[发明专利]成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置以及固态成像装置的驱动方法。

背景技术

将有机半导体材料用于光电转换层的成像元件可以对特定颜色(波段)进行光电转换。此外，由于该特性，在将该成像元件用作固态成像装置中的成像元件的情况下，可以实现如下子像素结构(层叠型成像元件)：其中，每个子像素被构造为片上滤色器(on-chip color filter，OCCF)和成像元件的组合，并且子像素被二维地排列(例如，参见JP 2011-138927A)。此外，由于无需进行去马赛克处理，因此其优点在于不会出现假色。注意，在以下说明中，在某些情况下，为便于说明，将设置在半导体基板上或上方并包括光电转换单元的成像元件称为“第一类型成像元件”；为便于说明，将构成第一类型成像元件的光电转换单元称为“第一类型光电转换单元”；为便于说明，将设置在半导体基板中的成像元件称为“第二类型成像元件”，并且为便于说明，将构成第二类型成像元件的光电转换单元称为“第二类型光电转换单元”。

在图49中示出了现有技术中层叠型成像元件(层叠型固态成像装置)的结构实施例。在图49示出的实施例中，第三光电转换单元331和第二光电转换单元321分别是构成作为形成在被层叠的半导体基板370中的第二类型成像元件的第三成像元件330和第二成像元件320的第二类型光电转换单元。此外，第一光电转换单元311为布置在半导体基板370上方(具体地，第二成像元件320上方)的第一类型光电转换单元。第一光电转换单元311被构造成包括第一电极311、由有机材料制成的光电转换层315以及第二电极316，并且第一光电转换单元构成作为第一类型成像元件的第一成像元件310。由于吸收系数的差异，第二光电转换单元321和第三光电转换单元331分别对例如蓝色光和红色光进行光电转换。此外，第一光电转换单元311对例如绿色光进行光电转换。

通过第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中的光电转换而生成的电荷暂时存储在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中，此后，经由垂直型晶体管(示出了其栅极部322)和传输晶体管(示出了其栅极部332)将这些电荷分别传输至第二浮动扩散层(Floating Diffusion)FD₂和第三浮动扩散层FD₃。这些电荷被进一步输出至外部读取电路(未示出)。上述晶体管和浮动扩散层FD₂、FD₃也形成在半导体基板370中。

通过第一光电转换单元311中的光电转换而生成的电荷经由接触孔部361和配线层362存储至形成在半导体基板370中的第一浮动扩散层FD₁中。第一光电转换单元311也通过接触孔部361和配线层362连接至将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部318。另外，第一浮动扩散层FD₁构成复位晶体管(示出了其栅极部317)的一部分。注意，附图标记371表示元件隔离区，附图标记372表示形成在半导体基板370的表面上的氧化膜，附图标记376和381表示层间绝缘层，附图标记383表示保护层，并且附图标记390表示片上微透镜。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP 2011-138927A

发明内容

技术问题

然而，通过第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中的光电转换而生成的电荷暂时存储在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中，此后，将这些电荷分别传输至第二浮动扩散层FD₂和第三浮动扩散层FD₃。因此，能够完全耗尽第二光电转换单元321和第三光电转换单元331。然而，通过第一光电转换单元311中的光电转换而生成的电荷直接存储在第一浮动扩散层FD₁中。因此，难以完全耗尽第一光电转换单元311。因此，kTC噪声增大，随机噪声劣化，从而使成像的图像质量劣化。

本发明旨在提供一种将光电转换单元布置在半导体基板上或上方且具有能够抑制成像质量劣化的构造和结构的成像元件、该成像元件构成的层叠型成像元件、包括该成像元件或层叠型成像元件的固态成像装置以及固态成像装置的驱动方法。

技术方案