固态摄像装置的制造方法
【专利摘要】根据实施方式，能够提供一种固态摄像装置。固态摄像装置具备光电转换元件、浮动扩散区、第1电容器、第1端子、第2电容器、比较器及第2端子。第1电容器的一端子连接在浮动扩散区。第1端子连接在第1电容器的另一端子，且被输入在电压值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的参考电压。第2电容器的一端子连接在浮动扩散区。比较器的输入连接着第2电容器的另一端子，且对浮动扩散区的电位与阈值进行比较。第2端子连接在比较器的输出，且被输出利用比较器所得的比较结果。
【专利说明】固态摄像装置
[0001][相关申请]
[0002]本申请享有2015年I月27日提出申请的日本专利申请号2015-13748的优先权的利益，该日本专利申请的全部内容被引用于本申请中。
技术领域
[0003]本发明的实施方式一般地涉及一种固态摄像装置。
【背景技术】
[0004]以往，存在积层像素芯片与电路芯片而成的固态摄像装置，该像素芯片排列着多个将入射光光电转换为信号电荷的像素单元，该电路芯片从配置在像素芯片的全部像素单元同时读出像素信号。
[0005]作为该固态摄像装置，存在具备放大元件及定电流源的固态摄像装置，该放大元件在各像素单元内将像素信号放大，该定电流源将使放大元件进行源极跟随动作的电流供给到各像素单元。
[0006]该固态摄像装置在同时驱动配置在像素芯片的全部像素单元的情况下，必须从定电流源将电流供给到全部像素单元，所以会消耗较大的电力。
【发明内容】
[0007]本发明的实施方式提供一种在同时驱动全部像素单元的情况下能够降低消耗电力的固态摄像装置。
[0008]本实施方式的固态摄像装置具备光电转换元件、浮动扩散区、第I电容器、第I端子、第2电容器、比较器及第2端子。光电转换元件将入射的光转换成信号电荷。浮动扩散区保持从光电转换元件传输的信号电荷。第I电容器的一端子连接在浮动扩散区。第I端子连接在第I电容器的另一端子，且被输入在电压值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的参考电压。第2电容器的一端子连接在浮动扩散区。比较器是在输入连接着第2电容器的另一端子，且对浮动扩散区的电位与阈值进行比较。第2端子连接在比较器的输出，且被输出利用比较器所得的比较结果。
【附图说明】
[0009]图1是实施方式的固态摄像装置的概略立体图。
[0010]图2是实施方式的固态摄像装置的概略剖视图。
[0011 ]图3是表示实施方式的像素单元的电路构成的一例的说明图。
[0012]图4是表示实施方式的像素单元的动作时序的时序图。
[0013]图5是表示设置在实施方式的电路芯片上的周边电路的电路构成的一例的说明图。
[0014]图6是对实施方式的第4电容器的构成进行说明的说明图。
[0015]图7A及图7B是表示实施方式的像素单元的另一构成的说明图。
[0016]图8A及图8B是表示实施方式的像素单元的另一构成的说明图。
[0017]图9A及图9B是表示实施方式的像素单元的另一构成的说明图。
[0018]图10是表示实施方式的像素单元的示意性配置的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0019]以下，参照随附附图，对实施方式的固态摄像装置详细地进行说明。此外，本发明并不受该实施方式限定。
[0020]图1是实施方式的固态摄像装置I的概略立体图，图2是实施方式的固态摄像装置I的概略剖视图。如图1所示，固态摄像装置I具备相互积层的像素芯片10及电路芯片11。
[0021]像素芯片10具备像素阵列13等，该像素阵列13沿水平方向(行方向)及垂直方向(列方向)呈二维阵列(矩阵)状地配置与摄像图像的各像素对应的多个像素单元12。电路芯片11具备逻辑电路等，该逻辑电路从各像素单元12读出摄像图像的像素信号，并对所读出的像素信号进行各种信号处理。
[0022]另外，如图2所示，固态摄像装置I具备:连接部2，将像素芯片10与电路芯片11电连接；以及绝缘性粘接部件3，将像素芯片10与电路芯片11粘接。连接部2具备:输出端子20，设置在像素芯片10的与光入射侧的面为相反侧的面;输入端子21，设置在电路芯片11的与像素芯片10对向侧的面;以及凸块22，将这些端子彼此电连接。
[0023]配置在像素芯片10的各像素单元12对入射的光进行光电转换，并经由连接部2将与经光电转换所得的信号电荷对应的像素信号输出到电路芯片11。
[0024]另外，该固态摄像装置I同时驱动配置在像素芯片10的全部像素单元12，并经由连接部2将各像素单元12的像素信号同时输出到电路芯片11。
[0025]这里，一般的积层像素芯片与电路芯片而成的固态摄像装置具备:放大元件，在配置在像素芯片的各像素单元内将像素信号放大；以及定电流源，将使放大元件进行源极跟随动作的电流供给到各像素单元。
[0026]该固态摄像装置在同时驱动配置在像素芯片的全部像素单元的情况下，将来自定电流源的电流供给到全部像素单元，所以会消耗较大的电力。
[0027]因此，实施方式的固态摄像装置I通过努力研究各像素单元12的电路构成，而使同时驱动全部像素单元12时的消耗电力降低。
[0028]接着，参照图3及图4，对能够实现消耗电力降低的实施方式的像素单元12的电路构成及动作具体地进行说明。此外，由于固态摄像装置I的各像素单元12为相同的电路构成，所以这里对一个像素单元12进行说明。
[0029]图3是表示实施方式的像素单元12的电路构成的一例的说明图。如图3所示，像素芯片10具备像素单元12，电路芯片11具备反相器Al、开关SWl及第2端子T2。此外，图3中的虚线表示像素芯片10与电路芯片11的交界，并且将相对于虚线的一侧设为像素芯片10、且将相对于该虚线的另一侧设为电路芯片11而进行图示。
[0030]如图3所示，像素单元12具备光电二极管PD、传输晶体管TRS及复位晶体管RST。进而，像素单元12具备浮动扩散区FD、第I电容器Cl及第2电容器C2。
[0031]光电二极管ro的阴极连接在地线，阳极连接在传输晶体管TRS的源极。传输晶体管TRS的漏极连接在浮动扩散区ro O复位晶体管RST的源极连接在浮动扩散区ro，漏极连接在电源电压线VDD。
[0032]浮动扩散区H)分别连接在第I电容器Cl的一端子Nla及第2电容器C2的一端子N2a。第I电容器Cl的另一端子Nlb连接在第I端子Tl。在第I端子Tl，输入通过未图示的参考电压产生电路所产生的参考电压VREF ο参考电压VREF例如为电压值随时间经过而增加或减少的斜坡波。
[0033]第2电容器C2的另一端子N2b连接在反相器Al的输入端子N3a。在反相器Al，并联连接着开关SWl。另外，反相器Al的输出端子N3b连接在第2端子T2。在该实施方式中，由第2电容器C2、反相器Al及开关SWl构成斩波型比较器4。另外，在该实施方式中，斩波型比较器4的构成要素中的反相器Al及开关SWl设置在电路芯片11。
[0034]传输晶体管TRS当传输信号READ被输入到传输栅极时，将经光电二极管PD进行光电转换所得的信号电荷传输到浮动扩散区FD。复位晶体管RST当复位信号RESET被输入到栅极时，将浮动扩散区FD的电位复位成电源电压的电位。
[0035]浮动扩散区H)当从第I端子Tl输入的参考电压VREF被施加到第I电容器Cl时，使电位与参考电压VREF同步地推移。斩波型比较器4是将通过复位晶体管RST复位后的浮动扩散区FD的电位保持为阈值，并基于该阈值及推移的浮动扩散区H)的电位进行比较动作。另外，斩波型比较器4从第2端子T2输出作为比较结果的像素信号VSIG。
[0036]接着，按照图4所示的时序图对所述像素单元12的动作详细地进行说明。图4是表示实施方式的像素单元12的动作时序的时序图。固态摄像装置I是通过全部同时曝光的所谓的全域快门(global shutter)方式进行拍摄，且通过该曝光将信号电荷储存到光电二极管PD。
[0037]另外，这里是在时刻tl将复位晶体管RST断开之后，在时刻t2将开关SWl断开，然后，在时刻t5将传输晶体管TRS接通。另外，在时刻t8将复位晶体管RST及开关SWl接通。此外，图4所不的时序图为一例。
[0038]首先，如图4所示，浮动扩散区FD当在时刻tl复位信号RESET下降时，电位从电源电压的电位降低与复位噪音相应程度。在该实施方式中，电源电压例如为3.4V。
[0039]而且，浮动扩散区FD当在时刻t2开关SWl被断开时，通过零偏移(zero offset)动作而恢复为电源电压的电位。另外，斩波型比较器4是通过零偏移动作将与电源电压的电位相同的电位保持为基准电位R。
[0040]然后，浮动扩散区FD是由于从第I端子Tl输入的参考电压VREF被施加到第I电容器Cl，所以电位与参考电压VREF同步地推移。该参考电压VREF是以推移的浮动扩散区H)的电位与基准电位R交叉的方式预先设定了最大值及最小值的电压。
[0041 ]接着，浮动扩散区FD当参考电压VREF降低到最小值时，电位随之降低与最小值的电压相应程度。而且，浮动扩散区H)当在时刻t3参考电压VREF开始上升时，电位同步地上升。伴随于此，斩波型比较器4判定从时刻t3起继续还是停止基于时钟(CLOCK)的计数值的更新。而且，斩波型比较器4基于保持在第2电容器C2的一端子N2a的推移的浮动扩散区H)的电位及保持在第2电容器C2的另一端子N2b的基准电位R进行比较动作。这里，参考电压VREF在从时刻t3到时刻t4的第I期间wl内，信号电平从低状态向高状态上升。也就是说，参考电压VREF在第I期间wl内时刻t3为最小的电压值，时刻t4为最大的电压值。此外，在该实施方式中，时钟的计数是通过未图示的参考电压产生电路而进行，并通过下述的存储器部保持基于时钟的计数值。也就是说，斩波型比较器4判定继续还是停止在存储器部中的计数值的更新。
[0042]而且，斩波型比较器4如图4所示进行如下判定:使基于时钟的计数值的更新继续直到浮动扩散区FD的电位达到与基准电位R相同的电位为止。在这个例子中，在计数到5时，浮动扩散区FD的电位达到与基准电位R相同的电位。
[0043]另外，斩波型比较器4进行如下判定:在浮动扩散区H)的电位达到基准电位R时，使基于时钟的计数值的更新停止。该第I期间Wl内的计数的数值成为判断在光电二极管PD中是否储存着信号电荷的标准。另外，浮动扩散区FD在达到基准电位R后也使电位与参考电压VREF同步地上升到时刻t4的最大值。
[0044]接着，在像素单元12中，当在时刻t5传输信号READ上升时，传输信号READ被输入到传输晶体管TRS的传输栅极。而且，在像素单元12中，在光电二极管PD中储存着信号电荷的情况下，光电二极管ro的信号电荷被传输到浮动扩散区FD。
[0045]由此，如图4所示，浮动扩散区ro是电位降低与曾经在光电二极管ro中储存着的信号电荷的电荷量相应程度后稳定。然后，浮动扩散区FD由于从第I端子Tl输入的参考电压VREF被施加到第I电容器Cl，所以当参考电压VREF再次降低到最小值时，电位随之降低与最小值的电压相应程度。
[0046]而且，浮动扩散区FD当在时刻t6参考电压VREF开始上升时，电位同步地上升。伴随于此，斩波型比较器4判定从时刻t6起继续还是停止基于时钟的计数值的更新。而且，斩波型比较器4基于保持在第2电容器C2的一端子N2a的推移的浮动扩散区H)的电位及保持在第2电容器C2的另一端子N2b的基准电位R进行比较动作。这里，参考电压VREF在从时刻t6到时刻t7的第2期间w2内，信号电平从低状态向高状态上升。也就是说，参考电压VREF在第2期间w2内时刻t6为最小的电压值，时刻t7为最大的电压值。
[0047]另外，参考电压VREF在第I期间wl及第2期间w2内上升的斜率相同。在像素单元12中，为了使降低了与信号电荷的电荷量相应程度的浮动扩散区FD的电位与基准电位R交叉，而将第2期间w2设定为比第I期间wl时间长。因此，参考电压VREF在时刻t7的电压值比时刻t4的电压值大。
[0048]而且，斩波型比较器4如图4所示进行如下判定:使基于时钟的计数值的更新继续直到浮动扩散区FD的电位达到与基准电位R相同的电位为止。在这个例子中，在计数到19时，浮动扩散区FD的电位达到与基准电位R相同的电位。
[0049]另外，斩波型比较器4进行如下判定:在浮动扩散区H)的电位达到基准电位R时，使基于时钟的计数值的更新停止。浮动扩散区H)在达到基准电位R之后也使电位与参考电压VREF同步地上升到时刻t7的最大值。
[0050]然后，在像素单元12中，当在时刻t8复位信号RESET上升时，复位信号RESET被输入到复位晶体管RST的栅极，浮动扩散区H)的电位被复位为电源电位的电位。另外，同时，在时亥Ijt8，当开关SWl被接通时，储存在第2电容器C2的电位被复位。而且，以与所述相同的程序，进行通过接下来的曝光而储存在光电二极管H)中的信号电荷的传输动作。
[0051 ]另一方面，在像素单元12中，如图4所示，在光电二极管PD中未储存信号电荷的情况下，当在时刻t5传输信号READ上升时，浮动扩散区FD的电位不降低，而是因参考电压VREF的电压值稳定而同步地稳定。
[0052]而且，浮动扩散区FD当参考电压VREF降低到最小值时，电位随之降低与最小值的电压相应程度。而且，浮动扩散区H)当在时刻t6参考电压VREF开始上升时，电位同步地上升。伴随于此，斩波型比较器4判定从时刻t6起继续还是停止基于时钟的计数值的更新。而且，斩波型比较器4进行如下判定:使基于时钟的计数值的更新继续直到浮动扩散区FD的电位达到与基准电位R相同的电位为止。在这个例子中，在计数到5时，浮动扩散区H)的电位达到与基准电位R相同的电位。该计数的数值与在第I期间wl内进行计数所得的计数的数值相同。因此，固态摄像装置I是根据在第2期间w2内进行计数所得的计数的数值与在第I期间wl内进行计数所得的计数的数值一致，以此判定在光电二极管H)内未储存信号电荷。
[0053]另外，在电路芯片11中，从连接在反相器Al的另一端子N3b的第2端子T2依次输出利用斩波型比较器4所得的比较结果即每一次计数的一比特的像素信号VSIG。
[0054]所述实施方式的像素单元12具备:光电二极管ro，将入射的光转换成信号电荷；以及浮动扩散区ro，保持从光电二极管ro传输的信号电荷。进而，像素单元12具备:第I电容器Cl，一端子Nla连接在浮动扩散区FD;以及第2电容器C2，一端子N2a连接在浮动扩散区FD。另夕卜，像素单元12具备第I端子Tl，该第I端子Tl连接在第I电容器Cl的另一端子Nlb且被输入参考电压VREF。第2电容器C2为斩波型比较器4的构成要素。
[0055]由此，该像素单元12是对第I电容器Cl施加参考电压VREF，而使浮动扩散区H)的电位与参考电压VREF同步地推移。另外，像素单元12是通过斩波型比较器4，基于保持在第2电容器C2的一端子N2a的推移的浮动扩散区H)的电位及保持在第2电容器的另一端子N2b的基准电位R进行比较动作。
[0056]也就是说，该像素单元12并非将浮动扩散区ro的电位通过源极跟随动作放大并对放大电流进行AD(Ana1g-Digital,模数)转换，而是使浮动扩散区FD的电位与参考电压VREF同步并通过将该电位与基准电位R进行比较来进行AD转换。因此，像素单元12无需用以进行利用源极跟随器的读出的定电流源，所以能够以较少的电力进行驱动。
[0057]因此，所述实施方式的固态摄像装置I能够降低同时驱动配置在像素芯片10的全部像素单元12时的消耗电力。此外，该固态摄像装置I在将像素阵列13分割成多个区域并针对每个区域同时驱动多个像素单元12的情况下，也能够降低消耗电力。
[0058]接着，参照图5，对将基于时钟的计数值存储到存储器部的动作进行说明。图5是表示设置在实施方式的电路芯片11的逻辑电路的电路构成的一例的说明图。此外，通过对具有与图3所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图3所示符号相同的符号，并省略其说明。另外，图5中的虚线表示像素芯片10与电路芯片11的交界，并且将相对于虚线的一侧设为像素芯片10、且将相对于该虚线的另一侧设为电路芯片11而进行图示。
[0059]如图5所示，电路芯片11具备作为斩波型比较器4的构成要素的反相器Al及开关SW1、第2端子T2、将从第2端子T2输出的像素信号VSIG放大的斩波型比较器4a以及第3端子T3。该斩波型比较器4a在该实施方式中具备与斩波型比较器4相同的构成，且具备反相器A2、开关SW2及第3电容器C3。
[0060]另外，电路芯片11具备连接在第3端子T3的存储器部5。存储器部5具备多个SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)14、信号线15及多条总线16。此外，在该实施方式中，在存储器部5中使用SRAM14，但不限于此，可以使用DRAM(Dynamic RandomAccess Memory，动态随机存取存储器)或FRAM(注册商标)(Ferroelectric Random AccessMemory，铁电随机存取存储器)等代替SRAMl 4。
[0061 ] SRAM14是针对每条总线16进行保持的行存储器。信号线15是将第3端子T3与各SRAM14分别连接的线。另外，信号线15是对继续还是停止进行计数动作时的计数值的更新进行控制的SRAM14的写入使能信号线。总线16是与各SRAM14的比特输入端子分别连接的线。另外，在总线16中，在进行计数动作时，被输入每一次计数所更新的N比特(N为自然数)的计数值，在进行读出动作时，输出保持在各SRAM14中的N比特的计数值。
[0062]固态摄像装置I将浮动扩散区H)的电位达到基准电位R的时点的N比特的计数值存储到各存储器部5。在该实施方式中，如图5所示，固态摄像装置I在存储器部5内具备八个SRAM14，且存储八比特的计数值。具体来说，固态摄像装置I在浮动扩散区H)的电位达到基准电位R的时点的基于时钟的计数的数值为计数到6 3的情况下，在存储器部5中存储“oooiiiir的计数值。另外，固态摄像装置I在浮动扩散区ro的电位达到基准电位R的时点的利用时钟所得的计数的数值为计数到255的情况下，在存储器部5中存储“11111111”的计数值。
[0063]所述实施方式的固态摄像装置I在电路芯片11中与各像素单元12对应地具备多个存储器部5。各存储器部5存储浮动扩散区FD的电位达到基准电位R的时点的N比特的计数值。
[0064]由此，固态摄像装置I无需在像素芯片10中确保存储器部5的配置区域，所以能够使像素芯片10中的摄像区域扩大，而在像素芯片10排列更多的像素单元12。
[0065]此外，所述实施方式的固态摄像装置I为在第2端子T2与第3端子T3之间具备将从反相器Al输出的像素信号VSIG放大的斩波型比较器4a的构成，但并不限定于该构成。
[0066]例如，固态摄像装置I也可以不使用将像素信号VSIG放大的斩波型比较器4a，而是将存储器部5连接在第2端子T2，从反相器Al直接将像素信号VSIG自第2端子T2输出。另外，固态摄像装置I也可以通过在斩波型比较器4a的后段进一步增设斩波型比较器，以此使像素信号VSIG进一步放大后从第3端子T3输出。
[0067]另外，所述实施方式的固态摄像装置I为使作为斩波型比较器4的构成要素的第2电容器C2具备在像素芯片10上的构成，但并不限定于该构成。例如，固态摄像装置I也可以为使作为斩波型比较器4的构成要素的第2电容器C2具备在电路芯片11上的构成。在该情况下，像素单元12具备光电二极管ro、传输晶体管trs、复位晶体管rst、浮动扩散区ro及第I电容器Cl。另外，第I电容器Cl、第2电容器C2及第3电容器C3例如可以使用M0S(Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体)电容元件或MIM(Metal Insulator Metal，金属-绝缘体-金属)电容元件。
[0068]另外，固态摄像装置I也可以构成为使将像素芯片10与电路芯片11电连接的连接部2作为第4电容器C4发挥功能。该第4电容器C4成为斩波型比较器4的构成要素。也就是说，第4电容器C4相当于所述斩波型比较器4的第2电容器C2。在该情况下，第4电容器C4可以使用MIM电容元件。
[0069]这里，参照图6，对使该连接部2发挥作为MM电容元件的第4电容器C4的功能的构成进行说明。图6是对实施方式的第4电容器C4的构成进行说明的说明图。此外，通过对具有与图2及图3所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图2及图3所示符号相同的符号，并省略其说明。
[0070]如图6所示，连接部2为了发挥作为MM电容元件的第4电容器C4的功能，而具备绝缘部件23代替具有导电性的凸块22。由此，连接部2成为由含有金属的输出端子20及输入端子21将绝缘部件23夹入的构造、也就是M頂构造。因此，连接部2作为M頂电容元件发挥功能。
[0071]所述实施方式的固态摄像装置I由于连接像素芯片10与电路芯片11的连接部2发挥作为斩波型比较器4的构成要素的第4电容器C4的功能，所以能够谋求使像素芯片10及电路芯片11的尺寸缩小。
[0072]接着，参照图7A?图10，对配置在像素芯片10的各像素单元12的具体构造进行说明。此外，由于各像素单元12为相同构造，所以这里对一个像素单元12进行说明。另外，通过对具有与图3所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图3所示符号相同的符号，并省略其说明。
[0073]图7A及图7B是表示实施方式的像素单元12的另一构成的说明图。具体来说，图7A是表示在实施方式的像素单元12中使用MOS电容元件的电路构成的说明图。图7B是表示图7A所示的像素单元12在俯视下的示意性配置的说明图。
[0074]如图7A所示，像素单元12具备作为MOS电容元件的第I电容器Cl及作为MOS电容元件的第2电容器C2。另外，像素单元12经由第I端子Tl而连接在传输参考电压VREF的参考信号线6。此外，在图7A中，光电二极管H)、浮动扩散区H)、传输晶体管TRS、复位晶体管RST、第I电容器Cl及第2电容器C2的连接关系处于与图2所示的像素单元12相同的连接关系。
[0075]如图7B所示，像素单元12具备电气地元件分离的光电二极管H)(光电转换元件)及浮动扩散区H)。在光电二极管PD与浮动扩散区FD之间的半导体层7上，配置传输晶体管TRS的传输栅极TG。另外，在半导体层7上的浮动扩散区FD的旁边，配置复位晶体管RST的栅极RG0
[0076]另外，在该半导体层7上，在光电二极管PD的旁边的区域配置作为MOS电容元件的第I电容器Cl的栅极电极Gl及作为MOS电容元件的第2电容器C2的栅极电极G2。栅极电极Gl位于形成在半导体层7的源极区域80a与漏极区域80b之间。栅极电极G2位于形成在半导体层7的源极区域81a与漏极区域81b之间。另外，在该半导体层7上，在光电二极管PD及第I电容器Cl排列的旁边的区域配置参考信号线6。
[0077]另外，栅极电极Gl与栅极电极G2是通过金属配线LI而电连接。源极区域80a与漏极区域80b是通过金属配线L2而电连接。源极区域80a与参考信号线6是通过金属配线L3而电连接。源极区域81a与漏极区域81b是通过金属配线L4而电连接。浮动扩散区FD与金属配线LI是通过金属配线L5而电连接。
[0078]像这样，像素单元12在使用MOS电容元件的情况下，在半导体层7配置光电二极管PD、浮动扩散区FD、传输栅极TG、栅极RG及栅极电极G1、G2。
[0079]所述实施方式的固态摄像装置I通过将像素单元12具备的第I电容器Cl及第2电容器C2设为MOS电容元件，能够将电容器容易地安装到半导体层7，并且能够谋求使像素单元12的尺寸缩小。
[0080]图8A及图8B是表示实施方式的像素单元12的另一构成的说明图。具体来说，图8A是表示在实施方式的像素单元12中使用MIM电容元件的电路构成的说明图。图SB是表示图8A所示的像素单元12在俯视下的示意性配置的说明图。此外，通过对具有与图7A及图7B所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图7A及图7B所示符号相同的符号，并省略其说明。
[0081 ] 如图8A所示，像素单元12具备作为MM电容元件的第I电容器Cl及作为MM电容元件的第2电容器C2。另外，像素单元12经由第I端子Tl而连接在传输参考电压VREF的参考信号线6。此外，在图8A中，光电二极管H)、浮动扩散区H)、传输晶体管TRS、复位晶体管RST、第I电容器Cl及第2电容器C2的连接关系处于与图3所示的像素单元12相同的连接关系。
[0082]如图8B所示，像素单元12在半导体层7上的光电二极管PD的旁边的区域沿像素单元12的宽度方向配置一个共用下侧电极60。在共用下侧电极60上，配置第I电容器Cl的上侧电极61a及第2电容器C2的上侧电极61b。此外，在上侧电极61a、61b与共用下侧电极60之间，配置未图示的绝缘体。
[0083]另外，上侧电极61a与参考信号线6是通过金属配线L6而电连接。浮动扩散区FD与共用下侧电极60是通过金属配线L7而电连接。
[0084]像这样，像素单元12在使用MM电容元件的情况下，在半导体层7配置光电二极管PD、浮动扩散区FD、传输栅极TG、栅极RG、共用下侧电极60、上侧电极61 a、61 b。
[0085]所述实施方式的固态摄像装置I通过将像素单元12具备的第I电容器Cl及第2电容器C2设为M頂电容元件，能够降低电容器的寄生电容，能够谋求提高动作速度。
[0086]图9A及图9B是表示实施方式的像素单元12的另一构成的说明图。具体来说，图9A是表示在实施方式的像素单元12中使用MOS电容元件及MIM电容元件的电路构成的说明图。图9B是表示图9A所示的像素单元12在俯视下的示意性配置的说明图。此外，通过对具有与图7A、图7B及图8A、图8B所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图7A、图7B及图8A、图SB所示符号相同的符号，并省略其说明。
[0087]如图9A所示，像素单元12具备作为MOS电容元件的第I电容器Cl及作为MM电容元件的第2电容器C2。另外，像素单元12经由第I端子Tl而连接在传输参考电压VREF的参考信号线6。此外，在图9A中，光电二极管H)、浮动扩散区H)、传输晶体管TRS、复位晶体管RST、第I电容器Cl及第2电容器C2的连接关系处于与图3所示的像素单元12相同的连接关系。
[0088]如图9B所示，像素单元12在半导体层7上的光电二极管H)的旁边的区域将作为MOS电容元件的第I电容器Cl的栅极电极Gl与下侧电极60a沿宽度方向排列配置。栅极电极Gl位于形成在半导体层7的源极区域80a与漏极区域80b之间。在下侧电极60a上，配置作为MIM电容元件的第2电容器C2的上侧电极61b。此外，在上侧电极61b与下侧电极60a之间配置未图示的绝缘体。
[0089]另外，栅极电极Gl与下侧电极60a是通过金属配线L8而电连接。浮动扩散区H)与下侧电极60a是通过金属配线L9而电连接。
[0090]这里，针对图9A及图9B所示的像素单元12的半导体层7内的示意性配置进行了说明。图10是表示图9A及图9B所示的像素单元12的示意性配置的一例的说明图。此外，通过对具有与图9A及图9B所示构成要素相同的功能的构成要素，标注与图9A及图9B所示符号相同的符号，并省略其说明。
[0091]如图10所示，像素单元12在半导体层7内具备光电二极管PD、浮动扩散区FD、源极区域80a、漏极区域80b、信道形成区域82及暗电流抑制区域72。
[0092]光电二极管PD是利用P型Si层70、与形成在P型Si层70的特定深度位置的N型Si区域71的PN结而形成。浮动扩散区FD、源极区域80a及漏极区域80b是通过在P型Si层70的表层部离子注入N型的高浓度杂质而形成。信道形成区域82是通过在P型Si层70中的源极区域80a与漏极区域80b之间离子注入N型杂质而形成。暗电流抑制区域72是通过在P型Si层70中的光电二极管H)上的表层部离子注入P型的高浓度杂质而形成。
[0093]在半导体层7的表面上，形成位于光电二极管PD与浮动扩散区H)之间的传输晶体管TRS的传输栅极TG。另外，在半导体层7的表面上，形成位于信道形成区域82的第I电容器Cl的栅极电极Gl及位于该栅极电极Gl的第2电容器C2的上侧电极61b。
[0094]像这样，像素单元12在使用MOS电容元件及M頂电容元件的情况下，在半导体层7配置光电二极管PD、浮动扩散区H)、传输栅极TG、复位栅极RG、栅极电极G1、下侧电极60a及上侧电极61b。
[0095]所述实施方式的固态摄像装置I通过将像素单元12具备的第I电容器Cl及第2电容器C2设为MOS电容元件及MM电容元件，而能够同时谋求使像素单元12的尺寸缩小以及提高动作速度。
[0096]对本发明的若干个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，能够在不脱离发明主旨的范围内，进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
【主权项】
1.一种固态摄像装置，其特征在于具备: 光电转换元件，将入射的光转换成信号电荷； 浮动扩散区，保持从所述光电转换元件传输的所述信号电荷； 第I电容器，一端子连接在所述浮动扩散区； 第I端子，连接在所述第I电容器的另一端子，且被输入在电压值降低到特定的最小值之后上升到特定的最大值的参考电压； 第2电容器，一端子连接在所述浮动扩散区； 比较器，在输入连接着所述第2电容器的另一端子，且对所述浮动扩散区的电位与阈值进行比较；以及 第2端子，连接在所述比较器的输出，且被输出利用所述比较器所得的比较结果。2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 还具备复位晶体管，该复位晶体管将保持在所述浮动扩散区的所述信号电荷进行复位，且 所述比较器是 将经所述复位晶体管复位后的所述浮动扩散区的电位保持为所述阈值。3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述比较器是: 具备反相器及开关的斩波型比较器， 所述反相器在输入连接着所述第2电容器的另一端子， 所述开关与所述反相器并联连接。4.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 还具备存储器部，该存储器部连接在所述第2端子，且存储从该第2端子输出的比较结果O5.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于还具备: 第I衬底，供设置所述光电转换元件、所述浮动扩散区、所述第I电容器、所述第I端子及所述第2电容器；以及 第2衬底，积层在所述第I衬底，且供设置所述比较器及所述第2端子。6.根据权利要求5所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I衬底为像素芯片， 所述第2衬底为电路芯片。7.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于还具备: 第I衬底，供设置所述光电转换元件、所述浮动扩散区、所述第I电容器及所述第I端子；以及 第2衬底，积层在所述第I衬底，且供设置所述第2电容器、所述比较器及所述第2端子。8.根据权利要求7所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I衬底为像素芯片， 所述第2衬底为电路芯片。9.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其特征在于: 还具备放大器，该放大器连接在所述第2端子与所述存储器部之间，且将从所述第2端子输出的比较结果放大。10.根据权利要求9所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述放大器是: 具备反相器及开关的斩波型比较器， 所述反相器在输入连接着所述第2端子， 所述开关与所述反相器并联连接。11.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于还具备: 第I衬底，供设置所述光电转换元件、所述浮动扩散区、所述第I电容器及所述第I端子； 第2衬底，积层在所述第I衬底，且供设置所述比较器及所述第2端子；以及 连接部，将所述第I衬底与所述第2衬底电连接;且 所述连接部是: 由作为M頂电容元件的所述第2电容器构成。12.根据权利要求11所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I衬底为像素芯片， 所述第2衬底为电路芯片。13.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述存储器部具有: SRAM、DRAM及FRAM中的任一种。14.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I电容器及所述第2电容器是: MOS电容元件。15.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I电容器及所述第2电容器是: M頂电容元件。16.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述第I电容器是: MOS电容元件，且 所述第2电容器是: M頂电容元件。17.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于: 所述参考电压是: 斜坡波形的电压。
【文档编号】H01L27/146GK105828001SQ201610048416
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】伊藤真也
【申请人】株式会社东芝