个像素的受光部、分别从该多个像素读出电荷并输出对应于该电荷量的信号值的信号读出部(参照专利文献1～5)。多个像素分别包含对应于光入射使电荷产生的光电二极管。信号读出部包含积分电容部被设置于放大器的输入端子与输出端子之间的积分电路，将由各个像素的光电二极管产生的电荷蓄积于积分电容部并输出对应于该蓄积电荷量的信号值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2000-32342号公报

专利文献2：日本专利申请公开平9-247536号公报

专利文献3：日本专利第2719058号公报

专利文献4：日本专利第4878123号公报

专利文献5：日本专利第3825503号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

专利文献1所记载的固体摄像装置具备相对于多个像素共通的积分电路。如此结构的固体摄像装置将分别在多个像素上对应于光入射由光电二极管发生的电荷蓄积于该光电二极管的结电容部，依次向共通的积分电路的积分电容传送在各个像素的光电二极管的结电容部上被蓄积的电荷，从积分电路输出对应于其电荷量的信号值。

在从各个像素的光电二极管的结电容部向积分电路的积分电容部传送电荷的时候如果在结电容部上发生电荷不完全读出的话则光检测的s/n比或线性变差。对于改善如此技术问题来说如果作为各个像素的光电二极管而使用埋入式光电二极管的话即可。埋入式光电二极管如果进行完全空乏化来使用的话则结电容量变小，输出电压成为相对于蓄积电荷量进行线性变化那样，因为能够基本上完全读出在pn接合部发生的电荷所以光检测的s/n比或线性表现优异。

然而，与通常的光电二极管相比，相对来说埋入式光电二极管为高阻抗。另外，固体摄像装置的光电二极管的光检测区域的面积与通常用途(例如数码相机中的光学图像成像用途)的光电二极管的光检测区域的面积相比，相对来说就医疗用途(例如x线ct中x线检测用途)的光电二极管的光检测区域的面积而言为100倍的程度。如果使用如此大面并且高阻抗的埋入式光电二极管的话则从该光电二极管的结电容部读出的电荷读出时间变长。

本发明就是为了解决以上所述技术问题而做出的不懈努力之结果，其目的在于提供一种能够缩短从各个像素的光电二极管的结电容部读出的电荷读出时间并且光检测的s/n比或线性表现优异的固体摄像装置。

解决技术问题的手段

本发明所涉及的固体摄像装置具备：受光部，在具有互相相对的第1主面以及第2主面的半导体基板的所述第1主面上具有多个像素；信号读出部，输出对应于分别从多个像素输出的电荷量的信号值；控制部，分别控制受光部以及信号读出部各自的动作。另外，多个像素各自分别包含：多个埋入式光电二极管，对应于各个光入射使电荷产生并将该电荷蓄积于结电容部；电容部，蓄积从该多个光电二极管各自的结电容部被传送来的电荷；传送用开关组，用于从多个光电二极管各自的结电容部向电容部传送电荷；输出用开关，用于从电容部向信号读出部输出电荷。另外，控制部使经过整个共通的电荷蓄积期间分别在多个像素上对应于光入射产生的电荷蓄积于各个光电二极管的结电容部，在电荷蓄积期间之后分别在多个像素上将传送用开关组控制在开启(on)状态并从各个光电二极管的结电容部使电荷传送至电容部，在这个电荷传送后分别就多个像素依次将输出用开关控制在开启(on)状态并从电容部使电荷向信号读出部输出。

发明效果

如果由本发明的话则能够提供一种能够缩短从各个像素的光电二极管的结电容部读出的电荷读出时间并且光检测的s/n比或线性表现优异的固体摄像装置。

附图说明

图1是第1实施方式的固体摄像装置1的全体结构图。

图2是第1实施方式的固体摄像装置1的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。

图3是第1实施方式的固体摄像装置1的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图。

图4是表示第1实施方式的固体摄像装置1的工作例子的时序图。

图5是为了说明第1实施方式的固体摄像装置1的受光部10的截面结构例子的示意图。

图6是为了说明第1实施方式的固体摄像装置1的截面结构例子的示意图。

图7是为了说明受光部10中光电二极管pd以及电容部c1各自的配置区域的示意图。

图8是就受光部10的各个像素pm,n中的电荷移动进行说明的示意图，(a)表示各个像素pm,n包含1个光电二极管的情况下的电荷移动的情况，(b)表示各个像素pm,n包含多个光电二极管的情况下的电荷移动的情况。

图9是第2实施方式的固体摄像装置2的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。

图10是第2实施方式的固体摄像装置2的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图。

图11是表示第2实施方式的固体摄像装置2的工作例子的时序图。

图12是第3实施方式的固体摄像装置3的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。

图13是第3实施方式的固体摄像装置3的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图，并表示m行n列当中作为代表的2行2列部分的像素。

图14是表示第3实施方式的固体摄像装置3的工作例子的时序图。

图15是为了说明第4实施方式的固体摄像装置4的截面结构例子的示意图。

图16是为了说明第5实施方式的固体摄像装置5的截面结构例子的示意图。

图17是为了说明第6实施方式的固体摄像装置6的截面结构例子的示意图。

具体实施方式

以下是参照附图并就为了实施本发明的方式进行详细说明。还有，在附图的说明过程中将相同符号标注于相同或同等的要素，并省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的固体摄像装置1的全体结构图。固体摄像装置1具备受光部10以及信号读出部20，另外具备控制这些受光部10以及信号读出部20各自的动作的控制部30。

受光部10在具有互相相对的第1主面以及第2主面的半导体基板的所述第1主面上具有m×n个像素p1,1～pm,n。m×n个像素p1,1～pm,n具有共同的结构，并且被排列成二维状。像素pm,n位于第m行第n列。各个像素pm,n包含对应于光入射使电荷产生的发光二极管，并且能够输出该电荷。还有，m,n为2以上的整数。m为1以上m以下的各个整数。n为1以上n以下的各个整数。

信号读出部20输出对应于分别从m×n个像素p1,1～pm,n被输出的电荷量的信号值。信号读出部20包含n个积分电路211～21n、n个保持电路221～22n以及ad转换电路23。n个积分电路211～21n具有共同的结构。n个保持电路221～22n具有共同的结构。

第n积分电路21n输入分别从第n列的m个像素p1,n～pm,n按顺序被输出的电荷，并向保持电路22n输出对应于其电荷量的电压值。第n保持电路22n输入从积分电路21n被输出的电压值并进行保持。n个保持电路221～22n按顺序向ad转换电路23输出各个正保持着的电压值。

ad转换电路23输入分别从n个保持电路221～22n依次被输出的电压值，将该输入的电压值转换成数字值并输出该数字值。从ad转换电路23被输出的数字值为对应于分别从m×n个像素p1,1～pm,n被输出的电荷量的信号值。

图2是第1实施方式的固体摄像装置1的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。图2表示m×n个像素p1,1～pm,n当中作为代表的第n列的2个像素pm,n以及像素pm+1,n，并且表示n个积分电路211～21n当中作为代表的第n积分电路21n。

各个像素pm,n包含多个埋入式光电二极管pd、电容部c1、多个传送用开关sw1以及输出用开关sw2。各个传送用开关sw1以及输出用开关sw2可以由mos晶体管构成。各个光电二极管pd能够对应于光入射使电荷产生并且将该电荷蓄积于结电容部。电容部c1蓄积从多个光电二极管pd各自的结电容部经过传送用开关sw1被传送来的电荷。在各个像素pm,n中，电容部c1既可以是1个又可以是多个部分电容部被并联设置的结构。

各个传送用开关sw1是一对一地对应于光电二极管pd被设置。光电二极管pd以及传送用开关sw1的各个配对相对于电容部c1被并联设置。各个传送用开关sw1在其状态为开启(on)状态的时候能够从光电二极管pd的结电容部向电容部c1传送电荷。输出用开关sw2能够在成为开启(on)状态的时候从电容部c1向信号读出部20的积分电路21n输出电荷。

各个积分电路21n包含放大器a21、电容部c21以及初始化用开关sw21。电容部c21以及初始化用开关sw21被互相并联地连接并被设置于放大器a21的输入端与输出端之间。初始化用开关sw21可以由mos晶体管来构成。在初始化用开关sw21为开启(on)状态的时候，电容部c21的电荷蓄积被初始化。在初始化用开关sw21为关闭(off)状态的时候，电容部c21能够蓄积被输入的电荷。积分电路21n输出对应于电容部c21中的电荷蓄积量的电压值。

各个像素pm,n的传送用开关sw1的开启关闭动作是根据从控制部30被输出的控制信号φtran被控制的。各个像素pm,n的输出用开关sw2的开启关闭动作根据从控制部30被输出的控制信号φsel(m)被控制。各个积分电路21n的初始化用开关sw21的开启关闭动作根据从控制部30被输出的控制信号φreset被控制。

图3是第1实施方式的固体摄像装置1的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图。图3表示m行n列当中作为代表的2行2列部分的像素。

控制部30相对于m×n个像素p1,1～pm,n提供共通的控制信号φtran。控制信号φtran是一种为了控制全像素的传送用开关sw1的开启关闭动作的信号。控制部30相对于第m行的n个像素pm,1～pm,n提供共通的控制信号φsel(m)。控制信号φsel(m)是一种用于控制第m行的n个像素的输出用开关sw2的开启关闭动作的信号。输出用开关sw2根据该控制信号成为开启(on)状态的期间在第1行～第m行互相不同。第n积分电路21n输入从第n列的m个像素p1,n～pm,n各自的输出用开关sw2被依次输出的电荷信号out(n)。

图4是表示第1实施方式的固体摄像装置1的工作例子的时序图。图4表示被提供给各个像素pm,n的传送用开关sw1的控制信号φtran、被提供给各个积分电路21n的初始化用开关sw21的控制信号φreset、以及被提供给各行像素pm,n的输出用开关sw2的控制信号φsel(1)～φsel(m)。各个开关在被提供的控制信号为高电平的时候为开启(on)状态。

控制信号φtran在一定周期成为高电平，全像素的传送用开关sw1在一定周期交替重复开启(on)状态的期间和关闭(off)状态的期间。

在控制信号φtran为低电平的期间(电荷蓄积期间)，在全像素中各个传送用开关sw1为关闭(off)状态，对应于向各个光电二极管pd入射的光入射而产生的电荷被蓄积于该光电二极管pd的结电容部。

在控制信号φtran为高电平的期间，在全像素中各个传送用开关sw1为开启(on)状态，另外，控制信号φsel(1)～φsel(m)为低电平，在全像素中输出用开关sw2成为关闭(off)状态。由此，在全像素中至此为止被蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷经过传送用开关sw1被传送到电容部c1。

在控制信号φtran为高电平的期间，控制信号φreset成为高电平，即使是在之后的控制信号φtran为低电平的期间(电荷蓄积期间)控制信号φreset也会以一定间隔成为高电平。通过控制信号φreset成为高电平，从而分别在n个积分电路211～21n中初始化用开关sw21成为开启(on)状态，电容部c1的电荷蓄积被初始化。

在控制信号φreset为低电平的期间，控制信号φsel(1)～φsel(m)当中的任意一个控制信号φsel(m)成为高电平。由此，分别在成为该高电平的控制信号φsel(m)被提供的第m行的n个像素pm,1～pm,n中，输出用开关sw2成为开启(on)状态，被蓄积于电容部c1的电荷作为电荷信号out(n)被输出。该电荷信号out(n)被输入到第n积分电路21n并被蓄积于电容部c21，对应于该蓄积电荷量的电压值从积分电路21n被输出。

即，控制部30使经过整个共通的电荷蓄积期间在全像素中对应于光入射产生的电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部。控制部30在该电荷蓄积期间之后在全像素中将传送用开关sw1控制在开启(on)状态，并从各个光电二极管pd的结电容部将电荷传送至电容部c1。于是，控制部30在该电荷传送后就各行依次将输出用开关sw2控制在开启(on)状态，并从电容部c1向信号读出部20读出电荷。控制部30能够在使电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积期间，从各个像素的电容部c1向信号读出部20输出电荷。

图5是为了说明第1实施方式的固体摄像装置1的受光部10的截面结构例子的示意图。图5示意性地表示了m×n个像素p1,1～pm,n当中作为代表的第n列的2个像素pm,n以及pm+1,n的截面结构例。另外，在图5中将各个像素pm,n的光电二极管pd的个数设定为2。

受光部10具有在半导体基板100的第1主面(在图5中为上方的面)上被形成的p型第1半导体区域101、n^-型第2半导体区域102、p⁺型第3半导体区域103、n⁺第4半导体区域104、n⁺型第5半导体区域105、绝缘体层107、栅电极111,112、第1导电体层121、第2导电体层122、绝缘体层123以及电极垫131～133。

p型第1半导体区域101被宽阔地形成于半导体基板100的第1主面上。n^-型第2半导体区域102被形成于p型第1半导体区域101的一部分范围上。p⁺型第3半导体区域103被形成于p型第1半导体区域101以及n^-型第2半导体区域102双方之上。n⁺第4半导体区域104以及n⁺型第5半导体区域105各自被形成于p型第1半导体区域101之上。绝缘体层107除了一部分之外大致全体被形成于这些半导体区域之上。

栅电极111被形成于为n^-型第2半导体区域102与n⁺第4半导体区域104之间的p型第1半导体区域101的上方即绝缘体层107之上。栅电极112被形成于为n⁺型第4半导体区域104与n⁺第5半导体区域105之间的p型第1半导体区域101的上方即绝缘体层107之上。第1导电体层121和第2导电体层122以及绝缘体层123被形成于这些半导体区域的上方即绝缘体层107之上。

p型第1半导体区域101和n^-型第2半导体区域102以及p⁺型第3半导体区域103构成埋入式光电二极管pd。埋入式光电二极管pd其光检测的s/n比或线性表现优异。

夹住绝缘体层123的第1导电体层121以及第2导电体层122构成mim(metalinsulatormetal)结构的电容部c1。例如，第1导电体层121以及第2导电体层122分别是金属层或者多晶硅层，绝缘体层123为sio2的氧化膜。

p型第1半导体区域101、n^-型第2半导体区域102、n⁺第4半导体区域104以及栅电极111构成传送用开关sw1的mos晶体管。栅电极111与电极垫131相电连接，通过该电极垫131提供控制信号φtran。n⁺第4半导体区域104与第2导电体层122相电连接。

p型第1半导体区域101、n⁺第4半导体区域104、n⁺型第5半导体区域105以及栅电极112构成输出用开关sw2的mos晶体管。栅电极112与电极垫132相电连接，通过该电极垫132提供控制信号φsel(m)。n⁺第5半导体区域105与电极垫133相电连接，通过该电极垫133输出电荷信号out(n)。

图6是为了说明第1实施方式的固体摄像装置1的截面结构例子的示意图。图6是就受光部10、闪烁器层40以及支撑基板50表示截面图，并就信号读出部20以及控制部30表示方块图。

闪烁器层40是一种被设置于半导体基板100的第2主面(在图6中为下方的面)侧并对应于放射线(例如x线或γ线)的入射使闪烁光发生的闪烁器层。支撑基板50是一种被设置于半导体基板100的第1主面(在图6中为上方的面)侧并支撑半导体基板100的支撑基板。另外，支撑基板50与电缆60以及焊料凸块(bump)141～143一起互相电连接信号读出部20以及控制部30和受光部10。电缆60被设置于信号读出部20以及控制部30与支撑基板50之间。焊料凸块141～143被设置于电极垫131～133与支撑基板50之间。

图7是为了说明受光部10中光电二极管pd以及电容部c1各自的配置区域的示意图。图7是在垂直于半导体基板100的第1主面的方向上看到的图。另外，在图7中将各个像素pm,n的光电二极管pd的个数设定为9。

如图7所示在各个像素pm,n中，光电二极管pd的配置区域和mim结构的电容部c1的配置区域在至少一部分上重叠。电极垫配置区域pad优先不与电容部c1的配置区域相重叠，另外，优选被设置于2行2列的像素所包围的区域或者其近旁。在该电极垫配置区域pad设置电极垫131～133以及其他电极垫，另外也可以设置虚设垫。

图8是就受光部10的各个像素pm,n中的电荷移动进行说明的示意图。图8(a)表示各个像素pm,n包含1个光电二极管的情况下的电荷移动的情况。图8(b)表示各个像素pm,n包含多个[在图8(b)中为12个]光电二极管的情况下的电荷移动的情况。

一般来说在使用高阻抗的埋入式光电二极管pd来构成具有大面积光检测区域的像素的情况下，如图8(a)所示在各个像素pm,n包含1个光电二极管pd的比较例中光电二极管pd中的电荷的移动距离因为较长，所以从光电二极管pd的结电容部读出的电荷读出时间较长。

相对于此，如图8(b)所示在各个像素pm,n包含多个光电二极管pd的本实施方式中因为各个光电二极管pd中的电荷的移动距离变短，所以从各个光电二极管pd的结电容部向电容部c1读出的电荷读出时间变短。因此，本实施方式的固体摄像装置1其各个像素pm,n的光检测区域即使是大面积也能够缩短从各个光电二极管pd的结电容部读出的电荷读出时间。如此固体摄像装置1适宜于医疗用途。

在本实施方式的固体摄像装置1中，因为设置了作为各个像素pm,n的光电二极管pd的埋入式光电二极管，所以在从光电二极管pd的结电容部向电容部c1传送电荷的时候没有电荷的不完全读出，且光检测的s/n比或线性表现优异。因为作为各个像素pm,n的电容部c1而在半导体基板100上设置mim结构的电容部，所以不会使大容量的电荷饱和并且能够从电容部c1向信号读出部20输出大容量的电荷。因为在各个像素pm,n中光电二极管pd的配置区域和电容部c1的配置区域彼此以至少一部分重叠，所以随着能够增大各个光电二极管pd的光检测区域面积而能够增大电容部c1的面积来增大其容量。

就本实施方式的固体摄像装置1而言，在电容部c1的第1导电体层121以及第2导电体层122为不透明的情况下或在如图6所示在半导体基板100的第2主面侧设置闪烁器层的情况下，能够检测出从半导体基板100的第2主面侧入射(背面入射)的光。另外，背面入射的光当中不在光电二极管pd上被吸收而到达电容部c1的第1导电体层121或者第2导电体层122的光因为在电容部c1上被反射并再次入射到光电二极管pd，所以光电转换效率提高。还有，如果电容部c1的第1导电体层121以及第2导电体层122或其他层是透明的话则也可以从半导体基板100的第1主面侧以及第2主面侧当中任一侧使光入射。

另外，就本实施方式的固体摄像装置1而言，并列配置(tiling贴砖)受光部10被形成的多个半导体基板是容易的，在实行该贴砖(tiling)的情况下能够在全体受光部10上以一定间隔容易地排列多个像素。受光部10被形成的各个半导体基板即使不是大面积·多像素也能够通过实施贴砖(tiling)来实现作为全体来说大面积·多像素的受光部10。另外，因为将受光部10被形成的各个半导体基板做到小面积，所以能够期待产品合格率的提高。

(第2实施方式)

第2实施方式的固体摄像装置2如果与第1实施方式的固体摄像装置1相比较的话则对于图1所表示的全体结构、图5以及图6所表示的截面结构例子、再有图7所表示的光电二极管pd以及电容部c1各自的配置区域来说是相同的。但是，第2实施方式的固体摄像装置2如果与第1实施方式的固体摄像装置1相比较的话则在各个像素pm,n的电路结构这一点上有所不同。

图9是第2实施方式的固体摄像装置2的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。图9表示m×n个像素p1,1～pm,n当中作为代表的第n列的2个像素pm,n以及像素pm+1,n，并且表示n个积分电路211～21n当中作为代表的第n积分电路21n。

如果与图2所表示的第1实施方式中的像素pm,n相比较的话则图9所表示的第2实施方式中的像素pm,n在进一步包含第2传送用开关sw3以及初始化用开关sw4这一点上有所不同。第2传送用开关sw3以及初始化用开关sw4也可以由mos晶体管构成。

第2传送用开关sw3被设置于传送用开关sw1与电容部c1之间。在传送用开关sw1以及第2传送用开关sw3都是开启(on)状态的时候，能够从光电二极管pd的结电容部向电容部c1传送电荷。初始化用开关sw4被设置于基准电位vref被提供的基准电位端与传送用开关sw1之间。初始化用开关sw4在其状态为开启(on)状态的时候能够对各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积实行初始化。

各个像素pm,n的第2传送用开关sw3的开启关闭动作根据从控制部30被输出的控制信号φtran2被控制。各个像素pm,n的初始化用开关sw4开启关闭动作是根据从控制部30输出的控制信号φr被控制。

图10是第2实施方式的固体摄像装置2的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图。图10表示m行n列当中作为代表的2行2列部分的像素。

控制信号φtran和控制信号φsel(m)以及电荷信号out(n)与第1实施方式相同。控制部30相对于m×n个像素p1,1～pm,n提供共通的控制信号φtran2。控制信号φtran2是为了控制全像素的第2传送用开关sw3的开启关闭动作的信号。控制部30相对于m×n个像素p1,1～pm,n提供共通的控制信号φr。控制信号φr是为了控制全像素的初始化用开关sw4的开启关闭动作的信号。

图11是表示第2实施方式的固体摄像装置2的工作例子的时序图。图11表示被提供给各个像素pm,n的传送用开关sw1的控制信号φtran、被提供给各个像素pm,n的初始化用开关sw4的控制信号φr、被提供给各个像素pm,n的第2传送用开关sw3的控制信号φtran2、被提供给各个积分电路21n的初始化用开关sw21的控制信号φreset以及被提供给各行像素pm,n的输出用开关sw2的控制信号φsel(1)～φsel(m)。各个开关在被提供的控制信号为高电平的时候处于开启(on)状态。

控制信号φtran在一定周期成为高电平，全像素的传送用开关sw1在一定周期交替重复开启(on)状态的期间和关闭(off)状态的期间。

在控制信号φtran为低电平的期间(电荷蓄积期间)，在全像素中各个传送用开关sw1为关闭(off)状态，对应于向各个光电二极管pd入射的光入射而产生的电荷被蓄积于该光电二极管pd的结电容部。

在控制信号φtran为高电平的期间，在全像素中各个传送用开关sw1为开启(on)状态。在该期间当中的一部分期间，控制信号φsel(1)～φsel(m)为低电平，在全像素中输出用开关sw2成为关闭(off)状态。控制信号φtran2为高电平，在全像素中第2传送开关sw3成为关闭(off)状态。另外，控制信号φr为低电平，在全像素中初始化用开关sw4成为关闭(off)状态。由此，在全像素中至此为止被蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷经传送用开关sw1以及第2传送用开关sw3被传送至电容部c1。

在制信号φtran为高电平的期间当中的上述一定期间(电荷传送期间)之后的期间，控制信号φtran2为低电平，在全像素中第2传送用开关sw3成为关闭(off)状态。另外，控制信号φr为高电平，在全像素中初始化用开关sw4成为关闭(off)状态。由此，在全像素中基准电位vref经初始化用开关sw4以及传送用开关sw1被提供给各个光电二极管，各个光电二极管的结电容部的电荷蓄积被初始化。

在控制信号φtran2为高电平的期间，控制信号φreset成为高电平，即使在之后的控制信号φtran2为低电平的期间(电荷蓄积期间)控制信号φreset也以一定间隔成为高电平。通过控制信号φreset高电平从而分别在n个积分电路211～21n中初始化用开关sw21成为开启(on)状态，电容部c21的电荷蓄积被初始化。

在控制信号φreset为低电平的期间，控制信号φsel(1)～控制信号φsel(m)当中的任意一个控制信号φsel(m)成为高电平。由此，分别在成为该高电平的控制信号φsel(m)被提供的第m行的n个像素pm,1～pm,n中，输出用开关sw2成为开启(on)状态，被蓄积于电容部c1的电荷作为电荷信号out(n)被输出。该电荷信号out(n)被输入到第n积分电路21n并被蓄积于电容部c21，对应于该蓄积电荷量的电压值从积分电路21n被输出。

即，控制部30在电荷蓄积期间之前在全像素中将初始化用开关sw4以及传送用开关sw1控制在开启(on)状态，并对各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积实行初始化。在该初始化之后，控制部30经过整个共通的电荷蓄积期间在全像素中使对应于光入射而产生的电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部。控制部30在该电荷蓄积期间之后在全像素中将传送用开关sw1以及第2传送用开关sw3控制在开启(on)状态，从各个光电二极管pd的结电容部将电荷传送至电容部c1。于是，控制部30在该电荷传送后就各行将输出用开关sw2控制在开启(on)状态，并从电容部c1向信号读出部20输出电荷。控制部30能够在使电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积期间从各个像素的电容部c1向信号读出部20输出电荷。

即使是在第2实施方式中也能够获得与第1实施方式的情况相同的效果。除此之外，在第2实施方式中通过在各个像素中设置为了对光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积实行初始化的初始化用开关sw4，从而就能够减少残存于结电容部或寄生电容部的电荷所产生的影响。

(第3实施方式)

第3实施方式的固体摄像装置3如果与第1实施方式的固体摄像装置1相比较的话则对于图1所表示的全体结构、图5以及图6所表示的截面结构例子、图7所表示的光电二极管pd以及电容部c1各自的配置区域来说是相同的。但是，第3实施方式的固体摄像装置3如果与第1实施方式的固体摄像装置1相比较的话则在各个像素pm,n的电路结构这一点上有所不同。

图12是第3实施方式的固体摄像装置3的像素pm,n以及积分电路21n的电路图。图12表示m×n个像素p1,1～pm,n当中作为代表的第n列的2个像素pm,n以及像素pm+1,n，并且表示n个积分电路211～21n当中作为代表的第n积分电路21n。

如果与图2所表示的第1实施方式中的像素pm,n相比较的话则图12所表示的第3实施方式中的像素pm,n在进一步包含初始化用开关sw4这一点上有所不同。初始化用开关sw4也由mos晶体管构成。

初始化用开关sw4被设置于基准电位vref被提供的基准电位端与光电二极管pd之间。初始化用开关sw4能够在其状态为开启(on)状态的时候对光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积实行初始化。各个像素pm,n的初始化用开关sw4的开启关闭动作是根据从控制部30被输出的控制信号φr被控制。

图13是第3实施方式的固体摄像装置3的像素pm,n,像素pm+1,n,像素pm,n+1以及像素pm+1,n+1的电路图。图13表示m行n列当中作为代表的2行2列部分的像素。

控制信号φtran、控制信号φsel(m)以及电荷信号out(n)与第1实施方式相同。控制部30相对于m×n个像素p1,1～pm,n提供共通的控制信号φr。控制信号φr是一种为了控制全像素的初始化用开关sw4的开启关闭动作的信号。

图14是表示第3实施方式的固体摄像装置3的工作例子的时序图。图14表示被提供给各个像素pm,n的初始化用开关sw4的控制信号φr、被提供给各个像素pm,n的传送用开关sw1的控制信号φtran、被提供给各个积分电路21n的初始化用开关sw21的控制信号φreset、以及被提供给各行像素pm,n的输出用开关sw2的控制信号φsel(1)～φsel(m)。各个开关在被提供的控制信号为高电平的时候处于开启(on)状态。

在本实施方式中，在控制信号φtran转到低电平的时刻之后的一定期间，控制信号φr成为高电平，在全像素中初始化用开关sw4成为开启(on)状态。由此，在全像素中基准电位vref经初始化用开关sw4被提供给各个光电二极管，且各个光电二极管的结电容部的电荷蓄积被初始化。

在从控制信号φr转到低电平的时刻到控制信号φtran转到高电平的时刻为止的期间(电荷蓄积期间)，在全像素中各个传送用开关sw1以及各个初始化用开关sw4为关闭(off)状态，对应于向各个光电二极管pd入射的光入射而产生的电荷被蓄积于该光电二极管pd的结电容部。

在控制信号φtran为高电平的期间，在全像素中各个传送用开关sw1为开启(on)状态，另外，控制信号φsel(1)～φsel(m)为低电平，在全像素中输出用开关sw2成为关闭(off)状态。由此，在全像素中至此为止被蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷经传送用开关sw1被传送到电容部c1。

在控制信号φtran为高电平的期间控制信号φreset成为高电平，即使是在之后的控制信号φtran为低电平的期间控制信号φreset也以一定间隔成为高电平。通过控制信号φreset成为高电平从而分别在n个积分电路211～21n中初始化用开关sw21成为关闭(off)状态，且电容部c21的电荷蓄积被初始化。

在控制信号φreset为低电平的期间，控制信号φsel(1)～φsel(m)当中的任意一个控制信号φsel(m)成为高电平。由此，分别在成为该高电平的控制信号φsel(m)被提供的第m行的n个像素pm,1～pm,n中，输出用开关sw2成为开启(on)状态，被蓄积于电容部c1的电荷作为电荷信号out(n)被输出。该电荷信号out(n)被输入到第n积分电路21n并被蓄积于电容部c21，对应于该蓄积电荷量的电压值从积分电路21n被输出。

即，控制部30在电荷积蓄期间之前在全像素中将初始化用开关sw4控制在开启(on)状态，并对各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积实行初始化。在该初始化后，控制部30使经过整个共通的电荷蓄积期间在全像素中对应于光入射产生的电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部。控制部30在该电荷蓄积期间之后在全像素中将传送用开关sw1控制在开启(on)状态，并从各个光电二极管pd的结电容部将电荷传送至电容部c1。于是，控制部30在该电荷传送后就各行依次将输出用开关sw2控制在开启(on)状态，并从电容部c1向信号读出部20读出电荷。控制部30能够在使电荷蓄积于各个光电二极管pd的结电容部的电荷蓄积期间，从各个像素的电容部c1向信号读出部20输出电荷。即使是在第3实施方式中也能够获得与第2实施方式的情况相同的效果。

(第4实施方式)

第4实施方式的固体摄像装置4如果与上述第1～第3实施方式的情况相比较的话则在信号读出部20被设置于支撑基板50上这一点上有所不同。

图15是为了说明第4实施方式的固体摄像装置4的截面结构例子的示意图。在本实施方式中，信号读出部20以及控制部30被设置于支撑基板50上。信号读出部20以及控制部30既可以以芯片的状态被设置于支撑基板50上，又可以以被放入封装的状态被设置于支撑基板50上。在本实施方式中，因为能够缩短受光部10、信号读出部20以及控制部30之间的配线，所以有降低噪声的效果。

(第5实施方式)

第5实施方式的固体摄像装置5如果与上述第1～第3实施方式的情况相比较的话则在信号读出部20被设置于半导体基板100的第1主面上这一点有所不同。

图16是为了说明第5实施方式的固体摄像装置5的截面结构例子的示意图。在本实施方式中，信号读出部20以及控制部30被设置于半导体基板100的第1主面上。信号读出部20以及控制部30和受光部10被焊料凸块(bump)连接。即使是在本实施方式中也因为能够缩短受光部10、信号读出部20以及控制部30之间的配线，所以有降低噪声的效果。

(第6实施方式)

第6实施方式的固体摄像装置6如果与所述第1～第3实施方式的情况相比较的话则有关在半导体基板100的第2主面侧选择性地减薄各个像素的光电二极管pd的光检测区域这一点有所不同。

图17是为了说明第6实施方式的固体摄像装置6的截面结构例子的示意图。在本实施方式中，因为通过在半导体基板100的第2主面(在图17中是下方的面)侧选择性地减薄各个像素的光电二极管pd的光检测区域从而从第2主面侧进行入射的光通过半导体基板100的时候的损耗被降低，所以利用光电二极管pd的高灵敏度的光检测成为可能。

本发明所涉及的固体摄像装置并不限定于以上所述的实施方式以及结构例子，各种各样的变形是可能的。

就以上所述的实施方式所涉及的固体摄像装置而言是通过具备以下所述构件来构成的，这些构件分别为：在具有互相相对的第1主面以及第2主面的半导体基板的所述第1主面上具有多个像素的受光部、输出对应于分别从多个像素输出的电荷量的信号值的信号读出部、控制受光部以及信号读出部各自的动作的控制部。另外，在固体摄像装置中，多个像素各自包含对应于各个光入射使电荷产生并将该电荷蓄积于结电容部的多个埋入式光电二极管、蓄积从该多个光电二极管各自的结电容部被传送来的电荷的电容部、为了从多个光电二极管各自的结电容部向电容部传送电荷的传送用开关组、为了从电容部向信号读出部输出电荷的输出用开关。另外，在固体摄像装置中，控制部使经过整个共通的电荷蓄积期间分别在多个像素中对应于光入射产生的电荷蓄积于各个光电二极管的结电容部，在电荷蓄积期间之后分别在多个像素中将传送用开关组控制在开启(on)状态并从各个光电二极管的结电容部将电荷传送至电容部，在该电荷传送之后分别就多个像素依次将输出用开关控制在开启状态并从电容部向信号读出部输出电荷。

就以上所述的固体摄像装置而言即使以以下所述方式进行构成也是可以的，即，电容部被设置于半导体基板的第1主面上，第1导电体层和第2导电体层夹住绝缘层。

另外，以上所述的固体摄像装置中，也可以为，在以垂直于第1主面的方向来看的时候分别在多个像素中光电二极管的配置区域和电容部的配置区域彼此以至少一部分重叠。

另外，以上所述的固体摄像装置中，也可以为，多个像素各自进一步包含为了对多个光电二极管各自的结电容部的电荷蓄积实行初始化的初始化用开关组，控制部在电荷蓄积期间之前分别在多个像素中将初始化用开关组控制在开启(on)状态并对各个光电二极管的结电容部的电荷蓄积实行初始化。

以上所述的固体摄像装置也可以做成进一步具备在半导体基板的第2主面侧被设置的闪烁器层的结构。

以上所述的固体摄像装置也可以做成进一步具备支撑在半导体基板的第1主面侧被设置的半导体基板的支撑基板的结构。另外，在该情况下也可以做成信号读出部被设置于支撑基板上的结构。

另外，就以上所述的固体摄像装置而言也可以做成信号读出部被设置于半导体基板的第1主面上的结构。

另外，就以上所述的固体摄像装置而言也可以做成在半导体基板的第2主面侧选择性地减薄多个像素各自的光电二极管的光检测区域的结构。

产业上的利用可能性

本发明作为一个能够缩短从各个像素的光电二极管的结电容部读出的电荷读出的时间并且光检测的s/n比或线性表现优异的固体摄像装置来进行利用是可能的。

符号说明

1～6.固体摄像装置

10.受光部

20.信号读出部

211～21n.积分电路

221～22n.保持电路

23.ad转换电路

30.控制部

40.闪烁器层

50.支撑基板

60.电缆

100.半导体基板

101.第1半导体区域

102.第2半导体区域

103.第3半导体区域

104.第4半导体区域

105.第5半导体区域

107.绝缘体层

111,112.栅电极

121.第1导电体层

122.第2导电体层

123.绝缘体层

131～133.电极垫

141～143.焊料凸块(bump)

p1,1～pm,n像素

pd.埋入式光电二极管

c1.电容部

sw1.传送用开关(传送用开关组)

sw2.输出用开关

sw3.第2传送用开关

sw4.初始化用开关(初始化用开关组)

a21.放大器

c21.电容部

sw21.初始化用开关