[发明专利]固态图像传感器及其驱动方法、成像设备和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态图像传感器、用于驱动固态图像传感器的方法、 成像设备以及电子装置。

背景技术

放大固态图像传感器是一种使用X-Y寻址方案的固态图像传感 器。放大固态图像传感器例如包括CMOS(互补金属氧化物半导体) 固态图像传感器(其也包括MOS器件)。以下，将这种固态图像传感器 称为CMOS图像传感器。

在CMOS图像传感器中，在二维阵列中排列包含光电检测器的 多个像素。除了光电检测器以外，每个个体像素还在其像素边界内包 括许多构成诸如读栅极、复位栅极以及放大器之类的部件的组成元件 (例如晶体管)。因此，当试图对像素进行小型化时，存在限制。

不过，最近，已经提出了多像素共用构造，其中在多个像素之间 共用本来通常逐像素地设置的一部分组成元件。这样，抑制了每像素 的(除光电检测器以外的)占用面积。在CMOS成像器的小型化像素 的设计中，这种多像素共用构造成为了至关重要的技术。

一种这样的多像素功能共用构造涉及在两个光电检测器之间布 置供给这两个光电检测器的电荷到电压转换器以及其他组成元件组 (即，构成复位栅极和其他部件的晶体管组)(例如，参见美国专利 No.6,423,994)。另一构造涉及在两个光电检测器之间共用电荷到电压 转换器和其他组成元件组，同时还对共用的组成元件组进行布置以使 其与各光电检测器相协调(例如，参见日本待审专利申请公报No. 2001-298177)。

在这样的CMOS图像传感器中，通常对像素构造进行正面照射， 从而在正面捕获入射光，其中正面取为光电检测器的金属层所设在的 一面。不过，与此相对的是，也存在背面照射像素构造，使得在背面 (或者换句话说，与金属层相反的一面)捕获入射光(例如，参见日 本待审专利申请公报No.2003-031785)。

同时，为了防止从光电检测器溢流的电荷流到相邻像素中，正面 照射像素构造通常采用图1所示的垂直溢流漏极构造。该垂直溢流漏 极构造涉及将光电检测器(PD)51的底部(floor)的势垒设定为低于转 移栅极53下方的势垒，并将从光电检测器51溢流的电荷丢弃到基板52 中。

同时，由于在背面照射像素构造中没有基板，因此并不如上所述 地丢弃从光电检测器溢流的电荷。因此，背面照射像素架构采用水平 溢流漏极构造，其中从光电检测器51溢流的电荷流过转移栅极53的 下方，并被丢弃到浮动扩散部分(floating diffusion)(以下称为FD) 中。顺便指出，防止从光电检测器51溢流的电荷流到相邻像素中也会 抑制晕光(blooming)(未接收到入射光的部分也看起来亮的现象)。

另一抗晕光技术涉及与调节曝光时间(即，电荷累积时间)的电 子快门同时地触发电子抗晕光快门。甚至对于在单帧期间根本未被读 取电荷的像素行也触发电子抗晕光快门(例如，参见日本待审专利申 请公报No.2008-288904)。该另一抗晕光技术主要是为正面照射固态 图像传感器而设计的，并且被构造成将光电检测器51的电荷经由FD 54丢弃到电源中。

此外，近年来，诸如数字静态照相机和数字摄像机(camcorder) 之类的使用固态图像传感器的设备变得更广泛使用。而且，在移动电 话和类似的移动手持装置的领域中，包括摄像机功能的产品变得很普 通。在这种应用中存在使用CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传 感器(CIS)而不是使用CCD(电荷耦合器件)的趋势。

在CIS中，每个像素都包括光电检测器(PD)和转移晶体管(TRF)。 通常，每个像素还包括浮动扩散部分(FD)、放大晶体管(AMP)、复位 晶体管(RST)和选择晶体管(SEL)。

尽管正在将这种CIS传感器应用于移动电话，但是最近存在对更 精细的图像的需求。为了满足这一需求，在这些年以来已经将像素尺 寸从2.5μm缩小到2.0μm、到1.75μm，从而实现像素数量的增加。同 时，还存在减小摄像机模块的尺寸的需求，以使得移动电话本身的尺寸 更小。为了满足这一需求，已经减小了像素尺寸和光学系统尺寸，从而 实现摄像机模块的尺寸的减小。对减小像素尺寸的需求仍然存在。