专利名称：光学传感器和固体成像器件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光学传感器和估计成像器件，具体地，涉及一种
CMOS或CCD传感器的一维或二维固体成像器件，以及一种上述固体成 像器件的操作方法。
背景技术：
例如CM0S (互补金属氧化物半导体)图像传感器和CCD (电荷耦 合器件)图像传感器的图像传感器在性能上有所改进，并且广泛应用 于数码相机、具有摄像机的蜂窝电话、扫描仪等中。
然而，还要求图像传感器的其它性能的改进。其中之一是扩展动 态范围。传统使用的图像传感器的动态范围保持在例如3至4位(60 至80dB)的量级上，因此期望实现具有至少5至6位(100至120dB) 动态范围的高质量图像传感器，可以与裸眼或卤化银薄膜相比。
作为一种提高上述图像传感器的图像质量的技术，例如，为了实 现高灵敏度和高S/N比，S. Inoue et al. ， 〃IEEE Workshop on CCDs and Advanced Image Sensor 2001， pp. 16-19"(下面称为"非专禾!j 文献1")提出了一种技术，用于通过读取在与每个像素的光电二极管 相邻的浮置区中产生的噪声信号以及与光信号相加的噪声信号，并且 获取两者之间的差值，来减少噪声。然而，即使通过这种方法，可实 现的动态范围最高在80dB的量级上。要求实现更宽的动态范围。
此外，例如如图1所示，日本未审专利申请公开(JP-A) No. 2003-134396 (下面称为"专利文献1")公开了一种技术，用于通过 使位于高灵敏度且低照度一侧的具有小电容器CI的浮置区以及位于 低灵敏度且高照度一侧的具有大电容器C2的浮置区与光电二极管PD 相连，并且分别输出低照度一侧输出0UT1和高照度一侧输出0UT2，
来扩展动态范围。
此外，如图2所示，日本未审专利申请公开(JP-A) No. 2000-165754 (下面称为"专利文献2")公开了一种通过使浮置扩散(ra)区内的电容器CS可变来扩展动态范围的技术。此外，存在另一 种公开技术，用于通过将成像划分为具有至少两个不同曝光时间段的 成像，其中包括具有与高照度一侧相对应的短曝光时间段的成像以及 具有与低照度一侧相对应的长曝光时间段的成像，来扩展动态范围。 此外，如图3所示，日本未审专利申请(JP-A) No. 2002-77737(下面称为"专利文献3")和Y. Muramatsu et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 38， No. 1， pp. 16-19 (下面称为"非专利文献2")公开了一种技术，用于通过在光电二极管PD和电 容器C之间设置晶体管开关T，在第一曝光时间段内导通开关T以便 将光信号电荷存储在光电二极管PD和电容器C中，并且在第二曝光时 间段内截止开关T以便将光电荷存储在光电二极管PD中在第一曝光时 间段中存储的电荷之上，来扩展动态范围。此处，这些文献在其中公 开了当提供超出其饱和值的光照射时，通过复位晶体管R来释放过 量的电荷。
此外，如图4所示，日本未审专利申请公开(JP-A) No. 5-90556 (下面称为"专利文献4")公开了一种技术，用于通过使用大于传 统电容器的电容器，作为光电二极管PD，来允许解决高照度成像问题。
此夕卜，如图5所示，The Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 57, 2003 (下面称为 "非专利文献3")公开了一种技术，用于通过在通过组合M0S晶体 管而组成的对数转换电路对数地转换信号的同时，存储和输出来自光 电二极管PD的光电流信号，来扩展动态范围。
在上述专利文献1、 2和3和非专利文献2中提出的方法中，或 者在用于利用两个或多个不同曝光时间段来成像的方法中，在彼此不 同的时间执行低照度一侧的成像和高照度一侧的成像。这引起的问题 在于在所述至少两个成像的成像时间之间出现时间间隔，从而损害了 运动图像的质量。此外，在上述专利文献4和3中提出的方法中，可以由例如与高 照度一侧相对应的成像来实现较宽的动态范围，但是只要关注低照度 一侧的成像，则不希望地会导致低灵敏度和低S/N比，从而损害图像质量。
如上所述，在例如CMOS图像传感器的图像传感器中，难以在保 持高灵敏度和高S/N比的同时实现较宽的动态范围。上述内容不仅适用于像素按照二维矩阵列排列的图像传感器，而且适用于像素按照一 维阵列排列的线性传感器以及没有多个像素的光学传感器。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种固体成像器件，能够在保持高灵 敏度和高S/N比的同时扩展动态范围。
根据本发明的固体成像器件，可以通过由接收光以及产生并存储 光电荷的光电二极管在低照度成像中保持高灵敏度和高S/N比，以及 通过将通过溢出门溢出光电二极管的光电荷存储在存储电容器中来执 行高照度成像，来实现较宽的动态范围。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学传感器。所述光学传感 器包括光电二极管，接收光并且产生光电荷；溢出门，与光电二极 管相耦合，并且在存储操作期间转移溢出光电二极管的光电荷；以及 存储电容器单元，在存储操作期间存储通过溢出门转移的光电荷。
光学传感器还包括与光电二极管和浮置区相耦合的转移晶体管， 其中，转移晶体管将光电荷从光电二极管转移到浮置区。
溢出门可以由结型晶体管构成。在这种情况下，优选地形成结型 晶体管的栅极的半导体区域与形成光电二极管的表面区的半导体区 域、以及与形成光电二极管和溢出门的阱区相连。
可以在其中形成了溢出门的衬底的预定深度处形成溢出门。在这 种情况下，优选地溢出门具有与溢出门的沟道相同导电类型的半导体 层，所述半导体层降低势垒以便在溢出门中穿通。
存储电容器单元可以包括用作下电极的半导体区域，形成在其 中形成了光学传感器的半导体衬底的表面层部分中；电容器绝缘膜， 形成在半导体区域上；以及上电极，形成在电容器绝缘膜上。存储电容器单元可以包括下电极，形成在其中形成了光学传感 器的衬底上；电容器绝缘膜，形成在下电极上；以及上电极，形成在电容器绝缘膜上。存储电容器单元可以包括用作下电极的半导体区域，形成在沟槽的内壁中，所述沟槽形成在其中形成了光学传感器的半导体衬底中； 电容器绝缘膜，形成在沟槽的内壁上；以及上电极，形成在电容器绝 缘膜上并嵌入沟槽。提供了一种包括按照一维或二维矩阵排列的多个像素的固体成 像器件，其中每个像素具有上述光学传感器。溢出门可以由MOS晶体管或结型晶体管构成。还提供了另一种包括多个像素块的固体成像器件。在该器件中， 所述多个像素块的每一个包括多个像素和单个浮置区。所述多个像素 的每一个包括光电二极管，接收光并产生光电荷；溢出门，与光电 二极管相耦合，并且在存储操作期间转移溢出光电二极管的光电荷； 存储电容器单元，在存储操作期间存储通过溢出门转移的光电荷；以 及转移晶体管，与光电二极管和单个浮置区相耦合。转移晶体管可以是埋入沟道晶体管，具有与转移晶体管的沟道相 同导电类型的、从其中形成了转移晶体管的衬底的表面或表面附近直 到预定深度所形成的半导体层。包括多个象素、每个象素具有上述光学传感器的固体成像器件还 可以包括复位晶体管，与浮置区相耦合，用于释放存储电容器单元 和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置在浮置区和存储电容器单元之间；放大晶体管，用于读取浮置区中或者浮置区和存储电容器单元中 的信号电荷，作为电压；选择晶体管，与放大晶体管相耦合，用于选 择像素。固体成像器件还可以包括复位晶体管，与存储电容器单元相耦 合，用于释放存储电容器单元和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置 在浮置区和存储电容器单元之间；放大晶体管，用于读取浮置区中或
者浮置区和存储电容器单元中的信号电荷，作为电压；选择晶体管， 与放大晶体管相耦合，用于选择像素。包括多个象素、每个象素具有上述光学传感器的固体成像器件还 可以包括噪声抵消装置，用于获取两个电压信号之间的差值，两个 电压信号之一是从转移到浮置区或者转移到浮置区和存储电容器单元 的光电荷所获得的电压信号；另一个电压信号是浮置区或者浮置区和 存储电容器单元的复位电平处的电压信号。固体成像器件还可以包括存储装置，用于存储浮置区和存储电 容器单元中复位电平处的电压信号。根据本发明的其它方面，提供了一种从包括光电二极管和存储电 容器单元的光学传感器输出信号的方法。所述方法包括步骤在光电 二极管饱和之前，将光电二极管所产生的第一光电荷存储到光电二极 管；在饱和之后，将光电二极管所产生的第二光电荷存储到存储电容 器单元；以及根据第一和第二光电荷，来输出信号。溢出门可以由耦合在光电二极管和存储电容器之间的MOS晶体管 构成，MOS晶体管的栅电极接收确定存储操作的信号。
图1是与专利文献1相对应的等效电路图； 图2是与专利文献2相对应的等效电路图； 图3是与专利文献3相对应的等效电路图; 图4是与专利文献4相对应的等效电路图； 图5是与非专利文献3相对应的等效电路图； 图6是根据本发明第一实施例的固体成像器件中的像素的等效电 路图；图7是根据本发明第一实施例的固体成像器件中的像素的示意平 面图；图8A是表示根据本发明第一实施例的固体成像器件中的像素的 光电二极管PD1、溢出门L04和存储电容器CS5的区域的示意截面图。 图8B是表示根据本发明第一实施例的固体成像器件中的像素的
光电二极管PD1、转移晶体管T2、浮置区FD3、存储晶体管S7和存储 电容器CS5的区域的示意截面图；图9是根据本发明第一实施例的固体成像器件的驱动定时图；图IO是根据本发明第一实施例的固体成像器件的方框图；图11是根据本发明第二实施例的固体成像器件中的像素的等效电路图；图12是根据本发明第二实施例的固体成像器件中的像素的示意 平面图；图13是根据本发明第二实施例的固体成像器件的驱动定时图；图14是根据本发明第三实施例的固体成像器件中的像素的等效 电路图，该等效电路图与第一实施例的等效电路图相对应；图15是根据本发明第三实施例的固体成像器件中的像素的示意 平面图，该平面图与第一实施例的平面图相对应；图16是根据本发明第三实施例的固体成像器件中的像素的等效 电路图，该等效电路图与第二实施例的等效电路图相对应；图17是根据本发明第三实施例的固体成像器件中的像素的示意 平面图，该平面图与第二实施例的平面图相对应；图18是根据本发明第三实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图19是根据本发明第四实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图20是根据本发明第四实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图21是根据本发明第四实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图22是根据本发明第五实施例的固体成像器件中的两个像素的 等效电路图；图23是根据本发明第五实施例的固体成像器件中的两个像素的 示意平面图；图24是根据本发明第五实施例的固体成像器件的驱动定时图； 图25是根据本发明第六实施例的固体成像器件中的四个像素的 等效电路图；图26是根据本发明第六实施例的固体成像器件中的四个像素的 示意平面图；图27是根据本发明第六实施例的固体成像器件的驱动定时图； 图28是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图29是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图30是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图31是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图32是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图33是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图34是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图35是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图36是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图37是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图38是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图39是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图；图40是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面
图；以及图41是根据本发明第七实施例的固体成像器件中的像素的截面图。
具体实施方式
下面，参考附图来描述根据本发明实施例的固体成像器件。在全 部附图中，相同的参考符号表示相同或等效的部分。第一实施例图6示出了根据本发明第一实施例的固体成像器件中的像素的等 效电路，并且图7是其示意平面图。每个像素包括光电二极管PD1，接收光，并且产生并存储光电荷；转移晶体管T2，设置在靠近光电二极管PD1处，并且转移光电荷; 浮置区(浮置区)FD3，经过转移晶体管T2与光电二极管PD1相连； 溢出门L04,设置在靠近光电二极管PD1处，并且在存储操作期间转 移溢出光电二极管PD1的光电荷；存储电容器CS5，在存储操作期间 存储通过溢出门L04溢出光电二极管PD1的光电荷；复位晶体管R6， 与浮置区FD3相连，用于释放存储电容器CS5和浮置区FD3中的信号 电荷；存储晶体管S7，设置在浮置区FD3和存储电容器CS5之间；放 大晶体管SF8，用于读取浮置区FD3中或者浮置区FD3和存储电容器 CS5中的信号电荷，作为电压；以及选择晶体管X9，与放大晶体管SF8 相连，用于选择像素或像素块。在根据本实施例的固体成像器件中，按照二维或一维阵列来存储 多个像素，所述多个像素的每一个具有上述设置。在每个像素中，驱 动线f。10、 fll、 <|)S12以及(^13分别与溢出门L04、转移晶体管T2、 存储晶体管S7以及复位晶体管R6的栅电极相连。此外，由行移位寄 存器驱动的像素选择线(lh 14与选择晶体管X9的栅电极相连。此外， 输出线0UT15与选择晶体管X9的输出侧源极相连，并且由列移位寄存 器控制，用以产生输出。根据本发明的固体成像器件的构成不受限制，只要可以使浮置区FD3的电压固定在适当的值，以便能够执行像素的选择操作或未选择 操作。因此，也可以省略选择晶体管X9和驱动线(h14。图8A是表示根据本实施例的固体成像器件中的像素的光电二极 管PD1、溢出门L04和存储电容器CS5的区域的示意截面图，图8B是 表示像素中的光电二极管PD1、转移晶体管T2、浮置区FD3、存储晶 体管S7和存储电容器CS5的区域的示意截面图。例如，在n型硅半导体衬底(n-sub) 20上，形成p型阱(piell) 21，并且通过LOCOS方法等形成单元分离绝缘膜22、 23、 24和25， 用于分离各个像素，并且形成存储电容器CS。此外，在用于分离像素 的单元分离绝缘膜下的P型阱21中形成p+型分离区域26、 27、 28和 29。在p型阱21中形成n型半导体区域30，并且在其表面层上，形 成P+型半导体区域31。通该pn结，构成了电荷转移嵌入式光电二极 管PD。当光LT进入通过对pn结施加适当偏置而产生的耗尽层时，通 过光电效应产生光电荷。在n型半导体区域30的端部，存在形成用于离开p+型半导体区 域31的区域，并且在距离该区域预定距离处，在p型阱21的表面层 中形成n+型半导体区域32。此外，在n型半导体区域30的端部，存在形成用于离开p+型半 导体区域31的另一个区域,并且在距离所述另一个区域预定距离处的 位置，在p型阱21的表面层中形成n+型半导体区域33，用作浮置区 FD。此外，在距离所述另一个区域预定距离处，形成n+型半导体区域 34。此处，在与n型半导体区域30和n+型半导体区域32相关联的区 域中，经过由氧化硅构成的栅极绝缘膜35，在p型阱21的上表面上 形成由多晶硅等组成的栅电极36，并且在p型阱的表面层中设置具有 沟道形成区域的溢出门LO，其中n型半导体区域30和n+型半导体区 域32作为源极/漏极。此外，在与n型半导体区域30和n+型半导体区域33相关联的区 域中，经过由氧化硅等构成的栅极绝缘膜37，在p型阱21的上表面 上形成由多晶硅等组成的栅电极38，并且在p型阱的表面层中设置具
有沟道形成区域的转移晶体管T，其中n型半导体区域30和n+型半导 体区域33作为源极/漏极。此外，在与n+型半导体区域33和n+型半导体区域34相关联的 区域中，经过由氧化硅等构成的栅极绝缘膜39，在p型阱21的上表 面上形成由多晶硅等组成的栅电极40，并且在p型阱的表面层中设置 具有沟道形成区域的存储晶体管S，其中n+型半导体区域33和n+型 半导体区域34作为源极/漏极。此外，在由单元分离绝缘膜22和23分离的区域中，在p型阱的 表面层中形成P+型半导体区域41，用作下电极，并且在该层的上面， 经过由氧化硅等构成的电容器绝缘膜42，形成由多晶硅等组成的上电 极43。这些构成了存储电容器CS。形成由氧化硅等构成的绝缘膜44，以便覆盖溢出门LO、转移晶 体管T、存储晶体管S和存储电容器CS。设置开口部分，该开口部分 从n+型半导体区域32和n+型半导体区域33通过n+型半导体区域34 直到上电极43。此外，设置使n+型半导体区域32与上电极43相连的 布线45以及与n+型半导体区域33相连的布线46。驱动线^与转移晶体管T的栅电极38相连，并且驱动线(l)s与存储 晶体管S的栅电极40相连。驱动线f。与溢出门LO的栅电极36相连。驱动线(K。可以被施加驱 动脉冲信号，或者可选地就像在P型阱21的情况下一样，与零电势相 连。溢出门L0的阈值电压被设置为低于转移晶体管T的阈值电压，因 此有效地使超出光电二极管PD的饱和值的过量电荷通过溢出门LO有 效地流入存储电容器CS。当使溢出门LO和专用晶体管T的阈值电压 相同时，将电势设置为高于零电势的值可以使超出光电二极管PD的饱 和值的过量电荷通过溢出门LO有效地流入存储电容器CS。关于其它构成单元，即复位晶体管R、浮放大晶体管SF、选择晶 体管X、驱动线f和()h以及输出线OUT，在图8A和8B所示的半导体衬 底20上的未示出区域上构成这些单元，使得布线46与放大晶体管SF (未示出)相连，因此结构实现为图6中等效电路图所示的结构。
和存储电容器CS分别构成具有相对较深电势的电容器Gd和Ccs。此处，描述根据图6、 7、 8A和8B所示的实施例的固体成像器件 的操作方法。图9是根据本实施例的固体成像器件的驱动定时图。首先，在曝光存储(exposure storage)之前，将存储晶体管S 设置为导通，并且将转移晶体管T和复位晶体管R设置为截止。此时， 光电二极管PD处于完全耗尽状态。接下来，导通复位晶体管R，用以 复位浮置区FD和存储电容器CS (时间t,)。然后，在截止复位晶体 管R之后立即捕获的(FD+CS)的复位噪声被读取为噪声信号N2 (时 间t》。此处，噪声信号N2包括放大晶体管SF的闳值电压中的变化， 作为固定图样噪声分量。在存储周期期间(时间t3)，在截止存储晶 体管S、转移晶体管T、复位晶体管R和选择晶体管X的状态中，由光 电二极管PD存储饱和前的光电荷，并且超过饱和的过量光电荷经过溢 出门LO被存储在存储电容器CS中。该操作使得有效地利用溢出光电 二极管PD的电荷，而不丢弃这些电荷。按照这种方式，在饱和之前和 之后的时间段中，在相同的存储时间段内，对于每个像素，由相同的 光电二极管PD通过接收光来执行存储操作。在结束存储之后(时间t4)，导通选择晶体管X。然后，导通复 位晶体管R，用以复位浮置区FD (时间t5)，并且在复位之后立即捕 获的FD的复位噪声被读取为噪声信号N1 (时间t6)。此处，噪声信 号Nl包括放大晶体管SF的阈值电压的变化，作为固定图样噪声分量。接下来，导通转移晶体管T，用以将存储在光电二极管PD中的光 信号完全转移到浮置区FD (时间t7)，并且信号被读取为(S1+N1)。 然后，还导通存储晶体管S，用以将存储在光电二极管PD中的光电荷 完全转移到浮置区FD和存储电容器CS (时间t8)。存储在光电二极 管PD、浮置区FD和存储电容器CS中的电荷被混合，并且信号被读取 为(S1+S2+N1)。图10是根据本实施例的固体成像器件的方框图。在二维排列的 像素阵列的外围100-103，设置了行移位寄存器(VSR) 104、列移位 寄存器(HSR) 105、信号/噪声保存部分106和输出电路107。此处， 为了简化，示出了 (2像素X2像素)的像素阵列示例，但是像素的数
目不局限于此。从每个像素逐点读出的信号是噪声信号Nl以及(饱和之前的、 在FD中经过电荷/电压转换的光信号)+ (噪声信号)(即(S1+N1)); 噪声信号N2以及(饱和之前和之后的在FD和CS中经过电荷/电压转 换的求和光信号)+ (噪声信号)(即(Sl+S2+N2))。通过减法电路， 执行关于饱和之前的信号的噪声去除操作[(S1+N1) -Nl]。这去除 了随机噪声分量和固定图样噪声分量。另一方面，在开始存储之后立 即读取过饱和侧的噪声N2，当要去除随机噪声分量和固定图样噪声分 量时，立即将噪声N2存储在帧存储器中，其后，由减法电路执行噪声 去除操作[(S1+N1) -Nl]。因此，可以获得清除了噪声的饱和前信 号Sl和过饱和侧信号(Sl+S2)。可以在图像传感器芯片上形成减法电 路和帧存储器，或者将其形成为独立芯片。假设浮置区FD和存储电容器CS的电容分别是Cfd和Ccs，则可以 由(Cm + Ccs)/CFD大致地表示动态范围的放大比。然而，实际上，与复 位浮置区FD的情况相比，在复位(FD+CS)的情况下，复位晶体管R 处的时钟馈通具有较小影响，并且过饱和侧信号S2的饱和电压变得高 于饱和前信号S1的电压，因此动态范围以大于上述比值的放大比被放 大。为了在保持光电二极管的高数值孔径的同时有效地扩展动态范围 而不增加像素尺寸，希望可以形成具有高面积效率的大存储电容。可以通过选择清除了噪声的饱和前信号Sl和过饱和信号(S1+S2) 之一，实现较宽的动态范围信号的合成。可以在将预设的S1/(S1 + S2) 切换参考电压和Sl的信号输出电压相比较之后，选择信号Sl和 (Sl+S2)之一，来实现S1和(Sl+S2)之间的选择。推荐将切换参考 电压设置为小于Sl饱和电压，以避免切换参考电压受饱和前信号Sl 的饱和电压中的变化的影响，并且同时，在切换点将其设置为高电压， 以便保持过饱和侧信号(Sl+S2)的高S/N比。此处，将过饱和侧信号 (Sl+S2)的增益乘以比值(G。 + Ccs)/Ud，使得该增益与饱和前信号 Sl的增益一致。因此，通过选择性地组合从低照度直到高照度都是线 性的信号，可以获得具有放大的动态范围的图像信号。从上述操作中显而易见，在该固体成像器件中，因为饱和前信号
电荷和过饱和侧信号电荷被混合到过饱和侧信号(Sl+S2)，所以信号(Sl+S2)至少包括饱和前信号Sl在PD饱和附近的信号电荷。这增强 了对于诸如复位噪声和过饱和侧的弱暗电流之类的噪声分量的容限。 利用过饱和侧(Sl+S2)信号的增强噪声容限，通过在复位浮置区FD 和存储电容器CS之后在随后的场(例如N2')中立即读取电势，并且 获取关于前一场(即(Sl+S2+N2) -N2')中的(Sl+S2+N2)的差值， 用以去除固定图样噪声分量，即使在饱和前信号和过饱和信号之间的 选择切换点附近，也可以确保足够的S/N比。饱和前信号(S1+N1)和噪声信号N1的读取操作包括去除浮置区(FD)复位噪声，并且执行源输出放大器的阈值电压的变化的校正， 因此，在低照度区域中，可以实现高灵敏度和高S/N比(低噪声)性 质，而不会出现残留影像(afterimage)。在过饱和侧的操作中，在相 同的存储时间段内经过溢出门LO将溢出光电二极管PD的存储电荷存 储在存储电容器CS之后，执行低照度侧的信号读取。在结束读取之后， 在时间U处，将残留在浮置区FD中的饱和前信号电荷与过饱和信号 电荷混合，并且读取混合的电荷。此外，在该时间t8处，当导通存储 晶体管S时，浮置区FD与具有大电容的存储电容器CS相连，并且(FD+CS)的电势向正方向改变。因此，高效地将光电二极管PD的光 电荷完全转移到(FD+CS)，即使光电二极管PD处于饱和状态，所以即 使在PD饱和附近也不会出现残留影像。此外，即使在存储电容器CS变为饱和时，可以通过调节复位晶 体管R和存储晶体管S的阈值电压，来有效地将过量电荷释放到电源 VDD。因此，即使在使用p型硅半导体衬底时，也可以抑制模糊现象(blooming)。此处，可以将复位晶体管R和存储晶体管S的低侧电势设置为比零电势高的值。按照这种方式，在光电二极管未饱和的低照度成像中，可以由通 过抵消噪声而获得的饱和前电荷信号(Sl)来保持高灵敏度和高S/N 比。此外，在光电二极管PD饱和的高照度成像中，通过将溢出光电二 极管PD的光电荷存储在存储电容器CS中，来捕获这些光电荷，并且 可以保持高S/N比，从而在高照度侧上由通过类似地抵消噪声而获得 的信号(即饱和前电荷信号和过饱和信号之和(Sl+S2))实现较宽的 动态范围。如上所述，根据本实施例的固体成像器件增加了高照度侧的灵敏 度，而不降低低照度侧的灵敏度，从而实现了较宽范围，此外，该器 件不使用超出通常使用范围的电源电压。这使得该固体成像器件解决 了将来图像传感器的小型化的问题。此外，因为使单元的添加减小到 最小，所以不会导致增加的像素尺寸。此外，与实现较宽动态范围的传统图像传感器不同，本实施例在 相同的存储时间段内存储光电荷，而不在高照度侧和低照度侧之间划 分存储时间段，即没有分解帧(straddling frames)。这避免了即使 在运动图像的成像中的图像质量的劣化。此外，关于从浮置区FD中泄漏的泄漏电流，在根据本实施例的 图像传感器中，(Sl+S2〉的最小信号变为光电二极管PD的饱和电荷， 因此图像传感器可以处理大于浮置区FD的泄漏电流的电荷量的电荷 量。这提供了使图像传感器不受FD泄漏的影响的优点。第二实施例根据本实施例的固体成像器件是修改了根据第一实施例的固体 成像器件中的像素的电路配置的器件。图11是本实施例中的一个像素 的等效电路图，并且图12是其示意平面图。每一个像素包括光电二极管PD，接收光，以及产生并存储光电 荷；转移晶体管T2，设置在靠近光电二极管PD1处，并且转移光电荷； 浮置区FD3，经过转移晶体管T2与光电二极管PD1相连；溢出门L04， 设置在靠近光电二极管PD1处，并且在存储操作期间转移溢出光电二 极管PD1的光电荷；存储电容器CS5，在存储操作期间存储通过溢出 门L04溢出光电二极管PD1的光电荷；复位晶体管R6，与存储电容器 CS5相连，用于释放存储电容器CS5和浮置区FD3中的信号电荷；存 储晶体管S7，设置在浮置区FD3和存储电容器CS5之间；放大晶体管 SF8，用于读取浮置区FD3的信号电荷，或者读取浮置区FD3和存储电 容器CS5的信号电荷，作为电压；以及选择晶体管X9，与放大晶体管19 SF8相连，用于选择像素或像素块。与上述第一实施例的情况相同，在根据本实施例的固体成像器件 中，按照二维或一维阵列存储多个像素，每个像素具有上述设置。在 每个像素中，驱动线(j)u)10、 fll、 (j)sl2以及fl3分别与溢出门L04、 转移晶体管T2、存储晶体管S7以及复位晶体管R6相连。此外，由行 移位寄存器驱动的像素选择线f 14与选择晶体管X9的栅电极相连。 此外，输出线0UT15与选择晶体管X9的输出侧源极相连，并且由列移 位寄存器控制，用以产生输出。与上述第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件的 构成不受限制，只要可以使浮置区FD3的电压固定在适当的值，以便 能够执行像素的选择操作或未选择操作。因此，也可以省略选择晶体 管X9和驱动线(jh14。在根据本实施例的固体成像器件中，表示像素中光电二极管PD1、 溢出门L04和存储电容器CS5的区域的示意截面图与第一实施例中图 8A所示的相同，因此，为了避免重复，省略对该图的描绘。此外，表 示像素中光电二极管PD1、转移晶体管T2、浮置区FD3、存储晶体管 S7和存储电容器CS5的区域的该固体成像器件的示意截面图与图8B 所示的相同，因此也省略对该图的描绘。此处，描述根据图11和12所示的本实施例的固体成像器件的操 作方法。图13是根据本实施例的固体成像器件的驱动定时图。首先，在存储之前，将存储晶体管S设置为导通，并且将转移晶 体管T和复位晶体管R设置为截止。此时，光电二极管PD处于完全耗 尽状态。接下来，导通复位晶体管R，用以复位浮置区FD和存储电容器 CS (时间t,')。然后，在截止复位晶体管R之后立即捕获的(浮置区 FD+存储电容器CS)的复位噪声被读取为噪声信号N2 (时间t2')。此 处，噪声信号N2包括放大晶体管SF的阈值电压中的变化，作为固定 图样噪声分量。在存储时间段期间(时间t3')，在截止存储晶体管S、 转移晶体管T、复位晶体管R和选择晶体管X的状态中，由光电二极 管PD存储饱和之前的光电荷，并且将超过饱和的过量光电荷经过溢出
门LO存储在存储电容器CS中。该操作使得可以有效地使用溢出光电 二极管PD的电荷，而不丢弃这些电荷。按照这种方式，在饱和之前和 之后的时间段中，在相同的存储时间段内，对于每个像素，由相同的 光电二极管PD通过接收光来执行存储操作。在结束存储之后(时间W)，导通选择晶体管X，然后读取存储 在光电二极管PD中的噪声信号。此处，噪声信号N1包括放大晶体管 SF的阈值电压中的变化，作为固定图样噪声分量。接下来，导通转移 晶体管T，以便将存储在光电二极管PD中的光信号完全转移到浮置区 FD (时间t5')，并且信号被读取为(S1+N1)。然后，还导通存储晶体 管S(时间t6')，并且将存储在光电二极管PD中的信号电荷完全转 移到浮置区FD和存储电容器CS。此处，存储在光电二极管PD、浮置 区FD和存储电容器CS中的电荷被混合，并且信号被读取为 (Sl+S2+N2)。在第一实施例中，在浮置区FD的复位操作期间，在时间"处丢 弃了存储在浮置区FD和存储电容器CS中的噪声信号N2的一部分。此 时丢弃的信号量是存储在浮置区FD和存储电容器CS中的噪声信号的 CFD/(CFD + CJ倍。相反地，在根据本实施例的固体成像器件中，不 可能丢弃部分噪声信号。根据本实施例的固体成像器件的方框图与第一实施例中图10所 示的相同，因此为了避免重复，省略对该图的描绘。本实施例中从像 素中逐点读取的信号、动态范围的放大比以及较宽动态范围信号的合 成与第一实施例中所述的相同。与第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件增加了 高照度侧的灵敏度，而不降低低照度侧的灵敏度，从而实现了较宽的 范围，此外，该器件不使用超出通常使用范围的电源电压。这使得该 固体成像器件可以解决将来图像传感器的小型化的问题。此外，因为 使单元的添加减小到最小，所以不会导致像素尺寸增加。此外，与实现较宽动态范围的传统图像传感器不同，本实施例在 相同的存储时间段内存储光电荷，而不在高照度侧和低照度侧之间划 分存储时间段，即没有分解帧。这避免了即使在运动图像的成像中的
图像质量的劣化。此外，关于从浮置区FD中泄漏的泄漏电流，在根据本实施例的 图像传感器中，由浮置区FD和存储电容器CS的电容所读取的最小信 号(即(CFD + Ccs))变为(过饱和电荷)+ (来自光电二极管PD的饱 和电荷)，因此图像传感器可以处理大于浮置区FD的泄漏电流的电荷 量的电荷量。这提供了使图像传感器不受FD泄漏的影响的优点。第三实施例根据本实施例的固体成像器件是修改了根据本发明第一和第二 实施例的固体成像器件中的像素的电路配置的器件。图14和15分别 是本实施例中的像素的等效电路图和示意平面图，这两个图与第一实 施例的相应图相对应。此外，图16和17分别是本实施例中的像素的 等效电路图和示意平面图，这两个图与第二实施例的相应图相对应。每一个像素包括光电二极管PD，接收光，以及产生并存储光电 荷；转移晶体管T2，设置在靠近光电二极管PD1处，并且转移光电荷； 浮置区FD3，经过转移晶体管T2与光电二极管PD1相连；溢出门L04'， 设置在靠近光电二极管PD1处，并且在存储操作期间转移溢出光电二 极管PD1的光电荷；存储电容器CS5，在存储操作期间存储通过溢出 门L04'溢出光电二极管PD1的光电荷；复位晶体管R6，与存储电容器 CS5相连，用于释放浮置区FD3 (图14)中或者存储电容器CS5 (图 16)中的信号电荷；存储晶体管S7，设置在浮置区FD3和存储电容器 CS5之间；放大晶体管SF8，用于读取浮置区FD3的信号电荷，或者读 取浮置区FD3和存储电容器CS5的信号电荷，作为电压；以及选择晶 体管X9，与放大晶体管SF8相连，用于选择像素或像素块。与上述第一和第二实施例的情况相同，在根据本实施例的固体成 像器件中，按照二维或一维阵列存储多个像素，每个像素具有上述设 置。在每个像素中，驱动线(jhll、 ()hl2以及如13分别与转移晶体管 T2、存储晶体管S7以及复位晶体管R6相连。此外，由行移位寄存器 驱动的像素选择线(jh 14与选择晶体管X9的栅电极相连。此外，输出 线0UT15与选择晶体管X9的输出侧源极相连，并且由列移位寄存器控
制，用以产生输出。与上述第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件的构成不受限制，只要可以使浮置区FD3的电压固定在适当的值，以便能够执行像素的选择操作或未选择操作。因此，也可以省略选择晶体 管X9和驱动线phix14。图18是根据第三实施例的固体成像器件中的像素的光电二极管 PD1、溢出门L04以及存储电容器CS5的示意截面图。此处，在与n 型半导体区域30和n+型半导体区域32相关联的区域中，在p型阱21 的上表面上形成p+半导体区域50，并且构成结型晶体管类型的溢出门 L0，其中n型半导体区域30和n+型半导体区域32作为源极/漏极， 并且p+半导体区域50作为栅极。其它结构与上述第一实施例中的结 构相同。因此，p+半导体区域50与p+半导体区域31和p型阱21电 连接。根据本实施例的固体成像器件的操作方法与第一和第二实施例 中的相同。根据本实施例的固体成像器件的方框图与第一实施例中图 IO所示的相同，因此为了避免重复，省略对该图的描绘。本实施例中 从每个像素中逐点读取的信号、动态范围的放大比以及较宽动态范围 信号的合成与第一实施例中所述的相同。根据本实施例的固体成像器件发挥出与第一和第二实施例中的 固体成像器件相同的作用，此外，因为P+半导体区域50与p+半导体 区域31和p型阱21电连接，所以与第一和第二实施例相比，根据本 实施例的固体成像器件可以减少驱动信号的布线的数目，并且可以实 现高密度的像素。第四实施例根据本实施例的固体成像器件是与上述第三实施例相比，被配置 为能够在电荷存储期间更平滑地移动溢出光电二极管的电荷的器件。图19是固体成像器件的示例的截面图，其中，溢出门LO是埋入 沟道晶体管，具有与转移晶体管的沟道相同导电类型的、从构成转移 晶体管的衬底的表面或表面附近直到预定深度所形成的半导体层。图
19表示光电二极管PD、溢出门LO和存储电容器CS的区域。此处，从溢出门L0的p+半导体区域之下的衬底的表面或表面附 近直到预定深度，形成n型半导体区域51，以便重叠n型半导体区域 30和n+型半导体区域32。 N型半导体区域51是比n型半导体区域30 和n+型半导体区域32的有效掺杂浓度低的n型区域。上述结构降低了光电二极管PD和存储电容器CS之间的势垒。这 使得可以在电荷存储期间平滑地将溢出光电二极管PD的电荷移动到 存储电容器CS。图20和21中所示的固体成像器件被配置具有在衬底的预定深度 处、与溢出门LO的栅极之下部分并行地形成的半导体层，并且降低势 垒以在光电二极管PD和存储电容器CS之间穿通。图20是根据本实施例的固体成像器件的示例的截面图，表示光 电二极管PD、溢出门LO和存储电容器CS的区域。此处，在溢出门L0 的栅电极50之下预定深度处的区域中，形成n型半导体区域52，以 便与n型半导体区域30相连。上述结构降低了势垒以便在溢出门LO中穿通。沿从n型半导体 区域52至n+型半导体区域32的斜方向的穿通路径构成了从光电二极 管PD至存储电容器CS的溢出路径,从而使溢出光电二极管PD的电荷 穿通，从而在电荷存储器件平滑地将电荷移动到存储电容器CS。图21是根据本实施例的固体成像器件的示例的截面图。与图20 所示的固体成像器件的情况相同，在溢出门LO的栅电极50之下预定 深度处的区域中，形成n型半导体区域53，以便与n型半导体区域30 相连。在本实施例中，n型半导体区域53进一步延伸到n+型半导体区 域32之下。上述结构降低了势垒，以便在溢出门LO中穿通。沿从n型半导 体区域53至n+型半导体区域32的基本垂直方向的穿通路径构成了从 光电二极管PD至存储电容器CS的溢出路径，从而使得溢出光电二极 管PD的电荷穿通，从而在电荷存储期间平滑地将电荷移动到存储电容器CS。
第五实施例根据本实施例的固体成像器件是修改了根据第一实施例的固体成像器件的电路配置的器件。图22是根据本实施例的固体成像器件中 的两个像素的等效电路图，并且图23是其示意平面图。根据本实施例的固体成像器件是具有由两个像素"a"和"b"组 成的像素块作为基本单元的器件，每个像素块包括两个二极管和两个 存储电容器。每个像素块包括光电二极管PDal和PDbl'，接收光， 以及产生并存储光电荷；转移晶体管Ta2和Tb2'，分别被设置在靠近 光电二极管PDal和PDbl'处，并且转移光电荷； 一个浮置区FD3，分 别经过转移晶体管Ta2和Tb2'与光电二极管PDal和PDbl'相连；溢出 门L0a4和L0b4'，分别被设置在靠近光电二极管PDal和PDbl'处，用 于在存储操作期间转移溢出各个光电二极管PDal和PDbl'的光电荷； 存储电容器CSa5和CSb5'，在存储操作期间分别存储通过各个溢出门 L0a4和L0b4'溢出光电二极管PDal和PDbl'的光电荷；复位晶体管R6， 与存储电容器CSa5和CSb5'的每一个都相连，用于释放存储电容器 CSa5和CSb5'以及浮置区FD3中的信号电荷；存储晶体管Sa7和Sb7'， 设置在浮置区FD3和存储电容器CSa5和CSb5'之间；放大晶体管SF8， 用于读取浮置区FD3的信号电荷，或者读取浮置区FD3以及存储电容 器CSa5和CSb5'的每个信号电荷，作为电压；以及选择晶体管X9，与 放大晶体管SF8相连，用于选择像素或像素块。按照这种方式，像素块作为基本单元被配置为包括两个光电二极管、两个存储电容器、浮 置区FD、放大晶体管SF、复位晶体管R和选择晶体管X。在根据本实施例的固体成像器件中，按照二维或一维阵列来存储 具有上述设置的多个像素。在每个像素块中，驱动线(K吣f。b、 (k、 "、(|)Sa、 (jhb和())R分别与溢出门L0a4和L0b4'、转移晶体管Ta2和Tb2'、 存储晶体管Sa7和Sb7'以及复位电容器R6相连。此外，由行移位寄存 器驱动的像素选择线(lh与选择晶体管X9的栅电极相连。此外，输出线 OUT 15与选择晶体管X9的输出侧源极相连，并且由列移位寄存器控 制，用以产生输出。与上述第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件的
构成不受限制，只要可以使浮置区FD3的电压固定在适当值，以便能 够执行像素的选择操作或未选择操作。因此，可以省略选择晶体管X9 和驱动线f。在根据本实施例的固体成像器件中，表示像素块的像素"a"和 "b"中的光电二极管PDal和PDbl'、溢出门L0a4和L0b4'以及存储电 容器CSa5和CSb5'的区域的示意截面图与第一实施例中的图8A所示的类似，因此为了避免重复，省略对该图的描绘。此外，表示像素中的 光电二极管PDal和PDbl'、转移晶体管Ta2和Tb2'、浮置区FD3、存 储晶体管Sa7和Sb7'以及存储电容器CSa5和CSb5'的区域的该固体成 像器件的示意截面图与第一实施例的图8B所示的类似，因此也省略对 其的描绘。此处，描述根据图22和23所示的本实施例的固体成像器件的操 作方法。图24是根据本实施例的固体成像器件的驱动定时图。在每个 像素块中，当要读取像素"a"和"b"时，通过使用相同的浮置区FD、 放大晶体管SF、复位晶体管R和选择晶体管X，来执行读取。首先，在曝光存储之前，将像素"a"的存储晶体管Sa设置为导 通，并且将转移晶体管Ta和复位晶体管R设置为截止。此时，像素"a" 的光电二极管PD处于完全耗尽状态。接下来，导通复位晶体管R，用 以复位像素"a"的浮置区FD和存储电容器CSa (时间t》。然后， 读取截止复位晶体管R之后立即捕获的(FD+CSa)的复位噪声，作为 噪声信号N2 (时间t2)。此处，噪声信号N2包括放大晶体管SF的 阈值电压的变化，作为固定图样噪声分量。在存储时间段期间(时间 t3)，由光电二极管PDa存储饱和之前的光电荷，并且经过溢出门LOa 将超过饱和时的过量光电荷存储在存储电容器CSa中。该操作使得可 以有效地使用溢出光电二极管PD的电荷，而不丢弃这些电荷。按照这 种方式，在饱和之前和之后的时间段内，在相同的存储时间段内，对 于每个像素，由相同的光电二极管PD通过接收光来执行存储操作。在结束存储之后(时间t4)，导通选择晶体管X。然后，导通复 位晶体管R，用以复位浮置区FD (时间t5)，并且读取在复位之后立 即捕获的FD复位噪声，作为噪声信号N1 (时间"U)。此处，噪声信
号Nl包括放大晶体管SF的阈值电压的变化，作为固定图样噪声分量。 接下来，导通转移晶体管Ta，用以将存储在光电二极管PD中的光信 号完全转移到浮置区FD (时间t7)，并且信号被读取为(S1+N1)。 然后，还导通存储晶体管Sa (时间t8)，用以将存储在光电二极管 PDa中的光电荷完全转移到浮置区FD和存储电容器CSa;光电二极管 PDa、浮置区FD和存储电容器CSa中的电荷被混合，并且信号被读取 为(S1+S2+N1)。同样地在像素"b"中，在曝光存储之前，将存储晶 体管Sb设置为导通，并且将转移晶体管Tb和复位晶体管R设置为截 止。接下来，导通复位晶体管R，用以复位浮置区FD和存储电容器CSb， 并且截止复位晶体管R之后立即捕获的(FD+CSb)的复位噪声被读取 为噪声信号N2。此处，噪声信号N2包括放大晶体管SF的阈值电压的 变化，作为固定图样噪声信号。在存储时间段期间(时间")，由光电二极管PDb存储饱和之前 的光电荷，并且经过溢出门LOb将超过饱和时的过量光电荷存储在存 储电容器CSb中。在结束存储之后(时间"U)，导通选择晶体管X。然后，导通复 位晶体管R,用以复位浮置区FD (时间tn)，并且复位之后立即捕 获的FD复位噪声被读取为噪声信号N1 (时间t12)。接下来，导通转移晶体管Tb，用以将存储在光电二极管PDb中的 光信号完全转移到浮置区FD(时间t13)，并且信号被读取为(S1+N1)。然后，还导通存储晶体管Sb (时间t14)，用以将存储在光电二极管PDb中的光电荷完全转移到浮置区FD和存储电容器CSb。存储在光电 二极管PDb、浮置区FD和存储电容器CSb中的电荷被混合，并且信号 被读取为(Sl+S2+N2)。在根据本实施例的固体成像器件中，因为以每两个像素一组的比 例来设置浮置区FD、放大晶体管SF、复位晶体管R和选择晶体管X，所以可以减小每个像素的像素面积。除了以每两个像素一个的比例来设置输出线之外，根据本实施例 的固体成像器件的方框图与第一实施例中的图10所示的相同。本实施 例中从每个像素中逐点读取的信号、动态范围的放大比以及较宽动态第一实施例中所述的相同。在上述操作中，描述了依次驱动设置在像素块处的像素并且使用从所有像素获得的信号的情况。然而，作为稀疏操作(thirming-out 叩eration)，可以从每个像素块中任意选择像素，以便使用从选定像 素获得的信号。可选地，作为平均操作，可以混合和增加每个像素块 中的像素信号，然后使用该信号。与第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件增加了 高照度侧的灵敏度，而不降低低照度侧的灵敏度，从而实现了较宽范 围，此外，该器件不使用超出通常使用范围的电源电压。这使得该固 体成像器件解决了将来图像传感器的小型化的问题。此外，因为使单 元的添加减小到最小，所以不会导致增加的像素尺寸。此外，与实现较宽动态范围的传统图像传感器不同，本实施例在 相同的存储时间段内存储光电荷，而不在高照度侧和低照度侧之间划 分存储时间段，即没有分解帧。这避免了即使在运动图像的成像中的 图像质量的劣化。此外，关于从浮置区FD中泄漏的泄漏电流，在根据本实施例的 图像传感器中，(Sl+S2)的最小信号变为光电二极管PD的饱和电荷， 因此图像传感器可以处理大于浮置区FD的泄漏电流的电荷量的电荷 量。这提供了使图像传感器不受FD泄漏的影响的优点。第六实施例根据本实施例的固体成像器件是修改了根据第一实施例的固体 成像器件的电路配置的器件。图25是根据本实施例的固体成像器件中 的四个像素的等效电路图，并且图26是其示意平面图。根据本实施例的固体成像器件是具有由四个像素"a"、 "b"、 "c" 和"d"组成的像素块作为基本单元的器件，每个像素块包括四个二极 管和四个存储电容器。每个像素块包括光电二极管PDal、PDbr、PDcl" 和PDdl"'，接收光，以及产生并存储光电荷；转移晶体管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'，分别被设置在靠近光电二极管PDal、 PDbl'、 PDcl"和 PDdl"'处，并且转移光电荷； 一个浮置区FD3，分别经过转移晶体管Ta2、 Tb2'、 Tc2"禾口 Td2'"与光电二极管PDal、 PDbl'、 PDcl"禾口 PDdl"' 相连；溢出门L0a4、 L0b4'、 L0c4"'和L0d4"'，分别被设置在靠近光电 二极管PDal、 PDM'、 PDcl"和PDdl'"处，用于在存储操作期间转移溢 出各个光电二极管PDal、 PDbl'、 PDcl"和PDdl"'的光电荷;存储电容 器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5"'，在存储操作期间分别存储通过各个 溢出门L0a4、L0b4'、L0c4'和L0d4'"溢出光电二极管PDal、 PDbl'、 PDcl" 和PDdl'"的光电荷；复位晶体管R6，与存储电容器CSa5、 CSb5'、 CSc5" 和CSd5"'的每一个都相连，用于释放存储电容器CSa5、 CSb5'、 CSc5" 和CDd5"'以及浮置区FD3中的信号电荷；存储晶体管Sa7、 Sb7'、 Sc7" 和Sd7"'，设置在浮置区FD3和存储电容器CSa5、CSb5'、CSc5"和CSd5'" 之间；放大晶体管SF8，用于读取浮置区FD3的信号电荷，或者读取 浮置区FD3以及存储电容器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5'"的每个信号 电荷，作为电压；以及选择晶体管X9，与放大晶体管SF8相连，用于 选择像素或像素块。按照这种方式，像素块作为基本单元被配置为包 括四个光电二极管、四个存储电容器、浮置区FD、放大晶体管SF、复 位晶体管R和选择晶体管X。在根据本实施例的固体成像器件中，按照二维或一维阵列来存储 具有上述设置的多个像素。在每个像素块中，驱动线f。a、 (k。b、 f。。、 <K。" (jha、 (j)化、f。 fd、 (()sa、 (h、 (J)se、 (|)sd和f分别与溢出门L0a4、 L0b4'、 L0c4"和L0d4'"、转移晶体管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'、存储晶体管Sa7、 Sb7'、 Sc7"和Sd7"'以及复位电容器R6相连。此外，由行移位寄存器 驱动的像素选择线f与选择晶体管X9的栅电极相连。此外，输出线 OUT 15与选择晶体管X9的输出侧源极相连，并且由列移位寄存器控 制，用以产生输出。与上述第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件的 构成不受限制，只要可以使浮置区FD3的电压固定在适当值，以便能 够执行像素的选择操作或未选择操作。因此，可以省略选择晶体管X9 和驱动线()h。在根据本实施例的固体成像器件中，表示像素块的像素"a"和 "b"中的光电二极管PDal、 PDbl'、 PDcl"和PDdl'"、溢出门L0a4、 L0b4'、 L0c4"和L0d4"'以及存储电容器CSa5、 CSb5'、 CSc5"和CSd5"' 的区域的示意截面图与第一实施例中的图8A所示的类似，因此为了避 免重复，省略对该图的描绘。此外，与像素中的光电二极管PDal、PDbl'、 PDcl"和PDdl'"、转移晶体管Ta2、 Tb2'、 Tc2"和Td2"'、浮置区FD3、 存储晶体管Sa7、Sb7'、Sc7"和Sd7"'以及存储电容器CSa5、CSb5'、CSc5" 和CSd5"'的区域相对应的该固体成像器件的示意截面图与第一实施例 的图8B所示的类似，因此也省略对其的描绘。此处，描述根据图25和26所示的本实施例的固体成像器件的操 作方法。图27是根据本实施例的固体成像器件的驱动定时图。在每个 像素块中，当要读取像素"a"、 "b"、 "c"和"d"时，通过使用相同 的浮置区FD、放大晶体管SF、复位晶体管R和选择晶体管X，来执行 读取。首先，在曝光存储之前，将像素"a"的存储晶体管Sa设置为导 通，并且将转移晶体管Ta和复位晶体管R设置为截止。此时，像素"a" 的光电二极管PD处于完全耗尽状态。接下来，导通复位晶体管R，用以复位像素"a"的浮置区FD和 存储电容器CSa (时间t,)。然后，读取截止复位晶体管R之后立即 捕获的(FD+CSa)的复位噪声，作为噪声信号N2 (时间t2)。此处， 噪声信号N2包括放大晶体管SF的阈值电压的变化，作为固定图样噪 声分量。在存储时间段期间(时间t3)，由光电二极管PDa存储饱和之前 的光电荷，并且经过溢出门LOa将超过饱和时的过量光电荷存储在存 储电容器CSa中。该操作使得可以有效地使用溢出光电二极管PD的电 荷，而不丢弃这些电荷。按照这种方式，在饱和之前和之后的时间段 内，在相同的存储时间段内，对于每个像素，由相同的光电二极管PD 通过接收光来执行存储操作。在结束存储之后(时间t4)，导通选择晶体管X。然后，导通复 位晶体管R，用以复位浮置区FD (时间t5)，并且读取在复位之后立 即捕获的FD复位噪声，作为噪声信号N1 (时间t6)。此处，噪声信 号Nl包括放大晶体管SF的阈值电压的变化，作为固定图样噪声分量。
接下来，导通转移晶体管Ta，用以将存储在光电二极管PD中的 光信号完全转移到浮置区FD(时间t7)，并且信号被读取为(S1+N1)。 然后，还导通存储晶体管Sa (时间t8)，用以将存储在光电二极管 PDa中的光电荷完全转移到浮置区FD和存储电容器CSa;光电二极管 PDa、浮置区FD和存储电容器CSa中的电荷被混合，并且信号被读取 为(S1+S2+N1)。同样地在像素"b"中，在曝光存储之前，将存储晶 体管Sb设置为导通，并且将转移晶体管Tb和复位晶体管R设置为截 止。接下来，导通复位晶体管R，用以复位浮置区FD和存储电容器CSb， 并且截止复位晶体管R之后立即捕获的(FD+CSb)的复位噪声被读取 为噪声信号N2。此处，噪声信号N2包括放大晶体管SF的阈值电压的 变化，作为固定图样噪声信号。
在存储时间段期间(时间t9)，由光电二极管PDb存储饱和之前 的光电荷，并且经过溢出门LOb将超过饱和时的过量光电荷存储在存 储电容器CSb中。在结束存储之后(时间t10)，导通选择晶体管X。 然后，导通复位晶体管R，用以复位浮置区FD (时间t11)，并且复 位之后立即捕获的FD复位噪声被读取为噪声信号N1 (时间t12)。接 下来，导通转移晶体管Tb，用以将存储在光电二极管PDb中的光信号 完全转移到浮置区FD (时间t13)，并且信号被读取为(S1+N1)。然 后，还导通存储晶体管Sb (时间t14)，用以将存储在光电二极管PDb 中的光电荷完全转移到浮置区FD和存储电容器CSb。存储在光电二极 管PDb、浮置区FD和存储电容器CSb中的电荷被混合，并且信号被读 取为(Sl+S2+N2)。其后，关于像素"c"和"d"，重复相同的操作。
在根据本实施例的固体成像器件中，因为以每四个像素一组的比 例来设置浮置区FD、放大晶体管SF、复位晶体管R和选择晶体管X， 所以可以减小每个像素的像素面积。
在上述操作中，描述了依次驱动设置在像素块处的像素并且使用 从所有像素获得的信号的情况。然而，作为稀疏操作，可以从每个像 素块中任意选择像素，以便使用从选定像素获得的信号。可选地，作 为平均操作，可以混合和增加每个像素块中的像素信号，用以使用该 信号。
除了以每四个像素一个的比例来设置输出线之外，根据本实施例的固体成像器件的方框图与第一实施例中的图10所示的相同。本实施例中从每个像素中逐点读取的信号、动态范围的放大比以及较宽动态 范围信号的合成与第一实施例中所述的相同。与第一实施例的情况相同，根据本实施例的固体成像器件增加了 高照度侧的灵敏度，而不降低低照度侧的灵敏度，从而实现了较宽范 围，此外，该器件不使用超出通常使用范围的电源电压。这使得该固 体成像器件解决了将来图像传感器的小型化的问题。此外，因为使单 元的添加减小到最小，所以不会导致增加的像素尺寸。此外，与实现较宽动态范围的传统图像传感器不同，本实施例在 相同的存储时间段内存储光电荷，而不在高照度侧和低照度侧之间划 分存储时间段，即没有分解帧。这避免了即使在运动图像的成像中的 图像质量的劣化。此外，关于从浮置区FD中泄漏的泄漏电流，在根据本实施例的 图像传感器中，(Sl+S2)的最小信号变为光电二极管PD的饱和电荷， 因此图像传感器可以处理大于浮置区FD的泄漏电流的电荷量的电荷 量。这提供了使图像传感器不受FD泄漏的影响的优点。第七实施例根据本实施例的固体成像器件是在上述第一至第六实施例中修 改用于存储溢出光电二极管的光电荷的存储电容器的示例。当视图使用结型存储电容器作为存储电容器时，即使考虑到其面 积效率不是非常高的情况，可能的每平方p静电电容在0.3至3 fF/!im2的量级上，因此难以使动态范围变宽。另一方面，在平面存储电容器的情况下，当绝缘膜电场被设置为 3至4 MV/cm或更少、最大施加电压被设置为2.5至3V、并且电容器 绝缘膜厚度被设置为7nm的量级以便抑制电容器绝缘膜的绝缘膜泄漏 电流时，对于相对介电常数Sr = 3.9，静电电容变为4.8 fF/拜2，对 于& 二 7.9，静电电容变为9.9 fF/nm2，对于Sr = 20，静电电容变为 25 fF/,2，并且对于Sr = 50，静电电容变为63 fF/,2。使用所谓高k材料，例如除氧化硅之外(s" 3.9)还有氮化硅(s" 7.9))、 Ta205 (s"大约20至30)、 Hf02 (sr:大约30)、 Zr02 (s" 大约30)以及LaA(^大约40至50)，使得可以实现更大的静电电 容，从而即使在具有相对简单结构的平面存储电容器的情况下，可以 实现具有100至200dB的动态范围的图像传感器。此外，能够通过抑制所占据的面积来放大电容器所属面积的例如 堆叠式或沟槽式的结构的应用使得可以实现120dB的动态范围，此外， 结合使用上述高k材料使得堆叠式或沟槽式分别能够实现140dB和 160dB的动态范围。下面，示出适用于本发明实施例的存储电容器的示例。图28是 与第一实施例中的存储电容器类似的平面MOS存储电容器的截面图。 例如，该存储电容器CS被配置包括n+型半导体区域60，用作下电 极，形成在p型阱的表面层中，所述p型阱形成在衬底20上；由氧化 硅组成的电容器绝缘膜42，形成在n+型半导体区域60上；以及由多 晶硅等组成的上电极43，形成在电容器绝缘膜42上。图29是示出了平面MOS和结型存储电容器的截面图。例如，配 置该存储电容器CS，使得用作下电极的n+型半导体61与用作存储晶 体管的源极/漏极的n+型半导体区域32 —起形成为整体，其中n+型半 导体61形成在p型阱的表面层中，所述p型阱形成在ri型半导体衬底 20上；并且经过由氧化硅组成的、设置在n+型半导体区域61上的电 容器绝缘膜42，形成上电极43。此处，电源电压VDD或地GND被提供 给上电极43。图30 (截面图)所示的存储电容器是与图28所示类似的平面MOS 存储电容器。然而，与图28所示的不同，在该存储电容器中，电容器 绝缘膜42由例如氮化硅或TaA的高k材料构成，并且使得电容大于 图28所示的电容。图31 (截面图)所示的存储电容器是与图29所示类似的平面M0S 和结型存储电容器。然而，与图29所示的不同，在该存储电容器中， 电容器绝缘膜42a由例如氮化硅或Ta205的高k材料构成，并且使得电 容大于图29所示的电容。
图32是示出了堆叠式存储电容器的截面图。例如，该存储电容 器CS被配置包括下电极63，形成在设置在n型半导体衬底20上的 单元分离绝缘膜62上；电容器绝缘膜64，形成在下电极63上；以及 上电极65，形成在电容器绝缘膜64上。此处，用作存储晶体管的源 极/漏极的n+型半导体区域32通过布线45与下电极63相连。在这种 情况下，电源电压VDD或地GND被提供给上电极65。图33是示出了堆叠式存储电容器的截面图。例如，该存储电容 器CS被配置包括下电极67，形成以便与用作存储晶体管的源极/漏 极的n+型半导体区域32相连；电容器绝缘膜68，形成在下电极67 的内壁上；以及上电极69，经过电容器绝缘膜68而形成，以便嵌入 下电极67的内部。此处，电源电压VDD或地GND被提供给上电极69。 形成为便于嵌入下电极67和下电极67内部的上电极69的结构在形 成静电电容的相对面积中可以比普通堆叠式要大。图34是示出了通过组合平面型和堆叠式而获得的复合存储电容 器的截面图。根据本示例，可以形成具有高面积效率的大电容。图35是示出了沟槽式存储电容器的截面图。该存储电容器CS被 配置为包括沟槽TC，形成以便穿过n型半导体衬底20上的p型阱 21到达n型半导体衬底20;用作下电极的n+型半导体区域70，形成 在沟槽TC的内壁上；电容器绝缘膜71，形成以便覆盖TC的内壁；以 及上电极72，形成以便经过电容器绝缘膜71嵌入沟槽TC。此处，用 作存储电容器的源极/漏极的n+型半导体区域32和上电极72通过布 线45相连。图36是示出了具有结的沟槽式存储电容器的截面图。配置该存 储电容器CS，使得在n型半导体衬底20上的p型阱21内形成沟槽TC; 在沟槽TC的内壁中，用作下电极的n+型半导体区域73与用作存储电 容器的源极/漏极的n+型半导体区域32 —起形成为整体；形成电容器 绝缘膜74，以便覆盖TC的内壁；以及形成上电极75，以便经过电容 器绝缘膜74嵌入沟槽TC。图37是示出了沟槽式存储电容器的截面图。该存储电容器CS被 '配置包括沟槽TC，形成以便穿过n型半导体衬底20上的p型阱21
到达n型半导体衬底2;用作下电极的n+型半导体区域76，形成在沟 槽TC的内壁上，在比沟槽TC的深度更深的区域中；电容器绝缘膜77， 形成以便覆盖TC的内壁；以及上电极78，形成以便经过电容器绝缘 膜77嵌入沟槽TC。此处，用作存储晶体管的源极/漏极的n+型半导体 区域32和上电极78通过布线45相连。图38是示出了沟槽式存储电容器的截面图。该存储电容器被配 置包括沟槽TC，形成以便穿过n型半导体衬底20上的p型阱21到 达n型半导体衬底20;用作下电极的p+型半导体区域79，形成在沟 槽TC的内壁上；电容器绝缘膜80，形成以便覆盖TC的内壁；以及上 电极81，形成以便经过电容器绝缘膜80嵌入沟槽TC。此处，用作存 储晶体管的源极/漏极的n+型半导体区域32和上电极81通过布线45 相连。图39是示出了具有使用结型电容器的嵌入式存储电容器的CMOS 传感器的截面图。例如，在P型硅半导体(P-sub) 90上形成p型外 延层91，并且跨越p型硅半导体90和p型外延层91，形成n+型半导 体区域92。 g卩，结合的n型(第一导电类型)半导体区域和p型(第 二导电类型)半导体区域被嵌入在构成固体成像器件的半导体衬底内， 从容形成使用结型电容器的嵌入式存储电容器。此外，在P型硅半导 体(p-sub) 90和p型外延层91中形成p+型分离区域93。在p型外 延层91上形成p型硅半导体层94。与上述实施例的情况相同，关于p 型硅半导体层94，设置了光电二极管PD、溢出门LO、转移晶体管T、 浮置区FD和存储晶体管S。例如，在形成区域(即上述光电二极管PD、 溢出门LO、转移晶体管T、浮置区FD和存储晶体管S)上广泛地形成 用作存储电容器SC的n+型半导体区域92。此外，n+型半导体区域32 通过在P型硅半导体层94中垂直延伸的n+型半导体区域95，与构成 存储电容器的n+型半导体区域92相连。图40是示出了具有使用绝缘膜电容器和结型电容器的嵌入式存 储电容器的CMOS传感器的截面图。该传感器具有与图39所示类似的 结构。然而，在该传感器中，经过绝缘膜90a在p型硅半导体层90 (p-sub)上形成第一 p型外延层91a和第二 p型外延层91b，从而构
成SOI (绝缘体上半导体)衬底，使得经过绝缘膜在半导体衬底上形 成半导体层。此处，在与绝缘膜90a交界、通过第一p型外延层91a 和第二 p型外延层91b的区域，形成n+型半导体区域92，并且使用在 关于中间的绝缘膜而彼此相对的半导体衬底和半导体层之间的绝缘 膜，形成存储电容器。此外，与图39的存储电容器的情况相同，在第 一 p型外延层91a和第二 p型外延层91b之间形成结型电容器。其它 结构与图39所示的CMOS传感器的相同。图41是具有使用绝缘膜电容器和结型电容器的嵌入式存储电容 器的CMOS传感器的截面图。该传感器具有图40类似的结构。然而， 在该传感器中，在构成光电二极管PD的n型半导体区域30和构成存 储电容器的n+型半导体区域92之间形成低浓度半导体层(i型)96。 该结构降低了 n型半导体区域30和n+型半导体区域92之间的势垒， 构成了从光电二极管PD至存储电容器CS的溢出路径。该使得溢出光 电二极管PD的电荷穿通，从而在电荷存储期间将电荷平滑地移动到存 储电容器CS。上述各种存储电容器适用于上述第一至第七实施例的任意一个。 如上所述，通过使用具有这种形状的存储电容器之一来存储溢出光电 二极管的光电荷，可以在高照度侧实现动态范围的加宽。示例1在根据本发明的固体成像器件中，按照具有两层多晶硅和三层金属布线的半导体的制造方法，来制造固体成像器件单元。此处，固体 成像器件单元具有按照二维矩阵排列的像素，条件为像素数目640(行)x480 (列)；像素大小7.5 ,2;浮置区电容G。 = 4 fF;存储 电容C。s = 60 fF。每个存储电容器由并联电容器组成，即多晶硅-氧 化硅模-硅电容器以及多晶硅-氮化硅模-多晶硅电容器。信号Sl和 (Sl+S2)的饱和电压分别是500mV和1000mV。噪声去除之后在Sl和 (Sl+S2)中残留的残留噪声电压是相同值0.09mV。从Sl至(Sl+S2) 的切换电压被设置为400mV，低于信号Sl的饱和电压。信号(Sl+S2)与每个切换点处的残留噪声的S/N比高于40dB,
从而可以实现具有高图像质量的固体成像器件。获得100dB的动态范 围。此外，在利用高照度光照射期间，可以由溢出门L0将溢出光电二 极管PD的过量光电荷有效地转移到存储电容器，使得可以抑制过量光 电荷泄漏到相邻像素，导致增强的抗模糊性(blooming resistance) 禾口抗拖尾性(smearing resistance)。在该示例1中，可以在保持高S/N比的同时，在高照度侧实现动 态范围的加宽。示例2在根据本发明的固体成像器件中，通过按照二维矩阵(像素数目-640 (行)x240 (列))排列像素块来制造固体成像器件。此处，通过 在具有7jam (长)x3.5Min (宽)大小的基本像素块上两个两个地排列 光电二极管和存储电容器，构成每个像素块。有效像素数目是640(行) x480 (列)。在每个像素块中，通过应用沟槽式存储电容器结构，浮 置区电容U被设置为3.4 fF，存储电容Cc:s被设置为100 fF。信号 Sl和(Sl+S2)的饱和电压分别是500mv和1000mV。噪声去除之后在 Sl和(Sl+S2)中残留的残留噪声电压是相同值0.09mV。从Sl至(Sl+S2) 的切换电压被设置为400mV，低于信号Sl的饱和电压。信号(Sl+S2)与每个切换点处的残留噪声的S/N比高于40dB， 从而可以实现具有高图像质量的固体成像器件。获得110dB的动态范 围。此外，在利用高照度光照射期间，可以由溢出门LO将溢出光电二 极管PD的过量光电荷有效地转移到存储电容器，使得可以抑制过量光 电荷泄漏到相邻像素，导致增强的抗模糊性(blooming resistance) 禾口抗拖尾性(smearing resistance)。在该示例2中，可以在保持高S/N比的同时，在高照度侧实现动 态范围的加宽。应该理解到，本发明不局限于上述实施例。例如，本发明不局限 于应用于实施例中的固体成像器件；它可以应用于线性地排列每个固 体成像器件中的像素的线传感器，或者应用于可以通过在每个固体成
像器件中单独构成像素而获得的光学传感器，从而可以实现非常宽的动态范围和高S/N。此外，并不特别地限制存储电容器的形状等。为了增加DRAM(动 态随机存取存储器)等的存储电容器的电容，可以使用迄今为止已经 开发的各种方法。根据本发明的固体成像器件的结构不受限制，只要 光电二极管和用于存储溢出光电二极管的光电荷的存储电容器经过溢 出门相连。除CM0S图像传感器之外，根据本发明的固体成像器件也适 用于CCD。此外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当然可以 在本发明的进行各种改变和修改。根据本发明的固体成像器件可以应用于要求较宽动态范围的图 像传感器，用于数字摄像机、摄像电话、监视摄像机、机载摄像机、 扫描仪等。根据本发明的固体成像器件的操作方法可以应用于要求较宽动 态范围的图像传感器的操作方法。
权利要求
1. 一种光学传感器，包括光电二极管，接收光并且产生光电荷；溢出门，与光电二极管相耦合，并且在存储操作期间转移溢出光 电二极管的光电荷；以及存储电容器单元，在存储操作期间存储通过溢出门转移的光电荷。
2. 根据权利要求1所述的光学传感器，还包括转移晶体管， 与光电二极管和浮置区相耦合，其中，转移晶体管将光电荷从光电二 极管转移到浮置区。
3. 根据权利要求l所述的光学传感器，其中 溢出门由结型晶体管构成；以及形成结型晶体管的栅极的半导体区域与形成光电二极管的表面 区的半导体区域、以及与形成光电二极管和溢出门的阱区相连。
4. 根据权利要求1所述的光学传感器，其中 在其中形成了溢出门的衬底的预定深度处形成溢出门；以及 溢出门具有与溢出门的沟道相同导电类型的半导体层，所述半导体层降低势垒以便在溢出门中穿通。
5. 根据权利要求1所述的光学传感器，其中，存储电容器单元包括用作下电极的半导体区域，形成在其中形成了光学传感器的半导体衬底的表面层部分中；电容器绝缘膜，形成在半导体区域上；以及 上电极，形成在电容器绝缘膜上。
6. 根据权利要求1所述的光学传感器，其中，存储电容器单元 包括下电极，形成在其中形成了光学传感器的衬底上； 电容器绝缘膜，形成在下电极上；以及 上电极，形成在电容器绝缘膜上。
7. 根据权利要求1所述的光学传感器，其中，存储电容器单元包括用作下电极的半导体区域，形成在沟槽的内壁中，所述沟槽形成在其中形成了光学传感器的半导体衬底中；电容器绝缘膜，形成在沟槽的内壁上；以及 上电极，形成在电容器绝缘膜上并嵌入沟槽。
8. —种固体成像器件，包括按照一维或二维矩阵排列的多个像 素，其中每个像素具有根据权利要求1或2所述的光学传感器。
9. 根据权利要求8所述的固体成像器件，其中，溢出门由M0S 晶体管或结型晶体管构成。
10. —种固体成像器件，包括多个像素块， 所述多个像素块的每一个包括多个像素和单个浮置区， 所述多个像素的每一个包括光电二极管，接收光并产生光电荷；溢出门，与光电二极管相耦合，并在存储操作期间转移溢出 光电二极管的光电荷；存储电容器单元，在存储操作期间存储通过溢出门转移的光电荷；以及转移晶体管，耦合在光电二极管和单个浮置区之间。
11. 一种固体成像器件，包括多个象素，每个象素具有根据权利 要求2所述的光学传感器，其中，转移晶体管是埋入沟道晶体管，具 有与转移晶体管的沟道相同导电类型的、从其中形成了转移晶体管的衬底的表面或表面附近直到预定深度所形成的半导体层。
12. 根据权利要求10所述的固体成像器件，其中，转移晶体管 是埋入沟道晶体管，具有与转移晶体管的沟道相同导电类型的、从其 中形成了转移晶体管的衬底的表面或表面附近直到预定深度所形成的 半导体层。
13. —种固体成像器件，包括多个象素，每个象素具有根据权利 要求2所述的光学传感器，所述固体成像器件还包括复位晶体管，与浮置区相耦合，用于释放存储电容器单元和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置在浮置区和存储电容器单元之间；放大晶体管，用于读取浮置区中或者浮置区和存储电容器单元中的信号电荷，作为电压；选择晶体管，与放大晶体管相耦合，用于选择像素。
14. 根据权利要求10所述的固体成像器件，还包括-复位晶体管，与浮置区相耦合，用于释放存储电容器单元和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置在浮置区和存储电容器单元之间；放大晶体管，用于读取浮置区中或者浮置区和存储电容器单元中 的信号电荷，作为电压；选择晶体管，与放大晶体管相耦合，用于选择像素。
15. —种固体成像器件，包括多个象素，每个象素具有根据权利 要求2所述的光学传感器，所述固体成像器件还包括复位晶体管，与存储电容器单元相耦合，用于释放存储电容器单 元和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置在浮置区和存储电容器单元之间；放大晶体管，用于读取浮置区中或者浮置区和存储电容器单元中 的信号电荷，作为电压；选择晶体管，与放大晶体管相耦合，用于选择像素。
16. 根据权利要求10所述的固体成像器件，还包括 复位晶体管，与存储电容器单元相耦合，用于释放存储电容器单元和浮置区中的信号电荷；晶体管，设置在浮置区和存储电容器单元之间； 放大晶体管，用于读取浮置区中或者浮置区和存储电容器单元中 的信号电荷，作为电压；选择晶体管，与放大晶体管相耦合，用于选择像素。
17. —种固体成像器件，包括多个象素，每个象素具有根据权利 要求2所述的光学传感器，所述固体成像器件还包括 噪声抵消装置，用于获取以下两个电压信号之间的差值-从转移到浮置区或者转移到浮置区和存储电容器单元的光电荷 所获得的电压信号；浮置区或者浮置区和存储电容器单元的复位电平处的电压信号。
18. 根据权利要求10所述的固体成像器件，还包括噪声抵消装置，用于获取以下两个电压信号之间的差值 从转移到浮置区或者转移到浮置区和存储电容器单元的光电荷 所获得的电压信号；浮置区或者浮置区和存储电容器单元的复位电平处的电压信号。
19. 根据权利要求17所述的固体成像器件，还包括存储装置， 用于存储浮置区和存储电容器单元中复位电平处的电压信号。
20. 根据权利要求18所述的固体成像器件，还包括存储装置， 用于存储浮置区和存储电容器单元中复位电平处的电压信号。
21. —种从包括光电二极管和存储电容器单元的光学传感器输出 信号的方法，包括步骤在光电二极管饱和之前，将光电二极管所产生的第一光电荷存储 到光电二极管；在饱和之后，将光电二极管所产生的第二光电荷存储到存储电容器单元；以及根据第一和第二光电荷，来输出信号。
22. 根据权利要求l所述的光学传感器，其中，溢出门由耦合在 光电二极管和存储电容器之间的MOS晶体管构成，M0S晶体管的栅电极接收确定存储操作的信号。
全文摘要
一种固体成像器件，包括按照一维或二维阵列存储的多个像素，所述多个像素的每一个包括光电二极管，接收光并且产生光电荷；溢出门，与光电二极管相耦合，并且在存储操作期间转移溢出光电二极管的光电荷；以及存储电容器单元，在存储操作期间存储通过溢出门转移的光电荷。
文档编号H01L27/146GK101123670SQ20061011490
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者赤羽奈奈, 足立理, 须川成利 申请人:东北大学