專利名稱：固體攝像裝置、相機、成像器件、電子裝置、驅(qū)動方法及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有光電轉(zhuǎn)換膜的固體攝像裝置、用于驅(qū)動該固體攝像裝置的方法和包括該固體攝像裝置的相機，并且還涉及成像器件、包括該成像器件的電子裝置、用于驅(qū)動該成像器件的方法以及用于制造該成像器件的方法。
背景技術：
日本專利申請公開公報特開第2006-120922號披露了一種將光電轉(zhuǎn)換膜應用到 C⑶固體攝像裝置中的結構。圖1示出了日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中所披露的攝像裝置。固體攝像裝置1包括半導體基板2上的ρ阱3，該ρ阱3中包括電荷累積單元4、 勢壘單元5、接觸單元6和電荷傳輸單元7。在ρ阱3上設有絕緣膜8。在絕緣膜8上設有光電轉(zhuǎn)換膜9、上部電極10和下部電極11。下部電極11與接觸單元6借助于貫穿絕緣膜8而設置的接觸件12進行連接。在固體攝像裝置1中，由光電轉(zhuǎn)換膜9處的光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的電子被累積到電荷累積單元4中。光電轉(zhuǎn)換膜9和電荷累積單元4不是直接連接；而是在它們之間設有勢壘單元5 以使電子溢出該勢壘并將電子引導至電荷累積單元4。這種結構的優(yōu)點如下光電轉(zhuǎn)換膜9中的下部電極11的電位等于勢壘單元5的電位。即使當將電荷累積在電荷累積單元4中時，此電位也不會變化。因此，加在光電轉(zhuǎn)換膜9上的電場不隨信號而變化。而且，信號的線性度良好。在這種結構中，接觸單元6與電荷累積單元4是分離開的。因而，接觸單元6的電位可以較低。由于光電累積，電荷累積單元4的電位應該較高。因此，能夠降低在接觸單元6處產(chǎn)生的暗電流。在日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中披露的固體攝像裝置是C⑶型裝置。利用MOS型固體攝像裝置時，圖像在曝光周期中無法同步，導致了運動中的對象被扭曲ο日本專利申請公開公報特開第2004-140149號披露了包括光電二極管的固體攝像裝置，該固體攝像裝置具有用于在曝光周期中使圖像同步的放電晶體管。
圖2示出了日本專利申請公開公報特開第2004-140149號中披露的固體攝像裝置。該固體攝像裝置包括傳輸晶體管21、放大晶體管22、選擇晶體管23、復位晶體管對、放電晶體管25和光電二極管(PDU6。在這種情況下，在所有像素中，PD 26的電荷被同時傳輸?shù)礁訑U散部(FD)，并且在等待要被逐行讀出的信號時在PD 26處通過光電轉(zhuǎn)換得到的電荷借助于放電晶體管25 而在電源Vdd處排出。日本專利申請公開公報特開第11-239299號、第2004-11590號、第2009-49870號和第2008-258474號也披露了相似類型的固體攝像裝置。如日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中所披露的那樣，當將具有光電轉(zhuǎn)換膜和勢壘單元的固體攝像裝置變形為MOS型固體攝像裝置時，可通過設置有例如日本專利申請公開公報特開第2004-140149號中所披露的放電晶體管等放電晶體管來在屏幕中實現(xiàn)同步性。然而，發(fā)明人已經(jīng)意識到這仍然存在問題。該問題將在下面進行討論。盡管不是現(xiàn)有技術，圖3示出了日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中的固體攝像裝置1A，該固體攝像裝置被以特定方式變形為MOS型固體攝像裝置并進一步包括放電晶體管13。在曝光周期中產(chǎn)生于光電轉(zhuǎn)換膜處的光子穿過勢壘單元(該勢壘單元是電位勢壘)而溢出到累積單元。在曝光周期之后，接通放電晶體管13，并且在放電晶體管13的漏極㈧處排出光子，使得不損害來自于電荷累積單元4的信號。在此周期中，接觸單元(D)6的電位應高于勢壘單元5的電位。然后，在進入下一個曝光周期之前關斷放電晶體管13。然而，由于接觸單元(D)6 的電位高于勢壘單元5的電位，因此一開始在曝光周期中從光電轉(zhuǎn)換膜9進入到接觸單元 (D) 6中的電子并不穿過勢壘單元5，因而未被累積到電荷累積單元4中。因此，信號的線性度劣化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，這里公開了一個以上的發(fā)明，使得能夠在操作進入全局快門模式 (global shutter mode)時改善信號線性度。在一實施例中，本發(fā)明的固體攝像裝置包括像素單元和驅(qū)動單元。所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣。所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述像素單元。 各個所述像素都包括光電轉(zhuǎn)換膜、注入單元、累積單元以及勢壘單元。所述光電轉(zhuǎn)換膜用于進行光電轉(zhuǎn)換。所述注入單元用于將在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中。所述累積單元用于累積在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷。所述累積單元被布置于所述半導體基板中。所述勢壘單元用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘。 所述像素單元被設置成選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。在一實施例中，本發(fā)明的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法包括如下步驟選擇性地將電荷注入至各個所述像素的所述注入單元中?？梢员簧鲜龇椒?qū)動的所述固體攝像裝置包括像素單元，所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣。所述固體攝像裝置還包括用于驅(qū)動所述像素單元的驅(qū)動單元。各個所述像素都包括光電轉(zhuǎn)換膜、注入單元、累積單元以及勢壘單元。所述光電轉(zhuǎn)換膜用于進行光電轉(zhuǎn)換。所述注入單元用于將在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中。所述累積單元用于累積在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷。所述累積單元被布置于所述半導體基板中。所述勢壘單元用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘。所述像素單元被設置為選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。在一實施例中，本發(fā)明的相機包括固體攝像裝置、光學系統(tǒng)以及信號處理電路。所述固體攝像裝置被設置為接收來自于基板的第一基板表面?zhèn)鹊墓?。所述光學系統(tǒng)被設置為將入射光引導至所述固體攝像裝置的所述第一基板表面?zhèn)取Ｋ鲂盘柼幚黼娐繁辉O置為對來自于所述固體攝像裝置的輸出信號進行處理。所述固體攝像裝置包括像素單元和驅(qū)動單元。所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣。所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述像素單元。各個所述像素都包括光電轉(zhuǎn)換膜、注入單元、累積單元以及勢壘單元。所述光電轉(zhuǎn)換膜用于進行光電轉(zhuǎn)換。所述注入單元用于將在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中。所述累積單元用于累積在所述光電轉(zhuǎn)換膜處產(chǎn)生的電荷。所述累積單元被布置于所述半導體基板中。所述勢壘單元用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘。所述像素單元被配置成選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。在一實施例中，本發(fā)明的成像器件包括光電轉(zhuǎn)換單元、接觸區(qū)域、勢壘區(qū)域和累積區(qū)域。所述接觸區(qū)域被設置為從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷。所述勢壘區(qū)域是這樣的區(qū)域 所述電荷在該區(qū)域中從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域，并被蓄積于所述累積區(qū)域中。所述成像器件被設置為選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。在一實施例中，本發(fā)明的電子裝置包括光學系統(tǒng)、成像器件以及用于控制所述成像器件的電路。所述成像器件被設置為從所述光學系統(tǒng)接收入射光。所述成像器件具有多個像素。每個像素都包括光電轉(zhuǎn)換單元、接觸區(qū)域、累積區(qū)域和勢壘區(qū)域。所述接觸區(qū)域被設置為從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷。所述累積區(qū)域被設置為存儲所述電荷。所述勢壘區(qū)域是所述電荷從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域時所通過的區(qū)域。所述電路對所述成像器件進行控制，使得選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。在一實施例中，本發(fā)明公開了一種用于控制成像器件的方法。所述成像器件可包括(a)光電轉(zhuǎn)換單元、(b)用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷的接觸區(qū)域、(C)用于累積所述電荷的累積區(qū)域以及(d)勢壘區(qū)域，所述電荷通過所述勢壘區(qū)域而從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域。所述方法包括通過選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中來對所述成像器件進行控制。在一實施例中，本發(fā)明的用于制造具有像素的成像器件的方法包括形成光電轉(zhuǎn)換單元、形成接觸區(qū)域和形成累積區(qū)域。將所述接觸區(qū)域設置為用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷。將所述累積單元形成為用于蓄積所述電荷。所述方法還包括提供控制電路，所述控制電路被設置為選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠改善在操作進入全局快門模式時的信號的線性度。


圖1圖示了日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中所描述的固體攝像裝置；圖2圖示了日本專利申請公開公報特開第2004-140149號中所描述的固體攝像裝置；圖3圖示了如日本專利申請公開公報特開第2006-120922號中所述的具有光電轉(zhuǎn)換膜的固體攝像裝置變形為MOS型固體攝像裝置時的結構示例；圖4是概略地圖示了本發(fā)明實施例的固體攝像裝置的結構的框圖；圖5是圖示了本發(fā)明第一實施例中的像素的電路圖；圖6是概略地圖示了本發(fā)明第一實施例中的像素的簡要局部截面圖；圖7是圖示了圖5和圖6所示像素的操作的時序圖；圖8是圖示了圖5和圖6所示像素的操作時序的第一幅電位圖；圖9是圖示了圖5和圖6所示像素的操作時序的第二幅電位圖；圖10圖示了本發(fā)明第一實施例中的像素的操作概念；圖11是圖示了本發(fā)明第二實施例中的像素的電路圖；圖12是概略地圖示了本發(fā)明第二實施例中的像素的簡要局部截面圖；圖13是圖示了圖11和圖12所示像素的操作的時序圖；圖14是圖示了本發(fā)明第三實施例中的像素的電路圖；圖15是概略地圖示了本發(fā)明第三實施例中的像素的簡要局部截面圖；圖16是圖示了圖14和圖15所示像素的操作的時序圖；及圖17圖示了應用了本發(fā)明實施例固體攝像裝置的相機系統(tǒng)的示例結構。
具體實施例方式下面將參照附圖來詳細說明本發(fā)明的各實施例。按照以下順序進行說明。1.固體攝像裝置的概述；2.像素的第一實施例；3.像素的第二實施例；4.像素的第三實施例；以及5.相機。固體攝像裝置的概述圖4是概略地圖示了本發(fā)明實施例的固體攝像裝置100的結構的框圖。如圖4所示，固體攝像裝置100包括像素單元110、垂直驅(qū)動電路120、列處理電路 130、輸出電路140和控制電路150。像素單元110是感測單元，垂直驅(qū)動電路120是驅(qū)動單兀。如下所述，在像素單元110中以矩陣的形式布置有多個像素200，各像素200將入射光轉(zhuǎn)換為電信號。垂直驅(qū)動電路120驅(qū)動像素單元110中的像素200。列處理電路130從這些像素接收圖像信號并執(zhí)行差異補償和AD轉(zhuǎn)換。
輸出電路140從列處理電路130接收圖像信號，并在對這些信號執(zhí)行增益調(diào)整和損傷校正之后將這些信號輸出到外部器件?？刂齐娐?50向垂直驅(qū)動電路120、列處理電路130和輸出電路140發(fā)送控制信號以控制操作。下面將會說明根據(jù)該實施例的各個單獨像素的詳細結構和操作。像素的第一實施例圖5是圖示了本發(fā)明第一實施例中的像素的電路圖。圖6是概略地圖示了本發(fā)明第一實施例中的像素的簡要局部截面圖。每個像素200可包括光電轉(zhuǎn)換膜201、接觸單元202、勢壘單元203、累積單元204、 傳輸晶體管205、復位晶體管206、放大晶體管207、選擇晶體管208和放電晶體管209。接觸單元202是注入單元。光電轉(zhuǎn)換膜201的一端連接至上部電極210，另一端連接至下部電極211。下部電極211借助于接觸件212而被連接至下層中的接觸單元202。在光電轉(zhuǎn)換膜201處產(chǎn)生的電荷被注入至接觸單元202中。接觸單元202通過勢壘單元203而被連接至累積單元204。傳輸晶體管205連接至累積單元204且連接至作為輸出節(jié)點的浮動擴散部FD (下文也可簡稱為“FD”)，并借助于傳輸控制線LTRF而在其柵極(傳輸柵極)處接收作為控制信號的傳輸信號TRG。以這種方式，傳輸晶體管205將累積在累積單元204中的電荷(對于本例，是電子)傳輸?shù)礁訑U散部FD。復位晶體管206連接至電源線LVDD且連接至浮動擴散部FD，并借助于復位控制線 LRST而在其柵極處接收作為控制信號的復位信號RST。以這種方式，復位晶體管206將浮動擴散部FD的電位復位至與電源線LVDD的電位相等。放大晶體管207的柵極連接至浮動擴散部FD。放大晶體管207的源極連接至垂直信號線LSGN。放大晶體管207的漏極連接至選擇晶體管208的源極，且選擇晶體管208的漏極連接至電源線LVDD，從而與像素單元外部的恒流源構成源極跟隨器。作為對應于地址信號的控制信號，選擇信號SEL借助于選擇控制線LSEL而被發(fā)送至選擇晶體管208的柵極從而將選擇晶體管208接通。一旦將選擇晶體管208接通，放大晶體管207就將與浮動擴散部FD的電位對應的電壓輸出到垂直信號線LSGN。借助于垂直信號線LSGN把從每個像素輸出的電壓發(fā)送到列處理電路130。由于例如傳輸晶體管205的柵極、復位晶體管206的柵極和選擇晶體管208的柵極是以行單位的形式進行連接的，所以對一行中的所有像素同時執(zhí)行上述這種操作。放電晶體管209的源極是接觸單元202 ；放電晶體管209的漏極連接至放電漏極線LDRN ；并且放電晶體管209的柵極連接至放電柵極線LDGT。放電漏極線LDRN和放電柵極線LDGT由垂直驅(qū)動電路120驅(qū)動；放電晶體管209 保持其初始狀態(tài)而繼續(xù)處于0N(接通)；并且執(zhí)行將電荷從其漏極注入至接觸單元202中的初始化操作。
在本實施例中，放電晶體管209的柵極和漏極是在水平方向上進行接線，以便共享同一行中的像素。然而，可替代地，可將放電晶體管209在垂直方向上進行接線，以便共享同一列中的像素。復位控制線LRST、傳輸控制線LTRF、選擇控制線LSEL、放電漏極線LDRN和放電柵極線LDGT按照由像素陣列的行單位組成的組而被接線至像素單元110。M代表控制線的數(shù)量。例如，一組“M”個控制線可包括下面五個控制線LRST、 LTRF、LSEL、LDRN 和 LDGT。復位控制線LRST、傳輸控制線LTRF、選擇控制線LSEL、放電漏極線LDRN和放電柵極線LDGT是由垂直驅(qū)動電路120驅(qū)動。垂直驅(qū)動電路120控制像素單元110中的所選行的像素的操作。垂直驅(qū)動電路 120借助于控制線LSEL、LRST、LTRF、LDRN和LDGT來控制像素200。垂直驅(qū)動電路120通過將曝光模式切換到對每一行執(zhí)行曝光的滾動快門模式 (rolling shutter mode)或切換到對所有像素同時執(zhí)行曝光的全局快門模式(global shutter mode)來進行圖像驅(qū)動控制。圖6是圖示了根據(jù)本實施例的各像素200中的一個像素的簡化截面圖。該像素 200包括光電轉(zhuǎn)換膜201、接觸單元202、勢壘單元203、累積單元204、傳輸晶體管205、放電晶體管209、上部電極210、下部電極211和接觸件212。基本上，在像素200中，將包括通過p-n結接合起來的P層2041和η層2042的累積單元204設置在Si半導體基板220的ρ阱221的內(nèi)部，并處于該基板的表面處。傳輸晶體管205的η+擴散層2051設置于累積單元204的右側(cè)(在圖中的右側(cè))。 柵極電極20Μ設置于柵極絕緣膜2053的上方，且位于介于累積單元204的ρ層2041與η+ 擴散層2051之間的溝道形成區(qū)域2052的上方。接觸單元202是η+層，接觸單元202的右邊緣(在圖中的右邊緣)與累積單元 204的ρ層2041接觸。勢壘單元203沿著接觸單元202的下表面從累積單元204的η層2042延伸。如上所述，在圖6的實施例中，接觸單元202是放電晶體管209的源極區(qū)域。放電晶體管209的漏極區(qū)域2092和接觸單元202分別設置于溝道形成區(qū)域2091 的相對兩端處。柵極電極2094設置于柵極絕緣膜2093的上方，且位于溝道形成區(qū)域2091 的上方。漏極區(qū)域2092借助于設置在層間絕緣膜222內(nèi)部的接觸件223而被連接至放電漏極線LDRN，層間絕緣膜222是布置在半導體基板220的表面上。下部電極211、光電轉(zhuǎn)換膜201和上部電極210從下往上依次堆疊在層間絕緣膜 222 上。上部電極210是由諸如ITO等透明電極制成的。光電轉(zhuǎn)換膜201是由非晶硅或有機光電轉(zhuǎn)換膜制成的。下部電極211是由諸如Ti等金屬制成的。下部電極211通過接觸件連接至在半導體基板220的表面處的接觸單元(D) 202。作為在對應于綠色光的波長處執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于若丹明的顏料(Rhodamine-based pigment)、基于部花青的顏料(Merocyanine-basedpigment)、喹吖啶酮(quinacridone)等有機光電轉(zhuǎn)換材料。作為在對應于紅色光的波長處執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于酞菁染料的顏料(phthalocyanine-based pigment)等有機光電轉(zhuǎn)換材料。作為在對應于藍色光的波長處執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于香豆素的顏料(coumarin-based pigment)、三(8-羥基喹啉)鋁 (tris (8-hydroxyquinolinato) aluminium) (Alq3)、基于部花青的顏料等有機光電轉(zhuǎn)換材料。接下來，將對圖5和圖6中所示像素的操作進行說明。圖7是圖示了圖5和圖6中所示的像素的操作的時序圖。首先，驅(qū)動放電晶體管209的放電柵極線LDGT和放電漏極線LDRN，將電子同時注入到所有像素的接觸單元(D) 202中。接著，將高激活脈沖(high-active pulse)引入到傳輸晶體管205的傳輸控制線 LTRF和復位晶體管206的復位控制線LRST，使累積單元204復位。在關斷傳輸晶體管205的時刻之后的周期是曝光周期。在曝光周期的結束處，所有像素的放電柵極線LDGT同時返回到高電平。接下來的周期是用于一次一行地對各行進行讀出的周期。當讀出對應行時，以正常方式讀出目標像素。圖8和圖9各自給出了與圖5和圖6中所示像素的操作時序相對應的電位圖。(a)通過接觸單元(D) 202，在放電晶體管209的漏極(A)處排出來自于光電轉(zhuǎn)換膜201的光子。(b)將放電漏極線LDRN設為用于初始化的低電平。電子通過放電晶體管209和勢壘單元203從放電漏極線LDRN注入至累積單元204中。(c)在將放電柵極線LDGT設為低電平之后，將放電漏極線LDRN設為高電平。此時，所注入的電子保持在接觸單元(D) 202和累積單元204中。(d)當通過驅(qū)動傳輸控制線LTRF和復位控制線LRST來將傳輸晶體管205和復位晶體管206接通時，累積單元204中的電子被移除從而清空累積單元204，并且接觸單元 (D) 202的電位等于勢壘單元203的電位。圖中只描述到傳輸柵極。(e)通過將傳輸控制線LTRF設為低電平，在累積單元204處開始進行累積。(f)當進行累積時，來自于光電轉(zhuǎn)換膜201的光子穿過勢壘單元203且被累積在累積單元204中。(g)在曝光周期結束并且放電晶體管209接通后直到相關像素200的讀出時機為止，信號一直存儲在累積單元204中并且來自于光電轉(zhuǎn)換膜201的光子通過放電晶體管209 排出。通過上述操作，從曝光周期一開始，來自于光電轉(zhuǎn)換膜的光子就流入累積單元204 中，從而改善了信號的線性度。圖10示意性地圖示了上述操作。首先，執(zhí)行將電子從放電晶體管209的漏極(A)注入至接觸單元(D)202中的實質(zhì)性步驟。這個步驟是通過驅(qū)動放電晶體管209的漏極(A)來實現(xiàn)的。垂直驅(qū)動電路120具有放電漏極線LDRN的驅(qū)動電路。像素的第二實施例圖11是圖示了本發(fā)明第二實施例中的像素的電路圖。圖12是概略地示出了本發(fā)明第二實施例中的像素的簡要局部截面圖。第二實施例中的像素200A與第一實施例中的像素200的不同之處在于像素200A 不包括放電晶體管。第二實施例包括光電轉(zhuǎn)換單元201，該光電轉(zhuǎn)換單元201是由多個傳感器層構成的堆疊結構。每個傳感器層可對應于某一波長范圍(如，顏色)。例如，光電轉(zhuǎn)換單元201 可包括紅光傳感器層、綠光傳感器層和藍光傳感器層。通過堆疊各光電轉(zhuǎn)換膜來設置成光電轉(zhuǎn)換單元201，在沒有放電晶體管的情況下在全局快門模式下進行操作是可能的。在這種情況下，復位晶體管206和選擇晶體管208 (在某些情況下可由放大晶體管代替)的漏極線是所有像素的共用線，但能夠在不使用固定電壓的情況下被驅(qū)動。上部電極210A也能夠在不使用固定電壓的情況下被驅(qū)動。垂直驅(qū)動電路120驅(qū)動全面配線(full-surface line) LALL和上部電極210A。如圖11所示，全面配線是電源線(如，電壓線)。全面配線LALL交叉分布于層間絕緣膜222。 全面配線和其他布線未在圖12的簡要局部截面圖中圖示。圖13是示出了圖11和圖12中所示像素的操作的時序圖。當將傳輸晶體管205和復位晶體管206接通時，將高激活脈沖引入至傳輸控制線 LTRF和復位控制線LRST以將全面配線LALL設為低電平。以這種方式，借助于復位晶體管206和傳輸晶體管205將電子注入至接觸單元 (D) 202 中。通過將全面配線LALL重設為高電平，讓接觸單元(D) 202的電位等于勢壘單元203 的電位，并使得累積單元204復位。由于上部電極210A在曝光周期中處于低電平，所以將光電轉(zhuǎn)換膜201的光子發(fā)送到Si側(cè)。通過在曝光結束時將上部電極210設為高電平，禁止將光電轉(zhuǎn)換膜201的光子發(fā)送到Si側(cè)。接著，一次一行地對各行進行讀出。當上部電極210A處于高電平時，接觸單元(D) 202的電位高于勢壘單元203的電位，且即使當上部電極210A返回到低電平時此條件也不會變化。因此，在沒有解決這個問題的情況下，由于相同的機理而可能導致線性度的降低。為了解決這個問題，將電子從全面配線LALL注入至接觸單元(D) 202中，且隨后將累積單元204中的電子排出。原理上，這與第一實施例相同。在本實施例中，通過將光電轉(zhuǎn)換膜單元201設成多個傳感器層的堆疊結構，在未設有放電晶體管的情況下，在全局快門模式下結束曝光之后能夠防止信號混入。像素的第三實施例圖14是圖示了本發(fā)明第三實施例中的像素的電路圖。
圖15是概略地示出了本發(fā)明第三實施例中的像素的簡要局部截面圖。第三實施例中的像素200B與第一實施例中的像素200的不同之處在于像素 200B包括光電轉(zhuǎn)換膜201B和光電二極管213的組合。傳輸晶體管214連接至光電二極管213、累積單元204和作為輸出節(jié)點的浮動擴散部FD (下文中也可簡稱為FD)。傳輸晶體管214借助于傳輸控制線LTRF2來接收傳輸信號TRG2，該傳輸信號TRG2 是發(fā)送給傳輸晶體管214的柵極(傳輸柵極)的控制信號。以這種方式，傳輸晶體管214將累積在光電二極管213中的電荷(在本例中，是電子)傳輸?shù)礁訑U散部FD。下面將會說明光電轉(zhuǎn)換膜201B與光電二極管213的組合，該光電轉(zhuǎn)換膜201B用于吸收特定波長的光(例如，綠色光)，該光電二極管213被布置在Si半導體基板220上并用于吸收通過光電轉(zhuǎn)換膜201B而被傳輸?shù)墓?。圖15是像素200B的概念圖。光電轉(zhuǎn)換膜201B是有機光電轉(zhuǎn)換膜。光電二極管213被布置在Si半導體基板220中，并以與任一典型光電二極管相同的方式構造而成。由于各元件實際上并不是如圖15所示那樣進行對準，所以圖15更像是概念圖而不是截面圖。圖16是圖示了圖14和圖15所示的像素的操作的時序圖。在這種情況下，當讀出信號時，首先從光電轉(zhuǎn)換膜201B讀出信號，并隨后從光電二極管213讀出信號。其它操作與上述那些操作相同。因此，在此不再重復對它們的說明。如上所述，作為在對應于綠色光的波長處進行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于若丹明的顏料、基于部花青的顏料、喹吖啶酮等有機光電轉(zhuǎn)換材料。作為在對應于紅色光的波長處進行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于酞菁染料的顏料等有機光電轉(zhuǎn)換材料。作為在對應于藍色光的波長處執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機光電轉(zhuǎn)換膜，可使用諸如基于香豆素的顏料、三(8-羥基喹啉)鋁(Alq;3)、基于部花青的顏料等有機光電轉(zhuǎn)換材料。如上所述，根據(jù)本實施例，當具有光電轉(zhuǎn)換膜的MOS型固體攝像裝置在全局快門模式下進行操作時，能夠改善信號的線性度。能夠?qū)⒕哂羞@些特性的固體攝像裝置應用于數(shù)碼相機和攝像機中的成像器件。圖17圖示了應用了本發(fā)明實施例固體攝像裝置的相機系統(tǒng)的示例結構。相機如圖17所示，相機系統(tǒng)300包括成像器件310，本發(fā)明實施例的固體攝像裝置100 可應用于該成像器件310。相機系統(tǒng)300包括光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)通過將入射光引導到成像器件310中的像素區(qū)域上而形成物體的圖像，該光學系統(tǒng)例如是用于在成像面上形成入射光(圖像光) 的圖像的鏡頭320。該相機系統(tǒng)300包括用于驅(qū)動成像器件310的驅(qū)動電路(DRV) 330和用于對來自于成像器件310的輸出信號進行處理的信號處理電路(PRC) 340。
驅(qū)動電路330包括時序發(fā)生器(未圖示)，該時序發(fā)生器產(chǎn)生各種時序信號(包括用于驅(qū)動成像器件310中的電路的起始脈沖和時鐘脈沖)。信號處理電路340對來自于成像器件310的輸出信號執(zhí)行諸如相關雙采樣(⑶S)
處理等信號處理。在信號處理電路340處經(jīng)過處理的圖像信號被記錄在諸如存儲器等記錄介質(zhì)中。能夠通過打印機等將記錄在記錄介質(zhì)上的圖像信息作為硬拷貝而輸出。能夠?qū)⒃谛盘柼幚黼娐?40處經(jīng)過處理的圖像信號作為移動圖像而顯示在包括例如液晶顯示器等d 的監(jiān)視器上。如上所述，在諸如數(shù)碼相機等成像裝置中，通過包含有上述固體攝像裝置100來作為成像器件310，實現(xiàn)了具有高精度的相機。但是本發(fā)明不限于上述各實施例。例如，各實施例中所提到的數(shù)值和材料僅僅是示例，而并不限于此。在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠做出各種變形。本領域技術人員應當理解，依據(jù)設計要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權利要求或其等同物的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、次組合及改變。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，其包括像素單元和驅(qū)動單元，所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述像素單元，其中各個所述像素都包括 光電轉(zhuǎn)換膜，它用于進行光電轉(zhuǎn)換；注入單元，它用于將由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中；累積單元，它被布置于所述半導體基板中且用于累積由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷；以及勢壘單元，它用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘， 并且所述像素單元被設置成選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。
2.根據(jù)權利要求1所述的固體攝像裝置，還包括放電晶體管，所述放電晶體管的源極連接至所述注入單元，其中所述驅(qū)動單元控制所述放電晶體管的漏極電壓，使得將電荷注入至所述注入單元中。
3.根據(jù)權利要求2所述的固體攝像裝置，還包括復位晶體管，所述復位晶體管連接于所述累積單元且連接于電位配線，并且所述復位晶體管用于將所述累積單元中的電荷復位，其中所述驅(qū)動單元是在將電荷注入至所述注入單元中之后將所述累積單元中的電荷復位。
4.根據(jù)權利要求2所述的固體攝像裝置，還包括復位晶體管，所述復位晶體管連接于所述累積單元且連接于電位配線，并且所述復位晶體管用于將所述累積單元中的電荷復位，其中所述驅(qū)動單元是通過所述注入單元將電荷從所述放電晶體管的漏極注入至所述累積單元中，并且在所述注入之后，將所述累積單元中的電荷復位。
5.根據(jù)權利要求1所述的固體攝像裝置，還包括復位晶體管，所述復位晶體管連接于所述累積單元且連接于電位配線，并且所述復位晶體管用于將所述累積單元中的電荷復位，其中所述驅(qū)動單元通過所述累積單元將電荷從所述復位晶體管的電位配線側(cè)注入至所述注入單元中。
6.根據(jù)權利要求5所述的固體攝像裝置，其中所述驅(qū)動單元是在將電荷注入至所述注入單元中之后將所述累積單元中的電荷復位。
7.一種用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，所述固體攝像裝置包括像素單元和驅(qū)動單元， 所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述像素單元，其中各個所述像素都包括光電轉(zhuǎn)換膜，它用于進行光電轉(zhuǎn)換；注入單元，它用于將由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中；累積單元，它被布置于所述半導體基板中且用于累積由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷；以及勢壘單元，它用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘，并且所述像素單元被設置成選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中，所述方法包括如下步驟選擇性地將電荷注入至各個所述像素的所述注入單元中。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，還包括如下步驟將放電晶體管的源極連接至所述注入單元，并通過控制所述放電晶體管的漏極電壓來將電荷注入至所述注入單元中。
9.根據(jù)權利要求8所述的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，還包括如下步驟在將電荷注入至所述注入單元中之后，通過連接于所述累積單元且連接于電位配線的復位晶體管來將所述累積單元中的電荷復位。
10.根據(jù)權利要求8所述的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，還包括如下步驟在通過所述注入單元將電荷從所述放電晶體管的漏極注入至所述累積單元中之后，通過連接于所述累積單元且連接于電位配線的復位晶體管來將所述累積單元中的電荷復位。
11.根據(jù)權利要求7所述的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，還包括如下步驟通過所述累積單元，將電荷從連接于所述累積單元且連接于電位配線的復位晶體管的電位配線側(cè)注入至所述注入單元中。
12.根據(jù)權利要求11所述的用于驅(qū)動固體攝像裝置的方法，還包括如下步驟在將電荷注入至所述注入單元中之后，將所述累積單元中的電荷復位。
13.一種相機，其包括固體攝像裝置，它被設置為接收來自于基板的第一基板表面?zhèn)鹊墓?；光學系統(tǒng)，它被設置為將入射光引導至所述固體攝像裝置的所述第一基板表面?zhèn)龋?以及信號處理電路，它被設置為對來自于所述固體攝像裝置的輸出信號進行處理，其中，所述固體攝像裝置包括像素單元和驅(qū)動單元，所述像素單元包括由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述像素單元， 各個所述像素都包括 光電轉(zhuǎn)換膜，它用于進行光電轉(zhuǎn)換；注入單元，它用于將由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中；累積單元，它被布置于所述半導體基板中且用于累積由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷；以及勢壘單元，它用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘， 并且所述像素單元被設置成選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。
14.一種成像器件，其包括 光電轉(zhuǎn)換單元；接觸區(qū)域，它用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷； 累積區(qū)域，它用于蓄積所述電荷；以及勢壘區(qū)域，所述電荷通過該勢壘區(qū)域從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域； 其中，所述成像器件被設置成選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。
15.根據(jù)權利要求14所述的成像器件，其中，在對應的曝光周期之前，所述接觸區(qū)域接收所述電荷并且所述累積區(qū)域被復位。
16.根據(jù)權利要求14所述的成像器件，其中，所述勢壘區(qū)域從所述累積區(qū)域延伸，且所述勢壘區(qū)域是沿著所述接觸區(qū)域的下表面進行延伸。
17.根據(jù)權利要求14所述的成像器件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括含有多個傳感器層的堆疊結構，所述多個傳感器層的每一者對應于不同顏色。
18.根據(jù)權利要求14所述的成像器件，還包括光電二極管，所述光電二極管用于吸收通過所述光電轉(zhuǎn)換單元而被傳輸?shù)墓?，其中，在從所述光電二極管讀取信號之前，從所述光電轉(zhuǎn)換單元讀取信號。
19.一種電子裝置，其包括光學系統(tǒng)和成像器件，所述成像器件用于從所述光學系統(tǒng)接收入射光，所述成像器件具有多個像素，各個所述像素都包括a)光電轉(zhuǎn)換單元，b)接觸區(qū)域，其用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷，c)累積區(qū)域，其用于蓄積所述電荷；以及d)勢壘區(qū)域，所述電荷通過該勢壘區(qū)域從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域，并且，所述電子裝置還包括對所述成像器件進行控制以選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中的電路。
20.根據(jù)權利要求19所述的電子裝置，其中所述電路被設置為在曝光周期之前，選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中并開始將所述累積區(qū)域復位的操作。
21.根據(jù)權利要求19所述的電子裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括含有多個傳感器層的堆疊結構，所述多個傳感器層的每一者對應于不同顏色。
22.根據(jù)權利要求19所述的電子裝置，還包括光電二極管，所述光電二極管用于吸收通過所述光電轉(zhuǎn)換單元而被傳輸?shù)墓?，其中，所述電路被設置為在從所述光電二極管讀取信號之前從所述光電轉(zhuǎn)換單元讀取信號。
23.一種用于驅(qū)動成像器件的方法，所述成像器件具有像素，所述像素包括a)光電轉(zhuǎn)換單元；b)接觸區(qū)域，它用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷；c)累積區(qū)域，它用于蓄積所述電荷；以及d)勢壘區(qū)域，所述電荷通過該勢壘區(qū)域從所述接觸區(qū)域進入所述累積區(qū)域，所述方法包括如下步驟以選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中的方式對所述成像器件進行控制。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中，對所述成像器件的所述控制包括在曝光周期之前，將所述電荷注入至所述接觸區(qū)域中并且開始將所述累積區(qū)域復位的復位操作。
25.根據(jù)權利要求M所述的方法，其中，所述電荷的注入步驟包括當接通傳輸晶體管和復位晶體管時將全面配線設成低電平，使得將所述電荷從所述全面配線注入至所述接觸區(qū)域中。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，通過將所述全面配線重設為高電平來將所述累積區(qū)域復位。
27.根據(jù)權利要求M所述的方法，其中，所述電荷的注入步驟包括當接通傳輸晶體管和復位晶體管時將所述成像器件的上部電極設成低電平，使得將所述電荷注入至所述接觸區(qū)域中。
28.根據(jù)權利要求M所述的方法，其中，所述成像器件包括連接至所述接觸區(qū)域的放電晶體管，并且所述電荷的注入步驟包括將所述放電晶體管的放電漏極線設為低電平。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，還包括如下步驟接通所述放電晶體管并結束所述曝光周期；并且在所述曝光周期之后，讀出像素行。
30.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中，所述成像器件包括光電二極管，所述光電二極管用于吸收通過所述光電轉(zhuǎn)換單元而被傳輸?shù)墓?，且所述方法還包括如下步驟 從所述光電轉(zhuǎn)換單元讀取信號；并且從所述光電二極管讀取信號。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中，在從所述光電二極管讀取信號之前，從所述光電轉(zhuǎn)換單元讀取信號。
32.一種用于制造成像器件的方法，所述方法包括如下步驟 形成光電轉(zhuǎn)換單元；形成接觸區(qū)域以用于從所述光電轉(zhuǎn)換單元接收電荷； 形成累積區(qū)域以用于蓄積所述電荷；并且提供控制電路，所述控制電路被設置成選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明公開了固體攝像裝置、相機、成像器件、電子裝置、驅(qū)動方法及制造方法。所述固體攝像裝置包括像素單元和驅(qū)動單元。所述像素單元包括由將光轉(zhuǎn)換為電信號的像素組成的矩陣。各個像素都包括光電轉(zhuǎn)換膜，用于進行光電轉(zhuǎn)換；注入單元，用于將由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷注入至半導體基板中；累積單元，被布置于所述半導體基板中且用于累積由所述光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷；以及勢壘單元，用于提供所述光電轉(zhuǎn)換膜與所述累積單元之間的電位勢壘。所述像素單元選擇性地將電荷注入至所述像素的所述注入單元中。所述成像器件包括光電轉(zhuǎn)換單元、接觸區(qū)域、累積區(qū)域以及勢壘區(qū)域，并能夠選擇性地將電荷注入至所述接觸區(qū)域中。本發(fā)明改善了信號的線性度。
文檔編號H04N5/335GK102157531SQ201010586888
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者馬渕圭司 申請人:索尼公司