[發明專利]固態成像裝置和照相機

有效

• 申請號: 200910008380.2
• 申請日: 2009-02-26
• 公開（公告）號: CN101521216A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 工藤義治
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L23/52;H04N9/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明總體上涉及固態成像裝置及照相機。更具體地，本發明涉及一種固態成像裝置以及設置有這種固態成像裝置的照相機。

背景技術

固態成像裝置大致分為：以CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器為代表的放大型固態成像裝置和以CCD(電荷耦合裝置)圖像傳感器為代表的電荷轉移型成像裝置。

對于CMOS圖像傳感器，由于它的高性能和低功耗特性，以CMOS圖像傳感器取代典型的CCD傳感器的趨勢正在快速發展，尤其是在便攜式裝置的圖像傳感器領域中。CMOS圖像傳感器設置為包括：成像部分，具有規則地布置成二維陣列的多個像素，每個像素包括數個像素晶體管和用作光電轉換元件的光電二極管(PD)；和圍繞成像部分配置的外圍電路。

外圍電路至少包括：列電路(所謂的垂直驅動單元)，沿列方向傳送信號；和水平電路(所謂的水平驅動單元)，順序地將通過列電路以列的方式傳送的信號傳送至輸出電路。像素晶體管具有已知的構造，例如，包括轉移、重置、放大和選擇晶體管的四晶體管的電路構造；或者包括除選擇晶體管之外的轉移、重置和放大晶體管的三晶體管的電路構造。

CMOS圖像傳感器通常通過布置多個單元像素作為一組來設置，其中每個單元像素包括一個光電二極管和數個像素晶體管。近年來，像素尺寸的小型化顯著。對于包括大量像素的CMOS成像傳感器，已知的是許多CMOS圖像傳感器構造為多個像素共用像素晶體管以減小每單元像素的像素晶體管數量。

作為改善靈敏度同時保持分辨率且不降低像素尺寸的方法，已知的是通過像素的傾斜布置(slant?arrangement)改善靈敏度。此外，同樣已知的是改善像素中的發光度信號靈敏度(luminosity?signal?sensitivity)，這是通過采用白色像素或者可選擇的灰色像素來實現(參考日本未審查專利申請公開No.2003-199117、日本未審查專利申請公開No.2003-318375、日本未審查專利申請公開No.2007-53731、和日本未審查專利申請公開No.2002-135792)。圖1示意性地示出在專利文件4中披露的包括白色像素的圖像傳感器。在該圖像傳感器102中，如圖1所示，一個單元通過在縱向和橫向分別包括兩個像素，總共四個像素而形成，即，紅色像素101R、綠色像素101G、藍色像素101B和白色像素大量布置在單元中以形成像素單元，并且大量如此形成的像素單元結構二維布置。順帶提及，對于像素的傾斜布置，注意到縱向和橫向的分辨率可以保持，而傾斜方向的分辨率下降。

發明內容

在固態成像裝置中，像素尺寸減小可能引起像素特性退化。例如，像素區域減小直接導致入射光子數目的降低。也就是，每個像素的輸出降低，信噪比惡化。另一方面，圖像傳感器模塊的小型化處于迫切需求中，并且增加像素數目的需求目前沒有降低。對于由減小的像素尺寸引起的像素特性退化，單元像素的特性已經通過改善制造工藝和像素結構而改善，并且圖片圖像的完成也通過圖像處理技術的發展而正在得到改善。然而，對于例如上述靈敏度的純光學特性，包括混色的退化趨勢正以加速的步伐前進，并具有適當的光會聚中的額外的困難。

另一方面，已經發現了使用白色像素的圖像傳感器102的問題之一在于：與布置在相同成像部分中的分別用于紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的不同顏色的顏色像素101R、101G和101B的光電二極管相比，用作白色像素101W的光電轉換元件的光電二極管更迅速地飽和。對于具有相對較低的工作電壓的圖像傳感器，例如CMOS圖像傳感器，光電二極管的耗盡電勢相對較淺并且電荷積累的量不夠大。因此，如圖2示意性示出的，在提供有紅色像素101R、綠色像素101G、藍色像素101B和白色像素101W的前述圖像傳感器102中，在高密度光L入射的情形下無法采取合適的手段處理光電二極管中引起的滿溢，隨后電荷3將從在先飽和的像素(圖中的白色像素101W)泄漏而進入鄰近的像素(圖中的紅色像素101R和藍色像素101B)，也就是，發生了混色。因此，即使白色像素的發光度信號靈敏度增加，可以處理的光量僅僅至多到不使白色像素光電二極管飽和的程度。在該情形下，對于其它顏色像素，例如紅色、綠色和藍色像素的輸出信號水平，每個只可以輸出光電二極管額定輸出范圍的大約二分之一。

鑒于上述的和其它的困難，期望提供一種固態成像裝置，能夠有效地處理強入射光并改善每個顏色像素的輸出范圍，同時通過包括白色像素尋求靈敏度的改善，并且期望提供一種設置有這種固態成像裝置的照相機。