S晶体管2322的栅极由垂直扫描部3来提供行选择信号SELB。
[0073]构成MOS晶体管2321的漏极和像素20Α的电荷保持部22的杂质扩散区223在半导体衬底201上一体地形成。同样，构成MOS晶体管2322的漏极和像素20B的电荷保持部22的杂质扩散区223在半导体衬底201上一体地形成。由此，能减少杂质扩散区的面积，缩小像素尺寸。
[0074]在实施方式4中，若由垂直扫描部3提供的选择信号SEL成为高电平，则两个像素20A、20B所属的两行像素成为驱动的对象。行选择信号SELA、SELB中的任何一个成为高电平，从而MOS晶体管2321、2322中的一个选择性地成为导通状态。由此，两个像素20A、20B中的一个最终被选中。
[0075]根据实施方式4，构成一个检测部23的MOS晶体管231、232可以为多个像素所共有。因此，能减少每一个像素的晶体管数。例如由不同行的4个像素共有一个检测部23时，每一个像素的晶体管数实质上成为1.5个。
[0076]接着，就本发明与相关技术之间的差异进行补充说明，仅供参考。
在第一相关技术中，在FD(浮动扩散)部的复位晶体管侧设置成为耗尽状态的杂质浓度区域(溢出障壁:0FB)，在复位晶体管导通的复位期间，使复位电源电压从赋予高于OFB势能的势能的电压(即，低于复位电源电压的电压)转变到赋予低于OFB势能的势能的电压(即，高于复位电源电压的电压)，从而以OFB势能来规定复位电平。由此，能不受kTC噪声的影响地设定复位电平。
[0077]然而，在第一相关技术的方法中，由于用复位晶体管进行FD部的复位，不可避免地产生kTC噪声。与此相反，根据上述实施方式，进行复位而不使用复位晶体管，因此根本不产生kTC噪声。
[0078]此外，在上述第一相关技术的方法中，需要将FD部的一部分作为复位晶体管的源极。在这种情况下，形成了由作为FD部的一部分的η型杂质扩散区和半导体衬底的P阱区、或半导体衬底表面的P+区域形成的pn结区露出于半导体衬底表面的构造。利用该露出的pn结区的晶带弯曲所产生的电场，使从半导体衬底与硅氧化膜之间的界面的悬空键产生的电子形成暗电流从而容易被引入FD部。因此，根据第一相关技术的方法，光电转换出的电荷所产生的信号分量容易混入因暗电流而产生的噪声。与此相反，在上述实施方式中，从形成电位障壁部的杂质扩散区222来看，在半导体衬底201的第一面侧对P型杂质扩散区224进行覆盖而形成，因此，因悬空键而产生的暗电流受到抑制。
[0079]在第二相关技术中，邻接与从层叠的光电转换部的下部电极延伸的插头电极的半导体衬底相接触的接触区(n+区域)来设置0FB，溢出OFB的电子被埋入并蓄积在H)部的η区域。如此，根据第二相关技术的方式，由于需要经常使电子在插头电极的接触区处溢出，因此，从光电转换部读取的光电荷限定于电子。例如，如果存在使用有机膜作为光电转换膜而又不能在有机膜上涂覆形成电子输送层的情况(例如，在不能制备电子输送层的涂覆剂时)，对于从光电转换部的读取，优选为通过空穴来进行读取。因此，如果在有机膜上不能涂覆形成电子输送层，则第二相关技术的方式难以适用于将有机膜用作为光电转换膜的层叠图像传感器。
[0080]根据以上所述的至少一个实施方式的半导体装置，能够防止kTC噪声的产生。
[0081]以上就本发明的几个实施方式作了说明，但这些实施方式只是以举例方式呈示，无意对本发明的范围加以限定。这些实施方式可以通过其他的各种方式来进行实施，并且在不脱离发明要点的范围内可以作出各种省略、置换和变更。这些实施方式及其变形被包括在本发明的范围和要点中，同样被包括在本发明的权利要求书中阐述的本发明及其等同的范围内。
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于， 所述半导体装置包括多个像素， 所述多个像素分别包括: 光电转换部； 第一杂质扩散区，该第一杂质扩散区对由所述光电转换部所光电转换出的电荷进行保持； 电压供给线； 第二杂质扩散区，该第二杂质扩散区与所述电压供给线相连接； 电位障壁部，该电位障壁部在所述第一杂质扩散区与所述第二杂质扩散区之间形成恒定的电位障壁，限制电荷在所述第一杂质扩散区与所述第二杂质扩散区之间移动；以及检测部，该检测部对所述第一杂质扩散区中所保持的电荷进行检测。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体装置还包括驱动部，该驱动部通过所述电压供给线向所述第二杂质扩散区施加电压， 所述驱动部使所述第二杂质扩散区的电压在第一电压与第二电压之间转变，从而将所述第一杂质扩散区的电压进行复位，其中，所述第一电压赋予低于所述电位障壁的势能，所述第二电压赋予高于所述电位障壁的势能。3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于， 所述检测部包括: 放大用晶体管，该放大用晶体管的漏极被施加规定电源电压，并且其栅极与所述第一杂质扩散区相连接；以及 选择用晶体管，该选择用晶体管的漏极与所述放大用晶体管的源极相连接，并且其栅极被提供有选择信号， 当所述电压供给线的电压为所述第二电压时，所述放大用晶体管截止，当所述电压供给线的电压为第三电压以上时，所述放大用晶体管导通，其中，所述第三电压赋予与所述电位障壁相当的势能。4.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于， 所述光电转换部具有由有机膜构成的光电转换膜。5.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于， 所述光电转换部通过光电转换来生成空穴-电子对，并将所述空穴提供给所述第一杂质扩散区。6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述电压供给线设置在所述多个像素的每一行上， 所述驱动部通过所述电压供给线将所述多个像素各自所包括的所述第一杂质扩散区的电压逐行进行复位。7.如权利要求3至6的任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个像素的各个像素在所述第一杂质扩散区与所述放大用晶体管的栅极之间还包括行选择晶体管， 所述检测部经由所述选择晶体管而被多行像素所共有。8.如权利要求1至6的任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个像素分别还包括半导体衬底， 所述第一杂质扩散区、所述第二杂质扩散区和所述电位障壁部配置在所述半导体衬底内。9.如权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 所述第一杂质扩散区、所述第二杂质扩散区和所述电位障壁部具有第一导电型。10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于， 所述第一导电型为η型， 所述电位障壁部的杂质浓度设定得比所述第一杂质扩散区和所述第二杂质扩散区各自的杂质浓度要低。11.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个像素的各个像素在所述半导体衬底的第一面与所述电位障壁部之间还包括覆盖所述电位障壁部的第二导电型的第三杂质扩散区。12.如权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个像素分别还包括: 绝缘层，该绝缘层设置在所述半导体衬底与所述光电转换部之间；以及 电极，该电极贯穿所述绝缘层， 所述电极将所述光电转换部与所述第一杂质扩散区进行电连接。13.如权利要求1至6的任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个像素分别还包括第一光电二极管和第二光电二极管， 所述光电转换部对第一色光的波长区具有感光性， 所述第一光电二极管对第二色光的波长区具有感光性， 所述第二光电二极管对第三色光的波长区具有感光性。14.如权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体衬底包括第一面和与所述第一面相对的第二面， 所述第一杂质扩散区、所述电位障壁部和所述第二杂质扩散区层叠配置在所述第一面与所述第二面之间。15.如权利要求14所述的半导体装置，其特征在于， 所述第一导电型为η型， 所述电位障壁部的杂质浓度设定得比所述第一杂质扩散区和所述第二杂质扩散区各自的杂质浓度要低。
【专利摘要】本发明实施方式的半导体装置具有多个像素。所述多个像素分别包括光电转换部、第一杂质扩散区、电压供给线、第二杂质扩散区、电位障壁部和检测部。第一杂质扩散区对由所述光电转换部光电转换出的电荷进行保持。第二杂质扩散区与所述电压供给线相连接。电位障壁部在所述第一杂质扩散区与所述第二杂质扩散区之间形成恒定的电位障壁，限制电荷在所述第一杂质扩散区与所述第二杂质扩散区之间移动。检测部检测所述第一杂质扩散区所保持的电荷。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN105448941
【申请号】CN201510530580
【发明人】宫崎崇, 藤原郁夫, 饭田义典, 木村俊介, 舟木英之
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年8月26日