专利名称：固态成像装置的驱动方法以及相机系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及有效地放电累积在大容量的光电换能器中的信号电荷的固态成像装置的驱动方法以及相机系统。
背景技术：
在相关技术中，CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器使用复位晶体管来操作从像素信号中去除噪声的CDS(相关双采样)电路。此外，进行放电累积在光电换能器(例如，光电二极管)中的信号电荷的快门操作，该光电换能器被安排在与读出行(或列，或像素)不同的任意位置上。在如下描述中，将CMOS图像传感器缩写成CIS(CM0S Image Sensor)，将光电二极管缩写成H) (Photo Diode)。并且，在日本专利第4048415号中公开了一般CIS的配置和操作例子。这里，将描述来自相关技术的CISlOO的配置和操作例子。图10是示出来自相关技术的CISlOO的配置例子的电路图。CISlOO包括像素部分101和CDS部分102。像素部分101包括构成PD—光电换能器的4种类型MOS晶体管(转移晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3、和选择晶体管Tr4)、和H)的读出电路。这里，转移晶体管具有的栅极被称为转移栅极，其他晶体管的栅极以相似的方式称呼。并且，像素部分101包括作为浮置扩散区的浮置扩散部分(在下文中，称为FD (Floating Diffusion)部分)。PD生成与接收光量相对应的信号电荷，转移晶体管Trl根据转移脉冲将H)的信号电荷转移到FD部分。复位晶体管Tr2根据接通复位栅极的栅极驱动脉冲，将FD部分的电压定期复位成电源电压Vdd。这个Vdd的电压值是，例如，1.8V或2.7V，当像素尺寸增加时，也可以使用5V0放大晶体管Tr3输出与连接到这个栅极的FD部分的电压起伏相对应的输出信号。选择晶体管Tr4根据选择像素行的选择脉冲，将放大晶体管Tr3的输出信号输出到垂直信号线。垂直信号线被安排在每个像素列中，一端连接到用作成像区域外部的恒流源的负载晶体管Tr5。并且，垂直信号线的另一端连接到安排在成像区域外部的每个像素列中的信号处理电路。这个图像处理电路包括⑶S部分102，通过对安排在成像区域的下一级中的像素信号进行各种信号处理输出成像信号。CDS部分102包括将SHR和SHS用作栅极信号的晶体管Tr6和Tr7，具有Cs和Cr的静电电容的电容器、获取输出信号的电平之间的差值的差分放大器、和安排在差分放大器与水平信号线之间的晶体管Tr8。这个CDS部分102是输出与按时序输入的两个信号之差成正比的信号的电路。这里，将描述CISlOO的操作例子。首先，CISlOO进 行从为任意行(快门行、列、或像素)累积信号电荷开始的快门操作。已经变成快门行的像素部分101同时接通复位栅极和转移栅极，将累积在ro中的所有信号电荷放电到电源漏极。信号电荷得到放电，当再次接通转移电极时，已经变空的ro开始累积信号电荷。之后，当经过了固定时间时，为希望结束信号电荷的累积的任意行进行读取操作。接通选择晶体管的选择栅极，以便选择在进行这种读出操作的行(读出行、列、或像素)上与CDS部分102进行连接的信号线。之后，依次接通复位栅极时输出的信号、和接通转移栅极时输出的信号两者通过接通CDS部分102的SHS栅极和接通CDS部分102的SHR栅极来读出。在这种情况下，当通过在FD部分中累积H)的信号电荷时的定时信号SHS接通晶体管Tr6时，电容器Cs保持输出信号。另一方面，当通过复位FD部分时的定时信号SHR接通晶体管Tr7时，电容器Cr保持像素部分101的输出信号。之后，CDS部分102将接通复位栅极时输出的信号当作噪声电平来对待，将接通转换栅极时输出的信号当作已经叠加的噪声电平来对待。此外，差分放大器比较保持在两个电容器Cs和Cr中的输出信号的电平，取两者之间的差值，并通过晶体管TrS将差值输出到水平信号线。在这种情况下，通过排除从接通复位栅极时输出的信号与接通转移栅极时输出的信号之间的差值中获得的噪声电平，无噪声地获得高质量图像。并且，像显示在JP2001-45383A中那样的结构被认为是与改变信号电荷的累积时段，和读出像素区的任意部分的相关技术的快门操作有关的技术。另外，在JP2006-310932A中公开了来自相关技术的CIS的配置的概况。
发明内容
近年来，包括CIS的像素的小型化受到增加像素数量的推动，并且已经作了改进，以便在提高分辨率的同时实现低功耗。但是，由于包括在小型化像素中的ro的面积减小，PD累积的信号电荷的电量与相关技术相比将减少。此外，当累积在ro中的电量减少时，产生像CIS输出的信号的动态范围减小那样的现象，该现象变成CIS的特性恶化的因素。于是，对于小型化像素，也可以考虑在信号电荷变空的状态下深度设置ro的电势，以便容易增加PC累积的电量。`图11示出了像素部分101的横截面显示例子、和电势的例子。图1lA示出了显示在横截面中的像素部分101的PD、转移栅极、FD部分、复位栅极、和电源电压Vdd的例子。图1lB示出了像素部分101的电势的例子。当通过如图1lB所示加深ro的电势增加累积的信号电荷的容量时，信号电荷处在空状态下的ro与FD部分之间的电势差Pl将减小。并且，当像素部分101的转移栅极被接通时，转移栅极与FD部分之间的电势差P2也将变小。这里，如果变成快门行的像素部分101的转移栅极和复位栅极同时被接通，则FD部分的电势将固定在接近Vdd的数值(为了方便起见，在如下描述中就称为“Vdd”)上。这里，即使信号电荷的累积时段之前累积在ro中的大量信号电荷被转移到FD部分，FD部分的电势也没有变化。但是，当进一步使像素小型化时，在信号电荷变空的状态下ro的电势将变深，PD的电势将接近Vdd的电势，认为不能从ro转移的信号电荷有点保留在ro中。并且，当转移栅极从接通变成断开时，发生FD部分中的信号电荷通过转移栅极流回到ro的现象，信号电荷不可能完全从]3D中放电。
当在发生信号电荷流回到ro的现象的状态下CIS输出的视频图像输出到监视器等时，存在在显示的视频中产生余像的情况。并且，还存在由在信号输出期间由于流回到ro的信号电荷的电量变化引起的偏移在视频图像中造成点缺陷的情况。通过提升电源电压Vdd或FD部分的复位电源加深电源电压的电势被认为是对付这些问题的措施。但是，为了提升电源电压，可能有必要提高晶体管的氧化膜的电阻性能和增加包含在CIS中的布线，这将增加制造期间的工艺数量，成为小型化的负面效应。本公开就是考虑到这样的状况进行的，需要的是即使在ro由于像素的小型化而具有大容量的情况下，也有效放电累积在ro中的信号电荷。按照本公开的一个实施例，提供了驱动固态成像装置的方法，所述固态成像装置包括含有在半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分、和控制所述成像像素部分的外围电路部分。所述成像像素部分的每个像素含有产生与接收光量相对应的信号电荷的光电换能器、将所述光电换能器产生的信号电荷转移到浮置扩散部分的转移栅极、将与包括在选择部分选择的像素行中的所述浮置扩散部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大部分、和使所述浮置扩散部分的电压复位的复位部分。所述驱动固态成像装置的方法包括在断开所述选择部分的同时开始为所述光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通所述转移栅极和接通所述复位部分，从所述光电换能器中放电信号电荷；在接在所述第一定时之后的第二定时，通过接通所述转移栅极和断开所述复位部分，使所述浮置扩散部分升压；以及在所述转移栅极接通的状态下，由所述外围电路部分取入输出到输出信号线的电信号，并从取入信号中生成像素信号。按照本公开的实施例，通过在所述转移栅极与所述FD部分之间生成的耦合电容，可以无需使电源电压变成高压地使所述FD部分升压。于是，在使光电换能器的电势变深的情况下，可以使累积在所述光电换能器中的信号电荷放电到所述FD部分，并且可以使所述光电换能器具有大容量。
图1是示出本公开第一实施例中的固态成像装置的整体配置例子的示意性平面图；图2是示出本公开第一实施例中的成像像素部分的快门行、读出行和累积时段的例子的说明图；图3是本公开第一实施例中的成像像素部分的驱动模式的示意图；图4是示出本公开第一实施例中的像素部分的示范性横截面显示和电势的例子的说明图；图5是示出本公开第二实施例中的成像像素部分的快门行和读出行的例子的说明图；图6是本公开第二实施例中的成像像素部分的驱动模式的示意图；图7是本公开第二实施例的第一修改例中的成像像素部分的驱动模式的示意图；图8是本公开第二实施例的第二修改例中的成像像素部分的驱动模式的示意图；图9是示出本公开第一和第二实施例的修改例中的摄像机的内部配置例子的框图10是示出来自相关技术的CIS的配置例子的电路图；以及图11是示出来自相关技术的像素部分的示范性横截面显示和电势的例子的说明图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图详细说明本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同标号表示，从而省略对这些结构元件的重复说明。在下文中，将描述实施本公开的方式(在下文中，叫做实施例)。注意，该描述将按如下次序作出:1.第一实施例(来自ro的信号电荷的放电控制:进行放电操作两次的例子)2-1.第二实施例(来自ro的信号电荷的放电控制:进行放电操作三次的例子)2-2.第二实施例的第一修改例(接通第三快门行三次或更多次的例子)2-3.第二实施例的第二修改例(通过所有快门行进行放电操作两次的例子)3.应用例子(将固态成像装置应用于摄像机的例子)4.修改例〈1.第一实施例>[进行放电操作两·次的例子]在下文中，将参考图1-4描述本公开的第一实施例。在本实施例中,将描述应用于MOS传感器型固态成像装置的例子。图1是示出固态成像装置10的整体配置例子的示意性平面图。固态成像装置10包括含有在未显示在图中的半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分2、和控制成像像素部分2的外围电路部分。恒流部分1、CDS部分3、V选择部分4、定时发生器5、水平信号线6、H选择部分7、和输出部分8都包括在外围电路部分中。恒流部分I为成像像素部分2的每个像素列供应恒定电流。成像像素部分2由显示在图10中的上述CISlOO构成，含有排列成二维矩阵的多个像素部分101。此外，CISlOO还包括在成像像素部分2的每个像素中产生与接收光量相对应的信号电荷的H)、和将ro产生的信号电荷转移到FD部分的转移晶体管(转移部分)。并且，CISlOO还含有包括在选择晶体管Tr4 (选择部分)选择的像素行中、将与包括在选择晶体管Tr4 (选择部分)选择的像素行中的FD部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大晶体管Tr3、和使FD部分的电压复位的复位晶体管Tr2 (复位部分)。注意，如下描述将通过适当使用显示在图10中的标号来描述。并且，由V选择部分4沿着垂直方向在水平线(像素行)单元中依次选择成像像素部分2的每个像素。此外，由按照从定时发生器5接收的各种脉冲信号控制的每个像素的MOS晶体管通过垂直信号线为每个像素列将每个像素信号读出到CDS部分3。注意，定时发生器5也将各种定时信号供应给除了成像像素部分2的每个像素之外的其他每个部分。⑶S部分3包括成像像素部分2的每个像素列中的显示在图10中的上述CDS部分102，为从成像像素部分2的每个像素列中读出的像素信号进行CDS处理，并通过水平信号线6将像素信号输出到输出部分8。在这种情况下，外部电路部分取入转移栅极将H)产生的信号电荷转移到FD部分时的信号电平、和在转移接通的状态下，复位部分使FD部分复位时的信号电平两者。然后，输出按照这个值差的像素信号。H选择部分7沿着水平方向选择⑶S部分输出的像素信号，并将这些像素信号输出到水平信号线6。通过对从⑶S部分102输入的像素信号进行诸如自动增益控制(AGC)、模拟/数字(A/D)转换、和放大的处理输出视频信号处理电路的每个电路都包括在输出部分8中。输出部分8将从水平信号线6发送的像素信号输出到半导体基板的外部端子。注意，虽然这样的配置本身基本上与相关技术的相同，但本公开的实施例包括下文将描述的驱动方法。图2是示出成像像素部分2的快门行、读出行和累积时段的例子的说明图。快门行和读出行被分别逐行安排在成像像素部分2中。在快门行中使H)的信号电荷复位，在读出行中从ro放电信号电荷。快门行和读出行在空出恒定间隔的同时沿着图中的扫描方向移动。然后，在为某个行设置了快门行之后，直到设置了读出行的地方的期间变成累积在ro中的信号电荷的累积时段。在按照第一实施例的成像像素部分2的快门行中，由成像像素部分2在断开选择晶体管Tr4的同时进行如下操作。也就是说，在开始为H)累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通转移栅极和接通复位晶体管Tr2从H)放电信号电荷。接着，在接在第一定时之后的第二定时，通过接通转移栅极和断开复位晶体管Tr2，使FD部分升压。然后，由外围电路部分取入在转移栅极接通的状态下输出到输出信号线的电信号，并从这个取入信号中生成像素信号。在下文中，将描述成像像素部分2的详细操作例子。这里，将参考图3和4描述第一和第二定时H)周围的电势。
图3示出了按照第一实施例的成像像素部分2的驱动模式的示意图。图3A-3C示出了快门行中的驱动模式的例子，图3D-3F示出了读出行中的驱动模式的例子，以及图3G和3H示出了 CDS部分3中的驱动模式的例子。图4示出了按照第一实施例的像素部分101的示范性横截面显示和电势的例子。图4A示出了显示在横截面中的像素部分101的H)、转移栅极、FD部分、复位栅极、和电源电压Vdd的例子。图4B示出了第一定时的像素部分101的电势的例子，以及图4C示出了第二定时的像素部分101的电势的例子。在图3中，在定时O上断开快门行和读出行的像素部分101和⑶S部分102。注意，在快门行中选择晶体管Tr4将继续断开。接着，当在定时I上接通读出行的选择晶体管Tr4时，读出行的像素部分101的放大晶体管Tr3与垂直信号线连接。然后，由负载晶体管Tr5决定的恒定电流沿着从Vdd(电源电压端子)到放大晶体管Tr3，到垂直信号线，再到负载晶体管Tr5的路线流动。由于放大晶体管Tr3和负载晶体管Tr5构成源极跟随器，也就是说，与FD部分的电压相对应的电压将出现在垂直信号线中。这种情况继续到读出行的选择晶体管Tr4被接通。接着，在定时2上发送给复位晶体管Tr2的栅极驱动脉冲接通复位栅极，使快门行和读出行的FD部分复位。这个定时2被叫做“第一定时”。第一定时的电势如图4B所示变化。在这种情况下，快门行中的转移晶体管Trl被接通，以及快门行中的复位晶体管Tr2和读出行中的复位晶体管Tr2两者都被接通。
也就是说，在第一定时，在快门行中同时接通转移栅极和复位栅极(图3A和3B)。这样，开始快门操作之前收集的ro的信号电荷通过FD部分放电到电源电压Vdd。这里，如图4B所示，在第一定时，通过复位栅极将FD部分的电势固定在电源电压Vdd上。于是，即使在快门操作之前在H)中临时收集了大量信号电荷，也可以允许保证在来自ro的信号电荷上FD部分的电势变浅的电势差。但是，当ro的信号电荷接近变空状态，以及ro的电势变深时，PD与FD部分之间的电势差变小。于是，在正好在定时2之后的定时3上，再次接通快门行中的转移晶体管Trl。这个定时3叫做“第二定时”。在第二定时，通过接通转移晶体管Trl的转移栅极和断开复位晶体管Tr2的复位栅极放电来自H)的信号电荷。在这种情况下，FD部分变成隔绝结构，处在电势不固定的浮置状态下。然后，如图4C所示，通过转移栅极与FD部分之间的耦合电容将FD部分设置成比Vdd深的电势。另外，在第二定时，与FD部分的电势相对应的电压(复位电平)出现在垂直信号线中。于是，在定时4上通过输入SHS脉冲保持⑶S部分102的电容器Cs的电压。接着，在定时5上，将读出行中的H)的信号电荷发送到FD部分。在这种情况下，FD部分的电势与信号电荷成比例地移动到负侧。然后，由于与FD部分的电势相对应的电压(信号电平)出现在垂直信号线中，所以通过输入SHR脉冲保持⑶S部分102的电容器Cr的电压。⑶S部分102的差分放大器输出与电容器Cs和Cr的每一个中的信号电平和复位电势之差成比例的电压。之后，在定时7上断开读出行的选择晶体管Tr4，并将放大晶体管Tr3与垂直信号线分开。之后，通过来自选择部分7的晶体管Tr8的控制，将⑶S部分102的差分放大器的输出读出到水平信号线。
通过如图4B所示第一定时的操作，在ro中收集的大部分信号电荷已经放电，ro几乎是空的。但是，通过使用转移栅极与FD部分之间的耦合电容加深ro的电势，在第二定时放电在ro中少量收集的信号电荷。这样，对于电源电压无需伴随高压地保证了 ro与FD部分之间的电势差。并且，可以防止信号电荷保留在ro中，以及当转移栅极被断开时，可以防止信号电荷流回到ro。并且，通过将第一定时(转移栅极接通，复位栅极接通)上信号电荷的转移与第二定时(转移栅极接通，复位栅极断开)上信号电荷的转移之间的间隔分开I微秒或更长，可以有效减少转移的扩散。虽然使其变成I微秒的这个间隔是经验值，但可以通过实验确认使转移栅极的接口顺序达到稳定所需的长度。这样第一和第二定时之间的间隔的排空取决于如下原因。也就是说，当在第一定时转移信号电荷时，存在不能充分保证ro与FD部分之间的电势差的情况，不能达到通过耦合电容提升FD部分的电压的效果。在这种情况下，通过接口电平捕获在转移栅极下进入的信号电荷，和通过设置第二定时保证ro与FD部分之间的足够电势差，以便抑制放电引起的扩散的影响。对于按照上述第一实施例的成像像素部分2，在不使用耦合电容地通过固定Vdd放电信号电荷的情况下，以及在不能通过改变FD部分从ro转移的信号电荷通过使用耦合电容放电的情况下，进行两阶段放电处理。这里，在第一定时事先放电大量信号电荷，以便在进行快门操作之前在ro中存在大量信号电荷的情况下改变FD部分的电势，此后在第二定时驱动快门。在这种情况下，使FD部分保持在浮置状态下，驱动快门以便使用转移栅极与FD部分之间的电容耦合提升FD部分的电势。于是，在H)与FD部分之间形成足够电势差，以及使累积在H)中的少量信号电荷也放电到FD部分。并且，由于ro可以保证足够电势，所以即使对于小型化像素部分101，也可以使ro具有累积大量信号电荷的大容量。可以改进像在快门操作期间将信号电荷从FD部分吸引到ro，和无法将累积在ro中的信号电荷转移到FD部分的缺陷。并且，通过进行使用转移栅极与FD部分的耦合电容的FD部分的提升，可以无需提高电源电压地提升FD部分的电势，以便使牵涉到小型化的ro的容量较大。<2-1.第二实施例 >[进行放电操作三次的例子]接着，参考图5和6描述本公开的第二实施例。在本实施例中，将描述通过控制接通多个相邻快门行中的转移栅极的定时从ro放电信号电荷的例子。在如下描述中，将相同标号附在与上面通过第一实施例已经描述过的图1的那些相对应的部分上，并省略对这些部分的详细描述。在使用多个相继快门行从ro放电信号电荷的情况下，按照第二实施例的成像像素部分2具有与除了最后行之外的其他快门行的定时不同的至少接通最后行的转移栅极的定时。在这种情况下，在第一定时，为除了最后行之外的其他快门行接通转移栅极和接通复位晶体管Tr2，以及为最后快门行断开转移栅极和接通复位晶体管Tr2。然后，在第二定时，通过为除了最后行之外的其他快门行断开转移栅极和断开复位晶体管Tr2，以及为最后快门行接通转移栅极和断开复位晶体管Tr2，从每个快门行的H)放电信号电荷。这种情况的成像像素部分2的详细操作例子将参考图5和6来描述。图5是示出成像 像素部分2的快门行和读出行的例子的说明图。成像像素部分2设置相继第I到第3行、变成累积时段的行、和读出行。第三快门行和读出行在空出恒定间隔的同时沿着扫描方向移动。此外，第三快门行之后直到输入读出行时的期间变成信号电荷的累积时段。图6示出了按照第二实施例的成像像素部分2的驱动模式的示意图。图6A-6C示出了第一快门行中的驱动模式的例子，6D-6F示出了第二快门行中的驱动模式的例子，以及6G-6I示出了第三快门行中的驱动模式的例子。此外，6J-6L示出了读出门行中的驱动模式的例子，以及图6M和6N示出了 CDS部分102中的驱动模式的例子。如图5所示，在成像像素部分2中作为例子设置了三个相继快门行。这里，如日本专利第4243870号所述，通过使两个或更多个相邻列成为成像像素部分2中的一个群体，在信号电荷的累积之前在以群体为单位进行不必要信号电荷的放电，并且进一步以群体为单位放电信号电荷。这种固态成像装置通过将预快门脉冲应用于下一个群体中，属于至少与前一个群体相邻的I行或列的像素，在前一个群体的读出定时之前，进行累积在该像素中的不必要电荷的放电。但是，当在开始快门操作时在H)中累积了大量信号电荷时，存在FD部分的电势随PD的信号电荷转移而改变，以及可能无法充分保证ro与FD部分之间的电势差的情况。于是，按照第二实施例的成像像素部分2进行如下操作。也就是说，在显示在定时2中的第一定时，接通从作为初始快门行的第一快门行到作为正好在最后快门行之前的行的第二快门行的转移栅极，并在接通复位栅极的状态下放电ro的信号电荷。在这种情况下，通过保持作为最后快门行的第三快门行只接通复位栅极的状态放电累积在ro中的大量信号电荷。之后，当通过快门操作将信号电荷从H)放电到FD部分时，断开复位栅极，并设置接通转移栅极的期间。于是，在显示在定时3中的第二定时，接通开始最后累积信号电荷的最后快门行的转移栅极，并在断开复位栅极的状态下放电来自ro的信号电荷。这样，可以以与上述第一实施例相同的方式从ro放电几乎所有信号电荷。在这种情况下，可以让快门行的FD部分处在浮置状态下，以及通过转移栅极与FD部分之间的耦合电容将FD部分提升到比Vdd深的电势。对于上述第二实施例中的成像像素部分2，设置相继快门行1-3。然后，在第一定时，接通从初始快门行到作为正好在最后快门行之前的行的第二快门行的转移栅极，并在接通复位栅极的状态下放电ro的信号电荷。之后，在第二定时，接通第三快门行中的转移栅极，并断开其他快门行的转移栅极和复位栅极。这样，通过控制多个快门行的转移栅极的接通或断开，可以肯定地放电累积在ro中的信号电荷。此外，对于电源电压可以无需伴随高压地在快门操作期间保证ro与FD部分之间的电势差。〈2-2.第二实施例的第一修改例〉[接通第三快门行三次或更多次的例子]注意，在上述第二实施例中的成像像素部分2中，虽然在第二定时接通第三快门行的转移栅极，但在接在第二定时之后的第三定时也可能接通第三快门行的转移栅极。于是，在按照第二实施例的第一修改例的成像像素部分2中，在第一定时，为多个快门行接通转移栅极和接通复位晶体管Tr2。接着，在第二定时，为除了最后行之外的其他快门行断开转移栅极和断开复位晶体管Tr2，以及为最后快门行接通转移栅极和断开复位晶体管Tr2。然后，在接在第二定时之后的定时，通过至少一次地接通转移栅极和断开复位晶体管Tr2，从每个快门行的H)放电信号电荷。这种情况的成像像素部分2的详细驱动模式将参考图7来描述。图7示出了成像像素部分2的驱动模式的示意图。虽然显示在图7中的成像像素部分2的驱动模式几乎与显示在图6中的上述驱动模式相同，但接通用作最后行的第三快门行中的转移栅极的定时不同。这里，除了第一和第二定时之外，在新设置的第三定时接通第三快门行中的转移栅极。在第二和第三定时期间，其他快门行中的转移晶体管Trl、复位晶体管Tr2、和选择晶体管Tr4都断开。这样，通过在第三快门行中相继接通转移栅极三次，可以肯定地放电累积在H)中的信号电荷。〈2-3.第二实施例的第二修改例〉[在所有快门行中进行放电操作两次的例子]进一步，在上述第二实施例中的成像像素部分2中，虽然只在第二定时接通第三快门行的转移栅极，但也可以在第一和第二定时相继接通第一到第三快门行的转移栅极。于是，在按照第二实施例的第二修改例的成像像素部分2中，在第一定时，为所有快门行接通转移栅极和接通复位晶体管Tr2。在第二定时，通过为所有快门行接通转移栅极和断开复位晶体管Tr2，从每个快门行的H)放 电信号电荷。这种情况的成像像素部分2的详细驱动模式将参考图8来描述。
图8示出了成像像素部分2的驱动模式的示意图。虽然显示在图8中的成像像素部分2的驱动模式几乎与显示在图6中的上述驱动模式相同，但存在在接在第一定时之后的第二定时在所有快门行(第一到第三快门行)中接通转移栅极的差异点。在这种情况下，在不使用耦合电容地通过固定Vdd放电信号电荷的情况下，以及在不能通过改变FD部分从ro转移的信号电荷通过使用耦合电容放电的情况下，在第一到第三快门行中进行两阶段放电处理。于是，在ro与FD部分之间形成足够电势差，以及使累积在ro中的少量信号电荷也放电到FD部分。于是，在第一和第二定时，通过在第一到第三快门行中相继接通转移栅极两次可以肯定地放电累积在ro中的信号电荷。〈应用例子〉[将固态成像装置应用于摄像机的例子]针对上述的各种实施例和修改例可以应用Cu-Cu键合技术的固态成像装置可以应用于像数字相机、摄像机等的相机系统、具有成像功能的移动电话、或包括成像功能的其他装置那样的电子装置。在这种应用例子中，例如，相机系统被描述成电子装置的示范性配置。图9示出了按照应用例子的相机11的示意性配置。注意，显示在图9中的相机11是可以拍摄静止图像或运动图像的摄像机的配置例子。相机11包括固态成像装置10、包括将入射光引导到固态成像装置10的光接收传感器部分的光学透镜的光学系统12、安排在固态成像装置10与光学系统12之间的快门设备13、和驱动固态成像装置10的驱动电路15。另外，相机11还包括处理固态成像装置10的输出信号的信号处理电路14。固态成像装置10是使用Cu-Cu键合技术制造的。其他部分每一个的配置和功能如下。光学系统12形成从被摄物体到固态成像装置10的成像表面(在图中未示出)的图像光(入射光)。这样，在固态成像装置10中在固定期间内累积信号电荷。注意，光学系统10可以由包括多个光学透镜的光学透镜组构成。并且，快门设备13控制固态成像装置10的入射光的光照期和遮光期。驱动电路15将驱动信号供应给固态成像装置10和快门设备13。此外，驱动电路15按照供应的驱动信号，控制对固态成像装置10的信号处理电路14的信号输出操作、和快门设备13的快门操作。也就是说，在本例中，按照驱动电路15供应的驱动信号(定时信号)，进行从固态成像装置10到信号处理电路14的信号传送操作。驱动电路15在快门操作期间，对按照上述第一和第二实施例、和第二实施例的第一修改例的固态成像装置10进行控制转移栅极和复位栅极的接通或断开的处理。信号处理电路14将各种信号处理应用于从固态成像装置10传送的信号。此外，将已经应用了各种信号处理的信号(视频信号)存储在像存储器那样的存储媒体(在图中未示出)中，或输出到监视器(在图中未示出)。〈4.修改例〉
注意，第二实施例的上述第一和第二修改例控制第一到第三快门行的三个相继行的快门操作。但是，快门操作可以通过两个相继快门行或不止三个相继快门行来控制。并且，不仅可以设置两个或三个相继时间的定时，而且可以设置四个或更多个时间的定时，这也与第一实施例中定时的设置相同。并且，固态成像装置的上述驱动方法可以应用于CCD成像器，以及CMOS传感器的电路配置可以应用CXD成像器的电路配置。并且，在上述实施例中，虽然假设像素部分101的晶体管是NM0S，但如果切换电压的极性，它们也与PMOS相同。并且，光电换能器可以不是光电二极管，而可以是，例如，光电门。并且，在上述实施例中，虽然从垂直信号线中的像素输出电压，但输出信号线也可以是沿着水平方向的线，以及输出信号可以是电流信号。并且，像上述那样由四个晶体管构成的系统不局限于像素结构。并且，虽然⑶S电路是下一级上的信号处理电路的例子，但也可以是，例如，具有CDS作用的A/D转换器。并且，作为简单保持复位电平和信号电平的电路，可以使CDS采用放置在进一步随后级中的配置。这样，本公开不局限于上述实施例，不用说，只要它们不偏离上述本公开的内容，可以提供各种应用例子和修改例。本领域的普通技术人员应该明白，只要在所附权利要求书或其等效物的范围之内，视设计要求和其它因素而定，可以想到各种各样的修改、组合、分组合和变更。另外，本技术也可以按如下构成。
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(1) 一种驱动固态成像装置的方法，所述固态成像装置包括:含有在半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分；以及控制所述成像像素部分的外围电路部分，其中所述成像像素部分的每个像素含有:产生与接收光量相对应的信号电荷的光电换能器；将所述光电换能器产生的信号电荷转移到浮置扩散部分的转移部分；将与包括在选择部分选择的像素行中的所述浮置扩散部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大部分；以及使所述浮置扩散部分的电压复位的复位部分，所述驱动固态成像装置的方法包括:在断开所述选择部分的同时开始为所述光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通所述转移部分和接通所述复位部分，从所述光电换能器中放电信号电荷；在接在所述第一定时之后的第二定时，通过接通所述转移部分和断开所述复位部分，使所述浮置扩散部分升压；以及在所述转移部分接通的状态下，由所述外围电路部分取入输出到输出信号线的电信号，并从取入信号中生成像素信号。(2)按照(I)所述的驱动固态成像装置的方法，其中，当使用多个连续快门行从所述光电换能器放电信号电荷时，至少接通最后行的转移部分的定时不同于除了最后行之外的其他快门行的定时。(3)按照(I)或(2)所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括:在第一定时，为除了最后行之外的其他快门行接通转移部分和接通复位部分，以及为最后快门行断开转移部分和接通复位部分；以及
在第二定时，通过为除了最后行之外的其他快门行断开转移部分和断开复位部分，以及为最后快门行接通转移部分和断开复位部分，从每个快门行的光电换能器放电信号电荷。(4)按照(I)到(3)的任何一项所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括:在第一定时，为多个快门行接通转移部分和接通复位部分；在第二定时，为除了最后行之外的其他快门行断开转移部分和断开复位部分，以及为最后快门行接通转移部分和断开复位部分；以及在接在第二定时之后的定时，通过至少一次地接通转移部分和断开复位部分，从每个快门行的光电换能器放电信号电荷。(5)按照(I)到(3)的任何一项所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括:在第一定时， 为所有快门行接通转移部分和接通复位部分；以及在第二定时，为所有快门行接通转移部分和断开复位部分。(6)按照(I)到(5)的任何一项所述的驱动固态成像装置的方法，其中第一和第二定时之间的间隔是I微秒或更长。(7) 一种相机系统,其包括:固态成像装置，其包括:含有在半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分；以及控制所述成像像素部分的外围电路部分，其中所述成像像素部分的每个像素含有:产生与接收光量相对应的信号电荷的光电换能器；将所述光电换能器产生的信号电荷转移到浮置扩散部分的转移部分；将与包括在选择部分选择的像素行中的所述浮置扩散部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大部分；以及使所述浮置扩散部分的电压复位的复位部分；以及驱动电路，用于在断开所述选择部分的同时开始为所述光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通所述转移部分和接通所述复位部分，从所述光电换能器中放电信号电荷，以及在接在所述第一定时之后的第二定时，通过接通所述转移部分和断开所述复位部分，使所述浮置扩散部分升压，其中，在所述转移部分接通的状态下，所述固态成像装置通过所述外围电路部分取入输出到输出信号线的电信号，并从取入信号中生成像素信号。本公开包含与公开在2012年2月14日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-029430中的主题有关的主题，特此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1.一种驱动固态成像装置的方法，所述固态成像装置包括: 含有在半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分；以及 控制所述成像像素部分的外围电路部分， 其中所述成像像素部分的每个像素含有 产生与接收光量相对应的信号电荷的光电换能器； 将所述光电换能器产生的信号电荷转移到浮置扩散部分的转移部分； 将与包括在选择部分选择的像素行中的所述浮置扩散部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大部分；以及 使所述浮置扩散部分的电压复位的复位部分， 所述驱动固态成像装置的方法包括: 在断开所述选择部分的同时开始为所述光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通所述转移部分和接通所述复位部分，从所述光电换能器中放电信号电荷； 在接在所述第一定时之后的第二定时，通过接通所述转移部分和断开所述复位部分，使所述浮置扩散部分升压；以及 在所述转移部分接通的状态下，由所述外围电路部分取入输出到输出信号线的电信号，并从取入信号中生成像素信号。
2.根据权利要求1所述的驱动固态成像装置的方法， 其中，当通过使用多个连续快门行从所述光电换能器放电信号电荷时，至少接通最后行的转移部 分的定时不同于用于除了最后行之外的其他快门行的定时。
3.根据权利要求2所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括: 在第一定时，为除了最后行之外的其他快门行接通转移部分和接通复位部分，以及为最后快门行断开转移部分和接通复位部分；以及 在第二定时，通过为除了最后行之外的其他快门行断开转移部分和断开复位部分，以及为最后快门行接通转移部分和断开复位部分，从每个快门行的光电换能器放电信号电荷。
4.根据权利要求3所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括: 在第一定时，为多个快门行接通转移部分和接通复位部分； 在第二定时，为除了最后行之外的其他快门行断开转移部分和断开复位部分，以及为最后快门行接通转移部分和断开复位部分；以及 在接在第二定时之后的定时，通过至少一次地接通转移部分和断开复位部分，从每个快门行的光电换能器放电信号电荷。
5.根据权利要求3所述的驱动固态成像装置的方法，所述方法进一步包括: 在第一定时，为所有快门行接通转移部分和接通复位部分；以及 在第二定时，为所有快门行接通转移部分和接通复位部分。
6.根据权利要求3所述的驱动固态成像装置的方法， 其中第一和第二定时之间的间隔是I微秒或更长。
7.—种相机系统,其包括: 固态成像装置，其包括:含有在半导体基板上形成的多个像素的成像像素部分；以及 控制所述成像像素部分的外围电路部分， 其中所述成像像素部分的每个像素含有: 产生与接收光量相对应的信号电荷的光电换能器； 将所述光电换能器产生的信号电荷转移到浮置扩散部分的转移部分； 将与包括在选择部分选择的像素行中的所述浮置扩散部分的电压相对应的电信号输出到输出信号线的放大部分；以及 使所述浮置扩散部分的电压复位的复位部分；以及 驱动电路，用于在断开所述选择部分的同时开始为所述光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通所述转移部分和接通所述复位部分，从所述光电换能器中放电信号电荷，以及在接在所述第一定时之后的第二定时，通过接通所述转移部分和断开所述复位部分，使所述浮置扩散部分升压， 其中，在所述转移部分接通的状态下，所述固态成像装置通过所述外围电路部分取入输出到输出信号线 的电信号，并从取入信号中生成像素信号。
全文摘要
本发明提供了一种驱动固态成像装置的方法，其包括在断开所述选择部分的同时开始为光电换能器累积信号电荷的快门操作中，在第一定时，通过接通转移部分和接通复位部分，从光电换能器中放电信号电荷；在接在第一定时之后的第二定时，通过接通转移部分和断开复位部分，使浮置扩散部分升压；以及在转移部分接通的状态下，由外围电路部分取入输出到输出信号线的电信号，并从取入信号中生成像素信号。
文档编号H04N5/374GK103248841SQ20131004979
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月7日 优先权日2012年2月14日
发明者正垣敦, 阿部高志, 铃木亮司 申请人:索尼公司