固态成像元件的制作方法

本技术涉及一种固态成像元件。具体地，本技术涉及一种针对每列执行模数(ad)转换的固态成像元件。

背景技术：

1、传统上，对于固态成像元件，为了使像素小型化，已经使用了列模数转换器(adc)方式，其中，通过在像素阵列单元的外部针对每列配置的adc，逐行顺次读出像素信号。在该列adc方式中，在通过逐行开始曝光的滚动快门方式进行曝光的情况下，存在发生滚动快门失真的可能性。因此，为了实现在所有像素中同时开始曝光的全局快门方式，已经提出了其中针对每个像素设置一对电容器并且电容器保持复位电平和信号电平的固态成像元件(例如，参照非专利文献1)。一对晶体管被配置在该对电容器和前级电路之间，并且复位电平和信号电平经由该晶体管供给到电容器。

2、引用文献列表

3、非专利文献

4、非专利文献1：geunsook park等人，a 2.2μm stacked back side illuminatedvoltage domain global shutter cmos image sensor,2019ieee internationalelectron devices meeting(2.2μm层叠的背面照射式电压域全局快门cmos图像传感器，2019ieee国际电子器件会议)。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、在上述的传统技术中，复位电平和信号电平被保持在针对每个像素的一对电容器中，从而实现基于列adc方式的全局快门方式。然而，在上述的传统技术中，信号(复位电平或信号电平)保持在一对电容器中的时间越长，在晶体管的高阻抗的漏极等与半导体基板之间的pn结处发生漏电流的可能性就越大。当发生漏电流时，由于针对每个像素的漏电流的变化，而在图像数据中产生噪声，并且图像数据的图像质量可能相应地劣化。

3、鉴于这种情况做出了本技术，因此本技术的目的是提高其中所有像素同时曝光的固态成像元件的图像质量。

4、问题的解决方案

5、本技术是为了解决上述问题而提出的，并且本技术的第一方面是一种固态成像元件，包括：预定数量的电容元件；前级电路，其生成预定的复位电平和与曝光量相对应的信号电平，并且保持在彼此不同的所述电容元件中；选择电路，在其中配置有打开和关闭所述各电容元件的一端与预定的节点之间的路径的选择晶体管；后级电路，其经由所述节点顺次读出所述复位电平和所述信号电平；和垂直扫描电路，其执行控制以当保持所述复位电平和所述信号电平时降低所述一端的电位。这种构成带来了抑制漏电流的发生的效果。

6、此外，根据第一方面，所述节点可以是作为所述选择电路和所述后级电路之间的连接点的后级节点，所述电容元件可以包括第一电容元件和第二电容元件，所述选择电路可以包括打开和关闭第一电容元件的一端与所述后级节点之间的路径的第一选择晶体管和打开和关闭第二电容元件的一端与所述后级节点之间的路径的第二选择晶体管，第一电容元件和第二电容元件的各自的另一端共同连接到预定的前级节点，所述前级电路可以包括前级选择晶体管，所述前级选择晶体管根据输入到栅极的预定的前级选择信号将所述复位电平和所述信号电平中的每一个输出到所述前级节点，和当保持所述复位电平和所述信号电平时，所述垂直扫描电路可以降低所述前级选择信号的电压。这种构成带来了通过控制参考电压来抑制漏电流的发生的效果。

7、此外，根据第一方面，所述节点可以是作为所述前级电路和所述选择电路之间的连接点的前级节点，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，所述选择电路可以包括打开和关闭第一电容元件的一端与所述前级节点之间的路径的第一选择晶体管和打开和关闭第二电容元件的一端与所述前级节点之间的路径的第二选择晶体管，和当保持所述复位电平和所述信号电平时，所述垂直扫描电路可以降低第一电容元件和第二电容元件的各自的另一端共同连接到的信号线的参考电压。这种构成带来了通过控制参考电压来抑制漏电流的发生的效果。

8、此外，根据第一方面，所述节点可以是作为所述前级电路和所述选择晶体管之间的连接点的前级节点，所述预定数量的电容元件可以包括插入在所述选择晶体管和预定的信号线之间的第一电容元件和插入在所述选择晶体管和所述后级电路之间的第二电容元件，和当保持所述复位电平和所述信号电平时，所述垂直扫描电路可以降低所述信号线的参考电压。这种构成带来了通过控制参考电压来抑制漏电流的发生的效果。

9、此外，根据第一方面，所述节点可以是所述前级电路和所述后级电路之间的连接节点，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，所述选择电路可以包括打开和关闭第一电容元件的一端与所述连接节点之间的路径的第一选择晶体管和打开和关闭第二电容元件的一端与所述连接节点之间的路径的第二选择晶体管，和当保持所述复位电平和所述信号电平时，所述垂直扫描电路可以降低第一电容元件和第二电容元件的各自的另一端共同连接到的信号线的参考电压。这种构成带来了通过控制参考电压来抑制漏电流的发生的效果。

10、此外，根据第一方面，可以进一步设置后级复位晶体管，其中所述节点可以是作为所述选择电路和所述后级电路之间的连接点的后级节点，所述前级电路可以配置在前级电路块内，所述前级电路块分别生成所述复位电平和与曝光量相对应的多个信号电平，并且保持在彼此不同的所述电容元件中，所述选择电路可以配置在选择单元内，所述选择单元顺次执行控制以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到预定的后级节点、执行控制以从所述后级节点断开所述预定数量的电容元件、以及执行控制以将所述预定数量的电容元件之中的保持所述多个信号电平中的一个的电容元件连接到所述后级节点，和当所述预定数量的电容元件从所述后级节点断开时，所述后级复位晶体管可以初始化所述后级节点的电平。这种构成带来了降低ktc噪声的效果。

11、此外，根据第一方面，所述预定数量的电容元件可以包括第一和第二电容元件以及第三和第四电容元件，所述前级电路块可以包括第一前级电路，其顺次生成第一复位电平和第一信号电平，并且保持在第一和第二电容元件中，和第二前级电路，其顺次生成第二复位电平和第二信号电平，并且保持在第三和第四电容元件中，和所述选择单元可以包括将第一和第二电容元件中的一个连接到所述后级节点的第一选择电路和将第三和第四电容元件中的一个连接到所述后级节点的第二选择电路。这种构成带来了保持两个像素中的每一个的复位电平和信号电平的效果。

12、此外，根据第一方面，第一前级电路可以包括第一光电转换元件、将电荷从第一光电转换元件传输到第一浮动扩散层的第一前级传输晶体管、初始化第一浮动扩散层的第一复位晶体管和放大第一浮动扩散层的电压的第一前级放大晶体管，和第二前级电路可以包括第二光电转换元件、将电荷从第二光电转换元件传输到第二浮动扩散层的第二前级传输晶体管、初始化第二浮动扩散层的第二复位晶体管和放大第二浮动扩散层的电压的第二前级放大晶体管。这种构成带来了保持与浮动扩散层的电压相对应的电平的效果。

13、此外，根据第一方面，第一前级电路还可以包括连接到第一前级节点的第一电流源晶体管，第二前级电路还可以包括连接到第二前级节点的第二电流源晶体管，第一前级放大晶体管可以放大第一浮动扩散层的电压并将放大的电压输出到第一前级节点，第二前级放大晶体管可以放大第二浮动扩散层的电压并将放大的电压输出到第二前级节点，第一和第二电容元件的各自的一端共同连接到第一前级节点，并且各自的另一端连接到第一选择电路，和第三和第四电容元件的各自的一端共同连接到第二前级节点，并且各自的另一端连接到第二选择电路。这种构成带来了向每个像素供给恒定电流的效果。

14、此外，根据第一方面，在预定的曝光开始时机，第一和第二前级传输晶体管可以将电荷传输到第一和第二浮动扩散层，并且第一和第二复位晶体管可以连同第一和第二浮动扩散层一起初始化第一和第二光电转换元件，和在预定的曝光结束时机，第一和第二前级传输晶体管可以将电荷传输到第一和第二浮动扩散层。这种构成带来了所有像素同时曝光的效果。

15、此外，根据第一方面，所述选择单元可以顺次执行控制以将第一和第二电容元件中的一个连接到所述后级节点、执行控制以将第一和第二电容元件中的另一个连接到所述后级节点、执行控制以将第三和第四电容元件中的一个连接到所述后级节点、以及执行控制以将第三和第四电容元件中的另一个连接到所述后级节点。这种构成带来了顺次读出两个像素中的每一个的复位电平和信号电平的效果。

16、此外，根据第一方面，在预定的相加模式中，所述选择单元可以顺次执行控制以将第一和第二电容元件中的一个以及第三和第四电容元件中的一个这二者连接到所述后级节点，并且执行控制以将第一和第二电容元件中的另一个以及第三和第四电容元件中的另一个这二者连接到所述后级节点。这种构成带来了读出通过像素相加获得的信号的效果。

17、此外，根据第一方面，第一前级电路还可以包括根据预定的第一选择信号将由第一前级放大晶体管放大的电压输出到预定的前级节点的第一前级选择晶体管，第二前级电路还可以包括根据预定的第二选择信号将由第二前级放大晶体管放大的电压输出到所述前级节点的第二前级选择晶体管和连接到所述前级节点的电流源晶体管，第一和第二电容元件的各自的一端共同连接到所述前级节点，并且各自的另一端连接到第一选择电路，和第三和第四电容元件的各自的一端共同连接到所述前级节点，并且各自的另一端连接到第二选择电路。这种构成带来了由两个像素共享电流源晶体管的效果。

18、此外，根据第一方面，第一和第二前级选择晶体管可以在紧接预定的曝光结束时机之前和曝光结束时机之后顺次迁移到闭合状态，在第一前级选择晶体管处于闭合状态下，第一复位晶体管可以初始化第一浮动扩散层，在第二前级选择晶体管处于闭合状态下，第二复位晶体管可以初始化第二浮动扩散层，第一和第二前级选择晶体管可以在紧接所述曝光结束时机之后顺次迁移到闭合状态，和第一和第二前级传输晶体管可以在所述预定的曝光结束时机传输电荷。由两个像素共享电流源晶体管的这种构成带来了所有像素同时曝光的效果。

19、此外，根据第一方面，可以进一步设置打开和关闭第一后级节点和第二后级节点之间的路径的短路晶体管，其中所述预定数量的电容器可以包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八电容元件，和所述选择单元可以包括将第一和第二电容元件中的一个连接到第一后级节点的第一选择电路、将第三和第四电容元件中的一个连接到第一后级节点的第二选择电路、将第五和第六电容元件中的一个连接到第二后级节点的第三选择电路和将第七和第八电容元件中的一个连接到第二后级节点的第四选择电路。这种构成带来了使第一后级节点和第二后级节点短路的效果。

20、此外，根据第一方面，在预定的非相加模式中，所述短路晶体管可以处于打开状态，和在所述非相加模式中，所述选择单元可以以预定顺序执行控制以将第一和第二电容元件中的每一个顺次连接到第一后级节点、执行控制以将第三和第四电容元件中的每一个顺次连接到第一后级节点、执行控制以将第五和第六电容元件中的每一个顺次连接到第二后级节点、以及执行控制以将第七和第八电容元件中的每一个顺次连接到第二后级节点。这种构成带来了在非相加模式下顺次读出四个像素中的每一个的复位电平和信号电平的效果。

21、此外，根据第一方面，在预定的相加模式中，所述短路晶体管可以处于闭合状态，和在所述相加模式中，所述选择单元可以顺次执行控制以在将第一和第二电容元件中的一个以及第三和第四电容元件中的一个连接到第一后级节点的同时将第五和第六电容元件中的一个以及第七和第八电容元件中的一个连接到第二后级节点，并且执行控制以在将第一和第二电容元件中的另一个以及第三和第四电容元件中的另一个连接到第一后级节点的同时将第五和第六电容元件中的另一个以及第七和第八电容元件中的另一个连接到第二后级节点。这种构成带来了在像素相加模式下相加四个像素的效果。

22、此外，根据第一方面，所述预定数量的电容元件可以包括第一和第二电容元件以及第三电容器，所述前级电路块可以包括第一光电转换元件、将电荷从第一光电转换元件传输到预定的浮动扩散层的第一前级传输晶体管、第二光电转换元件、将电荷从第二光电转换元件传输到预定的浮动扩散层的第二前级传输晶体管、初始化所述浮动扩散层的复位晶体管和放大所述浮动扩散层的电压并将放大的电压输出到预定的前级节点的前级放大晶体管，和第一和第二电容元件以及第三电容元件的各自的一端共同连接到所述前级节点，并且各自的另一端连接到所述选择单元。这种构成带来了保持复位电平和多个信号电平的效果。

23、此外，根据第一方面，在预定的曝光开始时机，第一和第二前级传输晶体管可以将电荷传输到所述浮动扩散层，并且所述复位晶体管可以连同所述浮动扩散层一起初始化第一和第二光电转换元件，和在预定的曝光结束时机，第一和第二前级传输晶体管可以将电荷顺次传输到第一和第二浮动扩散层。这种构成带来了曝光所有像素的效果。

24、此外，根据第一方面，所述选择单元可以顺次执行控制以将第一和第二电容元件中的一个连接到所述后级节点、执行控制以将第一和第二电容元件中的另一个连接到所述后级节点、以及执行控制以将第三电容元件连接到所述后级节点。这种构成带来了顺次读出复位电平和多个信号电平的效果。