固體攝像裝置及固體攝像裝置的驅(qū)動方法
【專利摘要】本發(fā)明具備：外延層（2）；多個像素電極（11）；被形成在多個像素電極上，將光轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換膜（12）；被形成在光電轉(zhuǎn)換膜（12）上的透明電極（13）；以與多個像素電極（11）分別對應(yīng)的方式被形成在外延層（2）內(nèi)，并與對應(yīng)的像素電極（11）電連接，對通過光電轉(zhuǎn)換而在光電轉(zhuǎn)換膜（12）生成的電荷進行蓄積的n型電荷蓄積區(qū)域（14）；以與電荷蓄積區(qū)域（14）的底部分別接觸的方式被形成在外延層（2）內(nèi)的p型電荷勢壘區(qū)域（21）；以與電荷勢壘區(qū)域（21）的底部分別接觸的方式被形成在外延層（2）內(nèi)的n型電荷排出區(qū)域（22）。
【專利說明】固體攝像裝置及固體攝像裝置的驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單位像素被排列成陣列狀的積層型固體攝像裝置及其驅(qū)動方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)以及 MOS (Metal OxideSemiconductor)區(qū)域圖像傳感器(以下也將這兩者稱為MOS傳感器)、電荷稱合元件(ChargeCoupled Devcies)區(qū)域圖像傳感器(以下，稱之為CXD傳感器)，根據(jù)與入射光量相應(yīng)而生的電荷量來生成圖像信號。這些圖像傳感器(固體攝像裝置)作為功能單元，被搭載于數(shù)碼靜態(tài)相機、數(shù)碼攝像機、攝像頭以及手機用照相機等多種多樣的撮像設(shè)備中。
[0003]現(xiàn)有的圖像傳感器具有將具備光電轉(zhuǎn)換部(光電二極管)和讀出電路部的像素部(單位像素)按二維陣列狀配置在半導(dǎo)體基板的表面附近的結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換部的開口面積根據(jù)讀出電路部的面積而被削減。因此，現(xiàn)有的圖像傳感器中存在著，尤其是隨著像素部的尺寸變小，光電轉(zhuǎn)換部的開口率降低的問題。
[0004]對此，專利文獻I公開了一種在半導(dǎo)體基板的表面附近配置讀出電路部，并將可進行光電轉(zhuǎn)換的材料用作光電轉(zhuǎn)換膜積層在半導(dǎo)體基板上方，從而構(gòu)成積層型圖像傳感器。
[0005]專利文獻I記載的積層型圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換部是由電極夾著光電轉(zhuǎn)換膜而形成的結(jié)構(gòu)，基于光信號而在光電轉(zhuǎn)換膜發(fā)生的電荷，通過電極被傳輸?shù)阶x出電路。圖15中表示了專利文獻I的像素部的結(jié)構(gòu)。圖15的像素部中，在光電轉(zhuǎn)換膜101內(nèi)發(fā)生的電荷通過像素電極102，被蓄積到基板上形成的PN節(jié)的電荷蓄積部103中。該電荷蓄積部103與放大晶體管104的柵極線連接，隨著電荷蓄積部103的蓄積電荷量而變動的電壓變化從像素部被輸出。并且，電荷蓄積部103還連接于復(fù)位晶體管106的漏極，以在電荷被讀出之后使電荷蓄積部103的電荷復(fù)位。在復(fù)位晶體管106為ON狀態(tài)時，電荷蓄積部103的電壓被設(shè)定為初期狀態(tài)電壓。
[0006]專利文獻1:日本專利第4444371號公報
[0007]但是，本發(fā)明的
【發(fā)明者】們的研究表明，在采用了專利文獻I所述的像素部結(jié)構(gòu)和讀出方式的積層型圖像傳感器中，尤其在高亮度撮像時信號輸出會降低，并且在此后的撮像中也出現(xiàn)同樣的輸出降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]對此，鑒于解決上述問題開發(fā)了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種在對高亮度的被寫體進行攝像之后，也能夠抑制復(fù)位晶體管以及放大晶體管的特性劣化的積層型固體攝像裝置。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明的固體攝像裝置具備:半導(dǎo)體基板；多個第一電極，以陣列狀被配置在上述半導(dǎo)體基板的上方，上述多個第一電極分別構(gòu)成不同的單位像素；光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述多個第一電極之上，將光轉(zhuǎn)換成電信號；第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜之上；電荷蓄積區(qū)域，以與上述多個第一電極分別對應(yīng)的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，并與對應(yīng)的上述第一電極電連接，對通過光電轉(zhuǎn)換而在上述光電轉(zhuǎn)換膜生成的電荷進行蓄積，該電荷蓄積區(qū)域為第一導(dǎo)電型；電荷勢壘區(qū)域，以與上述電荷蓄積區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷勢壘區(qū)域為與上述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；電荷排出區(qū)域，以與上述電荷勢壘區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷排出區(qū)域為上述第一導(dǎo)電型。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)在對高亮度被寫體進行撮像時也不會損傷單位像素的讀出電路的晶體管的高信賴性的積層型固體攝像裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。
[0012]圖2是表示本發(fā)明的實施方式I的單位像素的結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
[0013]圖3是表示本發(fā)明的實施方式I的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖。
[0014]圖4是表示本發(fā)明的實施方式I的固體攝像裝置的制造方法的一個例子的工序的剖面圖。
[0015]圖5是表示本發(fā)明的實施方式I的變形例的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖。
[0016]圖6是表示本發(fā)明的實施方式I的變形例的固體攝像裝置的制造方法的一個例子的工序的剖面圖。
[0017]圖7是表示比較例的積層型固體攝像裝置的像素部的結(jié)構(gòu)的方框圖。
[0018]圖8是表示比較例的積層型固體攝像裝置的驅(qū)動方法的時間圖。
[0019]圖9是表示本發(fā)明的實施方式2的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
[0020]圖10是本發(fā)明的實施方式2的像素部以及信號讀出部的電路圖。
[0021]圖11是本發(fā)明的實施方式2的3個像素范圍的設(shè)備剖面圖。
[0022]圖12是表示本發(fā)明的實施方式2的固體攝像裝置的驅(qū)動方法的時間圖。
[0023]圖13是表示本發(fā)明的實施方式3的固體攝像裝置的驅(qū)動方法的時間圖。
[0024]圖14是表示本發(fā)明的實施方式4的固體攝像裝置的驅(qū)動方法的時間圖。
[0025]圖15是表示現(xiàn)有的像素部的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
【具體實施方式】
[0026](本發(fā)明的基礎(chǔ)知識)
[0027]本發(fā)明的
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)【背景技術(shù)】中記載的固體攝像裝置中存在如下問題。
[0028]在圖15所示的積層型圖像傳感器中，電荷蓄積部103和放大晶體管104的柵極相電連接。該放大晶體管104的柵極氧化膜一般為數(shù)納米至數(shù)十納米的薄膜，以不損傷柵極氧化膜為條件可施加的柵極電壓是有限度的。然而，在對高亮度被寫體進行撮像時，電荷蓄積部103的電位會增加到光電轉(zhuǎn)換膜101上的相對電極的施加電壓。此時，會有超出耐壓的高電場施加在放大晶體管104的柵極氧化膜上。從而，導(dǎo)致放大晶體管104的柵極氧化膜被損傷、亞閾值特性顯著劣化、像素部的信號輸出降低。
[0029]另外，在對高亮度的被寫體進行撮像時，由于電荷蓄積部103即復(fù)位晶體管106的源極也成為高電壓，因此，當復(fù)位動作時的復(fù)位晶體管106進行ON/OFF動作時，電荷被注入到復(fù)位晶體管106的溝道，該電荷因漏極-源極間的電壓差而在溝道內(nèi)被加速，成為熱載子。并且，該熱載子導(dǎo)致發(fā)生碰撞電尚化現(xiàn)象，從而發(fā)生大量的電子空穴對。由于該碰撞電離化，會有大量的電子注入復(fù)位晶體管106的柵極氧化膜內(nèi)，而導(dǎo)致復(fù)位晶體管106的開關(guān)特性劣化。該特性劣化發(fā)展到無法挽回的狀態(tài)，造成像素部的輸出信號降低。
[0030]為了解決上述問題，本發(fā)明的固體攝像裝置具備:半導(dǎo)體基板；多個第一電極，以陣列狀被配置在上述半導(dǎo)體基板的上方，上述多個第一電極分別構(gòu)成不同的單位像素；光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述多個第一電極之上，將光轉(zhuǎn)換成電信號；第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜之上；電荷蓄積區(qū)域，以與上述多個第一電極分別對應(yīng)的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，并與對應(yīng)的上述第一電極電連接，對通過光電轉(zhuǎn)換而在上述光電轉(zhuǎn)換膜生成的電荷進行蓄積，該電荷蓄積區(qū)域為第一導(dǎo)電型；電荷勢壘區(qū)域，以與上述電荷蓄積區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷勢壘區(qū)域為與上述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；電荷排出區(qū)域，以與上述電荷勢壘區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷排出區(qū)域為上述第一導(dǎo)電型。
[0031]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在來自光電轉(zhuǎn)換膜的電荷導(dǎo)致電荷蓄積部的電位提高而使得達到了某一規(guī)定電位以上時，電荷蓄積部的電荷會漏到電荷排出區(qū)域，因此，電荷蓄積部的電位不會提高到某一規(guī)定電位以上。從而，能夠抑制放大晶體管以及復(fù)位晶體管的損傷，即使在對高亮度的被寫體進行撮像時，也能夠抑制單位像素的輸出信號降低。
[0032]在此也可以是，上述電荷勢壘區(qū)域的雜質(zhì)濃度比上述電荷排出區(qū)域的雜質(zhì)濃度低。
[0033]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電荷積蓄而造成電荷蓄積區(qū)域的電位增加時，電荷容易漏到電荷排出區(qū)域，因此能夠防止電荷蓄積區(qū)域的電位增加到高電位。
[0034]另外可以是，上述固體攝像裝置還具備MOS型晶體管，該MOS型晶體管對上述電荷蓄積區(qū)域的電位進行初始化，上述電荷蓄積區(qū)域被兼用為上述MOS型晶體管的漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的一任意方，上述MOS型晶體管的漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的另一任意方為上述第一導(dǎo)電型，在上述半導(dǎo)體基板中，從上述半導(dǎo)體基板的表面至上述電荷蓄積區(qū)域的深度，比從上述半導(dǎo)體基板的表面至上述漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的另一任意方的深度深。
[0035]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在半導(dǎo)體基板內(nèi)確保用于輸出與單位像素內(nèi)的電荷對應(yīng)的信號的讀出電路的阱區(qū)域的同時，在電荷蓄積區(qū)域的電位增加時，使電荷容易地漏到電荷排出區(qū)域，從而能夠防止電荷蓄積區(qū)域的電位增加到高電位。
[0036]另外可以是，上述電荷排出區(qū)域與上述第二導(dǎo)電型的上述半導(dǎo)體基板相接觸。
[0037]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在不受電荷排出區(qū)域阻礙的情況下，通過半導(dǎo)體基板進行分離區(qū)域的電位固定，使被分離區(qū)域分離的區(qū)域內(nèi)的讀出電路的動作穩(wěn)定。
[0038]另外可以是，上述電荷排出區(qū)域的電位是變動的電位。
[0039]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)電荷蓄積區(qū)域的電位來調(diào)整電荷排出區(qū)域的電位，根據(jù)亮度來變更電荷排出區(qū)域的電位，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化。
[0040]另外，為了解決上述問題，本發(fā)明的固體攝像裝置具備:基板；第一電極，被形成在上述基板的上方；光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述第一電極的上方，將光轉(zhuǎn)換成信號電荷；第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜的上方；電荷蓄積部，被形成在上述基板之上，并與上述第一電極電連接，對從上述第一電極流入的電荷進行蓄積；復(fù)位晶體管，其漏極與上述電荷蓄積部電連接；信號讀出電路，與上述電荷蓄積部電連接，并生成讀出信號，該讀出信號是大小與上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的量相對應(yīng)的電信號；控制電路，一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加第一電壓，一邊向上述復(fù)位晶體管的柵極施加開通電壓，并且，一邊向上述柵極施加上述開通電壓，一邊將施加在上述源極的電壓從所述第一電壓變更成第二電壓，該第一電壓是排斥上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓，該開通電壓是使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)的電壓，該第二電壓是引入上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓。
[0041]通過采用這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的固體攝像裝置在對高亮度被寫體進行撮像時，能夠使在復(fù)位晶體管的漏極和源極之間發(fā)生的高電壓預(yù)先就降低，然后使復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)。因此，與歷來的在漏極-源極間為高電壓的狀態(tài)下使復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)的情況不同，可大幅降低溝道熱載子數(shù)，從而能夠抑制因碰撞電離化而發(fā)生的剩余電荷。其結(jié)果，能夠防止輸出電平變動以及復(fù)位晶體管的特性劣化，從而不會發(fā)生泛黑現(xiàn)象或者黑影現(xiàn)象。
[0042]另外可以是，上述控制電路使施加在上述源極的電壓，經(jīng)由上述第一電壓和上述第二電壓之間的中間電壓，以長時間從上述第一電壓變化成上述第二電壓，上述長時間是在上述復(fù)位晶體管的柵極為接通狀態(tài)的期間內(nèi)的柵極脈沖上升或者下降所需要的時間以上的時間。
[0043]通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠在復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)之前壓低漏極-源極間電壓，從而能防止在使復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)的瞬間發(fā)生溝道熱載子以及隨之發(fā)生碰撞電離化，然后，隨著源極電位的降低，電荷蓄積部中積蓄的信號電荷會被從復(fù)位晶體管的源極注入的電荷中和。并且，由于不是使施加在源極的電壓急劇降低而是使之逐漸降低，因此，能夠在使復(fù)位晶體管的源極-漏極間電壓保持低值的情況下，將電荷蓄積部設(shè)定成殘留電荷被排出后的初期狀態(tài)。
[0044]另外可以是，上述固體攝像裝置還具備比較器，該比較器對上述讀出信號和第一參照電平進行比較，上述控制電路，在上述比較器判斷出上述讀出信號的大小為上述第一參照電平以下的情況下，對施加在上述源極的電壓變更進行抑制，并在將施加在上述源極的電壓固定為第二電壓的狀態(tài)下，向上述柵極施加上述開通電壓。
[0045]通過采用這種結(jié)構(gòu)，在來自高亮度被寫體的光的強度比較弱，且不存在上述碰撞電離化的擔(dān)憂的情況下，能夠削減進行復(fù)位電壓的電平變更時所需的電力，因此有利于固體攝像裝置的低耗電化。
[0046]另外可以是，在本發(fā)明的固體攝像裝置中，上述比較器還對上述讀出信號和比上述第一參照電平大的第二參照電平進行比較，上述控制電路，在上述比較器判斷出上述讀出信號的大小比上述第二參照電平大的情況下，一邊向上述源極施加上述第一電壓，一邊向上述柵極施加上述開通電壓，并且，一邊向上述柵極施加上述開通電壓一邊將向上述源極施加的電壓從上述第一電壓變更成上述第二電壓之后，向上述柵極持續(xù)施加上述開通電壓。
[0047]通過采用這種結(jié)構(gòu)，在被寫體的亮度過高，且持續(xù)進行撮像可能導(dǎo)致無法避免發(fā)生黑影的情況下，通過在使復(fù)位晶體管的柵極保持接通的狀態(tài)下停止攝影動作，能夠充分保護復(fù)位晶體管。[0048]另外可以是，在本發(fā)明的固體攝像裝置中，上述第一電極被形成為電分離的多個部分，包含上述電荷蓄積部的多個電荷蓄積部、包含上述復(fù)位晶體管的多個復(fù)位晶體管、包含上述信號讀出電路的多個信號讀出電路、包含上述控制電路的多個控制電路以及包含上述比較器的多個比較器，分別對應(yīng)于上述第一電極的上述多個部分而被設(shè)置，上述多個控制電路中的一個控制電路，在對應(yīng)的比較器判斷出對應(yīng)的讀出信號比上述第二參照電平大的情況下，通過控制其他控制電路，向與其他控制電路對應(yīng)的復(fù)位晶體管的柵極也持續(xù)施加上述開通電壓。
[0049]通過采用這種結(jié)構(gòu)，在被寫體的亮度過高，且持續(xù)進行撮像可能導(dǎo)致無法避免發(fā)生黑影的情況下，能夠盡快對其他像素的復(fù)位晶體管也進行保護。
[0050]另外可以是，在本發(fā)明的固體攝像裝置中，上述電荷蓄積部將空穴作為上述電荷進行積蓄，上述控制電路一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加作為上述第一電壓的正電壓，一邊使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在上述復(fù)位晶體管的柵極的接通狀態(tài)下，將施加到上述復(fù)位晶體管的源極的電壓降低到比上述第一電壓低的上述第二電壓。
[0051]通過采用這種結(jié)構(gòu)，上述控制電路，在上述電荷蓄積部中積蓄的電荷是空穴的情況下，能夠進行與該情況相應(yīng)的驅(qū)動。
[0052]另外，在本發(fā)明的固體攝像裝置中，上述電荷蓄積部將電子作為上述電荷進行積蓄，上述控制電路一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加作為上述第一電壓的負電壓，一邊使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在上述復(fù)位晶體管的柵極的接通狀態(tài)下，將施加到上述復(fù)位晶體管的源極的電壓提高到比上述第一電壓高的上述第二電壓。
[0053]通過采用這種結(jié)構(gòu)，上述控制電路，在上述電荷蓄積部中積蓄的電荷是電子的情況下，能夠進行與該情況相應(yīng)的驅(qū)動。
[0054]另外，這些整體性或者具體性的形態(tài)可由系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程序或者記錄介質(zhì)來實現(xiàn)，也可以由系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程序或者記錄介質(zhì)的任意組合來實現(xiàn)。
[0055]本發(fā)明例如還可以是由上述固體攝像裝置的控制電路進行的控制方法、用于顯示上述固體攝像裝置的功能的一部分或者全部的半導(dǎo)體集成電路(LSI)、具備上述固體攝像裝置的攝像裝置(照相機)。
[0056]以下，根據(jù)附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式。但是，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式。另外，在不超出本發(fā)明的有效范圍的情況下，可適當?shù)剡M行變更。即，以下的實施方式中公開的結(jié)構(gòu)要素、結(jié)構(gòu)要素的配置位置以及連接形態(tài)、時間、時間的順序等都是一個例子，并不表示本發(fā)明限定于此。只有權(quán)利要求的范圍能夠限定本發(fā)明。因此，關(guān)于以下實施方式的結(jié)構(gòu)要素中的未被記載于表示本發(fā)明的最上位概念的獨立權(quán)利要求項的結(jié)構(gòu)要素，不是作為解決本發(fā)明的問題所必須的結(jié)構(gòu)，而是作為任意的結(jié)構(gòu)要素進行說明。另外，在附圖中，對于表示實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)、動作以及效果的要素，賦予相同的符號。
[0057](實施方式I)
[0058]圖1是表示實施方式I的積層型固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖，圖2是表示圖1的單位像素100的結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。另外，圖1中只記載了“2行2列”范圍的單位像素100，但是對行數(shù)以及列數(shù)可以任意進行設(shè)定。
[0059]該固體攝像裝置具備由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板(圖外)、以陣列狀(二維狀)被配置在半導(dǎo)體基板上的多個單位像素100、向單位像素100提供各種定時信號的垂直掃描部(也稱之為行掃描部)113、將單位像素100的信號依次讀出到水平輸出端子142的水平掃描部(也稱之為列掃描部或者水平信號讀出部)115、按單位像素100的每個列形成的列信號線(垂直信號線)141、對被輸出到列信號線141的信號進行處理的列信號處理部151。
[0060]各單位像素100如圖2所示，其具備通過對入射光進行光電轉(zhuǎn)換而生成信號電荷的光電轉(zhuǎn)換部111、柵極與光電轉(zhuǎn)換部111連接的放大晶體管15、漏極與光電轉(zhuǎn)換部111連接的復(fù)位晶體管16、與放大晶體管15串聯(lián)連接的選擇晶體管17、對來自光電轉(zhuǎn)換部111的信號電荷進行蓄積的電荷蓄積區(qū)域(浮動擴散)14，該電荷蓄積區(qū)域14是與光電轉(zhuǎn)換部111連接的蓄積二極管。
[0061]光電轉(zhuǎn)換部111具有光電轉(zhuǎn)換膜12、像素電極(第一電極)11和透明電極(第二電極)13。光電轉(zhuǎn)換膜12以被像素電極11和透明電極13相夾的方式形成在半導(dǎo)體基板的上方，由能夠?qū)θ肷涔膺M行光電轉(zhuǎn)換的非晶硅、有機材料等構(gòu)成。像素電極11是被形成在光電轉(zhuǎn)換膜12的下方即半導(dǎo)體基板側(cè)的下面的下部電極。透明電極13是在光電轉(zhuǎn)換膜12的上方即與像素電極11相反側(cè)的上面，以橫跨多個像素電極11的方式形成的上部電極。像素電極11由金屬電極構(gòu)成，透明電極13由能夠使光射入光電轉(zhuǎn)換膜12的ITO或者ZnO等透明材料構(gòu)成。
[0062]構(gòu)成讀出電路的放大晶體管15、復(fù)位晶體管16和選擇晶體管17由MOS晶體管構(gòu)成并被形成在半導(dǎo)體基板內(nèi)，該讀出電路用于將光電轉(zhuǎn)換部111的與信號電荷對應(yīng)的信號電壓輸出到列信號線141。
[0063]光電轉(zhuǎn)換部111被插在放大晶體管15的柵極以及復(fù)位晶體管16的漏極和光電轉(zhuǎn)換部控制線131之間。放大晶體管15具有與像素電極11連接的柵極，并通過選擇晶體管17將與像素電極11的電位對應(yīng)的信號輸出到列信號線141。復(fù)位晶體管16的漏極與像素電極11連接，復(fù)位晶體管16的源極與復(fù)位電位連接，復(fù)位晶體管16使電荷蓄積區(qū)域14的電位初始化。選擇晶體管17的柵極通過地址控制線121與垂直掃描部113連接。復(fù)位晶體管16的柵極通過復(fù)位控制線123與垂直掃描部113連接。按單位像素100的每個行設(shè)有地址控制線121以及復(fù)位控制線123。放大晶體管15的漏極與電源線125連接，源極通過選擇晶體管17與列信號線141連接。選擇晶體管17以及復(fù)位晶體管16的接通切斷動作，通過行復(fù)位信號RESET以及行選擇信號SEL，被垂直掃描部113所控制。
[0064]另外，在實施方式I中設(shè)想為復(fù)位晶體管16是η型MOS晶體管，被輸入其柵極的復(fù)位信號中包含的復(fù)位脈沖是正脈沖(上升脈沖)，復(fù)位脈沖的后緣是下降邊。
[0065]光電轉(zhuǎn)換部控制線131在全單位像素100被通用。列信號線141按單位像素100的每個列而被設(shè)置，并通過列信號處理部151與水平信號讀出部115連接。列信號處理部151進行以相關(guān)雙采樣為代表的噪聲抑制信號處理以及模擬/數(shù)字變換等。
[0066]在具有上述結(jié)構(gòu)的單位像素100中，由光電轉(zhuǎn)換部111生成的信號電荷通過像素電極11被傳輸?shù)诫姾尚罘e區(qū)域14。在實施方式I中，為了傳輸信號電荷，通過光電轉(zhuǎn)換部控制線131向透明電極13施加正偏壓。被傳輸?shù)诫姾尚罘e區(qū)域14的信號電荷被放大晶體管15放大，并通過使選擇晶體管17成為ON狀態(tài)，而被輸出到列信號線141。
[0067]接下來，關(guān)于實施方式I的固體攝像裝置所具備的單位像素100的電荷蓄積區(qū)域14的剖面結(jié)構(gòu)的一個例子，利用圖3進行說明。圖3是表示實施方式I的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖(表示單位像素100的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖)。
[0068]固體攝像裝置具備:包含高濃度的P型雜質(zhì)的半導(dǎo)體基板I ;包含低濃度的P型雜質(zhì)的外延層2 ;以陣列狀被配置在外延層2的上面并構(gòu)成互不相同的單位像素100的多個像素電極11 ;被形成在多個像素電極11之上，并通過將射入的光轉(zhuǎn)換成電信號(光電轉(zhuǎn)換)而生成信號電荷的光電轉(zhuǎn)換膜12 ;被形成在光電轉(zhuǎn)換膜12之上的透明電極13 ;與多個像素電極11分別對應(yīng)地被形成在外延層12內(nèi)，并與對應(yīng)的像素電極11電連接，對通過光電轉(zhuǎn)換而在光電轉(zhuǎn)換膜12生成的信號電荷進行蓄積的η型(第一導(dǎo)電型)電荷蓄積區(qū)域14 ；以與電荷蓄積區(qū)域14的底部分別接觸的方式被形成在外延層2內(nèi)的、與η型相反的P型(第二導(dǎo)電型)的電荷勢壘區(qū)域21 ;以與電荷勢壘區(qū)域21的底部分別接觸的方式被形成在外延層2內(nèi)的η型電荷排出區(qū)域22。
[0069]電荷勢壘區(qū)域21的雜質(zhì)濃度比電荷排出區(qū)域22的雜質(zhì)濃度低。并且，電荷排出區(qū)域22與P型的外延層2相接觸。另外，固體攝像裝置除了分離區(qū)域20之外，還具有用于與相鄰接的電荷蓄積區(qū)域14電分離的STI (shallow trench isolation) 19。
[0070]固體攝像裝置具備對電荷蓄積區(qū)域14的電位進行初始化的復(fù)位晶體管16，電荷蓄積區(qū)域14被兼用為復(fù)位晶體管16的漏極區(qū)域，復(fù)位晶體管16的源極區(qū)域27為η型。
[0071]單位像素100具備半導(dǎo)體基板1、外延層2、像素電極11、光電轉(zhuǎn)換膜12、透明電極
13、電荷蓄積區(qū)域14、分離區(qū)域20、電荷勢壘區(qū)域21、電荷排出區(qū)域22、柵極電極23、側(cè)壁24、接觸配線25、絕緣層26以及源極區(qū)域27。柵極電極23以及作為其側(cè)壁的側(cè)壁24被形成在外延層2內(nèi)，被形成在外延層2內(nèi)的電荷蓄積區(qū)域14以及源極區(qū)域27 —同構(gòu)成復(fù)位晶體管16。接觸配線25被形成在絕緣層26內(nèi)，使像素電極11和電荷蓄積區(qū)域14電連接。
[0072]在單位像素100中，由于向透明電極13施加正電壓，在光電轉(zhuǎn)換膜12生成的信號電荷(空穴)通過像素電極11被傳輸?shù)诫姾尚罘e區(qū)域14，并被蓄積在電荷蓄積區(qū)域14。電荷蓄積區(qū)域14還被兼用為復(fù)位晶體管16的漏極區(qū)域，通過使復(fù)位晶體管16成為ON狀態(tài)，電荷蓄積區(qū)域14的電位被初始化(復(fù)位)。利用分離區(qū)域20，使電荷蓄積區(qū)域14與其他單位像素100電分離。為了使形成阱區(qū)域的分離區(qū)域20的薄膜電阻降低，電荷排出區(qū)域22以格子狀或者條紋狀被形成在撮像區(qū)域(單位像素100被配置成陣列狀的外延層2的區(qū)域)，與外延層2接觸，并與撮像區(qū)域以及外延層2兩者都連接。電荷排出區(qū)域22被施加與電荷蓄積區(qū)域14的電位相應(yīng)的適當?shù)碾妷?，電荷排出區(qū)域22的電位隨著電荷蓄積區(qū)域14的電位而變動。
[0073]在半導(dǎo)體基板I中，電荷勢壘區(qū)域21被形成在比電荷蓄積區(qū)域14深的位置，電荷排出區(qū)域22被形成在比電荷勢壘區(qū)域21深的位置。另外，分離區(qū)域20被形成在比電荷蓄積區(qū)域14深，但比電荷排出區(qū)域22淺的位置。
[0074]在單位像素100中，隨著光射入電荷蓄積區(qū)域14而發(fā)生的電荷被蓄積在電荷蓄積區(qū)域14，電荷蓄積區(qū)域14的電位會增加。由于電荷蓄積區(qū)域14被兼用為復(fù)位晶體管16的漏極區(qū)域，因此，若電荷蓄積區(qū)域14的電位達到耐壓(約10ν)，則會損傷復(fù)位晶體管16。此時，與電荷蓄積區(qū)域14電連接的放大晶體管(未圖示)的柵極也被施加高電壓，從而，電荷蓄積區(qū)域14的電位達到放大晶體管的柵極氧化膜的耐壓(2?IOv)時，會損傷放大晶體管。但是，在電荷蓄積區(qū)域14下形成有雜質(zhì)濃度比電荷排出區(qū)域22低的電荷勢壘區(qū)域21，在該電荷勢壘區(qū)域21下形成有電荷排出區(qū)域22。電荷排出區(qū)域22被施加某電壓(3v以下)，因此，當電荷蓄積區(qū)域14的電位增加時，被積蓄的空穴會漏到電荷排出區(qū)域22。從而，能夠抑制電荷蓄積區(qū)域14的電位增加，控制電荷蓄積區(qū)域14的電位，使得不超過復(fù)位晶體管16以及放大晶體管的柵極氧化膜的耐壓。
[0075]以下，關(guān)于實施方式I的固體攝像裝置的制造方法，利用圖4進行說明。圖4是表示實施方式I的固體攝像裝置的制造方法的一個例子的工序剖面圖。
[0076]首先，如圖4 Ca)所示，在高濃度(例如IO18?102°cm_3)的p型半導(dǎo)體基板I上方的低濃度(例如IO16?IO17CnT3)的外延層2內(nèi)，通過一般的固體攝像裝置的制造方法，形成使多個晶體管按每個單位像素100電分離的STI19。
[0077]接下來，如圖4 (b)所示，通過光刻法在外延層2上形成圖案，以在所希望的區(qū)域形成開口，并利用該圖像，通過離子注入法，形成電荷排出區(qū)域22和電荷勢壘區(qū)域21。另夕卜，通過相同的方法形成用于使各晶體管的源極區(qū)域以及漏極區(qū)域按每個單位像素100電分離的分離區(qū)域20。然后，通過一般的固體攝像裝置的制造方法，在外延層2內(nèi)形成單位像素100內(nèi)的各晶體管的柵極氧化膜以及柵極電極23。
[0078]在此，通過注入作為形成η型層的η型雜質(zhì)的P原子或者注入As原子，形成電荷排出區(qū)域22。電荷排出區(qū)域22的注入濃度例如是IO16?1018cm_3，從外延層2的表面至底面的深度例如約為0.3?1.5 μ m。另外，電荷排出區(qū)域22以格子狀或者條紋狀擴張的方式被連續(xù)設(shè)置到攝像區(qū)域的端部。因此，能夠從撮像區(qū)域的外側(cè)向電荷排出區(qū)域22施加電壓，而無需在單位像素100內(nèi)設(shè)置施加電壓的區(qū)域，從而容易對單位像素100的尺寸進行細微化。
[0079]另外，可通過半導(dǎo)體基板I來對用于劃分單位像素100內(nèi)的晶體管的阱區(qū)域的分離區(qū)域20進行電位固定，因此，阱區(qū)域的薄膜電阻成為1/3以下，從而能夠使單位像素100內(nèi)的晶體管高速動作。
[0080]另外，分離區(qū)域20被形成為，注入濃度例如是IO16?1019cm_3、從外延層2的表面至底面的深度例如約為1.5 μ m。
[0081]另外，電荷勢壘區(qū)域21被配置在電荷排出區(qū)域22和電荷蓄積區(qū)域14之間，在電荷蓄積區(qū)域14的電位較低約為O?3v時，使電荷排出區(qū)域22和電荷蓄積區(qū)域14電分離，而在電荷蓄積區(qū)域14的電位約為3v以上時，使電荷蓄積區(qū)域14的電荷漏到電荷排出區(qū)域22。在實施方式I中，采用了耐壓約為3v的復(fù)位晶體管16以及放大晶體管，此外，能夠根據(jù)電荷排出區(qū)域22的施加電壓以及電荷勢壘區(qū)域21的雜質(zhì)濃度來調(diào)整晶體管的耐壓限度。電荷勢壘區(qū)域21被形成為，注入濃度例如是IO15?1018cm_3，從外延層2的表面至底面的深度例如約為0.1?1.3 μ m。
[0082]接下來，如圖4 (C)所示，形成側(cè)壁24以及電荷蓄積區(qū)域14。以使電荷勢壘區(qū)域21的端部(從上方看半導(dǎo)體基板I時的柵極23側(cè)的端部)和被形成在柵極23的側(cè)壁的側(cè)壁24大體一致的方式，在側(cè)壁24的前后形成電荷勢壘區(qū)域21。電荷蓄積區(qū)域14被兼用為復(fù)位晶體管16的漏極區(qū)域，因此，對柵極電極23下方的雜質(zhì)分布以及電荷蓄積區(qū)域14的位置采用了可對電位進行初始化的設(shè)計。
[0083]通過光刻法在外延層2上形成圖案，以在所希望的區(qū)域形成開口，并利用該圖案，通過離子注入法來形成電荷蓄積區(qū)域14。電荷蓄積區(qū)域14被形成為，注入濃度例如是IO16?102°cm_3，從外延層2的表面至底面的深度例如約為0.3μπι。另外，電荷蓄積區(qū)域14被形成為與復(fù)位晶體管16的源極區(qū)域27同等的深度以及雜質(zhì)濃度。由此，可同時形成電荷蓄積區(qū)域14和源極區(qū)域27,從而能夠?qū)崿F(xiàn)短TAT (Turn Around Time)。
[0084]接下來，如圖4 (d)所示，為了將來自光電轉(zhuǎn)換膜12的信號電荷傳輸?shù)诫姾尚罘e區(qū)域14，通過一般的固體攝像裝置的制造方法，形成絕緣層26以及接觸配線25。并且，通過濺射法或者CVD法在外延層2上形成金屬膜，并通過光刻法以及干蝕刻法在金屬膜上形成圖案，從而形成像素電極11。然后，通過蒸鍍法或者涂敷法在像素電極11上形成光電轉(zhuǎn)換膜12，并通過濺射法形成用于使入射光到達光電轉(zhuǎn)換膜12的透明電極13。
[0085]通過以上的工序，能夠制造出圖3所示的固體攝像裝置。
[0086]如上所述，在實施方式I的固體攝像裝置中，在電荷蓄積區(qū)域14下設(shè)有電荷勢壘區(qū)域21、在電荷勢壘區(qū)域21下設(shè)有電荷排出區(qū)域22，即使空穴被蓄積在η型電荷蓄積區(qū)域14而造成電位增加的情況下，也能夠以規(guī)定的電位為界限，漏出到電荷排出區(qū)域22。因此，能夠抑制以電荷蓄積區(qū)域14兼做為漏極區(qū)域的復(fù)位晶體管16受損傷，以及抑制與電荷蓄積區(qū)域14電連接的放大晶體管的損傷。
[0087](變形例)
[0088]圖5是表示實施方式I的變形例的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖(表示單位像素100的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖)。
[0089]該固體攝像裝置與實施方式I的固體攝像裝置的不同點在于，在半導(dǎo)體基板I中，從電荷蓄積區(qū)域14的底面至外延層2的表面的深度，比從復(fù)位晶體管16的源極區(qū)域27的底面至外延層2的表面的深度深。在此情況下，電荷蓄積區(qū)域14與外延層2的接合面積增力口，電荷的蓄積數(shù)增加。另外，由于能在深處形成電荷蓄積區(qū)域14，因此能夠在深處形成電荷排出區(qū)域22。從而，能夠使形成阱區(qū)域的分離區(qū)域20的薄膜電阻降低，而無需使分離區(qū)域20和外延層2連接。
[0090]以下，關(guān)于本變形例的固體攝像裝置的制造方法，利用圖6進行說明。圖6是表示本變形例的固體攝像裝置的制造方法的一個例子的工序剖面圖。
[0091]首先，圖6 (a)所示的形成分離區(qū)域20的工序與圖3 (a)所示的工序一樣，在高濃度(例如IO18?102°cm_3)的半導(dǎo)體基板I的上方的低濃度(例如IO16?IO17CnT3)的外延層2內(nèi)，通過一般的固體攝像裝置的制造方法，形成使多個晶體管按每個單位像素100電分離的STI19。
[0092]接下來，如圖6 (b)所示，在形成柵極23之前，通過光刻法在外延層2內(nèi)形成圖案，以在所希望的區(qū)域形成開口，并利用該圖像，通過離子注入法形成電荷蓄積區(qū)域14。另夕卜，通過相同方法形成用于使各晶體管的源極區(qū)域以及漏極區(qū)域按每個單位像素100的電分離的分離區(qū)域20和電荷勢壘區(qū)域21。然后，通過一般的固體攝像裝置的制造方法，形成單位像素100內(nèi)的各晶體管的柵極氧化膜以及柵極電極23。
[0093]在此，電荷蓄積區(qū)域14被形成為，注入濃度例如是IO15?1018cm_3，從外延層2的表面至底面的深度例如約為2.Ομπι。由此，能夠在不受柵極電極23的厚度的影響的情況下，在各單位像素100形成相同形狀的電荷蓄積區(qū)域14。
[0094]另外，分離區(qū)域20被形成為，注入濃度例如是IO16?1019cm_3，從外延層2的表面至底面的深度例如約為2.0 μ m。
[0095]另外，電荷勢壘區(qū)域21被配置在電荷排出區(qū)域22和電荷蓄積區(qū)域14之間，在電荷蓄積區(qū)域14的電位較低約為O?3v的情況下，使電荷排出區(qū)域22和電荷蓄積區(qū)域14電分離，而在電荷蓄積區(qū)域14的電位約為3v以上的情況下，使電荷排出區(qū)域22的電荷漏出到電荷排出區(qū)域22。在實施方式I中，采用了耐壓約為3v的復(fù)位晶體管16以及放大晶體管，此外，也能夠根據(jù)電荷排出區(qū)域22的施加電壓以及電荷勢壘區(qū)域21的雜質(zhì)濃度來調(diào)整晶體管的耐壓限度。電荷勢壘區(qū)域21被形成為，注入濃度例如是IO15?1018cm_3，從外延層2的表面到底面的深度例如約為0.4?2.5 μ m。由此，即使形成大面積的電荷排出區(qū)域22，也能夠確保分離區(qū)域20的薄膜電阻。例如，即使在撮像區(qū)域的整面都配置了電荷排出區(qū)域22的情況下，也能夠確保分離區(qū)域20具有比圖3的分離區(qū)域20的薄膜電阻減少了一半的電阻。
[0096]接下來，圖6 (C)所示的接觸配線25以及光電轉(zhuǎn)換部111等的形成工序，與圖3Cd)的工序相同。
[0097]如上所述，根據(jù)本變形例的固體攝像裝置，由于電荷蓄積區(qū)域14比源極區(qū)域27深，因此能夠降低分離區(qū)域20的薄膜電阻，并能夠抑制晶體管的損傷。
[0098]以上，關(guān)于本發(fā)明的固體攝像裝置的一個例子，根據(jù)實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不限定于該實施方式。只要不脫離出本發(fā)明的宗旨，將本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的各種變形方式結(jié)合于該實施方式而成的形態(tài)、對不同的實施方式的結(jié)構(gòu)要素進行組合而成的形態(tài)也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0099]例如，在上述實施方式中，第一導(dǎo)電型是η型，第二導(dǎo)電型是P型。例如，半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電型是P型、像素電路的各晶體管是η-溝道型，但也可以是半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電型為η型、像素電路的各晶體管為P-溝道型。在此情況下，電壓電位的符號變成相反的符號，從光電轉(zhuǎn)換膜讀出的信號電荷也從空穴變成電子。因此，復(fù)位晶體管的源極區(qū)域以及漏極區(qū)域也變成相反的。
[0100]另外，在上述實施方式中，構(gòu)成單位像素100的讀出電路的各晶體管是MOS晶體管，但是，只要是電場效應(yīng)晶體管(FET)即可，并不限定于此。
[0101]另外，在上述實施方式中，半導(dǎo)體基板I和外延層2是不同的部分，此外，半導(dǎo)體基板I和外延層2的接合體，即，表面形成有外延層2的半導(dǎo)體基板I相當于本發(fā)明的半導(dǎo)體基板。
[0102](實施方式2)
[0103]以下，關(guān)于本發(fā)明的固體攝像裝置的實施方式2，參照附圖進行說明。在此，關(guān)于本發(fā)明，根據(jù)以下的實施方式進行說明，但其目的僅在于例示，并不表示本發(fā)明限定于此。
[0104](比較例)
[0105]在說明本發(fā)明的實施方式之前，作為比較例，詳細說明在現(xiàn)有的積層型圖像傳感器中采用一般的CMOS圖像傳感器的驅(qū)動方法時出現(xiàn)的問題。
[0106]在專利文獻I所記載的積層傳感器中，各像素的光電轉(zhuǎn)換部包含像素電極、被積層在像素電極的上方(光入射口側(cè))的有機材料的光電轉(zhuǎn)換膜、被形成在光電轉(zhuǎn)換膜上面的相對電極。并且，該積層傳感器將由入射光而生成的電荷群之外電流信號，通過像素電極取出到光電轉(zhuǎn)換部之外。通常，為了選擇信號電荷的符號，具備用于傳導(dǎo)信號電荷并能阻擋相反符號的電荷的電荷阻擋層。該電荷阻擋層是與像素電極相對而置，或者直接與像素電極接觸。[0107]圖7是表示專利文獻I所記載的以有機膜作為光電轉(zhuǎn)換部的現(xiàn)有的積層型圖像傳感器的像素部電路的示意圖。在此，圖7所示的電路與圖15的電路是同等的，但為了便于說明，對圖中電路要素的配置作了適當變更。
[0108]從光電轉(zhuǎn)換部101通過像素電極102被輸出的信號電荷，被蓄積在電荷蓄積部103，該電荷蓄積部103被形成在基板上且由耗盡層電容構(gòu)成。電荷蓄積部103通過配線與放大晶體管104的輸入柵極連接，對蓄積電荷量的變動所致的電壓變化進行檢測，并通過用于選擇該像素的讀出定時的選擇晶體管105，作為讀出信號輸出信號電荷。并且，為了在信號電荷被讀出之后排出電荷蓄積部103的殘留電荷即進行復(fù)位動作，與復(fù)位晶體管106的漏極部相連接，電荷蓄積部103的電壓通過復(fù)位動作被設(shè)定成初期狀態(tài)電壓。
[0109]圖8是通過一般的CMOS圖像傳感器的信號讀出以及復(fù)位序列來驅(qū)動具有圖7所示的像素部結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有積層型圖像傳感器時的典型的時間圖。圖8表示了圖7所示的主要節(jié)點的電壓VKST、Vselect, Vestg, Vsig的時間變化的一個例子。在以下的說明中，以電荷蓄積部103蓄積空穴時的電壓高/低為例進行說明。
[0110]在時刻Tl，高電平的選擇信號VsaEeT被施加到選擇晶體管105的柵極，選擇晶體管105的柵極成為接通狀態(tài)。此時，在電荷蓄積部103蓄積有與受光量相應(yīng)的量的信號電荷。放大晶體管104生成蓄積電荷信號，被生成的蓄積電荷信號被作為讀出信號Vsk由選擇晶體管105輸出，該蓄積電荷信號是通過光電轉(zhuǎn)換而被生成的、大小與被蓄積在電荷蓄積部103的信號電荷的量相應(yīng)的電信號。
[0111]然后，在時刻T2，通過在復(fù)位晶體管106的柵極施加高電平的柵極電壓Vkstc (開通電壓)，使復(fù)位晶體管106的柵極成為接通狀態(tài)，而通過將低電平的復(fù)位電壓Vkst施加到電荷蓄積部103，使電荷蓄積部103復(fù)位。S卩，電荷蓄積部103的殘留電荷，通過與復(fù)位晶體管106所提供的電荷進行中和，而被排出。
[0112]在從選擇晶體管的柵極成為接通狀態(tài)從而像素被選擇的時刻Tl開始，到該像素的電荷蓄積部103被復(fù)位的時刻T2之間，通過對來自選擇晶體管105的讀出信號Vsrc進行采樣，來進行蓄積電荷信號的讀出動作。
[0113]在蓄積電荷信號的讀出動作結(jié)束后的時刻T3，使復(fù)位晶體管106的柵極成為切斷狀態(tài)，在時刻T4使選擇晶體管105的柵極成為切斷狀態(tài)。
[0114]在從復(fù)位晶體管106的柵極成為切斷狀態(tài)的時刻T3開始，到選擇晶體管105的柵極成為切斷狀態(tài)的時刻T4之間，通過對讀出信號Vsrc進行采樣，讀出初期狀態(tài)信號(零電平的基準值)。
[0115]按該序列被讀出的蓄積電荷信號和初期狀態(tài)信號的差值，被作為圖像信號的實質(zhì)成分量而被輸出。作為差值的運算方式，最常見的是相關(guān)雙采樣方式。
[0116]這種驅(qū)動方法，如上所述，其在實用上具有重大問題，S卩，在對高亮度被寫體進行撮像時出現(xiàn)輸出電平變動和泛黑，并且這些現(xiàn)象會永久存在，從而導(dǎo)致畫質(zhì)低下。
[0117]在對高亮度被寫體進行撮像時，如圖7所示，由于大量的信號電荷流入電荷蓄積部103，電荷蓄積部103即復(fù)位晶體管106的漏極電壓會上升極高(例如，正電源電壓)。
[0118]在電荷蓄積動作時，復(fù)位晶體管106的柵極為切斷狀態(tài)，而在復(fù)位操作時復(fù)位晶體管106的柵極成為接通狀態(tài)的話，電荷被注入到復(fù)位晶體管106的溝道，被注入的電荷因上述漏極-源極的高電壓差而在溝道內(nèi)被加速，成為熱載子，并由于碰撞電離化，發(fā)生大量的電子-空穴對。
[0119]其結(jié)果，大量的空穴被作為剩余電荷注入到復(fù)位晶體管106周邊的基板部，基板部變動為正電壓。即，緊接著復(fù)位晶體管106結(jié)束復(fù)位操作的時刻T3之后，由于上述空穴剩余電荷，讀出信號Vsk成為比正確的復(fù)位電平高出相當于正電壓變動部分的電壓。如果對該電壓進行采樣并將其用作初期狀態(tài)信號(零電平)的話，通過差值運算而被輸出的信號電平比正確的信號電平低，會發(fā)生圖像變黑的現(xiàn)象。
[0120]相反，因碰撞電離化而發(fā)生的大量電子被注入復(fù)位晶體管106的柵極氧化膜內(nèi)，從而導(dǎo)致開關(guān)特性劣化。如果該特性劣化發(fā)展到不可逆的程度，電荷蓄積部103就不能被復(fù)位到充分低的電壓，而成為信號電荷常在的狀態(tài)，即，輸出電平從正確的復(fù)位輸出電平被移向了正電壓側(cè)的狀態(tài)，出現(xiàn)如上所述的泛黑現(xiàn)象。并且，如果復(fù)位晶體管106達到了不可逆的特性劣化，那么在攝像時該像素就總成為泛黑狀態(tài)，而造成黑影現(xiàn)象。
[0121]本發(fā)明的
【發(fā)明者】們通過上述考察，發(fā)現(xiàn)在具有如圖7所示的像素部結(jié)構(gòu)的積層傳感器中，在對高亮度被寫體進行撮像時發(fā)生的上述輸出變動以及黑影現(xiàn)象是積層傳感器所特有的現(xiàn)象。因此，為了實現(xiàn)積層型圖像傳感器的實用化，必須要解決該問題。
[0122]以下，作為實施方式2，說明用于解決上述問題的具體技術(shù)。
[0123]關(guān)于本發(fā)明的實施方式2的固體攝像裝置，利用圖9至圖12進行說明。
[0124]首先，說明本發(fā)明的實施方式2的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)。
[0125]圖9是表示本發(fā)明的實施方式2的固體攝像裝置301的結(jié)構(gòu)的方框圖。該固體攝像裝置301具備像素陣列302、行信號驅(qū)動電路303a和303b、按每個列配置了具有放大以及反饋功能的電路的列反饋放大電路304、包含按每個列配置的列放大器和噪聲抵消器的噪聲抵消電路305、水平驅(qū)動電路306和輸出級放大器307。
[0126]像素陣列302包含被配置成陣列狀的多個像素310、圖9中雖未表示但是按每個列被設(shè)置的多個列信號線、按每個行被設(shè)置的多個選擇線。
[0127]列反饋放大電路304從像素陣列302取得輸出信號，并向像素陣列302反饋與該取得的輸出信號應(yīng)對的控制信號。從而，信號的流動方向如圖9的箭頭309所示，相對于像素陣列302呈雙方向。
[0128]圖10是表示固體攝像裝置301中包含的某一個像素310的信號讀出電路420及其周邊電路的電路圖。
[0129]列信號線404被配置在與像素310相同的列，并與未圖示的其他多個像素連接。并且，圖10所示的結(jié)構(gòu)被設(shè)置在各列。
[0130]如圖10所示，像素310具備光電轉(zhuǎn)換部401、復(fù)位晶體管406、FD部(浮動擴散部)415和信號讀出電路420。另外，固體攝像裝置301具備列信號線404、比較器405、根據(jù)比較器405的輸出來向復(fù)位晶體管406提供控制信號的控制電路407、列選擇晶體管410、列放大電路411、偏壓晶體管412、電容413以及414。在此，列信號線404、比較器405、控制電路407、列選擇晶體管410、列放大電路411、偏壓晶體管412、電容413以及414，按每個列被設(shè)置。
[0131]比較器405和控制電路407構(gòu)成列反饋放大電路304。列選擇晶體管410、列放大電路411、偏壓晶體管412、電容413以及414構(gòu)成噪聲抵消電路305。
[0132]光電轉(zhuǎn)換部401通過對入射光進行光電轉(zhuǎn)換,生成與入射光量相應(yīng)的信號電荷。[0133]信號讀出電路420輸出與由光電轉(zhuǎn)換部401生成的信號電荷相應(yīng)的讀出信號Vsrc。信號讀出電路420包含放大晶體管402和選擇晶體管403。
[0134]放大晶體管402生成大小與由光電轉(zhuǎn)換部401生成并被蓄積在FD部415的信號電荷的量相對應(yīng)的讀出信號Vsrc。在此，F(xiàn)D部415是電荷蓄積部的一個例子。
[0135]選擇晶體管403控制是否將由放大晶體管402生成的讀出信號Vsk傳達給列信號線 404。
[0136]復(fù)位晶體管406向FD部415施加用于使光電轉(zhuǎn)換部401以及FD部415復(fù)位的電壓。
[0137]控制電路407根據(jù)比較器405的輸出，通過信號線408，將用于控制復(fù)位晶體管406的柵極的接通/切斷狀態(tài)的柵極電壓Vkstc施加到復(fù)位晶體管406的柵極，并通過信號線409，將例如可在接地電位(GND)和比GND高的電位(Vhkh)之間變動的復(fù)位電壓Vkst提供給復(fù)位晶體管406的源極。
[0138]列選擇晶體管410控制是否將讀出信號Vsrc傳達給列放大電路411的輸入端子。
[0139]偏壓晶體管412與電容413以及414被串聯(lián)連接。偏壓晶體管412控制是否將偏壓電壓Vncb施加到電容413。
[0140]被列放大電路411放大的信號被輸入到由偏壓晶體管412、電容413以及414構(gòu)成的差值電路。該差值電路通過電容413以及414間的電荷再分配的差值動作，檢測出與圖像信號的實質(zhì)成分量相對應(yīng)的電壓。
[0141]圖11是表示固體攝像裝置301的3個像素區(qū)域的結(jié)構(gòu)的一個例子的剖面圖。在此，像素陣列302實際上是例如排列有1000萬個像素310的結(jié)構(gòu)。
[0142]如圖11所示，固體攝像裝置301具備微透鏡501、藍色濾光片502、綠色濾光片503、紅色濾光片504、保護膜505、平坦化膜506、上部電極507(第二電極)、光電轉(zhuǎn)換膜508、電子阻擋層509、電極間絕緣膜510、下部電極511 (第一電極)、絕緣膜512、供電層513、導(dǎo)孔514、基板518、阱519、STI區(qū)域(淺溝槽分離區(qū)域)520和層間絕緣層521。
[0143]上部電極507 (第二電極)、光電轉(zhuǎn)換膜508、電子阻擋層509、電極間與絕緣膜510和下部電極511 (第一電極)構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換部401。另外，在圖11所示的剖面中，可看到利用被形成在基板518上的擴散區(qū)域構(gòu)成的FD部415、放大晶體管402和復(fù)位晶體管406。
[0144]基板518是半導(dǎo)體基板，例如是娃基板。
[0145]為了對入射光有效率地進行聚光，在固體攝像裝置301最表面，按每個像素310形成有微透鏡501。
[0146]藍色濾光片502、綠色濾光片503以及紅色濾光片504是為了拍攝彩色圖像而被形成的結(jié)構(gòu)。另外，藍色濾光片502、綠色濾光片503以及紅色濾光片504分別被形成在微透鏡501的正下面的保護膜505內(nèi)。
[0147]為了在1000萬像素都形成沒有聚光不均以及顏色不均的微透鏡501以及濾光片群，這些光學(xué)元件被形成在平坦化膜506上。平坦化膜506例如由SiN構(gòu)成。
[0148]上部電極507在平坦化膜506之下，被形成在像素陣列302的整面。該上部電極507使可見光透過。例如，上部電極507由ITO (Indium Tin Oxide)構(gòu)成。
[0149]光電轉(zhuǎn)換膜508將光轉(zhuǎn)換成信號電荷。具體是,光電轉(zhuǎn)換膜508被形成在上部電極507之下，由光吸收能力高的有機分子構(gòu)成。光電轉(zhuǎn)換膜508的厚度例如是500nm。光電轉(zhuǎn)換膜508通過真空蒸鍍法被形成。上述有機分子對波長400nm至700nm的可見光全域都具有聞的光吸收能力。
[0150]電子阻擋層509被形成在光電轉(zhuǎn)換膜508之下,傳達由入射光的光電轉(zhuǎn)換而生成的空穴，并阻止來自下部電極511的電子的注入。該電子阻擋層509被形成在具有高平坦度的電極間絕緣膜510和下部電極511之上。
[0151]多個下部電極511以陣列狀被配置在基板518的上方。另外，多個下部電極511以彼此電分離的方式被形成。具體是，下部電極511被形成在電極間絕緣膜510之間，收集在光電轉(zhuǎn)換膜508發(fā)生的空穴。該下部電極511例如由TiN構(gòu)成。另外，下部電極511被形成在平坦化的厚度為IOOnm的絕緣膜512上。
[0152]另外，相鄰的下部電極511相隔0.2μπι的間隙而形成。并且，在該間隙處也埋設(shè)有電極間絕緣膜510。
[0153]并且，在該間隙的下方，并且是絕緣膜512之下的位置配置有供電層513。該供電層513例如由Cu構(gòu)成。具體是，供電層513是鄰接的下部電極511之間的區(qū)域，且被形成在下部電極511和基板518之間。另外，可向供電層513提供與下部電極511獨立的電位。
[0154]具體是，在光電轉(zhuǎn)換部401進行光電轉(zhuǎn)換的露光動作時，以及信號讀出電路420生成讀出信號的讀出動作時，向供電層513提供用于排斥信號電荷的電位。例如，在信號電荷是空穴的情況下施加正電壓。由此，能夠防止來自鄰接像素的空穴混入各像素。在此，這樣的電壓輸入的控制，例如由固體攝像裝置301所具備的控制部(未圖示)進行。
[0155]供電層513與導(dǎo)孔514連接。另外，導(dǎo)孔514與FD部415以及放大晶體管402的柵極端子連接。并且，F(xiàn)D部415與復(fù)位晶體管406的源極端子電連接。另外，復(fù)位晶體管406的源極電子與FD部415共享擴散區(qū)域。FD部415、放大晶體管402、復(fù)位晶體管406和未圖示被形成在同一像素內(nèi)的選擇晶體管全都被形成在同一 P型的阱519內(nèi)。阱519被形成在基板518上。
[0156]另外，各晶體管被由Si02構(gòu)成的STI區(qū)域520電分離。
[0157]從這樣的結(jié)構(gòu)能理解，圖10所示的信號讀出電路420被形成在基板518上，在光電轉(zhuǎn)換部401被生成的信號電荷通過下部電極511以及導(dǎo)孔514而被蓄積在FD部415,由放大晶體管402生成大小與被蓄積在FD部415的信號電荷的量相應(yīng)的讀出信號Vsrc。
[0158]以下，說明固體攝像裝置301的驅(qū)動方法。在此，以下所示的控制信號的生成，例如由固體攝像裝置301所具備的控制部(未圖示)進行。
[0159]圖12是表示圖10所示的主要節(jié)點的信號Vkst、VsaECT、Vkstc、Vsrc的時間變化的一個例子的時間圖。
[0160]在時刻Tl，由于選擇晶體管403的柵極被施加高電平的選擇信號VS_T，選擇晶體管403的柵極成為接通狀態(tài)，從而在放大晶體管402生成的讀出信號Vsk被輸出到列信號線404。比較器405對讀出信號Vsrc的大小和規(guī)定的參照電平電壓Vkef進行比較，并將表示其比較結(jié)果的信號提供給控制電路407。
[0161]在時刻T2，控制電路407向復(fù)位晶體管406的源極施加正極性的復(fù)位電壓Vkst(例如，正電源電壓)。因此，此時，因?qū)Ρ粚戵w進行撮像從而在光電轉(zhuǎn)換部401生成的大量的信號電荷被蓄積到FD部415，其結(jié)果，即使在復(fù)位晶體管406的漏極電壓上升到了正高值的情況下，復(fù)位晶體管406的源極-漏極間電壓也只被降低相當于正復(fù)位電壓Vkst的程度。在此，正極性的復(fù)位電壓Vkst是排斥FD部415中積蓄的電荷(空穴)的第一電壓的一個例子。
[0162]然后，在時刻T3，控制電路407 —邊在復(fù)位晶體管406的源極施加高電平的復(fù)位電壓Vkst，一邊向復(fù)位晶體管406的柵極施加高電平的柵極電壓Vkstc (開通電壓)，從而使復(fù)位晶體管406的柵極成為接通狀態(tài)。
[0163]在本驅(qū)動方法中，通過預(yù)先在時刻T2施加正極性的復(fù)位電壓Vkst，來壓低復(fù)位晶體管406的源極-漏極間電壓，從而能夠抑制柵極電壓Vkstc從低電平移向高電平時發(fā)生的碰撞電離化。因此，既能夠抑制隨著碰撞電離化發(fā)生剩余電荷，又能夠防止發(fā)生復(fù)位晶體管406的損傷、基板電位的變動。另外，在復(fù)位晶體管406的柵極成為接通狀態(tài)的瞬間，該源極-漏極間電壓也低，因此讀出信號Vsrc幾乎無變動。
[0164]然后，在時刻T4，控制電路407 —邊向復(fù)位晶體管406的柵極施加高電平的柵極電壓Vkstc，一邊將復(fù)位電壓Vkst降低到比上述第一電壓低的正極性的電壓、接地電壓或者負極性的電壓(例如，負的電源電壓)，從而使FD部415復(fù)位。在此，比上述第一電壓低的正極性的電壓、接地電壓或者負極性的電壓是用于引入被蓄積在FD部415的電荷(空穴)的第二電壓的一個例子。
[0165]通過光電轉(zhuǎn)換而生成的蓄積電荷信號的讀出動作，在從選擇晶體管403的柵極成為接通狀態(tài)從而像素310被選擇的時刻Tl開始，到像素310的FD部415被復(fù)位的時刻T3之間，通過對讀出信號Vsrc采樣而被進行。在蓄積電荷信號的讀出動作結(jié)束后的時刻T5，復(fù)位晶體管406的柵極為切斷狀態(tài)，在時刻T6，選擇晶體管403的柵極為切斷狀態(tài)。
[0166]通過在從復(fù)位晶體管406的柵極成為切斷狀態(tài)的時刻T5開始到選擇晶體管403的柵極成為切斷狀態(tài)的時刻T6之間，對讀出信號Vsrc進行采樣，從而初期狀態(tài)信號被讀出。
[0167]噪聲抵消電路305算出按這樣的序列被讀出的蓄積電荷信號和初期狀態(tài)信號的差值，并將算出的差值作為圖像信號的實質(zhì)成分量輸出。
[0168]根據(jù)這樣的驅(qū)動方法，可實現(xiàn)在對高亮度的被寫體進行攝像時不會發(fā)生碰撞電離化的復(fù)位動作，而碰撞電離化是在復(fù)位時導(dǎo)致發(fā)生泛黑或者黑影的原因。
[0169]其結(jié)果，即使在對高亮度被寫體進行撮像時，也能夠抑制復(fù)位時因碰撞電離化而在復(fù)位晶體管發(fā)生剩余電荷，從而能夠防止輸出電平變動或者復(fù)位晶體管的特性劣化，進而能夠?qū)崿F(xiàn)可進行無泛黑或者黑影現(xiàn)象的高畫質(zhì)攝像的固體攝像裝置及其驅(qū)動方法。
[0170]另外，上述說明的序列中，作為參照電平電壓Vkef，采用了例如用于判斷在復(fù)位晶體管406中可能發(fā)生碰撞電離化的電平的閾值，在比較器405判斷出讀出信號Vsrc的大小為該參照電平電壓Vkef以下的情況下，控制電路407可以抑制在時刻T2以及T4的復(fù)位電壓Vkst的變更，并在將復(fù)位電壓Vkst固定在低電平的狀態(tài)下，對復(fù)位晶體管406的柵極的接通/切斷狀態(tài)進行控制。通過這樣，在來自高亮度被寫體的光的強度比較弱且沒有上述碰撞電離化的可能性的情況下，能夠削減復(fù)位電壓Vkst的電平變更所消耗的電力，因此有利于固體攝像裝置301的低耗電化。
[0171]并且，控制電路407可以根據(jù)讀出信號Vsrc的大小來算出FD部415的電壓VFD，并將與算出的電壓Vfd相等的復(fù)位電壓Vkst施加在復(fù)位晶體管406的源極。通過這樣，能夠以可防止碰撞電離化的最小限度的振幅來使復(fù)位電壓Vkst變化，因此有利于固體攝像裝置301低耗電化。
[0172]另外，以上說明了控制電路407 —邊向復(fù)位晶體管406的源極施加作為第一電壓的正電壓，一邊使復(fù)位晶體管406的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在復(fù)位晶體管406的柵極的接通狀態(tài)下，將施加在復(fù)位晶體管406的源極的電壓降低到比上述第一電壓低到上述第二電壓。
[0173]通過這樣的驅(qū)動方法，在FD部415積蓄空穴的情況下，可獲得防止復(fù)位晶體管406的碰撞電離化的效果。
[0174]另外，在FD部415積蓄電子的情況下，最好是控制電路407 —邊在復(fù)位晶體管406的源極施加作為第一電壓的負電壓，一邊使復(fù)位晶體管406的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在復(fù)位晶體管406的柵極的接通狀態(tài)下，將施加在復(fù)位晶體管406的源極的電壓提高到比上述第一電壓高的第二電壓(例如，比上述第一電壓高的負電壓、接地電壓或者正電壓)。
[0175]通過這樣的驅(qū)動方法，在FD部415積蓄電子的情況下，可獲得與上述相同的防止在復(fù)位晶體管406發(fā)生碰撞電離化的效果。
[0176](實施方式3)
[0177]關(guān)于本發(fā)明的實施方式3的驅(qū)動方法利用圖13進行說明。
[0178]在實施方式3中，說明由圖9以及圖10所示的固體攝像裝置301執(zhí)行的另一驅(qū)動方法。以下，適宜省略與實施方式2相同的事項，以不同點為主進行說明。
[0179]圖13是表示圖10所示的主要節(jié)點的信號Vkst、VsaECT、Vkstc、Vsrc的時間變化的一個例子的時間圖。
[0180]在實施方式3的驅(qū)動方法中，在從時刻Tl到時刻T3之間，執(zhí)行與實施方式I相同的序列。其結(jié)果，與實施方式I同樣，可獲如下效果。即，由于在時刻T2復(fù)位晶體管406的源極-漏極間電壓被預(yù)先壓低，因此能夠抑制在柵極電壓Vkstc從低電平移向高電平時發(fā)生的碰撞電離化。從而，能夠抑制因碰撞電離化而發(fā)生的剩余電荷，不會發(fā)生復(fù)位晶體管406的損傷、基板電位的變動。另外，在復(fù)位晶體管406成為接通的瞬間，其源極-漏極間電壓也低，因此Vsk幾乎不會變動。
[0181]在實施方式3的驅(qū)動方法中，與實施方式2的驅(qū)動方法不同，時刻T3之后，復(fù)位晶體管406的柵極被確定為接通狀態(tài)之后，在到時刻T4為止的期間，復(fù)位電壓Vkst逐漸降低至IJ低電平。在時刻T4，復(fù)位電壓Vkst完全成為低電平，F(xiàn)D部415完全被復(fù)位。在時刻T4，讀出信號Vsk降低到與初期狀態(tài)信號對應(yīng)的電平。
[0182]根據(jù)這樣的驅(qū)動方法，由于是逐漸降低復(fù)位電壓VKST，因此能夠在使復(fù)位晶體管406的源極-漏極間電壓的電壓保持低值的狀態(tài)下，將FD部415設(shè)定成殘留電荷被排出之后的初期狀態(tài)。
[0183]然后，從時刻T4到時刻的T6之間,執(zhí)行與實施方式2相同的序列。蓄積電荷信號以及初期狀態(tài)信號的讀出動作、以及在噪聲抵消電路305中算出蓄積電荷信號和初期狀態(tài)信號的差值并以此作為圖像信號的實質(zhì)成分量的動作，與實施方式2相同，因此省略說明。
[0184]如上所述，根據(jù)本實施方式的驅(qū)動方法，可實現(xiàn)在對高亮度被寫體進行攝像時不會發(fā)生碰撞電離化的復(fù)位動作，而碰撞電離化是在復(fù)位時導(dǎo)致發(fā)生泛黑或者黑影的原因。
[0185](實施方式4)
[0186]關(guān)于本發(fā)明的實施方式4的驅(qū)動方法，利用圖14進行說明。
[0187]在實施方式4中，說明由圖9以及圖10所示的固體攝像裝置301實行另一驅(qū)動方法。以下，適宜省略與實施方式2以及3相同的事項，以不同點為主進行說明。[0188]圖14是表示圖10所示的主要節(jié)點的電壓Vkst、VsaECT、Vkstc、Vsrc的時間變化的一個例子的時間圖。實施方式4的驅(qū)動方法中追加了針對被寫體的亮度過高且通過以上的驅(qū)動方法繼續(xù)進行撮像時可能會導(dǎo)致黑影的情況的對策。
[0189]實施方式2以及3中采用的是為了判斷在復(fù)位晶體管406中可能發(fā)生碰撞電離化的電平的參照電平電壓Vkef，而在實施方式4中，采用另外判斷若繼續(xù)進行撮像的或可能造成黑影的電平的參照電平電壓VKEF。即，實施方式4中采用了比實施方式2以及3所采用的參照電平電壓Vkef更高的參照電平電壓VKEF。
[0190]在實施方式4的驅(qū)動方法中，與實施方式2以及3的驅(qū)動方法(圖12、圖13)不同，在比較器405判斷出讀出信號Vsrc的大小比表示若繼續(xù)進行撮像的話可能發(fā)生黑影的電平的參照電平電壓Vkef大的情況下，在復(fù)位動作結(jié)束的時刻T5之后，也通過向復(fù)位晶體管的柵極持續(xù)施加高電平的柵極電壓Vkstc (開通電壓)，來使復(fù)位晶體管406的柵極維持接通狀態(tài)，并使復(fù)位晶體管406的源極向GND短路(將復(fù)位電壓Vkst固定在低電平)。由此，后續(xù)的撮像動作會停止，不會繼續(xù)進行蓄積電荷信號以及初期狀態(tài)信號的讀出動作。
[0191]如上所述，根據(jù)本實施例的驅(qū)動方法，可實現(xiàn)在對高亮度的被寫體進行攝像時不會發(fā)生碰撞電離化的復(fù)位動作，而碰撞電離化是在復(fù)位時導(dǎo)致發(fā)生泛黑或者黑影的原因。并且，在被寫體的亮度過高而繼續(xù)進行攝像的話可能無法避免黑影的情況下，也能夠采取適當?shù)膶Σ摺?br> [0192]另外，在比較器405判斷出從像素310讀出的讀出信號Vsk的大小比可能發(fā)生黑影的電平大的情況下，最好是由控制電路407對其他的像素也持續(xù)進行復(fù)位動作。
[0193]S卩，控制電路407可以對被包含在同一列中的其他像素的復(fù)位晶體管的柵極也持續(xù)施加開通電壓，將提供給該復(fù)位晶體管的復(fù)位電壓固定在低電平?？刂齐娐?07還通過對被設(shè)置在其他列的控制電路進行控制，向其他列的像素所包含的復(fù)位晶體管的柵極持續(xù)施加開通電壓，將提供給該復(fù)位晶體管的復(fù)位電壓固定在低電平。
[0194]通過采用這種結(jié)構(gòu)，在被寫體的亮度過高而繼續(xù)進行撮像的話可可能在其他像素也發(fā)生黑影的情況下，能夠盡早保護其他像素的復(fù)位晶體管。
[0195]以上，關(guān)于本發(fā)明的實施方式的固體攝像裝置進行了說明了，但本發(fā)明并不限定于這些實施方式。例如，控制電路407還可以根據(jù)來自芯片外部的控制信號，以更高的自由度進行控制。
[0196]另外，典型情況為，上述實施方式的固體攝像裝置中包含的各處理部可由作為集成電路的LSI實現(xiàn)，這些處理部可以分別是一個芯片，也可以是其中一部分或者全部為一個芯片。
[0197]另外，集成電路化并不限定與LSI，也可由專用電路或者通用處理器來實現(xiàn)。能夠利用可在制造LSI之后進行編程的FPGA (Field Programmable Gate Array)或者可對LSI內(nèi)部的電路單元的連接或者設(shè)定進行重建的可重建處理器。
[0198]另外，上述剖面圖中，用直線記載了各結(jié)構(gòu)要素的角部以及邊部，此外，出于制造上的理由，角部以及邊部為弧形的形態(tài)屬于本發(fā)明。
[0199]另外，可對上述實施方式的固體攝像裝置及其變形例的功能中的至少一部分進行組合。
[0200]另外，以上采用的數(shù)字都是為了具體說明本發(fā)明而舉出的例系，本發(fā)明并不限定于例示的數(shù)字。并且，以高/低表示的電平或者以接通/切斷表示的開關(guān)狀態(tài)，也是為了具體說明本發(fā)明的例子，通過例示的邏輯電平或者開關(guān)狀態(tài)的不同組合，也可能獲得同等結(jié)果。另外，基板的擴散區(qū)域的導(dǎo)電型U型以及P型)是為了具體說明本發(fā)明的例子，通過進行調(diào)換，可能會獲得同等的結(jié)果。
[0201]另外，上述顯示的各結(jié)構(gòu)要素的材料，都是為了具體說明本發(fā)明的例子，本發(fā)明并不限定于例示的材料。另外，結(jié)構(gòu)要素間的連接關(guān)系也是為了具體說明本發(fā)明的例子，實現(xiàn)本發(fā)明的功能的連接關(guān)系并不限定于此。
[0202]另外，以上的說明中，說明了采用MOS晶體管的例子，此外也可由采用其他晶體管。
[0203]并且，只要不超出本發(fā)明的主旨，在本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的范圍內(nèi)對本實施方式進行變更的各種變形例也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0204]本發(fā)明適用于固體攝像裝置，尤其適用于針對高亮度射入光且要求高信賴度的固體攝像裝置。本發(fā)明例如可應(yīng)用于監(jiān)控攝像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、車載照相機、數(shù)碼相機和手機
坐寸ο
[0205]符號說明
[0206]I半導(dǎo)體基板
[0207]2外延層
[0208]11、102像素電極
[0209]12、101、111、401 光電轉(zhuǎn)換膜(光電轉(zhuǎn)換部)
[0210]13 透明電極
[0211]14、103 電荷蓄積區(qū)域(電荷蓄積區(qū)域)
[0212]15,104,402 放大晶體管
[0213]16,106,406 復(fù)位晶體管
[0214]17,105,403 選擇晶體管
[0215]19 STI
[0216]20 分離區(qū)域
[0217]21 電荷勢壘區(qū)域
[0218]22 電荷排出區(qū)域
[0219]23 柵極電極
[0220]24 側(cè)壁
[0221]25 接觸配線
[0222]26 絕緣層
[0223]27 源極區(qū)域
[0224]100 單位像素
[0225]103 電荷蓄積部
[0226]113 垂直掃描部
[0227]115 水平掃描部
[0228]121 地址控制線
[0229]123 復(fù)位控制線[0230]125電源線
[0231]131光電轉(zhuǎn)換部控制線
[0232]141列信號線
[0233]142水平輸出端子
[0234]151列信號處理部
[0235]301固體攝像裝置
[0236]302像素陣列
[0237]303a、303b 行信號驅(qū)動電路
[0238]304列反饋放大電路
[0239]305噪聲抵消電路
[0240]306水平驅(qū)動電路
[0241]307輸出級放大器
[0242]309箭頭
[0243]310像素
[0244]404列信號線
[0245]405比較器
[0246]407控制電路
[0247]408、409 信號線
[0248]410列選擇晶體管
[0249]411列放大電路
[0250]412偏壓晶體管
[0251]413電容
[0252]415FD 部
[0253]420讀出電路
[0254]501微透鏡
[0255]502藍色濾光片
[0256]503綠色濾光片
[0257]504紅色濾光片
[0258]505保護膜
[0259]506平坦化膜
[0260]507上部電極
[0261]508光電轉(zhuǎn)換膜
[0262]509電子阻擋層
[0263]510電極間絕緣膜
[0264]511下部電極
[0265]512絕緣膜
[0266]513供電層
[0267]514導(dǎo)孔
[0268]518基 板[0269]519 阱
[0270]520 STI 區(qū)域
[0271]521層間絕緣層
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 半導(dǎo)體基板； 多個第一電極，以陣列狀被配置在上述半導(dǎo)體基板的上方，上述多個第一電極分別構(gòu)成不同的單位像素； 光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述多個第一電極之上，將光轉(zhuǎn)換成電信號； 第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜之上； 電荷蓄積區(qū)域，以與上述多個第一電極分別對應(yīng)的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，并與對應(yīng)的上述第一電極電連接，對通過光電轉(zhuǎn)換而在上述光電轉(zhuǎn)換膜生成的電荷進行蓄積，該電荷蓄積區(qū)域為第一導(dǎo)電型； 電荷勢壘區(qū)域，以與上述電荷蓄積區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷勢壘區(qū)域為與上述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；以及 電荷排出區(qū)域，以與上述電荷勢壘區(qū)域的底部分別接觸的方式被形成在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)，該電荷排出區(qū)域為上述第一導(dǎo)電型。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置， 上述電荷勢壘區(qū)域的雜質(zhì)濃度比上述電荷排出區(qū)域的雜質(zhì)濃度低。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置， 該固體攝像裝置還具備MOS型晶體管，該MOS型晶體管對上述電荷蓄積區(qū)域的電位進行初始化， 上述電荷蓄積區(qū)域被兼用為上述MOS型晶體管的漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的一任意方， 上述MOS型晶體管的漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的另一任意方為上述第一導(dǎo)電型， 在上述半導(dǎo)體基板中，從上述半導(dǎo)體基板的表面至上述電荷蓄積區(qū)域的深度，比從上述半導(dǎo)體基板的表面至上述漏極區(qū)域以及源極區(qū)域的另一任意方的深度深。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置， 上述電荷排出區(qū)域與上述第二導(dǎo)電型的上述半導(dǎo)體基板相接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置， 上述電荷排出區(qū)域的電位是變動的電位。
6.一種固體攝像裝置，具備: 基板； 第一電極，被形成在上述基板的上方； 光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述第一電極的上方，將光轉(zhuǎn)換成信號電荷； 第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜的上方； 電荷蓄積部，被形成在上述基板之上，并與上述第一電極電連接，對從上述第一電極流入的電荷進行蓄積； 復(fù)位晶體管，其漏極與上述電荷蓄積部電連接； 信號讀出電路，與上述電荷蓄積部電連接，并生成讀出信號，該讀出信號是大小與上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的量相對應(yīng)的電信號；以及 控制電路，一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加第一電壓，一邊向上述復(fù)位晶體管的柵極施加開通電壓，并且，一邊向上述柵極施加上述開通電壓，一邊將施加在上述源極的電壓從所述第一電壓變更成第二電壓，該第一電壓是排斥上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓，該開通電壓是使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)的電壓，該第二電壓是引入上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置， 上述控制電路使施加在上述源極的電壓，經(jīng)由上述第一電壓和上述第二電壓之間的中間電壓，以長時間從上述第一電壓變化成上述第二電壓，上述長時間是在上述復(fù)位晶體管的柵極為接通狀態(tài)的期間內(nèi)的柵極脈沖上升或者下降所需要的時間以上的時間。
8.如權(quán)利要求6或者7所述的固體攝像裝置， 上述固體攝像裝置還具備比較器，該比較器對上述讀出信號和第一參照電平進行比較， 上述控制電路，在上述比較器判斷出上述讀出信號的大小為上述第一參照電平以下的情況下，對施加在上述源極的電壓變更進行抑制，并在將施加在上述源極的電壓固定為第二電壓的狀態(tài)下，向上述柵極施加上述開通電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置， 上述比較器還對上述讀出信號和比上述第一參照電平大的第二參照電平進行比較， 上述控制電路，在上述比較器判斷出上述讀出信號的大小比上述第二參照電平大的情況下，一邊向上述源極施加上述第一電壓，一邊向上述柵極施加上述開通電壓，并且，一邊向上述柵極施加上述開通 電壓一邊將向上述源極施加的電壓從上述第一電壓變更成上述第二電壓之后，向上述柵極持續(xù)施加上述開通電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置， 上述第一電極被形成為電分離的多個部分， 包含上述電荷蓄積部的多個電荷蓄積部、包含上述復(fù)位晶體管的多個復(fù)位晶體管、包含上述信號讀出電路的多個信號讀出電路、包含上述控制電路的多個控制電路以及包含上述比較器的多個比較器，分別對應(yīng)于上述第一電極的上述多個部分而被設(shè)置， 上述多個控制電路中的一個控制電路，在對應(yīng)的比較器判斷出對應(yīng)的讀出信號比上述第二參照電平大的情況下，通過控制其他控制電路，向與其他控制電路對應(yīng)的復(fù)位晶體管的柵極也持續(xù)施加上述開通電壓。
11.如權(quán)利要求6至9的任一項所述的固體攝像裝置， 上述電荷蓄積部，將空穴作為上述電荷進行積蓄， 上述控制電路，一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加作為上述第一電壓的正電壓，一邊使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在上述復(fù)位晶體管的柵極的接通狀態(tài)下，將施加到上述復(fù)位晶體管的源極的電壓降低到比上述第一電壓低的上述第二電壓。
12.如權(quán)利要求6至9的任一項所述的固體攝像裝置， 上述電荷蓄積部，將電子作為上述電荷進行積蓄， 上述控制電路，一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加作為上述第一電壓的負電壓，一邊使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)，并且，在上述復(fù)位晶體管的柵極的接通狀態(tài)下，將施加到上述復(fù)位晶體管的源極的電壓提高到比上述第一電壓高的上述第二電壓。
13.一種固體攝像裝置的驅(qū)動方法， 上述固體攝像裝置包括: 基板；第一電極，被形成在上述基板的上方； 光電轉(zhuǎn)換膜，被形成在上述第一電極的上方，將光轉(zhuǎn)換成信號電荷； 第二電極，被形成在上述光電轉(zhuǎn)換膜的上方； 電荷蓄積部，被形成在上述基板上并與上述第一電極電連接，對從上述第一電極流入的電荷進行蓄積； 復(fù)位晶體管，其漏極與上述電荷蓄積部電連接； 信號讀出電路，與上述電荷蓄積部電連接，并生成讀出信號，該讀出信號是大小與上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的量相應(yīng)的電信號；以及 控制電路，向上述復(fù)位晶體管的源極以及柵極施加各自獨立的電壓， 上述驅(qū)動方法包括以下步驟: 上述控制電路一邊向上述復(fù)位晶體管的源極施加第一電壓一邊向上述復(fù)位晶體管的柵極施加開通電壓的步驟，該第一電壓是排斥上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓，該開通電壓是使上述復(fù)位晶體管的柵極成為接通狀態(tài)的電壓；以及 上述控制電路一邊向上述柵極施加上述開通電壓一邊將施加在上述源極的電壓從上述第一電壓變更成第二電壓的步驟，該第二電壓是引入上述電荷蓄積部中蓄積的電荷的電壓。`
【文檔編號】H04N5/357GK103703759SQ201280037094
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月8日
【發(fā)明者】森三佳, 坂田祐輔, 廣瀨裕, 宮川良平, 土井博之, 筒井將史 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社