[發明專利]固體攝像裝置和電子設備

有效

• 申請號: 201210491172.4
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103152530B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 石渡宏明
• 申請（專利權）人: 索尼半導體解決方案公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/378
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司11290
• 代理人: 陳桂香,褚海英

相關專利申請

本發明包含與2011年12月7日向日本專利局提交的日本優先權專利申請JP2011-267505中公開的內容相關的主題，該申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及固體攝像裝置和電子設備，特別地，涉及獲得低噪聲和高幀頻的固體攝像裝置和電子設備。

背景技術

近年來，CMOS(補償金屬氧化物半導體)圖像傳感器作為具有攝像功能的手機、數字靜物攝影機、攝像機以及監視攝像機等的攝像裝置的使用與日俱增。CMOS圖像傳感器具有這樣的特點，像素部和外圍電路部形成在同一個半導體基板上。

在像素部，很多個像素以陣列的形式形成。通常來說，在像素中經常使用四晶體管型像素架構(four-transistor-type pixel architecture)，其中包括傳輸晶體管、放大晶體管、選擇晶體管和復位晶體管。

傳輸晶體管將積累在用作光電轉換部的PD(光電二極管)和電荷積累部的電荷傳輸到探測PD中產生的電荷的FD(浮動擴散部)中。放大晶體管放大FD中積累的電荷，并且輸出具有與電荷對應的電平的信號。選擇晶體管選擇用于信號讀取的目標的像素，復位晶體管將積累在FD中的電荷復位。

此外，為了減小像素尺寸，可經常使用三晶體管型像素架構(three-transistor-type pixel architecture)，其中包括傳輸晶體管、放大晶體管和復位晶體管，而不安裝選擇晶體管。

然而，近來，相應于對具有更多像素、更小尺寸等的攝像裝置的需求，安裝在攝像裝置中的像素的尺寸已經變小了。例如，可以采用像素共用結構來減少CMOS圖像傳感器的大小。

在作為共用單元的預定數量的像素中(例如，兩個或者四個像素)，像素共用結構是共同使用FD、放大晶體管、選擇晶體管和復位晶體管的像素架構，并且分別具有PD和傳輸晶體管。例如，通過共同使用FD、放大晶體管、選擇晶體管和復位晶體管的兩個像素形成兩像素共用結構，其中該兩像素分別具有PD和傳輸晶體管。

因此，在沒有使用像素共用結構的情況下，在兩個像素中使用八個晶體管(每個像素四個晶體管)，而使用兩像素共用結構的情況下，兩個像素中使用五個晶體管。換言之，兩像素共用結構的每個像素可只有2.5個晶體管，這能夠減少晶體管占用的面積，從而增加PD的面積。

例如，日本未審專利申請公報No.2009-26984公開了一種固體攝像裝置，其中通過使用像素共用結構，像素之間靈敏度的偏差減少了，同時保持了高的孔徑比。

然而，在日本未審專利申請公報No.2009-26984公開的固體攝像裝置中，為了抑制布置了紅色像素的行中綠色像素與布置了藍色像素的行中綠色像素之間靈敏度的偏差，放大晶體管、選擇晶體管和復位晶體管優選包含在一個像素節距內。因此，像素節距限制了放大晶體管的柵極長度。由于像素尺寸減少，并且放大晶體管的柵極長度設置得變短，放大晶體管的隨機噪聲增加，因此難以實現低噪聲。在這種方式中，可以推測成像性能的劣化。

這里已知，信號與噪聲的S/N比(信號/噪聲比)作為確定CMOS圖像傳感器的圖像質量的特性之一。信號根據攝像裝置的靈敏度以及轉換效率的乘積獲得，而噪聲包括隨機噪聲或者散粒噪聲(shot noise)等。已知，隨機噪聲作為由像素引起的隨機噪聲和由外圍晶體管引起的隨機噪聲。由像素引起的隨機噪聲包括PD中產生的噪聲以及放大晶體管中產生的噪聲。最近，由于嵌入型光電二極管結構已經用作CMOS圖像傳感器，PD中產生的噪聲顯著減少。另一方面，放大晶體管中產生的噪聲傾向于顯著影響隨機噪聲。

此外，已知放大晶體管內產生的一類隨機噪聲1/f與放大晶體管的柵極長度和柵極寬度的乘積成反比。也就是說，為了提高S/N特性，增加放大晶體管的尺寸(柵極長度L×柵極寬度W)是有效的。

日本未審專利申請公報No.2010-165854公開了一種固體攝像裝置，該裝置通過如下的結構來形成，該結構具有通過使用垂直方向上兩個像素以及水平方向上4×n個像素的光電二極管陣列作為一個共用單元的布局，在該共用單元中放大晶體管的尺寸增大了。