[发明专利]可扩大动态范围的固体摄像装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于申请日为2009年12月15日、申请号为2009-284332的日本在先专利申请，并且要求该申请的优先权，该申请的整体内容在这里供参考而引用。

技术领域

本发明涉及装载有在CMOS图像传感器中使用的单位像素的电路结构的固体摄像装置。

背景技术

在CMOS图像传感器的摄像区域中，呈阵列状而设置多个单位像素(单元)。比如，在日本特开2000-125209号公报和日本特开2005-286565号公报中，记载有通过在各单位像素中设置高灵敏度和低灵敏度的2个光电二极管，将像素的信号电荷处理量(动态范围)扩大的CMOS图像传感器。

像素的动态范围由某特定颜色的像素的光电二极管的饱和电平确定，针对其以外的颜色的像素，不能够使用到饱和电平。比如，在设置有通常使用的RBG拜尔(bayer)排列的滤色器的RBG传感器中，G(绿色)的像素的灵敏度最高，在光射入时，首先到达饱和电平。此时，G以外的B(蓝)和R(红)的像素还没有到达饱和电平。在这种情况下，通过G的像素的动态范围来抑制像素整体的动态范围。

这样，即使在对各单位像素设置高灵敏度和低灵敏度的2个光电二极管、实现像素的动态范围的扩大的现有传感器中，由于没有考虑像素的灵敏度根据颜色而不同的情况，动态范围也无法进一步扩大。

发明内容

有关本发明的一种固体摄像装置，包括摄像区域和多个滤色器，该摄像区域包括多个被排列的单位像素，该单位像素包括第1光电二极管、第1读出晶体管、第2光电二极管、第2读出晶体管、FD(浮置扩散部：floating diffusion)、复位晶体管和放大晶体管。第1读出晶体管读出通过第1光电二极管而进行了光电变换的电荷，第2光电二极管的光灵敏度小于第1光电二极管，第2读出晶体管读出通过第2光电二极管而进行了光电变换的信号电荷，FD累积电荷，复位晶体管将FD的电位复位，放大晶体管对FD的电位进行放大。上述多个滤色器包含第1、第2滤色器，当将与第1滤色器相对应的第2光电二极管的饱和电平设为QSAT1、且将与第2滤色器相对应的第2光电二极管的饱和电平设为QSAT2时，满足QSAT1＞QSAT2的关系。

附图说明

图1A、图1B和图1C为第1实施方式的固体摄像装置中的传感器的剖视图，图1A为概要地表示取出第1实施方式的传感器的摄像区域中的一部分的、元件形成区域和栅极的布局图像的图，图1B为概要地表示取出同一传感器的摄像区域中的一部分的、滤色器和微透镜的布局图像的图，图1C为概要地表示取出同一传感器的摄像区域中的一部分的、元件形成区域和栅极的布局图像以及滤色器和微透镜的布局图像的图；

图2为表示第1实施方式的传感器的低灵敏度光电二极管的色别特性的一个例子的图；

图3A、图3B和图3C为第2实施方式的固体摄像装置中的传感器的剖视图，图3A为概要地表示取出第2实施方式的传感器的摄像区域中的一部分的、元件形成区域和栅极的布局图像的图，图3B为概要地表示取出同一传感器的摄像区域中的一部分的、滤色器和微透镜的布局图像的图，图3C为概要地表示取出同一传感器的摄像区域中的一部分的、元件形成区域和栅极的布局图像以及滤色器和微透镜的布局图像的图；

图4为表示第2实施方式的传感器的低灵敏度光电二极管的色别特性的一个例子的图；

图5为概要地表示参考例的CMOS图像传感器的框图；

图6A为表示图5的CMOS图像传感器的高灵敏度模式下的像素的动作定时的时序图，图6B为表示复位动作时的半导体衬底内的电势(potential)电位和读出动作时的电势电位的一个例子的图；

图7A为表示图5的CMOS图像传感器的低灵敏度模式下的像素的动作定时的时序图，图7B为表示复位动作时的半导体衬底内的电势电位和读出动作时的电势电位的一个例子的图；

图8为为了说明参考例的CMOS图像传感器的动态范围扩大效果而表示特性的一个例子的图；

图9A和图9B为第2实施方式的固体摄像装置中的传感器的剖视图，图9A为概要地表示取出图5的CMOS图像传感器的摄像区域中的一部分的、元件形成区域和栅极的布局图像的图，图9B为概要地表示取出图5的CMOS图像传感器中的摄像区域的一部分的、滤色器和微透镜的布局图像的图。

具体实施方式