[发明专利]电荷检测装置及方法、固态成像装置及其驱动方法以及成像装置

说明书

相关申请的参考

本申请包含涉及于2009年2月10日向日本专利局提交的日本 优先专利申请JP 2009-028892中所公开的主题，其全部内容结合于 此作为参考。

技术领域

本发明涉及电荷检测装置和电荷检测方法、固态成像装置和其 驱动方法以及成像装置。更具体地，本发明涉及通过改变晶体管的 阈值电压来检测累积的信号电荷的电荷检测装置和电荷检测方法， 使用电荷检测装置的固态成像装置和其驱动方法，以及使用固态成 像装置的成像装置。

背景技术

可以将固态成像装置大致分成CCD(电荷耦合装置)型图像传 感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器。在固态成 像装置中，当将信号电荷转换成为电压信号时，将FD(浮置扩散)、 FG(浮置栅极)或者BCD(体电荷检测)用于电荷检测装置。

这里，FD因为其结构原因而不能避免由于电荷的热波动 (thermal fluctuation)所导致的KTC噪声。相反，BCD为非破坏 性读取，从而去除了该KTC噪声。

图9为使用相关技术的BCD的固态成像装置的配置的示意图。

这里，在所示的固态成像装置中，形成构成晶体管的环状栅极 101，并且在与栅极之间的中心开口相对应的P型基板102的N型 阱103的表面上形成N⁺型源极区域104。在与栅极101的外围相对 应的N型阱103上形成N⁺型漏极区域105。在源极区域104和漏极 区域105之间形成环状P型沟道区域106，并且在沟道区域106以 下形成环状N⁺型电荷累积区域107(例如，参见JP-A-10-41493)。

在如上所述所构成的固态成像装置中，通过在电荷累积区域 107中所累积的信号电荷来改变晶体管的阈值电压，并改变栅极和 漏极之间的电阻值。因此，可以通过测量源极电势来检测在电荷累 积区域107中所累积的信号电荷。当完成检测时，通过对其施加复 位电压使信号电荷清除到漏极区域105。

发明内容

然而，栅极区域增大，并且在以环形状构成栅极的BCD中降 低了从信号电荷转换成为电压的效率。

因此，期望提供可以实现高转换效率的电荷检测装置和电荷检 测方法、固态成像装置和其驱动方法以及成像装置。

根据本发明的一个实施例，电荷检测装置包括：基板，具有第 一导电型预定区域；第二导电型漏极区域，设置在基板的预定区域 中；第二导电型源极区域，设置在基板的预定区域中；第二导电型 沟道区域，设置在漏极区域和源极区域之间；栅极，经由在沟道区 域上的绝缘膜形成；第二导电型电荷累积区域，设置在基板的预定 区域中并且通过累积作为测量目标的信号电荷来改变具有漏极区 域、源极区域以及栅极的晶体管的阈值电压；第一导电型沟道势垒 (barrier)区域，设置在沟道区域和电荷累积区域之间；以及电荷 清除区域，清除在电荷累积区域中所累积的信号电荷。

根据本发明的另一实施例，电荷累积方法包括以下步骤：在设 置在基板中的第一导电型预定区域中所设置的第二导电型电荷累 积区域中累积信号电荷作为要测量的目标；检测由于在电荷累积区 域中累积信号电荷而在晶体管中出现的阈值电压的改变，其中，晶 体管包括：设置在基板的预定区域中的第二导电型漏极区域、设置 在基板的预定区域中的第二导电型源极区域、以及经由设置在漏极 区域和源极区域之间的第二导电型沟道区域上的绝缘膜而形成的 栅极，其中，将第一导电型沟道势垒区域设置在沟道区域和电荷累 积区域之间；以及将在电荷累积区域中所累积的信号电荷清除到与 漏极区域不同的电荷清除区域。

仍根据本发明的另一实施例，固态成像装置包括：基板，具有 第一导电型预定区域；光电转换元件，设置在基板的预定区域中并 且在响应入射光而产生信号电荷；第二导电型漏极区域，设置在基 板的预定区域中；第二导电型源极区域，设置在基板的预定区域中； 第二导电型沟道区域，设置在漏极区域和源极区域之间；栅极，经 由在沟道区域上的绝缘膜形成；第二导电型电荷累积区域，设置在 基板的预定区域中并且通过累积由光电转换元件所产生的信号电 荷来改变具有漏极区域、源极区域以及栅极的晶体管的阈值电压； 第一导电型沟道势垒区域，设置在沟道区域和电荷累积区域之间； 以及电荷清除区域，清除在电荷累积区域中所累积的信号电荷。