像素电路和摄像装置制造方法及图纸

本发明专利技术消除了图像传感器中的浮动扩散层(FD)的暗电流，且提高了将电荷转换成电压的转换效率。本发明专利技术提供了一种像素电路，其包括光电转换部、控制晶体管和电荷累积部。所述光电转换部将沿着光轴入射的光转换成电荷。所述控制晶体管根据输入电压来控制输出电压。所述电荷累积部在所述光轴上的位于所述控制晶体管与所述光电转换部之间的区域中累积电荷，并且将与所累积的电荷量相对应的电压作为所述输入电压而提供至所述控制晶体管。

Pixel circuit and image pickup device

The invention eliminates the dark current of the floating diffusion layer (FD) in the image sensor, and improves the conversion efficiency of converting the charge to the voltage. The invention provides a pixel circuit, which comprises a photoelectric conversion part, a control transistor and a charge accumulation part. The photoelectric conversion unit converts the light incident along the optical axis into an electric charge. The control transistor controls the output voltage according to the input voltage. The charge accumulated in the control of charge accumulation between the transistor and the photoelectric conversion portion in the region of the optical axis, the amount of charge voltage and the accumulated corresponding as the input voltage provided to the control transistor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像素电路和摄像装置
本专利技术涉及像素电路和摄像装置。本专利技术具体涉及用于摄取图像的像素电路和摄像装置。
技术介绍
过去人们已经提出了能够从像素直接输出数字信号的全数字图像传感器(例如，参见专利文献1)。在这些图像传感器中，由光电转换元件产生的电荷被传输至且累积在浮动扩散层(FD：floatingdiffusionlayer)中，并且与该FD所累积的电荷量相对应的信号由源极跟随器电路输出。引用文献列表专利文献专利文献1：日本专利申请特开JP2011-71958A专利文献2：日本专利申请特开JP2009-152234A
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，上述图像传感器需要例如在一帧中读取1000次，并且还具有读取电压增大和读取时间增加的问题。此外，因为每帧的读取次数增多了，所以FD的暗电流也就成比例地增大。结果，FD的暗电流变成像素的暗电流的主要成分。FD的暗电流并不能容易地被减小，因此，即使能够将转换效率设定为600μV/e-，也会降低检出一个光子的精度。如果没有FD，则会提高检出一个光子的精度，并且这种不使用FD的图像传感器的例子例如是单载波(singlecarrier)体电荷调制器件(BCMD：bulkchargemodulateddevice)(例如，参见专利文献2)。然而，在这个BCMD中，为了充分地提高将电荷转换成信号电压的转换效率以便将检出精度维持在一定水平以上，就需要将如下控制晶体管的面积设定为预定面积以下：该控制晶体管根据来自光电转换部的输入电压来控制输出电压，所述光电转换部用于将沿着光轴入射的光转换成电荷。为了充分地提高转换效率，例如就需要将控制晶体管的尺寸设定为0.5微米(μm)×0.5微米(μm)以下。然而，在专利文献2所披露的结构中，控制晶体管的栅极长度在原理上是与电荷累积部和溢出屏障(overflowbarrier)的组合长度相同的。因此，如果为了确保最小饱和电荷量而必需的电荷累积部的长度为0.2微米(μm)且溢出屏障的长度为0.2微米(μm)，那么由于在电荷累积部的两侧都必须有溢出屏障，所以电荷累积部和溢出屏障的组合长度(即，控制晶体管的栅极长度)需要至少为0.6微米(μm)。另外，考虑到源极和漏极的长度需要至少为0.15微米(μm)，所以控制晶体管在栅极长度方向上的长度不能被设定为0.9微米(μm)以下，由此就存在着如下问题：难以将转换效率提高至能够检出一个电子的程度。此外，在专利文献2所披露的结构的情况下，由于该结构的结构限制而难以将电荷累积部的距表面的深度设定为例如0.3微米(μm)以上。因此，难以减少用于形成控制晶体管的沟道部的杂质和用于形成控制晶体管的电荷累积部的杂质的扩散，于是就存在着各杂质的重叠变得非常大的问题，并且如果各杂质的剂量即使轻微地发生改变，那么电位也会发生很大的变化。此外，虽然溢出屏障也用作复位屏障，但是为了既获得复位电压又获得饱和电荷量，就需要将复位屏障形成得具有非常薄的宽度，而且复位屏障易于受到轻掺杂漏极(LDD：lightly-dopeddrain)宽度的变化的影响，所以还存在着如下问题：当LDD宽度发生改变时，电位会发生很大的变化，这导致稳健性(robustness)很差。此外，它们的稳健性随着像素小型化而迅速劣化。因此，控制晶体管的小型化是非常困难的。如上所述，在上述图像传感器中，难以消除FD的暗电流且难以提高转换效率。本专利技术是鉴于上述情况而被创造出来的，且本专利技术的目的在于消除图像传感器中的FD的暗电流并且提高将电荷转换成电压的转换效率。问题的解决方案本专利技术是为了解决上述问题而被做出的。本专利技术的第一方面是一种像素电路，其包括：光电转换部，所述光电转换部将沿着光轴入射的光转换成电荷；控制晶体管，所述控制晶体管根据输入电压来控制输出电压；以及电荷累积部，所述电荷累积部在所述光轴上的位于所述控制晶体管与所述光电转换部之间的区域中累积电荷，并且将与所累积的电荷量相对应的电压作为所述输入电压而提供至所述控制晶体管。这带来了如下效果：所述电荷被累积到在所述光轴上位于所述控制晶体管与所述光电转换部之间的所述电荷累积部中。在第一方面中，所述输出电压可以是所述控制晶体管的源极与所述控制晶体管的漏极之间的电压，且所述电荷累积部可以在所述光轴上的位于所述控制晶体管的所述源极及所述漏极与所述光电转换部之间的所述区域中累积所述电荷。这带来了如下效果：所述电荷被累积到在所述光轴上位于所述源极及所述漏极与所述光电转换部之间的所述电荷累积部中。在第一方面中，在与所述光轴垂直的平面内，所述电荷累积部的面积可以比所述控制晶体管的面积大。这带来了如下效果：所述电荷被累积到在与所述光轴垂直的所述平面内具有比所述控制晶体管的面积大的面积的所述电荷累积部中。在第一方面中，所述控制晶体管可以是结型(junction)场效应晶体管。这带来如下效果：所述输出电压由所述结型场效应晶体管控制。在第一方面中，所述控制晶体管可以是金属氧化物半导体(MOS：metal-oxide-semiconductor)型场效应晶体管。这带来了如下效果：所述输出电压由所述MOS型场效应晶体管控制。在第一方面中，所述像素电路还可以包括复位晶体管，所述复位晶体管通过将预定电位施加至复位栅极和复位漏极来将所述电荷量设定为初始值，所述复位栅极和所述复位漏极被设置在与所述光轴垂直的平面上。这带来了如下效果：通过将所述预定电位施加至被设置在与所述光轴垂直的所述平面上的所述复位栅极和所述复位漏极，所述电荷量变成初始值。在第一方面中，所述复位栅极和所述复位漏极可以沿着从所述控制晶体管的源极到所述控制晶体管的漏极的方向布置着。这带来了如下效果：通过将所述预定电位施加至沿着从所述控制晶体管的源极至所述控制晶体管的漏极的方向布置着的所述复位栅极和所述复位漏极，所述电荷量变成初始值。在第一方面中，所述复位栅极和所述复位漏极可以沿着与从所述控制晶体管的源极到所述控制晶体管的漏极的方向正交的方向布置着。这带来了如下效果：通过将所述预定电位施加至沿着与从所述控制晶体管的源极至所述控制晶体管的漏极的方向正交的方向布置着的所述复位栅极和所述复位漏极，所述电荷量变成初始值。在第一方面中，所述复位栅极和所述控制晶体管的沟道可以是按照相同的杂质分布(impurityprofile)而被形成的。这带来了如下效果：通过将所述预定电位施加至按照与所述控制晶体管的所述沟道的杂质分布相同的杂质分布而形成的所述复位栅极，所述电荷量变成初始值。在第一方面中，所述复位栅极可以与所述电荷累积部邻接。这带来了如下效果：通过将所述预定电位施加至与所述电荷累积部邻接的所述复位栅极，所述电荷量变成初始值。在第一方面中，所述控制晶体管可以包括：源极和漏极；沟道，所述沟道被设置在所述源极与所述漏极之间；以及沟道袋(channelpocket)，所述沟道袋沿着从所述漏极到所述源极的方向而被形成在所述源极与所述漏极之间。所述沟道袋的电位可以高于所述沟道的电位。这带来了如下效果：所述输出电压由上述控制晶体管(在该控制晶体管中，所述沟道袋沿着从所述漏极至所述源极的方向而被形成在所述源极与所述漏极之间)控制。在第一方面中，所述控制晶体管可以包括：源极和漏极；沟道，所述沟道被设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素电路，其包括：光电转换部，所述光电转换部将沿着光轴入射的光转换成电荷；控制晶体管，所述控制晶体管根据输入电压来控制输出电压；以及电荷累积部，所述电荷累积部在所述光轴上的位于所述控制晶体管与所述光电转换部之间的区域中累积电荷，并且将与所累积的电荷量相对应的电压作为所述输入电压而提供至所述控制晶体管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.10 JP 2014-2087851.一种像素电路，其包括：光电转换部，所述光电转换部将沿着光轴入射的光转换成电荷；控制晶体管，所述控制晶体管根据输入电压来控制输出电压；以及电荷累积部，所述电荷累积部在所述光轴上的位于所述控制晶体管与所述光电转换部之间的区域中累积电荷，并且将与所累积的电荷量相对应的电压作为所述输入电压而提供至所述控制晶体管。2.如权利要求1所述的像素电路，其中所述输出电压是所述控制晶体管的源极与所述控制晶体管的漏极之间的电压，并且所述电荷累积部在所述光轴上的位于所述源极及所述漏极与所述光电转换部之间的所述区域中累积所述电荷。3.如权利要求1所述的像素电路，其中在与所述光轴垂直的平面内，所述电荷累积部的面积大于所述控制晶体管的面积。4.如权利要求1所述的像素电路，其中所述控制晶体管是结型场效应晶体管。5.如权利要求1所述的像素电路，其中所述控制晶体管是金属氧化物半导体型场效应晶体管，即MOS型场效应晶体管。6.如权利要求1所述的像素电路，其还包括：复位晶体管，所述复位晶体管通过向复位栅极和复位漏极施加预定电位来将所述电荷量设定为初始值，所述复位栅极和所述复位漏极被设置在与所述光轴垂直的平面上。7.如权利要求6所述的像素电路，其中所述复位栅极和所述复位漏极沿着从所述控制晶体管的源极到所述控制晶体管的漏极的方向布置着。8.如权利要求6所述的像素电路，其中所述复位栅极和所述复位漏极沿着与从所述控制晶体管的源极到所述控制晶体管的漏极的方向正交的方向布置着。9.如权利要求6所述的像素电路，其中所述复位栅极和所述控制晶体管的沟道是按照相同的杂质分布而被形成的。10.如权利要求6所述的像素电路，其中所述复位栅极与所述电荷累积部...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田耕一，西原利幸，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP