JPWO2015012098A1 - 固体撮像素子および電子機器 - Google Patents

Abstract

本開示は、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することができるようにする固体撮像素子および電子機器に関する。画素は、高感度画素と、高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する。制御ゲートは、低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する。本開示は、例えば、高感度画素と、高感度画素より感度が低い低感度画素の両方を有し、低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御するCMOSイメージセンサ等に適用することができる。

Description

本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。

固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置などの電子機器に用いられている。固体撮像素子としては、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された電荷を、MOS（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを介して読み出すCMOS（complementary MOS）イメージセンサがある。

CMOSイメージセンサでは、低照度時にも撮像信号を取得することができるように、感度は高い方が望ましい。また、ダイナミックレンジが大きくなるため、フォトダイオードは飽和しにくい方が望ましい。

しかしながら、感度が高いことと、フォトダイオードが飽和しにくいことはトレードオフの関係にあり、高感度を維持しつつ、ダイナミックレンジを拡大することは難しい。

そこで、高感度画素と低感度画素の両方を備え、高感度画素により高感度を維持しつつ、低感度画素によりダイナミックレンジを拡大するCMOSイメージセンサが考案されている(例えば、特許文献１乃至３参照)。

特許文献１のCMOSイメージセンサでは、高感度画素のフォトダイオードの開口が小さいため、集光が難しく感度が低下する。また、高感度画素のフォトダイオードの容量が小さいため、フォトダイオードが飽和しやすい。高感度画素のフォトダイオードがすぐに飽和すると、低照度時に低感度画素によるS/Nの悪い撮像信号を使用することになり、撮像信号の精度が低下する。

特許文献２のCMOSイメージセンサでは、クロストークを防止し、感度を高くするために、高感度画素のフォトダイオードが大きくされ、低感度画素のフォトダイオードが小さくされている。そのため、低感度画素が飽和しやすく、ダイナミックレンジを十分に拡大することができない。

特許文献３のCMOSイメージセンサでは、低感度画素のフォトダイオードの容量が小さいため、低感度画素が飽和しやすく、ダイナミックレンジを十分に拡大することができない。

特開２０１１−１８８１４８号公報 特開２０１１−１２９６３８号公報 特開２００５−８６０８２号公報

以上のように、高感度画素のフォトダイオードの開口が小さいと、撮像信号の精度が低下する。また、高感度画素のフォトダイオードの開口を大きくすると、低感度画素のフォトダイオードが小さくなり、ダイナミックレンジを十分に拡大することができない。

従って、高感度画素と低感度画素を備えるCMOSイメージセンサにおいて、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することが望まれている。

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することができるようにするものである。

本開示の第１の側面の固体撮像素子は、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートとを備える固体撮像素子である。

本開示の第１の側面の電子機器は、本開示の第１の側面の固体撮像素子に対応するものである。

本開示の第１の側面においては、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートとが備えられる。

本開示の第２の側面の固体撮像素子は、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素を備え、前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる固体撮像素子である。

本開示の第２の側面の電子機器は、本開示の第２の側面の固体撮像素子に対応するものである。

本開示の第２の側面においては、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素が備えられ、前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる。

本開示の第３の側面の固体撮像素子は、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素を備え、前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い固体撮像素子である。

本開示の第３の側面の電子機器は、本開示の第３の側面の固体撮像素子に対応するものである。

本開示の第３の側面においては、高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素が備えられ、前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い。

本開示の第１乃至第３の側面によれば、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することができる。

本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例を示すブロック図である。 図１の画素アレイ部に配置される画素の第１の構成例を示す断面図である。 図１の画素アレイ部に配置される画素の第２の構成例を示す平面図である。 図１の画素アレイ部に配置される画素の第３の構成例を示す断面図である。 図１の画素アレイ部に配置される画素の第４の構成例を示す断面図である。 制御ゲートとトランスゲートの制御の例を示す図である。 図１の画素アレイ部に配置される画素の第５の構成例を示す断面図である。 CMOSイメージセンサの第１実施の形態の効果を説明する図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態における画素の第１の構成例を示す断面図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態における画素の第２の構成例を示す平面図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態における画素の第２の構成の変形例を示す平面図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態における画素の第３の構成例を示す断面図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態における画素の第４の構成例を示す断面図である。 制御ゲートとトランスゲートの制御の例を示す図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態の効果を説明する図である。 CMOSイメージセンサの第３実施の形態における画素の第１の構成例を示す断面図である。 CMOSイメージセンサの第３実施の形態における画素の第２の構成例を示す断面図である。 本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

＜第１実施の形態＞
（固体撮像素子の第１実施の形態の構成例）
図１は、本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例を示すブロック図である。

CMOSイメージセンサ１００は、画素アレイ部１１１、垂直駆動部１１２、カラム処理部１１３、水平駆動部１１４、システム制御部１１５、画素駆動線１１６、垂直信号線１１７、信号処理部１１８、およびデータ格納部１１９により構成される。

画素アレイ部１１１、垂直駆動部１１２、カラム処理部１１３、水平駆動部１１４、システム制御部１１５、画素駆動線１１６、垂直信号線１１７、信号処理部１１８、およびデータ格納部１１９は、図示せぬ半導体基板に形成されている。

なお、CMOSイメージセンサ１００は、信号処理部１１８とデータ格納部１１９を含まず、信号処理部１１８とデータ格納部１１９は、例えば、CMOSイメージセンサ１００とは別の基板にＤＳＰ(Digital Signal Processor)等の外部信号処理部として設けられるようにしてもよい。

CMOSイメージセンサ１００は、被写体の画像を撮像し、その画像の各画素の撮像信号を出力する。

具体的には、画素アレイ部１１１には、複数の画素が行列状に２次元配置される。画素は、入射光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子としてのフォトダイオードを有する高感度画素と、高感度画素より感度が低い、フォトダイオードを有する低感度画素とにより構成される。

また、画素アレイ部１１１には、行列状の画素に対して行ごとに画素駆動線１１６が図の左右方向（行方向）に形成され、列ごとに垂直信号線１１７が図の上下方向（列方向）に形成される。画素駆動線１１６の一端は、垂直駆動部１１２の各行に対応した図示せぬ出力端に接続されている。

垂直駆動部１１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１１の各画素を行単位等で駆動する画素駆動部である。この垂直駆動部１１２の具体的な構成について図示は省略するが、垂直駆動部１１２は、読み出し走査系および掃き出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。

読み出し走査系は、各画素からの撮像信号を行単位で順に読み出すように、各行を順に選択し、選択行の画素駆動線１１６と接続する出力端から転送パルス、選択パルス等を出力する。

掃き出し走査系は、光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)ために、読み出し系の走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して、各行の画素駆動線１１６と接続する出力端から制御パルスを出力する。この掃き出し走査系による走査により、いわゆる電子シャッタ動作が行ごとに順に行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の電荷を捨てて、新たに露光を開始する（電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。

垂直駆動部１１２の読み出し走査系によって選択された行の各画素から出力される撮像信号は、垂直信号線１１７の各々を通してカラム処理部１１３に供給される。

カラム処理部１１３は、画素アレイ部１１１の列ごとに信号処理回路を有する。カラム処理部１１３の各信号処理回路は、選択行の各画素から垂直信号線１１７を通して出力される撮像信号に対して、CDS(Correlated Double Sampling)（相関二重サンプリング）処理等のノイズ除去処理、A/D変換処理、色補正処理等の信号処理を行う。CDS処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。

各信号処理回路は、低照度時には信号処理後の高感度画素の撮像信号を画素単位の撮像信号として一時的に保持し、高照度時には信号処理後の低感度画素の撮像信号を画素単位の撮像信号として一時的に保持する。

水平駆動部１１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１１３の信号処理回路を順番に選択する。この水平駆動部１１４による選択走査により、カラム処理部１１３の各信号処理回路で信号処理された撮像信号が順番に信号処理部１１８に出力される。

システム制御部１１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部１１２、カラム処理部１１３、および水平駆動部１１４を制御する。

信号処理部１１８は、少なくとも加算処理機能を有する。信号処理部１１８は、カラム処理部１１３から出力される撮像信号に対して加算処理等の種々の信号処理を行う。このとき、信号処理部１１８は、必要に応じて、信号処理の途中結果などをデータ格納部１１９に格納し、必要なタイミングで参照する。信号処理部１１８は、信号処理後の撮像信号を出力する。

（画素の第１の構成例）
図２は、図１の画素アレイ部１１１に配置される画素の第１の構成例を示す断面図である。

図２に示すように、画素１３０は、低感度画素１３０−１と高感度画素１３０−２により構成される。低感度画素１３０−１は、オンチップレンズ１３２−１、カラーフィルタ１３３、平坦化膜１３４、フォトダイオード１３５−１、トランスゲート１３６−１、および電荷電圧変換部１３７−１により構成される。

また、高感度画素１３０−２は、オンチップレンズ１３２−２、カラーフィルタ１３３、平坦化膜１３４、フォトダイオード１３５−２、トランスゲート１３６−２、および電荷電圧変換部１３７−２により構成される。

図２の例では、CMOSイメージセンサ１００が、裏面照射型のCMOSイメージセンサとなっている。そのため、画素１３０では、半導体基板１３１の裏面側に、オンチップレンズ１３２−１および１３２−２、カラーフィルタ１３３、および平坦化膜１３４が配置される。また、半導体基板１３１の表面側には、トランスゲート（TG）１３６−１および１３６−２、並びに、画素駆動線１１６、垂直信号線１１７等を含む回路１３８が配置される。

なお、半導体基板１３１の表面側とは、回路が配置される側であり、裏面側とは、回路が配置される側の反対側である。

低感度画素１３０−１のオンチップレンズ１３２−１は、高感度画素１３０−２のオンチップレンズ１３２−２に比べて小さい。オンチップレンズ１３２−１は、入射光をカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して、半導体基板１３１内のフォトダイオード１３５−１に集光する。

高感度画素１３０−２のオンチップレンズ１３２−２は、入射光をカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して、半導体基板１３１内のフォトダイオード１３５−２に集光する。

カラーフィルタ１３３は、オンチップレンズ１３２−１および１３２−２を介して入射された光のうちの所定の色の光を、平坦化膜１３４を介して半導体基板１３１に出射する。CMOSイメージセンサ１００では、画素の配列がベイヤ配列であり、カラーフィルタ１３３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇｂ，Ｇｒ）、または青色（Ｂ）の光を出射する。

低感度画素１３０−１のフォトダイオード１３５−１は、ポテンシャル深部がフォトダイオード１３５−２の表面側で水平方向に延び、Ｌ字型を形成している。従って、フォトダイオード１３５−１の裏面側の開口１４１Ａに比べて、表面側の開口１４１Ｂは大きい。

このように、フォトダイオード１３５−１のポテンシャル深部を水平方向に延ばすことにより、ポテンシャル深部が水平方向に延びないＩ字型のフォトダイオードに比べて、フォトダイオード１３５−１の容量を大きくすることができる。これにより、撮像信号のダイナミックレンジが大きくなる。

また、フォトダイオード１３５−１のポテンシャル深部のみを水平方向に延ばすため、フォトダイオード１３５−２の開口を縮小する必要がない。従って、高感度画素のフォトダイオードが感度低下を招くことによる撮像信号の精度の低下を防止することができる。また、フォトダイオード１３５−２の深さを変える必要もない。従って、高感度画素のフォトダイオードが飽和することによる撮像信号の精度の低下を防止することができる。

一方、フォトダイオード１３５−１の一部がフォトダイオード１３５−２の表面側に位置するため、フォトダイオード１３５−２で光電変換されずに透過した光がフォトダイオード１３５−１に入射し、光電変換されることがある。しかしながら、フォトダイオード１３５−１とフォトダイオード１３５−１に入射される光の色は同一であるので、大きな問題とはならない。

また、フォトダイオード１３５−２の下にフォトダイオード１３５−１の一部が位置するため、フォトダイオード１３５−１とフォトダイオード１３５−２の分光特性は異なる。従って、高感度画素１３０−１の撮像信号に対する色補正処理と、低感度画素１３０−２の撮像信号に対する色補正処理で用いられるリニアマトリクスを異なるようにすることにより、色再現性を向上させることができる。

この場合、高感度画素１３０−１のリニアマトリクスとしては、例えば、高感度画素１３０−１における入射光と撮像信号を基に決定されたリニアマトリクスが用いられる。また、低感度画素１３０−２のリニアマトリクスとしては、低感度画素１３０−２における入射光と撮像信号を基に決定されたリニアマトリクスが用いられる。

また、フォトダイオード１３５−２に青色の光が入射される場合、フォトダイオード１３５−２に入射された全ての光がフォトダイオード１３５−２で光電変換される。従って、高感度画素１３０−１と低感度画素１３０−２の感度比が、オンチップレンズ１３２−１とオンチップレンズ１３２−２の面積比になる。

しかしながら、フォトダイオード１３５−２に赤色や緑色の光が入射される場合、フォトダイオード１３５−２に入射された光の一部はフォトダイオード１３５−２を透過し、フォトダイオード１３５−１で光電変換される。従って、高感度画素１３０−１と低感度画素１３０−２の感度比は、オンチップレンズ１３２−１とオンチップレンズ１３２−２の面積比とはならない。よって、色ごとにリニアマトリクスを異なるようにすることにより、各色の撮像信号の比を低感度画素１３０−１と高感度画素１３０−２で同一にすることができる。

フォトダイオード１３５−１は、オンチップレンズ１３２−１からカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して入射された所定の色の光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する。フォトダイオード１３５−１に蓄積された電荷は、トランスゲート１３６−１の制御により、電荷電圧変換部１３７−１に転送される。

高感度画素１３０−２のフォトダイオード１３５−２は、I型のフォトダイオードである。従って、フォトダイオード１３５−２の裏面側の開口１４２Ａと表面側の開口１４２Ｂは同一である。また、開口１４２Ａは、フォトダイオード１３５−１の裏面側の開口１４１Ａに比べて大きい。

フォトダイオード１３５−２は、オンチップレンズ１３２−２からカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して入射された所定の色の光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する。フォトダイオード１３５−２に蓄積された電荷は、トランスゲート１３６−２の制御により、電荷電圧変換部１３７−２に転送される。

低感度画素１３０−１のトランスゲート１３６−１は、図１の垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される転送パルスに応じて、フォトダイオード１３５−１に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１３７−１に転送する。電荷電圧変換部１３７−１は、フォトダイオード１３５−１から転送されてくる電荷を電圧に変換する。

高感度画素１３０−２のトランスゲート１３６−２は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される転送パルスに応じて、フォトダイオード１３５−２に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１３７−２に転送する。トランスゲート１３６−２は、半導体基板１３１内に埋め込まれているため、表面側に存在しないフォトダイオード１３５−２から電荷を転送することができる。電荷電圧変換部１３７−２は、フォトダイオード１３５−２から転送されてくる電荷を電圧に変換する。

電荷電圧変換部１３７−１と電荷電圧変換部１３７−２の変換によって得られる電圧の信号は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される選択パルスに応じて、撮像信号として図１のカラム処理部１１３に供給される。

（画素の第２の構成例）
図３は、図１の画素アレイ部１１１に配置される画素の第２の構成例を示す、半導体基板１３１を表面側から見た平面図である。

図３に示す構成のうち、図２の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図３の画素１６０は、電荷電圧変換部１３７−１と電荷電圧変換部１３７−２の代わりに電荷電圧変換部１６１―１と電荷電圧変換部１６１−２が設けられる点が図２の画素１３０の構成と異なる。画素１６０では、電荷電圧変換部１６１−１と電荷電圧変換部１６１−２が隣接する画素１７０と共有される。

具体的には、画素１６０は、低感度画素１６０−１と高感度画素１６０−２により構成される。低感度画素１６０−１の電荷電圧変換部１６１―１は、画素１６０のフォトダイオード１３５−１からトランスゲート１３６−１を介して転送されてくる電荷を電圧に変換する。また、電荷電圧変換部１６１―１は、画素１６０と水平方向に隣接する画素１７０の高感度画素１７０−２の半導体基板１３１に埋め込まれたトランスゲート１７１−２により転送される、高感度画素１７０−２の電荷を電圧に変換する。変換によって得られる電圧の信号は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される選択パルスに応じて、撮像信号としてカラム処理部１１３に供給される。

また、高感度画素１６０−２の電荷電圧変換部１６１―２は、画素１６０のフォトダイオード１３５−２からトランスゲート１３６−２を介して転送されてくる電荷を電圧に変換する。また、電荷電圧変換部１６１―２は、低感度画素１７０−１のトランスゲート１７１−１により転送される、低感度画素１７０−１の電荷を電圧に変換する。変換によって得られる電圧の信号は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される選択パルスに応じて、撮像信号としてカラム処理部１１３に供給される。

以上のように、電荷電圧変換部を隣接する画素間で共有することにより、半導体基板１３１内の電荷電圧変換部の領域を削減することができる。これにより、フォトダイオード１３５−１とフォトダイオード１３５−２の開口を大きく確保することができる。

なお、共有する電荷電圧変換部は、隣接する画素の高感度画素と低感度画素の一方と他方の間に限定されない。同一の画素内の電荷電圧変換部が共有されてもよいし、隣接する画素の高感度画素どうし、低感度画素どうしの電荷電圧変換部が共有されてもよい。

（画素の第３の構成例）
図４は、図１の画素アレイ部１１１に配置される画素の第３の構成例を示す断面図である。

図４に示す構成のうち、図２の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図４の画素１９０の構成は、フォトダイオード１３５−２の代わりにフォトダイオード１９１が設けられる点、およびトランスゲート１３６−２の代わりにトランスゲート１９２が設けられる点が、図２の画素１３０の構成と異なる。画素１９０では、トランスゲート１９２が半導体基板１３１内に埋め込まれず、半導体基板１３１の表面に設けられる。

具体的には、画素１９０は、低感度画素１３０−１と高感度画素１９０−２により構成される。高感度画素１９０−２のフォトダイオード１９１は、一部が半導体基板１３１の表面側に延びている。従って、フォトダイオード１９１の表面側の開口１９１Ｂは、裏面側の開口１４２Ａに比べて小さい。フォトダイオード１９１の一部が半導体基板１３１の表面側に延びているため、トランスゲート１９２を半導体基板１３１内に埋め込むことなく、フォトダイオード１９１に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１３７−２に転送することができる。

高感度画素１９０−２のトランスゲート１９２は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される転送パルスに応じて、フォトダイオード１９１に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１３７−２に転送する。

（画素の第４の構成例）
図５は、図１の画素アレイ部１１１に配置される画素の第４の構成例を示す断面図である。

図５に示す構成のうち、図２の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図５の画素２１０の構成は、制御ゲート２１１が新たに設けられる点が図２の画素１３０の構成と異なる。画素２１０は、制御ゲート２１１によりフォトダイオード１３５−１の電荷蓄積時のポテンシャル深部をより深くする。

具体的には、画素２１０は、低感度画素２１０−１と高感度画素１３０−２により構成される。低感度画素２１０−１の制御ゲート２１１は、フォトダイオード１３５−１の表面側の開口１４１Ｂと対向する半導体基板１３１の表面に形成される。制御ゲート２１１は、フォトダイオード１３５−１のポテンシャルを制御する。

具体的には、図６に示すように、フォトダイオード１３５−１が電荷を蓄積するとき、制御ゲート２１１はハイレベルにされ、トランスゲート１３６−１はローレベルにされる。これにより、電荷蓄積時のフォトダイオード１３５−１のポテンシャル深部はより深くされる。

また、フォトダイオード１３５−１の電荷が転送されるとき、制御ゲート２１１はローレベルにされ、トランスゲート１３６−１はハイレベルにされる。これにより、フォトダイオード１３５−１に蓄積された電荷の掃き出しを確実に行うことができる。

（画素の第５の構成例）
図７は、図１の画素アレイ部１１１に配置される画素の第５の構成例を示す断面図である。

図７に示す構成のうち、図２の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図７の画素２２０は、低感度画素２２０−１と高感度画素２２０−２により構成される。図７の例では、CMOSイメージセンサ１００が表面照射型のCMOSイメージセンサとなっており、画素２２０では、半導体基板１３１の光の入射側に、画素駆動線１１６、垂直信号線１１７等を含む回路２２１が配置される。

そのため、低感度画素２２０−１のトランスゲート２２２−１が、半導体基板１３１の表面側（回路２２１側）から半導体基板１３１内に埋め込まれる。また、低感度画素２２０−１の電荷電圧変換部２２３−１が半導体基板１３１の表面側に設けられる。

また、高感度画素２２０−２のトランスゲート２２２−２が、半導体基板１３１の表面に設けられる。また、高感度画素２２０−２の電荷電圧変換部２２３−２が半導体基板１３１の表面側に設けられる。

なお、CMOSイメージセンサ１００が裏面照射型のCMOSイメージセンサである場合、表面照射型のCMOSイメージセンサである場合に比べて、フォトダイオード１３５−１のポテンシャル深部と電荷電圧変換部１３７−１（１６１−１）が近い。従って、フォトダイオード１３５−１に蓄積された電荷の転送が容易である。また、この場合、フォトダイオード１３５−１のポテンシャル深部の不純物濃度を高め、フォトダイオード１３５−１の容量を大きくすることができる。

（第１実施の形態の効果の説明）
図８は、CMOSイメージセンサ１００の第１実施の形態の効果を説明する図である。

図８のグラフにおいて、横軸は、フォトダイオードに入射する光の光量（入射光量）を表し、縦軸は、フォトダイオードから転送される電子数(出力電子数)を表している。

ここでは、１つの感度の画素により構成される通常のCMOSイメージセンサの画素を通常の画素という。また、高感度画素と低感度画素を備え、低感度画素のフォトダイオードの容量が小さい従来のCMOSイメージセンサの高感度画素、低感度画素を、それぞれ、従来の高感度画素、従来の低感度画素という。

図８に示すように、通常の画素のフォトダイオードの出力電子数は、入射光量が０以上Ｑ４以下である場合、入射光量に比例して増加する。フォトダイオードは、入射光量がＱ４になると飽和し、入射光量がＱ４以上である場合、出力電子数は、入射光量によらず、入射光量がＱ４であるときの出力電子数となる。従って、通常の画素の撮像信号のダイナミックレンジは、出力電子数がノイズレベルを超える入射光量Ｑ１から、フォトダイオードが飽和する入射光量Ｑ４までの範囲となる。

また、従来のCMOSイメージセンサでは、低感度画素と高感度画素の両方のフォトダイオードを備えるため、低感度画素と高感度画素のフォトダイオードのサイズは、通常の画素に比べて小さくなる。従って、従来の高感度画素のフォトダイオードは、通常の画素のフォトダイオードに比べて早く飽和する。

具体的には、従来の高感度画素のフォトダイオードの出力電子数は、入射光量が０以上Ｑ３（Ｑ３＜Ｑ４）以下である場合、入射光量に比例して増加する。フォトダイオードは、入射光量がＱ３になると飽和し、入射光量がＱ３以上である場合、出力電子数は、入射光量によらず、入射光量がＱ３であるときの出力電子数となる。

一方、低感度画素のフォトダイオードのサイズは、通常の画素に比べて小さいが、感度が低いため、通常の画素のフォトダイオードに比べて遅く飽和する。具体的には、従来の低感度画素のフォトダイオードの出力電子数は、入射光量が０以上Ｑ５（Ｑ５＞Ｑ４）以下である場合、入射光量に比例して増加する。フォトダイオードは、入射光量がＱ５になると飽和し、入射光量がＱ５以上である場合、出力電子数は、入射光量によらず、入射光量がＱ５であるときの出力電子数となる。

従って、高照度時に低感度画素の撮像信号を用いることにより、画素の撮像信号のダイナミックレンジは、高感度画素の出力電子数がノイズレベルを超える入射光量Ｑ２から、低感度画素のフォトダイオードが飽和する入射光量Ｑ５までの範囲となる。

これに対して、高感度画素のフォトダイオード１３５−２（１９１）の出力電子数は、従来の高感度画素の出力電子数と同一であるが、低感度画素のフォトダイオード１３５−１の出力電子数は、従来の低感度画素の出力電子数と異なる。

即ち、フォトダイオード１３５−１の容量は、従来の低感度画素に比べて大きいため、フォトダイオード１３５−１は、入射光量がＱ６（Ｑ６＞Ｑ５）になると飽和する。従って、フォトダイオード１３５−１の出力電子数は、入射光量が０以上Ｑ６以下である場合入射光量に比例して増加し、Ｑ６以上である場合入射光量がＱ６であるときの出力電子数となる。

従って、高照度時にフォトダイオード１３５−１の撮像信号を用いることにより、画素の撮像信号のダイナミックレンジは、高感度画素の出力電子数がノイズレベルを超える入射光量Ｑ２から、フォトダイオード１３５−１が飽和する入射光量Ｑ６までの範囲となる。

以上のように、CMOSイメージセンサ１００における撮像信号のダイナミックレンジは、通常のCMOSイメージセンサや従来のCMOSイメージセンサに比べて大きくなる。

＜第２実施の形態＞
(固体撮像素子の第２実施の形態の画素の第１の構成例)
本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態の構成は、画素アレイ部１１１に２次元配置される画素の構成を除いて図１の構成と同様である。従って、以下では、画素の構成についてのみ説明する。

CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態の画素では、低感度画素のフォトダイオードのポテンシャル深部を水平方向に延ばすことではなく、制御ゲートを設けることにより、低感度画素のフォトダイオードの容量を増加させる。これにより、高感度画素のフォトダイオードの開口を縮小することなく、低感度画素の容量を大きくすることができる。その結果、高精度でダイナミックレンジの大きい撮像信号を生成することができる。

図９は、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態における画素の第１の構成例を示す断面図である。

図９に示す構成のうち、図５の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図９の画素２３０の構成は、フォトダイオード１３５−１および１３５−２、トランスゲート１３６−２の代わりに、フォトダイオード２３１−１および２３１−２、トランスゲート２３２が設けられる点が、図５の画素２１０の構成と異なる。画素２３０は、制御ゲート２１１を設けることにより、フォトダイオード２３１−１の容量を増加させる。

具体的には、画素２３０は、低感度画素２３０−１と高感度画素２３０−２により構成される。低感度画素２３０−１のフォトダイオード２３１−１は、半導体基板１３１の裏面側から表面側へ延びるＩ字型を形成している。従って、フォトダイオード２３１−１の裏面側の開口２４１Ａと表面側の開口２４１Ｂの大きさは同一である。

フォトダイオード２３１−１の表面側の開口２４１Ｂと対向する半導体基板１３１の表面に形成された制御ゲート２１１により、フォトダイオード２３１−１の電荷蓄積時のポテンシャル深部は深くなる。よって、フォトダイオード２３１−１の容量は、制御ゲート２１１が形成されない場合に比べて増加する。

フォトダイオード２３１−１は、オンチップレンズ１３２−１からカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して入射された所定の色の光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する。フォトダイオード２３１−１に蓄積された電荷は、トランスゲート１３６−１の制御により、電荷電圧変換部１３７−１に転送される。

また、高感度画素２３０−２のフォトダイオード２３１−２は、I型のフォトダイオードである。従って、フォトダイオード２３１−２の裏面側の開口２４２Ａと表面側の開口２４２Ｂは同一である。また、開口２４２Ａは、フォトダイオード２３１−１の裏面側の開口２４１Ａに比べて大きい。フォトダイオード２３１−２の表面側にフォトダイオード２３１−１が延びていないため、フォトダイオード２３１−２は、第１実施の形態の場合に比べてより表面側に延びることができる。

フォトダイオード２３１−２は、オンチップレンズ１３２−２からカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して入射された所定の色の光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する。フォトダイオード２３１−２に蓄積された電荷は、トランスゲート２３２の制御により、電荷電圧変換部１３７−２に転送される。

高感度画素２３０−２のトランスゲート２３２は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される転送パルスに応じて、フォトダイオード２３１−２に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１３７−２に転送する。フォトダイオード２３１−２は、表面側に延びているため、トランスゲート２３２は、半導体基板１３１内に埋め込まれる必要がない。

（画素の第２の構成例）
図１０は、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態における画素の第２の構成例を示す、半導体基板１３１を表面側から見た平面図である。

図１０に示す構成のうち、図９の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図１０の画素２５０の構成は、電荷電圧変換部１３７−１および電荷電圧変換部１３７−２の代わりに電荷電圧変換部２５１が設けられる点が図９の画素２３０の構成と異なる。画素２５０では、同一の画素２５０内の電荷電圧変換部１３７−１および電荷電圧変換部１３７−２が電荷電圧変換部２５１として共有される。

具体的には、画素２５０は、低感度画素２５０−１と高感度画素２５０−２により構成される。電荷電圧変換部２５１は、低感度画素２５０−１のフォトダイオード２３１−１からトランスゲート１３６−１を介して転送されてくる電荷を電圧に変換する。また、電荷電圧変換部２５１は、高感度画素２５０−２のフォトダイオード２３１−２からトランスゲート２３２を介して転送されてくる電荷を電圧に変換する。変換によって得られる電圧の信号は、垂直駆動部１１２の読み出し走査系により画素駆動線１１６を介して供給される選択パルスに応じて、撮像信号としてカラム処理部１１３に供給される。

以上のように、電荷電圧変換部を同一画素内で共有することにより、半導体基板１３１内の電荷電圧変換部の領域を削減することができる。これにより、フォトダイオード２３１−１とフォトダイオード２３１−２の開口を大きく確保することができる。

なお、共有する電荷電圧変換部は、同一の画素内に限定されない。隣接する画素の高感度画素と低感度画素の一方と他方の電荷電圧変換部が共有されてもよいし、隣接する画素の高感度画素どうし、低感度画素どうしの電荷電圧変換部が共有されてもよい。

また、CMOSイメージセンサ１００では、画素の配列がベイヤ配列であるため、図１０の左上の画素２５０は、青色（Ｂ）の光を撮像する青色画素であり、右上の画素２５０は、緑色（Ｇｂ）の光を撮像する緑色画素である。また、左下の画素２５０は、緑色（Ｇｒ）の光を撮像する緑色画素であり、右下の画素２５０は、赤色（Ｒ）の光を撮像する赤色画素である。

以下では、左上の画素２５０を青色画素２６０ともいい、右上の画素２５０を緑色画素２６１ともいい、左下の画素２５０を緑色画素２６２ともいい、右下の画素２５０を赤色画素２６３ともいう。

図１０では、左側の青色画素２６０と緑色画素２６２の各部の配置が同一になり、右側の緑色画素２６１と赤色画素２６３の各部の配置が同一になるようにされたが、図１１に示すように、緑色画素２６１および２６２どうしの各部の配置が同一になるようにされてもよい。この場合、青色画素２６０と赤色画素２６３の各部の配置が同一になる。

(画素の第３の構成例)
図１２は、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態における画素の第３の構成例を示す断面図である。

図１２に示す構成のうち、図９の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図１２の画素２８０の構成は、オンチップレンズ１３２−１およびオンチップレンズ１３２−２の代わりにオンチップレンズ２８１が設けられる点が図９の画素２３０の構成と異なる。画素２８０では、同一の画素２８０内のオンチップレンズ１３２−１およびオンチップレンズ１３２−２が共有される。

具体的には、画素２８０は、低感度画素２８０−１と高感度画素２８０−２により構成される。オンチップレンズ２８１は、入射光をカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して、半導体基板１３１内のフォトダイオード２３１−１とフォトダイオード２３１−２に集光する。

（画素の第４の構成例）
図１３は、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態における画素の第４の構成例を示す断面図である。

図１３に示す構成のうち、図９の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図１３の画素３００の構成は、制御ゲート３０１が新たに設けられる点が図９の画素２３０の構成と異なる。画素３００では、フォトダイオード２３１−２に対して制御ゲート３０１が形成される。

具体的には、画素３００は、低感度画素２３０−１と高感度画素３００−２により構成される。高感度画素３００−２の制御ゲート３０１は、フォトダイオード２３１−２の表面側の開口２４２Ｂと対向する半導体基板１３１の表面に形成される。制御ゲート３０１は、フォトダイオード２３１−２のポテンシャルを制御する。

図１４に示すように、制御ゲート２１１は、フォトダイオード２３１−１が電荷を蓄積するときにハイレベルにされ、フォトダイオード２３１−１の電荷が転送されるときにローレベルにされる。制御ゲート３０１は、フォトダイオード２３１−１が電荷を蓄積するとき、および、フォトダイオード２３１−１の電荷が転送されるときの両方でローレベルにされる。

また、トランスゲート１３６−１は、フォトダイオード２３１−１が電荷を蓄積するときにローレベルにされ、フォトダイオード２３１−１の電荷が転送されるときにハイレベルにされる。トランスゲート２３２は、フォトダイオード２３１−２が電荷を蓄積するときにローレベルにされ、フォトダイオード２３１−２の電荷が転送されるときにハイレベルにされる。

以上により、電荷蓄積時のフォトダイオード２３１−１のポテンシャルが深くなり飽和電子数が多くなるとともに、高感度画素３００−２において白点や暗電流が抑制され、より低照度時の撮像信号を出力可能になる。

（第２実施の形態の効果の説明）
CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態においても、従来の低感度画素に比べて、低感度画素２３０−１（２５０−１，２８０−１）のフォトダイオード２３１−１の容量が大きい。従って、第１実施の形態と同様に、図８を参照して説明したダイナミックレンジが大きいという効果が得られる。

また、図１５に示すように、表面照射型のCMOSイメージセンサにおいて、画素全体に対してフォトダイオードの容量を増加させるための制御ゲートが設けられる場合、飽和電子数は、制御ゲートを設けない場合に比べて多くなる。しかしながら、暗電流と青感度が問題となる。

一方、裏面照射型のCMOSイメージセンサにおいて、画素全体に対してフォトダイオードの容量を増加させるための制御ゲートが設けられる場合、光の入射面と制御ゲートが形成される面が反対になるので、青感度は問題にならない。また、飽和電子数は、制御ゲートを設けない場合に比べて多い。しかしながら、暗電流が問題となる。

これに対して、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態では、高照度時に撮像信号が用いられる低照度画素に対してのみフォトダイオードの容量を増加させるための制御ゲート２１１が設けられるので、低照度時に問題となる暗電流は問題とならない。また、CMOSイメージセンサ１００の第２実施の形態は、裏面照射型のCMOSイメージセンサであるため、青感度も問題とならない。さらに、飽和電子数は、制御ゲートを設けない場合に比べて多い。

＜第３実施の形態＞
(固体撮像素子の第３実施の形態の画素の第１の構成例)
本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサ１００の第３実施の形態の構成は、画素アレイ部１１１に２次元配置される画素の構成を除いて図１の構成と同様である。従って、以下では、画素の構成についてのみ説明する。

CMOSイメージセンサ１００の第３実施の形態の画素では、制御ゲートを設けることではなく、高感度画素に比べて低感度画素の電界を強くすることにより、低感度画素のフォトダイオードの容量を増加させる。

図１６は、CMOSイメージセンサ１００の第３実施の形態における画素の第１の構成例を示す断面図である。

図１６に示す構成のうち、図９の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図１６の画素３２０の構成は、フォトダイオード２３１−１の代わりにフォトダイオード３２１−１が設けられる点、および制御ゲート２１１が設けられない点が、図９の画素２３０の構成と異なる。画素３２０は、低感度画素３２０−１のフォトダイオード３２１−１の電界を高感度画素２３０−２のフォトダイオード２３１−２に比べて強くすることにより、フォトダイオード３２１−１の容量を増加させる。

具体的には、画素３２０は、低感度画素３２０−１と高感度画素２３０−２により構成される。低感度画素３２０−１のフォトダイオード３２１−１は、半導体基板１３１の裏面側から表面側へ延びるＩ字型を形成している。フォトダイオード３２１−１は、フォトダイオード２３１−２に比べて電界の強度が強くなるように形成される。

フォトダイオード３２１−１は、オンチップレンズ１３２−１からカラーフィルタ１３３と平坦化膜１３４を介して入射された所定の色の光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する。フォトダイオード３２１−１に蓄積された電荷は、トランスゲート１３６−１の制御により、電荷電圧変換部１３７−１に転送される。

（画素の第２の構成例）
図１７は、CMOSイメージセンサ１００の第３実施の形態における画素の第２の構成例を示す断面図である。

図１７に示す構成のうち、図７および図１６の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

図１７の画素３４０は、低感度画素３４０−１と高感度画素３４０−２により構成される。図１７の例では、CMOSイメージセンサ１００が表面照射型のCMOSイメージセンサとなっており、画素３４０では、半導体基板１３１の光の入射側に回路２２１が配置される。

そのため、低感度画素３４０−１のトランスゲート３４１と電荷電圧変換部２２３−１が半導体基板１３１の表面（回路２２１側の面）に設けられる。また、高感度画素３４０−２のトランスゲート２２２−２と電荷電圧変換部２２３−２が、半導体基板１３１の表面に設けられる。

（第３実施の形態の効果の説明）
CMOSイメージセンサ１００の第３実施の形態においても、従来の低感度画素に比べて、低感度画素のフォトダイオード３２１−１の容量が大きい。従って、第１実施の形態と同様に、図８を参照して説明したダイナミックレンジが大きいという効果が得られる。

＜第４実施の形態の構成例＞
（電子機器の一実施の形態の構成例）
図１８は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

図１８の撮像装置５００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等である。撮像装置５００は、光学部５０１、固体撮像素子５０２、ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、操作部５０７、および電源部５０８からなる。ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、操作部５０７、および電源部５０８は、バスライン５０９を介して相互に接続されている。

光学部５０１は、レンズ群などからなり、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子５０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子５０２は、上述した第１乃至第３実施の形態のCMOSイメージセンサからなる。固体撮像素子５０２は、光学部５０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ回路５０３に供給する。

ＤＳＰ回路５０３は、固体撮像素子５０２から供給される画素信号に対して所定の画像処理を行い、画像処理後の画像信号をフレーム単位でフレームメモリ５０４に供給し、一時的に記憶させる。

表示部５０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、フレームメモリ５０４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号に基づいて、画像を表示する。

記録部５０６は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)、フラッシュメモリ等からなり、フレームメモリ５０４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号を読み出し、記録する。

操作部５０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置５００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部５０８は、電源を、ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、および操作部５０７に対して適宜供給する。

本技術を適用する電子機器は、画像取込部に固体撮像素子を用いる電子機器であればよく、撮像装置５００のほか、撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機などがある。

なお、CMOSイメージセンサはワンチップとして形成された形態であってもよいし、光学部等を含めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

また、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、オンチップレンズ１３２−１は設けられなくてもよい。また、低照度時に高感度画素の撮像信号と低感度画素の撮像信号を用いて画素単位の撮像信号を生成するようにしてもよい。

本開示は、以下のような構成もとることができる。

（１）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートと
を備える固体撮像素子。
（２）
前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するときにハイレベルとなり、前記電荷を転送するときにローレベルとなる
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換し、前記高感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部
をさらに備える
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記画素の配列はベイヤ配列であり、
緑色の前記画素どうしの前記高感度画素、前記低感度画素、および前記電荷電圧変換部の配置は同一であり、
赤色の前記画素と青色の前記画素の前記高感度画素、前記低感度画素、および前記電荷電圧変換部の配置は同一である
前記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記高感度画素の光電変換素子と前記低感度画素の光電変換素子に光を集光させるレンズ
をさらに備える
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記高感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する高感度画素制御ゲート
をさらに備え、
前記高感度画素制御ゲートは、前記高感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するとき、および、前記電荷を転送するときにローレベルにされる
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートと
を備える電子機器。
（９）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
を備え、
前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる
固体撮像素子。
（１０）
前記画素の数は複数であり、
複数の前記画素のうちの第１の画素の前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換し、前記第１の画素と隣接する第２の画素の前記高感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部
をさらに備える
前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
をさらに備える
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
をさらに備える
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記高感度画素の光電変換素子の一部は外側に延びている
前記（９）乃至（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲート
をさらに備える
前記（９）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するときにハイレベルとなり、前記電荷を転送するときにローレベルとなる
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
を備え、
前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる
電子機器。
（１７）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
を備え、
前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い
固体撮像素子。
（１８）
前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
をさらに備える
前記（１７）に記載の固体撮像素子。
（１９）
前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
をさらに備える
前記（１７）に記載の固体撮像素子。
（２０）
高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い
電子機器。

１３０ 画素， １３０−１ 低感度画素， １３０−２ 高感度画素， １３５−１ フォトダイオード， １３７−１ 電荷電圧変換部， １３８ 回路， １６０ 画素， １６０−１ 低感度画素， １６０−２ 高感度画素， １６１−１，１６１−２ 電荷電圧変換部， １７０ 画素， １７０−１ 低感度画素， １７０−２ 高感度画素， １９０ 画素， １９０−２ 高感度画素， １９１ フォトダイオード， ２１０ 画素， ２１０−１ 低感度画素， ２１１ 制御ゲート， ２２０ 画素， ２２０−１ 低感度画素， ２２０−２ 高感度画素， ２２１ 回路， ２２３−１ 電荷電圧変換部， ２３０ 画素， ２３０−１ 低感度画素， ２３０−２ 高感度画素， ２５０ 画素， ２５０−１ 低感度画素， ２５０−２ 高感度画素， ２５１ 電荷電圧変換部， ２６０ 青色画素， ２６１，２６２ 緑色画素， ２６３ 赤色画素， ２８０ 画素， ２８０−１ 低感度画素， ２８０−２ 高感度画素， ２８１ オンチップレンズ， ３００ 画素， ３００−２ 高感度画素， ３０１ 制御ゲート， ３２０ 画素， ３２０−１ 低感度画素， ３２１−１ フォトダイオード， ５００ 撮像装置

Claims (20)

1. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
   前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートと
   を備える固体撮像素子。
2. 前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するときにハイレベルとなり、前記電荷を転送するときにローレベルとなる
   請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される
   請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換し、前記高感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部
   をさらに備える
   請求項１に記載の固体撮像素子。
5. 前記画素の配列はベイヤ配列であり、
   緑色の前記画素どうしの前記高感度画素、前記低感度画素、および前記電荷電圧変換部の配置は同一であり、
   赤色の前記画素と青色の前記画素の前記高感度画素、前記低感度画素、および前記電荷電圧変換部の配置は同一である
   請求項４に記載の固体撮像素子。
6. 前記高感度画素の光電変換素子と前記低感度画素の光電変換素子に光を集光させるレンズ
   をさらに備える
   請求項１に記載の固体撮像素子。
7. 前記高感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する高感度画素制御ゲート
   をさらに備え、
   前記高感度画素制御ゲートは、前記高感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するとき、および、前記電荷を転送するときにローレベルにされる
   請求項１に記載の固体撮像素子。
8. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
   前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲートと
   を備える電子機器。
9. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
   を備え、
   前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる
   固体撮像素子。
10. 前記画素の数は複数であり、
    複数の前記画素のうちの第１の画素の前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換し、前記第１の画素と隣接する第２の画素の前記高感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部
    をさらに備える
    請求項９に記載の固体撮像素子。
11. 前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
    をさらに備える
    請求項１０に記載の固体撮像素子。
12. 前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
    をさらに備える
    請求項１０に記載の固体撮像素子。
13. 前記高感度画素の光電変換素子の一部は外側に延びている
    請求項９に記載の固体撮像素子。
14. 前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャルを制御する低感度画素制御ゲート
    をさらに備える
    請求項９に記載の固体撮像素子。
15. 前記低感度画素制御ゲートは、前記低感度画素の光電変換素子に電荷を蓄積するときにハイレベルとなり、前記電荷を転送するときにローレベルとなる
    請求項１４に記載の固体撮像素子。
16. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
    を備え、
    前記低感度画素の光電変換素子のポテンシャル深部は、前記高感度画素の光電変換素子の外側で水平方向に延びる
    電子機器。
17. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素
    を備え、
    前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い
    固体撮像素子。
18. 前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
    前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側と反対の側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
    をさらに備える
    請求項１７に記載の固体撮像素子。
19. 前記低感度画素の光電変換素子に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
    前記高感度画素および前記低感度画素の光電変換素子の光の入射側に形成される、前記電荷電圧変換部の変換によって得られる電圧の信号である撮像信号を読み出す回路
    をさらに備える
    請求項１７に記載の固体撮像素子。
20. 高感度画素と、前記高感度画素よりも感度が低い低感度画素とを有する画素と、
    前記低感度画素の光電変換素子の電界は、前記高感度画素の光電変換素子に比べて強い
    電子機器。

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