TW201002057A - Solid state imaging device, driving method of the solid state imaging device, and electronic equipment - Google Patents

Description

201002057 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一固態成像裝置'該固態成像裝置之一驅 動方法及電子装備。 【先前技術】 一固態成像裝置之一實例係一 CM0S影像感測器，其依 靠MOS電晶體讀出累積在光電二極體(其係光電轉換裝置) 之P-η接面電容中之光產生電荷。對於此—像感測 器’針對每—像素、每—線等執行讀出累積在光電二極體 中之光產生電荷之動作。因& ’用於累積光產生電荷之曝 光週期並非對所有像素皆係匹配，且當被攝物正移動 影像中發生失真。 「圖38圖解說明—單元像素（後文中可將其簡單地稱作 一像素」）之一結構實例。如圖38中所示，單元像素100係 一除光電—極體101之外還包含一轉移閘極102、— 11型 洋動擴散(FD)103、-重設電晶體104、-放大電晶體105 及一選擇電晶體106之組態。 -對於此單元像素1〇〇，光電二極體ι〇ι係一嵌入光電二極 U八中p型層113形成在一形成在一 n型基板ln上之p „ H 2及所嵌入嵌入層114上。轉移閘極102將 累積於光電二極體101之㈣接面處之電荷轉移至浮動擴散 機械快門方法 尹、乏使用之用具有上述單元像素1〇〇之固態裝置實 137405.cj〇c 201002057 現=局曝光（其係其中藉由所有像素在同-曝光週期曝光 '亍成像之配置）之方法係使用機械光屏蔽之機械快門 方法。針對所有像素同時開始曝光，且針對所有像素同日士 結束曝光，藉此實現全局曝光。 了 f 1 、，對於錢械快門方法，由於機械地控制曝光時間，因此 光輸入至光電二極體101且產生光產生電荷之持續週期對 所有像素係相同的。對於此系統，機械快門閉合，因此大 致不再產生光產生電荷，且在此狀態中，依序讀出信號。 然而’由於使用了—機械屏蔽機構，因此減小大小係困難 :方=:同時性，由於機械驅動速度之限制，該機械快 Π方法亦次於電方法。 根據相關技術之全局曝光 將參照圖39中之作f解釋圖及圖 於使用圖38中所干m主 疋子圖表闡边用 素皆係㈣/ ⑽實現曝光週期對所有像 '、’、配且沒有失真之成像之作業。 二先之所執：用於同時清空所有像素之嵌入光電二極體 此/電荷之一放電作業，並開始曝光⑴。因 二光極體⑻之”接面處累積 ‘先週^束時，針對所有像素同時導通轉移間極 因此將所有所累積電荷皆轉 容⑽⑺。閉合轉移閘極1〇2使 :動擴政（電 週期中所累積之弁“—對所有像素在相同曝光 隨m 何保持在相應浮動擴散⑻中。 w ’依序將信號位準讀出至一 後 m2〇0(4)，之 擴放103(5)，且在此之後，將該重設位準讀 137405.doc 201002057 出至該垂直信號線2〇〇(6)。 在已將信號位準及重設位準靖 你—A 出至垂直信號線200之 後，在下游信號處理中，使用 之 ^ ^ ^ 用菫叹位準對信號位準執行雜 訊去除處理。對於此雜訊去除處理 執仃亦隹 之後所執行之重設作業之重設位準，:出信號位準 設作業中之kTC雜訊，此可產生影像劣化。除發生在重 發生在重設作業中之kTC雜訊係 曰触1 Λ >1 卫又1下菜4由重設雷 日日體10 4之切換作業所產生之 窀 地去险疒啼 >、隹灿 返饨_ δΚ，因此將不會精確 去除h唬位準雜訊，除非使用 1 03之俞夕从、住 竹毛何轉移至洋動擴散 〇3之則之位準。針對所有像 π J t肘电何轉移至浮動擴 政103，因此在讀出信號位 '、 便再執仃重設作業，且執 仃雜讯去除。因此，可去除

雜訊並非此情況。 ]如偏移以專雜訊，但kTC 將位：們將信號位準之讀出週期稱作「D週期」，且 W出週期稱作「P週期」。在Si_Sl〇2介面處 存在眾多晶體瑕疵，且易於發 Λ ^ ^^ $生3电奴。右將該電荷保持 在汗動擴散i 〇3處，端态 ^、、隹 &端“出-欠序，存在發生在施加至信 號:位準之暗雷淹φ 別。此亦係不可藉由使用重設位準 (雜矾去除而消除。 具有記憶體單元之像素結構 提出之作為一種處理上述沉雜訊不可去除之問題之 個提議係—單元像素300，其具有一與像素内之 '子:散103分離之記憶體單元（MEM)107(例如，參見日 ''專利申凊案公開案（PCT申請案之譯文）第2007- 137405.doc 201002057 502722號及日太土〆—丄 节、 未、，坐番查專利申請案公開案第2006- 3 1 1 5 1 5 號），如圖 4 一 斤不。記憶體單元1〇7暫時地保持累 :二右 極體1〇1處之光產生電荷。單元像素綱進 y 肖於將累積在光電二極體101處之光產生電荷 傳輸至記憶體單元107之轉移間極。 …電- 將參照圖42中$获· | μ _ 1。7之單元像f 3。二釋圖闡述用於在具有記憶體單元 冢素300處執行全局曝光之作業。 首：二對所有像素同時執行一放電作業，且開始曝光 = =:Γ101處累積—光產生電荷⑺。在結束曝 ，’、有像素同時驅動轉移閘極108以將光產生 荷轉移至該電荷被保持在其處之記憶體單元1〇7(3)。曝光 之後，在順序作業中讀出重設位準及信號位準。

C 首先^重設浮動擴散1〇3⑷，且接下來讀出重設位準 ⑺。隨後’將保持在記憶體單元1〇7處之電荷轉移 擴散1〇3’且讀出信號位準⑺。此時，信號位準中所包人 之重設雜訊與在重設位準讀出中所讀出之重設雜訊匹配^ 因此可執行亦包含kTC雜訊之雜訊減少處理。 如可自以上說明中理解，一具有用於暫時保持累積在私 入光電二極體101處之光產生電荷之記憶體單元107之像 結構可實現亦包含kTC雜訊之雜訊減少處理。 ’、 【發明内容】 然而，在揭示於日本未經審查專利申請案公開 號中之像素結構之情況下，當與不具有:憶 體單元107之一光接收器（光電二極體）相比，若像素大巧^ 137405.doc 201002057 同’則光接收器之面積減少—等效 接少θ m ll A/, 4 ^ ^ 早凡107之面 =之置’因此飽和電飾—pd變低。—較低飽和電 思指-較低動態範圍。即使實- 係一相機之-重要特性）之減少亦致^動“圍（其 顯著劣化。 斷致所拍影像品質之 + — " U Τ堉杗公開案第2006 311511Γ 料結構度料奸加寬來 :止動悲犯圍下降’此可藉由對數回應來進行處置。其無 節如下。 /、 在圖41中所示之像素結構中 丨改疋牙過電晶體之一電壓 值為-第-電壓值，-料電電壓值為—第二電壓值，且 一中間電壓值為-第三電壓值。在光電轉換器處執行一成 像作業日可’轉移閘極1 〇2處於一導_雪迎能士 β ^ V冤狀態中，且將第三電 壓值施加至轉移閘極108。因此，鋅 口兀 轉移閘極1 0 8以一關於至 肷入光電二極體1 〇 1之入射先之5 ,卜 加八t — 〜、町尤之至少一部分光度範圍之亞 臨限區域運作。 、圖43圖解說明上述對數回應作業之運作狀態。如以上所 述，為具有一對數回應作業，轉移閘極1〇2必須處於一導 電狀態中，且此外重設電晶體1〇4亦必須處於一導電狀態 中，以自重設電壓VDB形成一用於光電流Iph之路徑。圖 44顯示對數回應作業時一等效電路。 〃'入射光光度E成比例之光電流iph流動至已將中間電麼 (第二電壓值）施加至其之轉移閘極108，因此轉移閘極1 〇8 以亞臨限區域運作。因此，源極/汲極電壓Vdrop關於光 137405.doc 201002057 電流Iph為

Vdropoc Iog(Iph)。 因此，光電二極體101之電位為VDB-Vdrop。若假定當 不存在光電電荷累積時光電二極體1 〇丨之電位為vpD，可 藉由以下獲得所累積電荷Q Q=Cpd.{VPD-(VDB-Vdrop)} -Cpd· { VPD-(VDB-a»log(Iph)+P)} 其中Cpd表示光電二極體1〇1之寄生電容’且係由轉 移閘極1 〇8之臨限等確定之常數。 亦即，所累積電荷Q不與入射光光度£成比例地累積； 而係，一等效於具有一對數關係之一電壓值之電荷保留在 光電—極體1()lt。圖45顯示入射光光度轉像素輸出之間 的關係士口可自圖45清晰理解，直至轉變至對數回應之 點’回應係線性的且在超過某一光度位準e〇之後跟隨一對 數函數。 /見在，E〇係由中間電壓（第三電壓值）及轉移閘極108之 " 霍疋因此，若轉移閘極108之臨限值存在不規則 性’:如圖46中所示個像素之轉變謂不同於另-像 ”旦，而致使像素之輸人/輸出特性之顯著不規則性。此 致使景》像品質劣化而成 成為疋型雜讯。同樣，光電二極體 101之電位係在施加電流 雜訊之雜訊。“之^中確I從而產生例如熱 電荷量減少之情況 閘極）之臨限不規則 X見茜要提供—種能夠在抑伟 下減少由於像素之間像素電晶體( 137405.doc 201002057 性所致之雜訊之固態成像裝置，及提供該固態成像裝置之 一驅動方法及併入該固態成像裝置之電子裝備。 根據本發明一實施例，一種固態成像裝置包含：複數個 單元像素，其包含：一經組態以根據入射光數量產生電荷 並將該電荷累積於其中之光電轉換器、一經組態以轉移累 積於該光電轉換器中之該電荷之第一轉移閘極、一經組態 以保持藉由該第一轉移閘極自該光電轉換器轉移之該電荷 之電荷保持區域、一經組態以轉移保持於該電荷保持區域 中之該電荷之第二轉移閘極、及一經組態以保持藉由該第 二轉移閘極自該電荷保持區域轉移之電荷以供被讀出為一 信號（轉換成電壓）之浮動擴散區域；一中間電荷轉移單 元，其經組態以將在其中所有該複數個單元像素同時執行 成像作業之一曝光週期中在該光電轉換器處產生之超過一 預定電荷量之一電荷轉移至該電荷保持區域，作為一第一 信號電荷；及一像素驅動單元，其經組態以在其中所有該 複數個單元像素同時執行成像作業之該曝光週期中，將該 第一轉移閘極設定為一非導電狀態，將該第二轉移閘極設 定為一導電狀,¾、’將該第一信號電荷自該電何保持區域轉 移至該浮動擴散區域，將該第二轉移閘極設定為一非導電 狀態，將該第一轉移閘極設定為一導電狀態，及將累積於 該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷保持區域，作為一 第二信號電荷；其中該像素驅動單元在該曝光週期結束之 後以單個像素之增量或複數個像素之增量讀出該第一信號 電荷，作為一第一輸出信號，然後重設該浮動擴散區域且 137405.doc -10- 201002057 讀出該浮動擴散區域之重設位準作為一重設信號，然後將 該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將該第二信號電荷轉 移至該浮動擴散區域，且隨後讀出該第二信號電荷，作為 一第二輸出信號。 當照度低且電荷處於或低於一預定電荷時，光電轉換器 處藉由光電轉換所產生之光產生電荷保持在光電轉換器 中。若照度高且電荷超過預定電荷量，則其超過該預定電 荷量之部分被轉移至該電荷保持區域作為一第一信號電 荷。因此，藉由光電轉換所產生之光產生電荷被劃分且累 積為電荷保持區域中之一第一信號電荷及光電轉換器中之 一第二信號電荷。現在，儘管係一像素電晶體之第一轉移 閘極之臨限值之不規則性確實影響累積於電荷保持區域中 之電荷，但對最後單元像素輸入/輸出特性沒有影響。舉 例而言，假定某一像素處之全部電荷量被劃分且累積為第 一信號電荷及第二信號電荷，而在另一像素處，由於臨限 值之不規則性，不存在至第一信號電荷之AQth之轉移。然 而，即使在此情況下，光電轉換器處之累積為第二信號電 荷+AQth，而電荷保持區域處之累積為第一信號電荷-AQth。此處，單元像素之輸出為第一信號電荷及第二信號 電荷之和，因此由於第一轉移閘極之臨限值之不規則性所 致之所累積電荷之偏差（增加/降低）AQth最終被抵消。因 此，可減少由於像素之間像素電晶體之臨限值之不規則性 所致之雜訊。 根據以上組態，可減少由於像素之間像素電晶體之臨限 137405.doc -11 - 201002057 值之不規則性所致之雜訊，因此可改良所成像影像之影像 品質。 【實施方式】 以下係參照圖式對—根據本發明之實施例之詳細說明。 糸統組態 圖1係一示意性圖解說明應用本發明一實施例之一固態 成像裝置（舉例而言，例如一 CMOS影像感測器）之組態之 系統組態圖。如圖1中所示，CMOS影像感測器1〇係一具有 一形成在一未顯示半導體基板（晶片）上之像素陣列單元i! 及整合在與像素陣列單元“相同之半導體基板上之外圍電 路部分之組態 驅動單元12、 統控制單元1 5 。舉例而言，該等外圍電路部分包含一垂直 一行處理單元13、一水平驅動單元14及一系 次⑽S影像感測器1G進—步具有—信號處理單元财 貝:儲存早7L 19。信號處理單元18及資料儲存單元^可 二η一與CMOS影像感測器丨。分離之基板上之外 口犰处理單元（例如，一 Ds 。 處理來眚s (數位t唬處理益））或藉由軟 板上。 +必安裝在與CM〇S影像感測器10相同之 像素陣列單元丨〗具有經兩 素。該等單元像素具有光電 二干單: 入射光量之電荷量之光產生電二：產生具有， 作「電荷」）且將該光產生電^後文’可簡單地… 述單元像素之具體組態。何累積於”内部。以後弟 J37405.doc •12- 201002057 像素陣列單元n進一步 列水n + 、有針對矩陣形像素陣列之每— 歹J水千形成於圖式中(沿像素 』之母 16及針斟卷 —+ 士…丄 万向）之像素驅動線 卞對母一仃垂直形成於圖式中 垂直信號線17。儘管在^ ;轉列行方向）之 每一列，作配置‘，肩不—個像素驅動線丨6用於 配置亚不限於_個。像素驅動線 接至垂直驅動單元12之 另'而連 垂直驅叙.〜於母—列之輪出端子。 早兀12組態有_移位暫 且将一K # n a ^ ^或位址解碼器箄， 且係肖於同時針對所有像素 “等 單元Π之像素之像素 _ ㈢里驅動像素陣列 單元π之且體,且處’將不闊述垂直驅動 體組態，但一般而言並 統及一掃除掃ρέ& 具有一讀出掃描系 1俾除w田糸統之兩個系統之組態。 =====選擇並掃描像素—之 受讀出掃描李銻夕^ h 里之疋時之前對欲經 J於掃除婦描系統所執行之掃除掃描，因 早兀像素之光電轉換器掃除不必要因此自續出列之 除掃描系統所勒要切（亦即，重設）。掃 子快門作業。、、 （董。又）只現一所謂電 、'主思，此處所使用之術注厂φh 係指廢除光電轉拖m6 t °電子快門作業」 換益中之光產生電荷 (開始光產生電科 Θ始一新的曝光 ^ 电何之累積）之作業。 藉由讀出掃描系統執行之讀出作業所 緊接的先前讀出# >、 Λ之k唬對應於 出作業或電子快門作業之德於Λ + 行緊接的先前讀屮 §i光之量。執 。乍業之讀出定時或執行電子快門作業之 I37405.d〇c •13- 201002057 知除疋時至此次執行讀出作業之讀出定 彦峰雷共y* σσ - τ之間的週期係井 电何在早兀像素處之累積時間（曝光時間）。 先 將自垂直驅動單元12所選 音中夕夂一土±八 饵指之像素列中之單元像 、 者輸出之信號經由垂直芦f卢衅丨7也鹿 單元】3。針對像…… 〜虎、線I?供應至行處理 王π _早以之像相+之每-者，行處 理早兀13對經由垂直 魄 有仃處 -者輪出之作… 列之單元像素中之每 時地保持該等像素信號。 以“虎處理之後暫 處：體C:行處理單元13至少執行(舉例而言)雜訊去除 一（相關二重取樣）處理作為信號處理。像素特有 之固疋型雜訊（例如，重設雜带 ’、 從入电日曰體之臨限信 不規則性等）倍ϋ __ 介Μ山情猎由订處理早心所執行之⑽處理去除。 :作出—配置，其中在行處理單元13中除雜訊去除處理 步具有—AD(類比/數位）轉換功能以輸出數位信 唬形式之信號位準。 水平驅動單元14組態有一移位暫存器或位址解碼器等， 且按次序選擇對應於行處料元13之像素行之單元像素。 由於藉由水平驅動單元14所執行之選擇及掃描所致，按次 序輸出在行處理單元13處經受信號處理之像素信號。 系統控制單元15組態有—用於產生各種類型之定時信號 之定時產生器等且基於定時產生器處所產生之各種類型定 時㈣對垂直驅動單元12、行處理單元13、水平驅動單元 1 4等執行驅動控制。 信號處理單元18至少具有一相加處理功能，且對自行處 137405.doc -14- 201002057 理單元13輸出之傻夸#

相加處理專。資料啟左〇sr 一 J ]8,㈣存早①19暫時地儲存由信號處理單元 ^盯之信號處理中所使用之資料。 Μ 單元像素之結構 _ ^來1就-單元像素2〇之—具體結構進行說明。單 —、2G係#有—用於保持自光電轉換器轉移之光產生 书何之與洋動擴散（電容）分離之電荷保持區域（此後，將並 闇述為「記憶體單元」）之結構。現在將參照圖 閣 料元像素20之第一至第三具體結構實例。 第一結構實例 圖2係-圖解說明根據第一結構實例之一單元像素2〇α之 組態之圖。舉例而言，根據第一結構實例之單元像素2〇Α 具有—作為一光電轉換器之光電二極體（PD)21。舉例而 5，光電二極體21係一嵌入光電二極體，其係藉由在形成 ；ni基板31上之一p型井層32上形成一 p型層33且嵌入 一 η型嵌入層34而形成。 單凡像素20Α係一除嵌入光電二極體21外亦具有一第一 轉移閘極22、記憶體單元（μεμ)23、第二轉移閘極24及浮 動擴散（FD)區域25之組態。注意，保護記憶體單元23及浮 動擴散區域2 5不受光照射。 第—轉移閘極22藉由向一閘電極22Α施加一轉移脈衝 TRX來轉移在嵌入光電二極體21處經受光電轉換並累積於 其處之電荷。記憶體單元23由一形成於閘電極22 A下方之η 型嵌入通道35形成’且累積藉由第一轉移閘極22自嵌入光 137405.doc -15- 201002057 電二極體21轉移之電荷。藉由嵌入通道35形成記憶體單元 23有利於改良影像品質，此乃因可抑制Si-Si02介面處暗電 流之發生。 可藉由將閘電極22A安置於上方且向閘電極22A施加轉 移脈衝TRX來調變記憶體單元23。亦即，向閘電極22 A施 加轉移脈衝TRX給記憶體單元23造成一更深電位。因此， 記憶體單元2 3之飽和電荷量對不具有調變之情況可增加。 由於施加至一閘電極24A之一轉移脈衝TRG所致，第二 轉移閘極24轉移累積於記憶體單元23處之電荷。浮動擴散 區域25係一 η型電荷-電壓轉換器，其將藉由第二轉移閘極 24自記憶體單元23轉移之電荷轉換成電壓。 單元像素20Α進一步具有一重設電晶體26、一放大電晶 體27及一選擇電晶體28。舉例而言，此處使用Ν通道MOS 電晶體作為電晶體26至28，但應注意，此處所圖解說明之 重設電晶體26、放大電晶體27及選擇電晶體28之傳導性類 型之組合僅係一個實例，且本發明並不限於其組合。 重設電晶體26連接在電源VDB與浮動擴散區域25之間， 且藉由將一重設脈衝RSΤ施加至其閘電極重設浮動擴散區 域25。放大電晶體27使其汲電極連接至電源VDO且使閘電 極連接至浮動擴散區域25，以讀出浮動擴散區域25之電 壓。 選擇電晶體28使其汲電極連接至放大電晶體27之源電極 且使其源電極連接至（舉例而言）垂直信號線1 7以在向其閘 電極施加一選擇脈衝SEL之後選擇其信號準備好之一單元 137405.doc -16- 201002057 像素20。注意，可作出一配置，其中選擇電晶體28連接在 電源VDO與第二轉移閘極24之汲電極之間。 應注意，電晶體26至電晶體28中之一部分或全部可端視 信號讀出方法而省略或可在多個像素之間共享。 單元像素20A進一步具有一放電部分29，其用於使嵌入 光電二極體2 1中之所累積電荷放電。放電部分29在開始曝 光時將一控制脈衝ABG施加至一閘電極29A之後使喪入光 電二極體2 1之電荷放電至一汲極部分3 6。放電部分29進一 f \ 步用於防止嵌入光電二極體21在曝光之後之讀出週期期間 由於飽和而溢流。將一預定電壓VD A施加至汲極部分3 6。 注意，對於根據第一結構實例1之單元像素20A，採用一 結構，其中第一轉移閘極22及記憶體單元23之閘電極22A 不與第二轉移閘極24之閘電極24A重疊。另一方面，可如 圖3中所示作出一配置作為係第一結構實例之一修改之一 單元像素20 A'，其中一閘電極22 A1部分地與閘電極24 A重 叠。 〇 同樣，第一結構實例採用一組態，其中採用放電部分29 來使嵌入光電二極體2 1之所累積電荷放電及防止嵌入光電 二極體2 1處之電荷溢流，但可如圖4中所示作出一配置， 其中轉移脈衝TRX及TRS及重設脈衝RST全部處於一活動 (在本實施例中為「Η」位準）狀態中，藉此獲得等效於放 電部分29之優點。 亦即，使第一轉移閘極22、第二轉移閘極24及重設電晶 體26全部處於一導通（導電）狀態中能夠使嵌入光電二極體 137405.doc -17- 201002057 2 1之電荷放電且亦能夠使讀出週期期間嵌入光電二極體2 1 之溢流電荷被分路至基板側。此配置允許省略放電部分 29，從而可有利於減小單元像素20A之大小。 記憶體單元23之閘電極之電位 現在將就記憶體單元23之閘電極之電位（其係具有此第 一結構實例之第一轉移閘極22之閘電極22A之電位）進行說 明。 對於本實施例，將充當一電荷保持區域的記憶體單元23 之閘電極之電位設定為一電位，在處於一非導電狀態中時 藉此電位將第一轉移閘極22及第二轉移閘極24中之至少一 者（舉例而言，第一轉移閘極22)置於一釘紮狀態（pining state)中。更具體而言，在將第一轉移閘極22及第二轉移 閘極24中之一者或兩者置於一非導電狀態中時，將施加至 閘電極22 A及22B之電壓設定為一電壓以使得實現可在緊 接著閘電極下方之Si面處累積載流子之一釘紮狀態。 若對於此實例，形成轉移閘極之電晶體係一 η型電晶 體，則在將第一轉移閘極22置於一非導電狀態中時，設定 電壓以使得施加至閘電極22Α之電壓關於ρ型井層3 2係一比 接地GND負之電位。儘管在圖式中未顯示，但若形成轉移 閘極之電晶體為一 ρ型電晶體，則ρ型井層變為一 η型井 層，且關於此η型井層設定一高於電源電壓VDD之電壓。 在將第一轉移閘極22置於一非導電狀態中時，將施加至 閘電極22 Α之電壓設定為一電壓以使得實現一釘紮狀態（其 中可在緊接著閘電極下方之Si面處累積載流子）之原因如 137405.doc -18- 201002057 下。 在第一、结構實例巾，若將第—轉

之電位設定為與p型井層32相同之t 2之_電極22A 电位（例如，〇 v)，則存 在可於記憶體單⑶處累積㈣表面處自晶體瑕 載流子（此可變為暗電流且劣化影像品質）之可能性。 因此，對於本實施例，關於p型井 m . ^ , 日2將形成於記憶體 早兀23上之閘笔極22A之〇FF電位設定為一負電位，例

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J 如’…。因此，對於本實施例，在保持—電荷週期期 間在記憶體單元之Si表面處產生電洞，其可與料面處產 生之電子重新組合，因而允許減少暗電流。 注意’對於圖2中所示之第—結構實例，在記憶體單元 23之邊緣處存在第二轉移間極24之閘電極“A，因此亦將 ^問電極湯以為-負電位能夠以相同方式使在記憶體 單元23之邊緣處發生之暗電流得到抑制。 圖5係一沿圖5中所圖解說明之z_z,方向之電位圖。如圖 5中所不，右關於閘電極22八之轉移脈衝trx為吖舉例 而言’為0V) ’則Si表面電位和為一正值且被消耗。 因此，在Si表面處由於晶體消耗所產生之電子朝向較低 電位向前流動，且累積在係一n型雜質擴散區域之記憶體 單兀23處。右至閘電極22八之轉移脈衝丁尺又為Vg—^舉例而 言，充分負電位），則表面電位kb為一負值，且電洞累 積在Si表面處。因此，在以表面處之晶體瑕疵處產生之電 子與所累積之電洞重新級合，且不累積在記憶體單元^ 處。 137405.doc *19- 201002057 電麼Vg與表面電位私之間的關係 ，水平軸表示閘極電壓Vg，且垂 圖6係一圖解說明閘極 之一實例之圖。在圖6中 直軸表示表面電位“。 中所示，向問電極22A(或24A)施加負電 2帅沿負方向移位，且自某—值，累積電洞且表面屬 4對閘極電壓之相依性幾 ,戍子4失。亦即，實現一釘紮狀薄 /、面處累積電洞，從而產生暗電流減小效應1 :’以上所使用之「充分負電位」指示此釘紮狀態。 第二結構實例 “ 圖:係-圖解說明與第二結構實例相關之_單元像素細 之組’悲、之圖’且用相同參考編號標記圖7中等效於圖2中之 彼等組件之組件。 根據第-結構實例之單元像素鳩具有一其中第一轉移 閘極22之閘電極22A共享記憶體單元”上方之電極之結 冓另方面，根據第一結構實例之單元像素2 〇B具有一 其中第一轉移閘極22之閘電極22A與記憶體單元U上方之 電極分離、在記憶體單元23上方提供一專門電極ΜΑ且用 一不同於轉移脈衝TRX之轉移脈衝TRZ驅動電極23A之組 態。 口此 了藉由分離苐一轉移閘極22之閘電極22A及記憶 體單兀23之電極23A且用不同轉移脈衝trx及trz驅動電 極22A及23A來獲得與根據第一結構實例之單元像素2〇A之 清況相同之像素作業。特定而言，分離記憶體單元23上之 电極23 A與閘電極22A允許調節藉由轉移脈衝trZ之對記憶 I37405.doc -20· 201002057 體單元23之調變之程度。因此，可自由地設定記憶體單元 2 3之飽和電荷量。 亦在第二結構實例之情況下，可如同第一結構實例作出 一組態，其中省略放電部分29且轉移脈衝TRX、TRZ及 TRS及重設脈衝RST皆處於一活動狀態中。由於此組態， 可獲得等效於放電部分29之彼等優點之優點，亦即，能夠 使嵌入光電二極體2 1之電荷放電且亦能夠使讀出週期期間 嵌入光電二極體2 1之溢流電荷被分路至基板側。 對於第二結構實例，在第一轉移閘極22及第二轉移閘極 24處於一非導電狀態之週期期間，將充當一電荷保持區域 之記憶體單元23之閘電極23 A之電位設定為一實現一釘紮 狀態之電位。 注意，對於圖7中所示之第二結構實例，在記憶體單元 23之邊緣處存在第一轉移閘極22之閘電極22A及第二轉移 閘極24之閘電極24A，因此與上述第一結構實例一樣，將 該等閘電極22A及24A設定為負電位能夠使在記憶體單元 23之邊緣處發生之暗電流得到抑制。 第三結構實例 圖8係一圖解說明與第三結構實例相關之一單元像素20C 之組態之圖，且用相同參考編號標記圖6中等效於圖2中之 彼等組件之組件。 第一結構實例中所示之單元像素20A具有一其中記憶體 單元23由嵌入通道35形成之組態。另一方面，根據第三結 構實例之單元像素20C具有不由嵌入通道35形成而由一嵌 137405.doc -21 - 201002057 入擴散區域37形成之記憶體單元23。 記憶體單元23係由嵌入擴散區域37形成之一情況可產生 與記憶體單元23係由嵌入通道35形成之一情況相同之優 ‘·具而吕，一 n型擴散區域37形成在p型井層32内，且 P里層38形成在基板正面上，藉此可防止在8丨_81〇2介面 處^生之暗電流累積在記憶體單元23之嵌入擴散區域3 7 中’此有利於改良影像品質。 在採用第三結構實例之情況下，記憶體單元23之擴散區 域37之雜質濃度較佳地低於浮動擴散區域以之擴散區域之 雜質濃度。設定雜質濃度由此提高電荷藉由第二轉移閘極 24自記憶體單元23至浮動擴散區域乃之轉移效率。 注意，對於第三結構實例，記憶體單元23由嵌入擴散區 域3 7形成，但可採用—其中不對記憶體單元23進行嵌入之 結構，即使可增加在記憶體單元23處發生之暗電流。 亦在第二結構實例之情況下，可如第一結構實例一樣作 出一組態，其中省略放電部分29且轉移脈衝TRX、TRz及 TRS以及重設脈衝rST皆處於一活動狀態中。由於此組 態，可獲得等效於放電部分29之彼等優點之優點，亦即， 能夠使嵌入光電二極體2 1之電荷放電且亦能夠使讀出週期 期間彼入光電二極體21之溢流電荷被分路至基板側。 圖9圖解說明根據第一至第三結構實例之單元像素a至 20C中之每一者之電位。如可自圖9之電位圖清晰理解，對 於第一結構實例及第二結構實例之情況，電位針對每一部 分係相同，且特定而言，光電二極體（PD)21之電位與記慎 137405.doc -22- 201002057 體單元_州23之電位相同。另一方面，對於第三結構實 例之情況’記憶體單元23之電位深於光電二極體幻之電 位0 應注意，在根據第—至第三結構實例之單元像素嵐至 20C中之裝置結構之傳導性類型僅係—實例，且可颠倒。型 及ρ型。此外，基板31之傳導性類型亦可係η型或者ρ型。 如以上所述’根據本實施例之單元像素2〇(2〇八至2〇〇且 有-用於保持(累積)自光電二極體21轉移之光產生電荷:、 與洋動擴散區域25分離之記憶體單元23,且此外，具有第 -轉移閘極22及第二轉移閘極24。第一轉移閘極22將電荷 ^先電二極體21轉移至記憶體單元23。第二轉移閘極24將 琶荷自記憶體單元23轉移至浮動擴散區域… 以下將參照一使用根據第一結構實例之單元像素說作 :根據本實她例之單元像素2〇之情況之實例進行說明。為 簡化’在以下說明中’將單元像素20Α簡單地稱作「單 像素20」。 早7° 實施例之特徵部分 士對於根據本實施例之⑽⑽影像感㈨器ι〇，所有像素同 t開始曝光’所有像素同時結束曝光，且將累積在光電二 =體21處之電荷轉移至被屏蔽記憶體單元23及浮動擴散： 藉此實現全局曝光。此全局曝光自-對所有像素皆 係匹配之曝光週期實現無失真之成像。 一為實現此全局曝光，對於根據本實施例之單元像素20， 错由一達成一導電（導通）狀態之第一電壓值、一達成—非 137405.doc -23· 201002057 導電(關斷)狀態之第二電壓值 卜 二電壓值之間的第三電麼…在5亥弟一電壓值與該第 % % 值（亦即，該等三個值）適當地驅 動苐一轉移閘極22。在以下呤昍士 「中間電壓Vmid」。^中，第三電壓值將被稱作 特徵1 f於本實施例’在其中第：轉移閘極24關斷之一狀能 二在人自針對所有像素同時開始曝光至結束其曝光之成： 門王局曝光週期）期間’以中間電壓Vmid驅動第一轉移 =:次❹次，如_中所示。此用中間電壓Vmid ，弟轉私閘極22 一次或多次係第-特徵（特徵1)。 象素内U,、5己憶體單元23意指光電二極體2丄之面積降 Μ因此光電二極體21之餘和電荷Qs』d變小，但飽和電 :2 ~p之減夕可藉由根據特徵1進行驅動得到補償。具體 而言’藉由在光電二極體21飽和之前用中間電壓Vmid驅^ 第轉移閘極22 ’將已發生之超過某一位準（預定之電荷） 之光產生電荷轉移至記憶體單元23作為一信號電心，且 保持在記憶體單元23中。光電二極體21之飽和度係處於— 其中將第二電壓值施加至第二轉移閘極24且第二轉移間極 24處於一關斷狀態中之狀態中之位準。 知加中間黾壓Vmid意指將已產生之超過某一位準之光 產生電荷轉移至記憶體單元23作為信號電荷丨之第—轉移 閘極22用作-中間電荷轉移單元。亦#，充當中間電荷轉 移單元之第—轉移閘極22將在光電二極體21處藉由光電轉 換產生且超過中間電壓Vmid2電壓值所確定之預定電荷之 137405.doc -24- 201002057 電荷轉移至記憶體單元23作為信號電荷 特徵2 τι=兩付徵 換所產生之光產生電荷w積在先朋間藉由光電轉 ν俚系槓在先電二極體21中，或累 積在光電二極體21及記憶體單元23 〆’、 於其中入射光光度係一預定之光度或 度之一像素，亦即光為強之一像素，電〇預疋光度之光 體21及記憶體單元23兩者令，如圖紐中：；積=電二極 其中入射光光度小於預定光度之二，對於 累積在光電二極體21中，如圖8。中所示。 此累積先產生電荷Q僅於光電二極體21中或於 21及記憶體單元23中係第二特徵（特徵2)。、 … :在，我們將把光電二極體21處之所累積電荷稱作 : 憶體單元23處之所累積電荷(信號電荷職 =。-=為強之一像素，光產生電荷_並保： 行於展Γ 記憶體單7"23兩者中，因此可將飽和電 =rpd+Qmem°_—像素，戶^ 广且由於以中間電壓Vmid驅動第-轉移閘極22所致 -二作：轉移’因此所產生電荷被全部保持在光電二極 體21令作為所累積電荷Qpd。 特徵3 在結束曝光時 23中之電荷轉移 移閘極2 2導通， ，第二轉移閘極24導通，且將記憶體單元 至浮動擴散區域25(圖8D)。隨後，第一轉 且將光電二極體2 1之電荷（信號電荷2)轉移 137405.doc •25· 201002057 至S己憶體單元23(圖8 。 Μ ± 一 士所有像素同時執行此〇 業之、果，在讀出週丁此作 兩者保持所累 稜収2】及记憶體單元23 21及記憶體單月間猎由“二極體 3)。 者保持所累積電荷係第三特徵(特徵 特徵4 在°貝出作業中，首先，靖屮^。右 y 出“ 5虎位準Vmem，苴係妒垆 保持在浮動擴散區域25中 …、X據 ^ Φ ^ ^ Ί 積玉何Qmem之電荷量之 輸出k唬1。此信號位準Vmem ^ D週期。接下來……’出週期將被稱為-第- 擴散區域25之重…v t 重°又作業且_動 之重D又位準Vrst。此重設位 將被稱為一P週期。 心"貝出週期 接下來，將電荷〇 d _ α _ nQP“。己丨思體早兀23轉移至浮動擴散區 域25 ’且將仏號位準v 眚屮 旦 旱Vpd。貝出作為對應於電荷Qpd之電荷 里之輸出信號2。此信號位準Vpd之讀出週期將被稱為—第 —D週期。此續出係兩個輸出信號】及2之信號位準 及Vpd以及重设位準Vm係第四特徵（特徵4)。 特徵5 兩次項出之信號Vmem及信號Vpd各自在行處理單元 U(參見圖υ處經受（舉例而言）使用重設位準Vrst進行之雜 減v處理。後’若信號位準¥超過預定之臨限值， 則在下游信號處理單元18(參見圖})處執行用於相加信號位 準Vmem及& 5虎位準Vpd之處。雜訊去除後信號位準 ν_及信號位準⑽之此相加係第五特徵（特徵5)。 137405.doc •26· 201002057 二了自：徵3至5看到’在讀出週期期間—電荷保持在光 黾一極體21及記愫體置-0，工 心' 兩者處，且讀取兩個信號 vmem及Vpd以及重設位準^並相加，藉此可確保 動態範圍。同樣，信號位準Vpd及信號位料_之和等 效於所累積電荷Qpd及所累積電荷Qmem之和，且由於 QPd+Q_係與入射光強度£成比例地產生之電荷量1 此可獲得線性輸入/輸出特性。

、使用重設位準Vrst進行雜訊去除係其中不針對在第—D f期中續出之信號位準Vmem去除kTC雜訊之處理，而且 疋其中針對在第二D週期中讀出之信號位準㈣去除沉雜 訊之處理。 對於具有一小信號位準且受咖雜訊影響之像素（亦即， 光為弱之像素），將所有所產生電荷累積至光電二極體 1 ’且在由嵌人通道形成之記憶體單元23處執行保持，藉 此由於去除kTC雜訊可實現高㈣比。由於僅在1中H 位準¥已超過預定臨限值之情況下在雜訊去除處理之後 亍相加處理’因此在較低輸出時不相加信號位準Vm — 之雜訊分量亦有利於此高S/N比。 /樣’第-轉移閘極22之臨限值之不規則性影響用於在 =憶體單元23處進行累積之光度位準，但不影響最後輸入/ =出特性。舉例而言，假定某一像素之總電荷量叫1被割 为為電荷Qpd及電荷Qmem並被累積，而在另一像素處， 由於臨限值不規靠’轉移至電荷伽⑽之量變小叫二。 然而’即時在此一情況下，在光電二極體21處之累積為

】374〇5，dOC -27- 201002057

Qpd+AQth，同時在一

Qmem- 總電荷 荷偏差 L、體早兀23處之葶積A △Qth。因此，執行 。積為 η η 之相加處理允許最終獲楫

QaU，此乃因抵消了弁+ 又侍 △ Qth。 先电—極體21之所累積電 接下來，將闡述具有根據本實施例之單 CMOS影像感測器1〇之具體電路作業。 象素20之 正常全局曝光 ' 為便利理解，首先’將參照圖"及 (後文中稱作「正常全局 ：“艮據相關技術 意，如早期所闇述，對於正片入」）之王局曝光作業。注 T於正㊉全局曝光作紫，A你主 相同之情況下，鱼一 $目士 ’、乍業在像素大小 ^ " /、有—記憶體單元（MEM)之像辛相 比飽和電荷Q、Pd大約為其—半。 像素相 在圖11中之定時圖表 ⑺對應於以下作掌戈 之作業解釋圖中，⑴至 1卞茱5兄明中之（1)至（7)。 累積階段 猎由⑴至（3)之驅動同時曝光所有像素。 ⑴所有像素之放電部分29同時運作 之電荷放電，藉此開始曝光。 +電二極體2舛 (2) 在光電二極體21處累積在 _ 度產生之光產生電荷。、--極體21處根據入射光光 (3) 針對所有像素同時運作第一轉移閘極 二極體21中之竹系積在先電 持在其處。產生笔荷¥轉移至記憶體單元&並保 137405.doc -28- 201002057 讀出階段 藉由⑷至⑺之驅動執行個別 信號讀出作業。在此實例之 4夕個像素增量之— 素。 月况下’以列之増量驅動像 (:)運作重設電晶體26,且使浮 (5) 經由放大電晶體27讀 ^25之电何放電。

Vm(P週期）。 心散區域25之重設位準 (6) 運作第二轉移閘極24，且將 荷Qpd轉移至浮動擴散區域25。 礼體早心中之電 (7) 經由放大電晶體2 7嘈屮#JL盘 〇 ^ 出對應於浮動擴散區域25之雷荇

Qpd之信號位準Vpd(D週期）。 、戚L域25之电何 此處，信號位準Vpd係藉由 寄生電容⑽獲得之電荷至電•轉I:二Μ—自 準雜訊―重設位 乂“，應注意，在像素大小相同之條件下，與不呈有 ，體單元23之像素相比， 二不；有 大約為-半或甚至更少。 《最大-何QP(sat 根據本實施例之全局曝光 電將閣述根據本實施例之cmos影像感測器之 峪作業。應理解，在藉由充當一 動單元12-〜 兄田像素驅動早凡之垂直驅 C 1區動下執行接下來闡述之電路作業。圖13 ，’ /、本貫施例之驅動定時。 第—點係在第二轉移閉極24關斷之一狀態中在針對所 137405.doc •29· 201002057 有像素之同一成像週期期間以中間電壓Vmid驅動第—轉移 閘極22-次或多次。注意，中間電壓Vmid為一在第—轉移 閘極22導通所處之電壓與第—轉移閘心關斷所處之電^ 之間的電壓。 a ⑽-第二點係在結束曝光時導通第二轉移閘極24將記憶體 早兀23中之所累積電荷伽⑽轉移至浮動擴散區域25，且 導通第-轉移閘極22將光電二極體21之所累積電 移至記憶體單元23。 ^ 一弟三點係在讀出週期期間，執行保持在浮動擴散區， 如之電荷Qmem之信號讀出及保持在記憶體單以處； 電何Qpd之信號讀出及重設位準⑽之讀出，其中兩次士 出所累積電荷。 α; 荷Qmem之信號讀 週期，且P週期係 在圖13中之定時圖表中，DH週期係電 出週期，DL週期係電荷Qpd之信號讀出 重設位準Vrst之讀出週期。 累積週期 圓14及15圖解說明自暖央 目曝先開始（累積之開始）至曝光結击 (累積之結束）之作業。圖丨 'α 口 團解祝明在其中入射光光声 有一等於或大於一預定井痄 又/、 ^ X之光度（亦即，入射光為強）之 f月況下轉移一光產生電 勹5$j之 , 电何之方式。圖Μ圖解說明在i中 射光光度小於一預定朵译、 移一光產生電荷之方式。 ）乏匱况下轉 在圖13中之定時圖表及圖“及。 (1)至（10)對應於以下作 Μ 、睪圖中， 下作業呪明中之⑴至⑽。針對所有像 137405.doc -30· 201002057 素同犄執仃（1)至（10)之驅動，但可允許像素之間之驅動時 間差在成像失真係可容忍之一範圍内。舉例而言，可構想 配置，其中針對每一者故意地稍微移位驅動定時，以抑 制峰值電流及避免電壓降及類似物等。 ⑴運作放電部分29，且使光電二極體21中之電荷放電，藉 此開始曝光。 (2) 在光电—極體21處累積於光電二極體Μ處根據入射光光 度產生之光產生電荷。 (3) 以中間電壓vmid驅動第一轉移閘極,藉此將光電二 極體21處超過某—累積量之電荷轉移至記憶體單元η。亦 即，在圖15中之累積量為小之一情況下，全部電荷仍保留 在光電二極體21中且不發生電荷轉移。 對於⑷-(5)及（6H7)可重複（2)_(3)之驅動。 (4)、（6)繼續進行曝光及累積。

()⑺以中間電壓Vmid驅動第—轉移閘極Μ，且將光電 二極體21處超過某—累積4之—電荷轉移至記憶體單元 ©曝光結束時執行以下作業。 (8)運作重設電晶體26，且使㈣擴散區域25中之電荷放電 (重設作業）。 ⑼運作第二轉移閘極24 ’且將記憶體單元23中之所累積電 何Qmem轉移至浮動擴散區域25。此時，料暗像辛在吃 憶體單元23處不存在累積，因此對於此等像素加“。 ⑽運作第一轉移問極22 ’且將在光電二極體域之所累 137405.doc 201002057 積電荷Qpd轉移至記憶體單元23。 圖16中'’肩不項出週期之作業。在圖13中之定時圖表及圖 中之作業解釋圖中’⑴）至⑼對應於以下作業說明中 之（Π)至（]5)。 (11)在結束曝光時之轉移作業致使電荷Qmem被保持在浮 動擴政區域25處’且電荷Qpd被保持在記憶體單元a處。 如以上所闡述，對於暗像素Qmem = 〇。 由放大電晶體27讀出累積於浮動擴散區域25處之電荷 Q_作為信號位準Vmeme藉由浮動擴散區域25處之寄生 電容Cfd執行根據Vpd=Qpd/Cfd之電荷至電壓轉換⑽週 期）。 ⑽運作重設電晶體26，且使浮動擴散區域25處之電荷放 電。 (13)頃出洋動擴散區域25之重設位準v⑻(p週期）。 (1句運作第二轉移閘極24，且將記情舻 且肝。己隱體早το 23之電荷Qpd 轉移至洋動擴散區域25。 (1 5)讀出浮動擴散區域2 5虚

政LU慝之作為信號位準V

Vpd=Qpd/Cfd成立（DL週期）。 與圖17A中所示之正常全局曝光定時相比，根據本實施 :之全局曝光在DH週期及队週期對某—像素之信號⑽ 執仃兩次讀出，如圖丨7B中所示。 门樣，在DH週期與DL· 週教間存在重設位準Vrst讀出週期（p週期）。 驅動次序之實例 一般而言’與由一嵌入通道35(έ

Uq構貫例1及2)或嵌入擴 J37405.doc -32- 201002057 散區域37(結構實例3)形成之—記憶體單元23相比，浮動擴 散區域25具有-較大暗電流。在讀出週期期間，將係所累K 積電荷之-部分之電荷咖⑽保持在浮動擴散區域^中， 且因此比在保持週期中更受暗電流影響。 :圖17Β中所示’自累積週期結束直至DH週期係電荷保 持在洋動擴散區域25處之週期，因眇尤田仏士 因此在取後讀出列處， DH週期、p週期及见週期必須保持適用於每—列。 另一方面’如圖18中所示，可作出-配置，其中首先— 全執行在DH週期令對信號位準Vmem之笋、 凡 號位準Vpd。根據此方法 =’以後讀出信 在净動擴散區域2 5處之 =持週期：且減輕暗電流之效應。然而，應注意，對 月况4須使用貧料儲存區域（記憶體 :保持DH週期中讀出之信號，以 = 獲得一最後影像。 人續出之結果並 因此，對於另一驅動實例，在 個像素之增量或多個 U月之後，以早 電荷1)Qmem作為作 曰里來項出所累積電荷（信號 設浮動擴散區域25^讀出、號隨後’重 ;;广虎^依序對所有單元像询行此作業。 心後’以單個像素之增 擴散區域25並讀出浮動 象:之、里’重設浮動 信號2。接下來，將第二、^域25之重設位準作為一重設 將所累積電荷(信號電：和閘極24置於-導通狀態中且 後執行—作業以讀^^積轉移至浮動擴散區域25,之 累積电荷Qpd作為信號位準（輸出信 I37405.doc * 33 - 201002057 號 2) Vpd 〇 在使用此驅動實例之情況下在行處理單元 除處理如下。亦即，行處理單元13使用.心去 出信號1之信號位準Vmemn 重設信號1對係輸 執仃雜訊去除處 處理單元〗3使用重設 接下來，行 里叹彳口唬2對係輸出信號2 執行雜訊去除處理。 。旎位準VPd 單元像素之其他結構 接下來，將闡述單元像辛 丨本I 21)之另一組態實 結構實例。 員灼作為一第四 第四結構實例4

圖1 9係圖解說明根據第四結構實例之置 之細能々固^ 傅I例之—早几像素20D 之、且先、之圖，其中用相同參 可、勒唬钻5己圖1 7中之與圖2中 之被寺組件相同之組件。 «結構實例4之單元像素具有—結構，其中藉由提 ’、n型_質擴散區域3 9形成一溢产政你）Λ ，皿机路徑3〇 ,該η型雜質擴 月文&或39如供於閘電極22Α下方 ♦一 π〇 _ ^九弘一極體2 1與記憶體 早兀23之間的邊界部分處。 為降低雜質擴散區域39之電位以形成一溢流路徑30,用 1 η型雜質稍微摻雜雜質擴散區域39以降低ρ型雜質濃度， 成-Ρ雜質擴散區域39。另一選擇為，在形成=位 障壁時用—Ρ型雜質摻雜雜質擴散區域39之情況下，可藉 由降低摻雜濃度形成一 Ρ雜質擴散區域39。 此處，根據第一結構實例之單元像素2〇Α用作一基礎， 但根據其—修改之單元像素2〇Α可代替用作一基礎。 137405.doc •34- 201002057 如以上所述’ ff於 之單元像素2。八，1::-:構實例(或同樣地其修改) 閘極22。具體而*，士糸乂中間電®Vmid驅動第一轉移 電二極體Μ度下產生之電荷優先累積在光 22，將發生鮮二== 壓——轉移閘極 0i ., ^ 电何累積在記憶體單元23中。在結束 散區域25及自* Ϊ像素同時執行自記憶體單元23至浮動擴 f L使電二極體21至記憶體單元23之轉移並保持 以使仵經由兩次執行讀出。 :二面’對於根據第四結構實例之單元像素鄭已 形成於光電二極體？〗&叫& _ -δ£*憶體單元23之間的邊界部分處之 :，：用作將—在低照度下產生之電荷優先累積在光 電二極體21處之通道。圖-圖解說明圖19中之χ方向電 位且圖20Β圖解說明圖19中之ζ方向電位。 士可自圖20Α之X方向電位圖清晰看到，假設在光電二 極體21與記憶體單元23之間的邊界部分處之η型雜質擴散 區崎低此邊界部分處之電位。電位已降低之部分變為 溢流路控3〇。光電二極體21處產生的且超過溢流路徑30之 電位之電荷自動地茂漏至記憶體單元23且累積於記憶體單 :23處。換言之’產生之在溢流路㈣之電位内之任何泰 荷皆累積在光電二極體2丨處。 兒 現在，必須低於基板側處之溢流路徑之電位設定溢流路 徑3〇之電位，如圖湖之Z方向電位圖中所示。此時=路 徑3〇之電位係確定在將上述中間電壓Vmid施加至閑電 22A之後，自光電二極體21轉移至記憶體單元以作為俨號 137405.doc -35- 201002057 電荷1之電荷量之電位。 現在，溢流路徑30用作一中間電荷轉移單元。亦即， 當中間電荷轉移單元之溢流路㈣將—在其中所有多個單 兀像素皆執行成像作業之曝光週期中在光電二極㈣處藉 由光電轉換產生且超過溢流路徑3()之電位所確^之預定^ 荷量之電荷轉移至記憶體單元23作為信號電荷}。、 “注意，在圖19中所示之實例中，採取其中溢流路徑3〇係 错由提供p雜質擴散區域39來形成之—結構。^，應、主 意，如圖21中所示，可使用其中溢流路徑3〇係藉由提供；_ η雜質擴散區域39代替_ f擴散區域39來形成之—結構 如可自圖19及21看到，對於以下—結構：其中”充當 -先接收器之光電二極體（PD)21與記憶體之間的邊界處之 雜質濃度且在光電二極體（PD)21與記憶體單元”之間提供 溢流路徑30,除由於釘紮所致而發生暗電流之 得以下優點。 ' 圖22係-詳細圖解說明圖19中之溢流路徑部分之圖。— P-η接面所致之-空乏層卿成於光電：極體（pD)2i及記 憶體單元23附近…空乏層4〇在第1移問極22之閉電 極22A及記憶體單元23下方形成於光電二極體（pD)2i之邊 界處，以到達Si表面。 -般而言，若空乏層婦形成而到達si表面，則以表面 處之晶體瑕錄之暗電流累積在光電二極體(pD)2i或記 憶體單元處’因此’為避免此現象1閑電極22A設定為 一負電位以實現一对紫狀態，且-電洞累積層形成在Si表 137405.doc -36 - 201002057 面處 。、圖中具有低電位之溢流路徑3 0係用一 ρ雜質擴散 區域形成於空乏層40内光電二極體（pD)2i與記憶體單元23 在非釘糸狀態中，溢流路徑3 0亦接觸Si表面，因 此在電荷溢流職轉移至記憶體單元23時，發生以下現 象：載流子由於在Si表面處之瑕疲處被陷獲且重新組合而 消失。 向閘電極22A施加充分負電位在溢流路㈣之§丨表面側 處形成-提高電位之電洞累積層，因此具有低電位之溢流 k 〇移位至Si内-更深位置。因此，在❹溢流將電荷 轉移至記憶體23中，可防止由於晶體瑕疵所致之載流子重 新組合。 圖23A至23C係圖解說明—單元像素之平面結構之平面 圖。圖23A係一根據第一結構實例之單元像素2〇a之平面 圖’且圊23B係-根據第四結構實例之單元像素挪之平 ϋ 面圖。此處，溢流路徑30形成於光電二極體21與記憶體單 心之間的邊界部分之整個區域上方。然而，應注意，此 僅係-個實例且可作出一配置，其中一溢流路徑爾電 二極體與記憶體單元23之間的邊界部分之—部分處，如 圖23C中所示。 圖24係-圖解說明在使用根據第四結構實例之單元像素 2 0 D之情況下之驅動定日專夕宁姓 斗， 、 — 助疋％之疋打圖表，其對應於圖13。如 可藉由比較圖24與圖u清晰理解’在使用根據第四結構實 例之單元像素20D之情況下，免除在累積週期中用中^ 137405.doc -37- 201002057 壓Vmid之驅動（3)、（5)及（7)。如在圖13中，在結束曝光之 後執行相同之兩次讀出。 注意，如以上所述，在以負電位（釘紮電壓）驅動記憶體 單元23之閘電極之定時處，可執行以一瞬時方式透過一不 同電壓（例如，〇 V)來驅動。 圖25係一圖解說明在以負電位（釘紮電壓）驅動時，以一 瞬時方式透過一不同電壓（例如，〇 V)來驅動之一實例之定 時圖表，其不同於圖24中之圖表。 在將一閘電極（欲將其置於一非導電狀態中）設定為一實 現一釘紮狀態（例如，負電位）之電壓之情況下，在自處於 導電狀態中之電壓Von至處於非導電狀態中之電壓Voff進 行驅動之過程中，可瞬時地通過一在Von與Voff之間的電 壓 Vtr。 舉例而言，在將第一轉移閘極22及第二轉移閘極24之閘 電極22A及24A設定為一當處於一非導電狀態中時實現一 釘紮狀態之電壓之情況下，執行例如圖2 5中所示之驅動。 在自處於導電狀態中之電壓Von至處於非導電狀態中之電 壓Voff進行驅動時以Vtr暫時地驅動轉移脈衝TRX及TRG， 且然後以Voff驅動。 在眾多情況下，實現一釘紮狀態之例如負電位之電壓一 般而言係藉由升壓電路或降壓電路產生，且與正常電源及 接地相比經常具有較高阻抗且因此往往具有次等電流供應 能力。因此，自電壓Von直接至電壓Voff進行驅動將一大 的負載置於升壓電路或降壓電路上，且電壓收斂可滯後。 137405.doc -38- 201002057 為解決此問題，使中間電 —、. ^ Vtr通過而以電壓Voff驅 動’精此減輕負載。甚— ^ 戰右包壓在電壓Von與Voff之間，則 藉由使用（舉例而言）接地 ^ 电& (0 V)可有效地獲得電壓

Vtr。 注思，儘管在圖2 5中ρ /sj — 11 不性圖解說明轉移脈衝TRX及 ，但此可應用於欲將非導電狀態設定為-針紫電麗之 任何信號。 圖26及27係在使用根據第 ^ . 、·，°構霄例之單元像素20D之 情況下曝光期間之作業解釋 ▲ Α Μ且對應於圖14及15。圖26係 在入射光為強之情況下曝光 尤功間之—作業解釋圖，且圖27 係在入射光為弱之情況 二^ 尤J間之一作業解釋圖。如可 自圖26及27清晰看到，在使 根據弟四結構實例之單元像 素20D之f月況下，免除用中 — 垄Vmid驅動第一轉移閘極 22。而右光電二極體21虚娇太丄 ^ 產生之電荷超過溢流路徑3 0之 电位，則將此轉移至記憶體單元23。 元=2^28B#圖解說明在使用根據第四結構實例之單 =:Γ況下全局曝光之其他驅動定時之圖且對應 晰 如可猎由*較圖2从及28Β與圖17Β及18清 T , 耩男'例之早凡像素20D之情況 免除在累積週期中用中# 門進行驅動。P階段/D W又之讀出週期與圖17B及18中相同。 像在使用根據第四結構實例之單元 過溢流路^進行驅動且超 (預疋電荷量）之電荷被轉移至記憶體 137405.doc -39· 201002057 為< 號包何1，但並非限於此配置。 出一配置，豆中聯亦即，可作 /、合使用用中間電壓Vmid進 得將一超過藉由中間 仃騙動，以使 之預定電荷量之訂轅土 "流路徑3〇之電位所確定 1〇 何轉移至記憶體單元23作為信號電荷 電荷累積 接下來’將藉由正常全局曝光之一情 之全局曝光之一情況之間 ：列 憶體單元23處之電荷累積。 k先電-極㈣及記 正¥全局曝光 圖29A至29C圖解說明正常全局曝光下之 平軸表示自開始曝光至結束曝光之時間量言二7 累積電荷。 垂直軸為所 圖Μ圖解說明光電二極體21處之電荷累積。 射光為弱之一情9 α , e u 、 表不入 '，且在曝光週期期間產生一 + ^ Qch—alll。L2表示入射光為強之 电可 pa . ^ 凡且在曝光週期期 間在先電二極體21處產生一超過 ^ 荷 Qch 一 all2。 $何里 Qpd_sat 之電 :圖解說明針對係入射光為弱之情況之U記憶體單 :之所累積電荷。在結束曝光時光電二極體& = :QPd為⑽，，因此藉由第—轉移閘極 行 總電荷Q—。另-方面，光電二極體21處： 累積電荷為Qch_alli=〇。 圖Μ圖解說明針料人射光“之情況⑶記憶體單 137405.doc •40- 201002057 二3處之所累積電荷。戶斤累積電荷在曝光期間達到光電二 i豆21之取大電荷量（飽和電荷量）Qpd—sat且飽和。因此， —々光日守包荷Qpd-sat累積在光電二極體21處，因此 ^曰第車τ移閘極22將此電荷Qpd—如轉移至記憶體單元 23°由於飽和所致，不可獲得所產生電荷Qch_all2。 I自對正$全局曝光下之電荷累積之說明清晰理解，

^業下在單元像素20處可藉由光電轉換獲得之最 大電荷量為係光電二極體21之飽和電荷量之⑽―如。 根據本實施例之全局曝光 ，30A至30C圖解說明在根據本實施例之全局曝光下之 電何累積。水平軸表示自開始曝光至結束曝光之時間量， 且垂直軸為所累積電荷。 圖30A圖解說明針對表示人射光為弱之情況之u及表示 入射光為強之情況之。在光電二極體21處之電荷累積。圖 30B及规分別圖解說明針對Ll^2在記憶體單元23處之 所累積電荷。同樣，⑴至⑽對應於圖13中之定時圖表中 所示之驅動定時（1)至（1 〇)。 在驅動定時（3)、（5)及⑺處用中間電壓Vmid驅動第一轉 移閘極22之後，將超過對應於中間電壓Vmid之電荷 之電荷轉移至記憶體單元23。若光電二極體21處之所累積 電荷不超過電荷Qmid，則電荷仍保留在光電二極體2ι中。 對於L 1之貫例 ,a、w'吻此牡秘 定時（3)、（5)及（7)處未超過電荷Qmid且不存在藉由第一 轉移閘極22之轉移。總電荷Qch_am累積在光電二極體21 J37405.doc •41 - 201002057 處、在曝光結束時被轉移至記憶體單元23，且如下。 Qpd3=Qch_all 1 ...(1)

Qmem=0 ...(2) 對於L2之實例，入射光為強且所累積電荷大，因此在驅 動定時（3)、（5)及（7)處超過電荷Qmid。此處，給出—實 例’其中在驅動定時（3)處未超過電荷Qmid，但在驅動定 時（5)及（7)處超過電荷Qmid。 若假定Qch_all2表示在曝光週期期間根據入射光產生之 總電荷，且用Qchl、Qch2、Qch3及Qch4表示由驅動定時 (3)、（5)及（7)所劃分之四個曝光週期中之每—者中所產生 之電荷， 則 Qch_all2=Qchl+Qch2+Qch3+Qch4 ...(3) 成立。 在驅動定時（3)處，光電二極體21處之所累積電荷 Qpd2一1為

Qpd2_l=Qchl ...(4) 且若低於電荷Qmid ’則不存在至記憶體單元23 # 电付轉 移。若超過電荷Qmid ’則電荷Qtxl為零。此時， Qpd2_l+Qtxl=Qchl ...(5) 成立。 在驅動定時（5)處，光電二極體21處之所累籍略 (^(12_2為 何

Qpd2_2 = (Qpd2_l-Qtxl)+Qch2 ...⑹ 且在超過電荷Qmid之情況下，發生至記憶體單元23之… 電荷 137405.doc •42- 201002057 轉移。此時欲轉移至記憶體單元23之電荷Qtx2為 Qtx2 = Qpd2_2-Qmid ...(7) 在驅動定時（7)處，光電二極體2 1處之所累積電荷 Qpd2_3為

Qpd2_3=(Qpd2_2-Qtx2) + Qch3 …（8) 且在超過電荷Qmid之情況下，發生至記憶體單元23之電荷 • 轉移。此時欲轉移至記憶體單元23之電荷Qtx3為

Qtx3=Qpd2_3 -Qmid . ..(9) ί_ 曝光進一步繼續，且在曝光結束時在光電二極體2 1處所 累積電荷Qpd2_4為

Qpd2_4=(Qpd2_3 -Qtx3) + Qch4 ...(10). 同樣，在中間電壓Vmid驅動下藉由電荷轉移在記憶體單元 23處所累積之電荷Qmem為

Qmem=Qtx 1 +Qtx2+Qtx3 ...(1 1) 且係在曝光即將結束前轉移至浮動擴散區域25，並被保 持。 對於在結束曝光時光電二極體21處之作為Qpd之所累積 電荷，

Qpd=Qpd2_4 ...(12) 成立。藉由第一轉移閘極22將光電二極體2 1處之所累積電 荷Qpd(Qpd2_4)轉移至記憶體單元23且保持在記憶體單元 23處。 由於曝光結束及執行之電荷轉移所致保持在浮動擴散區 域25中之電荷Qmem及保持在記憶體單元23中之Qpd各自 137405.doc -43- 201002057 被項出且在下游信號處理單元丨8(參見圖丨）處經受相加處 理，藉此獲得一對應於總的所產生電荷Qch—3112之信號位 準。 表達式（11)及（12)產生

Qpd+Qmem=Qpd2_4 + (Qtxl+Qtx2 + Qtx3) 表達式（10)產生 = Qpd2 3 + Qch4+Qtxl+Qtx2 表達式（8)產生 =Qpd2_2+Qch3+Qch4+Qtxl 表達式（6)產生 =Qpd2_l+Qch2 + Qch3 + Qch4 表達式（4)產生 =Qchl+Qch2 + Qch3 + Qch4 且表達式（3)產生 = Qch_all2 ...(13)。 可自以上理解，可保持單元像素2q處藉由光電轉換所產 生之總的所產生電荷3112並藉由讀出及相加電荷 Qmem及Qpd中之每一者來讀出該電荷。總的所產生電荷 Qch_all2之電何量與入射光強度成線性比例，因此可理 解，可藉由線性回應特性執行影像獲取。 在圖1中所示之信號處理單元Μ處執行此時的相加處 理。亦即，信號處理單元18對對應於在dh週期及见週期 中劃分之電荷Qm⑽及Qpd讀出之信號位準¥_及^執 行相加處理。在進行此相加處理時，圖！中所示之資料儲 137405.doc -44 * 201002057 存單元19暫時地儲存對應於在DH週期中之電荷Qmem讀出 之信號位準Vmem。 注意，在行處理單元1 3處進行雜訊去除之後，信號處理 單元1 8處之相加處理並非限於對信號位準Vmem及Vpd進 行相加處理。亦即，在其中信號位準Vmem及Vpd並不經 受雜訊去除處理之一組態之情況下，對自單元像素20輸出 之信號位準Vmem及Vpd執行相加處理。 表達式（1 4)中值得注意之一點係在直至自電荷Qmem及 Qpd獲得總的所產生電荷Qch_all2之整個過程期間當以中 間電壓Vmid驅動時光電二極體21之保持電荷Qmid沒有影 響。此意指，即使由於像素之間電晶體臨限值之不規則性 而使光電二極體21之保持電荷為Qmid+AQmid，亦可自 Qmem+Qpd獲得 Qch—all2。 舉例而言，讓我們考量以下情況：在表達式（9)及（10)中 光電二極體21之保持電荷Qmid為Qmid+AQmid。此處，表 達式（9)中之電荷Qtx3為

Qtx3=Qpd2_3-(Qmid+AQmid) ...(14) 且轉移至記憶體單元23之值減少AQmid。 另一方面，表達式（10)中之所累積電荷Qpd2_4為 Qpd2_4 = (Qpd2_3 -Qtx3) + Qch4 = (Qmid+AQmid)+Qch4 ...(15) 因此，光電二極體2 1處之所累積電荷增加AQmid。 將光電二極體21之所累積電荷及記憶體單元23之所累積 電荷相加以獲得總的所產生電荷Qch_all2。 137405.doc -45 - 201002057 因此’光電二極體21處之所累積電 :’，意指由於臨限值不規則性所致之Q心 衫響總的光產生電荷Qch_ail2。同樣 曰 換〇之，夕 規則性不具有影響意指多次供應至第— 不 電壓Vmicl每次可具有不同電壓。 夕甲圣22之中間 圖Μ至31D圖解說明單元像素2〇之輪人/輸出特性 圖解說明人射光光度與來自在如週期讀出所累

Qmem之輸出之間的關係。 、 ^ ^ 間^*SVmid進行驅動 之自光電二極體21至記憶體單元23之電荷轉移直至某 —光度位準E0才輸出，此乃因由於光度位準別被超過且光 電二極體21中之所累積電荷超過Qmid而發生此電荷轉移。 圖仙圖解說明入射光光度與來自在即週期讀出所累積 電何Qpd之輸出之間的關係。光度位準別係—開始發生由 於以中間電壓Vmid進行轉移所致之電荷轉移且在光度位準 E〇下所產生光產生電荷為Qpd_lin之光度位準。 圖加圖解說明圖31AA31B之相加特性之輸出，亦即， QPd + Qmem之輸入/輸出特性。可累積並保持多至光電二極 體21及記憶體單元23之最大電荷量Qpd—sat及Qmem—sat之 和之電荷。可執行大至等效於Qpd—sat+Qmem—sat之入射光 度Emax之成像。 圖3 1D圖解說明在不使用藉由中間電壓進行驅動之 正常全局曝光之情況下之輸入/輸出特性。光電二極體21 之最大電荷量QPd-sat係累積及保持之最大值，因此動態 範圍低。 137405.doc -46· 201002057 以下一配置係較佳，其中所累積電荷Qpd及所累積電荷 Qmem之相加並非單純地相加，而係僅在所累積電荷Qpd 超過預定臨限值Qpd_th之情況下進行相加，且否則僅輸出 所累積電荷Qpd。

Qout=Qpd (Qpd>Qpd_th)

Qout=Qpd+Qmem (Qpd<Qpd_th) 現在，臨限值Qpd_th係一小於在入射光光度EO下所產生 光產生電荷（^4_1丨11之值，此顯示於圖318及3 1(：中。亦 即，用於執行相加處理之臨限值Qpd_th係一低於充當輸出 信號2之信號位準Vpd等效於充當輸出信號1之信號位準 Vmem產生一相當大的輸出位準所處之最小入射光光度E0 之值。 若所累積電荷Qpd小於在入射光光度E0下之所產生光產 生電荷Qpd_lin，則所累積電荷Qmem為信號輸出0，因此 相加係不必要的。此避免在讀出時相加不需要的雜訊分 量，且因此可在一低照度範圍獲得一高S/N比。 重設雜訊之去除 在浮動擴散區域25處，使所累積電荷Qpd及所累積電荷 Qmem經受電荷至電壓轉換至信號位準Vpd及信號位準 Vmem，且經由放大電晶體27讀出。此時，實際上讀出之 信號係已將信號位準Vpd及信號位準Vmem相加作為重設 位準Vrst之偏移之一位準。 在結束曝光時在使光電二極體2 1之電荷放電時，DH週 期中讀出之信號位準Vsig_dh係重設位準Vrstl及信號位準 137405.doc -47- 201002057

Vmem。

Vsig_dh=Vmem+Vrstl 此處，重設位準Vrstl包含—固定分量Vm—fpn(例如， 偏移值）及一隨機分量Vrstl—rn。固定分量Vrst_fpn係放大 電晶體27及負載電晶體（未顯示）等處之臨限不規則性。隨 機分量Vrstl—rn係重設作業等時之kTC雜訊。

Vrstl=Vrst_fpn+Vrstl_rn 在P週期中，在DH週期之後執行浮動擴散區域25之一重 設作業，因此重設位準Vrst變為Vrst2，且讀出此重設位準

Vrst2。此Vrst2亦包含一固定分量及一隨機分量。固定分 里係Vrst一fpn，與重設位準Vrstl相同，且隨機分量係 Vrst2—rn 〇

Vrst2—Vrst_fpn+Vrst2 rn 在DL週期讀出之信號位準Vsig_dl為

Vsig_dl=Vpd+Vrst2。 舉例而言，去除在P週期在行處理單元13(參見圖丨）處藉 由雜訊去除處理讀出之重設位準Vrst2，因此DH週期輸出 Vout一dh及DL週期輸出v〇ut—dl如下。

Vout—dh=Voutdh-Vrst2 =Vmem+(Vrstl__rn-Vrst2_rn)

Vout_dl=V sig_dl-Vrst2 =Vpd 可藉由以一精確方式去除重設雜訊讀出光電二極體21中 所累積之電荷Qpd。記憶體單元23處所累積之電荷Qmem 137405.doc -48- 201002057 具有所去除重設雜訊之固定分量 等)仍保留。 &機刀-(咖雜訊 然而，若入射光光度高且產生大量電荷，列产 般而言受光散粒雜訊支配，且重 ：幾雜訊- 係由於發生與所產生電荷之平方权衫響極小。此 物理現象所致。舉例::：已 牛例而。右已產生10,000 e電 —S之隨機雜訊將作為光散粒雜訊加入。另一 'il〇° 源於電路之隨機雜訊經常為大約數個卜_:’起 響影像品質。 且成乎不影 另—方面，若入射光光度低且幾乎不 Π:自身係小，因此重設雜訊等之影響起I:作:光： 而產生影像品質劣化。 F用攸 ==，若入射光光度低於—預定光度 埶Γ僅累積於光電二極體21中，因此可以- 化僅二 設雜訊，且不會發生影像品質之劣

± 射光光度為預定光度或更高且產生大量L ;積:;:憶體單元23處發生電荷累積，將其讀出作:： 累積電何Q_，因此由於以上原因幾乎 且可執行極佳成像。 “象爻化 本實施例之優點 上所述根據本實施例之影像感測器ι〇 2被攝物正在移動等情況下，亦可藉由配置所有 外，换a a ’木貫現热失真之成像。另 〜構’其中單元像素2。績具有浮動擴散區域 137405.doc -49- 201002057 之外’亦具有能夠累積並保持信號電荷 23，錯此可獲得以下優點。 =己隐肢早元 若入射光光度為低於_預定光度之低 在來自光電轉換之電荷，因 …又’則幾乎不存 中，且可在對自電荷讀出了僅儲存在光電二極心 中去除kTC雜訊。因此， ^ ‘讯去除處理 J峰保一咼S/N比 現亦包含kTC雜訊之雜訊減少處理。 &乃因可實 若入射光光度為處於或高於預定光度之高昭 光電轉換所產生之電荷累積並保持在光 ？由 體單元23兩者中，因此可提 及记憶 二極體21及記憶體單元23中之頃出保持在光電 之信號位準Vpd及Vmem，夢此 目力:對應於其電荷量 律猎此了確保-寬廣動態範圍。 、’、电曰曰體中之一者之第-轉移閘極22之臨限值 之不規則性使用記憶體單元23處之累積影響光 限： 此不會影響最後輸入，輸出特性，如以上所述。因此，； 減少由於像素之間像素電晶體之臨限值不規則性所致之雜 讯，精此可改良所拍影像之影像品質。 對應於光電二極體21 Θ 9 ,陪_ @ _ 篮1及5己丨思體早兀23之所累積電荷Qpd 及Qmem之兩個l號位準外认Vm⑽之和#效於所累積電 何Qpd及所累積電荷Qmem，且和Qpd + Q_係與入射光強 ^E成比例產生之―電荷^因此，展現線性回應輸入/輸出 因此不存在關於信號處理（例如，關於彩色影像）之 問題。 、 順便提及’右輸入/輸出特性不係線性回應，（舉例而 137405.doc -50· 201002057 5，例如對數回應），則此不適合信號處理（例如，關於彩 色心像）。舉例而言，若照明之RGB比為1:2·· 1，則藉由獲 取GB比或全部或部分成像面調節白平衡且加倍尺及b。然 而對於對數回應，儘管照明之RGB比為恆定，亦端視光 电RGB比，因此難以獲取比。此外，即使此可獲 取亦必屑知用非線性調節。由於臨限不規則性所致之每 像素之不同輸入/輸出特性使信號處理更加困難。 更高動態範圍 對於目前為正之作業說明，最大電荷量擴大至QPd_sat+ Qmenyat，藉此獲取所有所產生電荷作為信號，且確保 等 >文於Qpd_sat + Qmem—如之一入射光光度之一動態範 、 述係—驅動實例，其中廢除所產生電荷之一部 =輸出藉由兩種類型之曝光時間所獲得之信號以進一 將閣述於由本受讓人提二=7:加:之基本原理係 聊59及2__l24699f^ μ 本專射請案第2_- 光之本㈣-原理應用於用於實現全局曝 尤之本&明—貫施例之結構。 _圖调解說_於動“圍加寬n 不之配置係圖13中所示之根據 = 驅動實例之配置，但添 _ <早期闡述 對於此靶翻& D [思體早兀23之放電驅動（16)。 對…動實例’在對所有像素係 間^第—轉移閘極22兩次或多次地執行用中間t 進订驅動。在最後中間電壓驅動(第—中間電厂1111 电馬£動）與在 137405.doc 201002057 該中間電壓驅動前 <>甲間電壓驅動（筮-由 之間的一週期 助（弟一中間電壓驅動） ¥通弟二轉移閘極24。同時，可、 不運作重設電晶體26 、、了運作或可 壓驅動中之每—中 ， -人或多次執行的中間電 田， 間電壓Vmid較佳地具有相同電壓信。 « 3圖解說明動態範圍 之放電驅動⑽使到目前…作業。添加記憶體單元23 科放當B 則為止累積在記憶體單元23中之電 何放電’且因此僅 τ心电 左士 僅在取後中間電壓驅動（第一中門+ @听 動）處所轉移之電荷變 中間电壓驅 斤累積黾何Qmem。此所g并命朴 Q_係如此以使得^ 匕所累積电何 等，則在坌. 苐轉移閘極22之中間電壓相 寺貝1在第-中間電壓驅 ⑺處仍保留在光電二…匕 弟—中間電•驅動 •月丑2 1處之電荷量各自等 即使由於像素之間踣卩ρ , 于KQrmd。 動π規則性所致卩㈣值可不同，則驅 ()驅動⑺之殘餘電荷量仍將等於Qmid。 在緊接第-中間電壓驅動⑺之前累積於光電 處之電荷係-可藉由添加自第二中間電壓，區動(5)至第一中 =壓驅動（7)(其係-第二曝光週期）所累積之電荷⑽〇rt &付之一值，將其添加至第二中間電壓驅動⑺之殘餘電荷 Qmid。亦即’由於第_ φ pg雨·网疏壬γ 弟中間％ [驅動（7)，電荷Qmid仍保 留在光電二極體21中，因此所累積電荷Qm⑽為

Qmem=(Qmid+Qsh〇rt) — Qmid。 對於在總曝光週期Tlong(其係一第一曝光週期）中所產生 之作為Qlong之總電荷’電荷Qsh〇rt&

Qshort=(Tshort/Tlong)XQlong。 亦即’將因在中間電壓驅動週期Tsh〇n與總曝光週期 137405.doc •52· 201002057

Tlong之間的比之曝光比而為小的值輸出作為電荷Qsh〇rt。 因此’即使對於入射光光度超過最大電荷量 Qmem—sat，電荷Qsh〇rt亦可獲取信號，因此可實現曝光比 之一倍數之動態範圍加寬。亦即，可針對高至等效於 (Tlong/Tshort)xQmem_sat之入射光光度執行成像。 圖34A至34C圖解說明動態範圍加寬作業之輸入/輸出特 性。在圖34A至34C中，E0係一開始以第_中間電壓驅動 而轉移之光度等級，亦即直至第一中間電壓驅動之總的所 產生電荷為Qmid之光度。E1係開始在第二中間電壓驅動 處之轉移之一光度等級，亦即一直至第二中間電壓驅動之 總產生電荷為Qmid之光度。 在E0或更低之一光度等級處，所產生電荷全部累積在光 笔一極體21處’且作為所累積電荷Qpd輸出。此時， Qmem=〇。

Qout=Qpd (Ε<Ε0) =Qlong 在自E0至El之光度等級處，在第二中間電壓驅動處不存 在轉移，且在第一中間電壓驅動處，添加在第二曝光週期 Tshon中之累積，且轉移已超過Qmid之部分以變成 Qmem。在此情況下，在記憶體單元23之放電作業（16) 時，Qmem=0，因此累積所產生電荷之全部作為電荷Qpd 及Qmem ’且可獲得作為來自Qpd+Qmern之輸出Q〇ut之總 產生電荷。 Q〇ut=Qpd+Qmem (E0<E<E1) 137405.doc *53- 201002057 = Qlong 在超過E1之—光度等級處，在第二中間電l驅動中發生 轉移，且在放電驅動（16)t廢除轉移至其之電荷。因此， 藉由Qpd + Qmeq會獲得總產生電荷。然而，如以上所 述’由於在第二中間電壓驅動處發生轉移，因此光電二極 體以中之殘餘電荷為Qmid。此外，由於殘餘電荷為 Qmid(與第一中間電壓驅動相同），因此將在第二曝光週期

Tshort中所累積之電荷Qsh〇rt轉移至記憶體單元23並保持 在其中。 在此情況下，曝光比Tlong/Tsh〇rt之增益針對輸出q_ 而倍增，可獲得一等效於總電荷Q1〇ng2信號。 亦即， (E>E1)

Qout=(Tlong/Tshort)xQmem ^(Tlong/T short) xQ short =Qlong 亦即

Qout=Qpd (E<E0) =Qpd+Qmem (E0<E<E 1) =(Tlong/T short)x Qmem ...(16) 藉此’可獲付如圖3 4 C中所示之線性特性。此時可將動態 範圍擴展至一專效於（Tl〇ng/Tshort)xQmem—sat之入射光光 度 Emax。 同樣，藉由實際中如下執行以上處理可獲得相同優點。 Qout=Qpd (Qpd<Qpd_th) 137405.doc -54- 201002057

Qout=MAX(Qpd+Qmem (Tlong/Tshort)xQmem) (Qpd>Qpd_th) 現在，Qpd_th係一等效於一小於E0之入射光光度之所累 積電％量。在Ε<Ε0中，Qmem=0成立，且可進行相加，但 在號特別小之區域中，包含在電荷Qmem中之雜訊可添 加至輸出，且為此，提供Qpd th。

MAX (A，B)係一選擇a及b中之較大者之函數。在 E〇£E<El中，所獲得電荷Qmem小於在第二曝光週期中所 累積之電荷Qshort，因此選擇Qpd+Qmem。同樣，在拉E1 中，藉由第二轉移驅動放電電荷，因此如和卩邮爪小於

Qlong。因此，選擇（T1〇ng/Tsh〇rt)xQmem，且其等效於表 達式（16)。 以上計算表達式不必具有在每一像素處精確轉變之點別 ’以將等效於充分小於E0之光度位準之臨限值 設定為充足，且因此，可執行實務處理。 修改 儘管在以上實施例中已闡述其中自平行於信號處理單元 18之行處理單元13向下游提供資_存單元19之-缸能， :旦：實施例並不限於此配置。舉例而纟，可作出一例：圖 35中所示之配置，其中愈扣一 。 早兀13並行地提供資料儲 存早兀19’且藉由水平驅動單 屮動早7^ 14騎之水平掃描同時讀 出週期之資料⑽视週期之資料聽，其中在下游之 k號處理單元18處執行信號處理。 此外可作出一例如圖3 6中所示之¥ 丁之配置，其中行處理單 137405.doc -55- 201002057 元13具有一用於針對像素陣 描旦.a / 早71之母一行或其多個行 柘置進行AD轉換之AD轉換 、力 且同樣並行於行處理單 兀提供貢料储存單元1 9及j古|卢處理_ t上 1观處理早兀18，以使得在作 號處理單元18處進行類比或赵你秘j 更于在仏 — 、/數位雜讯去除處理之後，針對 母一行或多個行之增量執行資 一，。上 貝才十城存早凡19及信號處理單 兀18之處理。 卞 同樣，儘管在以上實施例中給一 ® 貫例，其中應用於偵 測對應於可見光之發光數量 < 現冤何作為物理量之單元 像素排列成一矩陣形之c μ η <51 μ 4 平办之CMOS影像感測器，但本發明並不 限於應用於一 CMOS影像咸制哭 η 〜傢玖測斋，且可應用於一般而言 對像素陣列單元之每一像素行提— 丁丨J <疋U 订處理早兀之行類型 固態成像裝置。 、 同樣，本發明不僅可應用於積測可見光之入射光品質之 分佈且對其執行成像成為—影像之I態成像裝置，亦可應 詩偵測紅外線、χ射線、粒子等之輸入數量之分佈之^ 態成像裝置，且進一步’亦可應用於—般而言廣義上之固 態成像裝置（物理數量偵測裝置），例如偵測壓力、電容或 其他物《量之分佈且對其執行成像成為一影像之指紋偵 測感測器等。 ' 注意，固態成像裝置可被組態為_單晶片裝置，或可成 一杈組化形式，其中一成像單元、信號處理單元、光學系 統等封裝在一起以具有成像功能。 此外，注意，本發明並不限於應用於固態成像裝置，且 亦可應用於一般而言使用一固態成像裝置用於一影像獲取 137405.doc -56· 201002057 單元（光電轉換器）之電子裝備， 相機及攝像機等)、具有與蜂 ：(:如數碼照 可攜式端子裝置、使用固態成像裝；：相：之成像功能之 〜印械寺。本發明可進-步應用於向電子裝備接徂之 組化狀態(亦即，一相機模組)之成像設備。…拉 應用貫例

圖37係-圖解說明根據本發明—實施例之電子袭 例而言，例如-成像設備)之-組態之一實 牛 如圖37中所示，根據本發明—實施例之-成像設備 具有：透鏡群組51等之光學系統、-成像裝置52、_係_ 相機信號處理雷腺之1Γ) ς p帝攸ς， ’ 士 处里4硌之1^?弘路53、訊框記憶體54、—顯示 =置55、-記錄裝置56、_作業系統”、—電源系㈣ 寻’其中DSP電路53、訊框記憶體54、顯示裝置55、記錄 衣置56、作業系統57及電源系統58藉由一匯流排線约互相 連接。 ， 透鏡群組51輸入來自一被攝物之入射光（影像光）且將此 成像在成像裝置52之成像面上。成像裝置52將藉由透鏡群 組5 1對準在成像面上之入射光之發光數量以像素遞增方式 轉換成電信號，且作為像素信號輸出。一根據上述實施例 之固態成像裝置（例如，CMOS影像感測器1〇)，亦即，一 可藉由執行全局曝光實現無失真成像之固態成像裝置，可 用於成像裝置52。 顯示裝置55組態有一面板類型顯示裝置（例如，—液晶 顯示裝置、有機EL(電致發光）顯示裝置等）且顯示在成像 137405.doc -57- 201002057 4置52處成像之移動戎靜，卜旦以会 f52m 移動成靜止衫像。記錄裝置56將在成像裝 置52處成像之移動或靜 止〜像δ己錄在記錄媒體上，例如， 一錄影帶、DVD(數位多樣化光碟）等。 作業系統5 7在使用者所執行 B . 丁之作業下發出關於成像設備 /、之各種功能之運作命令。電源系統㈣聰電路Μ、 訊框記憶體54、顯示裝置55、 ϋ球居置56及作業系統57供 應充S其運作電源之適合每一者之電力。 如以上所述，在一成像設備(例如，-攝像機、數碼昭 相機、用於行動裝置（例如蜂巢式電話等）之相機模組等）;、 使用上述實施例中之C刪影像感測㈣作為成像裝置$ 2 能夠實現針對所成像影像獲得高影像品f，此乃㈣於 CMOS影像感測器1〇可減少由於像素電晶體之臨限不規則 性所致之雜訊且可確保一高S/N比。 、 主本申請案含有揭示於2008年4月3日在日本專利局提出申 請之日本優先專利申請案第JP 2〇〇8_〇96884號中之相關標 的物，該申請案之全部内容以引用方式併入本文中。〃不 熟習此項技術者應理解，可端視設計要求及其他因素而 作出各種修改、組合、子組合及變更 又又八要其歸屬於隨附 申請專利範圍或其等效物之範疇内即可。 【圖式簡單說明】 圖1係一示意性圖解說明應用本發明一實施例之一 cM〇s 影像感測器之組態之系統組態圖； 圖2係一圖解說明根據一第一結構實例之一 平7L像素之 組態之圖； 137405.doc •58· 201002057 圖3係一圖解說明根據第一姓 、口構貫例之修改 _ _ 素之組態之圖； 單凡像 圖4係一不使用一放電單元之 I"月况之作業解緩国. 圖5係一在圖2中所示之z_z ”釋圖， 一 π上之電位圖； 圖6係一例示性圖解說明閘極電壓與 係之圖； 電位之間的關 圖7係一圖解說明根據—第二 組態之圖； -構貫例之-單元像素之 圖8係一圖解說明根據—第 組態之圖； 、，。構貫例之-單元像素之 圖9係一圖解說明根據第一 — 弟二結構實例之單元德去 之母一部分處之電位之電位圖； ，、 圖10Α至丨0Ε係實施例之第— 圖； 至第五特徵之作業解釋 圖1Η系一用於解釋在正常全 之定時圖表； 4作業中所執行之作業 圖12係正常全局曝光作業之—作業解釋圖； 圖13係—圖解說明在使用根據第—結構實例之單元像素 之一情況下之驅動定時之定時圖表； ” 、广4係—圖解說明在累積週期中之入射光為強之情況下 光產生電荷之轉移之作業解釋圖； 一圖15係—圖解說明在累積週期中之入射光為弱之情況下 光產生電荷之轉移之作業解釋圖； 圖16係-圖解說明讀出週期中之作業之作業解釋圖，· 137405.doc -59- 201002057 之驅動定時之 之情況，且圖 圖17A及17B係圖解說明用於全局曝光 圖’其中圖15A圖解說明一正常全局曝光 1 5B圖解說明一根據實施例之全局曝光之情況. 一驅動定 圖1 8係一圖解說明根據實施例之全局曝光之另 時之圖； 圖19係一圖解說明根據第四結構實例夕留_ <平凡像素之組態 之圖； 圖20A係一圖解說明圖19中之X方向雷竹 %丨儿 < 龟位圖； 圖20Β係一圖解說明圖19中之Ζ方向雷仿夕 屯m <冤位圖； 圖2 1係一圖解說明根據第四結構實例之一一 、 早疋像素之另 一組態之圖； 圖22係一圖解說明圖19中所示之一溢流路徑部分之@ . 圖23A至23C係圖解說明一單元像素之平 圖， 、'、°稱之平面 圖， 圖24係一圖解說明在一使用根據第四結構實 ^ 、'^〈單元傻 素之情況下之驅動定時之定時圖表； 圖25係一圖解§兒明在以負電位（釘紮電壓）驅動時，以 瞬時方式透過一不同電壓（例如，〇 v)進行驅動〜以 定時圖表； —貫例之 圖26係一當入射光為強時在使用根據第四結構實例之。。 元像素之情況下，曝光之作業解釋圖； °° 圖27係一當入射光為弱時在使用根據第四結構實例之。。 元像素之情況下，曝光之作業解釋圖； °° 圖28A及28B係圖解說明在使用根據第四結構實例之單 137405.doc •60· 201002057 元像素之-情況下，全局曝光之其他驅動定時之圖； 圖29A至29C係圖解說明正常全局曝光作業中之電荷累 積之圖； 圖30A至衰係圖解說明在根據實施例之全局曝光 中之電荷累積之圖； 〃 圖31A至31D係圖解說明一單元像辛 1豕京之輸入/輸出特性之 圖； 圖32係一圖解說明具有一經擴展動態範圍之驅 定時圖表； ^ 圖33係一用於一經擴展動態範圍之作業之作業解釋圖· 圖34A至34C係圖解說明當在—經擴展動態範圍下作業 時輸入/輸出特性之圖； μ 圖35係一示意性圖解說明根據實施 — 〈 修改之一 CMOS影像感測器之組態之系統組態圖； 圖3 6係一示意性圖解說明根據實施例 〜乃—修改之一 CMOS影像感測器之組態之系統組態圖； 圖37係一圖解說明根據本發明一實施例之— 成像設備之 組態之一實例之方塊圖； 結構 圖3 8係一圖解說明根據相關技術之一單元像素之 實例之圖； 圖39係一藉由根據相關技術之一單元像素 ^"王局曝光之 作業解釋圖； 圖4 0係一在藉由一根據相關技術之單元像素執八乃曝 光時之定時圖表； 137405.doc -61 - 201002057 圖4 1係一圖解說明根據一相關技術具有—記憶體單元之 一單元像素之組態之圖； 圖42係—藉由根據相關技術具有一記憶體單元之一單元 像素之全局曝光之作業解釋圖； 圖解說明對數回應作業之一作業狀態之作業解 圖 圖44係一圖解說明對數回應作業之一 等效電路之電路 圖45係— 之圖；及 圖解說明入射光光度E與像素輸出之間的 關係 圖46係 —圖解說明由於像素之間電 性所致像素之間輸入/輸出特性 【主要 元件符號說明】 10 CMOS影像感測器 11 像素陣列單元 12 垂直驅動單元 13 行處理單元 14 水平驅動單元 15 系統控制單元 16 像素驅動線 17 垂直信號線 18 "is號處理單元 19 資料儲存單元 20A 單元像素 晶體之臨限值之 不同之圖。 不規 137405.doc -62· 201002057

20B 單元像素 20C 單元像素 20D 單元像素 21 光電二極體 22 第一轉移閘極 22A 閘電極 22A' 閘電極 23 記憶體單元 23A 專門電極 24 第二轉移閘極 24A 閘電極 25 浮動擴散（FD)區域 26 重設電晶體 27 放大電晶體 28 選擇電晶體 29 放電部分 29A 閘電極 30 溢流路徑 30' 溢流路徑 31 η型基板 32 Ρ型井層 33 Ρ型層 34 η型後入層 35 η型嵌入通道 137405.doc -63- 201002057 36 汲極部分 37 嵌入擴散區域 38 P型層 39 η型雜質擴散區 40 空乏層 5 1 透鏡群組 52 固態成像裝置 53 DSP 54 訊框記憶體 55 顯示裝置 56 記錄裝置 57 作業系統 58 電源糸統 59 匯流排線 100 單元像素 101 光電二極體 102 轉移閘極 103 η型浮動擴散（f 104 重設電晶體 105 放大電晶體 106 選擇電晶體 107 記憶體單元 108 轉移閘極 111 η型基板 137405.doc -64- 201002057 112 P型井層 113 P型層 114 n型歲入層 200 垂直信號線

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Claims (1)

1. 201002057 七、申請專利範圍·· 1.-種固態成像裝置，其包括·· 複數個單元像素，其等包含 光笔轉換器，其奴細能 荷且料雷… 據入射光數量產生電 J肘°亥電何累積於其中， 电 弟 轉移閘極，其瘦έ且雜W 始A 轉移累積於該先泰Μ 換态中之該電荷， /九电轉 一電荷料區域，其經組態^呆持藉由該 間極自該光雷鐘垃哭絲 ^ ^ 轉移 亢电轉換态轉移之該電荷， -第二轉移閘極’其經組態以轉移 持區域中之該電荷，& '、寺在该電荷保 -浮動擴散區域’其經組態以保持藉 閘極自該電荷保持區域轉 一移 竹β <邊電何’以供 號（轉換成電壓）； 為一 ㈣荷轉移單元，其經組態以在其中所有該複數 们早兀像素同時執行成像作業之—曝光週期巾將 轉換器處產生之超過一預定電 ， Λ电 »仅姓r 4 也何里之—電荷轉移至該電 何保持區域，作為一第一信號電荷；及 一像素驅動單元，其經組態 -你主 在其中所有該複數個單 凡像素同時執行成像作業之該曝光週期中， 早 將該第一轉移閘極設定為—非導電狀態， 將該第二轉移閘極設定為一導電狀能， 將該第—信號電荷自該電 ^ 、 何保持區域轉移至該浮動 擴政區域， 137405.doc 201002057 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第一轉移閘極設定為一導電狀態，及 將累積於該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷保 持區域作為一第二信號電荷； 其中該像素驅動單元 在該曝光週期結束之後，以單個像素之增量或複數 個像素之增量讀出該第一信號電荷作為一第一輸出信 號， 然後，重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區域 之該重設位準作為一重設信號， 然後，將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將該 第二信號電荷轉移至該浮動擴散區域， 及隨後讀出該第二信號電荷作為一第二輸出信號。 2. 如請求項1之固態成像裝置，其中對應於該電荷保持區 域之閘極電位係在將該第一轉移閘極及該第二轉移閘極 中之至少一者設定為一非導電狀態之一週期期間設定為 一實現一釘紮狀態之電壓。 3. 如請求項2之固態成像裝置，其中不同於對應於該電荷 保持區域之一閘極的安置於該電荷保持區域之邊緣侧處 之一閘極之電位係設定為一實現一釘紮狀態之電壓。 4. 如請求項2之固態成像裝置，其中在將對應於該電荷保 持區域之該閘極電位設定為一實現一釘紮狀態之電壓 時，一不同之電壓係以一瞬時方式通過。 5. —種固態成像裝置，其包括： 137405.doc 201002057 複數個單元像素，其等包含 一光電轉換器，其經組態以根據入射光數量產生電 荷且將該電荷累積於其中， 一第一轉移閘極，其經組態以轉移累積於該光電轉 換器中之該電荷， 一電荷保持區域，其經組態以保持藉由該第一轉移 ' 閘極自該光電轉換器轉移之該電荷， 一第二轉移閘極，其經組態以轉移保持於該電荷保 持區域中之該電荷5及 一浮動擴散區域，其經組態以保持藉由該第二轉移 閘極自該電荷保持區域轉移之該電荷，以供被讀出為一 信號（轉換成電壓）； 一中間電荷轉移單元，其經組態以在其中所有該複數 個單元像素同時執行成像作業之一曝光週期中將該光電 轉換器處產生之超過一預定電荷量之一電荷轉移至該電 , 荷保持區域，作為一第一信號電荷；及 V,/ 一像素驅動單元，其經組態以在其中所有該複數個單 元像素同時執行成像作業之該曝光週期中， 將該第一轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第二轉移閘極設定為一導電狀態， 將該第一信號電荷自該電荷保持區域轉移至該浮動 擴散區域， 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第一轉移閘極設定為一導電狀態，及 137405.doc 201002057 將累積於該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷保 持區域作為一第二信號電荷； 其中該像素驅動單元 對所有單元像素依序執行以下之一動作 在該曝光週期結束之後，以單個像素之增量或複數 個像素之增量讀出該第一信號電荷作為一第一輸出信 號， 且然後重設該浮動擴散區域並讀出該浮動擴散區域 之該重設位準作為一第一重設信號， 然後，以單個像素之增量或複數個像素之增量， 重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區域之該重 設位準作為一第二重設信號， 然後，將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將該 第二信號電荷轉移至該浮動擴散區域， 且然後讀出該第二信號電荷作為一第二輸出信號。 6. 一種固態成像裝置，其包括： 複數個單元像素，其等包含 一光電轉換器，其經組態以根據入射光數量產生電 荷並將該電荷累積於其中， 一第一轉移閘極，其經組態以轉移累積於該光電轉 換器中之該電荷， 一電荷保持區域，其經組態以保持藉由該第一轉移 閘極自該光電轉換器轉移之該電荷， 一第二轉移閘極，其經組態以轉移保持於該電荷保 137405.doc 201002057 持區域中之該電荷’及 一浮動擴散區域，其經組態以保持藉由該第二轉移 閘極自該電何保持區域轉移之該電荷，以供被Ί買出為一 信號（轉換成電壓）； 一中間電荷轉移單元，其經組態以在其中所有該複數 個單元像素同時執行成像作業之一曝光週期中將該光電 '轉換器處產生之超過一預定電荷量之一電荷轉移至該電 荷保持區域，作為一第一信號電荷；及 r ： s —像素驅動單元，其經組態以在其中所有該複數個單 元像素同時執行成像作業之該曝光週期中， 將該第一轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第二轉移閘極設定為一導電狀態， 將該第一信號電荷自該電荷保持區域轉移至該浮動 擴散區域， 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態， ,, 將該第一轉移閘極設定為一導電狀態，及 將累積於該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷保 持區域作為一第二信號電荷。 7.如請求項6之固態成像裝置，其中 以其中該第一轉移閘極處於一導電狀態中之一電壓值 作為一第一電壓值， 其中該第一轉移閘極處於一非導電狀態中之一電壓值 作為一第二電壓值，及 該第一電壓值與該第二電壓值之間的一第三電壓值作 137405.doc 201002057 為一中間電壓； 該中間電荷轉移單元 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態，及 以該中間電壓驅動該第一轉移閘極一次或多次，以 將超過對應於該第三電壓值之該預定電荷量之一電荷自 該光電轉換器轉移至該電荷保持單元，作為該第一信號 電荷。 8.如請求項6之固態成像裝置，其中 以其中該第一轉移閘極處於一導電狀態中之一電壓值 作為一第一電壓值， 其中該第一轉移閘極處於一非導電狀態中之一電壓值 作為一第二電壓值，及 該第一電壓值與該第二電壓值之間的一第三電壓值作 為一中間電壓； 該中間電荷轉移單元首先 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態，及 以該中間電壓驅動該第一轉移閘極兩次或兩次以 上，其中，在以下驅動之間的一週期中 一係以該中間電壓之最後驅動之以該中間電壓之 第一驅動與 一係在以中間電壓之該第一驅動前面之以該中間 電壓之驅動的以該中間電壓之第二驅動， 將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且使該電荷保 持區域中之該所累積電荷放電， 137405.doc -6- 201002057 且然後在以該中間電壓之該第一驅動時驅動該第一轉 移閘極，以將超過對應於該第三電壓值之該預定電荷量 之一電荷自該光電轉換器轉移至該電荷保持單元，作為 該第一信號電荷。 9. 如請求項6之固態成像裝置，其中該中間電荷轉移單元 係一形成於該光電轉換器與該電荷保持區域之間的一邊 界部分處之溢流路徑，其處於一確定該預定電荷量之電 位，以將超過該預定電荷量之一電荷自該光電轉換器轉 移至該電荷保持單元，作為該第一信號電荷。 10. 如請求項6之固態成像裝置，其中該像素驅動單元 在該曝光週期結束之後，以單個像素之增量或複數個 像素之增量讀出該第一信號電荷作為一第一輸出信號， 然後重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區域之該 重設位準作為一重設信號， 然後，將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將該第 二信號電荷轉移至該浮動擴散區域， 及隨後讀出該第二信號電荷作為一第二輸出信號。 1 1.如請求項6之固態成像裝置，其中該像素驅動單元 對所有單元像素依序執行以下之一動作 在該曝光週期結束之後，以單個像素之增量或複數 個像素之增量讀出該第一信號電荷作為一第一輸出信 號， 且然後重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區域 之該重設位準作為一第一重設信號； 137405.doc 201002057 然後，以單個像素之增量或複數個像素之增量， 重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區域之該重 設位準作為一第二重設信號， 然後，將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將該 第二信號電荷轉移至該浮動擴散區域， 且然後讀出該第二信號電荷作為一第二輸出信號。 1 2. —種一固態成像裝置之驅動方法，其中被驅動者係 複數個單元像素，其等包含 一光電轉換器，其經組態以根據入射光數量產生電 荷且將該電荷累積於其中， 一第一轉移閘極，其經組態以轉移累積於該光電轉 換器中之該電荷， 一電荷保持區域，其經組態以保持藉由該第一轉移 閘極自該光電轉換器轉移之該電荷， 一第二轉移閘極，其經組態以轉移保持於該電荷保 持區域中之該電荷’及 一浮動擴散區域，其經組態以保持藉由該第二轉移 閘極自該電荷保持區域轉移之該電荷，以供被t買出為一 信號（轉換成電壓）， 該方法包括以下步驟： 在其中所有該複數個單元像素同時執行成像作業之 一曝光週期中，將該光電轉換器處產生之超過一預定電 荷量之一電荷轉移至該電荷保持區域，作為一第一信號 電荷； 137405.doc 201002057 將該第一轉移閘極設定為一非導電狀態； 將該第二轉移閘極設定為一導電狀態； 將該第一信號電荷自該電荷保持區域轉移至該浮動 擴散區域； 且然後將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態； 將該第一轉移閘極設定為一導電狀態；及 將累積於該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷保 持區域作為一第二信號電荷。 13 . —種電子裝備，其包括： 一固態成像裝置，其包含 複數個單元像素，其等包含 一光電轉換器，其經組態以根據入射光數量產生 電荷且將該電荷累積於其中， 一第一轉移閘極，其經組態以轉移累積於該光電 轉換器中之該電荷， 一電荷保持區域，其經組態以保持藉由該第一轉 移閘極自該光電轉換器轉移之該電荷， 一第二轉移閘極，其經組態以轉移保持於該電荷 保持區域中之該電何’及 一浮動擴散區域，其經組態以保持藉由該第二轉 移閘極自該電荷保持區域轉移之該電荷’以供被t買出為 一信號（轉換成電壓）， 一中間電荷轉移單元，其經組態以在其中所有該複 數個單元像素同時執行成像作業之一曝光週期中將該光 137405.doc 201002057 電轉換器處產生之超過一預定電荷量之一電荷轉移至該 電荷保持區域，作為一第一信號電荷，及 一像素驅動單元，其經組態以在其中所有該複數個 單元像素同時執行成像作業之該曝光週期中， 將該第一轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第二轉移閘極設定為一導電狀態’ 將該第一信號電荷自該電荷保持區域轉移至該浮 動擴散區域， 將該第二轉移閘極設定為一非導電狀態， 將該第一轉移閘極設定為一導電狀態，及 將累積於該光電轉換器中之該電荷轉移至該電荷 保持區域作為一第二信號電荷， 其中該像素驅動單元 在該曝光週期結束之後，以單個像素之增量或複 數個像素之增量讀出該第一信號電荷作為一第一輸出信 號， 然後，重設該浮動擴散區域且讀出該浮動擴散區 域之該重設位準作為一重設信號， 然後，將該第二轉移閘極設定為一導電狀態且將 該第二信號電荷轉移至該浮動擴散區域， 且隨後讀出該第二信號電荷作為一第二輸出信 號0 137405.doc -10-