CN107210311B - 固态成像器件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及能够抑制光电转换部的光电转换特性的劣化的固态成像元件和电子设备。该固态成像元件设置有像素，所述像素包括：光电转换部，其形成在半导体基板外部；电荷保持部，其用于保持在光电转换部中生成的信号电荷；复位晶体管，其用于复位电荷保持部的电位；电容量切换晶体管，其与电荷保持部连接，并用于切换电荷保持部的电容量；以及附加电容量元件，其与电容量切换晶体管连接。例如，本技术能够应用至固态成像元件。

Description

固态成像器件和电子设备
技术领域
本技术涉及固态成像器件和电子设备，特别地，涉及一种能够抑制 光电转换单元的光电转换特性劣化的固态成像器件和电子设备。
背景技术
近年来，作为非连续地改变图像传感器的特性的技术，已经提出了 将光电转换单元布置在半导体基板的外部的构造。例如，专利文献1-3 披露了将光电转换单元布置在半导体基板上部并在半导体基板中累积光 电转换信号的结构。该结构能够使由常规半导体基板材料确定的光电转 换特性大大改变，并且使传感器技术可以应用于诸如远红外领域等通常 用硅(Si)图像传感器难以实现的领域。
另外，在目前广泛用于图像传感器中的以平面方式布置红色滤色器、 蓝色滤色器和绿色滤色器的像素排列中，通过以像素为单位吸收特定波 长的光来进行颜色分离。因此，例如，在红色像素的滤色器中，会吸收 并损失具有蓝色和绿色波长的光。
作为其解决方案，在专利文献1中提出了一种层叠型固态成像器件， 其中，用于将红色、蓝色和绿光进行光电转换的光电转换区域例如层叠 在相同的像素空间中。该结构能够抑制因滤色器的光吸收而造成的灵敏 度劣化。另外，该结构不需要内插(interpolation)处理，并且可以预期 不会发生伪色影响。
将光电转换单元布置在半导体基板外部的结构需要将光电转换单元 和半导体基板进行电气连接。由于使用金属来连接光电转换单元和半导 体基板，因此在光电转换单元中产生的信号电荷不能经由传输栅极被完 全传送至电荷保持单元。因此，如专利文献1中所披露，该结构通常采 用将光电转换单元和电荷保持单元直接连接的结构。
然而，对于这种结构的光电转换单元，会使光电转换单元的光电转 换和灵敏度劣化。为了改善光电转换单元的灵敏度的劣化，有效的解决方案是增加电荷保持单元的电容量并降低相对于信号电荷的电压变化。然而，当增加电荷保持单元的电容量时，会降低电荷保持单元的信号放大率，因此，将降低固态成像器件的S/N比。
因此，专利文献4提出了一种用于根据信号电荷量来控制电荷保持 单元的电容量的方法。具体地，将电荷保持单元的电容量控制成：在需 要高S/N比的低照度下，降低电荷保持单元的电容量，并且在需要保持 大量信号电荷的高照度下，通过使用电容量附加单元来增加电荷保持单 元的电容量。
然而，对于该构造，为了在需要高S/N比的低照度下降低电荷保持 单元的电容量，电容量附加单元需要被耗尽。因此，耗尽区与电荷保持 单元连接，并且在低照度下泄漏特性会劣化。
另外，在专利文献5中，用于添加电容量的晶体管(Tr)布置在浮 动扩散(FD)单元和复位Tr之间，由此控制信号放大率。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2007-329161号公报
专利文献2：日本专利申请特开第2010-278086号公报
专利文献3：日本专利申请特开第2011-138927号公报
专利文献4：日本专利申请特开第2013-89869号公报
专利文献5：日本专利申请特开第2010-124418号公报
发明内容
技术问题
然而，对于专利文献5中的构造，由于读取Tr布置在光电转换单元 与信号放大单元之间，因此不能控制光电转换单元与读取Tr之间的部位 的电容量。因此，光电转换单元的电压会根据信号电荷量而变化，从而 光电转换效率也会发生变化。
鉴于上述情况而做出本发明，并且本发明旨在抑制光电转换单元的光电转换特性的劣化。
技术方案
本技术的第一方面的固态成像器件包括像素，所述像素具有：光电 转换单元，所述光电转换单元形成在半导体基板外部；电荷保持单元， 所述电荷保持单元用于保持由所述光电转换单元生成的信号电荷；复位 晶体管，所述复位晶体管用于复位所述电荷保持单元的电位；电容量切 换晶体管，所述电容量切换晶体管与所述电荷保持单元连接，并用于切 换所述电荷保持单元的电容量；以及附加电容量元件，所述附加电容量 元件与所述电容量切换晶体管连接。
本技术的第二方面的电子设备包括：固态成像器件，所述固态成像 器件包括像素，所述像素具有：光电转换单元，所述光电转换单元形成 在半导体基板外部；电荷保持单元，所述电荷保持单元用于保持由所述 光电转换单元生成的信号电荷；复位晶体管，所述复位晶体管用于复位 所述电荷保持单元的电位；电容量切换晶体管，所述电容量切换晶体管 与所述电荷保持单元连接，并用于切换所述电荷保持单元的电容量；以 及附加电容量元件，所述附加电容量元件与所述电容量切换晶体管连接。
根据本技术的第一方面和第二方面，在形成于半导体基板外部的光 电转换单元中生成的信号电荷被保持在电荷保持单元中，并且电荷保持 单元的电位被复位晶体管复位。电荷保持单元的电容量被与电荷保持单 元连接的电容量切换晶体管切换，并且附加电容量元件与电容量切换晶 体管连接。
固态成像器件和电子设备可以为独立装置，并且也可以为并入其它 装置的模块。
有益效果
根据本技术的第一方面和第二方面，能够抑制光电转换单元的光电 转换特性的劣化。
注意，本文所述的效果不受限制，并且可以获得本技术中所述的任 何效果。
附图说明
图1是示出了基本像素的等效电路的图。
图2是示出了基本像素的剖面结构的图。
图3是用于解释在基本像素中引起的问题的图。
图4是用于解释在基本像素中引起的问题的图。
图5是示出了根据第一实施例的像素的等效电路的图。
图6是示出了根据第一实施例的像素的剖面结构的图。
图7是用于解释如何驱动根据第一实施例的像素的图。
图8是示出了根据第二实施例的像素的等效电路的图。
图9是示出了根据第二实施例的像素的剖面结构的图。
图10是用于解释如何驱动根据第二实施例的像素的图。
图11是用于解释第一实施例和第二实施例之间的差异的图。
图12是用于解释第一实施例和第二实施例之间的差异的图。
图13是示出了根据第三实施例的像素的等效电路的图。
图14是示出了根据第三实施例的像素的剖面结构的图。
图15是用于解释第二实施例和第三实施例之间的差异的图。
图16是用于解释第二实施例和第三实施例之间的差异的图。
图17是示出了根据第四实施例的像素的等效电路的图。
图18是示出了根据第四实施例的像素的剖面结构的图。
图19是用于解释第三实施例和第四实施例之间的差异的图。
图20是用于解释第三实施例和第四实施例之间的差异的图。
图21是示出了根据第五实施例的像素的等效电路的图。
图22是示出了根据第五实施例的像素的剖面结构的图。
图23是示出了应用有本技术的固态成像器件的示意性构造的图。
图24是示出了作为应用有本技术的电子设备的拍摄装置的示例性构 造的框图。
具体实施方式
下面将说明用于实现本技术的方式(下面将其称为实施例)。注意， 将按照以下顺序进行说明。
1.基本像素的说明
2.第一实施例(复位晶体管和电容量切换晶体管并联连接的示例性 构造)
3.第二实施例(复位晶体管和电容量切换晶体管串联连接的示例性 构造)
4.第三实施例(信号电荷为空穴的示例性构造)
5.第四实施例(附加电容量元件的栅极部与电荷保持单元连接的示 例性构造)
6.第五实施例(具有光电转换膜和光电二极管的示例性构造)
7.固态成像器件的示意性构造例
8.电子设备的示例性应用
1.基本像素的说明
为了帮助理解本技术，首先将对作为应用有本技术的基本构造的固 态成像器件的像素(以下将被称为基本像素)进行说明。
基本像素的等效电路
图1示出了基本像素的等效电路。
图1所示的基本像素1具有光电转换单元11、电荷保持单元12、复 位晶体管13、放大晶体管(输出晶体管)14以及选择晶体管15。
光电转换单元11根据受光量来生成并累积电荷(信号电荷)。光电 转换单元11的一端接地，并且其另一端与电荷保持单元12、复位晶体管 13的源极和放大晶体管14的栅极连接。在图1的构造中，信号电荷为电 子。
电荷保持单元12保持从光电转换单元11读取的电荷。如下面将在 图2所示，电荷保持单元12与光电转换单元11的一端、复位晶体管13 的源极和放大晶体管14的栅极连接，因此电荷实际上保持在上述所有器 件中。
当被供给至复位晶体管13的栅极的复位信号RST使复位晶体管13 导通时，累积在电荷保持单元12中的电荷被排放到复位晶体管13的漏 极(电源电压VDD)，并且复位晶体管13复位电荷保持单元12的电位。
放大晶体管14的栅极与电荷保持单元12连接，其漏极与电源电压 VDD连接，并且其源极与选择晶体管15的漏极连接。放大晶体管14根 据电荷保持单元12的电位输出像素信号。也就是说，放大晶体管14与 负载MOS(未示出)构成源极跟随器电路，该源极跟随器电路用作经由 列信号线16连接的恒定电流源，列信号线用于传输从基本像素1输出的 像素信号，并且处于基于累积在电荷保持单元12中的电荷的电平下的像 素信号经由选择晶体管15从放大晶体管14输出到AD转换单元(未示 出)。负载MOS例如设置在以二维排列的多个基本像素1的列为单位而 设置的AD转换单元内。
选择晶体管15的漏极与放大晶体管14的源极连接，其源极与用于 传输沿列方向(垂直方向)布置的每个基本像素1的像素信号的列信号 线16连接。当由供给至选择晶体管15的栅极的选择信号SEL选定基本 像素1时，导通选择晶体管15，由此经由列信号线16将基本像素1的像 素信号输出到AD转换单元。
基本像素的剖面结构
图2是示出了基本像素的剖面结构的图。
在基本像素1中，复位晶体管13、放大晶体管14和选择晶体管15 形成在P型半导体基板(P阱)21的一个界面(图中的上表面)上。
具体地，复位晶体管13由P型半导体基板21上的栅极部13GT以 及P型半导体基板21中的n型扩散层22和23构成，放大晶体管14由 P型半导体基板21上的栅极部14GT以及P型半导体基板21中的n型扩 散层23和24构成，选择晶体管15由P型半导体基板21上的栅极部15GT 以及P型半导体基板21中的n型扩散层24和25构成。例如，栅极部 13GT、14GT和15GT由多晶硅制成。
n型扩散层22用作复位晶体管13的源极以及电荷保持单元12，并 且经由金属配线26连接至稍后将说明的光电转换单元11的下电极29B 和放大晶体管14的栅极部14GT。因此，经由金属配线26连接的光电转 换单元11中的下电极29B和放大晶体管14的栅极部14GT共同作为在 其中保持电荷的电荷保持单元12。例如，金属配线26由钨(W)、铝(Al)、 铜(Cu)等制成。
n型扩散层23用作复位晶体管13的漏极和放大晶体管14的漏极， 并且n型扩散层23供给有电源电压VDD。
n型扩散层24用作放大晶体管14的源极和选择晶体管15的漏极。n 型扩散层25充当选择晶体管15的源极并与列信号线16连接。
光电转换单元11隔着绝缘层27形成在P型半导体基板21中的各个 像素晶体管(复位晶体管13、放大晶体管14和选择晶体管15)的上方。
光电转换单元11以使光电转换膜28被夹持在上电极29A与下电极 29B之间的形式形成。光电转换膜28可采用有机光电转换膜、CIGS(Cu、 In、Ga、Se化合物)、CIS(Cu、In、Se化合物)、黄铜矿半导体、诸如 GaAs之类的化合物半导体等。上电极29A由诸如氧化铟锡(ITO)膜或 氧化铟锌膜之类的透明电极膜制成。下部电极29B由钨(W)、铝(Al)、 铜(Cu)等的电极膜制成。上电极29A是针对所有像素共同形成的，而 下电极29B则以像素为单位形成。上电极29A接地(GND)。
滤色器31和片上透镜32隔着保护膜(绝缘膜)30形成在上电极29A 之上。例如，滤色器31以像素为单位使红色(Red)、绿色(Green)和 蓝色(Blue)布置成拜耳排列。因此，光电转换膜28可对透过滤色器31 的任意红光、绿光或蓝光进行光电转换。
基本像素1以上述剖面结构形成。
基本像素的问题
将参照图3和图4对在基本像素1中引起的问题进行说明。
图3示出了光电转换单元11、电荷保持单元12和复位晶体管13的 与保持基本像素1中的电荷相关的操作，该图通过将电流(电子)的流 动和晶体管的栅极分别与水流和水门(water gate)相比较来进行图示。 在图3中，晶体管的栅极的导通/截止分别由灰色水门的顶部/底部表示。 灰色水门向上或向下移动，由此控制阴影(斜线)水流(电流)。在图中， 纵向上的高度表示电压，灰色水门或阴影部越低，电压越高。
图3中A示出了在光电转换单元11受光前的状态。
在受光前，导通复位晶体管13，以使电荷保持单元12的电位复位至 VDD。接着，光电转换单元11的上电极29A接地(GND)，因此，光电 转换单元11中的上电极29A和下电极29B之间的电位差为VDD。
当在受光期间因光电转换而生成并累积信号电荷时，如图3的B所 示，保持光电转换信号的电荷保持单元12的电压发生变化，并且被施加 到光电转换单元11的电压降低。因此，光电转换膜28未被施加用以取 出所生成信号的足够电压，光电转换单元11的灵敏度会劣化。
为了改善灵敏度劣化的问题，有效解决方案为增加电荷保持单元12 的电容量并降低相对于信号电荷的电压变化。然而，当增加电荷保持单 元12的电容量时，会降低电荷保持单元12的信号放大率，因此，将降 低固态成像器件的S/N比。
因此，如专利文献4的背景技术所披露，作为用于防止固态成像器 件的S/N比降低的方法，有一种用于根据信号电荷量来控制电荷保持单 元12的电容量的方法。也就是说，该方法涉及控制电荷保持单元12的 电容量，以使电荷保持单元12的电容量在需要高S/N比的低照度下降低， 并且使电荷保持单元12的电容量在需要保持大量信号电荷的高照度下增 加。这样的电容量控制能够通过设置具有例如电容量附加装置的电荷保 持单元12实现。然而，对于该构造，为了在需要高S/N比的低照度下降 低电荷保持单元12的电容量，电容量附加单元需要被耗尽。因此，会导 致耗尽区与电荷保持单元连接并且在低照度下泄漏特性会劣化的问题。
另外，例如，根据专利文献5的背景部分所记载，将电容量附加晶 体管(Tr)布置在FD单元与复位Tr之间，由此控制信号放大率。
图4以类似于图3所示的水流的方式示出了专利文献5所披露的像 素的电荷保持部的构造的图。
对于专利文献5所披露的像素的构造，如图4中A所示，由于读取 Tr(TG)42布置在光电转换单元11与信号放大单元41之间，因此不能 控制光电转换单元11与读取Tr42之间的部位的电容量。因此，如图4 中B所示，当因光电转换而生成并累积信号电荷时，将被施加至光电转 换单元11的电压降低。因此，专利文献5所披露的像素的构造无法解决 如下问题：光电转换单元11的电压会根据信号电荷量而变化，并且光电 转换特性(光电转换效率)也会变化。
因此，下面将相比于基本像素1说明抑制光电转换特性(光电转换 效率)的劣化并抑制画质的劣化的像素构造。
注意，与上述基本像素1中的部件相对应的部件用相同的附图标记 表示，并且在稍后将说明的每个实施例中根据需要省略其说明。
2.第一实施例
将参照图5至图7对应用有本技术的像素的第一实施例进行说明。
图5示出了根据第一实施例的像素51A的等效电路。
图5所示的像素51A具有光电转换单元11、电荷保持单元12、复位 晶体管13、放大晶体管14、选择晶体管15、电容量切换晶体管61和附 加电容量元件62。
也就是说，除图1所示的基本像素1的部件之外，像素51A新设置 有电容量切换晶体管61和附加电容量元件62。电容量切换晶体管61的 源极与电荷保持单元12连接，其漏极与附加电容量元件62的一端连接。 连接节点63表示电容量切换晶体管61和附加电容量元件62之间的连接 点。附加电容量元件62的另一端与电源电压VDD连接。
电容量切换晶体管61响应于供给至电容量切换晶体管61的栅极的 切换控制信号CapSEL，通过将附加电容量元件62与电荷保持单元12连 接或将附加电容量元件62与电荷保持单元12分离开，从而切换电荷保 持单元12的电容量。
图6是示出了像素51A的剖面结构的图。
在如图6所示的像素51A的剖面结构中，根据电容量切换晶体管61 的添加，新增加了电容量切换晶体管61的栅极部61GT和n型扩散层71。 另外，根据附加电容量元件62的添加，新增加了附加电容量元件62的 栅极部62GT。附加电容量元件62由MOS电容器构成，该电容器由n 型扩散层71和栅极部62GT形成。
另外，根据第一实施例，在图2中充当复位晶体管13的源极的n型 扩散层22用作电容量切换晶体管61的源极。n型扩散层71用作电容量 切换晶体管61的漏极和附加电容量元件62的一端。
第一驱动
下面将参照图7对如何驱动根据第一实施例的像素51A(第一驱动) 进行说明。
像素51A首先检测信号累积之前的状态的信号电平(复位信号电 平)，并累积信号电荷，然后读取累积的信号电荷，从而执行相关双重采 样(CDS，correlated doublesampling)处理，由此找到累积之前的复位 信号电平和累积之后的信号电平(累积信号电平)之间的差异。CDS处 理能够消除诸如kTC噪声等像素固有固定模式噪声，或能够消除放大晶 体管14的阈值变化。
图7示出了分别供给至选择晶体管15的栅极、复位晶体管13的栅 极和电容量切换晶体管61的栅极以便由像素51A进行CDS处理的信号 的时序图。
图7的A示出了如何在电荷保持单元12的电容量增加以用于更多信 号电荷的情况(在下文中，称为在高电容量选定)下进行驱动，图7的 B示出了示出了如何在电荷保持单元12的电容量减少以针对更少信号电 荷增加增益的情况(在下文中，称为在低电容量选定)下进行驱动。在 稍后将说明的控制电路405或信号处理电路406(图24)的控制下，选 择图7的A中的高电容量设定或图7的B中的低电容量设定，从而驱动 像素51A。
在高电容量选定时，在开始驱动每个像素51A之前，电容量切换晶 体管61的栅极部61GT供给有高(Hi)切换控制信号CapSEL，并且电 容量切换晶体管61被导通。在高电容量选定时，将电容量切换晶体管61 一直设定为导通。
然后，在时间t1处，当选择晶体管15截止且复位晶体管13截止时， 选择信号SEL进入高电平，并且导通选择晶体管15。
然后，在选择晶体管15导通的同时，在时间t2处导通复位晶体管 13，并且在时间t3处截止复位晶体管13，使得电荷保持单元12的电压 被复位成初始状态下的电源电压VDD。另外，由于电容量切换晶体管61 导通，因此，同时也会复位经由电容量切换晶体管61连接至电荷保持单 元12的附加电容量元件62。
此后，在时间t4处，选择晶体管15被截止，然后开始累积信号电 荷。
在完成信号电荷的累积之后，在时间t5处导通选择晶体管15，从而 将在电荷保持单元12中累积的信号电荷经由列信号线16输出至AD转 换单元中的存储器等。
在完成对累积的信号电荷的读取之后，在时间t6处截止选择晶体管 15。
另一方面，在低电容量选定时，在开启驱动每个像素51A之前，电 容量切换晶体管61的栅极部61GT供给有低(Lo)切换控制信号CapSEL， 并且电容量切换晶体管61被截止。在低电容量选定时，将电容量切换晶 体管61一直设定为截止。除电容量切换晶体管61外的驱动与在高电容 量选定时相同。
也就是说，在时间t11处，当选择晶体管15截止且复位晶体管13 截止时，选择信号SEL进入高电平(Hi)，并且导通选择晶体管15。
然后，在选择晶体管15导通的同时，在时间t12处导通复位晶体管 13，并且在时间t13处截止复位晶体管13，使得电荷保持单元12的电压 被复位成初始状态。由于电容量切换晶体管61截止，因此，附加电容量 元件62与电荷保持单元12被分隔开。
此后，在时间t14处，选择晶体管15被截止，然后开始累积信号电 荷。
在完成信号电荷的累积之后，在时间t15处导通选择晶体管15，从 而将在电荷保持单元12中累积的信号电荷经由列信号线16输出至AD 转换单元中的存储器等。
在完成对累积的信号电荷的读取之后，在时间t16处截止选择晶体 管15。
第一实施例的效果
根据上述第一实施例，根据信号电荷量来控制与光电转换单元11连 接的电荷保持单元12的电容量，从而控制电荷保持单元12的电压振幅。 也就是说，在存在大量信号电荷的情况下，导通电容量切换晶体管61， 以增加电荷保持单元12的电容量，从而抑制电荷保持单元12的电压增 大，并抑制光电转换单元11的施加电压的降低。由此，能够抑制光电转 换单元11的光电转换效率劣化。
另外，根据第一实施例，作为开关的电容量切换晶体管61插入在附 加电容量元件62和电荷保持单元12之间。由此，在以低电容量使用电 荷保持单元12的情况下，能够防止附加电容量元件62中出现的漏电流 混入至电荷保持单元12中。
因此，能够抑制光电转换特性(光电转换效率)的劣化，并能够抑 制固态成像器件的画质的劣化。
3.第二实施例
下面将参照图8至图12对应用有本技术的像素的第二实施例进行说 明。
图8示出了根据第二实施例的像素51B的等效电路，图9示出了根 据第二实施例的像素51B的剖面结构。
上述第一实施例以使复位晶体管13和电容量切换晶体管61并联连 接的方式构造。相反地，第二实施例和第一实施例的不同之处在于：如 图8所示，电容量切换晶体管61插入在复位晶体管13与电荷保持单元 12之间，并且复位晶体管13和电容量切换晶体管61串联连接。
更具体地，电容量切换晶体管61的源极与电荷保持单元12连接， 其漏极与复位晶体管13的源极和附加电容量元件62的一端连接。连接 节点64为复位晶体管13、电容量切换晶体管61和附加电容量元件62 的连接点。
在图9所示的像素51B的剖面结构中，新添加用作复位晶体管13 的源极和电容量切换晶体管61的漏极的n型扩散层72。n型扩散层72 在基板中与附加电容量元件62的一端处的n型扩散层71连接，或者经 由设置在绝缘层27中的金属配线73与其连接。由此，附加电容量元件 62的n型扩散层71经由电容量切换晶体管61与电荷保持单元12连接。
第二驱动
下面将参照图10的时间图对如何驱动根据第二实施例的像素51B (第二驱动)进行说明。
图10的A所示的如何在高电容量选定时驱动与根据第一实施例的如 何在高电容量选定时驱动相同，因此将省略其说明。
另一方面，在低电容量选定时，复位晶体管13一直导通，并且电容 量切换晶体管61替代地作为复位晶体管13操作。
具体地，在选择晶体管15于时间t31处导通之后，电容量切换晶体 管61在时间t32处被导通并且在时间t33处被截止。由此，将电荷保持 单元12的电压复位成初始状态。
此后，在时间t34处，选择晶体管15被截止，然后开始累积信号电 荷。
在完成信号电荷的累积之后，在时间t35处导通选择晶体管15，从 而将在电荷保持单元12中累积的信号电荷经由列信号线16输出至AD 转换单元中的存储器等。
在完成对累积的信号电荷的读取之后，在时间t36处截止选择晶体 管15。
第二实施例的效果
下面将参照图11和图12对第一实施例和第二实施例之间的差异进 行说明。
在根据第一实施例的像素51A中，在低电容量选定时，电容量切换 晶体管61与附加电容量元件62之间的连接节点63(图5)为浮动节点。
图11示出了在低电容量选定时根据第一实施例的像素51A的状态。
通常，在连接节点63和电荷保持单元12之间存在寄生电容，并且 人们存在以下担心：当在读取复位信号电平时并且在信号电荷累积之后 读取累积信号电平时，连接节点63的电位发生变化，并且电荷保持单元 12的电位由于耦合而发生变化，这会导致信号电荷的噪声。另外，由于 连接节点63经由电容量切换晶体管61与电荷保持单元12连接，因此人 们担心在信号电荷累积期间出现的漏电流会混入到电荷保持单元12中。
相反地，图12示出了在低电容量选定时根据第二实施例的像素51B 的状态。
如上所述，在像素51B中，电容量切换晶体管61插入在复位晶体管 13与电荷保持单元12之间，并且在低电容量选定时，将复位晶体管13 一直控制为导通。由此，在低电容量选定时，如图12所示，电容量切换 晶体管61与附加电容量元件62之间的连接节点64(图8)的电位被固 定至电源电压VDD，从而抑制了因耦合而导致的电荷保持单元12的电 位变化。另外，在连接节点64处出现的漏电流全部被排出到的复位晶体 管13的漏极，从而抑制漏电流混入到电荷保持单元12中。
因此，根据第二实施例的像素51B的结构能够抑制在低电容量选定 时因耦合而导致的电荷保持单元12的电位变化，并且抑制在第一实施例 中会发生的漏电流混入到电荷保持单元12中的情况。因此，除上述第一 实施例的效果之外，根据第二实施例，能够进一步抑制固态成像器件的 画质劣化。
4.第三实施例
下面将参照图13至图16对应用有本技术的像素的第三实施例进行 说明。
图13示出了根据第三实施例的像素51C的等效电路，图14示出了 根据第三实施例的像素51C的剖面结构。
上述第一实施例和第二实施例采用电子作为信号电荷，而第三实施 例与第一实施例和第二实施例的不同之处在于采用空穴作为信号电荷。
由于采用空穴作为信号电荷，因此，将电源电压VDD施加至在光电 转换单元11的一端处的上电极29A。另外，将复位晶体管13与GND连 接而不是与电源电压VDD连接。
在第二实施例的图9中，由复位晶体管13和放大晶体管14共享P 型半导体基板21中的n型扩散层23。然而，根据第三实施例，如图14 所示，单独地形成复位晶体管13的n型扩散层23A和放大晶体管14的 放大晶体管14的n型扩散层23B。然后，复位晶体管13的n型扩散层 23A接地GND，并且放大晶体管14的n型扩散层23B与电源电压VDD 连接。
根据第三实施例的其它部件类似于根据上述第二实施例的部件，并 且如何驱动像素与参照图10说明的第二驱动类似，因此省略其说明。
第三实施例的效果
下面将参照图15和图16对第二实施例和第三实施例之间的差异进 行说明。
图15示出了在高电容量选定时第二实施例的状态。
在高电容量选定时，电容量切换晶体管61的栅极部61GT的底部的 电位根据信号电荷量而发生变化。在电荷保持单元12被电源电压VDD 复位时，电容量切换晶体管61的栅极部61GT的底部在复位后立即具有 较少的电子，并处于弱反转状态，如图15中A所示。然后，随着电荷累 积，该状态变为反转状态，如图15中B所示。因此，电容量切换晶体管 61的栅极部61GT的底部的电容量会变化，并且QV转换效率根据信号 电荷而发生变化。该现象使固态成像器件的线性特性恶化。顺便提及地， 虽然这里使用第二实施例来进行说明，但是根据第一实施例也会导致类 似的现象。
图16示出了在高电容量选定时第三实施例的状态。
根据第三实施例，假定电荷保持单元12的复位电位为GND。另外， 信号电荷为空穴。因此，根据第三实施例，如图16中A所示，使用强反 转状态下的电容量切换晶体管61的栅极部61GT的底部，并且如图16 中B所示，电容量切换晶体管61的栅极部61GT的底部逐渐变化成反转 状态。因此，在信号电荷累积期间能够抑制电容量切换晶体管61的栅极 部61GT的耗尽，并且能够抑制因电容量变化而引起的线性崩溃(broken linearity)。
另外，电荷保持单元12被复位成与P型半导体基板(P阱)21相同 的GND电位，从而能够抑制在低照度下电荷保持单元12与P型半导体 基板21之间的电位差，并能够抑制低照度下的噪声。
因此，除上述第一实施例和第二实施例的效果之外，根据第三实施 例的像素51C的结构还能够抑制因电容量变化而引起的线性崩溃，并能 够抑制低照度时电荷保持单元12中的噪声，从而进一步抑制固态成像器 件的画质劣化。
5.第四实施例
下面将参照图17至图20对应用有本技术的像素的第四实施例进行 说明。
图17示出了根据第四实施例的像素51D的等效电路，图18示出了 根据第四实施例的像素51D的剖面结构。
图17所示的像素51D的等效电路与上述第三实施例的不同之处在 于：附加电容量元件62的位于更靠近复位晶体管13的连接节点64相对 侧的节点未连接至电源电压VDD，而是接地GND。
在图18所示的像素51D的剖面结构中，作为MOS电容器的附加电 容量元件62的栅极部62GT经由设置在绝缘层27中的金属配线81与电 容量切换晶体管61的n型扩散层72连接，并且附加电容量元件62的栅 极部62GT经由电容量切换晶体管61连接至电荷保持单元12。附加电容 量元件62的n型扩散层71接地GND。其它方面与上述第三实施例相似。
第四实施例的效果
下面将参照图19和图20对第三实施例和第四实施例之间的差异进 行说明。
图19示出了在高电容量选定时第三实施例的状态。
电荷保持单元12的饱和电荷量由在高电容量选定时电荷保持单元 12的电容量和电荷保持单元12可用的电压的范围确定。为了提高饱和电 荷量，需要向电荷保持单元12添加高电容量。
在根据第三实施例的像素51C中，附加电容量元件62由MOS电容 器构成，如图14所示，作为附加电容量元件62的更靠近P型半导体基 板21的节点的n型扩散层71连接至电荷保持单元12。
附加电容量元件62的更靠近P型半导体基板21的节点具有pn结， 并且会发生漏电流。因此，该构造存在如下问题：在为了增加饱和电荷 量而增大附加电容量元件62的面积时，流入电荷保持单元12的漏电流 会增加。
另外，类似于第三实施例，在第一实施例和第二实施例中也存在漏 电流增加的顾虑。顺便提及地，根据第三实施例，在高电容量选定时， 在高照度下会出现漏电流增加，而根据第一实施例和第二实施例，由于 信号电荷为电子，因此在低照度下会出现漏电流增加。
相比之下，图20示出了在高电容量选定时第四实施例的状态。
在根据第四实施例的像素51D中，由MOS电容器构成的附加电容 量元件62的栅极部62GT与电荷保持单元12连接。因此，即使在作为 pn结的MOS电容器的n型扩散层71中产生漏电流，漏电流也会流向 GND，由此在附加电容量元件62的面积增大时可抑制电荷保持单元12 的漏电流。
另外，在第四实施例的像素51D中，在低照度下，附加电容量元件 62的栅极部62GT为GND电位。因此，假定附加电容量元件62的更靠 近P型半导体基板21的n型扩散层71为GND电位。由此，可抑制附加 电容量元件62的栅极部62GT的底部被耗尽，并且可抑制附加电容量元 件62的电容量减少。因此，能够抑制相对于信号电荷量的QV转换效率 的变化。
因此，除了第一实施例至第三实施例的效果之外，根据第四实施例 的像素51D的结构还能够在增加电容量时抑制电荷保持单元12中的漏电 流，并且能够实现固态成像器件的动态范围的增大和对噪声的抑制。因 此，能够进一步抑制固态成像器件的画质劣化。
6.第五实施例
下面将参照图21至图22对应用了本技术的像素的第五实施例进行 说明。
图21示出了根据第五实施例的像素51E的等效电路，图22示出了 根据第五实施例的像素51E的剖面结构。
如图21所示，像素51E的等效电路由用于作为第一波长光的绿 (Green)光的像素电路101G和用于作为第二波长光的红(Red)光和 作为第三波长光的蓝(Blue)光的像素电路101RB构成。
绿光用像素电路101G的构造与图17所示的根据第四实施例的像素 51D的构造相同。
也就是说，像素电路101G具有光电转换单元111G、电荷保持单元 112G、复位晶体管113G、放大晶体管114G、选择晶体管115G、电容量 切换晶体管161G和附加电容量元件162G。
像素电路101G中的光电转换单元111G、电荷保持单元112G、复位 晶体管113G、放大晶体管114G、选择晶体管115G、电容量切换晶体管 161G和附加电容量元件162G分别对应于图17所示的像素51D中的光 电转换单元11、电荷保持单元12、复位晶体管13、放大晶体管14、选 择晶体管15、电容量切换晶体管61和附加电容量元件62。
另一方面，在红光和蓝光用像素电路101RB中，针对红光和蓝光分 别设置光电转换单元和传输晶体管，其它部件则由红光和蓝光共用。
更具体地，像素电路101RB具有光电转换单元111R、光电转换单元 111B、传输晶体管191R、传输晶体管191B、电荷保持单元112RB、复 位晶体管113RB、放大晶体管114RB、选择晶体管115RB、电容量切换 晶体管161RB和附加电容量元件162RB。
光电转换单元111R累积通过接收红光并对其进行光电转换而获得 的电荷。光电转换单元111B累积通过接收蓝光并对其进行光电转换而获 得的电荷。
当被供给至传输晶体管191R的栅极的传送信号TG(R)导通时， 传输晶体管191R将在光电转换单元111R中生成的信号电荷传送至作为 FD单元的电荷保持单元112RB。当被供给至传输晶体管191B的栅极的 传送信号TG(B)导通时，传输晶体管191B将在光电转换单元111B中 生成的信号电荷传送至作为FD单元的电荷保持单元112RB。
电荷保持单元112RB保持从光电转换单元111R或111B传输来的信 号电荷。
当被供给至复位晶体管113RB的栅极的复位信号RST(RB)导通时， 复位晶体管113RB复位电荷保持单元112RB和附加电容量元件162RB 的电位。
放大晶体管114RB的栅极与电荷保持单元112RB连接，其漏极与电 源电压VDD连接，并且其源极与选择晶体管115RB的漏极连接。放大 晶体管114RB根据电荷保持单元112RB的电位来输出像素信号。
选择晶体管115RB的漏极与放大晶体管114RB的源极连接，选择晶 体管115RB的源极与列信号线16连接。当被供给至选择晶体管115RB 的栅极的选择信号SEL(RB)选定像素电路101RB时，选择晶体管115RB 导通，并经由列信号线16向AD转换单元输出与由像素51E接收的红光 或蓝光对应的像素信号。
电容量切换晶体管161RB的漏极与复位晶体管113RB的源极和附加 电容量元件162RB的一端连接，电容量切换晶体管161RB的源极与电荷 保持单元112RB连接。附加电容量元件162RB的未与复位晶体管113RB 连接的另一端施加有电源电压VDD。
图22示出了根据第五实施例的像素51E的剖面结构。
在像素51E中，光电转换单元111G隔着保护膜(绝缘膜)201形成 在P型半导体基板21的光入射面上。光电转换单元111G以光电转换膜 202被夹持在上电极203A与下电极203B之间的方式构造。光电转换膜 202的材料采用能够光电转换绿光并透过红光和蓝光的材料。用于对绿色 波长光进行光电转换的有机光电转换膜可以采用包括罗丹明类(rhodamine-based)颜料、部花菁类(merocyanine-based)颜料、喹吖啶 酮(quinacridone)等在内的有机光电转换材料。例如，上电极203A和 下电极203B由诸如氧化铟锡(ITO)膜或氧化铟锌膜之类的透明电极膜 制成。
另外，在光电转换膜202为用于对红色波长光进行光电转换的有机 光电转换膜的情况下，例如，可采用包含酞菁类(phthalocyanine-based) 颜料的有机光电转换材料。另外，在光电转换膜202为用于对蓝色波长 光进行光电转换的有机光电转换膜的情况下，例如，可采用包含香豆素 类(coumarin-based)颜料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3，tris-8-hydroxy quinoline Al)、部花菁类颜料等在内的有机光电转换材料。片上透镜32形成在光电转换单元111G上。
两个n型半导体区域204和205在P型半导体基板21中以沿深度方 向层叠的方式形成，光电二极管PD1和PD2由两个PN结形成。由于光 吸收系数的差异，光电二极管PD1对蓝光进行光电转换，光电二极管PD2 对红光进行光电转换。两个n型半导体区域204和205的一部分被形成 为到达P型半导体基板21的底部。
像素51E中的像素晶体管形成在P型半导体基板21的与形成有光电 转换单元111G等的表面相反的下表面处。
具体地，绿光用复位晶体管113G由P型半导体基板21上的栅极部 113GT、P型半导体基板21中的n型扩散层223A和272构成，放大晶 体管114G由P型半导体基板21上的栅极部114GT和P型半导体基板 21中的n型扩散层223B和224构成。
另外，选择晶体管115G由P型半导体基板21上的栅极部115GT和 P型半导体基板21中的n型扩散层224和225构成。n型扩散层224由放大晶体管114G和选择晶体管115G共用。
电容量切换晶体管161G由P型半导体基板21上的栅极部161GT和 P型半导体基板21中的n型扩散层272和222构成，被构造为MOS电 容器的附加电容量元件162G由P型半导体基板21上的栅极部162GT和 P型半导体基板21中的n型扩散层271构成。
MOS电容器中的附加电容量元件162G的栅极部162GT经由设置在 绝缘层237中的金属配线281与电容量切换晶体管161G的n型扩散层 272连接，附加电容量元件162G的n型扩散层271接地GND。
假设接收绿光而生成的信号电荷为空穴，并且光电转换膜202的上 电极203A供给有电源电压VDD。光电转换膜202的下电极203B经由金 属接线导体227与位于电容量切换晶体管161G的源极/漏极的一端处的n 型扩散层222和放大晶体管114G的栅极部114GT连接，该结构整体上 是电荷保持单元112G。此外，在P型半导体基板21中，接线导体227 被诸如SiO2或SiN之类的绝缘膜228覆盖以使接线导体227被绝缘。
另外，蓝光用传输晶体管191B由P型半导体基板21上的栅极部 191BGT和P型半导体基板21中的n型半导体区域204和n型扩散层231 构成，红光用传输晶体管191R由P型半导体基板21上的栅极部191RGT 和P型半导体基板21中的n型半导体区域205和n型扩散层231构成。
另外，复位晶体管113RB由P型半导体基板21上的栅极部113RBGT 和P型半导体基板21中的n型扩散层234和235构成，放大晶体管114RB 由P型半导体基板21上的栅极部114RBGT和P型半导体基板21中的n 型扩散层235和236构成。n型扩散层235施加有电源电压VDD，并且 被复位晶体管113RB和放大晶体管114RB共用。
另外，选择晶体管115RB由P型半导体基板21上的栅极部115RBGT 和P型半导体基板21中的n型扩散层236和225构成。n型扩散层225 由选择晶体管115G和选择晶体管115RB共用。
电容量切换晶体管161RB由P型半导体基板21上的栅极部 161RBGT和P型半导体基板21中的n型扩散层233和234构成，被构造为MOS电容器的附加电容量元件162RB由P型半导体基板21上的栅 极部162RBGT和P型半导体基板21中的n型扩散层232构成。
MOS电容器中的附加电容量元件162RB的栅极部162RBGT经由设 置在绝缘层237中的金属配线282与电容量切换晶体管161RB的n型扩 散层234连接，附加电容量元件62RB的n型扩散层232与电源电压VDD 连接。
由蓝光用传输晶体管191B和红光用传输晶体管191R共用的n型扩 散层231为FD单元，并且其与电容量切换晶体管161RB的一侧处的n 型扩散层233和放大晶体管114RB的栅极部114RBGT连接，该结构整 体上是电荷保持单元112RB。
在P型半导体基板21上形成有像素晶体管的表面被绝缘膜237覆 盖。
另外，由于图示的限制，虽然图22示出了作为像素晶体管的源极或 漏极被共用的多个n型扩散层经由金属配线连接，但是当然像素可以由 一个n型扩散层形成。
对于根据第五实施例的像素51E的结构，绿光用像素电路101G的 构造与图17所示的根据第四实施例的像素51D的构造相同，因此保持绿 光信号用的电荷保持单元112G可以获得与上述第四实施例类似的效果。
也就是说，根据信号电荷量来控制与光电转换单元111G连接的电荷 保持单元112G的电容量，从而控制电荷保持单元112G的电压振幅。也 就是说，在存在大量信号电荷的情况下，电荷保持单元112G的电容量增 大，从而抑制电荷保持单元12G的电压增大，并抑制施加至光电转换单 元111G的电压降低。由此，能够抑制光电转换单元111G的光电转换效率的劣化。
另外，作为开关的电容量切换晶体管161G插入至附加电容量元件 162G与电荷保持单元112G之间。由此，在低电容量下使用电荷保持单 元112G的情况下，能够防止在附加电容量元件162G中出现的漏电流混 入至电荷保持单元112G中。
因此，能够抑制光电转换特性(光电转换效率)的劣化，并抑制固 态成像器件的画质劣化。
另外，如参照图12所说明，在低电容量选定时，将复位晶体管13 控制为一直导通，因此在低电容量选定时能够抑制因耦合而导致的电荷 保持单元12G的电位变化，以及漏电流混入到电荷保持单元112G中的 情况。
另外，如参照图16所说明，电荷保持单元112G被复位成与P型半 导体基板21相同的GND电位，并且从强反转状态起使用电容量切换晶 体管161G的栅极部61GT的底部，从而抑制因电容量变化而引起的线性 崩溃，并且抑制在低照度下电荷保持单元112G的噪声。
另外，即使在附加电容量元件162G的n型扩散层271中发生漏电流， 漏电流也会流向GND，因此当电容量增加时能够抑制电荷保持单元112G 中的漏电流，并且能够实现固态成像器件的动态范围的增大和对噪声的 抑制。
由于上述效果，能够进一步抑制固态成像器件的画质劣化。
另外，关于根据第五实施例的像素51E的结构，除了绿光用电荷保 持单元112G之外，还设置有用于保持被光电转换的红光和蓝光的信号的 电荷保持单元112RB，并且通过使用电容量切换晶体管161RB和附加电 容量元件162RB能够独立于绿色(Green)信号来控制电荷保持单元 112RB的电容量。
由此，能够根据被摄体的颜色，将R、G和B的增益控制为不同。 例如，在拍摄绿色物体的情况下，绿光用电荷保持单元112G的电容量值 增大，由此抑制绿色信号的放大率；在读取红色(Red)信号和蓝色(Blue) 信号的情况下，降低红光和蓝光用电荷保持单元112RB的电容量值，由 此将信号放大率设定为高。因此，对于不同的被摄体，能够在抑制光电 转换单元的灵敏度劣化的同时改善拍摄信号的S/N比。
另外，对于图22示出的像素结构，用于光电转换一种颜色光的光电 转换单元(光电转换单元111G)形成在P型半导体基板21外部，用于 光电转换两种颜色光的光电转换单元(由两个PN结形成的光电二极管 PD1和PD2)形成在P型半导体基板21中。
然而，也可构造成用于光电转换两种颜色光的光电转换单元形成在P 型半导体基板21外部，并且用于光电转换一种颜色光的光电转换单元(由 PN结形成的光电二极管PD)形成在P型半导体基板21中。在这种情况 下，光电转换膜202包括两层膜，例如，用于光电转换绿光的光电转换 膜和用于光电转换蓝光的光电转换膜。可替代地，可以层叠光电转换膜202被夹持在上电极203A和下电极203B之间的结构。
7.固态成像器件的示例性示意构造
图23所示的固态成像器件的像素可以采用上述像素51A至像素 51E。也就是说，图23是示出了应用本技术的固态成像器件的示意构造。
图23的固态成像器件301被构造为具有：其中像素302以二维矩阵 形状排列的像素阵列部303、围绕该像素阵列部的周围电路单元设置在例 如将硅(Si)作为半导体的半导体基板312上。周围电路单元包括垂直 驱动电路304、列信号处理电路305、水平驱动电路306、输出电路307 和控制电路308等。
像素302采用上述像素51A至像素51E中的任何构造。
控制电路308接收用于指示操作模式等的输入时钟和数据，并且输 出诸如固态成像器件301的内部信息之类的数据。也就是说，控制电路 308基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成作为垂直驱动电路 304、列信号处理电路305和水平驱动电路306的操作基准的时钟信号或 控制信号。然后，控制电路308向垂直驱动电路304、列信号处理电路305和水平驱动电路306等输出生成的时钟信号或控制信号。
垂直驱动电路304例如由移位寄存器构成，用以选择预定像素驱动 配线310，向选定的像素驱动配线310供给用于驱动像素302的脉冲，并 以行为单位驱动像素302。也就是说，垂直驱动电路304在垂直方向上以 行为单位依次选择并扫描像素阵列部303中的像素302，并且经由垂直信 号线309向列信号处理电路305供给基于根据每个像素302中的光电转 换单元中的受光量而生成的信号电荷的像素信号。
垂直驱动电路304经由像素驱动配线310来控制上述复位信号RST、 RST(G)和RST(RB)；选择信号SEL、SEL(B)和SEL(RB)；切换 控制信号CapSEL、CapSEL(G)和CapSEL(RB)以及传输信号TG(R)、 TG(B)等。
例如，列信号处理电路305的各者针对像素302的各列布置，并且 以像素列为单位对从一行像素302输出的信号执行噪声去除等信号处理。 例如，列信号处理电路305执行诸如CDS或AD转换之类的信号处理， 以去除像素固有固定模式噪声。
水平驱动电路306例如由移位寄存器构造，用于顺序地输出水平扫 描脉冲，依次选择列信号处理电路305，并将来自每个列信号处理电路 305的像素信号输出到水平信号线311。
输出电路307对经由水平信号线311从每个列信号处理电路305顺 序地供给的信号进行信号处理，并输出处理后的信号。例如，输出电路 307可以仅执行缓冲，或者可以执行黑电平调整、列变化校正和各种数字 信号处理等。I/O端口313与外部交换信号。
如上构造的固态成像器件301为列AD系统的CMOS图像传感器， 其中，用于进行CDS处理和AD转换处理的列信号处理电路5针对每个 像素列布置。
固态成像器件301中的像素302可以采用像素51A至像素51E中的 任何构造，因此，能够抑制光电转换特性(光电转换效率)的劣化，并 抑制固态成像器件的画质劣化。
8.电子设备的示例性应用
本技术不局限于应用至固态成像器件。也就是说，本技术可以应用 至将固态成像器件用于图像采集单元(光电转换单元)的所有电子设备， 包括诸如数码相机或摄像机等的拍摄装置、具有拍摄功能的便携终端装 置以及将固态成像器件用作图像读取单元的复印机等。固态成像器件可 以被形成为单芯片，或者可以是其中集体地封装有拍摄单元和信号处理 单元或光学系统的具有拍摄功能的模块形式。
图24是示出了作为应用有本技术的电子设备的拍摄装置的示例性构 造的框图。
图24示出的拍摄装置401包括光学系统402、快门装置403、固态 成像器件404、控制电路405、信号处理电路406、监视器407和存储器 408，并且能够拍摄静止图像和动态图像。
光学系统402由一个或多个透镜构成，将来自被摄体的光(入射光) 引导到固态成像器件404，并且在固态成像器件404的受光面上形成图 像。
快门装置403布置在光学系统402与固态成像器件404之间，并且 在控制电路405的控制下对固态成像器件404的光照射周期和遮光周期 进行控制。
固态成像器件404由上述固态成像器件301(也即是，其中抑制光电 转换特性的劣化并且抑制画质劣化的固态成像器件)构成。固态成像器 件404根据通过光学系统402和快门装置403在受光面上成像的成像光 而累积一段时间的信号电荷。响应于从控制电路405供给的驱动信号(定 时信号)，传送累积在固态成像器件404中的信号电荷。固态成像器件404 可以被构造为单个单芯片，并且可以被构造为与光学系统402或信号处 理电路406一起封装的相机模块的一部分。
控制电路405例如由中央处理单元(CPU，central processing unit) 等构成，并且输出用于控制固态成像器件404的传输操作和快门装置403 的快门操作的驱动信号，由此驱动固态成像器件404和快门装置403。
用户(操作者)通过操作单元(未示出)来给出指令，使得拍摄装 置401可以选择高电容量设定下的操作或低电容量设定下的操作。控制 电路405根据用户指定的设定信息来指示固态成像器件404采用高电容 设定或低电容设定。
另外，控制电路405可以从信号处理电路406中获取所拍摄图像中 的被摄体的亮度，能够(自动地)选择用于拍摄下一帧的高电容设定或 低电容设定，并且可以指示固态成像器件404。固态成像器件404基于来 自控制电路405的指令来控制每个像素302(像素51)的电容量切换晶 体管61、161G或161RB。
信号处理电路406例如由数字信号处理器(DSP，digital signal processor)等构成，并且对从固态成像器件404输出的像素信号执行各 种信号处理。通过信号处理电路406执行信号处理所获得的图像(图像 数据)被供给至监视器407并在其上进行显示，或者被供给存储器408 并在其中进行存储(记录)。
如上所述，固态成像器件404采用具有根据上述每个实施例的像素 51的结构的固态成像器件，由此抑制光电转换特性的劣化并抑制画质劣 化。因此，在诸如摄像机、数码相机之类的拍摄装置401或用于诸如手 机等的移动装置的相机模块中也能够实现更高的拍摄图像画质。
本技术的实施例不限于上述实施例，并且可以在不脱离本技术的范 围的情况下进行各种改变。
例如，半导体基板上的P型或N型半导体区域可以分别由相反的导 电型的半导体区域构成。
另外，本技术不限于用于检测入射的可见光量的分布并将其作为图 像拍摄的固态成像器件，本技术适用于所有固态成像器件(物理量分布 检测装置)，诸如用于将入射的红外线、X射线或粒子的量的分布作为图 像拍摄的固态成像器件、广义上的用于检测其它物理量的分布(例如压 力或静电电容量)并将其作为图像拍摄的指纹检测传感器等。
可以采用上述全部或部分实施例组合的形式。例如，虽然根据上述 第五实施例的绿光用像素电路101G具有与根据图17所示的第四实施例 的像素51D相同的构造，但是除此之外，其也可采用根据第一实施例至 第三实施例的像素51A至51C的任何构造。
另外，本技术不限于固态成像器件，并且可应用于具有其它半导体 集成电路的所有半导体器件。
此外，说明书中说明的效果仅仅是示例性的而不是限制性的，并且 可以获得除了说明书中说明的效果之外的效果。
此外，本技术可采用以下构造。
(1)
一种固态成像器件，所述固态成像器件包括像素，所述像素具有：
光电转换单元，所述光电转换单元形成在半导体基板外部；
电荷保持单元，所述电荷保持单元用于保持由所述光电转换单元生 成的信号电荷；
复位晶体管，所述复位晶体管用于复位所述电荷保持单元的电位；
电容量切换晶体管，所述电容量切换晶体管与所述电荷保持单元连 接，并用于切换所述电荷保持单元的电容量；以及
附加电容量元件，所述附加电容量元件与所述电容量切换晶体管连 接。
(2)
根据(1)所述的固态成像器件，
其中，所述电容量切换晶体管连接在所述复位晶体管与所述电荷保 持单元之间。
(3)
根据(2)所述的固态成像器件，
其中，在通过所述电容量切换晶体管将所述电荷保持单元的电容量 切换为低电容量的情况下，所述复位晶体管被控制为一直导通。
(4)
根据(2)所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的电位复位为与所述半 导体基板相同的电位。
(5)
根据(4)所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的电位复位为GND。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述附加电容量元件由MOS电容器构成。
(7)
根据(6)所述的固态成像器件，
其中，所述MOS电容器的栅极部与所述电荷保持单元连接。
(8)
根据(6)所述的固态成像器件，
其中，所述MOS电容器在所述半导体基板中的扩散层与所述电荷保 持单元连接。
(9)
根据(1)至(3)、(6)和(8)中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的所述电位复位为电源 电压。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述电容量切换晶体管和所述复位晶体管串联连接。
(11)
根据(1)所述的固态成像器件，
其中，所述电容量切换晶体管和所述复位晶体管并联连接。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述光电转换单元以光电转换膜被上电极和下电极夹持在中 间的方式构造。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述像素还包括位于所述光电转换单元的上方或下方的不同 的光电转换单元。
(14)
根据(13)所述的固态成像器件，
其中，所述不同的光电转换单元为形成在所述半导体基板上的光电 二极管。
(15)
根据(1)所述的固态成像器件，
其中，由所述光电转换单元生成的信号电荷为空穴。
(16)
根据(1)所述的固态成像器件，
其中，由所述光电转换单元生成的信号电荷为电子。
(17)
一种包括固态成像器件的电子设备，所述固态成像器件包括像素， 所述像素具有：
光电转换单元，所述光电转换单元形成在半导体基板外部；
电荷保持单元，所述电荷保持单元用于保持由所述光电转换单元生 成的信号电荷；
复位晶体管，所述复位晶体管用于复位所述电荷保持单元的电位； 电容量切换晶体管，所述电容量切换晶体管与所述电荷保持单元连接， 并用于切换所述电荷保持单元的电容量；以及
附加电容量元件，所述附加电容量元件与所述电容量切换晶体管连 接。
(18)
根据(17)所述的电子设备，进一步包括：
控制电路，所述控制电路输出用于控制所述电容量切换晶体管的控 制信号。
(19)
根据(18)所述的电子设备，
其中，所述控制电路基于由所述固态成像器件拍摄的图像来输出用 于控制所述电容量切换晶体管的控制信号。
(20)
根据(18)或(19)所述的电子设备，
其中，所述控制电路基于用户指定的设定信息来输出用于控制所述 电容量切换晶体管的控制信号。
附图标记列表
11 光电转换单元
12 电荷保持单元
13 复位晶体管
21 P型半导体基板
28 光电转换膜
29A 上电极
29B 下电极
51 (51A至51E)像素
61 电容量切换晶体管
62 附加电容量元件
101G、101RB 像素电路
111B、111G、111R 光电转换单元
112G、112RB 电荷保持单元
113G、113RB 复位晶体管
161G、161RB 电容量切换晶体管
162G、162RB 附加电容量元件
301 固态成像器件
302 像素
401 拍摄装置
404 固态成像器件
405 控制电路
406 信号处理电路

Claims (17)

1.一种固态成像器件，所述固态成像器件包括像素，所述像素具有：
光电转换单元，所述光电转换单元形成在半导体基板外部；
电荷保持单元，所述电荷保持单元用于保持由所述光电转换单元生成的信号电荷；
复位晶体管，所述复位晶体管用于复位所述电荷保持单元的电位；
电容量切换晶体管，所述电容量切换晶体管与所述电荷保持单元连接，并用于切换所述电荷保持单元的电容量；以及
附加电容量元件，所述附加电容量元件与所述电容量切换晶体管连接,
其中，所述电容量切换晶体管连接在所述复位晶体管与所述电荷保持单元之间并且与所述复位晶体管串联连接。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件，
其中，在通过所述电容量切换晶体管将所述电荷保持单元的电容量切换为低电容量的情况下，所述复位晶体管被控制为一直导通。
3.根据权利要求1所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的电位复位为与所述半导体基板相同的电位。
4.根据权利要求3所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的电位复位为GND。
5.根据权利要求1所述的固态成像器件，
其中，所述附加电容量元件由MOS电容器构成。
6.根据权利要求5所述的固态成像器件，
其中，所述MOS电容器的栅极部与所述电荷保持单元连接。
7.根据权利要求5所述的固态成像器件，
其中，所述MOS电容器在所述半导体基板中的扩散层与所述电荷保持单元连接。
8.根据权利要求1、2、5和7中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述复位晶体管将所述电荷保持单元的电位复位为电源电压。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述光电转换单元以光电转换膜被夹持在上电极与下电极之间的方式构造。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的固态成像器件，
其中，所述像素还包括位于所述光电转换单元的上方或下方的不同的光电转换单元。
11.根据权利要求10所述的固态成像器件，
其中，所述不同的光电转换单元是形成在所述半导体基板上的光电二极管。
12.根据权利要求1所述的固态成像器件，
其中，由所述光电转换单元生成的所述信号电荷为空穴。
13.根据权利要求1所述的固态成像器件，
其中，由所述光电转换单元生成的所述信号电荷为电子。
14.一种包括固态成像器件的电子设备，所述固态成像器件是如权利要求1至13中任一项所述的固态成像器件。
15.根据权利要求14所述的电子设备，进一步包括：
控制电路，所述控制电路输出用于控制所述电容量切换晶体管的控制信号。
16.根据权利要求15所述的电子设备，
其中，所述控制电路基于由所述固态成像器件拍摄的图像来输出用于控制所述电容量切换晶体管的控制信号。
17.根据权利要求15所述的电子设备，
其中，所述控制电路基于用户指定的设定信息来输出用于控制所述电容量切换晶体管的控制信号。
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