固体摄像装置的制作方法

专利名称：固体摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置。
背景技术：
固体摄像装置也在对X射线等的放射线进行摄像时使用，例如也用于牙科等的 医疗用途。此种固体摄像装置具备将分别包括光电二极管(photo diode)的MXN个像 素部Pi,i PM, N2维排列成M行N列而成的受光部，以覆盖此受光部的方式设置的闪烁体 (scintillator)层，将与在受光部的各像素部中所包括的光电二极管中所产生的电荷的 量对应的电压值予以输出的信号读出部，及用以控制受光部及信号读出部等的动作的控制 部。此外，在固体摄像装置中，也有受光部、信号读出部及控制部等被形成在半导体基板上 的情形。在此固体摄像装置中，相应于放射线对于闪烁体层的入射而产生闪烁光，且相应 于闪烁光对于在受光部的任一个像素部中所包括的光电二极管的入射，而在该光电二极管 中产生电荷。然后，从信号读出部输出与在受光部的各像素部中所包括的光电二极管中所 产生的电荷的量相对应的电压值。如此一来即获得放射线像。然而，就此种固体摄像装置而言，若穿透闪烁体层的放射线或闪烁光入射至受光 部以外的区域(例如，信号读出部或控制部的区域、用于引线接合(wire bonding)的视野 (field)区域等。以下称此区域为“周边区域”)，则有时在该入射位置也产生电荷。再者， 在该周边区域产生的电荷，有时从产生位置起移动，而被储存于受光部的任一个像素部中 所包括的光电二极管的接合电容部中。此种情形下，在从受光部的该像素部输出的电荷中， 不仅包括该像素部的光电二极管中所产生的电荷，也包括作为噪声(noise)的在周边区域 所产生的电荷。因此，无法获得准确的放射线像。在专利文献1中公开了试图解决此种问题的发明。此文献所公开的发明的固体摄 像装置具备阻止放射线对于周边区域的入射的屏蔽部件。此屏蔽部件在受光部之上具有 开口部，可使放射线入射至设于受光部之上的闪烁体层。专利文献1 日本特开2004-177217号公报

发明内容
然而，在上述专利文献1所公开的发明的固体摄像装置中，即使设有屏蔽部件，当 放射线入射于闪烁体层或屏蔽部件时，也会因康普顿(Compton)效应而产生散射放射线。 因康普顿效应而产生的散射放射线较入射的放射线为低能量，因此在构成固体摄像装置的 电路的硅中的吸收较大。所以无法充分防止因为此种散射放射线或闪烁光向周边区域的入 射所致的噪声的产生。在周边区域的面积较大的情形下尤其容易产生噪声。本发明为解除上述问题而完成，其目的在于提供一种可充分抑制在周边区域产生 电荷的影响的固体摄像装置。本发明的固体摄像装置的特征为包括(1)受光部，其中呈M行N列地2维排列有MXN个像素部Pia PM,N，该像素部Pia PM,N分别包括产生与入射光强度相对应的量的电 荷的光电二极管及与此光电二极管连接的开关，且在各像素部光电二极管经由开关 而连接于读出用配线Lan;(2)闪烁体层，其以覆盖受光部的方式设置，且相应于放射线的 入射而产生闪烁光；(3)虚设(dummy)用受光部，其包括分别与受光部的第1行及第M行的 外侧邻接而配置的虚设用光电二极管；(4)信号读出部，其设于受光部的第1行或第M行的 外侧，包括N个积分电路Si SN及N个保持电路氏 Hn，在各积分电路Sn中将经过读出 用配线1^ 所输入的电荷储存于电容元件中而输出与该储存电荷量相对应的电压值，在各 保持电路扎中保持并输出从积分电路Sn所输出的电压值；及(5)放电机构，其将虚设用光 电二极管的接合电容部予以放电。其中，M、N是2以上的整数，m是1以上M以下的整数，n 是1以上N以下的整数。此外，M小于N，而受光部在一个方向上呈长条状。在此固体摄像装置中，相应于放射线对于闪烁体层的入射而产生闪烁光，且相应 于闪烁光对于在受光部的任一像素部中所包括的光电二极管的入射，而在该光电二极管中 产生电荷。再者，与在受光部的各像素部中所包括的光电二极管中所产生的电荷的量相对 应的电压值被从包括积分电路及保持电路的信号读出部中输出。如此一来即获得放射线 像。在进行此种摄像时，若穿透闪烁体层的放射线或闪烁光入射至受光部以外的周边区域 (例如信号读出部、控制部等)，则会有在该入射位置也有电荷产生的情形。这些周边区域 中产生的噪声电荷有时会从产生位置移动而朝向受光部去。然而，在本发明中，由于设有包 括虚设用光电二极管的虚设用受光部，因此该噪声电荷被储存于虚设用光电二极管的接合 电容部中。再者，由于虚设用光电二极管的接合电容部通过放电机构放电并被初始化，因此 可抑制噪声电荷进入受光部。在本发明的固体摄像装置中，优选放电机构通过对虚设用光电二极管施加一定电 压，而将该虚设用光电二极管的接合电容部予以放电。此外，或是在本发明的固体摄像装置 中，优选虚设用受光部进一步包括与虚设用光电二极管连接的虚设用开关，虚设用光电二 极管经由虚设用开关，通过N条读出用配线Lai LaN的任意条而连接于N个积分电路Si SN的任意个；放电机构通过使虚设用开关成为闭状态，并且将N个积分电路Si SN中的被 连接着的积分电路的电容元件予以放电，而将虚设用光电二极管的接合电容部予以放电。在本发明的固体摄像装置中，优选虚设用受光部包括分别与受光部的第1行及第 M行邻接而配置成多行的虚设用光电二极管。优选1个虚设用光电二极管的光感应区域的 面积大于各像素部Pm,n中所包括的1个光电二极管的光感应区域的面积。此外，优选虚设 用受光部进一步包括与受光部的第1列或第N列的外侧邻接而配置的虚设用光电二极管。 这些情形下，可进一步抑制噪声电荷进入受光部。根据本发明，可充分抑制在周边区域产生电荷的影响。


图1为本实施方式的固体摄像装置1的俯视图及剖面图。图2为本实施方式的固体摄像装置1的构成图。图3为本实施方式的固体摄像装置1的第1形态的电路图。图4为说明本实施方式的固体摄像装置1的第1形态的动作的时序图。图5为本实施方式的固体摄像装置1的第2形态的电路图。
图6为说明本实施方式的固体摄像装
图7为表示本实施方式的固体摄像装
图8为表示本实施方式的固体摄像装
图9为表示本实施方式的固体摄像装
符号说明
1固体摄像装置
2半导体基板
3基材
10受光部
11,12虚设用受光部
20信号读出部
30控制部
31行选择部
40接合焊垫部
50闪烁体层
p 广 P rM, N像素部
PD光电二极管
sffi开关
D-Pi,！ D"P4,N虚设用像素部
D-PD虚设用光电二极
D-sw虚设用开关
si sn积分电路
c2积分用电容元件
sw2放电用开关
a2放大器
hi hn保持电路
c3保持用电容元件
sw31输入用开关
sw32输出用开关
Lo, n第n列读出用配线
Lbias偏压供给用配线
Lout电压输出用配线
具体实施例方式以下，参照附图详细说明用以实施本发明的最佳方式。另外，在附图的说明中对于 同一要素赋予同一符号，且省略重复的说明。图1为本实施方式的固体摄像装置1的俯视图和剖面图。图1的(a)表示俯视图， 图1的(b)、(c)表示剖面图。在本实施方式的固体摄像装置1中，在半导体基板2的背面 黏合基材3，来增强半导体基板2。在该半导体基板2的表面，形成有受光部10、虚设用受光部11、12、信号读出部20、行选择部31及接合焊垫(bonding pad)部40等。在半导体基板 2的表面的各电路可通过CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor，互补式金属氧 化物半导体)技术形成。此外，在其表面设有闪烁体层50。受光部10是将分别包括光电二极管及开关的MXN个像素部Pia PM,N2维排列 成M行N列而成的。在此，在图1(a)的俯视图中，受光部10中的第1行位于受光部10的 上边侧，而受光部10中的第M行位于受光部10的下边侧，受光部10中的第1列位于受光 部10的左边侧，此外，受光部10中的第N列位于受光部10的右边侧。M、N为2以上的整 数。M较N更小，在图1(a)的俯视图中，受光部10在左右方向为长条状，例如，受光部10的 左右方向的长度为148mm，而受光部10的上限方向的宽度为6mm。虚设用受光部11与受光部10的第1行(受光部10的上边侧)邻接而配置，在左 右方向具有与受光部10相同程度的长度。此外，虚设用受光部12与受光部10的第M行 (受光部10的下边侧)邻接而配置，在左右方向具有与受光部10相同程度的长度。这些虚 设用受光部11、12各自包括虚设用光电二极管。另外，如后所述，虚设用光电二极管并非用 作发光元件，因此也可在虚设用受光部11、12的全部或一部份之上，设有用以为信号读出 部20等遮光的遮光膜。此遮光膜由经由绝缘膜所形成的例如Al膜所组成。信号读出部20设于受光部10的第M行的外侧。在信号读出部20与受光部10之 间配置有虚设用受光部12。行选择部31设于受光部10的第1列(受光部10的左边侧) 的外侧及受光部10的第N列(受光部10的右边侧)的外侧这二者处或任何一者处。接合 焊垫部40设于信号读出部20的下方。闪烁体层50以至少覆盖受光部10的方式设置，对应于X射线等的放射线的入射 而产生闪烁光。闪烁体层50优选被设置成不仅覆盖受光部10，也覆盖虚设用受光部11、12、 信号读出部20及行选择部31。闪烁体层50例如由CsI所构成，通过蒸镀而形成于半导体 基板2的表面。另外，在图1(a)中并未显示闪烁体层50。此固体摄像装置1在包括行选择部31的控制部的控制之下，大致如下进行动作。 对应于放射线对于闪烁体层50的入射而产生闪烁光，且对应于闪烁光对于在受光部10的 任一个像素部中所包括的光电二极管的入射，而在该光电二极管中产生电荷。然后，与受光 部10的各像素部中所包括的光电二极管中所产生的电荷的量相对应的电压值被从信号读 出部20输出，且该电压值经由接合焊垫部40而输出至外部。如此获得放射线像。假设穿透闪烁体层50的放射线或闪烁光入射至受光部10以外的区域(周边区 域)，则会有在该入射位置也产生电荷的情形。于是，若在该周边区域所产生的电荷从产生 位置移动，而储存于受光部10的任意的像素部中所包括的光电二极管的接合电容部，则在 从该像素部输出的电荷中，不仅包括在该像素部的光电二极管中所产生的电荷，也会包括 作为噪声的在周边区域所产生的电荷，而无法获得准确的放射线像。因此，在本实施方式 中，设有分别包括虚设用光电二极管的虚设用受光部11、12，以解决这样的问题。图2为本实施方式的固体摄像装置1的构成图。在此图中表示有受光部10、虚设 用受光部11、12、信号读出部20及控制部30。受光部10为成M行N列地2维排列有MXN个像素部Plil PM,N的受光部。像素 部Pm,n位于第m行第η列。在此，Μ、N分别为2以上的整数，M小于N。此外，m为1以上M 以下的各整数，η为1以上N以下的各整数。各像素部Pm,η为PPS (Passive Pixel Sensor,被动式像素传感器)方式的，具有共同的构成，包括光电二极管及开关。第m行的N个像素 部Pma Pm,N通过共同的控制线与控制部30连接。第η列的M个像素部P^ ΡΜ,η各个的 输出端通过第η列读出用配线Lan而与信号读出部20中所包括的积分电路Sn连接。 信号读出部20包括N个积分电路S1 Sn及N个保持电路H1 ΗΝ。各积分电路 Sn具有共同的构成。此外，各保持电路Hn具有共同的构成。各积分电路Sn具有与读出用配线Lan连接的输入端，且将输入于此输入端的电荷 进行储存，而将与该储存电荷量相对应的电压值从输出端向保持电路Hn输出。N个积分电 路S1 Sn通过共同的控制线而与控制部30连接。各保持电路Hn具有与积分电路Sn的输出端连接的输入端，且保持输入于此输入端 的电压值，并将该所保持的电压值从输出端输出至输出用配线L。ut。N个保持电路H1 Hn 通过共同的控制线而与控制部30连接。此外，各保持电路Hn也通过个别的控制线而与控 制部30连接。虚设用受光部11与虚设用受光部12夹着受光部10而设置。虚设用受光部11设 于相对于受光部10而言为与信号读出部20相反的一侧，且成2行N列地2维排列有2XN 个虚设用像素部D-Plil D-P2, N。此外，虚设用受光部12设于受光部10与信号读出部20 之间，成2行N列地2维排列有2XN个虚设用像素部D-P3il D-P4,N。这些4XN个虚设用 像素部D-Plil D-P4,N具有共同的构成，包括虚设用光电二极管。另外，图中所示的控制信 号D-Vsel (1) D-Vsel (4)在后述的第1形态的情形下是不需要的，而在后述的第2形态 的情形下则需要。控制部30将第m行选择控制信号Vsel (m)分别给予至第m行的N个像素部Pm, i-Pn^。M个行选择控制信号Vsel(I) Vsel (M)依序被设为有效值。为了将M个行选 择控制信号Vsel(I) Vsel (M)依序作为有效值输出，控制部30包括移位缓存器(shift register)。另外，图1中所示的行选择部31将这些M个行选择控制信号Vsel (1) Vsel (M) 予以输出。控制部30将第η列选择控制信号Hsel (η)给予保持电路Hn。N个列选择控制信号 Hsel(I) Hsel (N)也依序被设为有效值。为了将N个列选择控制信号Hsel (1) Hsel (N) 依序作为有效值输出，控制部30包括移位缓存器。另外，在图1(a)的俯视图中，将N个列 选择控制信号Hsel(I) Hsel (N)予以输出的列选择部也可被配置于信号读出部20与接 合焊垫部40之间。控制部30将放电控制信号Reset分别给予N个积分电路S1 Sn，此外，将保持控 制信号Hold分别给予N个保持电路H1 Hn。如以上所述，控制部30控制受光部10中MXN个像素部Plil PM,N中分别包括的 开关的开闭动作，并且控制信号读出部20中的电压值的保持动作及输出动作。由此，控制 部30从信号读出部20反复输出电压值作为帧(frame)数据，该电压值与在受光部10中的 MXN个像素部Plil PM,N中分别包括的光电二极管中所产生的电荷的量相对应。 此外，固体摄像装置1具备用以将虚设用受光部11、12的虚设用像素部D-Plil D-P4,N中所包括的虚设用光电二极管的接合电容部予以放电的放电机构。此放电机构可以 是通过对虚设用光电二极管施加一定电压而将该虚设用光电二极管的接合电容部予以放 电的放电机构(第1形态)，此外，也可以是以与将各像素部Pm,n中所包括的光电二极管的接合电容部予以放电同样的方式、通过控制部30的控制而将虚设用光电二极管的接合电 容部予以放电的放电机构(第2形态)。以下就放电机构的第1形态及第2形态分别进行 说明。首先，使用图3及图4说明本实施方式的固体摄像装置1的第1形态。图3为本实施方式的固体摄像装置1的第1形态的电路图。在此图中，表示有虚设用像素部D-P1,n、 像素部Pm, n、虚设用像素部D-P3, n、积分电路Sn及保持电路Hn各个的电路图。在此，表示像 素部Pm,n的电路图来代表MXN个像素部Plil PM,N，表示积分电路Sn的电路图来代表N个 积分电路S1 SN，此外，表示保持电路Hn的电路图来代表N个保持电路H1 Hn。S卩，表示 了与第m行第η列的像素部Pm, η及第η列读出用配线La η相关的电路部份。再者，表示虚 设用像素部D-Plin来代表虚设用受光部11中所包括的2ΧΝ个虚设用像素部D-Plil D-P2, Ν，此外，表示虚设用像素部D-P3,η来代表虚设用受光部12中所包括的2ΧΝ个虚设用像素部
DP4, N0像素部Pm, η包括光电二极管PD及开关SW115光电二极管PD的阳极端子接地。位 于第η列的M个像素部P1,η ΡΜ,η中分别包括的光电二极管PD的阴极端子经由开关SW1而 与第η列读出用配线Lan连接。光电二极管PD产生与入射光强度相对应的量的电荷，且将 其所产生的电荷储存于接合电容部。由控制部30将第m行选择控制信号Vsel (m)给予像 素部Pm,n的开关SW115第m行选择控制信号Vsel (m)用以指示受光部10中的第m行的N个 像素部Pnbl Pm,N中分别包括的开关SW1的开闭动作。在此像素部Pm,n中，当第m行选择控制信号Vsel (m)为低电平时，开关SW1打开，而 在光电二极管PD中所产生的电荷不向第η列读出用配线La η输出，而储存于接合电容部。 另一方面，第m行选择控制信号Vsel (m)为高电平时，开关SW1关闭，至此在光电二极管PD 中产生而储存于接合电容部的电荷，经由开关SW1，而输出至第η列读出用配线Lan。第η列读出用配线L。,n与受光部10中第η列的M个像素部P1, η ΡΜ,η中分别包 括的开关SW1连接。第η列读出用配线Lan将在M个像素部Pu、ΡΜ, η的中任意像素部中 所包括的光电二极管PD所产生的电荷，经由该像素部中所包括的开关SW1来读出，且传送 至积分电路Sn。积分电路Sn包括放大器(amplifier)A2、积分用电容元件C2及放电用开关SW2。积 分用电容元件C2及放电用开关SW2彼此并联连接，且设于放大器A2的输入端子与输出端子 之间。放大器A2的输入端子与第η列读出用配线Lan连接。由控制部30将放电控制信号 Reset给予放电用开关SW2。放电控制信号Reset用以指示N个积分电路S1 Sn中分别包 括的放电用开关SW2的开闭动作。在此积分电路Sn中，放电控制信号Reset为高电平时，放电用开关SW2关闭，积分 用电容元件C2放电，从积分电路Sn输出的电压值被初始化。放电控制信号Reset为低电平 时，放电用开关SW2打开，输入于输入端的电荷被储存于积分用电容元件C2，与该储存电荷 量相对应的电压值被从积分电路Sn输出。保持电路Hn包括输入用开关SW31、输出用开关SW32及保持用电容元件C3。保持用 电容元件C3的一端接地。保持用电容元件C3的另一端经由输入用开关SW31而与积分电路 Sn的输出端连接，且经由输出用开关SW32而与电压输出用配线L。ut连接。由控制部30将保 持控制信号Hold给予输入用开关SW31。保持控制信号Hold用以指示N个保持电路H1 Hn中分别包括的输入用开关SW31的开闭动作。由控制部30将输出用开关SW32给予第η列选择控制信号Hsel (η)。第η列选择控制信号Hsel (η)用以指示保持电路Hn中所包括的输出 用开关SW32的开闭动作。在此保持电路Hn中，若保持控制信号Hold从高电平转为低电平，则输入用开关 Sff31从闭状态转为开状态，而此时输入于输入端的电压值被保持于保持用电容元件C3中。 此外，第η列选择控制信号Hsel (η)为高电平时，输出用开关SW32关闭，而保持于保持用电 容元件C3中的电压值被输出至电压输出用配线L。ut。虚设用像素部D-Pl，l D-P4,N分别包括虚设用光电二极管D-PD。虚设用光电二极 管D-PD的阳极端子接地。虚设用光电二极管D-PD的阴极端子与偏压(bias voltage)供 给用配线Lbias连接，以施加作为一定电压值的偏压值Vbias。通过此偏压值Vbias的施加，虚设 用光电二极管D-PD的接合电容部被放电且被初始化。控制部30在将与受光部10中的第m行的N个像素部Pm,！ Pm,N的各自的受光强度 相对应的电压值予以输出时，通过放电控制信号Reset进行指示，以使N个积分电路S1 Sn 中分别包括的放电用开关SW2暂时关闭后再打开，然后，通过第m行选择控制信号Vsel (m) 进行指示，以使得受光部10中的第m行的N个像素部Pnbl Pm, N中分别包括的开关SW1在 特定期间内关闭。在该特定期间内，控制部30通过保持控制信号Hold进行指示，以使N个 保持电路H1 Hn中分别包括的输入用开关SW31从闭状态转为开状态。然后，在该特定期 间之后，控制部30通过列选择控制信号Hsel(I) Hsel (N)进行指示，以使N个保持电路 H1 Hn中分别包括的输出用开关SW32依序仅关闭一定期间。控制部30就各行依序进行如 以上的控制。图4为说明本实施方式的固体摄像装置1的第1形态的动作的时序图。本实施 方式的固体摄像装置1在控制部30的控制之下，通过M个行选择控制信号Vsel(I) Vsel (M)、N个列选择控制信号Hsel (1) Hsel (N)、放电控制信号Reset及保持控制信号 Hold分别按照特定的时序进行电平变化，从而可以对入射于受光部10的光的像进行摄像 而获得帧数据。在此图中，从上面起依顺序表示有(a)用以指示N个积分电路Si SN中分别包括 的放电用开关SW2的开闭动作的放电控制信号Reset，(b)用以指示受光部10中的第1行的 N个像素部P3.l P3，N中分别包括的开关SW1的开闭动作的第1行选择控制信号Vsel (1)， (c)用以指示受光部10中的第2行的N个像素部P2,工 P2,N中分别包括的开关SW1的开闭 动作的第2行选择控制信号Vsel⑵，(d)用以指示受光部10中的第3行的N个像素部P3, i P3, N中分别包括的开关SW1W开闭动作的第3行选择控制信号Vsel (3)，(e)用以指示 受光部10中的第m行的N个像素部Pnbl Pm,N中分别包括的开关SW1的开闭动作的第m行 选择控制信号Vsel (m)，及(f)用以指示受光部10中的第M行的N个像素部Psm-Pm,,中 分别包括的开关SW1的开闭动作的第M行选择控制信号Vsel (M)。此外，在此图中，进一步继续依顺序表示有(g)用以指示N个保持电路H1～Hv中 分别包括的输入用开关SW31的开闭动作的保持控制信号Hold，(h)用以指示保持电路H1中 所包括的输出用开关SW32的开闭动作的第1列选择控制信号Hsel(I)，(i)用以指示保持 电路H2中所包括的输出用开关SW32W开闭动作的第2列选择控制信号Hsel (2)，(j)用以 指示保持电路H3中所包括的输出用开关SW32的开闭动作的第3列选择控制信号Hsel (3)，(k)用以指示保持电路Hn中所包括的输出用开关SW32的开闭动作的第η列选择控制信号 Hsel(n)，及⑴用以指示保持电路Hn中所包括的输出用开关SW32W开闭动作的第N列选 择控制信号Hsel (N)。在第1行的N个像素部Pia Pu中分别包括的光电二极管PD中产生且储存于接 合电容部的电荷的读出，以以下的方式进行。在时刻t1(l前，M个行选择控制信号Vsel(I) Vsel (M)、N个列选择控制信号Hsel (1) Hsel (N)及保持控制信号Hold分别被设为低电 平。在时刻t1(1前，从控制部30输出的放电控制信号Reset成为高电平，由此，在N个积分 电路S1 Sn的各个中，放电用开关SW2关闭，而积分用电容元件C2放电，且输出电压值被初 始化。从时刻t1(1到时刻tn的期间，放电控制信号Reset成为低电平，由此，在N个积分电路S1 Sn的各个中，放电用开关SW2打开，而成为电荷可储存于积分用电容元件C2的状 态。在从时刻t1(l到时刻tn的期间内的一定期间中，从控制部30输出的第1行选择控制信 号Vsel⑴为高电平，由此，受光部10中的第1行的N个像素部Pu P1, N中分别包括的 开关SW1关闭。此外，在此第1行选择控制信号Vsel(I)为高电平的期间内的一定期间中， 从控制部30输出的保持控制信号Hold为高电平，由此，在N个保持电路H1 Hn的各个中， 输入用开关SW31关闭。在期间(t1(l tn)中的、放电控制信号Reset为低电平且第1行选择控制信号 Vsel(I)为高电平的期间中，第1行各像素部P1,n中所包括的开关SW1关闭，而各积分电路 Sn的放电用开关SW2打开，因此至目前为止在像素部P1,n的光电二极管PD中所产生而储存 于接合电容部的电荷，通过该像素部P1, n的开关SW1及第η列读出用配线Lan，传送至积分 电路Sn的积分用电容元件C2并予以储存。于是，与储存于各积分电路Sn的积分用电容元 件C2中的电荷的量相对应的电压值从积分电路Sn的输出端输出。在期间(t1(l tn)内，保持控制信号Hold从高电平转为低电平，从而在N个保持 电路H1 Hn的各个中，输入用开关SW31从闭状态转为开状态，且此时从积分电路Sn的输出 端输出而输入于保持电路Hn的输入端的电压值被保持于保持用电容元件C3中。于是，在该期间之后的期间U11NtJ内，从控制部30输出的列选择控制信号 Hsel(I) Hsel (N)依序仅在一定期间为高电平，由此，N个保持电路H1 Hn中分别包括 的输出用开关SW32依序仅关闭一定期间，而保持于各保持电路Hn中的保持用电容元件C3的 电压值经由输出用开关SW32而依序输出至电压输出用配线L。ut。输出至此电压输出用配线 Lout的电压值V。ut表示第1行的N个像素部Pu P1,,中分别包括的光电二极管PD中的发 光强度。接下来，以以下的方式，进行在第2行的N个像素部P2,工 P2,N中分别包括的光电 二极管PD中产生且储存于接合电容部中的电荷的读出。从时刻t2(1到时刻t21的期间，放电控制信号Reset成为低电平，由此，在N个积分 电路S1 Sn的各个中，放电用开关SW2打开，而成为电荷可储存于积分用电容元件C2中的 状态。在从时刻t2(l到时刻t21的期间内的一定期间中，从控制部30输出的第2行选择控制 信号Vsel⑵成为高电平，由此，受光部10中的第2行的N个像素部P2,工 P2, N中分别包 括的开关SW1关闭。此外，在此第2行选择控制信号Vsel (2)成为高电平的期间内的一定 期间中，从控制部30输出的保持控制信号Hold为高电平，由此，在N个保持电路H1 Hn的各个中，输入用开关SW31关闭。
在期间(t2CI t21)中的、放电控制信号Reset为低电平且第2行选择控制信号 Vsel (2)为高电平的期间中，第2行各像素部P2, n中所包括的开关SW1关闭，而各积分电路 Sn的放电用开关SW2打开，因此至目前为止在各像素部P2,n的光电二极管PD中所产生而储 存于接合电容部中的电荷，通过该像素部P2, n的开关SW1及第η列读出用配线La η，传送至 积分电路Sn的积分用电容元件C2并予以储存。于是，与储存于各积分电路Sn的积分用电 容元件C2中的电荷的量相对应的电压值从积分电路Sn的输出端输出。在期间(t2Q t21)内，保持控制信号Hold从高电平转为低电平，由此在N个保持 电路H1 Hn的各个中，输入用开关SW31从闭状态转为开状态，且此时从积分电路Sn的输出 端输出而输入于保持电路Hn的输入端的电压值被保持于保持用电容元件C3中。于是，在该期间之后的期间(t21 tj内，从控制部30输出的列选择控制信号 Hsel(I) Hsel (N)依序仅在一定期间成为高电平，由此，N个保持电路H1 Hn中分别包括 的输出用开关SW32依序仅关闭一定期间，而保持于各保持电路Hn的保持用电容元件C3中的 电压值经由输出用开关SW32而依序输出至电压输出用配线L。ut。输出至此电压输出用配线 Lout的电压值V。ut表示第2行的N个像素部P2,工 P2,N中分别包括的光电二极管PD中的发 光强度。接着关于如上所述的第1行及第2行的动作，在以后，从第3行到第M行进行同样 的动作，而获得表示通过1次摄像所获得的图像的帧数据。此外，若关于第M行的动作终了， 则再度从第1行起进行同样的动作，而获得表示下一个图像的帧数据。如此，以一定周期重 复同样的动作，由此表示受光部10所接收的光的像的2维强度分布的电压值V。ut被输出至 电压输出用配线L。ut，重复进行而获得帧数据。在通过以上方式重复进行而获得帧数据的期间，若穿透闪烁体层50的放射线或 闪烁光入射至受光部10以外的周边区域(例如信号读出部20、控制部30、接合焊垫部40 等)，则在该入射位置也有电荷产生的情形。尤其是，闪烁体层50被蒸镀于半导体基板2的 表面上而形成的情形下，在闪烁体层50的周缘部，由于较薄而使放射线容易穿透，而容易 产生噪声电荷。此外，如图1(a)的俯视图所示，受光部10在左右方向较上下方向为长条状 的情形下，在受光部10之上侧或下侧的周边区域配置信号读出部20或接合焊垫部40，而 配置这些的周边区域的部份的面积大于受光部10的面积，由此也使得在此周边区域中容 易产生噪声电荷。而且，有时因为在信号读出部20中所包括的放大器的发热而产生噪声电 荷。在这些周边区域所产生的噪声电荷也有从产生位置起移动而朝向受光部10的情 形。然而，在本实施方式中，由于设有分别包括虚设用光电二极管D-PD的虚设用受光部11、 12，因此该噪声电荷储存于虚设用光电二极管D-PD的接合电容部。于是，在第1形态中， 对于虚设用光电二极管施加一定电压，而使该虚设用光电二极管的接合电容部放电且初始 化，因此抑制噪声电荷进入受光部10。由此，由本实施方式的固体摄像装置1获得准确的放 射线像。接着使用图5及图6说明本实施方式的固体摄像装置1的第2形态。图5为本实 施方式的固体摄像装置1的第2形态的电路图。在此图中，表示有虚设用像素部D-Plin、像 素部Pm, n、虚设用像素部D-P3, n、积分电路Sn及保持电路Hn的各个电路图。在此，表示像素部Pm,n的电路图来代表MXN个像素部Pu PM,N，且表示积分电路Sn的电路图来代表N个积分电路S1 Sn，此外，表示保持电路Hn的电路图来代表N个保持电路H1 Hn。S卩，表示 有关于第m行第η列的像素部Pm, η及第η列读出用配线La η的电路部份。而且，表示虚设 用像素部D-Plin来代表虚设用受光部11中所包括的2ΧΝ个虚设用像素部D-Plil D-P2,Ν， 此外表示有虚设用像素部D-P3,η来代表虚设用受光部12中所包括的2ΧΝ个虚设用像素部 D-P4, N0若与图3所示的第1形态的构成比较，在该图5所示的第2形态的构成在4ΧΝ个 虚设用像素部D-Plil D-P4,Ν各自的构成方面与其不同，此外，在这些虚设用像素部的连接 关系方面与其不同。虚设用像素部D-Plil DP4,Ν分别包括虚设用光电二极管D-PD及虚设 用开关D-SW。虚设用光电二极管D-PD的阳极端子接地。位于第η列的4个虚设用像素部 D-Plin D-P4,Ν中分别包括的虚设用光电二极管D-PD的阴极端子，经由虚设用开关D-SW而 与第η列读出用配线Lan连接。N个虚设用像素部D-Plil D-P1, Ν各自的虚设用开关D-SW的开闭动作，通过从控 制部30输出的控制信号D-Vsel(I)来控制。N个虚设用像素部D-P2il D_P2,N各自的虚设 用开关D-SW的开闭动作，通过从控制部30输出的控制信号D-Vsel (2)来控制。N个虚设用 像素部D-P3il D-P3,N各自的虚设用开关D-SW的开闭动作，通过从控制部30输出的控制信 号D-Vsel (3)来控制。此外，N个虚设用像素部D-P4il D-P4,N各自的虚设用开关D-SW的 开闭动作，通过从控制部30输出的控制信号D-Vsel (4)来控制。图6为说明本实施方式的固体摄像装置1的第2形态的动作的时序图。在本实 施方式的固体摄像装置1中，在控制部30的控制之下，M个行选择控制信号Vsel(I) Vsel (M)、N个列选择控制信号Hsel (1) Hsel (N)、放电控制信号Reset、保持控制信号 Hold及4个控制信号D-Vsel(I) D-Vsel (4)分别按照特定的时序进行电平变化，从而可 以将入射于受光部10的光的像进行摄像而获得帧数据。此图6所示的第2形态的流程图与图4所示的第1形态的时序图比较，进一步表 示有4个控制信号D-Vsel (1) D-Vsel (4)的各个。此外，此图6所示的第2形态的流程 图中的从时刻t1(l到时刻、的动作，与图4所示的第1形态的流程图中从受光部10的第1 行到第M行的动作同样。在第2形态中，在受光部10的第1行的动作开始的时刻t1(l之前、且放电控制信号 Reset为高电平的期间，控制信号D-Vsel(I)及控制信号D-Vsel (2)分别仅以一定期间成为 高电平。此外，在第2形态中，在受光部10的第M行的动作结束的时刻、之后、且放电控 制信号Reset为高电平的期间，控制信号D-Vsel (3)及控制信号D-Vsel (4)分别仅以一定 期间成为高电平。若放电控制信号Reset为高电平，则在N个积分电路S1 Sn的各个中，放电用开 关SW2关闭，积分用电容元件C2放电，而输出电压值被初始化。此时，若控制信号D-Vsel (1) 成为高电平，则在虚设用受光部11的N个虚设用像素部D-Plil D-Pu的各个中，虚设 用开关D-SW关闭，而虚设用光电二极管D-PD的接合电容部放电且初始化。若控制信号 D-Vsel (2)成为高电平，则在虚设用受光部11的N个虚设用像素部D-P2il D-P2, N的各个 中，虚设用开关D-SW关闭，而虚设用光电二极管D-PD的接合电容部放电且初始化。若控制 信号D-Vsel (3)成为高电平，则在虚设用受光部12的N个虚设用像素部D-P3il D-P3,N的各个中，虚设用开关D-SW关闭，而虚设用光电二极管D-PD的接合电容部放电且初始化。此 夕卜，若控制信号D-Vsel (4)成为高电平，则在虚设用受光部12的N个虚设用像素部D-P4il D-P4, N的各个中，虚设用开关D-SW关闭，而虚设用光电二极管D-PD的接合电容部放电且初 始化。
在第2形态中，也有在周边区域产生的噪声电压从产生位置移动而朝向受光部10 的情形。然而，在本实施方式中，由于设有分别包括虚设用光电二极管D-PD的虚设用受光 部11、12，因此该噪声电荷储存于虚设用光电二极管D-PD的接合电容部。于是，在第2形态 中，通过使虚设用像素部D-Plil D-P4,N各自的虚设用开关D-SW为闭状态，并且将积分电路 Sn的电容元件C2放电，而使虚设用光电二极管D-PD的接合电容部放电且初始化，因此抑制 噪声电荷进入受光部10。由此，在本实施方式的固体摄像装置1中，获得准确的放射线像。此外，在第1形态中需用以对虚设用像素部D-Plil D-P4,N的各个的虚设用光电 二极管D-PD施加一定的偏压值Vbias的偏压供给用配线Lbias，然而在第2形态中，不需要此 种偏压供给用配线Lbias。因此，与第1形态比较，在第2形态中，可将受光部10中的开口率 提尚。本发明并不限定于上述实施方式，也可作各种变形。例如，在上述实施方式中虚设 用受光部11、12分别为将2XN个虚设用像素部2维排列成2行N列而成的，但不限定于2 行，也可为1行，也可为更多行。在上述实施方式中，虚设用受光部11、12分别为在各行排列有N个虚设用像素部 的，但关于各行并不限定于N个，也可少于N个，也可多于N个。在虚设用受光部11、12的 各个中，在各行排列有小于N个的虚设用像素部的情形下，优选各虚设用像素部D-P中所包 括的1个虚设用光电二极管D-PD的光感应区域的面积，大于各像素部Pm,n中所包括的1个 光电二极管PD的光感应区域的面积(参照图7)。此外，在虚设用受光部11、12的各个中， 也可在各行设有1个虚设用像素部D-P，且该虚设用像素部D-P中所包括的虚设用光电二极 管D-PD的光感应区域在左右方向延伸(参照图8)。包括虚设用光电二极管的虚设用受光部不仅可与受光部10的第1行及第M行的 外侧邻接而设，也可与受光部10的第1列或第N列的外侧邻接而设。此外，也可以包围受 光部10的周围的方式配置虚设用受光部13 (参照图9)。在与受光部10的第1列或第N列 的外侧邻接而设的虚设用受光部中，所排列的虚设用光电二极管的行数或列数为任意，且 虚设用光电二极管的光感应区域的大小或形状也为任意。也可以配置成使1个虚设用光电 二极管的光感应区域包围受光部10的周围。
权利要求
一种固体摄像装置，其特征为设M、N为2以上的整数，M＜N，m为1以上M以下的整数，n为1以上N以下的整数，所述固体摄像装置包括受光部，其中呈M行N列地2维排列有M×N个像素部(P1，1～PM，N)，该像素部(P1，1～PM，N)分别包括产生与入射光强度对应的量的电荷的光电二极管及与此光电二极管连接的开关，且所述光电二极管在各像素部(Pm，n)中经由所述开关而连接于读出用配线(LO，n)；闪烁体层，其被设置成覆盖所述受光部，且相应于放射线的入射而产生闪烁光；虚设用受光部，其包括分别与所述受光部的第1行及第M行的外侧邻接而配置的虚设用光电二极管；信号读出部，其被设置于所述受光部的第1行或第M行的外侧，包括N个积分电路(S1～SN)及N个保持电路(H1～HN)，在各积分电路(Sn)中将经过读出用配线(LO，n)所输入的电荷储存于电容元件中而输出与该储存电荷量对应的电压值，在各保持电路(Hn)中保持并输出从积分电路(Sn)所输出的电压值；及放电机构，其使所述虚设用光电二极管的接合电容部放电。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为所述放电机构通过对所述虚设用光电二极管施加一定电压，而使该虚设用光电二极管 的接合电容部放电。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为所述虚设用受光部进一步包括与所述虚设用光电二极管连接的虚设用开关，所述虚设 用光电二极管经由所述虚设用开关，通过N条读出用配线(Lai LaN)中的任意条而连接 于N个积分电路饵 SN)中的任意个；所述放电机构通过使所述虚设用开关成为闭状态，并且将N个积分电路(Si SN)中 的被连接着的积分电路的电容元件予以放电，而使所述虚设用光电二极管的接合电容部放电
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为所述虚设用受光部包括分别与所述受光部的第1行及第M行邻接而配置成多行的虚设 用光电二极管。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为1个所述虚设用光电二极管的光感应区域的面积大于各像素部(Pm,n)中所包括的1个 光电二极管的光感应区域的面积。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为所述虚设用受光部进一步包括与所述受光部的第1列或第N列的外侧邻接而配置的虚 设用光电二极管。
全文摘要
固体摄像装置(1)具备受光部(10)、信号读出部(20)、控制部(30)、包括虚设用光电二极管的虚设用受光部(11、12)、使虚设用光电二极管的接合电容部进行放电的放电机构、及以覆盖受光部(10)的方式设置的闪烁体层(50)。虚设用受光部(11)与受光部(10)的第1行(受光部(10)的上边侧)邻接而配置，在左右方向具有与受光部(10)相同程度的长度。虚设用受光部(12)与受光部(10)的第M行(受光部(10)的下边侧)邻接而配置，在左右方向具有与受光部(10)相同程度的长度。
文档编号H04N5/357GK101809462SQ200880108640
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月25日
发明者久嶋龙次, 森治通, 藤田一树 申请人:浜松光子学株式会社