阅读说明：本技术 成像器件和电子装置 (Imaging device and electronic apparatus ) 是由 古闲史彦 于 2015-02-27 设计创作，主要内容包括：一种成像器件,其包括像素,所述像素包括：第一光电转换单元；浮动扩散部,其连接到所述第一光电转换单元；第一晶体管,所述第一晶体管的源极或漏极中的一者连接到所述浮动扩散部；第二晶体管,所述第二晶体管的栅极连接到所述浮动扩散部；第三晶体管,所述第三晶体管的源极或漏极中的一者连接到所述第二晶体管的源极或漏极中的一者；第四晶体管,所述第四晶体管的源极或漏极中的一者连接到所述第二晶体管和所述第三晶体管之间的节点。所述第一晶体管的源极或漏极中的另一者与所述第四晶体管的源极或漏极中的另一者配置成具有相同的电位。所述第二晶体管和所述第四晶体管具有相同的沟道类型。(An imaging device comprising a pixel, the pixel comprising: a first photoelectric conversion unit; a floating diffusion connected to the first photoelectric conversion unit; a first transistor having one of a source or a drain connected to the floating diffusion; a second transistor having a gate connected to the floating diffusion; a third transistor, one of a source or a drain of the third transistor being connected to one of a source or a drain of the second transistor; a fourth transistor, one of a source or a drain of which is connected to a node between the second transistor and the third transistor. The other of the source or the drain of the first transistor and the other of the source or the drain of the fourth transistor are configured to have the same potential. The second transistor and the fourth transistor have the same channel type.)

成像器件和电子装置

本申请是申请日为2015年2月27日、发明名称为“固态成像器件及其驱动方法和电子装置”的申请号为201580011967.2专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及固态成像器件、该固态成像器件的驱动方法和电子装置，并更具地涉及能够通过减小电荷保持单元的电压变化来提高成像质量的固态成像器件、该固态成像器件的驱动方法以及电子装置。

背景技术

作为用于间断地改变图像传感器的特性的技术，最近已提出具有布置在半导体基板外部的光电转换单元的结构。例如，在专利文献1-3每者披露的结构中，光电转换单元布置在半导体基板的上部中，且经光电转换的信号累积在半导体基板中。在这种结构中，能够极大地改变通常由半导体基板材料确定的光电转换特性。这种结构可能会带来如下可能性：传感器技术可应用于通过使用传统的硅(Si)的图像传感器不容易实现的领域(诸如远红外线的使用等)。

而且，在当今的图像传感器中广泛使用的红色、蓝色和绿色滤色器以二维的方式布置的像素阵列中，特定波长的光基于像素被吸收，从而进行颜色分离。例如，在红色像素中，蓝色和绿色的波长的光被滤色器吸收并且损失掉了。

为了解决这个问题，例如，专利文献1提出了一种堆叠式固态成像器件，其中用于对红色、蓝色和绿色的光进行光电转换的光电转换区域被堆叠在相同的像素空间中。通过这种结构能够降低由滤色器的光吸收引起的灵敏度下降。此外，这种结构不需要任何插值，并因此可以预期用于避免生成假色(false color)的效果。

在具有布置在半导体基板外部的光电转换单元的结构中，需要用于将光电转换单元与半导体基板电连接的接触部。例如，在半导体基板侧，接触部连接到被P型半导体环绕的N型扩散层。这种N型扩散层充当用于保持经光电转换的电荷的电荷保持单元，但是由于接触部而无法形成埋入式PN结。因此，产生了泄漏电流。例如，在使用被P型半导体环绕的N型扩散层的情况下，产生了PN结的反向偏置泄漏电流。

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

专利文献2：日本专利申请特开第2010-278086号

专利文献3：日本专利申请特开第2011-138927号(图15)

发明内容

本发明要解决的问题

通过降低电荷保持单元的电压有效地减小了泄漏电流生成。然而，即使降低了电荷保持单元的电压，但电荷保持单元的电压的存在于像素之间的变化导致泄漏电流的量的变化，从而在图像中导致点缺陷。

而且，例如，在将电荷保持单元直接连接到光电转换单元的结构中，被施加至光电转换单元的电压由于电荷保持单元的电压的变化而发生改变，且光电转换效率也相应地发生改变。因此，图像传感器的成像质量恶化。

本发明是针对这种情况而提出的，并旨在通过减小电荷保持单元的电压的变化来提高成像质量。

问题的解决方案

作为本发明的第一方面的固态成像器件包括像素，所述像素包括：第一光电转换单元，其被配置成通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；第一电荷保持单元，其被配置成保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；第一选择晶体管，其被配置成控制所述像素的选择；第一输出晶体管，其被配置成在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及第一电压控制晶体管，其被配置成控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

作为本发明的第二方面的方法是用于驱动包括如下像素的固态成像器件的方法，所述像素包括第一光电转换单元、第一电荷保持单元、第一选择晶体管、第一输出晶体管和第一电压控制晶体管，所述方法包括：所述第一光电转换单元通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；所述第一电荷保持单元保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；所述第一选择晶体管控制所述像素的选择；所述第一输出晶体管在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及所述第一电压控制晶体管控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

作为本发明的第三方面的电子装置包括固态成像器件，所述固态成像器件包括像素，所述像素包括：第一光电转换单元，其被配置成通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；第一电荷保持单元，其被配置成保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；第一选择晶体管，其被配置成控制所述像素的选择；第一输出晶体管，其被配置成在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及第一电压控制晶体管，其被配置成控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

在本发明的第一至第三方面中，所述第一光电转换单元通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷，所述第一电荷保持单元保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷，所述第一选择晶体管控制所述像素的选择，所述第一输出晶体管在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出，且所述第一电压控制晶体管控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

所述固态成像器件和所述电子装置可以是独立的装置，或可以是被组合到其它装置中的模块。

本发明的效果

根据本发明的第一至第三方面，可以通过减小电荷保持单元的电压的变化来提高成像质量。

注意，本发明的效果不限于此处描述的效果，并可包括本文中所描述的任何效果。

附图说明

图1是示出基本像素的等效电路的示图。

图2是示出了基本像素的剖面结构的示图。

图3是用于说明基本像素的驱动的示例(1)的示图。

图4是用于说明基本像素的驱动的示例(1)的示图。

图5是用于说明基本像素的驱动的示例(1)的示图。

图6是用于说明基本像素的驱动的示例(2)的示图。

图7是用于说明基本像素的驱动的示例(2)的示图。

图8是用于说明基本像素的驱动的示例(2)的示图。

图9是示出了根据第一实施例的像素的等效电路的示图。

图10是示出了根据第一实施例的像素的剖面结构的示图。

图11是用于说明根据第一实施例的像素的驱动的示图。

图12是用于说明根据第一实施例的像素的驱动的示图。

图13是用于说明根据第一实施例的像素的驱动的示图。

图14是用于说明根据第一实施例的像素的驱动的示图。

图15是用于说明根据第一实施例的像素的驱动的示图。

图16是示出了根据第二实施例的像素的等效电路的示图。

图17是示出了根据第二实施例的像素的剖面结构的示图。

图18是用于说明根据第二实施例的像素的驱动的示图。

图19是用于说明根据第二实施例的像素的驱动的示图。

图20是用于说明根据第二实施例的像素的驱动的示图。

图21是用于说明根据第二实施例的像素的驱动的示图。

图22是示出了根据第三实施例的像素的等效电路的示图。

图23是示出了根据第三实施例的像素的剖面结构的示图。

图24是用于说明根据第三实施例的像素的驱动的示图。

图25是用于说明根据第三实施例的像素的驱动的示图。

图26是用于说明根据第三实施例的像素的驱动的示图。

图27是用于说明根据第三实施例的像素的驱动的示图。

图28是用于说明根据第三实施例的像素的驱动的示图。

图29是示出了根据第四实施例的像素的等效电路的示图。

图30是示出了根据第四实施例的像素的剖面结构的示图。

图31是用于说明根据第四实施例的像素的驱动的示图。

图32是示出了根据第五实施例的像素的等效电路的示图。

图33是示出了根据第五实施例的像素的剖面结构的示图。

图34是用于说明根据第五实施例的像素的驱动的示图。

图35是示意性地示出了根据本发明的固态成像器件的结构的示图。

图36是示出了作为根据本发明的电子装置的成像装置的示例结构的框图。

具体实施方式

下面说明了本发明的实施方式(在下文中，被称为实施例)。注意，将按照下列顺序进行说明。

1.基本像素的说明

2.第一实施例(在光电转换膜中将电子用作信号电荷的像素的示例结构)

3.第二实施例(在光电转换膜中将空穴用作信号电荷的像素的示例结构)

4.第三实施例(在光电二极管中包括传输晶体管的像素的示例结构)

5.第四实施例(包括光电转换膜和光电二极管的像素的示例结构)

6.第五实施例(包括光电转换膜和光电二极管的像素的示例结构)

<1.基本像素的说明>

为了便于理解本发明，首先对根据本发明的固态成像器件的作为基本结构的像素(在下文中，这种像素将被称为基本像素)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所示的像素包括光电转换单元11、电荷保持单元12、复位晶体管(RST)13、放大晶体管(输出晶体管)(AMP)14和选择晶体管(SEL)15。

光电转换单元11生成并累积与所接收的光的量相一致的电荷(信号电荷)。当光电转换单元11的一端接地时，另一端连接到电荷保持单元12、复位晶体管13的源极以及放大晶体管14的栅极。在图1所示的结构中，信号电荷是电子。

电荷保持单元12保持从光电转换单元11读出的电荷。如稍后将参考图2所描述，电荷保持单元12连接到光电转换单元11的一端、复位晶体管13的源极以及放大晶体管14的栅极，且因此电荷实际上是通过所有这些部件来保持的。

当复位晶体管13由于其栅极被提供复位信号RST而被接通时，由于电荷保持单元12中累积的电荷被放电至漏极(电源电压VDD)，因此复位晶体管13使电荷保持单元12的电位复位。

放大晶体管14的栅极连接到电荷保持单元12，漏极连接到电源电压VDD，且源极连接到选择晶体管15的漏极。放大晶体管14输出与电荷保持单元12的电位相一致的像素信号。即，放大晶体管14形成源极跟随器电路(其中，负载MOS(未图示)充当经由用于传输从像素1输出的像素信号的列信号线16而与源极跟随器电路连接的恒定电流源)，且处于与电荷保持单元12中累积的电荷相对应的电平处的像素信号经由选择晶体管15被从放大晶体管14输出至AD转换器(未示出)。例如，负载MOS设置在针对每一列设置的AD转换器中，其中每一列对应于二维地布置的像素1中的多个像素。

选择晶体管15的漏极连接到放大晶体管14的源极，且源极连接到用于传输布置在列方向(垂直方向)上的各个像素1的像素信号的列信号线16。选择晶体管15在选择像素1时由于其栅极被提供选择信号SEL而被接通，且选择晶体管15经由列信号线16将像素1的像素信号输出至AD转换器。

<基本像素的剖面结构>

图2是示出了像素1的剖面结构的示图。

在像素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的界面(附图中的上表面)中。

具体地，复位晶体管13由p型半导体基板21上方的栅极部分13GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层22和23形成。放大晶体管14由p型半导体基板21上方的栅极部分14GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层23和24形成。选择晶体管15由p型半导体基板21上方的栅极部分15GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层24和25形成。栅极部分13GT、14GT和15GT例如由多晶硅形成。

n型扩散层22用作复位晶体管13的源极和电荷保持单元12，并通过金属线26连接到光电转换单元11的下电极29B(稍后说明)以及放大晶体管14的栅极部分14GT。因此，通过金属线26连接的光电转换单元11的下电极29B、n型扩散层22和放大晶体管14的栅极部分14GT形成用于保持电荷的电荷保持单元12。金属线26由诸如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)等材料形成。

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。电源电压VDD施加至n型扩散层23。

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，并连接到列信号线16。

光电转换单元11形成在p型半导体基板21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)的上侧，且在光电转换单元11与这些像素晶体管之间插入有绝缘层27。

在形成光电转换单元11的结构中，光电转换膜28插入到上电极29A与下电极29B之间。光电转换膜28可例如由有机光电转换膜、CIGS(Cu、In、Ga和Se的化合物)、CIS(Cu、In和Se的化合物)、黄铜矿结构半导体或诸如GaAs等化合物半导体形成。上电极29A由诸如铟锡氧化物(ITO)膜或铟锌氧化物膜等透明电极膜形成。下电极29B由例如通过钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)制成的电极膜形成。上电极29A形成在所有像素的表面上，而下电极29B是针对每个像素形成的。上电极29A连接到GND(接地)。

滤色器31和片上透镜32形成在上电极29A的上侧，且保护膜(绝缘膜)30插入在滤色器31、片上透镜32与上电极29A之间。滤色器31布置成拜耳(Bayer)图案，且一个像素单元由红色像素、绿色像素和蓝色像素形成。因此，光电转换膜28对已穿过滤色器31的红色、绿色或蓝色的光进行光电转换。

像素1由上述的剖面结构形成。

<基本像素的驱动的示例(1)>

现参考图3至5，对像素1的驱动进行说明。

图3至5均是示出了像素1中的放大晶体管14、选择晶体管15以及与像素1中的放大晶体管14一起形成源极跟随器电路的负载MOS(LM)17这三个晶体管的操作的示图。在图3至5中，电流(电子)的流动被以水流的方式示出，且晶体管的栅极被以水闸的方式示出。在图3至5中，通过灰色的水闸的高度来表示晶体管的栅极的接通(On)和关断(Off)。当灰色水闸的高度发生变化时，由阴影线(阴影部分)表示的水流(电流)受到控制。在附图中，沿垂直方向的高度表示电压。电压越高，灰色水闸的高度或阴影部分的高度越低。

如图3所示，在接通选择晶体管15之后，接通复位晶体管13(未示出)，且将电荷保持单元12的电压复位至初始状态。因此，将放大晶体管14的作为电荷保持单元12的一部分的栅极部分14GT设定为复位电压(Vreset)。

如图4所示，当关断选择晶体管15时，将放大晶体管14与列信号线16分离，且放大晶体管14的源极进入浮动状态。因此，如图5所示，电子从放大晶体管14的栅极下方和源极朝漏极移动，且电压上升。通过在放大晶体管14的源极处产生的泄漏电流与由于热激励(thermal excitation)导致的从源极流动至漏极的电流的量之间的差额(balance)来确定电压的增大量ΔV。然而，上述的泄漏电流和电流的量取决于n型扩散层24中的缺陷密度以及放大晶体管14的阈值，且因此，电压的增大量ΔV在像素之间存在变化。

放大晶体管14的栅极下方的电位经由栅极绝缘膜(栅极氧化物膜)被牢固地电容耦合到电荷保持单元12。因此，在关断选择晶体管15之后，电荷保持单元12的电压上升，且电压的该增大量在像素之间存在变化。然后，在电压的增大量在像素之间存在变化时，累积信号电荷。

随着电荷保持单元12的电压上升，固态成像器件的泄漏电流增大。而且，电荷保持单元12的电压的变化导致泄漏电流的量的变化。因此，在图像中产生了点缺陷。

此外，由于电荷保持单元12如上面参考图2所描述地连接到光电转换膜28的下电极29B，所以施加至光电转换膜28的电压也在像素之间存在变化。因此，光电转换膜28的灵敏度和光电转换膜28的泄漏电流发生变化，且固态成像器件的成像质量恶化。

如上所述，在如同在像素1中电荷保持单元12直接连接到光电转换单元11(的下电极29B)的结构中，施加至光电转换单元11的电压由于电荷保持单元12的电压的变化而发生变化，且因此，光电转换效率发生变化。因此，固态成像器件的成像质量恶化。

注意，上述的像素1的驱动是在选择晶体管15处于接通状态时被执行以使像素1复位的驱动控制。

然而，在像素1中，可以在选择晶体管15处于关断状态时执行使像素1复位的驱动，并且稍后接通选择晶体管15。

<基本像素的驱动的示例(2)>

参考图6至8，对被执行以在选择晶体管15处于关断状态时使像素1复位并且稍后接通选择晶体管15的驱动进行说明。

在图6所示的情形中，选择晶体管15处于关断状态，复位电压(Vreset)被提供至放大晶体管14且像素1被复位。在此情况下，当放大晶体管14的栅极下方和源极的电压已经上升时，像素1被复位。

接下来，如图7所示，接通选择晶体管15，且将用于表示复位时的状态的复位信号RST输出至列信号线16。然后，放大晶体管14的栅极下方和源极的电压变低。因此，放大晶体管14的栅极电压由于经由栅极绝缘膜的电容耦合而变低。电压的减小量取决于放大晶体管14的栅极下方和源极的电压的变化。然而，图6所示的情况下的放大晶体管14的栅极下方和源极的电压以及源极的电压在像素之间存在变化，且因此，图7所示的情况下的放大晶体管14的栅极电位也在像素之间存在变化。因此，像素1的复位电位的变化变大。

当像素1的复位电压发生变化时，放大晶体管14的操作裕度(margin)变窄。例如，在使放大晶体管14作为源极跟随器进行操作的情况下，需要在放大晶体管14的栅极下方的电位与漏极的电位之间确保适当的差。如果放大晶体管14的栅极电位发生变化，则电位差变小，且一些像素具有具有低增益的源极跟随器。因此，高增益像素和低增益像素共存，且固态成像器件的成像质量恶化。这个问题不仅在放大晶体管14的栅极被用作电荷保持单元12的情况下存在，而且在栅极不被用作电荷保持单元12的情况(例如，传输晶体管插入到光电转换单元11与放大晶体管14之间的情况)下存在。

接下来，如图8所示，当关断选择晶体管15且开始信号累积时，放大晶体管14的栅极再次被升压至复位电压(Vreset)。然而，在热激励后的电流与泄漏电流匹配之前需要一定的时间。在此时段期间，像素之间的复位电位的上述变化的影响仍然存在。在将放大晶体管14的栅极用作电荷保持单元12的情况下，泄漏电流发生变化，且在图像中出现点缺陷。另外，在电荷保持单元12直接连接到光电转换单元11(的下电极29B)的情况下，光电转换膜28的灵敏度和光电转换膜28的泄漏电流发生变化，且固态成像器件的成像质量恶化。

如上所述，在选择晶体管15处于关断状态时使像素1复位且稍后接通选择晶体管15的驱动操作中，施加至光电转换单元11的电压由于电荷保持单元12的电压的变化而发生变化。因此，固态成像器件的成像质量恶化。

鉴于上述情况，下面的说明关注如下像素结构，在该像素结构中，使电荷保持单元12的电压的变化小于基本像素中的电荷保持单元12的电压的变化，以降低成像质量恶化。

注意，在下述的各个实施例中，与上述基本像素的部件等同的部件使用与基本像素中使用的附图标记相同的附图标记表示，且将不对这些部件进行不必要地重复说明

<第一实施例>

现参考图9至15，对根据本发明的像素的第一实施例进行说明。

图9示出了根据第一实施例的像素51A的等效电路。

图9所示的像素51A包括光电转换单元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和电压控制晶体管61。

即，像素51A与图1的基本像素的结构的不同之处在于还包括电压控制晶体管61。电压控制晶体管61的漏极连接到电源电压VDD，且源极连接到放大晶体管14的源极和选择晶体管15的漏极。

当电压控制晶体管61由于其栅极被供应电压控制信号SELX而被接通时，电压控制晶体管61将放大晶体管14的源极(输出端)的电压设定(固定)为电源电压VDD。

图10是示出了像素51A的剖面结构的示图。

由于在图10所示的像素51A的剖面结构中额外地设置了电压控制晶体管61，所以也额外地设置了电压控制晶体管61的栅极部分61GT和n型扩散层71。电源电压VDD被施加至用作电压控制晶体管61的漏极的n型扩散层71。

在第一实施例中，图2中的n型扩散层24(其充当放大晶体管14的源极和选择晶体管15的漏极)还用作电压控制晶体管61的源极。因此，在图10中，n型扩散层24被两个n型扩散层24A和24B以及用于连接这两个n型扩散层24A和24B的金属线24C代替。然而，因为在附图中难以画出用作三个晶体管(放大晶体管14、选择晶体管15和电压控制晶体管61)的源极/漏极的结构，所以提出了这种结构，且这种结构不必包括这两个n型扩散层24A和24B。因此，实际上，如同在图2中，三个晶体管的源极/漏极可由单个n型扩散层24形成。

<第一驱动>

现参考图11至15，对根据第一实施例的像素51A的驱动(第一驱动)进行说明。

在信号累积之前首先检测信号电平(复位信号电平)之后，像素51A累积信号电荷。然后，像素51A读取累积的信号电荷，并执行相关双采样(CDS)处理，以确定累积之前的复位信号电平与累积之后的信号电平(累积的信号电平)之间的差。通过CDS处理，能够去除诸如kTC噪声和放大晶体管14的阈值的变化等像素所特有的固定模式噪声。

图11示出了根据由像素51A执行的CDS处理而被提供至选择晶体管15、复位晶体管13和电压控制晶体管61的各个栅极的信号的时序图。

首先，在选择晶体管15处于关断状态且电压控制晶体管61处于接通状态时的时间t1处，复位信号RST变高，且复位晶体管13被接通，使得电荷保持单元12的电压被复位至初始状态。图12示出了时间t1之后的情况。如图12所示，放大晶体管14的作为输出端的源极被固定为电压控制晶体管61的漏极电压(VDD)。

在复位晶体管13被关断之后的时间t2处，电压控制晶体管61被关断。在时间t3处，当选择晶体管15被接通时，放大晶体管14如图13所示地连接到列信号线16，且放大晶体管14的源极和栅极下方的电位变低。

在此时间点处，放大晶体管14的栅极下方的电位经由栅极绝缘膜被电容耦合到电荷保持单元12，且因此，电荷保持单元12的电压也下降。电压的该减小量取决于放大晶体管14的栅极下方和源极的电压的变化。由于在图12所示的先前情况下的所有像素中，放大晶体管14的栅极下方和源极的电压通过电压控制晶体管61被固定为恒定值，所以在选择晶体管15被接通时电荷保持单元12的电压的变化减小。

在如图13所示的情况下，放大晶体管14的输出电平经由列信号线16被读出为复位信号电平，并被存储到AD转换器中的存储器等中。

此后，在时间t4处，选择晶体管15被关断。在时间t5处，电压控制晶体管61被接通，且接着像素51A中的信号累积开始。

图14示出了信号累积(时间t5之后)期间的情况。

在信号累积期间，如图14所示，放大晶体管14的输出端再次被固定为电压控制晶体管61的漏极电压，且放大晶体管14的用作电荷保持单元12的栅极返回至初始复位电压。

在完成信号电荷累积之后，在时间t6处电压控制晶体管61被关断。在时间t7处，选择晶体管15被接通，使得电荷保持单元12中累积的信号电荷经由列信号线16被输出至AD转换器中的存储器等。

图15示出了时间t7之后的累积的信号电荷的输出期间的情况。

在读出累积的信号电荷之后，在时间t8处选择晶体管15被关断，且在时间t9处电压控制晶体管61被接通。

在上述第一驱动中，如图14所示，信号累积时段期间的电荷保持单元12返回至初始状态的复位电压(Vreset)，且电压变化消失。因此，电荷保持单元12的泄漏电流的变化变小，且点缺陷生成减少。被施加至光电转换膜28的电压的变化也减小，且光电转换膜28的灵敏度的变化和光电转换膜28的泄漏电流的变化变小。

而且，在第一驱动中，在选择晶体管15处于关断状态时，执行使电荷保持单元12复位的操作。因为如此，用于执行复位操作的时段可与另一像素的选择晶体管15处于接通状态时的时段重叠。因此，能够增大固态成像器件的成像速度。

另外，当电荷保持单元12被复位时，放大晶体管14的输出端和栅极下方的电位通过电压控制晶体管61被固定，使得能够减小选择晶体管15被接通时的复位电压的变化。因此，能够减小固态成像器件的成像质量的劣化。

注意，在图11中的时序图中，如果在时间t2处电压控制晶体管61被关断之前接通选择晶体管15，则电压控制晶体管61的漏极电压被输出至列信号线16。因此，电压控制晶体管61被关断时的时间与放大晶体管14的输出通过列信号线16来反映时的时间之间的稳定需要一定的时间。针对这个问题，优选地以如下方式执行驱动：当选择晶体管15处于接通状态时，电压控制晶体管61总是处于关断状态。

而且，为了无误地固定放大晶体管14的输出端(源极)的电压，使电压控制晶体管61优选地由深耗尽型(deep-depletion)晶体管形成。而且，电压控制晶体管61的关断状态电压优选地为负偏置。因此，可以减少或防止在选择晶体管15处于接通状态时在电压控制晶体管61中出现来自列信号线16的关断状态泄露的现象。

在第一实施例中，电压控制晶体管61的漏极电压等于放大晶体管14的漏极电压。因此，能够减少将被提供至像素51A的功率的种类，且能够简化像素线。

<第二实施例>

现参考图16至21，对根据本发明的像素的第二实施例进行说明。

图16是根据第二实施例的像素51B的等效电路。图17示出了根据第二实施例的像素51B的剖面结构。

第一实施例是将电子用作信号电荷的结构，而第二实施例与第一实施例的不同之处在于将空穴用作信号电荷。

通过图16所示的像素51B的等效电路与图9所示的像素51A的等效电路之间的比较，显而易见的是，在第二实施例中，电源电压VDD被施加至光电转换单元11的一端或图17中的上电极29A。放大晶体管14优选地由深耗尽型晶体管形成，以便即使在低栅极电压下也作为源极跟随器进行操作。

复位晶体管13没有连接到电源电压VDD，而是连接到GND。在示出了第一实施例的图10中，p型半导体基板21中的n型扩散层23在复位晶体管13与放大晶体管14之间被共用。然而，在第二实施例中，如图17所示，用于复位晶体管13的n型扩散层23A和用于放大晶体管14的n型扩散层23B是彼此分离地形成的。用于复位晶体管13的n型扩散层23A连接到GND，且用于放大晶体管14的n型扩散层23B连接到电源电压VDD。

<第二驱动>

如同在第一实施例中，现参考图19至21并结合图18中的时序图，对根据第二实施例的像素51B的驱动(第二驱动)进行说明。

在时间t21处，电压控制晶体管61被关断。在时间t22处，选择晶体管15被接通。在时间t23处，复位晶体管13被接通，且电荷保持单元12的电压被复位至初始状态。

图19示出了复位操作之后的复位信号电平读出期间的情况。在图19所示的情况下，像素51B的复位信号电平经由列信号线16从放大晶体管14被输出至AD转换器中的存储器等。

在时间t24处，选择晶体管15被关断，且在时间t25处，电压控制晶体管61被接通。图20示出了t25之后的情况，且在此情况下，信号电荷被累积。

在图20所示的情况下，放大晶体管14的栅极下方的电位经由栅极绝缘膜被电容耦合到电荷保持单元12，且因此，电荷保持单元12的电压也上升。电压的此增大量取决于放大晶体管14的栅极下方和源极的电压的变化。由于在所有像素中，放大晶体管14的栅极下方和源极的电压通过电压控制晶体管61被固定为恒定值，所以电荷保持单元12的电压的变化减小。在电荷保持单元12的电压的变化减小时，信号电荷被累积。

在完成信号电荷累积，在时间t26处电压控制晶体管61被关断。在时间t27处，选择晶体管15被接通，使得电荷保持单元12中累积的信号电荷经由列信号线16被输出至AD转换器中的存储器等。

图21示出了累积的信号电荷的输出期间的情况。

在读出累积的信号电荷之后，在时间t28处选择晶体管15被关断，且在时间t29处电压控制晶体管61被接通。

在上述第二驱动中，如图20所示，选择晶体管15被关断时电荷保持单元12的电压的变化被限制为恒定值。因此，在信号累积时段期间，电荷保持单元12的电压的变化减小。因此，电荷保持单元12的泄漏电流的变化变小，且点缺陷生成减少。被施加至光电转换膜28的电压的变化也减小，且光电转换膜28的灵敏度的变化和光电转换膜28的泄漏电流的变化变小。

而且，在第二实施例中，空穴被用作信号电荷，且与p型半导体基板21的电位相等的GND电压用于使电荷保持单元12复位。由此，能够极大地减小电荷保持单元12的n型扩散层22的电位与p型半导体基板21的环绕n型扩散层22的暗黑部分的电位之间的差异。因此，能够减小泄漏电流。

另外，在第二实施例中，如图20所示，信号累积时段期间的电荷保持单元12的升压由电压控制晶体管61控制。在GND被用作复位电压的情况下，实际复位操作之后的电压由于场通(field-through)转变成负偏置，且在电荷保持单元12中产生正向偏置电流。为了解决这个问题，如同在第二驱动中，使电荷保持单元12升压，从而能够使负偏置复位。因此，减少了电荷保持单元12中的正向偏置电流的生成，且能够减小或防止固态成像器件的成像质量的劣化。

注意，电荷保持单元12的电压的增大量可通过控制诸如电压控制晶体管61的漏极电压、作为恒定电流源的负载MOS 17中的电流的量、放大晶体管14的阈值电压Vth和晶体管尺寸等参数而被调整至任何值。在像素51B充当场通消除电路的情况下，上述的参数可被设定为与复位晶体管13处的场通量相一致的适当值。

注意，在将空穴用作信号电荷的第二实施例中，如果在放大晶体管14与电压控制晶体管61之间使用不同的电压，则将被输入至放大晶体管14的电压在接收到大量的光时上升，且在放大晶体管14与电压控制晶体管61的漏极之间产生大的电流。由于如同在第二实施例中，在放大晶体管14与电压控制晶体管61之间使用相同的漏极电压，所以能够防止大的电流的产生。

<第三实施例>

现参考图22至28，对根据本发明的像素的第三实施例进行说明。

图22是根据第三实施例的像素51C的等效电路。图23示出了根据第三实施例的像素51C的剖面结构。

在上述的第一和第二实施例中，在像素中，光电转换单元11和放大晶体管14彼此直接连接。

在根据第三实施例的像素51C中，如图22所述，在光电转换单元11与放大晶体管14之间添加有传输晶体管91。当传输晶体管91由于其栅极被提供传输信号TG而被接通时，传输晶体管91将光电转换单元11中产生的电荷传输至电荷保持单元12。第三实施例中的电荷保持单元12是处于电浮动状态的浮动扩散(FD)单元。

而且，第三实施例与上述的第一和第三实施例的不同之处在于，如图23所示，像素51C的光电转换单元11由光电二极管PD形成，所述光电二极管PD由p型半导体基板21与n型半导体区域92之间的PN结形成。

在第三实施例中，保护膜(绝缘膜)30、滤色器31和片上透镜32形成在p型半导体基板21的上表面上。此上表面形成光入射平面。复位晶体管13、放大晶体管14、选择晶体管15、电压控制晶体管61和传输晶体管91形成在p型半导体基板21的下表面上。此下表面位于与形成有片上透镜32等的一侧相对的一侧。因此，第三实施例的像素51C具有使光从背表面侧进入的背面照射型固态成像器件的结构，所述背表面侧是p型半导体基板21的与形成有像素晶体管的表面侧相对的一侧。

注意，由于传输晶体管91的添加，在第三实施例的像素结构中，布线的数量增大。针对这个问题，优选地使用如图23所示的背面照射型固态成像器件的结构。

在图23所示的像素51C的剖面结构中，添加的传输晶体管91由p型半导体基板21下方的栅极部分91GT、n型半导体区域92和n型扩散层22形成。通过用作光电转换单元11的光电二极管PD的光电转换产生的过量电荷被放电至作为FD单元的n型扩散层22，且传输晶体管91的栅极部分91GT的下方的部分用作溢出阻挡部(overflow barrier)。除了形成在p型半导体基板21的与光入射表面侧相对的一侧的下表面上以外，其它像素晶体管与第一实施例的像素晶体管相同。

<第三驱动>

现参考图25至28并结合图24中的时序图，对根据第三实施例的像素51C的驱动(第三驱动)进行说明。

在选择晶体管15处于关断状态且电压控制晶体管61处于接通状态的时间t41处，复位晶体管13和传输晶体管91被接通，且作为光电转换单元11的光电二极管PD被复位。图25示出了时间t41之后光电二极管PD被复位的情况。

在时间t42处，复位晶体管13和传输晶体管91被关断，且在此情况下信号电荷被累积。图26示出了时间t42之后信号电荷被累积的情况。

在从光电二极管PD的复位直到信号累积的时段期间，在所有像素中，放大晶体管14的源极通过电压控制晶体管61被固定为恒定值(漏极电压)，且因此，作为FD单元的电荷保持单元12的电压的变化减小。

在完成信号电荷累积之后，在时间t43处复位晶体管13被接通，且在某一时间段后，在时间t44处复位晶体管13被关断。因此，作为FD单元的电荷保持单元12在此被复位。图27示出了复位之后的情况。在此情况下，作为FD单元的电荷保持单元12(未示出)以及与电荷保持单元12连接的放大晶体管14的栅极电压处于复位电压(Vreset)。

在时间t45处，电压控制晶体管61被关断，且在时间t46处，选择晶体管15被接通，使得放大晶体管14的作为输出端的源极连接到列信号线16。因此，如图28所示，放大晶体管14的作为输出端的源极和栅极下方的电位变低。在此时间点处，放大晶体管14的栅极下方的电位经由栅极绝缘膜被电容耦合到电荷保持单元12，且因此，电荷保持单元12的电压也下降。电压的此减小量取决于放大晶体管14的栅极下方和源极的电压的变化。由于在图27所示的情况下，所有像素中的放大晶体管14的栅极下方和源极的电压通过电压控制晶体管61被固定为恒定值，所以在图28所示的情况下，电荷保持单元12的电位的变化减小。鉴于此，当电荷保持单元1的电位的变化减小时，将复位信号电平经由列信号线16从放大晶体管14输出至AD转换器中的存储器等。

在时间t47处，传输晶体管91被接通，且作为光电转换单元11的光电二极管PD中累积的信号电荷被传输至电荷保持单元12，并从放大晶体管14被输出至列信号线16。

在读出累积的信号电荷之后，在时间t48处选择晶体管15被关断，且在时间t49处电压控制晶体管61被接通。

在上述第三驱动中，如同在第一驱动中，当选择晶体管15处于关断状态时，执行使电荷保持单元12复位的操作。因为如此，用于执行复位操作的时段可与另一像素的选择晶体管15处于接通状态的时段重叠。因此，能够增大固态成像器件的成像速度。

另外，当电荷保持单元12被复位时，放大晶体管14的输出端和栅极下方的电位通过电压控制晶体管61被固定，使得能够减小选择晶体管15被接通时复位电压的变化。因此，能够减小固态成像器件的成像质量的劣化。

在第三驱动中，电荷保持单元12在信号电荷累积期间的电压的变化减小。因此，传输晶体管91的栅极下方的溢出阻挡部因施加至电荷保持单元12的电压而产生的变化减小。因此，能够减小固态成像器件中的饱和信号量的变化。

<第四实施例>

现参考图29至31，对根据本发明的像素的第四实施例进行说明。

图29示出了根据第四实施例的像素51D的等效电路。

如图29所示，像素51D的等效电路包括用于作为第一波长的光的绿光的像素电路101G以及用于作为第二波长的光的红光和用于作为第三波长的光的蓝光的像素电路101RB。

用于绿光的像素电路101G具有与将空穴用作信号电荷的第二实施例的像素51B相同的结构。

即，像素电路101G包括光电转换单元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和电压控制晶体管161G。

像素电路101G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和电压控制晶体管161G分别与图16所示的像素51B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和电压控制晶体管61等同。

下面将简略地说明这种结构。

光电转换单元111G生成并累积与接收的绿光的量相一致的电荷(信号电荷)。当光电转换单元111G的一端连接到电源电压VDD时，另一端连接到电荷保持单元112G、复位晶体管113G和放大晶体管114G。在像素电路101G的结构中，信号电荷是空穴。

电荷保持单元112G保持从光电转换单元111G读出的电荷。如同在第二实施例中，电荷保持单元112G连接到光电转换单元111G的一端、复位晶体管113G的源极和放大晶体管114G的栅极，且因此，电荷实际上是通过所有这些部件来保持的。

当复位晶体管113G由于其栅极被提供复位信号RST(G)而被接通时，复位晶体管113G使电荷保持单元112G的电位复位。

放大晶体管114G的栅极连接到电荷保持单元112G，漏极连接到电源电压VDD，且源极连接到选择晶体管115G的漏极。放大晶体管114G输出与电荷保持单元112G的电位相一致的像素信号。

选择晶体管115G的漏极连接到放大晶体管114G的源极，且选择晶体管115G的源极连接到列信号线16。当选择晶体管115G由于在像素51D被选择时其栅极被提供选择信号SEL(G)而被接通，并经由列信号线16将像素51D的像素信号输出至AD转换器。

电压控制晶体管161G的漏极连接到电源电压VDD，且电压控制晶体管161G的源极连接到放大晶体管114G的源极和选择晶体管115G的漏极。

当电压控制晶体管161G由于其栅极被提供电压控制信号SELX而被接通时，电压控制晶体管161G将放大晶体管114G的源极设定(固定)为电源电压VDD。

同时，用于红光和蓝光的像素电路101RB包括用于红光的光电转换单元和传输晶体管以及用于蓝光的光电转换单元和传输晶体管。其它部件在红光与蓝光之间被共用。

更具体地，像素电路101RB包括光电转换单元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和选择晶体管115RB。

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。

当传输晶体管191R由于其栅极被提供传输信号TG(R)而被接通时，传输晶体管191R将光电转换单元111R中产生的信号电荷传输至作为FD单元的电荷保持单元112RB。当传输晶体管191B由于其栅极被提供传输信号TG(B)而被接通时，传输晶体管191B将光电转换单元111B中产生的信号电荷传输至作为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传输的信号电荷。电荷保持单元112RB是FD单元。

当复位晶体管113RB由于其栅极被提供复位信号RST(RB)而被接通时，复位晶体管113RB使电荷保持单元112RB的电位复位。

放大晶体管114RB的栅极连接到电荷保持单元112RB，漏极连接到电源电压VDD，且源极连接到选择晶体管115RB的漏极。放大晶体管114RB输出与电荷保持单元112RB的电位相一致的像素信号。

选择晶体管115RB的漏极连接到放大晶体管114RB的源极，且选择晶体管115RB的源极连接到列信号线16。选择晶体管115RB由于在像素51D被选择时其栅极被提供选择信号SEL(RB)而被接通，且选择晶体管115RB经由列信号线16将像素51D的像素信号输出至AD转换器。

图30示出了根据第四实施例的像素51D的剖面结构。

在像素51D中，光电转换单元111G形成在p型半导体基板21的光接收表面侧，且保护膜(绝缘膜)201插入在光电转换单元111G与p型半导体基板21之间。光电转换单元111G是通过将光电转换膜202插入在上电极203A与下电极203B之间的结构形成的。对绿光进行光电转换但使红光和蓝光通过的材料被用作光电转换膜202的材料。在绿光的波长下执行光电转换的有机光电转换膜可以是包含若丹明染料(rhodamine dye)、部花青染料(merocyanine dye)或喹吖啶酮(quinacridone)等的有机光电转换材料。上电极203A和下电极203B均由诸如铟锡氧化物(ITO)膜或铟锌氧化膜等透明电极膜形成。

注意，在光电转换膜202例如是在红光的波长下执行光电转换的有机光电转换膜的情况下，可以使用包含酞青染料(phthalocyanine dye)的有机光电转换材料。在光电转换膜202例如是在绿光的波长下执行光电转换的有机光电转换膜的情况下，可以使用包含香豆素染料(coumarin dye)、三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline Al，Alq3)或部花青染料等的有机光电转换材料。片上透镜32形成在光电转换单元111G的上侧。

在p型半导体基板21中，两个n型半导体区域204和205沿深度方向堆叠，且光电二极管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对蓝光执行光电转换，且光电二极管PD2对红光执行光电转换。这两个n型半导体区域204和205被设计成部分地到达p型半导体基板21的下侧上的界面。

像素51D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等的一侧相对的一侧的下表面上。

具体地，用于绿光的复位晶体管113G由p型半导体基板21上方的栅极部分113GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层221和222形成。放大晶体管114G由p型半导体基板21上方的栅极部分114GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层223A和224形成。

而且，选择晶体管115G由p型半导体基板21上方的栅极部分115GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层223B和225形成。电压控制晶体管161G由p型半导体基板21上方的栅极部分116GT以及p型半导体基板21中的n型扩散层223A和226形成。

因接收绿光而产生的信号电荷是空穴，且电源电压(VDD)被施加至光电转换膜202的上电极203A。光电转换膜202的下电极203B连接到n型扩散层221(其是复位晶体管113G的源极和漏极中的一者)，并通过金属连接导体227连接到放大晶体管114G的栅极。这些连接的部件组成了电荷保持单元112G。n型扩散层222(其是复位晶体管113G的源极和漏极中的另一者)连接到GND。

n型扩散层223A和223B通过金属线228进行连接，并用作放大晶体管114G的源极、选择晶体管115G的漏极和电压控制晶体管161G的源极。作为选择晶体管115G的源极的n型扩散层225连接到列信号线16。

另外，用于蓝光的传输晶体管191B由p型半导体基板21上方的栅极部分191BGT以及p型半导体基板21中的n型半导体区域204和n型扩散层231A形成。用于红光的传输晶体管191R由p型半导体基板21上方的栅极部分191RGT以及p型半导体基板21中的n型半导体区域205和n型扩散层231B形成。

而且，复位晶体管113RB由p型半导体基板21上方的栅极部分113RBGT以及p型半导体基板21中的n型扩散层231B和232形成。放大晶体管114RB由p型半导体基板21上方的栅极部分114RBGT以及p型半导体基板21中的n型扩散层232和233形成。

另外，选择晶体管115RB由p型半导体基板21上方的栅极部分115RBGT以及p型半导体基板21中的n型扩散层234和225形成。

在用于蓝光的传输晶体管191B与用于红光的传输晶体管191R之间共用的n型扩散层231A连接到n型扩散层231B(其是复位晶体管113RB的n型扩散层中的一者)，并通过金属线235连接到放大晶体管114RB的栅极部分114RBGT，以形成电荷保持单元112RB。用作复位晶体管113RB的漏极和放大晶体管114RB的漏极的n型扩散层232连接到电源电压VDD。

而且，作为放大晶体管114RB的n型扩散层中的一者的n型扩散层233和作为选择晶体管115RB的n型扩散层中的一者的n型扩散层234通过金属线236进行连接。作为选择晶体管115RB的n型扩散层中的另一者的n型扩散层225与用于绿光的选择晶体管115G共用。p型半导体基板21的形成有像素晶体管的表面被涂覆有绝缘膜237。

注意，尽管在图30中，由于空间限制，作为像素晶体管的源极或漏极共用的n型扩散层通过金属线进行连接，但是单个n型扩散层也当然可以被共用。

<第四驱动>

现参考图31中的时序图，对根据第四实施例的像素51D的驱动(第四驱动)进行说明。

在第四驱动中，依次对绿色信号电荷、红色信号电荷和蓝色信号电荷执行信号电荷复位操作，且在经过信号累积时段之后依次读出绿色信号电荷、红色信号电荷和蓝色信号电荷。

首先，执行绿色信号电荷复位操作。

具体地，在时间t61处，关断用于绿光的电压控制晶体管161G。在时间t62处，接通选择晶体管151G。在时间t63处，接通复位晶体管113G，使得电荷保持单元112G的电压被复位至初始状态。

在时间t64处，关断选择晶体管115G，且在时间t65处，接通电压控制晶体管161G。

接下来，执行红色信号电荷复位操作和蓝色信号电荷复位操作。

具体地，在时间t66处，接通用于红光和蓝光的复位晶体管113RB以及传输晶体管191R，使得作为光电转换单元111R的光电二极管PD2被复位。

在时间t67处，接通复位晶体管113RB和传输晶体管191B，使得作为光电转换单元111B的光电二极管PD1被复位。

以上述方式完成使绿色信号电荷、红色信号电荷和蓝色信号电荷复位的操作。然后，开始信号电荷累积。

在完成信号电荷累积之后，首先执行绿色信号电荷读出操作。

在时间t68处，关断用于绿光的电压控制晶体管161G，且在时间t69处，接通选择晶体管115G，使得电荷保持单元112G中累积的绿色信号电荷经由列信号线16被输出至AD转换器中的存储器等。

在读出累积的绿色信号电荷之后，在时间t70处关断选择晶体管115G，且在时间t71处接通电压控制晶体管161G。

接下来，执行红色信号电荷读出操作。

在时间t72处接通用于红光和蓝光的选择晶体管115RB之后，在时间t73处接通复位晶体管113RB，使得作为FD单元的电荷保持单元112RB被复位。

在时间t74处，接通用于红光的传输晶体管191R，使得光电二极管PD2中累积的红色信号电荷被传输至电荷保持单元112RB，并从放大晶体管114RB被输出至列信号线16。在时间t75处，暂时关断用于红光和蓝光的选择晶体管115RB。

接下来，执行蓝色信号电荷读出操作。

在时间t76处再次接通用于红光和蓝光的选择晶体管115RB之后，在时间t77处接通复位晶体管113RB，使得作为FD单元的电荷保持单元112RB被复位。

在时间t78处，接通用于蓝光的传输晶体管191B，使得光电二极管PD1中累积的蓝色信号电荷被传输至电荷保持单元112RB，并从放大晶体管114RB被输出至列信号线16。最后，在时间t79处，关断用于红光和蓝光的选择晶体管115RB。

在上述第四驱动中，绿色信号电荷的驱动与第二驱动的信号电荷的驱动相同。

在第四实施例的像素51D中，电压控制晶体管161G的漏极电压被设定为与像素电路101G中的放大晶体管114G的漏极电压以及像素电路101RB中的复位晶体管113RB和放大晶体管114RB的漏极电压相同的电源电压VDD。因此，可以减少将被提供至像素51D的功率的种类，且可以简化像素线。

而且，如同在第二实施例中，可以防止由于接收到大量的光时被输入至放大晶体管114G的电压增大而在放大晶体管114G与电压控制晶体管161G的漏极之间产生大的电流。

<第五实施例>

现参考图32至34，对根据本发明的像素的第五实施例进行说明。

图32示出了根据第五实施例的像素51E的等效电路。

根据第五实施例的像素51E与第四实施例的像素51D的不同之处在于，用于红光和蓝光的像素电路101RB中新添加有电压控制晶体管161RB。像素51E的结构的其它方面与图29所示的像素51D的结构相同。

当电压控制晶体管161RB由于其栅极被提供电压控制信号SELY而被接通时，电压控制晶体管161RB将放大晶体管114RB的源极设定(固定)为电源电压VDD。

图33示出了根据第五实施例的像素51E的剖面结构。

在图33中，像素51E与第四实施例的像素51D的不同之处仅在于，新添加有用于形成电压控制晶体管161RB的栅极部分161RBGT以及位于p型半导体基板21中的n型扩散层241。n型扩散层241与电压控制晶体管161RB的漏极等同，且电源电压VDD被施加至n型扩散层241。电压控制晶体管161RB的源极由还充当放大晶体管114RB的源极的n型扩散层233形成。

<第五驱动>

现参考图34中的时序图，对根据第五实施例的像素51E的驱动(第五驱动)进行说明。

用于绿色信号电荷的第五驱动与上述的第二驱动相同，且用于红色信号电荷和蓝色信号电荷的第五驱动与上述的第三驱动相同。针对红色信号电荷、绿色信号电荷和蓝色信号电荷依次执行信号电荷复位操作和读出操作。

首先，从时间t91至时间t92，接通位晶体管113RB和传输晶体管191R，使得用于红光的光电二极管PD2被复位。

在时间t93处，关断用于绿光的电压控制晶体管161G。在时间t94处，接通选择晶体管115G。在时间t95处，接通复位晶体管113G，且电荷保持单元112G的电压被复位。

在时间t96处，关断选择晶体管115G，且在时间t97处，接通电压控制晶体管161G。

从时间t98至时间t99，接通复位晶体管113RB和传输晶体管191B，且用于蓝光的光电二极管PD1被复位。

以上述方式完成使红色信号电荷、绿色信号电荷和蓝色信号电荷复位的操作。然后，开始信号电荷累积。

在完成信号电荷累积之后，首先执行红色信号电荷读出操作。

在时间t100处接通复位晶体管113RB，且在某一时段之后，在时间t101处关断复位晶体管113RB。因此，作为FD单元的电荷保持单元112RB被复位，以读出红色信号电荷。

在时间t102处，关断电压控制晶体管161RB，且在时间t103处，接通选择晶体管115RB，使得放大晶体管114RB的作为输出端的源极连接到列信号线16。

在时间t104与时间t105之间，接通传输晶体管191R，使得光电二极管PD2中累积的红色信号电荷被传输至电荷保持单元112RB，并从放大晶体管114RB被输出至列信号线16。

在读出累积的红色信号电荷之后，在时间t106处关断电压控制晶体管161G。在时间t107处，关断选择晶体管115RB，且接通选择晶体管115G，使得电荷保持单元112G中累积的绿色信号电荷经由列信号线16被输出至AD转换器中的存储器等。注意，在时间t107处，还接通电压控制晶体管161RB。

在绿色信号电荷读出操作期间，在时间t108处接通复位晶体管113RB，且在某一时段之后，在时间t109处关断复位晶体管113RB。因此，作为FD单元的电荷保持单元112RB被复位，以读出蓝色信号电荷。

在时间t110处，既关断选择晶体管115G又关断电压控制晶体管161RB。

在时间t111处，接通选择晶体管115RB和电压控制晶体管161G。此后，在时间t112与时间113之间，接通用于蓝光的传输晶体管191B，使得光电二极管PD1中累积的蓝色信号电荷被传输至电荷保持单元112RB，并从放大晶体管114RB输出至列信号线16。

最后，在时间t114处，关断用于红光和蓝光的选择晶体管115RB，且接通电压控制晶体管161RB。

通过上述的第五驱动，在读出红色信号电荷和蓝色信号电荷时读出绿色信号电荷。因此，可以在用于读出前一行的蓝色信号电荷的操作期间执行使红色信号电荷复位的操作，且可以在用于读出绿色信号电荷的操作期间执行使蓝色信号电荷复位的操作。因此，能够增大固态成像器件的成像速度。

另外，当电荷保持单元112RB被复位时，放大晶体管114RB的输出端和栅极下方的电位通过电压控制晶体管161RB被固定，使得能够减小选择晶体管115RB被接通时复位电压的变化。因此，能够减小固态成像器件的成像质量的劣化。

在第五实施例的像素51E中，电压控制晶体管161G和161RB的漏极电压被设定为与像素电路101G中的放大晶体管114G的漏极电压以及像素电路101RB中的复位晶体管113RB和放大晶体管114RB的漏极电压相同的电源电压VDD。因此，可以减少将被提供至像素51D的功率的种类，且可以简化像素线。

而且，如同在第四实施例中，可以防止由于接收到大量的光时被输入至放大晶体管114G的电压增大而在放大晶体管114G与电压控制晶体管161G的漏极之间产生大的电流。

<固态成像器件的示例结构的概述>

上述的像素51A至51E可被用作图35所示的固态成像器件的像素。即，图35是示意性地示出了根据本发明的固态成像器件的结构的示图。

图35所示的固态成像器件301包括像素阵列单元303和存在于像素阵列单元303周围的外围电路单元，像素阵列单元303包括以二维阵列的方式布置在例如将硅(Si)用作半导体的半导体基板312上的像素302。外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。

上述像素51A至51E中的一者被用作像素302。

控制电路308接收输入时钟和用于指定操作模式等的数据，并还输出诸如固态成像器件301的内部信息等数据。即，根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路308生成用作垂直驱动电路304、列信号处理电路305和水平驱动电路306等的操作的参考的时钟信号和控制信号。然后，控制电路308将产生的时钟信号和控制信号输出至垂直驱动电路304、列信号处理电路305和水平驱动电路306等。

垂直驱动电路304例如由移位寄存器形成，选择预定的像素驱动线310，提供用于驱动与被选择的像素驱动线310连接的像素302的脉冲，并逐行地驱动像素302。即，垂直驱动电路304在垂直方向上逐行地按照顺序选择并扫描像素阵列单元303的各个像素302，并通过垂直信号线309将根据信号电荷的像素信号提供至列信号处理电路305，所述信号电荷是根据各个像素302的光电转换单元中接收的光量生成的。

上面已经说明的复位信号RST、RST(G)和RST(RB)、选择信号SEL、SEL(B)和SEL(RB)、电压控制信号SELX和SELY以及传输信号TG、TG(R)和TG(B)经由像素驱动线310被垂直驱动电路304控制。

列信号处理电路305是针对像素302的各个列设置的，并对从一行的像素302输出的信号逐行执行诸如去噪等信号处理。例如，列信号处理电路305执行诸如CDS和AD转换等信号处理，以去除像素所特有的固定模式噪声。

水平驱动电路306例如由移位寄存器形成。水平驱动电路306通过顺序地输出水平扫描脉冲来顺序地选择各个列信号处理电路305，并使各个列信号处理电路305将像素信号输出至水平信号线311。

输出电路307对通过水平信号线311从各个列信号处理电路305提供的信号顺序地执行信号处理，并输出处理后的信号。输出电路307可仅执行缓冲，或可例如执行黑电平控制、列变化校正以及各种类型的数字信号处理。输入/输出端子313与外部交换信号。

具有上述结构的固态成像器件301是所谓的列AD型CMOS图像传感器，在该列AD型CMOS图像传感器中，执行CDS过程和AD转换的列信号处理电路5是针对各个像素列设置的。

当上述像素51A至51E中的一者被用作固态成像器件301中的像素302时，固态成像器件301能够通过减小像素302中的电荷保持单元(电荷保持单元12、电荷保持单元112G或电荷保持单元112RB)的电压的变化来提高成像质量。

<电子装置的示例应用>

本发明不一定应用于固态成像器件。具体地，本发明可应用于诸如如同数码相机或摄像机一样的成像装置、具有成像功能的移动终端设备或将固态成像器件用作图像读取器的复印机等任何将固态成像器件用作摄像单元(光电转换单元)的电子装置。固态成像器件可以是单芯片的形式，或可以是由成像单元和信号处理单元或光学系统封装而成并具有成像功能的模块的形式。

图36是示出了作为根据本发明的电子装置的成像装置的示例结构的框图。

图36所示的成像装置400包括由透镜等形成的光学单元401、具有图35所示的固态成像器件301的结构的固态成像器件(成像装置)402以及作为相机信号处理器电路的数字信号处理器(DSP)电路403。成像装置400还包括帧存储器404、显示单元405、记录单元406、操作单元407和供电单元408。DSP电路403、帧存储器404、显示单元405、记录单元406、操作单元407和供电单元408经由总线409彼此连接。

光学单元401使来自物体的入射光(图像光)聚集并在固态成像器件402的成像表面上形成图像。固态成像器件402针对每个像素将已经通过光学单元401被聚集为成像表面上的图像的入射光的量转换成电信号，并输出电信号以作为像素信号。图35所示的固态成像器件301或已通过减小电荷保持单元12的电压的变化等提高成像质量的固态成像器件可被用作固态成像器件402。

显示单元405由诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板等面板显示装置形成，并显示通过固态成像器件402形成的运动图像或静态图像。记录单元406将通过固态成像器件402形成的运动图像或静态图像记录到诸如硬盘或半导体存储器等记录介质中。

当被用户操作时，操作单元407发出关于成像装置400的各种功能的操作指令。供电单元408适当地为DSP电路403、帧存储器404、显示单元405、记录单元406和操作单元407提供作为操作功率源的各种功率源。

当包括根据上述各个实施例的像素51A至51E的固态成像器件301被用作如上所述的成像器件402时，能够提高固态成像器件402的成像质量。因此，还能够在作为摄像机、数码相机或用于移动设备(诸如便携式电话装置等)的相机模块等的成像装置400中提高所捕捉的图像的质量。

注意，在光电转换单元11在上述的实施例中是由PN结形成的光电二极管PD的情况下，第一导电类型是p型，第二导电类型是n型，且电子被用作信号电荷。然而，第一导电类型可以是n型，第二导电类型可以是p型，且空穴可被用作信号电荷。而且，像素晶体管可由n型MOS形成，而不是由p型MOS形成。

而且，本发明不仅能够应用于感测可见光的入射光量分布并根据该分布形成图像的固态成像器件，还可应用于诸如感测红外线、X射线或粒子等的入射量分布并根据该分布形成图像的固态成像器件或者感测诸如压力或电容等一些广义上的其它物理量的分布并根据该分布形成图像的指纹传感器等一般的固态成像器件(物理量分布传感器)。

应当注意的是，本发明的实施例不限于上述实施例，且可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述实施例进行各种修改。

例如，可以使用上述实施例中的所有或一些实施例的组合。

注意，本说明书中说明的有益效果仅是示例，且本发明的有益效果不限于这些有益效果并可包含除本说明书中说明的这些有益效果之外的效果。

注意。还可以通过下述结构具体实现本发明。

(1)一种固态成像器件，其包括：

像素，其包括：

第一光电转换单元，其被配置成通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；

第一电荷保持单元，其被配置成保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；

第一选择晶体管，其被配置成控制所述像素的选择；

第一输出晶体管，其被配置成在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及

第一电压控制晶体管，其被配置成控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

(2)如(1)所述的成像器件，其中，

所述第一光电转换单元对第一波长的光进行光电转换，且

所述像素还包括：

第二光电转换单元，其被配置成通过接收第二波长的光并对所述第二波长的光进行光电转换来生成信号电荷，所述第二波长不同于所述第一波长；

第三光电转换单元，其被配置成通过接收第三波长的光并对所述第二波长的光进行光电转换来生成信号电荷，所述第三波长不同于所述第一波长和所述第二波长；

第二电荷保持单元，其被配置成保持由所述第二光电转换单元生成的所述信号电荷和由所述第三光电转换单元生成的所述信号电荷；

第二选择晶体管，其被配置成控制所述像素的选择；以及

第二输出晶体管，其被配置成在所述像素被所述第二选择晶体管选择时将所述第二电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出。

(3)如(1)或(2)所述的成像器件，其中，所述像素还包括：

第二电压控制晶体管，其被配置成控制所述第二输出晶体管的输出端的电压。

(4)如(1)至(3)中任一项所述的成像器件，其中，所述第一光电转换单元由以下结构形成，所述结构将光电转换膜插入在上电极与下电极之间。

(5)如(1)至(4)中任一项所述的成像器件，其中，所述第一光电转换单元由光电二极管形成，所述光电二极管由半导体基板中的PN结形成。

(6)如(1)至(5)中任一项所述的成像器件，其中，由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷是空穴。

(7)如(1)至(6)中任一项所述的成像器件，其中，由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷是电子。

(8)如(1)至(7)中任一项所述的成像器件，其中，

所述第一电荷保持单元包括第二导电类型的扩散层，所述扩散层形成在第一导电类型的半导体基板中，且

用于使所述第一电荷保持单元的电压复位的复位电压是等于所述第一导电类型的电位的电压。

(9)如(8)所述的成像器件，其中，所述第一导电类型是p型，且所述第二导电类型是n型。

(10)如(1)和(5)至(9)中任一项所述的成像器件，其还包括：

传输晶体管，其被配置成将由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷传输至所述第一电荷保持单元。

(11)如(1)和(5)至(10)中任一项所述的成像器件，其中，所述第一电荷保持单元是浮动扩散单元。

(12)如(1)至(11)中任一项所述的成像器件，其中，所述第一电压控制晶体管的漏极电压等于所述输出晶体管的漏极电压。

(13)如(1)至(12)中任一项所述的成像器件，其中，所述第一电压控制晶体管是深耗尽型晶体管。

(14)如(1)至(13)中任一项所述的成像器件，其中，负偏置被用作所述第一电压控制晶体管的关断电压。

(15)如(1)至(14)中任一项所述的成像器件，其中，在所述第一选择晶体管处于接通状态时，所述第一电压控制晶体管被控制成总是处于关断状态。

(16)如(1)至(15)中任一项所述的成像器件，其中，在所述第一选择晶体管被接通之前，所述第一电压控制晶体管被关断。

(17)如(1)至(16)中任一项所述的成像器件，其中，在当所述第一选择晶体管处于接通状态且所述第一电压控制晶体管处于关断状态时执行使所述第一电荷保持单元复位的操作之后，在所述第一选择晶体管处于关断状态且所述第一电压控制晶体管处于接通状态时执行信号累积。

(18)如(1)至(16)中任一项所述的成像器件，其中，在当所述第一选择晶体管处于关断状态且所述第一电压控制晶体管处于接通状态时执行使所述第一电荷保持单元复位的操作之后，在所述第一选择晶体管处于接通状态且所述第一电压控制晶体管处于关断状态时读出所述复位时的信号。

(19)一种用于驱动包括像素的固态成像器件的方法，所述像素包括第一光电转换单元、第一电荷保持单元、第一选择晶体管、第一输出晶体管和第一电压控制晶体管，所述方法包括：

所述第一光电转换单元通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；

所述第一电荷保持单元保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；

所述第一选择晶体管控制所述像素的选择；

所述第一输出晶体管在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及

所述第一电压控制晶体管控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

(20)一种电子装置，其包括：

固态成像器件，所述固态成像器件包括像素，所述像素包括：

第一光电转换单元，其被配置成通过接收已进入所述像素的光并对所述光进行光电转换来生成并累积信号电荷；

第一电荷保持单元，其被配置成保持由所述第一光电转换单元生成的所述信号电荷；

第一选择晶体管，其被配置成控制所述像素的选择；

第一输出晶体管，其被配置成在所述像素被所述第一选择晶体管选择时将所述第一电荷保持单元中的所述信号电荷作为像素信号输出；以及

第一电压控制晶体管，其被配置成控制所述第一输出晶体管的输出端的电压。

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 14 放大晶体管

15 选择晶体管 16 列信号线

21 p型半导体基板 22 N型扩散层

28 光电转换膜 29A 上电极

29B 下电极 51A-51E 像素

61 电压控制晶体管 91 传输晶体管

111R、111B 光电转换单元 112RB 电荷保持单元

113RB 复位晶体管 114RB 放大晶体管

115RB 选择晶体管 161RB 电压控制晶体管

191B、191G 传输晶体管 301 固态成像器件

302 像素 400 成像装置

402 固态成像器件