專利名稱：固體攝像器件、固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法以及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像器件、固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法以及電子裝置。
背景技術(shù)：
固體攝像器件的示例是CMOS圖像傳感器，其利用MOS晶體管將作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管的pn結(jié)電容中所累積的光生電荷(photo-generated charge)讀出。使用這種CMOS圖像傳感器，對(duì)各像素或各行等實(shí)施對(duì)光電二極管中所累積的光生電荷的讀出操作。因此，對(duì)于所有像素來說用于累積光生電荷的曝光周期不一致，并且當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)在圖像中會(huì)發(fā)生失真等。圖38圖示了單位像素(以下也可簡稱為“像素”)的結(jié)構(gòu)示例。如圖38所示，單位像素100的結(jié)構(gòu)除了具有光電二極管101之外，還具有傳輸門(transfer gate) 102、n型浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 103、復(fù)位晶體管104、放大晶體管105和選擇晶體管106。對(duì)于這種單位像素100，光電二極管101是埋入有ρ型層113和η型埋入層114的埋入型光電二極管，其中ρ型層113被形成在形成于η型基板111上的ρ型阱層112上。傳輸門102將光電二極管101的pn結(jié)中所累積的電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散部103。機(jī)械快門方法一種廣泛使用的實(shí)現(xiàn)整體曝光的方法是利用機(jī)械遮光手段的機(jī)械快門方法，該整體曝光是使用具有上述單位像素100的固體攝像器件在同一曝光周期中對(duì)所有像素曝光從而進(jìn)行攝像的方式。所有像素同時(shí)開始曝光，并且所有像素同時(shí)結(jié)束曝光，從而實(shí)現(xiàn)整體
曙光O在該機(jī)械快門方法中，由于機(jī)械地控制曝光周期，因此將光輸入到光電二極管101 中并產(chǎn)生光生電荷的周期對(duì)所有像素都是相同的。對(duì)于這種系統(tǒng)，將機(jī)械快門關(guān)閉以使得基本上不再產(chǎn)生光生電荷，并在此狀態(tài)下依次讀出信號(hào)。然而，由于使用了機(jī)械遮光機(jī)制， 因而難以使尺寸減小，并且由于機(jī)械驅(qū)動(dòng)速度的限制，該機(jī)械快門方法在同時(shí)性方面也不如電氣方法?，F(xiàn)有技術(shù)的整體曝光下面參照?qǐng)D40所示的操作說明圖和圖41所示的時(shí)序圖，說明利用圖38所示的單位像素100來實(shí)現(xiàn)所有像素的曝光周期一致且沒有失真的攝像的操作。首先，對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行用于清除埋入型光電二極管101中的累積電荷的電荷排出操作，并開始曝光(時(shí)序(1))。于是，在光電二極管101的pn結(jié)處累積光生電荷(時(shí)序O))。在曝光周期結(jié)束時(shí)，同時(shí)開啟所有像素的傳輸門102，從而將全部的累積電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散部(電容)103(時(shí)序(3))。關(guān)閉傳輸門102，從而將所有像素在同一曝光周期中累積的光生電荷保持在各個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散部103中。隨后，依次將信號(hào)電平讀出至垂直信號(hào)線200(時(shí)序(4))，然后使浮動(dòng)擴(kuò)散部103復(fù)位(時(shí)序( )，此后，將復(fù)位電平讀出至垂直信號(hào)線200(時(shí)序(6))。在已將信號(hào)電平和復(fù)位電平讀出至垂直信號(hào)線200之后，在下游信號(hào)處理中，利用該復(fù)位電平對(duì)該信號(hào)電平進(jìn)行噪聲除去處理。根據(jù)該噪聲除去處理，在讀出信號(hào)電平之后進(jìn)行的復(fù)位操作的復(fù)位電平被讀出，因而不會(huì)除去在該復(fù)位操作中產(chǎn)生的會(huì)使圖像劣化的kTC噪聲。在復(fù)位操作中產(chǎn)生的kTC噪聲是在復(fù)位操作時(shí)由復(fù)位晶體管104的開關(guān)操作所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲，因此除非利用在電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散部103之前的電平才能精確地除去該信號(hào)電平噪聲。對(duì)于所有像素而言同時(shí)將電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散部103，因而在讀出信號(hào)電平之后再次進(jìn)行復(fù)位操作，并進(jìn)行噪聲除去。因此，能夠除去諸如偏移誤差等噪聲，但不能除去kTC噪聲。這里，我們將信號(hào)電平的讀出周期稱作“D周期”，并且復(fù)位電平的讀出周期稱作 “P周期”。在Si與SiO2界面處有許多結(jié)晶缺陷，并且容易產(chǎn)生暗電流。在將電荷保持在浮動(dòng)擴(kuò)散部103中的情況下，根據(jù)讀出順序會(huì)在施加給信號(hào)電平的暗電流中出現(xiàn)差異。這是通過利用復(fù)位電平進(jìn)行的噪聲除去也不能消除的。具有存儲(chǔ)單元的像素結(jié)構(gòu)為了處理上述kTC噪聲不能被除去的問題而提出了一種建議，即如圖39所示的單位像素300，其在像素中具有與浮動(dòng)擴(kuò)散部103分離的存儲(chǔ)單元(MEM) 107(例如，參見日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)(PCT申請(qǐng)的譯文)No. 2007-502722和日本專利申請(qǐng)公開公報(bào) No. 2006-311515)。存儲(chǔ)單元107暫時(shí)地保持埋入型光電二極管101中所累積的光生電荷。 單位像素300還設(shè)置有將光電二極管101中所累積的光生電荷傳輸至存儲(chǔ)單元107的傳輸門。下面參照?qǐng)D42所示的操作說明圖，來說明對(duì)具有存儲(chǔ)單元107的單位像素300進(jìn)行整體曝光的操作。首先，對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行電荷排出操作，并開始曝光(時(shí)序(1))。在光電二極管 101中累積光生電荷(時(shí)序O))。在曝光結(jié)束時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所有像素的傳輸門108從而將光生電荷傳輸?shù)讲⒈３衷诖鎯?chǔ)單元107中(時(shí)序(3))。曝光之后，按照依次操作將復(fù)位電平和信號(hào)電平讀出。首先，使浮動(dòng)擴(kuò)散部103復(fù)位(時(shí)序⑷)，接著讀出復(fù)位電平(時(shí)序(5))。隨后， 將保持在存儲(chǔ)單元107中的電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散部103(時(shí)序(6))，并讀出信號(hào)電平(時(shí)序 (7))。此時(shí)，信號(hào)電平中所包含的復(fù)位噪聲與在復(fù)位電平讀出操作中讀出的復(fù)位噪聲一致， 因此能夠進(jìn)行也包括kTC噪聲的降噪處理。從上述說明中能夠理解的是，具有用于暫時(shí)地保持埋入型光電二極管101中所累積的光生電荷的存儲(chǔ)單元107的像素結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)也包括kTC噪聲的降噪處理。然而，在日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2007-502722中公開的像素結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)與不具有存儲(chǔ)單元107的感光器(光電二極管)相比時(shí)，如果像素尺寸相同，則要以與存儲(chǔ)單元107的面積相等的量來減小感光器的面積，因此降低了飽和電荷Qs_pd。降低的飽和電荷Qs_pd意味著較低的動(dòng)態(tài)范圍。即使實(shí)現(xiàn)了整體曝光，但作為相機(jī)組件的重要特性的動(dòng)態(tài)范圍的減小將會(huì)使攝取圖像的質(zhì)量顯著劣化。另一方面，在日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2006-311515中公開的像素結(jié)構(gòu)，通過擴(kuò)大能夠以對(duì)數(shù)響應(yīng)的方式進(jìn)行處理的亮度水平來防止動(dòng)態(tài)范圍減小。下面給出詳細(xì)說明。在圖39所示的像素結(jié)構(gòu)中，假設(shè)在晶體管中導(dǎo)通的電壓值為第一電壓值，不導(dǎo)通的電壓值為第二電壓值，并且中間電壓值為第三電壓值。在光電轉(zhuǎn)換器處進(jìn)行攝像操作時(shí)， 讓傳輸門102處于導(dǎo)通狀態(tài)，并向傳輸門108施加第三電壓值。因此，對(duì)于入射到埋入型光電二極管101上的入射光的至少一部分的亮度范圍，傳輸門108在亞閾值區(qū)域處進(jìn)行操作。圖43圖示了上述對(duì)數(shù)響應(yīng)操作的操作狀態(tài)。如上所述，為了具有對(duì)數(shù)響應(yīng)操作， 需要將傳輸門102設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)，并且還需要將復(fù)位晶體管104也設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)，從而根據(jù)復(fù)位電壓VDB形成用于光電流Iph的通道。圖44示出了在對(duì)數(shù)響應(yīng)操作時(shí)的等效電路。與入射光亮度E成比例的光電流Iph流向已被施加有中間電壓(第三電壓值)的傳輸門108，因此傳輸門108在亞閾值區(qū)域處進(jìn)行操作。因此，源極漏極間電壓Vdrop與光電流Iph的關(guān)系為Vdrop Iog(Iph)因此，光電二極管101的電位為VDB-Vdrop。如果假設(shè)當(dāng)沒有累積光電電荷時(shí)光電二極管101的電位為VPD，則能夠由以下表達(dá)式得到所累積的電荷Q Q = Cpd · {VPD- (VDB-Vdrop)} = Cpd · {VPD- (VDB- α · log (Iph) + β )}其中Cpd表示光電二極管101的寄生電容，并且α和β是由傳輸門108的閾值等決定的常數(shù)。也就是說，所累積的電荷Q不是與入射光亮度E成比例地進(jìn)行累積；而是，按照對(duì)數(shù)關(guān)系與電壓值相當(dāng)?shù)碾姾闪粼诠怆姸O管101中。圖45示出了入射光亮度E與像素輸出之間的關(guān)系。從圖45能夠清楚地看到，在到達(dá)變?yōu)閷?duì)數(shù)響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前該響應(yīng)為線性的，而在超過某一亮度電平EO之后遵循對(duì)數(shù)函數(shù)。這里，EO由中間電壓(第三電壓值)和傳輸門108的閾值決定。因此，如果傳輸門108的閾值是不規(guī)則的，則如圖46所示，一個(gè)像素的轉(zhuǎn)折點(diǎn)EO不同于另一個(gè)像素的轉(zhuǎn)折點(diǎn)Ε0，從而使各像素的輸入輸出特性明顯不規(guī)則。這引起了作為固定模式噪聲的圖像質(zhì)量劣化。此外，在有電流流過的狀態(tài)下來決定光電二極管101的電位，這會(huì)導(dǎo)致諸如熱噪聲等噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體攝像器件，其能夠減小由于各像素的像素晶體管 (傳輸門)中的閾值不規(guī)則而引起的噪聲并且抑制了飽和電荷量的降低，本發(fā)明還提供該固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法以及配有該固體攝像器件的電子裝置。本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件包括多個(gè)單位像素，各個(gè)所述單位像素具有光電轉(zhuǎn)換器、第一傳輸門、電荷保持區(qū)域、第二傳輸門和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述光電轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并將該電荷累積在所述光電轉(zhuǎn)換器中，所述第一傳輸門用于傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，所述電荷保持區(qū)域用于保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的電荷，所述第二傳輸門用于傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的電荷，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域用于保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸來的電荷以讀出為信號(hào)(轉(zhuǎn)換成電壓)；以及中間電荷傳輸單元，所述中間電荷傳輸單元被配置為，所述中間電荷傳輸單元能夠?qū)⒃谒龉怆娹D(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的超過預(yù)定電荷量的電荷作為第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，所述光電轉(zhuǎn)換器、所述電荷保持區(qū)域和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域均形成在第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層的表面?zhèn)?，所述光電轉(zhuǎn)換器通過將第一導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層層疊在第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層上而形成，所述電荷保持區(qū)域由第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層構(gòu)成，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域由第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層構(gòu)成。 此外，所述第一傳輸門由層疊在柵極絕緣膜上的柵極電極構(gòu)成，且位于所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部上方。另外，所述第二傳輸門由層疊在柵極絕緣膜上的柵極電極構(gòu)成，且位于所述電荷保持區(qū)域與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域之間的所述第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層上方。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，所述中間電荷傳輸單元可以是溢出通道，所述溢出通道是在決定所述預(yù)定電荷量的電位下在所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部處形成的，用于將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為所述第一信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸至所述電荷保持區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例提供一種固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，在該方法中驅(qū)動(dòng)多個(gè)單位像素，各個(gè)所述單位像素具有光電轉(zhuǎn)換器、第一傳輸門、電荷保持區(qū)域、第二傳輸門和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述光電轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并將該電荷累積在所述光電轉(zhuǎn)換器中，所述第一傳輸門用于傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，所述電荷保持區(qū)域用于保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的電荷，所述第二傳輸門用于傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的電荷，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域用于保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸來的電荷以讀出為信號(hào)(轉(zhuǎn)換成電壓)。所述方法包括如下步驟將在所述光電轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的超過預(yù)定電荷量的電荷作為第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種具有上述固體攝像器件的電子裝置。當(dāng)亮度較低且電荷處于預(yù)定電荷以下時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換器處經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而生成的光生電荷被保持在該光電轉(zhuǎn)換器中。在亮度較高且電荷超過預(yù)定電荷量的情況下，超過預(yù)定電荷量的那部分電荷被作為第一信號(hào)電荷而傳輸至電荷保持區(qū)域。因此，將經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而生成的光生電荷劃分并分別累積作為電荷保持區(qū)域中的第一信號(hào)電荷以及作為光電轉(zhuǎn)換器中的第二信號(hào)電荷。這里，雖然作為像素晶體管的第一傳輸門的閾值不規(guī)則確實(shí)影響了在電荷保持區(qū)域中累積的電荷，但不影響最終的單位像素的輸入輸出特性。例如，假設(shè)在某一像素中將全部電荷量劃分并分別累積作為第一信號(hào)電荷和第二信號(hào)電荷，而在另一個(gè)像素中由于閾值不規(guī)則而產(chǎn)生的AQth不會(huì)傳輸至第一信號(hào)電荷。但是，即使在此情況下，在光電轉(zhuǎn)換器中的累積是第二信號(hào)電荷+AQth，在電荷保持區(qū)域中的累積是第一信號(hào)電荷-AQth。這里，單位像素的輸出為第一信號(hào)電荷與第二信號(hào)電荷之和，因此，由于第一傳輸門的閾值不規(guī)則而產(chǎn)生的累積電荷的偏差(增加或減少)AQth最終被抵消。所以，能夠降低由于各像素的像素晶體管的閾值不規(guī)則而引起的噪聲。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠減小由于各像素的像素晶體管的閾值不規(guī)則而引起的噪聲， 因而能夠提高攝取圖像的圖像質(zhì)量。


圖1是示意性地圖示了本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖示了第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖3是圖示了第一結(jié)構(gòu)示例的變形例的單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖4是在未使用電荷排出單元的情況下的操作說明圖；圖5是沿圖2中所示的Z-Z'方向的電位圖；圖6是示例性地圖示了柵極電壓與表面電位之間的關(guān)系的圖；圖7是圖示了第二結(jié)構(gòu)示例的單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖8是圖示了第三結(jié)構(gòu)示例的單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖9是圖示了第一 第三結(jié)構(gòu)示例中單位像素的各部分處的電位的電位圖；圖IOA 圖IOE是本實(shí)施例的第一 第五特征的操作說明圖；圖11是用于說明在通常的整體曝光操作中進(jìn)行的操作的時(shí)序圖；圖12是通常的整體曝光操作的操作說明圖；圖13是圖示了在利用第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素情況下的驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序圖；圖14是圖示了在累積周期中入射光較強(qiáng)的情況下光生電荷的傳輸?shù)牟僮髡f明圖；圖15是圖示了在累積周期中入射光較弱的情況下光生電荷的傳輸?shù)牟僮髡f明圖；圖16是圖示了讀出周期中的操作的操作說明圖；圖17A和圖17B是圖示了整體曝光的驅(qū)動(dòng)時(shí)序的圖，其中圖17A圖示了通常的整體曝光的情況，并且圖17B圖示了本實(shí)施例的整體曝光的情況；圖18是圖示了本實(shí)施例的整體曝光的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)序的圖；圖19是圖示了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖20A是圖示了圖19中沿X方向的電位的電位圖；圖20B是圖示了圖19中沿Z方向的電位的電位圖；圖21是圖示了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素另一結(jié)構(gòu)的圖；圖22是圖示了圖19所示的溢出通道部分的圖；圖23A 圖23C是圖示了單位像素的平面結(jié)構(gòu)的平面圖；圖M是圖示了在利用第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素情況下的驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序圖；圖25是圖示了在負(fù)電位(釘扎電壓)下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，以過渡的形式經(jīng)過不同電壓 (例如0V)的驅(qū)動(dòng)的示例的時(shí)序圖；圖26是在利用第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素情況下當(dāng)入射光較強(qiáng)時(shí)曝光的操作說明圖；圖27是在利用第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素情況下當(dāng)入射光較弱時(shí)曝光的操作說明圖；圖28A和圖28B是圖示了在利用第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素情況下整體曝光的其它驅(qū)動(dòng)時(shí)序的圖；圖^A 圖^C是圖示了在通常的整體曝光操作中的電荷累積的圖30A 圖30C是圖示了在本實(shí)施例的整體曝光操作中的電荷累積的圖；圖31A 圖31D是圖示了單位像素的輸入輸出特性的圖；圖32是圖示了具有擴(kuò)大了的動(dòng)態(tài)范圍的驅(qū)動(dòng)示例的時(shí)序圖；圖33是用于擴(kuò)大了的動(dòng)態(tài)范圍的操作的操作說明圖；圖34A 圖34C是圖示了當(dāng)在擴(kuò)大了的動(dòng)態(tài)范圍情況下進(jìn)行操作時(shí)的輸入輸出特性的圖；圖35是示意性地圖示了本實(shí)施例一個(gè)變形例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖36是示意性地圖示了本實(shí)施例另一個(gè)變形例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖37是圖示了本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖；圖38是圖示了現(xiàn)有技術(shù)的單位像素結(jié)構(gòu)示例的圖；圖39是圖示了具有存儲(chǔ)單元的現(xiàn)有技術(shù)單位像素結(jié)構(gòu)的圖；圖40是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的單位像素進(jìn)行整體曝光的操作說明圖；圖41是在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的單位像素進(jìn)行整體曝光時(shí)的時(shí)序圖；圖42是對(duì)具有存儲(chǔ)單元的現(xiàn)有技術(shù)單位像素進(jìn)行整體曝光的操作說明圖；圖43是圖示了對(duì)數(shù)響應(yīng)操作的操作狀態(tài)的操作說明圖；圖44是圖示了對(duì)數(shù)響應(yīng)操作的等效電路的電路圖；圖45是圖示了入射光亮度E與像素輸出之間的關(guān)系的圖；以及圖46是圖示了由于各像素的晶體管的閾值不規(guī)則而使各像素的輸入輸出特性怎樣不同的圖。
具體實(shí)施例方式以下是參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1是示意性地圖示了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的諸如CMOS圖像傳感器等固體攝像器件的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，CMOS圖像傳感器10的結(jié)構(gòu)具有在未圖示的半導(dǎo)體基板(芯片)上形成的像素陣列單元11，以及與像素陣列單元11集成在同一半導(dǎo)體基板上的周邊電路部。這些周邊電路部例如包括垂直驅(qū)動(dòng)單元12、列處理單元13、水平驅(qū)動(dòng)單元 14和系統(tǒng)控制單元15。CMOS圖像傳感器10還具有信號(hào)處理單元18和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19。信號(hào)處理單元 18和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19可由設(shè)置在與CMOS圖像傳感器10分離的基板上的諸如數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal ftx)CesSOr，DSP)等外部信號(hào)處理單元來實(shí)現(xiàn)，或者由軟件處理來實(shí)現(xiàn)，并且不必與CMOS圖像傳感器10安裝在同一基板上。像素陣列單元11具有以矩陣形式呈二維排列的單位像素。單位像素具有光電轉(zhuǎn)換器，該光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生具有與入射光的量對(duì)應(yīng)的電荷量的光生電荷(以下也可簡稱為 “電荷”)，并將該光生電荷累積在光電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部。稍后將說明單位像素的具體結(jié)構(gòu)。像素陣列單元11還具有在附圖中沿水平方向形成的用于矩陣形式像素陣列的各行的像素驅(qū)動(dòng)線16(在像素行的排列方向上)，以及在附圖中沿垂直方向形成的用于矩陣形式像素陣列的各列的垂直信號(hào)線17 (在像素列的排列方向上)。雖然圖1示出了用于各行的像素驅(qū)動(dòng)線16是一條，但該布置不限于一條。像素驅(qū)動(dòng)線16的另一端與垂直驅(qū)動(dòng)單元12的對(duì)應(yīng)于各行的輸出端連接。垂直驅(qū)動(dòng)單元12由移位寄存器或地址解碼器等構(gòu)成，并且是對(duì)所有像素同時(shí)地或者以行為單位地驅(qū)動(dòng)像素陣列單元11的各像素的像素驅(qū)動(dòng)單元。垂直驅(qū)動(dòng)單元12的具體結(jié)構(gòu)在此不作說明，但一般是具有讀出掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。讀出掃描系統(tǒng)逐行地選擇并掃描像素陣列單元11的單位像素，從而從單位像素中讀出信號(hào)。清除掃描系統(tǒng)對(duì)將要被讀出掃描系統(tǒng)進(jìn)行讀出掃描的讀出行進(jìn)行清除掃描， 且該清除掃描比該讀出掃描在時(shí)間上提前與快門速度對(duì)應(yīng)的時(shí)間量。由于通過清除掃描系統(tǒng)進(jìn)行的清除掃描，因而可將不必要的電荷從讀出行的單位像素的光電轉(zhuǎn)換器中清除(即復(fù)位)。通過由清除掃描系統(tǒng)進(jìn)行的不必要電荷的清除(復(fù)位)，實(shí)現(xiàn)了所謂的電子快門操作。值得注意的是，這里使用的術(shù)語“電子快門操作”是指排出光電轉(zhuǎn)換器中的光生電荷并開始新曝光(開始累積光生電荷)的操作。通過由讀出掃描系統(tǒng)進(jìn)行的讀出操作而讀出的信號(hào)對(duì)應(yīng)于在上一次讀出操作或電子快門操作之后輸入的光的量。從上一次進(jìn)行讀出操作的讀出時(shí)刻或從進(jìn)行電子快門操作的清除時(shí)刻到這一次進(jìn)行讀出操作的讀出時(shí)刻之間的周期是單位像素的光生電荷的累積時(shí)間(曝光時(shí)間)。通過垂直信號(hào)線17把從由垂直驅(qū)動(dòng)單元12選擇并掃描的像素行中的各個(gè)單位像素輸出的信號(hào)提供給列處理單元13。針對(duì)像素陣列單元11的各像素行，列處理單元13對(duì)通過垂直信號(hào)線17從被選擇行的各個(gè)單位像素輸出的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理，并暫時(shí)保持經(jīng)過該信號(hào)處理之后的像素信號(hào)。具體地，列處理單元13至少進(jìn)行例如噪聲除去處理、相關(guān)雙采樣(Correlated Double Sampling，⑶S)處理等信號(hào)處理。通過由列處理單元13進(jìn)行的⑶S處理，除去像素所特有的固定模式噪聲，例如復(fù)位噪聲和放大晶體管的閾值不規(guī)則等。也可將列處理單元13設(shè)置為，除了能進(jìn)行噪聲除去處理之外，例如還具有模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換功能，從而以數(shù)字信號(hào)的形式輸出信號(hào)電平。水平驅(qū)動(dòng)單元14由移位寄存器或地址解碼器等構(gòu)成，并依次選擇與列處理單元 13的像素列對(duì)應(yīng)的單位像素。通過由水平驅(qū)動(dòng)單元14進(jìn)行的選擇和掃描，使得在列處理單元13中經(jīng)過信號(hào)處理的像素信號(hào)被依次輸出。系統(tǒng)控制單元15由用于產(chǎn)生各種類型時(shí)序信號(hào)的時(shí)序發(fā)生器等構(gòu)成，并基于由時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的各種類型的時(shí)序信號(hào)對(duì)垂直驅(qū)動(dòng)單元12、列處理單元13和水平驅(qū)動(dòng)單元14等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。信號(hào)處理單元18至少具有相加處理功能，并對(duì)從列處理單元13輸出的像素信號(hào)進(jìn)行諸如相加處理等各種類型的信號(hào)處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19暫時(shí)地存儲(chǔ)由信號(hào)處理單元 18進(jìn)行的信號(hào)處理過程中所使用的數(shù)據(jù)。單位像素的結(jié)構(gòu)下面說明關(guān)于單位像素20的具體結(jié)構(gòu)。單位像素20的結(jié)構(gòu)具有用于保持從光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的光生電荷的電荷保持區(qū)域(以下稱作“存儲(chǔ)單元”)，該電荷保持區(qū)域與浮動(dòng)擴(kuò)散部(電容)分離。下面參照?qǐng)D2 圖9來說明單位像素20的第一 第三具體結(jié)構(gòu)示例。第一結(jié)構(gòu)示例圖2是圖示了第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A的結(jié)構(gòu)的圖。第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A具有作為光電轉(zhuǎn)換器的例如光電二極管(PD)21。光電二極管21是埋入型光電二極管，其例如通過在形成于η型基板31上的ρ型阱層32上形成ρ型層33并埋入η型埋入層 ；34而形成。單位像素20Α的結(jié)構(gòu)除了具有埋入型光電二極管21之外，還具有第一傳輸門22、 存儲(chǔ)單元(MEM) 23、第二傳輸門M和浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)區(qū)域25。值得注意的是，存儲(chǔ)單元23 和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25被遮光。通過將傳輸脈沖TRX施加至柵極電極22Α，第一傳輸門22傳輸在埋入型光電二極管21中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換并累積在該光電二極管中的電荷。存儲(chǔ)單元23由在柵極電極22Α下方形成的η型埋入式溝道35形成，并累積通過第一傳輸門22從埋入型光電二極管21傳輸來的電荷。由于能夠抑制在Si與SiO2界面處產(chǎn)生的暗電流，因而形成帶有埋入式溝道35 的存儲(chǔ)單元23就有助于提高圖像質(zhì)量。通過將柵極電極22Α配置在上方并向柵極電極22Α施加傳輸脈沖TRX，能夠調(diào)節(jié)存儲(chǔ)單元23。也就是說，向柵極電極22Α施加傳輸脈沖TRX就使存儲(chǔ)單元23有更深的電位。 因此，與沒有調(diào)節(jié)特征的情況相比，能夠增大存儲(chǔ)單元23的飽和電荷量。由于向柵極電極24Α施加傳輸脈沖TRG，因而第二傳輸門M傳輸在存儲(chǔ)單元23中累積的電荷。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25是將通過第二傳輸門M從存儲(chǔ)單元23傳輸來的電荷轉(zhuǎn)換成電壓的η型電荷電壓轉(zhuǎn)換器。單位像素20Α還包括復(fù)位晶體管沈、放大晶體管27和選擇晶體管觀。這里例如使用N溝道MOS晶體管作為晶體管沈 晶體管觀，但應(yīng)注意的是，這里圖示的復(fù)位晶體管 26、放大晶體管27和選擇晶體管觀的導(dǎo)電類型的組合僅僅是一個(gè)示例，且本發(fā)明不限于這種組合。復(fù)位晶體管沈被連接在電源VDB與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25之間，并且通過向復(fù)位晶體管26的柵極電極施加復(fù)位脈沖RST來使浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25復(fù)位。放大晶體管27具有與電源VDO連接的漏極電極以及與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25連接的柵極電極，從而讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25 的電壓。選擇晶體管觀例如具有與放大晶體管27的源極電極連接的漏極電極以及與垂直信號(hào)線17連接的源極電極，因此，通過向選擇晶體管觀的柵極電極施加選擇脈沖SEL來選擇要被讀出信號(hào)的單位像素20。值得注意的是，可布置為讓選擇晶體管觀連接在電源VDO 與第二傳輸門M的漏極電極之間。值得注意的是，依據(jù)信號(hào)讀出方法，晶體管沈 晶體管觀之中的部分或全部晶體管可被省略，或可為多個(gè)像素共用。單位像素20Α還具有用于排出埋入型光電二極管21中的累積電荷的電荷排出部四。在開始曝光時(shí)，根據(jù)向柵極電極29Α施加的控制脈沖ABG，電荷排出部四將埋入型光電二極管21的電荷排出到漏極部36處。電荷排出部四還用來防止埋入型光電二極管21在曝光之后的讀出周期中由于飽和而發(fā)生電荷溢出。向漏極部36施加預(yù)定電壓VDA。值得注意的是，第一結(jié)構(gòu)示例1的單位像素20Α使用了如下結(jié)構(gòu)，其中第一傳輸門22和存儲(chǔ)單元23的柵極電極22A不與第二傳輸門M的柵極電極24A交疊。不同的是， 也可如圖3所示布置成讓柵極電極22A'與柵極電極24A部分地交疊，以此作為第一結(jié)構(gòu)示例的變形例的單位像素20A'。此外，第一結(jié)構(gòu)示例使用了如下結(jié)構(gòu)，其中利用電荷排出部四來排出埋入型光電二極管21的累積電荷并防止埋入型光電二極管21中的電荷溢出，但也可如圖4所示布置成讓傳輸脈沖TRX和TRG以及復(fù)位脈沖RST全部處于有效(本實(shí)施例中的“高(H)，，電平) 狀態(tài)，從而得到相當(dāng)于電荷排出部四的優(yōu)點(diǎn)。也就是說，讓第一傳輸門22、第二傳輸門M和復(fù)位晶體管沈全部處于導(dǎo)通(on) 的狀態(tài)，這使得埋入型光電二極管21的電荷能夠被排出，并且還能在讀出周期中使埋入型光電二極管21的溢出電荷從基板側(cè)逃逸出來。這種布置允許將電荷排出部四省略，這能夠有助于減小單位像素20A的尺寸。存儲(chǔ)單元23的柵極電極的電位下面說明關(guān)于存儲(chǔ)單元23的柵極電極的電位，該電位即第一結(jié)構(gòu)示例中第一傳輸門22的柵極電極22A的電位。在本實(shí)施例中，用作電荷保持區(qū)域的存儲(chǔ)單元23的柵極電極的電位被設(shè)定為一電位，從而使得第一傳輸門22和第二傳輸門M中的至少一者例如第一傳輸門22在非導(dǎo)通狀態(tài)的期間被置于釘扎狀態(tài)(pirmingstate)。更具體地，當(dāng)讓第一傳輸門22和第二傳輸門 24之一或全部處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，把施加給柵極電極22A和24A的電壓設(shè)定為實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)的電壓，在該釘扎狀中，載流子能夠累積在緊接于柵極電極下面的Si表面處。本例中在形成傳輸門的晶體管是η型晶體管的情況下，當(dāng)讓第一傳輸門22處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將電壓設(shè)定為使得施加給柵極電極22Α的電壓是相對(duì)于ρ型阱層32而言低于接地GND的負(fù)電位。盡管圖中未圖示，在形成傳輸門的晶體管是ρ型晶體管的情況下，ρ型阱層變?yōu)棣切挖鍖?，則將電壓設(shè)定為相對(duì)于該η型阱層而言高于電源電壓VDD。在第一傳輸門22處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，把施加給柵極電極22Α的電壓設(shè)定為一電壓以實(shí)現(xiàn)讓載流子能夠累積在緊接于柵極電極下面的Si表面處的釘扎狀態(tài)，原因如下。在第一結(jié)構(gòu)示例中，如果將第一傳輸門22的柵極電極22Α的電位設(shè)為相對(duì)于ρ型阱層32而言的相同電位(例如0V)，則可能會(huì)使得從Si表面的結(jié)晶缺陷處產(chǎn)生的載流子累積在存儲(chǔ)單元23中，這會(huì)成為暗電流并且使圖像質(zhì)量劣化。因此，在本實(shí)施例中，在存儲(chǔ)單元23上形成的柵極電極22Α的關(guān)閉(OFF)電位被設(shè)為相對(duì)于P型阱層32而言的負(fù)電位，例如-2. OV0于是在本實(shí)施例中，在電荷保持周期中在存儲(chǔ)單元的Si表面處產(chǎn)生了空穴，其能夠與在Si表面處產(chǎn)生的電子復(fù)合，從而使得暗電流減小。在圖2所示第一結(jié)構(gòu)示例中值得注意的是，第二傳輸門M的柵極電極24A存在于存儲(chǔ)單元23的端部處，因此將該柵極電極24A設(shè)為負(fù)電位同樣也能抑制在存儲(chǔ)單元23的端部處產(chǎn)生的暗電流。圖5是沿圖2中所示的Z-Z'方向的電位圖。如圖5所示，在提供給柵極電極22A 的傳輸脈沖TRX是Vg_a，例如是OV的情況下，Si的表面電位Φ s是正值，并且是被耗盡的。因此，由于Si表面處的結(jié)晶缺陷而產(chǎn)生的電子朝前流向更低電位，并且累積在作為η型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的存儲(chǔ)單元23中。在提供給柵極電極22Α的傳輸脈沖TRX是Vg_b，例如是足夠負(fù)電位的情況下，表面電位Φ s_b是負(fù)值，并且有空穴累積在Si表面處。因此，在 Si表面的結(jié)晶缺陷處產(chǎn)生的電子與所累積的空穴復(fù)合，且不會(huì)累積到存儲(chǔ)單元23中。圖6是圖示了柵極電壓Vg與表面電位Φ8之間關(guān)系的示例的圖。在圖6中，橫軸表示柵極電壓Vg，縱軸表示表面電位Φ S。如圖6所示，將負(fù)電位施加給柵極電極22Α(或24Α)就使得表面電位Φ s沿負(fù)的方向移動(dòng)，從某一值開始，空穴被累積且表面電位對(duì)柵極電位的依賴性幾乎消失。也就是說， 釘扎狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)使得空穴累積在Si表面處，從而產(chǎn)生減小暗電流的效果。需注意，上面所用的“足夠負(fù)電位”指該釘扎狀態(tài)。第二結(jié)構(gòu)示例圖7是圖示了第二結(jié)構(gòu)示例的單位像素20B的結(jié)構(gòu)的圖，并且圖7中與圖2中相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A具有如下結(jié)構(gòu)，其中第一傳輸門22的柵極電極 22A共用存儲(chǔ)單元23上方的電極。不同的是，第二結(jié)構(gòu)示例的單位像素20B具有如下結(jié)構(gòu)， 其中第一傳輸門22的柵極電極22A與存儲(chǔ)單元23上方的電極分離，在存儲(chǔ)單元23的上方設(shè)置有專用電極23A，并且該電極23A由不同于傳輸脈沖TRX的傳輸脈沖TRZ來驅(qū)動(dòng)。因此，通過將第一傳輸門22的柵極電極22A與存儲(chǔ)單元23的電極23A分離，并通過用各自的傳輸脈沖TRX和TRZ來驅(qū)動(dòng)電極22k和電極23A，能夠得到與第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A的情況相同的像素操作。特別地，將存儲(chǔ)單元23上的電極23A與柵極電極22A 分離，就允許通過傳輸脈沖TRZ對(duì)存儲(chǔ)單元23的調(diào)制度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，能夠自由地設(shè)定存儲(chǔ)單元23的飽和電荷量。在第二結(jié)構(gòu)示例的情況下，也可設(shè)置成與第一結(jié)構(gòu)示例一樣的如下結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)中省略了電荷排出部四并且讓傳輸脈沖TRX、TRZ和TRG以及復(fù)位脈沖RST全部處于有效狀態(tài)。利用這種結(jié)構(gòu)，能夠得到與電荷排出部四的優(yōu)點(diǎn)等效的優(yōu)點(diǎn)，即，讓埋入型光電二極管21的電荷能夠被排出，并且在讀出周期中也能夠使埋入型光電二極管21的溢出電荷從基板側(cè)逃逸出來。在第二結(jié)構(gòu)示例中，在第一傳輸門22和第二傳輸門M處于非導(dǎo)通狀態(tài)的周期中， 用作電荷保持區(qū)域的存儲(chǔ)單元23的柵極電極23A的電位被設(shè)定為實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)時(shí)的電位。對(duì)于圖7所示的第二結(jié)構(gòu)示例值得注意的是，第一傳輸門22的柵極電極22A和第二傳輸門M的柵極電極24A位于存儲(chǔ)單元23的端部處，因此將這些柵極電極22A和24A 設(shè)為負(fù)電位就使得能夠抑制在存儲(chǔ)單元23的端部處產(chǎn)生的暗電流，如上述第一結(jié)構(gòu)示例中那樣。第三結(jié)構(gòu)示例圖8是圖示了第三結(jié)構(gòu)示例的單位像素20C的結(jié)構(gòu)的圖，并且圖8中與圖2中相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。第一結(jié)構(gòu)示例所示的單位像素20A具有如下結(jié)構(gòu)，其中由埋入式溝道35形成存儲(chǔ)單元23。不同的是，第三結(jié)構(gòu)示例的單位像素20C具有的存儲(chǔ)單元23不是由埋入式溝道 35形成而是由埋入型擴(kuò)散區(qū)域37形成。在由埋入型擴(kuò)散區(qū)域37形成存儲(chǔ)單元23的情況下，能夠產(chǎn)生與由埋入式溝道35 形成存儲(chǔ)單元23的情況下相同的優(yōu)點(diǎn)。具體地，在ρ型阱層32內(nèi)形成有η型擴(kuò)散區(qū)域37，并在基板表面?zhèn)刃纬捎蠵型層38，從而能夠防止在Si與S^2界面處產(chǎn)生的暗電流累積到存儲(chǔ)單元23的埋入型擴(kuò)散區(qū)域37中，這有助于圖像質(zhì)量的提高。在使用第三結(jié)構(gòu)示例的情況下，存儲(chǔ)單元23的擴(kuò)散區(qū)域37的雜質(zhì)濃度優(yōu)選低于浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的擴(kuò)散區(qū)域的雜質(zhì)濃度。這樣設(shè)定雜質(zhì)濃度就可以提高通過第二傳輸門 24從存儲(chǔ)單元23向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的電荷傳輸效率。在第三結(jié)構(gòu)示例中值得注意的是，雖然由埋入型擴(kuò)散區(qū)域37形成了存儲(chǔ)單元23， 但也可使用不埋入存儲(chǔ)單元23的結(jié)構(gòu)，即使在存儲(chǔ)單元23中產(chǎn)生的暗電流可能會(huì)增加。在第三結(jié)構(gòu)示例的情況下，也可設(shè)置成與第一結(jié)構(gòu)示例一樣的如下結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)中省略了電荷排出部四并且傳輸脈沖TRX、TRZ和TRG以及復(fù)位脈沖RST全部處于有效狀態(tài)。利用這種結(jié)構(gòu)，能夠得到與電荷排出部四的優(yōu)點(diǎn)等效的優(yōu)點(diǎn)，即，使得埋入型光電二極管21的電荷能夠被排出，并且在讀出周期中也能夠使埋入型光電二極管21的溢出電荷從基板側(cè)逃逸出來。圖9圖示了第一 第三結(jié)構(gòu)示例的各個(gè)單位像素20A 20C的電位。從圖9的電位圖能夠清楚地理解到，第一結(jié)構(gòu)示例和第二結(jié)構(gòu)示例情況下的各部分的電位相同，具體地，光電二極管(PD)21的電位與存儲(chǔ)單元(MEM) 23的電位相同。不同的是，在第三結(jié)構(gòu)示例的情況下，存儲(chǔ)單元23的電位比光電二極管21的電位深。應(yīng)注意的是，第一 第三結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A 20C中的元件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電類型僅僅是一個(gè)示例，并且可將η型與ρ型顛倒。此外，基板31的導(dǎo)電類型也可以是η型或 P型之中的任一種。如上所述，本實(shí)施例的單位像素20 (20Α 20C)具有與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25分離的用于保持(累積)從光電二極管21傳輸來的光生電荷的存儲(chǔ)單元23，并且還具有第一傳輸門 22和第二傳輸門Μ。第一傳輸門22將電荷從光電二極管21傳輸至存儲(chǔ)單元23。第二傳輸門M將電荷從存儲(chǔ)單元23傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25。下面參照在利用第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20Α情況下的示例，來說明本實(shí)施例的單位像素20。為了簡化，在下面的說明中將單位像素20Α簡稱為“單位像素20”。實(shí)施例的特征部分對(duì)于本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器10，所有像素同時(shí)開始曝光，所有像素同時(shí)結(jié)束曝光，并將在光電二極管21中累積的電荷傳輸至被遮光的存儲(chǔ)單元23和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25， 從而實(shí)現(xiàn)整體曝光。這種整體曝光由于所有像素的曝光周期一致因而實(shí)現(xiàn)了無失真攝像。為了實(shí)現(xiàn)這種整體曝光，對(duì)于本實(shí)施例的單位像素20而言，通過用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通 (on)狀態(tài)的第一電壓值、用于實(shí)現(xiàn)非導(dǎo)通(off)狀態(tài)的第二電壓值以及在第一電壓值與第二電壓值之間的第三電壓值，即通過這三個(gè)值來適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)第一傳輸門22。在下面的說明中，將第三電壓值稱作“中間電壓Vmid”。特征1對(duì)于本實(shí)施例，如圖IOA所示在第二傳輸門M關(guān)閉的狀態(tài)下，在從同時(shí)對(duì)所有像素進(jìn)行的的開始曝光到結(jié)束曝光的攝像周期(整體曝光周期)內(nèi)，在中間電壓Vmid下對(duì)第一傳輸門22進(jìn)行一次以上的驅(qū)動(dòng)。這種用中間電壓Vmid對(duì)第一傳輸門22進(jìn)行一次以上的驅(qū)動(dòng)是第一特征(特征1)。在像素內(nèi)設(shè)置存儲(chǔ)單元23意味著光電二極管21的面積減小，因此光電二極管21的飽和電荷Qs_pd減小，但通過特征1的驅(qū)動(dòng)能夠補(bǔ)償該飽和電荷Qs_pd的減小。具體地， 通過在光電二極管21的飽和之前用中間電壓Vmid對(duì)第一傳輸門22進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，把已超過某一水平(預(yù)定電荷)的光生電荷作為信號(hào)電荷1傳輸至存儲(chǔ)單元23，并保持在存儲(chǔ)單元23 中。光電二極管21的飽和電平是在向第二傳輸門M施加第二電壓值且第二傳輸門M處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的狀態(tài)下的電平。施加中間電壓Vmid意味著把已產(chǎn)生的超過某一水平的光生電荷作為信號(hào)電荷1 傳輸至存儲(chǔ)單元23的第一傳輸門22被用作中間電荷傳輸單元。也就是說，用作中間電荷傳輸單元的第一傳輸門22把在光電二極管21中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的且超過由中間電壓 Vmid的電壓值確定的預(yù)定電荷的電荷作為信號(hào)電荷1傳輸至存儲(chǔ)單元23。特征2作為特征1的驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，在曝光周期中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而生成的光生電荷Q被累積在僅光電二極管21中，或者累積在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中。具體地，對(duì)于入射光亮度大于或等于預(yù)定亮度的像素即光較強(qiáng)的像素，如圖IOD所示在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中均累積電荷。此外，對(duì)于入射光亮度小于預(yù)定亮度的像素即光較弱的像素，如圖 IOE所示僅在光電二極管21中累積電荷。這種僅在光電二極管21中累積光生電荷Q或在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中都累積光生電荷Q是第二特征(特征2)。下面我們把在光電二極管21中的累積電荷稱作Qpd，并把在存儲(chǔ)單元23中的累積電荷(信號(hào)電荷1)稱作Qmem。對(duì)于光較強(qiáng)的像素，光生電荷Q被累積并被保持在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中，因此能夠?qū)柡碗姾蓴U(kuò)大為Qpd+Qmem。此外，對(duì)于光較弱的像素， 累積電荷很少并且由于在中間電壓Vmid下被驅(qū)動(dòng)的第一傳輸門22因而沒有電荷傳輸，因此所產(chǎn)生的電荷全部作為累積電荷Qpd保持在光電二極管21中。特征3在曝光結(jié)束時(shí)，開啟第二傳輸門24，并將存儲(chǔ)單元23中的電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25(圖10B)。隨后，開啟第一傳輸門22，并將光電二極管21的電荷(信號(hào)電荷2)傳輸至存儲(chǔ)單元23(圖10C)。對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行這種操作的結(jié)果是，在讀出周期中光電二極管21和存儲(chǔ)單元23都保持有累積電荷。這種在讀出周期中光電二極管21和存儲(chǔ)單元23 都保持有累積電荷是第三特征(特征3)。特征4在讀出操作中，首先讀出信號(hào)電平Vmem，該信號(hào)電平Vmem是與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中所保持的累積電荷Qmem的電荷量對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)1。用于此信號(hào)電平Vmem的讀出周期將被稱作第一 D周期。接著通過復(fù)位晶體管沈進(jìn)行復(fù)位操作，并讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的復(fù)位電平Vrst。用于此復(fù)位電平Vrst的讀出周期將被稱作P周期。接著將電荷Qpd從存儲(chǔ)單元23傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25，并讀出信號(hào)電平Vpd作為與電荷Qpd的電荷量對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)2。用于此信號(hào)電平Vpd的讀出周期將被稱作第二 D 周期。這種作為兩個(gè)輸出信號(hào)1和2的信號(hào)電平Vmem和Vpd的讀出以及復(fù)位電平Vrst的讀出是第四特征(特征4)。特征5例如在列處理單元13 (見圖1)處利用復(fù)位電平Vrst對(duì)兩次讀出的信號(hào)Vmem和信號(hào)Vpd各自進(jìn)行降噪處理。隨后，在信號(hào)電平Vpd已超過預(yù)定閾值的情況下，在下游的信號(hào)處理單元18(見圖1)處進(jìn)行對(duì)信號(hào)電平Vmem和信號(hào)電平Vpd的相加處理。這種將除噪后的信號(hào)電平Vmem和信號(hào)電平Vpd進(jìn)行相加是第五特征(特征5)。從特征3 特征5能夠看出，在讀出周期中在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中都保持有電荷，并且兩個(gè)信號(hào)Vmem和Vpd以及復(fù)位電平Vrst被讀出并被加算，從而能夠確保寬的動(dòng)態(tài)范圍。此外，信號(hào)電平Vpd與信號(hào)電平Vmem的和對(duì)應(yīng)于累積電荷Qpd與累積電荷 Qmem的和，并且由于Qpd+Qmem是與入射光亮度E成比例地產(chǎn)生的電荷量，因而能夠得到線性的輸入輸出特性。利用復(fù)位電平Vrst來除去噪聲對(duì)于在第一 D周期中讀出的信號(hào)電平Vmem來說是未除去kTC噪聲的處理，但對(duì)于在第二 D周期中讀出的信號(hào)電平Vpd來說是除去kTC噪聲的處理。對(duì)于具有小的信號(hào)電平且受kTC噪聲影響的像素(即，光較弱的像素)，所有產(chǎn)生的電荷都被累積到光電二極管21中，并在由埋入式溝道形成的存儲(chǔ)單元23中進(jìn)行保持，這樣，由于除去了 kTC噪聲因而能夠?qū)崿F(xiàn)高的S/N比(信噪比)。由于僅在信號(hào)電平Vpd已超過預(yù)定閾值的情況下會(huì)在噪聲除去處理之后進(jìn)行相加處理，因此在較低輸出時(shí)不會(huì)增加信號(hào)電平Vmem的噪聲成分，這也有助于這種高的S/N比。此外，第一傳輸門22的閾值不規(guī)則影響了用于存儲(chǔ)單元23中的累積的亮度水平， 但不影響最終的輸入輸出特性。例如，假設(shè)某一像素的總電荷量Qall被分成電荷Qpd和電荷Qmem并被累積，對(duì)于另一個(gè)像素，由于閾值不規(guī)則而使被傳輸給電荷Qmem的量減小了 AQth0然而，即使在這種情況下，在光電二極管21中的累積為Qpd+Δ Qth，而在存儲(chǔ)單元 23中的累積為Qmem-AQth。因此，由于光電二極管21的累積電荷偏差A(yù)Qth被抵消掉，因而進(jìn)行特征5的相加處理能夠最終得到的總電荷Qall。電路操作下面說明本實(shí)施例的具有單位像素20的CMOS圖像傳感器10的具體電路操作。通常的整體曝光為了容易理解，首先參照?qǐng)D11和圖12來說明現(xiàn)有技術(shù)的整體曝光操作(以下稱作“通常的整體曝光操作”)。值得注意的是如前所述，對(duì)于通常的整體曝光操作，如果像素尺寸相同，則飽和電荷Qs_pd是不具有存儲(chǔ)單元(MEM)的像素的飽和電荷的大約一半。在圖11所示的時(shí)序圖和圖12所示的操作說明圖中，(1) (7)對(duì)應(yīng)于下面的操作說明中的時(shí)序(1) (7)。累積階段通過時(shí)序(1) (3)的驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)所有像素進(jìn)行曝光。(1):所有像素的電荷排出部四同時(shí)開啟，并排出光電二極管21中的電荷，從而開始曝光。(2)將根據(jù)入射光亮度在光電二極管21中生成的光生電荷累積在光電二極管21 中。(3)所有像素的第一傳輸門22同時(shí)開啟，將在光電二極管21中累積的光生電荷 Qpd傳輸?shù)讲⒈３衷诖鎯?chǔ)單元23中。讀出階段通過時(shí)序(4) (7)的驅(qū)動(dòng)，以單個(gè)像素或多個(gè)像素為單位進(jìn)行信號(hào)讀出操作。在此示例的情況下，以行為單位來驅(qū)動(dòng)像素。(4)開啟復(fù)位晶體管沈，并排出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的電荷。(5)通過放大晶體管27讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的復(fù)位電平Vrst (P周期)。(6)開啟第二傳輸門24，并將在存儲(chǔ)單元23中保持的電荷Qpd傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25。(7)通過放大晶體管27讀出與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的電荷Qpd對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平 Vpd(D 周期)。這里，信號(hào)電平Vpd是通過下面的計(jì)算表達(dá)式根據(jù)寄生電容Cfd得到的電荷電壓轉(zhuǎn)換的結(jié)果，Vpd = Qpd/Cfdo此外，通過得到復(fù)位電平Vrst與信號(hào)電平Vpd之間的差的相關(guān)雙采樣 (Correlated Double Sampling，⑶S)方法，能夠除去信號(hào)電平Vpd中所含的噪聲。然而應(yīng)注意的是，如果像素尺寸相同，則能夠被處理的最大電荷Qpd_sa是不具有存儲(chǔ)單元23的像素的最大電荷的大約一半或甚至更少。本實(shí)施例的整體曝光下面說明本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器10的電路操作。應(yīng)理解的是，下面說明的電路操作是在由作為像素驅(qū)動(dòng)單元的垂直驅(qū)動(dòng)單元12進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的。圖13示出了本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)序。第一點(diǎn)是，在第二傳輸門M關(guān)閉的狀態(tài)下，在所有像素的同一攝像周期中在中間電壓Vmid下對(duì)第一傳輸門22驅(qū)動(dòng)一次以上。值得注意的是，中間電壓Vmid是在當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T22處于導(dǎo)通時(shí)的電壓與當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T22處于關(guān)閉時(shí)的電壓之間的電壓。第二點(diǎn)是，在曝光結(jié)束時(shí)開啟第二傳輸門M，將存儲(chǔ)單元23中的累積電荷Qmem傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25，并且開啟第一傳輸門22，將光電二極管21的累積電荷Qpd傳輸至存儲(chǔ)單元23。第三點(diǎn)是，在讀出周期中，進(jìn)行浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中所保持的電荷Qmem的信號(hào)讀出、存儲(chǔ)單元23中所保持的電荷Qpd的信號(hào)讀出以及復(fù)位電平Vrst的讀出，其中按兩次讀出了累積電荷。在圖13所示的時(shí)序圖中，DH周期是電荷Qmem的信號(hào)讀出周期，DL周期是電荷Qpd 的信號(hào)讀出周期，并且P周期是復(fù)位電平Vrst的讀出周期。累積周期圖14和圖15圖示了從曝光開始(累積開始)至曝光結(jié)束(累積結(jié)束)的操作。 圖14圖示了在入射光亮度大于或等于預(yù)定亮度(S卩，入射光較強(qiáng))的情況下光生電荷的傳輸方式。圖15圖示了在入射光亮度小于預(yù)定亮度(即，入射光較弱)的情況下光生電荷的傳輸方式。在圖13所示的時(shí)序圖以及圖14和圖15所示的操作說明圖中，(1) (10)對(duì)應(yīng)于下面操作說明中的時(shí)序(1) (10)。盡管在攝像失真可忍受的范圍內(nèi)可允許各像素的驅(qū)動(dòng)時(shí)間差別，但是對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行時(shí)序(1) (10)的驅(qū)動(dòng)。例如，可以構(gòu)思的布置例如是各個(gè)像素的驅(qū)動(dòng)時(shí)序被有意地稍微移動(dòng)，從而抑制峰值電流并避免電壓下降等。(1):開啟電荷排出部四，并排出光電二極管21中的電荷，從而開始曝光。
(2)將根據(jù)入射光亮度在光電二極管21中生成的光生電荷累積在光電二極管21 中。(3)在中間電壓Vmid下驅(qū)動(dòng)第一傳輸門22，從而將光電二極管21中超過某一累積量的電荷傳輸至存儲(chǔ)單元23。也就是說，在圖15中的累積量很少的情況下，全部電荷留在光電二極管21中而不發(fā)生電荷傳輸。可以用(4) (5)以及(6) (7)的驅(qū)動(dòng)來重復(fù)O) (3)的驅(qū)動(dòng)。(4), (6)繼續(xù)進(jìn)行曝光并累積。(5)，(7)在中間電壓Vmid下驅(qū)動(dòng)第一傳輸門22，并將光電二極管21中超過某一累積量的電荷傳輸至存儲(chǔ)單元23。當(dāng)曝光結(jié)束時(shí)，進(jìn)行下面的操作。(8)開啟復(fù)位晶體管26，并排出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中的電荷(復(fù)位操作)。(9)開啟第二傳輸門24，并將存儲(chǔ)單元23中的累積電荷Qmem傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25。此時(shí)，對(duì)于暗像素在存儲(chǔ)單元23中沒有累積，因此這種像素的Qmem = 0。(10)開啟第一傳輸門22，并將光電二極管21中的累積電荷傳輸至存儲(chǔ)單元23。圖16示出了讀出周期的操作。在圖13所示的時(shí)序圖和圖16所示的操作說明圖中，(11) (15)對(duì)應(yīng)于下面操作說明中的時(shí)序(11) (15)。(11)曝光結(jié)束時(shí)的傳輸操作使得電荷Qmem被保持在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中，并且電荷Qpd被保持在存儲(chǔ)單元23中。如上所述，暗像素的Qmem = 0。通過放大晶體管27將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中所累積的電荷Qmem讀出作為信號(hào)電平 Vmem。利用在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25處的寄生電容Cfd按照Vpd = Qpd/Cfd進(jìn)行電荷電壓轉(zhuǎn)換 (DH周期)。(12)開啟復(fù)位晶體管沈，并排出在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中的電荷。(13)讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的復(fù)位電平Vrst (P周期)。(14)開啟第二傳輸門24，并將存儲(chǔ)單元23的電荷Qpd傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25。(15)將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中的電荷Qpd讀出作為信號(hào)電平Vpd。得到Vpd = Qpd/ Cfd (DL 周期)。與圖17A所示的通常的整體曝光時(shí)間相比，如圖17B所示，本實(shí)施例的整體曝光在 DH周期和DL周期中對(duì)某一像素的信號(hào)Vpd進(jìn)行兩次讀出。此外，在DH周期與DL周期之間有復(fù)位電平Vrst的讀出周期(P周期)。驅(qū)動(dòng)順序的示例一般地，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25具有比由埋入式溝道35 (結(jié)構(gòu)示例1和幻或埋入型擴(kuò)散區(qū)域37(結(jié)構(gòu)示例3)形成的存儲(chǔ)單元23的暗電流更大的暗電流。在讀出周期中，作為一部分累積電荷的電荷Qmem被保持在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中，因此其受暗電流的影響大于在保持周期中所受的影響。如圖17B所示，從累積周期的結(jié)束直到DH周期的這段時(shí)間是電荷保持在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中的周期，因此在最后的讀出行處，必須持續(xù)保持用于各行的DH周期、P周期和DL周期。另一方面，如圖18所示，可以布置成首先在DH周期中對(duì)信號(hào)電平Vmem全部進(jìn)行讀出，稍后讀出信號(hào)電平Vpd。根據(jù)此方法，能夠縮短浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中的電荷保持周期，并減輕暗電流的影響。然而應(yīng)注意的是，在此情況下，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域(存儲(chǔ)器)的一幀值必須被用來保持在DH周期中讀出的信號(hào)，因此將兩次讀出的結(jié)果相加并得到最終圖像。因此，對(duì)于另一個(gè)驅(qū)動(dòng)示例，在曝光周期結(jié)束之后，以單個(gè)像素或多個(gè)像素為單位，將累積電荷(信號(hào)電荷DQmem讀出作為信號(hào)電平(輸出信號(hào)l)Vmem。隨后，將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25復(fù)位并將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25的復(fù)位電平讀出作為復(fù)位信號(hào)1。對(duì)全部單位像素20 依次進(jìn)行上述操作。隨后，以單個(gè)像素或多個(gè)像素為單位，將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25復(fù)位并將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域 25的復(fù)位電平讀出作為復(fù)位信號(hào)2。接著，將第二傳輸門M置于導(dǎo)通狀態(tài)并將累積電荷 (信號(hào)電荷WQpd傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25，之后進(jìn)行操作以將累積電荷Qpd讀出作為信號(hào)電平(輸出信號(hào)2) Vpd0下面是在利用這種驅(qū)動(dòng)示例的情況下在列處理單元13中的噪聲除去處理。也就是說，列處理單元13利用復(fù)位信號(hào)1對(duì)作為輸出信號(hào)1的信號(hào)電平Vmem進(jìn)行噪聲除去處理。接著，列處理單元13利用復(fù)位信號(hào)2對(duì)作為輸出信號(hào)2的信號(hào)電平Vpd進(jìn)行噪聲除去處理。單位像素的其他結(jié)構(gòu)下面說明作為第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。第四結(jié)構(gòu)示例4圖19是圖示了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的結(jié)構(gòu)的圖，圖19中與圖2中相同的組件用相同的附圖標(biāo)記表示。結(jié)構(gòu)示例4的單位像素20D具有如下結(jié)構(gòu)，其中通過在柵極電極22A下方的光電二極管21與存儲(chǔ)單元23之間的邊界部處設(shè)置η型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39，形成了溢出通道30。為了降低雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39的電位以便形成溢出通道30，讓雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39輕微地?fù)诫s有η型雜質(zhì)從而降低ρ型雜質(zhì)濃度，由此形成P-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39?？蛇x地，在形成電位勢壘時(shí)用ρ型雜質(zhì)來摻雜雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39的情況下，能通過降低摻雜的濃度來形成 P-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39。這里，用第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20Α作為基礎(chǔ)，但也可用第一結(jié)構(gòu)示例的變形例的單位像素20Α'來代替作為基礎(chǔ)。如前所述，對(duì)于第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20Α(或?qū)τ谄渥冃卫彩峭瑯?，特征在于在中間電壓Vmid下驅(qū)動(dòng)第一傳輸門22。具體地，在低照明度下產(chǎn)生的電荷被優(yōu)先累積到光電二極管21中，通過用中間電壓Vmid對(duì)第一傳輸門22進(jìn)行驅(qū)動(dòng)使得出現(xiàn)飽和的電荷被累積在存儲(chǔ)單元23中。在曝光結(jié)束時(shí)，對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行從存儲(chǔ)單元23至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25以及從光電二極管21至存儲(chǔ)單元23的電荷傳輸，并保持電荷，因而進(jìn)行了兩次以上的讀出。不同的是，對(duì)于第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D，在光電二極管21與存儲(chǔ)單元23之間的邊界部處形成的溢出通道30被用作用于將低照明度下產(chǎn)生的電荷優(yōu)先累積到光電二極管21中的通道。圖20Α圖示了圖19中沿X方向的電位，圖20Β圖示了圖19中沿Z方向的電位。從圖20Α所示的沿X方向的電位能夠清楚地看出，通過在光電二極管21與存儲(chǔ)單元23之間的邊界部處設(shè)置η型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39而降低了此邊界部處的電位。電位已被降低的該部分成為溢出通道30。在光電二極管21中產(chǎn)生的且超過溢出通道30的電位的電荷被自動(dòng)地泄漏至存儲(chǔ)單元23并被累積在存儲(chǔ)單元23中。換句話說，所產(chǎn)生的在溢出通道 30的電位以下的任何電荷都被累積在光電二極管21中。這里，如圖20B的沿Z方向的電位圖所示，溢出通道30的電位必須被設(shè)定為低于基板側(cè)的溢出通道的電位。此時(shí)溢出通道30的電位是這樣的電位在向柵極電極22A施加上述中間電壓Vmid時(shí)，該電位決定著作為信號(hào)電荷1從光電二極管21傳輸至存儲(chǔ)單元23 的電荷量。這里，溢出通道30作為中間電荷傳輸單元。也就是說，用作中間電荷傳輸單元的溢出通道30將如下電荷作為信號(hào)電荷1傳輸至存儲(chǔ)單元23 該電荷是在多個(gè)單位像素全部進(jìn)行攝像操作的曝光周期中在光電二極管21中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的并且超過了由溢出通道30的電位所決定的預(yù)定電荷量。在圖19所示的示例中值得注意的是，其所采用的結(jié)構(gòu)中是通過設(shè)置ρ-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39來形成溢出通道30。但是應(yīng)注意，如圖21所示，可以采用如下結(jié)構(gòu)，其中通過設(shè)置η-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39以代替ρ-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域39來形成溢出通道30。根據(jù)圖19和圖21能夠看出，利用調(diào)節(jié)了在用作感光器的光電二極管(PD)21與存儲(chǔ)器之間的邊界處的雜質(zhì)濃度的結(jié)構(gòu)，并且在光電二極管(PD)21與存儲(chǔ)單元23之間設(shè)有溢出通道30，由于釘扎因此不會(huì)產(chǎn)生暗電流而是能夠獲得以下優(yōu)點(diǎn)。圖22是詳細(xì)圖示了圖19中的溢出通道部分的圖。在光電二極管(PD) 21和存儲(chǔ)單元23的附近形成了由于pn結(jié)而產(chǎn)生的耗盡層40，并且在位于第一傳輸門22的柵極電極 22A下方的光電二極管(PD) 21與存儲(chǔ)單元23的邊界處形成的耗盡層40到達(dá)了 Si表面。一般地，如果將耗盡層40形成為到達(dá)了 Si表面，則由于Si表面處的結(jié)晶缺陷而引起的暗電流會(huì)累積在光電二極管(PD)21或存儲(chǔ)單元中，因此為了避免該問題，將柵極電極22A設(shè)成負(fù)電位從而實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)，并且在Si表面處形成有空穴累積層。在圖19中，用ρ-雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域?qū)⒕哂休^低電位的溢出通道30形成在光電二極管 (PD) 21與存儲(chǔ)單元23之間的耗盡層40內(nèi)。在沒有釘扎的狀態(tài)下，溢出通道30也與Si表面接觸，因此在電荷溢出并被傳輸至存儲(chǔ)單元23時(shí)，出現(xiàn)了載流子由于在Si表面的缺陷處被捕獲并復(fù)合因而消失的現(xiàn)象。將足夠負(fù)電位施加給柵極電極22A就使得在溢出通道30的Si表面?zhèn)刃纬闪颂岣唠娢坏目昭ɡ鄯e層，因而具有較低電位的溢出通道30移向Si內(nèi)的更深位置。因此，在利用溢出將電荷傳輸至存儲(chǔ)單元23時(shí)，就能夠防止由于結(jié)晶缺陷而引起的載流子復(fù)合。圖23A 圖23C是圖示了單位像素的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。圖23A是第一結(jié)構(gòu)示例的單位像素20A的平面圖，圖2 是第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的平面圖。這里，在光電二極管21與存儲(chǔ)單元23之間的邊界部的整個(gè)區(qū)域上方形成了溢出通道30。然而，應(yīng)注意的是這僅僅是一個(gè)示例，也可以布置為如圖23C所示讓溢出通道30 ‘在光電二極管21與存儲(chǔ)單元23之間的邊界部的一部分處。圖M是圖示了對(duì)應(yīng)于圖13的在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下的驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序圖。通過圖M與圖13的比較能夠清楚地理解到，在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下，在累積周期中用中間電壓Vmid進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)(3)、(5)和(7)被取消。如圖13 —樣，在曝光結(jié)束后進(jìn)行相同的兩次讀出。
在前面說明中需注意的是，在負(fù)電位(釘扎電壓)下驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)單元23的柵極電極時(shí)，可以實(shí)施以過渡的形式經(jīng)過不同電壓(例如0V)的驅(qū)動(dòng)。圖25是與圖M不同的、圖示了在負(fù)電位(釘扎電壓)下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，以過渡的形式經(jīng)過不同電壓(例如0V)的驅(qū)動(dòng)的示例的時(shí)序圖。在把將要處于非導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電極設(shè)為實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)的電壓(例負(fù)電位)的情況下，在從導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓Von到非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓Voff的驅(qū)動(dòng)過程中，可以過渡地經(jīng)過在Von與Voff之間的電壓Vtr。例如，在將第一傳輸門22的柵極電極22A和第二傳輸門M的柵極電極24A在非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)設(shè)為實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)的電壓的情況下，進(jìn)行如圖25所示的驅(qū)動(dòng)。在從導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓Von到非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓Voff進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳輸脈沖TRX和TRG在Vtr下被臨時(shí)地驅(qū)動(dòng)，然后在Voff下被驅(qū)動(dòng)。諸如負(fù)電位等實(shí)現(xiàn)釘扎狀態(tài)的電壓在很多情況下通常由升壓電路(booster circuit)或降壓電路(st印-down circuit)產(chǎn)生，并且與通常電源和接地相比一般具有更高的阻抗，因而往往具有較差的電流供給能力。因此，從電壓Von到電壓Voff的驅(qū)動(dòng)直接將大的荷載加到升壓電路或降壓電路上，并且電壓收斂可能遲緩。為了解決這一問題，經(jīng)過中間電壓Vtr以便在電壓Voff下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此緩解了荷載。電壓Vtr可以通過電壓Von與電壓Voff之間的電壓來有效地獲得，例如使用接地電壓(OV)。值得注意的是，雖然在圖25中示例性地圖示了傳輸脈沖TRX和TRG，但也可以應(yīng)用于任何要將非導(dǎo)通狀態(tài)設(shè)為釘扎電壓的信號(hào)。圖沈和圖27是對(duì)應(yīng)于圖14和圖15的在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下曝光期間的操作說明圖。圖沈是入射光較強(qiáng)的情況下曝光期間的操作說明圖，并且圖27是入射光較弱的情況下曝光期間的操作說明圖。從圖沈和圖27能夠清楚地理解到， 在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下，取消了用中間電壓Vmid對(duì)第一傳輸門22 的驅(qū)動(dòng)。代替的是，在光電二極管21中所產(chǎn)生的電荷超過了溢出通道30的電位的情況下， 電荷被傳輸至存儲(chǔ)單元23。圖28A和圖28B是圖示了對(duì)應(yīng)于圖17B和圖18的在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下整體曝光的其它驅(qū)動(dòng)時(shí)序的圖。從圖28A和圖^B與圖17B和圖18的比較能夠清楚地理解到，在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下，取消了在累積周期中使用中間電壓Vmid的驅(qū)動(dòng)。P相或D相的讀出周期與圖17B和圖18中所示的讀出周期相同。這里，雖然在此已做出的說明是在利用了第四結(jié)構(gòu)示例的單位像素20D的情況下，沒有采用用中間電壓Vmid進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)并且超過了溢出通道30的電位(預(yù)定電荷量) 的電荷被作為信號(hào)電荷1傳輸至存儲(chǔ)單元23，但不限于這種布置。也就是說，可以布置成結(jié)合地使用用中間電壓Vmid進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)，使得超過了用中間電壓Vmid確定的預(yù)定電荷量以及溢出通道30的電位的電荷被作為信號(hào)電荷1傳輸至存儲(chǔ)單元23。電荷累積下面通過通常的整體曝光情況與本實(shí)施例的整體曝光情況之間的比較，來說明在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中的電荷累積。
通常的整體曝光圖29A 圖^C圖示了通常的整體曝光的電荷累積。橫軸表示從曝光開始至曝光結(jié)束的時(shí)間量，縱軸是所累積的電荷。圖^A圖示了在光電二極管21中的電荷累積。Ll表示入射光較弱且在曝光周期中產(chǎn)生電荷Qch_alll的情況。L2表示入射光較強(qiáng)且在曝光周期中在光電二極管21中產(chǎn)生超過了飽和電荷量Qpd_sat的電荷Qch_all2的情況。圖^B圖示了對(duì)于入射光較弱的Ll情況下在存儲(chǔ)單元23中的累積電荷。在曝光結(jié)束時(shí)光電二極管21的累積電荷Qpd是Qch_alll，因此總電荷Qch_alll通過由第一傳輸門22進(jìn)行的電荷傳輸而被傳輸?shù)?。另一方面，在光電二極管21中累積的電荷為Qch_alll=0。圖^C圖示了對(duì)于入射光較強(qiáng)的L2情況下在存儲(chǔ)單元23中的累積電荷。在曝光期間的累積電荷達(dá)到了光電二極管21的最大電荷量(飽和電荷量)QpcLsat并且飽和。因此，在曝光結(jié)束時(shí)在光電二極管21中累積了電荷Qpd_sat，因而通過第一傳輸門22將該電荷Qpd_sat傳輸至存儲(chǔ)單元23中。由于飽和而無法得到所產(chǎn)生的電荷Qch_all2。從對(duì)通常的整體曝光的電荷累積的說明中能夠清楚地理解到，對(duì)于通常的操作， 在單位像素20中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換能夠得到的最大電荷量是光電二極管21的飽和電荷量Qpd_
sat ο本實(shí)施例的整體曝光圖30A 圖30C圖示了本實(shí)施例的整體曝光的電荷累積。橫軸表示從曝光開始至曝光結(jié)束的時(shí)間量，縱軸是所累積的電荷。圖30A圖示了在光電二極管21中的電荷累積，其中Ll表示入射光較弱的情況，L2 表示入射光較強(qiáng)的情況。圖30B和圖30C分別圖示了對(duì)于Ll和L2情況在存儲(chǔ)單元23中的累積電荷。此夕卜，(1) (10)對(duì)應(yīng)于在圖13的時(shí)序圖中所示的驅(qū)動(dòng)時(shí)序(1) 驅(qū)動(dòng)時(shí)序(10)。在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)、(5)和(7)時(shí)用中間電壓Vmid驅(qū)動(dòng)第一傳輸門22時(shí)，超過了與中間電壓Vmid對(duì)應(yīng)的電荷Qmid的電荷被傳輸至存儲(chǔ)單元23。在光電二極管21中的累積電荷未超過電荷Qmid的情況下，電荷留在光電二極管21中。對(duì)于Ll的示例，入射光較弱并且累積電荷較少，所以在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)、(5)和(7) 時(shí)不會(huì)超過電荷Qmid，并且沒有發(fā)生通過第一傳輸門22進(jìn)行的傳輸。在曝光結(jié)束時(shí)在光電二極管21中累積的總電荷Qch_alll被傳輸至存儲(chǔ)單元23，如下Qpd = Qch_alll(1)Qmem = 0(2)對(duì)于L2的示例，入射光較強(qiáng)并且累積電荷較多，所以在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)、(5)和(7) 時(shí)會(huì)超過電荷Qmid。這里給出了在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)時(shí)未超過電荷Qmid但在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(5)和 (7)時(shí)超過了電荷Qmid的示例。如果假設(shè)Qch_all2表示在曝光周期中根據(jù)入射光而產(chǎn)生的總電荷，那么在由驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)、(5)和(7)分成的四個(gè)曝光周期的每個(gè)周期中產(chǎn)生的電荷由Qchl、Qch2、Qch3 和Qch4表示，得到Qch_all2 = Qchl+Qch2+Qch3+Qch4 (3)
23
在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(3)時(shí)，光電二極管21中的累積電荷Qpd2_l為Qpd2_l = Qchl(4)并且在低于電荷Qmid的情況下，沒有電荷傳輸至存儲(chǔ)單元23。在超過電荷Qmid 的情況下，電荷Qtxl為0。此時(shí)得到Qpd2_l+Qtxl = Qchl(5)在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(5)時(shí)，光電二極管21中累積的電荷Qpd2_2為Qpd2_2 = (Qpd2_l_Qtxl)+Qch2(6)并且在超過電荷Qmid的情況下，電荷被傳輸至存儲(chǔ)單元23。此時(shí)會(huì)被傳輸至存儲(chǔ)單元23的電荷Qtx2為Qtx2 = Qpd2_2_Qmid(7)在驅(qū)動(dòng)時(shí)序(7)時(shí)，光電二極管21中的累積電荷Qpd2_3為Qpd2_3 = (Qpd2_2_Qtx2) +Qch3(8)并且在超過電荷Qmid的情況下，電荷被傳輸至存儲(chǔ)單元23。此時(shí)會(huì)被傳輸至存儲(chǔ)單元23的電荷Qtx3為Qtx3 = Qpd2_3_Qmid(9)仍繼續(xù)曝光，并且在曝光結(jié)束時(shí)在光電二極管21中的累積電荷Qpd2_4為Qpd2_4 = (Qpd2_3_Qtx3)+Qch4(10)此外，在中間電壓Vmid的驅(qū)動(dòng)下通過電荷傳輸而在存儲(chǔ)單元23中累積的電荷 Qmem 為Qmem = Qtxl+Qtx2+Qtx3(11)并且該電荷Qmem在曝光結(jié)束之前被傳輸?shù)讲⒈３衷诟?dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中。在曝光結(jié)束時(shí)在光電二極管21中的累積電荷為Qpd，得到Qpd = Qpd2_4(12)光電二極管21中的累積電荷Qpd(Qpd2_4)通過第一傳輸門22被傳輸至存儲(chǔ)單元 23并被保持在存儲(chǔ)單元23中。由于曝光結(jié)束以及所進(jìn)行的電荷傳輸而在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中保持的電荷Qmem以及在存儲(chǔ)單元23中保持的電荷Qpd被分別讀出并在下游的信號(hào)處理單元18 (見圖1)中進(jìn)行相加處理，從而得到與總生成電荷Qch_all2對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平。根據(jù)表達(dá)式(11)和(12)得到Qpd+Qmem = Qpd2_4+(Qtxl+Qtx2+Qtx3)根據(jù)表達(dá)式(10)得到= Qpd2_3+Qch4+Qtxl+Qtx2根據(jù)表達(dá)式⑶得到= Qpd2_2+Qch3+Qch4+Qtx1根據(jù)表達(dá)式(6)得到= Qpd2_l+Qch2+Qch3+Qch4根據(jù)表達(dá)式(4)得到= Qchl+Qch2+Qch3+Qch4然后根據(jù)表達(dá)式( 得到
= Qch_all2(13)從上面能夠理解到，通過對(duì)各個(gè)電荷Qmem和Qpd的讀出和相加，能夠保持并讀出在單位像素20中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的總生成電荷Qch_all2?？偵呻姾蒕ch_all2的電荷量與入射光強(qiáng)度成線性比例，因此可以理解的是，能夠利用線性響應(yīng)特性來進(jìn)行圖像獲取。在如圖1所示的信號(hào)處理單元18中進(jìn)行此時(shí)的相加處理。也就是說，信號(hào)處理單元18對(duì)與被分開在DH周期和DL周期中讀出的電荷Qmem和Qpd對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平Vmem和 Vpd進(jìn)行相加處理。在該相加處理時(shí)，如圖1所示的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19暫時(shí)地儲(chǔ)存與在DH周期中讀出的電荷Qmem對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平Vmem。值得注意的是，在信號(hào)處理單元18中進(jìn)行的相加處理不限于在列處理單元13中除去噪聲之后對(duì)信號(hào)電平Vmem和Vpd進(jìn)行的相加處理。也就是說，在信號(hào)電平Vmem和Vpd 未經(jīng)過噪聲除去處理的結(jié)構(gòu)的情況中，對(duì)從單位像素20輸出的信號(hào)電平Vmem和Vpd進(jìn)行相加處理。在表達(dá)式(13)中值得注意的一點(diǎn)是，在直到從電荷Qmem和電荷Qpd得到總生成電荷Qch_all2的整個(gè)過程中用中間電壓Vmid進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，沒有受到光電二極管21的保持電荷Qmid的影響。這意味著即使在由于各像素的晶體管的閾值不規(guī)則而使光電二極管21 的保持電荷為Qmid+ Δ Qmid的情況下，也能夠從Qmem+Qpd得到Qch_all2。例如讓我們假設(shè)一種情況，其中表達(dá)式(9)和表達(dá)式(10)中的光電二極管21的保持電荷Qmid為Qmid+Δ Qmid。這樣，表達(dá)式(9)中的電荷Qtx3為Qtx3 = Qpd2_3-(Qmid+AQmid)(14)并且傳輸至存儲(chǔ)單元23的電荷值減小了 AQmid。另一方面，表達(dá)式(10)中的累積電荷Qpd2_4為Qpd2_4 = (Qpd2_3-Qtx3)+Qch4= (Qmid+AQmid) +Qch4(15)因此光電二極管21中累積的電荷增加了 AQmid。將光電二極管21中的累積電荷與存儲(chǔ)單元23中的累積電荷相加，從而得到總生成電荷Qch_all2。因此，光電二極管21中的累積電荷的增加或減少被抵消，這意味著由于閾值不規(guī)則而引起的Qmid的不規(guī)則不會(huì)影響總生成電荷Qch_all2。此外，換句話說，Qmid的不規(guī)則不會(huì)產(chǎn)生影響就意味著可以每次以不同的電壓來多次向第一傳輸門22提供中間電壓 Vmid0圖31A 圖31D圖示了單位像素20的輸入輸出特性。圖31A圖示了在DH周期中通過讀出累積電荷Qmem而得到的輸出與入射光亮度之間的關(guān)系。因?yàn)楫?dāng)超過了某一亮度水平EO且光電二極管21中的累積電荷超過了 Qmid時(shí)才會(huì)發(fā)生電荷傳輸，因此在到達(dá)該亮度水平EO之前，由于中間電壓Vmid的驅(qū)動(dòng)從光電二極管21向存儲(chǔ)單元23的電荷傳輸不會(huì)被輸出。圖31B圖示了在DH周期中通過讀出累積電荷Qpd而得到的輸出與入射光亮度之間的關(guān)系。亮度水平EO是由于在中間電壓Vmid下的傳輸而引起的電荷傳輸開始發(fā)生時(shí)的亮度水平，并且在該亮度水平EO處生成的光生電荷為Qpd_lin。
圖31C圖示了圖31A和圖31B的相加特性的輸出，即Qpd+Qmem的輸入輸出特性。 電荷能夠被累積并保持直至達(dá)到光電二極管21的最大電荷量QpcLsat和存儲(chǔ)單元23的最大電荷量Qmem_sat的和。總能夠進(jìn)行攝像直到到達(dá)相當(dāng)于Qpd_sat+Qmem_sat的入射光亮度 Emaxο圖31D圖示了在不使用中間電壓Vmid進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下通常的整體曝光的輸入輸出特性。光電二極管21的最大電荷量QpcLsat是最大程度的累積和保持，因此動(dòng)態(tài)范圍較低。優(yōu)選一種布置，其中累積電荷Qpd和累積電荷Qmem的相加不是簡單的加法，而是僅在累積電荷Qpd超過預(yù)定閾值Qpd_th的情況下才相加，否則僅輸出累積電荷Qpd。Qout = Qpd (當(dāng) Qpd < Qpd_th 時(shí))Qout = Qpd+Qmem (當(dāng) Qpd 彡 Qpd_th 時(shí))這里，閾值Qpd_th是小于如圖31B和圖31C所示在入射光亮度EO處生成的光生電荷QpcLlin的值。也就是說，用于進(jìn)行相加處理的閾值Qpd_th是低于作為輸出信號(hào)2的信號(hào)電平Vpd的值，該輸出信號(hào)2相當(dāng)于在作為輸出信號(hào)1的信號(hào)電平Vmem產(chǎn)生有意義的輸出電平時(shí)的最小入射光亮度E0。當(dāng)累積電荷Qpd小于在入射光亮度EO處生成的光生電荷Qpd_lin的情況下，累積電荷Qmem是信號(hào)輸出0，因而不需要相加。這避免了在讀出時(shí)從進(jìn)行相加而產(chǎn)生的不必要的噪聲成分，因此在低照明度區(qū)域能夠得到高的S/N比。復(fù)位噪聲的除去累積電荷Qpd和累積電荷Qmem在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25中經(jīng)過電荷電壓轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換成信號(hào)電平Vpd和信號(hào)電平Vmem，然后通過放大晶體管27讀出。此時(shí)，實(shí)際讀出的信號(hào)是把復(fù)位電平Vrst作為偏離量、將信號(hào)電平Vpd和信號(hào)電平Vmem相加的電平。在DH周期中讀出的信號(hào)電平Vsig_dh是在曝光結(jié)束時(shí)將光電二極管21的電荷排出時(shí)的復(fù)位電平Vrstl和信號(hào)電平Vmem。Vsig_dh = Vmem+Vrstl這里，復(fù)位電平Vrstl包括諸如偏離值等固定成分Vrst_fpn以及隨機(jī)成分Vrstl_ rn。固定成分VrSt_fpn是在放大晶體管27和荷載晶體管(未圖示)等中的閾值不規(guī)則。 隨機(jī)成分Vrstl_rn是在復(fù)位操作等時(shí)的kTC噪聲。Vrstl = Vrst_fpn+Vrstl_rn在P周期中，在DH周期之后對(duì)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25進(jìn)行復(fù)位操作，因而復(fù)位電平Vrst 變成Vrst2并將此復(fù)位電平Vrst2讀出。此復(fù)位電平Vrst2也包括固定成分和隨機(jī)成分。 復(fù)位電平Vrst2的固定成分是與復(fù)位電平Vrstl的固定成分相同的Vrst_fpn，并且隨機(jī)成分是 Vrst2_rn。Vrst2 = Vrst_fpn+Vrst2_rn在DL周期讀出的信號(hào)電平Vsig_dl是Vsig_dl = Vpd+Vrst2。例如通過在列處理單元13(見圖1)中進(jìn)行的噪聲除去處理將P周期中讀出的復(fù)位電平Vrst2除去，因而DH周期的輸出Vout_dh和DL周期的輸出Vout_dl如下Vout_dh = Vsig_dh_Vrst2
= Vmem+(Vrstl_rn-Vrst2_rn)Vout_dl = Vsig_dl-Vrst2= Vpd能夠讀出光電二極管21中所累積的電荷Qpd并且以精確的方式除去了復(fù)位噪聲。 存儲(chǔ)單元23中所累積的電荷Qmem的復(fù)位噪聲的固定成分被除去，但隨機(jī)成分(kTC噪聲等)依然存在。然而，在入射光亮度較高且生成大量電荷的情況下，隨機(jī)噪聲通常受光學(xué)散粒噪聲的支配，并且復(fù)位噪聲等的影響極小。這是由于發(fā)生了隨機(jī)噪聲與生成電荷的平方根成比例的物理現(xiàn)象所致。例如，如果已生成了 IOOOOe-電荷，將lOOe-rms的隨機(jī)噪聲將會(huì)作為光學(xué)散粒噪聲而參與。另一方面，電路中產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲常常在幾e-rms左右，并且?guī)缀醺静粫?huì)影響圖像質(zhì)量。另一方面，在入射光亮度較低且產(chǎn)生很少電荷的情況下，光學(xué)散粒噪聲本身很小， 因而復(fù)位噪聲等的影響是主要的，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的劣化。對(duì)于本實(shí)施例，在入射光亮度低于預(yù)定亮度且產(chǎn)生很少電荷的情況下，電荷僅累積在光電二極管21中，因而能夠以精確的方式除去復(fù)位噪聲，并且不會(huì)發(fā)生圖像質(zhì)量的劣化。僅在入射光亮度等于或高于預(yù)定亮度且產(chǎn)生大量電荷的情況下，在存儲(chǔ)單元23中才會(huì)出現(xiàn)電荷的累積，該電荷作為累積電荷Qmem而被讀出，因而由于上述原因使得圖像幾乎沒有劣化，且能夠進(jìn)行極好的攝像。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于上述說明的本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器10，通過布置成使所有像素具有相同的曝光周期(整體曝光)，即使在目標(biāo)移動(dòng)等的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)不失真的攝像。另外， 所使用的結(jié)構(gòu)中，單位像素20A的除了具有浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域25之外還具有能累積并保持信號(hào)電荷的存儲(chǔ)單元23，從而能夠得到如下優(yōu)點(diǎn)。在入射光亮度為低于預(yù)定亮度的低照明度時(shí)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換得到的電荷很少，因而電荷僅被儲(chǔ)存在光電二極管21中，并且能夠通過對(duì)從該電荷讀出的信號(hào)電平進(jìn)行噪聲除去處理來除去kTC噪聲。因此，由于能夠?qū)崿F(xiàn)還包括kTC噪聲的降噪處理，因而能夠確保
高的S/N比。當(dāng)入射光亮度是預(yù)定亮度以上的高照明度時(shí)，在光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中都累積并保持有經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷，因而能夠增大飽和電荷。將光電二極管21和存儲(chǔ)單元23中所保持的電荷讀出并且使與這些電荷的電荷量對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平Vpd和Vmem相加，從而能夠確保較寬的動(dòng)態(tài)范圍。雖然作為像素晶體管之一的第一傳輸門22的閾值不規(guī)則會(huì)影響利用存儲(chǔ)單元23 處的累積的亮度水平時(shí)，但如上所述這不會(huì)影響最后的輸入輸出特性。因此，能夠降低由于各像素的像素晶體管的閾值不規(guī)則而引起的噪聲，從而能夠提高所攝取圖像的圖像質(zhì)量。與光電二極管21的累積電荷Qpd和存儲(chǔ)單元23的累積電荷Qmem對(duì)應(yīng)的兩個(gè)信號(hào)電平Vpd與Vmem的和相當(dāng)于累積電荷Qpd與累積電荷Qmem的和，并且Qpd+Qmem這個(gè)和是與入射光亮度E成比例產(chǎn)生的電荷。因此，顯示出線性響應(yīng)的輸入輸出特性，這樣就不會(huì)有諸如彩色攝像等的信號(hào)處理的問題。順便提及，這在輸入輸出特性不是線性響應(yīng)的情況例如是對(duì)數(shù)響應(yīng)等的情況下，不適合諸如彩色攝像等的信號(hào)處理。例如，在照明的RGBKSl 2 1的情況下，通過獲得全部或部分?jǐn)z像面的RGB比并將R和B設(shè)為兩倍來調(diào)整白平衡。然而對(duì)于對(duì)數(shù)響應(yīng)，即使照明的RGB比是常數(shù)，該RGB比也根據(jù)亮度而變，因而很難獲得RGB比。此外，即使能夠獲得，也需要采用非線性調(diào)整。由于閾值不規(guī)則而使得各個(gè)像素具有不同的輸入輸出特性， 這使信號(hào)處理變得更困難。更高的動(dòng)杰范圍根據(jù)之前的操作說明，最大電荷量被擴(kuò)大為Qpd_Sat+Qmem_Sat，從而獲得作為信號(hào)的總生成電荷，并且確保了動(dòng)態(tài)范圍直至相當(dāng)于Qpd_sat+Qmem_sat的入射光亮度。下面說明的驅(qū)動(dòng)示例是，將一部分所產(chǎn)生的電荷排出，并輸出通過兩種類型的曝光周期得到的信號(hào)，從而進(jìn)一步擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。這里說明的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的基本原理是將本申請(qǐng)人所提交的日本專利申請(qǐng)No. 2006-280959和No. 2006-124699中說明的原理應(yīng)用到用于實(shí)現(xiàn)整體曝光的本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)上。圖32圖示了動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的驅(qū)動(dòng)示例。這里所示的布置是根據(jù)前述實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)示例在圖13中所示的布置，但增加了存儲(chǔ)單元23的電荷排出驅(qū)動(dòng)(16)。在該驅(qū)動(dòng)示例中，在所有像素共同的曝光周期中使用中間電壓Vmid對(duì)第一傳輸門22進(jìn)行兩次以上的驅(qū)動(dòng)。在最后的中間電壓驅(qū)動(dòng)(第一中間電壓驅(qū)動(dòng))與該第一中間電壓驅(qū)動(dòng)之前的中間電壓驅(qū)動(dòng)(第二中間電壓驅(qū)動(dòng))之間的期間中開啟第二傳輸門M。同時(shí)可以將復(fù)位晶體管沈開啟或不開啟。此外，在進(jìn)行兩次以上的中間電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的各個(gè)中間電壓Vmid優(yōu)選為相同的電壓值。圖33圖示了動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的操作。增加的存儲(chǔ)單元23的電荷排出驅(qū)動(dòng)(16)使得目前在存儲(chǔ)單元23中累積的電荷被排出，因此僅僅在最后的中間電壓驅(qū)動(dòng)(第一中間電壓驅(qū)動(dòng))下傳輸?shù)碾姾沙蔀槔鄯e電荷Qmem。該累積電荷Qmem使得，在用于驅(qū)動(dòng)第一傳輸門22的中間電壓是相等的情況下，在第一中間電壓驅(qū)動(dòng)(7)時(shí)和之前的第二中間電壓驅(qū)動(dòng) (5)時(shí)留在光電二極管21中的電荷量各自等于Qmid。即使在由于各像素的閾值不規(guī)則而使Qmid的值可能不同的情況下，驅(qū)動(dòng)( 和驅(qū)動(dòng)(7)的剩余電荷量將會(huì)仍等于Qmid。緊挨在第一中間電壓驅(qū)動(dòng)(7)之前在光電二極管21中累積的電荷是能夠通過將從第二中間電壓驅(qū)動(dòng)( 到第一中間電壓驅(qū)動(dòng)(7)即在第二曝光周期中累積的電荷Qshort 加到第二中間電壓驅(qū)動(dòng)(5)的剩余電荷Qmid上而得到的值。也就是說，由于第一中間電壓驅(qū)動(dòng)(7)因而電荷Qmid保留在光電二極管21中，因此累積電荷Qmem為Qmem= (Qmi d+Qshort)-Qmid在總曝光周期Tlong即第一曝光周期中的總光生電荷被稱作Qlong，則電荷 Qshort 為Qshort = (Tshort/Tlong) XQlong也就是說，通過中間電壓驅(qū)動(dòng)周期Tshort與總曝光周期Tlong之間的比即曝光比，將一個(gè)小的值作為電荷Qshort輸出。因此，電荷Qshort甚至能夠從超過最大電荷量Qmem_Sat的入射光亮度獲得信號(hào)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)以曝光比為倍數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。也就是說，在達(dá)到相當(dāng)于(Tlong/ Tshort) XQmem_sat的入射光亮度之前都能夠進(jìn)行攝像。圖34A 圖34C圖示了動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大操作時(shí)的輸入輸出特性。在圖34A 圖34C中，EO是在第一中間電壓驅(qū)動(dòng)下的傳輸開始時(shí)的亮度水平，即第一中間電壓驅(qū)動(dòng)之前的總光生電荷為Qmid時(shí)的亮度。El是在第二中間電壓驅(qū)動(dòng)下的傳輸開始時(shí)的亮度水平，即第二中間電壓驅(qū)動(dòng)之前的總光生電荷為Qmid時(shí)的亮度。在亮度水平為EO以下時(shí)，所產(chǎn)生的電荷被全部累積在光電二極管21中，且作為累積電荷Qpd而被輸出。此時(shí)，Qmem = 0。Qout = Qpd (當(dāng) E < EO 時(shí))= Qlong當(dāng)亮度水平在EO到El之間時(shí)，在第二中間電壓驅(qū)動(dòng)下沒有傳輸，并且在第一中間電壓驅(qū)動(dòng)下增加了第二曝光周期Tshort中的累積且將已超過Qmid的部分傳輸走以成為 Qmem。在此情況下，在存儲(chǔ)單元23的電荷排出操作(16)的時(shí)刻，Qmem = 0，因而將全部所產(chǎn)生的電荷累積為電荷Qpd和Qmem，并且從Qpd+Qmem能夠得到總光生電荷作為輸出Qout。Qout = Qpd+Qmem(當(dāng) EO 彡 E < El 時(shí))= Qlong當(dāng)亮度水平超過El時(shí)，在第二中間電壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)生傳輸，并且在電荷排出驅(qū)動(dòng) (16)中將傳輸過來的電荷排出。因此，不能由Qpd+Qmem得到總光生電荷。然而如上所述， 由于在第二中間電壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的傳輸因而在光電二極管21中的殘留電荷為Qmid。此外， 由于殘留電荷Qmid與第一中間電壓驅(qū)動(dòng)下的相同，因而在第二曝光周期Tshort中累積的電荷Qshort被傳輸?shù)讲⒈３衷诖鎯?chǔ)單元23中。在此情況下，對(duì)于輸出Qout，用曝光比Tlong/Tshort這一增益進(jìn)行相乘，能夠得到相當(dāng)于總電荷Qlong的信號(hào)。也就是說，Qout = (Tlong/Tshort) X Qmem(當(dāng) E 彡 El 時(shí))= (Tlong/Tshort) XQshort= Qlong即是說Qout = Qpd (當(dāng) E < EO 時(shí))= Qpd+Qmem(當(dāng) EO 彡 E < El 時(shí))= (Tlong/Tshort) X Qmem(當(dāng) E 彡 El 時(shí))(16)由此能夠得到諸如圖34C所示的線性特性。此時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍能夠被擴(kuò)大為相當(dāng)于 (Tlong/Tshort) X Qmem_sat 的入射光亮度 Emax0此外，通過將上述處理實(shí)際上按照如下來實(shí)施，能夠得到相同的優(yōu)點(diǎn)。Qout = Qpd (當(dāng) Qpd < Qpd_th 時(shí))Qout = MAX (Qpd+Qmem, (Tlong/Tshort) X Qmem)(當(dāng) Qpd 彡 Qpd_th 時(shí))這里，Qpd_th是與小于EO的入射光亮度對(duì)應(yīng)的累積電荷量。當(dāng)E < EO時(shí)，Qmem =O且可增加，但電荷Qmem中所含的噪聲可能被加到信號(hào)特別小的區(qū)域中的輸出上，為此已設(shè)有Qpd_th。MAX (A，B)是用于選擇A與B二者之中的較大值的函數(shù)。當(dāng)E0<E<E1時(shí)，所得到的電荷Qmem小于在第二曝光周期中累積的電荷Qshort，因而選擇Qpd+Qmem。此外， 當(dāng)E彡El時(shí)，通過第二傳輸驅(qū)動(dòng)來排出電荷，因而Qpd+Qmem小于Qlong。因此，(Tlong/Tshort) X Qmem被選擇且相當(dāng)于表達(dá)式(16)。上述計(jì)算表達(dá)式不需要將點(diǎn)EO和El設(shè)定為在各像素處進(jìn)行嚴(yán)格切換，將與亮度水平相當(dāng)?shù)拈撝礠pd_th設(shè)定為遠(yuǎn)小于EO就足夠了，并因此能夠進(jìn)行實(shí)際處理。變形例上述實(shí)施例中所說明的結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19與信號(hào)處理單元18平行地設(shè)置在列處理單元13的下游處，本實(shí)施例不限于這種布置。例如也可以是如圖35所示的布置，其中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19設(shè)置為與列處理單元13平行，并且通過水平驅(qū)動(dòng)單元14的水平掃描同時(shí)讀出DH周期的數(shù)據(jù)Ddh和DL周期的數(shù)據(jù)Ddl，且在下游的信號(hào)處理單元18處進(jìn)行信號(hào)處理。此外，也可以是如圖36所示的布置，其中列處理單元13具有對(duì)像素陣列單元11 的各列或多列進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換功能，并且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19和信號(hào)處理單元18被設(shè)置為與列處理單元13平行，使得在信號(hào)處理單元18中的模擬或數(shù)字噪聲除去處理之后，對(duì)各列或多列進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元19和信號(hào)處理單元18的處理。此外，雖然在上述實(shí)施例中給出的示例是應(yīng)用到了具有以矩陣形式排列的單元像素的CMOS圖像傳感器上，該單元像素將對(duì)應(yīng)于可見光的照明量的信號(hào)電荷作為物理量進(jìn)行檢測，但本發(fā)明不限于應(yīng)用到CMOS圖像傳感器上，也可應(yīng)用到通常設(shè)置有用于像素陣列單元的各個(gè)像素列的列處理單元的列式固體攝像器件上。此外，本發(fā)明不僅可應(yīng)用到用于檢測可見光的入射光量分布并進(jìn)行攝像的固體攝像器件上，還可應(yīng)用到用于檢測紅外射線、X射線和粒子等的輸入量分布的固體攝像器件上，并且還可應(yīng)用到通常廣義上的固體攝像器件(物理量檢測裝置)上，諸如用于檢測壓力分布、電容和其他物理量并進(jìn)行攝像的指紋檢測傳感器等。值得注意的是，固體攝像器件可被配置成單芯片器件，或者可被配置成將攝像單元、信號(hào)處理單元或光學(xué)系統(tǒng)等集成在一起以具有攝像功能的模塊形式。此外，值得注意的是，不限于將本發(fā)明應(yīng)用到固體攝像器件上，也可應(yīng)用到通常使用用于圖像獲取單元(光電轉(zhuǎn)換器)的固體攝像器件的電子裝置上，諸如數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等攝像裝置、如移動(dòng)電話一樣具有攝像功能的便攜終端裝置以及使用了用于圖像拾取單元的固體攝像器件的復(fù)印機(jī)等。本發(fā)明還可以被應(yīng)用到在電子裝置上設(shè)有上述模塊狀態(tài)， 即設(shè)有相機(jī)模塊時(shí)的攝像裝置。應(yīng)用示例圖37是圖示了本發(fā)明實(shí)施例的例如攝像裝置等電子裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。如圖37所示，本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置包括具有鏡頭組51等的光學(xué)系統(tǒng)，攝像器件52，作為相機(jī)信號(hào)處理電路的DSP電路53，幀存儲(chǔ)器M，顯示裝置55，記錄裝置56，操作系統(tǒng)57和電源系統(tǒng)58等，其中通過總線59使DSP電路53、幀存儲(chǔ)器54、顯示裝置55、記錄裝置56、 操作系統(tǒng)57和電源系統(tǒng)58相互連接。鏡頭組51輸入來自于目標(biāo)的入射光(成像光)并將該入射光成像在攝像器件52 的攝像面上。以像素為單位，攝像器件52將通過鏡頭組51成像在攝像面上的入射光的照明量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并作為像素信號(hào)輸出。諸如上述實(shí)施例的CMOS圖像傳感器10等固體攝像器件，即通過進(jìn)行整體曝光能夠?qū)崿F(xiàn)不失真攝像的固體攝像器件能夠被用于攝像器件 52。
顯示裝置55由諸如液晶顯示裝置或有機(jī)電致發(fā)光(EL)顯示裝置等平板型顯示裝置構(gòu)成，并顯示在攝像器件52中攝取的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像。記錄裝置56將在攝像器件52中攝取的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像記錄在諸如錄像帶或DVD (數(shù)字式通用盤)等記錄介質(zhì)上。在用戶進(jìn)行的操作下，操作系統(tǒng)57給出與攝像裝置所具有的各種功能對(duì)應(yīng)的操作命令。電源系統(tǒng)58向DSP電路53、幀存儲(chǔ)器54、顯示裝置55、記錄裝置56和操作系統(tǒng) 57提供分別合適它們的電源來作為它們的操作電源。如上所述，由于能夠降低因像素晶體管的閾值不規(guī)則所引起的噪聲且能夠確保 CMOS圖像傳感器10的高S/N比，因而利用上述實(shí)施例的CMOS圖像傳感器10作為諸如攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和例如移動(dòng)電話等移動(dòng)裝置中的相機(jī)模塊等攝像裝置中的攝像器件52就能使攝取圖像得到高圖像質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，其包括多個(gè)單位像素，各個(gè)所述單位像素具有光電轉(zhuǎn)換器、第一傳輸門、電荷保持區(qū)域、第二傳輸門和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述光電轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并將該電荷累積在所述光電轉(zhuǎn)換器中，所述第一傳輸門用于傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，所述電荷保持區(qū)域用于保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的電荷，所述第二傳輸門用于傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的電荷，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域用于保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸來的電荷以便將電荷讀出為信號(hào)即轉(zhuǎn)換成電壓；以及中間電荷傳輸單元，所述中間電荷傳輸單元被配置為，所述中間電荷傳輸單元能夠?qū)⒃谒龉怆娹D(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的超過預(yù)定電荷量的電荷作為第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換器、所述電荷保持區(qū)域和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域均形成在第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層的表面?zhèn)?，所述光電轉(zhuǎn)換器通過將第一導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層層疊在第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層上而形成，所述電荷保持區(qū)域由第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層構(gòu)成，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域由第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層構(gòu)成，所述第一傳輸門由層疊在柵極絕緣膜上的柵極電極構(gòu)成，且位于所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部上方，并且所述第二傳輸門由層疊在柵極絕緣膜上的柵極電極構(gòu)成，且位于所述電荷保持區(qū)域與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域之間的所述第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層上方。
3.如權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，所述電荷保持區(qū)域由埋入式溝道形成，且在所述電荷保持區(qū)域上方設(shè)有層疊在柵極絕緣膜上的電極。
4.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，所述電荷保持區(qū)域上方的電極與所述第一傳輸門的柵極電極是一體的或分離的。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，所述電荷保持區(qū)域上方的電極的一部分交疊到所述第二傳輸門的柵極電極上方。
6.如權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，所述電荷保持區(qū)域由埋入型擴(kuò)散區(qū)域形成。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像器件，其中，在所述埋入型擴(kuò)散區(qū)域的表面?zhèn)刃纬捎械谝粚?dǎo)電型層，所述第一導(dǎo)電型層用于防止在表面?zhèn)忍幃a(chǎn)生的暗電流累積到所述埋入型擴(kuò)散區(qū)域中。
8.如權(quán)利要求6所述的固體攝像器件，其中，所述埋入型擴(kuò)散區(qū)域的雜質(zhì)濃度低于所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
9.如權(quán)利要求6所述的固體攝像器件，其中，所述電荷保持區(qū)域的電位比所述光電轉(zhuǎn)換器的電位深。
10.如權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其中，所述中間電荷傳輸單元是溢出通道，所述溢出通道是在決定所述預(yù)定電荷量的電位下在所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部處形成的，用于將超過所述預(yù)定電荷量的電荷作為所述第一信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其中，所述溢出通道形成在所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部的整個(gè)區(qū)域中，或者形成在所述光電轉(zhuǎn)換器與所述電荷保持區(qū)域之間的邊界部的一部分區(qū)域中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其中，將所述第一傳輸門處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第一電壓值，將所述第一傳輸門處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第二電壓值，并將所述第一電壓值與所述第二電壓值之間的第三電壓值作為中間電壓，超過了由所述中間電壓確定的預(yù)定電荷量以及由所述溢出通道的電位規(guī)定的預(yù)定電荷量的電荷被作為所述第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1 12任一項(xiàng)所述的固體攝像器件，還設(shè)有電荷排出部，所述電荷排出部用于根據(jù)向所述電荷排出部的柵極電極施加的控制脈沖，將所述光電轉(zhuǎn)換器中的累積電荷排出到所述電荷排出部的漏極部，并用于防止所述光電轉(zhuǎn)換器在曝光之后的讀出周期中由于飽和而發(fā)生電荷溢出，所述漏極部被施加有預(yù)定電壓。
14.如權(quán)利要求1 12任一項(xiàng)所述的固體攝像器件，其中，在全部所述多個(gè)單位像素同時(shí)進(jìn)行攝像操作的曝光周期中，所述第一信號(hào)電荷被傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
15.如權(quán)利要求1 12任一項(xiàng)所述的固體攝像器件，還包括像素驅(qū)動(dòng)單元，所述像素驅(qū)動(dòng)單元被配置為，在全部所述多個(gè)單位像素同時(shí)進(jìn)行攝像操作的曝光周期中，所述像素驅(qū)動(dòng)單元能夠?qū)⑺龅谝粋鬏旈T設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，將所述第二傳輸門設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，將所述第一信號(hào)電荷從所述電荷保持區(qū)域傳輸至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，將所述第二傳輸門設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，將所述第一傳輸門設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)并將在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷作為第二信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
16.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件，所述固體攝像器件還包括與由所述多個(gè)單位像素構(gòu)成的像素陣列單元集成在同一半導(dǎo)體基板上的周邊電路，所述周邊電路部包括作為所述像素驅(qū)動(dòng)單元的垂直驅(qū)動(dòng)單元，其通過沿水平方向形成的像素驅(qū)動(dòng)線對(duì)所述單位像素同時(shí)地或者以行為單位地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；列處理單元，其通過沿垂直方向形成的垂直信號(hào)線對(duì)從被選擇行的各個(gè)所述單位像素輸出的信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理，并暫時(shí)保持經(jīng)過該信號(hào)處理之后的像素信號(hào)；水平驅(qū)動(dòng)單元，其依次選擇與所述列處理單元的像素列對(duì)應(yīng)的所述單位像素，使得在所述列處理單元中經(jīng)過信號(hào)處理的像素信號(hào)被依次輸出；以及系統(tǒng)控制單元，其基于由時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)，對(duì)所述垂直驅(qū)動(dòng)單元、所述列處理單元和所述水平驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
17.如權(quán)利要求16所述的固體攝像器件，所述固體攝像器件還包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元至少具有相加處理功能，并對(duì)從所述列處理單元輸出的像素信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。
18.如權(quán)利要求17所述的固體攝像器件，所述固體攝像器件還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元暫時(shí)地存儲(chǔ)由所述信號(hào)處理單元進(jìn)行的信號(hào)處理過程中所使用的數(shù)據(jù)。
19.一種固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，在該方法中驅(qū)動(dòng)多個(gè)單位像素，各個(gè)所述單位像素具有光電轉(zhuǎn)換器、第一傳輸門、電荷保持區(qū)域、第二傳輸門和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，所述光電轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并將該電荷累積在所述光電轉(zhuǎn)換器中，所述第一傳輸門用于傳輸在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷，所述電荷保持區(qū)域用于保持通過所述第一傳輸門從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的電荷，所述第二傳輸門用于傳輸在所述電荷保持區(qū)域中保持的電荷，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域用于保持通過所述第二傳輸門從所述電荷保持區(qū)域傳輸來的電荷以便將電荷讀出為信號(hào)即轉(zhuǎn)換成電壓，所述方法包括如下步驟將在所述光電轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的超過預(yù)定電荷量的電荷作為第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
20.如權(quán)利要求19所述的固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，其中，當(dāng)將所述第一傳輸門處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第一電壓值，將所述第一傳輸門處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第二電壓值，并將所述第一電壓值與所述第二電壓值之間的第三電壓值作為中間電壓時(shí)，將所述第二傳輸門設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，并在所述中間電壓下將所述第一傳輸門驅(qū)動(dòng)一次以上，從而將超過與所述第三電壓值對(duì)應(yīng)的預(yù)定電荷量的電荷作為所述第一信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
21.如權(quán)利要求19所述的固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，其中，當(dāng)將所述第一傳輸門處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第一電壓值，將所述第一傳輸門處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓值作為第二電壓值，并將所述第一電壓值與所述第二電壓值之間的第三電壓值作為中間電壓時(shí)，首先將所述第二傳輸門設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，并在所述中間電壓下將所述第一傳輸門驅(qū)動(dòng)兩次以上，此時(shí)，在所述中間電壓下的第一驅(qū)動(dòng)操作與所述中間電壓下的第二驅(qū)動(dòng)操作之間的周期內(nèi)，將所述第二傳輸門設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)并將所述電荷保持區(qū)域中的累積電荷排出， 所述第一驅(qū)動(dòng)操作是在所述中間電壓下的最后驅(qū)動(dòng)操作，而所述第二驅(qū)動(dòng)操作是位于所述中間電壓下的所述第一驅(qū)動(dòng)操作之前的驅(qū)動(dòng)操作；然后，在所述中間電壓下的所述第一驅(qū)動(dòng)操作時(shí)將所述第一傳輸門驅(qū)動(dòng)，從而將超過與所述第三電壓值對(duì)應(yīng)的所述預(yù)定電荷量的電荷作為所述第一信號(hào)電荷從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
22.如權(quán)利要求19所述的固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，其中，在全部所述多個(gè)單位像素同時(shí)進(jìn)行攝像操作的曝光周期中，將所述第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
23.如權(quán)利要求19至22任一項(xiàng)所述的固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法，在將所述第一信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域的步驟之后，將所述第一傳輸門設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，將所述第二傳輸門設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，并將所述第一信號(hào)電荷從所述電荷保持區(qū)域傳輸至所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域；然后，將所述第二傳輸門設(shè)成非導(dǎo)通狀態(tài)，將所述第一傳輸門設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，并將在所述光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷作為第二信號(hào)電荷傳輸至所述電荷保持區(qū)域。
24.一種具有固體攝像器件的電子裝置，所述固體攝像器件是權(quán)利要求1 18中任一項(xiàng)所述的固體攝像器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了固體攝像器件、固體攝像器件的驅(qū)動(dòng)方法以及電子裝置。所述固體攝像器件包括多個(gè)單位像素且包括中間電荷傳輸單元。各所述單位像素具有用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并累積該電荷的光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸所述光電轉(zhuǎn)換器中的累積電荷的第一傳輸門、用于保持從所述光電轉(zhuǎn)換器傳輸來的電荷的電荷保持區(qū)域、用于傳輸所述電荷保持區(qū)域中所保持的電荷的第二傳輸門和用于保持從所述電荷保持區(qū)域傳輸來的電荷以便將該電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。所述中間電荷傳輸單元被配置為，所述中間電荷傳輸單元能夠?qū)⒃谒龉怆娹D(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的超過預(yù)定電荷量的電荷作為第一信號(hào)電荷傳輸至電荷保持區(qū)域。
文檔編號(hào)H04N5/369GK102209206SQ20111013713
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者大池祐輔 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社