[发明专利]固态图像拾取单元和电子设备

说明书

技术领域

本技术方案涉及固态图像拾取单元。此外，本技术方案涉及包括固态图像拾取单元的电子设备。

背景技术

固态图像拾取单元的示例是CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器，其通过MOS晶体管读取作为光电转换装置的光电二极管的pn结电容中累积的光电荷。

在该CMOS型图像传感器中，读取光电二极管中累积的光电荷的操作在每个像素上或每个行等上执行。因此，不允许光电荷累积在所有像素中的曝光时间段彼此一致，并且在物体运动等情况下，在图像拾取期间发生失真。

因此，执行全局曝光，其中图像拾取在相同的曝光时间在所有的像素上执行。

然后，作为一种实现全局曝光的方法，广泛地采用使用机械遮光装置的机械快门系统。

在机械快门系统中，所有像素中的曝光时间段通过机械地打开和关闭机械快门而彼此一致。然后，在机械快门关闭后顺序读取信号导致光电荷没有充分累积的状态。

然而，在机械快门系统中，机械遮光装置是必须的；因此，小型化很困难。而且，机械驱动速度有其限度；因此，同时性低于电气方法。

而且，也采用全局快门系统，其中所有像素通过电气控制同时驱动而不采用机械快门系统来实现全局曝光。更具体而言，信号电荷在整个像素阵列中的累积通过同时在所有像素行中的像素阵列的光电二极管上执行复位驱动而同时开始。然后，信号电荷在整个像素阵列中的累积通过在所有像素行中对诸如浮置扩散的电荷累积部同时执行转移驱动而同时终止。

应注意，电荷累积部中累积的信号电荷的读取通过行顺次扫描而实现。

在采用全局快门系统的情况下，必须提供遮光膜等在电荷累积部之上。 在顺序读取信号的时间段中光进入电荷累积部时，光作为噪声增加到信号中；因此，遮光膜等提供为防止这一情况的发生。

然而，在提供遮光膜的情况下，减小了光电二极管的开口区域而导致灵敏度降低和饱和灵敏度的降低。而且，因为电荷累积部提供在相对靠近光电二极管的位置，此处光横向进入，所以，在信号读取期间，光可能通过光衍射现象或光散射现象等而泄漏，从而进入累积部，因此导致噪声增加。作为饱和灵敏度降低和噪声增加的结果，导致图像质量下降。

此外，当电荷累积部由硅衬底上形成的浮置扩散层构成时，暗电流容易在硅衬底和氧化物膜之间的界面上由晶体缺陷产生；然而，当电荷保持在浮置扩散层中时，施加到信号电平的暗电流差由读取像素的顺序引起。该暗电流上的差不允许由复位电平的噪声去除消除。

作为解决上述暗电流差不允许去除问题的技术，已经提出了一种构造，其中除了在像素中的浮置扩散层外包括累积电荷的存储部(例如，参见PTL1和PTL 2)。存储部暂时保存光电二极管中累积的光电荷。转移栅极提供为转移光电二极管中累积的光电荷到存储部。

然而，在这样的提供存储部的构造中，还必须遮蔽存储部使其不受光，并且增加了相对于像素面积的遮光面积，而进一步减小了开口面积；因此，导致灵敏度上的进一步降低，并且降低了饱和灵敏度。

另一方面，相对于入射光扩大像素开口面积的装置是背照式固态图像拾取单元。在背照式固态图像拾取单元中，由晶体管和配线等构成的电路形成在与光入射表面(后表面)相反的衬底表面(前表面)上；因此，因为保证了像素在光入射侧的大开口的优点，所以进行小型化是可能的。

难以避免的是，在全局快门功能加到背照式固态图像拾取单元的情况下，为了防止光进入半导体衬底的前表面侧，采用遮光膜形成在光入射侧的构造。在此情况下，在形成大遮光膜时，减小了像素的开口面积，因此导致小型化的困难。

作为消除这样的问题的方式，已经提出了电容器提供在硅衬底之外的构造(例如，参见PTL 3)。然而，在该构造中，电容器产生的暗电流很大；因此，不能获得高图像质量。

此外，已经提出了这样的构造，其中具有高吸收系数的光电转换膜用于背照式固态图像拾取单元的光电转换膜以兼作遮光膜，因此具有全局快门功 能(例如，参见PTL 4)。

在该构造中，通过在衬底的光入射侧提供光电转换膜能够防止进入累积部的光引起污点噪声(smear noise)。

该构造包括暂时保存由光电转换膜产生的电荷的第一累积部和用于在曝光后顺序读取信号的时间段中保存信号的第二累积部。

引用列表

专利文件

PTL 1：日本未审查专利申请(公开的PCT申请的日文翻译)No.2007-503722

PTL 2：日本未审查专利申请公开No.2006-311515

PTL 3：日本未审查专利申请公开No.H4-281681