固态摄像元件制造技术

本发明专利技术在让所有像素同时进行曝光的固态摄像元件中提高了图像质量。上游电路依次生成预定的复位电平及与曝光量相对应的信号电平，并且致使第一和第二电容元件各者保持复位电平和信号电平。选择电路依次执行用于将第一和第二电容元件中的一者连接到预定的下游节点的控制、用于将第一和第二电容元件两者都与下游节点断开的控制、以及用于将第一和第二电容元件中的另一者连接到下游节点的控制。当第一和第二电容元件两者都与下游节点断开时，下游复位晶体管使下游节点的电平初始化。下游电路经由下游节点从第一和第二电容元件依次读出复位电平和信号电平，并且输出所读出的复位电平和信号电平。平和信号电平。平和信号电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态摄像元件


[0001]本技术涉及固态摄像元件。具体地，本技术涉及针对每列执行模数(AD：analog to digital)转换的固态摄像元件的控制方法。

技术介绍

[0002]通常，为了使像素微细化的目的，在固态摄像元件中已经使用了如下的列模数转换器(ADC)体系：在该列ADC体系中，在像素阵列部的外部针对各列配置有ADC，并且逐行依次读出像素信号。在这样的列ADC体系中，当通过其中逐行地开始曝光的滚动快门方式来进行曝光时，有可能会发生滚动快门失真。因此，曾经提出了这样一种固态摄像元件(例如，参见非专利文献1)：其中，为了实现其中在所有像素中同时开始曝光的全局快门方式，针对各像素都设置有一对电容器以将复位电平和信号电平保持于这些电容器中。该一对电容器经由节点与源极耦随器电路串联连接，并且利用该源极耦随器电路依次读出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,et al.,A 2.1e
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Temporal Noise and
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105dB Parasitic Light Sensitivity Backside
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Illuminated 2.3μm
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Pixel Voltage
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Domain Global Shutter CMOS Image Sensor Using High
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Capacity DRAM Capacitor Technology,ISSCC 2020。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的问题
[0007]在上述常规技术中，列ADC体系中的全局快门方式是通过将复位电平和信号电平保持于针对每个像素而设的一对电容器中来实现的。然而，当源极耦随器电路中的晶体管使连接到电容器的节点初始化时，存在着会产生与电容器相对应的电平的kTC噪声(换句话说，复位噪声)因而使图像数据的图像质量因噪声而降低的可能性。
[0008]本技术是鉴于上述这种状况而完成的，本技术的目的在于提高对所有像素同时进行曝光的固态摄像元件的图像质量。
[0009]解决问题的技术方案
[0010]本技术是为了解决上述问题而做出的，本技术的第一方面涉及固态摄像元件及其控制方法。该固态摄像元件包括：第一电容元件和第二电容元件；上游电路，其依次生成预定的复位电平及与曝光量相对应的信号电平，并且致使所述第一电容元件和所述第二电容元件各者保持所述复位电平和所述信号电平；选择电路，其依次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到预定的下游节点的控制、将所述第一电容元件和所述第二电容元件两者都与所述下游节点断开的控制、以及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到所述下游节点的控制；下游复位晶体管，当所述第一电容元件和
所述第二电容元件两者都与所述下游节点断开时，所述下游复位晶体管使所述下游节点的电平初始化；以及下游电路，其经由所述下游节点从所述第一电容元件和所述第二电容元件依次读出所述复位电平和所述信号电平，并且输出所读出的所述复位电平和所述信号电平。这带来了降低kTC噪声的效果。
[0011]此外，在第一方面中，可以进一步设置有：上游选择晶体管，其用于打开和关闭所述上游电路与预定的上游节点之间的路径；以及上游复位晶体管，其用于使所述上游节点的电平初始化。此外，所述第一电容元件和所述第二电容元件各自具有共同连接到所述上游节点的第一端且各自具有连接到所述选择电路的第二端。这带来了阻断来自上游电路的噪声的效果。
[0012]此外，在第一方面中，在所述上游电路致使所述第一电容元件和所述第二电容元件各者保持所述复位电平和所述信号电平的期间内，所述上游选择晶体管可以转变为闭路状态，并且在所述下游电路从所述第一电容元件和所述第二电容元件依次读出所述复位电平和所述信号电平的期间内，所述上游复位晶体管可以使所述上游节点的电平初始化。这带来了在读出时将上游节点的电位固定的效果。
[0013]此外，在第一方面中，所述上游电路可以包括：光电转换元件；上游传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到浮动扩散层；第一复位晶体管，其使所述浮动扩散层初始化；和上游放大晶体管，其放大所述浮动扩散层的电压且将放大后的所述电压输出到预定的上游节点。此外，所述第一电容元件和所述第二电容元件可以各自具有共同连接到所述上游节点的第一端且各自具有连接到所述选择电路的第二端。这带来了将与浮动扩散层的电位相对应的信号提供至上游节点的效果。
[0014]此外，在第一方面中，还可以设置有切换部，其用于调整将要提供至所述上游放大晶体管的源极的源极电压。所述上游电路还可以包括与所述上游放大晶体管的漏极连接的电流源晶体管。此外，在曝光期间结束之后，所述电流源晶体管可以从接通(ON)状态转变为关断(OFF)状态。这带来了在读出时让上游的源极耦随器处于关断状态的效果。
[0015]此外，在第一方面中，在曝光期间内，所述切换部可以提供预定的电源电压以作为所述源极电压，并且在曝光期间结束之后，所述切换部可以提供与所述电源电压不同的生成电压以作为所述源极电压。这带来了调整上游的源极耦随器的源极电压的效果。
[0016]此外，在第一方面中，所述电源电压和所述生成电压之间的差可以与下列两者的和是基本一致的：一者是由所述第一复位晶体管的复位馈通引起的变动量，另一者是所述上游放大晶体管的栅极
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源极间电压。这带来了在曝光时和在读出时上游节点的电位相等的效果。
[0017]此外，在第一方面中，在预定的曝光开始时刻，所述上游传输晶体管可以将所述电荷传输到所述浮动扩散层，并且所述第一复位晶体管可以使所述光电转换元件与所述浮动扩散层一起初始化。此外，在预定的曝光结束时刻，所述上游传输晶体管可以将所述电荷传输到所述浮动扩散层。这带来了生成与曝光量相对应的像素信号的效果。
[0018]此外，在第一方面中，所述上游电路可以进一步包括：用于将所述电荷从所述光电转换元件排出的排出晶体管。这带来了光电转换元件被初始化的效果。
[0019]此外，在第一方面中，在预定的曝光开始时刻之前，所述第一复位晶体管可以使所述浮动扩散层初始化，并且所述排出晶体管可以将所述电荷从所述光电转换元件排出。此
外，在预定的曝光结束时刻，所述上游传输晶体管可以将所述电荷传输到所述浮动扩散层。这带来了实现非常短的曝光时间的效果。
[0020]此外，在第一方面，进一步设置有用于控制所述上游电路的复位电源电压的控制电路。所述第一复位晶体管可以将所述浮动扩散层的电压初始化为所述复位电源电压。此外，在用于读出所述复位电平和所述信号电平的读出期间内，所述控制电路可以将所述复位电源电压设定为与曝光期间的电压不同的电压。这带来了改善光灵敏度不均匀性的效果。
[0021]此外，在第一方面中，所述读出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.固态摄像元件，包括：第一电容元件和第二电容元件；上游电路，其依次生成预定的复位电平及与曝光量相对应的信号电平，并且致使所述第一电容元件和所述第二电容元件各者保持所述复位电平和所述信号电平；选择电路，其依次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到预定的下游节点的控制、将所述第一电容元件和所述第二电容元件两者都与所述下游节点断开的控制、以及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到所述下游节点的控制；下游复位晶体管，当所述第一电容元件和所述第二电容元件两者都与所述下游节点断开时，所述下游复位晶体管使所述下游节点的电平初始化；以及下游电路，其经由所述下游节点从所述第一电容元件和所述第二电容元件依次读出所述复位电平和所述信号电平，并且输出所读出的所述复位电平和所述信号电平。2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：上游选择晶体管，其用于打开和关闭所述上游电路与预定的上游节点之间的路径；和上游复位晶体管，其用于使所述上游节点的电平初始化，其中，所述第一电容元件和所述第二电容元件各自具有共同连接到所述上游节点的第一端且各自具有连接到所述选择电路的第二端。3.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，在所述上游电路致使所述第一电容元件和所述第二电容元件各者保持所述复位电平和所述信号电平的期间内，所述上游选择晶体管转变为闭路状态，并且在所述下游电路从所述第一电容元件和所述第二电容元件依次读出所述复位电平和所述信号电平的期间内，所述上游复位晶体管使所述上游节点的电平初始化。4.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述上游电路包括：光电转换元件；上游传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到浮动扩散层；第一复位晶体管，其使所述浮动扩散层初始化；和上游放大晶体管，其放大所述浮动扩散层的电压且将放大后的所述电压输出到预定的上游节点，并且所述第一电容元件和所述第二电容元件各自具有共同连接到所述上游节点的第一端且各自具有连接到所述选择电路的第二端。5.根据权利要求4所述的固态摄像元件，还包括：切换部，其调整将要被提供至所述上游放大晶体管的源极的源极电压，其中，所述上游电路还包括与所述上游放大晶体管的漏极连接的电流源晶体管，并且在曝光期间结束之后，所述电流源晶体管从接通状态转变为关断状态。6.根据权利要求5所述的固态摄像元件，其中，在曝光期间内，所述切换部提供预定的电源电压以作为所述源极电压，并且在曝光期间结束之后，所述切换部提供与所述电源电压不同的生成电压以作为所述源极电压。
7.根据权利要求6所述的固态摄像元件，其中，所述电源电压和所述生成电压之间的差与下列两者的和是基本一致的：一者是由所述第一复位晶体管的复位馈通引起的变动量，另一者是所述上游放大晶体管的栅极
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源极间电压。8.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其中，在预定的曝光开始时刻，所述上游传输晶体管将所述电荷传输至所述浮动扩散层，且所述第一复位晶体管使所述光电转换元件与所述浮动扩散层一起初始化，并且在预定的曝光结束时刻，所述上游传输晶体管将所述电荷传输至所述浮动扩散层。9.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其中，所述上游电路还包括：用于将所述电荷从所述光电转换元件排出的排出晶体管。10.根据权利要求9所述的固态摄像元件，其中，在预定的曝光开始时刻之前，所述第一复位晶体管使所述浮动扩散层初始化，且所述排出晶体管将所述电荷从所述光电转换元件排出，并且在预定的曝光结束时刻，所述上游传输晶体管将所述电荷传输至所述浮动扩散层。11.根据权利要求4所述的固态摄像元件，还包括：控制电路，其控制所述上游电路的复位电源电压，其中，所述第一复位晶体管将所述浮动扩散层的电压初始化为所述复位电源电压，并且在用于读出所述复位电平和所述信号电平的读出期间内，所述控制电路将所述复位电源电压设定为与曝光期间的电压不同的电压。12.根据权利要求11所述的固态摄像元件，其中，所述读出期间内的所述复位电源电压和所述曝光期间内的所述复位电源电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：朝仓伦丰，稲田喜昭，
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：