[发明专利]固体摄像器件、固体摄像器件的驱动方法以及电子装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2008年4月3日向日本专利局提交的日本在先专利申 请JP 2008-096884的公开内容相关的主题，在此将该在先专利申请的全 部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及固体摄像器件、固体摄像器件的驱动方法以及电子装置。

背景技术

固体摄像器件的示例是CMOS图像传感器，其利用MOS晶体管将 作为光电转换元件的光电二极管的pn结电容中所累积的光生电荷 (photo-generated charge)读出。使用这种CMOS图像传感器，对各像素或 各行等实施对光电二极管中所累积的光生电荷的读出操作。因此，对于 所有像素来说用于累积光生电荷的曝光周期不一致，并且当目标移动时 在图像中会发生失真等。

图38图示了单位像素(以下也可简称为“像素”)的结构示例。如图 38所示，单位像素100的结构除了具有光电二极管101之外，还具有传 输门(transfer gate)102、n型浮动扩散部(FD)103、复位晶体管104、放大 晶体管105和选择晶体管106。

对于这种单位像素100，光电二极管101是埋入有p型层113和n 型埋入层114的埋入型光电二极管，其中p型层113被形成在形成于n 型基板111上的p型阱层112上。传输门102将光电二极管101的pn结 中所累积的电荷传输至浮动扩散部103。

机械快门方法

一种广泛使用的实现整体曝光的方法是利用机械遮光手段的机械快 门方法，该整体曝光是使用具有上述单位像素100的固体摄像器件在同 一曝光周期中对所有像素曝光从而进行摄像的方式。所有像素同时开始 曝光，并且所有像素同时结束曝光，从而实现整体曝光。

在该机械快门方法中，由于机械地控制曝光周期，因此将光输入到 光电二极管101中并产生光生电荷的周期对所有像素都是相同的。对于 这种系统，将机械快门关闭以使得基本上不再产生光生电荷，并在此状 态下依次读出信号。然而，由于使用了机械遮光机制，因而难以使尺寸 减小，并且由于机械驱动速度的限制，该机械快门方法在同时性方面也 不如电气方法。

现有技术的整体曝光

下面参照图40所示的操作说明图和图41所示的时序图，说明利用 图38所示的单位像素100来实现所有像素的曝光周期一致且没有失真的 摄像的操作。

首先，对所有像素同时进行用于清除埋入型光电二极管101中的累 积电荷的电荷排出操作，并开始曝光(时序(1))。于是，在光电二极管101 的pn结处累积光生电荷(时序(2))。在曝光周期结束时，同时开启所有 像素的传输门102，从而将全部的累积电荷传输至浮动扩散部(电容)103 (时序(3))。关闭传输门102，从而将所有像素在同一曝光周期中累积的光 生电荷保持在各个浮动扩散部103中。随后，依次将信号电平读出至垂 直信号线200(时序(4))，然后使浮动扩散部103复位(时序(5))，此后， 将复位电平读出至垂直信号线200(时序(6))。

在已将信号电平和复位电平读出至垂直信号线200之后，在下游信 号处理中，利用该复位电平对该信号电平进行噪声除去处理。根据该噪 声除去处理，在读出信号电平之后进行的复位操作的复位电平被读出， 因而不会除去在该复位操作中产生的会使图像劣化的kTC噪声。

在复位操作中产生的kTC噪声是在复位操作时由复位晶体管104的 开关操作所产生的随机噪声，因此除非利用在电荷传输至浮动扩散部103 之前的电平才能精确地除去该信号电平噪声。对于所有像素而言同时将 电荷传输至浮动扩散部103，因而在读出信号电平之后再次进行复位操 作，并进行噪声除去。因此，能够除去诸如偏移误差等噪声，但不能除 去kTC噪声。

这里，我们将信号电平的读出周期称作“D周期”，并且复位电平 的读出周期称作“P周期”。在Si与SiO₂界面处有许多结晶缺陷，并且 容易产生暗电流。在将电荷保持在浮动扩散部103中的情况下，根据读 出顺序会在施加给信号电平的暗电流中出现差异。这是通过利用复位电 平进行的噪声除去也不能消除的。

具有存储单元的像素结构