固体摄像装置的制造方法
【专利说明】固体摄像装置
[0001]本申请享受2014年5月16日提交的日本专利申请2014-102263的优先权，该日本专利申请的全部内容在本申请中被引用。
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，如果为了增大饱和电子数而增大将像素生成的电荷变换为电压的电压变换部的电容，则变换增益降低，低照度摄像时的画质下降。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的课题在于，提供一种固体摄像装置，不必减少像素的饱和电子数，就能够提高变换增益。
[0005]—个实施方式的固体摄像装置，具备蓄积进行光电变换而得的电荷的像素，所述像素具备:光电二极管，生成进行光电变换而得的电荷；电压变换部，将由所述光电二极管生成的电荷变换为电压；读出晶体管，将由所述光电二极管生成的信号电荷读出到所述电压变换部；放大晶体管，将由所述电压变换部变换而得的信号电压放大；以及复位晶体管，将所述电压变换部复位，所述电压变换部具备:所述读出晶体管侧的第I电压变换部、所述放大晶体管侧的第2电压变换部、以及设置在所述第I电压变换部和所述第2电压变换部之间的分割晶体管。
[0006]另一实施方式的固体摄像装置，具备蓄积进行光电变换而得的电荷的像素，所述像素具备:光电二极管，生成进行光电变换而得的电荷；电压变换部，将由所述光电二极管生成的电荷变换为电压；读出晶体管，将由所述光电二极管生成的信号电荷读出到所述电压变换部；放大晶体管，将由所述电压变换部变换而得的信号电压放大；复位晶体管，将所述电压变换部复位；以及分割晶体管，通过将所述电压变换部分割，从而切换所述电压变换部的变换增益。
[0007]根据上述结构的固体摄像装置，不必减少像素的饱和电子数，就能够提高变换增益。
【附图说明】
[0008]图1是表示第I实施方式的固体摄像装置的概略结构的框图。
[0009]图2是表示图1的固体摄像装置的像素的结构例的电路图。
[0010]图3(a)是表示图2的像素的第I读出动作时的各部分的电压波形的时序图，图3(b)是表示图2的像素的第2读出动作时的各部分的电压波形的时序图。
[0011]图4(a)是表不图2的像素的一部分的概略结构的截面图，图4(b)?图4(e)是表示在图4(a)的结构中图3(a)的各时刻tl?t4的电势分布的图。
[0012]图5(a)是表示图2的像素的一部分的概略结构的截面图，图5 (b)是表示第I读出时的图5(a)的结构的电势分布的图，图5(c)是表示第2读出时的图5 (a)的结构的电势分布的图。
[0013]图6(a)是表示第2实施方式的固体摄像装置的像素的一部分的概略结构的截面图，图6(b)是表示第I读出时的图6(a)的结构的电势分布的图，图6(c)是表示第2读出时的图6 (a)的结构的电势分布的图。
[0014]图7是表示第3实施方式的固体摄像装置的像素的结构例的电路图。
[0015]图8(a)是表示图7的像素的一部分的概略结构的截面图，图8 (b)是表示第I读出时的图8(a)的结构的电势分布的图，图8(c)是表示第2读出时的图8 (a)的结构的电势分布的图。
[0016]图9是表示第4实施方式的固体摄像装置的4像素I单元结构中的横2X纵4像素的像素的结构例的电路图。
[0017]图10(a)是表示图9的像素的第I读出动作时的各部分的电压波形的时序图，图10(b)是表示图9的像素的第2读出动作时的各部分的电压波形的时序图。
[0018]图11(a)是表不图9的像素的一部分的概略结构的截面图，图11(b)是表不第I读出时的图11(a)的结构的电势分布的图，图11(c)是表示第2读出时的图11(a)的结构的电势分布的图。
[0019]图12(a)是表示图9的像素的第3读出动作时的各部分的电压波形的时序图，图
12(b)是表示图9的像素的第4读出动作时的各部分的电压波形的时序图。
[0020]图13(a)是表不图9的像素的一部分的概略结构的截面图，图13(b)是表不第3读出时的图13(a)的结构的电势分布的图，图13(c)是表示第4读出时的图13(a)的结构的电势分布的图。
[0021]图14是表示图9的像素的布局结构的平面图。
[0022]图15是表示第5实施方式的固体摄像装置的4像素I单元结构中的横2X纵4像素的像素的结构例的电路图。
[0023]图16(a)是表不图15的像素的一部分的概略结构的截面图，图16(b)是表不第I读出时的图16(a)的结构的电势分布的图，图16(c)是表示第2读出时的图16(a)的结构的电势分布的图。
[0024]图17 (a)是表不图15的像素的一部分的概略结构的截面图，图17 (b)是表不第3读出时的图17(a)的结构的电势分布的图，图17(c)是表示第4读出时的图17(a)的结构的电势分布的图。
[0025]图18是表示图15的像素的布局结构的平面图。
[0026]图19(a)是表示第6实施方式的固体摄像装置中应用的分割晶体管的结构例的电路图，图19(b)是表示图19(a)的分割晶体管的布局结构例的平面图。
[0027]图20(a)是表示第7实施方式的固体摄像装置中应用的分割晶体管的结构例的电路图，图20(b)是表示图20(a)的分割晶体管的布局结构例的平面图。
[0028]图21是表示应用了第8实施方式的固体摄像装置的数字摄像机的概略结构的框图。
【具体实施方式】
[0029]根据本实施方式，固体摄像装置的像素具备:光电二极管，生成进行光电变换而得的电荷；电压变换部，将由所述光电二极管生成的电荷变换为电压；读出晶体管，将由所述光电二极管生成的信号电荷读出到所述电压变换部；放大晶体管，将由所述电压变换部变换而得的信号电压放大；以及复位晶体管，将所述电压变换部复位。所述电压变换部具备:所述读出晶体管侧的第I电压变换部、所述放大晶体管侧的第2电压变换部、以及设置在所述第I电压变换部和所述第2电压变换部之间的分割晶体管。
[0030]以下参照附图，详细说明实施方式的固体摄像装置。另外，本发明不受这些实施方式限定。
[0031](第I实施方式)
[0032]图1是表示第I实施方式的固体摄像装置的概略结构的框图。
[0033]在图1中，在固体摄像装置设置有像素阵列部I。在像素阵列部I中，蓄积进行光电变换而得的电荷的像素PC沿行方向RD及列方向CD配置m(m为正整数)行Xn(n为正整数)列而成为矩阵状。此外，在该像素阵列部I中，在行方向RD设置有进行像素PC的读出控制的水平控制线Hlin，在列方向CD设置有传送从像素PC读出的信号的垂直信号线Vlin0另外，像素PC可以构成由2个绿色用像素Gr、Gb和I个红色用像素R和I个蓝色用像素B构成的拜耳排列。此外，在像素阵列部I中设置有将电压变换部分割为电势相互不同的第I电压变换部和第2电压变换部的分割晶体管Trmix，该电压变换部将由像素PC生成的电荷变换为电压。分割晶体管TRmix可以按照每个像素PC设置。在此，分割晶体管TRmix通过使第I电压变换部和第2电压变换部的电势相互不同，从而能够将第I电压变换部的电容和第2电压变换部的电容彼此分割。此时，分割晶体管TRmix通过分割将由像素PC生成的电荷变换为电压的电压变换部，从而能够切换电压变换部的变换增益。
[0034]此外，在固体摄像装置中设置有:垂直扫描电路2，沿垂直方向对作为读出对象的像素PC进行扫描；负载电路3，通过在与像素PC之间进行源极跟随动作，从而按每个列将像素信号从像素PC读出到垂直信号线Vlin ;列ADC电路4，实施用于仅提取各像素PC的信号成分的CDS处理，并且变换为数字信号；线存储器5，按照每个列存储由列ADC电路4检测出的各像素PC的信号成分；水平扫描电路6，沿水平方向对作为读出对象的像素PC进行扫描；基准电压发生电路(DAC) 7，将基准电压VREF输出到列ADC电路4 ;以及切换控制部9，对分割晶体管TRmix进行切换控制。另外，向定时控制电路8输入主时钟MCK。基准电压VREF可以使用锯齿波。切换控制部9在低照度摄像时经由分割晶体管TRmix使电压变换部分割，从而能够提高变换增益。此外，切换控制部9在高照度摄像时不经由分割晶体管TRmix使电压变换部分割，从而能够增大饱和电子数。分割晶体管TRmix可以基于外部的照度的计测结果来自动切换，也可以由用户任意切换。分割晶体管TRmix的控制可以全部同时控制，也可以与垂直扫描电路2同步地按照每个水平控制线Hlin来控制。
[0035]并且，通过由垂直扫描电路2沿垂直方向对像素PC进行逐行扫描，从而在行方向RD选择像素PC。并且，在负载电路3中，通过在与该像素PC之间按每个列进行源极跟随动作，从而将从像素PC读出的像素信号经由垂直信号线Vlin传送，并发送给列ADC电路4。此夕卜，在基准电压发生电路7中，作为基准电压VREF设定锯齿波，并发送给列ADC电路4。并且，在列ADC电路4中，直到从像素PC读出的信号电平和复位电平与锯齿波的电平一致为止进行时钟的计时动作，从而变换为数字信号。通过取得此时的信号电平和复位电平的差值，从而由CDS检测出各像素PC的信号成分，并经由线存储器5作为输出信号Sout输出。
[0036]在此，电压变换部的电容被分割的情况下，与电压变换部的电容不被分割的情况相比，能够减小将像素PC中蓄积的电荷变换为电压的电压变换部的电容，能够提高SN比。另一方面，电压变换部的电容不被分割的情况下，与电压变换部的电容被分割的情况相比，能够增大电压变换部的饱和电子数，能够增大动态范围。
[0037]图2是表示图1的固体摄像装置的像素的结构例的电路图。
[0038]在图2中，在像素PC中设置有光电二极管PD、行选择晶体管TRadr、放大晶体管TRamp、复位晶体管TRrst及读出晶体管TG。此外，在读出晶体管TG侧作为第I电压变换部形成有浮动扩散部FD1，在放大晶体管TRamp侧作为第2电压变换部形成有浮动扩散部FDm。在浮动扩散部FDl、FDm间设置有分割晶体管TRmix。
[0039]然后，光电二极管ro经由读出晶体管TG与浮动扩散部FDl连接。放大晶体管TRamp的栅极与浮动扩散部FDm连接，放大晶体管TRamp的源极经由行选择晶体管Tradr与垂直信号线Vlinl连接，放大晶体管TRamp的漏极与电源电位VDD连接。此外，浮动扩散部FDm经由复位晶体管TRrst与电源电位VRD连接。分割晶体管TRmix的漏极与浮动扩散部FDl连接，分割晶体管TRmix的源极与浮动扩散部FDm连接。电源电位VDD和电源电位VRD可以共用。此外，行选择晶体管Tradr可以设置在放大晶体管TRamp和电源电位VDD间。进而，行选择晶体管Tradr也可以省略。
[0040]图3(a)是表示图2的像素的第I读出动作时(高变换增益)的各部分的电压波形的时序图，图3(b)是表示图2的像素的第2读出动作时(低变换增益)的各部分的电压波形的时序图，图4(a)是表示图2的像素的一部分的概略结构的截面图，图4(b)?图4(e)是表示在图4(a)的结构中图3(a)的各时刻tl?t4的电势分布的图。另外，在图4(a)中，示出了图2的光电二极管H)、浮动扩散部FDl、FDm、分割晶体管TRmix、复位晶体管TRrst及读出晶体管TG。
[0041]在图4(a)中，在半导体层BI中形成有扩散层Hl?H5。扩散层H2层叠在扩散层Hl上，扩散层H1、H3?H5被分离。另外，可以将半导体层BI设定为p型、将扩散层Hl设定为ιΓ型、将扩散层Η2设定为ρ+型、将扩散层Η3?Η5设定为η +型。在扩散层Η2、Η3间配置有栅极电极Gl，在扩散层Η3、Η4间配置有栅极电极G2，在扩散层Η4、Η5间配置有栅极电极G3。扩散层Η1、Η2能够用于光电二极管H)。扩散层Η3能够用于浮动扩散部FDl。扩散层Η4能够用于浮动扩散部FDm。栅极电极Gl能够用于读出晶体管TG。栅极电极G2能够用于分割晶体管TRmix。栅极电极G3能够用于复位晶体管TRrst。
[0042]另一方面，在图3(a)中，在第I读出动作中，通过将分割晶体管TRmix的栅极电位设定为低电平LO和