固体成像元件和成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提高针对所有像素同时执行曝光的固体摄像元件的图像质量。前级电路块生成指定的复位电平和对应于曝光量的多个信号电平中的各者，并且将复位电平和信号电平保持在不同的电容元件中。选择单元依次地执行：将指定数量的所述电容元件中的保持所述复位电平的所述电容元件连接至指定的后级节点的控制；将所述指定数量的所述电容元件与所述后级节点断开的控制；和将所述指定数量的电容元件中的保持所述多个信号电平的所述电容元件连接至所述后级节点的控制。后级复位晶体管在所述指定数量的电容元件已经与所述后级节点断开时对所述后级节点进行初始化。后级电路通过所述后级节点依次地读取所述复位电平和所述多个信号电平中的各者。述多个信号电平中的各者。述多个信号电平中的各者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体成像元件和成像装置


[0001]本技术涉及固体成像元件。具体地，本技术涉及对各列执行模数(AD)转换的固体成像元件和成像装置。

技术介绍

[0002]通常，为了小型化像素的目的，在固体成像元件中已经使用了列模数转换器(ADC)系统，在该系统中，在像素阵列部的外部为每一列布置ADC并且逐行依次地读取像素信号。在该列ADC系统中，当通过其中逐行开始曝光的卷帘快门系统执行曝光时，存在发生卷帘快门失真的可能性。因此，提出了一种固体成像元件，其中为每个像素设置一对电容器以保持电容器中的复位电平和信号电平，以实现在所有像素中同时开始曝光的全局快门系统(例如，参考非专利文献1)。该对电容经由节点(node)与源极跟随器电路串联，并且由源极跟随器电路依次地读取复位电平和信号电平。
[0003]引用文献列表
[0004]非专利文献
[0005]非专利文献1：Jae
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kyu Lee等人，采用大容量DRAM电容技术的2.1e
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时间噪声和
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105dB寄生光灵敏度背面照射的2.3μm像素电压域全局快门CMOS图像传感器(A 2.1e
‑
Temporal Noise and
‑
105dB Parasitic Light Sensitivity Backside
‑
Illuminated 2.3μm
‑
Pixel Voltage
‑
Domain Global Shutter CMOS Image Sensor Using High
‑
Capacity DRAM Capacitor Technology)，ISSCC 2020。

技术实现思路

[0006]专利技术要解决的技术问题
[0007]在上述传统技术中，列ADC系统的全局快门系统是通过在针对每个像素的一对电容器中保持复位电平和信号电平来实现的。然而，当源极跟随器电路的晶体管对连接至电容器的节点进行初始化时，存在着如下问题：在与电容器对应的电平处生成kTC噪声(换言之，复位噪声)，使得图像数据的图像质量因噪声而降低。
[0008]本技术是鉴于这种情况而做出的，并且其目的是提高对所有像素同时执行曝光的固体成像元件的图像质量。
[0009]技术问题的解决方案
[0010]本技术是为了解决上述问题而做出的，并且其第一方面涉及一种固体成像元件，包括：预定数量的电容元件；上游电路块，其生成预定的复位电平和分别对应于曝光量的多个信号电平中的各者，并且使彼此不同的电容元件保持所述复位电平和所述多个信号电平；选择部，其依次地执行将所述预定数量的电容元件中保持所述复位电平的电容元件连接至预定的下游节点的控制、将所述预定数量的电容元件与预定的下游节点断开的控制、以及将所述预定数量的电容元件中保持所述多个信号电平中的任一者的电容元件连接至所述下游节点的控制；下游复位晶体管，在所述预定数量的电容元件与所述下游节点断开
的情况下，其初始化所述下游节点的电平；以及下游电路，其经由所述下游节点依次地读取所述复位电平和所述多个信号电平中的各者。这产生了降低kTC噪声的效果。
[0011]此外，在第一方面，所述预定数量的电容元件可以包括第一电容元件和第二电容元件以及第三电容元件和第四电容元件；所述上游电路块可以包括：第一上游电路，其依次地生成第一复位电平和第一信号电平，并且使所述第一电容元件和所述第二电容元件保持所述第一复位电平和所述第一信号电平；和第二上游电路，其依次地生成所述第二复位电平和所述第二信号电平，并且使第三电容元件和第四电容元件保持所述第二复位电平和所述第二信号电平；并且所述选择部可以包括：第一选择电路，其将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的任何一者连接至所述下游节点；和第二选择电路，其将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的任何一者连接至所述下游节点。这产生了保持两个像素中的各者的复位电平和信号电平的效果。
[0012]此外，在第一方面，所述第一上游电路可以包括：第一光电转换元件；第一上游传输晶体管，其将电荷从所述第一光电转换元件传输至第一浮动扩散层；第一复位晶体管，其初始化所述第一浮动扩散层；以及第一上游放大晶体管，其放大所述第一浮动扩散层的电压；并且所述第二上游电路可以包括：第二光电转换元件；第二上游传输晶体管，其将电荷从所述第二光电转换元件传输至第二浮动扩散层；第二复位晶体管，其初始化所述第二浮动扩散层；以及第二上游放大晶体管，其放大所述第二浮动扩散层的电压。这产生了保持与所述浮动扩散层的电压相对应的电平的效果。
[0013]此外，在第一方面，所述第一上游电路还可以包括连接至第一上游节点的第一电流源晶体管；所述第二上游电路还可以包括连接至第二上游节点的第二电流源晶体管；所述第一上游放大晶体管可以放大所述第一浮动扩散层的电压，并且将放大后的电压输出至所述第一上游节点；所述第二上游放大晶体管可以放大所述第二浮动扩散层的电压，并且将放大后的电压输出至所述第二上游节点；所述第一电容元件和所述第二电容元件可以分别具有共同连接至所述第一上游节点的第一端和连接至所述第一选择电路的第二端；并且所述第三电容元件和所述第四电容元件可以分别具有共同连接至所述第二上游节点的第一端和连接至所述第二选择电路的第二端。这产生了为每个像素提供恒定电流的效果。
[0014]此外，在第一方面，所述第一上游传输晶体管和所述第二上游传输晶体管可以将电荷传输至所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层，并且在预定的曝光开始时刻处，所述第一复位晶体管和所述第二复位晶体管可以与所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层一起初始化所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件；并且在预定的曝光结束时刻处，所述第一上游传输晶体管和所述第二上游传输晶体管可以将电荷传输至所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层。这产生了同时曝光所有像素的效果。
[0015]此外，在第一方面，所述选择部可以依次地执行将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制、将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制、将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制、以及将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制。这产生了依次地读取两个像素中的各者的复位电平和信号电平的效果。
[0016]此外，在第一方面，所述选择部在预定的相加模式下，可以依次地执行：将所述第
一电容元件和所述第二电容元件中的一者以及所述第三电容元件和所述第四电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制；和将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的另一者以及所述第三电容元件和所述第四电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制。这产生了读取通过像素相加而获得的信号的效果。
[0017]此外，在第一方面，所述第一上游电路还可以包括第一上游选择晶体管，其根据预定的第一选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体成像元件，包括：预定数量的电容元件；上游电路块，其生成预定的复位电平和分别对应于曝光量的多个信号电平中的各者，并且使彼此不同的所述电容元件保持所述复位电平和所述多个信号电平；选择部，其依次地执行：将所述预定数量的电容元件之中的保持所述复位电平的电容元件连接至预定的下游节点的控制、将所述预定数量的电容元件与所述下游节点断开的控制、以及将所述预定数量的电容元件之中的保持任意所述多个信号电平的电容元件连接至所述下游节点的控制；下游复位晶体管，在所述预定数量的电容元件与所述下游节点断开的情况下，所述下游复位晶体管初始化所述下游节点的电平；以及下游电路，其经由所述下游节点依次地读取所述复位电平和所述多个信号电平中的各者。2.根据权利要求1所述的固体成像元件，其中，所述预定数量的电容元件包括第一电容元件和第二电容元件以及第三电容元件和第四电容元件；所述上游电路块包括：第一上游电路，其依次地生成第一复位电平和第一信号电平，并且使所述第一电容元件和所述第二电容元件保持所述第一复位电平和所述第一信号电平；和第二上游电路，其依次地生成第二复位电平和第二信号电平，并且使所述第三电容元件和所述第四电容元件保持所述第二复位电平和所述第二信号电平；并且所述选择部包括：第一选择电路，其将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的任一者连接至所述下游节点；和第二选择电路，其将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的任一者连接至所述下游节点。3.根据权利要求2所述的固体成像元件，其中，所述第一上游电路包括：第一光电转换元件；第一上游传输晶体管，其将电荷从所述第一光电转换元件传输至第一浮动扩散层；第一复位晶体管，其初始化所述第一浮动扩散层；以及第一上游放大晶体管，其放大所述第一浮动扩散层的电压；并且所述第二上游电路包括：第二光电转换元件；第二上游传输晶体管，其将电荷从所述第二光电转换元件传输至第二浮动扩散层；第二复位晶体管，其初始化所述第二浮动扩散层；以及第二上游放大晶体管，其放大所述第二浮动扩散层的电压。4.根据权利要求3所述的固体成像元件，其中，所述第一上游电路还包括连接至第一上游节点的第一电流源晶体管；所述第二上游电路还包括连接至第二上游节点的第二电流源晶体管；
所述第一上游放大晶体管放大所述第一浮动扩散层的电压，并且将放大后的所述电压输出至所述第一上游节点；所述第二上游放大晶体管放大所述第二浮动扩散层的电压，并且将放大后的所述电压输出至所述第二上游节点；所述第一电容元件和所述第二电容元件分别具有第一端和连接至所述第一选择电路的第二端，所述第一电容元件的所述第一端和所述第二电容元件的所述第一端共同连接至所述第一上游节点；并且所述第三电容元件和所述第四电容元件分别具有第一端和连接至所述第二选择电路的第二端，所述第三电容元件的所述第一端和所述第四电容元件的所述第一端共同连接至所述第二上游节点。5.根据权利要求3所述的固体成像元件，其中，所述第一上游传输晶体管和所述第二上游传输晶体管在预定的曝光开始时刻将所述电荷传输至所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层，并且所述第一复位晶体管和所述第二复位晶体管与所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层一起将所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件初始化；并且所述第一上游传输晶体管和所述第二上游传输晶体管在预定的曝光结束时刻将所述电荷传输至所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层。6.根据权利要求3所述的固体成像元件，其中，所述选择部依次地执行：将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制、将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制、将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制、以及将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制。7.根据权利要求3所述的固体成像元件，其中，所述选择部在预定的相加模式下，依次地执行：将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的一者以及所述第三电容元件和所述第四电容元件中的一者连接至所述下游节点的控制；和将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的另一者以及所述第三电容元件和所述第四电容元件中的另一者连接至所述下游节点的控制。8.根据权利要求3所述的固体成像元件，其中，所述第一上游电路还包括第一上游选择晶体管，其根据预定的第一选择信号将由所述第一上游放大晶体管放大后的所述电压输出至预定的上游节点；所述第二上游电路包括：第二上游选择晶体管，其根据预定的第二选择信号将由所述第二上游放大晶体管放大后的所述电压输出至所述上游节点；和连接至所述上游节点的电流源晶体管；所述第一电容元件和所述第二电容元件分别具有共同连接至所述上游节点的第一端和连接至所述第一选择电路的第二端；并且所述第三电容元件和所述第四电容元件分别具有共同连接至所述上游节点的第一端和连接至所述第二选择电路的第二端。
9.根据权利要求8所述的固体成像元件，其中，所述第一上游选择晶体管和所述第二上游选择晶体管紧接在预定的曝光结束时刻之前和在所述曝光结束时刻之后依次地转变为闭路状态，当所述第一上游选择晶体管处于闭路状态时，所述第一复位晶体管对所述第一浮动扩散层进行初始化；当所述第二上游选择晶体管处于闭路状态时，所述第二复位晶体管对所述第二浮动扩散层进行初始化；所述第一上游选择晶体管和所述第二上游选择晶体管紧接在所述曝光结束时刻之后依次地转变为闭路状态；并且所述第一上游传输晶体管和所述第二上游传输晶体管在预定的曝光结束时刻传输电荷。10.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朝仓伦丰，加藤博武，
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：