固態圖像拾取元件和電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及一種固態圖像拾取元件和電子設備，更具體地，涉及一種能夠生成高精度的具有大的動態范圍的圖像拾取信號的固態圖像拾取元件和電子設備。
【背景技術】
[0002]例如，固態圖像拾取元件用于諸如數位相機和攝像機等圖像拾取裝置和諸如具有圖像拾取功能的移動終端裝置等電子設備中。作為固態圖像拾取元件，存在通過MOS晶體管讀出在作為光電轉換元件的光電二極管中蓄積的電荷的CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器。
[0003]在CMOS圖像傳感器中，希望感度要高，從而即使在低亮度時也可以獲取圖像拾取信號。另外，由于動態范圍變大，所以希望光電二極管難以達到飽和。
[0004]然而，高感度和光電二極管難以達到飽和是一種折衷關系，并且難以在保持高感度的同時擴大動態范圍。
[0005]在這方面，提出了一種同時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時由低感度像素擴大動態范圍的CMOS圖像傳感器(例如，參照專利文獻I?3) ο
[0006]在專利文獻I公開的CMOS圖像傳感器中，由于高感度像素的光電二極管的開口很小，所以難以收集光，因此降低了感度。另外，由于高感度像素的光電二極管的電容很小，所以光電二極管易于飽和。如果高感度像素的光電二極管快速飽和，那么使用在低亮度時從低感度像素獲得的弱S/N比的圖像拾取信號，并且因此降低了圖像拾取信號的精度。
[0007]在專利文獻2公開的CMOS圖像傳感器中，為了防止串擾以及提高感度，將高感度像素的光電二極管設定為大的，并且將低感度像素的光電二極管設定為小的。因此，低感度像素易于飽和，并且不能充分擴大動態范圍。
[0008]在專利文獻3公開的CMOS圖像傳感器中，由于低感度像素的光電二極管的電容很小，所以低感度像素易于飽和，并且不能充分擴大動態范圍。
[0009]專利文獻1:日本專利申請特開N0.2011-188148
[0010]專利文獻2:日本專利申請特開N0.2011-129638
[0011]專利文獻3:日本專利申請特開N0.2005-86082
【發明內容】
[0012]發明所要解決的問題
[0013]如上所述，如果高感度像素的光電二極管的開口很小，那么降低了圖像拾取信號的精度。另外，如果高感度像素的光電二極管的開口很大，那么低感度像素的光電二極管變小，并且不能有效擴大動態范圍。
[0014]因此，期望一種包括高感度像素和低感度像素并生成高精度的具有大的動態范圍的圖像拾取信號的CMOS圖像傳感器。
[0015]鑒于上述情況完成了本公開，本公開的目的在于使得能夠生成高精度的具有大的動態范圍的圖像拾取信號。
[0016]解決問題的手段
[0017]根據本公開的第一方面，提供了一種固態圖像拾取元件，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；和構造成控制所述低感度像素的光電轉換元件的電位的低感度像素控制柵。
[0018]根據本公開的第一方面的電子設備對應于根據本公開的第一方面的固態圖像拾取元件。
[0019]在本公開的第一方面中，固態圖像拾取元件包括: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；和構造成控制所述低感度像素的光電轉換元件的電位的低感度像素控制柵。
[0020]根據本公開的第二方面，提供了一種固態圖像拾取元件，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電轉換元件的電位深部在所述高感度像素的光電轉換元件的外側在水平方向上延伸。
[0021]根據本公開的第二方面的電子設備對應于根據本公開的第二方面的固態圖像拾取元件。
[0022]在本公開的第二方面中，固態圖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電轉換元件的電位深部在所述高感度像素的光電轉換元件的外側在水平方向上延伸。
[0023]根據本公開的第三方面，提供了一種固態圖像拾取元件，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電轉換元件的電場比所述高感度像素的光電轉換元件的電場強。
[0024]根據本公開的第三方面的電子設備對應于根據本公開的第三方面的固態圖像拾取元件。
[0025]在本公開的第三方面中，固態圖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電轉換元件的電場比所述高感度像素的光電轉換元件的電場強。
[0026]發明效果
[0027]根據本公開的第一至第三方面，可以生成高精度的具有大的動態范圍的圖像拾取信號。
【附圖說明】
[0028]圖1是示出作為本公開適用的固態圖像拾取元件的根據第一實施方案的CMOS圖像傳感器的結構例的方塊圖。
[0029]圖2是示出在圖1所示的像素陣列部中配置的像素的第一結構例的斷面圖。
[0030]圖3是示出在圖1所示的像素陣列部中配置的像素的第二結構例的平面圖。
[0031]圖4是示出在圖1所示的像素陣列部中配置的像素的第三結構例的斷面圖。
[0032]圖5是示出在圖1所示的像素陣列部中配置的像素的第四結構例的斷面圖。
[0033]圖6是示出控制柵和轉移柵的控制的例子的圖。
[0034]圖7是示出在圖1所示的像素陣列部中配置的像素的第五結構例的斷面圖。
[0035]圖8是用于說明根據第一實施方案的CMOS圖像傳感器的效果的圖。
[0036]圖9是示出根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器中的像素的第一結構例的斷面圖。
[0037]圖10是示出根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器中的像素的第二結構例的平面圖。
[0038]圖11是示出根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器中的像素的第二結構例的變形例的平面圖。
[0039]圖12是示出根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器的第三結構例的斷面圖。
[0040]圖13是示出根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器的第四結構例的斷面圖。
[0041]圖14是示出控制柵和轉移柵的控制的例子的圖。
[0042]圖15是用于說明根據第二實施方案的CMOS圖像傳感器的效果的圖。
[0043]圖16是示出根據第三實施方案的CMOS圖像傳感器中的像素的第一結構例的斷面圖。
[0044]圖17是示出根據第三實施方案的CMOS圖像傳感器中的像素的第二結構例的斷面圖。
[0045]圖18是示出作為本公開適用的電子設備的圖像拾取裝置的結構例的方塊圖。
【具體實施方式】
[0046]<第一實施方案>
[0047](根據第一實施方案的固態圖像拾取元件的結構例)
[0048]圖1是示出作為本公開適用的固態圖像拾取元件的根據第一實施方案的CMOS圖像傳感器的結構例的方塊圖。
[0049]CMOS圖像傳感器100由像素陣列部111、垂直驅動部112、列處理部113、水平驅動部114、系統控制部115、像素驅動線116、垂直信號線117、信號處理部118和數據存儲部119構成。
[0050]像素陣列部111、垂直驅動部112、列處理部113、水平驅動部114、系統控制部115、像素驅動線116、垂直信號線117、信號處理部118和數據存儲部119在半導體基板(未示出)上形成。
[0051]應當指出的是，CMOS圖像傳感器100也可以不包括信號處理部118和數據存儲部119，并且例如，信號處理部118和數據存儲部119可以作為諸如DSP(數字信號處理器)等外部信號處理部設置在與CMOS圖像傳感器100不同的基板上。
[0052]CMOS圖像傳感器100拾取被寫體的圖像并輸出圖像中像素的圖像拾取信號。
[0053]具體地，在像素陣列部111中，多個像素以矩陣狀二維配置。像素由高感度像素和低感度像素構成，該高感度像素包括作為在其中蓄積對應于入射光的光量的電荷量的電荷的光電轉換元件的光電二極管，并且低感度像素包括光電二極管并具有比高感度像素低的感度。
[0054]另外，在像素陣列部111中，像素驅動線116中的每條線在附圖中相對于配置成矩陣的像素針對各行橫向(行方向)設置，并且垂直信號線117中的每條線在附圖中針對各列縱向(列方向)設置。像素驅動線116中的每條線的一端與垂直驅動部112的對應于各行的輸出端子(未示出)連接。
[0055]垂直驅動部112是由移位寄存器和地址解碼器等構成并按行單位等驅動像素陣列部111的像素的像素驅動部。盡管在附圖中未示出垂直驅動部112的具體結構，但是垂直驅動部112包括兩個掃描系統，即，讀出掃描系統和掃出掃描系統。
[0056]讀出掃描系統順序選擇各行以按行單位從像素順序讀出圖像拾取信號并從與所選行的像素驅動線116連接的輸出端子輸出轉移脈沖和選擇脈沖等。
[0057]掃出掃描系統為了從光電轉換元件掃出(復位)不必要的電荷，在僅先于讀出掃描系統的掃描的對應于快門速度的時間從與所選行的像素驅動線116連接的輸出端子輸出控制脈沖。通過掃出掃描系統的掃描，所謂的電子快門操作針對各行順序進行。這里，電子快門操作指的是使光電轉換元件的電荷放電并重新開始曝光(開始蓄積電荷)的操作。
[0058]從在由垂直驅動部112的讀出掃描系統所選行中的像素輸出的圖像拾取信號經由垂直信號線117供給到列處理部113。
[0059]列處理部113包括針對像素陣列部111的各列的信號處理電路。列處理部113的各信號處理電路對從所選行的像素經由垂直信號線117輸出的圖像拾取信號進行諸如包括⑶S (相關雙采樣)處理的噪聲去除處理、A/D轉換處理和色校正處理等信號處理。通過CDS處理，去除了諸如復位噪聲和放大晶體管的閾值變化等像素特有的固定模式噪聲。
[0060]各信號處理電路將在低亮度時經過信號處理后的高感度像素的圖像拾取信號臨時儲存為像素單位的圖像拾取信號，并將在高亮度時經過信號處理后的低感度像素的圖像拾取信號臨時儲存為像素單位的圖像拾取信號。
[0061]水平驅動部114由移位寄存器和地址解碼器等構成并順序選擇列處理部113的信號處理電路。通過水平驅動部114的選擇性掃描，將經過由列處理部113的信號處理電路進行的信號處理后的圖像拾取信號順序輸出到信號處理部118。
[0062]系統控制部115由生成各種定時信號的定時發生器等構成并基于由定時發生器生成的各種定時信號控制垂直驅動部112、列處理部113和水平驅動部114。
[0063]信號處理部118包括至少加法處理功能。信號處理部118對從列處理部113輸出的圖像拾取信號進行諸如加法處理等各種信號處理。此時，信號處理部118必要時將信號處理的中間處理結果等儲存在數據存儲部119中并在必要的時刻參照它們。信號處理部118輸出經過信號處理后的圖像拾取信號。
[0064](像素的第一結構例)
[0065]圖