成像元件和成像设备的制作方法

1.本公开涉及成像元件和成像设备。


背景技术：

2.包括生成基于入射光的图像信号的多个像素并且捕获被摄体的图像的成像设备被使用(例如，参见专利文献1)。在该成像设备中，通过在像素中执行入射光的光电转换而生成的电荷被保持，并且与保持的电荷对应的图像信号被生成和输出。
3.引用列表
4.专利文献
5.专利文献1：jp 2007-124344 a


技术实现要素：

6.技术问题
7.上述常规技术的缺点在于，在像素大小随着像素数量的增加而减小的情况下，可以被保持的电荷量不足。
8.因此，在本公开中，提供了增加保持通过光电转换生成的电荷的电荷保持单元的电荷保持容量的成像元件和成像设备。
9.问题的解决方案
10.根据本公开的一种成像元件包括：光电转换单元，所述光电转换单元执行入射光的光电转换，所述光电转换单元形成在半导体基板上；电荷保持单元，所述电荷保持单元保持通过光电转换生成的电荷；电荷传输单元，所述电荷传输单元将通过光电转换生成的电荷传输到所述电荷保持单元；复位单元，所述复位单元将保持在所述电荷保持单元中的电荷排出；图像信号生成单元，所述图像信号生成单元基于保持在所述电荷保持单元中的电荷来生成图像信号；电容耦合布线，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，所述电容耦合布线与所述电荷保持单元电容地耦合；以及电位调整单元，所述电位调整单元经由所述电容耦合布线施加用于调整所述电荷保持单元的电位的调整信号。
附图说明
11.图1是图示了根据本公开的实施例的成像元件的配置示例的示图。
12.图2是图示了根据本公开的第一实施例的像素的配置示例的示图。
13.图3是图示了根据本公开的第一实施例的像素的结构示例的截面图。
14.图4是图示了根据本公开的第一实施例的像素的另一结构示例的截面图。
15.图5是图示了根据本公开的第一实施例的电容耦合布线的结构示例的示图。
16.图6是图示了根据本公开的第一实施例的图像信号的生成的示例的示图。
17.图7是图示了根据本公开的第一实施例的像素的另一配置示例的示图。
18.图8是图示了根据本公开的第一实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
19.图9是图示了根据本公开的第二实施例的像素的配置示例的示图。
20.图10是图示了根据本公开的第二实施例的图像信号的生成的示例的示图。
21.图11是图示了根据本公开的第二实施例的像素的另一配置示例的示图。
22.图12是图示了根据本公开的第三实施例的像素的配置示例的示图。
23.图13是图示了根据本公开的第三实施例的图像信号的生成的示例的示图。
24.图14是图示了根据本公开的第三实施例的像素的另一配置示例的示图。
25.图15a是图示了根据本公开的第四实施例的图像信号的生成的示例的示图。
26.图15b是图示了根据本公开的第四实施例的图像信号的生成的示例的示图。
27.图16a是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的示例的示图。
28.图16b是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
29.图17a是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
30.图17b是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
31.图18a是图示了根据本公开的第六实施例的图像信号的生成的示例的示图。
32.图18b是图示了根据本公开的第六实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
33.图19是图示了根据本公开的第七实施例的像素的配置示例的示图。
34.图20是图示了根据本公开的第七实施例的图像信号的生成的示例的示图。
35.图21a是图示了根据本公开的第八实施例的图像信号的生成的示例的示图。
36.图21b是图示了根据本公开的第八实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。
37.图22a是图示了根据本公开的第九实施例的像素的电势的示例的示图。
38.图22b是图示了根据本公开的第九实施例的像素的电势的示例的示图。
39.图23是图示了可以应用根据本公开的技术的成像设备的示例性配置的示图。
具体实施方式
40.包括生成基于入射光的图像信号的多个像素并且捕获被摄体的图像的成像设备被使用。在该像素中，光电二极管、放大晶体管和复位晶体管被布置。顺带一提，光电二极管对入射光进行光电转换，放大晶体管放大来自光电二极管的信号并且将经放大的信号输出到垂直信号线，并且复位晶体管将放大晶体管的控制电极的电位复位。在这样的像素中，在复位晶体管进行复位之后开始曝光时段。在该曝光时段期间由光电二极管生成的电荷在曝光时段过去之后被读出，并且被保持在放大晶体管的控制电极的接地电容中。与保持的电荷对应的信号被放大晶体管放大并被输出。
41.近年来，像素随着像素数量的增加而小型化的成像设备被使用。在这种成像设备中，由于像素的小型化，放大晶体管的控制电极的接地电容减小，并且可以被累积的电荷量减小。因此，在上述常规技术中，向垂直信号线施加电压，以增加与垂直信号线电容耦合的放大晶体管的控制电极的接地电容的电压，由此增加可以被保持的电荷量。
42.然而，在上述常规技术中，由于输出图像信号的垂直信号线被使用，因此存在的缺点是，可以施加用于使放大晶体管的控制电极的接地电容的电压增加的电压的时段受到限制，因此变得难以调整保持电荷的区域的电位。
43.因此，期望的是，克服上述缺点并且实现用于容易地调整保持通过光电转换生成
的电荷的电荷保持单元的电位的技术。
44.下文中，将基于附图来详细地描述本公开的实施例。将按以下顺序给出描述。注意的是，在以下实施例中的每一个中，用相同的符号表示相同的部分，并且将省略冗余的描述。
45.1.第一实施例
46.2.第二实施例
47.3.第三实施例
48.4.第四实施例
49.5.第五实施例
50.6.第六实施例
51.7.第七实施例
52.8.第八实施例
53.9.第九实施例
54.10.成像设备的配置
55.(1.第一实施例)
56.[成像元件的配置]
[0057]
图1是图示了根据本公开的实施例的成像元件的配置示例的示图。图1是图示了成像元件1的配置示例的框图。将以成像元件1为例描述根据本公开的实施例的半导体元件。成像元件1是生成被摄体的图像数据的半导体元件。成像元件1包括像素阵列单元10、垂直驱动单元20、列信号处理单元30和控制单元40。
[0058]
像素阵列单元10包括布置在其中的多个像素100。该图中的像素阵列单元10是多个像素100以二维矩阵的形状排列的示例。顺带一提，像素100包括执行入射光的光电转换的光电转换单元并且基于发射的入射光来生成被摄体的图像信号。例如，光电二极管可以被用作光电转换单元。信号线11和12与像素100中的每一个连线。像素100由信号线11传送的控制信号控制以生成图像信号，并且经由信号线12输出生成的图像信号。注意的是，信号线11针对成形为二维矩阵的行中的每一个部署，并且以共享方式与布置在一行中的多个像素100连线。信号线12针对成形为二维矩阵的列中的每一个部署，并且以共享方式与布置在一列中的多个像素100连线。
[0059]
垂直驱动单元20生成用于上述像素100的控制信号。该图中的垂直驱动单元20生成用于像素阵列单元10的二维矩阵的行中的每一个的控制信号，并且经由信号线11顺次地输出控制信号。
[0060]
列信号处理单元30处理由像素100生成的图像信号。该图中的列信号处理单元30同时处理经由信号线12传送的来自布置在像素阵列单元10的一行中的多个像素100的图像信号。作为该处理，例如，可以执行用于将由像素100生成的模拟图像信号转换为数字图像信号的模拟-数字转换或用于去除图像信号的偏移误差的相关双采样(cds)。经处理的图像信号被输出到成像元件1外部的电路等。
[0061]
控制单元40控制垂直驱动单元20和列信号处理单元30。该图中的控制单元40经由信号线41和42中的每一个输出控制信号，以控制垂直驱动单元20和列信号处理单元30。注意的是，该图中的成像元件1是权利要求中描述的半导体元件的示例。列信号处理单元30是
权利要求中描述的处理电路的示例。
[0062]
[像素的配置]
[0063]
图2是图示了根据本公开的第一实施例的像素的配置示例的示图。该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100包括光电转换单元101、电荷传输单元102、复位单元103、图像信号生成单元110、第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122、耦合单元104、电容器129和电容耦合布线141。
[0064]
图像信号生成单元110包括mos晶体管111和112。mos晶体管111和112、电荷传输单元102、复位单元103和耦合单元104可以包括n沟道mos晶体管。另外，第一电荷保持单元121、耦合单元104和第二电荷保持单元122被包括在电荷保持单元中。
[0065]
如上所述，信号线11和12与像素100连线。该图中的信号线11包括信号线tgl、信号线rst、信号线fdg和信号线sel。信号线11还包括电容耦合布线141。该图中的信号线fhg表示电容耦合布线141。信号线12包括信号线vo。另外，电源线vdd与像素100连线。电源线vdd是向像素100供应电力的布线。注意的是，在该图中还图示了垂直驱动单元20。
[0066]
光电转换单元101的阳极接地，并且阴极连接到电荷传输单元102的源极。电荷传输单元102的漏极连接到耦合单元104的源极、mos晶体管111的栅极和第一电荷保持单元121的第一端。第一电荷保持单元121的第二端接地。耦合单元104的漏极连接到复位单元103的源极、第二电荷保持单元122的第一端和电容器129的第一端。第二电荷保持单元122的第二端接地，并且电容器129的第二端连接到电容耦合布线141。复位单元103的漏极连接到电源线vdd。mos晶体管111的漏极连接到电源线vdd，并且mos晶体管111的源极连接到mos晶体管112的漏极。mos晶体管112的源极连接到信号线vo。
[0067]
信号线tgl、信号线fdg、信号线rst和信号线sel分别连接到电荷传输单元102的栅极、耦合单元104的栅极、复位单元103的栅极和mos晶体管112的栅极。
[0068]
光电转换单元101执行入射光的光电转换。光电转换单元101可以包括稍后描述的半导体基板130上形成的光电二极管。
[0069]
第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122保持电荷。第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122保持通过光电转换单元101的光电转换生成的电荷。第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122可以包括作为形成在半导体基板130中的半导体区域的浮置扩散(fd)区域。
[0070]
耦合单元104耦合第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。耦合单元104通过电连接第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122来耦合第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。当第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被耦合时，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122可以被视为具有大电容的一个电荷保持单元。即，可以通过在耦合单元104的导通状态与非导通状态之间切换来切换电荷保持容量。
[0071]
该图中的耦合单元104等包括n沟道mos晶体管。在该n沟道mos晶体管中，可以通过向栅极施加超过栅极-源极电压vgs的阈值的电压来电连接漏极和源极。下文中，超过栅极-源极电压vgs的阈值的电压被称为导通(on)电压。包含导通电压的控制信号由信号线fdg等传送。
[0072]
电荷传输单元102将通过光电转换单元101的光电转换生成的电荷传输到电荷保持单元。该图中的电荷传输单元102将通过光电转换单元101的光电转换生成的电荷传输到
第一电荷保持单元121。电荷传输单元102通过电连接光电转换单元101和第一电荷保持单元121来传输电荷。用于电荷传输单元102的控制信号由信号线tgl传送。
[0073]
复位单元103将电荷保持单元复位。该图中的复位单元103将第二电荷保持单元122复位。可以通过利用电连接电荷保持单元和电源线vdd将电荷保持单元的电荷排出来执行该复位。用于复位单元103的控制信号由信号线rst传送。
[0074]
图像信号生成单元110基于由电荷保持单元保持的电荷来生成图像信号。如上所述，图像信号生成单元110包括mos晶体管111和112。mos晶体管111的栅极连接到第一电荷保持单元121。因此，在mos晶体管111的源极处，生成具有与保持在第一电荷保持单元121中的电荷对应的电压的图像信号。此外，通过使mos晶体管112导通，图像信号可以被输出到信号线vo。用于mos晶体管111的控制信号由信号线sel传送。信号线sel对应于传送用于图像信号生成单元110的控制信号的信号线(布线)。另外，信号线vo对应于传送图像信号的信号线(布线)。
[0075]
如上所述，可以通过在耦合单元104的导通状态与非导通状态之间切换来切换电荷保持容量。在耦合单元104没有导通的情况下，由光电转换单元101生成的电荷仅传输到第一电荷保持单元121。在这种情况下，由于电荷保持单元的电容相对小，因此电荷保持单元中的电位相对于传输的电荷量的变化大。另一方面，在耦合单元104处于导通状态的情况下，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122并联连接，并且电荷保持单元的电容增加。此外，由光电转换单元101生成的电荷被传输到第一电荷保持单元121，并且也分布到第二电荷保持单元122并被保持在其中。在这种情况下，由于电荷保持单元的电容相对大，因此电荷保持单元中的电位相对于传输的电荷量的变化小。
[0076]
如上所述，在耦合单元104没有导通的情况下，像素100的转换效率增强。另一方面，在耦合单元104导通的情况下，像素100的转换效率降低。下文中，用于在耦合单元104没有导通时生成图像信号的模式被称为高转换效率模式，并且用于在耦合单元104导通时生成图像信号的模式被称为低转换效率模式。注意的是，与高转换效率模式相比，低转换效率模式可以增加引起图像信号的饱和的入射光的量。这是因为电荷保持容量增加。
[0077]
在一个曝光周期中，像素100的转换效率也可以被切换。使耦合单元104进入非导通状态，并且由光电转换单元101生成的电荷被传输到第一电荷保持单元121，并且由图像信号生成单元110生成图像信号。结果，可以输出高转换效率模式下的图像信号。接下来，使耦合单元104进入导通状态，以将第一电荷保持单元121的电荷分布到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122并保持在其中。接下来，通过由图像信号生成单元110再次生成图像信号，可以输出低转换效率模式下的图像信号。以这种方式，可以以不同的转换效率捕获图像，并且可以扩宽成像元件1的动态范围。注意的是，在第一电荷保持单元121被复位的情况下，需要使复位单元103导通并且使耦合单元104导通。
[0078]
电容耦合布线141与电荷保持单元电容耦合。该图中的电容耦合布线141是与连接到第二电荷保持单元122的布线(节点)电容耦合的示例。电容器129对应于耦合电容器。此外，电容耦合布线141包括与诸如信号线tgl、信号线rst、信号线fdg和信号线sel之类的向像素100中包括的元件传送控制信号的信号线(布线)以及诸如信号线vo之类的传送来自像素100的信号的信号线(布线)不同的布线。即，电容耦合布线141相对于其他信号线处于浮置状态。
[0079]
可以通过调整施加到电容耦合布线141的信号的电压来调整电容耦合的目的地的电位。当向电容耦合布线141施加电压时，施加的电压取决于电容器129和第二电荷保持单元122的电容被分压和供应，从而可以改变连接到第二电荷保持单元122的布线(节点)的电位。例如，通过向电容耦合布线141施加具有比稳态下的电压高的电压的信号，可以增加电荷保持单元的电位。在这种情况下，电荷保持单元的电势深，并且可以增加电荷(电子)的保持容量。可以防止保持在电荷保持单元中的电荷溢出的溢出。该图中的垂直驱动单元20经由电容耦合布线141和耦合电容器输出调整信号，以调整电荷保持单元的电位。注意的是，垂直驱动单元20是权利要求中描述的电位调整单元的示例。
[0080]
电容器129对应于电容耦合布线141与电荷保持单元中包括的布线(节点)之间的杂散电容。即，电容器129不是形成在像素100中的元件，而是包括所谓的寄生电容或杂散电容的电容器。
[0081]
[像素的截面的结构]
[0082]
图3是图示了根据本公开的第一实施例的像素的配置示例的截面图。该图是图示了像素100的截面的简化结构的示图，并且是示意性图示了像素100的一部分的示图。在该图中，图示了包括在像素100中的半导体基板130和布线区域140。
[0083]
半导体基板130是形成有像素100的元件的半导体基板。半导体基板130可以由硅(si)制成。在该图中，在包括在像素100中的元件当中，图示了光电转换单元101、电荷传输单元102、第一电荷保持单元121、耦合单元104、第二电荷保持单元122和复位单元103。为了方便起见，这是基于该图中的半导体基板130包括p型阱区的前提。在半导体基板130中图示的白色矩形表示n型半导体区域。在该图中，图示了n型半导体区域131至134。
[0084]
光电转换单元101包括n型半导体区域131。具体地，包括在n型半导体区域131与周围的p型阱区之间的界面处的p-n结的光电二极管对应于光电转换单元101。在光电转换单元101中，通过光电转换生成的电荷的电子被累积在n型半导体区域131中并且由电荷传输单元102传输。
[0085]
第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122分别包括n型半导体区域132和n型半导体区域133。n型半导体区域132和n型半导体区域133对应于上述的fd。
[0086]
包括在mos晶体管中的栅极137至139与半导体基板130相邻地布置。注意的是，栅极绝缘膜部署在栅极137至139与半导体基板130之间。
[0087]
电荷传输单元102包括n型半导体区域131、n型半导体区域132和栅极139。耦合单元104包括n型半导体区域132、n型半导体区域133和栅极138。复位单元103包括n型半导体区域133、n型半导体区域134和栅极137。如上所述，信号线rst、信号线fdg和信号线tgl分别连接到栅极137至139。
[0088]
布线区域140包括向元件传送信号的布线以及使布线与布线绝缘的绝缘层149。在该图的布线区域140中，电容耦合布线141被图示为布线。诸如电容耦合布线141之类的布线可以由诸如铜(cu)之类的金属制成。此外，绝缘层149可以包括诸如氧化硅(sio2)之类的绝缘体。
[0089]
如该图中图示的，电容耦合布线141可以部署在第二电荷保持单元122中包括的n型半导体区域133附近，并且可以与n型半导体区域133一起形成作为浮置电容的电容器129。n型半导体区域133对应于耦合单元104中包括的mos晶体管的漏极区域，并且对应于复
位单元103中包括的mos晶体管的源极区域。通过向电容耦合布线141施加调整信号，可以经由电容器129调整第二电荷保持单元122中包括的n型半导体区域133的电位。
[0090]
[像素的截面的另一结构]
[0091]
图4是图示了根据本公开的第一实施例的像素的另一配置示例的截面图。该图中的像素100与图3中的像素100的不同之处在于，在布线区域140中堆叠多条布线。该图中的布线区域140中还布置布线142和布线143。布线142布置在布线区域140的最下层中并且布置在最靠近半导体基板130的层中。电容耦合布线141和布线143布置在同一层中，但布置在与布线142的层不同的层中。注意的是，布线区域140的结构不限于该示例。例如，可以层压三层或更多层的布线。
[0092]
布置在不同层中的布线可以通过通孔插塞连接。布线142和布线143通过通孔插塞144连接。该图中的电容耦合布线141和布线143通过包括杂散电容的电容器126连接。布线142和第二电荷保持单元122通过包括杂散电容的电容器127连接。即，该图中的电容耦合布线141经由串联连接的两个电容器126和127耦合到第二电荷保持单元122。由于经由串联连接的电容器126和127施加调整电压，因此施加到第二电荷保持单元122的电压减小。然而，电容耦合布线141可以部署在布线区域140的上层中，并且可以提高像素100中的电容耦合布线141的布置的自由度。
[0093]
[电容耦合布线的配置]
[0094]
图5是图示了根据本公开的第一实施例的电容耦合布线的结构示例的示图。该图是图示了电容耦合布线141的配置示例的平面图。如参考图4描述的，电容耦合布线141和布线143布置在同一层中。如该图中图示的，电容耦合布线141和布线143可以在平面图中形成为梳状并且彼此靠近地布置。结果，可以增加电容耦合布线141与布线143之间的电容器126的静态容量。可以增加被分压并分布到串联连接的电容器126和127当中的电容器127的调整电压。注意的是，电容耦合布线141可以针对图1中描述的像素阵列单元10的行中的多个像素100以共享方式部署。
[0095]
[图像信号的生成]
[0096]
图6是图示了根据本公开的第一实施例的图像信号的生成的示例的示图。该图是图示了像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。该图中的“sel”、“rst”、“fdg”和“tgl”分别表示信号线sel、信号线rst、信号线fdg和信号线tgl的控制信号。同时，“fhg”表示电容耦合布线141的调整信号。在该图中，由二值化波形图示这些信号。该图中的波形的值“0”表示低电压侧的控制信号等。该电压对应于使mos晶体管111等进入非导通状态的栅极-源极电压vgs，并且例如，可以施加0v或负电压。注意的是，与值“0”对应的信号线sel等的低电压侧的控制信号和电容耦合布线141的低电压侧的信号可以具有不同的值。为了方便起见，这些低电压侧的控制信号等由值“0”表示。这同样也适用于继图6之后的其他图。
[0097]
值“1”的部分表示高电压侧的控制信号等。在信号线sel、信号线rst、信号线fdg和信号线tgl中，值“1”的部分表示导通电压。在电容耦合布线141中，具有值“1”的部分表示调整电压。另外，该图中的“vo”表示输出到信号线vo的信号。
[0098]
在初始状态下，信号线sel、信号线rst、信号线fdg、信号线tgl和电容耦合布线141的电压例如为0v。
[0099]
接下来，在t1，向信号线rst和信号线fdg施加导通电压，并且复位单元103和耦合
单元104电导通。结果，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被复位。注意的是，向信号线rst和信号线fdg的导通电压的施加持续直到t4为止。
[0100]
接下来，在t2，向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102导通。结果，光电转换单元101中的电荷被排出并复位。
[0101]
接下来，在t3，停止向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102进入非导通状态。接下来，在t4，停止向信号线rst和信号线fdg施加导通电压，并且使复位单元103和耦合单元104进入非导通状态。
[0102]
通过在t1至t4的操作，像素100被复位。然后，开始用于累积由光电转换单元101生成的电荷的曝光时段。
[0103]
在已经过预定的曝光时段之后，在t10，向信号线rst和信号线fdg施加导通电压，使复位单元103和耦合单元104进入导通状态，并且第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122再次被复位。图像信号生成单元110生成复位时的图像信号。另外，向信号线sel施加导通电压以使mos晶体管112导通，并且图像信号被输出到信号线vo。注意的是，向信号线sel和信号线fdg的导通电压的施加分别持续直到t19和t13为止。
[0104]
接下来，在t11，停止向信号线rst施加导通电压。然后，在直至t12的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位时的图像信号“a”(下文中被称为复位信号“a”)保持在图1中描述的列信号处理单元30中。注意的是，输出到信号线vo的信号被转换为数字信号并且保持在列信号处理单元30中。由于耦合单元104处于导通状态，因此复位信号“a”处于低转换效率模式。
[0105]
接下来，在t12，向电容耦合布线141(fhg)施加调整电压，并且与电容耦合布线141电容耦合的第二电荷保持单元122的电位升高。此时，由于耦合单元104处于导通状态，因此第一电荷保持单元121的电位类似地上升。结果，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的电势变深。注意的是，向电容耦合布线141(fhg)的调整电压的施加持续直到t16为止。
[0106]
接下来，在t13，停止向信号线fdg施加导通电压。然后，在直至t14的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位时的图像信号“b”(下文中被称为复位信号“b”)保持在列信号处理单元30中。由于耦合单元104处于非导通状态，因此复位信号“b”处于高转换效率模式。
[0107]
接下来，在t14，向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102导通。在曝光时段期间在光电转换单元101中生成并保持的电荷被传输到第一电荷保持单元121。
[0108]
接下来，在t15，停止向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102进入非导通状态。然后，在直至t16的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“c”保持在列信号处理单元30中。由于耦合单元104处于非导通状态，因此图像信号“c”处于高转换效率模式。
[0109]
接下来，在t16，向信号线fdg施加导通电压。在使耦合单元104导通的情况下，保持在第一电荷保持单元121中的电荷被分布到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。另外，停止向电容耦合布线141(fhg)施加调整电压。注意的是，向信号线fdg的导通电压的施加持续直到t19为止。
[0110]
接下来，在t17，向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102再次导通。在从t15至t17的时段期间在光电转换单元101中生成并保持的电荷被传输到第一电荷保持单
元121。
[0111]
接下来，在t18，停止向信号线tgl施加导通电压，并且使电荷传输单元102进入非导通状态。然后，在直至t19的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“d”保持在列信号处理单元30中。由于耦合单元104处于导通状态，因此图像信号“d”处于低转换效率模式。
[0112]
通过以上操作，低转换效率模式下的复位信号“a”和图像信号“d”以及高转换效率模式下的复位信号“b”和图像信号“c”被生成并且被保持在列信号处理单元30中。此后，列信号处理单元30在低转换效率模式和高转换效率模式中的每一个下执行cds。具体地，列信号处理单元30从图像信号“d”中减去复位信号“a”，以去除低转换效率模式下的图像信号的偏移误差。另外，列信号处理单元30从图像信号“c”中减去复位信号“b”，以去除高转换效率模式下的图像信号的偏移误差。
[0113]
在上述t13，停止向信号线fdg施加导通电压，并且使耦合单元104进入非导通状态。此时，第一电荷保持单元121的电势变浅。这是因为停止向耦合单元104的栅极施加导通电压。结果，由电荷传输单元102进行的从光电转换单元101到第一电荷保持单元121的电荷的传输被阻碍。具体地，保持在光电转换单元101中的所有电荷不被传输到第一电荷保持单元121，由此允许一些电荷残留在光电转换单元101中。因此，图像信号中的误差增加。
[0114]
然而，在t12，通过向电容耦合布线141施加相对高的电压的调整信号以增大电荷保持单元的电位，可以使第一电荷保持单元121的电势比稳态下的电势深。结果，可以补偿当耦合单元104转变为非导通状态时的电势的增加，并且可以提高电荷传输效率。因此，可以将光电转换单元101的所有电荷完全地传输到第一电荷保持单元121。
[0115]
[像素的另一结构]
[0116]
图7是图示了根据本公开的第一实施例的像素的另一配置示例的示图。与图2类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100与图2中的像素100的不同之处在于，电容耦合布线141与第一电荷保持单元121电容耦合。
[0117]
该图中的电容耦合布线141经由电容器128连接到与第一电荷保持单元121连接的布线(节点)。参考图3的截面图进行描述，电容耦合布线141布置在第一电荷保持单元121中包括的n型半导体区域132附近。电容耦合布线141与n型半导体区域132之间的杂散电容对应于电容器128。
[0118]
[图像信号生成的另一示例]
[0119]
图8是图示了根据本公开的第一实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。该图是图示了图7中的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。该图与图6中的定时图的不同之处在于，向电容耦合布线141(fhg)施加调整电位的定时。
[0120]
在t13，停止向信号线fdg施加导通电压，并且向电容耦合布线141(fhg)施加调整电压。向电容耦合布线141(fhg)的调整电压的施加持续直到t16为止。
[0121]
如上所述，当耦合单元104处于非导通状态时，调整电压被施加到电容耦合布线141(fhg)。结果，第一电荷保持单元121的电位上升。可以增加第一电荷保持单元121的电荷保持容量。另一方面，没有调整电压被施加到第二电荷保持单元122。第二电荷保持单元122的电位被维持在低状态。通过采用电容耦合布线141与第一电荷保持单元121电容耦合的配置，可以仅选择性地调整第一电荷保持单元121的电位。可以减少稍后在图16中描述的白点
的出现。注意的是，图6中描述的图像信号的生成过程也可以应用到图7中的像素100。
[0122]
如上所述，可以通过将调整信号施加到电荷保持单元来补偿电荷保持单元的电势。通过与传送控制信号等的信号线不同的电容耦合布线141传送调整信号。因此，调整信号可以在不受像素100的控制信号影响的情况下被传送到像素100。因此，即使在执行诸如切换转换效率之类的复杂控制的情况下，调整信号也可以被传送到像素100并施加到电荷保持单元。
[0123]
(2.第二实施例)
[0124]
在上述第一实施例的成像元件1中，光电转换单元101被布置在像素100中。此外，根据本公开的第二实施例的成像元件1与第一实施例的不同之处在于，多个光电转换单元被布置。
[0125]
[像素的配置]
[0126]
图9是图示了根据本公开的第二实施例的像素的配置示例的示图。与图2类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。像素100与图2中的像素的不同之处在于，还包括第二光电转换单元105、第二电荷传输单元106和第三电荷保持单元123。另外，该图中的信号线11还包括信号线fcg，并且电源线fc-vdd还与像素100连线。为了方便起见，该图中的像素100的图示被简化。
[0127]
第二光电转换单元105的阳极接地，并且阴极连接到第二电荷传输单元106的源极和第三电荷保持单元123的第一端。第三电荷保持单元123的第二端连接到电源线fc-vdd。第二电荷传输单元106的漏极连接到第二电荷保持单元122的第一端、复位单元103的源极、耦合单元104的漏极和电容器129的第一端。第二电荷传输单元106的栅极连接到信号线fcg。由于其他连接类似于图2中的像素100的连接，因此将省略其描述。
[0128]
与光电转换单元101类似，第二光电转换单元105执行入射光的光电转换。第二光电转换单元105可以被配置为具有与光电转换单元101的灵敏度不同的灵敏度。例如，具有比光电转换单元101的灵敏度低的灵敏度的元件可以被用于第二光电转换单元105。具体地，具有比光电转换单元101的光接收面积小的光接收面积的光电二极管可以被用作第二光电转换单元105。
[0129]
第三电荷保持单元123保持由第二光电转换单元105生成的电荷。第三电荷保持单元123例如可以包括使用半导体基板130与布置在布线区域140中的电极之间的静态容量作为电容器的金属绝缘体半导体(mis)电容器。
[0130]
第二电荷传输单元106将保持在第三电荷保持单元123中的电荷传输到第二电荷保持单元122。用于第二电荷传输单元106的控制信号由信号线fcg传送。n沟道mos晶体管可以被用于第二电荷传输单元106。
[0131]
注意的是，电容耦合布线141包括与信号线tgl、rst、fdg、sel、vo和fcg不同的布线。
[0132]
通过部署第二光电转换单元105并且使用图像信号生成单元110生成图像信号，可以输出具有低灵敏度的图像信号。下文中，用于生成第二光电转换单元105的图像信号的模式被称为低灵敏度模式。该图中的像素100可以执行包括高转换效率模式、低转换效率模式和低灵敏度模式的三种类型的成像。
[0133]
[图像信号的生成]
[0134]
图10是图示了根据本公开的第二实施例的图像信号的生成的示例的示图。与图6类似，该图是图示了像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。该图中的生成过程与图6中的生成过程的不同之处在于，添加了信号线fcg的控制信号并且添加了由于第二光电转换单元105引起的图像信号的生成过程。在该图中，“fcg”表示信号线fcg的控制信号。将描述与图6的生成过程不同的部分。
[0135]
在从t4至t5的时段期间，向信号线rst和信号线fdg的导通电压的施加被延长。另外，向信号线fcg施加导通电压，并且使第二电荷传输单元106导通。结果，第三电荷保持单元123被复位。
[0136]
在t19，向信号线rst施加导通电压，并且使复位单元103导通。由于耦合单元104处于导通状态，因此第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被复位。注意的是，向信号线sel的导通电压的施加被延长至从t10至t32的时段。
[0137]
接下来，在t20，停止向信号线rst施加导通电压。
[0138]
接下来，在t21，向信号线fcg施加导通电压，并且使第二电荷传输单元106导通。结果，保持在第二光电转换单元105和第三电荷保持单元123中的电荷被传输到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。然后，在直至t30的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“e”保持在列信号处理单元30中。图像信号“e”处于低灵敏度模式。
[0139]
接下来，在t30，向信号线rst施加导通电压，并且使复位单元103导通。由于耦合单元104和第二电荷传输单元106处于导通状态，因此第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122和第三电荷保持单元123被复位。
[0140]
接下来，在t31，停止向信号线rst施加导通电压。然后，在直至t32的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位时的图像信号“f”(下文中被称为复位信号“f”)保持在列信号处理单元30中。复位信号“f”处于低灵敏度模式。
[0141]
通过以上操作，还生成低灵敏度模式下的复位信号“f”和图像信号“e”并且将其保持在列信号处理单元30中。然后，列信号处理单元30在低灵敏度模式下执行cds。具体地，列信号处理单元30从图像信号“e”中减去复位信号“f”，以去除低灵敏度模式下的图像信号的偏移误差。
[0142]
[像素的另一结构]
[0143]
图11是图示了根据本公开的第二实施例的像素的另一配置示例的示图。与图10类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100与图10中的像素100的不同之处在于，电容耦合布线141与第一电荷保持单元121耦合。
[0144]
该图中的电容耦合布线141经由电容器128连接到与第一电荷保持单元121连接的布线(节点)。与图10中的像素100类似，可以调整电荷保持单元的电位。
[0145]
注意的是，电容耦合布线141可以被配置为与第三电荷保持单元123电容耦合。
[0146]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第一实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0147]
如上所述，根据本公开的第二实施例的成像元件1包括第二光电转换单元105，并且还生成低灵敏度模式下的图像信号。另外，在这种情况下，当生成高转换效率模式下的图像信号时，可以通过电容耦合布线141调整电荷保持单元的电位。
[0148]
(3.第三实施例)
[0149]
在上述的第二实施例的成像元件1中，第二光电转换单元105和第三电荷保持单元123被布置在像素100中。同时，根据本公开的第三实施例的成像元件1与上述第二实施例的不同之处在于，还包括将第二光电转换单元105的电荷传输到第三电荷保持单元123的传输单元。
[0150]
[成像元件的配置]
[0151]
图12是图示了根据本公开的第三实施例的像素的配置示例的示图。与图9类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100与图9中的像素100的不同之处在于，第三电荷传输单元107部署在第二光电转换单元105和第三电荷保持单元123之间并且在信号线11中还包括信号线tgs。
[0152]
第二光电转换单元105的阳极连接到第三电荷传输单元107的源极，并且第三电荷传输单元107的漏极连接到第二电荷传输单元106的源极和第三电荷保持单元123的第一端。第三电荷传输单元107的栅极连接到信号线tgs。
[0153]
第三电荷传输单元107将由第二光电转换单元105生成的电荷传输到第三电荷保持单元123。用于第三电荷传输单元107的控制信号由信号线tgs传送。n沟道mos晶体管可以被用于第三电荷传输单元107。注意的是，在第三电荷传输单元107中，可以形成用于将已从第二光电转换单元105溢出的电荷传输到第三电荷保持单元123的溢出路径。可以通过使第三电荷传输单元107的栅极正下方的电势加深来形成该溢出路径。
[0154]
注意的是，电容耦合布线141包括与信号线tgl、rst、fdg、sel、fcg、vo和tgs不同的布线。
[0155]
[图像信号的生成]
[0156]
图13是图示了根据本公开的第三实施例的图像信号的生成的示例的示图。与图10类似，该图是图示了像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。该图中的生成过程与图10中的生成过程的不同之处在于，添加了信号线tgs的控制信号。在该图中，“tgs”表示信号线tgs的控制信号。将描述与图10的生成过程不同的部分。
[0157]
在t4，向信号线tgs和信号线fcg施加导通电压。结果，第二光电转换单元105被复位。
[0158]
接下来，在t5，停止向信号线tgs施加导通电压。注意的是，向信号线rst、信号线fdg和信号线fcg的导通电压的施加被延长至t6。
[0159]
接下来，在t6，停止向信号线rst、信号线fdg和信号线fcg施加导通电压。
[0160]
在t21，向信号线tgs施加导通电压，并且使第三电荷传输单元107导通。由于第二电荷传输单元106和耦合单元104处于导通状态，因此由第二光电转换单元105生成的电荷和保持在第三电荷保持单元123中的电荷被传输到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。
[0161]
接下来，在t22，停止向信号线tgs施加导通电压。然后，在直至t30的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“e”保持在列信号处理单元30中。图像信号“e”处于低灵敏度模式。
[0162]
[像素的另一结构]
[0163]
图14是图示了根据本公开的第三实施例的像素的另一配置示例的示图。与图12类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100与图12中的像素100的不
同之处在于，电容耦合布线141与第一电荷保持单元121耦合。
[0164]
该图中的电容耦合布线141经由电容器128连接到与第一电荷保持单元121连接的布线(节点)。与图12中的像素100类似，可以调整电荷保持单元的电位。
[0165]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第二实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0166]
如上所述，根据本公开的第三实施例的成像元件1包括传输由第二光电转换单元105生成的电荷的第三电荷传输单元107并且生成低灵敏度模式下的图像信号。另外，在这种情况下，当生成高转换效率模式下的图像信号时，可以通过电容耦合布线141调整电荷保持单元的电位。
[0167]
(4.第四实施例)
[0168]
在上述第一实施例的成像元件1中，在像素100的高转换效率模式下的电荷保持单元的电位被调整。同时，根据本公开的第四实施例的成像元件1与上述第一实施例的不同之处在于，即使在低转换效率模式下，电荷保持单元的电位也被调整。
[0169]
图2、图7、图8、图10、图11和图13的电路可以被应用到根据本公开的第四实施例的成像元件1的像素100。
[0170]
[图像信号的生成]
[0171]
图15a是图示了根据本公开的第四实施例的图像信号的生成的示例的示图。该图是图示了在采用图2的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图6的生成过程不同的部分。
[0172]
向信号线fhg的调整信号的施加被延长至从t11至t19的时段。结果，可以升高在电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中的时段期间的电位。
[0173]
图15b是图示了根据本公开的第四实施例的图像信号的生成的示例的示图。该图是图示了在采用图9和图10的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图10的生成过程不同的部分。
[0174]
向信号线fhg的调整信号的施加被延长至从t11至t19的时段。结果，可以升高在电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中的时段期间的电位。注意的是，同样在采用图12和图13的电路的情况下，可以在与图15b中相同的定时向信号线fhg施加调整信号。
[0175]
通过升高第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的电位，可以加深第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的电势。结果，可以增加电荷保持单元的保持容量。因此，即使在如在明亮环境中成像那样的入射光的量较大的情况下，也可以防止图像信号的饱和。
[0176]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第一实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0177]
如上所述，根据本公开的第四实施例的成像元件1在电荷被保持在电荷保持单元中的时段期间经由电容耦合布线141施加相对高的电压的调整电压。结果，可以增加电荷保持容量。因此，可以防止图像信号的饱和，并且可以防止图像质量的劣化。
[0178]
(5.第五实施例)
[0179]
在上述第四实施例的成像元件1中，高电压的调整信号被施加到电荷保持单元。同
时，根据本公开的第五实施例的成像元件1与上述第一实施例的不同之处在于，低电压的调整信号被施加到电荷保持单元。
[0180]
图2、图7、图8、图10、图11和图13的电路可以被应用到根据本公开的第五实施例的成像元件1的像素100。
[0181]
[图像信号的生成]
[0182]
图16a是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的示例的示图。该图是图示了在采用图2的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图15a的生成过程不同的部分。
[0183]
在从t11至t19的时段期间，向信号线fhg施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。结果，可以降低在电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中的时段期间的电位。
[0184]
在电荷保持单元的电位高的情况下，存在以下情况：在电荷保持单元与和电荷保持单元相邻的半导体区域之间形成强电场。例如，在为了增强非导通状态而向电荷传输单元102的栅极施加相对低的截止电压的情况下，在电荷传输单元102的栅极与第一电荷保持单元121之间生成强电场。存在以下情况：这种强电场引起相对大的漏电流，由此生成图像信号被改变的所谓的白点并且使图像质量劣化。因此，通过施加低电压的调整信号来降低电荷被保持的时段期间的电荷保持单元的电位。结果，电荷保持单元与和电荷保持单元相邻的半导体区域之间的电场减弱，由此防止出现白点。
[0185]
图16b是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。在从t11至t12的时段和从t16至t19的时段期间，向信号线fhg施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。如在图16a中，在电荷被施加到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的时段期间的电位降低。注意的是，该图中的电容耦合布线141(fhg)的调整信号具有在稳态下的电压、高电压和低电压的三个值。
[0186]
同时，在从t12至t16的时段期间，可以向信号线fhg施加具有比稳态下的电压高的电压的调整信号。在电荷被保持在第一电荷保持单元121中的时段期间的电位增加。
[0187]
如上所述，在图16b的示例中，可以通过补偿高转换效率模式下的电势的增加同时防止低转换效率模式下的白点的出现来提高电荷传输效率。
[0188]
[图像信号生成的另一示例]
[0189]
图17a是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。该图是图示了在采用图9和图10的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图15b的生成过程不同的部分。
[0190]
在从t11至t19的时段期间，向信号线fhg施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。如在图16a中，可以降低在电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中的时段期间的电位，由此使得可以防止出现白点。
[0191]
图17b是图示了根据本公开的第五实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。在从t11至t12的时段和从t16至t19的时段期间，向信号线fhg施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。同时，在从t12至t16的时段期间，向信号线fhg施加具有比稳态下的电压高的电压的调整信号。可以通过补偿高转换效率模式下的电势的增加同时防止低转换效率模式下的白点的出现来提高电荷传输效率。
[0192]
注意的是，在采用图12和图13的电路的情况下，也可以应用图17b的生成过程。
[0193]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第四实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0194]
如上所述，根据本公开的第五实施例的成像元件1在电荷被保持在电荷保持单元中的时段期间经由电容耦合布线141施加相对低的电压的调整电压。结果，可以防止出现白点并且防止图像质量的劣化。
[0195]
(6.第六实施例)
[0196]
在上述第四实施例的成像元件1中，在电荷被保持在电荷保持单元中的时段中，调整电荷保持单元的电位。同时，根据本公开的第六实施例的成像元件1与上述第四实施例的不同之处在于，即使在曝光时段中，电荷保持单元的电位也被调整。
[0197]
根据本公开的第六实施例的成像元件1的像素100通过电荷保持单元保持在曝光时段期间从光电转换单元101溢出的电荷。如以上在图3中描述的，通过光电转换单元101的光电转换生成的电荷被保持在光电转换单元101中包括的n型半导体区域131中。然而，当入射光的量增加并且在曝光时段期间保持的电荷量超过n型半导体区域131的保持容量时，电荷从光电转换单元101溢出。当溢出的电荷流入其他像素100中时，生成具有与原始值不同的高亮度的图像信号，并且图像质量劣化。这种现象被称为辉散现象(blooming)。为了防止这种现象，在电荷传输单元102中形成以上在图12中描述的溢出路径。从光电转换单元101溢出的电荷被保持在第一电荷保持单元121中。
[0198]
图2、图7、图8、图10、图11和图13的电路可以被应用到根据本公开的第六实施例的成像元件1的像素100。
[0199]
[图像信号的生成]
[0200]
图18a是图示了根据本公开的第六实施例的图像信号的生成的示例的示图。该图是图示了在采用图2和图6的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。
[0201]
在t4，向信号线fhg施加调整信号。向信号线fhg的调整电压的施加持续直到该图中的t23为止。结果，即使在曝光时段期间，也向电荷保持单元施加高电压的调整信号。注意的是，在从t4至t10的时段期间从光电转换单元101溢出的电荷被保持在第一电荷保持单元121中。
[0202]
接下来，在t10，向信号线sel施加导通电压。向信号线sel的导通电压的施加持续直到该图中的t26为止。另外，向信号线fdg施加导通电压，并且使耦合单元104进入导通状态。结果，光电转换单元101的电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中。然后，在直至t12的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位信号“a”保持在列信号处理单元30中。
[0203]
接下来，在t13，停止向信号线fdg施加导通电压。在直至t14的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位信号“b”保持在列信号处理单元30中。
[0204]
接下来，在t14，向信号线tgl施加导通电压。在曝光时段期间在光电转换单元101中生成并保持的电荷被传输到第一电荷保持单元121。
[0205]
接下来，在t15，停止向信号线tgl施加导通电压。然后，在直至t16的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“c”保持在列信号处理单元30中。
[0206]
接下来，在t16，向信号线fdg施加导通电压。第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被耦合。向信号线fdg的导通电压的施加持续直到t24为止。
[0207]
接下来，在t17，向信号线tgl施加导通电压。在从t15至t17的时段中在光电转换单元101中生成并保持的电荷被传输到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。
[0208]
接下来，在t18，停止向信号线tgl施加导通电压。然后，在直至t19的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“d”保持在列信号处理单元30中。此外，紧接在t23之前，输出到信号线vo的信号被作为图像信号“g”保持在列信号处理单元30中。
[0209]
接下来，在t23，停止向信号线fhg施加调整信号。接下来，向信号线rst施加导通电压，并且第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被复位。向信号线rst的导通电压的施加持续直到t25为止。
[0210]
接下来，在t24，停止向信号线fdg施加导通电压。第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被去耦合。
[0211]
接下来，在t25，停止向信号线rst施加导通电压。接下来，向信号线fhg施加调整信号。然后，在直至t26的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“h”保持在列信号处理单元30中。
[0212]
接下来，在t26，停止向信号线fdg施加导通电压，并且停止向信号线fhg施加调整信号。
[0213]
如上所述，同样在图18a的生成过程中，从复位信号“a”和图像信号“d”生成低转换效率模式下的图像信号，并且从复位信号“b”和图像信号“c”生成高转换效率模式下的图像信号。这些图像信号不包括在曝光时段期间从光电转换单元101溢出的电荷。这是因为通过cds排除了在曝光时段期间从光电转换单元101溢出并保持在第一电荷保持单元121中的电荷的影响。
[0214]
在从t23至t25的时段中第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122被复位之后，获取复位信号“h”。通过使用复位信号“h”和图像信号“g”执行cds，可以生成考虑了在曝光时段期间从光电转换单元101溢出的电荷的图像信号。
[0215]
此外，通过在从t4至t23的时段中经由信号线fhg向电荷保持单元施加具有比稳态下的电压高的电压的调整信号，可以增加电荷保持容量。
[0216]
[图像信号生成的另一示例]
[0217]
图18b是图示了根据本公开的第六实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。该图是图示了在采用图9和图10的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图18a的生成过程不同的部分。
[0218]
在从t4至t5的时段期间，向信号线fcg施加导通电压。第三电荷保持单元123被复位。
[0219]
在t26，向信号线fcg施加导通电压，并且使第二电荷传输单元106导通。保持在第二光电转换单元105和第三电荷保持单元123中的电荷被传输到第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122。向信号线fcg的导通电压的施加持续直到t32为止。另外，向信号线sel和信号线fdg的导通电压的施加以及向信号线fhg的调整电位的施加持续直到t32为止。然后，在直至t30的时段中输出到信号线vo的信号被作为图像信号“e”保持在列信号处理单元30中。
[0220]
接下来，在从t30至t31的时段期间，向信号线rst施加导通电压。由于耦合单元104和第二电荷传输单元106处于导通状态，因此第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122和第三电荷保持单元123被复位。
[0221]
接下来，在直至t32的时段中输出到信号线vo的信号被作为复位信号“f”保持在列信号处理单元30中。
[0222]
可以由复位信号“f”和图像信号“e”生成低灵敏度模式下的图像信号。
[0223]
如上所述，同样在包括第二光电转换单元105的像素100中，可以如图18a中一样地生成图像信号。
[0224]
注意的是，在采用图12和图13的电路的情况下，也可以应用图18b的生成过程。
[0225]
此外，通过在从t5至t23和从t26至t32的时段中经由信号线fhg向电荷保持单元施加具有比稳态下的电压高的电压的调整信号，可以增加电荷保持容量。
[0226]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第四实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0227]
如上所述，在根据本公开的第六实施例的成像元件1中，在通过使第一电荷保持单元121保持从光电转换单元101溢出的电荷而生成图像信号的情况下，可以将具有高电压的调整信号施加到电荷保持单元并且增加电荷保持容量。动态范围可以被扩宽。
[0228]
(7.第七实施例)
[0229]
在上述第二实施例的成像元件1中，第一电荷保持单元121或第二电荷保持单元122的电位被调整。另一方面，根据本公开的第七实施例的成像元件1与上述第二实施例的不同之处在于，第三电荷保持单元123的电位被调整。
[0230]
[成像元件的配置]
[0231]
图19是图示了根据本公开的第七实施例的像素的配置示例的示图。与图9类似，该图是图示了像素100的配置示例的电路图。该图中的像素100与图9中的像素100的不同之处在于，包括电容器127来替代电容器128。
[0232]
电容耦合布线141连接到电容器127的第一端。电容器127的第二端连接到第二光电转换单元105的阴极、第二电荷传输单元106的源极和第三电荷保持单元123的第一端。由于其他电路连接类似于图9中的像素100的电路连接，因此将省略其描述。
[0233]
电容器127对应于电容耦合布线141与第三电荷保持单元123中包括的半导体区域之间的杂散电容。
[0234]
[图像信号的生成]
[0235]
图20是图示了根据本公开的第七实施例的图像信号的生成的示例的示图。与图10类似，该图是图示了像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。在该图中的图像信号的生成过程中，电容耦合布线141(fhg)的调整信号的定时与图10的定时不同。
[0236]
在该图中，在从t5到t32的时段中，向电容耦合布线141(fhg)施加具有比稳态下的电压高的电压的调整信号。在通过第二光电转换单元105的光电转换生成的电荷被保持在第三电荷保持单元123中的时段中，第三电荷保持单元123的电位高。结果，可以增加第三电荷保持单元123的电荷保持容量。
[0237]
注意的是，图20的生成过程也可以被应用到图12和图13的电路。在这种情况下，由于在第三电荷传输单元107中形成的溢出路径，即使在曝光时段期间，电荷也被累积在第三
电荷保持单元123中。因此，通过在曝光时段期间经由电容耦合布线141施加高电压的调整信号，可以增加保持容量。
[0238]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第二实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0239]
如上所述，在根据本公开的第七实施例的成像元件1中，可以通过向第三电荷保持单元123施加高电压的调整信号来增加电荷保持容量。低灵敏度模式下的动态范围可以被扩宽。
[0240]
(8.第八实施例)
[0241]
在上述第六实施例的成像元件1中，电荷保持单元的电位在曝光时段中和电荷保持单元保持电荷的时段中被调整为高电位。另一方面，本公开的第八实施例的成像元件1与上述第六实施例的不同之处在于，在曝光时段中和在电荷被保持在电荷保持单元中的时段中的电荷保持单元的电位被调整为低电位。
[0242]
与根据第六实施例的成像元件1类似地，根据本公开的第八实施例的成像元件1的像素100通过电荷保持单元保持在曝光时段期间从光电转换单元101溢出的电荷。存在以下情况：除了基于入射光的光电转换的电荷之外的电荷流入电荷保持单元中。例如，存在以下情况：由于在电荷保持单元中包括的半导体区域附近的晶体缺陷或半导体基板130的表面上的界面状态中的一个、与电荷保持单元之间的电荷的移动而生成电流。这种不归因于光电转换而基于电荷的移动的电流被称为暗电流。这种暗电流引起图像信号中的噪声。可以通过降低电荷保持单元的电位来减小暗电流。具体地，可以通过经由电容耦合布线141向电荷保持单元施加低电压的调整信号来减小暗电流。
[0243]
图2、图7、图8、图10、图11和图13的电路可以被应用到根据本公开的第八实施例的成像元件1的像素100。
[0244]
[图像信号的生成]
[0245]
图21a是图示了根据本公开的第八实施例的图像信号的生成的示例的示图。与图18a类似，该图是图示了在采用图2的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图18a的生成过程不同的部分。
[0246]
在从t4至t10的时段期间，向电容耦合布线141施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。结果，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的电位降低，并且暗电流减小。注意的是，在从t23至t25的时段中，不施加低电压的调整信号。
[0247]
[图像信号生成的另一示例]
[0248]
图21b是图示了根据本公开的第八实施例的图像信号的生成的另一示例的示图。与图18b类似，该图是图示了在采用图9和图10的电路的情况下的像素100中的图像信号的生成的示例的定时图。将描述与图18b的生成过程不同的部分。
[0249]
在从t5至t10的时段期间，向电容耦合布线141施加具有比稳态下的电压低的电压的调整信号。结果，第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的电位降低。与图21a的过程类似，暗电流可以减小。注意的是，与图21a类似，在从t23至t25的时段中，不施加低电压的调整信号。
[0250]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第六实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0251]
如上所述，在根据本公开的第八实施例的成像元件1中，在通过使第一电荷保持单元121保持从光电转换单元101溢出的电荷而生成图像信号的情况下，可以通过向电荷保持单元施加低电压的调整信号来减小暗电流。可以防止图像质量的劣化。
[0252]
(9.第九实施例)
[0253]
在上述第七实施例的成像元件1中，第三电荷保持单元123的电位被调整。同时，根据本公开的第九实施例的成像元件1与上述第七实施例的不同之处在于，还执行辉散现象对策。
[0254]
在以上参考图20描述的图像信号的生成过程中，在曝光时段期间从光电转换单元101溢出的电荷被保持在第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122中。当保持的电荷超过第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122的保持容量时，电荷从第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122溢出。该溢出的电荷引起辉散现象。此外，当溢出的电荷越过第二电荷传输单元106的栅极正下方的电势而流入第三电荷保持单元123中时，在低灵敏度模式下的图像信号中出现误差。因此，溢出的电荷被复位单元103排出。具体地，使处于非导通的复位单元103的栅极正下方的电势相对深。结果，即使当复位单元103处于非导通状态时，从第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122溢出的电荷也可以被排出。
[0255]
然而，如果使处于非导通的复位单元103的栅极正下方的电势深，则当保持在第三电荷保持单元123中的第二光电转换单元105的电荷被传输到电荷保持单元时，电荷的一部分被复位单元103排出。这引起低灵敏度模式下的图像信号中的误差。因此，增加第三电荷保持单元123的电位，以增加第三电荷保持单元123的电荷保持容量。这使得可以防止复位单元103将第三电荷保持单元123中保持的电荷排出。将参考图22a至图22b描述该处理。
[0256]
[电荷的传输]
[0257]
图22a是图示了根据本公开的第九实施例的像素的电势的示例的示图。该图图示了在曝光时段期间复位单元103、第二电荷保持单元122、第二电荷传输单元106和第三电荷保持单元123的电势。在该图中，白色矩形表示复位单元103的栅极137和第二电荷传输单元106的栅极136。栅极137和栅极136分别连接到信号线rst和信号线fcg。另外，该图中的阴影矩形分别表示保持在第二电荷保持单元122和第二光电转换单元105中的电荷301和302。注意的是，第二光电转换单元105的电势基本上等于第三电荷保持单元123的电势。
[0258]
由于处于曝光时段期间，因此复位单元103和第二电荷传输单元106二者都处于非导通状态。如上所述，复位单元103的栅极137正下方的电势比第二电荷传输单元106的电势深。因此，在曝光时段期间从第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122溢出的电荷越过复位单元103的电势并且被排出至电源线vdd。该图中的箭头表示这些电荷的排出。由于施加了调整信号，因此第二电荷保持单元122和第三电荷保持单元123的电势变深。该图中的虚线表示不施加调整信号的情况的电势。在生成基于电荷301的图像信号之后，通过复位单元103的复位操作排出电荷301。
[0259]
图22b是图示了根据本公开的第九实施例的像素的电势的示例的示图。该图图示了当由第二光电转换单元105生成的电荷302被传输到第二电荷保持单元122时的电势。使第二电荷传输单元106进入导通状态，并且由第二光电转换单元105生成并保持的电荷302被传输(分布)到第二电荷保持单元122。
[0260]
另一方面，该图中的交替的长短虚线表示当不施加调整信号时的第二电荷保持单
元122的电荷。该电荷的一部分从非导通状态下的复位单元103的栅极137正下方的电势溢出，并且在低灵敏度模式下的图像信号中出现误差。
[0261]
成像元件1的除了以上之外的配置与本公开的第七实施例中的成像元件1的配置类似，因此省略其描述。
[0262]
如上所述，在根据本公开的第九实施例的成像元件1中，可以在高电压的调整信号被施加到第三电荷保持单元123并且复位单元103的电势被加深以采取对抗辉散现象的对策的情况下增加电荷保持容量。低灵敏度模式下的图像信号中的误差可以减少。
[0263]
(10.成像设备的配置)
[0264]
根据本公开的技术可以被应用到各种产品。例如，根据本公开的技术可以被应用到诸如相机之类的成像设备。
[0265]
图23是图示了可以应用根据本公开的技术的成像设备的示例性配置的示图。该图中的成像设备1000包括成像元件1001、控制单元1002、图像处理单元1003、显示单元1004、记录单元1005和成像透镜1006。
[0266]
成像透镜1006是收集来自被摄体的光的透镜。被摄体通过成像透镜1006被成像在成像元件1001的光接收平面上。
[0267]
成像元件1001捕获被摄体的图像。包括执行来自被摄体的光的光电转换的光电转换单元的多个像素被布置在成像元件1001的光接收平面上。多个像素中的每一个生成基于通过光电转换生成的电荷的图像信号。成像元件1001将由像素生成的图像信号转换为数字图像信号，并且将数字图像信号输出到图像处理单元1003。注意的是，用于一个画面的图像信号被称为帧。成像元件1001还可以逐帧地输出图像信号。
[0268]
控制单元1002控制成像元件1001和图像处理单元1003。控制单元1002可以例如包括使用微型计算机等的电子电路。
[0269]
图像处理单元1003处理来自成像元件1001的图像信号。图像处理单元1003中的图像信号的处理对应于例如生成在生成彩色图像时的不足的颜色的图像信号的去马赛克处理、或去除图像信号的噪声的降噪处理。图像处理单元1003可以包括例如使用微型计算机等的电子电路。
[0270]
显示单元1004基于由图像处理单元1003处理的图像信号来显示图像。显示单元1004可以包括例如液晶监视器。
[0271]
记录单元1005记录基于由图像处理单元1003处理的图像信号的图像(帧)。记录单元1005可以包括例如硬盘或半导体存储器。
[0272]
以上已描述了可以应用本公开的成像设备。本技术可以被应用到上述组件当中的成像元件1001。具体地，图1中描述的成像元件1可以被应用到成像元件1001。注意的是，图像处理单元1003是权利要求中描述的处理电路的示例。成像设备1000是权利要求中描述的成像设备的示例。
[0273]
(效果)
[0274]
根据本公开的成像元件1包括光电转换单元101、电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)、电荷传输单元102、复位单元103、图像信号生成单元110、电容耦合布线141和垂直驱动单元20。光电转换单元101被形成在半导体基板上并且执行入射光的光电转换。电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)保持通过
光电转换生成的电荷。电荷传输单元102将通过光电转换生成的电荷传输到电荷保持单元。复位单元103将保持在电荷保持单元中的电荷排出。图像信号生成单元110基于保持在电荷保持单元中的电荷来生成图像信号。电容耦合布线141与传送电荷传输单元、复位单元和图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，并且电容耦合布线141与电荷保持单元电容地耦合。垂直驱动单元20经由电容耦合布线施加用于调整电荷保持单元的电位的调整信号。结果，可以调整电荷保持单元的电位。
[0275]
另外，还可以包括布线区域140，与半导体基板相邻地布置并且传送电荷传输单元102、复位单元103和图像信号生成单元110的控制信号的布线、传送生成的图像信号的布线、以及电容耦合布线141被布置在布线区域140中。
[0276]
另外，布线区域140可以包括层压的多条布线，并且电容耦合布线141可以包括多条布线。电容耦合布线141可以包括多层布线。
[0277]
另外，电容耦合布线141可以包括多条布线当中的布置在最靠近半导体基板的层中的布线。结果，可以提高电容耦合布线141的耦合能力。
[0278]
另外，电容耦合布线141可以在布线区域140中与用于传送电荷传输单元102、复位单元和图像信号生成单元的控制信号的布线中的至少一条并列地部署。
[0279]
另外，电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)可以包括第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122以及耦合单元104，该耦合单元104耦合第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122，电荷传输单元102可以将通过光电转换生成的电荷传输到第一电荷保持单元121，复位单元可以将保持在第二电荷保持单元122中的电荷排出，图像信号生成单元110可以基于保持在第一电荷保持单元121中的电荷来生成图像信号，并且电容耦合布线141可以与传送电荷传输单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)、复位单元103、图像信号生成单元110和耦合单元104的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。结果，电荷保持单元的容量可以被切换。
[0280]
此外，电容耦合布线141可以与第一电荷保持单元121或第二电荷保持单元122电容地耦合。
[0281]
此外，还可以包括形成在半导体基板上并且执行入射光的光电转换的第二光电转换单元105、保持通过第二光电转换单元105的光电转换生成的电荷的第三电荷保持单元123、以及将保持在第三电荷保持单元123中的电荷传输到第二电荷保持单元122的第二电荷传输单元106，并且电容耦合布线141可以与传送电荷传输单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)、复位单元103、图像信号生成单元110、耦合单元104和第二电荷传输单元106的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。结果，可以通过组合多个光电转换单元来生成图像信号。
[0282]
此外，电容耦合布线141可以与第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122和第三电荷保持单元123中的任一个电容地耦合。结果，可以调整第一电荷保持单元121、第二电荷保持单元122和第三电荷保持单元123的电位。
[0283]
此外，还可以包括将由第二光电转换单元105生成的电荷传输到第三电荷保持单元123的第三电荷传输单元107，并且电容耦合布线141可以与传送电荷传输单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)、复位单元103、图像信号生成单元110、耦合单元104、第二电荷传输单元106和第三电荷传输单元107的控制信号的布线以及传送生成的图
像信号的布线不同。
[0284]
此外，垂直驱动单元20可以在电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)保持电荷的时段中施加用于将电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)调整为高电位的调整信号。结果，可以加深电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)的电势。
[0285]
此外，垂直驱动单元20可以在电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)保持电荷的时段中施加用于将电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)调整为低电位的调整信号。结果，可以降低电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)的电位。
[0286]
此外，当在电荷传输单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)不传输电荷的时段中已从光电转换单元101溢出的电荷被保持在电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)中时，垂直驱动单元20可以施加调整信号。结果，当从光电转换单元101溢出的电荷被累积时，可以调整电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)的电位。
[0287]
此外，根据本公开的成像设备包括光电转换单元101、电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)、电荷传输单元102、复位单元103、图像信号生成单元110、电容耦合布线141、垂直驱动单元20和图像处理单元1003。光电转换单元101被形成在半导体基板上并且执行入射光的光电转换。电荷保持单元(第一电荷保持单元121和第二电荷保持单元122)保持通过光电转换生成的电荷。电荷传输单元102将通过光电转换生成的电荷传输到电荷保持单元。复位单元103将保持在电荷保持单元中的电荷排出。图像信号生成单元110基于保持在电荷保持单元中的电荷来生成图像信号。电容耦合布线141与传送电荷传输单元、复位单元和图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不用，并且电容耦合布线141与电荷保持单元电容地耦合。垂直驱动单元20经由电容耦合布线施加用于调整电荷保持单元的电位的调整信号。图像处理单元1003处理生成的图像信号。结果，可以调整电荷保持单元的电位。
[0288]
注意的是，本文中描述的效果仅仅是示例而非限制，并且还可以实现其他效果。
[0289]
注意的是，本技术还可以具有以下配置。
[0290]
(1)一种成像元件，包括：
[0291]
光电转换单元，所述光电转换单元执行入射光的光电转换，所述光电转换单元形成在半导体基板上；
[0292]
电荷保持单元，所述电荷保持单元保持通过所述光电转换生成的电荷；
[0293]
电荷传输单元，所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述电荷保持单元；
[0294]
复位单元，所述复位单元将保持在所述电荷保持单元中的电荷排出；
[0295]
图像信号生成单元，所述图像信号生成单元基于保持在所述电荷保持单元中的电荷来生成图像信号；
[0296]
电容耦合布线，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，所述电容耦合布线与所述电荷保持单元电容地耦合；以及
[0297]
电位调整单元，所述电位调整单元经由所述电容耦合布线施加用于调整所述电荷保持单元的电位的调整信号。
[0298]
(2)根据以上(1)所述的成像元件，还包括：布线区域，与所述半导体基板相邻布置的传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线、传送生成的图像信号的布线、以及所述电容耦合布线被布置在所述布线区域中。
[0299]
(3)根据以上(2)所述的成像元件，
[0300]
其中，所述布线区域包括层压的多条布线，并且
[0301]
所述电容耦合布线包括所述多条布线。
[0302]
(4)根据以上(3)所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线包括所述多条布线当中的布置在最靠近所述半导体基板的层中的布线。
[0303]
(5)根据以上(2)至(4)中任一项所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线在所述布线区域中与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线中的至少一条并列地部署。
[0304]
(6)根据以上(1)至(5)中任一项所述的成像元件，
[0305]
其中，所述电荷保持单元包括第一电荷保持单元、第二电荷保持单元、以及耦合单元，所述耦合单元耦合所述第一电荷保持单元和所述第二电荷保持单元，
[0306]
所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述第一电荷保持单元，
[0307]
所述复位单元将保持在所述第二电荷保持单元中的电荷排出，
[0308]
所述图像信号生成单元基于保持在所述第一电荷保持单元中的电荷来生成图像信号，并且
[0309]
所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元和所述耦合单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0310]
(7)根据以上(6)所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元或所述第二电荷保持单元电容地耦合。
[0311]
(8)根据以上(6)所述的成像元件，还包括：
[0312]
第二光电转换单元，所述第二光电转换单元执行入射光的光电转换，所述第二光电转换单元形成在所述半导体基板上；
[0313]
第三电荷保持单元，所述第三电荷保持单元保持通过所述第二光电转换单元的光电转换生成的电荷；以及
[0314]
第二电荷传输单元，所述第二电荷传输单元将保持在所述第三电荷保持单元中的电荷传输到所述第二电荷保持单元，
[0315]
其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元和所述第二电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0316]
(9)根据以上(8)所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元、所述第二电荷保持单元或所述第三电荷保持单元中的任一个电容地耦合。
[0317]
(10)根据以上(8)或(9)所述的成像元件，还包括：
[0318]
第三电荷传输单元，所述第三电荷传输单元将由所述第二光电转换单元生成的电
荷传输到所述第三电荷保持单元，
[0319]
其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元、所述第二电荷传输单元和所述第三电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0320]
(11)根据以上(1)至(10)中任一项所述的成像元件，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为高电位的调整信号。
[0321]
(12)根据以上(1)至(10)中任一项所述的成像元件，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为低电位的调整信号。
[0322]
(13)根据以上(1)至(12)中任一项所述的成像元件，其中，当在所述电荷传输单元不传输电荷的时段中已从所述光电转换单元溢出的电荷被保持在所述电荷保持单元中时，所述电位调整单元施加所述调整信号。
[0323]
(14)一种成像设备，包括：
[0324]
光电转换单元，所述光电转换单元执行入射光的光电转换，所述光电转换单元形成在半导体基板上；
[0325]
电荷保持单元，所述电荷保持单元保持通过所述光电转换生成的电荷；
[0326]
电荷传输单元，所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述电荷保持单元；
[0327]
复位单元，所述复位单元将保持在所述电荷保持单元中的电荷排出；
[0328]
图像信号生成单元，所述图像信号生成单元基于保持在所述电荷保持单元中的电荷来生成图像信号；
[0329]
电容耦合布线，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，所述电容耦合布线与所述电荷保持单元电容地耦合；
[0330]
电位调整单元，所述电位调整单元经由所述电容耦合布线施加用于调整所述电荷保持单元的电位的调整信号；以及
[0331]
处理电路，所述处理电路处理生成的图像信号。
[0332]
(15)根据以上(14)所述的成像设备，还包括：布线区域，与所述半导体基板相邻布置的传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线、传送生成的图像信号的布线、以及所述电容耦合布线被布置在所述布线区域中。
[0333]
(16)根据以上(15)所述的成像设备，
[0334]
其中，所述布线区域包括层压的多条布线，并且
[0335]
所述电容耦合布线包括所述多条布线。
[0336]
(17)根据以上(16)所述的成像设备，其中，所述电容耦合布线包括所述多条布线当中的布置在最靠近所述半导体基板的层中的布线。
[0337]
(18)根据以上(15)至(17)中任一项所述的成像设备，其中，所述电容耦合布线在所述布线区域中与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线中的至少一条并列地部署。
[0338]
(19)根据以上(14)至(18)中任一项所述的成像设备，
[0339]
其中，所述电荷保持单元包括第一电荷保持单元、第二电荷保持单元、以及耦合单元，所述耦合单元耦合所述第一电荷保持单元和所述第二电荷保持单元，
[0340]
所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述第一电荷保持单元，
[0341]
所述复位单元将保持在所述第二电荷保持单元中的电荷排出，
[0342]
所述图像信号生成单元基于保持在所述第一电荷保持单元中的电荷来生成图像信号，并且
[0343]
所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元和所述耦合单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0344]
(20)根据以上(19)所述的成像设备，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元或所述第二电荷保持单元电容地耦合。
[0345]
(21)根据以上(19)所述的成像设备，还包括：
[0346]
第二光电转换单元，所述第二光电转换单元执行入射光的光电转换，所述第二光电转换单元形成在所述半导体基板上；
[0347]
第三电荷保持单元，所述第三电荷保持单元保持通过所述第二光电转换单元的光电转换生成的电荷；以及
[0348]
第二电荷传输单元，所述第二电荷传输单元将保持在所述第三电荷保持单元中的电荷传输到所述第二电荷保持单元，
[0349]
其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元和所述第二电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0350]
(22)根据以上(21)所述的成像设备，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元、所述第二电荷保持单元或所述第三电荷保持单元中的任一个电容地耦合。
[0351]
(23)根据以上(21)或(22)所述的成像设备，还包括：
[0352]
第三电荷传输单元，所述第三电荷传输单元将由所述第二光电转换单元生成的电荷传输到所述第三电荷保持单元，
[0353]
其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元、所述第二电荷传输单元和所述第三电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。
[0354]
(24)根据以上(14)至(23)中任一项所述的成像设备，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为高电位的调整信号。
[0355]
(25)根据以上(14)至(23)中任一项所述的成像设备，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为低电位的调整信号。
[0356]
(26)根据以上(14)至(25)中任一项所述的成像设备，其中，当在所述电荷传输单元不传输电荷的时段中已从所述光电转换单元溢出的电荷被保持在所述电荷保持单元中时，所述电位调整单元施加所述调整信号。
[0357]
参考符号列表
[0358]
1、1001 成像元件
[0359]
10 像素阵列单元
[0360]
20 垂直驱动单元
[0361]
30 列信号处理单元
[0362]
100 像素
[0363]
101 光电转换单元
[0364]
102 电荷传输单元
[0365]
103 复位单元
[0366]
104 耦合单元
[0367]
105 第二光电转换单元
[0368]
106 第二电荷传输单元
[0369]
107 第三电荷传输单元
[0370]
110 图像信号生成单元
[0371]
121 第一电荷保持单元
[0372]
122 第二电荷保持单元
[0373]
123 第三电荷保持单元
[0374]
126至129电容器
[0375]
130 半导体基板
[0376]
140 布线区域
[0377]
141 电容耦合布线
[0378]
1000 成像设备
[0379]
1003 图像处理单元

技术特征：
1.一种成像元件，包括：光电转换单元，所述光电转换单元执行入射光的光电转换，所述光电转换单元形成在半导体基板上；电荷保持单元，所述电荷保持单元保持通过所述光电转换生成的电荷；电荷传输单元，所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述电荷保持单元；复位单元，所述复位单元将保持在所述电荷保持单元中的电荷排出；图像信号生成单元，所述图像信号生成单元基于保持在所述电荷保持单元中的电荷来生成图像信号；电容耦合布线，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，所述电容耦合布线与所述电荷保持单元电容地耦合；以及电位调整单元，所述电位调整单元经由所述电容耦合布线施加用于调整所述电荷保持单元的电位的调整信号。2.根据权利要求1所述的成像元件，还包括：布线区域，与所述半导体基板相邻布置的传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线、传送生成的图像信号的布线、以及所述电容耦合布线被布置在所述布线区域中。3.根据权利要求2所述的成像元件，其中，所述布线区域包括层压的多条布线，并且所述电容耦合布线包括所述多条布线。4.根据权利要求3所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线包括所述多条布线当中的布置在最靠近所述半导体基板的层中的布线。5.根据权利要求2所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线在所述布线区域中与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线中的至少一条并列地部署。6.根据权利要求1所述的成像元件，其中，所述电荷保持单元包括第一电荷保持单元、第二电荷保持单元、以及耦合单元，所述耦合单元耦合所述第一电荷保持单元和所述第二电荷保持单元，所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述第一电荷保持单元，所述复位单元将保持在所述第二电荷保持单元中的电荷排出，所述图像信号生成单元基于保持在所述第一电荷保持单元中的电荷来生成图像信号，并且所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元和所述耦合单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。7.根据权利要求6所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元或所述第二电荷保持单元电容地耦合。8.根据权利要求6所述的成像元件，还包括：第二光电转换单元，所述第二光电转换单元执行入射光的光电转换，所述第二光电转换单元形成在所述半导体基板上；
第三电荷保持单元，所述第三电荷保持单元保持通过所述第二光电转换单元的光电转换生成的电荷；以及第二电荷传输单元，所述第二电荷传输单元将保持在所述第三电荷保持单元中的电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元和所述第二电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。9.根据权利要求8所述的成像元件，其中，所述电容耦合布线与所述第一电荷保持单元、所述第二电荷保持单元和所述第三电荷保持单元中的任一个电容地耦合。10.根据权利要求8所述的成像元件，还包括：第三电荷传输单元，所述第三电荷传输单元将由所述第二光电转换单元生成的电荷传输到所述第三电荷保持单元，其中，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元、所述图像信号生成单元、所述耦合单元、所述第二电荷传输单元和所述第三电荷传输单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同。11.根据权利要求1所述的成像元件，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为高电位的调整信号。12.根据权利要求1所述的成像元件，其中，所述电位调整单元在所述电荷保持单元保持电荷的时段中施加用于将所述电荷保持单元调整为低电位的调整信号。13.根据权利要求1所述的成像元件，其中，当在所述电荷传输单元不传输电荷的时段中已从所述光电转换单元溢出的电荷被保持在所述电荷保持单元中时，所述电位调整单元施加所述调整信号。14.一种成像设备，包括：光电转换单元，所述光电转换单元执行入射光的光电转换，所述光电转换单元形成在半导体基板上；电荷保持单元，所述电荷保持单元保持通过所述光电转换生成的电荷；电荷传输单元，所述电荷传输单元将通过所述光电转换生成的电荷传输到所述电荷保持单元；复位单元，所述复位单元将保持在所述电荷保持单元中的电荷排出；图像信号生成单元，所述图像信号生成单元基于保持在所述电荷保持单元中的电荷来生成图像信号；电容耦合布线，所述电容耦合布线与传送所述电荷传输单元、所述复位单元和所述图像信号生成单元的控制信号的布线以及传送生成的图像信号的布线不同，所述电容耦合布线与所述电荷保持单元电容地耦合；电位调整单元，所述电位调整单元经由所述电容耦合布线施加用于调整所述电荷保持单元的电位的调整信号；以及处理电路，所述处理电路处理生成的图像信号。

技术总结
本发明调整用于保持通过光电转换生成的电荷的电荷保持单元的电位。该成像元件包括光电转换单元、电荷保持单元、电荷传输单元、复位单元、用于生成图像信号的图像信号生成单元、电容耦合布线和电位调整单元。光电转换单元形成在半导体基板上，用于执行入射光的光电转换。电荷保持单元保持通过光电转换生成的电荷。电荷传输单元将通过光电转换生成的电荷传输到电荷保持单元。复位单元将由电荷保持单元保持的电荷排出。图像信号生成单元基于由电荷保持单元保持的电荷来生成图像信号。与用于传送电荷传输单元、复位单元和图像信号生成单元的控制信号的布线或用于传送生成的图像信号的布线不同的电容耦合布线与电荷保持单元电容地耦合。电位调整单元经由电容耦合布线施加用于调整电荷保持单元的电位的调整信号。用于调整电荷保持单元的电位的调整信号。用于调整电荷保持单元的电位的调整信号。


技术研发人员：服部祐树 饭田聪子
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2023/8/24