CN109742098A - 拍摄元件及拍摄单元 - Google Patents

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Abstract

一种拍摄元件，具有供光入射的第1面和与所述第1面为相反侧的第2面，并具有光电转换部，其包含与所述第1面侧的杂质浓度相比而所述第2面侧的杂质浓度高的相同导电型半导体。

Description

拍摄元件及拍摄单元
本发明申请是国际申请日为2013年11月20日、国际申请号为PCT/JP2013/006816、进入中国国家阶段的国家申请号为201380070738.9、发明名称为“拍摄元件及拍摄单元”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及拍摄元件及拍摄单元。
背景技术
已知一种为了通过CMOS(互补性金属氧化膜半导体)图像传感器实现全局快门(global shutter)，而在像素中设有蓄积部的拍摄装置(例如参照非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：安富启太、伊藤真也、川人祥二，“具有双快门功能的2级电荷传输型低噪声电子快门”，社团法人影像信息媒体学会技术报告，Vol.34，No.16，P.25～28
发明内容
发明要解决的课题
在现有技术中，在光电转换部中可能产生电荷的传输剩余这方面有改善的余地。
用于解决课题的手段
作为本发明的一个例子的拍摄元件，具有供光入射的第1面和与上述第1面为相反侧的第2面，并具有包含与上述第1面侧的杂质浓度相比而上述第2面侧的杂质浓度高的相同导电型半导体的光电转换部。
附图说明
图1是表示数码相机的构成例的图。
图2是表示第1构成例的拍摄元件中的像素配置的图。
图3是基于光瞳分割型相位差方式的焦点检测方法的说明图。
图4的(a)～(e)是图像信号生成处理的说明图。
图5是像素PX的一个例子的电路图。
图6是第1构成例中的像素排列的放大俯视图。
图7是像素PX的一个例子的放大俯视图。
图8是第1构成例中的像素PX的剖视图。
图9是第2构成例中的像素PX的剖视图。
图10是表示第2构成例中的受光面侧的像素排列的例子的图。
图11是表示第2构成例中的受光面的背面侧的像素排列的例子的图。
图12是表示关于RGB的各波长的、基于硅基板的光吸收率与硅基板的厚度之间的关系例的曲线图。
图13是表示从第3构成例中的受光面的背面侧观察到的像素PX的图。
图14的(a)～(b)是表示拍摄元件的层叠构造的例子的图。
图15是表示作为第2构成例的变形例的像素配置的其他例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，只要无特别解释，则在以下的说明及附图中，将X方向定义为水平方向、将Y方向定义为垂直方向、将Z方向定义为前后方向。
＜拍摄单元的构成例＞
图1是表示作为拍摄单元的一个例子的数码相机的构成例的图。数码相机1具有可换镜头2和相机机身3。可换镜头2经由安装部4安装于相机机身3。
可换镜头2包含透镜控制部5、主透镜9、变焦透镜8、对焦透镜7及光圈6。透镜控制部5具有微型计算机和存储器等。透镜控制部5进行对焦透镜7和光圈6的驱动控制、光圈6的开口状态的检测、变焦透镜8及对焦透镜7的位置检测、对于后述的相机机身3侧的机身控制部14的透镜信息的发送、从机身控制部14发出的相机信息的接收等。
相机机身3包括拍摄元件12、拍摄元件驱动部19、机身控制部14、液晶显示元件驱动电路15、液晶显示元件16、目镜17及操作部件18等。另外，作为非易失性存储介质的存储卡20能够装拆地安装在相机机身3中。
拍摄元件12配置于可换镜头2的预定成像面，对通过可换镜头2成像的被拍摄体的像进行拍摄。此外，本实施方式中的拍摄元件12由一对像素分别接收从可换镜头2的光瞳的不同的部分区域通过的光束，能够在自动对焦(AF)时获取被拍摄体像的相位差信息。此外，关于拍摄元件12的构成例将后述。
机身控制部14具有微型计算机和存储器等。机身控制部14进行数码相机整体的动作控制。另外，机身控制部14和透镜控制部5经由安装部4的电接点部13进行通信。
拍摄元件驱动部19根据来自机身控制部14的指示而生成对拍摄元件12的指示信号。液晶显示元件驱动电路15根据来自机身控制部14的指示而使液晶显示元件16驱动。此外，液晶显示元件16作为电子取景器(electronic viewfinder)发挥作用，拍摄者能够通过目镜17观察液晶显示元件16上所显示的像。
通过可换镜头2而在拍摄元件12上成像的被拍摄体的像，通过拍摄元件12而进行光电转换。拍摄元件12通过来自拍摄元件驱动部19的控制信号来控制光电转换信号的蓄积及信号读出的定时(帧频)。来自拍摄元件12的输出信号通过未图示的A/D转换部而转换为数码数据，并被发送至机身控制部14。
机身控制部14作为焦点调节部的一个例子，基于来自拍摄元件12的与规定的焦点检测区域对应的输出信号而计算出离焦量。然后，机身控制部14将上述离焦量发送至透镜控制部5。透镜控制部5基于从机身控制部14接收到的离焦量而计算出对焦透镜驱动量，并基于该透镜驱动量通过未图示的电机等驱动对焦透镜7，使其向对焦位置移动。
另外，机身控制部14在拍摄指示后基于从拍摄元件12输出的信号而生成记录用的图像数据。机身控制部14将生成的图像数据存储于存储卡20中。另外，机身控制部14将生成的图像数据发送到液晶显示元件驱动电路15，使图像再生显示于液晶显示元件16。
此外，在相机机身3上设有快门按钮、焦点检测区域的设定部件18。机身控制部14检测来自上述操作部件18的操作信号，进行与检测结果相应的动作(拍摄处理、焦点检测区域的设定等)的控制。
＜拍摄元件的第1构成例＞
接下来，说明拍摄元件12的构成例。本实施方式中的拍摄元件为例如对硅基板使用CMOS(互补性金属氧化膜半导体)工艺而形成的XY地址型的固体拍摄元件。
图2是表示第1构成例的拍摄元件中的像素配置的图。图2所示的拍摄元件12a具有：排列有将入射光转换为电信号的多个像素(PX)的像素部31、垂直扫描部32、和水平扫描部33。此外，在附图中，简化示出了像素PX的排列，自不必说在实际的拍摄元件的受光面上还排列有大量的像素。
垂直扫描部32是控制部的一个例子，例如接收来自拍摄元件驱动部19的指示信号，对像素部31、水平扫描部33供给各种控制信号。在垂直扫描部32上连接有沿行方向(X方向)延伸的多条水平信号线。垂直扫描部32经由水平信号线向各像素供给控制信号。此外，在图2中，省略水平信号线的图示。另外，向像素PX供给的控制信号也可以由数码相机1的拍摄元件驱动部19生成。
在水平扫描部33上连接有沿列方向(Y方向)延伸的多条垂直信号线。垂直扫描部32经由垂直信号线读出各像素的输出信号。此外，在图2中，省略垂直信号线的图示。
另外，如图2所示，像素部31的像素PX为正方形形状，以各边相对于行方向及列方向旋转45度的状态配置。而且，各像素以各边与临近的像素接触的方式稠密地排列。因此，在像素部31中，成为奇数行及偶数行的像素、奇数列及偶数列的像素彼此偏移一半间距的配置。
像素PX例如由遮光膜覆盖了一半区域，遮住从光学系统的光瞳的部分区域通过的光束。另外，在像素PX的没有被遮光膜覆盖的开口部上配置有光电转换部。在附图中，用阴影线表示被遮光膜覆盖的区域(光瞳分割用的遮光部MS)。
另外，在像素PX的前表面上配置有微透镜MLN及光学滤光片(彩色滤光片)。另外，在拍摄元件的受光面上，在与微透镜MLN及光学滤光片相比的前方(光的入射侧)，配置有阻止红外光通过的红外截止滤光片(未图示)。像素PX的彩色滤光片与像素位置相应地具有不同的光谱灵敏度。因此，像素PX通过由彩色滤光片进行分色而输出与各颜色对应的电信号。此外，在附图中，用附图标记表示与像素PX对应的彩色滤光片的颜色。
当着眼于像素部31的行方向(X方向)时，接收绿色(G)成分的光的G像素沿X方向配置在像素部31的奇数行上。接收蓝色(B)成分的光的B像素、接收红色(R)成分的光的R像素沿X方向交替地配置在像素部31的偶数行上。
另外，当着眼于像素部31的列方向(Y方向)时，G像素沿Y方向配置在像素部31的奇数列上，B像素沿Y方向配置的列和R像素沿Y方向配置的列在像素部31的偶数列中交替地排列。
G像素中，左半部分开口的像素和右半部分开口的像素分别交替地配置在行方向(X方向)及列方向(Y方向)上。另外，B像素及R像素中，上半部分开口的像素和下半部分开口的像素交替地配置在列方向(Y方向)上。此外，当观察行方向(X方向)时，配置成在相同偶数行上，B像素的开口和R像素的开口彼此相反。
通过上述配置，在行方向(X方向)上，左半部分开口的G像素(第1像素的一个例子)和右半部分开口的G像素(第2像素的一个例子)以左右对称的方式一组组地配置。即，在G像素所配置的行上，从X方向的左侧来看，依次配置有第1像素的光电转换部、第1像素的遮光部MS、第2像素的遮光部MS、第2像素的光电转换部。另外，在X方向上，在第2像素的光电转换部的旁边，配置有与第1像素不同的使左半部分开口的G像素(第5像素的一个例子)的光电转换部。此外，第1像素及第5像素的构成是相同的。
因此，通过沿水平方向相对配置的一对G像素(在上述例子中是第2像素、第5像素)，而能够获取出射光瞳的左半部分的像和右半部分的像。即，能够从一对G像素得到在相位差AF中使用的被拍摄体像的水平方向的相位差信息。
另外，在列方向(Y方向)上，上半部分开口的B像素(第3像素的一个例子)和下半部分开口的B像素(第4像素的一个例子)以上下对称的方式一组组地配置。即，在B像素所配置的列上，从Y方向的上侧来看，依次配置有第3像素的光电转换部、第3像素的遮光部MS、第4像素的遮光部MS、第4像素的光电转换部。另外，在Y方向上，在第4像素的光电转换部的旁边，配置有与第3像素不同的使上半部分开口的B像素(第6像素的一个例子)的光电转换部。
同样地，在列方向(Y方向)上，上半部分开口的R像素(第3像素的一个例子)和下半部分开口的R像素(第4像素的一个例子)以上下对称的方式一组组地配置。即，在R像素所配置的列上，从Y方向的上侧来看，依次配置有第3像素的光电转换部、第3像素的遮光部MS、第4像素的遮光部MS、第4像素的光电转换部。另外，在Y方向上，在第4像素的光电转换部的旁边，配置有与第3像素不同的使上半部分开口的R像素(第6像素的一个例子)的光电转换部。此外，在B像素、R像素各自的例子中，第3像素及第6像素的构成是相同的。
因此，通过沿垂直方向相对配置的一对B像素或一对R像素(在上述例子中是第4像素、第6像素)，而能够获取出射光瞳的下半部分的像和上半部分的像。即，能够从一对B像素或一对R像素得到在相位差AF中使用的被拍摄体像的垂直方向的相位差信息。像以上那样，也能够认为第1构成例的拍摄元件12a是在受光面的整个面上配置了焦点检测像素的拍摄元件。
此外，在像素部31中，奇数行的一对G像素、偶数列的一对B像素或一对R像素的四个开口部(光电转换部)配置为正方形。同样地，在像素部31中，奇数行的一对G像素、偶数列的一对B像素或一对R像素的四个遮光部配置为正方形。另外，当观察像素部31整体时，与四个像素相应的正方形的开口部和与四个像素相应的正方形的遮光部排列为相间方格。另外，在像素部31中，与四个像素相应的遮光部也可以形成为一体。
在此，说明基于来自拍摄元件12a的相位差信息进行的焦点检测处理。在以下的说明中，列举左半部分开口的G像素和右半部分开口的G像素为例进行，但基于R像素及B像素的焦点检测也通过相同的原理进行。
如图3所示那样从可换镜头2的出射光瞳200的第1区域201通过的光束A入射至右半部分开口的G像素21，从出射光瞳200的第2区域202通过的光束B入射至左半部分开口的G像素22。
由于对焦时是在拍摄元件12a上成像有高清晰度像的状态，所以如上述那样，由光瞳分割后的光束产生的一对像在拍摄元件12a上一致。
另一方面，由于非对焦时是在拍摄元件12a的近前侧成像有高清晰度像的状态或者在拍摄元件12a的后侧成像有高清晰度像的状态，所以由光瞳分割后的光束产生的一对像在拍摄元件12a上不一致。在该情况下，从G像素21及G像素22得到的信号波形与从对焦状态的偏移(离焦量)相应地、相互位置关系(像偏移方向及像偏移量)不同。
因此，数码相机1的机身控制部14基于与从G像素21及G像素22得到的信号波形的位置关系计算出离焦量即可。计算出的离焦量作为相机信息发送至透镜控制部5。然后，当透镜控制部5基于相机信息使对焦透镜7沿光轴方向进退移动时，以在拍摄元件12a上形成有高清晰度像的方式调节可换镜头2的焦点位置。
接下来，参照图4，说明基于来自拍摄元件12a的输出信号而生成彩色图像信号的图像信号生成处理。
在图像信号生成处理中，拍摄元件12a的垂直扫描部32将光电转换部沿X方向相邻的一对G像素(在上述例子中是第2像素、第5像素)水平相加并读出，生成G图像信号。图4的(a)示出G像素的水平相加的状态，图4的(b)示出通过水平相加生成的G图像信号的采样位置。
另外，垂直扫描部32将光电转换部沿Y方向相邻的一对B像素(在上述例子中是第4像素、第6像素)垂直相加并读出，生成B图像信号。同样地，垂直扫描部32将光电转换部沿Y方向相邻的一对R像素(在上述例子中是第4像素、第6像素)垂直相加并读出，生成R图像信号。图4的(c)示出B像素及R像素的垂直相加的状态，图4的(d)示出通过垂直相加生成的B图像信号及R图像信号的采样位置。
图4的(e)示出将通过水平相加生成的G图像信号和通过垂直相加生成的B图像信号及R图像信号合成得到的图像。数码相机1的机身控制部14通过将G图像信号、B图像信号及R图像信号合成，而能够得到拜耳排列的图像。此外，图4的(e)的图像相对于相加前的像素间距成为约1.4倍(√2倍)的像素间距，相对于相加前的像素数成为二分之一的像素数。
而且，机身控制部14对上述拜耳排列的图像(图4的(e))进行颜色插补处理，生成所不足的颜色成分的图像信号。由于拜耳排列中的颜色插补处理是公知的，所以省略详细的说明。上述颜色插补处理的结果是，得到彩色图像信号(RGB)。机身控制部14使用彩色图像信号，生成例如记录用图像的文件，并记录到存储卡20中。
接着，详细叙述第1构成例中的各个像素PX的构成。图5是像素PX的一个例子的电路图。
像素PX具有光电二极管PD、第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管(globalswitch transistor)GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2、第2复位晶体管RST2、增幅晶体管AMP、选择晶体管SEL、浮置扩散部FD。
光电二极管PD是光电转换部的一个例子，与入射光的光量相应地通过光电转换生成信号电荷。
第1复位晶体管RST1的源极与光电二极管PD连接，漏极与电源电压VDD连接。例如，第1复位晶体管RST1在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使光电二极管PD的电荷复位。
第1全局开关晶体管GS1的源极与光电二极管PD连接，漏极与蓄积二极管SD连接。例如，第1全局开关晶体管GS1在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使蓄积于光电二极管PD的信号电荷传输至蓄积二极管SD。
蓄积二极管SD是蓄积部的一个例子，具有蓄积从光电二极管PD传输来的电荷的势阱。蓄积二极管SD由例如MOS构造形成，蓄积二极管SD设计成能够蓄积比蓄积在光电二极管PD中的电荷量多的电荷。
传输晶体管TX的源极与蓄积二极管SD连接，漏极与浮置扩散部FD连接。例如，传输晶体管TX在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使蓄积于蓄积二极管SD的信号电荷传输至浮置扩散部FD。
第2全局开关晶体管GS2的源极与光电二极管PD连接，漏极与浮置扩散部FD连接。例如，第2全局开关晶体管GS2在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使蓄积于光电二极管PD的信号电荷传输至浮置扩散部FD。
浮置扩散部FD是形成有蓄积从光电二极管PD或蓄积二极管SD传输来的电荷的寄生电容的区域。浮置扩散部FD是例如将杂质导入半导体基板而形成的扩散区域。
第2复位晶体管RST2的源极与增幅晶体管AMP的栅极连接，漏极与电源电压VDD连接。例如，第2复位晶体管RST2在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使浮置扩散部FD的电荷复位。
增幅晶体管AMP的漏极与电源电压VDD连接，栅极与浮置扩散部FD连接，源极与选择晶体管SEL的漏极连接，构成使与垂直信号线VL连接的恒流电源IS成为负载的源极跟随电路。增幅晶体管AMP与浮置扩散部FD的电压值相应地，经由选择晶体管SEL输出读出电流。
另外，选择晶体管SEL在施加于栅极的信号为高电平的期间导通，使增幅晶体管AMP的源极与垂直信号线VL连接。
在此，上述第1像素至第6像素的构成要素均相同。因此，第1像素至第6像素基本上分别具有光电二极管PD、第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2、第2复位晶体管RST2、增幅晶体管AMP、选择晶体管SEL、浮置扩散部FD。另外，在图5中仅示出了一个像素量的电路构成，但例如，也可以将第2复位晶体管RST2、增幅晶体管AMP、选择晶体管SEL在多个像素中共用。
另外，图6是图2所示的像素部31的像素排列的放大俯视图。图7是像素PX的一个例子的放大俯视图。
在拍摄元件12a的受光面侧，在像素PX的开口部上配置有形成为大致梯形状的光电二极管PD和第1复位晶体管RST1。在像素PX的遮光部上配置有第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX及第2全局开关晶体管GS2。此外，图6的附图标记23表示集成了由四个像素共用的增幅晶体管AMP及选择晶体管SEL的电路。此外，图6的附图标记24表示由两个像素共用的第2复位晶体管RST2。另外，在图6、图7中，受光面上的光电二极管PD的面积设定得比蓄积二极管SD的面积大。
如图6所示，R像素、G像素、B像素均为相同的电路构成。沿行方向(X方向)相邻的G像素的电路配置成在受光面上呈左右对称。另外，沿列方向(Y方向)相邻的B像素及R像素的电路配置成在受光面上呈上下对称。
另外，图8是第1构成例中的像素PX的剖视图。此外，在图8中，省略布线等的记载。例如，光电二极管PD具有形成于p型半导体基板SUB的受光面侧(在图8中是上侧)的n型半导体区域n1。另外，蓄积二极管SD具有形成于p型半导体基板SUB的受光面侧的n型的半导体区域n2。
另外，在蓄积二极管SD的半导体区域n2的下层，层叠形成有p型的屏蔽层(p2)。该屏蔽层形成为覆盖半导体区域n2的整个区域，根据需要以与后述的分离部IS相接触的方式形成。另外，第1全局开关晶体管GS1形成于光电二极管PD与蓄积二极管SD之间。
另外，光电二极管PD的半导体区域n1、蓄积二极管SD的半导体区域n2的杂质浓度彼此不同。例如，以在第1全局开关晶体管GS1为低电平时，蓄积二极管SD的电势(potential)位于光电二极管PD的电势与浮置扩散部FD的电势之间的方式分别设定区域n1、n2的杂质浓度。
另外，形成于半导体基板SUB的分离部IS是例如用于将彼此相邻的像素间绝缘而分离的p型阱。此外，在蓄积二极管SD、分离部IS及屏蔽层(p2)之间形成有p型区域36。另外，在设置于半导体基板SUB上的栅极层GLY中，形成有第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、传输晶体管TX、在图8中未图示的第2全局开关晶体管GS2的栅电极等。此外，在第1构成例中说明的半导体的导电型只不过是一个例子。
而且，在半导体基板SUB的栅极层GLY之上设有包含遮光部MS的布线层MLY。例如，遮光部MS由金属膜等形成。遮光部MS配置成例如覆盖配置有第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2的区域。即，在光电二极管PD上形成有没有遮光部MS的开口部。
在此，在像素PX中，遮光部MS由单一的部件形成，具有作为光瞳分割用遮光部的功能和作为遮住向蓄积二极管SD的入射光的蓄积部用遮光部的功能。此外，遮光部MS可以形成于布线层MLY的最下层以外，也可以与布线兼用。例如，布线可以形成于与设有遮光部MS的层不同的层，也可以形成于与设有遮光部MS的层相同的层。
另外，在布线层MLY之上配置有作为彩色滤光片发挥作用的光学滤光片OFL。在光学滤光片OFL之上形成有平坦层PLY。而且，在平坦层PLY之上配置有微透镜MLN。
另外，在包含上述的第1像素至第6像素的各像素中，为了进行光瞳分割，微透镜MLN的光轴中心与遮光部MS和开口部(光电转换部)之间的边界相应地分别配置。
而且，在第1构成例中，说明从各个像素PX读出信号时的动作模式。由于上述的像素PX具有两个全局开关晶体管GS1、GS2，所以能够以单快门及双快门这两个动作模式驱动。
在单快门的动作中，全局开关晶体管GS2始终设为截止。首先，在帧的最开始，作为初级电荷传输，在全部像素中一起经由全局开关晶体管GS1将信号电荷从光电二极管PD传输至蓄积二极管SD。由此，能够发挥全局电子快门功能。接着，在全部像素中使第1复位晶体管RST1导通，至下一帧的蓄积开始为止使光电二极管PD设为复位状态。通过调节上述复位时间，拍摄元件12a能够自由地设定曝光时间(快门秒数)。
然后，按由垂直扫描部32选择的每一行进行从像素PX的信号读出动作。垂直扫描部32通过使第i行的信号为高电平，来选择第i行的像素PX。另外，垂直扫描部32通过使第i行的信号(i)为高电平，来使第i行的像素PX的浮置扩散部FD复位。包含该复位噪声的复位电压从第i行的像素PX作为基准电压被读出。然后，垂直扫描部32通过使第i行的信号为高电平，在第i行的像素PX中通过传输晶体管TX将蓄积二极管SD的电荷传输至浮置扩散部FD。由此，能够将改变后的电压作为信号电压读出。然后，通过设于水平扫描部33的纵列的CDS电路(未图示)，将上述基准电压与信号电压之差作为像素PX的输出信号读出。由此，能够从像素PX的输出信号除去复位噪声及固定图形噪声(FixedPattern Noise)。
另一方面，在双快门的动作中，通过在1帧的拍摄期间内蓄积于蓄积二极管SD的信号和蓄积于浮置扩散部FD的信号来获取两个图像。
在双快门的动作中，在初级电荷传输后使光电二极管PD复位后，再次在光电二极管PD中蓄积电荷。该复位后蓄积的第2信号电荷经由全局开关晶体管GS2传输至浮置扩散部FD。上述第2信号电荷的蓄积也在全部像素中一起进行，成为全局电子快门。上述第2信号电荷由浮置扩散部FD保持直至进行行选择，在行选择时从像素PX读出。而且，将浮置扩散部FD暂时复位后，通过传输晶体管TX将蓄积二极管SD的电荷传输至浮置扩散部FD并读出即可。在该双快门的动作中，不相关而仅为双采样，固定图形噪声被消除，但复位噪声没有被消除。
通过使用由上述双快门的动作获取的两个图像，能够实现例如广动态范围化、基于差分图像的动作检测、两张连续高速拍摄等。
作为一个例子，在广动态范围化的情况，最开始使长时间曝光的信号蓄积在蓄积二极管SD中，接着使短时间曝光的信号蓄积在浮置扩散部FD中。然后，在图像的低照度区域中分配长时间曝光的信号，在图像的高照度区域中分配短时间曝光的信号而合成图像即可。不仅长时间曝光的信号为低噪声，由于在高照度侧，拍摄噪声是可控制的，所以能够忽略短时间曝光的信号中所包含的复位噪声。因此，通过合成由双快门的动作获取的图像，能够有效地扩大动态范围。
另外，在双快门的动作中，能够使在2张图像之间的蓄积时间之差大为缩短。例如，在上述广动态范围化的情况下，容易抑制合成时的图像失真或移动模糊。
以下，叙述第1构成例中的拍摄元件12a的作用效果。
(1)在第1构成例的拍摄元件12a中，获取基于光瞳分割的一对像的一对像素配置于受光面整体。由此，能够在拍摄元件12a的受光面整个面上进行基于相位差AF的焦点检测。另外，由于拍摄元件12a的各像素兼为拍摄用像素和焦点检测像素，所以与在受光面的一部分上配置焦点检测像素的情况相比，焦点检测像素的数量变得非常多，相位差AF的焦点检测精度提高。
(2)第1构成例的拍摄元件12a能够从沿水平方向相对配置的一对G像素得到被拍摄体像的水平方向的相位差信息。另外，拍摄元件12a能够从沿垂直方向相对配置的一对B像素或一对R像素得到被拍摄体像的垂直方向的相位差信息。由此，拍摄元件12a能够应对水平方向的相位差AF和垂直方向的相位差AF中的任一方，相位差AF的焦点检测精度提高。
(3)第1构成例的拍摄元件12a能够通过R像素、G像素、B像素中的任一方而得到被拍摄体像的相位差信息。由此，在拍摄元件12a中，难以因被拍摄体的颜色而导致相位差信息的检测精度降低。即，获取相位差AF时，由于难应对的被拍摄体、场景变少，所以相位差AF的焦点检测精度提高。
(4)第1构成例的拍摄元件12a通过G像素的水平相加、和B像素及R像素的垂直相加，能够得到拜耳排列构造的图像(参照图4)。由此，拍摄元件12a如在受光面的一部分上配置焦点检测像素的情况那样，能够不进行特殊的像素插补而得到记录用的彩色图像。
(5)第1构成例的拍摄元件12a在各像素中具有光电二极管PD和蓄积二极管SD。通过在全部像素中一起将信号电荷从光电二极管PD传输至蓄积二极管SD，而拍摄元件12a能够进行基于全局电子快门的拍摄。例如，在基于全局电子快门的拍摄中，由于在全部像素中得到同时性，所以能够得到运动物体失真少的图像。另外，在全局电子快门的情况，在使用了照明装置的闪光拍摄时，即使是短的快门秒数，与照明装置的发光同步(高速闪光同步)也会变得容易。
＜拍摄元件的第2构成例＞
第2构成例的拍摄元件12b是与第1构成例相同的像素排列，且是在受光面的背面侧形成有栅极层GLY及布线层MLY的背面照射型拍摄元件。第2构成例的拍摄元件12b是第1构成例的拍摄元件12a的变形例，在第2构成例中对与第1构成例公同的部分标注相同的附图标记，省略重复说明。
图9是第2构成例中的像素PX的剖视图。图9与第1构成例的图8对应。另外，图10是表示第2构成例中的受光面(第1面)侧的像素排列的例子的图。另外，图11是表示第2构成例中的受光面的背面(第2面)侧的像素排列的例子的图。
在拍摄元件12b的第1面上，在各像素PX中分别配置有微透镜MLN、彩色滤光片(光学滤光片OFL)、和基于遮光膜的遮光部MS。而且，在拍摄元件12b的像素PX中，从与微透镜MLN相比配置于前方的红外截止滤光片(未图示)通过的光中的、与彩色滤光片的光谱灵敏度相应的可见光入射至受光面。另外，在第2构成例中，受光面的彩色滤光片及遮光部的配置图案与第1构成例相同。
即，第2构成例中的遮光部MS配置成遮住从光学系统的光瞳的一半部分通过的光束，在拍摄元件12b的第1面上形成没有遮光部MS的开口部。遮光部MS配置成例如覆盖配置有第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2的区域。此外，由于通过遮光部MS将向相邻像素入射的光遮挡，所以能够防止信号的串扰。
另外，在遮光部MS之上配置有作为彩色滤光片发挥作用的光学滤光片OFL。在光学滤光片OFL之上形成有平坦层PLY。而且，在平坦层PLY之上配置有微透镜MLN。为了进行光瞳分割，各像素的微透镜MLN的光轴中心分别配置成与遮光部MS和开口部(光电转换部)之间的边界一致。
另一方面，在拍摄元件12b的第2面上，如上述那样形成有栅极层GLY及布线层MLY。而且，在拍摄元件12b的第2面上，按每个像素PX配置有形成为大致梯形状的光电二极管PD、第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2。另外，在拍摄元件12b的第2面上，还配置有在像素间共用的电路23、24。
在第2构成例中，R像素、G像素、B像素也均为相同的电路构成。沿行方向(X方向)相邻的G像素的电路配置成在第2面上呈左右对称。另外，沿列方向(Y方向)相邻的B像素及R像素的电路配置成在第2面上呈上下对称。另外，在第2构成例中，第2面上的光电二极管PD的面积也设定得比蓄积二极管SD的面积大。
另外，如图9所示，在第2构成例的拍摄元件12b中使用了n型半导体基板SUB。在半导体基板SUB的第1面上形成有p型半导体层34(第1半导体部的一个例子)。例如，p型半导体层34形成为覆盖分离部IS及像素PX的第1面侧。另外，在p型半导体层34之上分别形成有遮光部MS、光学滤光片OFL、平坦层PLY、微透镜MLN。
另外，光电二极管PD具有形成于n型半导体基板SUB的第2面侧(在图9中是下侧)的n型半导体区域n1。图9所示的半导体区域n1与n型半导体基板SUB接触。
另外，蓄积二极管SD具有形成于n型半导体基板SUB的第2面侧的n型半导体区域n2。另外，在蓄积二极管SD的半导体区域n2的上层，层叠形成有p型屏蔽层(p2)。该屏蔽层为遮蔽部的一个例子，形成为覆盖半导体区域n2的整个区域，根据需要以与后述分离部IS接触的方式形成。另外，作为传输门部的一个例子的第1全局开关晶体管GS1形成于光电二极管PD与蓄积二极管SD之间。
而且，在半导体基板SUB的第2面上分别形成有与半导体区域n1、n2对应的p型半导体层p+(第2半导体部的一个例子)。另外，在半导体基板SUB的第2面上，在与栅极层GLY之间形成有p型区域35。
在第2构成例的各像素PX中，n型半导体基板SUB使通过遮光部MS进行光瞳分割后的一部分光束由第1面侧接收，通过光电转换生成电荷。在第2构成例的拍摄元件12b中，由于长波长的光被红外截止滤光片截止，所以没有入射至半导体基板SUB。而且，如果在半导体基板SUB中具有足够的厚度，则会在半导体基板SUB内产生光电转换。例如，第2构成例中的半导体基板SUB的厚度(与第1面正交的方向上的长度)设定为3μm以上。
图12是表示关于RGB的各波长的、基于硅基板的光吸收率与硅基板的厚度之间的关系例的曲线图。图12的纵轴表示基于硅基板的光吸收率，图12的横轴表示硅基板的厚度(Si深度)。在图12的例子中，B的波长为500nm、G的波长为600nm、R的波长为750nm。用于吸收50％的光而需要的硅基板的厚度随着光的波长增长而变大，在图12的R的情况下为约3.2μm。在图12中将R的波长设为750nm，R的灵敏度区域的峰值为650nm附近。在R的灵敏度区域的峰值中，用于吸收50％的光而需要的硅基板的厚度比大约3.2μm薄。因此，如果将硅基板的厚度设定为3μm以上，在实用上，能够对于RGB的任一种光在半导体基板SUB内充分地引起光电转换。
另外，第2构成例的n型半导体基板SUB以从第1面朝向第2面侧的半导体区域n1而浓度变高的方式在杂质浓度中具有梯度。即，半导体基板SUB的第1面侧中的第1杂质浓度比半导体区域n1的第2杂质浓度低(第1杂质浓度＜第2杂质浓度)。因此，在n型半导体基板SUB中，相对于杂质浓度低的第1面侧的电势，杂质浓度高的半导体区域n1的电势变低。由此，在第2构成例中，由于从半导体基板SUB的第1面侧至半导体区域n1的电势之差，电荷容易朝向半导体区域n1流动，因此，光电二极管PD中的传输剩余被抑制。此外，如果半导体基板SUB的杂质浓度满足第2面侧高于第1面侧的条件，则在基板的厚度方向上，杂质浓度也可以呈阶梯状地急剧地变化。
此外，在第2构成例中，由于在半导体基板SUB的第1面上形成p型半导体层34，在半导体基板SUB的第2面上形成p型半导体层p+，所以光电二极管PD成为p+np-构造。由此，在第2构成例中，能够抑制光电二极管PD中的暗电流。
另外，光电二极管PD的半导体区域n1、蓄积二极管SD的半导体区域n2的杂质浓度彼此不同。例如，以在第1全局开关晶体管GS1为低电平时，蓄积二极管SD的电势位于光电二极管PD的电势与浮置扩散部FD的电势之间的方式分别设定半导体区域n1、n2的杂质浓度。
因此，在第1全局开关晶体管GS1为高电平时，在半导体基板SUB中生成的电荷，由于电势差而经由半导体区域n1流入进蓄积二极管SD的半导体区域n2。此外，在蓄积二极管SD的半导体区域n2与半导体基板SUB之间存在作为遮蔽部的屏蔽层p2。因此，在第1全局开关晶体管GS1为低电平时，由于在半导体基板SUB中生成的电荷被屏蔽层p2阻止，所以没有进入蓄积二极管SD的半导体区域n2。
另外，为了将彼此相邻的像素间绝缘，在像素PX的边界上形成有p型分离部IS。第2构成例中的分离部IS形成为从半导体基板SUB的第2面到达至第1面。分离部IS为例如p型阱。另外，分离部IS也可以包含沟槽。另外，在蓄积二极管SD、分离部IS及屏蔽层(p2)之间形成有p型区域37。同样地，在屏蔽层(p2)与半导体基板SUB之间形成有p型区域38，在分离部IS、半导体基板SUB及光电二极管PD之间形成有p型区域39。此外，在第2构成例中说明的半导体的导电型只不过是一个例子。
第2构成例中的拍摄元件12b除了第1构成例的作用效果((1)～(5))以外，还能够得到以下的作用效果。
在布线层MLY位于遮光部MS的遮光膜与半导体基板SUB之间的情况下，当强光入射时，多余的光从遮光膜与拍摄面之间的微小的间隙泄露至蓄积二极管SD，会有产生伪信号(smear：弥散)的可能。
另一方面，在第2构成例的拍摄元件12b中，布线层MLY位于入射面的背面侧，光不直接入射至蓄积二极管SD，并且入射光通过半导体基板SUB进行光电转换。因此，在拍摄元件12b中，即使在强光入射时，由于没有向蓄积二极管SD的漏光，所以能够抑制由向蓄积二极管SD的漏光导致的弥散，因蓄积二极管SD产生弥散的可能性显著减少。
＜拍摄元件的第3构成例＞
接下来，作为第2构成例的变形例，说明第3构成例的拍摄元件12c。图13是表示从第3构成例的拍摄元件12c中的受光面的背面(第2面)侧观察到的像素PX的例子的图。
以下，关于第3构成例的拍摄元件12c，说明与第2构成例的不同点。在第3构成例的拍摄元件12c中，在受光面的背面(第2面)，使光电二极管PD的面积比蓄积二极管SD的面积小。由此，由于第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、第2全局开关晶体管GS2的配置间隔变小，所以能够缩小像素PX的尺寸。因此，在第3构成例的情况下，拍摄元件的高像素化变得容易。此外，在背面照射型拍摄元件的情况下，由于如上述那样地入射光的光电转换在半导体基板SUB内进行，所以即使缩小第2面侧的光电二极管PD的尺寸也不会产生大的影响。
＜实施方式的补充事项＞
(补充1)：第1构成例至第3构成例的拍摄元件也可以是层叠构造。例如，拍摄元件12也可以将第1基板和第2基板层叠，并使第1基板及第2基板由例如微凸点等连接部MB进行电连接而构成。通过将拍摄元件设为层叠构造，由于能够在小空间内集成电路，所以拍摄元件的高像素化变得容易。
作为一个例子，如图14的(a)所示，也可以在第1基板上配置光电二极管PD、第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2、第2复位晶体管RST2、增幅晶体管AMP、选择晶体管SEL。而且，也可以在第2基板(信号处理基板的一个例子)上配置水平扫描部33、A/D转换电路和CDS电路等。由此，在第2基板中，与传输至各像素的浮置扩散部FD的电荷相应的信号得到处理。
另外，如图14的(b)所示，也可以在第1基板上配置光电二极管PD、第1复位晶体管RST1、第1全局开关晶体管GS1、蓄积二极管SD、传输晶体管TX、第2全局开关晶体管GS2。而且，也可以在第2基板上配置第2复位晶体管RST2、增幅晶体管AMP、选择晶体管SEL、垂直信号线VL、水平扫描部33、A/D转换电路和CDS电路等。
(补充2)：在上述第2构成例中说明的具有蓄积部的背面照射型拍摄元件的构成也能够用于与上述实施方式不同的像素配置的情况。例如，在以图15所示那样的正方格子状排列有拍摄像素和焦点检测像素的拍摄元件中，也可以使焦点检测像素或者拍摄像素的构成为第2构成例(例如，图9)那样。
(补充3)：在上述的构成例中，说明了各像素的微透镜MLN的光轴中心与遮光部MS和开口部(光电转换部)之间的边界一致的情况。然而，在本发明中，相对于遮光部MS与开口部(光电转换部)之间的边界，包含第1像素至第6像素的各像素的微透镜MLN的光轴中心也可以位于光电转换部侧。例如，也可以是微透镜MLN的光轴中心位于开口部的重心。
(补充4)：在上述第2构成例中，也可以省略位于半导体基板SUB的第1面上的p型半导体层34。
(补充5)：上述拍摄元件的构成例只是本发明的一个例子。例如，在本发明的拍摄元件中，也可以从像素PX省略第1复位晶体管RST1和/或第2全局开关晶体管GS2。
(补充6)：在上述的实施方式中，作为拍摄单元的一个例子，说明了在相机机身3上安装了可换镜头2的数码相机1，例如，本发明也能够适用于透镜一体型的数码相机。另外，本发明的拍摄单元例如也可以安装于具有相机模块的电子设备(例如，智能手机、移动电话、平板型计算机等)。
(补充7)：在上述的实施方式中，说明了在拍摄元件12中使用原色系(RGB)的彩色滤光片的情况，但也可以使用补色系(CMY)的彩色滤光片。
通过以上详细的说明，实施方式的特征点及优点得以明确。其意图权利要求书在不脱离其精神及权利范围的范围内遍及上述那样的实施方式的特征点及优点。另外，在该技术领域中，只要是具有常规知识的人员，就应当容易地想到所有改进及变更，不意图使具有发明性的实施方式的范围限定于上述说明，也能够是包含于实施方式所公开的范围的适当的改进物及同等物。
附图标记说明
1数码相机；2可换镜头；5透镜控制部；7对焦透镜；12、12a、12b、12c拍摄元件；14机身控制部；19拍摄元件驱动部；31像素部；32垂直扫描部；33水平扫描部；PX像素；PD光电二极管；RST1、RST2复位晶体管；GS1、GS2全局开关晶体管；SD蓄积二极管；TX传输晶体管；FD浮置扩散部；MLN微透镜；OFL光学滤光片；MS遮光部；IS分离部；SUB半导体基板。

Claims (11)

1.一种拍摄元件，是相同导电型的半导体基板，具有供光入射的第1面和与所述第1面为相反侧的第2面，其特征在于，在所述半导体基板中，具有：
光电转换部，其具有配置在所述第1面侧的第1半导体区域、和相对于所述第1半导体区域而形成于所述第2面侧且杂质浓度比所述第1半导体区域高的第2半导体区域；
传输门，其相对于所述第1面而配置在所述第2面侧，用于传输由所述光电转换部转换后的电荷；和
蓄积部，其蓄积由所述传输门传输的电荷，
所述第1半导体区域以从所述第1面朝向所述第2半导体区域而杂质浓度变高的方式在杂质浓度上具有梯度，
所述蓄积部由与所述光电转换部相同的导电型的半导体形成且为比所述第2半导体区域的杂质浓度高的杂质浓度。
2.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
具备：
将来自光学系统的光汇集的光学元件；和
具有供来自所述光学元件的光通过的开口部及将来自所述光学元件的光遮住的遮光部的部件，
所述光电转换部的一部分在所述光学元件的光轴方向上配置在所述遮光部与所述蓄积部之间。
3.根据权利要求2所述的拍摄元件，其特征在于，
所述第1半导体区域的一部分在所述光学元件的光轴方向上配置在所述遮光部与所述蓄积部之间。
4.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
还具有遮蔽部，其由与所述光电转换部的导电型不同的导电型的半导体形成，且遮蔽所述光电转换部的电荷向所述蓄积部的进入。
5.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
还具有形成于所述第1面的第1半导体部，其由与所述光电转换部的导电型不同的导电型的半导体形成。
6.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
还具有形成于所述第2面的第2半导体部，其由与所述光电转换部的导电型不同的导电型的半导体形成。
7.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
具有第1像素、和与所述第1像素相邻的第2像素，
所述第1像素及所述第2像素分别包含所述光电转换部和所述蓄积部，
还具有分离部，其将所述第1像素的所述光电转换部与所述第2像素的所述光电转换部分离。
8.根据权利要求7所述的拍摄元件，其特征在于，
所述分离部具有由与所述光电转换部的导电型不同的导电型形成的半导体。
9.根据权利要求8所述的拍摄元件，其特征在于，
所述分离部具有沟槽。
10.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
所述光轴方向上的所述光电转换部的厚度为3μm以上。
11.一种拍摄单元，其特征在于，具备：
红外截止滤光片；和
权利要求1至10中任一项所述的拍摄元件，
所述拍摄元件供来自所述红外截止滤光片的光入射。
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Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102286111B1 (ko) * 2014-08-21 2021-08-04 삼성전자주식회사 단위 픽셀, 상기 단위 픽셀을 포함하는 이미지 센서, 및 상기 단위 픽셀을 포함하는 이미지 처리 시스템
WO2016047282A1 (ja) * 2014-09-24 2016-03-31 ソニー株式会社 撮像素子、撮像装置および撮像素子の製造方法
TWI747805B (zh) * 2014-10-08 2021-12-01 日商索尼半導體解決方案公司 攝像裝置及製造方法、以及電子機器
KR102263042B1 (ko) * 2014-10-16 2021-06-09 삼성전자주식회사 픽셀, 상기 픽셀을 포함하는 이미지 센서, 및 상기 픽셀을 포함하는 이미지 처리 시스템
TWI709340B (zh) * 2014-11-27 2020-11-01 日商索尼半導體解決方案公司 固體攝像元件及電子機器
JP6537838B2 (ja) * 2015-01-30 2019-07-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像素子
US9706142B2 (en) * 2015-09-23 2017-07-11 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range and global shutter image sensor pixels having charge overflow signal detecting structures
JP6690651B2 (ja) * 2015-09-30 2020-04-28 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
JP6701710B2 (ja) * 2015-12-14 2020-05-27 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
KR20180107145A (ko) * 2016-01-29 2018-10-01 타워재즈 파나소닉 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 고체 촬상 장치
US11233096B2 (en) 2016-02-18 2022-01-25 Boe Technology Group Co., Ltd. Pixel arrangement structure and driving method thereof, display substrate and display device
CN110134353B (zh) 2018-02-09 2021-04-27 京东方科技集团股份有限公司 颜色补偿方法、补偿装置以及显示装置
CN205355055U (zh) * 2016-02-18 2016-06-29 京东方科技集团股份有限公司 一种像素排列结构、显示面板及显示装置
CN110137213A (zh) 2018-02-09 2019-08-16 京东方科技集团股份有限公司 像素排列结构及其显示方法、显示基板
US10854684B2 (en) 2016-02-18 2020-12-01 Boe Technology Group Co., Ltd. Pixel arrangement structure and driving method thereof, display substrate and display device
CN110133899A (zh) 2018-02-09 2019-08-16 京东方科技集团股份有限公司 像素排列结构、显示基板、显示装置
US11747531B2 (en) 2016-02-18 2023-09-05 Chengdu Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display substrate, fine metal mask set and manufacturing method thereof
US11448807B2 (en) 2016-02-18 2022-09-20 Chengdu Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display substrate, fine metal mask set and manufacturing method thereof
US11264430B2 (en) 2016-02-18 2022-03-01 Chengdu Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. Pixel arrangement structure with misaligned repeating units, display substrate, display apparatus and method of fabrication thereof
JP2017183563A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 ソニー株式会社 撮像装置、駆動方法、および、電子機器
JP7490543B2 (ja) * 2016-04-28 2024-05-27 キヤノン株式会社 光電変換装置およびカメラ
JP6808348B2 (ja) * 2016-04-28 2021-01-06 キヤノン株式会社 光電変換装置およびカメラ
JP6688165B2 (ja) * 2016-06-10 2020-04-28 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
JP6833597B2 (ja) * 2017-04-11 2021-02-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置
US10825854B2 (en) * 2017-08-16 2020-11-03 Facebook Technologies, Llc Stacked photo sensor assembly with pixel level interconnect
JP7267940B2 (ja) * 2018-02-01 2023-05-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
CN113990912A (zh) 2018-02-09 2022-01-28 京东方科技集团股份有限公司 像素排列结构、显示基板以及显示装置
US11574960B2 (en) 2018-02-09 2023-02-07 Boe Technology Group Co., Ltd. Pixel arrangement structure, display substrate, display device and mask plate group
CN115542617A (zh) 2018-02-09 2022-12-30 京东方科技集团股份有限公司 显示基板和显示装置
CN108666332A (zh) * 2018-05-02 2018-10-16 德淮半导体有限公司 减小图像传感器暗电流的结构及其制备方法
TWI672806B (zh) * 2018-06-22 2019-09-21 晶相光電股份有限公司 全域快門互補式金屬氧化物半導體影像感測器及其形成方法
JP7086783B2 (ja) * 2018-08-13 2022-06-20 株式会社東芝 固体撮像装置
US10861892B2 (en) * 2018-11-21 2020-12-08 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Low-light-level CMOS image sensor pixel
JP2020088293A (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、移動体
WO2020188926A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 ソニー株式会社 画像処理装置と画像処理方法とプログラムおよび撮像装置
CN109979955B (zh) * 2019-04-03 2021-06-18 上海华力微电子有限公司 一种半导体结构及其制造方法
RU2728834C1 (ru) 2019-07-31 2020-07-31 Боэ Текнолоджи Груп Ко., Лтд. Подложка отображения и способ ее подготовки, панель отображения и устройство отображения
US10964744B1 (en) * 2019-09-13 2021-03-30 Omnivision Technologies, Inc. Light control for improved near infrared sensitivity and channel separation
JP7006722B2 (ja) * 2020-05-01 2022-01-24 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
TWI782650B (zh) * 2021-08-03 2022-11-01 力晶積成電子製造股份有限公司 背照式影像感測器的製造方法
TWI818654B (zh) * 2022-08-02 2023-10-11 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測器及其製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184322A1 (en) * 2004-02-19 2005-08-25 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pick-up device and imaging system using the same
JP2008294479A (ja) * 2008-08-25 2008-12-04 Sony Corp 固体撮像装置
US20100207231A1 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Panasonic Corporation Solid-state image device and method of manufacturing the same
CN102017152A (zh) * 2008-05-09 2011-04-13 佳能株式会社 光电转换装置和使用光电转换装置的成像系统
CN102097444A (zh) * 2009-11-25 2011-06-15 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置
CN102201419A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 索尼公司 固体摄像元件、其制造方法和电子装置
CN102611850A (zh) * 2011-01-21 2012-07-25 索尼公司 成像装置和成像设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3759435B2 (ja) 2001-07-11 2006-03-22 ソニー株式会社 Ｘ−ｙアドレス型固体撮像素子
EP1341235A3 (en) * 2002-02-28 2006-05-10 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus
JP4211696B2 (ja) * 2004-06-30 2009-01-21 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
US7153719B2 (en) * 2004-08-24 2006-12-26 Micron Technology, Inc. Method of fabricating a storage gate pixel design
JP4992446B2 (ja) 2006-02-24 2012-08-08 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその製造方法、並びにカメラ
US20080210986A1 (en) * 2007-03-02 2008-09-04 Micron Technology, Inc Global shutter pixel with charge storage region
JP2011061522A (ja) 2009-09-10 2011-03-24 Fujifilm Corp Ｍｏｓ型イメージセンサ、ｍｏｓ型イメージセンサの駆動方法、撮像装置
US8558293B2 (en) * 2009-10-09 2013-10-15 National University Corporation Shizuoka University Semiconductor element and solid-state imaging device
US8614112B2 (en) * 2010-10-01 2013-12-24 Omnivision Technologies, Inc. Method of damage-free impurity doping for CMOS image sensors
JP2012156334A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び電子機器
JP2013051327A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Sony Corp 固体撮像素子および電子機器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184322A1 (en) * 2004-02-19 2005-08-25 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pick-up device and imaging system using the same
CN102017152A (zh) * 2008-05-09 2011-04-13 佳能株式会社 光电转换装置和使用光电转换装置的成像系统
JP2008294479A (ja) * 2008-08-25 2008-12-04 Sony Corp 固体撮像装置
US20100207231A1 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Panasonic Corporation Solid-state image device and method of manufacturing the same
CN102097444A (zh) * 2009-11-25 2011-06-15 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置
CN102201419A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 索尼公司 固体摄像元件、其制造方法和电子装置
CN102611850A (zh) * 2011-01-21 2012-07-25 索尼公司 成像装置和成像设备

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JP2018137467A (ja) 2018-08-30
TWI729303B (zh) 2021-06-01
KR20150087322A (ko) 2015-07-29
US10204957B2 (en) 2019-02-12
JP2020077886A (ja) 2020-05-21
KR102425046B1 (ko) 2022-07-25

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