专利名称：固体摄像器件的制作方法
技术领域：
本说明书记载的实施例涉及固体摄像器件，该固体摄像器件的单位像素由高灵敏度像素和低灵敏度像素的两种像素构成。
背景技术：
近年来，提出了在CXD图像传感器或CMOS图像传感器等的固体摄像器件中，通过在摄像区域内相邻地设置高灵敏度像素和低灵敏度像素，扩大动态范围(dynamic range) 的技术。在该装置中，在单个单元像素中排列了相同的光电二极管大小的高灵敏度像素和低灵敏度像素。因此，在高灵敏度像素之上配置面积较大的微透镜，在低灵敏度像素之上配置面积较小的微透镜。但是，在这种装置中存在如下问题。即，由于在低照射时(暗时)所产生的信号电荷量较少，所以不会发生光电二极管饱和。但是，由于在高照射时(明亮时)入射光量较多， 所以高灵敏度像素的光电二极管当然饱和，而且低灵敏度像素的光电二极管饱和的可能性也较高。并且，低灵敏度像素的饱和是动态范围降低的主要原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种固体摄像器件，该固体摄像器件在由高灵敏度像素和低灵敏度像素的两种像素形成单位像素的结构中，抑制高照射时的低灵敏度像素的饱和，谋求得到动态范围的扩大。一个实施方式的固体摄像器件，具备半导体基板和在上述半导体基板内以一定间距二维配置的多个像素，上述各像素具备第一光电二极管，用于将入射光进行光电变换、 并蓄积经变换而得到的电荷；第二光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷，该第二光电二极管的饱和电荷量比上述第一光电二极管大；第一微透镜，用于将光聚集到上述第一光电二极管；以及第二微透镜，用于将光聚集到上述第二光电二极管，该第二微透镜的开口比上述第一微透镜小。其他实施方式的固体摄像器件，具备半导体基板；摄像区域，在上述半导体基板上在行方向和列方向上以一定间距二维配置多个像素来形成该摄像区域；垂直移位寄存器，与上述摄像区域的行方向的端部相邻地被设置，向上述摄像区域的各行提供像素驱动信号；以及水平移位寄存器，与上述摄像区域的列方向的端部相邻地被设置，提取来自上述摄像区域的各列的信号，上述各像素具备第一光电二极管，用于将入射光进行光电变换、 并蓄积经变换而得到的电荷；第二光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷，该第二光电二极管的饱和电荷量比上述第一光电二极管大；第一微透镜，用于将光聚集到上述第一光电二极管；以及第二微透镜，用于将光聚集到上述第二光电二极管，该第二微透镜的开口比上述第一微透镜小。根据上述结构的固体摄像器件，在由高灵敏度像素和低灵敏度像素的两种像素形成了单位像素的结构中，通过抑制高照射时的低灵敏度像素的饱和，能够谋求动态范围的进一步的扩大。
图1是示出第一实施方式的CMOS图像传感器的单位像素的结构的截面图。图2是示出第二实施方式的CMOS图像传感器的概略结构的框图。图3A、图;3B是概略地示出图2的CMOS图像传感器的布置图(Iayoutimage)的一部分的图。图4是用于说明图2的COMS图像传感器的动作定时和电势(Potential)电位的图(高照射模式)。图5是用于说明图2的CMOS图像传感器的动作定时和电位的图(低照射模式)。图6A、图6B是用于说明图2的CMOS图像传感器的动态范围扩大效果的特性图。图7是示出第三实施方式的CMOS图像传感器的单位像素的结构的截面图。
具体实施例方式根据本实施方式(通常根据一个实施方式)，具备半导体基板和在上述半导体基板内以一定间距二维配置的多个像素的固体摄像器件，上述各像素具备第一及光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积进行变换所得到的电荷；第一微透镜，用于将光聚集到上述第一光电二极管上；以及第二微透镜，用于将光聚到上述第二光电二极管上。并且，第二光电二极管的饱和电荷量比第一光电二极管大。并且，第二微透镜的开口比第一微透镜的开口小。下面，参照附图，对本实施方式进行详细说明。(第一实施方式)图1是示出第一实施方式的CMOS图像传感器的单位像素的结构的截面图。在半导体基板30上，以一定间距(pitch) 二维配置了光电二极管31、滤色器32以及微透镜33。在光电二极管31和滤色器32之间，设置了跨过多个单位像素之间的布线34。单位像素包括形成在基板30的表面部的、面积小(饱和电荷量小)的第一光电二极管31a和面积大(饱和电荷量大)的第二光电二极管31b。第一光电二极管31a相当于高灵敏度像素，第二光电二极管31b相当于低灵敏度像素。在基板30上，例如设有三层结构的布线34。在布线34的最上层，设有与各个光电二极管31a、31b对应的滤色器32a、32b。并且，在滤色器3 上设有第一微透镜33a，该微透镜33a用于使光向第一光电二极管31a聚光。在滤色器32b上设有第二微透镜33b，该第二微透镜3 用于向第二光电二极管31b聚光。在此，与第一光电二极管31a对应的滤色器3 和微透镜33a的面积较大。与第二光电二极管31b对应的滤色器32b和微透镜33b的面积较小。即，第一微透镜33a的开口比第二微透镜33b的开口大。在信号电荷较少的低照射时(暗时)，单位像素的信号读取是读取高灵敏度显示31a和低灵敏度像素31b的信号的双方。在信号电荷较多的高照射时(明亮时)，单位像素的信号读取是只读取低灵敏度像素31b的信号。如上所述，在本实施方式中，在单个单位像素中设置高灵敏度像素31a和低灵敏度像素31b，在低照射时(暗时)，使用高灵敏度显示31a和低灵敏度像素31b的双方的信号，在高照射时(明亮时)，只使用低灵敏度像素31b的信号。由此，能够实现扩大动态范围。并且，在本实施方式中，将高灵敏度像素31a的面积设为较小，将低灵敏度像素 31b的面积设为较大。因此，虽然高灵敏度像素31a的饱和电荷量变小，但是低灵敏度像素 31b的饱和电荷量变大。因此，能够抑制高照射时的低灵敏度像素31b的饱和，由此能够进一步扩大动态范围。此外，虽然高灵敏度像素31a的面积变小，但是由于低照射时光量较少，所以高灵敏度像素31a基本上不会饱和。并且，即使在高照射时高灵敏度像素31a饱和， 由于只读取低灵敏度像素31b的信号，所以高灵敏度像素31a的饱和不会成为问题。如上所述，根据本实施方式，通过将高灵敏度像素的光电二极管31a设为较小，低灵敏度像素的光电二极管31b设为较大，能够使信号电荷量的饱和量增加。由此，能够使动态范围进一步扩大。即，在高灵敏度像素和低灵敏度像素的两种像素形成了单位像素的结构中，通过抑制高照射时的低灵敏度像素的饱和，能够进一步扩大动态范围。(第二实施方式)图2是示出第二实施方式的CMOS图像传感器的概略结构的框图。该实施方式是本发明人们将前面说明的第一实施方式应用于已经提出的在先申请(日本特愿2009-157955号)中的实施方式。摄像区域10包括m行η列配置的多个单位像素(单元像素imit cell)l(m, η) 0 在此，代表性地示出各单位像素中的、第m行第η列的1个单位像素l(m，η)以及与摄像区域的各列对应地在列方向上形成的垂直信号线中的1条垂直信号线11 (η)。在摄像区域10的一端侧(图中左侧)配置了垂直移位寄存器12，该垂直移位寄存器12用于向摄像区域提供ADRES (m)、RESET (m)、READl (m)、READ2 (m)等像素驱动信号。在摄像区域10的上端侧(图中上侧)配置了电流源13，该电流源13与各列的垂直信号线11 (η)连接。该电流源13作为像素源跟随电路的一部分来动作。在摄像区域的下端侧(图中下侧)配置了⑶S&ADC14和水平移位寄存器15，该 ⑶S&ADC14包括连接到各列的垂直信号线11(η)的相关双重采样(Correlated double Sampling CDS)电路和模数转换(Analog DigitalConvert :ADC)电路。CDS&ADC14 对像素的模拟输出进行CDS处理、变换为数字输出。信号电平判断电路16根据在CDS&ADC14进行了数字化的输出信号的电平，判断单位像素的输出信号VSIG(n)是比规定值小还是大。并且，将判断输出向定时生成电路17提供，并且提供给⑶S&ADC14，来作为模拟增益(Analog Gain)控制信号。定时生成电路17分别在规定的定时生成用于控制光电二极管的蓄积时间的电子快门控制信号或动作模式切换用的控制信号等，并提供给垂直移位寄存器12。各单位像素具有同一电路结构，在该实施方式下，在各单位像素中具有一个高灵敏度像素和一个低灵敏度像素。在此，对图2中的单位像素l(m，η)的结构进行说明。单位像素l(m，n)具有第一光电二极管PD1，第二光电二极管PD2，第一读取晶体管READl，第二读取晶体管READ2，浮动扩散区(f loatingdiffusion) FD，放大晶体管AMP，复位晶体管RST，以及选择晶体管ADR。此外，在本例中，各晶体管是η型的M0SFET。PDl是对入射光进行光电变换、并存储变换后的电荷的构件，READl与PDl连接，通过READl读取PDl的信号电荷。PD2是对入射光进行光电变换、并蓄积变换后的电荷的构件，其光灵敏度设置成比PDl小。READ2与PD2连接，通过READ2读取PD2的信号电荷。FD 连接到READ1、READ2的各一端，在FD暂时蓄积从READ1、READ2读取的信号电荷。AMP的栅极连接到FD，FD的信号被AMP放大之后输出到垂直信号线11 (n)。RST的源极连接到AMP 的栅极电位(FD电位)，由RST对栅极电位进行复位。ADR为了对垂直方向的所希望水平位置的单位像素进行选择控制，对向AMP提供电源电压进行控制。选择晶体管ADR、复位晶体管RST、第一读取晶体管READ1、第二读取晶体管READ2， 分别被对应的行的信号线ADRES (m)、RESET (m)、READl (m)、READ2 (m)控制。此外，放大晶体管AMP的一端连接到对应的列的垂直信号线11 (η)。图3Α是提取图2的CMOS图像传感器的摄像区域中的一部分来示出像素形成区域和栅极的布置图的大概情况的图。图3B是提取图2的CMOS图像传感器的摄像区域中的一部分来示出滤色器/微透镜的布置图的大概情况的图。滤色器/微透镜的排列采用一般的 RGB的贝尔排列(乂 ^ ~ 一配列)。在图3A、3B中，R(I)、RO)表示与R像素对应的区域，B(I), B (2)表示与B像素对应的区域，Gb(l),GB(2),Gr(l),Gr2(2)表示与G像素对应的区域。R(I)、B (1)、( ⑴、 Gr(I)与面积小的高灵敏度像素31a对应，IU2)、B0)、(；M2)、GrQ)与面积大的高灵敏度像素31b对应。D表示漏极区域。此外，为了表示与信号线的对应关系，示出第m行的信号线 ADRES (m) ,RESET (m) ,READl (m)、READ2 (m)和第(m+1)行的信号线 ADRES (m+1) ,RESET (m+1)、 READl (m+1)、READ2 (m+1)、第η列的垂直信号线11 (η)、第(η+1)列的垂直信号线11 (η+1)。此外，在图3Α中，为了简单说明，将各种信号线重叠在像素上来示出，但是实际上各种信号线以不与像素重叠的方式通过像素的周边。如图3Α、;3Β所示，在单位像素中配置了高灵敏度像素和低灵敏度像素。并且，在高灵敏度像素上配置了面积大的滤色器及微透镜20，在低灵敏度像素上配置了面积小的滤色器及微透镜30。图4是示出在图2的CMOS图像传感器中的、像素的动作定时、复位动作时的半导体基板内的电势电位以及读取动作时的电势电位的一例的图。是特别适合于在第一及第二光电二极管PD1、PD2中蓄积的信号电荷量较多的情况(明亮时)的低灵敏度模式的例。 在如上所述信号电荷量较多的情况下，通过降低传感器的灵敏度以使得传感器尽量不会饱和，由此谋求扩大动态范围。首先，通过使得复位晶体管RST导通来进行复位动作，将刚刚进行了复位动作后的浮动扩散区FD的电位设定为与漏极(像素的电源)相同的电位电平。在复位动作结束之后，使复位晶体管RST截止。这样，向垂直信号线11输出与浮动扩散区FD的电位对应的电压。预先将该电压值设定在CDS&ADC14内的CDS电路中(暗时电平)。接着，使第一读取晶体管READl或第二读取晶体管READ2导通，将目前为止蓄积在光电二极管PDl或PD2中的信号电荷向FD传送。在低灵敏度模式下进行如下的读取动作 仅使第二读取晶体管READ2导通，仅将蓄积在更低灵敏度的第二光电二极管PD2中的信号电荷向FD传送。伴随该信号电荷的传送，FD电位发生变化。向垂直信号线11输出对应于浮动扩散区FD的电位的电压，所以将该电压值读取到CDS电路(信号电平)。之后，通过在 CDS电路中从信号电平中减去暗时电平，消除放大晶体管AMP的Vth(阈值)偏差等噪声，仅取出纯粹的信号成分(CDS动作)。此外，在低灵敏度模式下，为了便于说明，关于第一光电二极管PDl和第一读取晶体管READl的动作省略说明。实际上，为了防止第一光电二极管PDl的信号电荷溢出到浮动扩散区FD中，通过在进行浮动扩散区FD的复位动作之前使得第一读取晶体管READl导通，由此排出蓄积在第一光电二极管PDl中的信号电荷就可以。此外，也可以除了进行浮动扩散区FD的复位动作和来自第二光电二极管PD2的信号的读取动作的期间以外，使第一读取晶体管READl始终导通。另一方面，图5是示出在图1的CMOS图像传感器中的、像素的动作定时、复位动作时的半导体基板内的电势电位以及读取动作时的电势电位的一例的图。尤其是适合在浮动扩散区FD中信号电荷量较少的情况(暗时)的高灵敏度模式的例。在如上所述浮动扩散区FD的信号电荷量较少的情况下，提高CMOS图像传感器的灵敏度来谋求提高信噪比(S/N 比)。首先，通过使复位晶体管RST导通来进行复位动作，刚刚进行了复位动作之后的浮动扩散区FD的电位(Potential)被设定为与漏极(像素的电源)相同的电位电平。在结束复位动作之后，使复位晶体管RST截止。于是，向垂直信号线11输出对应于浮动扩散区FD的电位的电压。预先将该电压值取入到CDS&ADC14内的CDS电路中(暗时电平)。接着，使第一读取晶体管READl或第二读取晶体管READ2导通，将目前为止蓄积在光电二极管PDl或PD2中的信号电荷向浮动扩散区FD传送。在高灵敏度模式下进行如下的读取动作使第一读取晶体管READl和第二读取晶体管READ2两者导通，将在暗的状态下取得的所有信号电荷向浮动扩散区FD传送。伴随该信号电荷的传送，FD电位发生变化。由于向垂直信号线11输出对应于浮动扩散区FD的电位的电压，所以将该电压值读取到CDS电路(信号电平)。之后，通过从信号电平中减去暗时电平，仅消除放大晶体管AMP的Vth(阈值)偏差等噪声，仅取出纯粹的信号成分(CDS动作)。一般来讲，在CMOS图像传感器中，在所产的所有噪声中，在放大晶体管AMP生成的热噪声或Ι/f噪声占据较大的比例。因此，如本实施方式的MOS图像传感器那样，在生成噪声之前向浮动扩散区FD传送的阶段，对信号进行加法运算来使信号电平变大，这对于提高信噪比是有利的。此外，在向浮动扩散区FD传送的阶段，通过对信号进行加法运算，像素数减少，所以能够得到容易提高CMOS图像传感器的帧频的效果。此外，作为信号电荷的加法运算机构，不一定限定于在浮动扩散区FD对信号电荷进行加法运算的方式。也可以分别使用图像源跟随电路来输出第一及第二光电二极管PD1、 PD2的信号电荷。此时，在CMOS传感器的外部的信号处理电路中，不是对第一及第二光电二极管PD1、PD2的信号电荷进行单纯的加法运算，而是例如以2 1的比率进行加权运算。如上所述，在本实施方式中，在CMOS图像传感器的单位像素中，设置各一个的高灵敏度像素和低灵敏度像素。并且，在信号电荷量较少时，使用高灵敏度像素和低灵敏度像素的双方的信号。此时，也可以在单位像素中，对信号电荷进行加法运算后予以读取。此外， 在信号电荷量较多时，仅读取低灵敏度像素的信号。由此，能够分开使用两种动作模式。
在本实施方式中，由于在范围像素中设置各一个的高灵敏度像素和低灵敏度像素，所以可认为成立下式(1)的关系。即，若将现有像素的光灵敏度/饱和电平、高灵敏度像素的光灵敏度/饱和电平、低灵敏度像素的光灵敏度/饱和电平，分别表示为，现有像素的光灵敏度SENS现有像素的饱和电平VSAT高灵敏度像素的光灵敏度SENSl高灵敏度像素的饱和电平VSATl低灵敏度像素的光灵敏度SENS2低灵敏度像素的饱和电平VSAT2，则SENS = SENS1+SENS2, VSAT = VSAT1+VSAT2— (1)若高灵敏度像素饱和而切换为低灵敏度模式，则所得到的信号电荷量减少，从而信噪比降低。高灵敏度像素饱和的光量用VSAT1/SENS1表示。该光量下的低灵敏度像素的信号输出成为VSAT1XSENS2/SENS1。因此，该光量下的信号输出的降低率成为(VSAT1 X SENS2/SENS1) / (VSAT1 X SENS/SENS 1) = SENS2/SENS— (2)。由于想要避免高灵敏度模式和低灵敏度模式时的信号降低，所以认为将SENS2/ SENS设定在10% 50%之间是较妥当的。在本实施方式中，设定为SENS2/SENS = 1/4 = 25%。另一方面，关于动态范围的扩大效果，取低灵敏度模式下的最大入射光亮VSAT2/ SENS2和现有像素的最大入射量(动态范围)VSAT/SENS之比，成为如下(VSAT2/VSAT) X (SENS/SENS2)…(3)。如式3明确所示，VSAT2/VSAT最好尽量大。这表示高灵敏度像素和低灵敏度像素的饱和电平中，使低灵敏度像素变大的一方较好。若用式示出，则当满足下式时，能够扩大动态范围。VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2... (4)图6A、图6B是为了说明本实施方式的CMOS图像传感器的动态范围扩大效果而示出特性的一例的图。在图6A、图6B中，横轴示出入射光量，纵轴表示光电二极管上产生的信号电荷量。在此，A表示高灵敏度像素(PDl)的特性，B表示低灵敏度像素(PD2)的特性，C 表示现有技术的单位像素中的像素(现有像素)的特性。在本实施方式中，高灵敏度像素A的光灵敏度设定为现有像素的3/4，低灵敏度像素B的光灵敏度设定为现有像素的1/4。在此，图6A为比较例，高灵敏度像素A和低灵敏度像素B的大小相同，高灵敏度像素A的饱和电平设定为现有像素C的1/2，低灵敏度像素B 的饱和电平设定为现有像素C的1/2。在该情况下，将高灵敏度像素A的光灵敏度与现有像素C相比设定为3/4，将低灵敏度像素B的光灵敏度与现有像素C相比设定为1/4。因此，在将高灵敏度像素A和低灵敏度像素B的输出相加的高灵敏度模式下，信号电荷量与现有技术的单位像素C相同。此外，由于与现有像素C相比，低灵敏度像素B的饱和电平为1/2，光灵敏度为 1/4，因此，其结果，低灵敏度像素不饱和动作的范围与现有技术的像素C相比成为2倍。即， 在使用低灵敏度像素B的输出的低灵敏度模式下，可知动态范围与现有像素C相比扩大了两倍。另一方面，如本实施方式，使高灵敏度像素A的饱和电平较小，低灵敏度像素B的饱和电平较大的情况下，如图6B所示，高灵敏度像素A的饱和电平比现有技术的像素C的 1/2小，低灵敏度像素B的饱和电平成为比现有技术的像素C的1/2大。在该情况下，通过使低灵敏度像素B的饱和电平较大，在低灵敏度模式的高照射时(明亮时)，低灵敏度像素B能够超过达到饱和电平的照射量。因此，能够得到动态范围进一步扩大的效果。(第三实施方式)图7是示出第三实施方式的CMOS图像传感器的单位像素的结构的截面图。此外， 在与图1相同的部分标注相同标记，省略详细说明。该实施方式是将使低灵敏度像素的饱和电荷量比高灵敏度像素的饱和电荷量大的想法应用于背面照射型的CMOS图像传感器的例子。基本结构与前面的第一实施方式相同。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，将微透镜33和滤色器32配置在基板30的背面侧。高灵敏度像素31a及低灵敏度像素 31b与微透镜33a、3!3b之间的关系与前面的第一实施方式相同。在该结构中，当然能够得到与前面的第一实施方式相同的效果。(变形例)此外，本发明不限定于各实施方式。在实施方式中，以CMOS图像传感器为例进行了说明，但是本发明不限定于CMOS图像传感器，还能够应用于CXD图像传感器。此外，图2 所示的电路结构是一例，本发明能够应用于具备高灵敏度像素和低灵敏度像素的各种固体摄像器件。虽然对特定的实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅仅是作为例子来说明的，并没有一体限定本发明的范围。事实上，在不脱离本发明的精神的情况下，在此说明的新的方法和系统能够通过各种其他方式，进一步通过对在此说明的新的方法的系统进行各种省略、追加以及改变来实施。所附的权利要求及其等同的方案试图覆盖所有这种方式或变形例，它们落入本发明的范围和宗旨内。
权利要求
1.一种固体摄像器件，其特征在于，具备半导体基板和在上述半导体基板内以一定间距二维配置的多个像素， 上述各像素具备第一光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷； 第二光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷，该第二光电二极管的饱和电荷量比上述第一光电二极管大；第一微透镜，用于将光聚集到上述第一光电二极管；以及第二微透镜，用于将光聚集到上述第二光电二极管，该第二微透镜的开口比上述第一微透镜小。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于， 还具备第一读取晶体管，与上述第一光电二极管连接，用于读取上述蓄积的信号电荷； 第二读取晶体管，与上述第二光电二极管连接，用于读取上述蓄积的信号电荷； 浮动扩散区，与上述第一及第二读取晶体管连接，蓄积所读取到的上述信号电荷； 复位晶体管，对上述浮动扩散区的电位进行复位；以及放大晶体管，放大上述浮动扩散区的电位。
3.根据权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于， 具备第一动作模式，将上述第一光电二极管的信号电荷和上述第二光电二极管的信号电荷的双方读取到上述浮动扩散区，从而对这些电荷进行加法运算，将通过该加法运算而得到的上述浮动扩散区的电位放大后输出；以及第二动作模式，将上述第二光电二极管的信号电荷读取到上述浮动扩散区，将通过该读取而得到的上述浮动扩散区的电位放大后输出。
4.根据权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于， 具备第一动作模式，分别读取上述第一光电二极管的信号电荷和上述第二光电二极管的信号电荷，并输出信号；以及第二动作模式，读取上述第二光电二极管的信号电荷，并输出信号。
5.根据权利要求4所述的固体摄像器件，其特征在于，在上述第一动作模式中，上述分别读取到的信号以一定的比率被进行加权加法运算后被输出。
6.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其特征在于，在将上述第一光电二极管的光灵敏度表示为SENSl，饱和电平表示为VSATl，上述第二光电二极管的光灵敏度表示为SENS2，饱和电平表示为VSAT2时，满足下式， VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2。
7.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述第一微透镜和上述第二微透镜相互配置成相间格子图案状。
8.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半导体基板的表面部分，上述各微透镜形成在上述半导体基板的表面的上方。
9.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半导体基板的表面部分，上述各微透镜形成在上述半导体基板的背面上。
10.一种固体摄像器件，其特征在于，具备 半导体基板；摄像区域，在上述半导体基板上在行方向和列方向上以一定间距二维配置多个像素来形成该摄像区域；垂直移位寄存器，与上述摄像区域的行方向的端部相邻地被设置，向上述摄像区域的各行提供像素驱动信号；以及水平移位寄存器，与上述摄像区域的列方向的端部相邻地被设置，提取来自上述摄像区域的各列的信号， 上述各像素具备第一光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷； 第二光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积经变换而得到的电荷，该第二光电二极管的饱和电荷量比上述第一光电二极管大；第一微透镜，用于将光聚集到上述第一光电二极管；以及第二微透镜，用于将光聚集到上述第二光电二极管，该第二微透镜的开口比上述第一微透镜小。
11.根据权利要求10所述的固体摄像器件，其特征在于， 还具备第一读取晶体管，与上述第一光电二极管连接，用于读取上述蓄积的信号电荷； 第二读取晶体管，与上述第二光电二极管连接，用于读取上述蓄积的信号电荷； 浮动扩散区，与上述第一及第二读取晶体管连接，蓄积所读取到的上述信号电荷； 复位晶体管，对上述浮动扩散区的电位进行复位；以及放大晶体管，放大上述浮动扩散区的电位。
12.根据权利要求11所述的固体摄像器件，其特征在于， 具备第一动作模式，将上述第一光电二极管的信号电荷和上述第二光电二极管的信号电荷的双方读取到上述浮动扩散区，从而对这些电荷进行加法运算，将通过该加法运算而得到的上述浮动扩散区的电位放大后输出；以及第二动作模式，将上述第二光电二极管的信号电荷读取到上述浮动扩散区，将通过该读取而得到的上述浮动扩散区的电位放大后输出。
13.根据权利要求11所述的固体摄像器件，其特征在于， 具备第一动作模式，分别读取上述第一光电二极管的信号电荷和上述第二光电二极管的信号电荷，并输出信号；以及第二动作模式，读取上述第二光电二极管的信号电荷，并输出信号。
14.根据权利要求13所述的固体摄像器件，其特征在于，在上述第一动作模式中，上述分别读取到的信号以一定的比率被进行加权加法运算后被输出。
15.根据权利要求12所述的固体摄像器件，其特征在于，在将上述第一光电二极管的光灵敏度表示为SENSl，饱和电平表示为VSATl，上述第二光电二极管的光灵敏度表示为SENS2，饱和电平表示为VSAT2时，满足下式， VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2。
16.根据权利要求10所述的固体摄像器件，其特征在于，上述第一微透镜和上述第二微透镜相互配置成相间格子图案状。
17.根据权利要求10所述的固体摄像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半导体基板的表面部分，上述各微透镜形成在上述半导体基板的表面的上方。
18.根据权利要求10所述的固体摄像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半导体基板的表面部分，上述各微透镜形成在上述半导体基板的背面上。
全文摘要
本发明的固体摄像器件，具备多个像素，该多个像素在上述半导体基板内以一定间距二维配置，上述各像素具备第一及第二光电二极管，用于将入射光进行光电变换、并蓄积进行变换所得到的电荷；第一微透镜，用于将光聚到第一光电二极管上；以及第二微透镜，用于将光聚到第二光电二极管上。并且，第二光电二极管的饱和电荷量比第一光电二极管大。第二微透镜的开口比第一微透镜小。
文档编号H01L27/146GK102194842SQ201110051858
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月5日
发明者海上尚子, 物井诚, 田中长孝 申请人:株式会社东芝