半导体器件及其制造方法技术

半导体器件及其制造方法。在其中多个像素被以矩阵设置的CMOS图像传感器中，其中沟道形成区包括氧化物半导体的晶体管被用于位于像素部分中的电荷累积控制晶体管和重置晶体管中的每一个。在以矩阵设置的所有像素中执行信号电荷累积部分的重置操作之后，在所有像素中执行通过光电二极管的电荷累积操作，且逐行执行对来自像素的信号的读取操作。因此，可没有扭曲地获取图像。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】本申请是申请日为2011年2月18日、申请号为“201180012932.2”、专利技术名称为“”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的一个实施例涉及其中各自被设置有光电传感器的像素排列成矩阵的半导体器件，以及该半导体器件的驱动方法。此外，本专利技术的一个实施例涉及包括该半导体器件的电子设备。注意，在本说明书中，半导体器件是指可通过利用半导体特性工作的所有器件，且电光器件、半导体电路、和电子器件全都是半导体器件。
技术介绍
已知图像传感器作为其中各自被设置有光电传感器的像素排列成矩阵的半导体器件。这些图像传感器被设置在诸如数码照相机或手机之类的很多便携式设备中作为成像元件。近年来，成像的分辨率增加、便携式设备被小型化、且功耗被降低；因此，图像传感器中的像素被制造得更小。两种传感器被已知作为一般使用的图像传感器:电荷耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CCD传感器是其中由垂直CCD和水平CCD传递电荷的图像传感器。CMOS传感器是使用CMOS工艺形成的图像传感器。在CMOS传感器中，通过MOS晶体管的开关来逐像素单元地控制电荷的读取。CXD传感器具有高灵敏度；然而，当在光电二极管的部分上入射过量光时，大于或等于最大可允许值的电荷流动到垂直转移CCD中，并产生纵向发射线，这被称为拖尾(smear) 0进一步，CXD具有很多问题，诸如具有高制造成本、复杂工艺、以及由于很多电源引起的较大功耗。反之，尽管CMOS传感器相比CXD传感器具有较低灵敏度，可利用通用目的的CMOS工艺并可在一个芯片上集成电路。因此，CMOS传感器可实现低成本和低功耗。进一步，CMOS传感器放大像素中的信号并输出；因此，可减少噪声的影响。此外，由于通过CMOS传感器传送电荷的方法不同于通过CCD传感器传送电荷的方法，因此不产生拖尾。然而，对于常规的CMOS传感器，已经采用了滚动快门系统，通过该系统逐行地驱动以矩阵设置的像素。这个滚动快门系统具有问题在于，当获取快速移动的对象的图像时，图像被扭曲。反之，对于CCD传感器，采用了全局快门系统，通过该系统，电荷被同时累积在全部像素中。作为其中使用了具有全局快门的CMOS传感器的手段，专利文献I公开了其中与机械快门一起使用从而控制光电二极管的电流的技术。此外，专利文献2公开了提供其中提供了排出不想要的电荷(终止曝光后在光电二极管中产生的)的路径从而抑制累积电荷的泄露的技术。日本已公开专利申请N0.2006-191236日本已公开专利申请N0.2004-111590
技术实现思路
通过连续选择方法执行CMOS传感器的读取。由于在具有全局快门的传感器的情况下从每一个像素读取数据的时间不同，从中读取数据的像素的顺序越后，电荷保持时间段变得越长。当电荷保持时间变得更长，通过形成像素的晶体管的漏电流等，电流流出，从而原始数据丢失。特定地，存在某些问题，当晶体管的截止态电流较高时电荷的泄露变得严重且电荷不可被保持达较长时间段。因此，在上述专利文献中公开的技术中，通过任何方法控制光电二极管的行为；然而，没有做出应对光电二极管的暗电流的对策。此外，通过增加机械快门或新的开关元件，有高成本和复杂控制的问题。因此，在本说明书中公开的本专利技术的一个实施例提供了解决上述问题中的至少一个或多个的像素电路的结构，以及像素的驱动方法。本专利技术的一个实施例涉及半导体器件，其中在以矩阵设置的每一个像素中包括具有全局快门的光电传感器，电荷累积在像素中，且在从累积时间段终止到最后一行读取的时间段中尽可能可抑制从所累积电荷保持部分的电荷的泄露。在本说明书中所公开的本专利技术的一个实施例是包括以矩阵设置的多个像素的半导体器件，且多个像素中的每一个包括光电二极管、信号电荷累积部分、和多个晶体管。在多个晶体管中的至少一个或多个中的沟道形成区包括氧化物半导体。在实质上同时在以矩阵设置的所有像素中执行信号电荷累积部分的重置操作之后，实质上同时在所有像素中通过光电二极管执行电荷累积操作，且逐行执行对来自像素的信号的读取操作。多个晶体管是:电荷累积控制晶体管，其源极与漏极之一被电连接至光电二极管；重置晶体管，其源极与漏极之一电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个；放大晶体管，其栅极电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个以及重置晶体管的源极和漏极中的一个；以及选择晶体管，其源极和漏极之一电连接至该放大晶体管的源极和漏极之一。多个晶体管可以是:电荷累积控制晶体管，其源极和漏极之一电连接至光电二极管；重置晶体管，其源极和漏极之一电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个；和放大晶体管，其栅极电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个以及重置晶体管的源极和漏极中的一个。在上述两个结构中的所有像素中的重置晶体管的栅极电连接至彼此，且用一个输入信号可同时操作这些晶体管。多个晶体管可以是:电荷累积控制晶体管，其源极和漏极之一电连接至光电二极管；放大晶体管，其栅极电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个；和选择晶体管，其源极和漏极之一电连接至该放大晶体管的源极和漏极之一。在上述三个结构中的所有像素中的电荷累积控制晶体管的栅极电连接至彼此，且用一个输入信号可同时操作这些晶体管。多个晶体管可以是:放大晶体管，其栅极连接至光电二极管；和选择晶体，其源极和漏极之一电连接至放大晶体管的源极和漏极之一管。在本说明书中所公开的本专利技术的另一个实施例是包括以矩阵设置的多个像素的半导体器件，且多个像素中的每一个包括光电二极管、信号电荷累积部分、晶体管、和电容器。晶体管中的沟道形成区包括氧化物半导体。在实质上同时在以矩阵设置的所有像素中执行信号电荷累积部分的重置操作之后，实质上同时在所有像素中通过光电二极管执行电荷累积操作，且逐行执行对来自像素的信号的读取操作。晶体管是放大晶体管，其栅极电连接至光电二极管和电容器的一个电极。此处，在其沟道形成区包括氧化物半导体的晶体管中，采用具有很少载流子的高度提纯的氧化物半导体层。具体而言，在包括氧化物半导体层的薄膜晶体管中，在室温下每微米沟道宽度的截止状态电流密度可小于或等于10aA(lX 10_17Α/μ m)、进一步小于或等于IaA (I X 1(Γ18Α/ μ m)、或者再进一步小于或等于1zA (I X 1(Γ2°Α/ μ m)。特定地,优选地对电荷累积控制晶体管和/或重置晶体管使用包括氧化物半导体的晶体管，从而防止从信号电荷累积部分的电荷泄露。在本说明书中所公开的另一个实施例是半导体器件的驱动方法，该半导体器件包括以矩阵设置的多个像素，每一个像素包括:光电二极管、电荷累积控制晶体管，其源极与漏极之一被电连接至光电二极管、重置晶体管，其源极与漏极之一电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个、放大晶体管，其栅极电连接至电荷累积控制晶体管的源极与漏极中的另一个以及重置晶体管的源极和漏极中的一个、以及选择晶体管，其源极和漏极之一电连接至该放大晶体管的源极和漏极之一。该驱动方法包括以下步骤:导通每一个像素中的电荷累积控制晶体管；导通每一个像素中的重置晶体管，并将每一个像素中的信号电荷累积部分的电位设置为重置电位；截止每一个像素中的重置晶体管，并改变每一个像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：以矩阵设置的多个像素，所述多个像素中的每一个包括：光电转换元件；信号电荷累积部分；电荷累积控制晶体管，其中所述电荷累积控制晶体管的源极和漏极之一电连接至所述光电转换元件且所述电荷累积控制晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至所述信号电荷累积部分；其中实质上同时在所述多个像素中通过所述光电转换元件执行电荷累积操作，且逐行执行对来自所述多个像素的每一个的信号的读取操作，以及其中在所述多个像素中的所述电荷累积控制晶体管的栅极电连接至彼此。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黑川义元，池田隆之，田村辉，上妻宗广，池田匡孝，青木健，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP