TWI610572B - 固體攝像裝置 - Google Patents

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TWI610572B
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Kazuki Fujita
Ryuji Kyushima
Harumichi Mori
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Hamamatsu Photonics Kk
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Abstract

本發明之固體攝像裝置1A包含受光部20、無用載子捕獲部30、及垂直移位暫存器60。無用載子捕獲部30具有於受光部20與垂直移位暫存器60間之區域內分別配置於各列之載子捕獲區域DA1~DAM。載子捕獲區域DA1~DAM包含電晶體及光電二極體。電晶體之一端與光電二極體連接，另一端與電荷排出用配線Rd連接。電荷排出用配線Rd與基準電位線GND短路。藉此，實現可使鄰接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小接近其他像素之固體攝像裝置。

Description

固體攝像裝置
本發明係關於固體攝像裝置者。
於專利文獻1中記述有與放射線攝像裝置相關之技術。該裝置具備：感測器陣列，其係將包含將來自被攝體之放射線轉換成電性信號之轉換元件、及將電性信號傳送至外部之傳送開關的複數個像素配置成二維狀而形成。又，該裝置具備：複數條閘極線，其係於列方向連接感測器陣列之各像素；閘極驅動裝置，其係為讀取與各閘極線連接之各像素之電性信號，而驅動各閘極線；複數條信號線，其係於行方向連接感測器陣列之各像素；及複數個放大器，其係與各信號線對應設置，放大且讀取自各傳送開關傳送之電性信號。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-50053號公報
固體攝像裝置具有將複數個像素遍及複數列及複數行配置成二維狀之受光部。於各像素配置用以將入射之光轉換成電子之光電二極體。各像素之光電二極體經由開關電路(例如電晶體)與分別配設於各行之讀取用配線連接，蓄積於光電二極體內之電荷係藉由使開關電路成為導通狀態而流出於讀取用配線。電荷通過讀取用配線到達積分電 路，且在積分電路中轉換成電壓信號。用以控制各像素之開關電路之導通狀態之控制端子(例如閘極端子)係與分別配設於各列之列選擇用配線連接。且，藉由將來自移位暫存器之信號經由列選擇用配線賦予各開關電路之控制端子，而分別於各列進行來自各像素之電荷之讀取。
在具備此種構成之固體攝像裝置中，除受光部外，光亦入射於受光部周圍之區域。又，例如固體攝像裝置係作為X射線攝像裝置被使用之情形時，即使由閃爍器覆蓋受光部周圍之區域，透射閃爍器之X射線及來自閃爍器之閃爍光亦入射於受光部周圍之區域。藉此，於受光部周圍之區域產生無用電荷(載子)。尤其，因與受光部並排配置之移位暫存器具有某程度之面積，故在形成有移位暫存器之區域中產生較多之無用載子。
若移位暫存器中產生之無用載子流入於受光部，則會導致雜訊與來自鄰接於移位暫存器之像素之輸出重疊。為迴避此種現象，可考慮在移位暫存器與受光部間之區域內，配置用以吸收無用載子之光電二極體(虛設光電二極體)，且使該虛設光電二極體與基準電位線(接地配線)短路。
然而，該方式具有如下課題。通常，在於受光部彼此鄰接之像素間，存在由該等光電二極體間產生之耦合電容等所引起之串擾。又，於各像素中，於經由開關電路彼此連結之光電二極體與列選擇用配線之間存在寄生電容，該寄生電容亦對串擾產生影響。然而，因上述虛設光電二極體中未設置開關電路，故不產生此種寄生電容。因此，就鄰接於虛設光電二極體之像素而言，與其他像素比較，串擾程度不同，來自鄰接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小與其他像素不同。
本發明係鑑於此種問題點而完成者，目的在於提供一種可使鄰 接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小接近其他像素之固體攝像裝置。
為解決上述課題，本發明之固體攝像裝置其特徵在於具備：受光部，其具有各自包含第1光電二極體、及一端與該第1光電二極體連接之第1開關電路，且二維排列成M列N行(M、N為2以上之整數)之M×N個像素；N條讀取用配線，其係分別配設於各行，且與包含於對應之行之像素之第1開關電路之另一端連接；讀取電路部，其係與N條讀取用配線連接；移位暫存器，其係相對於受光部沿列方向並排配置，且分別於各列控制第1開關電路之開閉狀態；M個虛設光電二極體，其係於移位暫存器與受光部之間之區域中分別配置於各列；M個第2開關電路，其各者之一端與M個虛設光電二極體連接；及電荷排出用配線，其係與M個第2開關電路之另一端連接，且與基準電位線短路。
於該固體攝像裝置中，於移位暫存器與受光部間之區域內，M個虛設光電二極體係分別配置於各列。移位暫存器中產生之無用載子係由該虛設光電二極體吸收。藉此，可有效地防止由移位暫存器中產生之無用載子所引起之雜訊與來自受光部之像素之輸出重疊。
又，於該固體攝像裝置中，虛設光電二極體與電荷排出用配線係經由第2開關電路連接，在第2開關電路成為導通狀態時，無用載子自虛設光電二極體經由電荷排出用配線排出於基準電位線。如此，在上述固體攝像裝置中，與受光部內之各像素之第1開關電路相同，亦於虛設光電二極體設置有第2開關電路。因此，根據上述固體攝像裝置，可使鄰接於虛設光電二極體之像素之串擾之大小接近於其他像素之串擾之大小，且可使來自鄰接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小接近於其他像素。
根據本發明之固體攝像裝置，可使鄰接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小接近於其他像素。
1A‧‧‧固体撮像装置
12‧‧‧基板
20‧‧‧受光部
21‧‧‧電晶體
22‧‧‧光電二極體
30‧‧‧無用載子捕獲部
40‧‧‧讀取電路部
42‧‧‧積分電路
42a‧‧‧放大器
42b‧‧‧電容元件
42c‧‧‧放電用開關
44‧‧‧保持電路
44a‧‧‧輸入用開關
44b‧‧‧輸出用開關
44c‧‧‧電容元件
45‧‧‧保持用配線
46‧‧‧重設用配線
48‧‧‧電壓輸出用配線
60‧‧‧垂直移位暫存器
61‧‧‧水平移位暫存器
81‧‧‧光電二極體(虛設光電二極體)
DA1~DAM‧‧‧載子捕獲區域
DB1~DBN+1‧‧‧載子捕獲區域
GND‧‧‧基準電位線
Hd‧‧‧保持控制信號
HS1~HSN‧‧‧行選擇控制信號
LA‧‧‧邊界線(接縫)
LB‧‧‧邊界線(接縫)
P1,1~PM,N‧‧‧像素
Q1~QM‧‧‧列選擇用配線
Qd‧‧‧列選擇用配線
R1~RN‧‧‧讀取用配線
Rd‧‧‧電荷排出用配線
RE‧‧‧重設控制信號
t10~t23‧‧‧時刻
U1~UN‧‧‧行選擇用配線
VS1~VSM‧‧‧列選擇控制信號
VSd‧‧‧列選擇控制信號
X‧‧‧軸方向
Y‧‧‧軸方向
Z‧‧‧軸方向
圖1係顯示固體攝像裝置之俯視圖。
圖2係放大固體攝像裝置之一部分之俯視圖。
圖3係顯示固體攝像裝置之內部構成之圖。
圖4係顯示像素、積分電路、及保持電路、以及載子捕獲區域之詳細電路構成例之圖。
圖5(a)-(i)係各信號之時序圖。
圖6係顯示在移位暫存器與受光部間之區域配置有用以吸收無用載子之虛設光電二極體之例之俯視圖。
圖7(a)係受光部之俯視圖，且係顯示繼續曝光之邊界線之一例之圖，(b)係顯示載子捕獲部附近之繼續曝光之邊界線之一例之圖。
圖8(a)係受光部之俯視圖，且係顯示繼續曝光之邊界線之其他例之圖，(b)係顯示載子捕獲部附近之繼續曝光之邊界線之其他例之圖。
圖9係概略性顯示將2片玻璃基板並排配置之例之俯視圖。
以下，一面參照附加圖式一面詳細說明本發明之固體攝像裝置之實施形態。另，於圖式之說明中，對相同要件標註相同符號，省略重複說明。
本實施形態之固體攝像裝置係用於例如醫療用X射線攝像系統。圖1及圖2係顯示本實施形態之固體攝像裝置1A之構成之圖。圖1係顯示固體攝像裝置1A之俯視圖，圖2係放大固體攝像裝置1A之一部分之俯視圖。另，於圖1及圖2中，為便於理解而合併顯示有XYZ正交座標 系。
如圖1所示，固體攝像裝置1A係具備受光部20、無用載子捕獲部30、讀取電路部40、及垂直移位暫存器60。受光部20、無用載子捕獲部30、讀取電路部40、及垂直移位暫存器60係製作於基板12之主表面上。垂直移位暫存器60係相對於受光部20於X軸方向並排配置。無用載子捕獲部30之一部分係配置於受光部20與垂直移位暫存器60之間之區域，無用載子捕獲部30之剩餘部分係相對於受光部20於Y軸方向並排配置，且位於受光部20與讀取電路部40之間之區域。
讀取電路部40包含與受光部20之複數行各者對應設置之複數個積分電路，該等複數個積分電路分別產生與自對應之行之像素輸出之電荷之量相應之電壓值。讀取電路部40保持自各積分電路輸出之電壓值，且逐次輸出該保持之電壓值。
受光部20係藉由將複數個像素P1,1~PM,N遍及M列及N行(M，N為2以上之整數)二維排列而構成。圖2中代表複數個像素P1,1~PM,N，顯示有4個像素Pm,N-1、Pm,N、Pm+1,N-1、及Pm+1,N。例如，像素Pm,N係位於第m列第N行(m為1以上M以下之整數)之像素。在圖1及圖2中，行方向與Y軸方向一致，列方向與X軸方向一致。
包含於受光部20之像素P1,1~PM,N各者係具備電晶體21及光電二極體22。像素P1,1~PM,N各者具有之電晶體21係本實施形態之第1開關電路。電晶體21較好係由電場效應電晶體(FET)構成，亦可由雙極電晶體構成。以下，對電晶體21為FET者進行說明。該情形時，控制端子意指閘極。電晶體21為雙極電晶體之情形時，控制端子意指基極。
又，像素P1,1~PM,N各者具有之光電二極體22為本實施形態之第1光電二極體。光電二極體22係由包含pn接合或pin接合之半導體區域構成，產生與入射光強度相應之量之電荷，且將該產生之電荷蓄積於接合電容部。電晶體21之一端(例如源極區域)係與光電二極體22電性 連接。另，於受光部20上設置有未圖示之閃爍器。閃爍器係根據入射之X射線產生閃爍光，而將X射線影像轉換成光學影像，並對光電二極體22輸出該光學影像。
固體攝像裝置1A進而具備分別配設於各列之複數條列選擇用配線Q1~QM(圖2中代表顯示Qm及Qm+1)、及分別配設於各行之複數條讀取用配線R1~RN(圖2中代表顯示RN及RN-1)。
第m列之列選擇用配線Qm係將用以控制對應之列之像素Pm,1~PM,N所含之電晶體21之開閉狀態之控制端子(例如閘極端子)、與分別於各列控制電晶體21之開閉狀態之垂直移位暫存器60彼此電性連接。又，第n行(n為1以上N以下之整數)之讀取用配線Rn係與對應之行之像素P1,n~PM,n所含之電晶體21之另一端(例如汲極區域)電性連接。複數條列選擇用配線Q1~QM、及複數條讀取用配線R1~RN係包含例如金屬。
無用載子捕獲部30具有M個載子捕獲區域DA1~DAM。載子捕獲區域DA1~DAM係在受光部20與垂直移位暫存器60之間之區域內，分別配置於各列。另，於圖2中，代表載子捕獲區域DA1~DAM，顯示有2個載子捕獲區域DAm及DAm+1。例如，載子捕獲區域DAm係位於第m列之載子捕獲區域。M個載子捕獲區域DA1~DAM各者係與上述之像素P1,1~PM,N相同，具備電晶體21及光電二極體22。
另，載子捕獲區域DA1~DAM各者具有之M個電晶體21係本實施形態之第2開關電路。又，載子捕獲區域DA1~DAM各者具有之M個光電二極體22為本實施形態之虛設光電二極體，係由包含pn接合或pin接合之半導體區域構成，且在受光部20與垂直移位暫存器60之間之區域內分別配置於各列。電晶體21之一端(例如源極區域)係與光電二極體22電性連接。
用以控制載子捕獲區域DAm所含之電晶體21之開閉狀態之控制端子(例如閘極端子)係與對應之列之列選擇用配線Qm電性連接。又，固 體攝像裝置1A係進而具備電荷排出用配線Rd。電荷排出用配線Rd係與載子捕獲區域DA1~DAM所含之電晶體21之另一端(例如汲極區域)電性連接。電荷排出用配線Rd包含金屬。另，載子捕獲區域DA1~DAM未被遮光，與通常之像素P1,1~PM,N相同，對載子捕獲區域DA1~DAM入射光。但，亦可將載子捕獲區域DA1~DAM之一部分或全部遮光。
無用載子捕獲部30進而具有分別配置於各行之(N+1)個載子捕獲區域DB1~DBN+1。載子捕獲區域DB1~DBN+1之構成係與上述之像素P1,1~PM,N相同。即，載子捕獲區域DB1~DBN+1各者具備電晶體21及光電二極體22。
電晶體21之一端(例如源極區域)係與光電二極體22電性連接。包含於載子捕獲區域DB1~DBN+1之電晶體21之控制端子係與下述之列選擇用配線Qd電性連接。又，包含於載子捕獲區域DB1~DBN之電晶體21之另一端(例如汲極區域)係與各行之讀取用配線R1~RN電性連接。另，包含於第(N+1)行之載子捕獲區域DBN+1之電晶體21之另一端係與電荷排出用配線Rd電性連接。
繼而，對固體攝像裝置1A之電路構成進行詳細說明。圖3係顯示固體攝像裝置1A之內部構成之圖。如上所述，受光部20係將M×N個像素P1,1~PM,N二維排列成M列N行而形成。又，無用載子捕獲部30包含M個載子捕獲區域DA1~DAM、及(N+1)個載子捕獲區域DB1~DBN+1。與第m列之N個像素Pm,1~Pm,N及載子捕獲區域DAm連接之第m列選擇用配線Qm係連接於垂直移位暫存器60。又，連接於載子捕獲區域DB1~DBN+1之列選擇用配線Qd亦連接於垂直移位暫存器60。
讀取電路部40係用以逐次輸出與經由讀取用配線R1~RN分別輸出至各行之電荷量相應之電性信號之電路。讀取電路部40具有分別設置於各行之N個積分電路42、與N個保持電路44。積分電路42及保持電路44係分別於各行彼此串聯連接。N個積分電路42具有彼此共通之構 成。又，N個保持電路44具有彼此共通之構成。
N個積分電路42各者具有分別與讀取用配線R1~RN連接之輸入端，蓄積自讀取用配線R1~RN輸入之電荷，且自輸出端對N個保持電路44各者輸出與該蓄積電荷量相應之電壓值。但，未於電荷排出用配線Rd設置積分電路，電荷排出用配線Rd係與基準電位線(本實施形態中與接地電位連接之電位線)GND短路。因此，通過電荷排出用配線Rd之電荷係排出至基準電位線GND。如此，自載子捕獲區域DA1~DAM之各虛設光電二極體22輸出之信號係與輸入於讀取電路部40之自像素P1,1~PM,N之光電二極體22輸出之信號不同，不自固體攝像裝置1A輸出。
N個積分電路42各者係與相對於N個積分電路42共通設置之重設用配線46連接。N個保持電路44各者具有與積分電路42之輸出端連接之輸入端，保持輸入至該輸入端之電壓值，並自輸出端對電壓輸出用配線48輸出該保持之電壓值。N個保持電路44各者係與相對於N個保持電路44共通設置之保持用配線45連接。又，N個保持電路44各者係經由第1行選擇用配線U1~第N行選擇用配線UN各者而與水平移位暫存器61連接。
垂直移位暫存器60係將第m列選擇控制信號VSm經由第m列選擇用配線Qm分別提供至第m列之N個像素Pm,1~Pm,N。此外，垂直移位暫存器60係將列選擇控制信號VSd經由列選擇用配線Qd提供至(N+1)個載子捕獲區域DB1~DBN+1。在垂直移位暫存器60中，將列選擇控制信號VSd、VS1~VSM依序設為有意值。
又，水平移位暫存器61將行選擇控制信號HS1~HSN經由行選擇用配線U1~UN分別提供至N個保持電路44。將行選擇控制信號HS1~HSN依序設為有意值。又，對N個積分電路42各者，經由重設用配線46提供重設控制信號RE。對N個保持電路44各者，經由保持用配線45提供 保持控制信號Hd。
圖4係顯示像素Pm,n、積分電路42、及保持電路44、以及載子捕獲區域DAm之詳細電路構成例之圖。此處，代表M×N個像素P1,1~PM,N顯示第m列第n行之像素Pm,n之電路圖，代表M個載子捕獲區域DA1~DAM顯示第m列之載子捕獲區域DAm之電路圖。
如圖4所示，像素Pm,n之光電二極體22之陽極端子接地，陰極端子經由電晶體21而與讀取用配線Rn連接。同樣，載子捕獲區域DAm之光電二極體22之陽極端子接地，陰極端子經由電晶體21而與電荷排出用配線Rd連接。對像素Pm,n及載子捕獲區域DAm之電晶體21，自垂直移位暫存器60經由第m列選擇用配線Qm提供第m列選擇控制信號VSm。第m列選擇控制信號VSm係指示第m列之N個像素Pm,1~Pm,N及載子捕獲區域DAm所包含之電晶體21之開閉動作。
例如，第m列選擇控制信號VSm為非有意值(電晶體21之控制端子之斷開電壓)時，電晶體21成為非導通狀態。此時，光電二極體22中產生之電荷不輸出於讀取用配線Rn(或電荷排出用配線Rd)而蓄積於光電二極體22之接合電容部。另一方面，在第m列選擇控制信號VSm為有意值(電晶體21之控制端子之導通電壓)時，電晶體21成為連接狀態。此時，蓄積於光電二極體22之接合電容部之電荷經由電晶體21輸出於讀取用配線Rn(或電荷排出用配線Rd)。自像素Pm,n之光電二極體22輸出之電荷係通過讀取用配線Rn傳送於積分電路42。另一方面，自載子捕獲區域DAm之光電二極體22輸出之電荷係通過電荷排出用配線Rd傳送於基準電位線GND。
積分電路42具備包含放大器42a、電容元件42b、及放電用開關42c之所謂電荷積分型之構成。電容元件42b及放電用開關42c係彼此並聯連接，且連接於放大器42a之輸入端子與輸出端子之間。放大器42a之輸入端子係與讀取用配線Rn連接。於放電用開關42c，係經由重 設用配線46提供重設控制信號RE。
重設控制信號RE係指示N個積分電路42各者之放電用開關42c之開閉動作。例如，在重設控制信號RE為非有意值(例如高位準)時，放電用開關42c關閉，使電容元件42b放電，積分電路42之輸出電壓值初始化。又，在重設控制信號RE為有意值(例如低位準)時，放電用開關42c開啟，使輸入至積分電路42之電荷蓄積於電容元件42b，且自積分電路42輸出與該蓄積電荷量相應之電壓值。
保持電路44係包含輸入用開關44a、輸出用開關44b及電容元件44c。電容元件44c之一端係接地。電容元件44c之另一端係經由輸入用開關44a而與積分電路42之輸出端連接，且經由輸出用開關44b而與電壓輸出用配線48連接。於輸入用開關44a，係經由保持用配線45賦予保持控制信號Hd。保持控制信號Hd係指示N個保持電路44各者之輸入用開關44a之開閉動作。於保持電路44之輸出用開關44b，係經由第n行選擇用配線Un賦予第n行選擇控制信號HSn。選擇控制信號HSn係指示保持電路44之輸出用開關44b之開閉動作。
例如，若保持控制信號Hd自高位準轉為低位準，則輸入用開關44a自關閉狀態轉為開啟狀態，此時輸入至保持電路44之電壓值保持於電容元件44c。又，若第n行選擇控制信號HSn自低位準轉為高位準，則輸出用開關44b關閉，保持於電容元件44c之電壓值輸出至電壓輸出用配線48。
圖5係各信號之時序圖。圖5中，自上而下依序分別顯示有(a)重設控制信號RE、(b)列選擇控制信號VSd、(c)第1列選擇控制信號VS1、(d)第2列選擇控制信號VS2、(e)第3列選擇控制信號VS3、(f)第4列選擇控制信號VS4、(g)第M列選擇控制信號VSM、(h)保持控制信號Hd、及(i)第1行選擇控制信號HS1~第N行選擇控制信號HSN。
首先，自時刻t10至時刻t11之期間，將重設控制信號RE設為高位 準。藉此，於N個積分電路42各者中，放電用開關42c成為關閉狀態，電容元件42b放電。
在較時刻t11更靠後之時刻t12至時刻t13之期間內，垂直移位暫存器60將列選擇控制信號VSd設為高位準。藉此，在載子捕獲區域DB1~DBN+1中，電晶體21成為連接狀態，載子捕獲區域DB1~DBN+1各者之光電二極體22所蓄積之電荷係通過讀取用配線R1~RN輸出至積分電路42，且蓄積於電容元件42b。其後，在較時刻t13更靠後之時刻t14至時刻t15之期間內，將重設控制信號RE設為高位準。藉此，在N個積分電路42各者中，放電用開關42c成為關閉狀態，放出蓄積於電容元件42b之電荷。
繼而，在較時刻t15更靠後之時刻t16至時刻t17之期間內，將第1列選擇控制信號VS1設為高位準。藉此，第1列之像素P1,1~P1,N及載子捕獲區域DA1中電晶體21成為連接狀態。像素P1,1~P1,N各者之光電二極體22中蓄積之電荷通過讀取用配線R1~RN輸出至積分電路42，蓄積於電容元件42b。自積分電路42，輸出與電容元件42b所蓄積之電荷量相應大小之電壓值。另一方面，蓄積於載子捕獲區域DA1之光電二極體22之電荷通過電荷排出用配線Rd放出於基準電位線GND。
繼而，在較時刻t17更靠後之時刻t18至時刻t19之期間內，將保持控制信號Hd設為高位準，藉此，於N個保持電路44之各者中輸入用開關44a成為連接狀態，自積分電路42輸出之電壓值係由電容元件44c保持。
繼而，在較時刻t19更靠後之時刻t20至時刻t21之期間內，水平移位暫存器61依序將第1行選擇控制信號HS1~第N行選擇控制信號HSN設為高位準。藉此，N個保持電路44之輸出用開關44b依序成為關閉狀態，電容元件44c所保持之電壓值逐次輸出於電壓輸出用配線48。又，其間，將重設控制信號RE設為高位準，將積分電路42之電容元 件42b放電。
繼而，在較時刻t21更靠後之時刻t22至時刻t23之期間內，垂直移位暫存器60將第2列選擇控制信號VS2設為高位準。藉此，在第2列之像素P2,1~P2,N及載子捕獲區域DA2中，電晶體21成為連接狀態。像素P2,1~P2,N各者之光電二極體22所蓄積之電荷係通過讀取用配線R1~RN輸出至積分電路42，且蓄積於電容元件42b。另一方面，載子捕獲區域DA2之光電二極體22所蓄積之電荷係通過電荷排出用配線Rd放出於基準電位線GND。
此後，藉由與第1列相同之動作，將與蓄積於電容元件42b之電荷量相應之大小之電壓值自N個保持電路44逐次輸出於電壓輸出用配線48。且，對蓄積於第3列至第M列之像素之電荷，亦藉由與第1列相同之動作轉換成電壓值，且逐次輸出於電壓輸出用配線48。如此，來自受光部20之一個攝像訊框量之圖像資料之讀取完成。
對以上所說明之本實施形態之固體攝像裝置1A發揮之效果進行說明。於本實施形態之固體攝像裝置1A中，除受光部20外，光亦入射於受光部20周圍之區域。又，固體攝像裝置1A係作為X射線攝像裝置被使用，即使由閃爍器覆蓋受光部20周圍之區域，透射閃爍器之X射線及來自閃爍器之閃爍光亦入射於受光部20周圍之區域。藉此，於受光部20周圍之區域產生無用電荷(無用載子)。尤其，因與受光部20並排配置之垂直移位暫存器60具有某程度之面積，故在形成有垂直移位暫存器60之區域中產生較多之無用載子。
若垂直移位暫存器60中產生之無用載子流入於受光部20，則會導致雜訊與來自鄰接於垂直移位暫存器60之像素P1,N~PM,N之輸出重疊。圖6係顯示為迴避此種現象，在垂直移位暫存器60與受光部20間之區域內，配置有用以吸收無用載子之光電二極體(虛設光電二極體)81之例之俯視圖。該虛設光電二極體81係遍及複數列而形成，且 係自第1列至第M列連續形成(即於行方向連結)。藉由使該虛設光電二極體81與基準電位線(接地配線)GND短路，垂直移位暫存器60中產生之無用載子放出於基準電位線GND，而可防止流入於受光部20。
然而，該方式存在如下課題。通常，於受光部20中彼此鄰接之像素間，存在由產生於該等光電二極體22間之耦合電容等引起之串擾。又，於各像素中，經由電晶體21彼此連結之光電二極體22與列選擇用配線Qm之間存在寄生電容，該寄生電容亦對串擾產生影響。然而，因上述虛設光電二極體81中未設置電晶體，故不產生此種寄生電容。因此，就鄰接於虛設光電二極體81之像素P1,N~PM,N而言，與其他像素比較，串擾程度不同，來自鄰接於虛設光電二極體81之像素P1,N~PM,N之輸出特性或雜訊之大小與其他像素不同。
鑑於此種課題，於本實施形態之固體攝像裝置1A中，垂直移位暫存器60與受光部20之間之載子捕獲區域DA1~DAM內，M個光電二極體(虛設光電二極體)22係分別配置於各列。垂直移位暫存器60中產生之無用載子係由該等光電二極體22吸收。藉此，可有效防止垂直移位暫存器60中產生之無用載子所引起之雜訊與來自受光部20之像素之輸出重疊。
又，在該固體攝像裝置1A中，載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22與電荷排出用配線Rd經由電晶體21連接，在電晶體21成為導通狀態時，無用載子自光電二極體22經由電荷排出用配線Rd排出於基準電位線GND。如此，在固體攝像裝置1A中，與受光部20內之各像素P1,1~PM,N相同，亦於載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22設置有電晶體21。又，因於各列之載子捕獲區域DA1~DAM分別設置有光電二極體22，故鄰接於行方向之載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22彼此分開。
因此，根據本實施形態之固體攝像裝置1A，因可使鄰接於載子 捕獲區域DA1~DAM之像素P1,N~PM,N之串擾之大小接近於其他像素之串擾之大小，故可使來自像素P1,N~PM,N之輸出特性或雜訊之大小接近於其他像素。又，於載子捕獲區域DA1~DAM未被遮光或僅一部分被遮光之情形時，因與其他像素P1,1~PM,N相同，光亦入射於載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22且產生載子，故亦可使載子之蓄積量接近於其他像素。
又，如本實施形態，垂直移位暫存器60與受光部20亦可形成於共通之基板12上。此種情形時，雖然垂直移位暫存器60中產生之無用載子容易流入於受光部20，但根據本實施形態之固體攝像裝置1A，可有效防止無用載子流入於受光部20。
又，如本實施形態，載子捕獲區域DA1~DAM之電晶體21之各控制端子較佳為連接於與各像素P1,1~PM,N之電晶體21之各控制端子共通之列選擇用配線Q1~QM。藉此，可使載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22與列選擇用配線Q1~QM之間之寄生電容值接近於各像素P1,1~PM,N之光電二極體22與列選擇用配線Q1~QM之間之寄生電容值。因此，可使鄰接於載子捕獲區域DA1~DAM之像素P1,N~PM,N之串擾之大小更接近於其他像素之串擾之大小。
此處，對本實施形態之固體攝像裝置1A之製造步驟中的曝光方法進行說明。在製造固體攝像裝置1A時，使用包含特定圖案之光罩且藉由光微影技術製作多個像素P1,1~PM,N及載子捕獲區域DA1~DAM、DB1~DBN+1。此時，因各像素P1,1~PM,N具有彼此共通之構成，故進行一面移動包含特定圖案之光罩之位置一面進行複數次曝光之所謂之繼續曝光。
圖7(a)係受光部20之俯視圖，顯示有繼續曝光之邊界線(接縫)LA之一例。在圖7(a)所示之例中，將通過矩形狀之光電二極體22之中心之線設為邊界線LA、LB。該情形時，如圖7(b)所示，載子捕獲區域 DA1~DAM、DB1~DBN+1之光電二極體22之大小與像素P1,1~PM,N之光電二極體22之大小大致相等。
又，圖8(a)係受光部20之俯視圖，顯示有繼續曝光之邊界線LA之其他例。在圖8(a)所示之例中，行方向之邊界線LA相對於矩形狀之光電二極體22之中心靠近左側(即，自載子捕獲區域DA1~DAM離開之側)，又，列方向之邊界線LB相對於矩形狀之光電二極體22之中心靠近上側(即，自載子捕獲區域DB1~DBN離開之側)。該情形時，如圖8(b)所示，可使載子捕獲區域DA1~DAM、DB1~DBN+1之光電二極體22之大小比像素P1,1~PM,N之光電二極體22之大小要小。
具體而言，可使列方向之載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22之寬度比該方向之像素P1,1~PM,N之光電二極體22之寬度要短。又，可使行方向之載子捕獲區域DB1~DBN之光電二極體22之寬度比該方向之像素P1,1~PM,N之光電二極體22之寬度要短。因此，可縮小受光部20之周圍所必需之區域。
如上所述，縮小載子捕獲區域DA1~DAM、DB1~DBN+1之光電二極體22具有如下優點。圖9係概略性顯示並排配置有2片玻璃基板12之例之俯視圖。於該等玻璃基板12上，形成有受光部20之像素P1,1~PM,N、載子捕獲區域DA1~DAM及DB1~DBN+1。在欲使固體攝像裝置整體中之受光部之面積更大時，如此並排配置複數片玻璃基板12者較為有效。
此時，若將2片玻璃基板12上之像素P1,1~PM,N、載子捕獲區域DA1~DAM及DB1~DBN之配置設為相同，則可使零件共通化且將製造成本抑制得較低。然而，該情形時，載子捕獲區域DA1~DAM位於2個受光部20之間，該區域成為無法獲取圖像之不感應區域(無電壓區域)。此種情形時，藉由使列方向之載子捕獲區域DA1~DAM之光電二極體22之寬度短於該方向之像素P1,1~PM,N之光電二極體22之寬度，可縮小上述不感應區域。
又，若參照圖8(a)，則於通常之像素Pm+1,n中，於接近Pm+1,n+1側形成有電晶體。又，像素Pm+1,n之接縫(邊界線LA)係存在於接近像素Pm+1,n-1側。即，相對於像素Pm+1,n之中心，於像素之一側存在電晶體，於另一側存在接縫(邊界線LA)，且列方向中接縫與電晶體之距離變大。如此，因可使接縫與電晶體物理性分離，故可減少製造不良。
本發明之固體攝像裝置並非限定於上述之實施形態者，可進行其他多種變化。例如，上述實施形態所示之受光部亦可具備於玻璃基板上成膜非晶矽或多晶矽之構成。該情形時，電晶體21係藉由薄膜電晶體較好地實現。或，受光部亦可製作於單晶矽基板上。
又，雖然於上述實施形態中，對不於各像素具有放大電路，且分別於各行之讀取用配線設置有積分電路之所謂被動式像素感測器(PPS：Passive Pixel Sensor)應用本發明，但本發明亦可應用於於各像素具有放大電路之所謂主動式像素感測器(APS：Active Pixel Sensor)。
又，於上述實施形態中，雖顯示相對於受光部排列於行方向且設置有載子捕獲區域DB1~DBN+1之例，但亦可省略載子捕獲區域DB1~DBN+1。
於上述實施形態之固體攝像裝置中，使用具備如下者之構成：受光部，其具有各自包含第1光電二極體、及一端與該第1光電二極體連接之第1開關電路，且二維排列成M列N行(M、N為2以上之整數)之M×N個像素；N條讀取用配線，其係分別配設於各行，且與包含於對應之行之像素之第1開關電路之另一端連接；N個積分電路，其分別輸出與經由N條讀取用配線輸入之電荷量相應之電壓值；移位暫存器，其係相對於受光部沿列方向並排配置，且分別於各列控制第1開關電路之開閉狀態；M個虛設光電二極體，其係於移位暫存器與受光部之間之區域中分別配置於各列；M個第2開關電路，其各者之一端 與M個虛設光電二極體連接；及電荷排出用配線，其係與M個第2開關電路之另一端連接，且與基準電位線短路。
又，固體攝像裝置亦可採用列方向之虛設光電二極體之寬度短於該方向之第1光電二極體之寬度之構成。在上述固體攝像裝置中，虛設光電二極體之大小亦可不必與第1光電二極體相等。因此，藉由如此使虛設光電二極體之寬度短於第1光電二極體之寬度，可縮小受光部之周圍之區域，且縮小例如並排配置複數個固體攝像裝置時產生於固體攝像裝置間之不感應區域。
又，固體攝像裝置亦可採用將移位暫存器與受光部形成於共通之基板上之構成。此種情形時，雖然位於暫存器中產生之無用載子容易流入於受光部，但根據上述固體攝像裝置，可有效地防止無用載子流入於受光部。
又，固體攝像裝置亦可採用如下構成：進而具備M條列選擇用配線，其係為使用以控制開閉狀態之第1及第2開關電路之各控制端子與移位暫存器彼此電性連接而分別配設於各列。如此，藉由將列選擇用配線相對於第1及第2開關電路共通設置，可使鄰接於虛設光電二極體之像素之串擾之大小更接近於其他像素之串擾之大小。
[產業上之可利用性]
本發明係可利用作為可使鄰接於虛設光電二極體之像素之輸出特性或雜訊之大小接近於其他像素之固體攝像裝置。
20‧‧‧受光部
30‧‧‧無用載子捕獲部
40‧‧‧讀取電路部
42‧‧‧積分電路
44‧‧‧保持電路
45‧‧‧保持用配線
46‧‧‧重設用配線
48‧‧‧電壓輸出用配線
60‧‧‧垂直移位暫存器
61‧‧‧水平移位暫存器
DA1~DAM‧‧‧載子捕獲區域
DB1~DBN+1‧‧‧載子捕獲區域
GND‧‧‧基準電位線
Hd‧‧‧保持控制信號
HS1~HSN‧‧‧行選擇控制信號
P1,1~PM,N‧‧‧像素
Q1~QM‧‧‧列選擇用配線
RE‧‧‧重設控制信號
R1~RN‧‧‧讀取用配線
Rd‧‧‧電荷排出用配線
U1~UN‧‧‧行選擇用配線
VS1~VSM‧‧‧列選擇控制信號
VSd‧‧‧列選擇控制信號

Claims (5)

  1. 一種固體攝像裝置，其特徵在於包含：受光部，其具有各自包含第1光電二極體、及一端與該第1光電二極體連接之第1開關電路，且二維排列成M列N行(M、N為2以上之整數)之M×N個像素；N條讀取用配線，其係分別配設於各行，且與包含於對應之行之上述像素之上述第1開關電路之另一端連接；讀取電路部，其係與上述N條讀取用配線連接；移位暫存器，其係相對於上述受光部沿列方向並排配置，且分別就各列控制上述第1開關電路之開閉狀態；複數個虛設光電二極體，其係配置於上述移位暫存器與上述受光部之間之區域；複數個第2開關電路，其各者之一端與上述複數個虛設光電二極體連接；及電荷排出用配線，其係與上述複數個第2開關電路之另一端連接且與基準電位線短路。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中列方向之上述虛設光電二極體之寬度短於該方向之上述第1光電二極體之寬度。
  3. 如請求項1或2之固體攝像裝置，其中上述移位暫存器與上述受光部形成於共通之基板上。
  4. 如請求項1或2之固體攝像裝置，其進而包含：M條列選擇用配線，其係為將用以控制開閉狀態之上述第1及第2開關電路之各控制端子與上述移位暫存器彼此電性連接而分別配設於各列。
  5. 如請求項3之固體攝像裝置，其進而包含：M條列選擇用配線，其係為將用以控制開閉狀態之上述第1及第2開關電路之各控制端子與上述移位暫存器彼此電性連接而分別配設於各列。
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