[发明专利]固态成像装置、固态成像装置的驱动方法和电子设备

说明书

技术领域

本公开涉及一种固态成像装置，特别涉及一种CMOS型的固态成像装置和其驱动方法。此外，本公开涉及一种包括该固态成像装置的电子设备。

背景技术

一般的CMOS(互补金属氧化物半导体)型的固态成像装置具有其中二维排列的像素阵列针对每个像素行顺次扫描以读出像素信号的机构。这种行顺次扫描在针对每个像素行的累积期间中造成时间位移，从而导致通过拍摄移动对象获得的图像失真的被称为焦面失真的现象。

在不允许图像失真的快速移动对象的拍摄中，或者在其中拍摄的图像的同时性是必要的应用中，全局快门功能或机械快门功能已经被提出用于实现像素阵列的累积期间的同时性。

机械快门功能能够进行其中通过利用机械遮光装置控制曝光时间而同时在全部像素中完成曝光的全局曝光。具体地，机械快门被打开同时开始全部像素的曝光，并且在一段时间后，关断而结束曝光。然而，在利用机械快门进行全局曝光的情况下，机械遮光装置是必要的，这使得难以减小尺寸。此外，由于在机械快门的机械驱动速度方面存在限制，因此像素区域内的曝光时间的同时性较差。

另一方面，全局快门功能能够进行其中通过电气控制同时在全部像素中完成曝光的全局曝光。具体地，通过进行像素阵列中的光电二极管的整行同时复位驱动，同时开始全部像素阵列面中的信号电荷的累积。然后，通过整行同时转移驱动到诸如浮动扩散等电荷累积部，信号电荷在全部像素阵列面中的累积同时完成。

顺便提及的是，在采用全局快门功能的情况下，信号电荷按类似于一般的CMOS型的固态成像装置的方式通过行顺次扫描读出。因此，直到读出时间为止，必须在诸如浮动扩散等电荷累积部中累积已经通过全局快门功能在全部像素中同时读出的信号电荷。这会导致直到读出时间为止在浮动扩散区中保持的信号电荷的漏出或者由于由浮动扩散的光电转换产生的噪声(称为伪信号)造成的劣化的问题。

为了防止这一点，已经提出了其中遮光膜被设置在诸如浮动扩散等电荷累积部的上部的结构。然而，遮光膜的设置会引起由于光电二极管的开口面积减小而使灵敏度变差并且饱和灵敏度变差的问题。此外，由于诸如浮动扩散等电荷累积部通常在水平方向上布置在靠近作为光入射部的光电二极管的位置，因此，由于光的衍射现象或散射现象，光可以在其中漏出，在这种情况下，噪声增大。

此外，在硅和氧化硅膜之间的界面处，存在大量的晶体缺陷，使得暗电流容易发生。因此，当电荷被保持在浮动扩散时，取决于读出的顺序，在施加到信号电平的暗电流中产生差异。来自这种暗电流的噪声不能仅仅通过复位电平的噪声去除而取消。

作为针对该问题的解决方案，已经提出了一种固态成像装置，其中在像素内累积电荷的存储部与浮动扩散分开安置(专利文献1和2)。存储部形成为可以埋入的电荷累积部，并且暂时保持从光电二极管传输的信号电荷。然而，在具有上述存储部的结构中，光被遮挡的面积相对于像素面积很大，使得开口面积变小。结果，灵敏度进一步恶化。

另一方面，背面照射型的固态成像装置已被提出作为用于相对于入射光增大像素的开口面积的手段。在背面照射型的固态成像装置中，通过使设有包括晶体管、配线等的电路的半导体基板的正面的相对侧上的背面侧作为光入射面，像素的开口可以增加，因此可以实现微细化。

顺便提及的是，当在背面照射型的固态成像装置中添加全局快门功能的情况下，为了防止光进入而到达半导体基板的正面侧，使用其中遮光膜形成在光入射面侧的结构。在这种情况下，当遮光膜被形成为很大时，像素的开口面积变窄，使得微细化变难。

专利文献3公开了其中电容器形成在半导体基板的外部的结构。然而，在这种结构中，从电容器产生大量的暗电流，并且不能获得高质量的图像。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：JP2007-503722A

专利文献2：JP2006-311515A

专利文献3：JP4-281681A

发明内容

发明所要解决的问题

考虑到上述情况，本公开的目的是提供一种固态成像装置，其能够实现像素的微细化并提高灵敏度和饱和电荷量，还提供该固态成像装置的驱动方法。本公开的另一个目的是提供一种包括该固态成像装置电子的装置。

解决问题的方案