專利名稱：固體攝像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書記載的實施例涉及固體攝像器件，該固體攝像器件的單位像素由高靈敏度像素和低靈敏度像素的兩種像素構(gòu)成。
背景技術(shù)：
近年來，提出了在CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器等的固體攝像器件中，通過在攝像區(qū)域內(nèi)相鄰地設(shè)置高靈敏度像素和低靈敏度像素，擴大動態(tài)范圍(dynamic range) 的技術(shù)。在該裝置中，在單個單元像素中排列了相同的光電二極管大小的高靈敏度像素和低靈敏度像素。因此，在高靈敏度像素之上配置面積較大的微透鏡，在低靈敏度像素之上配置面積較小的微透鏡。但是，在這種裝置中存在如下問題。即，由于在低照射時(暗時)所產(chǎn)生的信號電荷量較少，所以不會發(fā)生光電二極管飽和。但是，由于在高照射時(明亮?xí)r)入射光量較多， 所以高靈敏度像素的光電二極管當(dāng)然飽和，而且低靈敏度像素的光電二極管飽和的可能性也較高。并且，低靈敏度像素的飽和是動態(tài)范圍降低的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種固體攝像器件，該固體攝像器件在由高靈敏度像素和低靈敏度像素的兩種像素形成單位像素的結(jié)構(gòu)中，抑制高照射時的低靈敏度像素的飽和，謀求得到動態(tài)范圍的擴大。一個實施方式的固體攝像器件，具備半導(dǎo)體基板和在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)以一定間距二維配置的多個像素，上述各像素具備第一光電二極管，用于將入射光進行光電變換、 并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷；第二光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷，該第二光電二極管的飽和電荷量比上述第一光電二極管大；第一微透鏡，用于將光聚集到上述第一光電二極管；以及第二微透鏡，用于將光聚集到上述第二光電二極管，該第二微透鏡的開口比上述第一微透鏡小。其他實施方式的固體攝像器件，具備半導(dǎo)體基板；攝像區(qū)域，在上述半導(dǎo)體基板上在行方向和列方向上以一定間距二維配置多個像素來形成該攝像區(qū)域；垂直移位寄存器，與上述攝像區(qū)域的行方向的端部相鄰地被設(shè)置，向上述攝像區(qū)域的各行提供像素驅(qū)動信號；以及水平移位寄存器，與上述攝像區(qū)域的列方向的端部相鄰地被設(shè)置，提取來自上述攝像區(qū)域的各列的信號，上述各像素具備第一光電二極管，用于將入射光進行光電變換、 并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷；第二光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷，該第二光電二極管的飽和電荷量比上述第一光電二極管大；第一微透鏡，用于將光聚集到上述第一光電二極管；以及第二微透鏡，用于將光聚集到上述第二光電二極管，該第二微透鏡的開口比上述第一微透鏡小。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的固體攝像器件，在由高靈敏度像素和低靈敏度像素的兩種像素形成了單位像素的結(jié)構(gòu)中，通過抑制高照射時的低靈敏度像素的飽和，能夠謀求動態(tài)范圍的進一步的擴大。


圖1是示出第一實施方式的CMOS圖像傳感器的單位像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是示出第二實施方式的CMOS圖像傳感器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖3A、圖;3B是概略地示出圖2的CMOS圖像傳感器的布置圖(Iayoutimage)的一部分的圖。圖4是用于說明圖2的COMS圖像傳感器的動作定時和電勢(Potential)電位的圖(高照射模式)。圖5是用于說明圖2的CMOS圖像傳感器的動作定時和電位的圖(低照射模式)。圖6A、圖6B是用于說明圖2的CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍擴大效果的特性圖。圖7是示出第三實施方式的CMOS圖像傳感器的單位像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式根據(jù)本實施方式(通常根據(jù)一個實施方式)，具備半導(dǎo)體基板和在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)以一定間距二維配置的多個像素的固體攝像器件，上述各像素具備第一及光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積進行變換所得到的電荷；第一微透鏡，用于將光聚集到上述第一光電二極管上；以及第二微透鏡，用于將光聚到上述第二光電二極管上。并且，第二光電二極管的飽和電荷量比第一光電二極管大。并且，第二微透鏡的開口比第一微透鏡的開口小。下面，參照附圖，對本實施方式進行詳細說明。(第一實施方式)圖1是示出第一實施方式的CMOS圖像傳感器的單位像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。在半導(dǎo)體基板30上，以一定間距(pitch) 二維配置了光電二極管31、濾色器32以及微透鏡33。在光電二極管31和濾色器32之間，設(shè)置了跨過多個單位像素之間的布線34。單位像素包括形成在基板30的表面部的、面積小(飽和電荷量小)的第一光電二極管31a和面積大(飽和電荷量大)的第二光電二極管31b。第一光電二極管31a相當(dāng)于高靈敏度像素，第二光電二極管31b相當(dāng)于低靈敏度像素。在基板30上，例如設(shè)有三層結(jié)構(gòu)的布線34。在布線34的最上層，設(shè)有與各個光電二極管31a、31b對應(yīng)的濾色器32a、32b。并且，在濾色器3 上設(shè)有第一微透鏡33a，該微透鏡33a用于使光向第一光電二極管31a聚光。在濾色器32b上設(shè)有第二微透鏡33b，該第二微透鏡3 用于向第二光電二極管31b聚光。在此，與第一光電二極管31a對應(yīng)的濾色器3 和微透鏡33a的面積較大。與第二光電二極管31b對應(yīng)的濾色器32b和微透鏡33b的面積較小。即，第一微透鏡33a的開口比第二微透鏡33b的開口大。在信號電荷較少的低照射時(暗時)，單位像素的信號讀取是讀取高靈敏度顯示31a和低靈敏度像素31b的信號的雙方。在信號電荷較多的高照射時(明亮?xí)r)，單位像素的信號讀取是只讀取低靈敏度像素31b的信號。如上所述，在本實施方式中，在單個單位像素中設(shè)置高靈敏度像素31a和低靈敏度像素31b，在低照射時(暗時)，使用高靈敏度顯示31a和低靈敏度像素31b的雙方的信號，在高照射時(明亮?xí)r)，只使用低靈敏度像素31b的信號。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)擴大動態(tài)范圍。并且，在本實施方式中，將高靈敏度像素31a的面積設(shè)為較小，將低靈敏度像素 31b的面積設(shè)為較大。因此，雖然高靈敏度像素31a的飽和電荷量變小，但是低靈敏度像素 31b的飽和電荷量變大。因此，能夠抑制高照射時的低靈敏度像素31b的飽和，由此能夠進一步擴大動態(tài)范圍。此外，雖然高靈敏度像素31a的面積變小，但是由于低照射時光量較少，所以高靈敏度像素31a基本上不會飽和。并且，即使在高照射時高靈敏度像素31a飽和， 由于只讀取低靈敏度像素31b的信號，所以高靈敏度像素31a的飽和不會成為問題。如上所述，根據(jù)本實施方式，通過將高靈敏度像素的光電二極管31a設(shè)為較小，低靈敏度像素的光電二極管31b設(shè)為較大，能夠使信號電荷量的飽和量增加。由此，能夠使動態(tài)范圍進一步擴大。即，在高靈敏度像素和低靈敏度像素的兩種像素形成了單位像素的結(jié)構(gòu)中，通過抑制高照射時的低靈敏度像素的飽和，能夠進一步擴大動態(tài)范圍。(第二實施方式)圖2是示出第二實施方式的CMOS圖像傳感器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。該實施方式是本發(fā)明人們將前面說明的第一實施方式應(yīng)用于已經(jīng)提出的在先申請(日本特愿2009-157955號)中的實施方式。攝像區(qū)域10包括m行η列配置的多個單位像素(單元像素imit cell)l(m, η) 0 在此，代表性地示出各單位像素中的、第m行第η列的1個單位像素l(m，η)以及與攝像區(qū)域的各列對應(yīng)地在列方向上形成的垂直信號線中的1條垂直信號線11 (η)。在攝像區(qū)域10的一端側(cè)(圖中左側(cè))配置了垂直移位寄存器12，該垂直移位寄存器12用于向攝像區(qū)域提供ADRES (m)、RESET (m)、READl (m)、READ2 (m)等像素驅(qū)動信號。在攝像區(qū)域10的上端側(cè)(圖中上側(cè))配置了電流源13，該電流源13與各列的垂直信號線11 (η)連接。該電流源13作為像素源跟隨電路的一部分來動作。在攝像區(qū)域的下端側(cè)(圖中下側(cè))配置了⑶S&ADC14和水平移位寄存器15，該 ⑶S&ADC14包括連接到各列的垂直信號線11(η)的相關(guān)雙重采樣(Correlated double Sampling CDS)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog DigitalConvert :ADC)電路。CDS&ADC14 對像素的模擬輸出進行CDS處理、變換為數(shù)字輸出。信號電平判斷電路16根據(jù)在CDS&ADC14進行了數(shù)字化的輸出信號的電平，判斷單位像素的輸出信號VSIG(n)是比規(guī)定值小還是大。并且，將判斷輸出向定時生成電路17提供，并且提供給⑶S&ADC14，來作為模擬增益(Analog Gain)控制信號。定時生成電路17分別在規(guī)定的定時生成用于控制光電二極管的蓄積時間的電子快門控制信號或動作模式切換用的控制信號等，并提供給垂直移位寄存器12。各單位像素具有同一電路結(jié)構(gòu)，在該實施方式下，在各單位像素中具有一個高靈敏度像素和一個低靈敏度像素。在此，對圖2中的單位像素l(m，η)的結(jié)構(gòu)進行說明。單位像素l(m，n)具有第一光電二極管PD1，第二光電二極管PD2，第一讀取晶體管READl，第二讀取晶體管READ2，浮動擴散區(qū)(f loatingdiffusion) FD，放大晶體管AMP，復(fù)位晶體管RST，以及選擇晶體管ADR。此外，在本例中，各晶體管是η型的M0SFET。PDl是對入射光進行光電變換、并存儲變換后的電荷的構(gòu)件，READl與PDl連接，通過READl讀取PDl的信號電荷。PD2是對入射光進行光電變換、并蓄積變換后的電荷的構(gòu)件，其光靈敏度設(shè)置成比PDl小。READ2與PD2連接，通過READ2讀取PD2的信號電荷。FD 連接到READ1、READ2的各一端，在FD暫時蓄積從READ1、READ2讀取的信號電荷。AMP的柵極連接到FD，F(xiàn)D的信號被AMP放大之后輸出到垂直信號線11 (n)。RST的源極連接到AMP 的柵極電位(FD電位)，由RST對柵極電位進行復(fù)位。ADR為了對垂直方向的所希望水平位置的單位像素進行選擇控制，對向AMP提供電源電壓進行控制。選擇晶體管ADR、復(fù)位晶體管RST、第一讀取晶體管READ1、第二讀取晶體管READ2， 分別被對應(yīng)的行的信號線ADRES (m)、RESET (m)、READl (m)、READ2 (m)控制。此外，放大晶體管AMP的一端連接到對應(yīng)的列的垂直信號線11 (η)。圖3Α是提取圖2的CMOS圖像傳感器的攝像區(qū)域中的一部分來示出像素形成區(qū)域和柵極的布置圖的大概情況的圖。圖3B是提取圖2的CMOS圖像傳感器的攝像區(qū)域中的一部分來示出濾色器/微透鏡的布置圖的大概情況的圖。濾色器/微透鏡的排列采用一般的 RGB的貝爾排列(乂 ^ ~ 一配列)。在圖3A、3B中，R(I)、RO)表示與R像素對應(yīng)的區(qū)域，B(I), B (2)表示與B像素對應(yīng)的區(qū)域，Gb(l),GB(2),Gr(l),Gr2(2)表示與G像素對應(yīng)的區(qū)域。R(I)、B (1)、( ⑴、 Gr(I)與面積小的高靈敏度像素31a對應(yīng)，IU2)、B0)、(；M2)、GrQ)與面積大的高靈敏度像素31b對應(yīng)。D表示漏極區(qū)域。此外，為了表示與信號線的對應(yīng)關(guān)系，示出第m行的信號線 ADRES (m) ,RESET (m) ,READl (m)、READ2 (m)和第(m+1)行的信號線 ADRES (m+1) ,RESET (m+1)、 READl (m+1)、READ2 (m+1)、第η列的垂直信號線11 (η)、第(η+1)列的垂直信號線11 (η+1)。此外，在圖3Α中，為了簡單說明，將各種信號線重疊在像素上來示出，但是實際上各種信號線以不與像素重疊的方式通過像素的周邊。如圖3Α、;3Β所示，在單位像素中配置了高靈敏度像素和低靈敏度像素。并且，在高靈敏度像素上配置了面積大的濾色器及微透鏡20，在低靈敏度像素上配置了面積小的濾色器及微透鏡30。圖4是示出在圖2的CMOS圖像傳感器中的、像素的動作定時、復(fù)位動作時的半導(dǎo)體基板內(nèi)的電勢電位以及讀取動作時的電勢電位的一例的圖。是特別適合于在第一及第二光電二極管PD1、PD2中蓄積的信號電荷量較多的情況(明亮?xí)r)的低靈敏度模式的例。 在如上所述信號電荷量較多的情況下，通過降低傳感器的靈敏度以使得傳感器盡量不會飽和，由此謀求擴大動態(tài)范圍。首先，通過使得復(fù)位晶體管RST導(dǎo)通來進行復(fù)位動作，將剛剛進行了復(fù)位動作后的浮動擴散區(qū)FD的電位設(shè)定為與漏極(像素的電源)相同的電位電平。在復(fù)位動作結(jié)束之后，使復(fù)位晶體管RST截止。這樣，向垂直信號線11輸出與浮動擴散區(qū)FD的電位對應(yīng)的電壓。預(yù)先將該電壓值設(shè)定在CDS&ADC14內(nèi)的CDS電路中(暗時電平)。接著，使第一讀取晶體管READl或第二讀取晶體管READ2導(dǎo)通，將目前為止蓄積在光電二極管PDl或PD2中的信號電荷向FD傳送。在低靈敏度模式下進行如下的讀取動作 僅使第二讀取晶體管READ2導(dǎo)通，僅將蓄積在更低靈敏度的第二光電二極管PD2中的信號電荷向FD傳送。伴隨該信號電荷的傳送，F(xiàn)D電位發(fā)生變化。向垂直信號線11輸出對應(yīng)于浮動擴散區(qū)FD的電位的電壓，所以將該電壓值讀取到CDS電路(信號電平)。之后，通過在 CDS電路中從信號電平中減去暗時電平，消除放大晶體管AMP的Vth(閾值)偏差等噪聲，僅取出純粹的信號成分(CDS動作)。此外，在低靈敏度模式下，為了便于說明，關(guān)于第一光電二極管PDl和第一讀取晶體管READl的動作省略說明。實際上，為了防止第一光電二極管PDl的信號電荷溢出到浮動擴散區(qū)FD中，通過在進行浮動擴散區(qū)FD的復(fù)位動作之前使得第一讀取晶體管READl導(dǎo)通，由此排出蓄積在第一光電二極管PDl中的信號電荷就可以。此外，也可以除了進行浮動擴散區(qū)FD的復(fù)位動作和來自第二光電二極管PD2的信號的讀取動作的期間以外，使第一讀取晶體管READl始終導(dǎo)通。另一方面，圖5是示出在圖1的CMOS圖像傳感器中的、像素的動作定時、復(fù)位動作時的半導(dǎo)體基板內(nèi)的電勢電位以及讀取動作時的電勢電位的一例的圖。尤其是適合在浮動擴散區(qū)FD中信號電荷量較少的情況(暗時)的高靈敏度模式的例。在如上所述浮動擴散區(qū)FD的信號電荷量較少的情況下，提高CMOS圖像傳感器的靈敏度來謀求提高信噪比(S/N 比)。首先，通過使復(fù)位晶體管RST導(dǎo)通來進行復(fù)位動作，剛剛進行了復(fù)位動作之后的浮動擴散區(qū)FD的電位(Potential)被設(shè)定為與漏極(像素的電源)相同的電位電平。在結(jié)束復(fù)位動作之后，使復(fù)位晶體管RST截止。于是，向垂直信號線11輸出對應(yīng)于浮動擴散區(qū)FD的電位的電壓。預(yù)先將該電壓值取入到CDS&ADC14內(nèi)的CDS電路中(暗時電平)。接著，使第一讀取晶體管READl或第二讀取晶體管READ2導(dǎo)通，將目前為止蓄積在光電二極管PDl或PD2中的信號電荷向浮動擴散區(qū)FD傳送。在高靈敏度模式下進行如下的讀取動作使第一讀取晶體管READl和第二讀取晶體管READ2兩者導(dǎo)通，將在暗的狀態(tài)下取得的所有信號電荷向浮動擴散區(qū)FD傳送。伴隨該信號電荷的傳送，F(xiàn)D電位發(fā)生變化。由于向垂直信號線11輸出對應(yīng)于浮動擴散區(qū)FD的電位的電壓，所以將該電壓值讀取到CDS電路(信號電平)。之后，通過從信號電平中減去暗時電平，僅消除放大晶體管AMP的Vth(閾值)偏差等噪聲，僅取出純粹的信號成分(CDS動作)。一般來講，在CMOS圖像傳感器中，在所產(chǎn)的所有噪聲中，在放大晶體管AMP生成的熱噪聲或Ι/f噪聲占據(jù)較大的比例。因此，如本實施方式的MOS圖像傳感器那樣，在生成噪聲之前向浮動擴散區(qū)FD傳送的階段，對信號進行加法運算來使信號電平變大，這對于提高信噪比是有利的。此外，在向浮動擴散區(qū)FD傳送的階段，通過對信號進行加法運算，像素數(shù)減少，所以能夠得到容易提高CMOS圖像傳感器的幀頻的效果。此外，作為信號電荷的加法運算機構(gòu)，不一定限定于在浮動擴散區(qū)FD對信號電荷進行加法運算的方式。也可以分別使用圖像源跟隨電路來輸出第一及第二光電二極管PD1、 PD2的信號電荷。此時，在CMOS傳感器的外部的信號處理電路中，不是對第一及第二光電二極管PD1、PD2的信號電荷進行單純的加法運算，而是例如以2 1的比率進行加權(quán)運算。如上所述，在本實施方式中，在CMOS圖像傳感器的單位像素中，設(shè)置各一個的高靈敏度像素和低靈敏度像素。并且，在信號電荷量較少時，使用高靈敏度像素和低靈敏度像素的雙方的信號。此時，也可以在單位像素中，對信號電荷進行加法運算后予以讀取。此外， 在信號電荷量較多時，僅讀取低靈敏度像素的信號。由此，能夠分開使用兩種動作模式。
在本實施方式中，由于在范圍像素中設(shè)置各一個的高靈敏度像素和低靈敏度像素，所以可認為成立下式(1)的關(guān)系。即，若將現(xiàn)有像素的光靈敏度/飽和電平、高靈敏度像素的光靈敏度/飽和電平、低靈敏度像素的光靈敏度/飽和電平，分別表示為，現(xiàn)有像素的光靈敏度SENS現(xiàn)有像素的飽和電平VSAT高靈敏度像素的光靈敏度SENSl高靈敏度像素的飽和電平VSATl低靈敏度像素的光靈敏度SENS2低靈敏度像素的飽和電平VSAT2，則SENS = SENS1+SENS2, VSAT = VSAT1+VSAT2— (1)若高靈敏度像素飽和而切換為低靈敏度模式，則所得到的信號電荷量減少，從而信噪比降低。高靈敏度像素飽和的光量用VSAT1/SENS1表示。該光量下的低靈敏度像素的信號輸出成為VSAT1XSENS2/SENS1。因此，該光量下的信號輸出的降低率成為(VSAT1 X SENS2/SENS1) / (VSAT1 X SENS/SENS 1) = SENS2/SENS— (2)。由于想要避免高靈敏度模式和低靈敏度模式時的信號降低，所以認為將SENS2/ SENS設(shè)定在10% 50%之間是較妥當(dāng)?shù)摹Ｔ诒緦嵤┓绞街?，設(shè)定為SENS2/SENS = 1/4 = 25%。另一方面，關(guān)于動態(tài)范圍的擴大效果，取低靈敏度模式下的最大入射光亮VSAT2/ SENS2和現(xiàn)有像素的最大入射量(動態(tài)范圍)VSAT/SENS之比，成為如下(VSAT2/VSAT) X (SENS/SENS2)…(3)。如式3明確所示，VSAT2/VSAT最好盡量大。這表示高靈敏度像素和低靈敏度像素的飽和電平中，使低靈敏度像素變大的一方較好。若用式示出，則當(dāng)滿足下式時，能夠擴大動態(tài)范圍。VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2... (4)圖6A、圖6B是為了說明本實施方式的CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍擴大效果而示出特性的一例的圖。在圖6A、圖6B中，橫軸示出入射光量，縱軸表示光電二極管上產(chǎn)生的信號電荷量。在此，A表示高靈敏度像素(PDl)的特性，B表示低靈敏度像素(PD2)的特性，C 表示現(xiàn)有技術(shù)的單位像素中的像素(現(xiàn)有像素)的特性。在本實施方式中，高靈敏度像素A的光靈敏度設(shè)定為現(xiàn)有像素的3/4，低靈敏度像素B的光靈敏度設(shè)定為現(xiàn)有像素的1/4。在此，圖6A為比較例，高靈敏度像素A和低靈敏度像素B的大小相同，高靈敏度像素A的飽和電平設(shè)定為現(xiàn)有像素C的1/2，低靈敏度像素B 的飽和電平設(shè)定為現(xiàn)有像素C的1/2。在該情況下，將高靈敏度像素A的光靈敏度與現(xiàn)有像素C相比設(shè)定為3/4，將低靈敏度像素B的光靈敏度與現(xiàn)有像素C相比設(shè)定為1/4。因此，在將高靈敏度像素A和低靈敏度像素B的輸出相加的高靈敏度模式下，信號電荷量與現(xiàn)有技術(shù)的單位像素C相同。此外，由于與現(xiàn)有像素C相比，低靈敏度像素B的飽和電平為1/2，光靈敏度為 1/4，因此，其結(jié)果，低靈敏度像素不飽和動作的范圍與現(xiàn)有技術(shù)的像素C相比成為2倍。即， 在使用低靈敏度像素B的輸出的低靈敏度模式下，可知動態(tài)范圍與現(xiàn)有像素C相比擴大了兩倍。另一方面，如本實施方式，使高靈敏度像素A的飽和電平較小，低靈敏度像素B的飽和電平較大的情況下，如圖6B所示，高靈敏度像素A的飽和電平比現(xiàn)有技術(shù)的像素C的 1/2小，低靈敏度像素B的飽和電平成為比現(xiàn)有技術(shù)的像素C的1/2大。在該情況下，通過使低靈敏度像素B的飽和電平較大，在低靈敏度模式的高照射時(明亮?xí)r)，低靈敏度像素B能夠超過達到飽和電平的照射量。因此，能夠得到動態(tài)范圍進一步擴大的效果。(第三實施方式)圖7是示出第三實施方式的CMOS圖像傳感器的單位像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。此外， 在與圖1相同的部分標(biāo)注相同標(biāo)記，省略詳細說明。該實施方式是將使低靈敏度像素的飽和電荷量比高靈敏度像素的飽和電荷量大的想法應(yīng)用于背面照射型的CMOS圖像傳感器的例子?；窘Y(jié)構(gòu)與前面的第一實施方式相同。本實施方式與第一實施方式的不同點在于，將微透鏡33和濾色器32配置在基板30的背面?zhèn)?。高靈敏度像素31a及低靈敏度像素 31b與微透鏡33a、3!3b之間的關(guān)系與前面的第一實施方式相同。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)然能夠得到與前面的第一實施方式相同的效果。(變形例)此外，本發(fā)明不限定于各實施方式。在實施方式中，以CMOS圖像傳感器為例進行了說明，但是本發(fā)明不限定于CMOS圖像傳感器，還能夠應(yīng)用于CXD圖像傳感器。此外，圖2 所示的電路結(jié)構(gòu)是一例，本發(fā)明能夠應(yīng)用于具備高靈敏度像素和低靈敏度像素的各種固體攝像器件。雖然對特定的實施方式進行了說明，但是這些實施方式僅僅是作為例子來說明的，并沒有一體限定本發(fā)明的范圍。事實上，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在此說明的新的方法和系統(tǒng)能夠通過各種其他方式，進一步通過對在此說明的新的方法的系統(tǒng)進行各種省略、追加以及改變來實施。所附的權(quán)利要求及其等同的方案試圖覆蓋所有這種方式或變形例，它們落入本發(fā)明的范圍和宗旨內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，其特征在于，具備半導(dǎo)體基板和在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)以一定間距二維配置的多個像素， 上述各像素具備第一光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷； 第二光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷，該第二光電二極管的飽和電荷量比上述第一光電二極管大；第一微透鏡，用于將光聚集到上述第一光電二極管；以及第二微透鏡，用于將光聚集到上述第二光電二極管，該第二微透鏡的開口比上述第一微透鏡小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于， 還具備第一讀取晶體管，與上述第一光電二極管連接，用于讀取上述蓄積的信號電荷； 第二讀取晶體管，與上述第二光電二極管連接，用于讀取上述蓄積的信號電荷； 浮動擴散區(qū)，與上述第一及第二讀取晶體管連接，蓄積所讀取到的上述信號電荷； 復(fù)位晶體管，對上述浮動擴散區(qū)的電位進行復(fù)位；以及放大晶體管，放大上述浮動擴散區(qū)的電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其特征在于， 具備第一動作模式，將上述第一光電二極管的信號電荷和上述第二光電二極管的信號電荷的雙方讀取到上述浮動擴散區(qū)，從而對這些電荷進行加法運算，將通過該加法運算而得到的上述浮動擴散區(qū)的電位放大后輸出；以及第二動作模式，將上述第二光電二極管的信號電荷讀取到上述浮動擴散區(qū)，將通過該讀取而得到的上述浮動擴散區(qū)的電位放大后輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其特征在于， 具備第一動作模式，分別讀取上述第一光電二極管的信號電荷和上述第二光電二極管的信號電荷，并輸出信號；以及第二動作模式，讀取上述第二光電二極管的信號電荷，并輸出信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，其特征在于，在上述第一動作模式中，上述分別讀取到的信號以一定的比率被進行加權(quán)加法運算后被輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，在將上述第一光電二極管的光靈敏度表示為SENSl，飽和電平表示為VSATl，上述第二光電二極管的光靈敏度表示為SENS2，飽和電平表示為VSAT2時，滿足下式， VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第一微透鏡和上述第二微透鏡相互配置成相間格子圖案狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半導(dǎo)體基板的表面部分，上述各微透鏡形成在上述半導(dǎo)體基板的表面的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半導(dǎo)體基板的表面部分，上述各微透鏡形成在上述半導(dǎo)體基板的背面上。
10.一種固體攝像器件，其特征在于，具備 半導(dǎo)體基板；攝像區(qū)域，在上述半導(dǎo)體基板上在行方向和列方向上以一定間距二維配置多個像素來形成該攝像區(qū)域；垂直移位寄存器，與上述攝像區(qū)域的行方向的端部相鄰地被設(shè)置，向上述攝像區(qū)域的各行提供像素驅(qū)動信號；以及水平移位寄存器，與上述攝像區(qū)域的列方向的端部相鄰地被設(shè)置，提取來自上述攝像區(qū)域的各列的信號， 上述各像素具備第一光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷； 第二光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積經(jīng)變換而得到的電荷，該第二光電二極管的飽和電荷量比上述第一光電二極管大；第一微透鏡，用于將光聚集到上述第一光電二極管；以及第二微透鏡，用于將光聚集到上述第二光電二極管，該第二微透鏡的開口比上述第一微透鏡小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其特征在于， 還具備第一讀取晶體管，與上述第一光電二極管連接，用于讀取上述蓄積的信號電荷； 第二讀取晶體管，與上述第二光電二極管連接，用于讀取上述蓄積的信號電荷； 浮動擴散區(qū)，與上述第一及第二讀取晶體管連接，蓄積所讀取到的上述信號電荷； 復(fù)位晶體管，對上述浮動擴散區(qū)的電位進行復(fù)位；以及放大晶體管，放大上述浮動擴散區(qū)的電位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像器件，其特征在于， 具備第一動作模式，將上述第一光電二極管的信號電荷和上述第二光電二極管的信號電荷的雙方讀取到上述浮動擴散區(qū)，從而對這些電荷進行加法運算，將通過該加法運算而得到的上述浮動擴散區(qū)的電位放大后輸出；以及第二動作模式，將上述第二光電二極管的信號電荷讀取到上述浮動擴散區(qū)，將通過該讀取而得到的上述浮動擴散區(qū)的電位放大后輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像器件，其特征在于， 具備第一動作模式，分別讀取上述第一光電二極管的信號電荷和上述第二光電二極管的信號電荷，并輸出信號；以及第二動作模式，讀取上述第二光電二極管的信號電荷，并輸出信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固體攝像器件，其特征在于，在上述第一動作模式中，上述分別讀取到的信號以一定的比率被進行加權(quán)加法運算后被輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固體攝像器件，其特征在于，在將上述第一光電二極管的光靈敏度表示為SENSl，飽和電平表示為VSATl，上述第二光電二極管的光靈敏度表示為SENS2，飽和電平表示為VSAT2時，滿足下式， VSATl/SENSl < VSAT2/SENS2。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第一微透鏡和上述第二微透鏡相互配置成相間格子圖案狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半導(dǎo)體基板的表面部分，上述各微透鏡形成在上述半導(dǎo)體基板的表面的上方。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像器件，其特征在于，上述像素形成在上述半導(dǎo)體基板的表面部分，上述各微透鏡形成在上述半導(dǎo)體基板的背面上。
全文摘要
本發(fā)明的固體攝像器件，具備多個像素，該多個像素在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)以一定間距二維配置，上述各像素具備第一及第二光電二極管，用于將入射光進行光電變換、并蓄積進行變換所得到的電荷；第一微透鏡，用于將光聚到第一光電二極管上；以及第二微透鏡，用于將光聚到第二光電二極管上。并且，第二光電二極管的飽和電荷量比第一光電二極管大。第二微透鏡的開口比第一微透鏡小。
文檔編號H01L27/146GK102194842SQ201110051858
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者海上尚子, 物井誠, 田中長孝 申請人:株式會社東芝