固体摄像装置、用于固体摄像装置的驱动方法和电子设备的制作方法

专利名称：固体摄像装置、用于固体摄像装置的驱动方法和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置、用于该固体摄像装置的驱动方法及装配有该固体摄像 装置的电子设备。
背景技术：
固体摄像装置概略地分类为以电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像 传感器和互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 图像传感器为代表的两种类型的固体摄像装置。这些固体摄像装置广泛地用于数码相机和 数码摄像机等中。近来，从低电源电压和低能耗的观点看，MOS型图像传感器更多地用作被 安装在例如装配有照相机的手机等移动设备中的固体摄像装置。作为在个体像素中实现同时存储的CMOS固体摄像装置，已经提出了一种CMOS固 体摄像装置，它的每个像素都设有存储元件(电容)以确保全局快门(global shutter)成 像。由于CXD固体摄像装置具有垂直移位寄存器并且同时读取全部像素中的电荷，从而能 够实现全局快门成像。在具有垂直移位寄存器以保证全局快门成像的CXD固体摄像装置中，光会泄漏到 垂直移位寄存器中，因而导致拖尾。CXD固体摄像装置可以检测每列的光学黑像素区域(所 谓的光学黑体(optical black, 0PB)区域)处的拖尾。因此，CCD固体摄像装置可以通过 进行用从像素获得的信号减去从光学黑像素区域得到的信号(0ΡΒ数据)的处理来修正拖 尾(例如，参见JP-A-2006-210560(专利文件1))。每个像素都设有存储元件以保证全局快门成像的CMOS固体摄像装置需要应对的 问题是由泄漏到用于保存电荷的存储元件中的光所引起的拖尾的发生以及由于拖尾所引 起的图像质量劣化。由于由泄漏到各像素中的光所引起的信号(拖尾)不会被传输到CMOS 固体摄像装置的光学黑像素区域中，因而对于各像素不能检测到漏光。结果，能够实现全局 快门成像的CMOS固体摄像装置具有这样的问题不能修正由漏光所引起的图像质量劣化。

发明内容
因此，本发明的目的是期望提供一种固体摄像装置以及用于该固体摄像装置的驱 动方法，所述固体摄像装置可以修正由泄漏到能够实现全局快门成像的CMOS固体摄像装 置的存储部中的漏光所引起的信号。本发明的另一目的是期望提供诸如照相机等装配有这种固体摄像装置的电子设 备。
本发明实施例的固体摄像装置具有设置在能够进行全局快门的像素部中的普通像素和漏光修正用像素。所述普通像素至少包括光电转换部和与所述光电转换部相邻的存 储部。所述漏光修正用像素用于修正由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的图像质量劣 化。在本发明上述实施例的固体摄像装置中，与正常信号和漏光信号的合并信号相对 应的电荷被存储在普通像素的存储部中，并且从所述普通像素输出该合并信号。所述漏光 修正用像素仅输出漏光信号。此后，对所述合并信号和所述漏光信号进行减法处理从而得 到正常信号。本发明另一实施例的用于固体摄像装置的驱动方法使用了如下的固体摄像装置， 所述固体摄像装置包括设置在具有多个像素且能够进行全局快门的像素部中的普通像素 和漏光修正用像素。所述普通像素至少包括光电转换部和与所述光电转换部相邻的存储 部。所述漏光修正用像素至少具有光接收区域和与所述光接收区域相邻的存储部。在本发明的上述实施例中，从所述普通像素输出正常信号与由泄漏到所述存储部 中的漏光所引起的漏光信号的合并信号，并且从所述漏光修正用像素仅输出由泄漏到所述 存储部中的漏光所引起的漏光信号；对来自所述普通像素的所述合并信号和来自所述漏光 修正用像素的所述漏光信号进行减法处理，从而修正来自所述普通像素的漏光信号。由于本发明实施例的用于固体摄像装置的驱动方法在随后的信号处理中从普通 像素的正常信号中减去了由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的漏光信号，因而修正了所 述普通像素中的漏光信号。本发明又一实施例的电子设备包括光学系统、固体摄像装置以及对所述固体摄像 装置的输出信号进行处理的信号处理电路。所述固体摄像装置具有设置在能够进行全局快 门的像素部中的普通像素和漏光修正用像素。所述普通像素至少包括光电转换部和与所述 光电转换部相邻的存储部。所述漏光修正用像素用于修正由泄漏到所述存储部中的漏光所 引起的图像质量劣化。此外，所述固体摄像装置具有如下功能对从所述漏光修正用像素得 到的信号和从所述漏光修正用像素周围的所述普通像素得到的信号进行减法处理，从而修 正从所述漏光修正用像素周围的所述普通像素得到的所述信号。由于本发明实施例的电子设备具有设置在所述固体摄像装置的像素部中的漏光 修正用像素，因而可以检测漏光信号。能够通过对该漏光信号与所述普通像素中的正常信 号和漏光信号的合并信号进行减法处理，来修正所述普通像素中的漏光信号。如上所述明显可知的是，本发明实施例的固体摄像装置及用于该固体摄像装置的 驱动方法能够对可以执行全局快门成像的固体摄像装置中由泄漏到存储部中的漏光所引 起的信号进行修正。本发明实施例的装配有这种固体摄像装置的电子设备能够对可以执行全局快门 成像的固体摄像装置中由泄漏到存储部中的漏光所引起的信号进行修正，因而提供了具有 高画质和高质量的电子设备。


图1是示出了适于本发明的CMOS固体摄像装置的一个示例的示意性结构图。图2是示出了适于本发明的单位像素的一个示例的等效电路图。
图3是示出了本发明实施例中像素部的像素布局图形的一个示例的示例性图。图4是示出了本发明第一实施例固体摄像装置的像素部中普通像素的主要部分 的结构图。图5是示出了本发明第一实施例固体摄像装置的像素部中漏光修正用像素的主 要部分的结构图。图6A 图6C是在对用于第一实施例固体摄像装置的驱动方法的说明中所涉及的 普通像素的电位状态图。图7A 图7C是在对用于第一实施例固体摄像装置的驱动方法的说明中所涉及的 漏光修正用像素的电位状态图。图8是示出了本发明第二实施例固体摄像装置的像素部中漏光修正用像素的主 要部分的结构图。图9是示出了本发明第三实施例固体摄像装置 的像素部中漏光修正用像素的主 要部分的结构图。图10是示出了本发明实施例的修正电路的图。图11是本发明第四实施例的电子设备的示意性结构图。
具体实施例方式下面说明本发明的实施方式(以下称作“实施例”)。按照下面的顺序进行说明。1. CMOS固体摄像装置的示意性结构示例2.本发明实施例的基本结构示例3.第一实施例(固体摄像装置的结构示例)4.第二实施例(固体摄像装置的结构示例)5.第三实施例(固体摄像装置的结构示例)6.第四实施例(电子设备的结构示例)1. CMOS固体摄像装置的示意性结构示例图1示出了适于本发明各个实施例的CMOS固体摄像装置的一个示例的示意性结 构。如图1所示，本实施例的固体摄像装置1被配置成包括像素部(被称作摄像区域)3和 周边电路部，上述像素部3具有以二维阵列规则地布置在半导体基板11 (例如硅基板)上 的多个像素2，每个像素2都包括光电转换部。稍后将会说明像素2的电路结构示例。周边电路部被配置成包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输 出电路7和控制电路8。控制电路8接收用于指示操作模式等的输入时钟及数据，并输出例如固体摄像装 置的内部信息等数据。具体地，控制电路8生成使垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水 平驱动电路6等基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟进行工作的时钟信号。然后，控 制电路8将这些信号输入给垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。垂直驱动电路4例如由移位寄存器构成。垂直驱动电路4选择像素驱动行，并向 所选择的像素驱动行提供用于驱动像素的脉冲从而逐行地驱动像素。也就是，垂直驱动电 路4在垂直方向上依次逐行地对像素部3的各像素2进行选择性地扫描，并通过垂直信号 线9将像素信号提供给列信号处理电路5，所述像素信号是根据由每个像素2中作为光电转换元件的例如光电二极管所接收到的光量而产生的。列信号处理电路5例如对应于像素2的各列而被设置着，并且在各像素列中对从 一行像素2输出的信号进行诸如噪声去除等信号处理。也就是，列信号处理电路5进行诸 如用于去除像素2所特有的固定模式噪声的相关双采样(Correlated Double Sampling, CDS)、信号放大和AD (模拟/数字)转换等信号处理。水平选择开关(未图示)被连接在 列信号处理电路5的输出级与水平信号线10之间。
水平驱动电路6例如由移位寄存器构成。水平驱动电路6依次输出水平扫描脉冲 来依次选择列信号处理电路5，并将像素信号从列信号处理电路5输出至水平信号线10。输出电路7对从列信号处理电路5通过水平信号线10依次提供的信号进行信号 处理，并输出该经过处理后的信号。例如，可以是如下的情况仅进行缓冲的情况，或者进行 诸如黑电平调整和列差异修正等各种数字信号处理的情况。输入/输出端子12与外部交 换信号。图2示出了单位像素的结构示例。该电路示例的单位像素2包括作为光电转换部 的例如光电二极管PD、把信号电荷临时存储在光电二极管PD中的存储部13、以及具有多 个MOS晶体管的像素晶体管。像素晶体管包括六个晶体管，即，传输晶体管Trll、读晶体管 Trl2、第一复位晶体管Trl3、放大晶体管Trl4、选择晶体管Trl5和第二复位晶体管Trl6。 像素晶体管可以采用不具有选择晶体管的另一种电路结构。连接在光电二极管PD与存储部13之间的传输晶体管Trll响应于施加到传输晶 体管Trll的传输栅极上的传输脉冲把存储在光电二极管PD(位于源极侧)中的信号电荷 传输给存储部13 (位于漏极侧)。读晶体管Trl2连接在存储部13与浮动扩散部FD之间。 读晶体管Trl2响应于施加到读栅极电极42上的读脉冲把存储在存储部13 (位于源极侧) 中的信号电荷读出至浮动扩散部FD(位于漏极侧)。连接在浮动扩散部FD与电源14之间 的第一复位晶体管Trl3响应于施加到第一复位晶体管Trl3的复位栅极上的第一复位脉冲 把浮动扩散部FD复位成电源电位VDD。放大晶体管Trl4连接在选择晶体管Trl5的漏极与电源14之间，并且它的放大栅 极与浮动扩散部FD连接。选择晶体管Trl5的源极侧与垂直信号线9连接。与读出至浮动 扩散部FD的信号电荷量对应的像素信号通过放大晶体管Trl4和选择晶体管Trl5被输出 给垂直信号线9。此外，第二复位晶体管Trl6作为电子快门，用于把在一定期间内存储到光电二极 管PD中的电荷排出。连接在光电二极管PD与电源14之间的第二复位晶体管Trl6响应于 施加到第二复位晶体管Trl6的复位栅极上的第二复位脉冲把光电二极管PD复位成电源电 位VDD。第二复位晶体管Trl6被配置为所谓的溢出沟道机构(overflow drain mechanism), 其具有用作溢出栅极的复位栅极以及用作溢出漏极的漏极。在曝光期间中，在像素部3中实施全局快门。也就是，当通过向第二复位晶体管 Trie施加第二复位脉冲(被称作快门脉冲)而使其接通时，当前为止存储到全部像素的光 电二极管PD中的电荷被同时排出到溢出漏极。然后，在剩余的曝光期间内生成的信号电荷 被存储到全部像素的光电二极管PD中。当接着进行读出时，全部像素的传输晶体管Trll 同时接通，全部像素的光电二极管PD的信号电荷被同时传输至存储部13。此后，接通一行 像素的读晶体管Trl2，并且逐个像素行地把存储在存储部13中的信号电荷读出至浮动扩散部FD。然后，通过放大晶体管Trl4和选择晶体管Trl5将信号电荷输出到至垂直信号线 9。当读出一行像素的信号电荷时，通过第一复位晶体管Trl3将存储部13中的信号电荷排 出。可以对每行像素的存储部13中的信号电荷或者同时对全部像素的存储部13中的信号 电荷进行复位。通常，对全部像素中的信号电荷同时进行复位。
2.本发明实施例的基本结构示例本发明实施例的固体摄像装置具有用于修正由漏光所引起的图像质量劣化的像 素(以下称作“漏光修正用像素”)，且每对应于多个像素都布置有一个漏光修正用像素。漏 光修正用像素仅输出由漏光所引起的信号(漏光信号；拖尾成分)。本发明实施例的固体 摄像装置用从漏光修正用像素周围的普通像素得到的信号(正常信号和漏光信号的合并 信号)减去由漏光修正用像素得到的信号，由此仅得到正常信号，从而修正了周围的普通 像素的图像质量劣化。也就是，本实施例具有如下功能通过对从漏光修正用像素周围的普 通像素得到的信号与由漏光修正用像素得到的信号进行减法处理，从而修正从周围的普通 像素得到的信号。图3是示出了本发明实施例固体摄像装置的像素布局的一个示例的示意性结构 图。像素部23具有普通像素22，即布置成例如正方形格子图形或拜耳图形的红色、绿色和 蓝色(RGB)像素22R、22G和22B。根据本实施例，在有效像素区域的像素布局图形中，漏光 修正用像素24被布置成在每一组像素25中都设有一个漏光修正用像素24。每一组像素 25中的其他像素都是普通像素22。也就是，在有效像素区域中由普通像素形成的已知一组 像素中，由漏光修正用像素24取代了任意颜色的像素，例如取代了绿色像素22G。此时，在 位于漏光修正用像素24之上的层上形成有绿色滤色器。漏光修正用像素24也可取代红色像素22R或蓝色像素22B。在此情况下，在位于 漏光修正用像素24之上的层上形成有红色滤色器或蓝色滤色器。也可以采用在位于漏光 修正用像素24之上的层上没有形成滤色器的结构。在本示例中，设计了如下的拜耳型像素布局图形在具有以3个像素X3个像素= 9个像素作为一组的各组像素25的中心处，漏光修正用像素24取代了各组像素中的一个绿 色像素。漏光修正用像素24在整个有效像素区域中进行取代的比例是任选的。自然地，减 小该比例能够减少漏光修正用像素24的数量。然而，由于漏光修正用像素24数量的减少 会增大漏光修正用像素24与普通像素22之间的间距，因而在来自漏光修正用像素24的漏 光信号的电平与来自普通像素22的由漏光所引起的漏光信号的电平之间会出现误差。所 以，优选将漏光修正用像素24的比例设定在不会出现上述误差的范围内。尽管是在像素布 局图形是图3所示的正方形格子图形的情况下对漏光修正用像素24进行了布置，但漏光修 正用像素24的上述布置对于其他像素布局图形(如拜耳布局图形)也是有效的。各个普通像素22(22R、22G、22B)都具有例如作为光电转换部的光电二极管PD、存 储元件(以下称作“存储部”)36和浮动扩散部(FD) 37。漏光修正用像素24具有光接收区域54、存储部36和浮动扩散部(FD) 37。3.第一实施例固体摄像装置的结构示例图4和图5示出了本发明第一实施例的固体摄像装置。第一实施例采用了具有图 3所示的像素布局图形的结构。图4示出了普通像素的主要部分沿图3中的A-A线的截面，图5示出了漏光修正用像素的主要部分沿图3中的B-B线的截面。第一实施例的固体摄像装置31具有其中形成有第二导电型(例如，ρ型)半导体 阱区域33的第一导电型(例如，η型)半导体基板72，并具有以图3所示的像素布局图形 布置在P型半导体阱区域33中的普通像素22和漏光修正用像素24。如图4所示，普通 像素22(22R、22G、22B)具有形成在P型半导体阱区域33顶面处 的作为光电转换部的光电二极管PD以及由η型半导体区域形成的存储部36。在P型半导 体阱区域33顶面处形成有浮动扩散部(FD) 37和溢出沟道机构40。溢出沟道机构40被配 置作为第二复位晶体管Trl6。光电二极管PD被配置为埋入型光电二极管，该埋入型光电二极管在用作电荷存 储层的η型半导体区域34的顶面上具有高杂质浓度的P型半导体区域35。该P型半导体区 域35也用作抑制暗电流的区域。存储部36被形成得邻近于光电二极管PD的一端。传输栅 极电极(TRG) 41形成在存储部36与光电二极管PD之间且栅极绝缘膜39介于传输栅极电极 41跟存储部36及光电二极管PD之间，由此形成了传输晶体管Trll。读栅极电极(R0G)42 形成在存储部36与浮动扩散部(FD) 37之间且栅极绝缘膜39介于读栅极电极42跟存储部 36及浮动扩散部37之间，由此形成了读晶体管Trl2。溢出沟道机构40具有由邻近于光电 二极管PD另一端的η型半导体区域形成的溢出漏极区域38。溢出栅极电极(OFG) 43形成 在溢出漏极区域38与光电二极管PD之间且栅极绝缘膜39介于溢出栅极电极43跟溢出漏 极区域38及光电二极管PD之间，由此形成了溢出沟道机构40或第二复位晶体管Trl6。溢 出栅极电极(OFG)43相当于第二复位栅极电极，而溢出漏极区域38相当于复位漏极区域。隔着绝缘膜或防反射膜45在基板表面的顶部处形成有遮光膜46以防止光进入存 储部36或浮动扩散部(FD)37。在图4中，遮光膜46被形成为在除了光电二极管PD上方之 外的区域中覆盖着晶体管Trll、Trl2、Trl6和其他像素晶体管(未图示)。遮光膜46被形 成在绝缘膜45上，并且在除了光电二极管PD上方之外的区域中覆盖着晶体管Trll、Trl2、 Trl6和其他像素晶体管(未图示)。浮动扩散部(FD) 37利用贯穿遮光膜46的接触通道52 与形成在上层处的多层布线层51的所需布线49连接。多层布线层51是通过设置多条布 线49且这些布线之间隔着层间绝缘膜48而形成的。传输栅极电极41同样利用贯穿遮光 膜46的接触通道52与所需布线49连接。读栅极电极42也利用贯穿遮光膜46的接触通 道52与所需布线49连接。尽管未图示，但溢出栅极电极43也利用贯穿遮光膜46的接触 通道52与所需布线49连接。由于构成像素晶体管的其他晶体管，即第一复位晶体管Trl3、放大晶体管Trl4和 选择晶体管Trl5与普通像素的晶体管相似，因而省略对它们的说明。如图5所示，按照与图4所示的普通像素22基本上相同的方式配置漏光修正用像 素24。也就是，在漏光修正用像素24中，在P型半导体阱区域33的顶面处形成了由作为光 电转换部且具有pn结的光电二极管PD形成的光接收区域54。存储部36和由η型半导体 区域形成的浮动扩散部(FD) 37也形成在P型半导体阱区域33的顶面处。此外，溢出沟道 机构40也形成在P型半导体阱区域33的顶面处。该溢出沟道机构40被配置作为第二复 位晶体管Tr 16。光电二极管PD被配置为埋入型光电二极管，该埋入型光电二极管在用作电荷存 储层的η型半导体区域34的顶面上具有高杂质浓度的P型半导体区域35。存储部36被形成得邻近于光电二极管PD的一端。传输栅极电极(TRG) 41形成在存储部36与光电二极管 PD之间且栅极绝缘膜39介于传输栅极电极41跟存储部36及光电二极管PD之间，由此形 成了传输晶体管Trll。读栅极电极(ROG)42形成在存储部36与浮动扩散部(FD)37之间且 栅极绝缘膜39介于读栅极电极42跟存储部36及浮动扩散部37之间，由此形成了读晶体 管Trl2。溢出沟道机构40具有由邻近于光电二极管PD另一端的η型半导体区域形成的溢 出漏极区域38。溢出栅极电极(0FG)43形成在溢出漏极区域38与光电二极管PD之间且栅 极绝缘膜39介于溢出栅极电极43跟溢出漏极区域38及光电二极管PD之间，由此形成了 溢出沟道机构40或第二复位晶体管Trl6。溢出栅极电极(OFG)43相当于第二复位栅极电 极。隔着绝缘膜或防反射膜45在基板表面的顶部处形成有遮光膜46以防止光进入存 储部36或浮动扩散部(FD)37。在图5中，遮光膜46被形成为在除了光电二极管PD上方之 外的区域中覆盖着晶体管Trll、Trl2、Trl6和其他像素晶体管(未图示)。漏光修正用像 素24中的传输晶体管Trll的栅极被设计成常闭的。在本实施例中，省去了用于把传输晶 体管Trll的传输栅极电极41与布线49连接起来的接触通道。另外，可以通过增大传输晶 体管Trll的阈值电压来实现常闭状态。此外，在此情况下，应该通过基板或另一布线49来 使传输栅极电极41按照期望接地。
浮动扩散部(FD) 37利用贯穿遮光膜46的接触通道52与形成在上层处的多层布 线层51的所需布线49连接。读栅极电极42利用贯穿遮光膜46的接触通道52与所需布 线49连接。漏光修正用像素24的溢出栅极电极(OFG)被设计成常开的。根据本实施例，可以 通过减小具有溢出栅极电极43的第二复位晶体管Trl6的阈值电压来实现常开状态。在此 情况下，采用向栅极电极43施加电压的结构或者不向栅极电极43施加电压的结构都是可 以的；而根据理想的垂直结构，是将电压施加到栅极电极43上。理想的垂直结构意味着位 于硅基板上的结构(包括遮光膜46、多层布线层51和接触通道52的垂直结构)对于普通 像素和漏光修正用像素而言尽可能相同。在此情况下，用于漏光修正用像素的栅极电极43 和用于普通像素的栅极电极43具有相同的结构。由于栅极电极(OFG)43与处于相同电位 的全部像素连接以同时对全部像素进行复位，因而电压也被施加到漏光修正用像素的栅极 电极(ore) 43上。换句话说，溢出栅极电极(OFG) 43被设计成常开的从而将光电二极管PD所生成的 全部电荷排出到溢出漏极区域38。尽管未图示，第二复位晶体管Trl6的阈值电压被设定 成与普通像素的阈值电压相等，并且溢出栅极电极43可被配置成通过接触通道52与所需 布线49连接，因而可以向溢出栅极电极43施加用于将溢出栅极电极43设为常开状态的电压。由于构成像素晶体管的其他晶体管，即第一复位晶体管Trl3、放大晶体管Trl4和 选择晶体管Trl5与普通像素的晶体管相似，因而省略对它们的说明。下面参照示出了电位状态的图6A 图7C来说明用于第一实施例的固体摄像装置 的驱动方法。图6A 图6C示出了普通像素的电位状态，图7A 图7C示出了漏光修正用 像素的电位状态。当向第二复位晶体管Trl6的溢出栅极电极(OFG) 43施加复位脉冲时，像素部3中的全部像素22 (22R、22G和22B)进行通过完全排出电荷而实现的全局复位操作。在普通像素22中，当向传输晶体管Trll的传输栅极电极(TRG)41施加传输脉冲 时，全部像素中的信号电荷被同时传输。因此，像素部3中的全部普通像素22进行通过 全 局复位操作以及从全部像素同时进行的传输而实现的全局快门成像。图6A和图7A示出了曝光完成时的电位状态。如图6A所示，在曝光完成之后，在 普通像素22的光电二极管PD中生成了电荷，因而在该光电二极管PD中存储有正常信号电 荷eSl。此外，由在曝光期间内泄漏的漏光所引起的漏光信号电荷eMl被存储到普通像素 22的存储部36中。如图7A所示，在漏光修正用像素24中，第二复位晶体管Trl6被保持为常开，因而 光电二极管PD中的电荷被全部排出到溢出漏极区域38中，因而在光电二极管PD中没有存 储电荷。只有由在曝光期间内泄漏的漏光所引起的漏光信号电荷eMl被存储在漏光修正用 像素24的存储部36中。在曝光时，在光接收区域54中生成的电荷被排出到与漏光修正用 像素24的光接收区域54相邻的第二复位晶体管Trl6的溢出漏极区域38中，而只有漏光 电荷被存储在存储部36中。图6B和图7B示出了在曝光完成之后的传输操作中的电位状态。如图6B所示，在 普通像素22中，将传输晶体管Trll接通以把每个普通像素中的正常信号电荷eSl都传输 给存储部36。结果，在存储部36中，正常信号电荷eSl和漏光信号电荷eMl相加在一起。如图7B所示，在漏光修正用像素24中，传输晶体管Trll被保持为常闭，因而不进 行传输操作。因此，漏光信号电荷eMl被保持为存储在存储部36中。图6C和图7C示出了从全部普通像素22将电荷同时传输之后在电荷保持期间内 的电位状态。“电荷保持期间”是其中一行像素的信号电荷被读出但其他行像素的信号电 荷没有被读出而是处于等待状态的期间。在机械快门处于打开时(在对动态图片等进行成 像的情况下)，或者没有机械快门时，即使在电荷保持期间也有光进入到固体摄像装置中， 因此该光泄漏到存储部36中从而有漏光信号电荷eM2加到漏光信号电荷eMl上。结果，在 普通像素22中，如图6C所示，在存储部36中存储了作为正常信号电荷eSl、漏光信号电荷 eMl及漏光信号电荷eM2之和的信号电荷。在漏光修正用像素24中，如图7C所示，在存储部36中存储了作为漏光信号电荷 eMl及漏光信号电荷eM2之和的漏光信号电荷。普通像素22和漏光修正用像素24中的漏光信号电荷eM2的大小与电荷保持时间 成比例，并且该大小一直增大直到读晶体管Trl2接通并且信号电荷被传输至浮动扩散部 (FD) 37为止。在图3所示的能够全局快门成像的CMOS固体摄像装置中，逐个像素行地将读 晶体管Trl2接通从而进行读出操作。因此，虽然电荷保持时间对于逐个像素行而言是不同 的，但由于漏光修正用像素24和普通像素22的位置彼此靠近因而使电荷保持时间基本上 相同，所以漏光信号电荷eM2的电平变成相互一致。此后，逐行像素地接通读晶体管Trl2，并把存储在存储部36中的合并信号电荷读 出给浮动扩散部(FD)37。然后，对该合并信号电荷进行光电转换，并且普通像素22的正常 信号Si、漏光信号Ml及漏光信号M2的合并信号被输出至垂直信号线9。漏光修正用像素 24的漏光信号Ml及漏光信号M2的合并信号被输出至垂直信号线9。然后，使用位于下一级的减法单元(减法电路)对从漏光修正用像素24得到的漏光信号与含有从普通像素得到的正常信号及漏光信号的信号进行减法处理，从而输出普通 像素的正常信号。也就是，对从漏光修正用像素24得到的漏光信号Ml和M2的合并信号进 行运算处理，并且用从漏光修正用像素24周围的普通像素22得到的正常信号Si、漏光信号 Ml和M2的合并信号减去上述所得到的信号，因而仅输出普通像素22的正常信号Si。显然， 漏光修正用像素24能够检测出进入到与之相邻的普通像素22中的漏光信号M1+M2。上述 减法处理的执行能够修正普通像素22的漏光信号。
在浮动扩散部(FD)37中，电子从与绝缘膜的界面漏出，从而产生暗电流。对于相 邻像素来说浮动扩散部(FD) 37中的暗电流是彼此接近的。因此，对来自漏光修正用像素24 的漏光信号和来自与该漏光修正用像素24相邻的普通像素22的信号执行的减法处理能够 减少普通像素22的浮动扩散部(FD)37中的暗电流。当红色、绿色和蓝色普通像素中由于滤色器不同因而漏光信号量(拖尾量)不相 同时，可以在对来自漏光修正用像素的漏光信号量进行权重信号处理之后再执行减法处理。图10示出了位于下一级处以进行减法处理的修正电路65的一个示例。修正电路 65包括选择电路66、减法电路71、存储电路67、限制电路68、增益控制器69和低通滤波器 (LPF) 70。来自普通像素22中的红色像素22R、绿色像素22G和蓝色像素22B的合并信号 S1+M1+M2以及来自漏光修正用像素24的漏光信号M1+M2被输入给选择电路66。由选择电 路66从这两个输入中选择的一者即来自普通像素22的合并信号被输入给减法电路71，而 来自漏光修正用像素24的漏光信号即上述两个输入中的另一者被输入给存储电路67并存 储在存储电路67中。从存储电路67输出的漏光信号被输入给限制电路68，在此处判定是 否修正该漏光信号。当漏光信号大于预定阈值时，就判定为要对该漏光信号进行修正，并将 该漏光信号输入给增益控制器69。增益控制器69根据输入到选择电路66的漏光信号来 修正该漏光信号的电平。例如，存储在像素的存储部中的漏光信号的电平会根据颜色而不 同。因此，增益控制器69根据例如红色、绿色和蓝色普通像素之中每一者的漏光信号来设 定漏光修正用像素24的修正量或来自漏光修正用像素24的漏光信号的电平权重。接着， 从增益控制器69输出的漏光修正用像素24的漏光信号通过低通滤波器70被输入给减法 电路71。然后，减法电路71对来自红色像素22R、绿色像素22G和蓝色像素22B的信号的 合并信号以及漏光修正用像素24的漏光信号进行减法处理，并输出正常信号。在具有为每个像素都配置的存储部36并能确保全局快门成像的CMOS固体摄像装 置中，第一实施例的固体摄像装置31及驱动方法能够检测由泄漏到存储部36中的漏光所 引起的漏光信号并修正该漏光信号。由泄漏到存储部36中的漏光所引起的漏光信号的示 例包括透过遮光膜46的漏光信号；从基板与遮光膜46之间漏出的漏光信号；由从光电二 极管PD的开口区域漏出的直射光和衍射光所引起的漏光信号；由光电二极管PD表面的P 型半导体区域的电子扩散所引起的漏光信号；以及由作为存储部36的η型半导体区域的外 部的电子扩散所引起的漏光信号。此外，由于本实施例中相邻像素的浮动扩散部(FD) 37的暗电流是彼此接近的，因 而通过信号处理也能够减少浮动扩散部(FD) 37的暗电流。由于漏光修正用像素24和普通像素22被设计成具有相同的结构，因而泄漏到漏 光修正用像素的存储部中的光与泄漏到普通像素的存储部中的光相等。这是因为泄漏到存储部中的光量在换算成电子数时只是几IOe-这样非常小的量，并且十分依赖于垂直周 边结构。4.第二实施例固体摄像装置的结构示例图8示出了本发明实施例的固体摄像装置，特别是第二实施例的漏光修正用像 素。像第一实施例那样，第二实施例采用了具有图3所示的像素布局图形的结构。图8示 出了漏光修正用像素的主要部分沿图3中的B-B线的截面结构。这里，普通像素与第一实 施例中所说明的普通像素相同。
第二实施例的固体摄像装置61具有其中形成有第二导电型(例如，ρ型)半导体 阱区域33的第一导电型(例如，η型)半导体基板72，并具有以图3所示的像素布局图形 布置在P型半导体阱区域33中的普通像素22和漏光修正用像素24。如图8所示，在漏光修正用像素24中形成有形成在P型半导体阱区域33表面上 的光接收区域54、由η型半导体区域形成的存储部36、由η型半导体区域形成的浮动扩散 部(FD) 37、以及溢出沟道机构40。光接收区域54被配置成省去了离子注入的η型半导体 区域34并且没有ρη结。在顶面上只形成有能够抑制暗电流的具有高杂质浓度的P型半导 体区域35。光接收区域54可以被配置成不具有在其内形成的P型半导体区域35。与光接 收区域54相邻的溢出沟道机构40被配置作为第二复位晶体管Trl6。由于存储部36、浮动扩散部(FD) 37和溢出沟道机构40的结构与第一实施例的前 述说明中所描述的那些结构相同，因而对与图4中对应的部分给出了相同的附图标记，以 避免多余的说明。由于传输晶体管Trll、读晶体管Trl2和第二复位晶体管Trl6等的结构 与第一实施例的前述说明中所描述的那些结构相同，因而对与图4中对应的部分给出了相 同的附图标记，以避免多余的说明。下面说明第二实施例的固体摄像装置61的驱动方法。普通像素22(22R、22G、22B) 的电位状态与图6A 图6C所示的第一实施例中普通像素22的电位状态相同。在曝光完 成之后，正常信号电荷eSl存储在光电二极管PD中，并且由漏光所引起的漏光信号电荷eMl 存储在存储部36中(参见图6A)。在传输时，当传输晶体管Trll接通时，全部像素的光电 二极管PD中的正常信号电荷eSl被同时传输至各存储部36中以分别与漏光信号电荷eMl 相加(参见图6B)。此后，在保持着电荷的同时，有光泄漏到存储部36中因而使其增加漏光 信号电荷eM2。如果有光被输入给漏光修正用像素24的光接收区域54，则由于光接收区域54不 具有ρη结，因而其内也不会存储信号电荷。因此，在曝光之后，漏光信号电荷eMl仅存储在 存储部36中。由于垂直驱动电路4的传输晶体管Trll是常闭的，因而即使在传输普通像 素22的正常信号电荷eSl时漏光信号电荷eMl也被保持为存储在漏光修正用像素24的存 储部36中。此后，即使在随后的电荷保持期间内，也有光泄漏到存储部36中从而使其增加 漏光信号电荷eM2。此后，如第一实施例的前述说明中所述的那样逐个像素行地接通读晶体管Trl2， 使普通像素22的合并信号电荷eSl+eMl+eM2被读出到浮动扩散部(FD)37。此外，漏光修 正用像素24的合并漏光信号电荷eMl+eM2被读出到浮动扩散部(FD) 37中。然后，在光电 转换之后从普通像素22的合并信号S1+M1+M2中减去漏光修正用像素24的合并漏光信号M1+M2，从而仅输出普通像素22的正常信号Si。以此方式，漏光修正用像素24能够检测出 输入到相邻的普通像素22中的漏光信号M1+M2。第二实施例的固体摄像装置61及其驱动方法起到了与第一实施例相类似的作 用，使得能够进行全局快门成像的CMOS固体摄像装置可以检测出泄漏到存储部36中的漏 光信号并修正该漏光信号。由于该漏光修正用像素24的光接收区域54不具有pn结，因而 更易于制造出该固体摄像装置。第一实施例需要附加步骤或掩模来改变晶体管特性，而第 二实施例不需要这种附加步骤或掩模。图8中的溢出栅极电极(0FG)43和溢出漏极区域38可以省去。值得注意的是，将 漏光修正用像素24配置成具有与普通像素22尽可能相同的结构是有利的，这是因为可以 对漏光信号(拖尾量)进行准确地检测从而提供该漏光信号与普通像素的漏光信号之间的 正确相关性。
5.第三实施例固体摄像装置的结构示例图9示出了本发明实施例的固体摄像装置，特别是第三实施例的漏光修正用像 素。像第一实施例那样，第三实施例采用了具有图3所示的像素布局图形的结构。图9示 出了漏光修正用像素的主要部分沿图3中的B-B线的截面结构。这里，普通像素与第一实 施例的前述说明中所说明的普通像素相同。第三实施例的固体摄像装置63具有其中形成有第二导电型(例如，ρ型)半导体 阱区域33的第一导电型(例如，η型)半导体基板72，并具有以图3所示的像素布局图形 布置在P型半导体阱区域33中的普通像素22和漏光修正用像素24。如图9所示，在漏光修正用像素24中形成有形成在P型半导体阱区域33表面上的 光接收区域54、由η型半导体区域形成的存储部36、由η型半导体区域形成的浮动扩散部 (FD) 37、以及溢出沟道机构40。光接收区域54被配置为埋入型光电二极管，该埋入型光电 二极管在用作电荷存储层的η型半导体区域34的顶面上形成有高杂质浓度的P型半导体 区域35。像第一实施例那样，溢出沟道机构40被配置作为第二复位晶体管Trl6，并且具有 溢出漏极区域38和溢出栅极电极(OFG) 43，该溢出漏极区域38和该溢出栅极电极(OFG) 43 之间隔着栅极绝缘膜39。光接收区域54的η型半导体区域34与溢出沟道机构40的溢出 漏极区域38连接。在本实施例中，溢出漏极区域38在溢出栅极电极(0FG)43下面呈伸长 状延伸，从而与光接收区域54的η型半导体区域34连接。溢出栅极电极(0FG)43可以施 加接地(GND)电位。由于存储部36、浮动扩散部(FD) 37、传输晶体管Trll和读晶体管Trl2等的结构 与第一实施例的说明中描述的那些结构相同，因而对图4中的对应部分给出相同的附图标 记，避免多余的说明。下面说明用于第三实施例的固体摄像装置63的驱动方法。普通像素22(22R、22G、 22B)的电位状态与图6A 图6C所示的第一实施例的普通像素22的电位状态相同。在曝 光完成之后，正常信号电荷eSl存储在光电二极管PD中，并且由漏光所引起的漏光信号电 荷eMl存储在存储部36中(参见图6A)。在传输时，当传输晶体管Trll接通时，全部像素 的光电二极管PD中的正常信号电荷eSl被同时传输至存储部36中以分别与漏光信号电荷 eMl相加(参见图6B)。此后，在电荷保持的同时，有光泄漏到存储部36中因而使其增加漏光信号电荷eM2。在漏光修正用像素24中，光接收区域54的η型半导体区域34与溢出漏极区域38 连接，从在提供了 η型半导体区域34与溢出漏极区域38之间的常导通状态。因此，尽管在 曝光期间中在具有光电二极管PD结构的光接收区域54中生成了电荷，但所生成的电荷被 排出到溢出漏极区域38中，而没有存储在光接收区域54中。因此，在曝光之后，漏光信号 电荷eMl仅存储在存储部36中。由于漏光修正用像素24的传输晶体管Trll是常闭的，因 而即使在传输普通像素22的正常信号电荷eSl时漏光信号电荷eMl也被保持为存储在漏 光修正用像素24的存储部36中。此后，即使在随后的电荷保持期间内，也有光泄漏到存储 部36中从而使其增加漏光信号电荷eM2此后，如第一实施例的前述说明中所述的那样逐个像素行地接通读晶体管Trl2， 使普通像素22的合并信号电荷eSl+eMl+eM2被读出到浮动扩散部(FD)37。此外，漏光修 正用像素24的合并漏光信号电荷eMl+eM2被读出到浮动扩散部(FD)37中。然后，在光电 转换之后从普通像素22的合并信号S1+M1+M2中减去漏光修正用像素24的合并漏光信号 M1+M2，从而仅输出普通像素22的正常信号Si。以此方式，漏光修正用像素24能够检测出 输入到相邻的普通像素22中的漏光信号M1+M2。尽管在本实施例中有遮光膜46形成在普通像素22和漏光修正用像素24的顶部， 但本发明也能够适于其中普通像素22和漏光修正用像素24不具有遮光膜46的情况。6.第四实施例电子设备的结构示例本发明实施例的固体摄像装置可适用于下面的电子设备例如数码相机和摄像机 等照相机系统；具有摄像功能的便携式电话；以及具有摄像功能的其他设备。图11示出了适用于作为本发明电子设备的一个示例的照相机的第四实施例。第 四实施例的照相机是作为一个示例的能够拍摄静态图像或动态图片的摄像机。本实施例的 照相机81具有固体摄像装置82、将入射光引导至固体摄像装置82的光接收传感器部的光 学系统83、以及快门单元84。照相机81还具有用于驱动固体摄像装置82的驱动电路85， 以及用于处理固体摄像装置82的输出信号的信号处理电路86。上述各实施例的任何一个固体摄像装置都适用于固体摄像装置82。光学系统(光 学透镜)83在固体摄像装置82的摄像面上形成来自被拍摄物的图像光(入射光)的图像。 结果，在给定期间内，信号电荷被存储到固体摄像装置82中。光学系统83可以是具有多个 光学透镜的光学透镜系统。快门单元84对固体摄像装置82的光照射期间和遮光期间进行 控制。驱动电路85提供驱动信号以控制固体摄像装置82的传输操作和快门单元84的开 关操作。根据由驱动电路85提供的驱动信号(时序信号)，进行固体摄像装置82的信号传 输。信号处理电路86进行各种信号处理。经过了信号处理的视频信号被存储在例如存储 器等存储媒介中，或者被输出给监视器。第四实施例的电子设备能够修正固体摄像装置的普通像素中由泄漏到存储部中 的光所引起的漏光信号，并且输出拖尾成分较少的正常信号。因此，本实施例能够提供具有 高画质和高质量的电子设备。例如，本实施例可以提供具有较高画质的照相机。本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利 要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
权利要求
一种固体摄像装置，其包括普通像素，它设置在能够进行全局快门的像素部中，并且至少包括光电转换部和与所述光电转换部相邻的存储部；以及漏光修正用像素，它设置在所述像素部中，用于修正由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的图像质量劣化。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，能够对从所述漏光修正用像素得到的信 号和从所述漏光修正用像素周围的所述普通像素得到的信号进行减法处理，从而修正从所 述漏光修正用像素周围的所述普通像素得到的信号。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，所述普通像素还具有浮动扩散部和对所 述光电转换部中的电荷进行复位的复位部，并且所述漏光修正用像素至少具有光接收区域、与所述光接收区域相邻的存储部、以及浮 动扩散部，并且从所述漏光修正用像素输出的是由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的漏 光信号。
4.如权利要求3所述的固体摄像装置，其中，所述漏光修正用像素包括具有光电转换部的光接收区域；以及对该光接收区域中的电荷进行复位的复位部。
5.如权利要求3所述的固体摄像装置，其中，所述漏光修正用像素包括不具有Pn结的光接收区域；以及对该光接收区域中的电荷进行复位的复位部。
6.如权利要求4所述的固体摄像装置，其中，所述漏光修正用像素的所述复位部具有 与所述光接收区域的电荷存储区域连接的复位漏极区域。
7.如权利要求3所述的固体摄像装置，其中，所述漏光修正用像素包括具有保持为常 闭状态的栅极且位于所述光接收区域与所述存储部之间的晶体管。
8.如权利要求4所述的固体摄像装置，其中，所述漏光修正用像素的所述复位部具有 在曝光时保持为常闭状态的栅极。
9.一种用于固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置包括普通像素，它设置在能够进行全局快门的像素部中，并且至少包括光电转换部和与所 述光电转换部相邻的存储部；以及漏光修正用像素，它设置在所述像素部中，并且至少具有光接收区域和与所述光接收 区域相邻的存储部，所述驱动方法包括如下步骤从所述普通像素输出正常信号与由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的漏光信号的 合并信号，并且从所述漏光修正用像素仅输出由泄漏到所述存储部中的漏光所引起的漏光 信号；以及对来自所述普通像素的所述合并信号和来自所述漏光修正用像素的所述漏光信号进 行减法处理，从而修正来自所述普通像素的漏光信号。
10.如权利要求9所述的驱动方法，其中，在所述漏光修正用像素中，把在所述光接收 区域中生成的电荷排出到与所述光接收区域相邻的复位部中，并且把漏光信号电荷仅存储 在所述存储部中。2 一种电子设备，其包括光学系统；固体摄像装置；以及对所述固体摄像装置的输 出信号进行处理的信号处理电路， 所述固体摄像装置具有普通像素，它设置在能够进行全局快门的像素部中，并且至少包括光电转换部和与所 述光电转换部相邻的存储部；漏光修正用像素，它设置在所述像素部中，用于修正由泄漏到所述存储部中的漏光所 引起的图像质量劣化；以及对从所述漏光修正用像素得到的信号和从所述漏光修正用像素周围的所述普通像素 得到的信号进行减法处理，从而修正从所述漏光修正用像素周围的所述普通像素得到的所 述信号的功能。
全文摘要
本发明公开了固体摄像装置、用于固体摄像装置的驱动方法和电子设备。该固体摄像装置包括普通像素，它设置在能够进行全局快门的像素部中，并且至少包括光电转换部和与光电转换部相邻的存储部；以及漏光修正用像素，它设置在所述像素部中，用于修正由泄漏到存储部中的漏光所引起的图像质量劣化。所述驱动方法包括如下步骤从普通像素输出正常信号与由泄漏到存储部中的漏光所引起的漏光信号的合并信号，并且从漏光修正用像素仅输出由泄漏到存储部中的漏光所引起的漏光信号；以及对来自普通像素的合并信号和来自漏光修正用像素的漏光信号进行减法处理，从而修正来自普通像素的漏光信号。本发明提供了具有高画质和高质量的电子设备。
文档编号H04N5/335GK101964877SQ20101023063
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年7月23日
发明者奥野润 申请人:索尼公司