图像捕获装置和图像捕获系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及一种图像捕获装置和图像捕获系统。
【背景技术】
[0002] 最近提议在CMOS图像传感器中使用全局电子快口。日本专利公开 No. 2004-111590中所描述的图像捕获装置具有即使当捕获快速移动的物体的图像时物体 图像也不失真的效果。
【发明内容】
[0003] 根据本公开的实施例提供一种图像捕获装置。该图像捕获装置包括多个像素。所 述多个像素中的每个均包括；光电转换单元，其被构造为响应于入射光产生并且累积电荷； 累积单元，其被构造为累积电荷；放大器单元，其被构造为输出基于电荷的信号；第一传送 开关，其被构造为将电荷从光电转换单元传送到累积单元；W及第二传送开关，其被构造为 将电荷从累积单元传送到放大器单元。图像捕获装置包括输出线，来自所述多个像素的放 大器单元的信号被输出到该输出线。在第一时间点，所述多个像素的光电转换单元开始累 积电荷。所述多个像素的第一传送开关从第一时间点到第二时间点保持断开，并且所述多 个像素的光电转换单元累积在从第一时间点到第二时间点的第一时间段中产生的电荷。在 从第二时间点到第=时间的第二时间段中，所述多个像素的累积单元累积光电转换单元在 从第一时间点到第二时间点的第一时间段中产生的电荷、及光电转换单元在第二时间段中 产生的电荷。在第=时间，所述多个像素的第一传送开关被控制为从导通变为断开。光电 转换单元的饱和电荷量Ai( "A"之后为后缀"1")、累积单元的饱和电荷量A,( "A"之后为 后缀"2")、第一时间段Pi( "P"之后为后缀"1")及第二时间段P2( "P"之后为后缀"2") 满足某一关系。
[0004] 从W下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的更多的特征将变得清楚。
【附图说明】
[0005] 图1例示图像捕获装置的像素的等效电路。
[0006] 图2是示意性地例示图像捕获装置的截面结构的示图。
[0007] 图3是例示图像捕获装置的驱动脉冲的示图。
[000引图4是例示图像捕获装置的驱动脉冲的示图。
[0009] 图5是示意性地例示图像捕获装置的操作的示图。
[0010] 图6是示意性地例示图像捕获装置的截面结构的示图。
[0011] 图7是例示图像捕获装置的等效电路的示图。
[0012] 图8是示意性地例示图像捕获装置的截面结构的示图。
[0013] 图9A和9B是例示图像捕获装置的驱动脉冲的示图。
[0014] 图10是示意性地例示图像捕获装置的截面结构的示图。
[0015] 图11是示意性地例示图像捕获装置的截面结构的示图。
[0016] 图12是例示图像捕获装置的驱动脉冲的示图。
[0017] 图13是示意性地例示图像捕获装置的操作的示图。
[0018] 图14是例示图像捕获系统的构造的框图。
【具体实施方式】
[0019] 根据一些实施例，可W在增大饱和电荷量的同时缩小像素尺寸。
[0020] 在日本专利公开No. 2004-111590中所描述的图像捕获装置中，通过用于获得一 个图像或一个帖的光电转换而产生的所有电荷都累积在光电转换单元中。然后，电荷与所 有像素同时地从光电转换单元传送到累积单元，并且用于获得下一图像或下一帖的另一光 电转换开始。因此，为了增大像素的饱和电荷量，光电转换单元的饱和电荷量和累积单元的 饱和电荷量需要基本上相同。如果光电转换单元的饱和电荷量增大，则光电转换单元的面 积也增大。因此，像素尺寸可能变大。
[0021] 发明人发现，在一些图像捕获装置中，增大像素的饱和电荷量是困难的。根据一些 实施例，在能够执行全局电子快口的图像捕获装置中，可W在增大饱和电荷量的同时缩小 像素尺寸。
[0022] 实施例提供一种图像捕获装置，该图像捕获装置包括多个像素W及来自所述多个 像素的信号被输出到的输出线。所述多个像素中的每个包括光电转换单元、累积单元和放 大器单元，累积单元被构造为累积电荷，放大器单元被构造为输出基于光电转换单元产生 的电荷的信号。每个像素进一步设有第一传送开关和第二传送开关，第一传送开关被构造 为将电荷从光电转换单元传送到累积单元，第二传送开关被构造为将电荷从累积单元传送 到放大器单元。使用该构造，可W执行光电转换时间段在多个像素之间一致的图像拾取操 作，即，全局电子快口。电子快口例如被定义为电控制响应于入射光而产生的电荷的累积。
[0023] 在根据本公开的一些实施例中，在第一时间点，所述多个像素的光电转换单元同 时开始累积电荷。从第一时间点到第二时间点或者直到第二时间点，所述多个像素的第一 传送开关保持断开。在该时间段中产生的电荷累积在光电转换单元中。从第一时间点到第 二时间点的时间段对应于第一时间段。换句话说，第一时间段可W被定义为在第一时间点 开始并且在第二时间点结束。
[0024] 在从第二时间点到第S时间的与第二时间段相应的时间段中，所述多个像素的累 积单元累积电荷。此时，累积单元既累积在第一时间段中产生的电荷，又累积在第二时间段 中产生的电荷。在第=时间，所述多个像素的第一传送开关同时被控制为从导通变为断开。
[0025] 在根据本公开的一些实施例中，光电转换单元的饱和电荷量与累积单元的饱和电 荷量的比率基本上等于第一时间段的长度与第一时间段的长度同第二时间段的长度之和 的比率。
[0026] 光电转换单元的尺寸和累积单元的尺寸可W通过根据该些单元的饱和电荷量关 系驱动该些单元来缩小。使用该构造，可W在缩小像素尺寸并且增大饱和电荷量的同时执 行全局电子快口。
[0027] 在下文中，将参照附图描述本公开的实施例。根据本公开的实施例不限于下述那 些实施例。例如，本公开的实施例还包括；下列实施例中的任何一个的构造被部分地添加 到另一实施例的例子；或者下列实施例中的任何一个的构造被另一实施例的构造取代的例 子。在下列实施例中，第一导电类型是n型，第二导电类型是P型。然而，第一导电类型可 W是P型，第二导电类型可W是n型。
[002引第一实施例
[0029] 描述第一实施例。图1例示了图像捕获装置的像素的等效电路。图1中仅例示了 四个像素20,但是图像捕获装置实际上包括更多像素。
[0030] 每个像素20设有光电转换单元1、累积单元2、放大器单元10、第一传送开关4和 第二传送开关5。像素20进一步设有重置晶体管9和选择晶体管7。
[0031] 在光电转换单元1中，响应于入射光产生电荷。光电转换单元1累积响应于入射光 而产生的电荷。第一传送开关4将光电转换单元1中的电荷传送到累积单元2。累积单元 2累积在除了光电转换单元1之外的地方通过入射光产生的电荷。第二传送开关5将累积 单元2中的电荷传送到放大器单元10的输入节点3。重置晶体管9重置放大器单元10的 输入节点3的电压。选择晶体管7选择将信号输出到输出线8的像素20。放大器单元10 将基于通过入射光产生的电荷的信号输出到输出线8。放大器单元10例如是源级跟随器。 第一传送开关4和第二传送开关5是MOS晶体管。
[0032] 控制线Txl连接到第一传送开关4。控制线Tx2连接到第二传送开关5。在本实 施例中，多个像素布置成矩阵模式。公共控制线连接到包括在一行中的像素。该里，例如， 第n行上的像素被描述为控制线Txl(n)。
[0033] 使用该构造，光电转换单元1可W累积在累积单元2累积电荷时产生的电荷。因 此，可W执行光电转换时间段在多个像素之间一致的图像拾取操作，即，全局电子快口。
[0034] 图2示意性地例示了图像捕获装置的截面结构。图2例示了像素的截面。具有与 图1的功能相同的功能的组件用相同的标号表示。图2例示了前侧照射图像捕获装置，但 是还可W使用背侧照射图像捕获装置。
[0035] 光电转换单元1具有嵌入式光电二极管结构。光电转换单元1包括n型半导体区 域11和P型半导体区域12。n型半导体区域11和P型半导体区域12构成p-n结。P型半 导体区域12可W降低界面中的噪声。
[0036]P型半导体区域14是阱。n型半导体区域13设置在n型半导体区域11的下面。 n型半导体区域13的杂质浓度低于n型半导体区域11的杂质浓度。因此，在深的位置处产 生的电荷收集在n型半导体区域中。该里，n型半导体区域13可W是P型半导体区域。对 于电荷变为势垒的P型半导体区域17被设置在n型半导体区域13的下面。