CN102196195A - 固体摄像器件、其制造方法、其驱动方法及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体摄像器件、其制造方法、其驱动方法及包括该固体摄像器件的电子装置。该固体摄像器件包括：基板；光电转换元件，其设置于所述基板的光入射侧上，所述光电转换元件包括夹持在第一电极和与所述第一电极相对设置的第二电极之间的光电转换膜，为每个像素单独设置所述第一电极，所述光电转换膜是由有机材料或无机材料制成且根据入射光的光量产生信号电荷；放大晶体管，其具有连接到所述第一电极的放大栅极；及电压控制电路，其连接到所述第二电极并向所述第二电极供应期望的电压。本发明的固体摄像器件能够在电荷存储期间抑制暗电流。
Description
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年3月5日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-049233的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种在基板的顶部包括光电转换元件的固体摄像器件，其中，通过一对电极夹持由有机材料或无机材料制成的光电转换膜而形成所述光电转换元件。而且，本发明涉及一种制造所述固体摄像器件的方法、一种驱动该固体摄像器件的方法和一种使用该固体摄像器件的电子装置。
背景技术
在相关技术中，在通过在半导体基板的顶部层叠由有机光电转换膜制成的光电转换元件而形成的固体摄像器件中，用于将电压施加到有机光电转换膜的上电极和下电极夹持该有机光电转换膜。通过将上电极和下电极中的一个电极连接到形成在基板中的晶体管来读出有机光电转换膜所产生的信号电荷(参照日本未审查专利公开公报No.2005-268476)。
图14和图15均是根据相关技术的固体摄像器件的示意横剖面图。图14表示根据相关技术的通过包括放大晶体管Trc、复位晶体管Trb和选择晶体管Trd的三个晶体管所形成的固体摄像器件100。图15表示根据相关技术的在图14所示的结构中还增加有传输晶体管Tra的四个晶体管所形成的固体摄像器件101。
如图14和图15所示，根据相关技术的固体摄像器件100和101具有形成在基板102上的各个晶体管、形成在基板102上的布线层104和形成在布线层104顶部的光电转换元件109。通过在布线层104上依次层叠下电极106、有机光电转换膜107和上电极108形成光电转换元件109。晶体管Tra～Trc均包括在基板102的近表面侧由高浓度杂质区域形成的源极/漏极区域113和隔着栅极绝缘膜103形成在基板102的表面上的栅极111。在布线层104中，多层布线110形成为隔着层间绝缘膜105层叠。均通过接触部112实现期望的布线之间以及布线110与基板102之间的连接。
如图15所示，在具有包括传输晶体管Tra的四个晶体管的固体摄像器件101的情况下，下电极106经由布线层104连接到形成在基板102中的P型或N型高浓度半导体区域(源极/漏极区域113)。在图15所示的固体摄像器件101中，由光电转换元件109产生的信号电荷经由下电极106和布线层104连接到充当传输晶体管Tra的源极区域的光电二极管区域PD，于是信号电荷存储在源极区域。此后，通过传输晶体管Tra，存储在光电二极管区域PD中的信号电荷传输到充当漏极区域的浮动扩散部FD，于是像素信号经由放大晶体管Trc输出。而且，通过复位晶体管Trb复位浮动扩散部FD的电位。
另一方面，如图14所示，即使在不形成传输晶体管以及下电极106直接连接到放大晶体管Trc的栅极111的情况下，下电极106仍连接到充当复位晶体管Trb的源极区域的高浓度半导体区域。
以此方式，在根据相关技术的每个固体摄像器件100和101中，为实现诸如对有机光电转换膜107中所产生的信号电荷进行存储、对下电极106的电位进行复位等，下电极106经由接触部112连接到形成在基板102中的高浓度半导体区域。
另外，对于根据相关技术的在半导体基板的内部具有光电转换元件的典型固体摄像器件，为了抑制在半导体基板的界面处产生的暗电流，通常形成用于降低暗电流的暗电流抑制区域。
然而，对于如上所述的根据相关技术的具有由有机光电转换膜107制成的光电转换元件109的固体摄像器件100和101的情况，不可能在连接高浓度半导体区域和接触部112的连接部分(由虚线“a”所示的区域)处形成用于降低暗电流的半导体区域。因而，连接部分变成暗电流源。于是，不同于在半导体基板的内部具有由光电二极管制成的光电转换元件的典型固体摄像器件，根据相关技术的通过由有机光电转换膜107制成的光电转换元件109所形成的固体摄像器件100和101存在以下问题：即使在电荷存储期间，仍累积暗电流。
虽然上述示例是针对通过上下电极夹持有机光电转换膜而形成光电转换元件的情况，但对于在基板的顶部设置通过上下电极夹持无机光电转换膜所形成的光电转换元件的情况，也会出现同样的问题。
发明内容
期望提供一种能够在电荷存储期间抑制暗电流的固体摄像器件，所述固体摄像器件在基板的顶部包括光电转换元件，通过一对电极夹持由有机材料或无机材料制成的光电转换膜形成所述光电转换元件，还期望提供一种制造所述固体摄像器件的方法、一种驱动所述固体摄像器件的方法和一种使用所述固体摄像器件的电子装置。
根据本发明的实施例的固体摄像器件包括基板、形成在所述基板的光入射侧上的光电转换元件、放大晶体管和电压控制电路。
所述光电转换元件包括夹持在每个像素中所分别设有的第一电极和设置成对着所述第一电极的第二电极之间的光电转换膜，所述光电转换膜是由有机材料或无机材料制成且根据入射光的光量产生信号电荷。所述放大晶体管具有连接到所述第一电极的放大栅极。所述电压控制电路连接到所述第二电极并将期望电压供应到所述第二电极。
在根据本发明的实施例的所述固体摄像器件中，构成所述光电转换元件的所述第一电极连接到所述放大晶体管的所述放大栅极，但不直接连接到所述基板。并且，根据本发明的实施例的所述固体摄像器件的结构使得不需要在所述基板中存储信号电荷。因此，不需要建立所述基板与所述第一电极的直接接触，因而能够抑制暗电流。并且，通过所述电压控制电路向所述第二电极提供期望电压，在复位操作时，能够将信号电荷从所述第二电极侧释放。
根据本发明的实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：在基板中形成多个晶体管；在所述基板上形成布线层，所述布线层具有隔着层间绝缘膜层压的多个布线；在所述基板的被照射侧为每个像素分别形成第一电极，所述第一电极电连接到所述多个晶体管中的放大晶体管的放大栅极；在所述第一电极的顶部形成由有机材料或无机材料制成的光电转换膜；以及在所述光电转换膜的顶部形成电连接到电压控制电路的第二电极。
通过根据本发明的实施例的固体摄像器件的所述制造方法，完成上述固体摄像器件。因而，构成所述光电转换元件的所述第一电极连接到所述放大晶体管的所述放大栅极，但不直接连接到所述基板。因此，不需要建立所述基板与所述第一电极的直接接触，因而能够抑制暗电流。并且，通过所述电压控制电路向所述第二电极供应期望电压，在复位操作时，能够从所述第二电极侧释放信号电荷。
在根据本发明的实施例的固体摄像器件的驱动方法中，在根据本发明的实施例的上述固体摄像器件中，在电荷存储操作期间，所述电压控制电路将第一电压供应到所述第二电极。因而，所述光电转换膜中产生的所述信号电荷向所述第一电极移动，通过所述放大晶体管检测所述第一电极的电位而输出像素信号。并且，在复位操作时，所述电压控制电路将不同于在电荷存储操作期间所供应的电压的第二电压供应到所述第二电极。因而，将存储在所述第一电极侧的所述信号电荷释放。
在根据本发明的实施例的固体摄像器件的所述驱动方法中，电荷存储操作期间和复位操作时的信号电荷在相反的方向上移动。并且，由于所述第一电极连接到位于读出所述信号电荷一侧的所述放大晶体管的所述放大电极，且通过所述第二电极进行复位操作，所以不需要将所述第一电极和所述基板相互直接连接。因此，能够抑制由于建立所述基板与所述第一电极的直接接触所引起的暗电流。
根据本发明的实施例的电子装置包括上述固体摄像器件、光学透镜和信号处理电路。所述光学透镜收集入射光，并使所述光入射到所述固体摄像器件。所述信号处理电路处理从所述固体摄像器件输出的输出信号。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施例的固体摄像器件的整体结构的示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的固体摄像器件中的每个像素的示意横剖面图(部分位于框图中)；
图3是根据本发明的第一实施例的固体摄像器件中相对摄像区域的第二电极的平面图；
图4是光电转换膜在电荷存储操作期间和复位操作时的能带的变化图；
图5是示意表示一个帧时段期间的信号电荷的存储时间和读出扫描的图；
图6是表示供应到第二电极的复位脉冲的时序图、机械快门的快门操作和第一电极的对应电压变化的图；
图7是根据变型1的相对摄像区域的第二电极的平面图；
图8是根据变型2的相对摄像区域的第二电极的平面图；
图9是根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的一个像素的示意横剖面图；
图10是根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的一个像素的示意横剖面图；
图11是根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的一个像素的示意横剖面图；
图12是根据本发明的第五实施例的固体摄像器件的一个像素的示意横剖面图；
图13是根据本发明的第六实施例的电子装置的示意图；
图14是根据相关技术的固体摄像器件的示意横剖面图；以及
图15是根据相关技术的固体摄像器件的示意横剖面图。
具体实施方式
在下文中，将参照图1～图13说明根据本发明的每个实施例的固体摄像器件和电子装置的示例。将以以下次序说明本发明的实施例。应当理解，本发明不限于下面的示例。
1.固体摄像器件的整体结构
2.第一实施例：前侧照射型固体摄像器件
2-1结构和制造方法
2-2驱动方法
3.第二实施例：前侧照射型固体摄像器件
4.第三实施例：前侧照射型固体摄像器件
5.第四实施例：背侧照射型固体摄像器件
6.第五实施例：背侧照射型固体摄像器件
7.第六实施例：电子装置
1.固体摄像器件的整体结构
首先，参照图1，对应用到下面所描述的每个实施例中的CMOS型固体摄像器件的整体结构进行说明，即，对CMOS图像传感器的整体结构进行说明。
如图1所示，固体摄像器件1具有设置在由硅制成的基板11上的由多个像素2构成的摄像区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。
每个像素2包括根据所接收光的光量产生信号电荷的光电转换元件和多个用于读出及传输信号电荷的MOS晶体管。多个像素2以二维阵列形式规则地布置在基板11上。
摄像区域3是由以二维阵列形式规则布置的多个像素2构成。摄像区域3包括能够实际接收光并存储通过光电转换所产生的信号电荷的有源像素区域及形成在有源像素区域周围以输出充当黑电平基准的光学黑的黑基准像素区域。
基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路8产生用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作参考的时钟信号、控制信号等。然后，控制电路8产生的时钟信号、控制信号等输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
例如，垂直驱动电路4是由移位寄存器形成，在垂直方向上逐行依次选择和扫描摄像区域3中的像素2。然后，垂直驱动电路4通过垂直信号线9将基于每个像素2的光电转换元件中所产生的信号电荷的像素信号供应到每个列信号处理电路5。
例如为各个列的像素2布置列信号处理电路5。列信号处理电路5均使用来自黑基准像素区域(尽管未图示，但其形成在有源像素区域周围)的信号对输出自各个行的像素2的信号逐个像素列地进行诸如噪声去除和信号放大之类的信号处理。在列信号处理电路5的输出级和水平信号线10之间设置水平选择开关(未图示)。
水平驱动电路6例如是由移位寄存器形成。通过顺序输出水平扫描脉冲，水平驱动电路6依次选择每个列信号处理电路5，并使各个列信号处理电路5将像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10从各个列信号处理电路5依次供应的信号进行信号处理，并输出处理过的信号。
根据下面所述的每个实施例的固体摄像器件形成图1所示的固体摄像器件1。具体地，示出了有源摄像区域中的每个像素的横剖面结构。2.第一实施例：前侧照射型固体摄像器件
下面说明根据本发明的第一实施例的固体摄像器件。
2-1结构和制造方法
首先，说明根据这个实施例的固体摄像器件的结构及其制造方法。图2是根据这个实施例的固体摄像器件1中的每个像素2的示意横剖面图(部分位于框图中)。
根据这个实施例的固体摄像器件1中的每个像素2具有基板13、布线层15、设置在基板13的顶部的光电转换元件21以及形成在基板13中的放大晶体管Tr1、选择晶体管Tr2和电压控制电路22。
基板13例如是由第一导电类型(下文中，称为p型)的硅基板形成。
放大晶体管Tr1、选择晶体管Tr2和电压控制电路22形成在基板13中。放大晶体管Tr1包括形成在基板13的近表面侧的源极/漏极区域26和隔着栅极绝缘膜14形成在基板13上的位于源极/漏极区域26之间的放大栅极24。
选择晶体管Tr2包括形成在基板13的近表面侧的源极/漏极区域26和隔着栅极绝缘膜14形成在基板13上的位于源极/漏极区域26之间的选择栅极25。虽然在图2中放大晶体管Tr1和选择晶体管Tr2共享源极/漏极区域26，但也可以不共享源极/漏极区域26。当共享源极/漏极区域26时，能够减小像素面积。
如图2所示，通过将第二导电类型(下文中，称为n型)的杂质以高浓度离子注入到基板13的近表面侧形成放大晶体管Tr1和选择晶体管Tr2的源极/漏极区域26。栅极绝缘膜14例如是由硅氧化物膜形成，其形成在基板13的表面上。通过在栅极绝缘膜14的表面上沉积多晶硅及将所沉积的多晶硅图案化成预定形状来形成放大栅极24和选择栅极25。
因此，根据这个实施例的放大晶体管Tr1和选择晶体管Tr2均是由n沟道MOS晶体管形成。
放大晶体管Tr1的放大栅极24电连接到下文所述的第一电极18。所期望的选择脉冲电压施加到选择晶体管Tr2的选择栅极25。放大晶体管Tr1的漏极连接到例如电源电压，而选择晶体管Tr2的源极连接到信号线(未图示)。
电压控制电路22连接到后文所述的第二电极20，并以预定的时序向第二电极20供应第一电压V1和第二电压Vh。尽管未图示，如同上述的放大晶体管Tr1和选择晶体管Tr2，电压控制电路22形成在基板13中，电压控制电路22包括例如n沟道MOS晶体管。
布线层15设置在基板13的前侧，布线层15包括由铝(Al)或铜(Cu)制成的多层布线17(图中为两层)，布线17是隔着由SiO2制成的层间绝缘膜16而形成。经由形成在层间绝缘膜16中的接触部23实现形成在不同层中的期望的布线17之间的连接，经由接触部23a实现期望的布线17与形成在基板13中的晶体管之间的连接。
通过交替形成层间绝缘膜16和布线17形成布线层15。均通过在预定区域中形成接触孔并使用金属材料填充接触孔来形成接触部23和23a。例如，钨(W)能够用作形成布线17和布线17之间的接触部23的金属材料。并且，例如，铜(Cu)或铝(Al)能够用作形成布线17和基板13之间的接触部23a的金属材料。
通过在第一电极18和相对第一电极18设置的第二电极20之间夹持由有机材料制成的光电转换膜19来形成光电转换元件21。隔着布线层15将光电转换元件21层叠在基板13的照射侧上。
光电转换膜19是由有机材料形成，其根据所接收光的光量产生信号电荷。形成光电转换膜19的有机材料的示例包括并五苯及其衍生物(例如，TIPS-并五苯)、萘并萘及其衍生物(例如，红荧烯和六丙基萘并萘)、噻吩及其衍生物(例如，P3HT)、富勒烯(fullerene)及其衍生物(例如，PCBM)、TCQN、苝及其衍生物、卟啉及卟啉衍生物、吖啶及其衍生物、香豆素及其衍生物、喹吖啶酮及其衍生物、菁及其衍生物、方酸内鎓盐及其衍生物、噁嗪及其衍生物、呫吨三苯胺及其衍生物、联苯胺及其衍生物、吡唑啉及其衍生物、苯乙烯胺及其衍生物、腙及其衍生物、三苯甲烷及其衍生物、咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、聚胺及其衍生物、噁二唑及其衍生物、三唑及其衍生物、三嗪及其衍生物、喹喔啉及其衍生物、邻二氮杂菲及其衍生物、铝喹啉及其衍生物、聚对苯乙炔及其衍生物、聚芴及其衍生物、聚乙烯咔唑及其衍生物、聚硫醇及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。对于由此表示的每种有机材料，通过选择在红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各波长范围内具有峰值灵敏度的材料，能够形成构成每个R、G和B像素2的光电转换元件21。并且，可单独使用由此表示的有机材料形成光电转换膜19，或者，由此表示的有机材料中的两种或多于两种的材料混合在一起或层叠以形成光电转换膜19。
例如，为了形成用于对绿色波长的光进行光电转换的像素2，可将例如包括若丹明类染料、部花青类染料、喹吖啶酮等的有机材料用作光电转换膜19。为形成用于对红色波长的光进行光电转换的像素2，可将包括酞菁类染料的有机材料用作光电转换膜19。而且，可将包括香豆素类染料、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、部花青类染料等的有机材料用作对蓝色波长的光进行光电转换的光电转换膜19。
对于光电转换膜19，所有的像素2可以使用用于对相同颜色波长的光进行光电转换的有机材料，或者，每个像素2可使用用于对不同颜色波长的光进行光电转换的有机材料。
在光电转换膜19的布线层15侧上设置充当下电极的第一电极18。为每个像素2单独设置第一电极18。并且，在光电转换膜19的与布线层15侧相对的光入射侧上设置充当上电极的第二电极20。
图3是相对于摄像区域3的第二电极20的平面图。如图3所示，在这个实施例中，第二电极20形成为具有覆盖摄像区域3的大小，并形成为所有像素2的公共电极。
对于形成第一电极18和第二电极20的材料，均可使用透明电极材料。例如，第一电极18和第二电极20均可由诸如铟锡氧化物(ITO)膜、锌氧化物(ZnO)膜或铟锌氧化物膜之类的透明导电膜形成。
通过在布线层15的顶部依次层叠第一电极18、光电转换膜19和第二电极20形成光电转换元件21。可以通过以下方式为各个像素2形成第一电极18：在摄像区域3中的布线层15的整个表面的顶部形成电极材料，接着图案化电极材料以将其分割。此时，由于第一电极18需要经由布线层15与放大栅极24电连接，所以为各个像素2单独形成的第一电极18形成为连接到与放大栅极24相连的接触部23。
可通过使用CVD方法、压印方法、气相沉积方法、涂敷方法、旋转涂敷方法、喷墨方法、浸渍方法等在包括第一电极18的布线层15的整个表面上沉积有机材料，将光电转换膜19形成在单个层中或形成在多个层中。光电转换膜19的厚度例如为几纳米至几微米。
可通过在光电转换膜19的整个表面上形成电极材料来形成第二电极20。并且，第二电极20连接到电压控制电路22。如上所述，如同放大晶体管Tr1和选择晶体管Tr2，电压控制电路22形成在基板13的预定区域中。因而，经由形成在布线层15中的布线17和接触部23实现第二电极20和电压控制电路22之间的连接。
在这个实施例中，第二电极20形成为所有像素2的公共电极。因此，不需要在摄像区域3内进行图案化，容易加工。并且，由于第二电极20形成为所有像素2的公共电极，所以不需要为每个像素2形成电压控制电路22。因此，可以减小电压控制电路22的尺寸，这能够增加摄像区域3的面积或增加周围电路的面积。并且，仅存在几个用于将电压控制电路22和第二电极20相互连接的布线，因此能够容易进行布线布置。而且，与为每个像素2单独形成第二电极20的情况相比，电极间不存在任何缝隙，由此能够增加像素2的开口率。
在依次层叠第一电极18、光电转换膜19和第二电极20以形成光电转换元件21之后，在第二电极20上形成平坦化膜、片上微透镜等(未图示)，由此实现根据这个实施例的固体摄像器件1。应当指出，以与在典型的固体摄像器件中相同的方式形成平坦化膜、片上微透镜等。另外，在根据这个实施例的固体摄像器件1中，光电转换膜19是由根据特定波长的光产生信号电荷的有机材料制成，因此没有形成滤色器。
2-2驱动方法
接下来，将说明根据这个实施例的固体摄像器件1的驱动方法。如图2所示，根据这个实施例的固体摄像器件1是前侧照射型固体摄像器件，其是由来自形成有光电转换元件21的基板13的前侧的光L照射，并使用电子-空穴对中的电子作为信号电荷。
首先，参照图4，说明电荷存储操作期间和复位操作时的根据这个实施例的固体摄像器件1。词语“电荷存储操作期间”是指从通过光L照射光电转换元件21以产生信号电荷而开始存储的时刻至完成存储的时刻。并且，词语“复位操作时”是指释放存储在光电转换元件21中的信号电荷以将光电转换元件21的电位复位成电荷存储之前的电位的时刻。
图4是光电转换膜19在电荷存储操作期间和复位操作时的能带变化图。在根据这个实施例的固体摄像器件1中，如图4所示，尽管在操控第二电极20的电压时未操控第一电极18的电位，但第一电极18的电位也发生变化，使得第一电极18的电位经由光电转换膜19跟随第二电极20的电位变化。
并且，在电荷存储期间，第二电极20施加有低于第一电极18的电压V的第一电压V1，在复位时，第二电极20施加有高于第一电极18的电压V的第二电压Vh(复位脉冲)。
在电荷存储操作期间，一旦光L入射到像素2上，就根据光的波长和光量在光电转换膜19中对光L进行光电转换，由此在光电转换膜19中产生电子-空穴对。由光电转换所产生的电子/空穴对中的充当信号电荷的电子“e”被吸入到施加有高于施加到第二电极20的第一电压V1的电压V的第一电极18，并存储在第一电极18侧。
此时，空穴被吸入到施加有低于第一电极18的电压的第一电压V1的第二电极20，并通过预定的布线(未图示)释放。
于是，在电荷存储期间光电转换膜19中所产生的信号电荷被存储在第一电极18侧。因此，第一电极18的电位发生波动，电连接到第一电极18的放大晶体管Tr1的放大栅极24所施加有的电压发生变化。接着，通过放大晶体管Tr1对第一电极18的电位进行放大来检测像素信号。应指出，通过选择晶体管Tr2将由放大晶体管Tr1所检测的像素信号选择性输出到信号线。
然后，在电荷存储操作期间，通过合适地设置光电转换元件21的带结构，可以在第二电极20侧和光电转换膜19之间形成势垒。这可以防止引起电压控制电路22等中产生噪声的暗电流从第二电极20侧向第一电极18侧移动。于是，能够防止噪声从第二电极20侧向第一电极18侧流动。因此，在电荷存储操作期间，电压控制电路22侧上所产生的噪声不会轻易地转移到第一电极18侧。
接下来，在复位操作时，如图4所示，在高于第一电极18的电压V的第二电压Vh施加到第二电极20时，带结构发生变化。
因此，作为存储在第一电极18侧的信号电荷的电子“e”移动到第二电极20，并释放到电压控制电路22。在这种情形下，通过合适地设置在复位时光电转换元件21的带结构，可以将存储在从第一电极18至放大栅极24的部分中的信号电荷全部释放到电压控制电路22侧。
因此，第二电极20至放大晶体管Tr1的放大栅极24之间的电连接部分(即，存储有信号电荷的区域)的电位被复位。
以此方式，根据这个实施例，通过在电荷存储操作期间与复位操作时之间改变施加到第一电极18和第二电极20的电压的相对幅值，能够改变光电转换膜19所产生的信号电荷的流动方向。
并且，在这个实施例中，存储有信号电荷的第一电极18仅连接到放大晶体管Tr1的放大栅极24，第一电极18不连接到基板13。从未连接到放大栅极24的第二电极20侧进行复位操作。
也就是说，不同于根据相关技术的固体摄像器件，在根据这个实施例的固体摄像器件1中，光电转换膜中所产生的电荷的存储位置不是基板中的高浓度杂质区域。而且，第一电极18不连接到形成在基板13中的高浓度半导体区域，以便存储光电转换膜19中所产生的信号电荷或复位第一电极18的电位。这能够在信号电荷的存储时间期间防止由于高浓度区域所导致的暗电流的影响。
并且，在电荷存储期间，通过将电荷存储操作期间和复位操作时的第一电极18和第二电极20的带结构设置成为如图4所示的结构，能够防止暗电流成分从第二电极20侧移动到第一电极18侧。
相关双采样方法
另外，对于固体摄像器件，通常对就在复位光电转换元件之后检测的信号输出(P相输出)和电荷存储之后检测的信号输出(D相输出)进行相关双采样来降低噪声。
接下来，将说明在使用相关双采样的情况下根据这个实施例的固体摄像器件1的驱动方法。
首先，通过电压控制电路22将高于施加到第一电极18的电压V的第二电压Vh(复位脉冲)施加到第二电极20。从而复位第二电极20至放大栅极24之间的电连接部分的电位。
接下来，通过电压控制电路22将低于施加到第一电极18的电压V的第一电压V1施加到第二电极20，于是开始在光电转换元件中产生和存储信号电荷。在预定存储时间内产生的信号电荷被吸入到第一电极18侧，并被存储。然后，第一电极18的电位发生波动，电连接到第一电极18的放大栅极24的电位也发生波动。通过放大栅极24的电位波动检测电荷量，选择晶体管Tr2将像素信号选择性地输出到信号线。
因此，获得了D相输出。
接下来，将高于施加到第一电极18的电压V的第二电压Vh(复位脉冲)施加到第二电极20。于是将第一电极18至放大栅极24之间的电连接部分的电位复位为电荷存储之前的电位。然后，就在复位之后通过放大晶体管Tr1的放大栅极24的电位波动检测出复位时的电荷量(暗电流的量)，选择晶体管Tr2将复位信号选择性地输出到信号线。因此，获得了P相输出。
通过对如上所述获得的D相输出和随后的复位之后获得的P相输出进行相关双采样，检测噪声信号。因此，能够降低噪声。
对于根据这个实施例的固体摄像器件1，如果首先获得P相输出，信号电荷的存储时间是必要的，因而在获得D相输出之前花费了一些时间。P相输出和D相输出之间发生的时间差可能使得难以进行精确的噪声检测。由于这个原因，如上所述，当进行相关双采样时，期望在获得D相输出之后获得P相输出，并对两个输出进行采样。
整体曝光实现的驱动
在根据这个实施例的固体摄像器件1中，通过使用机械快门可以进行整体曝光。下面将参照图5和图6说明整体曝光。
图5是表示在一个帧期间的信号电荷存储时间和读出扫描的示意图。图6是表示施加到第二电极20的复位脉冲(第二电压Vh)的时序图、机械快门的快门操作以及第一电极18的相应电压变化的图。
首先，通过电压控制电路22将复位脉冲(在这个示例中，是第二电压Vh)施加到第二电极20。因而复位第一电极18。接下来，打开机械快门以开始曝光，在预定存储时间之后，关闭机械快门以终止曝光。通过曝光，通过在每个像素2的光电转换膜19中进行光电转换来产生信号电荷，信号电荷被吸入到第一电极18侧。因而，第一电极18的电压下降。以此方式，在所有像素2中同时进行信号电荷的存储。
接下来，在关闭机械快门之后，顺序扫描扫描线以将像素信号输出到每个像素2的信号线。因此，获得每个像素2的D相输出。
接下来，第二电压Vh(复位脉冲)施加到第二电极20。因此，复位第一电极18的电位，并读出每个像素2的这个复位电位，由此将每个像素2的复位信号输出到信号线。因此，获得每个像素2的P相输出。
然后，通过使用所获得的D相输出和P相输出对每个像素进行相关双采样，检测噪声信号，由此能够除去由放大晶体管Tr1所导致的固定模式噪声。
此后，通过重复上述过程，通过整体曝光进行驱动。以此方式，通过使用机械快门并在D相输出之前进行机械快门的打开/关闭操作，能够实现信号电荷存储的同时性，由此所有像素2能够在相同的时间点获得图像。
虽然这个实施例针对使用有机材料作为光电转换膜19的材料的情况，但也可以使用无机材料。无机材料的示例包括单晶硅、非晶硅以及如CIGS等黄铜矿类化合物。在此情况下，通过在光电转换元件21的照射侧设置使得期望波长的光通过的滤色器层来按光谱将光分离。
虽然这个实施例针对第二电极20形成为所有像素2的公共电极的情况，但可以为每个像素或每行像素2形成第二电极20，或在多个像素之间共享第二电极20。接下来，说明对第二电极20的结构做出修改的变型1和变型2。
变型1
图7是根据变型1的相对摄像区域3的第二电极20的平面图。变型1与第一实施例的不同仅在于第二电极20的结构。
在变型1中，如图7所示，为每行像素2形成第二电极20。通过在光电转换膜19上形成电极材料并图案化电极材料来形成上述第二电极20。
在根据变型1的结构中，电压控制电路22连接到为每行形成的每个第二电极20，因此能够控制每个行。由于变型1能够单独控制每行的第二电极20，因此存在能够调整每行的灵敏度的优点。
变型2
图8是根据变型2的相对摄像区域3的第二电极20的平面图。变型2与第一实施例的不同仅在于第二电极20的结构。
在变型2中，如图8所示，为每个像素2形成第二电极20。通过在光电转换膜19上形成电极材料并图案化电极材料来形成上述第二电极20。
在变型2中，电压控制电路22连接到为每个像素2形成的每个第二电极20，因此能够控制每个像素2。由于变型2能够单独控制每个像素2的第二电极20，因此存在能够调整每个像素2的灵敏度的优点。
3.第二实施例：前侧照射型固体摄像器件
接下来，将说明根据本发明的第二实施例的固体摄像器件。图9是根据这个实施例的固体摄像器件50的一个像素的示意横剖面图。在图9中，使用相同的附图标记表示与图2中相对应的部分，省略重复说明。并且，由于根据这个实施例的固体摄像器件50的整体结构与图1所示的结构相同，所以省略了重复说明。
在这个实施例中，在布线层15的顶部将三个光电转换元件21a、21b和21c层叠为三个层。光电转换元件21a、21b和21c均包括例如由有机材料制成的光电转换膜19以及设置成夹持光电转换膜19的第一电极18和第二电极20。隔着层间绝缘膜16在光入射侧将如上所述的光电转换元件21a、21b和21c层叠为三个层。
每个光电转换元件21a、21b和21c的第一电极18经由布线17和接触部23连接到构成每个相应放大晶体管Tr1的放大栅极24。而且，每个光电转换元件21a、21b和21c的第二电极20连接到每个相应的电压控制电路22。并且，尽管未图示，如同第一实施例，在每个相应放大晶体管Tr1的后一级中设置选择晶体管。
构成三层光电转换元件21a、21b和21c的各个光电转换膜19是由吸收例如红色、蓝色和绿色的不同波长的光的有机材料制成。因此，当光L从入射侧入射时，下层中的光电转换膜19吸收穿过上层中的光电转换膜19的光。于是，在每个光电转换元件21a、21b和21c中，根据每个波长的光的光量产生并存储信号电荷。
如图9所示，来自基板13的前侧的光L照射根据这个实施例的固体摄像器件50。而且，在这个实施例中，通过层叠由吸收不同波长的光的光电转换膜19制成的光电转换元件21，能够沿着垂直方向在单个像素内依照光谱将光分离。
在这个实施例中，可以使用如同第一实施例的驱动方法。而且，在这个实施例中，可以获得与第一实施例相同的效果。
4.第三实施例：前侧照射型固体摄像器件
接下来，将说明根据本发明的第三实施例的固体摄像器件。图10是根据这个实施例的固体摄像器件51的一个像素的示意横剖面图。在图10中，使用相同的附图标记表示与图2中相对应的部分，省略重复说明。并且，由于根据这个实施例的固体摄像器件51的整体结构与图1所示的结构相同，所以省略了重复说明。
在这个实施例中，沿着光的入射方向层叠由光电转换膜19制成的光电转换元件21和由形成在基板13内的光电二极管制成的光电转换元件。如图10所示，在布线层15的顶部，例如，形成由吸收绿色波长的光的光电转换膜19制成的光电转换元件21，并沿着基板13内的深度方向形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。
第一光电二极管PD1包括p型高浓度杂质区域(p+区域)27和n型杂质区域(n区域)28，从基板13的表面开始沿着深度方向依次形成p+区域27和n区域28。主要通过作为p+区域27和n区域28之间的结界面的pn结来形成第一光电二极管PD1。形成在基板13的表面中的p+区域27充当用于抑制在基板13的界面处所产生的暗电流的暗电流抑制区域。
在基板13的比第一光电二极管PD1更深的区域形成第二光电二极管PD2。第二光电二极管PD2包括p+区域29和n区域30，在n区域28的下方的层中依次形成p+区域29和n区域30。主要通过作为p+区域29和n区域30之间的结界面的pn结来形成第二光电二极管PD2。构成第二光电二极管PD2的n区域30的一部分形成为连续延伸到基板13的前侧的电荷传输路径31。
在由硅制成的基板13中，所吸收的光的波长随着光的入射深度而变化。因此，能够沿着基板13内的深度方向按照光谱将光分离。在这个实施例中，在进行蓝色光的光电转换的基板深度处形成构成第一光电二极管PD1的pn结，在进行红色光的光电转换的基板深度处形成构成第二光电二极管PD2的pn结。因此，在第一光电二极管PD1中，产生基于蓝色光的信号电荷，并存储在n区域28中。并且，在第二光电二极管PD2中，产生基于红色光的信号电荷，并存储在n区域30中。
在邻近第一光电二极管PD1的区域中，形成第一传输晶体管Tr3，第一传输晶体管Tr3的漏极为浮动扩散部FD1。第一传输晶体管Tr3包括浮动扩散部FD1和传输栅极39。通过形成在基板13的近表面侧中的n型高浓度杂质区域来形成浮动扩散部FD1。在基板13的顶部，隔着栅极绝缘膜14在浮动扩散部FD1和第一光电二极管PD1之间形成传输栅极39。
在邻近第二光电二极管PD2的电荷传输路径31的区域中，形成第二传输晶体管Tr4，第二传输晶体管Tr4的漏极是浮动扩散部FD2。第二传输晶体管Tr4包括浮动扩散部FD2和传输栅极40。通过形成在基板13的近表面侧中的n型高浓度杂质区域来形成浮动扩散部FD2。在基板13的顶部，隔着栅极绝缘膜14在浮动扩散部FD2和电荷传输路径31之间形成传输栅极40。
另外，尽管未图示，在每个第一传输晶体管Tr3和第二传输晶体管Tr4的后一级中形成诸如复位晶体管和选择晶体管之类的像素晶体管。
如图10所示，使用来自基板13的前侧的光L照射根据这个实施例的固体摄像器件51。光电转换膜19吸收入射到每个像素2的光L中的绿色光，其它颜色的光穿过光电转换膜19以入射到基板13上。形成在基板13的近表面侧中的第一光电二极管PD1吸收入射到基板13上的光中的蓝色光，而形成在基板13的更深侧中的第二光电二极管PD2吸收入射到基板13上的光中的红色光。在光电转换膜19中产生并存储由绿色光所引起的信号电荷，在第一光电二极管PD1中产生并存储由蓝色光所引起的信号电荷，在第二光电二极管PD2中产生并存储由红色光所引起的信号电荷。
以与第一实施例相同的方式，将光电转换膜19中产生并存储的信号电荷作为像素信号输出。在输出像素信号后，以与第一实施例相同的方式复位光电转换膜。
第一传输晶体管Tr3和第二传输晶体管Tr4分别将第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD3中产生并存储的信号电荷读出到它们各自的浮动扩散部FD1和FD2。然后，读出到每个浮动扩散部FD1和FD2的信号电荷通过放大晶体管(未图示)放大，并通过选择晶体管选择性地输出到信号线。通过复位晶体管(未图示)复位每个浮动扩散部FD 1和FD2的电位。
在根据这个实施例的固体摄像器件51中，通过由光电转换膜19制成的光电转换元件21和形成在基板13中的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2，能够在单个像素内获得基于三种颜色的波长的光的像素信号。
在这个实施例中，形成在最靠近光入射侧一侧的光电转换膜19是由吸收绿色波长的光的有机材料制成，而在基板内吸收其它波长的光。然而，这不应当解释为限制性的，可以做出各种修改。在这个实施例中，当光电转换膜19是由吸收绿色波长的光的有机材料制成，且在基板13中将波长范围彼此远离的蓝色光和红色光依照光谱垂直分离时，能够提高基板13内的光谱分离的精确性。
虽然这个实施例是针对在基板13中形成两层光电二极管的情况，但形成在基板13内的光电二极管的层数可以是多于一的任何数。例如，在仅在基板13内形成一个光电二极管的情况下，通过在光电转换膜19的顶部安装使特定波长的光通过的滤色器，能够提高光谱分离的精确性。在光电转换膜19的顶部安装滤色器的情况下，该滤色器例如可以是透射两种颜色的光的滤色器。并且，滤色器可设置在光电转换膜19和基板13之间。
在这个实施例中，通过将第二电极20形成为所有像素的公共电极，也能够降低用于复位的晶体管的数量，因而能够减小像素尺寸。另外，也能够确保形成在基板13内的光电二极管的较大面积，由此能够改善开口率。
在这个实施例中，也能够获得与第一实施例相同的效果。
5.第四实施例：背侧照射型固体摄像器件
接下来，将说明根据本发明的第四实施例的固体摄像器件。图11是根据这个实施例的固体摄像器件52中的一个像素的示意横剖面图。在图11中，使用相同的附图标记表示与图2中相对应的部分，省略重复说明。并且，由于根据这个实施例的固体摄像器件52的整体结构与图1所示的结构相同，所以省略了重复说明。
在这个实施例中，在基板13的背侧上设置光电转换元件38，光电转换元件38包括光电转换膜36以及夹持光电转换膜36的第一电极35和第二电极37。如图11所示，隔着绝缘膜39在基板13的背侧上形成第一电极35。第一电极35经由贯通电极33连接到布线层15中的接触部23a和布线17，并连接到放大晶体管Tr1的放大栅极24，布线层15形成在基板13的表面上，贯通电极33形成为穿过基板13从背侧延伸到前侧。
可以通过如下方式形成贯通电极33：形成从基板13的前侧穿过基板13而延伸的贯通孔，在使用绝缘膜34覆盖贯通孔的侧壁之后，在贯通孔中填充金属性材料、多晶硅、包含杂质的非晶硅等。并且，也可使用通过离子注入n型或p型杂质的离子注入形成的布线来形成贯通电极33。在这种情况下，需要使用与离子注入所形成的贯通电极的导电类型相反的导电类型的杂质区域来覆盖贯通电极的侧壁。
为形成根据这个实施例的固体摄像器件52，放大晶体管Tr1等形成在基板13的前侧，在形成贯通电极33之后，形成布线层15，使得贯通电极33和放大栅极24相互电连接。此后，翻转基板13，隔着绝缘膜39在基板13的背侧上层叠第一电极35、光电转换膜36和第二电极37，由此形成固体摄像器件52。在这个实施例中，虽然第二电极37也连接到电压控制电路22，但电压控制电路22可形成在基板13的前侧或基板13的后侧。在电压控制电路22形成在基板13的前侧的情况下，穿过基板13延伸的贯通电极33也实现第二电极37和电压控制电路22之间的连接。
在这个实施例中，也在光入射侧的第二电极37的顶部形成平坦化膜、片上微透镜等(未图示)。如图11所示，使用来自基板13的背侧的光L照射根据这个实施例的固体摄像器件52。通过与第一实施例中的驱动方法相同的驱动方法，光电转换膜36使入射自基板13的背侧的光L经历光电转换，并存储在第一电极35侧。然后，经由贯通孔33，第一电极35的电位在电荷存储期间的波动传输到形成在基板13的前侧上的放大栅极24。然后，在这个实施例中，通过放大栅极24的电位波动检测光电转换膜36中所光电转换的信号电荷的量，选择晶体管(未图示)将像素信号传输到信号线。
在根据这个实施例的固体摄像器件52中，在复位时刻，也通过将信号电荷释放到第二电极37侧执行复位。
以此方式，在这个实施例中，可通过经由贯通电极33将形成在基板13的背侧上的第一电极35连接到形成在基板13的前侧的放大栅极24，来形成使用光电转换膜36的背侧照射型固体摄像器件。使用根据这个实施例的固体摄像器件52，也能够获得与第一实施例相同的效果。
6.第五实施例：背侧照射型固体摄像器件
接下来，将说明根据本发明的第五实施例的固体摄像器件。图12是根据这个实施例的固体摄像器件53中的一个像素的示意横剖面图。在图12中，使用相同的附图标记表示与图2和图11中对应的部分，省略重复说明。并且，由于根据这个实施例的固体摄像器件53的整体结构与图1所示的结构相同，省略了重复说明。
在根据这个实施例的固体摄像器件53中，在基板13的背侧设置由光电转换膜36制成的光电转换元件38，沿着光的入射方向层叠由光电转换膜36制成的光电转换元件38和由形成在基板13内的光电二极管制成的光电转换元件。
如图12所示，在基板13的背侧上，例如，形成由吸收绿色波长的光的光电转换膜36制成的光电转换元件38，在基板13内从背侧朝前侧形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。
第一光电二极管PD1包括p型高浓度杂质区域(p+区域)41和n型杂质区域(n区域)42，从基板13的后侧朝前侧依次形成p+区域41和n区域42。主要通过作为p+区域41和n区域42之间的结界面的pn结形成第一光电二极管PD1。形成在基板13的背部上的p+区域41充当用于抑制在基板13的界面处所产生的暗电流的暗电流抑制区域。构成第一光电二极管PD1的n区域42的一部分形成为连续延伸到基板13的前侧的电荷传输路径48。
在比第一光电二极管PD1更靠近基板13的前侧的区域中形成第二光电二极管PD2。第二光电二极管PD2包括p+区域43和n区域44，在比n区域42更靠近前侧的一侧依次形成p+区域43和n区域44。主要通过作为p+区域43和n区域44之间的结界面的pn结形成第二光电二极管PD2。并且，在基板13的表面中，在基板13和布线层15之间的界面处形成暗电流抑制区域，暗电流抑制区域是通过p型高浓度杂质区域(p+区域)45形成。
如图12所示，使用来自基板13的后侧的光L照射根据这个实施例的固体摄像器件53。因此，蓝色光在形成在基板13的背侧的第一光电二极管PD 1中经历光电转换，红色光在形成在基板13的前侧的第二光电二极管PD2中经历光电转换。
在邻近第一光电二极管PD1的电荷传输路径48的基板13的前侧上，形成第一传输晶体管Tr3，第一传输晶体管Tr3的漏极是浮动扩散部FD1。第一传输晶体管Tr3包括浮动扩散部FD1和传输栅极46。通过形成在基板13的近表面侧中的n型高浓度杂质区域来形成浮动扩散部FD1。在基板13的顶部，隔着栅极绝缘膜14在浮动扩散部FD1和电荷传输路径48之间形成传输栅极46。
在邻近第二光电二极管PD2的基板13的前侧，形成第二传输晶体管Tr4，第二传输晶体管Tr4的漏极是浮动扩散部FD2。第二传输晶体管Tr4包括浮动扩散部FD2和传输栅极47。通过形成在基板13的近表面侧中的n型高浓度杂质区域来形成浮动扩散部FD2。在基板13的顶部，隔着栅极绝缘膜14在浮动扩散部FD2和第二光电二极管PD2之间形成传输栅极47。
另外，尽管未图示，在每个第一传输晶体管Tr3和第二传输晶体管Tr4的后一级中形成诸如复位晶体管和选择晶体管之类的像素晶体管。
在根据这个实施例的固体摄像器件中，光电转换膜36吸收入射到每个像素2的光L中的绿色光，其它颜色的光穿过光电转换膜36以入射到基板13上。形成在基板13的近表面侧中的第一光电二极管PD1吸收入射到基板13上的光中的蓝色光，而形成在基板13的更深侧中的第二光电二极管PD2吸收入射到基板13上的光中的红色光。在光电转换膜36中产生并存储由绿色光所引起的信号电荷，在第一光电二极管PD1中产生并存储由蓝色光所引起的信号电荷，在第二光电二极管PD2中产生并存储由红色光所引起的信号电荷。
以与第一实施例相同的方式，将光电转换膜36中产生并存储的信号电荷作为像素信号输出。在输出像素信号后，以与第一实施例相同的方式复位光电转换膜。
第一传输晶体管Tr3和第二传输晶体管Tr4分别将第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中产生并存储的信号电荷读出到它们各自的浮动扩散部FD1和FD2。然后，读出到每个浮动扩散部FD1和FD2的信号电荷通过放大晶体管(未图示)放大，并通过选择晶体管选择性地输出到信号线。通过复位晶体管(未图示)复位每个浮动扩散部FD1和FD2的电位。
在根据这个实施例的固体摄像器件53中，通过由光电转换膜36制成的光电转换元件38和形成在基板13中的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2，能够在单个像素内获得基于三种颜色的波长的光的像素信号。
信号电荷存储期间和复位时的驱动方法与第一实施例的驱动方法相同，并获得相同的效果。
如上所述，根据本发明的实施例，在具有通过第一电极和第二电极夹持光电转换膜所形成的光电转换元件的固体摄像器件中，读出信号电荷一侧的电极(第一电极)仅连接到放大晶体管的栅极。而且，从第二电极侧复位信号电荷。因此，不需要将读出信号电荷一侧的第一电极连接到基板中的高浓度半导体区域，因此不需要设置引起暗电流的高浓度半导体区域。因而，能够抑制暗电流，由此能够抑制噪声。
上述第一至第五实施例是针对将本发明应用到CMOS型固体摄像器件的情况，上述CMOS型固体摄像器件中的根据入射光量这一物理量来检测信号电荷的单位像素以矩阵形式布置。然而，本发明的应用不限于这类CMOS型固体摄像器件。并且，本发明不限于具有列电路的列型固体摄像器件的一般范围，其中，在所述列型固体摄像器件中，为像素以二维矩阵形式布置的像素部中的每个像素列均布置列电路。
并且，本发明的应用不限于检测入射的可见光的量的分布以获取图像的固体摄像器件。本发明也可以应用于获取入射的红外线或X射线、粒子等的量的分布作为图像的固体摄像器件。并且，广义上，本发明可应用于固体摄像器件(物理量分布检测器件)的一般范围，例如，指纹检测传感器，其检测诸如压力或电容量之类的另一物理量的分布。
而且，本发明不限于逐行依次扫描摄像区域中的单位像素以从每个单位像素读出像素信号的固体摄像器件。本发明也可应用于逐个像素地选择任意像素并逐个像素地从所选择的像素读出信号的X-Y可寻址固体摄像器件。
应指出，固体摄像器件可形成为具有摄像功能的单个芯片或模块，其中，在所述单个芯片和模块中，像素部和信号处理部或光学系统集成在一起。
本发明的实施例不限于上述第一至第五实施例中的各实施例，可以做出各种修改。并且，虽然上述实施例主要是针对形成n沟道MOS晶体管的情况，但也能够适用形成p沟道MOS晶体管的情况。在形成p沟道MOS晶体管的情况下，则颠倒附图中的导电类型。
并且，本发明的应用不限于固体摄像器件，也可应用到摄像器件。此时，术语“摄像器件”是指诸如数码相机或摄像机之类的相机系统，或诸如移动电话之类的具有摄像功能的电子装置。应指出，在某些情况下，术语“摄像器件”也可指具有安装在电子装置中的上述模块(即，相机模块)形式的摄像器件。
7.第六实施例：电子装置
接下来，将说明根据本发明的第六实施例的电子装置。图13是根据本发明的第六实施例的电子装置200的示意图。
根据这个实施例的电子装置200表示在电子装置(相机)中使用上述根据本发明的第一实施例的固体摄像器件1的情况。
根据这个实施例的电子装置200具有固体摄像器件1、光学透镜210、快门器件211、驱动电路212和信号处理电路213。
光学透镜210将来自目标的图像光(入射光)的图像形成在固体摄像器件1的成像表面上。因而，所获得的信号电荷在预定时间段内存储在固体摄像器件1中。
快门器件211控制进入固体摄像器件1的光的照射时段和遮蔽时段。
驱动电路212供应用于控制固体摄像器件1的传输操作和快门器件211的快门操作的驱动信号。通过供应自驱动电路212的驱动信号(时序信号)进行固体摄像器件1的信号传输。信号处理电路213执行多种类型的信号处理。已经过信号处理的图片信号存储在诸如存储器之类的存储介质中或输出到监视器。
在根据这个实施例的电子装置200中，防止了由固体摄像器件1中的暗电流引起的噪声，由此改善了图像质量。
可应用有固体摄像器件1的电子装置200不限于照相机，固体摄像器件1也可应用于数码相机或诸如用于移动装置(例如，移动电话)的相机模块之类的摄像器件。
在这个实施例中，虽然在电子装置中使用固体摄像器件1，但也可以使用根据上述第二实施例所制造的固体摄像器件。
根据本发明的实施例，固体摄像器件在基板的顶部包括通过一对电极夹持由有机材料或无机材料制成的光电转换膜而形成的光电转换元件，这抑制了电荷存储期间的暗电流，获得了改善的像素特性。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
Claims (14)
1.一种固体摄像器件，其包括：
基板；
光电转换元件，其设置于所述基板的光入射侧上，所述光电转换元件包括夹持在第一电极和与所述第一电极相对设置的第二电极之间的光电转换膜，为每个像素单独设置所述第一电极，所述光电转换膜是由有机材料或无机材料制成且根据入射光的光量产生信号电荷；
放大晶体管，其具有连接到所述第一电极的放大栅极；及
电压控制电路，其连接到所述第二电极并向所述第二电极供应期望的电压。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电压控制电路在电荷存储操作期间供应第一电压，在复位操作时供应第二电压，所述第一电压用于使由所述光电转换膜所产生的所述信号电荷向所述第一电极移动，所述第二电压用于使所述信号电荷向所述第二电极移动。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，为每个所述像素单独设置所述第二电极。
4.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述第二电极设置成对所有所述像素是公共的。
5.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述像素以二维矩阵形式布置，所述第二电极设置成对每行所述像素是公共的。
6.如权利要求1至5中任一项所述的固体摄像器件，其中，在所述基板的所述光入射侧上以多层的形式层叠所述光电转换元件。
7.如权利要求1至5中任一项所述的固体摄像器件，还包括至少一个设置在所述基板内的光电二极管，所述光电二极管根据入射光的光量产生信号电荷。
8.如权利要求1至5中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述光电转换元件形成在所述基板的前侧，通过设置在所述光电转换元件和所述基板之间的布线层实现所述第一电极和所述放大栅极之间的连接。
9.如权利要求1至5中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述光电转换元件形成在所述基板的后侧，通过穿过所述基板延伸的贯通电极以及形成在所述基板的前侧的布线层实现所述第一电极和所述放大栅极之间的连接。
10.一种固体摄像器件的制造方法，其包括以下步骤：
在基板中形成多个晶体管；
在所述基板上形成布线层，所述布线层具有隔着层间绝缘膜层叠的多个布线；
在所述基板的被照射侧上为每个像素单独形成第一电极，所述第一电极电连接到所述多个晶体管中的放大晶体管的放大栅极；
在所述第一电极的顶部形成由有机材料或无机材料制成的光电转换膜；及
在所述光电转换膜的顶部形成电连接到电压控制电路的第二电极。
11.一种固体摄像器件的驱动方法，所述固体摄像器件包括：
基板；
光电转换元件，其设置于所述基板的光入射侧上，所述光电转换元件包括夹持在第一电极和与所述第一电极相对设置的第二电极之间的光电转换膜，为每个像素单独设置所述第一电极，所述光电转换膜是由有机材料或无机材料制成且根据入射光的光量产生信号电荷；
放大晶体管，其具有连接到所述第一电极的放大栅极；及
电压控制电路，其连接到所述第二电极并向所述第二电极供应期望的电压，
所述驱动方法包括以下步骤：
在电荷存储操作期间，通过所述电压控制电路向所述第二电极供应第一电压以使由所述光电转换膜产生的所述信号电荷向所述第一电极移动，并通过所述放大晶体管检测所述第一电极的电位来输出像素信号；以及
在复位操作时，通过所述电压控制电路向所述第二电极供应第二电压以释放存储在所述第一电极侧的所述信号电荷，所述第二电压不同于在所述电荷存储操作期间所供应的所述第一电压。
12.如权利要求11所述的固体摄像器件的驱动方法，还包括以下步骤：
就在通过所述复位操作释放存储在所述第一电极侧的所述信号电荷之后，通过所述放大晶体管检测所述第一电极的所述电位来读出复位信号；及
通过对所述像素信号与所述复位信号进行比较来检测噪声信号。
13.如权利要求12所述的固体摄像器件的驱动方法，还包括以下步骤：
在所述电荷存储操作期间，通过打开机械快门同时对所有所述像素开始曝光，然后通过关闭所述机械快门同时完成对所有所述像素的所述曝光。
14.一种电子装置，其包括：
光学透镜；
固体摄像器件，使所述光学透镜所聚集的光入射到所述固体摄像器件上；以及
信号处理电路，其处理从所述固体摄像器件输出的输出信号，
其中，所述固体摄像器件是权利要求1～9之一所述的固体摄像器件。
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