固態(tài)圖像傳感器、用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法以及電子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了固態(tài)圖像傳感器、用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法以及電子裝置，該固態(tài)圖像傳感器包括多個(gè)單位像素，每個(gè)單位像素均包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并累積在其中的電荷的光電轉(zhuǎn)換器；傳輸在光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷的第一傳輸門；其中保持電荷的電荷保持區(qū)域；傳輸電荷的第二傳輸門；其中使電荷保持作為信號(hào)被讀出的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域；將電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴考碾姾煞烹婇T；以及包括形成在光電轉(zhuǎn)換器和電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑的結(jié)構(gòu)。
【專利說明】固態(tài)圖像傳感器、用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法以及電子裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及固態(tài)圖像傳感器、用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法以及電子裝置，并具體地涉及使得可以產(chǎn)生適合使用的圖像的固態(tài)圖像傳感器，用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法以及電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在讀取通過MOS晶體管累積在光接收部件(諸如光電二極管)的電荷的一般圖像傳感器中，在像素的單元、行等中執(zhí)行讀出操作，并且因此不能夠在所有的像素中使累積光電荷的曝光時(shí)間期間同步。因此，在對(duì)象運(yùn)動(dòng)的這種情況下，攝取的圖像發(fā)生失真。
[0003]因此，已知如在圖1中示出的像素結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，單位像素20A在其中具有存儲(chǔ)器部件(MEM)23，在光電二極管(PD)21中累積的電荷同時(shí)傳輸?shù)皆诿總€(gè)像素中的存儲(chǔ)器部件23，并且保持這些電荷直到在行單元中執(zhí)行讀出操作。該配置使用利用針對(duì)圖像攝取的所有像素具有相同曝光時(shí)間期間的全局曝光，來實(shí)現(xiàn)圖像攝取操作。
[0004]圖2是示出在曝光和電荷累積時(shí)間期間中驅(qū)動(dòng)單位像素20A的實(shí)例的時(shí)序圖。首先，在時(shí)間tl和時(shí)間t2的時(shí)間期間中，第一傳輸門(TRX) 22，第二傳輸門(TRG) 24以及復(fù)位晶體管(RST) 26被導(dǎo)通從而使光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23中的電荷放電。
[0005]接著，在時(shí)間t2和時(shí)間t3之間的時(shí)間期間中，在電荷放電之后從來自物體的光新獲得的電荷同時(shí)被累積在每個(gè)像素中的光電二極管21中。然后，在時(shí)間t3和時(shí)間t4之間的時(shí)間期間中，第二傳輸門24和復(fù)位晶體管26被導(dǎo)通，以及之后第一傳輸門22被導(dǎo)通，以便在光電二極管21中累積的電荷同時(shí)被傳輸?shù)矫總€(gè)像素中的存儲(chǔ)器部件23中。
[0006]圖3是示出在讀出掃描中(讀出行單元中的信號(hào)電荷)驅(qū)動(dòng)單位像素20A的實(shí)例的時(shí)序圖。首先，打開控制脈沖SEL和其后的控制脈沖RST。然后，在時(shí)間til和時(shí)間tl2之間的時(shí)間期間中，讀出浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 25的噪音電平。然后，在時(shí)間tl2和時(shí)間tl3之間的時(shí)間期間中使傳輸脈沖TRG打開，第二傳輸門24將在存儲(chǔ)器部件23中保持的電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部25中。然后，在時(shí)間tl3和時(shí)間tl4之間的時(shí)間期間中，讀出對(duì)應(yīng)于在浮動(dòng)擴(kuò)散部25中保持的電荷的電壓作為信號(hào)電平。獲得以這種方式讀出的信號(hào)電平和先前讀出的噪音電平之間的差異，以便由此獲得具有去除噪音的信號(hào)電平。
[0007]同時(shí)，如在圖4中的時(shí)序圖中示出的，該曝光和電荷累積以及二維排列的像素的讀出掃描可在相同的時(shí)間期間中執(zhí)行。換句話說，如圖4中示出，當(dāng)控制脈沖RST被打開同時(shí)控制脈沖SEL被打開時(shí)，浮動(dòng)擴(kuò)散部25的噪音電平在時(shí)間t22和時(shí)間t23之間的時(shí)間期間中讀出。此外，當(dāng)傳輸脈沖TRG導(dǎo)通時(shí)，讀出對(duì)應(yīng)于在從存儲(chǔ)器部件23傳輸之后被保持在浮動(dòng)擴(kuò)散部25中的電荷的電壓作為在時(shí)間t24和時(shí)間t25之間的時(shí)間期間中的信號(hào)電平。應(yīng)該注意，信號(hào)電荷在從時(shí)間t22到時(shí)間t25的時(shí)間期間中在行單元中讀出。
[0008]此后，控制脈沖SEL關(guān)閉，然后控制脈沖RST、傳輸脈沖TRX以及傳輸脈沖TRG打開，并且此外傳輸脈沖TRX、傳輸脈沖TRG以及控制脈沖RST以這種順序打開。由此，在光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23中的電荷在時(shí)間t25和時(shí)間t26之間的時(shí)間期間中放電。應(yīng)該注意，多行中的電荷同時(shí)在時(shí)間t25和時(shí)間t26之間的時(shí)間期間中放電。在時(shí)間t26之后的曝光和累積中，從來自物體的光新獲得的電荷累積在每個(gè)光電二極管21中。
[0009]如上所述，電荷信號(hào)在單位像素20A中的行單元中串行讀出。當(dāng)在一定的行上執(zhí)行該讀出時(shí)，同時(shí)執(zhí)行用于多行或所有像素的電荷放電操作。當(dāng)在續(xù)行掃描中讀出像素信號(hào)時(shí)，該曝光和累積操作繼續(xù)進(jìn)行并且同時(shí)執(zhí)行多行或所有像素的電荷傳輸操作。
[0010]同時(shí)，在圖1中示出的像素結(jié)構(gòu)中，該像素設(shè)置有存儲(chǔ)器部件23，并且因此與不具有存儲(chǔ)器部件23的像素相比具有更低的運(yùn)行在光電二極管21中累積的最大電荷量(飽和電荷量)。由于基本的飽和電荷量是允許在光電二極管21中累積的最大電荷量和允許在存儲(chǔ)器部件23中累積的最大電荷量中的較小的一個(gè)，所以有必要將光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23兩者最大化。換句話說，包括存儲(chǔ)器部件23的像素的飽和電荷量約是不具有存儲(chǔ)器部件23的像素的飽和電荷量的一半。
[0011]圖5是示出對(duì)應(yīng)于圖1中的電路圖的單位像素的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在圖5中示出的結(jié)構(gòu)中，光電二極管21的面積(體積)小于不具有存儲(chǔ)器部件23的單位像素的光電二極管21的面積(體積)。此外，光電二極管21的面積增加導(dǎo)致存儲(chǔ)器部件23的面積減小，并且因此不可以保持光電二極管21的最大電荷量。因此，不可以增加被允許處理的電荷量。具體地，圖6示出電荷如何在時(shí)間t41和時(shí)間t43之間的時(shí)間期間中從光電二極管21傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器部件23中。很明顯光電二極管21的面積增加導(dǎo)致存儲(chǔ)器部件23的面積減小。
[0012]因此，本 申請(qǐng)人:提出了如圖7中示出的像素結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，溢出路徑37形成在設(shè)置于像素中的光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23之間(例如參見JP2009-268083A)。利用該結(jié)構(gòu)使得可以在曝光的時(shí)間期間中將電荷累積在光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23兩者中，并因此增加飽和電荷量。在另一個(gè)配置中，在光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23之間的勢壘在曝光時(shí)間期間過程中被間歇調(diào)制，并且與形成溢出路徑37的情況一樣，由此同樣可以在光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23兩者中累積電荷。
[0013]應(yīng)該注意，本 申請(qǐng)人:提出了如圖8中示出的像素結(jié)構(gòu)，其包括用于在不穿過浮動(dòng)擴(kuò)散部25的情況下直接使光電二極管21中的信號(hào)電荷放電的電荷放電門29 (例如參見JP2004-111590A)。利用該結(jié)構(gòu)使得可以當(dāng)電荷累積在存儲(chǔ)器部件23中時(shí)，即當(dāng)電荷信號(hào)在每行中被串行讀出時(shí)，防止不需要的電荷從光電二極管21泄漏到浮動(dòng)擴(kuò)散部25中。本 申請(qǐng)人:同樣提出了在比一幀讀出時(shí)間期間更短的時(shí)間中的曝光操作的可行性，該操作以這樣的方式實(shí)現(xiàn)，即在電荷放電門導(dǎo)通29時(shí)的信道電勢被設(shè)定為高于導(dǎo)致光電二極管21完全耗盡的電勢(例如參見JP2008-177593A)。
[0014]此外，本 申請(qǐng)人:提出這樣的結(jié)構(gòu)，其中:像素各包括每單位面積具有不同電容和黑暗時(shí)不同屬性的兩個(gè)存儲(chǔ)器部件；以及在光電二極管和一個(gè)存儲(chǔ)器部件之間以及在光電二極管和另一個(gè)存儲(chǔ)器部件之間形成的溢出路徑(例如見JP2011-199816A)。當(dāng)利用該結(jié)構(gòu)時(shí)，通過選擇性地使用根據(jù)信號(hào)電荷量的兩個(gè)存儲(chǔ)器部件中的一個(gè)可以有效地增加飽和電荷量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]同時(shí)，在JP2009-268083A中公開的像素結(jié)構(gòu)中，可以累積相當(dāng)于光電二極管21和存儲(chǔ)器部件23的總和量的電荷，并且該電荷保持在存儲(chǔ)器部件23和浮動(dòng)擴(kuò)散部25中。因此，可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于不具有存儲(chǔ)器部件23的像素的電荷的飽和電荷量，但不能夠使曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)同步。
[0016]這是因?yàn)楣怆姸O管21和存儲(chǔ)器部件23用于在曝光時(shí)間期間過程中累積電荷。此外，由于電荷在讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)被保持在存儲(chǔ)器部件23和浮動(dòng)擴(kuò)散部25中，存儲(chǔ)器部件23被給出累積和保持電荷的兩個(gè)功能。
[0017]這里，特別是當(dāng)像素信號(hào)用于運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，可以有效設(shè)定曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)從而使其互相同步用于增加幀率。如果曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間分離，則利用對(duì)應(yīng)于曝光時(shí)間期間的量減小幀率。
[0018]另一方面，當(dāng)像素信號(hào)用于靜止圖像時(shí)，要求分別設(shè)定曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)從而增加飽和電荷量。換句話說，重要的是曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間分別用于靜止圖像使用，并且使該曝光時(shí)間期間與讀出時(shí)間期間同步以供運(yùn)動(dòng)圖像使用。
[0019]然而，在現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)中，有必要準(zhǔn)備分離圖像傳感器來實(shí)現(xiàn)分別設(shè)定曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間的情況以及設(shè)定曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間從而使其互相同步的情況兩者。不能夠通過使用一個(gè)圖像傳感器來產(chǎn)生供相應(yīng)的靜止圖像使用和運(yùn)動(dòng)圖像使用的圖像。
[0020]為此，期望通過使用一個(gè)圖像傳感器產(chǎn)生的適合使用的圖像。
[0021]在這種情況下已經(jīng)提供了本技術(shù)，并且使得可以通過使用一個(gè)圖像傳感器產(chǎn)生的適合使用的圖像。
[0022]根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式，提供了固態(tài)圖像傳感器，其包括:多個(gè)單位像素，每個(gè)單位像素各包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并將電荷累積在其中的光電轉(zhuǎn)換器，傳輸在光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷的第一傳輸門，其中保持通過第一傳輸門從光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)碾姾傻碾姾杀３謪^(qū)域，傳輸保持在電荷保持區(qū)域中的電荷的第二傳輸門，其中保持通過第二傳輸門從電荷保持區(qū)域傳輸?shù)碾姾梢宰鳛樾盘?hào)被讀出的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，將從光電轉(zhuǎn)換器接收的電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴考碾姾煞烹婇T，以及包括形成在光電轉(zhuǎn)換器和電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑的結(jié)構(gòu)，溢出路徑在用于確定預(yù)定的電荷量的電勢處形成并將超過預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)诫姾杀３謪^(qū)域。設(shè)定低于溢出路徑電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于溢出路徑電勢并且低于使光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢。
[0023]當(dāng)中間的電勢被施加到電荷放電門作為門電勢時(shí)，該溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定的電勢。
[0024]當(dāng)驅(qū)動(dòng)電荷放電部件的漏極的電勢時(shí)，該溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定的電勢處。
[0025]電荷放電門的溝道形成在比硅表面更深入基板的方向上的區(qū)域中。
[0026]電荷放電門、第一傳輸門以及第二傳輸門中的每一個(gè)的截止?fàn)顟B(tài)電壓均負(fù)電壓。
[0027]根據(jù)本技術(shù)的第一方面，提供了用于根據(jù)本技術(shù)第一方面的上述固態(tài)圖像傳感器的控制方法。
[0028]在本技術(shù)的第一實(shí)施方式的固態(tài)圖像傳感器和控制方法中，設(shè)定低于溢出路徑電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于溢出路徑電勢并且低于使光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢。
[0029]根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式，提供了具有安裝在其上的固態(tài)圖像傳感器的電子裝置，該固態(tài)圖像傳感器包括:多個(gè)單位像素，每個(gè)單位像素包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并將電荷累積在其中的光電轉(zhuǎn)換器，傳輸在光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷的第一傳輸門，其中保持通過第一傳輸門從光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)碾姾傻碾姾杀３謪^(qū)域，傳輸在電荷保持區(qū)域中保持的電荷的第二傳輸門，其中保持通過第二傳輸門從電荷保持區(qū)域傳輸?shù)碾姾梢宰鳛樾盘?hào)被讀出的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，傳輸從光電轉(zhuǎn)換器接收的電荷到電荷放電部件的電荷放電門，以及包括形成在光電轉(zhuǎn)換器和電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑的結(jié)構(gòu)，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)诫姾杀３謪^(qū)域。設(shè)定低于溢出路徑電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于溢出路徑電勢并且低于使光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢。
[0030]該電子裝置可以是獨(dú)立裝置或可以是作為一個(gè)裝置的組件的內(nèi)部塊。
[0031]在本技術(shù)的第二實(shí)施方式的電子裝置中，設(shè)定低于溢出路徑電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于溢出路徑電勢并且低于使光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為電荷放電門的溝道電勢。
[0032]根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式，可以產(chǎn)生適合使用的圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)中的每個(gè)單位像素的配置的電路圖；
[0034]圖2是示出現(xiàn)有技術(shù)中的用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法的時(shí)序圖；
[0035]圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)中的用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法的時(shí)序圖；
[0036]圖4是示出現(xiàn)有技術(shù)中的用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法的時(shí)序圖；
[0037]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)單位像素的截面圖；
[0038]圖6是示出現(xiàn)有技術(shù)中的用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法的電勢圖；
[0039]圖7是示出現(xiàn)有技術(shù)中的每個(gè)單位像素的配置的截面圖；
[0040]圖8是示出現(xiàn)有技術(shù)中的每個(gè)單位像素的配置的電路圖；
[0041]圖9是示出CMOS圖像傳感器的配置實(shí)例的示圖；
[0042]圖10是示出每個(gè)單位像素的配置實(shí)例的截面圖；
[0043]圖11是示出用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法的時(shí)序圖；
[0044]圖12是第一實(shí)施方式中的每個(gè)單位像素的電勢圖；
[0045]圖13是第二實(shí)施方式中的每個(gè)單位像素的電勢圖；
[0046]圖14是示出CMOS圖像傳感器的另一個(gè)配置實(shí)例的示圖；
[0047]圖15是示出CMOS圖像傳感器的另一個(gè)配置實(shí)例的示圖；以及
[0048]圖16是示出成像設(shè)備的配置實(shí)例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]在下文中，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)該注意，在該說明書和附圖中，用相同的參考標(biāo)記表示具有基本上相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件，并且省略這些結(jié)構(gòu)元件的重復(fù)解釋。
[0050][固態(tài)成像設(shè)備的配置實(shí)例]
[0051]圖9是示出應(yīng)用本技術(shù)的實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備的CMOS圖像傳感器的配置實(shí)例的框圖。
[0052]如圖9所示，根據(jù)本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器100具有包括形成在未示出的半導(dǎo)體基板(芯片)上的像素陣列部111以及集成在其上形成相關(guān)像素陣列部111的該半導(dǎo)體基板上的外圍電路的配置。該外圍電路例如包括垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理部113、水平驅(qū)動(dòng)部114和系統(tǒng)控制部115。
[0053]該CMOS圖像傳感器100還包括信號(hào)處理部118和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119。該信號(hào)處理部118和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119可被配置為由諸如如DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)的外部信號(hào)處理部等構(gòu)成，或可被安裝在其上形成CMOS圖像傳感器100上的相同基板上。
[0054]在像素陣列部111中，各自具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷量中的電荷從而在其中累積電荷的光電轉(zhuǎn)換器的單位像素(下文中有時(shí)簡稱為“像素”)以矩陣形式二維地排列。稍后將描述該單位像素的配置。
[0055]在像素陣列部111中，像素驅(qū)動(dòng)線116關(guān)于以矩陣形式排列的像素陣列針對(duì)每行在附圖中的水平方向上(像素在像素行上的排列方向)形成，而垂直信號(hào)線117在用于附圖中的垂直方向上(像素在像素列中的排列方向)針對(duì)每列形成。在圖6中，每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線116被表示為一條線，而實(shí)際上不限于一條。像素驅(qū)動(dòng)線116的一端連接到對(duì)應(yīng)于垂直驅(qū)動(dòng)部112的每行的輸出端子。
[0056]該垂直驅(qū)動(dòng)部112由移位寄存器、地址譯碼器等構(gòu)成，并且其為針對(duì)所有像素或在每個(gè)行單元中等同時(shí)驅(qū)動(dòng)像素陣列部111的各個(gè)像素的像素驅(qū)動(dòng)部。該垂直驅(qū)動(dòng)部112的具體配置在附圖中省略，其通常包括讀出掃描系統(tǒng)和掃掠掃描系統(tǒng)的兩個(gè)掃描系統(tǒng)。
[0057]為了讀取來自像素陣列部111的單位像素的信號(hào)，該讀出掃描系統(tǒng)在行單元中對(duì)單位像素連續(xù)執(zhí)行選擇性掃描。該掃掠掃描系統(tǒng)對(duì)要通過讀出掃描系統(tǒng)經(jīng)受讀出掃描的讀出行執(zhí)行掃掠掃描。該掃掠掃描早于讀出掃描相當(dāng)于快門速度的時(shí)間。
[0058]通過基于掃掠掃描系統(tǒng)的掃掠掃描，不需要的電荷被掃掠出讀出行中的單位像素的光電轉(zhuǎn)換器(被復(fù)位)。通過基于掃掠掃描系統(tǒng)的不需要的電荷的掃掠(復(fù)位)，執(zhí)行所謂的電子快門操作。本文中，電子快門操作為丟棄光電轉(zhuǎn)換器的電荷并且新開始曝光(開始累積電荷)的操作。
[0059]通過基于讀出掃描系統(tǒng)利用讀出操作讀出的信號(hào)對(duì)應(yīng)于僅之前的讀出操作或電子快門操作之后已入射的光量。然后，從基于剛領(lǐng)先于讀出操作或電子快門操作的讀出時(shí)序或掃掠時(shí)序到基于當(dāng)前讀出操作的讀出時(shí)序的時(shí)間期間是在單位像素中的電荷的累積時(shí)間(曝光時(shí)間)。
[0060]基于垂直驅(qū)動(dòng)部112從已經(jīng)經(jīng)受選擇性掃描的像素行中的各個(gè)單位像素輸出的信號(hào)通過相應(yīng)的垂直信號(hào)線117被提供給列處理部113。列處理部113對(duì)從通過用于像素陣列部111的相應(yīng)像素列的垂直信號(hào)線117的所選行中的各個(gè)單位像素輸出的信號(hào)執(zhí)行預(yù)定的信號(hào)處理，并且另外在信號(hào)處理之后臨時(shí)保持像素信號(hào)。
[0061]具體而言，列處理部113至少執(zhí)行噪音去除處理例如⑶S (相關(guān)雙采樣)處理作為信號(hào)處理。通過基于列處理部113的⑶S處理，去除像素固有的諸如復(fù)位噪音的固定模式噪音和放大晶體管的閾值的散射。該列處理部113可以不僅具有噪音去除處理的功能，還具有例如AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換功能，以輸出數(shù)字信號(hào)中的信號(hào)電平。
[0062]該水平驅(qū)動(dòng)部114由移位寄存器、地址譯碼器等構(gòu)成，并且依次選擇對(duì)應(yīng)于列處理部113中的各個(gè)像素列的單元電路。通過基于該水平驅(qū)動(dòng)部114的選擇性掃描，在列處理部113中已經(jīng)經(jīng)受信號(hào)處理的像素信號(hào)依次輸出。
[0063]系統(tǒng)控制部115由產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)等的時(shí)序發(fā)生器構(gòu)成，并且基于通過相關(guān)時(shí)序發(fā)生器發(fā)生的各種時(shí)序信號(hào)，對(duì)垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理部113、水平驅(qū)動(dòng)部114等執(zhí)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0064]信號(hào)處理部118至少具有額外的處理功能，并且執(zhí)行各種信號(hào)處理諸如在從列處理部113輸出的像素信號(hào)上的額外處理。該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119臨時(shí)存儲(chǔ)用于諸如信號(hào)處理部118中的信號(hào)處理的這種處理的數(shù)據(jù)。
[0065][單位像素配置]
[0066]接著，將參考圖10描述圖9中的像素陣列部111中以矩陣形式排列的每個(gè)單位像素120的具體配置。圖10示出了單位像素120的配置的平面圖。
[0067]單位像素120例如包括光電二極管(PD)121作為光電轉(zhuǎn)換器。光電二極管121是掩埋型光電二極管，其例如通過在η型基板131上形成的P型肼層132中的基板前表面?zhèn)壬闲纬蒔型層133，并且通過將η型掩埋層134掩埋在ρ型肼層132中所形成。應(yīng)該注意，P型層133和η型掩埋層134各具有電荷從中放電時(shí)引起耗盡狀態(tài)的雜質(zhì)密度。
[0068]除了光電二極管121，單位像素120還包括第一傳輸門(TRX) 122，存儲(chǔ)器部件(MEM) 123，第二傳輸門(TRG) 124以及浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 125。雖然沒有示出，但光屏蔽膜使單位像素120屏蔽掉光。該光屏蔽膜使除了開口部分以外的部分屏蔽掉光，其中，光通過該開口部分被引入到晶體管的接觸部分和光電二極管121中。
[0069]第一傳輸門122包括由多晶半導(dǎo)體形成的柵電極122Α。該柵電極122Α被形成為使得覆蓋光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123之間的部分以及存儲(chǔ)器部件123的上部的一部分或全部。用于布線的觸點(diǎn)(contact)連接到在存儲(chǔ)器部件123側(cè)上的柵電極122A的上部。當(dāng)傳輸脈沖TRX通過觸點(diǎn)施加到柵電極122A上時(shí),第一傳輸門122傳輸在光電二極管121中累積的電荷。
[0070]該存儲(chǔ)器部件123通過在柵電極122A下方形成并且具有電荷從中放電時(shí)引起耗盡狀態(tài)的雜質(zhì)密度的η型掩埋式溝道135形成，并且在其中累積通過第一傳輸門122從光電二極管121傳輸?shù)碾姾伞?br> [0071 ] 此外，可以通過布置在存儲(chǔ)器部件123的上部中的柵電極122Α并且通過將傳輸脈沖TRX施加到柵電極122Α上來執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器部件123的調(diào)制。換句話說，將傳輸脈沖TRX施加到柵電極122Α導(dǎo)致存儲(chǔ)器部件123的深電勢(deep potential)。這導(dǎo)致了存儲(chǔ)器部件123中比沒有調(diào)制情況下的更大的電荷飽和量。
[0072]第二傳輸門124包括由多晶半導(dǎo)體形成的柵電極124A。該柵電極124A形成在被設(shè)置于存儲(chǔ)器部件123和浮動(dòng)擴(kuò)散部125之間的邊界部分上方的η型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域139中。此外，用于布線的觸點(diǎn)連接到柵電極124Α的上部。然后，當(dāng)傳輸脈沖TRG通過觸點(diǎn)施加到柵電極124Α上時(shí)，第二傳輸門124傳輸在存儲(chǔ)器部件123中累積的電荷。
[0073]該浮動(dòng)擴(kuò)散部125是由能夠使用于布線的觸點(diǎn)電連接且具有雜質(zhì)密度的η型層形成的電荷電壓轉(zhuǎn)換器，并且將由第二傳輸門124從存儲(chǔ)器部件123傳輸?shù)碾姾赊D(zhuǎn)換成電壓。用于布線的該觸點(diǎn)連接到浮動(dòng)擴(kuò)散部125的上部。
[0074]復(fù)位晶體管126連接到電源Vrst和浮動(dòng)擴(kuò)散部125之間，并且當(dāng)控制脈沖RST被施加到復(fù)位晶體管126的柵電極時(shí)而使該浮動(dòng)擴(kuò)散部125復(fù)位。
[0075]放大晶體管127的漏電極和柵電極分別連接到電源Vdd和浮動(dòng)擴(kuò)散部125。所選晶體管128的漏電極和源電極分別連接到放大晶體管127的源電極和對(duì)應(yīng)的垂直信號(hào)線117。
[0076]當(dāng)控制脈沖SEL被施加到選擇晶體管128的柵電極時(shí)，所選晶體管128選擇單位像素120中的一個(gè)，從該單位像素應(yīng)讀出信號(hào)。當(dāng)該所選晶體管128選擇從其中應(yīng)讀出信號(hào)的單位像素120時(shí)，該放大晶體管127從放大晶體管127的源電極讀出、放大并輸出指示浮動(dòng)擴(kuò)散部125的電壓的像素信號(hào)。該選擇晶體管128通過垂直信號(hào)線117將來自放大晶體管127的像素信號(hào)提供給列處理部113。
[0077]單位像素120還包括電荷放電門(ABG) 129和消耗部件(drain part) 136。該電荷放電門129包括柵電極129A。該柵電極129A形成在設(shè)置于光電二極管121和消耗部件136之間的P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域138的上方。用于布線的觸點(diǎn)連接到柵電極129A的上部。當(dāng)控制脈沖ABG通過觸點(diǎn)施加到柵電極129A上時(shí)，該電荷放電門129傳輸在光電二極管121中累積的電荷。
[0078]該消耗部件136是由η型層形成的電荷放電部件，并且使通過電荷放電門129從光電二極管121傳輸?shù)碾姾煞烹?。用于布線的觸點(diǎn)連接到消耗部件136的上部,并且如適當(dāng)則將預(yù)定電壓Vdrn施加到消耗部件136上。
[0079]此外，該單位像素120設(shè)置有在柵電極122Α的下方以及在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123之間的邊界部分中的P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域137。雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域137被提供為使得可以減小在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123之間的邊界部分的電勢。該減小的電勢部分用作溢出路徑140。
[0080]也就是說，在光電二極管121中產(chǎn)生并且超過溢出路徑140的電勢的電荷自動(dòng)地泄漏到存儲(chǔ)器部件123中并且累積在其中。換句話說，具有等于或低于溢出路徑140電勢的電勢的電荷被累積在光電二極管121中。以這種方式，通過形成溢出路徑140，在低照明密度產(chǎn)生的電荷可優(yōu)選地被累積在光電二極管121中。
[0081]該溢出路徑140具有中間電荷傳輸部件的功能。換句話說，在當(dāng)針對(duì)所有的多個(gè)單位像素同時(shí)執(zhí)行圖像攝取操作時(shí)的曝光時(shí)間期間中，作為中間電荷傳輸部件的溢出路徑140傳輸由在光電二極管121中光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生并且超過預(yù)定電荷量的電荷作為到存儲(chǔ)器部件123的信號(hào)電荷，基于溢出路徑140的電勢確定該超出量。
[0082]此外，單位像素120設(shè)置有在柵電極129Α下方并且在光電二極管121和消耗部件136之間的邊界部分中的P雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域138。雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域138被設(shè)置為使得可以減小在光電二極管121和消耗部件136之間的邊界部分的電勢。
[0083]應(yīng)該注意，在單位像素120中，根據(jù)傳輸脈沖TRX、傳輸脈沖TRG或控制脈沖ABG施加到對(duì)應(yīng)門的柵電極上的截止?fàn)顟B(tài)電壓為負(fù)電壓。
[0084]這種配置中的CMOS圖像傳感器100開始對(duì)于所有的像素同時(shí)曝光，對(duì)于所有像素同時(shí)終止，并且將累積在光電二極管121中的電荷傳輸?shù)焦馄帘未鎯?chǔ)器部件123中，使得由此實(shí)現(xiàn)全局快門操作(全局曝光)。該全局快門操作使用對(duì)于所有像素的相同曝光時(shí)間期間而能夠使圖像攝取而不失真。
[0085][用于提供適合使用的圖像的操作]
[0086]同時(shí)，當(dāng)根據(jù)切換驅(qū)動(dòng)方法來操作配置在像素陣列部111中的單位像素120時(shí)，該CMOS圖像傳感器100可提供用于產(chǎn)生適合使用的圖像的像素信號(hào)。因此，參考圖11至13，下面給出了提供用于產(chǎn)生適合使用的圖像的像素信號(hào)的方法的說明，該方法通過CMOS圖像傳感器100來使用。
[0087](用于驅(qū)動(dòng)單位像素的方法)
[0088]圖11是示出用于驅(qū)動(dòng)單位像素120的方法的時(shí)序圖。驅(qū)動(dòng)操作包括“快門”、“傳輸”以及“讀出”操作。該“快門”操作是指光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123被復(fù)位，并且開始曝光；“傳輸”是指電荷從光電二極管121傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器部件123中；以及“讀出”是指電荷從浮動(dòng)擴(kuò)散部125讀出。從“快門”到“傳輸”的期間被示出為從開始曝光到曝光結(jié)束的曝光時(shí)間期間。在圖11中，時(shí)間在水平方向上示出，而掃描方向在垂直方向上示出。
[0089]應(yīng)該注意，圖11中的時(shí)序圖不僅示出使用全局快門驅(qū)動(dòng)I和全局快門驅(qū)動(dòng)2的驅(qū)動(dòng)方法，還示出了使用滾動(dòng)快門驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法用于比較全局快門驅(qū)動(dòng)。
[0090]圖11的A示出了滾動(dòng)快門驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。在滾動(dòng)快門驅(qū)動(dòng)中，曝光、傳輸和讀出針對(duì)被配置在同一行中的像素同時(shí)執(zhí)行。出于這個(gè)原因，曝光、傳輸和讀出當(dāng)被表示在圖11的時(shí)間序列中時(shí)在傾斜方向上進(jìn)行。即使在形成相同幀的像素中，發(fā)生相當(dāng)于高達(dá)一幀的時(shí)間滯后。
[0091]圖11的B示出全局快門驅(qū)動(dòng)I的時(shí)序圖。該全局快門驅(qū)動(dòng)I對(duì)應(yīng)于在包括溢出路徑140的像素的結(jié)構(gòu)中使用的驅(qū)動(dòng)方法。在該結(jié)構(gòu)中，在光電二極管121中產(chǎn)生并且超過溢出路徑140的電勢的電荷被累積在存儲(chǔ)器部件123中。因此，可以在曝光時(shí)間期間中累積在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123兩者中的電荷，并且因此可以增加飽和電荷量。
[0092]如上所述，全局快門驅(qū)動(dòng)I在曝光時(shí)間期間中使用存儲(chǔ)器部件123，并且因此在讀出期間不能夠執(zhí)行曝光。這意味著對(duì)于所有的像素同時(shí)執(zhí)行曝光和傳輸，并且在行單元中執(zhí)行讀出。此外，在全局快門驅(qū)動(dòng)I中，電荷被累積在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123兩者中，并且因此可提高飽和電荷量的動(dòng)態(tài)范圍。然而，曝光和讀出被分別執(zhí)行，因此靈敏度變差。
[0093]因此，可以說全局快門驅(qū)動(dòng)I適用于產(chǎn)生被提供優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍的圖像(諸如靜止圖像)的情況。
[0094]此外，圖11的C示出了全局快門驅(qū)動(dòng)2的時(shí)序圖。該全局快門驅(qū)動(dòng)2對(duì)應(yīng)于在沒有溢出路徑140情況下的像素結(jié)構(gòu)中使用的驅(qū)動(dòng)方法。在該結(jié)構(gòu)中，電荷在曝光時(shí)間期間中僅被累積在光電二極管121中。因此，在曝光時(shí)間期間中不使用存儲(chǔ)器部件123，并且因此在讀出期間可執(zhí)行曝光。
[0095]如上所述，在全局快門驅(qū)動(dòng)2中，對(duì)于所有的像素同時(shí)執(zhí)行曝光和傳輸，并且此夕卜，讀出同樣被同時(shí)執(zhí)行。此外，在全局快門驅(qū)動(dòng)2中，電荷僅被累積在光電二極管121中。因此，飽和電荷量的動(dòng)態(tài)范圍低于全局快門驅(qū)動(dòng)I的情況的范圍，但靈敏度更高，因?yàn)槠毓夂蛡鬏斖瑫r(shí)執(zhí)行。
[0096]因此，可以說全局快門驅(qū)動(dòng)2適合用于產(chǎn)生被提供優(yōu)先級(jí)的靈敏度的圖像(諸如運(yùn)動(dòng)圖像)的情況。
[0097]如上所述，當(dāng)由CMOS圖像傳感器100產(chǎn)生的像素信號(hào)用于靜止圖像時(shí)，增加飽和電荷量的有效方式是通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)像素，并且設(shè)定將分別執(zhí)行的曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間。
[0098]另一方面，當(dāng)由CMOS圖像傳感器100產(chǎn)生的像素信號(hào)用于運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，增加運(yùn)動(dòng)圖像的幀率的有效方式是通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)像素，并且設(shè)定曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)以使他們相互同步。
[0099](在第一實(shí)施方式中的單位像素)
[0100]圖12示出在第一實(shí)施方式中的每個(gè)單位像素120的電勢圖。應(yīng)該注意，電勢在電勢圖中的垂直方向上示出，并且較高的電勢在較低的位置處示出。
[0101]在用于圖12中的控制脈沖ABG、傳輸脈沖TRX、傳輸脈沖TRG以及控制脈沖RST的字母下面的方形示出控制脈沖ABG、傳輸脈沖TRX、傳輸脈沖TRG以及控制脈沖RST的狀態(tài)。輪廓(outlined)方形各指示對(duì)應(yīng)的脈沖是關(guān)閉的，而陰影方形指示脈沖電壓為在打開時(shí)間時(shí)的電壓和關(guān)閉時(shí)間時(shí)的電壓之間的電壓(在下文中被稱為“中間電壓”)。
[0102]在第一實(shí)施方式的單位像素120中，電荷放電門129的溝道電勢通過控制施加到柵電極129A的控制脈沖ABG來設(shè)定。
[0103](基于控制脈沖ABG的全局快門驅(qū)動(dòng)I)
[0104]圖12的A示出在通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)單位像素120的情況下的電勢圖。
[0105]如圖12的A所示，在全局快門驅(qū)動(dòng)I中，施加到柵電極129A的控制脈沖ABG關(guān)閉從而導(dǎo)致電荷放電門129的溝道電勢低于溢出路徑140的電勢(在附圖中由虛線指示的電勢)。
[0106]在這種情況下，當(dāng)超出溢出路徑140的電勢時(shí)，在光電二極管(PD)121中累積的電荷流入存儲(chǔ)器部件(MEM)123中，以便在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123兩者中執(zhí)行在曝光時(shí)間期間中的電荷累積。出于這個(gè)原因，有必要設(shè)定將分別執(zhí)行的曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)。
[0107]通過以這種方式控制控制脈沖ABG，可以通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)單位像素120。此外，當(dāng)基于控制脈沖ABG執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)I時(shí)，可保持比僅在光電二極管121中執(zhí)行電荷累積的全局快門驅(qū)動(dòng)2更大的飽和電荷量。因此，該全局快門驅(qū)動(dòng)I適于供靜止圖像使用。
[0108](基于控制脈沖ABG的全局快門驅(qū)動(dòng)2)
[0109]圖12的B示出在通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)單位像素120的情況下的電勢圖。
[0110]如圖12的B中示出，在全局快門驅(qū)動(dòng)2中，根據(jù)施加到柵電極129A上的控制脈沖ABG施加中間電勢，從而使電荷放電門129的溝道電勢高于溢出路徑140的電勢(在附圖中由虛線指示的電勢)，并且低于將導(dǎo)致光電二極管121被完全耗盡的電勢。
[0111]在這種情況下，由于在光電二極管(PD) 121中累積的電荷在超過溢出路徑140的電勢之前流入消耗部件(DRN)136中，不在存儲(chǔ)器部件(MEM)123中執(zhí)行電荷累積。因此，僅在光電二極管121中執(zhí)行在曝光時(shí)間期間中的電荷累積，并且因此能夠設(shè)定累積時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)以使兩者彼此同步。
[0112]通過以這種方式控制該控制脈沖ABG，可以通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)單位像素120。當(dāng)基于控制脈沖ABG執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)2時(shí)，同時(shí)執(zhí)行曝光和讀出。然而，即使曝光時(shí)間在讀出時(shí)間期間中改變，仍可保持幀率。因此，該全局快門驅(qū)動(dòng)2適于供運(yùn)動(dòng)圖像使用。
[0113](在第二實(shí)施方式中的單位像素)
[0114]圖13示出在第二實(shí)施方式中的單位像素120的電勢圖。應(yīng)該注意，與圖12中的電勢圖一樣，電勢在電勢圖中的垂直方向上示出，而較高的電勢在較低的位置處示出。同樣，在脈沖下方示出的方形指示相應(yīng)脈沖的狀態(tài)。
[0115]在第二實(shí)施方式的單位像素120中，電荷放電門129的溝道電勢通過驅(qū)動(dòng)消耗部件136來設(shè)定。
[0116](基于漏極驅(qū)動(dòng)的全局快門驅(qū)動(dòng))
[0117]圖13的A示出在通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)單位像素120的情況下的電勢圖。應(yīng)該注意，通過用于布線的觸點(diǎn)施加到消耗部件136的電壓Vdrn具有電壓Vdrnh>電壓Vdrnl的關(guān)系。
[0118]如圖13的A所示，在全局快門驅(qū)動(dòng)I中，消耗部件136由通過用于布線的觸點(diǎn)施加至其中的電壓Vdrnl驅(qū)動(dòng)，以降低其電勢。由此，電荷放電門129的溝道電勢制定得低于溢出路徑140的電勢(由附圖中虛線指示的電勢)。
[0119]在這種情況下，在光電二極管(PD) 121中累積的電荷在超過溢出路徑140的電勢時(shí)流入存儲(chǔ)器部件(MEM)123中，以在光電二極管121和存儲(chǔ)器部件123中執(zhí)行曝光時(shí)間期間中的電荷累積。為此，需要設(shè)定將分別執(zhí)行的曝光時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)。
[0120]通過以這種方式控制消耗部件136，可以通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)單位像素120。此外，當(dāng)基于漏極驅(qū)動(dòng)執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)I時(shí)，可保持比僅在光電二極管121中執(zhí)行電荷累積的全局快門驅(qū)動(dòng)2更大的飽和電荷量。因此，該全局快門驅(qū)動(dòng)I適于供靜止圖像使用。
[0121](基于漏極驅(qū)動(dòng)的全局快門驅(qū)動(dòng)2)
[0122]圖13的B示出在通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)單位像素120的情況下的電勢圖。
[0123]如圖13的B中示出，在全局快門驅(qū)動(dòng)2中，由通過用于布線的觸點(diǎn)施加電壓Vdrnh驅(qū)動(dòng)消耗部件136，從而使電荷放電門129的溝道電勢高于溢出路徑140的電勢(在附圖中由虛線指示的電勢)，并且低于將導(dǎo)致光電二極管121被完全耗盡的電勢。
[0124]換句話說，在全局快門驅(qū)動(dòng)2中，電壓Vdrnh通過用于布線的觸點(diǎn)施加到消耗部件136上從而提高消耗部件136的電勢，以耗盡電荷放電門129的溝道。然后，電荷放電門129的電勢被設(shè)定得高于溢出路徑140的電勢。此時(shí)，電荷放電門129的溝道可形成為在比硅表面更深入基板的方向上的區(qū)域中的掩埋式溝道。這種配置防止光電二極管121的硅表面在曝光時(shí)間期間中曝光并且因此可防止黑暗時(shí)的屬性惡化。
[0125]在這種情況下，由于在光電二極管(PD) 121中累積的電荷在超過溢出路徑140的電勢之前流入消耗部件(DRN)136中，僅在光電二極管121中執(zhí)行在曝光時(shí)間期間中的電荷累積。因此可以設(shè)定累積時(shí)間期間和讀出時(shí)間期間(電荷保持時(shí)間期間)以使它們彼此同
止/J/ O
[0126]通過以這種方式控制該消耗部件136的驅(qū)動(dòng)，可以通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)單位像素120。當(dāng)基于漏極驅(qū)動(dòng)執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)2時(shí)，同時(shí)執(zhí)行曝光和讀出。然而，即使曝光時(shí)間在讀出時(shí)間期間中改變，仍可保持幀率。因此，該全局快門驅(qū)動(dòng)2適于運(yùn)動(dòng)圖像使用。[0127]如上所述，被配置在CMOS圖像傳感器100的像素陣列部111中的每個(gè)單位像素120控制該控制脈沖ABG或消耗部件136的驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致電荷放電門129的溝道電勢低于溢出路徑140的電勢。由此，執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)I。同樣，被配置在CMOS圖像傳感器100的像素陣列部111中的每個(gè)單位像素120控制該控制脈沖ABG或消耗部件136的驅(qū)動(dòng)，從而使電荷放電門129的溝道電勢高于溢出路徑140的電勢并且低于將導(dǎo)致被完全耗盡的光電二極管121的電勢。由此，執(zhí)行全局快門驅(qū)動(dòng)2。
[0128]當(dāng)由CMOS圖像傳感器100產(chǎn)生的像素信號(hào)用于靜止圖像時(shí)，通過全局快門驅(qū)動(dòng)I驅(qū)動(dòng)每個(gè)單位像素120，并且當(dāng)像素信號(hào)用于運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，通過全局快門驅(qū)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)每個(gè)單位像素120。由此，可以通過使用一個(gè)CMOS圖像傳感器100產(chǎn)生適合使用的圖像。
[0129][固態(tài)成像設(shè)備配置的修改]
[0130]在上述說明中，如圖9所示，采用了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119在列處理部113的后級(jí)中并與信號(hào)處理部118并行的配置，但不限于此。例如，如圖14中示出，可利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119被設(shè)置為與列處理部113并行的另一個(gè)配置。通過該配置，水平驅(qū)動(dòng)部114通過水平掃描同時(shí)讀出數(shù)據(jù)，并且在后級(jí)中的信號(hào)處理部118對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行信號(hào)處理。
[0131]此外，如圖15中示出，可利用另一個(gè)配置，其中，列處理部113被提供有針對(duì)像素陣列部111的每列或每列組執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換功能，并且其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119和信號(hào)處理部118被設(shè)置為與列處理部113并行。通過該配置，信號(hào)處理部118以模擬或數(shù)字方式執(zhí)行信號(hào)去除處理，并且隨后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119和信號(hào)處理部118針對(duì)每列或每列組執(zhí)行處理。
[0132]應(yīng)該注意，本技術(shù)的應(yīng)用不限于固態(tài)圖像傳感器的應(yīng)用。也就是說，本技術(shù)適用于使用用于圖形攝取部件(光電轉(zhuǎn)換部件)的固態(tài)圖像傳感器的一般電子裝置，該一般電子裝置包括諸如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)或攝像機(jī)的成像設(shè)備，具有圖像攝取功能的移動(dòng)終端裝置，使用用于圖像讀取部件的固態(tài)圖像傳感器的復(fù)印機(jī)等。該固態(tài)圖像傳感器可被形成為一個(gè)芯片或可被形成為具有圖像攝取功能的模塊，在該模塊中，圖像攝取部分和信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng)被組裝在一起。
[0133][應(yīng)用本技術(shù)的電子裝置的配置實(shí)例]
[0134]圖16是用作應(yīng)用本技術(shù)的電子裝置的成像設(shè)備的配置實(shí)例的框圖。
[0135]圖16中的成像設(shè)備300包括:由透鏡組等形成的透鏡組301 ;利用單位像素120的上述配置的固態(tài)圖像傳感器(圖像攝取裝置)302，以及作為照相機(jī)信號(hào)處理電路的DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)電路303。該成像設(shè)備300還包括幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部306、操作部307以及電源部308。DSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部306、操作部307以及電源部308經(jīng)由總線309彼此連接。
[0136]透鏡組301從物體接收入射光(圖像光)從而在固態(tài)圖像傳感器302的成像表面上形成圖像。該固態(tài)圖像傳感器302使入射光的光量轉(zhuǎn)換為基于像素的電信號(hào)并且輸出該電信號(hào)，該入射光用于通過透鏡組301在成像表面上形成圖像?？梢允褂弥T如根據(jù)在CMOS圖像傳感器上設(shè)置的前述實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器100的固態(tài)圖像傳感器作為固態(tài)圖像傳感器302，也就是說，固態(tài)圖像傳感器能夠通過使用全局曝光攝取圖像而不失真。
[0137]該顯示部305包括面板顯示裝置,諸如液晶面板或有機(jī)EL (電致發(fā)光)面板,并且顯示由固態(tài)圖像傳感器302攝取的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像。該記錄部306將由固態(tài)圖像傳感器302捕捉的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像記錄在諸如錄像帶、DVD (數(shù)字多功能盤)或閃存存儲(chǔ)器的記錄介質(zhì)中。
[0138]操作部307根據(jù)用戶操作發(fā)出用于成像設(shè)備300的各種功能的操作指令。電源部308適當(dāng)?shù)靥峁╇娏oDSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部306以及操作部307從而使這些部件工作。
[0139]如上所述，根據(jù)上述實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器100作為固態(tài)圖像傳感器302的使用能夠執(zhí)行降低包括甚至kTC噪音的噪音的處理并由此確保較高的S/N。因此，可以在諸如攝像機(jī)、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)中或進(jìn)一步在用于諸如移動(dòng)電話的移動(dòng)設(shè)備的照相機(jī)模塊的成像設(shè)備300中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的攝取圖像。
[0140]此外，通過采用其中應(yīng)用本技術(shù)到包括以矩陣形式配置的單位像素的CMOS圖像傳感器中的情況作為實(shí)例，已經(jīng)描述了上述實(shí)施方式，其中，單位像素均感測對(duì)應(yīng)于可見光的光量的信號(hào)電荷作為物理量。然而本技術(shù)的應(yīng)用不限于CMOS圖像傳感器的應(yīng)用。本技術(shù)適用于包括像素陣列部中針對(duì)每個(gè)像素列相互排列的列處理部的一般列系統(tǒng)固態(tài)圖像傳感器。
[0141]本技術(shù)的應(yīng)用不限于固態(tài)圖像傳感器的應(yīng)用，該固態(tài)圖像傳感器通過感測可見光的入射光量的分布來攝取圖像。本技術(shù)同樣適用于基于紅外線、X射線、粒子等來攝取圖像的固態(tài)圖像傳感器；以及在廣義上的一般固態(tài)圖像傳感器(諸如指紋檢測傳感器)，其通過感測其它物理量諸如壓力或靜電電容的分布來攝取圖像。
[0142]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，取決于設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和變更，只要它們?cè)跈?quán)利要求或其等價(jià)物的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0143]此外，本技術(shù)同樣可經(jīng)配置如下。
[0144](I) 一種固態(tài)圖像傳感器，包括:
[0145]多個(gè)單位像素，每個(gè)單位像素均包括
[0146]光電轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并累積在其中的所述電荷，
[0147]第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，
[0148]電荷保持區(qū)域,在其中保持通過第一傳輸門從光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)碾姾桑?br> [0149]第二傳輸門，傳輸在電荷保持區(qū)域中保持的電荷，
[0150]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在其中保持通過所述第二傳輸門從電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢允闺姾勺鳛樾盘?hào)被讀出，
[0151]電荷放電門，其將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴浚约?br> [0152]結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域，
[0153]其中，設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電勢并低于使所述光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
[0154](2)根據(jù)(I)所述的固態(tài)圖像傳感器，
[0155]其中，當(dāng)中間電勢被施加到所述電荷放電門作為門電勢時(shí)，所述溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定電勢。[0156](3)根據(jù)(I)所述的固態(tài)圖像傳感器，
[0157]其中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)所述電荷放電部的漏極的電勢時(shí)，所述溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定電勢。
[0158](4)根據(jù)(3)所述的固態(tài)圖像傳感器，
[0159]其中，所述電荷放電門的溝道形成在比硅表面更深入基板的方向上的區(qū)域中形成。
[0160]( 5 )根據(jù)(I)至(4 )所述的固態(tài)圖像傳感器，
[0161 ] 其中，所述電荷放電門、所述第一傳輸門和所述第二傳輸門中的每一個(gè)的截止?fàn)顟B(tài)電壓均為負(fù)電壓。
[0162](6) 一種用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法，所述固態(tài)圖像傳感器包括
[0163]多個(gè)單位像素，均包括
[0164]光電轉(zhuǎn)換器,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積所述電荷，
[0165]第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，
[0166]電荷保持區(qū)域，在所述電荷保持區(qū)域中保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)乃鲭姾桑?br> [0167]第二傳輸門，傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的所述電荷，
[0168]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢允闺姾勺鳛樾盘?hào)被讀出，
[0169]電荷放電門，將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴?，以?br> [0170]結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域，
[0171]所述方法包括:
[0172]設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電勢并低于使所述光電轉(zhuǎn)換器完全被耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
[0173](7) —種具有安裝在其上的固態(tài)圖像傳感器的電子器件，所述固態(tài)圖像傳感器包括:
[0174]多個(gè)單位像素，每個(gè)所述單位像素均包括
[0175]光電轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積所述電荷，
[0176]第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的所述電荷，
[0177]電荷保持區(qū)域，在所述電荷保持區(qū)域中保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)乃鲭姾桑?br> [0178]第二傳輸門，傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的所述電荷，
[0179]浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢允闺姾勺鳛樾盘?hào)被讀出，
[0180]電荷放電門，將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴?，以?br> [0181]結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域，[0182]其中，設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電勢并且低于使所述光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
[0183]本發(fā)明包含涉及在2012年9月14日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請(qǐng)JP2012-203207中所涉及的主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括: 多個(gè)單位像素，每個(gè)所述單位像素均包括 光電轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積所述電荷， 第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的所述電荷， 電荷保持區(qū)域，在所述電荷保持區(qū)域中保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)乃鲭姾桑? 第二傳輸門，傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的所述電荷， 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢允顾鲭姾勺鳛樾盘?hào)被讀出， 電荷放電門，將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸至電荷放電部，以及結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域， 其中，設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電 勢并低于使所述光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器， 其中，當(dāng)中間電勢被施加到所述電荷放電門作為門電勢時(shí)，所述溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定電勢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器， 其中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)所述電荷放電部的漏極的電勢時(shí)，所述溝道電勢被設(shè)定在預(yù)定電勢。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述電荷放電門的溝道形成在硅表面更深入基板的方向上的區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述電荷放電門、所述第一傳輸門和所述第二傳輸門中的每一個(gè)的截止?fàn)顟B(tài)電壓均為負(fù)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述多個(gè)單位像素以矩陣形式二維地排列。
7.一種用于固態(tài)圖像傳感器的控制方法，所述固態(tài)圖像傳感器包括 多個(gè)單位像素，均包括 光電轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積所述電荷， 第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷， 電荷保持區(qū)域，在所述電荷保持區(qū)域中保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)乃鲭姾桑? 第二傳輸門，傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的所述電荷， 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢允顾鲭姾勺鳛樾盘?hào)被讀出， 電荷放電門，將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴?，以? 結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域， 所述方法包括: 設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電勢并低于使所述光電轉(zhuǎn)換器完全被耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
8.一種電子裝置，在所述電子裝置上安裝有固態(tài)圖像傳感器，所述固態(tài)圖像傳感器包括 多個(gè)單位像素，每個(gè)所述單位像素均包括 光電轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷并在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積所述電荷， 第一傳輸門，傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的所述電荷， 電荷保持區(qū)域，在所述電荷保持區(qū)域中保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)乃鲭姾桑? 第二傳輸門，傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的所述電荷， 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸?shù)乃鲭姾梢宰鳛樾盘?hào)被讀出， 電荷放電門，將從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的所述電荷傳輸?shù)诫姾煞烹姴?，以及結(jié)構(gòu)體，包括形成在所述光電轉(zhuǎn)換器和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部分中的溢出路徑，所述溢出路徑在用于確定預(yù)定電荷量的電勢處形成并將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域， 其中，設(shè)定低于所述溢出路徑的電勢的電勢作為所述電荷放電門的溝道電勢，或設(shè)定高于所述溢出路徑的所述電勢并且低于使所述光電轉(zhuǎn)換器被完全耗盡的電勢的電勢作為所述電荷放電門的所述溝道電勢。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103685999SQ201310401278
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】坂野賴人 申請(qǐng)人:索尼公司