CN1722458A - 固态图像拾取装置 - Google Patents

固态图像拾取装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1722458A
CN1722458A CNA2005100819324A CN200510081932A CN1722458A CN 1722458 A CN1722458 A CN 1722458A CN A2005100819324 A CNA2005100819324 A CN A2005100819324A CN 200510081932 A CN200510081932 A CN 200510081932A CN 1722458 A CN1722458 A CN 1722458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
pixel
image pickup
state image
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005100819324A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100438056C (zh
Inventor
若野寿史
马渕圭司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN1722458A publication Critical patent/CN1722458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100438056C publication Critical patent/CN100438056C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

提供了一种固态图像拾取装置，其包括：具有多个像素的像素阵列单元；以及信号处理电路，其具有可操作地被配置为处理从多个像素中的每个输出的相应信号的电容器。所述电容器可操作地被配置为层叠式电容器或沟道式电容器。

Description

固态图像拾取装置
技术领域
本发明涉及固态图像拾取装置，并特别涉及以下这种固态图像拾取装置，其中，在以矩阵模式排列像素的像素阵列单元中，为每个像素列提供包括电容器的信号处理电路，其中每个像素包括光电转换元件。
背景技术
以矩阵模式排列像素(其中每个像素包括光电转换元件)的固态图像拾取装置可被分类为：由CCD(电荷耦合器件)图像传感器代表的电荷传送(charge-transfer)固态图像拾取器件；或XY地址固态图像拾取器件，如MOS(金属氧化物半导体)图像传感器，例如，CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
此外，CCD图像传感器可被分类为水平CCD图像传感器或水平扫描CCD图像传感器。在水平CCD图像传感器中，由为CCD图像传感器中的每个像素列提供的垂直CCD来对通过像素中的光电转换而得到的信号电荷进行垂直传送，并由水平CCD来对所述信号电荷进行水平传送。随后，在水平CCD的传送目的地的末端部分提供的电荷检测单元执行电压转换，并依次读取每个得到的信号电压。在水平扫描CCD图像传感器中，由为CCD图像传感器中的每个像素列提供的垂直CCD来对通过像素中的光电转换而得到的信号电荷进行垂直传送，并且，在每个垂直像素列中的垂直CCD的后级中提供的电荷检测单元执行电压转换。因而，通过水平扫描而依次读取每个得到的信号电压。
在传统的MOS图像传感器中、以及在传统的水平扫描CCD图像传感器中，为各个图像传感器中的每个垂直像素列而提供信号处理电路，其包括用于消除像素的固定模式噪声的CDS(相关双采样)电路等。可替换地，该信号处理电路可包括：也为每个垂直像素列提供的A/D(模拟/数字)转换器。
在传统的MOS图像传感器中，包括CDS电路等的信号处理电路可连接到每条垂直信号线的一端。因此，信号处理电路的数目与像素列的数目相同。如果使传统MOS图像传感器的像素列单元微型化以减小芯片尺寸，则典型地，每个信号处理电路需要被相应地微型化。对于在用于传统MOS图像传感器的信号处理电路中执行CDS处理或A/D转换来说，电容器经常是必不可少的，并由此，电容器占用大面积的电路。因此，如果应根据像素阵列单元的微型化而减小信号处理电路的规模，则需要减小电容器所占用的面积。
然而，电容器所占用的较小的面积导致较小的电容量。在上面提到的传统CDS电路或A/D转换器中，典型地，随着电容器的电容量的增加，噪声被更有效地消除。因此，用于CDS或A/D转换器噪声消除处理的各个电容器所占用的面积不应减小，以维持CDS或A/D转换器的噪声消除效果。此外，当减小像素间距(pitch)时，典型地，也必须减小信号处理电路中的电容器的宽度。作为此配置的结果，当在相邻的垂直像素列中的信号处理电路之间确保预定的绝缘空间时，总电容器面积经常增加。
当采用传统的CDS电路时，如果使用更多数目的像素来实现更高的分辨率，则会增加列数和信号处理电路的数目，这会增加输出负载。因而，需要更大电容量的电容器。然而，如上所述，电容器所占用的面积也随着电容量的增加而增加。
发明内容
已考虑上述问题而做出了本发明，并且，本发明提供一种固态图像拾取器件，其实现了：在不增加信号处理电路的尺寸的情况下，获得包括在为每个像素列而提供的信号处理电路中的电容器的更大电容量。
与本发明相一致的产品提供了一种固态图像拾取器件，其包括：具有多个像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换元件；以及信号处理电路，其包括可操作地被配置为处理从多个像素中的每个输出的相应信号的电容器。包括在信号处理电路中的电容器包括层叠式电容器(stacked capacitor)或沟道式电容器。
与本发明相一致的系统提供了一种照相机系统，其包括：具有多个像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换元件。该照相机系统还包括：信号处理电路，其包括可操作地被配置为处理从多个像素中的每个像素输出的相应信号的电容器；以及光学系统，通过该光学系统，由所述像素阵列单元接收入射光。包括在信号处理电路中的电容器包括层叠式电容器或沟道式电容器。
附图说明
图1是示出根据本发明的固态图像拾取器件的示例配置的方框图；
图2是示出根据第一实施例的固态图像拾取器件中的像素、以及连接到该像素的列电路的示例配置的电路图；
图3是示出根据本发明的层叠式电容器的示例配置的剖面图；
图4是示出根据本发明的沟道式电容器的示例配置的剖面图；
图5示出了根据本发明的具有层叠/沟道式电容器的电容列的示例配置；
图6是示出根据本发明的第二实施例的A/D转换器的示例配置的电路图；
图7是示出与本发明相一致的、适于在图像拾取器件中使用的A/D转换器的第二实施例的示例配置的电路图；以及
图8是绘出实施本发明的照相机系统的示例配置的方框图。
具体实施方式
现在将对如在附图中所图解的、与本发明相一致的实现做出详细参照。在任何可能之处，在所有附图以及下面的描述中将使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
图1是示出根据本发明的固态图像拾取器件10的示例配置的方框图。在一个实现中，固态图像拾取器件10是CMOS图像传感器。如图1所示，图像拾取器件10包括：像素11，其每个包括光电转换元件；像素阵列单元12，其中，以矩阵模式二维地排列像素11，以形成多个行和列的像素11；恒流单元13；垂直选择电路14；列电路15，其用作信号处理电路；水平选择电路16；水平信号线17；输出电路18；以及定时生成器(TG)19。像素阵列单元12具有多条垂直信号线121，每条垂直信号线121被连接到像素11的相应列。
图2是示出像素11的一列中的一个像素11、以及可操作地连接到一个像素11的列电路15中的一个151的示例配置的电路图。如图2所示，像素11用作像素电路，除了用作光电转换元件的光电二极管111之外，其还包括三个晶体管，即：传输晶体管112；复位晶体管113；以及放大晶体管114。在一个实现中，使用N沟道MOS晶体管作为晶体管112、113和114。
传输晶体管112和复位晶体管113各自具有可操作地被连接、以形成与光电二极管111有关的FD(浮动扩散)单元115的相应的源极或漏极。传输晶体管112将已由光电二极管111进行了光电转换、并在其中积聚的信号电荷(电子)传送到FD单元115。复位晶体管113连接在FD单元115和电源VDD之间，并在从光电二极管111传送信号电荷之前复位FD单元115的电位。放大晶体管114将由复位晶体管113复位的FD单元115的电位(即复位电平)、以及由传输晶体管112传送的FD单元115的电位(即信号电平)输出到垂直信号线121。
这里，像素11包括三个晶体管：传输晶体管112；复位晶体管113；以及放大晶体管114。然而，像素11不限于这种三个晶体管的配置，而还可采用四个晶体管的配置。在该情况中，将用于选择像素11的选择晶体管(未在该图中示出)连接在放大晶体管114和垂直信号线121之间。
回来参照图1，恒流单元13包括电流镜电路等，其可使用MOS晶体管来形成电流镜电路。恒流单元13的电流镜电路连接到为每个垂直像素列而提供的每个垂直信号线121的一端。在一个实现中，恒流单元13用作与每个像素11中的放大晶体管114相配合的源跟随器(source follower)电路。
垂直选择电路14包括移位寄存器等。垂直选择电路14以行为单位依次输出控制信号，如用于驱动像素11的传输晶体管112的传输信号、以及用于驱动复位晶体管113的复位信号，以便以行为单位而选择性地驱动像素阵列单元12中的像素11。
在一个实现中，每个列电路15用作像素阵列单元12中的像素11的相应列上的每个像素(也就是说，用于每个垂直信号线121)的信号处理电路。每个列电路15包括S/H(采样保持)电路和CDS(相关双采样)电路151(下文中称为“S/H和CDS电路151”)。下面将S/H和DCS电路151描述为用作根据第一实施例的信号处理电路的列电路15。
如图2所示，S/H和CDS电路151包括：第一电容器C11，其第一端可操作地被连接到垂直信号线121的一端；开关元件S11，其一端可操作地被连接到第一电容器C11的第二端；第二电容器C12，被连接在开关元件S11的另一端和参考电位(例如，地电位)之间；以及开关元件S12，被连接在开关元件S11的另一端和箝位电位“Vclamp”之间。
接下来描述具有上述配置的S/H和CDS电路151的操作的示例方法。从像素110通过垂直信号线121而输出在FD单元151复位时的复位电平，并且，将复位电平箝位到第一电容器C11。随后，通过垂直信号线121而输出在从光电二极管111传送信号电荷时的FD单元115的信号电平。因而，对复位电平和信号电平之间的差进行采样，并将其保持在第二电容器C12中。在此实现中，通过得到复位电平和信号电平之间的差，将其中抑制了固定模式噪声的像素信号保持在第二电容器C12中。
回来参照图1，水平选择电路16包括移位寄存器等，并依次选择通过列电路15而输出的相应像素11的信号，以便将所述信号输出到水平信号线17。在图2中，将作为开关元件S11和S12以及第二电容器C12的公共连接节点的节点N11的电位适配为接收像素11的消除噪声的信号。将此消除噪声的信号通过水平选择开关HSW(未在图1中示出)而输出到水平信号线17。对于每个列电路15来说，存在一个水平选择开关HSW。由水平选择电路16对每个水平选择开关HSW进行开/关驱动。
通过由水平选择电路16执行的选择性的驱动，以列为单位而从列电路15依次输出像素11的信号。将所述信号通过水平信号线17而提供到输出电路18，其可在向该器件之外传送之前对所述信号进行放大和进一步处理。定时生成器19生成各种定时信号，并基于所述定时信号而控制垂直选择电路14、列电路15、以及水平选择电路16。
在此实施例中，具有上述配置的图像拾取器件10的特征在于，层叠式电容器或沟道式电容器用于包括在列电路15(在此例子中为S/H和CDS电路151)中的电容器C11和C12中的至少一个(优选为所述两者)，而不使用典型的平面电容器。层叠式电容器和沟道式电容器均具有三维高度(深度)。通过增加表面积，可在最小化二维面积的同时增加电容量。
图3是示出根据本发明的层叠式电容器20的配置的例子的剖面图。如图3所示，层叠式电容器具有MIM(金属绝缘体金属)配置，其包括：具有T形交叉部分的金属线23，其中所述T形交叉部分提供与硅衬底21中的n型扩散层22的电接触；绝缘膜24，被置于金属线23的顶端部分23A的周围；以及存储电极25，其由多晶硅等构成，并具有低阻抗。存储电极25被置于金属线23的顶端部分23A之上。绝缘膜24被置于存储电极25和顶端部分23A之间。
在图3中示出的层叠式电容器的实现中，覆盖金属线23的顶端部分23A的绝缘膜24用作电容器部分。更具体地，层叠式电容器20具有沿金属线23的顶端部分23A的顶表面26和侧表面28及30的电容器部分(绝缘膜24)，以便实现三维电容器。这样，可通过增加侧表面28及30的高度(h)、而不改变金属线23的顶端部分23A的顶表面26的面积或尺寸，来增加总表面积。因而，可在使顶表面26的二维面积最小化的同时增加电容量。
图4是示出根据本发明的沟道式电容器30的配置的例子的剖面图。如图4所示，沟道式电容器30具有MIM配置，其包括：沟道32，沿硅衬底31的深度方向延伸；被置于沟道32的表面上的高浓度和低阻抗的n层33；绝缘膜34，沿n层33的表面布置；以及存储电极35，被嵌入在沟道32中的n层33和绝缘膜34之上。
在沟道式电容器30中，沿n层33的表面的绝缘膜34用作电容器部分。更具体地，沟道式电容器30具有沿沟道32的壁和底表面38的电容器部分(绝缘膜34)，以便实现三维电容器。这样，可通过增加壁的高度(h2)(沟道32的深度)、而不改变沟道32的底表面38的尺寸，来增加n层33的电容器部分的总表面积。因而，可在使底表面38的二维面积最小化的同时增加电容量。
当层叠式电容器20或沟道式电容器30(下文中被统称为“层叠/沟道式电容器”)用于S/H和CDS电路151中的电容器C11和C12时，可通过单个层叠/沟道式电容器来形成电容器C11和C12中的每个。在使用层叠式电容器20时，可在其电容器电极下(例如，在电容器20的电线23下)提供晶体管电路，以便节省面积。
在电路中实现具有大电容量(例如，几百fF到几pF)的层叠/沟道式电容器是不实际的。然而，在一个实现中，可使用多个层叠/沟道式电容器。例如，在图5中示出的实现中，二维地排列很多具有相同电容量的小的层叠/沟道式电容器52和54，以形成可用于实现电容器C11和C12的电容器列50的部分56和58。在此区域或情况中，在所有层叠/沟道式电容器52和54中，电容量不需要总是相同，而且，电容量可以在层叠/沟道式电容器52和54中的每个中不同。
如上所述，通过使用层叠/沟道式电容器20、30，而不使用典型的平面电容器，作为包括在为像素阵列单元12中的每个垂直像素列而提供的列电路15中的电容器，也就是说，作为S/H和CDS电路151的电容器C11和C12，可根据在深度方向上的面积(例如，与沟道式电容器的壁36相关联的面积)而得到大电容量，而不增加电容的二维面积(例如，沟道式电容器30的底表面38)。由此，由于层叠/沟道式电容器20或30具有三维配置，所以与层叠/沟道式电容器20或30相关联的电容量不仅取决于二维面积、还取决于在高度/深度方向上的三维面积。通过增加在高度/深度方向上(例如，壁36)的表面积，可相应地减小二维面积(例如，底表面38)。因此，可根据本发明来减小电容器的二维面积。这使电容器C11和C12的二维面积、以及S/H和CDS电路151的规模能够减小，其使得图像拾取器件10的像素阵列单元12和芯片尺寸微型化。
此外，由于可在不改变电容器C11和C12的二维面积(换句话说，不增加S/H和CDS电路151的规模)的情况下增加电容器C11和C12的电容量，所以，可更有效地消除像素11的固定模式噪声。如果使用更多数目的像素来实现更高的分辨率，则必须将更多数目的像素连接到垂直信号线121，并由此增加S/H和CDS电路151中的电容器C11和C12上的负载，使得需要使用更大电容量的电容器作为电容器C11和C12。即使在这种情况下，电容器C11和C12的电容量也能够增加，而不改变可被限定为相关联的有源组件(例如，晶体管电路)的接触表面的二维面积(例如，顶表面26或底表面38)。这样，层叠/沟道式电容器20或30可容易地适应于像素的增加(更高的分辨率)。
传统的层叠和沟道式电容器已被用于DRAM(动态随机存取存储器)。然而，用于DRAM的传统的层叠和沟道式电容器典型地具有几十fF的小电容量。然而，具有约1pF或更大的大电容量的传统的层叠或沟道式电容器未被投入实际使用。此外，在为固态图像拾取器件的每个像素列而提供的信号处理电路中，尚未使用传统的层叠或沟道式电容器。根据本发明的一个方面，如图5所示，通过在小宽度区域56和58中排列各自具有几十fF的小电容量的很多层叠/沟道式电容器52和54，可在固态图像拾取器件10中的一列小像素间隔50内容纳每个电容器列50。通过二维地排列具有相同电容量的很多个小的层叠/沟道式电容器52和54而形成电容器C11和C12，与使用单个层叠/沟道式电容器的情况相比，可得到具有优势的效果。也就是说，可通过选择小的层叠/沟道式电容器52和54的对应数目而精确地得到任意大的电容量，这在总体上抑制了大电容量的偏差。
此外，可容易地将层叠/沟道式电容器应用于每个具有不同像素尺寸的多个固态图像拾取器件，而不用重新设计层叠/沟道式电容器。在此实现中，根据像素间隔而调整沿宽度方向排列的层叠/沟道式电容器52和54的数目，并且，通过调整沿长度方向的电容器的数目而设置其电容量。在使用平面电容器时，其间的边界处的影响是重要的。此外，如果以固态图像拾取器件的小像素间隔来排列平面电容器，则不可能精确地得到总电容量的估计，或者必须提供在平面电容器之间或其边界处的大绝缘宽度。然而，通过排列很多个具有相同电容量的小的层叠/沟道式电容器而形成大电容器，可充分地减小在其间的边界处的影响，可通过调整层叠/沟道式电容器的数目而简单地设置电容量，并且仅需要小绝缘宽度。
这里，通过使用层叠/沟道式电容器(20、30、或电容列50中的52和54)来形成S/H和CDS电路151中的电容器C11和C12两者。可替换地，可通过使用层叠/沟道式电容器来仅形成电容器C11和C12中的一个，使得二维电容器(平面电容器)和三维电容器被混合。
在第一实施例中，S/H和CDS电路151用作列电路15。在第二实施例中，如图6所示，A/D(模拟/数字)转换器152用作列电路15。在此实现中，A/D转换器152是为像素阵列单元12中的每个垂直像素列而提供的多个列电路15中的一个。
图6是示出根据图像拾取器件10的第二实施例的、用作列电路15的A/D转换器152的示例配置的电路图。如图6所示，A/D转换器152包括两级断路比较器(chopper comparator)41和42、以及锁存电路43。A/D转换器152将通过垂直信号线121而从像素11输出的模拟信号转换为数字信号，同时在将该数字信号输出到水平信号线17之前抑制像素11的固定模式噪声。从图6可清楚地看出，在A/D转换器152中使用三个电容器C21、C22、以及C23。
接下来描述具有上述配置的A/D转换器152的操作的示例方法。首先，在从像素11输出复位电平时，用于捕捉复位电平的开关S23被闭合。在闭合开关S23之后，将用于比较器41和42的开关S21和S22同时闭合。开关S21在预定时间周期之后便断开，然后，开关S22随后断开。
如图6所示，在从像素11输出信号电平时，由开关S23对该信号电平进行采样，开关S23在已完成采样之后被断开，并且，通过开关S24而施加具有斜坡(RAMP)波形的参考电压Vref。在预定义的时间之后，根据斜坡波形，A/D转换器152的输入电压超过比较器41和42的阈值电压，并且相应地，第二级比较器42的输出被取反。此时的n位计数器(未在图中示出)的计数值与从像素11输出的像素信号相对应。将此信号值存储在锁存电路43中。
通过使用具有与在第一实施例中所描述的配置相同配置的层叠/沟道式电容器20或30，而形成包括在A/D转换器152中的电容器C21、C22、以及C23中的至少一个。在一个实现中，二维地排列具有相同电容量的多个小的层叠/沟道式电容器52和54，以形成电容器C21至C23中的一个。
如上所述，在使用A/D转换器152作为列电路15的图像拾取器件10中，通过使用层叠/沟道式电容器、而不使用典型的平面电容器来形成A/D转换器152中的电容器C21至C23，可减小各个电容器C21至C23的二维面积，其使得A/D转换器152的规模减小。因而，可使图像拾取器件10的像素阵列单元12和芯片规模微型化。此外，由于电容器C21、C22、以及C23的电容量可在不改变其二维面积、或不增加A/D转换器152的规模的情况下增加，所以，可有效地减小像素11的固定模式噪声。
通过使用层叠/沟道式电容器20、30、或50和54，而形成A/D转换器152中的电容器C21、C22、以及C23中的每一个。可替换地，可通过使用层叠/沟道式电容器而仅形成电容器C21、C22、以及C23中的一个或两个，而可通过使用平面电容器而形成其它电容器，使得二维电容器和三维电容器被混合。
图7是示出适于在图像拾取器件10中使用的A/D转换器153的第二实施例的示例配置的电路图。在此实现中，如图7所示，除了使用DRAM而不使用锁存电路43之外，A/D转换器153对应于A/D转换器152。通过排列具有与在A/D转换器153中描述的配置相同配置的层叠/沟道式电容器，而形成DRAM 44的电容器。通过二维地排列很多个层叠/沟道式电容器52和54，而形成电容器C21、C22、以及C23。在DRAM 44中，将具有相同配置的层叠/沟道式电容器52和54排列为使得给一个电容器分配1位。因而，可在相同步骤中形成不同尺寸和不同目的的电容器，并且，可有效地实现在DRAM 44中的混合安装。
在上述实施例中，将本发明应用于作为CMOS图像传感器而绘出的图像拾取器件10。然而，本发明不限于应用于CMOS传感器。例如，可将本发明应用于由MOS图像传感器所代表的任意XY地址固态图像拾取器件、以及水平扫描固态图像拾取器件，其中，由为每个垂直像素列提供的垂直传送单元来传送已由像素进行了光电转换的信号电荷，并且，通过水平扫描来依次读取由在每个垂直列的垂直传送单元的后级中提供的电荷检测单元所执行的电压转换而得到的每个信号电压。
在具有上述配置的固态图像拾取器件中，层叠式电容器或沟道式电容器的电容量不唯一地取决于二维面积。由于层叠式电容器或沟道式电容器具有三维配置，其电容量还取决于在深度(高度)方向上的面积。因此，可通过增加在深度方向上的面积、而不增加二维面积，来增加电容量。换句话说，通过增加在深度方向上的面积，可相应地减小二维面积，以便可减小电容器的二维面积。
根据本发明，通过使用层叠式电容器20或沟道式电容器30作为包括在为像素阵列单元中的每个像素列而提供的信号处理电路中的电容器，可减小信号处理电路的电容器的二维面积和规模。因而，可使像素阵列单元微型化，并还可使芯片尺寸微型化。此外，可在不改变其二维面积(换句话说，不增加信号处理电路的规模)的情况下增加电容器的电容量。
可将本发明应用于包括照相机系统或其它成像模块产品的成像装置。例如，在图8中，示出了绘出实施本发明的照相机系统800的示例配置的方框图。照相机系统800包括：感测部分810，其与图像拾取器件10相合并；以及光学系统815，通过其而由图像拾取器件10的像素阵列单元12接收入射光。照相机系统800还包括处理单元820，其可操作地连接到感测部分810，使得处理单元820适于经由列电路15和输出电路18而接收像素11的处理信号。如上面所讨论的，通过将层叠式电容器20、沟道式电容器30或列电容器50(其使用层叠/沟道式电容器52和54的阵列)用于各个电容器C11、C12或C21、C22、C23而实现列电路15，在不减小各个列电路的电容器C11、C12或C21、C22、C23的电容量的情况下，可根据用于印刷电路组件特征的新设计规则(例如，65nm)而使感测部分810和处理单元820微型化。
尽管已描述了本申请的各个实施例，但对于本领域的技术人员来说，显然，在本发明的范围内的很多实施例和实现是有可能的。因而，本发明仅根据所附权利要求及其等价物而限定。
相关申请的交叉引用
在法律允许的程度上，本申请要求于2004年7月12日提交的日本专利申请JP 2004-129388的优先权，通过引用而将其全部内容合并于此。

Claims (11)

1、一种固态图像拾取装置，包括：
具有多个像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换元件；以及
信号处理电路，其包括可操作地配置为处理从多个像素中的每个输出的相应信号的电容器，
其中，所述电容器包括层叠式电容器和沟道式电容器中的一个。
2、如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中，所述层叠式电容器和沟道式电容器中的一个包括多个电容器。
3、如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，所有所述多个电容器具有相同的电容。
4、如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，将多个电容器排成阵列，以形成电容器列。
5、如权利要求4所述的固态图像拾取装置，其中，所述多个电容器的每个是层叠式电容器。
6、如权利要求4所述的固态图像拾取装置，其中，所述多个电容器的每个是沟道式电容器。
7、如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，信号处理电路是多个信号处理电路中的一个，所述多个信号处理电路中的每个可操作地连接到所述多个像素的相应列。
8、如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中，信号处理电路包括具有电容器的采样保持和相关双采样电路。
9、如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中，信号处理电路包括具有电容器的模拟/数字转换器。
10、如权利要求9所述的固态图像拾取装置，其中，所述模拟/数字转换器包括DRAM，所述DRAM可操作地配置为存储模拟/数字转换后的信号，并且所述DRAM包括层叠式电容器和沟道式电容器中的一个。
11、一种照相机系统，包括：
具有多个像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换元件；
信号处理电路，包括可操作地被配置为处理从多个像素中的每个像素输出的相应信号的电容器，所述电容器包括层叠式电容器和沟道式电容器中的一个；以及
光学系统，通过该光学系统，由所述像素阵列单元接收入射光。
CNB2005100819324A 2004-07-12 2005-07-08 固态图像拾取装置 Expired - Fee Related CN100438056C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP204208/04 2004-07-12
JP2004204208A JP4969771B2 (ja) 2004-07-12 2004-07-12 固体撮像装置及びそのキャパシタ調整方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101619846A Division CN101394474B (zh) 2004-07-12 2005-07-08 固态图像拾取装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1722458A true CN1722458A (zh) 2006-01-18
CN100438056C CN100438056C (zh) 2008-11-26

Family

ID=35540924

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100819324A Expired - Fee Related CN100438056C (zh) 2004-07-12 2005-07-08 固态图像拾取装置
CN2008101619846A Expired - Fee Related CN101394474B (zh) 2004-07-12 2005-07-08 固态图像拾取装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101619846A Expired - Fee Related CN101394474B (zh) 2004-07-12 2005-07-08 固态图像拾取装置

Country Status (5)

Country Link
US (3) US9077922B2 (zh)
JP (1) JP4969771B2 (zh)
KR (1) KR101143698B1 (zh)
CN (2) CN100438056C (zh)
TW (1) TWI279911B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840926A (zh) * 2009-03-17 2010-09-22 索尼公司 固态成像装置及其制造方法、驱动方法、以及电子设备
CN107948552A (zh) * 2017-12-28 2018-04-20 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN111384074A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 爱思开海力士有限公司 垂直针型电容器及包括其的图像感测装置
CN115842032A (zh) * 2018-09-18 2023-03-24 索尼半导体解决方案公司 光检测设备

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4969771B2 (ja) * 2004-07-12 2012-07-04 ソニー株式会社 固体撮像装置及びそのキャパシタ調整方法
JP4529834B2 (ja) * 2005-07-29 2010-08-25 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
JP2007329722A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子、デジタルカメラ
US7247831B1 (en) * 2006-07-25 2007-07-24 Micron Technology, Inc. Reduction in size of column sample and hold circuitry in a CMOS imager
US7470882B2 (en) * 2006-07-25 2008-12-30 Micron Technology, Inc. Reduction in size of column sample and hold circuitry in a CMOS imager
JP2008103444A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Sony Corp 固体撮像装置及び撮像装置
KR100864180B1 (ko) 2006-12-28 2008-10-17 전자부품연구원 씨모스 이미지 센서 및 이미지 데이타 처리방법
JP4325703B2 (ja) * 2007-05-24 2009-09-02 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理装置および信号処理方法、ならびに撮像装置
KR100847742B1 (ko) * 2007-08-20 2008-07-22 배정훈 변환이득 조절이 가능한 공통 칼럼 액티브 ｃｍｏｓ 이미지센서
JP5176453B2 (ja) * 2007-09-27 2013-04-03 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び撮像装置
JP5302644B2 (ja) 2008-12-03 2013-10-02 キヤノン株式会社 撮像装置、及び撮像システム
JP5489570B2 (ja) * 2009-07-27 2014-05-14 キヤノン株式会社 光電変換装置及び撮像システム
JP4803306B1 (ja) * 2010-04-07 2011-10-26 ソニー株式会社 電池パックおよび電池パックの製造方法
JP2012253624A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Sony Corp 固体撮像装置およびカメラシステム
US9145383B2 (en) 2012-08-10 2015-09-29 Hallstar Innovations Corp. Compositions, apparatus, systems, and methods for resolving electronic excited states
JP6279332B2 (ja) * 2014-01-21 2018-02-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
EP3258492A4 (en) * 2015-02-10 2018-11-21 Olympus Corporation Image-capture element
WO2017052645A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Intel Corporation Method, device and system to provide capacitance for a dynamic random access memory cell
KR20200097841A (ko) 2019-02-08 2020-08-20 삼성전자주식회사 이미지 센서 장치
KR102661820B1 (ko) 2019-02-11 2024-05-02 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그것의 구동 방법
JP2022118787A (ja) 2021-02-03 2022-08-16 セイコーエプソン株式会社 可変容量回路、回路装置及び発振器

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61179568A (ja) * 1984-12-29 1986-08-12 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置の製造方法
JPH04211163A (ja) * 1985-05-03 1992-08-03 Texas Instr Inc <Ti> 集積回路
JP2820085B2 (ja) * 1995-10-14 1998-11-05 日本電気株式会社 半導体記憶装置とその製造方法
JP3142239B2 (ja) * 1996-06-11 2001-03-07 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JPH1012838A (ja) * 1996-06-21 1998-01-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
TW427012B (en) * 1996-08-16 2001-03-21 United Microelectronics Corp The manufacturing method of double-combined capacitor DRAM cells
JP4013293B2 (ja) * 1997-09-01 2007-11-28 セイコーエプソン株式会社 表示装置兼用型イメージセンサ装置及びアクティブマトリクス型表示装置
JP3532751B2 (ja) * 1998-01-22 2004-05-31 株式会社東芝 混在型半導体集積回路装置及びその製造方法
TW461049B (en) * 1998-02-27 2001-10-21 Mosel Vitelic Inc Bottom electrode process and structure of capacitor
US6222175B1 (en) * 1998-03-10 2001-04-24 Photobit Corporation Charge-domain analog readout for an image sensor
US6552745B1 (en) * 1998-04-08 2003-04-22 Agilent Technologies, Inc. CMOS active pixel with memory for imaging sensors
JP3592106B2 (ja) * 1998-11-27 2004-11-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP3194375B2 (ja) * 1998-12-21 2001-07-30 日本電気株式会社 特性評価用半導体装置および特性評価方法
DE19907174C1 (de) * 1999-02-19 2000-09-14 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer DRAM-Zelle mit einem Grabenkondensator
US6204524B1 (en) * 1999-07-14 2001-03-20 Micron Technology, Inc. CMOS imager with storage capacitor
JP3596749B2 (ja) * 1999-12-01 2004-12-02 日本ビクター株式会社 Ｃｍｏｓイメージセンサ
JP4777496B2 (ja) * 2000-02-10 2011-09-21 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
JP2001245309A (ja) * 2000-02-28 2001-09-07 Victor Co Of Japan Ltd Ｃｍｏｓイメージセンサ
JP2001285720A (ja) * 2000-04-03 2001-10-12 Fuji Film Microdevices Co Ltd Ｍｏｓ型固体撮像装置および電子カメラ
US6492241B1 (en) * 2000-04-10 2002-12-10 Micron Technology, Inc. Integrated capacitors fabricated with conductive metal oxides
JP4031706B2 (ja) * 2000-11-27 2008-01-09 ビジョン−サイエンシズ・インコーポレイテッド 解像度がプログラム可能なｃｍｏｓイメージ・センサ
US6525304B1 (en) * 2000-11-28 2003-02-25 Foveon, Inc. Circuitry for converting analog signals from pixel sensor to a digital and for storing the digital signal
KR100399954B1 (ko) * 2000-12-14 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 아날로그 상호 연관된 이중 샘플링 기능을 수행하는씨모스 이미지 센서용 비교 장치
JP2002320235A (ja) * 2001-04-19 2002-10-31 Fujitsu Ltd 空間解像度の低下を抑えて縮小画像信号を生成するｃｍｏｓイメージセンサ
JP3827145B2 (ja) * 2001-07-03 2006-09-27 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP2003152086A (ja) * 2001-11-15 2003-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
JP3870088B2 (ja) * 2001-12-26 2007-01-17 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びシステム
JP3992504B2 (ja) * 2002-02-04 2007-10-17 富士通株式会社 Ｃｍｏｓイメージセンサ
JP3509022B2 (ja) * 2002-05-31 2004-03-22 沖電気工業株式会社 チョッパ型コンパレータ
JP3904111B2 (ja) * 2002-06-04 2007-04-11 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその信号処理方法
US6785120B1 (en) * 2003-07-03 2004-08-31 Micron Technology, Inc. Methods of forming hafnium-containing materials, methods of forming hafnium oxide, and capacitor constructions comprising hafnium oxide
US7154075B2 (en) * 2003-11-13 2006-12-26 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for pixel signal binning and interpolation in column circuits of a sensor circuit
JP4969771B2 (ja) * 2004-07-12 2012-07-04 ソニー株式会社 固体撮像装置及びそのキャパシタ調整方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840926A (zh) * 2009-03-17 2010-09-22 索尼公司 固态成像装置及其制造方法、驱动方法、以及电子设备
CN101840926B (zh) * 2009-03-17 2013-04-03 索尼公司 固态成像装置及其制造方法、驱动方法、以及电子设备
CN107948552A (zh) * 2017-12-28 2018-04-20 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN107948552B (zh) * 2017-12-28 2020-03-31 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN115842032A (zh) * 2018-09-18 2023-03-24 索尼半导体解决方案公司 光检测设备
US12094908B2 (en) 2018-09-18 2024-09-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic device
CN111384074A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 爱思开海力士有限公司 垂直针型电容器及包括其的图像感测装置
CN111384074B (zh) * 2018-12-28 2023-08-08 爱思开海力士有限公司 垂直针型电容器及包括其的图像感测装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20150237279A1 (en) 2015-08-20
CN100438056C (zh) 2008-11-26
TW200614496A (en) 2006-05-01
KR101143698B1 (ko) 2012-05-09
CN101394474B (zh) 2011-11-09
KR20060050050A (ko) 2006-05-19
US9661246B2 (en) 2017-05-23
JP2006032374A (ja) 2006-02-02
US9386250B2 (en) 2016-07-05
CN101394474A (zh) 2009-03-25
TWI279911B (en) 2007-04-21
JP4969771B2 (ja) 2012-07-04
US9077922B2 (en) 2015-07-07
US20160198106A1 (en) 2016-07-07
US20060007338A1 (en) 2006-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100438056C (zh) 固态图像拾取装置
CN112584070B (zh) 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备
US11196955B2 (en) Solid-state imaging element and camera system
CN103297715B (zh) 固体摄像装置及电子设备
US9456158B2 (en) Physical information acquisition method, a physical information acquisition apparatus, and a semiconductor device
US8994863B2 (en) Solid state imaging device having a plurality of unit cells
CN1798275A (zh) 固态成像设备及其驱动方法
CN1968360A (zh) 固态图像拾取装置
JP2017103514A (ja) 固体撮像装置および撮像システム
CN1224971A (zh) 固态图象传感器
CN1823532A (zh) 具有电荷装仓的图像传感器
US8558930B2 (en) Solid-state image sensing device and image pickup apparatus
CN1767599A (zh) 用于去除水平噪声的图像传感器
US11924403B2 (en) Imaging element and electronic device
CN101035191A (zh) 固态成像设备、驱动固态成像设备的方法、以及摄像机
CN1649165A (zh) 固态图像拾取装置和模块型固态图像拾取装置
US20220102401A1 (en) Image sensing device
CN113382183A (zh) 图像传感器及操作图像传感器的方法
US20210136274A1 (en) Systems and methods for performing high dynamic range imaging with partial transfer gate pulsing and digital accumulation
CN1702871A (zh) 固态摄像装置和像素数据读取电压施加方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081126

Termination date: 20150708

EXPY Termination of patent right or utility model