[發明專利]固態成像器件和電子設備

在審

• 申請號: 202011129993.4
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN113380839A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 古閑史彥
• 申請（專利權）人: 索尼半導體解決方案公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374;H04N5/3745;H01L27/30;H04N5/232;H04N5/351
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 姚鵬;曹正建

本技術涉及能夠抑制光電轉換部的光電轉換特性的劣化的固態成像元件和電子設備。該固態成像元件設置有像素，所述像素包括：光電轉換部，其形成在半導體基板外部；電荷保持部，其用于保持在光電轉換部中生成的信號電荷并且直接連接至所述光電轉換單元；復位晶體管，其用于復位電荷保持部的電位；電容量切換晶體管，其與電荷保持部連接，并用于切換電荷保持部的電容量；以及附加電容量元件，其與電容量切換晶體管連接。例如，本技術能夠應用至固態成像元件。

本申請是申請日為2016年01月15日、發明名稱為“固態成像器件和電子設備”的申請號為201680006416.1的專利申請的分案申請。

技術領域

本技術涉及固態成像器件和電子設備，特別地，涉及一種能夠抑制光電轉換單元的光電轉換特性劣化的固態成像器件和電子設備。

背景技術

近年來，作為非連續地改變圖像傳感器的特性的技術，已經提出了將光電轉換單元布置在半導體基板的外部的構造。例如，專利文獻1-3披露了將光電轉換單元布置在半導體基板上部并在半導體基板中累積光電轉換信號的結構。該結構能夠使由常規半導體基板材料確定的光電轉換特性大大改變，并且使傳感器技術可以應用于諸如遠紅外領域等通常用硅(Si)圖像傳感器難以實現的領域。

另外，在目前廣泛用于圖像傳感器中的以平面方式布置紅色濾色器、藍色濾色器和綠色濾色器的像素排列中，通過以像素為單位吸收特定波長的光來進行顏色分離。因此，例如，在紅色像素的濾色器中，會吸收并損失具有藍色和綠色波長的光。

作為其解決方案，在專利文獻1中提出了一種層疊型固態成像器件，其中，用于將紅色、藍色和綠光進行光電轉換的光電轉換區域例如層疊在相同的像素空間中。該結構能夠抑制因濾色器的光吸收而造成的靈敏度劣化。另外，該結構不需要內插(interpolation)處理，并且可以預期不會發生偽色影響。

將光電轉換單元布置在半導體基板外部的結構需要將光電轉換單元和半導體基板進行電氣連接。由于使用金屬來連接光電轉換單元和半導體基板，因此在光電轉換單元中產生的信號電荷不能經由傳輸柵極被完全傳送至電荷保持單元。因此，如專利文獻1中所披露，該結構通常采用將光電轉換單元和電荷保持單元直接連接的結構。

然而，對于這種結構的光電轉換單元，會使光電轉換單元的光電轉換和靈敏度劣化。為了改善光電轉換單元的靈敏度的劣化，有效的解決方案是增加電荷保持單元的電容量并降低相對于信號電荷的電壓變化。然而，當增加電荷保持單元的電容量時，會降低電荷保持單元的信號放大率，因此，將降低固態成像器件的S/N比。

因此，專利文獻4提出了一種用于根據信號電荷量來控制電荷保持單元的電容量的方法。具體地，將電荷保持單元的電容量控制成：在需要高S/N比的低照度下，降低電荷保持單元的電容量，并且在需要保持大量信號電荷的高照度下，通過使用電容量附加單元來增加電荷保持單元的電容量。

然而，對于該構造，為了在需要高S/N比的低照度下降低電荷保持單元的電容量，電容量附加單元需要被耗盡。因此，耗盡區與電荷保持單元連接，并且在低照度下泄漏特性會劣化。

另外，在專利文獻5中，用于添加電容量的晶體管(Tr)布置在浮動擴散(FD)單元和復位Tr之間，由此控制信號放大率。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請特開第2007-329161號公報

專利文獻2：日本專利申請特開第2010-278086號公報

專利文獻3：日本專利申請特開第2011-138927號公報

專利文獻4：日本專利申請特開第2013-89869號公報

專利文獻5：日本專利申請特開第2010-124418號公報

發明內容