固态图像拾取元件和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种固态图像拾取元件和电子设备，更具体地，涉及一种能够生成高精度的具有大的动态范围的图像拾取信号的固态图像拾取元件和电子设备。
【背景技术】
[0002]例如，固态图像拾取元件用于诸如数位相机和摄像机等图像拾取装置和诸如具有图像拾取功能的移动终端装置等电子设备中。作为固态图像拾取元件，存在通过MOS晶体管读出在作为光电转换元件的光电二极管中蓄积的电荷的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
[0003]在CMOS图像传感器中，希望感度要高，从而即使在低亮度时也可以获取图像拾取信号。另外，由于动态范围变大，所以希望光电二极管难以达到饱和。
[0004]然而，高感度和光电二极管难以达到饱和是一种折衷关系，并且难以在保持高感度的同时扩大动态范围。
[0005]在这方面，提出了一种同时包括高感度像素和低感度像素并且在由高感度像素保持高感度的同时由低感度像素扩大动态范围的CMOS图像传感器(例如，参照专利文献I?3) ο
[0006]在专利文献I公开的CMOS图像传感器中，由于高感度像素的光电二极管的开口很小，所以难以收集光，因此降低了感度。另外，由于高感度像素的光电二极管的电容很小，所以光电二极管易于饱和。如果高感度像素的光电二极管快速饱和，那么使用在低亮度时从低感度像素获得的弱S/N比的图像拾取信号，并且因此降低了图像拾取信号的精度。
[0007]在专利文献2公开的CMOS图像传感器中，为了防止串扰以及提高感度，将高感度像素的光电二极管设定为大的，并且将低感度像素的光电二极管设定为小的。因此，低感度像素易于饱和，并且不能充分扩大动态范围。
[0008]在专利文献3公开的CMOS图像传感器中，由于低感度像素的光电二极管的电容很小，所以低感度像素易于饱和，并且不能充分扩大动态范围。
[0009]专利文献1:日本专利申请特开N0.2011-188148
[0010]专利文献2:日本专利申请特开N0.2011-129638
[0011]专利文献3:日本专利申请特开N0.2005-86082
【发明内容】
[0012]发明所要解决的问题
[0013]如上所述，如果高感度像素的光电二极管的开口很小，那么降低了图像拾取信号的精度。另外，如果高感度像素的光电二极管的开口很大，那么低感度像素的光电二极管变小，并且不能有效扩大动态范围。
[0014]因此，期望一种包括高感度像素和低感度像素并生成高精度的具有大的动态范围的图像拾取信号的CMOS图像传感器。
[0015]鉴于上述情况完成了本公开，本公开的目的在于使得能够生成高精度的具有大的动态范围的图像拾取信号。
[0016]解决问题的手段
[0017]根据本公开的第一方面，提供了一种固态图像拾取元件，包括:包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素；和构造成控制所述低感度像素的光电转换元件的电位的低感度像素控制栅。
[0018]根据本公开的第一方面的电子设备对应于根据本公开的第一方面的固态图像拾取元件。
[0019]在本公开的第一方面中，固态图像拾取元件包括:包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素；和构造成控制所述低感度像素的光电转换元件的电位的低感度像素控制栅。
[0020]根据本公开的第二方面，提供了一种固态图像拾取元件，包括包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素，所述低感度像素的光电转换元件的电位深部在所述高感度像素的光电转换元件的外侧在水平方向上延伸。
[0021]根据本公开的第二方面的电子设备对应于根据本公开的第二方面的固态图像拾取元件。
[0022]在本公开的第二方面中，固态图像拾取元件包括包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素，并且所述低感度像素的光电转换元件的电位深部在所述高感度像素的光电转换元件的外侧在水平方向上延伸。
[0023]根据本公开的第三方面，提供了一种固态图像拾取元件，包括包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素，所述低感度像素的光电转换元件的电场比所述高感度像素的光电转换元件的电场强。
[0024]根据本公开的第三方面的电子设备对应于根据本公开的第三方面的固态图像拾取元件。
[0025]在本公开的第三方面中，固态图像拾取元件包括包含高感度像素和感度比所述高感度像素低的低感度像素的像素，并且所述低感度像素的光电转换元件的电场比所述高感度像素的光电转换元件的电场强。
[0026]发明效果
[0027]根据本公开的第一至第三方面，可以生成高精度的具有大的动态范围的图像拾取信号。
【附图说明】
[0028]图1是示出作为本公开适用的固态图像拾取元件的根据第一实施方案的CMOS图像传感器的结构例的方块图。
[0029]图2是示出在图1所示的像素阵列部中配置的像素的第一结构例的断面图。
[0030]图3是示出在图1所示的像素阵列部中配置的像素的第二结构例的平面图。
[0031]图4是示出在图1所示的像素阵列部中配置的像素的第三结构例的断面图。
[0032]图5是示出在图1所示的像素阵列部中配置的像素的第四结构例的断面图。
[0033]图6是示出控制栅和转移栅的控制的例子的图。
[0034]图7是示出在图1所示的像素阵列部中配置的像素的第五结构例的断面图。
[0035]图8是用于说明根据第一实施方案的CMOS图像传感器的效果的图。
[0036]图9是示出根据第二实施方案的CMOS图像传感器中的像素的第一结构例的断面图。
[0037]图10是示出根据第二实施方案的CMOS图像传感器中的像素的第二结构例的平面图。
[0038]图11是示出根据第二实施方案的CMOS图像传感器中的像素的第二结构例的变形例的平面图。
[0039]图12是示出根据第二实施方案的CMOS图像传感器的第三结构例的断面图。
[0040]图13是示出根据第二实施方案的CMOS图像传感器的第四结构例的断面图。
[0041]图14是示出控制栅和转移栅的控制的例子的图。
[0042]图15是用于说明根据第二实施方案的CMOS图像传感器的效果的图。
[0043]图16是示出根据第三实施方案的CMOS图像传感器中的像素的第一结构例的断面图。
[0044]图17是示出根据第三实施方案的CMOS图像传感器中的像素的第二结构例的断面图。
[0045]图18是示出作为本公开适用的电子设备的图像拾取装置的结构例的方块图。
【具体实施方式】
[0046]<第一实施方案>
[0047](根据第一实施方案的固态图像拾取元件的结构例)
[0048]图1是示出作为本公开适用的固态图像拾取元件的根据第一实施方案的CMOS图像传感器的结构例的方块图。
[0049]CMOS图像传感器100由像素阵列部111、垂直驱动部112、列处理部113、水平驱动部114、系统控制部115、像素驱动线116、垂直信号线117、信号处理部118和数据存储部119构成。
[0050]像素阵列部111、垂直驱动部112、列处理部113、水平驱动部114、系统控制部115、像素驱动线116、垂直信号线117、信号处理部118和数据存储部119在半导体基板(未示出)上形成。
[0051]应当指出的是，CMOS图像传感器100也可以不包括信号处理部118和数据存储部119，并且例如，信号处理部118和数据存储部119可以作为诸如DSP(数字信号处理器)等外部信号处理部设置在与CMOS图像传感器100不同的基板上。
[0052]CMOS图像传感器100拾取被写体的图像并输出图像中像素的图像拾取信号。
[0053]具体地，在像素阵列部111中，多个像素以矩阵状二维配置。像素由高感度像素和低感度像素构成，该高感度像素包括作为在其中蓄积对应于入射光的光量的电荷量的电荷的光电转换元件的光电二极管，并且低感度像素包括光电二极管并具有比高感度像素低的感度。
[0054]另外，在像素阵列部111中，像素驱动线116中的每条线在附图中相对于配置成矩阵的像素针对各行横向(行方向)设置，并且垂直信号线117中的每条线在附图中针对各列纵向(列方向)设置。像素驱动线116中的每条线的一端与垂直驱动部112的对应于各行的输出端子(未示出)连接。
[0055]垂直驱动部112是由移位寄存器和地址解码器等构成并按行单位等驱动像素阵列部111的像素的像素驱动部。尽管在附图中未示出垂直驱动部112的具体结构，但是垂直驱动部112包括两个扫描系统，即，读出扫描系统和扫出扫描系统。
[0056]读出扫描系统顺序选择各行以按行单位从像素顺序读出图像拾取信号并从与所选行的像素驱动线116连接的输出端子输出转移脉冲和选择脉冲等。
[0057]扫出扫描系统为了从光电转换元件扫出(复位)不必要的电荷，在仅先于读出扫描系统的扫描的对应于快门速度的时间从与所选行的像素驱动线116连接的输出端子输出控制脉冲。通过扫出扫描系统的扫描，所谓的电子快门操作针对各行顺序进行。这里，电子快门操作指的是使光电转换元件的电荷放电并重新开始曝光(开始蓄积电荷)的操作。
[0058]从在由垂直驱动部112的读出扫描系统所选行中的像素输出的图像拾取信号经由垂直信号线117供给到列处理部113。
[0059]列处理部113包括针对像素阵列部111的各列的信号处理电路。列处理部113的各信号处理电路对从所选行的像素经由垂直信号线117输出的图像拾取信号进行诸如包括⑶S (相关双采样)处理的噪声去除处理、A/D转换处理和色校正处理等信号处理。通过CDS处理，去除了诸如复位噪声和放大晶体管的阈值变化等像素特有的固定模式噪声。
[0060]各信号处理电路将在低亮度时经过信号处理后的高感度像素的图像拾取信号临时储存为像素单位的图像拾取信号，并将在高亮度时经过信号处理后的低感度像素的图像拾取信号临时储存为像素单位的图像拾取信号。
[0061]水平驱动部114由移位寄存器和地址解码器等构成并顺序选择列处理部113的信号处理电路。通过水平驱动部114的选择性扫描，将经过由列处理部113的信号处理电路进行的信号处理后的图像拾取信号顺序输出到信号处理部118。
[0062]系统控制部115由生成各种定时信号的定时发生器等构成并基于由定时发生器生成的各种定时信号控制垂直驱动部112、列处理部113和水平驱动部114。
[0063]信号处理部118包括至少加法处理功能。信号处理部118对从列处理部113输出的图像拾取信号进行诸如加法处理等各种信号处理。此时，信号处理部118必要时将信号处理的中间处理结果等储存在数据存储部119中并在必要的时刻参照它们。信号处理部118输出经过信号处理后的图像拾取信号。
[0064](像素的第一结构例)
[0065]图