摄像器件及其驱动方法和摄像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及改善图像质量的摄像器件、摄像装置以及驱动摄像器件的方法。摄像器件包括设置了光电转换元件和电荷转换单元的半导体基板。传感器还可以还包括电容量开关。电荷积累元件邻近于光电转换元件相邻。电荷积累元件的至少一部分与光电转换元件的电荷积累区域重叠。电荷积累单元由电容量开关选择性地连接到电荷‑电压转换元件。

Image pickup device and driving method and imaging device thereof

The invention relates to an image pickup device for improving image quality, an image pickup device and a method for driving an image pickup device. The camera device includes a semiconductor substrate with photoelectric conversion elements and charge conversion units. Sensors can also include capacitive switches. The charge accumulation element is adjacent to the photoelectric conversion element. At least part of the charge accumulation element overlaps with the charge accumulation area of the photoelectric conversion element. The charge accumulation unit is selectively connected to the charge voltage conversion element by the capacitance switch.

【技术实现步骤摘要】
摄像器件及其驱动方法和摄像装置本申请是申请日为2013年11月07日、专利技术名称为“摄像器件及其驱动方法和摄像装置”的申请号为201310548165.8的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及摄像器件及其驱动方法和摄像装置。尤其是，本专利技术涉及能够改善图像质量的固态摄像器件及其驱动方法和摄像装置。
技术介绍
如下摄像装置已为人们所熟知，此类摄像装置允许设置在像素内的浮动扩散(FD)区域的电容发生变化，并由此对通过获取来自对象的光而获得的电荷被转换成电压的转换效率进行调整(例如，参照日本未审查专利申请公开文本(PCT申请的翻译)No.2007-516654)。在这样的固态摄像器件中，当信号量小时，即，在低照明条件下，通过减小FD区域的电容量来增加像素灵敏度，由此，增加了转换效率。与此相反，当信号量大时，即，在高照明条件下，通过增加FD区域的电容量来减小像素灵敏度，由此，降低了转换效率。因此，动态范围得到增加。在其FD区域的电容量是可变的固态摄像器件中，电容元件设置在像素之间，即，与像素的FD区域和光电转换元件设置在同一平面上。电容元件经由用于允许电容量产生变化的开关连接到FD区域。通过开通或关断开关，在向FD区域的电容量添加电容量的状态以及未向FD区域的电容量添加电容量的状态之间进行切换。因此，转换效率得到调整。为了增加像素的动态范围，期望增大像素中的高水平和低水平的转换效率增加的变化。为了增大该变化，需要增加被添加至FD区域电容量的电容元件的电容量。然而，在上述技术中，需要在彼此相邻的像素之间设置电容元件，以用于添加FD区域的电容量。因此，为了确保电容元件的面积，需要减小像素中的诸如像光电二极管和像素晶体管等元件的尺寸。相应地，例如，由于减小了光电二极管的面积，所以固态摄像器件的光电转换区域变小。因此，减小了像素的光接收灵敏度。相应地，不仅S/N比(信号与噪声的比率)而且光电二极管的饱和信号量也减小了。于是，由固态摄像器件获得的图像质量劣化。值得注意的是，通常，已知的是光电二极管的面积与饱和信号量成正比。此外，为了确保用于向FD区域的电容量添加电容量的电容元件的较大面积，也需要减小像素中布置的晶体管的尺寸。例如，当减小用于读取电压(即通过从对象接收光而获得的信号电平)的放大晶体管的尺寸时，随机噪声增加，这导致图像质量劣化。再者，例如，当减小像素内的诸如选择晶体管，复位晶体管和传输晶体管等晶体管的尺寸时，晶体管特性的变化增加。因此，噪声增加，且信噪比降低。相应地，图像质量劣化。
技术实现思路
期望提供能够改善图像质量的固态摄像器件及其驱动方法。根据本专利技术的实施例，提供了一种摄像器件。所述摄像器件包括具有光电转换元件和电荷-电压转换元件的半导体基板。所述摄像器件还包括电容量开关。所述电荷积累元件邻近于所述光电转换元件。所述电荷积累元件的至少一部分与所述光电转换元件的电荷积累区域重叠。所述电荷积累元件通过所述电容量开关选择性地连接到所述电荷-电压转换元件。根据其他实施例，当所述电容量开关开通时，所述电荷积累元件的电容量被添加至所述电荷-电压转换元件的电容量。可选地或此外，所述光电转换元件设置于所述电荷积累元件和所述半导体基板的光接收表面之间。所述摄像器件还包括背部照明型摄像器件，在所述背部照明型摄像器件中，所述光电转换元件设置于所述半导体基板的光接收表面与布线层之间。此外，所述电荷积累元件可以为所述布线层的一部分。根据其他实施例，所述摄像器件包括光屏蔽层。所述电荷积累元件可以形成所述光屏蔽层的一部分。另外，所述电荷积累元件还可以形成在所述光屏蔽层与所述光电转换元件之间。根据其他实施例，多个所述光电转换元件与多个所述电荷-电压转换元件共用单个的所述电荷积累元件。所述电荷积累元件还可以包括第一和第二电极，所述电极中的第一个电极与所述电容量开关相连接。所述电荷-电压转换元件可以是浮动扩散区，所述电荷积累元件可以是电容器。根据本专利技术的另一实施例，所述摄像器件可以是前部照明型摄像器件，所述电荷-电压转换元件被包含在像面相位差像素中，且所述电荷积累元件作为所述光电转换元件的光屏蔽层。根据本专利技术的另一实施例，本专利技术提供了一种摄像装置。所述摄像装置包括光学部和能够从所述光学部接收光的固态摄像器件。所述固态摄像器件包括光电转换元件和电荷-电压转换元件。固态摄像单元还包括电容量开关和邻近于所述光电转换元件的电荷积累元件。所述电荷积累元件的至少一部分与所述光电转换元件的电荷积累区域重叠。所述电荷积累单元能够通过所述电容量开关选择性地连接到所述电荷-电压转换元件。另外，所述摄像装置还包括数字图像处理器，所述数字图像处理器接收来自所述固态摄像器件的信号。根据其他实施例，所述摄像装置的所述光电转换元件设置在所述电荷积累元件和所述半导体基板的形成有所述光电转换元件的光接收表面之间。摄像装置还可包括布线层，其中所述摄像器件为背部照明型摄像器件，在所述背部照明型摄像器件中，所述光电转换元件设置于所述半导体基板的光接收表面与所述布线层之间。此外，所述电荷积累元件可以是所述布线层的一部分。根据其他实施例，所述摄像装置可以包括光屏蔽层。另外，所述电荷积累元件可以形成于所述光屏蔽层与所述光电转换元件之间。根据又一实施例，提供了一种驱动摄像器件的方法。特别地，所述摄像装置包括光电转换元件、电荷-电压转换元件以及电荷积累元件均作为所述摄像器件的一部分。所述电荷积累元件的至少一部分与所述光电转换元件的电荷积累区域重叠。所述电荷积累元件的电容量能够被添加至所述电荷-电压转换元件的电容量。根据该方法，检测照明条件。响应于确定出所述照明条件为低，使所述电荷电压转换元件与所述电荷积累元件未电连接。响应于确定出所述照明状况为高，使所述电荷-电压转换元件和所述电荷积累元件电连接。能够设置电容量开关以用于选择性地将所述电荷积累单元连接到所述电荷-电压转换元件。特别地，所述电容量开关关断，以使所述电荷-电压转换元件与所述电荷积累元件未电连接。所述电容量开关开通，以使所述电荷-电压转换元件与所述电荷积累元件电连接。根据所述方法的其它实施例，所述摄像器件可以为背部照明型摄像器件。或者，所述摄像器件可以是前部照明型传感器，其包括能够用于像面相位差自动对焦的像面相位差像素，其中，所述电荷积累元件作为像面相位差像素的光屏蔽层。通过以下描述，特别是当结合附图时，本专利技术的实施例的其它的特征和有益效果将变得更加明显。根据本专利技术的上述实施例，图像质量得到了改善。应当理解，在先的总体描述和随后的详细描述均是示范性的，其目的在于进一步解释所要求保护的技术。附图说明所包括的附图是为了给本专利技术提供进一步的理解，并且附图并入并构成了本说明书的一部分。附图图示了实施例，并且与说明书一起用于说明本技术的原理。图1示出了固态摄像器件的构造示例。图2示出了像素的构造示例。图3示出了电荷积累元件的布置示例。图4示出了像素的剖面。图5说明了转换效率的切换。图6是说明了在低照明状况下的摄像处理的流程图。图7是说明了在高照明状况下的摄像处理的流程图。图8示出了本专利技术的像素的剖面。图9示出了电荷积累元件的布置示例。图10示出了像素的剖面。图11示出了像素的剖面。图12示出了像素的剖面。图13示出了像素的剖面。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摄像器件，其包括：半导体基板，其包括：光电转换元件和电荷‑电压转换元件；电容量开关；以及电荷积累元件，其邻近于所述光电转换元件，其中，所述电荷积累元件的至少一部分与所述光电转换元件的电荷积累区域重叠，且其中，所述电荷积累元件通过所述电容量开关选择性连接到所述电荷‑电压转换元件。

【技术特征摘要】
2012.12.05 JP 2012-2660021.一种摄像器件，其包括：半导体基板，其包括：光电转换元件和电荷-电压转换元件；电容量开关；以及电荷积累元件，其邻近于所述光电转换元件，其中，所述电荷积累元件的至少一部分与所述光电转换元件的电荷积累区域重叠，且其中，所述电荷积累元件通过所述电容量开关选择性连接到所述电荷-电压转换元件。2.根据权利要求1所述的摄像器件，其中，当所述电容量开关开通时，所述电荷积累元件的电容量被添加至所述电荷-电压转换元件的电容量。3.根据权利要求1所述的摄像器件，其中，所述光电转换元件设置在所述电荷积累元件和所述半导体基板的光接收表面之间。4.根据权利要求1所述的摄像器件，其还包括：布线层，其中，所述摄像器件为背部照明型摄像器件，在所述背部照明型摄像器件中，所述光电转换元件设置在所述半导体基板的光接收表面与所述布线层之间。5.根据权利要求4所述的摄像器件，其中，所述电荷积累元件是所述布线层的一部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下和芳，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP