[发明专利]固态成像器件、成像装置和像素驱动方法

说明书

本发明提供的是CMOS固态成像器件，其中使得泄漏现象所引起的暗电流的抑制与确保元件的可靠性之间的兼容性成为可能。当驱动以电子作为信号电荷的像素时，调整用于脉冲驱动像素的每一晶体管的控制信号的负电压电平，以便电荷累积时间越长，电压就变得越大。优选地，当未累积信号电荷时，使得负电压电平接地(GND)。仅当电荷累积时间长时(其中由于泄漏现象引起的暗电流成为问题)使得负电压电平很大，以便即使当抑制暗电流时，也可以抑制对于像素或其栅极氧化膜的压力或者晶体管的特性恶化。

技术领域

本发明涉及固态成像器件、成像装置和固态成像器件的驱动方法。更具体地说，本发明涉及像素驱动技术，该像素驱动技术适用于检测物理量分布的诸如固态成像器件之类的半导体器件和其他电子设备，该其他电子设备包括敏感于外部馈入的电磁波(如光和辐射)的多个单元像素的布置，且可以经由通过地址控制(address control)的任意选择以电信号的形式从中读出由单元组件转换为电信号的物理量分布。

背景技术

已经在各种领域中发现了检测物理量分布的半导体器件的广泛应用。这种器件具有多个单元组件(如，像素)，其敏感于外部馈入的电磁波(如，光和辐射)，以行排列或以矩阵形式排列。

在视频设备的领域中，例如，使用CCD(电荷耦合器件)或MOS(金属氧化物半导体)和CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像器件。设计这些器件以在其他物理量之中检测光(电磁波的示例)。这种器件允许以电信号的形式从其中读出由单元组件(固态成像器件中的像素)转换为电信号的物理量分布。

一些固态成像器件是放大器件。在像素信号产生部件中，这些器件包括被配置为固态成像元件(APS：有源像素传感器，也被称为增益单元)的像素，每一个像素具有放大驱动晶体管。像素信号产生部件产生与电荷产生部件产生的信号电荷相称(commensurate)的像素信号。例如，许多CMOS固态成像器件以这种方式配置。

为了从这种放大固态成像器件外部地读出像素信号，具有多个单元像素的布置的像素部件被地址控制，以便可以任意地选择和读出来自单元像素的信号。也就是说，放大固态成像器件是地址控制的固态成像器件的示例。

单元像素包括电荷产生部件和信号输出部件。电荷产生部件产生信号电荷。信号输出部件具有晶体管，适于产生并输出与电荷产生部件产生的信号电荷相称的目标信号。例如，电荷产生部件具有执行光电转换的光电二极管。信号输出部件具有读出选择晶体管、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管。读出选择晶体管读出由光电二极管产生的信号电荷。放大晶体管将读取的信号电荷转换为像素信号。复位晶体管复位信号电荷。选择晶体管选择要读出的像素。

这里，MOS固态成像器件具有由泄漏现象所引起的暗电流问题，在所述泄漏现象中，由电荷产生单元产生的信号电荷泄漏到信号输出侧中。如果特别地，电荷长时间累积，则暗电流分量累积地增大，因此是大比例信号电荷的原因。在读出期间，暗电流分量不能从信号电荷中分离。其中的变化导致噪声，显著地恶化图像质量。例如，从一个像素到另一个像素的暗电流分量中的变化导致固定的模式噪声(pattern noise)，使得在图像中出现白点。结果，图像看起来好像通过毛玻璃(ground glass)捕获的一样。进一步，时间上暗电流分量中的变化导致随机噪声。因此，在MOS固态成像器件的情况下，如何减小暗电流分量是关心的问题。

作为解决该问题的对策，例如，再版的专利申请No.WO2003/085964提出了减小暗电流的布置。该布置使得施加到读出选择晶体管的栅极(称为传输栅极)的电压为地电势或更低，即，向传输栅极施加负电压，因此在传输栅极沟道中累积空穴，并且提供减小的暗电流。