圖像捕獲裝置和圖像捕獲系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及一種圖像捕獲裝置和圖像捕獲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近提議在CMOS圖像傳感器中使用全局電子快口。日本專利公開 No. 2004-111590中所描述的圖像捕獲裝置具有即使當(dāng)捕獲快速移動(dòng)的物體的圖像時(shí)物體 圖像也不失真的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本公開的實(shí)施例提供一種圖像捕獲裝置。該圖像捕獲裝置包括多個(gè)像素。所 述多個(gè)像素中的每個(gè)均包括；光電轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造為響應(yīng)于入射光產(chǎn)生并且累積電荷； 累積單元，其被構(gòu)造為累積電荷；放大器單元，其被構(gòu)造為輸出基于電荷的信號(hào)；第一傳送 開關(guān)，其被構(gòu)造為將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元傳送到累積單元；W及第二傳送開關(guān)，其被構(gòu)造為 將電荷從累積單元傳送到放大器單元。圖像捕獲裝置包括輸出線，來(lái)自所述多個(gè)像素的放 大器單元的信號(hào)被輸出到該輸出線。在第一時(shí)間點(diǎn)，所述多個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元開始累 積電荷。所述多個(gè)像素的第一傳送開關(guān)從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)保持?jǐn)嚅_，并且所述多 個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元累積在從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)的第一時(shí)間段中產(chǎn)生的電荷。在 從第二時(shí)間點(diǎn)到第=時(shí)間的第二時(shí)間段中，所述多個(gè)像素的累積單元累積光電轉(zhuǎn)換單元在 從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)的第一時(shí)間段中產(chǎn)生的電荷、及光電轉(zhuǎn)換單元在第二時(shí)間段中 產(chǎn)生的電荷。在第=時(shí)間，所述多個(gè)像素的第一傳送開關(guān)被控制為從導(dǎo)通變?yōu)閿嚅_。光電 轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量Ai( "A"之后為后綴"1")、累積單元的飽和電荷量A,( "A"之后為 后綴"2")、第一時(shí)間段Pi( "P"之后為后綴"1")及第二時(shí)間段P2( "P"之后為后綴"2") 滿足某一關(guān)系。
[0004] 從W下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的更多的特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0005] 圖1例示圖像捕獲裝置的像素的等效電路。
[0006] 圖2是示意性地例示圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0007] 圖3是例示圖像捕獲裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[000引圖4是例示圖像捕獲裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0009] 圖5是示意性地例示圖像捕獲裝置的操作的示圖。
[0010] 圖6是示意性地例示圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0011] 圖7是例示圖像捕獲裝置的等效電路的示圖。
[0012] 圖8是示意性地例示圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0013] 圖9A和9B是例示圖像捕獲裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0014] 圖10是示意性地例示圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0015] 圖11是示意性地例示圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0016] 圖12是例示圖像捕獲裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0017] 圖13是示意性地例示圖像捕獲裝置的操作的示圖。
[0018] 圖14是例示圖像捕獲系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 根據(jù)一些實(shí)施例，可W在增大飽和電荷量的同時(shí)縮小像素尺寸。
[0020] 在日本專利公開No. 2004-111590中所描述的圖像捕獲裝置中，通過用于獲得一 個(gè)圖像或一個(gè)帖的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的所有電荷都累積在光電轉(zhuǎn)換單元中。然后，電荷與所 有像素同時(shí)地從光電轉(zhuǎn)換單元傳送到累積單元，并且用于獲得下一圖像或下一帖的另一光 電轉(zhuǎn)換開始。因此，為了增大像素的飽和電荷量，光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量和累積單元的 飽和電荷量需要基本上相同。如果光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量增大，則光電轉(zhuǎn)換單元的面 積也增大。因此，像素尺寸可能變大。
[0021] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一些圖像捕獲裝置中，增大像素的飽和電荷量是困難的。根據(jù)一些 實(shí)施例，在能夠執(zhí)行全局電子快口的圖像捕獲裝置中，可W在增大飽和電荷量的同時(shí)縮小 像素尺寸。
[0022] 實(shí)施例提供一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置包括多個(gè)像素W及來(lái)自所述多個(gè) 像素的信號(hào)被輸出到的輸出線。所述多個(gè)像素中的每個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換單元、累積單元和放 大器單元，累積單元被構(gòu)造為累積電荷，放大器單元被構(gòu)造為輸出基于光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生 的電荷的信號(hào)。每個(gè)像素進(jìn)一步設(shè)有第一傳送開關(guān)和第二傳送開關(guān)，第一傳送開關(guān)被構(gòu)造 為將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元傳送到累積單元，第二傳送開關(guān)被構(gòu)造為將電荷從累積單元傳送 到放大器單元。使用該構(gòu)造，可W執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)間段在多個(gè)像素之間一致的圖像拾取操 作，即，全局電子快口。電子快口例如被定義為電控制響應(yīng)于入射光而產(chǎn)生的電荷的累積。
[0023] 在根據(jù)本公開的一些實(shí)施例中，在第一時(shí)間點(diǎn)，所述多個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元同 時(shí)開始累積電荷。從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)或者直到第二時(shí)間點(diǎn)，所述多個(gè)像素的第一 傳送開關(guān)保持?jǐn)嚅_。在該時(shí)間段中產(chǎn)生的電荷累積在光電轉(zhuǎn)換單元中。從第一時(shí)間點(diǎn)到第 二時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間段。換句話說，第一時(shí)間段可W被定義為在第一時(shí)間點(diǎn) 開始并且在第二時(shí)間點(diǎn)結(jié)束。
[0024] 在從第二時(shí)間點(diǎn)到第S時(shí)間的與第二時(shí)間段相應(yīng)的時(shí)間段中，所述多個(gè)像素的累 積單元累積電荷。此時(shí)，累積單元既累積在第一時(shí)間段中產(chǎn)生的電荷，又累積在第二時(shí)間段 中產(chǎn)生的電荷。在第=時(shí)間，所述多個(gè)像素的第一傳送開關(guān)同時(shí)被控制為從導(dǎo)通變?yōu)閿嚅_。
[0025] 在根據(jù)本公開的一些實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量與累積單元的飽和電 荷量的比率基本上等于第一時(shí)間段的長(zhǎng)度與第一時(shí)間段的長(zhǎng)度同第二時(shí)間段的長(zhǎng)度之和 的比率。
[0026] 光電轉(zhuǎn)換單元的尺寸和累積單元的尺寸可W通過根據(jù)該些單元的飽和電荷量關(guān) 系驅(qū)動(dòng)該些單元來(lái)縮小。使用該構(gòu)造，可W在縮小像素尺寸并且增大飽和電荷量的同時(shí)執(zhí) 行全局電子快口。
[0027] 在下文中，將參照附圖描述本公開的實(shí)施例。根據(jù)本公開的實(shí)施例不限于下述那 些實(shí)施例。例如，本公開的實(shí)施例還包括；下列實(shí)施例中的任何一個(gè)的構(gòu)造被部分地添加 到另一實(shí)施例的例子；或者下列實(shí)施例中的任何一個(gè)的構(gòu)造被另一實(shí)施例的構(gòu)造取代的例 子。在下列實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型是n型，第二導(dǎo)電類型是P型。然而，第一導(dǎo)電類型可 W是P型，第二導(dǎo)電類型可W是n型。
[002引第一實(shí)施例
[0029] 描述第一實(shí)施例。圖1例示了圖像捕獲裝置的像素的等效電路。圖1中僅例示了 四個(gè)像素20,但是圖像捕獲裝置實(shí)際上包括更多像素。
[0030] 每個(gè)像素20設(shè)有光電轉(zhuǎn)換單元1、累積單元2、放大器單元10、第一傳送開關(guān)4和 第二傳送開關(guān)5。像素20進(jìn)一步設(shè)有重置晶體管9和選擇晶體管7。
[0031] 在光電轉(zhuǎn)換單元1中，響應(yīng)于入射光產(chǎn)生電荷。光電轉(zhuǎn)換單元1累積響應(yīng)于入射光 而產(chǎn)生的電荷。第一傳送開關(guān)4將光電轉(zhuǎn)換單元1中的電荷傳送到累積單元2。累積單元 2累積在除了光電轉(zhuǎn)換單元1之外的地方通過入射光產(chǎn)生的電荷。第二傳送開關(guān)5將累積 單元2中的電荷傳送到放大器單元10的輸入節(jié)點(diǎn)3。重置晶體管9重置放大器單元10的 輸入節(jié)點(diǎn)3的電壓。選擇晶體管7選擇將信號(hào)輸出到輸出線8的像素20。放大器單元10 將基于通過入射光產(chǎn)生的電荷的信號(hào)輸出到輸出線8。放大器單元10例如是源級(jí)跟隨器。 第一傳送開關(guān)4和第二傳送開關(guān)5是MOS晶體管。
[0032] 控制線Txl連接到第一傳送開關(guān)4?？刂凭€Tx2連接到第二傳送開關(guān)5。在本實(shí) 施例中，多個(gè)像素布置成矩陣模式。公共控制線連接到包括在一行中的像素。該里，例如， 第n行上的像素被描述為控制線Txl(n)。
[0033] 使用該構(gòu)造，光電轉(zhuǎn)換單元1可W累積在累積單元2累積電荷時(shí)產(chǎn)生的電荷。因 此，可W執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)間段在多個(gè)像素之間一致的圖像拾取操作，即，全局電子快口。
[0034] 圖2示意性地例示了圖像捕獲裝置的截面結(jié)構(gòu)。圖2例示了像素的截面。具有與 圖1的功能相同的功能的組件用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖2例示了前側(cè)照射圖像捕獲裝置，但 是還可W使用背側(cè)照射圖像捕獲裝置。
[0035] 光電轉(zhuǎn)換單元1具有嵌入式光電二極管結(jié)構(gòu)。光電轉(zhuǎn)換單元1包括n型半導(dǎo)體區(qū) 域11和P型半導(dǎo)體區(qū)域12。n型半導(dǎo)體區(qū)域11和P型半導(dǎo)體區(qū)域12構(gòu)成p-n結(jié)。P型半 導(dǎo)體區(qū)域12可W降低界面中的噪聲。
[0036]P型半導(dǎo)體區(qū)域14是阱。n型半導(dǎo)體區(qū)域13設(shè)置在n型半導(dǎo)體區(qū)域11的下面。 n型半導(dǎo)體區(qū)域13的雜質(zhì)濃度低于n型半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度。因此，在深的位置處產(chǎn) 生的電荷收集在n型半導(dǎo)體區(qū)域中。該里，n型半導(dǎo)體區(qū)域13可W是P型半導(dǎo)體區(qū)域。對(duì) 于電荷變?yōu)閯?shì)壘的P型半導(dǎo)體區(qū)域17被設(shè)置在n型半導(dǎo)體區(qū)域13的下面。