[發明專利]XY地址型固體攝象裝置

有效

• 申請號: 02102724.2
• 申請日: 2002-01-24
• 公開（公告）號: CN1383320A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發明（設計）人: 鵜戶真也;國分政利;土屋主稅;山本克義
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H01L27/146
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 杜日新

技術領域

本發明涉及一種由半導體元件構成的固體攝象裝置，特別是，涉及用CMOS工藝制造的XY地址型固體攝象裝置。

背景技術

近年來，固體攝象裝置裝入數字靜象攝象機、數字攝象機、或移動電話機等種種產品內并且現在已經可以大量使用。固體攝象裝置重要區別有由電荷轉移型圖象傳感器構成的CCD(Charge?CoupledDevice：電荷耦合元件)固體攝象裝置，和例如用CMOS(互補型金屬氧化物半導體)構成圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置。使用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置(以下，適宜簡稱為CMOS圖象傳感器)，可用與MOSFET的制造工藝相同的技術進行制造，并且用單一電源驅動消耗電力也小，而且在同一芯片上可以搭載各種信號處理電路，有望看作CCD固體攝象裝置的替代品。

用圖6說明使用該CMOS圖象傳感器的現有XY地址型固體攝象裝置。圖6表示現有XY地址型圖象傳感器的一個象素部分的電路例子。圖6中示出的CMOS圖象傳感器，在各個象素上，例如具有搭載源極跟隨放大器404的APS(Active?Pixel?Sensor：有源象素傳感器)的結構。光電二極管400的陰極一側連接著源極跟隨放大器404的柵電極和MOS型的復位晶體管402。并且，源極跟隨放大器404通過水平選擇晶體管406連接垂直選擇線408。

簡單地說明該現有CMOS圖象傳感器的工作。首先，以規定的定時給復位晶體管402的柵電極施加復位信號RST，使復位晶體管402變成接通。因此，光電二極管400充電到復位電位VR。接著與光入射同時，光電二極管400開始放電并自復位電位VR降低電位。積分期間中，入射的光進行光電變換并產生電子-孔穴對。電子存儲在變成了浮置狀態的光電二極管上，孔穴由接地偏置的半導體襯底吸收。假定信號電荷為Qsig，信號電子引起的源極跟隨放大器404的電位變化ΔVPD，由ΔVPD＝Qsig/Cs提供。規定時間經過后，一旦水平選擇信號RWn輸入到水平選擇晶體管406的柵電極使水平選擇晶體管406變成接通，源極跟隨放大器404的電壓就作為信號電壓，通過垂直選擇線408被取出。

可是，搭載電荷存儲電容的光電二極管400和源極跟隨放大器404的上述現有APS結構中，由于閾值電壓VT的偏差等原因，存在發生信號電壓DC電平變動的固定形噪聲(Fixed?Pattern?Noise：FPN)使圖象劣化的問題。為了降低噪聲而采用了相關二次取樣電路(Correlated?Double?Sampling：CDS)。首先，用相關二次取樣電路對信號電壓取樣后，使光電二極管400復原到復位電位VR。其次，用相關二次取樣電路進行取樣，求出信號電壓與復位電壓之差。由此，使閾值電壓VT的偏差相抵消可降低FPN。

然而，該方法，不是信號存儲(積分)前的復位電壓，而是對信號存儲后的復位電壓取樣并求出其與信號電壓之差，因而重疊于信號電壓上的kTC噪聲(熱噪聲)與重疊于取樣后的復位電壓的kTC噪聲之間完全無關。因此，復位期間中，用CDS電路不能除去由光電二極管400隨機發生的kTC噪聲，跟CCD固體攝象裝置相比，留下S/N比劣化了的問題。

kTC噪聲是在復位晶體管402成為接通狀態，并使光電二極管400復原初始電位時發生，用vkTC＝(kT/C)^1/2表示的隨機噪聲。在這里，T為絕對溫度，C為存儲于光電二極管400里的全部電容。

其次，用圖7說明能夠降低kTC噪聲的CMOS圖象傳感器。圖7中，在光電二極管400的第1靜電容量C1與浮置擴散(FD)區域的第2靜電容量C2之間形成能壘設置轉移用柵FT，并在轉移用柵極FT與由MOSFET構成的水平選擇晶體管406之間連接源極跟隨放大器404。第2靜電容量C2上連接有由用于除去第2靜電容量C2里存儲電荷的MOS型構成的復位晶體管402。源極跟隨放大器404的漏極連接電源VDD，源極連接水平選擇晶體管406。并且，源極跟隨放大器404的柵極連接到第2靜電容量C2。對源極跟隨放大器404的漏極施加復位電位VR。復位晶體管402的源極連接第2靜電容量C2，并應向柵極輸入復位信號RST。