固态图像拾取装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了固态图像拾取装置，包括多个像素，其中每个像素都包括电荷存储部分、光电转换部分、第一传送部分和第二传送部分，当一个时段期间所生成的信号电荷被传送到放大器时，控制单元提供脉冲，使得将导通脉冲提供给第二传送部分，而将截止脉冲提供给第一传送部分，由此将所存储的信号电荷传送到放大器，然后向复位部分提供导通脉冲，以复位传送到放大器的信号电荷，随后向第一传送部分和第二传送部分提供导通脉冲，以将光电转换部分中所保持的信号电荷传送到放大器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态图像拾取装置，更具体地涉及扩展其动态范围的技术。
技术介绍
在诸如公知为CMOS图像传感器的放大型(amplification-type)图像拾取装置 中，存在多种已知电子快门技术来在不使用机械阻挡光的方法的情况下而控制对整个平面 上的所有像素的累积的开始与结束。 在与日本专利公开No. 2006-246450中所公开的电子快门关联的技术中，在信号电荷生成周期中在光电转换部分中生成的电荷传送到电荷存储部分，并且在曝光结束后，光电转换部分复位以除去光电转换部分中剩余的电荷，由此实现电子快门的功能。 这种技术的特征在于，功能是由专用部分独立地实现的，从而光电转换部分基本上只执行光电转换，而曝光期间的电荷累积是由与光电转换部分相邻布置的电荷存储部分执行的。应当指出，电荷存储部分是与FD区域分开布置的。因为光电转换部分中电荷的饱和数小，所以可以利用低电压来执行电荷从光电转换部分到电荷存储部分的传送。这种器件可以容易地通过基于普通CMOS生产工艺的简单工艺生产，即，其生产比CCD或其它类似器件更简单。应当指出，在此处和本说明书中的其它地方，假设电荷是由电子提供的。因此，在使用电子的情况下，表述电荷数应当理解为电子数。 在日本专利公开No. 2006-246450所公开的技术中，每个像素中电荷存储部分的 提供导致电荷饱和量的增加。但是，电荷饱和量的增加会导致信号的范围根据布置在光电 转换部分和电荷存储部分的后面阶段的读取电路的动态范围而受限的情况。这种情况是由 以上所述的配置造成的，其中光电转换的功能和累积信号电荷的功能是分开实现的，而且 这两个功能中的每一个都是单独优化的。 鉴于以上所述，本专利技术提供了一种通过完全利用信号电荷来产生图像信号的技 术，其中信号电荷的量是通过独立布置的电荷存储部分增加的，而不受在后面阶段布置的 读取电路的动态范围的限制。
技术实现思路
—种装置，包括多个像素，每个像素都包括光电转换部分、配置成存储由第一传 送部分从光电转换部分传送的信号电荷的电荷存储部分、配置成放大基于由第二传送部分 传送的信号电荷的信号的放大器、以及复位部分；和配置成提供驱动脉冲的控制单元，其中 当一个时段中生成的信号电荷传送到放大器时，控制单元提供脉冲，使得将导通脉冲提供 给第二传送部分，同时将截止脉冲提供给第一传送部分，由此将所存储的信号电荷传送到 放大器，然后向复位部分提供导通脉冲，以便复位传送到放大器的信号电荷，随后向第一传 送部分和第二传送部分提供导通脉冲，以便将存储在光电转换部分中的信号电荷传送到放 大器。 从以下结合附图对示例性实施例的描述，本专利技术的更多特征将变得显而易见。附图说明 图1是例示根据本专利技术实施例的固态图像拾取装置的框图。 图2是根据本专利技术实施例的固态图像拾取装置的像素区域中布置的像素的等效 电路。 图3是例示根据本专利技术实施例的驱动脉冲的图。 图4A至4H是例示根据本专利技术实施例的电势分布(potentialprofile)的图。 图5是例示根据本专利技术实施例的驱动脉冲的图。 图6是例示根据本专利技术实施例的驱动脉冲的图。 图7A至7D是例示根据本专利技术实施例的像素信号分布的图。 图8A至8C是例示根据本专利技术实施例的信号处理的概念的图。 图9是例示根据本专利技术实施例的噪声与信号之比的图。 图10是例示根据本专利技术实施例的驱动脉冲的图。 图11A至11G是例示根据本专利技术实施例的电势分布的图。 图12是根据本专利技术实施例的图像拾取装置的示意图。 图13是根据本专利技术实施例的图像拾取装置的示意图。 图14A至14H是各自示出亮度与输出之间关系的图。具体实施例方式以下参照附图详细描述本专利技术的实施例。 首先，参照图1和2来说明固态图像拾取装置的配置与像素的等效电路，这对以下 所述的所有实施例都是通用的。 在图1中，标号101指示像素区域，其中多个像素以矩阵的形式布置。标号102指 示配置成以一个或多个像素行为单位扫描像素区域中的像素的垂直扫描单元。垂直扫描单 元102可以利用移位寄存器或解码器来构造。 标号103指示配置成处理由垂直扫描单元从像素区域101扫描并读取的信号的列 电路。列电路可以包括例如配置成减小像素噪声的CDS电路、配置成放大从每个像素输出 的信号的放大器、配置成将从每个像素接收到的模拟信号转换成数字形式的模数转换器，坐坐 寸寸。 标号104指示配置成以一个或多个列为单位顺序扫描像素区域中的像素从而读 取由列电路处理的信号的水平扫描单元。就象对于垂直扫描单元一样，水平扫描单元可以 利用移位寄存器或解码器来构造。 标号105指示配置成对从固态图像拾取装置输出的信号执行特定处理的信号处 理单元。 尽管在图1中没有示出互连，但在以上所述的组成部分之间存在互连，通过这些 互连来传输光信号、驱动信号及其它信号。 图2例示了布置在像素区域中的像素的等效电路。尽管为了简化起见图2仅示出 了像素区域101中包括的以3X3阵列形式布置的9个像素，但像素的个数并不限于这个 例子。标号2指示充当光电转换部分的光电二极管(PD)。光电二极管的阳极连接到固定电压电平(例如，地电平)。光电二极管的阴极通过充当第一传送部分的第一传送晶体管 (transfer transistor) 8连接到电荷存储部分3的一端。电荷存储部分3的另一端连接到 固定电压电平(例如，地电平)。前面所述的电荷存储部分3的一端还通过充当第二传送部 分的第二传送晶体管9连接到FD区域4。 FD区域4还连接到充当放大器一部分的放大晶 体管12的栅电极。放大晶体管12的栅极充当放大器的输入部分。放大晶体管12的栅极 还通过充当复位部分的复位晶体管10连接到像素电源线。可以采用M0S晶体管作为每个 传送晶体管。 充当选择部分的选择晶体管11连接成使得，充当一个主电极的漏电极连接到像 素电源线，而充当另一个主电极的源电极连接到放大晶体管12的充当一个主电极的漏极。 如果输入有效信号SEL，则选择晶体管导通，由此选择晶体管的两个主电极将彼此电连接。 结果，放大晶体管12与连接到垂直信号线0UT的恒定电流源(未示出)结合形成源跟随器 电路，且对应于充当放大晶体管12的控制电极的栅电极的电压的信号出现在垂直信号线 0UT上。根据出现在垂直信号线OUT上的信号，从固态图像拾取装置输出一个信号。该信号 穿过信号处理电路和其它电路元件，由此形成图像信号。 在图2所示的例子中，每个像素都包括一个复位部分、一个放大器和一个选择部 分。可选地，多个像素可以共享一个复位部分、一个放大器和一个选择部分。如果没有提供 选择部分，则可以通过控制放大器的输入部分的电压来选择每个像素。 以上已经描述了在本专利技术实施例中通用的固态图像拾取装置的配置的例子，其中 电荷存储部分布置在光电转换部分与FD区域之间。 在特定的实施例中，固态图像拾取装置可以配置成使得在光电转换部分与电荷存 储部分之间的电荷路径中提供一种机制，以允许在低电平脉冲被提供给第一传送部分从而 将第一传送部分保持在截止(off)状态的情况下电荷从光电转换部分被传送到电荷存储 部分。 更具体而言，例如，当第一传送部分是利用M0S晶体管实现的时候，以上所述的机 制是通过如下来实现的构造掩埋沟道结构形式的M0S晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：多个像素，每个像素都包括光电转换部分、配置成存储由第一传送部分从光电转换部分传送的信号电荷的电荷存储部分、配置成放大基于由第二传送部分传送的信号电荷的信号的放大器及复位部分；及配置成提供驱动脉冲的控制单元，其中当一个时段期间所生成的信号电荷被传送到放大器时，该控制单元提供脉冲，使得将导通脉冲提供给第二传送部分，同时将截止脉冲提供给第一传送部分，由此将所存储的信号电荷传送到放大器，然后向复位部分提供导通脉冲，以复位被传送到放大器的信号电荷，随后向第一传送部分和第二传送部分提供导通脉冲，以将光电转换部分中所保持的信号电荷传送到放大器。

【技术特征摘要】
JP 2008-10-9 2008-262997一种装置，包括多个像素，每个像素都包括光电转换部分、配置成存储由第一传送部分从光电转换部分传送的信号电荷的电荷存储部分、配置成放大基于由第二传送部分传送的信号电荷的信号的放大器及复位部分；及配置成提供驱动脉冲的控制单元，其中当一个时段期间所生成的信号电荷被传送到放大器时，该控制单元提供脉冲，使得将导通脉冲提供给第二传送部分，同时将截止脉冲提供给第一传送部分，由此将所存储的信号电荷传送到放大器，然后向复位部分提供导通脉冲，以复位被传送到放大器的信号电荷，随后向第一传送部分和第二传送部分提供导通脉冲，以将光电转换部分中所保持的信号电荷传送到放大器。2. 如权利要求1所述的装置，其中光电转换部分与电荷存储部分之间的电荷传送路径 是以掩埋沟道结构的形式提供的。3. 如权利要求1所述的装置，其中在信号电荷在光电转换部分与电荷存储部分中累积 期间，光电转换部分与电荷存储部分之间的电荷传送路径中对于信号电荷的势垒低于光电 转换部分与其它区域之间的势垒。4. 如权利要求1所述的装置，其中控制单元配置成在将导通脉冲提供给第一传送部分 与第二传送部分之前，向第二传送部分多次提供导通脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下雄一郎，大贯裕介，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]