專利名稱：光學(xué)傳感器和固體成像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳感器和估計(jì)成像器件，具體地，涉及一種
CMOS或CCD傳感器的一維或二維固體成像器件，以及一種上述固體成 像器件的操作方法。
背景技術(shù)：
例如CM0S (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器和CCD (電荷耦 合器件)圖像傳感器的圖像傳感器在性能上有所改進(jìn)，并且廣泛應(yīng)用 于數(shù)碼相機(jī)、具有攝像機(jī)的蜂窩電話、掃描儀等中。
然而，還要求圖像傳感器的其它性能的改進(jìn)。其中之一是擴(kuò)展動 態(tài)范圍。傳統(tǒng)使用的圖像傳感器的動態(tài)范圍保持在例如3至4位(60 至80dB)的量級上，因此期望實(shí)現(xiàn)具有至少5至6位(100至120dB) 動態(tài)范圍的高質(zhì)量圖像傳感器，可以與裸眼或鹵化銀薄膜相比。
作為一種提高上述圖像傳感器的圖像質(zhì)量的技術(shù)，例如，為了實(shí) 現(xiàn)高靈敏度和高S/N比，S. Inoue et al. ， 〃IEEE Workshop on CCDs and Advanced Image Sensor 2001， pp. 16-19"(下面稱為"非專禾!j 文獻(xiàn)1")提出了一種技術(shù)，用于通過讀取在與每個(gè)像素的光電二極管 相鄰的浮置區(qū)中產(chǎn)生的噪聲信號以及與光信號相加的噪聲信號，并且 獲取兩者之間的差值，來減少噪聲。然而，即使通過這種方法，可實(shí) 現(xiàn)的動態(tài)范圍最高在80dB的量級上。要求實(shí)現(xiàn)更寬的動態(tài)范圍。
此外，例如如圖1所示，日本未審專利申請公開(JP-A) No. 2003-134396 (下面稱為"專利文獻(xiàn)1")公開了一種技術(shù)，用于通過 使位于高靈敏度且低照度一側(cè)的具有小電容器CI的浮置區(qū)以及位于 低靈敏度且高照度一側(cè)的具有大電容器C2的浮置區(qū)與光電二極管PD 相連，并且分別輸出低照度一側(cè)輸出0UT1和高照度一側(cè)輸出0UT2，
來擴(kuò)展動態(tài)范圍。
此外，如圖2所示，日本未審專利申請公開(JP-A) No. 2000-165754 (下面稱為"專利文獻(xiàn)2")公開了一種通過使浮置擴(kuò)散(ra)區(qū)內(nèi)的電容器CS可變來擴(kuò)展動態(tài)范圍的技術(shù)。此外，存在另一 種公開技術(shù)，用于通過將成像劃分為具有至少兩個(gè)不同曝光時(shí)間段的 成像，其中包括具有與高照度一側(cè)相對應(yīng)的短曝光時(shí)間段的成像以及 具有與低照度一側(cè)相對應(yīng)的長曝光時(shí)間段的成像，來擴(kuò)展動態(tài)范圍。 此外，如圖3所示，日本未審專利申請(JP-A) No. 2002-77737(下面稱為"專利文獻(xiàn)3")和Y. Muramatsu et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 38， No. 1， pp. 16-19 (下面稱為"非專利文獻(xiàn)2")公開了一種技術(shù)，用于通過在光電二極管PD和電 容器C之間設(shè)置晶體管開關(guān)T，在第一曝光時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通開關(guān)T以便 將光信號電荷存儲在光電二極管PD和電容器C中，并且在第二曝光時(shí) 間段內(nèi)截止開關(guān)T以便將光電荷存儲在光電二極管PD中在第一曝光時(shí) 間段中存儲的電荷之上，來擴(kuò)展動態(tài)范圍。此處，這些文獻(xiàn)在其中公 開了當(dāng)提供超出其飽和值的光照射時(shí)，通過復(fù)位晶體管R來釋放過 量的電荷。
此外，如圖4所示，日本未審專利申請公開(JP-A) No. 5-90556 (下面稱為"專利文獻(xiàn)4")公開了一種技術(shù)，用于通過使用大于傳 統(tǒng)電容器的電容器，作為光電二極管PD，來允許解決高照度成像問題。
此夕卜，如圖5所示，The Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 57, 2003 (下面稱為 "非專利文獻(xiàn)3")公開了一種技術(shù)，用于通過在通過組合M0S晶體 管而組成的對數(shù)轉(zhuǎn)換電路對數(shù)地轉(zhuǎn)換信號的同時(shí)，存儲和輸出來自光 電二極管PD的光電流信號，來擴(kuò)展動態(tài)范圍。
在上述專利文獻(xiàn)1、 2和3和非專利文獻(xiàn)2中提出的方法中，或 者在用于利用兩個(gè)或多個(gè)不同曝光時(shí)間段來成像的方法中，在彼此不 同的時(shí)間執(zhí)行低照度一側(cè)的成像和高照度一側(cè)的成像。這引起的問題 在于在所述至少兩個(gè)成像的成像時(shí)間之間出現(xiàn)時(shí)間間隔，從而損害了 運(yùn)動圖像的質(zhì)量。此外，在上述專利文獻(xiàn)4和3中提出的方法中，可以由例如與高 照度一側(cè)相對應(yīng)的成像來實(shí)現(xiàn)較寬的動態(tài)范圍，但是只要關(guān)注低照度 一側(cè)的成像，則不希望地會導(dǎo)致低靈敏度和低S/N比，從而損害圖像質(zhì)量。
如上所述，在例如CMOS圖像傳感器的圖像傳感器中，難以在保 持高靈敏度和高S/N比的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較寬的動態(tài)范圍。上述內(nèi)容不僅適用于像素按照二維矩陣列排列的圖像傳感器，而且適用于像素按照一 維陣列排列的線性傳感器以及沒有多個(gè)像素的光學(xué)傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種固體成像器件，能夠在保持高靈 敏度和高S/N比的同時(shí)擴(kuò)展動態(tài)范圍。
根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件，可以通過由接收光以及產(chǎn)生并存儲 光電荷的光電二極管在低照度成像中保持高靈敏度和高S/N比，以及 通過將通過溢出門溢出光電二極管的光電荷存儲在存儲電容器中來執(zhí) 行高照度成像，來實(shí)現(xiàn)較寬的動態(tài)范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)傳感器。所述光學(xué)傳感 器包括光電二極管，接收光并且產(chǎn)生光電荷；溢出門，與光電二極 管相耦合，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光電二極管的光電荷；以及 存儲電容器單元，在存儲操作期間存儲通過溢出門轉(zhuǎn)移的光電荷。
光學(xué)傳感器還包括與光電二極管和浮置區(qū)相耦合的轉(zhuǎn)移晶體管， 其中，轉(zhuǎn)移晶體管將光電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)。
溢出門可以由結(jié)型晶體管構(gòu)成。在這種情況下，優(yōu)選地形成結(jié)型 晶體管的柵極的半導(dǎo)體區(qū)域與形成光電二極管的表面區(qū)的半導(dǎo)體區(qū) 域、以及與形成光電二極管和溢出門的阱區(qū)相連。
可以在其中形成了溢出門的襯底的預(yù)定深度處形成溢出門。在這 種情況下，優(yōu)選地溢出門具有與溢出門的溝道相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 層，所述半導(dǎo)體層降低勢壘以便在溢出門中穿通。
存儲電容器單元可以包括用作下電極的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在其 中形成了光學(xué)傳感器的半導(dǎo)體襯底的表面層部分中；電容器絕緣膜， 形成在半導(dǎo)體區(qū)域上；以及上電極，形成在電容器絕緣膜上。存儲電容器單元可以包括下電極，形成在其中形成了光學(xué)傳感 器的襯底上；電容器絕緣膜，形成在下電極上；以及上電極，形成在電容器絕緣膜上。存儲電容器單元可以包括用作下電極的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在溝槽的內(nèi)壁中，所述溝槽形成在其中形成了光學(xué)傳感器的半導(dǎo)體襯底中； 電容器絕緣膜，形成在溝槽的內(nèi)壁上；以及上電極，形成在電容器絕 緣膜上并嵌入溝槽。提供了一種包括按照一維或二維矩陣排列的多個(gè)像素的固體成 像器件，其中每個(gè)像素具有上述光學(xué)傳感器。溢出門可以由MOS晶體管或結(jié)型晶體管構(gòu)成。還提供了另一種包括多個(gè)像素塊的固體成像器件。在該器件中， 所述多個(gè)像素塊的每一個(gè)包括多個(gè)像素和單個(gè)浮置區(qū)。所述多個(gè)像素 的每一個(gè)包括光電二極管，接收光并產(chǎn)生光電荷；溢出門，與光電 二極管相耦合，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光電二極管的光電荷； 存儲電容器單元，在存儲操作期間存儲通過溢出門轉(zhuǎn)移的光電荷；以 及轉(zhuǎn)移晶體管，與光電二極管和單個(gè)浮置區(qū)相耦合。轉(zhuǎn)移晶體管可以是埋入溝道晶體管，具有與轉(zhuǎn)移晶體管的溝道相 同導(dǎo)電類型的、從其中形成了轉(zhuǎn)移晶體管的襯底的表面或表面附近直 到預(yù)定深度所形成的半導(dǎo)體層。包括多個(gè)象素、每個(gè)象素具有上述光學(xué)傳感器的固體成像器件還 可以包括復(fù)位晶體管，與浮置區(qū)相耦合，用于釋放存儲電容器單元 和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間；放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或者浮置區(qū)和存儲電容器單元中 的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管，與放大晶體管相耦合，用于選 擇像素。固體成像器件還可以包括復(fù)位晶體管，與存儲電容器單元相耦 合，用于釋放存儲電容器單元和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置 在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間；放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或
者浮置區(qū)和存儲電容器單元中的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管， 與放大晶體管相耦合，用于選擇像素。包括多個(gè)象素、每個(gè)象素具有上述光學(xué)傳感器的固體成像器件還 可以包括噪聲抵消裝置，用于獲取兩個(gè)電壓信號之間的差值，兩個(gè) 電壓信號之一是從轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)或者轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)和存儲電容器單元 的光電荷所獲得的電壓信號；另一個(gè)電壓信號是浮置區(qū)或者浮置區(qū)和 存儲電容器單元的復(fù)位電平處的電壓信號。固體成像器件還可以包括存儲裝置，用于存儲浮置區(qū)和存儲電 容器單元中復(fù)位電平處的電壓信號。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了一種從包括光電二極管和存儲電 容器單元的光學(xué)傳感器輸出信號的方法。所述方法包括步驟在光電 二極管飽和之前，將光電二極管所產(chǎn)生的第一光電荷存儲到光電二極 管；在飽和之后，將光電二極管所產(chǎn)生的第二光電荷存儲到存儲電容 器單元；以及根據(jù)第一和第二光電荷，來輸出信號。溢出門可以由耦合在光電二極管和存儲電容器之間的MOS晶體管 構(gòu)成，MOS晶體管的柵電極接收確定存儲操作的信號。


圖1是與專利文獻(xiàn)1相對應(yīng)的等效電路圖； 圖2是與專利文獻(xiàn)2相對應(yīng)的等效電路圖； 圖3是與專利文獻(xiàn)3相對應(yīng)的等效電路圖; 圖4是與專利文獻(xiàn)4相對應(yīng)的等效電路圖； 圖5是與非專利文獻(xiàn)3相對應(yīng)的等效電路圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件中的像素的等效電 路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件中的像素的示意平 面圖；圖8A是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件中的像素的 光電二極管PD1、溢出門L04和存儲電容器CS5的區(qū)域的示意截面圖。 圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件中的像素的
光電二極管PD1、轉(zhuǎn)移晶體管T2、浮置區(qū)FD3、存儲晶體管S7和存儲 電容器CS5的區(qū)域的示意截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖；圖IO是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件的方框圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固體成像器件中的像素的等效電路圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固體成像器件中的像素的示意 平面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的等效 電路圖，該等效電路圖與第一實(shí)施例的等效電路圖相對應(yīng)；圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的示意 平面圖，該平面圖與第一實(shí)施例的平面圖相對應(yīng)；圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的等效 電路圖，該等效電路圖與第二實(shí)施例的等效電路圖相對應(yīng)；圖17是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的示意 平面圖，該平面圖與第二實(shí)施例的平面圖相對應(yīng)；圖18是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的固體成像器件中的兩個(gè)像素的 等效電路圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的固體成像器件中的兩個(gè)像素的 示意平面圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖； 圖25是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的固體成像器件中的四個(gè)像素的 等效電路圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的固體成像器件中的四個(gè)像素的 示意平面圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖； 圖28是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖29是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖30是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖31是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖32是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖33是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖34是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖35是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖36是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖37是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖38是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖39是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖；圖40是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面
圖；以及圖41是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固體成像器件中的像素的截面圖。
具體實(shí)施方式
下面，參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固體成像器件。在全 部附圖中，相同的參考符號表示相同或等效的部分。第一實(shí)施例圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固體成像器件中的像素的等 效電路，并且圖7是其示意平面圖。每個(gè)像素包括光電二極管PD1，接收光，并且產(chǎn)生并存儲光電荷；轉(zhuǎn)移晶體管T2，設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且轉(zhuǎn)移光電荷; 浮置區(qū)(浮置區(qū))FD3，經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管T2與光電二極管PD1相連； 溢出門L04,設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn) 移溢出光電二極管PD1的光電荷；存儲電容器CS5，在存儲操作期間 存儲通過溢出門L04溢出光電二極管PD1的光電荷；復(fù)位晶體管R6， 與浮置區(qū)FD3相連，用于釋放存儲電容器CS5和浮置區(qū)FD3中的信號 電荷；存儲晶體管S7，設(shè)置在浮置區(qū)FD3和存儲電容器CS5之間；放 大晶體管SF8，用于讀取浮置區(qū)FD3中或者浮置區(qū)FD3和存儲電容器 CS5中的信號電荷，作為電壓；以及選擇晶體管X9，與放大晶體管SF8 相連，用于選擇像素或像素塊。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，按照二維或一維陣列來存儲 多個(gè)像素，所述多個(gè)像素的每一個(gè)具有上述設(shè)置。在每個(gè)像素中，驅(qū) 動線f。10、 fll、 <|)S12以及(^13分別與溢出門L04、轉(zhuǎn)移晶體管T2、 存儲晶體管S7以及復(fù)位晶體管R6的柵電極相連。此外，由行移位寄 存器驅(qū)動的像素選擇線(lh 14與選擇晶體管X9的柵電極相連。此外， 輸出線0UT15與選擇晶體管X9的輸出側(cè)源極相連，并且由列移位寄存 器控制，用以產(chǎn)生輸出。根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件的構(gòu)成不受限制，只要可以使浮置區(qū)FD3的電壓固定在適當(dāng)?shù)闹?，以便能夠?zhí)行像素的選擇操作或未選擇 操作。因此，也可以省略選擇晶體管X9和驅(qū)動線(h14。圖8A是表示根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中的像素的光電二極 管PD1、溢出門L04和存儲電容器CS5的區(qū)域的示意截面圖，圖8B是 表示像素中的光電二極管PD1、轉(zhuǎn)移晶體管T2、浮置區(qū)FD3、存儲晶 體管S7和存儲電容器CS5的區(qū)域的示意截面圖。例如，在n型硅半導(dǎo)體襯底(n-sub) 20上，形成p型阱(piell) 21，并且通過LOCOS方法等形成單元分離絕緣膜22、 23、 24和25， 用于分離各個(gè)像素，并且形成存儲電容器CS。此外，在用于分離像素 的單元分離絕緣膜下的P型阱21中形成p+型分離區(qū)域26、 27、 28和 29。在p型阱21中形成n型半導(dǎo)體區(qū)域30，并且在其表面層上，形 成P+型半導(dǎo)體區(qū)域31。通該pn結(jié)，構(gòu)成了電荷轉(zhuǎn)移嵌入式光電二極 管PD。當(dāng)光LT進(jìn)入通過對pn結(jié)施加適當(dāng)偏置而產(chǎn)生的耗盡層時(shí)，通 過光電效應(yīng)產(chǎn)生光電荷。在n型半導(dǎo)體區(qū)域30的端部，存在形成用于離開p+型半導(dǎo)體區(qū) 域31的區(qū)域，并且在距離該區(qū)域預(yù)定距離處，在p型阱21的表面層 中形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域32。此外，在n型半導(dǎo)體區(qū)域30的端部，存在形成用于離開p+型半 導(dǎo)體區(qū)域31的另一個(gè)區(qū)域,并且在距離所述另一個(gè)區(qū)域預(yù)定距離處的 位置，在p型阱21的表面層中形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域33，用作浮置區(qū) FD。此外，在距離所述另一個(gè)區(qū)域預(yù)定距離處，形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域 34。此處，在與n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域32相關(guān)聯(lián)的區(qū) 域中，經(jīng)過由氧化硅構(gòu)成的柵極絕緣膜35，在p型阱21的上表面上 形成由多晶硅等組成的柵電極36，并且在p型阱的表面層中設(shè)置具有 溝道形成區(qū)域的溢出門LO，其中n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū) 域32作為源極/漏極。此外，在與n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域33相關(guān)聯(lián)的區(qū) 域中，經(jīng)過由氧化硅等構(gòu)成的柵極絕緣膜37，在p型阱21的上表面 上形成由多晶硅等組成的柵電極38，并且在p型阱的表面層中設(shè)置具
有溝道形成區(qū)域的轉(zhuǎn)移晶體管T，其中n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo) 體區(qū)域33作為源極/漏極。此外，在與n+型半導(dǎo)體區(qū)域33和n+型半導(dǎo)體區(qū)域34相關(guān)聯(lián)的 區(qū)域中，經(jīng)過由氧化硅等構(gòu)成的柵極絕緣膜39，在p型阱21的上表 面上形成由多晶硅等組成的柵電極40，并且在p型阱的表面層中設(shè)置 具有溝道形成區(qū)域的存儲晶體管S，其中n+型半導(dǎo)體區(qū)域33和n+型 半導(dǎo)體區(qū)域34作為源極/漏極。此外，在由單元分離絕緣膜22和23分離的區(qū)域中，在p型阱的 表面層中形成P+型半導(dǎo)體區(qū)域41，用作下電極，并且在該層的上面， 經(jīng)過由氧化硅等構(gòu)成的電容器絕緣膜42，形成由多晶硅等組成的上電 極43。這些構(gòu)成了存儲電容器CS。形成由氧化硅等構(gòu)成的絕緣膜44，以便覆蓋溢出門LO、轉(zhuǎn)移晶 體管T、存儲晶體管S和存儲電容器CS。設(shè)置開口部分，該開口部分 從n+型半導(dǎo)體區(qū)域32和n+型半導(dǎo)體區(qū)域33通過n+型半導(dǎo)體區(qū)域34 直到上電極43。此外，設(shè)置使n+型半導(dǎo)體區(qū)域32與上電極43相連的 布線45以及與n+型半導(dǎo)體區(qū)域33相連的布線46。驅(qū)動線^與轉(zhuǎn)移晶體管T的柵電極38相連，并且驅(qū)動線(l)s與存儲 晶體管S的柵電極40相連。驅(qū)動線f。與溢出門LO的柵電極36相連。驅(qū)動線(K?？梢员皇┘域?qū) 動脈沖信號，或者可選地就像在P型阱21的情況下一樣，與零電勢相 連。溢出門L0的閾值電壓被設(shè)置為低于轉(zhuǎn)移晶體管T的閾值電壓，因 此有效地使超出光電二極管PD的飽和值的過量電荷通過溢出門LO有 效地流入存儲電容器CS。當(dāng)使溢出門LO和專用晶體管T的閾值電壓 相同時(shí)，將電勢設(shè)置為高于零電勢的值可以使超出光電二極管PD的飽 和值的過量電荷通過溢出門LO有效地流入存儲電容器CS。關(guān)于其它構(gòu)成單元，即復(fù)位晶體管R、浮放大晶體管SF、選擇晶 體管X、驅(qū)動線f和()h以及輸出線OUT，在圖8A和8B所示的半導(dǎo)體襯 底20上的未示出區(qū)域上構(gòu)成這些單元，使得布線46與放大晶體管SF (未示出)相連，因此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)為圖6中等效電路圖所示的結(jié)構(gòu)。
和存儲電容器CS分別構(gòu)成具有相對較深電勢的電容器Gd和Ccs。此處，描述根據(jù)圖6、 7、 8A和8B所示的實(shí)施例的固體成像器件 的操作方法。圖9是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖。首先，在曝光存儲(exposure storage)之前，將存儲晶體管S 設(shè)置為導(dǎo)通，并且將轉(zhuǎn)移晶體管T和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截止。此時(shí)， 光電二極管PD處于完全耗盡狀態(tài)。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以 復(fù)位浮置區(qū)FD和存儲電容器CS (時(shí)間t,)。然后，在截止復(fù)位晶體 管R之后立即捕獲的(FD+CS)的復(fù)位噪聲被讀取為噪聲信號N2 (時(shí) 間t》。此處，噪聲信號N2包括放大晶體管SF的閎值電壓中的變化， 作為固定圖樣噪聲分量。在存儲周期期間(時(shí)間t3)，在截止存儲晶 體管S、轉(zhuǎn)移晶體管T、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X的狀態(tài)中，由光 電二極管PD存儲飽和前的光電荷，并且超過飽和的過量光電荷經(jīng)過溢 出門LO被存儲在存儲電容器CS中。該操作使得有效地利用溢出光電 二極管PD的電荷，而不丟棄這些電荷。按照這種方式，在飽和之前和 之后的時(shí)間段中，在相同的存儲時(shí)間段內(nèi)，對于每個(gè)像素，由相同的 光電二極管PD通過接收光來執(zhí)行存儲操作。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間t4)，導(dǎo)通選擇晶體管X。然后，導(dǎo)通復(fù) 位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD (時(shí)間t5)，并且在復(fù)位之后立即捕 獲的FD的復(fù)位噪聲被讀取為噪聲信號N1 (時(shí)間t6)。此處，噪聲信 號Nl包括放大晶體管SF的閾值電壓的變化，作為固定圖樣噪聲分量。接下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管T，用以將存儲在光電二極管PD中的光 信號完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD (時(shí)間t7)，并且信號被讀取為(S1+N1)。 然后，還導(dǎo)通存儲晶體管S，用以將存儲在光電二極管PD中的光電荷 完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CS (時(shí)間t8)。存儲在光電二極 管PD、浮置區(qū)FD和存儲電容器CS中的電荷被混合，并且信號被讀取 為(S1+S2+N1)。圖10是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的方框圖。在二維排列的 像素陣列的外圍100-103，設(shè)置了行移位寄存器(VSR) 104、列移位 寄存器(HSR) 105、信號/噪聲保存部分106和輸出電路107。此處， 為了簡化，示出了 (2像素X2像素)的像素陣列示例，但是像素的數(shù)
目不局限于此。從每個(gè)像素逐點(diǎn)讀出的信號是噪聲信號Nl以及(飽和之前的、 在FD中經(jīng)過電荷/電壓轉(zhuǎn)換的光信號)+ (噪聲信號)(即(S1+N1)); 噪聲信號N2以及(飽和之前和之后的在FD和CS中經(jīng)過電荷/電壓轉(zhuǎn) 換的求和光信號)+ (噪聲信號)(即(Sl+S2+N2))。通過減法電路， 執(zhí)行關(guān)于飽和之前的信號的噪聲去除操作[(S1+N1) -Nl]。這去除 了隨機(jī)噪聲分量和固定圖樣噪聲分量。另一方面，在開始存儲之后立 即讀取過飽和側(cè)的噪聲N2，當(dāng)要去除隨機(jī)噪聲分量和固定圖樣噪聲分 量時(shí)，立即將噪聲N2存儲在幀存儲器中，其后，由減法電路執(zhí)行噪聲 去除操作[(S1+N1) -Nl]。因此，可以獲得清除了噪聲的飽和前信 號Sl和過飽和側(cè)信號(Sl+S2)?？梢栽趫D像傳感器芯片上形成減法電 路和幀存儲器，或者將其形成為獨(dú)立芯片。假設(shè)浮置區(qū)FD和存儲電容器CS的電容分別是Cfd和Ccs，則可以 由(Cm + Ccs)/CFD大致地表示動態(tài)范圍的放大比。然而，實(shí)際上，與復(fù) 位浮置區(qū)FD的情況相比，在復(fù)位(FD+CS)的情況下，復(fù)位晶體管R 處的時(shí)鐘饋通具有較小影響，并且過飽和側(cè)信號S2的飽和電壓變得高 于飽和前信號S1的電壓，因此動態(tài)范圍以大于上述比值的放大比被放 大。為了在保持光電二極管的高數(shù)值孔徑的同時(shí)有效地?cái)U(kuò)展動態(tài)范圍 而不增加像素尺寸，希望可以形成具有高面積效率的大存儲電容。可以通過選擇清除了噪聲的飽和前信號Sl和過飽和信號(S1+S2) 之一，實(shí)現(xiàn)較寬的動態(tài)范圍信號的合成?？梢栽趯㈩A(yù)設(shè)的S1/(S1 + S2) 切換參考電壓和Sl的信號輸出電壓相比較之后，選擇信號Sl和 (Sl+S2)之一，來實(shí)現(xiàn)S1和(Sl+S2)之間的選擇。推薦將切換參考 電壓設(shè)置為小于Sl飽和電壓，以避免切換參考電壓受飽和前信號Sl 的飽和電壓中的變化的影響，并且同時(shí)，在切換點(diǎn)將其設(shè)置為高電壓， 以便保持過飽和側(cè)信號(Sl+S2)的高S/N比。此處，將過飽和側(cè)信號 (Sl+S2)的增益乘以比值(G。 + Ccs)/Ud，使得該增益與飽和前信號 Sl的增益一致。因此，通過選擇性地組合從低照度直到高照度都是線 性的信號，可以獲得具有放大的動態(tài)范圍的圖像信號。從上述操作中顯而易見，在該固體成像器件中，因?yàn)轱柡颓靶盘?br> 電荷和過飽和側(cè)信號電荷被混合到過飽和側(cè)信號(Sl+S2)，所以信號(Sl+S2)至少包括飽和前信號Sl在PD飽和附近的信號電荷。這增強(qiáng) 了對于諸如復(fù)位噪聲和過飽和側(cè)的弱暗電流之類的噪聲分量的容限。 利用過飽和側(cè)(Sl+S2)信號的增強(qiáng)噪聲容限，通過在復(fù)位浮置區(qū)FD 和存儲電容器CS之后在隨后的場(例如N2')中立即讀取電勢，并且 獲取關(guān)于前一場(即(Sl+S2+N2) -N2')中的(Sl+S2+N2)的差值， 用以去除固定圖樣噪聲分量，即使在飽和前信號和過飽和信號之間的 選擇切換點(diǎn)附近，也可以確保足夠的S/N比。飽和前信號(S1+N1)和噪聲信號N1的讀取操作包括去除浮置區(qū)(FD)復(fù)位噪聲，并且執(zhí)行源輸出放大器的閾值電壓的變化的校正， 因此，在低照度區(qū)域中，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高S/N比(低噪聲)性 質(zhì)，而不會出現(xiàn)殘留影像(afterimage)。在過飽和側(cè)的操作中，在相 同的存儲時(shí)間段內(nèi)經(jīng)過溢出門LO將溢出光電二極管PD的存儲電荷存 儲在存儲電容器CS之后，執(zhí)行低照度側(cè)的信號讀取。在結(jié)束讀取之后， 在時(shí)間U處，將殘留在浮置區(qū)FD中的飽和前信號電荷與過飽和信號 電荷混合，并且讀取混合的電荷。此外，在該時(shí)間t8處，當(dāng)導(dǎo)通存儲 晶體管S時(shí)，浮置區(qū)FD與具有大電容的存儲電容器CS相連，并且(FD+CS)的電勢向正方向改變。因此，高效地將光電二極管PD的光 電荷完全轉(zhuǎn)移到(FD+CS)，即使光電二極管PD處于飽和狀態(tài)，所以即 使在PD飽和附近也不會出現(xiàn)殘留影像。此外，即使在存儲電容器CS變?yōu)轱柡蜁r(shí)，可以通過調(diào)節(jié)復(fù)位晶 體管R和存儲晶體管S的閾值電壓，來有效地將過量電荷釋放到電源 VDD。因此，即使在使用p型硅半導(dǎo)體襯底時(shí)，也可以抑制模糊現(xiàn)象(blooming)。此處，可以將復(fù)位晶體管R和存儲晶體管S的低側(cè)電勢設(shè)置為比零電勢高的值。按照這種方式，在光電二極管未飽和的低照度成像中，可以由通 過抵消噪聲而獲得的飽和前電荷信號(Sl)來保持高靈敏度和高S/N 比。此外，在光電二極管PD飽和的高照度成像中，通過將溢出光電二 極管PD的光電荷存儲在存儲電容器CS中，來捕獲這些光電荷，并且 可以保持高S/N比，從而在高照度側(cè)上由通過類似地抵消噪聲而獲得 的信號(即飽和前電荷信號和過飽和信號之和(Sl+S2))實(shí)現(xiàn)較寬的 動態(tài)范圍。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件增加了高照度側(cè)的靈敏 度，而不降低低照度側(cè)的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了較寬范圍，此外，該器 件不使用超出通常使用范圍的電源電壓。這使得該固體成像器件解決 了將來圖像傳感器的小型化的問題。此外，因?yàn)槭箚卧奶砑訙p小到 最小，所以不會導(dǎo)致增加的像素尺寸。此外，與實(shí)現(xiàn)較寬動態(tài)范圍的傳統(tǒng)圖像傳感器不同，本實(shí)施例在 相同的存儲時(shí)間段內(nèi)存儲光電荷，而不在高照度側(cè)和低照度側(cè)之間劃 分存儲時(shí)間段，即沒有分解幀(straddling frames)。這避免了即使 在運(yùn)動圖像的成像中的圖像質(zhì)量的劣化。此外，關(guān)于從浮置區(qū)FD中泄漏的泄漏電流，在根據(jù)本實(shí)施例的 圖像傳感器中，(Sl+S2〉的最小信號變?yōu)楣怆姸O管PD的飽和電荷， 因此圖像傳感器可以處理大于浮置區(qū)FD的泄漏電流的電荷量的電荷 量。這提供了使圖像傳感器不受FD泄漏的影響的優(yōu)點(diǎn)。第二實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是修改了根據(jù)第一實(shí)施例的固體 成像器件中的像素的電路配置的器件。圖11是本實(shí)施例中的一個(gè)像素 的等效電路圖，并且圖12是其示意平面圖。每一個(gè)像素包括光電二極管PD，接收光，以及產(chǎn)生并存儲光電 荷；轉(zhuǎn)移晶體管T2，設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且轉(zhuǎn)移光電荷； 浮置區(qū)FD3，經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管T2與光電二極管PD1相連；溢出門L04， 設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光電二 極管PD1的光電荷；存儲電容器CS5，在存儲操作期間存儲通過溢出 門L04溢出光電二極管PD1的光電荷；復(fù)位晶體管R6，與存儲電容器 CS5相連，用于釋放存儲電容器CS5和浮置區(qū)FD3中的信號電荷；存 儲晶體管S7，設(shè)置在浮置區(qū)FD3和存儲電容器CS5之間；放大晶體管 SF8，用于讀取浮置區(qū)FD3的信號電荷，或者讀取浮置區(qū)FD3和存儲電 容器CS5的信號電荷，作為電壓；以及選擇晶體管X9，與放大晶體管19 SF8相連，用于選擇像素或像素塊。與上述第一實(shí)施例的情況相同，在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件 中，按照二維或一維陣列存儲多個(gè)像素，每個(gè)像素具有上述設(shè)置。在 每個(gè)像素中，驅(qū)動線(j)u)10、 fll、 (j)sl2以及fl3分別與溢出門L04、 轉(zhuǎn)移晶體管T2、存儲晶體管S7以及復(fù)位晶體管R6相連。此外，由行 移位寄存器驅(qū)動的像素選擇線f 14與選擇晶體管X9的柵電極相連。 此外，輸出線0UT15與選擇晶體管X9的輸出側(cè)源極相連，并且由列移 位寄存器控制，用以產(chǎn)生輸出。與上述第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的 構(gòu)成不受限制，只要可以使浮置區(qū)FD3的電壓固定在適當(dāng)?shù)闹?，以?能夠執(zhí)行像素的選擇操作或未選擇操作。因此，也可以省略選擇晶體 管X9和驅(qū)動線(jh14。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，表示像素中光電二極管PD1、 溢出門L04和存儲電容器CS5的區(qū)域的示意截面圖與第一實(shí)施例中圖 8A所示的相同，因此，為了避免重復(fù)，省略對該圖的描繪。此外，表 示像素中光電二極管PD1、轉(zhuǎn)移晶體管T2、浮置區(qū)FD3、存儲晶體管 S7和存儲電容器CS5的區(qū)域的該固體成像器件的示意截面圖與圖8B 所示的相同，因此也省略對該圖的描繪。此處，描述根據(jù)圖11和12所示的本實(shí)施例的固體成像器件的操 作方法。圖13是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖。首先，在存儲之前，將存儲晶體管S設(shè)置為導(dǎo)通，并且將轉(zhuǎn)移晶 體管T和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截止。此時(shí)，光電二極管PD處于完全耗 盡狀態(tài)。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD和存儲電容器 CS (時(shí)間t,')。然后，在截止復(fù)位晶體管R之后立即捕獲的(浮置區(qū) FD+存儲電容器CS)的復(fù)位噪聲被讀取為噪聲信號N2 (時(shí)間t2')。此 處，噪聲信號N2包括放大晶體管SF的閾值電壓中的變化，作為固定 圖樣噪聲分量。在存儲時(shí)間段期間(時(shí)間t3')，在截止存儲晶體管S、 轉(zhuǎn)移晶體管T、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X的狀態(tài)中，由光電二極 管PD存儲飽和之前的光電荷，并且將超過飽和的過量光電荷經(jīng)過溢出
門LO存儲在存儲電容器CS中。該操作使得可以有效地使用溢出光電 二極管PD的電荷，而不丟棄這些電荷。按照這種方式，在飽和之前和 之后的時(shí)間段中，在相同的存儲時(shí)間段內(nèi)，對于每個(gè)像素，由相同的 光電二極管PD通過接收光來執(zhí)行存儲操作。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間W)，導(dǎo)通選擇晶體管X，然后讀取存儲 在光電二極管PD中的噪聲信號。此處，噪聲信號N1包括放大晶體管 SF的閾值電壓中的變化，作為固定圖樣噪聲分量。接下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移 晶體管T，以便將存儲在光電二極管PD中的光信號完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū) FD (時(shí)間t5')，并且信號被讀取為(S1+N1)。然后，還導(dǎo)通存儲晶體 管S(時(shí)間t6')，并且將存儲在光電二極管PD中的信號電荷完全轉(zhuǎn) 移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CS。此處，存儲在光電二極管PD、浮置 區(qū)FD和存儲電容器CS中的電荷被混合，并且信號被讀取為 (Sl+S2+N2)。在第一實(shí)施例中，在浮置區(qū)FD的復(fù)位操作期間，在時(shí)間"處丟 棄了存儲在浮置區(qū)FD和存儲電容器CS中的噪聲信號N2的一部分。此 時(shí)丟棄的信號量是存儲在浮置區(qū)FD和存儲電容器CS中的噪聲信號的 CFD/(CFD + CJ倍。相反地，在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，不 可能丟棄部分噪聲信號。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的方框圖與第一實(shí)施例中圖10所 示的相同，因此為了避免重復(fù)，省略對該圖的描繪。本實(shí)施例中從像 素中逐點(diǎn)讀取的信號、動態(tài)范圍的放大比以及較寬動態(tài)范圍信號的合 成與第一實(shí)施例中所述的相同。與第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件增加了 高照度側(cè)的靈敏度，而不降低低照度側(cè)的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了較寬的 范圍，此外，該器件不使用超出通常使用范圍的電源電壓。這使得該 固體成像器件可以解決將來圖像傳感器的小型化的問題。此外，因?yàn)?使單元的添加減小到最小，所以不會導(dǎo)致像素尺寸增加。此外，與實(shí)現(xiàn)較寬動態(tài)范圍的傳統(tǒng)圖像傳感器不同，本實(shí)施例在 相同的存儲時(shí)間段內(nèi)存儲光電荷，而不在高照度側(cè)和低照度側(cè)之間劃 分存儲時(shí)間段，即沒有分解幀。這避免了即使在運(yùn)動圖像的成像中的
圖像質(zhì)量的劣化。此外，關(guān)于從浮置區(qū)FD中泄漏的泄漏電流，在根據(jù)本實(shí)施例的 圖像傳感器中，由浮置區(qū)FD和存儲電容器CS的電容所讀取的最小信 號(即(CFD + Ccs))變?yōu)?過飽和電荷)+ (來自光電二極管PD的飽 和電荷)，因此圖像傳感器可以處理大于浮置區(qū)FD的泄漏電流的電荷 量的電荷量。這提供了使圖像傳感器不受FD泄漏的影響的優(yōu)點(diǎn)。第三實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是修改了根據(jù)本發(fā)明第一和第二 實(shí)施例的固體成像器件中的像素的電路配置的器件。圖14和15分別 是本實(shí)施例中的像素的等效電路圖和示意平面圖，這兩個(gè)圖與第一實(shí) 施例的相應(yīng)圖相對應(yīng)。此外，圖16和17分別是本實(shí)施例中的像素的 等效電路圖和示意平面圖，這兩個(gè)圖與第二實(shí)施例的相應(yīng)圖相對應(yīng)。每一個(gè)像素包括光電二極管PD，接收光，以及產(chǎn)生并存儲光電 荷；轉(zhuǎn)移晶體管T2，設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且轉(zhuǎn)移光電荷； 浮置區(qū)FD3，經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管T2與光電二極管PD1相連；溢出門L04'， 設(shè)置在靠近光電二極管PD1處，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光電二 極管PD1的光電荷；存儲電容器CS5，在存儲操作期間存儲通過溢出 門L04'溢出光電二極管PD1的光電荷；復(fù)位晶體管R6，與存儲電容器 CS5相連，用于釋放浮置區(qū)FD3 (圖14)中或者存儲電容器CS5 (圖 16)中的信號電荷；存儲晶體管S7，設(shè)置在浮置區(qū)FD3和存儲電容器 CS5之間；放大晶體管SF8，用于讀取浮置區(qū)FD3的信號電荷，或者讀 取浮置區(qū)FD3和存儲電容器CS5的信號電荷，作為電壓；以及選擇晶 體管X9，與放大晶體管SF8相連，用于選擇像素或像素塊。與上述第一和第二實(shí)施例的情況相同，在根據(jù)本實(shí)施例的固體成 像器件中，按照二維或一維陣列存儲多個(gè)像素，每個(gè)像素具有上述設(shè) 置。在每個(gè)像素中，驅(qū)動線(jhll、 ()hl2以及如13分別與轉(zhuǎn)移晶體管 T2、存儲晶體管S7以及復(fù)位晶體管R6相連。此外，由行移位寄存器 驅(qū)動的像素選擇線(jh 14與選擇晶體管X9的柵電極相連。此外，輸出 線0UT15與選擇晶體管X9的輸出側(cè)源極相連，并且由列移位寄存器控
制，用以產(chǎn)生輸出。與上述第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的構(gòu)成不受限制，只要可以使浮置區(qū)FD3的電壓固定在適當(dāng)?shù)闹?，以便能夠?zhí)行像素的選擇操作或未選擇操作。因此，也可以省略選擇晶體 管X9和驅(qū)動線phix14。圖18是根據(jù)第三實(shí)施例的固體成像器件中的像素的光電二極管 PD1、溢出門L04以及存儲電容器CS5的示意截面圖。此處，在與n 型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域32相關(guān)聯(lián)的區(qū)域中，在p型阱21 的上表面上形成p+半導(dǎo)體區(qū)域50，并且構(gòu)成結(jié)型晶體管類型的溢出門 L0，其中n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域32作為源極/漏極， 并且p+半導(dǎo)體區(qū)域50作為柵極。其它結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例中的結(jié) 構(gòu)相同。因此，p+半導(dǎo)體區(qū)域50與p+半導(dǎo)體區(qū)域31和p型阱21電 連接。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的操作方法與第一和第二實(shí)施例 中的相同。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的方框圖與第一實(shí)施例中圖 IO所示的相同，因此為了避免重復(fù)，省略對該圖的描繪。本實(shí)施例中 從每個(gè)像素中逐點(diǎn)讀取的信號、動態(tài)范圍的放大比以及較寬動態(tài)范圍 信號的合成與第一實(shí)施例中所述的相同。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件發(fā)揮出與第一和第二實(shí)施例中的 固體成像器件相同的作用，此外，因?yàn)镻+半導(dǎo)體區(qū)域50與p+半導(dǎo)體 區(qū)域31和p型阱21電連接，所以與第一和第二實(shí)施例相比，根據(jù)本 實(shí)施例的固體成像器件可以減少驅(qū)動信號的布線的數(shù)目，并且可以實(shí) 現(xiàn)高密度的像素。第四實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是與上述第三實(shí)施例相比，被配置 為能夠在電荷存儲期間更平滑地移動溢出光電二極管的電荷的器件。圖19是固體成像器件的示例的截面圖，其中，溢出門LO是埋入 溝道晶體管，具有與轉(zhuǎn)移晶體管的溝道相同導(dǎo)電類型的、從構(gòu)成轉(zhuǎn)移 晶體管的襯底的表面或表面附近直到預(yù)定深度所形成的半導(dǎo)體層。圖
19表示光電二極管PD、溢出門LO和存儲電容器CS的區(qū)域。此處，從溢出門L0的p+半導(dǎo)體區(qū)域之下的襯底的表面或表面附 近直到預(yù)定深度，形成n型半導(dǎo)體區(qū)域51，以便重疊n型半導(dǎo)體區(qū)域 30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域32。 N型半導(dǎo)體區(qū)域51是比n型半導(dǎo)體區(qū)域30 和n+型半導(dǎo)體區(qū)域32的有效摻雜濃度低的n型區(qū)域。上述結(jié)構(gòu)降低了光電二極管PD和存儲電容器CS之間的勢壘。這 使得可以在電荷存儲期間平滑地將溢出光電二極管PD的電荷移動到 存儲電容器CS。圖20和21中所示的固體成像器件被配置具有在襯底的預(yù)定深度 處、與溢出門LO的柵極之下部分并行地形成的半導(dǎo)體層，并且降低勢 壘以在光電二極管PD和存儲電容器CS之間穿通。圖20是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的示例的截面圖，表示光 電二極管PD、溢出門LO和存儲電容器CS的區(qū)域。此處，在溢出門L0 的柵電極50之下預(yù)定深度處的區(qū)域中，形成n型半導(dǎo)體區(qū)域52，以 便與n型半導(dǎo)體區(qū)域30相連。上述結(jié)構(gòu)降低了勢壘以便在溢出門LO中穿通。沿從n型半導(dǎo)體 區(qū)域52至n+型半導(dǎo)體區(qū)域32的斜方向的穿通路徑構(gòu)成了從光電二極 管PD至存儲電容器CS的溢出路徑,從而使溢出光電二極管PD的電荷 穿通，從而在電荷存儲器件平滑地將電荷移動到存儲電容器CS。圖21是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的示例的截面圖。與圖20 所示的固體成像器件的情況相同，在溢出門LO的柵電極50之下預(yù)定 深度處的區(qū)域中，形成n型半導(dǎo)體區(qū)域53，以便與n型半導(dǎo)體區(qū)域30 相連。在本實(shí)施例中，n型半導(dǎo)體區(qū)域53進(jìn)一步延伸到n+型半導(dǎo)體區(qū) 域32之下。上述結(jié)構(gòu)降低了勢壘，以便在溢出門LO中穿通。沿從n型半導(dǎo) 體區(qū)域53至n+型半導(dǎo)體區(qū)域32的基本垂直方向的穿通路徑構(gòu)成了從 光電二極管PD至存儲電容器CS的溢出路徑，從而使得溢出光電二極 管PD的電荷穿通，從而在電荷存儲期間平滑地將電荷移動到存儲電容器CS。
第五實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是修改了根據(jù)第一實(shí)施例的固體成像器件的電路配置的器件。圖22是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中 的兩個(gè)像素的等效電路圖，并且圖23是其示意平面圖。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是具有由兩個(gè)像素"a"和"b"組 成的像素塊作為基本單元的器件，每個(gè)像素塊包括兩個(gè)二極管和兩個(gè) 存儲電容器。每個(gè)像素塊包括光電二極管PDal和PDbl'，接收光， 以及產(chǎn)生并存儲光電荷；轉(zhuǎn)移晶體管Ta2和Tb2'，分別被設(shè)置在靠近 光電二極管PDal和PDbl'處，并且轉(zhuǎn)移光電荷； 一個(gè)浮置區(qū)FD3，分 別經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管Ta2和Tb2'與光電二極管PDal和PDbl'相連；溢出 門L0a4和L0b4'，分別被設(shè)置在靠近光電二極管PDal和PDbl'處，用 于在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出各個(gè)光電二極管PDal和PDbl'的光電荷； 存儲電容器CSa5和CSb5'，在存儲操作期間分別存儲通過各個(gè)溢出門 L0a4和L0b4'溢出光電二極管PDal和PDbl'的光電荷；復(fù)位晶體管R6， 與存儲電容器CSa5和CSb5'的每一個(gè)都相連，用于釋放存儲電容器 CSa5和CSb5'以及浮置區(qū)FD3中的信號電荷；存儲晶體管Sa7和Sb7'， 設(shè)置在浮置區(qū)FD3和存儲電容器CSa5和CSb5'之間；放大晶體管SF8， 用于讀取浮置區(qū)FD3的信號電荷，或者讀取浮置區(qū)FD3以及存儲電容 器CSa5和CSb5'的每個(gè)信號電荷，作為電壓；以及選擇晶體管X9，與 放大晶體管SF8相連，用于選擇像素或像素塊。按照這種方式，像素塊作為基本單元被配置為包括兩個(gè)光電二極管、兩個(gè)存儲電容器、浮 置區(qū)FD、放大晶體管SF、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，按照二維或一維陣列來存儲 具有上述設(shè)置的多個(gè)像素。在每個(gè)像素塊中，驅(qū)動線(K吣f。b、 (k、 "、(|)Sa、 (jhb和())R分別與溢出門L0a4和L0b4'、轉(zhuǎn)移晶體管Ta2和Tb2'、 存儲晶體管Sa7和Sb7'以及復(fù)位電容器R6相連。此外，由行移位寄存 器驅(qū)動的像素選擇線(lh與選擇晶體管X9的柵電極相連。此外，輸出線 OUT 15與選擇晶體管X9的輸出側(cè)源極相連，并且由列移位寄存器控 制，用以產(chǎn)生輸出。與上述第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的
構(gòu)成不受限制，只要可以使浮置區(qū)FD3的電壓固定在適當(dāng)值，以便能 夠執(zhí)行像素的選擇操作或未選擇操作。因此，可以省略選擇晶體管X9 和驅(qū)動線f。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，表示像素塊的像素"a"和 "b"中的光電二極管PDal和PDbl'、溢出門L0a4和L0b4'以及存儲電 容器CSa5和CSb5'的區(qū)域的示意截面圖與第一實(shí)施例中的圖8A所示的類似，因此為了避免重復(fù)，省略對該圖的描繪。此外，表示像素中的 光電二極管PDal和PDbl'、轉(zhuǎn)移晶體管Ta2和Tb2'、浮置區(qū)FD3、存 儲晶體管Sa7和Sb7'以及存儲電容器CSa5和CSb5'的區(qū)域的該固體成 像器件的示意截面圖與第一實(shí)施例的圖8B所示的類似，因此也省略對 其的描繪。此處，描述根據(jù)圖22和23所示的本實(shí)施例的固體成像器件的操 作方法。圖24是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖。在每個(gè) 像素塊中，當(dāng)要讀取像素"a"和"b"時(shí)，通過使用相同的浮置區(qū)FD、 放大晶體管SF、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X，來執(zhí)行讀取。首先，在曝光存儲之前，將像素"a"的存儲晶體管Sa設(shè)置為導(dǎo) 通，并且將轉(zhuǎn)移晶體管Ta和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截止。此時(shí)，像素"a" 的光電二極管PD處于完全耗盡狀態(tài)。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用 以復(fù)位像素"a"的浮置區(qū)FD和存儲電容器CSa (時(shí)間t》。然后， 讀取截止復(fù)位晶體管R之后立即捕獲的(FD+CSa)的復(fù)位噪聲，作為 噪聲信號N2 (時(shí)間t2)。此處，噪聲信號N2包括放大晶體管SF的 閾值電壓的變化，作為固定圖樣噪聲分量。在存儲時(shí)間段期間(時(shí)間 t3)，由光電二極管PDa存儲飽和之前的光電荷，并且經(jīng)過溢出門LOa 將超過飽和時(shí)的過量光電荷存儲在存儲電容器CSa中。該操作使得可 以有效地使用溢出光電二極管PD的電荷，而不丟棄這些電荷。按照這 種方式，在飽和之前和之后的時(shí)間段內(nèi)，在相同的存儲時(shí)間段內(nèi)，對 于每個(gè)像素，由相同的光電二極管PD通過接收光來執(zhí)行存儲操作。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間t4)，導(dǎo)通選擇晶體管X。然后，導(dǎo)通復(fù) 位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD (時(shí)間t5)，并且讀取在復(fù)位之后立 即捕獲的FD復(fù)位噪聲，作為噪聲信號N1 (時(shí)間"U)。此處，噪聲信
號Nl包括放大晶體管SF的閾值電壓的變化，作為固定圖樣噪聲分量。 接下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管Ta，用以將存儲在光電二極管PD中的光信 號完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD (時(shí)間t7)，并且信號被讀取為(S1+N1)。 然后，還導(dǎo)通存儲晶體管Sa (時(shí)間t8)，用以將存儲在光電二極管 PDa中的光電荷完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CSa;光電二極管 PDa、浮置區(qū)FD和存儲電容器CSa中的電荷被混合，并且信號被讀取 為(S1+S2+N1)。同樣地在像素"b"中，在曝光存儲之前，將存儲晶 體管Sb設(shè)置為導(dǎo)通，并且將轉(zhuǎn)移晶體管Tb和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截 止。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb， 并且截止復(fù)位晶體管R之后立即捕獲的(FD+CSb)的復(fù)位噪聲被讀取 為噪聲信號N2。此處，噪聲信號N2包括放大晶體管SF的閾值電壓的 變化，作為固定圖樣噪聲信號。在存儲時(shí)間段期間(時(shí)間")，由光電二極管PDb存儲飽和之前 的光電荷，并且經(jīng)過溢出門LOb將超過飽和時(shí)的過量光電荷存儲在存 儲電容器CSb中。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間"U)，導(dǎo)通選擇晶體管X。然后，導(dǎo)通復(fù) 位晶體管R,用以復(fù)位浮置區(qū)FD (時(shí)間tn)，并且復(fù)位之后立即捕 獲的FD復(fù)位噪聲被讀取為噪聲信號N1 (時(shí)間t12)。接下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管Tb，用以將存儲在光電二極管PDb中的 光信號完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD(時(shí)間t13)，并且信號被讀取為(S1+N1)。然后，還導(dǎo)通存儲晶體管Sb (時(shí)間t14)，用以將存儲在光電二極管PDb中的光電荷完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb。存儲在光電 二極管PDb、浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb中的電荷被混合，并且信號 被讀取為(Sl+S2+N2)。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，因?yàn)橐悦績蓚€(gè)像素一組的比 例來設(shè)置浮置區(qū)FD、放大晶體管SF、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X，所以可以減小每個(gè)像素的像素面積。除了以每兩個(gè)像素一個(gè)的比例來設(shè)置輸出線之外，根據(jù)本實(shí)施例 的固體成像器件的方框圖與第一實(shí)施例中的圖10所示的相同。本實(shí)施 例中從每個(gè)像素中逐點(diǎn)讀取的信號、動態(tài)范圍的放大比以及較寬動態(tài)第一實(shí)施例中所述的相同。在上述操作中，描述了依次驅(qū)動設(shè)置在像素塊處的像素并且使用從所有像素獲得的信號的情況。然而，作為稀疏操作(thirming-out 叩eration)，可以從每個(gè)像素塊中任意選擇像素，以便使用從選定像 素獲得的信號?？蛇x地，作為平均操作，可以混合和增加每個(gè)像素塊 中的像素信號，然后使用該信號。與第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件增加了 高照度側(cè)的靈敏度，而不降低低照度側(cè)的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了較寬范 圍，此外，該器件不使用超出通常使用范圍的電源電壓。這使得該固 體成像器件解決了將來圖像傳感器的小型化的問題。此外，因?yàn)槭箚?元的添加減小到最小，所以不會導(dǎo)致增加的像素尺寸。此外，與實(shí)現(xiàn)較寬動態(tài)范圍的傳統(tǒng)圖像傳感器不同，本實(shí)施例在 相同的存儲時(shí)間段內(nèi)存儲光電荷，而不在高照度側(cè)和低照度側(cè)之間劃 分存儲時(shí)間段，即沒有分解幀。這避免了即使在運(yùn)動圖像的成像中的 圖像質(zhì)量的劣化。此外，關(guān)于從浮置區(qū)FD中泄漏的泄漏電流，在根據(jù)本實(shí)施例的 圖像傳感器中，(Sl+S2)的最小信號變?yōu)楣怆姸O管PD的飽和電荷， 因此圖像傳感器可以處理大于浮置區(qū)FD的泄漏電流的電荷量的電荷 量。這提供了使圖像傳感器不受FD泄漏的影響的優(yōu)點(diǎn)。第六實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是修改了根據(jù)第一實(shí)施例的固體 成像器件的電路配置的器件。圖25是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中 的四個(gè)像素的等效電路圖，并且圖26是其示意平面圖。根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是具有由四個(gè)像素"a"、 "b"、 "c" 和"d"組成的像素塊作為基本單元的器件，每個(gè)像素塊包括四個(gè)二極 管和四個(gè)存儲電容器。每個(gè)像素塊包括光電二極管PDal、PDbr、PDcl" 和PDdl"'，接收光，以及產(chǎn)生并存儲光電荷；轉(zhuǎn)移晶體管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'，分別被設(shè)置在靠近光電二極管PDal、 PDbl'、 PDcl"和 PDdl"'處，并且轉(zhuǎn)移光電荷； 一個(gè)浮置區(qū)FD3，分別經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管Ta2、 Tb2'、 Tc2"禾口 Td2'"與光電二極管PDal、 PDbl'、 PDcl"禾口 PDdl"' 相連；溢出門L0a4、 L0b4'、 L0c4"'和L0d4"'，分別被設(shè)置在靠近光電 二極管PDal、 PDM'、 PDcl"和PDdl'"處，用于在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢 出各個(gè)光電二極管PDal、 PDbl'、 PDcl"和PDdl"'的光電荷;存儲電容 器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5"'，在存儲操作期間分別存儲通過各個(gè) 溢出門L0a4、L0b4'、L0c4'和L0d4'"溢出光電二極管PDal、 PDbl'、 PDcl" 和PDdl'"的光電荷；復(fù)位晶體管R6，與存儲電容器CSa5、 CSb5'、 CSc5" 和CSd5"'的每一個(gè)都相連，用于釋放存儲電容器CSa5、 CSb5'、 CSc5" 和CDd5"'以及浮置區(qū)FD3中的信號電荷；存儲晶體管Sa7、 Sb7'、 Sc7" 和Sd7"'，設(shè)置在浮置區(qū)FD3和存儲電容器CSa5、CSb5'、CSc5"和CSd5'" 之間；放大晶體管SF8，用于讀取浮置區(qū)FD3的信號電荷，或者讀取 浮置區(qū)FD3以及存儲電容器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5'"的每個(gè)信號 電荷，作為電壓；以及選擇晶體管X9，與放大晶體管SF8相連，用于 選擇像素或像素塊。按照這種方式，像素塊作為基本單元被配置為包 括四個(gè)光電二極管、四個(gè)存儲電容器、浮置區(qū)FD、放大晶體管SF、復(fù) 位晶體管R和選擇晶體管X。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，按照二維或一維陣列來存儲 具有上述設(shè)置的多個(gè)像素。在每個(gè)像素塊中，驅(qū)動線f。a、 (k。b、 f。。、 <K。" (jha、 (j)化、f。 fd、 (()sa、 (h、 (J)se、 (|)sd和f分別與溢出門L0a4、 L0b4'、 L0c4"和L0d4'"、轉(zhuǎn)移晶體管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'、存儲晶體管Sa7、 Sb7'、 Sc7"和Sd7"'以及復(fù)位電容器R6相連。此外，由行移位寄存器 驅(qū)動的像素選擇線f與選擇晶體管X9的柵電極相連。此外，輸出線 OUT 15與選擇晶體管X9的輸出側(cè)源極相連，并且由列移位寄存器控 制，用以產(chǎn)生輸出。與上述第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的 構(gòu)成不受限制，只要可以使浮置區(qū)FD3的電壓固定在適當(dāng)值，以便能 夠執(zhí)行像素的選擇操作或未選擇操作。因此，可以省略選擇晶體管X9 和驅(qū)動線()h。在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，表示像素塊的像素"a"和 "b"中的光電二極管PDal、 PDbl'、 PDcl"和PDdl'"、溢出門L0a4、 L0b4'、 L0c4"和L0d4"'以及存儲電容器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5"' 的區(qū)域的示意截面圖與第一實(shí)施例中的圖8A所示的類似，因此為了避 免重復(fù)，省略對該圖的描繪。此外，與像素中的光電二極管PDal、PDbl'、 PDcl"和PDdl'"、轉(zhuǎn)移晶體管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'、浮置區(qū)FD3、 存儲晶體管Sa7、Sb7'、Sc7"和Sd7"'以及存儲電容器CSa5、CSb5'、CSc5" 和CSd5"'的區(qū)域相對應(yīng)的該固體成像器件的示意截面圖與第一實(shí)施例 的圖8B所示的類似，因此也省略對其的描繪。此處，描述根據(jù)圖25和26所示的本實(shí)施例的固體成像器件的操 作方法。圖27是根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的驅(qū)動定時(shí)圖。在每個(gè) 像素塊中，當(dāng)要讀取像素"a"、 "b"、 "c"和"d"時(shí)，通過使用相同 的浮置區(qū)FD、放大晶體管SF、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X，來執(zhí)行 讀取。首先，在曝光存儲之前，將像素"a"的存儲晶體管Sa設(shè)置為導(dǎo) 通，并且將轉(zhuǎn)移晶體管Ta和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截止。此時(shí)，像素"a" 的光電二極管PD處于完全耗盡狀態(tài)。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以復(fù)位像素"a"的浮置區(qū)FD和 存儲電容器CSa (時(shí)間t,)。然后，讀取截止復(fù)位晶體管R之后立即 捕獲的(FD+CSa)的復(fù)位噪聲，作為噪聲信號N2 (時(shí)間t2)。此處， 噪聲信號N2包括放大晶體管SF的閾值電壓的變化，作為固定圖樣噪 聲分量。在存儲時(shí)間段期間(時(shí)間t3)，由光電二極管PDa存儲飽和之前 的光電荷，并且經(jīng)過溢出門LOa將超過飽和時(shí)的過量光電荷存儲在存 儲電容器CSa中。該操作使得可以有效地使用溢出光電二極管PD的電 荷，而不丟棄這些電荷。按照這種方式，在飽和之前和之后的時(shí)間段 內(nèi)，在相同的存儲時(shí)間段內(nèi)，對于每個(gè)像素，由相同的光電二極管PD 通過接收光來執(zhí)行存儲操作。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間t4)，導(dǎo)通選擇晶體管X。然后，導(dǎo)通復(fù) 位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD (時(shí)間t5)，并且讀取在復(fù)位之后立 即捕獲的FD復(fù)位噪聲，作為噪聲信號N1 (時(shí)間t6)。此處，噪聲信 號Nl包括放大晶體管SF的閾值電壓的變化，作為固定圖樣噪聲分量。
接下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管Ta，用以將存儲在光電二極管PD中的 光信號完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD(時(shí)間t7)，并且信號被讀取為(S1+N1)。 然后，還導(dǎo)通存儲晶體管Sa (時(shí)間t8)，用以將存儲在光電二極管 PDa中的光電荷完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CSa;光電二極管 PDa、浮置區(qū)FD和存儲電容器CSa中的電荷被混合，并且信號被讀取 為(S1+S2+N1)。同樣地在像素"b"中，在曝光存儲之前，將存儲晶 體管Sb設(shè)置為導(dǎo)通，并且將轉(zhuǎn)移晶體管Tb和復(fù)位晶體管R設(shè)置為截 止。接下來，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb， 并且截止復(fù)位晶體管R之后立即捕獲的(FD+CSb)的復(fù)位噪聲被讀取 為噪聲信號N2。此處，噪聲信號N2包括放大晶體管SF的閾值電壓的 變化，作為固定圖樣噪聲信號。
在存儲時(shí)間段期間(時(shí)間t9)，由光電二極管PDb存儲飽和之前 的光電荷，并且經(jīng)過溢出門LOb將超過飽和時(shí)的過量光電荷存儲在存 儲電容器CSb中。在結(jié)束存儲之后(時(shí)間t10)，導(dǎo)通選擇晶體管X。 然后，導(dǎo)通復(fù)位晶體管R，用以復(fù)位浮置區(qū)FD (時(shí)間t11)，并且復(fù) 位之后立即捕獲的FD復(fù)位噪聲被讀取為噪聲信號N1 (時(shí)間t12)。接 下來，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管Tb，用以將存儲在光電二極管PDb中的光信號 完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD (時(shí)間t13)，并且信號被讀取為(S1+N1)。然 后，還導(dǎo)通存儲晶體管Sb (時(shí)間t14)，用以將存儲在光電二極管PDb 中的光電荷完全轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb。存儲在光電二極 管PDb、浮置區(qū)FD和存儲電容器CSb中的電荷被混合，并且信號被讀 取為(Sl+S2+N2)。其后，關(guān)于像素"c"和"d"，重復(fù)相同的操作。
在根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件中，因?yàn)橐悦克膫€(gè)像素一組的比 例來設(shè)置浮置區(qū)FD、放大晶體管SF、復(fù)位晶體管R和選擇晶體管X， 所以可以減小每個(gè)像素的像素面積。
在上述操作中，描述了依次驅(qū)動設(shè)置在像素塊處的像素并且使用 從所有像素獲得的信號的情況。然而，作為稀疏操作，可以從每個(gè)像 素塊中任意選擇像素，以便使用從選定像素獲得的信號?？蛇x地，作 為平均操作，可以混合和增加每個(gè)像素塊中的像素信號，用以使用該 信號。
除了以每四個(gè)像素一個(gè)的比例來設(shè)置輸出線之外，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件的方框圖與第一實(shí)施例中的圖10所示的相同。本實(shí)施例中從每個(gè)像素中逐點(diǎn)讀取的信號、動態(tài)范圍的放大比以及較寬動態(tài) 范圍信號的合成與第一實(shí)施例中所述的相同。與第一實(shí)施例的情況相同，根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件增加了 高照度側(cè)的靈敏度，而不降低低照度側(cè)的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了較寬范 圍，此外，該器件不使用超出通常使用范圍的電源電壓。這使得該固 體成像器件解決了將來圖像傳感器的小型化的問題。此外，因?yàn)槭箚?元的添加減小到最小，所以不會導(dǎo)致增加的像素尺寸。此外，與實(shí)現(xiàn)較寬動態(tài)范圍的傳統(tǒng)圖像傳感器不同，本實(shí)施例在 相同的存儲時(shí)間段內(nèi)存儲光電荷，而不在高照度側(cè)和低照度側(cè)之間劃 分存儲時(shí)間段，即沒有分解幀。這避免了即使在運(yùn)動圖像的成像中的 圖像質(zhì)量的劣化。此外，關(guān)于從浮置區(qū)FD中泄漏的泄漏電流，在根據(jù)本實(shí)施例的 圖像傳感器中，(Sl+S2)的最小信號變?yōu)楣怆姸O管PD的飽和電荷， 因此圖像傳感器可以處理大于浮置區(qū)FD的泄漏電流的電荷量的電荷 量。這提供了使圖像傳感器不受FD泄漏的影響的優(yōu)點(diǎn)。第七實(shí)施例根據(jù)本實(shí)施例的固體成像器件是在上述第一至第六實(shí)施例中修 改用于存儲溢出光電二極管的光電荷的存儲電容器的示例。當(dāng)視圖使用結(jié)型存儲電容器作為存儲電容器時(shí)，即使考慮到其面 積效率不是非常高的情況，可能的每平方p靜電電容在0.3至3 fF/!im2的量級上，因此難以使動態(tài)范圍變寬。另一方面，在平面存儲電容器的情況下，當(dāng)絕緣膜電場被設(shè)置為 3至4 MV/cm或更少、最大施加電壓被設(shè)置為2.5至3V、并且電容器 絕緣膜厚度被設(shè)置為7nm的量級以便抑制電容器絕緣膜的絕緣膜泄漏 電流時(shí)，對于相對介電常數(shù)Sr = 3.9，靜電電容變?yōu)?.8 fF/拜2，對 于& 二 7.9，靜電電容變?yōu)?.9 fF/nm2，對于Sr = 20，靜電電容變?yōu)?25 fF/,2，并且對于Sr = 50，靜電電容變?yōu)?3 fF/,2。使用所謂高k材料，例如除氧化硅之外(s" 3.9)還有氮化硅(s" 7.9))、 Ta205 (s"大約20至30)、 Hf02 (sr:大約30)、 Zr02 (s" 大約30)以及LaA(^大約40至50)，使得可以實(shí)現(xiàn)更大的靜電電 容，從而即使在具有相對簡單結(jié)構(gòu)的平面存儲電容器的情況下，可以 實(shí)現(xiàn)具有100至200dB的動態(tài)范圍的圖像傳感器。此外，能夠通過抑制所占據(jù)的面積來放大電容器所屬面積的例如 堆疊式或溝槽式的結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使得可以實(shí)現(xiàn)120dB的動態(tài)范圍，此外， 結(jié)合使用上述高k材料使得堆疊式或溝槽式分別能夠?qū)崿F(xiàn)140dB和 160dB的動態(tài)范圍。下面，示出適用于本發(fā)明實(shí)施例的存儲電容器的示例。圖28是 與第一實(shí)施例中的存儲電容器類似的平面MOS存儲電容器的截面圖。 例如，該存儲電容器CS被配置包括n+型半導(dǎo)體區(qū)域60，用作下電 極，形成在p型阱的表面層中，所述p型阱形成在襯底20上；由氧化 硅組成的電容器絕緣膜42，形成在n+型半導(dǎo)體區(qū)域60上；以及由多 晶硅等組成的上電極43，形成在電容器絕緣膜42上。圖29是示出了平面MOS和結(jié)型存儲電容器的截面圖。例如，配 置該存儲電容器CS，使得用作下電極的n+型半導(dǎo)體61與用作存儲晶 體管的源極/漏極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32 —起形成為整體，其中n+型半 導(dǎo)體61形成在p型阱的表面層中，所述p型阱形成在ri型半導(dǎo)體襯底 20上；并且經(jīng)過由氧化硅組成的、設(shè)置在n+型半導(dǎo)體區(qū)域61上的電 容器絕緣膜42，形成上電極43。此處，電源電壓VDD或地GND被提供 給上電極43。圖30 (截面圖)所示的存儲電容器是與圖28所示類似的平面MOS 存儲電容器。然而，與圖28所示的不同，在該存儲電容器中，電容器 絕緣膜42由例如氮化硅或TaA的高k材料構(gòu)成，并且使得電容大于 圖28所示的電容。圖31 (截面圖)所示的存儲電容器是與圖29所示類似的平面M0S 和結(jié)型存儲電容器。然而，與圖29所示的不同，在該存儲電容器中， 電容器絕緣膜42a由例如氮化硅或Ta205的高k材料構(gòu)成，并且使得電 容大于圖29所示的電容。
圖32是示出了堆疊式存儲電容器的截面圖。例如，該存儲電容 器CS被配置包括下電極63，形成在設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底20上的 單元分離絕緣膜62上；電容器絕緣膜64，形成在下電極63上；以及 上電極65，形成在電容器絕緣膜64上。此處，用作存儲晶體管的源 極/漏極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32通過布線45與下電極63相連。在這種 情況下，電源電壓VDD或地GND被提供給上電極65。圖33是示出了堆疊式存儲電容器的截面圖。例如，該存儲電容 器CS被配置包括下電極67，形成以便與用作存儲晶體管的源極/漏 極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32相連；電容器絕緣膜68，形成在下電極67 的內(nèi)壁上；以及上電極69，經(jīng)過電容器絕緣膜68而形成，以便嵌入 下電極67的內(nèi)部。此處，電源電壓VDD或地GND被提供給上電極69。 形成為便于嵌入下電極67和下電極67內(nèi)部的上電極69的結(jié)構(gòu)在形 成靜電電容的相對面積中可以比普通堆疊式要大。圖34是示出了通過組合平面型和堆疊式而獲得的復(fù)合存儲電容 器的截面圖。根據(jù)本示例，可以形成具有高面積效率的大電容。圖35是示出了溝槽式存儲電容器的截面圖。該存儲電容器CS被 配置為包括溝槽TC，形成以便穿過n型半導(dǎo)體襯底20上的p型阱 21到達(dá)n型半導(dǎo)體襯底20;用作下電極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域70，形成 在溝槽TC的內(nèi)壁上；電容器絕緣膜71，形成以便覆蓋TC的內(nèi)壁；以 及上電極72，形成以便經(jīng)過電容器絕緣膜71嵌入溝槽TC。此處，用 作存儲電容器的源極/漏極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32和上電極72通過布 線45相連。圖36是示出了具有結(jié)的溝槽式存儲電容器的截面圖。配置該存 儲電容器CS，使得在n型半導(dǎo)體襯底20上的p型阱21內(nèi)形成溝槽TC; 在溝槽TC的內(nèi)壁中，用作下電極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域73與用作存儲電 容器的源極/漏極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32 —起形成為整體；形成電容器 絕緣膜74，以便覆蓋TC的內(nèi)壁；以及形成上電極75，以便經(jīng)過電容 器絕緣膜74嵌入溝槽TC。圖37是示出了溝槽式存儲電容器的截面圖。該存儲電容器CS被 '配置包括溝槽TC，形成以便穿過n型半導(dǎo)體襯底20上的p型阱21
到達(dá)n型半導(dǎo)體襯底2;用作下電極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域76，形成在溝 槽TC的內(nèi)壁上，在比溝槽TC的深度更深的區(qū)域中；電容器絕緣膜77， 形成以便覆蓋TC的內(nèi)壁；以及上電極78，形成以便經(jīng)過電容器絕緣 膜77嵌入溝槽TC。此處，用作存儲晶體管的源極/漏極的n+型半導(dǎo)體 區(qū)域32和上電極78通過布線45相連。圖38是示出了溝槽式存儲電容器的截面圖。該存儲電容器被配 置包括溝槽TC，形成以便穿過n型半導(dǎo)體襯底20上的p型阱21到 達(dá)n型半導(dǎo)體襯底20;用作下電極的p+型半導(dǎo)體區(qū)域79，形成在溝 槽TC的內(nèi)壁上；電容器絕緣膜80，形成以便覆蓋TC的內(nèi)壁；以及上 電極81，形成以便經(jīng)過電容器絕緣膜80嵌入溝槽TC。此處，用作存 儲晶體管的源極/漏極的n+型半導(dǎo)體區(qū)域32和上電極81通過布線45 相連。圖39是示出了具有使用結(jié)型電容器的嵌入式存儲電容器的CMOS 傳感器的截面圖。例如，在P型硅半導(dǎo)體(P-sub) 90上形成p型外 延層91，并且跨越p型硅半導(dǎo)體90和p型外延層91，形成n+型半導(dǎo) 體區(qū)域92。 g卩，結(jié)合的n型(第一導(dǎo)電類型)半導(dǎo)體區(qū)域和p型(第 二導(dǎo)電類型)半導(dǎo)體區(qū)域被嵌入在構(gòu)成固體成像器件的半導(dǎo)體襯底內(nèi)， 從容形成使用結(jié)型電容器的嵌入式存儲電容器。此外，在P型硅半導(dǎo) 體(p-sub) 90和p型外延層91中形成p+型分離區(qū)域93。在p型外 延層91上形成p型硅半導(dǎo)體層94。與上述實(shí)施例的情況相同，關(guān)于p 型硅半導(dǎo)體層94，設(shè)置了光電二極管PD、溢出門LO、轉(zhuǎn)移晶體管T、 浮置區(qū)FD和存儲晶體管S。例如，在形成區(qū)域(即上述光電二極管PD、 溢出門LO、轉(zhuǎn)移晶體管T、浮置區(qū)FD和存儲晶體管S)上廣泛地形成 用作存儲電容器SC的n+型半導(dǎo)體區(qū)域92。此外，n+型半導(dǎo)體區(qū)域32 通過在P型硅半導(dǎo)體層94中垂直延伸的n+型半導(dǎo)體區(qū)域95，與構(gòu)成 存儲電容器的n+型半導(dǎo)體區(qū)域92相連。圖40是示出了具有使用絕緣膜電容器和結(jié)型電容器的嵌入式存 儲電容器的CMOS傳感器的截面圖。該傳感器具有與圖39所示類似的 結(jié)構(gòu)。然而，在該傳感器中，經(jīng)過絕緣膜90a在p型硅半導(dǎo)體層90 (p-sub)上形成第一 p型外延層91a和第二 p型外延層91b，從而構(gòu)
成SOI (絕緣體上半導(dǎo)體)襯底，使得經(jīng)過絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上形 成半導(dǎo)體層。此處，在與絕緣膜90a交界、通過第一p型外延層91a 和第二 p型外延層91b的區(qū)域，形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域92，并且使用在 關(guān)于中間的絕緣膜而彼此相對的半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體層之間的絕緣 膜，形成存儲電容器。此外，與圖39的存儲電容器的情況相同，在第 一 p型外延層91a和第二 p型外延層91b之間形成結(jié)型電容器。其它 結(jié)構(gòu)與圖39所示的CMOS傳感器的相同。圖41是具有使用絕緣膜電容器和結(jié)型電容器的嵌入式存儲電容 器的CMOS傳感器的截面圖。該傳感器具有圖40類似的結(jié)構(gòu)。然而， 在該傳感器中，在構(gòu)成光電二極管PD的n型半導(dǎo)體區(qū)域30和構(gòu)成存 儲電容器的n+型半導(dǎo)體區(qū)域92之間形成低濃度半導(dǎo)體層(i型)96。 該結(jié)構(gòu)降低了 n型半導(dǎo)體區(qū)域30和n+型半導(dǎo)體區(qū)域92之間的勢壘， 構(gòu)成了從光電二極管PD至存儲電容器CS的溢出路徑。該使得溢出光 電二極管PD的電荷穿通，從而在電荷存儲期間將電荷平滑地移動到存 儲電容器CS。上述各種存儲電容器適用于上述第一至第七實(shí)施例的任意一個(gè)。 如上所述，通過使用具有這種形狀的存儲電容器之一來存儲溢出光電 二極管的光電荷，可以在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)動態(tài)范圍的加寬。示例1在根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件中，按照具有兩層多晶硅和三層金屬布線的半導(dǎo)體的制造方法，來制造固體成像器件單元。此處，固體 成像器件單元具有按照二維矩陣排列的像素，條件為像素?cái)?shù)目640(行)x480 (列)；像素大小7.5 ,2;浮置區(qū)電容G。 = 4 fF;存儲 電容C。s = 60 fF。每個(gè)存儲電容器由并聯(lián)電容器組成，即多晶硅-氧 化硅模-硅電容器以及多晶硅-氮化硅模-多晶硅電容器。信號Sl和 (Sl+S2)的飽和電壓分別是500mV和1000mV。噪聲去除之后在Sl和 (Sl+S2)中殘留的殘留噪聲電壓是相同值0.09mV。從Sl至(Sl+S2) 的切換電壓被設(shè)置為400mV，低于信號Sl的飽和電壓。信號(Sl+S2)與每個(gè)切換點(diǎn)處的殘留噪聲的S/N比高于40dB,
從而可以實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量的固體成像器件。獲得100dB的動態(tài)范 圍。此外，在利用高照度光照射期間，可以由溢出門L0將溢出光電二 極管PD的過量光電荷有效地轉(zhuǎn)移到存儲電容器，使得可以抑制過量光 電荷泄漏到相鄰像素，導(dǎo)致增強(qiáng)的抗模糊性(blooming resistance) 禾口抗拖尾性(smearing resistance)。在該示例1中，可以在保持高S/N比的同時(shí)，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)動 態(tài)范圍的加寬。示例2在根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件中，通過按照二維矩陣(像素?cái)?shù)目-640 (行)x240 (列))排列像素塊來制造固體成像器件。此處，通過 在具有7jam (長)x3.5Min (寬)大小的基本像素塊上兩個(gè)兩個(gè)地排列 光電二極管和存儲電容器，構(gòu)成每個(gè)像素塊。有效像素?cái)?shù)目是640(行) x480 (列)。在每個(gè)像素塊中，通過應(yīng)用溝槽式存儲電容器結(jié)構(gòu)，浮 置區(qū)電容U被設(shè)置為3.4 fF，存儲電容Cc:s被設(shè)置為100 fF。信號 Sl和(Sl+S2)的飽和電壓分別是500mv和1000mV。噪聲去除之后在 Sl和(Sl+S2)中殘留的殘留噪聲電壓是相同值0.09mV。從Sl至(Sl+S2) 的切換電壓被設(shè)置為400mV，低于信號Sl的飽和電壓。信號(Sl+S2)與每個(gè)切換點(diǎn)處的殘留噪聲的S/N比高于40dB， 從而可以實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量的固體成像器件。獲得110dB的動態(tài)范 圍。此外，在利用高照度光照射期間，可以由溢出門LO將溢出光電二 極管PD的過量光電荷有效地轉(zhuǎn)移到存儲電容器，使得可以抑制過量光 電荷泄漏到相鄰像素，導(dǎo)致增強(qiáng)的抗模糊性(blooming resistance) 禾口抗拖尾性(smearing resistance)。在該示例2中，可以在保持高S/N比的同時(shí)，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)動 態(tài)范圍的加寬。應(yīng)該理解到，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。例如，本發(fā)明不局限 于應(yīng)用于實(shí)施例中的固體成像器件；它可以應(yīng)用于線性地排列每個(gè)固 體成像器件中的像素的線傳感器，或者應(yīng)用于可以通過在每個(gè)固體成
像器件中單獨(dú)構(gòu)成像素而獲得的光學(xué)傳感器，從而可以實(shí)現(xiàn)非常寬的動態(tài)范圍和高S/N。此外，并不特別地限制存儲電容器的形狀等。為了增加DRAM(動 態(tài)隨機(jī)存取存儲器)等的存儲電容器的電容，可以使用迄今為止已經(jīng) 開發(fā)的各種方法。根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件的結(jié)構(gòu)不受限制，只要 光電二極管和用于存儲溢出光電二極管的光電荷的存儲電容器經(jīng)過溢 出門相連。除CM0S圖像傳感器之外，根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件也適 用于CCD。此外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當(dāng)然可以 在本發(fā)明的進(jìn)行各種改變和修改。根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件可以應(yīng)用于要求較寬動態(tài)范圍的圖 像傳感器，用于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、攝像電話、監(jiān)視攝像機(jī)、機(jī)載攝像機(jī)、 掃描儀等。根據(jù)本發(fā)明的固體成像器件的操作方法可以應(yīng)用于要求較寬動 態(tài)范圍的圖像傳感器的操作方法。
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)傳感器，包括光電二極管，接收光并且產(chǎn)生光電荷；溢出門，與光電二極管相耦合，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光 電二極管的光電荷；以及存儲電容器單元，在存儲操作期間存儲通過溢出門轉(zhuǎn)移的光電荷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，還包括轉(zhuǎn)移晶體管， 與光電二極管和浮置區(qū)相耦合，其中，轉(zhuǎn)移晶體管將光電荷從光電二 極管轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)傳感器，其中 溢出門由結(jié)型晶體管構(gòu)成；以及形成結(jié)型晶體管的柵極的半導(dǎo)體區(qū)域與形成光電二極管的表面 區(qū)的半導(dǎo)體區(qū)域、以及與形成光電二極管和溢出門的阱區(qū)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其中 在其中形成了溢出門的襯底的預(yù)定深度處形成溢出門；以及 溢出門具有與溢出門的溝道相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層降低勢壘以便在溢出門中穿通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其中，存儲電容器單元包括用作下電極的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在其中形成了光學(xué)傳感器的半導(dǎo)體襯底的表面層部分中；電容器絕緣膜，形成在半導(dǎo)體區(qū)域上；以及 上電極，形成在電容器絕緣膜上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其中，存儲電容器單元 包括下電極，形成在其中形成了光學(xué)傳感器的襯底上； 電容器絕緣膜，形成在下電極上；以及 上電極，形成在電容器絕緣膜上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其中，存儲電容器單元包括用作下電極的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在溝槽的內(nèi)壁中，所述溝槽形成在其中形成了光學(xué)傳感器的半導(dǎo)體襯底中；電容器絕緣膜，形成在溝槽的內(nèi)壁上；以及 上電極，形成在電容器絕緣膜上并嵌入溝槽。
8. —種固體成像器件，包括按照一維或二維矩陣排列的多個(gè)像 素，其中每個(gè)像素具有根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體成像器件，其中，溢出門由M0S 晶體管或結(jié)型晶體管構(gòu)成。
10. —種固體成像器件，包括多個(gè)像素塊， 所述多個(gè)像素塊的每一個(gè)包括多個(gè)像素和單個(gè)浮置區(qū)， 所述多個(gè)像素的每一個(gè)包括光電二極管，接收光并產(chǎn)生光電荷；溢出門，與光電二極管相耦合，并在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出 光電二極管的光電荷；存儲電容器單元，在存儲操作期間存儲通過溢出門轉(zhuǎn)移的光電荷；以及轉(zhuǎn)移晶體管，耦合在光電二極管和單個(gè)浮置區(qū)之間。
11. 一種固體成像器件，包括多個(gè)象素，每個(gè)象素具有根據(jù)權(quán)利 要求2所述的光學(xué)傳感器，其中，轉(zhuǎn)移晶體管是埋入溝道晶體管，具 有與轉(zhuǎn)移晶體管的溝道相同導(dǎo)電類型的、從其中形成了轉(zhuǎn)移晶體管的襯底的表面或表面附近直到預(yù)定深度所形成的半導(dǎo)體層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體成像器件，其中，轉(zhuǎn)移晶體管 是埋入溝道晶體管，具有與轉(zhuǎn)移晶體管的溝道相同導(dǎo)電類型的、從其 中形成了轉(zhuǎn)移晶體管的襯底的表面或表面附近直到預(yù)定深度所形成的 半導(dǎo)體層。
13. —種固體成像器件，包括多個(gè)象素，每個(gè)象素具有根據(jù)權(quán)利 要求2所述的光學(xué)傳感器，所述固體成像器件還包括復(fù)位晶體管，與浮置區(qū)相耦合，用于釋放存儲電容器單元和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間；放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或者浮置區(qū)和存儲電容器單元中的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管，與放大晶體管相耦合，用于選擇像素。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體成像器件，還包括-復(fù)位晶體管，與浮置區(qū)相耦合，用于釋放存儲電容器單元和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間；放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或者浮置區(qū)和存儲電容器單元中 的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管，與放大晶體管相耦合，用于選擇像素。
15. —種固體成像器件，包括多個(gè)象素，每個(gè)象素具有根據(jù)權(quán)利 要求2所述的光學(xué)傳感器，所述固體成像器件還包括復(fù)位晶體管，與存儲電容器單元相耦合，用于釋放存儲電容器單 元和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間；放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或者浮置區(qū)和存儲電容器單元中 的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管，與放大晶體管相耦合，用于選擇像素。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體成像器件，還包括 復(fù)位晶體管，與存儲電容器單元相耦合，用于釋放存儲電容器單元和浮置區(qū)中的信號電荷；晶體管，設(shè)置在浮置區(qū)和存儲電容器單元之間； 放大晶體管，用于讀取浮置區(qū)中或者浮置區(qū)和存儲電容器單元中 的信號電荷，作為電壓；選擇晶體管，與放大晶體管相耦合，用于選擇像素。
17. —種固體成像器件，包括多個(gè)象素，每個(gè)象素具有根據(jù)權(quán)利 要求2所述的光學(xué)傳感器，所述固體成像器件還包括 噪聲抵消裝置，用于獲取以下兩個(gè)電壓信號之間的差值-從轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)或者轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)和存儲電容器單元的光電荷 所獲得的電壓信號；浮置區(qū)或者浮置區(qū)和存儲電容器單元的復(fù)位電平處的電壓信號。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體成像器件，還包括噪聲抵消裝置，用于獲取以下兩個(gè)電壓信號之間的差值 從轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)或者轉(zhuǎn)移到浮置區(qū)和存儲電容器單元的光電荷 所獲得的電壓信號；浮置區(qū)或者浮置區(qū)和存儲電容器單元的復(fù)位電平處的電壓信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的固體成像器件，還包括存儲裝置， 用于存儲浮置區(qū)和存儲電容器單元中復(fù)位電平處的電壓信號。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的固體成像器件，還包括存儲裝置， 用于存儲浮置區(qū)和存儲電容器單元中復(fù)位電平處的電壓信號。
21. —種從包括光電二極管和存儲電容器單元的光學(xué)傳感器輸出 信號的方法，包括步驟在光電二極管飽和之前，將光電二極管所產(chǎn)生的第一光電荷存儲 到光電二極管；在飽和之后，將光電二極管所產(chǎn)生的第二光電荷存儲到存儲電容器單元；以及根據(jù)第一和第二光電荷，來輸出信號。
22. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)傳感器，其中，溢出門由耦合在 光電二極管和存儲電容器之間的MOS晶體管構(gòu)成，M0S晶體管的柵電極接收確定存儲操作的信號。
全文摘要
一種固體成像器件，包括按照一維或二維陣列存儲的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素的每一個(gè)包括光電二極管，接收光并且產(chǎn)生光電荷；溢出門，與光電二極管相耦合，并且在存儲操作期間轉(zhuǎn)移溢出光電二極管的光電荷；以及存儲電容器單元，在存儲操作期間存儲通過溢出門轉(zhuǎn)移的光電荷。
文檔編號H01L27/146GK101123670SQ20061011490
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者赤羽奈奈, 足立理, 須川成利 申請人:東北大學(xué)