固体摄像装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请基于2014年4月24日申请的日本专利申请编号2014 - 90069主张优先 权，将该日本国专利申请的全部内容援引到本申请中。
技术领域
[0002] 本发明的实施方式涉及固体摄像装置。
【背景技术】
[0003] 在固体摄像装置中，为了实现读出速度的高速化以及噪声的降低，有时进行像素 合并（binning)动作。在该像素合并动作中，有时进行读出像素的剔除（对应日文：間引 吞）动作、信号电荷的加法计算动作等。
【发明内容】
[0004] 本发明想要解决的课题在于，提供一种通过在信号电荷量较多的情况下以低变换 增益变换成信号电压、在信号电荷量较少的情况下以高变换增益变换成信号电压来实现高 画质化，进而能够通过像素合并动作实现高画质化的固体摄像装置。
[0005] -个实施方式的固体摄像装置具备沿行方向以及列方向配置像素而成的像素阵 列部，所述像素对经光电变换而得到的电荷进行蓄积，所述像素具备：生成经光电变换而得 到的电荷的光电二极管、将由所述光电二极管生成的电荷变换成电压的电压变换部、将由 所述光电二极管生成的电荷读出至所述电压变换部的读出晶体管、对由所述电压变换部变 换后的电压进行放大的放大晶体管、和连接在沿所述列方向配置的同色像素的所述电压变 换部之间的切换晶体管。
[0006] 根据上述构成的固体摄像装置，通过在信号电荷量多的情况下以低变换增益变换 成信号电压、在信号电荷量少的情况下以高变换增益变换成信号电压能够实现高画质化， 进而通过像素合并动作能够实现高画质化。
【附图说明】
[0007] 图1是表示第一个实施方式涉及的固体摄像装置的简要结构的框图。
[0008] 图2是表示图1的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X纵4像素量的像 素的构成例的电路图。
[0009] 图3是表示图2的像素在第一读出动作时的各部的电压波形的时间图。
[0010] 图4是表示图2的像素在第二读出动作时的各部的电压波形的时间图。
[0011] 图5是表示图2的像素在第三读出动作时的各部的电压波形的时间图。
[0012] 图6是表示第二实施方式涉及的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X纵 4像素量的像素的构成例的电路图。
[0013] 图7是表示第三实施方式涉及的固体摄像装置的4像素1单元构成中的横2X纵 4像素量的像素的构成例的电路图。
[0014] 图8是表示第四实施方式涉及的固体摄像装置的4像素1单元构成中的横2X纵 4像素量的像素的构成例的电路图。
[0015]图9是表示第五实施方式涉及的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X纵 4像素量的像素的构成例的电路图。
[0016] 图10是表示第六实施方式涉及的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X 纵4像素量的像素的构成例的电路图。
[0017] 图11是表示第七实施方式涉及的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X 纵4像素量的像素的构成例的电路图。
[0018] 图12(a)是表示第八实施方式涉及的固体摄像装置中应用的切换晶体管的构成 例的电路图，图12(b)是表示图12(a)的切换晶体管的布局构成例的俯视图。
[0019] 图13(a)是表示第九实施方式涉及的固体摄像装置中应用的切换晶体管的构成 例的电路图，图13(b)是表示图13(a)的切换晶体管的布局构成例的俯视图。
[0020] 图14(a)是表示第十实施方式涉及的固体摄像装置中应用的切换晶体管的构成 例的电路图，图14(b)是表示图14(a)的切换晶体管的布局构成例的俯视图。
[0021] 图15(a)是表示第十一实施方式涉及的固体摄像装置中应用的切换晶体管的构 成例的电路图，图15(b)是表示图15(a)的切换晶体管的布局构成例的俯视图。
[0022] 图16是表示第十二实施方式涉及的应用了固体摄像装置的数码摄像机的简要结 构的框图。
【具体实施方式】
[0023] 根据本发明的一个实施方式，固体摄像装置中设有像素阵列部和切换晶体管。对 像素阵列部而言，对被光电变换后的电荷进行蓄积像素被沿行方向以及列方向配置。切换 晶体管被设在所述像素间，通过将由所述像素蓄积的信号电荷变换成电压的信号电荷电压 变换部间连接来进行电压变换增益（mV/ele)的切换动作，进而使所述像素进行像素合并 动作。
[0024] 以下，参照附图，对实施方式涉及的固体摄像装置详细进行说明。另外，本发明并 不由这些实施方式限定。
[0025](第一个实施方式）
[0026] 图1是表示第一个实施方式涉及的固体摄像装置的简要结构的框图。
[0027] 在图1中，对固体摄像装置设有像素阵列部1。在像素阵列部1中，对光电变换后 得到的电荷进行蓄积的像素PC沿行方向RD以及列方向CD以矩阵状配置有m(m为正整数） 行Xn(n为正整数）列。另外，在该像素阵列部1中，沿行方向RD设有进行像素PC的读出 控制的水平控制线Hlin，沿列方向CD设有对从像素PC读出的信号进行传送的垂直信号线 Vlin。其中，像素PC可以构成由2个绿色用像素Gr、Gb、一个红色用像素R和一个蓝色用 像素B形成的拜耳排列。另外，在像素阵列部1中，在像素PC间设有使像素PC进行像素合 并动作的切换晶体管TRmix。切换晶体管TRmix可设在沿列方向CD相邻的像素PC间。若 将多个像素PC共用电压变换部的像素构成称为单元，则切换晶体管TRmix可设在单元间， 其中电压变换部用于将像素PC中蓄积的电荷变换成电压。
[0028] 另外，在固体摄像装置中设有：沿垂直方向扫描成为读出对象的像素PC的垂直扫 描电路2、通过在与像素PC之间进行源极跟随动作来从像素PC向垂直信号线Vlin按每一 列读出像素信号的负载电路3、实施用于仅提取各像素PC的信号分量的CDS处理并且变换 成数字信号的列ADC电路4、按每一列存储由列ADC电路4检测出的各像素PC的信号分量 的行存储器5、沿水平方向扫描成为读出对象的像素PC的水平扫描电路6、向列ADC电路4 输出基准电压VREF的基准电压产生电路7、对各像素PC的读出、蓄积的定时进行控制的定 时控制电路8以及对切换晶体管TRmix进行切换控制的切换控制部9。其中，定时控制电路 8被输入主时钟MCK。基准电压VREF可使用斜波（rampwave)。切换控制部9例如可以在 静态图像模式下通过将切换晶体管TRmix截止来从像素PC独立地读出信号。另外，切换控 制部9例如可以在动态图像模式或者监控模式下通过将切换晶体管TRmix导通来使像素PC 进行像素合并动作。切换晶体管TRmix的控制可以是全部同时进行控制的方法和使得与垂 直扫描电路2同步地按每条水平控制线Hlin进行控制的方法。
[0029] 而且，在切换晶体管TRmix截止的情况下，通过由垂直扫描电路2沿垂直方向逐行 对像素PC进行扫描，来在行方向RD选择像素PC。而且，在负载电路3中，通过在与该像素 PC之间按每一列进行源极跟随动作，使得从像素PC读出的像素信号经由垂直信号线Vlin 被传送而送至列ADC电路4。另外，在基准电压产生电路7中，设定斜波作为基准电压VREF 并送至列ADC电路4。而且，在列ADC电路4中，到从像素PC读出的信号电平与复位电平和 斜波的电平一致为止进行时钟的计数动作并变换成数字信号。通过取得此时的信号电平与 复位电平的差值（对应日文：差分）来由CDS检测各像素PC的信号分量，并经由行存储器 5作为输出信号Sl进行输出。
[0030] 另一方面，在切换晶体管TRmix导通的情况下，通过由垂直扫描电路2沿垂直方向 每两行地扫描像素PC，来在行方向RD选择2行量的同色的像素PC。而且，在负载电路3中， 通过在与2行量的像素PC之间按每一列进行源极跟随动作，使得从2行量的像素PC读出 的像素信号经由垂直信号线Vlin被传送而送至列ADC电路4。另外，在基准电压产生电路 7中，设定斜波作为基准电压VREF并送至列ADC电路4。而且，在列ADC电路4中，到从2 行量的像素PC读出的信号电平与复位电平和斜波的电平一致为止进行时钟的计数动作并 变换成数字信号。通过取得此时的信号电平与复位电平的差值来由CDS检测各像素PC的 信号分量，并经由行存储器5作为输出信号Sl进行输出。
[0031] 这里，将切换晶体管TRmix截止的情况与将切换晶体管TRmix导通的情况相比，能 够减小将像素PC中蓄积的电荷变换成电压的电压变换部的电容（对应日语：容量）。因此， 在不想使像素PC进行像素合并动作的情况下，与使像素PC进行像素合并动作的情况相比， 可提尚变换增益，能够提尚SN比。
[0032]另一方面，在使像素PC进行像素合并动作的情况下，可每2行地从像素PC读出信 号，能够使读出速度变为2倍。另外，能够在与2行量的像素PC之间并列地进行源极跟随 动作，可使经由垂直信号线Vlin传送的像素信号的噪声降低至1 / ^2。
[0033]图2是表示图1的固体摄像装置的2像素1单元构成中的横2X纵4像素量的像 素的构成例的电路图。
[0034] 在图2中，拜耳排列BHl、BH2沿列方向⑶相邻配置。
[0035] 在拜耳排列BHl中，对绿色用像素Gr设有光电二极管Grl，对蓝色用像素B 设有光电二极管ro_BI，对红色用像素R设有光电二极管ro_RI，对绿色用像素Gb设有 光电二极管ro_Gbl。另外，在拜耳排列BHl中，设有行选择晶体管TRadrAl、TRadrBU放 大晶体管TRampAl、TRampBU复位晶体管TRrstAl、TRrstBl以及读出晶体管TGgrl、TGbU TGrl、TGgbl。另外，在放大晶体管TRampAU复位晶体管TRrstAl与读出晶体管TGgrUTGbl 的连接点形成有浮动扩散器FDAl来作为电压变换部。在放大晶体管TRampBU复位晶体管 TRrstBl与读出晶体管TGrl、TGgbl的连接点形成有浮动扩散器FDBl来作为电压变换部。 这里，通过由光电二极管_Grl、H) _Bl共用浮动扩散器FDAl来构成2像素1单元，通 过由光电二极管^)_RUGbl共用浮动扩散器FDBl来构成2像素1单元。
[0036] 而且，光电二极管H)_Grl经由读出晶体管TGgrl与浮动扩散器FDAl连接，光电 二极管TO_Bl经由读出晶体管TGbl与浮动扩散器FD