固体成像元件和成像装置的制作方法

技术特征：
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1所述的固体成像元件，还包括：短路晶体管，其打开和断开所述第一下游节点和所述第二下游节点之间的路径，其中，所述预定数量的电容器包括：第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件、第五电容元件、第六电容元件、第七电容元件和第八电容元件；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第一下游节点；第二选择电路，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第一下游节点；第三选择电路，将所述第五电容元件和所述第六电容元件中的任一者连接至所述第二下游节点；以及第四选择电路，将所述第七电容元件和所述第八电容元件中的任一者连接至所述第二下游节点。11.根据权利要求10所述的固体成像元件，其中，所述短路晶体管在预定的非相加模式下处于开路状态，并且在所述非相加模式中，所述选择部以预订的顺序执行：将所述第一电容元件和所述第二电容元件中的各者依次地连接至所述第一下游节点的控制、将所述第三电容元件和所述第四电容元件中的各者依次地连接至所述第一下游节点的控制、将所述第五电容元件和所述第六电容元件中的各者依次地连接至所述第二下游节点的控制以及将所述第七电容元件和所述第八电容元件中的各者依次地连接至所述第二下游节点的控制。12.根据权利要求10所述的固体成像元件，其中，所述短路晶体管在预定的相加模式下处于闭路状态，并且在所述相加模式下，所述选择部依次地执行：将所述第五电容元件和所述第六电容元件中的一者以及所述第七电容元件和所述第八电容元件中的一者连接至所述第二下游节点并且同时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第一下游节点的控制；和将所述第五电容元件和所述第六电容元件中的另一者以及所述第七电容元件和所述第八电容元件中的另一个连接至所述第二下游节点并且同时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第一下游节点的控制。13.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器；所述上游电路块包括：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预定的浮动扩散层；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预定的浮动扩散层；初始化所述浮动扩散层的复位晶体管；以及上游放大晶体管，其放大所述浮动扩散层的电压并且将放大后的电压输出至预定的上游节点；并且所述第一电容元件和所述第二电容元件以及所述第三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选择部的第二端。14.根据权利要求13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处将所述电荷传输至所述浮动扩散层，并且所述复位晶体管与所述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处依次地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。15.根据权利要求13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以及将所述第三电容元件连接至所述下游节点的控制。16.根据上权利要求1所述的固体成像元件，其中，所述上游电路块设置在第一芯片上，并且所述预定数量的电容元件、所述选择部、所述下游复位晶体管和所述下游电路设置在第二芯片上。17.根据权利要求16所述的固体成像元件，还包括模数转换器，其依次地将输出的所述复位电平和输出的所述多个信号电平转换为数字信号，其中，所述模数转换器设置在所述第二芯片上。18.根据权利要求16所述的固体成像元件，还包括模数转换器，其依次地将输出的所述复位电平和输出的所述多个信号电平转换为数字信号，其中，所述模数转换器设置在第三芯片上。19.一种成像装置，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，所述下游复位晶体管初始化所述下游节点的电平；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；以及信号处理电路，其依次地将所述复位电平和所述多个信号电平转换为数字信号并且处理所述数字信号。20.一种固体成像元件，包括：将入射光转换为电荷的第一光电转换元件；将入射光转换为电荷的第二光电转换元件；将所述电荷转换为电压的上游放大晶体管；预定数量的电容元件，各所述电容元件分别具有连接至上游节点的第一端，所述上游节点是所述上游放大晶体管的输出目的地；预定数量的选择晶体管，其插入在所述预定数量的电容元件的各者的第二端与预定的下游节点之间的各个路径中；复位晶体管，其具有连接至所述下游节点的源极或漏极；以及下游放大晶体管，其具有连接至所述下游节点的栅极并且输出像素信号。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：朝仓伦丰 加藤博武
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.02.17
技术公布日：2022/11/11