固態(tài)攝像器件及其驅動方法和電子裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)攝像器件及其驅動方法以及電子裝置，特別地，涉及能夠抑制在讀取期間以外的期間內在基板上生產強電場的固態(tài)攝像器件及其驅動方法以及電子裝置。
[0002]相關申請的交叉參考
[0003]本申請主張享有于2013年4月8日提交的日本優(yōu)先權專利申請JP2013-080487的優(yōu)先權，并且將該日本優(yōu)先權申請的全部內容以引用的方式并入本文。
【背景技術】
[0004]固態(tài)攝像器件例如用于數碼相機和攝像機等攝像裝置以及具有攝像功能的便攜式終端等電子裝置中。作為所述固態(tài)攝像器件的示例，已存在經由金屬氧化物半導體(MOS)晶體管讀取在作為光電轉換元件的光電二極管中累積的電荷的互補型MOS(CMOS)圖像傳感器。
[0005]—般而言，CMOS圖像傳感器經由傳輸晶體管將各像素的光電二極管中累積的電荷傳輸至電荷電壓轉換部，并將電荷轉換成電壓以讀取信號。
[0006]在這樣的CMOS圖像傳感器中，提出了這樣的構造:其中，電容經由晶體管被添加至電荷電壓轉換部，且電荷電壓轉換部的電容被構造為是能夠改變的。具體地，提出了這樣的構造:電荷電壓轉換部被分成兩個部分，且電容器被添加至其中一個部分(例如，參見專利文獻I至3)。
[0007]在此構造下，專利文獻I的技術能夠切換將電荷轉換成電壓的增益，且實現填充因子(fill factor)的提高。此外，專利文獻2和3的技術能夠將光電轉換元件在曝光期間內產生的電荷累積在被添加至電荷電壓轉換部的電容器中，從而能夠使動態(tài)范圍朝著高照度區(qū)域擴展。
[0008]引用列表
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:JP 2009-505498W
[0011]專利文獻2:JP 2OO5-32^93A
[0012]專利文獻3:JP 2006-262387A

【發(fā)明內容】

[0013]技術問題
[0014]順便提及地，在專利文獻I的技術中，電荷電壓轉換部在電容器中的對電極(counter electrode)連接至復位晶體管和放大晶體管的漏極，且電源電壓施加于對電極。
[0015]然而，當電源電壓通常施加在電容器的電極之間時，在基板上的某處會生成強電場，因而從可靠性的觀點來看，存在著令人擔憂的問題。
[0016]鑒于上述的情況而做出了本發(fā)明，本發(fā)明能夠抑制在讀取期間以外的期間內在基板上的位置生成強電場。
[0017]問題的解決方案
[0018]根據本發(fā)明的第一方面，提出了一種固態(tài)攝像器件，其包括:光電轉換元件，所述光電轉換元件根據入射光的光量產生電荷并且將所述電荷累積在所述光電轉換元件的內部；電荷傳輸部，所述電荷傳輸部傳輸所述光電轉換元件累積的電荷；電荷電壓轉換部，所述電荷電壓轉換部將所述電荷傳輸部傳輸的電荷轉換成電壓JPMOS電容器，所述MOS電容器經由晶體管連接所述電荷電壓轉換部和基板電極，其中，所述MOS電容器的柵極電極被施加有這樣的電壓:所述電壓在由所述電荷電壓轉換部轉換的電壓信號的讀取期間內和在所述讀取期間以外的期間內是不同的。
[0019]根據本發(fā)明第一方面的驅動方法和電子裝置與根據本發(fā)明第一方面的固態(tài)攝像器件相對應。
[0020]在本發(fā)明的第一方面中，光電轉換元件根據入射光的光量產生電荷并且將所述電荷累積在所述光電轉換元件的內部，電荷傳輸部傳輸所述光電轉換元件累積的電荷，電荷電壓轉換部將由所述電荷傳輸部傳輸的電荷轉換成電壓，MOS電容器的基板電極經由晶體管連接至所述電荷電壓轉換部，且所述MOS電容器的柵極電極被施加有這樣的電壓:所述電壓在由所述電荷電壓轉換部轉換的電壓信號的讀取期間內和在所述讀取期間以外的期間內是不同的。
[0021]根據本發(fā)明的第二方面，提出了一種電子裝置，其包括:光電轉換元件，所述光電轉換元件根據入射光的光量產生電荷并且將所述電荷累積在所述光電轉換元件的內部；電荷傳輸部，所述電荷傳輸部傳輸所述光電轉換元件累積的電荷；電荷電壓轉換部，所述電荷電壓轉換部將由所述電荷傳輸部傳輸的電荷轉換成電壓JPMOS電容器，所述MOS電容器經由晶體管連接所述電荷電壓轉換部和基板電極，其中，所述MOS電容器的所述基板電極被施加有這樣的電壓:所述電壓在由所述電荷電壓轉換部轉換的電壓信號的讀取期間內和在所述讀取期間以外的期間內是不同的。
[0022]根據本發(fā)明第二方面的驅動方法和電子裝置與根據本發(fā)明第二方面的固態(tài)攝像器件相對應。
[0023]在本發(fā)明的第二方面中，光電轉換元件根據入射光的光量產生電荷并且將所述電荷累積于所述光電轉換元件的內部，電荷傳輸部傳輸所述光電轉換元件累積的電荷，電荷電壓轉換部將由所述電荷傳輸部傳輸的電荷轉換成電壓，MOS電容器的基板電極經由晶體管連接至所述電荷電壓轉換部，且所述MOS電容器的所述基板電極被施加有這樣的電壓:所述電壓在由所述電荷電壓轉換部轉換的電壓信號的讀取期間內和在所述讀取期間以外的期間內是不同的。
[0024]本發(fā)明的有益效果
[0025]根據本發(fā)明，能夠抑制在讀取期間以外的期間內在基板上的位置產生強電場。
【附圖說明】
[0026]圖1是圖示了像素的第一構造示例的橫截面圖。
[0027]圖2是圖示了像素的第二構造示例的橫截面圖。
[0028]圖3是圖示了作為應用了本發(fā)明的固態(tài)攝像器件的CMOS圖像傳感器的第一實施例的構造示例的框圖。
[0029]圖4是圖示了圖3的像素陣列單元中的像素的構造示例的平面圖。
[0030]圖5是圖示了圖3的像素陣列單元中的像素的構造示例的橫截面圖。
[0031]圖6是圖示了圖4和圖5的像素的操作示例的時序圖。
[0032]圖7圖示了基板在圖6的操作期間內的預定時間的電勢狀態(tài)。
[0033]圖8是像素陣列單元的平面圖，該像素陣列單元圖示了像素的另一個構造示例。
[0034]圖9是圖示了圖8的像素的操作的時序圖。
[0035]圖10是圖示了作為應用了本發(fā)明的固態(tài)攝像器件的CMOS圖像傳感器的第二實施例的像素的構造示例的平面圖。
[0036]圖11是圖示了作為應用了本發(fā)明的固態(tài)攝像器件的CMOS圖像傳感器的第二實施例的像素的構造示例的橫截面圖。
[0037]圖12是圖示了像素的操作示例的時序圖。
[0038]圖13是圖示了像素的另一個構造示例的平面圖。
[0039]圖14是圖示了作為應用了本發(fā)明的電子裝置的攝像裝置的構造示例的框圖。
【具體實施方式】
[0040]〈本發(fā)明的假設〉
[0041]作為電荷電壓轉換部被分成兩個部分且其中一個部分添加了 MOS電容器的CMOS圖像傳感器中的像素構造，主要存在兩種構造。
[0042]第一構造是這樣的構造:其中，基板用作電荷電壓轉換部的在MOS電容器中的對電極。第二構造是這樣的構造:其中，柵極電極用作電荷電壓轉換部的在MOS電容器中的對電極。
[0043]圖1是圖示了像素的第一構造示例的橫截面圖。
[0044]如圖1所示，由光電轉換元件(HAD) 11和η型層(η+)構成的第一電荷電壓轉換部(FDl) 12設置在形成有P阱層的基板10中。光電轉換元件11被形成為從基板表面?zhèn)纫来闻渲糜蠵型層(Ρ+)和η型層(η_)，產生電荷量與入射光的光量相對應的電荷，并且將電荷累積于光電轉換元件11的內部。第一電荷電壓轉換部12將從光電轉換元件11傳輸來的電荷轉換成電壓。
[0045]此外，基板10設置有由η型層(η+)和η型層(η+) 14構成的第二電荷電壓轉換部(FD2) 13，η型層(η+) 14用作第二電荷電壓轉換部13的在MOS電容器中的對電極且供給有電源電壓(Vdd)。第二電荷電壓轉換部13與第一電荷電壓轉換部12協作將從光電轉換元件11傳輸來的電荷轉換成電壓。
[0046]此外，在基板10的位于光電轉換元件11與第一電荷電壓轉換部12之間的上部，隔著柵極絕緣膜(未示出)設置有柵極電極15。光電轉換元件11、第一電荷電壓轉換部12和柵極電極15用作傳輸晶體管(TRG)，該傳輸晶體管將電荷從光電轉換元件11傳輸至第一電荷電壓轉換部12。
[0047]在基板10的位于第一電荷電壓轉換部12與第二電荷電壓轉換部13之間的上部，隔著柵極絕緣膜(未示出)設置有柵極電極16。第一電荷電壓轉換部12、第二電荷電壓轉換部13和柵極電極16用作將第一電荷電壓轉換部12與第二電荷電壓轉換部13電連接的連接晶體管(FDG)。
[0048]此外，在基板10的位于第二電荷電壓轉換部13與η型層14之間的上部，隔著柵極絕緣膜(未示出)設置有柵極電極17。第二電荷電壓轉換部13、η型層14和柵極電極17用作復位晶體管(RST)，該復位晶體管利用η型層14的電荷使第二電荷電壓轉換部13和第一電荷電壓轉換部12的電荷復位。
[0049]此外，在η型層14的上部，隔著柵極絕緣膜(未示出)設置有柵極電極18，柵極電極18作為第二電荷電壓轉換部13的在MOS電容器中的電極，且柵極電極18與第二電荷電壓轉換部13連接。柵極電極18和η型層14用作MOS電容器。
[0050]放大晶體管(AMP) 19的柵極連接至第一電荷電壓轉換部12連接以放大被第一電荷電壓轉換部12轉換的電壓，放大晶體管(AMP) 19的源極與讀取晶體管(SEL) 20的漏極連接，讀取晶體管20對像素信號的讀取進行控制。電源電壓施加于放大晶體管19的漏極。讀取晶體管20的源極與讀取線21連接，且被放大晶體管19放大的電壓信號作為像素信號經由讀取晶體管20被輸出至讀取線21。讀取晶體管20對像素信號的讀取進行控制。
[0051]在上述的構造下，在圖1的