TWI509785B - Solid-state imaging device and X-ray CT device containing the same - Google Patents

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TWI509785B
TWI509785B TW103126819A TW103126819A TWI509785B TW I509785 B TWI509785 B TW I509785B TW 103126819 A TW103126819 A TW 103126819A TW 103126819 A TW103126819 A TW 103126819A TW I509785 B TWI509785 B TW I509785B
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Kazuki Fujita
Harumichi Mori
Ryuji Kyushima
Masahiko Honda
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

固體攝像裝置及包含其之X射線CT裝置
本發明係關於一種具備二維配置之複數個受光部之固體攝像裝置、及包含其之X射線CT裝置。
以固體攝像裝置而言，已知有一種使用CMOS技術之固體攝像裝置，且其中亦已知有一種被動畫素感測器(PPS：Passive Pixel Sensor)方式之固體攝像裝置(參照專利文獻1)。PPS方式之固體攝像裝置係具有將PPS型之像素部予以二維排列成M列N行之結構，該PPS型之像素部係包含用以產生與入射光強度對應之量之電荷之光二極體。在各像素部中，係將與光入射對應而在光二極體產生之電荷蓄積於積分電路之電容元件，且將與該蓄積電荷量對應之電壓值予以輸出。
一般而言，屬於各行之M個像素部各個之輸出端，係經由與該行對應所設之讀出用布線，而與積分電路之輸入端連接，該積分電路係與該行對應所設。再者，從第1列至第M列依序在像素部之光二極體所產生之電荷，係經由對應之讀出用布線而輸入至對應之積分電路，且從該積分電路輸出與電荷量對應之電壓值。
此外，屬於各列之N個像素部各個，係經由與該列對應所設之列選擇用布線而與控制部連接。依據從此控制部經由列選擇用布線所傳遞之列選擇控制信號，各像素部係將在光二極體所產生之電荷輸出至讀出用布線。
PPS方式之固體攝像裝置，係使用在各式各樣用途。例如，PPS 方式之固體攝像裝置，亦與閃爍體面板(scintillator panel)組合而在醫療用途或工業用途亦使用作為X射線平面面板(flat panel)感測器。再者，PPS方式之固體攝像裝置，具體而言亦使用在X射線CT裝置或微焦(micro focus)X射線檢查裝置等。在此種用途所使用之固體攝像裝置，係具備將M×N個像素部予以二維排列之大面積之受光部，且該受光部係有積體化成各邊之長度超過10cm之大小之半導體基板之情形。因此，會有從1片半導體晶元僅能製造1個固體攝像裝置之情形。
專利文獻1：日本特開2006-234557號公報
專利文獻2：日本特開2001-027673號公報
經發明人等就習知之固體攝像裝置進行檢討之結果，發現了以下之問題。亦即，在習知之固體攝像裝置中，在與任一行對應之讀出用布線於製造途中斷線之情形下，屬於該行之M個像素部之中，相對於積分電路位於距斷線位置較近之處之像素部，雖係藉由讀出用布線與積分電路連接，惟相對於積分電路位於距斷線位置較遠之處之像素部，並未與積分電路連接。
亦即，在習知之固體攝像裝置中，在相對於積分電路位於距斷線位置較遠之處之像素部，與光入射對應而在光二極體所產生之電荷，不會被讀出至積分電路，而只會蓄積在該光二極體之接合電容部。
同樣地，在與任一列對應之列選擇用布線於製造途中斷線之情形下，屬於該列之N個像素部之中，相對於列選擇部位於距斷線位置較近之處之像素部，雖係經由列選擇用布線而與列選擇部連接，惟相對於列選擇部位於距斷線位置較遠之處之像素部，並未與列選擇部連接。此時，在相對於列選擇部位於距斷線位置較遠之處之像素部，與光入射對應而在光二極體所產生之電荷，不會被讀出至積分電路，而 只會蓄積在該光二極體之接合電容部。蓄積在光二極體之接合電容部之電荷之量若超過飽和位準，則超過飽和位準之份之電荷，即溢出至相鄰之像素部。
因此，在習知之固體攝像裝置中，若1條讀出用布線斷線，則其影響不僅會波及與該讀出用布線連接之行之像素部，而且還會波及兩鄰之行之像素部，結果，關於連續之3行之像素部，將會產生缺陷線。同樣地，若1條列選擇用布線斷線，則其影響不僅會波及與該列選擇用布線連接之列之像素部，而且還會波及兩鄰之列之像素部，結果，關於連續之3列之像素部，將會產生缺陷線。
另一方面，只要缺陷線不連續，1條缺陷線之兩鄰為正常線，則亦可使用此等兩鄰之正常線之各像素資料來插補缺陷線之像素資料。然而，在關於連續之3列或3行之像素部產生缺陷線之情形下，係難以進行如上述之插補。尤其如上所述具有大面積之受光部之固體攝像裝置，由於讀出用布線及列選擇用布線各個較長，因此產生斷線之機率變高。
在上述專利文獻1中，係提案有一種意圖消除此種習知之固體攝像裝置所具有之缺失之技術。在此習知技術中，係求出位於缺陷線之相鄰之鄰接線之全像素資料之平均值，並且亦進一步求出位於相鄰之正常之數線份之全像素資料之平均值，若此等2個平均值之差為一定值以上，則判定鄰接線亦為缺陷，而修正該鄰接線之像素資料，且進一步根據該鄰接線之像素資料之修正後之值而修正缺陷線之像素資料。
在上述專利文獻1所提案之技術中，係於進行被判定為缺陷之鄰接線之像素資料之修正之際，求出相對於該鄰接線為兩側之最近之正常線上之2個像素資料之平均值，且將該平均值設為該鄰接線之像素資料。此外，在進行缺陷線之像素資料之修正之際，係求出相對於該 缺陷線為兩側之鄰接線上之2個像素資料之平均值，且將該平均值設為該缺陷線之像素資料。
然而，在上述專利文獻1所提案之技術中，為了修正缺陷線(及被判定為位於缺陷線之近旁之缺陷之線)之像素資料，要重複複數次求出2個像素資料之平均之處理，因此於修正後之圖像中在缺陷線之近旁，解像度會變低。
此外，在上述專利文獻2中，亦提案有一種意圖消除上述之習知之固體攝像裝置所具有之缺失之技術。在此習知技術中，為了防止在缺陷線上之像素部飽和之電荷流入至相鄰之正常線上之像素部，係於像素部間之區域形成有虛擬用光二極體，而將在缺陷線上之像素部飽和之電荷，藉由虛擬用光二極體加以捕捉而排出。然而，在專利文獻2所記載之發明中，無法充分抑制電荷流入至正常線上之像素部，因此，在所獲得之圖像中，於缺陷線近旁，解像度會變低。
本發明係為了解決上述之問題而研創者，其目的在提供一種具備即使任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線之情形下用以獲得較高解像度之圖像之結構之固體攝像裝置及包含其之X射線CT裝置。
本發明之固體攝像裝置係具備受光部，該受光部具有以構成M(2以上之整數)列N(2以上之整數)行之矩陣之方式二維排列之M×N個像素部P1,1 ~PM,N 。另外，像素部P1,1 ~PM,N 之各個，係包含用以產生與入射光強度對應之量之電荷之光二極體、及與該光二極體連接之讀出用開關。
尤其在本發明之固體攝像裝置中，受光部中之像素部Pm,n (m係為1以上M以下之整數，n係為1以上N以下之整數)所含之光二極體，係由第1導電型之第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第2半導體區域所構成。此外，受光部係具有在由像素部 P1,1 ~PM,N 各自所包夾之區域所設之通道停止器(channel stopper)。此通道停止器係由雜質濃度較第1半導體區域高之第1導電型之第3半導體區域所組成。再者，受光部係具備：在由像素部P1,1 ~PM,N 之中彼此鄰接之任意2×2個像素部所包圍之區域(具體而言係任意之像素部之角部分)，以由通道停止器所包圍之狀態所設之第1虛擬用光二極體。此第1虛擬用光二極體，係由共通之第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第4半導體區域所構成。另外，第1導電型及第2導電型之中一方係為P型，另一方係為N型。
在本發明之固體攝像裝置中，受光部係可進一步包含：在由像素部P1,1 ~PM,N 之中彼此鄰接之任意2個像素部所包圍之區域，以由通道停止器所包圍之狀態所設之第2虛擬用光二極體。此情形下，第2虛擬用光二極體係由共通之第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第5半導體區域所構成。
如上所述，在習知之固體攝像裝置中，在因為任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線而產生缺陷線之情形下，於該缺陷線上之像素部中，與光入射對應而在光二極體所產生之電荷，不會被讀出，而只會蓄積在該光二極體之接合電容部。若蓄積在光二極體之接合電容部之電荷之量超過飽和位準，則超過飽和位準之份之電荷，即溢出至該像素部之外。然而，在本發明之固體攝像裝置中，於受光部內，在像素部間之區域(由各像素部之角周邊或2個像素部所包夾之區域)中以由通道停止器所包圍之狀態設有虛擬用光二極體。藉此，從缺陷線上之像素部溢出之電荷，即藉由此虛擬用光二極體所捕捉而排出。其結果，抑制電荷流入至與缺陷線上之像素部(電荷漏出之像素部)鄰接之另外之像素部，且抑制S/N比之降低。因此，本發明之固體攝像裝置，即使在任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線之情形下仍可獲得較高解像度之圖像。
一般而言，各像素部係佔據大略正方形之區域。該大略正方形區域之絕大部分為光二極體之區域，此外，在該大略正方形區域之一個角部，形成有作為讀出用開關之場效電晶體。在光二極體之大略正方形區域之角部中，由於電場強度較高，因此電荷容易溢出。此外，在設有此讀出用開關之區域附近，係容易產生無用電荷。因此，在本發明中，係藉由至少在由M×N個像素部P1,1 ~PM,N 之中之彼此鄰接之任意2×2個像素部所包圍之區域(任意像素部各個之共通之角部分)中形成虛擬用光二極體，而使在光二極體之大略正方形區域之角部所產生之電荷，可藉由虛擬用光二極體有效率地排出。
此外，本發明之X射線CT裝置係具備：X射線輸出部；具有上述結構之固體攝像裝置(本發明之固體攝像裝置)；移動設備；及圖像解析部。X射線輸出部係朝向被攝體輸出X射線。固體攝像裝置係接收從X射線輸出部輸出而經由被攝體到達之X射線並進行攝像。移動設備係使X射線輸出部及固體攝像裝置相對於被攝體相對移動。圖像解析部係輸入從固體攝像裝置輸出之訊框(frame)資料，且根據該訊框資料而產生被攝體之斷層圖像。
另外，本發明之各實施例，係可藉由以下詳細之說明及所附圖式而更加充分理解。此等實施例係僅用以例示而表示者，不應視為限定本發明。
此外，本發明之進一步之應用範圍，從以下之詳細說明可明瞭。然而，詳細之說明及特定之事例係表示本發明之較佳之實施例，惟僅用以例示所表示者，本發明之範圍中各式各樣之變形及改良顯然可從此詳細之說明，而由該業業者所理解。
1‧‧‧固體攝像裝置
10,10A,10B‧‧‧受光部
20,20A,20B‧‧‧信號讀出部
30‧‧‧控制部
201‧‧‧P型半導體區域
202‧‧‧N+ 型半導體區域
203‧‧‧空乏層
204‧‧‧P+ 型半導體區域
205‧‧‧絕緣層
206‧‧‧接觸孔
207‧‧‧金屬布線
212‧‧‧N+ 型半導體區域
213‧‧‧空乏層
216‧‧‧接觸孔
A2 ‧‧‧放大器
C2 ‧‧‧積分用電容元件
C3 ‧‧‧保持用電容元件
CS‧‧‧通道停止器
H1 ~HN ‧‧‧保持電路
LH ‧‧‧保持控制用布線
LH.n ‧‧‧第n行選擇用布線
LO.n ‧‧‧第n行讀出用布線
Lout ‧‧‧電壓輸出用布線
LR ‧‧‧放電控制用布線
LV.m ‧‧‧第m列選擇用布線
P1,1 ~PM,N ‧‧‧像素部
PD‧‧‧光二極體
PD1,PD2‧‧‧虛擬用光二極體
S1 ~SN ‧‧‧積分電路
SW1 ‧‧‧讀出用開關
SW2 ‧‧‧放電用開關
SW31 ‧‧‧輸入用開關
SW32 ‧‧‧輸出用開關
圖1係為表示本發明之固體攝像裝置之一實施例之構成之圖；圖2係為圖1所示之固體攝像裝置1所含之像素部Pm,n 、積分電路Sn 及保持電路Hn 各個之電路圖；圖3(a)~(i)係為說明圖1所示之固體攝像裝置之動作之時序圖；圖4係為表示圖1所示之固體攝像裝置中之受光部之構成例之平面圖；圖5係為表示圖1所示之固體攝像裝置中之受光部之另一構成例之平面圖；圖6係為圖5中之位於沿著A-A線之像素部間之區域之剖面圖；圖7係為圖5中之位於沿著B-B線之像素部間之區域之剖面圖；及圖8係為表示本發明之X射線CT裝置之一實施例之構成之圖。
發明之效果
依據本發明之固體攝像裝置等，即使任一條列選擇用布線斷線之情形下，仍可獲得較高解像度之圖像。
以下一面參照圖1至圖8一面詳細說明本發明之固體攝像裝置及包含其之X射線CT裝置之各實施例。另外，在圖式之說明中，對於同一部位、同一要素，係賦予同一符號並省略重複之說明。
圖1係為表示本發明之固體攝像裝置之一實施例之構成之圖。圖1所示之固體攝像裝置1係具備受光部10、信號讀出部20及控制部30。此外，作為X射線平面面板感測器使用之情形下，在固體攝像裝置1之受光部10之上係重疊閃爍體面板。
受光部10係包含以M列N行二維排列成矩陣狀之M×N個像素部P1,1 ~PM,N 。在此受光部10中，像素部Pm,n 係意指位於第m列第n行之像素部。在此，M、N各自係為2以上之整數，m係為1以上M以下之整數，n係為1以上N以下之整數。受光部10中之像素部Pm,n ，係為PPS方式之像素部，具有共通之構成。
屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自係經由第m列選擇用布線 LV,m 而連接於控制部30。屬於第n行之M個像素部P1,n ~PM,n 各自之輸出端，係經由第n行讀出用布線LO,n 而連接於信號讀出部20所含之積分電路Sn 。
信號讀出部20係包含N個積分電路S1 ~SN 及N個保持電路H1 ~HN 。各積分電路Sn 係具有共通之構成。此外，各保持電路Hn 係具有共通之構成。
各積分電路Sn 係具有與讀出用布線LO,n 連接之輸入端。各積分電路Sn 係用以蓄積經由此輸入端所輸入之電荷，且將與該蓄積電荷量對應之電壓值，從輸出端輸出至保持電路Hn 。N個積分電路S1 ~SN 各自係經由放電控制用布線LR 而連接於控制部30。
各保持電路Hn 係具有與積分電路Sn 之輸出端連接之輸入端。各保持電路Hn 係用以保持經由此輸入端而輸入之電壓值，且將該所保持之電壓值，予以從輸出端輸出至輸出用布線Lout 。N個保持電路H1 ~HN 各自係經由保持控制用布線LH 而連接於控制部30。此外，各保持電路Hn 係經由第n行選擇用布線LH,n 而連接於控制部30。
控制部30係將第m列選擇控制信號Vsel(m)輸出至第m列選擇用布線LV,m ，且將此第m列選擇控制信號Vsel(m)各自賦予第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 。M個列選擇控制信號Vsel(1)~Vsel(M)係依序成為有意義值。控制部30係為了依序將M個列選擇控制信號Vsel(1)~Vsel(M)作為有意義值輸出而包含位移暫存器(shift register)。
控制部30係將第n行選擇控制信號Hsel(n)輸出至第n行選擇用布線LH,n ，且將此第n行選擇控制信號Hsel(n)賦予至保持電路Hn 。N個行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)亦依序成為有意義值。控制部30係為了依序將N個行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)作為有意義值輸出而包含位移暫存器。
此外，控制部30係將放電控制信號Reset輸出至放電控制用布線 LR ，且將此放電控制信號Reset各自賦予至N個積分電路S1 ~SN 。控制部30係將保持控制信號Hold輸出至保持控制用布線LH ，且將此保持控制信號Hold各自賦予至N個保持電路H1 ~HN 。
如上所述，控制部30係用以控制受光部10中屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自所含之讀出用開關SW1 之開閉動作，並且控制信號讀出部20中之電壓值之保持動作及輸出動作。藉此，控制部30係使與在受光部10中M×N個像素部P1,1 ~PM,N 各自所含之光二極體PD所產生之電荷之量對應之電壓值，作為訊框資料而從信號讀出部20重複輸出。
圖2係為圖1所示之固體攝像裝置所含之像素部Pm,n 、積分電路Sn 及保持電路Hn 各自之電路圖。在此，係代表M×N個像素部P1,1 ~PM,N 而表示像素部Pm,n 之電路圖、代表N個積分電路S1 ~SN 而表示積分電路Sn 之電路圖、此外，代表N個保持電路H1 ~HN 而表示保持電路Hn 之電路圖。亦即，在圖2中，係表示與第m列第n行之像素部Pm,n 及第n行讀出用布線LO,n 關聯之電路部份。
像素部Pm,n 係包含光二極體PD及讀出用開關SW1 。光二極體PD之陽極端子係接地，而光二極體PD之陰極端子係經由讀出用開關SW1 而連接於第n行讀出用布線LO,n 。光二極體PD係產生與入射光強度對應之量之電荷，而將該所產生之電荷蓄積於接合電容部。讀出用開關SW1 係從控制部30經由第m列選擇用布線LV,m 而賦予第m列選擇控制信號。第m列選擇控制信號係為用以指示受光部10中屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自所含之讀出用開關SW1 之開閉動作之電信號。
在此像素部Pm,n 中，係於第m列選擇控制信號Vsel(m)為低位準時，讀出用開關SW1 開啟。此時，在光二極體PD所產生之電荷，不會輸出至第n行讀出用布線LO,n ，而蓄積於接合電容部。另一方面，第m列選擇控制信號Vsel(m)為高位準時，讀出用開關SW1 關閉。此情形下，至此為止在光二極體PD所產生之接合電容部所蓄積之電荷，係 經由讀出用開關SW1 而輸出至第n行讀出用布線LO,n 。
第n行讀出用布線LO,n 係與受光部10中屬於第n行之M個像素部P1,n ~PM,n 各自所含之讀出用開關SW1 連接。第n行讀出用布線LO,n 係將在M個像素部P1,n ~PM,n 之中之任一個像素部所含之光二極體PD所產生之電荷，經由該像素部所含之讀出用開關SW1 而讀出，並傳送至積分電路Sn 。
積分電路Sn 係包含放大器A2 、積分用電容元件C2 及放電用開關SW2 。積分用電容元件C2 及放電用開關SW2 係彼此並聯連接，而設於放大器A2 之輸入端子與輸出端子之間。放大器A2 之輸入端子，係連接於第n行讀出用布線LO,n 。放電用開關SW2 係從控制部30經由放電控制用布線LR 賦予放電控制信號Reset。放電控制信號Reset係為用以指示N個積分電路S1 ~SN 各自所含之放電用開關SW2 之開閉動作之電信號。
在此積分電路Sn 中，係於放電控制信號Reset為高位準時，放電用開關SW2 關閉。藉此，而使積分用電容元件C2 放電，且使從積分電路Sn 輸出之電壓值初始化。放電控制信號Reset為低位準時，放電用開關SW2 開啟。再者，輸入至輸入端之電荷係蓄積於積分用電容元件C2 ，且與該蓄積電荷量對應之電壓值係從積分電路Sn 輸出。
保持電路Hn 係包含輸入用開關SW31 、輸出用開關SW32 及保持用電容元件C3 。保持用電容元件C3 之一端係接地。保持用電容元件C3 之另一端係經由輸入用開關SW31 而連接於積分電路Sn 之輸出端，且經由輸出用開關SW32 而連接於電壓輸出用布線Lout 。輸入用開關SW31 係從控制部30經由保持控制用布線LH 而賦予保持控制信號Hold。保持控制信號Hold係為用以指示N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸入用開關SW31 之開閉動作之電信號。輸出用開關SW32 係從控制部30經由第n行選擇用布線LH,n 而賦予第n行選擇控制信號Hsel(n)。第n行選擇控制信號Hsel(n)係為用以指示保持電路Hn 所含之輸出用開關SW32 之開閉動 作之電信號。
在此保持電路Hn 中，若保持控制信號Hold從高位準轉為低位準，則輸入用開關SW31 即從關閉狀態轉為開啟狀態。此時，輸入於輸入端之電壓值係保持於保持用電容元件C3 。此外，第n行選擇控制信號Hsel(n)為高位準時，輸出用開關SW32 關閉。再者，保持於保持用電容元件C3 之電壓值係輸出至電壓輸出用布線Lout 。
控制部30係指示要在將與受光部10中屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自之受光強度對應之電壓值予以輸出之際，藉由放電控制信號Reset，將N個積分電路S1 ~SN 各自所含之放電用開關SW2 暫時關閉之後再予以開啟。其後，指示要藉由第m列選擇控制信號Vsel(m)，將受光部10中屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自所含之讀出用開關SW1 涵蓋特定期間加以關閉。控制部30係指示要在該特定期間，藉由保持控制信號Hold，將N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸入用開關SW31 予以從關閉狀態轉為開啟狀態。再者，控制部30係指示要在該特定期間之後，藉由行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)，將N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸出用開關SW32 依序關閉僅一定期間。控制部30係就各列依序進行以上之控制。
接著就本發明之固體攝像裝置之一實施例(圖1)之動作進行說明。在該固體攝像裝置1中，係在藉由控制部30之控制之下，使M個列選擇控制信號Vsel(1)~Vsel(M)、N個行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)、放電控制信號Reset及保持控制信號Hold各自以特定之時序進行位準變化，藉此而可將入射至受光部10之光之像進行攝像而獲得訊框資料。
圖3係為說明固體攝像裝置1之動作之時序圖。在此圖3中係表示有：(a)用以指示N個積分電路S1 ~SN 各自所含之放電用開關SW2 之開閉動作之放電控制信號Reset；(b)用以指示受光部10中第1列之N個像素 部P1,1 ~P1,N 各自所含之讀出用開關SW1 之開閉動作之第1列選擇控制信號Vsel(1)；(c)用以指示受光部10中第2列之N個像素部P2,1 ~P2,N 各自所含之讀出用開關SW1 之開閉動作之第2列選擇控制信號Vsel(2)；及(d)用以指示N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸入用開關SW31 之開閉動作之保持控制信號Hold。
再者在圖3中亦表示有：(e)用以指示保持電路H1 所含之輸出用開關SW32 之開閉動作之第1行選擇控制信號Hsel(1)；(f)用以指示保持電路H2 所含之輸出用開關SW32 之開閉動作之第2行選擇控制信號Hsel(2)；(g)用以指示保持電路H3 所含之輸出用開關SW32 之開閉動作之第3行選擇控制信號Hsel(3)；(h)用以指示保持電路Hn 所含之輸出用開關SW32 之開閉動作之第n行選擇控制信號Hsel(n)；及(i)用以指示保持電路Hn 所含之輸出用開關SW32 之開閉動作之第N行選擇控制信號Hsel(N)。
在屬於第1列之N個像素部P1,1 ~P1,N 各自所含之光二極體PD所產生且蓄積於接合電容部之電荷之讀出，係以以下之方式來進行。
亦即，在時刻t10 前，M個列選擇控制信號Vsel(1)~Vsel(M)、N個行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)、放電控制信號Reset及保持控制信號Hold各自係成為低位準。在時刻t10 至時刻t11 之期間，從控制部30輸出至放電控制用布線LR 之放電控制信號Reset係成為高位準。藉此，在N個積分電路S1 ~SN 各個中，放電用開關SW2 係關閉。此時，積分用電容元件C2 放電。此外，在時刻t11 之後之時刻t12 至時刻t15 之期間，從控制部30輸出至第1列選擇用布線LV,1 之第1列選擇控制信號Vsel(1)係成為高位準。藉此，受光部10中屬於第1列之N個像素部P1,1 ~P1,N 各自所含之讀出用開關SW1 即關閉。
在期間(t12 ~t15 )內，從時刻t13 至時刻t14 之期間，從控制部30輸出至保持控制用布線LH 之保持控制信號Hold係成為高位準。藉此，輸入 用開關SW31 即在N個保持電路H1 ~HN 各個中關閉。
在期間(t12 ~t15 )內，屬於第1列之各像素部P1,n 所含之讀出用開關SW1 雖係關閉，惟各積分電路Sn 之放電用開關SW2 則開啟。因此，至此為止在各像素部P1,n 之光二極體PD所產生而蓄積於接合電容部之電荷，係經由該像素部P1,n 之讀出用開關SW1 及第n行讀出用布線LO,n 而傳送(蓄積)至積分電路Sn 之積分用電容元件C2 。再者，與蓄積在各積分電路Sn 之積分用電容元件C2 之電荷之量對應之電壓值係從積分電路Sn 之輸出端輸出。
在期間(t12 ~t15 )內之時刻t14 ，若保持控制信號Hold從高位準轉為低位準，則輸入用開關SW31 在N個保持電路H1 ~HN 各個中，即從關閉狀態轉為開啟狀態。此時，從積分電路Sn 之輸出端輸出而輸入於保持電路Hn 之輸入端之電壓值係保持於保持用電容元件C3 。
再者，在期間(t12 ~t15 )之後，從控制部30輸出於行選擇用布線LH,1 ~LH,N 之行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)係依序僅於一定期間成為高位準。藉此，N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸出用開關SW32 即依序僅一定期間關閉。藉此，保持在各保持電路Hn 之保持用電容元件C3 之電壓值，係經由輸出用開關SW32 而依序輸出至電壓輸出用布線Lout 。輸出至此電壓輸出用布線Lout 之電壓值Vout 係表示在第1列之N個像素部P1,1 ~P1,N 各自所含之光二極體PD中之受光強度。
接下來，在屬於第2列之N個像素部P2,1 ~P2,N 各自所含之光二極體PD所產生且蓄積於接合電容部之電荷之讀出係以以下之方式來進行。
在時刻t20 至時刻t21 之期間，從控制部30輸出至放電控制用布線LR 之放電控制信號Reset係成為高位準。藉此，放電用開關SW2 即在N個積分電路S1 ~SN 各個中關閉。其結果，積分用電容元件C2 放電。此外，在時刻t21 之後之時刻t22 至時刻t25 之期間，從控制部30輸出至第2 列選擇用布線LV,2 之第2列選擇控制信號Vsel(2)係成為高位準。藉此，受光部10中屬於第2列之N個像素部P2,1 ~P2,N 各自所含之讀出用開關SW1 即關閉。
在期間(t22 ~t25 )內，從時刻t23 至時刻t24 之期間，從控制部30輸出至保持控制用布線LH 之保持控制信號Hold係成為高位準。藉此，輸入用開關SW31 即在N個保持電路H1 ~HN 各個中關閉。
再者，在期間(t22 ~t25 )之後，從控制部30輸出至行選擇用布線LH,1 ~LH,N 之行選擇控制信號Hsel(1)~Hsel(N)係依序僅一定期間成為高位準。藉此，N個保持電路H1 ~HN 各自所含之輸出用開關SW32 即依序僅一定期間關閉。
如以上之方式，表示屬於第2列之N個像素部P2,1 ~P2,N 各自所含之光二極體PD中之受光強度之電壓值Vout 係輸出至電壓輸出用布線Lout 。
接續關於以上之第1列及第2列之動作，之後，從第3列至第M列為止進行同樣之動作。其結果，可獲得表示1次攝像所獲得之圖像之訊框資料。此外，關於第M列若動作終了，則再度從第1列進行同樣之動作，可獲得表示下一個圖像之訊框資料。如此，藉由以一定週期重複同樣之動作，而使表示受光部10所受光之光之像之二維強度分布之電壓值Vout 輸出至電壓輸出用布線Lout 。藉由重複此輸出，可獲得訊框資料。
然而，在屬於第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 各自所含之讀出用開關SW1 關閉之期間，在屬於第m列之各像素部Pm,n 之光二極體PD所產生而蓄積於接合電容部之電荷，係經由該像素部Pm,n 之讀出用開關SW1 及第n行讀出用布線LO,n 而傳送至積分電路Sn 之積分用電容元件C2 。此際，屬於第m列之各像素部Pm,n 之光二極體PD之接合電容部之蓄積電荷被初始化。
然而，在某第n行讀出用布線LO,n 於途中之位置斷線之情形下，屬於該第n行之M個像素部P1,n ~PM,n 之中相對於積分電路Sn 位於距斷線位置較遠之處之像素部，並未與積分電路Sn 連接，而無法將電荷傳送至積分電路Sn 。因此，無法進行藉由此電荷傳送所為之光二極體PD之接合電容部之蓄積電荷之初始化。在此狀態下，在此等像素部中與光入射對應而在光二極體所產生之電荷，只會蓄積於該光二極體之接合電容部。若超過飽和位準，則溢出至屬於兩鄰之行之像素部，而關於連續之3行之像素部會產生缺陷線。
此外，同樣地，在某第m列選擇用布線LV,m 於途中之位置斷線之情形下，屬於該第m列之N個像素部Pm,1 ~Pm,N 之中相對於控制部30位於距斷線位置較遠之處之像素部，未從控制部30傳遞第m列選擇控制信號Vsel(m)。此情形下，讀出用開關SW1 仍為開啟之狀態，而無法將電荷傳送至積分電路Sn 。因此，無法進行藉由此電荷傳送所為之光二極體PD之接合電容部之蓄積電荷之初始化。在此狀態下，在此等像素部中與光入射對應而在光二極體所產生之電荷，只會蓄積於該光二極體之接合電容部。若超過飽和位準，則溢出至兩鄰之列之像素部，而關於連續之3列之像素部會產生缺陷線。
圖1所示之固體攝像裝置1(本發明之固體攝像裝置之一實施例)，為了因應上述之問題，係以一面參照圖4至圖7一面以以下說明之方式動作。亦即，在該固體攝像裝置1中，受光部10係包含在由M×N個像素部P1,1 ~PM,N 之中之彼此鄰接之任意2×2個像素部所包圍之區域(各像素部之共通之角部分)中，以由通道停止器CS所包圍之狀態所設之虛擬用光二極體PD1(第1虛擬用光二極體)。
在圖4及圖5各自表示有該固體攝像裝置1中之受光部10之構成例(平面圖)。在此等圖4及圖5中，係亦以受光部10中之1個像素部Pm,n 為中心，表示此像素部Pm,n 之相鄰之像素部之一部分。此外，在此等圖4 及圖5中，雖主要表示有半導體區域之布局(layout)，惟並未表示位於該半導體區域之上之金屬布線(列選擇用布線、讀出用布線)或絕緣層。
在圖4及圖5各自所示之布局例中，像素部Pm,n 係佔據大略正方形之區域。該大略正方形區域之絕大部分為光二極體PD之區域，此外，在該大略正方形區域之一個角部，形成有作為讀出用開關SW1 之場效電晶體。作為像素部Pm,n 之讀出用開關SW1 之場效電晶體之源極端子，係與光二極體PD之陰極端子連接，而此場效電晶體之汲極端子係連接於讀出用布線LO,n ，此外，此場效電晶體之閘極端子係連接於列選擇用布線LV,m 。
此外，在圖4及圖5各自所示之布局例中，係在像素部間之區域連續形成有通道停止器CS。此外，在彼此鄰接之2×2個之任意像素部所包圍之區域中，形成有虛擬用光二極體PD1。此虛擬用光二極體PD1係由通道停止器CS所包圍。
在圖4所示之布局例中，僅在由任意之彼此鄰接之2×2個像素部所包圍之區域中，形成有虛擬用光二極體PD1。在圖5所示之布局例中，除在由任意之彼此鄰接之2×2個像素部所包圍之區域中形成有虛擬用光二極體PD1之外，另在由任意之彼此鄰接之2個像素部所包夾之區域中亦形成有虛擬用光二極體PD2。
圖6係為圖5中之沿著A-A線之像素部Pm,n 周邊區域之剖面圖。此外，圖7係為圖5中之沿著B-B線之像素部Pm,n 周邊區域之剖面圖。在圖6及圖7各個中，係以像素部間之區域為中心，就兩鄰之像素部之一部分表示剖面。在圖6中，係表示有未形成有虛擬用光二極體PD1、PD2之區域之剖面。在圖7中，係表示有形成有虛擬用光二極體PD2之部分之剖面。
半導體區域201係為添加有P型雜質之半導體區域，包含基板及形 成在該基板上之磊晶(epitaxial)層。像素部Pm,n 所含之光二極體PD係由P型半導體區域201、及設於該P型半導體區域201上之N+ 型半導體區域202所構成。在包含P型半導體區域201與N+ 型半導體區域202之間之邊界之區域中，係形成空乏層203。在像素部間之區域(N+ 型半導體區域202間之區域)，形成有由P型雜質濃度較P型半導體區域201高之P+ 型半導體區域204所組成之通道停止器CS。此P+ 型半導體區域204係經由形成於絕緣層205之接觸孔(contact hole)206而連接於金屬布線207。
虛擬用光二極體PD1、PD2各自係由P型半導體區域201、及設在該P型半導體區域201上之N+ 型半導體區域212所構成。在包含P型半導體區域201與N+ 型半導體區域212之間之邊界之區域中，係形成空乏層213。此N+ 型半導體區域212係經由形成於絕緣層205之接觸孔216而連接於金屬布線207。此外，N+ 型半導體區域212係由P+ 型半導體區域204所包圍，而虛擬用光二極體PD1、PD2各自係由通道停止器CS所包圍。
以一例而言，包含基板之半導體區域201之厚度係為750μm。N+ 型半導體區域202、P+ 型半導體區域204及N+ 型半導體區域212各自之厚度係為1μm。P+ 型半導體區域204及N+ 型半導體區域212各自之寬度係為1.4μm。在未形成有虛擬用光二極體PD2之部分(圖6)中，相鄰之2個N+ 型半導體區域202之間之間隔係為3.6μm，而金屬布線207之寬度係為4.8μm。此外，在形成有虛擬用光二極體PD2之部分(圖7)中，N+ 型半導體區域202與N+ 型半導體區域212之間之間隔係為3.6μm，而金屬布線207之寬度係為9.8μm。
如上所述，在任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線之情形下，在由於此斷線而未連接於信號讀出部20或控制部30之像素部中，與光入射對應之在光二極體所產生之電荷，不會被讀出至積分電路，而只 會蓄積在該光二極體之接合電容部。若蓄積在光二極體之接合電容部之電荷之量超過飽和位準，則超過飽和位準之份之電荷即溢出至該像素部之外。
然而，在具備如以上之結構之固體攝像裝置1(本發明之固體攝像裝置之一實施例)中，係在像素部間之區域形成有由通道停止器CS所包圍之虛擬用光二極體PD1、PD2。必然地，從像素部溢出之電荷，係藉由此虛擬用光二極體PD1、PD2捕捉而排出。藉此，在此固體攝像裝置1中，抑制電荷流入於位於像素部之相鄰之像素部，且抑制S/N比之降低。因此，依據該固體攝像裝置1，即使任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線之情形下，仍可獲得較高解像度之圖像。
此外，在任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線而產生缺陷線之情形下，可根據與鄰接之正常線上之像素部對應之電壓值來決定訊框資料之中與缺陷線上之像素部對應之電壓值。在此決定之際，係以根據與兩鄰之鄰接線上之像素部對應之電壓值來進行插補計算而決定為較佳。
虛擬用光二極體PD1、PD2係意圖將從像素部溢出之電荷予以排出，並非意圖積極地收集所謂串擾載子(crosstalk carrier)。因此，在未產生斷線時，不希望空乏層213過於擴展。此係因為此固體攝像裝置1與閃爍體面板組合而作為X射線平面面板感測器使用之情形下，從閃爍體面板係等向性地產生閃爍體光。因此，雖在像素部間之區域亦產生某程度之電荷，然而由於此電荷係藉由虛擬用光二極體PD1、PD2排出，因此會有輸出變小之可能性。因此，虛擬用光二極體PD1、PD2並非以在像素部間之區域連續延伸之方式設置，而是以離散方式(像點狀)設置。而且，虛擬用光二極體PD1、PD2均係由通道停止器CS所包圍。藉由此構成，即可實現輸出之降低之抑制與S/N比之降低之抑制之適度之平衡。
如上所述，像素部Pm,n 係佔據大略正方形之區域，該大略正方形區域之絕大部分為光二極體PD之區域，此外，在該大略正方形區域之一個角部，形成有作為讀出用開關SW1 之場效電晶體。在光二極體PD之大略正方形區域之角部中，由於電場強度較高，因此電荷容易溢出。此外，在設有此讀出用開關SW1 之區域附近，係容易產生無用電荷。因此，在該固體攝像裝置1中，係藉由在由M×N個像素部P1,1 ~PM,N 之中之彼此鄰接之任意2×2個像素部所包圍之區域(各像素部之共通之角部分)中形成虛擬用光二極體PD1。因此，在光二極體PD之大略正方形區域之角部所產生之電荷，係可藉由虛擬用光二極體PD1有效率地排出。
另外，與圖5所示之布局比較，在圖4所示之布局中，在由鄰接之2個像素部所包夾之區域中並未設有虛擬用光二極體PD2。由於在由鄰接之2×2個像素部所包圍之區域僅設有虛擬用光二極體PD1，因此可將各像素部之光二極體PD之光感應區域擴大，且可提高開口率。
接著，具備上述之結構之固體攝像裝置1係可較佳使用於X射線CT裝置。因此，以下就具備該固體攝像裝置1(本發明之固體攝像裝置之一實施例)之X射線CT裝置(本發明之X射線CT裝置)之一實施例進行說明。
圖8係為表示本發明之X射線CT裝置之一實施例之構成之圖。在此圖8所示之X射線CT裝置100中，X射線源106係朝向被攝體而產生X射線。從X射線源106產生之X射線之照射場，係藉由一次縫隙(slit)板106b所控制。X射線源106係內建X射線管，藉由調整該X射線管之管電壓、管電流及通電時間等之條件，而控制對於被攝體之X射線照射量。X射線攝像器107係內建具有經二維排列之複數個像素部之CMOS之固體攝像裝置，用以檢出通過被攝體之X射線像。在X射線攝像器107之前方，係設有限制X射線入射區域之二次縫隙板107a。
迴旋臂(arm)104係在以使X射線源106及X射線攝像器107相對向之方式保持之狀態下，在全景(panorama)斷層攝影之際將此等迴旋於被攝體之周圍。此外，設有在線性(linear)斷層攝影之際用以使X射線攝像器107相對於被攝體直線變位之滑動(slide)機構113。迴旋臂104係藉由構成旋轉平台(table)之臂馬達110所驅動，且其旋轉角度係藉由角度感測器112檢出。此外，臂馬達110係搭載於XY平台114之可動部，且旋轉中心在水平面內係任意調整。
從X射線攝像器107輸出之圖像信號，係藉由AD轉換器120轉換為例如10位元(=1024階層(level))之數位資料，且藉由CPU(中央處理裝置)121暫時取入。其後，經轉換之數位資料，係儲存於訊框記憶體122。從儲存於訊框記憶體122之圖像資料，藉由特定之運算處理再生沿著任意之斷層面之斷層圖像。經再生之斷層圖像，係在輸出至視訊(video)記憶體124，且藉由DA轉換器125而轉換為類比信號之後，藉由CRT(陰極射線管)等之圖像顯示部126顯示，而供各種診斷。
在CPU 121中，係連接有信號處理所需之工作記憶體(work memory)123，且進一步連接有具備面板開關或X射線照射開關等之操作面板119。此外，CPU 121係與驅動臂馬達110之馬達驅動電路111、控制一次縫隙板106b及二次縫隙板107a之開口範圍之縫隙控制電路115、116、控制X射線源106之X射線控制電路118各自連接，且進一步輸出用以驅動X射線攝像器107之時脈信號。
X射線控制電路118係可根據藉由X射線攝像器107所攝像之信號，而將對於被攝體之X射線照射量進行回授控制。
在以上之方式構成之X射線CT裝置100中，X射線攝像器107係相當於上述固體攝像裝置1中之受光部10、信號讀出部20及控制部30，而在受光部10之前面係設有閃爍體面板。
X射線CT裝置100係具備上述固體攝像裝置1，藉此在缺陷線近旁 亦可獲得較高解像度之斷層圖像。尤其在X射線CT裝置中，係於短期間連續取得多數(例如300)訊框資料，並且該固體攝像裝置1中之對於受光部10之入射光量係依每訊框變動。此外，從缺陷線上之像素部溢出至鄰接線上之像素部之電荷之量，係依每訊框變動。藉由具備此種X射線CT裝置具有上述結構之固體攝像裝置1，該X射線CT裝置即使在任一條讀出用布線或列選擇用布線斷線之情形下，仍可獲得較高解像度之圖像。
從以上之本發明之說明可明瞭可將本發明作各式各樣變形。該種變形均不應認為脫離本發明之思想及範圍，對於所有該業業者顯屬明瞭之改良，均包含於以下之申請專利範圍。
CS‧‧‧通道停止器
Pm,n ‧‧‧屬於第m列之n個像素部
Pm,n+1 ‧‧‧屬於第m列之n+1個像素部
Pm,n-1 ‧‧‧屬於第m列之n-1個像素部
Pm+1,n ‧‧‧屬於第m+1列之n個像素部
Pm-1,n ‧‧‧屬於第m-1列之n個像素部
Pm-1,n+1 ‧‧‧屬於第m-1列之n+1個像素部
Pm-1,n-1 ‧‧‧屬於第m-1列之n-1個像素部
Pm+1,n+1 ‧‧‧屬於第m+1列之n+1個像素部
PD‧‧‧光二極體
PD1‧‧‧虛擬用光二極體
SW1 ‧‧‧讀出用開關

Claims (3)

  1. 一種固體攝像裝置，其包含：受光部，其係具有以構成M(2以上之整數)列N(2以上之整數)行之矩陣的方式二維排列之M×N個像素部P1,1 ~PM,N ，且前述各個像素部P1,1 ~PM,N 包含光二極體，該光二極體係產生因應入射光強度之量的電荷；前述受光部中之像素部Pm,n (m係為1以上M以下之整數，n係為1以上N以下之整數)所含之光二極體係由第1導電型之第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第2半導體區域所構成，前述受光部係具有在由前述像素部P1,1 ~PM,N 各自所包夾之區域所設之通道停止器，其係包含雜質濃度較前述第1半導體區域高之第1導電型之第3半導體區域，且前述受光部係包含：在由前述像素部P1,1 ~PM,N 之中彼此鄰接之任意2個像素部所包圍之區域，各自離散地設置之複數個第1虛擬用光二極體；該等第1虛擬用光二極體之各個係由前述第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第4半導體區域所構成。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中前述受光部係進一步包含：複數個第2虛擬用光二極體，其等係各自離散地設置在由前述像素部P1,1 ~PM,N 之中彼此鄰接之任意2×2個像素部所包圍之區域，該等第2虛擬用光二極體之各個係由前述第1半導體區域、及形成在該第1半導體區域上之第2導電型之第5半導體區域所構成。
  3. 一種X射線CT裝置，其特徵為包含：X射線輸出部，其朝向被攝體輸出X射線；如請求項1或2記載之固體攝像裝置，其接收從前述X射線輸出部輸出而經由前述被攝體到達之X射線，並進行攝像；移動設備，其使前述X射線輸出部及前述固體攝像裝置相對於前述被攝體相對移動；及圖像解析部，其輸入從前述固體攝像裝置輸出之訊框資料，且根據該訊框資料而產生前述被攝體之斷層圖像。
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