成像元件和测距装置的制作方法

1.本技术涉及成像元件和测距装置，并且例如，涉及适合用于测距装置的成像元件和测距装置。
2.《相关申请的交叉引用》
3.本技术要求于2019年8月22日提交的日本在先专利申请jp2019-151755的权益，其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

4.近年来，先进的半导体技术使测量到物体的距离的测距模块越来越小型化。因此，例如，实现了在诸如智能手机等被称为移动终端中安装测距模块，所述移动终端对应于具有通信功能的小型信息处理装置。
5.通常，用于测距模块的测距方法包括两种类型：tof(time of flight：飞行时间)方法和结构光方法(structured light method)。在tof方法中，向物体照射光，并且检测被物体的表面反射的光。测量光的飞行时间，并根据测量值计算到物体的距离。在结构光方法中，向物体照射图案光，并且对物体表面上的图案的变形进行成像。基于所得到的图像，计算到物体的距离。
6.使用tof方法测量到目标物体的距离的半导体检测元件是已知的。在基于tof方法的半导体检测元件中，光从光源照射并被目标物体反射，反射光通过光电二极管进行光电转换。光电转换产生的信号电荷通过交替驱动的一对栅电极分配到两个fd(floating diffusion：浮动扩散部)(例如，参见专利文献1)。
7.[引用文献列表]
[0008]
[专利文献]
[0009]
[专利文献1]
[0010]
日本专利公开no.2009-8537


技术实现要素：

[0011]
[技术问题]
[0012]
在半导体检测元件被构造成使得光电转换产生的信号电荷通过交替驱动的一对栅电极分配到两个fd的情况下，可能需要分别读出两个fd的信号量，并且可能需要准确读出信号量之间的差。在两个fd具有不同电容的情况下，可能无法准确读出两个fd之间的信号量的差。
[0013]
因此，半导体检测元件期望具有其中两个fd具有相等电容的结构。
[0014]
鉴于这种情况，期望提供其中多个fd具有相等电容的结构。
[0015]
[解决问题的技术方案]
[0016]
根据本技术的实施例的第一成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和多个传输部，其被
构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个。每个所述电荷存储部设置在相应的一个所述传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
[0017]
根据本技术的实施例的第二成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个；和沟槽，其被设置成与相应的一个所述传输部中包括的晶体管的栅极平行。每个所述电荷存储部设置在所述栅极和所述沟槽之间。
[0018]
根据本技术的实施例的测距装置包括：发光部，其被构造成发射照射光；光接收部，其被构造成接收由于所述照射光在目标物体上的反射而产生的反射光；和计算部，其被构造成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收的时间段来计算到所述目标物体的距离。布置在所述光接收部中的成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个。每个所述电荷存储部设置在相应的一个所述传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
[0019]
根据本技术的实施例的第一成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个。每个所述电荷存储部设置在相应的一个传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
[0020]
根据本技术的实施例的第二成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个；和沟槽，其被设置成与相应的一个所述传输部中包括的晶体管的栅极平行。每个所述电荷存储部设置在所述栅极和所述沟槽之间。
[0021]
根据本技术的实施例的测距装置包括：发光部，其被构造成发射照射光；光接收部，其被构造成接收由于所述照射光在目标物体上的反射而产生的反射光；和计算部，其被构造成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收的时间段来计算到所述目标物体的距离。布置在所述光接收部中的成像元件包括：光电转换部，其被构造成进行光电转换；多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个。每个所述电荷存储部设置在相应的一个所述传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
附图说明
[0022]
[图1]图1是示出了应用本技术的测距装置的实施例的构造的图。
[0023]
[图2]图2是示出了光接收部的构造示例的图。
[0024]
[图3]图3是示出了像素的构造示例的图。
[0025]
[图4]图4是示出了像素中的电荷分布的图。
[0026]
[图5]图5是示出了过去的光发射的图。
[0027]
[图6]图6是示出了另一读出方法的图。
[0028]
[图7]图7是示出了fd之间的电容差的产生的图。
[0029]
[图8]图8是示出了根据第一实施例的像素的构造的平面图。
[0030]
[图9]图9是示出了fd之间的电容无差异的情况的图。
[0031]
[图10]图10是示出了根据第一实施例的像素的另一构造的平面图。
[0032]
[图11]图11是示出了根据第二实施例的像素的构造的平面图。
[0033]
[图12]图12是示出了根据第二实施例的像素的另一构造的平面图。
[0034]
[图13]图13是示出了根据第三实施例的像素的构造的平面图。
[0035]
[图14]图14是示出了根据第三实施例的像素的构造的电路图。
[0036]
[图15]图15是示出了根据第三实施例的像素的另一构造的平面图。
[0037]
[图16]图16是示出了沿垂直方向布置的像素的构造示例的图。
[0038]
[图17]图17是示出了根据第四实施例的像素的构造的平面图。
[0039]
[图18]图18是示出了线对称布置的晶体管的示例的图。
[0040]
[图19]图19是示出了点对称布置的晶体管的示例的图。
[0041]
[图20]图20是示出了根据第五实施例的像素的构造的平面图。
[0042]
[图21]图21是示出了根据第五实施例的像素的另一构造的平面图。
[0043]
[图22]图22是示出了根据第六实施例的像素的构造的平面图。
[0044]
[图23]图23是示出了根据第六实施例的像素的构造的截面图。
[0045]
[图24]图24是示出了垂直晶体管的图。
[0046]
[图25]图25是示出了fd之间的电容差的产生的图。
[0047]
[图26]图26是示出了根据第七实施例的像素的构造的平面图。
[0048]
[图27]图27是示出了根据第七实施例的像素的构造的截面图。
[0049]
[图28]图28是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
[0050]
[图29]图29是示出了摄像机头和相机控制单元(ccu：camera control unit)的功能构造的示例的框图。
[0051]
[图30]图30是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
[0052]
[图31]图31是辅助说明车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
[0053]
下面，将说明本技术的实施例(以下称为实施例)。
[0054]
根据本公开实施例的本技术能够应用于使用例如间接tof方法进行测距的测距系统中包括的光接收元件以及包括该光接收元件的成像装置。
[0055]
例如，测距系统能够应用于例如安装在车辆中的用于测量到车辆外部的目标物体的距离的车载系统，以及用于测量到用户的手等目标物体的距离以根据测量结果识别用户的手势的手势识别系统。在这种情况下，能够将手势识别的结果例如用于汽车导航系统的操作。
[0056]
《测距装置的构造示例》
[0057]
图1示出了应用本技术的测距装置的实施例的构造示例。
[0058]
测距装置10包括透镜11、光接收部12、信号处理部13、发光部14和发光控制部15。信号处理部13包括图案切换部21和距离图像生成部22。图1中的测距装置10将光照射到物体上并接收由物体对辐射光(照射光)的反射产生的光(反射光)，以测量到物体的距离。
[0059]
测距装置10的发光系统包括发光部14和发光控制部15。在发光系统中，发光控制部15在信号处理部13的控制下使发光部14发射红外光(ir)。可以在透镜11和光接收部12之间设置ir带通滤波器，并且发光部14可以发射与ir带通滤波器的透射波长带相对应的红外光。
[0060]
发光部14可以布置在测距装置10的壳体内部或测距装置10的壳体外部。发光控制部15使发光部14发射预定图案的光。所述图案由图案切换部21设定，并且被构造成以预定时序切换。
[0061]
能够设置图案切换部21，并且该图案切换部21能够被构造成例如在防止发光图案与另一测距装置10的图案重叠的同时切换发光图案。另外，能够省略如上所述的图案切换部21。
[0062]
信号处理部13充当计算部，用以例如基于从光接收部12提供的图像信号来计算从测距装置10到物体的距离。在将计算出的距离作为图像输出的情况下，针对每个像素，信号处理部13的距离图像生成部22生成并输出表示到物体的距离的距离图像。
[0063]
《成像元件的构造》
[0064]
图2是示出了光接收部12的构造示例的框图。光接收部12能够包括cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器。
[0065]
光接收部12包括像素阵列部41、垂直驱动部42、列处理部43、水平驱动部44和系统控制部45。像素阵列部41、垂直驱动部42、列处理部43、水平驱动部44和系统控制部45设置在未示出的半导体基板(芯片)上。
[0066]
像素阵列部41包括单位像素(例如，图3中的像素50)，单位像素以矩阵形式二维布置并且各自包括光电转换元件，该光电转换元件产生与入射光量相对应的量的光电荷，并将光电荷存储在内部。注意，具有与入射光量相对应的量的光电荷在下文中可以简称为“电荷”，并且单位像素在下文中可以简称为“像素”。
[0067]
像素阵列部41还包括相对于矩阵状像素阵列的图2中沿着横向方向(像素行中的像素的排列方向)针对各行的像素驱动线46和图2中沿着上下方向(像素列中的像素的排列方向)针对各列的垂直信号线47。对于各行，各条像素驱动线46的一端连接到垂直驱动部42的相应一个输出端。
[0068]
垂直驱动部42是这样的像素驱动部：其包括移位寄存器或地址解码器等，并且同时驱动像素阵列部41的所有像素或者以行为单位等驱动像素。从垂直驱动部42选择和扫描的像素行中的每个单位像素输出的像素信号通过相应一条的垂直信号线47被提供给列处理部43。列处理部43针对像素阵列部41的各像素列，对从选择的行中的相应单位像素通过垂直信号线47输出的像素信号执行预定的信号处理，并且临时保持信号处理产生的像素信号。
[0069]
具体地，作为信号处理，列处理部43执行至少去噪处理，例如cds(correlated double sampling：相关双采样)处理。通过列处理部43进行的相关双采样，消除了像素特有
的复位噪声和固定模式噪声，例如放大晶体管中的阈值变化。注意，除了去噪处理之外，列处理部43还能够设置有例如ad(analog-digital：模数)转换功能，以使用数字信号输出信号电平。
[0070]
水平驱动部44包括移位寄存器或地址解码器等，并且顺序选择列处理部43中对应于像素列的单位电路。通过水平驱动部44的选择和扫描，将由列处理部43的信号处理产生的像素信号依次输出到信号处理部48。
[0071]
系统控制部45例如包括用于产生各种时序信号的时序生成器，并且系统控制部45基于时序生成器产生的各种时序信号，驱动并控制垂直驱动部42、列处理部43和水平驱动部44等。
[0072]
在像素阵列部41中，相对于矩阵状像素阵列沿着行方向针对各像素行布置像素驱动线46，沿着列方向针对各像素列布置两条垂直信号线47。例如，每条像素驱动线46传送用于执行从像素读出信号的驱动的驱动信号。注意，图1将像素驱动线46图示为一条线，但像素驱动线46不限于一条线。对于各行，像素驱动线46的一端连接到垂直驱动部42的相应一个输出端。
[0073]
《单位像素的结构》
[0074]
现在，将说明像素阵列部41中以矩阵状布置的各个单位像素50的具体结构。
[0075]
像素50包括用作光电转换元件的光电二极管61(以下称为pd 61)，并且像素50被构造成使得由pd 61产生的电荷分配到抽头51-1和抽头51-2。然后，由pd 61产生的电荷中的随后分配到抽头51-1那部分电荷从垂直信号线47-1被读出，并作为检测信号sig1输出。另外，电荷中的分配到抽头51-2的那部分电荷从垂直信号线47-2读出，并作为检测信号sig2输出。
[0076]
抽头51-1包括传输晶体管62-1、fd(floating diffusion：浮动扩散部)63-1、复位晶体管64、放大晶体管65-1和选择晶体管66-1。类似地，抽头51-2包括传输晶体管62-2、fd 63-2、复位晶体管64、放大晶体管65-2和选择晶体管66-2。
[0077]
注意，如图3所示，复位晶体管64可以由fd 63-1和fd 63-2共享，或者可以分别设置在fd 63-1和fd 63-2中。
[0078]
在复位晶体管64分别设置在fd 63-1和fd 63-2中的情况下，能够分别控制fd 63-1和fd 63-2的复位时序，从而实现详细控制。在设置由fd 63-1和fd 63-2共享的复位晶体管64的情况下，fd 63-1和fd 63-2能够使用相同的复位时序，从而简化控制和电路构造。
[0079]
在下面的说明中，举例来说，复位晶体管64分别设置在fd 63-1和fd 63-2中。还将适当地说明由fd 63-1和fd 63-2共享的复位晶体管64的设置。
[0080]
参考图4，将说明像素50中的电荷分布。这里，分布指的是在不同时刻读出存储在像素50(pd 61)中的电荷，这意味着对各抽头执行读出。
[0081]
如图4所示，从发光部14输出调制成使得照射时间t的照射重复打开和关闭(一个周期＝tp)的照射光，并且在与到物体的距离相对应的延迟时间td之后在pd 61处接收反射光。传输控制信号trt1控制传输晶体管62-1的导通和关断，传输控制信号trt2控制传输晶体管62-2的导通和关断。如图4所示，传输控制信号trt1具有与照射光的相位相同的相位，而传输控制信号trt2具有由传输控制信号trt1的相位反转产生的相位。
[0082]
因此，当根据传输控制信号trt1使传输晶体管62-1导通时，由pd 61通过接收反射
光产生的电荷被传输到fd 63-1。另外，当根据传输控制信号trt2使传输晶体管62-2导通时，电荷被传输到fd 63-2。因此，在周期性地执行照射时间t的照射光的照射的预定时段内，经由传输晶体管62-1传输的电荷被顺序存储在fd 63-1中，并且经由传输晶体管62-2传输的电荷被顺序存储在fd 63-2中。因此，fd 63充当存储pd 61产生的电荷的电荷存储部。
[0083]
然后，在电荷存储时段结束之后，当根据选择信号selm1使选择晶体管66-1导通时，经由垂直信号线47-1读出fd 63-1中存储的电荷，并且从光接收部12输出与电荷量相对应的检测信号sig1。类似地，当根据选择信号selm2使选择晶体管66-2导通时，经由垂直信号线47-2读出fd 63-2中存储的电荷，并且从光接收部12输出与电荷量相对应的检测信号sig2。
[0084]
当根据复位信号rst使复位晶体管64导通时，fd 63-1中存储的电荷和fd 63-2中存储的电荷被排出。
[0085]
以这种方式，根据延迟时间td，像素50能够将由pd 61基于所接收的反射光产生的电荷分配到抽头51-1和抽头51-2，从而输出检测信号sig1和检测信号sig2。延迟时间td对应于发光部14发射的光传播到物体、然后在被物体反射后传播到光接收部12所花费的时间，即，对应于到物体的距离。因此，测距装置10能够基于检测信号sig1和检测信号sig2根据延迟时间td确定到物体的距离(深度)。
[0086]
《基于间接tof方法的测距方法》
[0087]
参考图5，将说明基于使用2抽头方法的间接tof方法的距离计算。2抽头方法使用两个抽头51读取存储在一个pd 61中的电荷。参考图5，将说明测距方法。在参考图5的说明中，将举例说明与使用两个抽头和四个相位的检测方法相对应的2抽头-4相位方法。
[0088]
生成距离图像的一个帧周期被划分为包括a帧和b帧的两个信号检测时段。生成距离图像的一个帧周期被设定为例如大约1/30sec。因此，a帧时段和b帧时段分别被设定为大约1/60sec。
[0089]
发光部14(图1)输出调制成使得照射时间t的照射重复打开和关闭(一个周期＝tp)的照射光。能够将照射时间tp设定为例如大约10ns。光接收部12在与到物体的距离相对应的延迟时间td之后接收反射光。
[0090]
在4相位方法中，光接收部12使用抽头51-1和抽头51-2中的一方在与和照射光的相位相同的相位(相位0)、从照射光的相位偏移90
°
的相位(相位90)、从照射光的相位偏移180
°
的相位(相位180)以及从照射光的相位偏移270
°
的相位(相位270)相对应的四个时刻接收光。注意，这里使用的光接收包括以pd 61产生电荷为开始并且以通过使传输晶体管62导通而将电荷传输到fd 63为结束的处理。
[0091]
在图5中，在a帧中，传输控制信号trt1在与照射光的相位相同的相位(相位0)的时刻导通，并且通过抽头51-1开始光接收。另外，在a帧中，传输控制信号trt2在从照射光的相位偏移180
°
的相位(相位180)的时刻导通，并且通过抽头51-2开始光接收。
[0092]
另外，在b帧中，传输控制信号trt1在从照射光的相位偏移90
°
的相位(相位90)的时刻导通，并且通过抽头51-1开始光接收。另外，在b帧中，传输控制信号trt2在从照射光的相位偏移270
°
的相位(相位270)的时刻导通，并且通过抽头51-2开始光接收。
[0093]
在这种情况下，抽头51-1和抽头51-2在与相互反转180
°
的相位相对应的时刻接收光。假设在a帧时段中，照射时间为tp，电荷q1在相位0的时刻存储在抽头51-1的fd 63-1中，
在a帧时段中，与a帧时段内照射时间tp的累积时间相对应的电荷q1’存储在fd 63-1中。然后，在读出时段内，存储在fd 63-1中的电荷q1’作为对应于检测信号sig1的信号从fd 63-1读出。假设与电荷q1’对应的检测信号sig1的信号值为信号值i1。
[0094]
假设在a帧时段中，照射时间为tp，电荷q2在相位180的时刻存储在抽头51-2的fd 63-2中，在a帧时段中，与a帧时段内照射时间tp的累积时间相对应的电荷q2’存储在fd 63-2中。然后，在读出时段内，存储在fd 63-2中的电荷q2’作为对应于检测信号sig2的信号从fd 63-2读出。假设与电荷q2’对应的检测信号sig2的信号值为信号值i2。
[0095]
假设在b帧时段中，照射时间为tp，电荷q3在相位90的时刻存储在抽头51-1的fd 63-1中，在b帧时段中，与b帧时段内照射时间tp的累积时间相对应的电荷q3’存储在fd 63-1中。然后，在读出时段内，存储在fd 63-1中的电荷q3’作为对应于检测信号sig1的信号从fd 63-1读出。假设与电荷q3’对应的检测信号sig1的信号值为信号值i3。
[0096]
假设在b帧时段中，照射时间为tp，电荷q4在相位270的时刻存储在抽头51-2的fd 63-1中，在b帧时段中，与b帧时段内照射时间tp的累积时间相对应的电荷q4’存储在fd 63-2中。然后，在读出时段内，存储在fd 63-2中的电荷q4’作为对应于检测信号sig2的信号从fd 63-2读出。假设与电荷q4’相对应的检测信号sig2的信号值为信号值i4。
[0097]
根据信号值i1、信号值i2、信号值i3和信号值i4之间的分配比，能够检测与延迟时间td相对应的相移量θ。具体地，基于相移量θ确定延迟时间td，从而根据延迟时间td确定到目标物体的距离。
[0098]
相移量θ由等式(1)确定，到目标物体的距离d由等式(2)计算。在等式(2)中，c表示光速，tp表示脉冲宽度。
[0099]
[数学表达式1]
[0100][0101]
[数学表达式2]
[0102][0103]
以这种方式，能够计算出到预定目标物体的距离。这种测距方法能够在减少环境光影响的情况下测量距离。上面和下面的说明都是基于仅接收发射的脉冲光的反射光的假设。然而，除了发射的脉冲光之外，还同时接收各种类型的环境光。因此，存储在pd 61中的电荷来自发射的脉冲光和环境光。
[0104]
然而，环境光相对于脉冲周期可以认为是稳定的。在环境光是稳定光的情况下，环境光作为与信号值i1、信号值i2、信号值i3和信号值i4同等的偏移量叠加在发射的脉冲光上。因此，在等式(1)的计算中，抵消了来自环境光的分量(偏移分量)，从而对测距结果没有影响。
[0105]
这里，举例说明了基于2抽头-4相位方法的tof传感器的情况。然而，本实施例还能够应用于基于另一种方法的tof传感器。例如，如图6所示，本实施例还适用于基于4抽头-4
相位方法的tof传感器。
[0106]
与例如图5类似，图6是示出了测距方法的图，用于说明基于4抽头-4相位方法的测距方法。
[0107]
基于4抽头-4相位方法的tof传感器是包括分别与上述抽头51相对应的四个读出部的传感器。在图6所示的示例中，读出部对应于四个抽头，所述四个抽头包括由传输控制信号trt1控制的抽头(称为抽头trt1)、由传输控制信号trt2控制的抽头(称为抽头trt2)、由传输控制信号trt3控制的抽头(称为抽头trt3)和由传输控制信号trt4控制的抽头(称为抽头trt4)。
[0108]
在对应于距离图像生成单元的一个帧中，使用抽头trt1以与照射光的相位相同的相位(相位0)和使用抽头trt2以从照射光的相位偏移180
°
的相位(相位180)执行读出。
[0109]
另外，使用抽头trt3以从照射光的相位偏移90
°
的相位(相位90)和使用抽头trt4以从照射光的相位偏移270
°
的相位(相位270)执行读出。
[0110]
以这种方式，基于4抽头-4相位方法的tof传感器能够使用一个帧而不是诸如a帧和b帧等两个帧执行与2抽头-4相位方法的处理等效的处理。
[0111]
下述的本技术能够应用于基于2抽头-4相位方法的tof传感器和基于4抽头-4相位方法的tof传感器。在下面的说明中，将通过示例主要说明基于2抽头-4相位方法的tof传感器的应用，并且也将适当地说明基于4抽头-4相位方法的tof传感器的应用。
[0112]
《fd之间的电容差的产生》
[0113]
如上所述，在通过将由pd 61光电转换的信号电荷分配给fd 63-1和fd 63-2并确定分别从fd 63-1和fd 63-2读出的信号之间的信号量的差异来计算距离的情况下，可能需要准确地读出信号量。在fd 63-1和fd 63-2具有不同电容的情况下，从两个相应的fd 63读出的信号量可能不准确，从而可能导致计算的差值的准确度降低，因此导致计算距离的准确度降低。
[0114]
fd 63-1和fd 63-2之间的电容差的原因例如是由制造过程引起的变化。参考图7，将说明由制造过程引起的fd 63-1和fd 63-2之间的电容差的产生。
[0115]
如图7的a所示，考虑像素的制造，该像素包括布置在中央的pd 101、布置在pd 101上方的传输晶体管栅极(以下称为tg)102-1和布置在pd 101下方的tg 102-2。另外，考虑像素的制造，该像素包括布置在tg 102-1上方的fd 103-1和布置在tg 102-2下方的fd 103-2。
[0116]
如图7的b所示，在形成pd 101之后，在pd 101的上方和下方分别形成tg 102-1和tg 102-2。如图7的c所示，在图7的b所示的像素上形成掩模121。掩模121是其中fd 103区域被开口以形成fd 103区域的掩模。在所使用的掩模121中，pd 101的区域被掩盖，并且形成略大于要形成的fd 103区域的开口区域。
[0117]
在形成掩模121之后，例如，执行离子注入以将离子注入开口部分并形成fd 103。此时，即使在掩模121的开口位于tg 102上的情况下，也没有离子注入tg 102中，因此可以形成稍大的开口。
[0118]
如图7的b(上图)所示，在图7的c处以及并排的图7的d处，将掩模121无位移地放置在适当位置，并注入离子以形成fd 103-1和fd 103-2。将掩模121无位移地放置在适当位置意味着将掩模121放置在所形成的fd 103-1和fd 103-2具有相同面积的位置处。将该位置
62-2、fd 63-2、放大晶体管65-2和选择晶体管66-2相对于tg 62-1和tg 62-2之间的中心线(未示出)呈线对称关系布置。
[0133]
尽管在图8中未示出配线，但是fd 63-1和放大晶体管65-1连接在一起，并且来自fd 63-1的信号量被提供给放大晶体管65-1。另外，fd 63-2和放大晶体管65-2连接在一起，并且来自fd 63-2的信号量被提供给放大晶体管65-2。
[0134]
如上所述，线对称构造使得fd 63-1和放大晶体管65-1之间的配线长度能够与fd 63-2和放大晶体管65-2之间的配线长度基本相同。此外，对于其他配线，横向物体配线能够实现相同的长度。
[0135]
在图8所示的像素50a中，fd 63-1设置在tg 62-1和rst 64之间，fd 63-2设置在tg 62-2和rst 64之间。tg 62-1和rst 64之间的距离与tg 62-2和rst 64之间的距离相同。
[0136]
在fd 63-1的宽度与fd 63-2的宽度相同的情况下，fd 63-1的区域的尺寸(面积)与fd 63-2的区域的尺寸(面积)相同。在制造过程中通过掩模将fd 63-1的宽度和fd 63-2的宽度设置为相同，使得fd 63-1的区域在尺寸(面积)上与fd 63-2的区域相同。这将参考图9进行说明。
[0137]
图9中的a至e示出了图8所示的像素50a中包括的tg 62-1、tg 62-2和rst 64。在形成fd 63之前，以图9所示的位置关系形成tg 62-1、tg 62-2和rst 64。图9中的a示出了用于形成fd 63的掩模的开口131。
[0138]
如图9中的a所示，掩模是其中fd 63的区域被开口以形成fd 63的区域的掩模。掩模中的开口131-1和开口131-2分别是比fd 63-1和fd 63-2略大的区域。
[0139]
在形成具有开口131-1和开口131-2的掩模之后，例如，执行离子注入以将离子注入开口部分中，从而分别形成fd 63-1和fd 63-2。此时，即使在掩模的开口131位于tg 62或rst 64上的情况下，也没有离子注入tg 62或rst 64中，因此可以形成稍大的开口。
[0140]
假设图9中的a所示的状态是最佳状态。如图9中的a所示，假设最佳状态是其中开口131-1和tg 62-1之间的重叠部分位于tg 62-1的中心部分并且开口131-2和tg 62-2之间的重叠部分位于tg 62-2的中心部分的状态。
[0141]
当在图9中的a所示的状态下形成fd 63时，如图9中的c所示，fd 63-1是tg 62-1的上侧的中心部分并且形成在tg 62-1和rst 64之间。类似地，fd 63-2是tg 62-2的上侧的中心部分并且形成在tg 62-2和rst 64之间。此外，形成的fd 63-1和fd 63-2具有相同的尺寸。
[0142]
如图9中的a所示，假设开口131-1和开口131-2都具有宽度l1，并且假设图中的rst 64的下侧和图中的tg 62-1(tg 62-2)的上侧之间的距离为高度l2。在这种情况下，如图9的c所示，形成的fd 63-1的面积是(宽度l1
×
高度l2)，fd 63-2的面积是(宽度l1
×
高度l2)。因此，形成的fd 63-1和fd 63-2具有相同的尺寸。
[0143]
图9中的b示出了掩模向上移位。即使在掩模向上移位的情况下，tg 62和rst 64之间的位置关系也保持不变，且tg 62和rst 64之间的距离保持等于高度l2。此外，开口131的宽度为宽度l1。因此，如图9中的b所示，即使在掩模向上移位的情况下，如图9中的c所示，也形成了面积分别为(宽度l1
×
高度l2)的fd 63-1和fd 63-2。
[0144]
具体地，即使在掩模相对于最佳状态向上移位的情况下，所形成的fd 63-1和fd 63-2的面积尺寸也相同。即使在掩模向下移位的情况下，形成的fd 63-1和fd 63-2的面积
尺寸也相同。
[0145]
图9中的d示出了掩模向左移位。即使在掩模向左移位的情况下，tg 62和rst 64之间的位置关系也保持不变，且tg 62和rst 64之间的距离保持等于高度l2。此外，开口131的宽度为宽度l1。因此，如图9中的d所示，即使在掩模向左移位的情况下，如图9中的e所示，也形成了面积分别为(宽度l1
×
高度l2)的fd 63-1和fd 63-2。
[0146]
具体地，即使在掩模相对于最佳状态向左移位的情况下，所形成的fd 63-1和fd 63-2的面积尺寸也相同。即使在掩模向右移位的情况下，所形成的fd 63-1和fd 63-2的面积尺寸也相同。
[0147]
以这种方式，即使在掩模向上、向下、向左或向右移位的情况下，所形成的fd 63-1和fd 63-2的面积尺寸也是相同的。
[0148]
如参考图7所述，如果移位掩模导致形成的多个fd 63之间的面积差异，则在所得的结构中，fd 63的转换效率彼此不同。然而，如参考图9所述，即使在掩模移位的情况下，本技术也能防止形成的多个fd 63之间可能存在面积差异，从而能够防止可能形成其中fd 63的转换效率彼此不同的结构。
[0149]
如参考图8和图9所述，即使在制造过程中掩模从预定位置移位的情况下，也能防止形成的多个fd 63之间可能存在的面积差异。这种结构的一个条件是tg 62和rst 64彼此平行形成，其中tg 62和rst 64之间的距离(图9中表示为高度l2的距离)不变。
[0150]
换句话说，与tg 62不同的晶体管的栅极平行于tg 62形成，并且fd 63形成在tg 62和该栅极之间。因此，多个fd 63能够以形成的多个fd 63之间无面积差异的方式形成。
[0151]
此外，换句话说，当通过离子注入等形成fd 63时，在与tg 62平行的位置处形成无离子注入的区域，并且在tg 62和与tg 62配对的区域之间形成fd 63。因此，多个fd 63能够以形成的多个fd 63之间无面积差异的方式形成。
[0152]
图10是示出了图8所示的像素50a的另一构造示例的平面图。相比之下，图10所示的像素50a’与图8所示的像素50a的不同之处在于，像素50a的rst 64包括rst 64-1和rst 64-2，且像素50’的其他部分与像素50的相应部分相似。相似部分由相同的附图标记表示，并且省略这些部分的说明。
[0153]
图10所示的像素50a’包括与tg 62-1配对的rst 64-1和与tg 62-2配对的rst 64-2。换句话说，像素50a’包括单独的rst 64，该rst 64包括复位fd 63-1的rst 64-1和复位fd 63-2的rst 64-2。
[0154]
rst 64-1和rst 64-2可以通过配线连接在一起并用作一个rst 64。这种构造与图8所示的像素50a的构造相同。
[0155]
如图10所示的像素50a’那样，平行于tg 62安装的栅极能够针对多个fd 63中的每一个设置，或者如图8所示的像素50a那样，可以设置由多个fd 63共享的栅极。在针对多个fd 63中的每一个设置栅极的情况下，tg 62和栅极被设置成使得各tg 62和相应栅极之间的距离相同。
[0156]
《第二实施例》
[0157]
图11是示出了根据第二实施例的像素50b的构造的平面图。图11所示的像素50b包括虚拟栅极231。图11所示的像素50b在与图8所示的像素50a的rst 64所在的区域相对应的区域中设置有虚拟栅极231。
[0158]
如像素50b中那样，与tg 62配对的栅极可以不是复位晶体管的栅极，并且图11示出了与tg 62配对的栅极是虚拟栅极231。虚拟栅极231是没有分配任何功能的栅极，但是其被设置成用于防止在制造过程中由于掩模移位而导致的多个fd 63之间可能的面积差异。
[0159]
在像素50b中，在图中fd 63-1的左边设置有rst 232-1，在图中fd 63-2的右边设置有rst 232-2。能够适当地改变设置有rst 232的位置。
[0160]
虚拟栅极231可以包括多个虚拟栅极231，例如虚拟栅极231-1和虚拟栅极231-2，换句话说，如图12所示，可以设置与fd 63一样多的虚拟栅极231。
[0161]
图11和图12所示的像素b和像素b’还被构造成使得tg 62和虚拟栅极231彼此平行设置，且tg 62和虚拟栅极231之间的距离保持恒定。因此，分别设置在tg 62和虚拟栅极231之间的多个fd 63具有大小相同的面积。
[0162]
《第三实施例》
[0163]
图13是示出了根据第三实施例的像素50c的构造的平面图。图13所示的像素50c包括用于转换效率切换的晶体管。在图13中，用于转换效率切换的晶体管251的栅极表示为fdg 251。这里，参考图14所示的电路图来说明设置有用于转换效率切换的晶体管251的像素50c。
[0164]
图14示出了包括用于转换效率切换的晶体管251的一般像素50c的电路构造(与像素50c中的其中一个fd 63相关的电路构造)，以说明设置有用于转换效率切换的晶体管251的像素50c。
[0165]
图14所示的像素50c是包括pd 61、传输晶体管62、fd 63、复位晶体管64、放大晶体管65和选择晶体管66以及还包括用于转换效率切换的晶体管251和附加电容部252的像素。
[0166]
pd 61是光电转换元件。pd 61接收来自被摄体的光，通过进行光电转换产生与接收的光量相对应的电荷，并存储电荷。传输晶体管62设置在pd 61和fd 63之间，并且传输晶体管62根据施加到传输晶体管62的栅电极的驱动信号trg，将存储在pd 61中的电荷传输到fd 63。
[0167]
fd 63是将经由传输晶体管62从pd 61传输的电荷转换为电信号(例如，电压信号)然后输出电压信号的浮动扩散区域(fd)。fd 63连接到复位晶体管64，并经由放大晶体管65和选择晶体管66连接到垂直信号线47。
[0168]
此外，fd 63还经由用于转换效率切换的晶体管251连接到附加电容部252，附加电容部252是将电荷转换为电信号(例如，电压信号)的浮动扩散区域(fd)。注意，附加电容部252是浮动扩散区域(fd)，但是由于附加电容部252执行电容操作，因此使用电容器的电路符号来表示。
[0169]
用于转换效率切换的晶体管251根据驱动信号fdg导通和关断，以在其中fd 63和附加电容部252电连接在一起的连接状态与其中fd 63和附加电容部252断开电连接的连接状态之间切换。具体地，驱动信号fdg被提供给用于转换效率切换的晶体管251中包括的栅电极，并且通过接通驱动信号fdg，增加了用于转换效率切换的晶体管251正下方的电位，从而将fd 63和附加电容部252电连接在一起。
[0170]
相比之下，通过断开驱动信号fdg，降低了用于转换效率切换的晶体管251正下方的电位，从而使fd 63和附加电容部252彼此断开电连接。因此，通过接通和断开驱动信号fdg，能够将电容添加到fd 63中并改变像素的灵敏度。具体地，假设δq表示存储的电荷的
变化量，δv表示相应的电压变化，c表示电容值，则关系δv＝δq/c成立。
[0171]
现在，假设fd 63的电容值为cfd，附加电容部252的电容值为cfd2。然后，在接通驱动信号fdg的情况下，读出信号电平的像素区域的电容值c为cfd cfd2。反之，通过断开驱动信号fdg来将电容值c改变为cfd，使得电压的灵敏度(电压变化量：fd转换效率)增加至电荷的变化量。
[0172]
以这种方式，在像素50c中，通过接通和断开驱动信号fdg，来适当地改变像素的灵敏度。例如，通过接通驱动信号fdg，将附加电容部252电连接到fd 63，从而将从pd 61传输到fd 63的电荷的一部分不仅存储在fd 63中，而且还存储在附加电容部252中。
[0173]
复位晶体管64是将从fd 63到附加电容部252的各区域适当地初始化(复位)的元件，并且复位晶体管64包括连接到具有电源电压vdd的电源的漏极和连接到fd 63的源极。驱动信号rst作为复位信号被施加到复位晶体管64的栅电极。另外，将驱动信号rst设置为激活状态，使得复位晶体管64进入电连接状态，以将fd 63等的电位复位到电源电压vdd的电平。换句话说，fd 63等被初始化。
[0174]
放大晶体管65包括连接到fd 63的栅电极和连接到具有电源电压vdd的电源的漏极，并且放大晶体管65用作源极跟随器电路的输入部，该源极跟随器电路读出通过在pd 61中进行光电转换获得的电荷。具体地，放大晶体管65包括经由选择晶体管66连接到垂直信号线47的源极，从而与连接到垂直信号线47的一端的恒流源一起形成源极跟随器电路。
[0175]
选择晶体管66连接在放大晶体管65的源极和垂直信号线47之间，并且驱动信号sel作为选择信号被提供给选择晶体管66的栅电极。通过将驱动信号sel设置为激活状态，使选择晶体管66进入电连接状态，进而使设置有选择晶体管66的像素进入选择状态。在进入选择状态的像素中，从放大晶体管65输出的信号经由垂直信号线47被读出到列处理部23。
[0176]
说明返回到参考图13所示的像素50c的说明。图13所示的像素50c包括用于转换效率切换的晶体管251的栅极(以下称为fdg 251)，并且还包括附加电容部252(以下称为fdex 252)。
[0177]
图13所示的像素50c包括由tg 62-1和tg 62-2共享的一个fdg 251。然而，与图15所示的像素50c’类似，像素50c可以包括与tg 62-1配对的fdg 251-1和与tg 62-2配对的fdg 251-2。
[0178]
以下说明参考图15所示的像素50c’。在该图中，fd 63-1设置在tg 62-1和fdg 251-1之间，并且在fdg 251-1的上方设置有连接到fd 63-1的fdex 252-1。类似地，在图该中，fd 63-2设置在tg 62-2和fdg 251-2之间，并且在fdg 251-2的上方设置有连接到fd 63-2的fdex 252-2。
[0179]
图13和图15所示的像素c和像素c’还被构造成使得tg 62和fdg 251彼此平行，且tg 62和fdg 251之间的距离保持恒定。因此，分别设置在tg 62和fdg 251之间的多个fd 63具有大小相同的面积。
[0180]
此外，像素50c’连接到fd 63，并且设置有用作浮动扩散区域的一部分的fdex 252。设有与fd 63一样多的fdex 252。多个fdex 252之间的面积差异导致了fd 63之间的电容差。因此，多个fdex 252可以优选具有相同的面积，并且像素50c(像素50c’)具有这样的构造。
[0181]
在图15所示的像素50c’中，在像素50c’的下侧设置有rst 64-1和rst 64-2。另一方面，在像素50c’的上侧设置有fdex 252-1和fdex 252-2。多个像素50c’二维地布置在像素阵列部41中(图2)。图16示出了沿上下方向排列的三个像素。图16示出了沿上下方向排列的像素50c
’‑
1、像素50c
’‑
2和像素50c
’‑
3(的一部分)。
[0182]
像素50c
’‑
1的rst 64-1-1设置在与像素50c
’‑
2的fdex 252-1-2相邻的位置处。此外，像素50c
’‑
1的rst 64-1-1和像素50c
’‑
2的fdex 252-1-2彼此平行设置(rst 64-1-1和fdex 252-1-2之间的距离是恒定的)。具体地，fdex 252-1-2位于像素50c
’‑
1的rst 64-1-1和像素50c
’‑
2的fdg 251-1-2的两个栅极之间。
[0183]
类似地，像素50c
’‑
1的rst 64-2-1设置在与像素50c
’‑
2的fdex 252-2-2相邻的位置处。此外，像素50c
’‑
1的rst 64-2-1和像素50c
’‑
2的fdg 251-2-2彼此平行设置(rst 64-2-1和fdg 251-2-2之间的距离是恒定的)。具体地，fdex 252-2-2位于像素50c
’‑
1的rst 64-2-1和像素50c
’‑
2的fdg 251-2-2的两个栅极之间。
[0184]
因此，fdex 252-1-2和fdex 252-2-2具有相等的高度和相等的宽度，并且具有相同的面积。换句话说，在这种情况下，设置在像素50c
’‑
2中的fdex 252-1-2和fdex 252-2-2的尺寸相同。
[0185]
类似地，像素50c
’‑
3的fdex 252-1-3位于像素50c
’‑
2的rst 64-1-2和像素50c
’‑
3的fdg 251-1-3之间。像素50c
’‑
3的fdex 252-2-3位于像素50c
’‑
2的rst 64-2-2和像素50c
’‑
3的fdg 251-2-3之间。因此，设置在像素50c
’‑
3中的fdex 252-1-3和fdex 252-2-3的尺寸相同。
[0186]
以这种方式，设置在相邻像素中的栅极和设置在本栅极中的栅极彼此平行设置，且fdex 252设置在栅极之间。然后，与fd 63类似，能够设置无面积差异的fdex 252。
[0187]
《第四实施例》
[0188]
图17是示出了根据第四实施例的像素50d的构造的平面图。图17所示的像素50d具有通过修改根据图10所示的第一实施例的像素50a得到的构造。
[0189]
图10所示的像素50a’表示这样的示例：其中，在横向方向上布置包括tg 62-1、fd 63-1和rst 64-1的抽头以及包括tg 62-2、fd 63-2和rst 64-2的抽头，换句话说，抽头布置在pd 61的一侧。如图17所示，可以在垂直方向上布置包括tg 62-1、fd 63-1和rst 64-1的抽头以及包括tg 62-2、fd 63-2和rst 64-2的抽头，换句话说，抽头可以布置在pd 61的两侧。
[0190]
图17所示的像素50d包括设置在图中pd 61的上侧的tg 62-1、fd 63-1和rst 64-1以及设置在图中pd 61的下侧的tg 62-2、fd 63-2和rst 64-2。
[0191]
同样在图17所示的像素50d中，即使在制造过程中掩模在上下方向或横向方向上移位的情况下，fd 63-1和fd 63-2也能够在无任何面积差异的情况下形成。
[0192]
注意，在参考图17所述的示例中，tg 62和rst 64与设置在tg 62和rst 64之间的fd 63配对，但这种构造也可以与根据第二实施例的像素50b组合，以包括设置在像素中的虚拟栅极231而不是rst 64。可替代地，该构造可以与根据第三实施例的像素50c组合，以包括设置在像素中的fdg 251而不是rst 64。
[0193]
《配线》
[0194]
在根据第一实施例的像素50a、根据第二实施例的像素50b和根据第三实施例的像
61的右侧设置有包括在一个抽头中的tg 62-2、fd 63-2和rst 64-2。
[0209]
此外，pd 61的下侧设置有包括在一个抽头中的tg 62-3、fd 63-3和rst 64-3。此外，pd 61的左侧设置有包括在一个抽头中的tg 62-4、fd 63-4和rst 64-4。
[0210]
fd 63-1至63-4分别设置在tg 62和rst 64之间的位置，tg 62和rst 64分别设置在与fd平行的位置处。因此，如第一至第四实施例的情况那样，根据第五实施例的fd 63-1至63-4也具有相同的面积。
[0211]
注意，在参考图20和图21所述的示例中，举例来说，rst 64与tg 62配对，且fd 63设置在rst 64和tg 62之间，但该构造可以与根据第二实施例的像素50b组合，以包括设置在像素中的虚拟栅极231而不是rst 64。此外，该构造也可以与根据第三实施例的像素50c组合，以包括设置在像素中的fdg 251而不是rst 64。
[0212]
《第六实施例》
[0213]
在第一至第五实施例中，举例来说，tg 62和与tg 62不同的栅极彼此平行，且fd 63形成在tg 62和栅极之间。代替与tg 62配对的另一栅极，能够使用元件隔离部。
[0214]
图22是示出了根据第六实施例的像素50f的构造示例的平面图。图23是示出了图22所示的像素50f的截面构造的截面图，该截面图是沿平面图中的线段a-a’截取的。
[0215]
在像素50f的空间上设置有元件隔离部301。元件隔离部301包括sio2等氧化膜构成的绝缘体。
[0216]
如图23所示，pd 61设置在由si基板制成的p阱302中。更具体地，pd 61包括n型杂质层(电荷存储层)和另外设置在n型杂质层上方的p型杂质层303，包括耗尽防止层(钉扎层)，并具有高浓度。
[0217]
在图中p型杂质层303的左侧设置有fd 63-1，在pd 61中产生的电荷存储在该fd 63-1中。在图23中，传输栅极(tg)62-1在图中横向方向上横跨p型杂质层303和fd 63-1布置。当可控地接通tg 62-1时，tg 62-1经由p型杂质层303将存储在pd 61中的电荷传输到包含高浓度n型杂质层的fd 63-1。
[0218]
另一方面，在图中p阱302的左侧部分和右侧部分上设置有元件隔离部301(有时也称为sti(shallow trench isolation：浅沟槽隔离)等)。元件隔离部301是通过形成浅沟槽并用由sio2等氧化膜制成的绝缘体回填该沟槽而形成的。也能够使用具有与晶体管的源极和漏极的导电类型相反的导电类型的扩散层来构造元件隔离部301。例如，在使用n型扩散层构造传输晶体管62的源极和漏极的情况下，能够使用p型扩散层来构造元件隔离部301。
[0219]
如图24所示，可以使用垂直晶体管形成tg 62-1。在图24所示的tg 62-1中形成有垂直晶体管沟槽，并且在该垂直晶体管沟槽处形成有传输栅极以从pd 61读出电荷。由此构造为垂直晶体管的tg 62-1使得即使从pd 61的深处部分也能够有效地读出电荷。
[0220]
注意，图23和图24所示的截面构造也适用于根据上述第一至第五实施例的像素。此外，垂直晶体管也能够用作tg 62(传输晶体管62)以外的晶体管。
[0221]
在图22至图24所示的像素50f的构造中，fd 63-1设置在tg 62-1和元件隔离部301之间，fd 63-2设置在tg 62-2和元件隔离部301之间。元件隔离部301例如替换根据第一实施例的像素50a中的rst 64。具体地，元件隔离部301被设置成使得tg 62-1和元件隔离部301之间的距离与tg 62-2和元件隔离部301之间的距离相同，因此tg 62-1和tg 62-2具有大小相同的面积。
[0222]
因此，在像素50f中，能够形成无面积差异的多个fd 63。
[0223]
注意，图25所示的像素50f’可以包含多个fd 63之间的面积差异。图25所示的像素50f’示出了tg 62-1和fd 63-1设置在图中pd 61的上侧并且tg 62-2和fd 63-2设置在图中pd 61的下侧的情况。
[0224]
如图25中的a所示，在用于形成元件隔离部301的掩模和用于形成栅极的掩模之间没有发生位移的情况下，所形成的fd 63-1和fd 63-2能够具有相同的面积。然而，如图25中的b所示，在用于形成元件隔离部301的掩模和用于形成栅极的掩模之间发生位移的情况下，具体地，在掩模沿不同方向移位的情况下，所形成的fd 63-1’和fd 63-2’可能具有不同的面积。
[0225]
图25中的b所示的状态表示，例如，用于形成元件隔离部301的掩模在图中向上移位，从而导致所形成的fd 63-1’大于所形成的fd 63-2’。在元件隔离部301和tg 62彼此平行地形成的情况下，其中fd 63形成在元件隔离部301和tg 62之间，如图25所示，在其中tg 62和fd 63形成在pd 61的两个不同侧面上的构造中形成的多个fd 63之间可能出现面积差异。因此，如图22所示，tg 62和fd 63形成在pd 61的相同侧面上的构造是更优选的。
[0226]
注意，如图25所示构造的像素50g易受如上所述的上下方向上的掩模位移的影响，但不易受横向上的掩模位移的影响。具体地，如像素50g的情况那样，当沿pd 61的上下方向形成多个fd 63时，即使在制造过程中掩模沿横向方向(其与上下方向不同)移位，也能够形成无面积差异的多个fd 63。
[0227]
因此，在例如制造过程能够将可能的位移限制在横向方向的情况下，也能够形成其中多个fd 63之间无面积差异的图25所示的像素50g，并且本技术能够应用于像素50g。
[0228]
虽然以2抽头的情况为例对第六实施例进行了说明，但第六实施例也适用于4抽头的情况。
[0229]
《第七实施例》
[0230]
图26是示出了根据第七实施例的像素50g的构造示例的平面图。图27是示出了图26所示的像素50g的截面构造的截面图，该截面图是沿平面图中的线段b-b’截取的。
[0231]
在像素50g中设置有像素分离部321。像素分离部321以包围一个像素50g的方式设置。像素分离部302由沟槽形成，该沟槽例如由形成在该沟槽内壁上并由sio2制成的侧壁膜形成，所述沟槽被由多晶硅制成的填料填充。
[0232]
沟槽可以被设置为贯穿像素50g或延伸穿过像素50g的一半。图27所示的像素50g表示贯穿像素50g的情况。
[0233]
注意，sio2或sin能够用作像素分离部302的侧壁膜。此外，能够使用多晶硅或掺杂多晶硅作为填料。另外，像素分离部302中的沟槽内部可以用具有遮光性的材料(例如，诸如钨或铜等金属)填充。
[0234]
以这种方式，在设置有像素分离部321的情况下，fd 63-1设置在tg 62-1和像素分离部321之间，fd 63-2设置在tg 62-2和像素分离部321之间。
[0235]
像素分离部321替换例如根据第六实施例的像素50f中的元件隔离部301。具体地，像素分离部321被设置成使得tg 62-1和像素分离部321之间的距离与tg 62-2和像素分离部321之间的距离相同，因此能够形成面积相同的tg 62-1和tg 62-2。
[0236]
元件隔离部301和像素分离部321的相似之处在于，形成了沟槽并且用预定的材料
填充沟槽。通过形成沟槽，使得该部分能够分开。如果在与tg 62配对的位置处设置这样的分离部，则能够如上所述使多个fd 63的尺寸彼此相等。
[0237]
因此，在像素50g中，能够形成无面积差异的多个fd 63。
[0238]
注意，在像素50g中，在tg 62和fd 63形成在pd 61的两个不同侧面上的情况下，如像素50f’中那样(图25)，所设置的多个fd 63之间可能出现面积差异，因此，如图26所示，tg 62和fd 63形成在pd 61的相同侧的构造是更优选的。
[0239]
虽然以2抽头的情况为例对第七实施例进行了说明，但第七实施例也适用于4抽头的情况。
[0240]
以这种方式，根据本技术，在具有多个fd的像素中，能够使多个fd的面积相同，从而具有相同的转换效率。
[0241]
根据第一至第七实施例的像素50能够用作设置于像素阵列部41(图2)中的像素。此外，作为测距装置10(图1)进行测距的装置能够使用像素阵列部41。
[0242]
《内窥镜手术系统的应用》
[0243]
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
[0244]
图28是示出可以应用根据本公开实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
[0245]
在图28中，示出了其中手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、如气腹管11111和能量装置11112等其他手术工具11110、支撑其上的内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装了用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
[0246]
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从其远端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头连接到透镜镜筒11101近端。在所示出的示例中，示出了配置为具有硬性透镜镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，也可以将内窥镜11100配置为具有柔性透镜镜筒11101的柔性内窥镜。
[0247]
透镜镜筒11101在其远端具有物镜装配在其中的开口。光源装置11203与内窥镜11100连接以便将由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜镜筒11101内部的光导引入透镜镜筒11101的远端，并通过物镜将其照射到患者11132体腔内的观察对象上。需要指出的是，内窥镜11100可以是前视内窥镜或可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
[0248]
光学系统和成像元件设置在摄像机头11102的内部以便通过光学系统将来自观察对象的反射光(观察光)聚集在成像元件上。通过成像元件将观察光光电转换以生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。将图像信号作为原始(raw)数据传输到ccu 11201。
[0249]
ccu 11201包括中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)等，并集中控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。进一步地，例如，ccu 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并对图像信号执行如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理以显示基于图像信号的图像。
[0250]
显示装置11202在ccu 11201的控制下在其上显示基于已经由ccu 11201进行过图像处理的图像信号的图像。
[0251]
例如，光源装置11203包括如发光二极管(led)等光源并将对手术区域成像时的照射光提供给内窥镜11100。
[0252]
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，使用者会输入改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
[0253]
治疗工具控制装置11205控制能量装置11112的驱动以烧灼或切开组织、封闭血管等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使体腔膨胀以便确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够以如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种信息的装置。
[0254]
需要指出的是，将当对手术区域进行成像时的照射光提供到内窥镜11100的光源装置11203可以由白光光源构成，例如，白光光源由led、激光光源或它们的组合构成。在白光光源由红色、绿色和蓝色(rgb)激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203调整所拍摄的图像的白平衡。进一步地，在这种情况下，如果来自各个rgb激光光源的激光束以时分的方式照射在观察对象上，那么与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动。然后也可以以时分的方式拍摄分别与r、g和b颜色相对应的图像。根据这种方法，即使没有为成像元件配置滤色器，也可以获得彩色图像。
[0255]
进一步地，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步控制摄像机头11102的成像元件的驱动来以时分的方式获取图像并合成图像，可以创建高动态范围的图像，而该图像不会存在曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光。
[0256]
进一步地，光源装置11203可以配置成提供对应于特殊光观察的预定波长带的光。例如，在特殊光观察中，通过利用身体组织的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(即，白色光)相比窄带的光，以高对比度对如黏膜表层部分的血管等预定组织执行窄带观察(窄带成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以执行用于从通过照射激发光生成的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行身体组织的荧光观察(自发荧光观察)，或可以通过将如吲哚菁绿(indocyanine green:icg)等试剂局部注射到身体组织内并将与试剂的荧光波长相对应的激发光照射在身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以配置成提供这种适用于如上所述的特殊光观察的窄带光和/或激发光。
[0257]
图29是示出图28中所示出的摄像机头11102和ccu 11201的功能构造的示例的框图。
[0258]
摄像机头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。ccu 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和ccu 11201通过传输电缆11400连接以便相互通信。
[0259]
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接位置的光学系统。从透镜镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像机头11102并引入透镜单元11401中。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
[0260]
摄像单元11402所包含的成像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。例如，在摄像单元11402配置为多板型的情况下，通过成像元件生成与各个r、g和b相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402也可以配置成具有用于获取与三维(3d)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号的一对成像元件。如果执行3d显示，然后手术者11131可以更精确地掌握手术区域活体组织的深度。需要指出的是，在摄像单元11402配置为立体式的情况下，对应于各个成像元件设置多个透镜单元11401系统。
[0261]
进一步地，摄像单元11402可能不一定设置在摄像机头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。
[0262]
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定的距离。因此，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
[0263]
通信单元11404由用于向ccu 11201发送和从ccu 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为raw数据传输到ccu 11201。
[0264]
另外，通信单元11404从ccu 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将控制信号提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，如指定拍摄的图像的帧速率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或指定拍摄的图像的放大率和焦点的信息。
[0265]
需要指出的是，如帧速率、曝光值、放大率或焦点等摄像条件可以由使用者指定或可以由ccu 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中设置自动曝光(ae)功能、自动聚焦(af)功能和自动白平衡(awb)功能。
[0266]
摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404从ccu 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
[0267]
通信单元11411由用于向摄像机头11102发送和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411接收通过传输电缆11400从摄像机头11102传输到其上的图像信号。
[0268]
进一步地，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号传输到摄像机头11102。可以通过电通信、光学通信等传输图像信号和控制信号。
[0269]
图像处理单元11412对从摄像机头11102传输到其上的raw数据形式的图像信号执行各种图像处理。
[0270]
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行图像拍摄和通过对手术区域等进行图像拍摄获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
[0271]
进一步地，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行过图像处理的图像信号控制显示装置11202显示其中对手术区域等进行了成像的拍摄的图像。此时，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别例如手术钳等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量装置11112时的雾等。控制单元11413当控制显示装置11202显示拍摄的图像时，可以使用识别的结果使各种手术支持信息与手术区域的图像
以重叠方式显示。在手术支持信息以重叠方式显示并呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担并且手术者11131可以可靠地进行手术。
[0272]
将摄像机头11102和ccu 11201相互连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光学通信的光纤或用于电通信和光学通信的复合电缆。
[0273]
这里，虽然在所示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线通信进行通信，但是摄像机头11102和ccu 11201之间的通信可以通过无线通信进行。
[0274]
《移动体的应用》
[0275]
根据本公开的技术(本技术)能够适用于各种产品。例如，根据本技术的技术可以实现为安装在如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船、机器人等任何类型的移动体上的装置。
[0276]
图30是示出了作为可以应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
[0277]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图30所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。
[0278]
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
[0279]
车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
[0280]
车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。
[0281]
成像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。成像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。
[0282]
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员
是否正在打瞌睡。
[0283]
微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(adas：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
[0284]
此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
[0285]
此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
[0286]
声音图像输出部12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图30的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
[0287]
图31是示出成像部12031的安装位置的示例的图。
[0288]
在图31中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
[0289]
成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的成像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。
[0290]
顺便提及，图31示出了成像部12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻上的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
[0291]
成像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一者可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
[0292]
例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本
相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
[0293]
例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。
[0294]
成像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的成像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定成像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
[0295]
在说明书中，系统表示包括多个装置的整个装置。
[0296]
注意，说明书中描述的效果是说明性的，而不是限制性的，并且可以产生其他效果。
[0297]
注意，本技术的实施例不限于上述实施例，并且能够在不脱离本技术的主旨的情况下对实施例进行各种改变。
[0298]
注意，本技术还能够具有以下构造。
[0299]
(1)一种成像元件，其包括：
[0300]
光电转换部，其被构造成进行光电转换；
[0301]
多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和
[0302]
多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个，其中，
[0303]
每个所述电荷存储部设置在相应的一个所述传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
[0304]
(2)根据上述(1)所述的成像元件，其中，
[0305]
所述第二栅极包括复位晶体管的栅极，所述复位晶体管被构造成复位所述电荷存储部。
[0306]
(3)根据上述(1)所述的成像元件，其中，
[0307]
所述第二栅极包括虚拟栅极。
[0308]
(4)根据上述(1)所述的成像元件，还包括：
[0309]
附加电容部，其被构造成将电容添加到所述电荷存储部；和
[0310]
附加晶体管，其被构造成将所述附加电容部添加到所述电荷存储部，其中，
[0311]
所述电荷存储部设置在所述第一栅极和所述附加晶体管中包括的所述第二栅极之间。
[0312]
(5)根据上述(4)所述的成像元件，其中，
[0313]
所述附加电容部设置在所述第二栅极和设置在相邻像素中的第三栅极之间。
[0314]
(6)一种成像元件，其包括：
[0315]
光电转换部，其被构造成进行光电转换；
[0316]
多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；
[0317]
多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个；和
[0318]
沟槽，其被设置成与相应的一个所述传输部中包括的晶体管的栅极平行，其中，
[0319]
每个所述电荷存储部设置在所述栅极和所述沟槽之间。
[0320]
(7)根据上述(6)所述的成像元件，其中，
[0321]
所述沟槽以包围像素的方式设置。
[0322]
(8)根据上述(1)至(7)中任一项所述的成像元件，其中，
[0323]
在像素中设置有两个或四个所述电荷存储部。
[0324]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的成像元件，其中，
[0325]
所述多个电荷存储部与所述多个传输部呈线对称关系或点对称关系布置。
[0326]
(10)一种测距装置，其包括：
[0327]
发光部，其被构造成发射照射光；
[0328]
光接收部，其被构造成接收由于所述照射光在目标物体上的反射而产生的反射光；和
[0329]
计算部，其被构造成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收的时间段来计算到所述目标物体的距离，其中，
[0330]
布置在所述光接收部中的成像元件包括：
[0331]
光电转换部，其被构造成进行光电转换；
[0332]
多个电荷存储部，其被构造成存储由所述光电转换部获得的电荷；和
[0333]
多个传输部，其被构造成将所述电荷从所述光电转换部传输到所述多个电荷存储部中的每一个，并且，
[0334]
每个所述电荷存储部设置在相应的一个所述传输部中包括的晶体管的第一栅极和设置在与所述第一栅极平行的位置处的第二栅极之间。
[0335]
[附图标记列表]
[0336]
10 测距装置
[0337]
11 透镜
[0338]
12 光接收部
[0339]
13 信号处理部
[0340]
14 发光部
[0341]
15 发光控制部
[0342]
21 图案切换部
[0343]
22 距离图像生成部
[0344]
23 列处理部
[0345]
31 光电二极管
[0346]
41 像素阵列部
[0347]
42 垂直驱动部
[0348]
43 列处理部
[0349]
44 水平驱动部
[0350]
45 系统控制部
[0351]
46 像素驱动线
[0352]
47 垂直信号线
[0353]
48 信号处理部
[0354]
50 像素
[0355]
51 抽头
[0356]
61 光电二极管
[0357]
62 传输晶体管
[0358]
63fd,64复位晶体管
[0359]
65 放大晶体管
[0360]
66 选择晶体管
[0361]
71 放电晶体管
[0362]
72 阱触点,121掩模
[0363]
131 开口,231虚拟栅极
[0364]
251 用于转换效率切换的晶体管
[0365]
252 附加电容
[0366]
301 元件隔离部
[0367]
302 像素分离部
[0368]
303 p型杂质层
[0369]
321 像素分离部