固态成像装置和半导体器件制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种小尺寸廉价固态成像装置。包括在固态成像装置的逐次比较型A/D转换器中的D/A转换器包括多路复用器，当执行粗略A/D转换时，选择参考电压VR0至VR16的任一个并且设置其作为模拟参考信号，以及当执行精细A/D转换时，选择参考电源VR0至VR16的参考电压VR(n-1)至VR(n+2)；以及包括电容器阵列，当执行精细A/D转换时，基于参考电压VR(n-1)至VR(n+2)而生成模拟参考信号。因此能够不使用冗余电容器而减小参考电压的建立误差。

【技术实现步骤摘要】
固态成像装置和半导体器件相关申请的交叉引用包括说明书、附图和摘要的于2013年6月11日提交的第2013-122933号日本专利申请的公开内容通过整体引用并入本文。
本专利技术涉及一种固态成像装置和半导体器件，并且适用于例如均配备有逐次比较型Α/D转换器的固态成像装置和半导体器件。
技术介绍
数字相机捕捉对象并且在固态成像装置上形成图像而作为光学图像。固态成像装置粗略地划分为CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。从获得高性能相机的角度看，易于配备有用于图像处理的CMOS电路作为外围电路的CMOS图像传感器逐渐引起了关注。作为CMOS图像传感器，已知的有模拟图像传感器和数字图像传感器。尽管它们的每一个具有各自优点和缺点，但是在数据处理速度方面对数字图像传感器具有更高期望。 在数字图像传感器中，在像素阵列的每一列中提供Α/D(模拟至数字)转换器。例如在非专利文献I中已经公开了使用逐次比较型Α/D转换器的数字图像传感器。在这种类型数字图像传感器中，提供了一种包括布置在多个行和多个列中的多个像素的像素阵列，并且模拟像素信号被输出至对应于每一列的列信号线。 在每一列中提供逐次比较型Α/D转换器，并且分别配备有S/H(采样和保持)电路、D/Α(数字至模拟)转换器、比较器、以及逐次逼近寄存器。模拟像素信号的电压以及D/A转换器的输出电压相互比较。逐次逼近寄存器根据其比较结果以如下方式执行二分查找控制以使得D/Α转换器的输出电压逼近模拟像素信号。当D/Α转换器的输出信号逼近模拟像素信号时，逐次逼近寄存器的控制码被输出作为数字像素信号。 通过使用多个子范围区域执行两步的Α/D转换，已经减小了 D/Α转换器的区域并且已经进一步改进了微分非线性(DNL)。在两步Α/D转换中，通过二分查找对子范围区域执行粗略Α/D转换。使用二进制加权的电容器阵列、使用针对给定区域的参考电压通过常规逐次比较对选择的子范围区域执行剩余的精细Α/D转换。此外，因为参考电压的建立时间在设置有并联的多个Α/D转换器的固态成像装置中成为问题，所以通过耦合至每一个外部去耦电容器来实现对参考电压的稳定化。 此外，在非专利文献2中已经公开了一种电路，该电路校正了逐次比较型Α/D转换器的参考电压的建立误差。生成比较电压的D/Α转换器设置有冗余电容器以执行冗余逐次比较操作，由此通过数字信号处理实现了对建立误差的校正。 [相关领域文献] [非专利文献 I] “Design of a PTC-1nspired Segmented ADC for High SpeedColumn Parallel CMOS Image Sensor”，Forza Silicon(USA)，INTERNAT1NAL IMAGESENSOR WORKSHOP, 2011 [非专利文献 2] “AlOblOOMS/sl.13mW SAR ADC with Binary-Scaled ErrorCompensat1n”，Nat1nal Cheng-Kung University(Taiwan)，IEEE Internat1nalSolid-State Circuits Conference, 2010
技术实现思路
然而，在非专利文献I中，问题在于，因为外部去耦电容器用于多个列周期中以解决关于参考电压的建立误差的问题，所以需要许多去耦电容器，装置的尺寸变得更大并且其成本也增加。 此外在非专利文献2中，外部去耦电容器变得不必要，因为执行了冗余比较操作。然而，问题在于，因为使用了冗余电容器，所以芯片面积增大并且芯片成本变高。 从本说明书和附图的描述将明确本专利技术的其他目的和新颖特征。 根据一个实施例，其包括:多路复用器，当执行粗略Α/D转换时，该多路复用器选择从第一至第N个参考电压中的任何参考电压并且将其设置作为模拟参考信号，并且当执行精细Α/D转换时，该多路复用器选择多个参考电压中的从第(η-1)个到第(n+2)个参考电压；以及电容器阵列，当执行精细Α/D转换时，基于从第(η-1)个到第(n+2)个参考电压而生成模拟参考信号。 根据一个实施例，其能够在不使用针对每个多列提供的外部去耦电容器和冗余电容器情况下，减小参考电压的建立误差。其因此能够实现装置的小型化以及成本的减少。 【附图说明】 图1是示出了根据本申请第一实施例的固态成像装置的配置的框图； 图2是示出了图1中所示参考电压生成电路的配置的电路图； 图3是示出了图1中所示逐次比较型Α/D转换器的配置的框图； 图4是示出了图3中所示逐次比较型Α/D转换器的操作的时序图； 图5是示出了图3中所示电容器阵列的配置的电路图； 图6是描绘了图5中所示电容器阵列的操作的流程图； 图7是示出了图5中所示电容器阵列的另一操作的流程图； 图8是示出了图3中所示逐次比较型Α/D转换器的精细Α/D转换操作的时序图； 图9是示出了在图3中所示逐次比较型Α/D转换器的第k位与其输出码的两个比较结果之间的关系的图； 图10是示出了在图3中所示逐次比较型Α/D转换器的第k位与其输出码的两个比较结果之间的关系的另一图； 图11是示出了图1中所示固态成像装置中Α/D转换的算法的图； 图12是示出了根据本申请第二实施例的固态成像装置的主要部分的框图； 图13是示出了图12中所示逐次比较型Α/D转换器的操作的时序图； 图14是示出了图12中所示固态成像装置中Α/D转换的算法的图； 图15是示出了根据本申请第三实施例的固态成像装置的主要部分的电路图； 图16是示出了根据本申请第四实施例的固态成像装置的配置的框图； 图17是示出了根据本申请第五实施例的固态成像装置中所包括的参考电压生成电路的配置的电路图； 图18是示出了根据本申请第六实施例的包括在固态成像装置中的参考电压生成电路的配置的电路图； 图19是示出了根据本申请第七实施例的包括在固态成像装置中的参考电压生成电路的配置的电路图；以及 图20是示出了根据本申请第八实施例的固态成像装置的布局的框图。 【具体实施方式】 第一实施例 根据本申请第一实施例的固态成像装置是形成在半导体衬底之上的半导体器件。如图1中所示，固态成像装置配备有像素阵列1、行扫描电路2、以及控制电路3。像素阵列I包括布置在多个行和列中的多个像素电路P，分别对应于多个行而提供的多个控制线CL，以及分别对应于多个列而提供的多个信号线SL。像素电路P的每一个输出具有对应于入射光通量的电压的模拟像素信号VA。像素电路P耦合至对应行的控制线CL以及对应列的信号线SL。控制线CL分别耦合至行扫描电路2。 行扫描电路2由控制电路3控制，并且循序地逐行选择多个行，并且将所选行的控制线CL引至激活电平。响应于对应的控制线CL被引至激活电平而激活每个像素电路P，并且将对应于入射光通量的电压的模拟像素信号VA输出至对应的信号线SL。控制电路3控制整个固态成像装置。 此外，固态成像装置配备有参考电压生成电路4，多个逐次比较型Α/D转换器5，水平传送电路6，以及信号处理电路7。参考电压生成电路4生成十七个参考电压VRO至VR16。参考电压VR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像装置，包括：像素电路，所述像素电路中的每个像素电路输出具有与入射光通量对应的电压的模拟像素信号；参考电压生成电路，其生成第一至第N个参考电压；以及逐次比较型A/D转换器，所述逐次比较型A/D转换器中的每个逐次比较型A/D转换器基于所述第一至第N个参考电压执行对所述模拟像素信号的A/D转换；其中所述A/D转换包括用于执行第一正常比较操作的粗略A/D转换以及用于执行第二正常比较操作和冗余比较操作的精细A/D转换，其中所述逐次比较型A/D转换器包括：D/A转换器，其将数字参考信号转换为模拟参考信号；比较器，其将所述模拟像素信号与所述模拟参考信号的幅度进行比较并且由此输出比较结果；以及逐次逼近寄存器，其基于所述比较器的所述比较结果进行操作，以使得所述模拟参考信号逼近所述模拟像素信号的方式来生成所述数字参考信号，以及其中，所述D/A转换器包括：多路复用器，当执行所述粗略A/D转换时，所述多路复用器选择所述第一至第N个参考电压中的的任何参考电压并且将所选择的参考电压施加至所述比较器作为所述模拟参考信号，并且当执行所述精细A/D转换时，所述多路复用器选择所述第一至第N个参考电压中的第(n‑1)至第(n+2)个参考电压；以及电容器阵列，当执行所述精细A/D转换时，所述电容器阵列基于由所述多路复用器选择的所述第(n‑1)至第(n+2)个参考电压生成所述模拟参考信号。...

【技术特征摘要】
2013.06.11 JP 2013-1229331.一种固态成像装置，包括: 像素电路，所述像素电路中的每个像素电路输出具有与入射光通量对应的电压的模拟像素号； 参考电压生成电路，其生成第一至第N个参考电压；以及 逐次比较型Α/D转换器，所述逐次比较型Α/D转换器中的每个逐次比较型Α/D转换器基于所述第一至第N个参考电压执行对所述模拟像素信号的Α/D转换； 其中所述Α/D转换包括用于执行第一正常比较操作的粗略Α/D转换以及用于执行第二正常比较操作和冗余比较操作的精细Α/D转换， 其中所述逐次比较型Α/D转换器包括: D/Α转换器，其将数字参考信号转换为模拟参考信号； 比较器，其将所述模拟像素信号与所述模拟参考信号的幅度进行比较并且由此输出比较结果；以及 逐次逼近寄存器，其基于所述比较器的所述比较结果进行操作，以使得所述模拟参考信号逼近所述模拟像素信号的方式来生成所述数字参考信号，以及其中，所述D/Α转换器包括: 多路复用器，当执行所述粗略A/D转换时，所述多路复用器选择所述第一至第N个参考电压中的的任何参考电压并且将所选择的参考电压施加至所述比较器作为所述模拟参考信号，并且当执行所述精细Α/D转换时，所述多路复用器选择所述第一至第N个参考电压中的第(η-1)至第(n+2)个参考电压；以及 电容器阵列，当执行所述精细Α/D转换时，所述电容器阵列基于由所述多路复用器选择的所述第(η-1)至第(n+2)个参考电压生成所述模拟参考信号。2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述η是大于等于I并且小于等于(N-1)的整数。3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述η是大于等于2并且小于等于(Ν-2)的整数。4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述电容器阵列包括: 输出端子，所述模拟参考信号在所述输出端子处出现； 虚设电容器，具有耦合至所述输出端子的一个电极以及接收第η个参考电压的另一电极； 第一至第M个电容器，具有耦合至所述输出端子的一个电极；以及开关电路，所述开关电路中的每个开关电路将第(η-1)至第(η+1)个参考电压中的任何参考电压施加至所述第一至第M个电容器的另一电极中的每个另一电极，以及 其中所述虚设电容器的电容值与第一电容器的电容值相等，并且所述第一至第M个电容器的电容值循序地双倍增大。5.根据权利要求1所述的固态成像装置， 其中所述电容器阵列包括: 输出端子，所述模拟参考信号在所述输出端子处出现； 分裂电容器，具有耦合至所述输出端子的一个电极； 虚设电容器，具有耦合至所述分裂电容器的另一电极的一个电极，以及接收第η个参考电压的另一电极； 第一至第m个电容器，具有耦合至所述分裂电容器的另一电极的一个电极； 第(m+1)至第M个电容器，具有耦合至所述输出端子的一个电极；以及开关电路，所述开关电路中的每个开关电路将第(η-1)至第(η+1)个参考电压中的任何参考电压施加至所述第一至第M个电容器的另一电极中的每个另一电极，以及 其中，所述分裂电容器和所述虚设电容器的电容值近似彼此相等，所述虚设电容器、所述第一电容器和第(m+1)个电容器的电容值彼此相等，所述第一至第m个电容器的电容值循序地双倍增大,并且所述第(m+1)至第M个电容器的电容值循序地双倍增大。6.根据权利要求1所述的固态成像装置，包括布置在多个行和多个列中的像素电路，其中所述逐次比较型Α/D转换器中的每个逐次比较型Α/D转换器对应于每一列而被提供，并且执行对由从所述行中选出的行的对应像素电路输出的所述模拟像素信号的所述A/D转换，以及 其中所述固态成像装置进一步包括信号处理电路，所述信号处理电路被提供为由所述逐次比较型Α/D转换器共用，并且基于所述逐次比较型Α/D转换器中的每个逐次比较型A/D转换器的输出信号生成数字像素信号。7.根据权利要求1所述的固态成像装置，包括布置在多个行和多个列中的像素电路，其中所述逐次比较型Α/D转换器中的每个逐次比较型Α/D转换器对应于每一列而被提供，并且执行对由从所述行中选出的行的对应像素电路输出的所述模拟像素信号的所述A/D转换，以及其中所述固态成像装置进一步包括信号处理电路，所述信号处理电路被对应于每一列而被提供，并且基于对应的所述逐次比较型Α/D转换器的输出信号而生成数字像素信号。8.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述参考电压生成电路包括阶梯电阻器，所述阶梯电阻器对所述第N个参考电压与所述第一参考电压之间的电压进行分压，以生成第(N-1)至第二个参考电压。9.根据权利要求1所述的固态成像装置， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：大仓俊介，森下玄，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP