[发明专利]固态成像装置、其制造方法、其驱动方法和电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态成像装置，更具体地涉及CMOS型固态成像装置、其制造方法、其驱动方法以及使用固态成像装置的电子设备。

背景技术

根据现有技术的一般CMOS固态成像装置使用依次读取生成并累积于布置在二维矩阵形状中每一列中的像素的光接收器中的信号电荷的方法。在此情况下，因为每个像素中的光接收器的曝光定时由读取信号电荷的开始和终止来决定，所以每个像素中的曝光定时不同。为此，当使用这样的CMOS型固态成像装置捕获快速移动物体的图像时，可能产生由捕获物体图像所获得的图像变形的问题。

为了解决这个问题，近来已经提出实现同时累积信号电荷的同时成像功能(全局快门功能)。此外，具有全局快门功能的CMOS型固态成像装置已经广泛使用。

在具有全局快门功能的CMOS型固态成像装置中，光接收器中生成的信号电荷一般存储到直到读取信号电荷时。因此，具有遮光性能的电荷累积器是必需的(例如，日本未审查专利申请公开No.2004-111590)。

下面描述根据现有技术的具有提出的全局快门功能的CMOS型固态成像装置的示例性构造。

(1)已经提出其中在没有提供电荷累积器的情况下使用FD(浮动扩散)部分作为电荷累积器的CMOS型固态成像装置。在此情况下，FD部分和构造成在FD部分和光接收器之际执行输送的读取栅极被遮住光。在具有这样构造的CMOS型固态成像装置中，所有光接收器首先被复位。光接收器通过使用读取栅极和FD部分的方法或形成光接收器的复位栅极和漏极的结构的方法来复位。接着，通过关闭读取栅极来开始光接收，并且 通过在终止光接收的情况下同时执行所述像素的复位FD部分读取信号电荷以及打开栅极来从光接收器输送信号电荷。接着，通过输送并然后读取信号电荷来关闭栅极。接着，累积在FD部分中的信号电荷由像素放大器依次读取并且经由信号线输出到列电路。因为光接收器在读取方法中可以几乎持续地接收后续帧的光，所以读取方法在许多情况下使用，尤其是在捕获视频时。

在上述构造中，因为没有形成单独的电荷累积器并且FD部分用作电荷累积器的功能，所以可以实现更简单的构造。因此，光接收器的光路面积变得更大。在具有这样构造的CMOS型固态成像装置中，FD部分中的漏电流比相同面积的HAD(孔累积二极管)构造(HAD：注册商标)的要大约103-105倍。为此原因，在此构造中产生S/N比的问题。

(2)已经提出其中电荷累积器形成于光接收器和FD部分之间的CMOS型固态成像装置。在此情况下，形成输送栅极以在光接收器和读取栅极之间输送电荷并且形成读取栅极以在电荷累积器和FD部分之间输送电荷。

在具有这样构造的CMOS型固态成像装置中，所有像素的光接收器被同时复位。接着，在关闭输送栅极的状态下，在所有像素的光接收器中执行信号电荷的光电转换和累积。接着，通过同时打开所有像素中的输送栅极，信号电荷从光接收器输送到电荷累积器。在输送信号电荷后，输送栅极被关闭并且终止光接收阶段(或者持续执行后续帧的光接收和信号电荷的累积)。接着，通过依次打开/关闭读取栅极而在FD部分中读取累积在电荷累积器中的信号电荷。

执行累积和输送的CMOS固态成像装置具有其中读取自由度较大和暗电流容易降低的优点。但是，存在这样的缺点，其中空间被限制以保证每个像素中的光接收器的累积容量和存储电容器的累积容量，并且难以保证电荷量。

(3)已经提出具有其中改变输送信号电荷的方法的构造(2)和构造(1)与(2)的中间构造的CMOS型固态成像装置。在此输送方法中，在打开输送栅极过程中，经过光电转换的信号电荷从光接收器输送到电荷累 积器，并且信号电荷累计在电荷累加器中。通过打开/关闭读取栅极而在FD部分中线性读取累积在电荷累积器中的信号电荷。

在此输送方法中，因为在光接收阶段打开输送栅极，存在其中暗电流容易从输送栅极和硅界面下方的绝缘膜发生的缺点。

为了实现根据现有技术的CMOS型固态成像装置，在电荷累加器的遮光性能、电荷累加器的饱和电荷容量(Qs)、光接收器的孔径比、光接收器的Qs(光接收器中的信号电荷的累积型)等方面可能产生问题。

发明内容

期望提供一种具有全局快门功能并且能够降低暗电流和提高S/N比的固态成像装置、其制造方法、其驱动方法以及使用固态成像装置的电子设备。

根据本发明一个实施例的固态成像装置包括：衬底；和衬底电压源，在光接收阶段和非光接收阶段将不同电势施加到衬底。衬底设置有多个像素，每个像素包括：光接收器、存储电容器、暗电流抑制器和浮动扩散部分。