[發明專利]半導體器件

有效

• 申請號: 200810099253.3
• 申請日: 2004-09-10
• 公開（公告）號: CN101304471A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 馬渕圭司
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 黃小臨

本申請是名稱為“半導體器件及驅動其單元組件的控制方法和裝置”(申請號：200410090013.9；申請日：2004年09月10日)的申請的分案申請。?

技術領域

本發明涉及一種其中設置有多個單元組件的半導體器件。具體地，本發明涉及一種降低功耗并提高物理量分布傳感半導體器件例如固態成像器件的動態范圍的技術。例如，在物理量分布傳感半導體器件中，以矩陣方式排列對外界輸入的電磁波例如光和射線敏感的單元組件，例如單元像素，并將物理量分布轉換為電信號以便讀出。?

背景技術

在各種領域中，正廣泛采用物理量分布傳感半導體器件，其中以行的方式或以矩陣方式排列對外界輸入的電磁波例如光和射線敏感的單元組件例如單元像素。例如，在成像器件領域中，采用具有電荷耦合器件(CCD)、金屬氧化物半導體(MOS)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)的固態成像器件，所有這些器件感測作為物理量之一的光。在這種半導體器件中，單元組件(在固態成像器件情況下的單元像素)讀出從物理量分布中轉換的電信號。?

此外，所述固態成像器件包括具有有源像素傳感器(APS，也稱為增益單元)結構的像素的有源像素傳感器固態成像器件。在每個APS像素中，像素信號產生單元包括放大用于根據電容產生單元產生的信號電荷而產生像素信號的驅動晶體管。例如，大多數CMOS固態成像器件就具有這種結構。在這些有源像素傳感器固態成像器件中，為了讀出像素信號，就通過地址來控制具有多個單元像素的像素單元，以致可以選擇任何一個單元像素以便從其中讀出信號。就是說，有源像素傳感器固態成像器件是地址控制固態成像器件的一個實例。?

例如，在有源像素傳感器中，所述有源像素傳感器是具有矩陣形式的單?元像素的X-Y地址型固態成像傳感器的一種類型，像素是由具有MOS結構(MOS晶體管)的有源元件組成，以便提供自身具有放大功能的像素。就是說，此有源像素傳感器讀出在光電二極管(光電轉換器)中累積并由有源元件作為圖像信息放大的信號電荷(光電子)。?

例如，在這種X-Y地址型固態成像傳感器中，以二維矩陣方式排列多個像素晶體管，以形成一個像素單元。根據入射光的信號電荷、以逐行或以逐像素的方式進行累積。通過指定地址，從每個像素中依次讀出基于累積的信號電荷的電流或電壓信號。?

單元像素結構：4-TR型?

通常，在互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器中，為了降低噪聲，單元像素的結構比電荷耦合器件(CCD)的結構復雜。例如，如圖1A中所示，常規目的的CMOS傳感器包括：具有寄生電容的擴散層的浮點擴散(floatingdiffusion)放大器(FDA)，以及在單元像素3中的四個晶體管。這種結構眾所周知并被稱為4-晶體管像素結構(此后，還稱為4TR-結構)。?

在這種4TR-結構中，作為電荷累積單元的一個實例的浮點擴散單元38連接到作為信號產生單元的一個實例的放大晶體管42的柵極。因此，放大晶體管42就根據浮點擴散單元38的電位(此后，稱為FD電位)、通過像素線51將信號輸出到作為輸出信號線的一個實例的垂直信號線53。復位晶體管36使浮點擴散單元38復位。?

用作電荷轉移單元的轉移柵極晶體管(讀出選擇晶體管)34將由電荷產生單元32產生的信號電荷轉移到浮點擴散單元38。多個像素連接到垂直信號線53。為了選擇出像素，接通待選擇的像素中的垂直選擇晶體管40。這僅使選擇出的像素連接到垂直信號線53，由此，選擇出的像素的信號就被輸出到垂直信號線53。?

因此，單元像素3通常包括光電轉換器例如光電二極管(PD)和四個晶體管，四個晶體管之一是用于選擇像素的垂直選擇晶體管40。大多數電流CMOS傳感器的單元像素3具有選擇晶體管。因此，在提高分辨率方面，與CCD傳感器相比，CMOS傳感器就存在缺點。?

單元像素結構：3-TR型?

另一方面，提出了一種3個晶體管的像素結構(此后，還稱為3TR結構)，以便在保持性能的同時能減少元件的數量。如圖1B中所示，為了通過減少單?元像素3中的晶體管占用的空間來降低像素尺寸，單元像素3包括光電轉換器例如光電二極管(PD)和三個晶體管(例如，參照日本專利No.2708455)。此后，將所述專利文獻稱為專利文獻1。?