摄像设备和电子装置的制作方法

摄像设备和电子装置
1.本技术是申请日为2016年5月26日、发明名称为“摄像元件、驱动方法和电子设备”的申请号为201680031983.2的专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及摄像元件、驱动方法和电子设备，且特别地，涉及能够以较低噪声摄取更清晰图像的摄像元件、驱动方法和电子设备。


背景技术：

3.常规地，在诸如数码照相机或数码摄像机等包括摄像功能的电子设备，例如，使用诸如电子耦合器件(ccd：charge coupled device)和互补金属氧化物半导体(cmos：complementary metal oxide semiconductor)图像传感器等固体摄像元件。固体摄像元件具有这样的像素：在该像素中，组合有用于执行光电转换的光电二极管(pd：photodiode)和多个晶体管，并且图像是基于从布置在图像表面上的多个像素输出的像素信号而被构建的，所述图像表面上形成有被摄体的图像。
4.例如，在专利文献1公开的摄像元件中，能够通过在硅化物形成过程中形成连接浮动扩散部和放大晶体管的栅极电极的配线而在窄区域中执行配线布置，以便扩大pd的数值孔径。
5.此外，专利文献2公开的摄像元件能够通过在光电二极管上设置用于将电容添加至电荷电压转换部的电荷累积部以便与光电二极管中的来自被摄体的光不能进入的区域重叠来提高图像的图像质量。
6.引用文献列表
7.专利文献
8.专利文献1：jp 2006-186187a
9.专利文献2：jp 2014-112580a


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题
11.顺便提及地，近年来，需要进一步增强摄像元件的功能，且例如，需要即使在低照度环境中(例如，在黑暗中)也能以较低噪声获得更清晰图像。
12.本发明是鉴于上述情况而被做出的，且本发明能够以较低噪声摄取更清晰图像。
13.技术问题的解决方案
14.根据本发明的第一方面的摄像元件包括像素，所述像素包括：光电转换部，其被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；以及连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元。
所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
15.根据本发明的第一方面的驱动方法是摄像元件驱动方法，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：光电转换部，其被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元；以及切换单元，其被配置成切换用于累积被所述转换单元转换为所述像素信号的所述电荷的存储电容，所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板，所述驱动方法包括：通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至大电容而将所述转换单元的转换效率设定为低转换率且执行所述像素信号的读出；和通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至小电容而将所述转换单元的所述转换效率设定为高转换率且执行所述像素信号的读出。
16.根据本发明的第一方面的电子设备包括摄像元件，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：光电转换部，其被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；以及连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元。所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
17.根据本发明的第一方面，包括像素，所述像素包括：光电转换部，其被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；以及连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元。所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
18.根据本发明的第二方面的摄像元件包括像素，所述像素包括：多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元；以及像素内电容，其
被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷。
19.根据本发明的第二方面的驱动方法是摄像元件驱动方法，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元；以及像素内电容，其被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷，所述驱动方法包括：将与在所述多个光电转换部的各者中产生的电荷对应的像素信号顺序地传输至所述扩散层，且执行所述像素信号的读出。
20.根据本发明的第二方面的电子设备包括摄像元件，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元；以及像素内电容，其被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷。
21.根据本发明的第二方面，包括像素，所述像素包括：多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度；电荷传输单元，其被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷；扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容；转换单元，其被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号；连接配线，其被配置成连接所述扩散层和所述转换单元；以及像素内电容，其被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷。所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
22.本发明的有益效果
23.根据本发明的第一和第二方面，即使在低照度环境中，也能够摄取良好的图像。
附图说明
24.图1是图示了应用本技术的摄像元件的实施例的构造示例的框图。
25.图2是图示了像素的第一构造示例的电路图和平面图。
26.图3是像素的截面图。
27.图4是用于说明像素的驱动方法的时序图。
28.图5是图示了像素的第二构造示例的电路图和平面图。
29.图6是图示了像素的第三构造示例的平面图。
30.图7是图示了像素的第四构造示例的平面图。
31.图8是图示了像素的第五构造示例的电路图和平面图。
32.图9是用于说明像素的驱动方法的时序图。
33.图10是图示了应用本技术的电子设备的实施例的框图。
34.图11图示了图像传感器的使用示例。
具体实施方式
35.下面将通过参照附图来详细地说明应用本技术的具体实施例。
36.《摄像元件的构造示例》
37.图1是图示了应用本技术的摄像元件的实施例的构造示例的框图。
38.如图1所示，摄像元件11包括像素区域12、垂直驱动电路13、列信号处理电路14、水平驱动电路15、输出电路16和控制电路17。
39.像素区域12是用于接收由未示出的光学系统收集的光的光接收表面。在像素区域12中，多个像素21以矩阵状态布置着，且各像素21以行为单位通过水平信号线22而被连接至垂直驱动电路13且以列为单位通过垂直信号线23而被连接至列信号处理电路14。多个像素21分别输出处于与所接收的光的光量对应的电平的像素信号，且形成在像素区域12上的被摄体图像是由这些像素信号构建的。
40.垂直驱动电路13针对布置在像素区域12上的多个像素21的各行通过水平信号线22顺序地将用于驱动(传输、选择和复位等)各个像素21的驱动信号供给至像素21。列信号处理电路14通过经由垂直信号线23对从多个像素21输出的像素信号应用相关双采样(cds：correlated double sampling)处理来执行像素信号的ad转换且去除复位噪声。
41.水平驱动电路15针对布置在像素区域12上的多个像素21的各列顺序地把用于使列信号处理电路14将像素信号输出至数据输出信号线24的驱动信号供给至列信号处理电路14。输出电路16以根据水平驱动电路15的驱动信号的时序放大从列信号处理电路14通过数据输出信号线24供给过来的像素信号，且输出电路16将放大后的像素信号输出至后续阶段的信号处理电路。控制电路17通过例如根据摄像元件11的各模块的驱动周期而产生和供给时钟信号来控制这些模块中的各模块的驱动。
42.在如上配置的摄像元件11中，各像素21布置有例如根据所谓的拜耳(bayer)阵列的使红色光、绿色光和蓝色光透过的彩色滤光片，且各像素21输出与各颜色的光的光量对应的像素信号。此外，摄像元件11能够使用背面型结构，在该结构中，通过制做半导体基板的薄膜且通过将配线层层叠在该半导体基板的表面上，光从半导体基板的背面侧入射，且半导体基板上形成有构成像素21的光电二极管。
43.《像素的第一构造示例》
44.参照图2，将说明像素21的第一构造示例。
45.在图2的a中，图示了像素21的电路图，而在图2的b中，图示了像素21的平面构造。
46.如图2的a所示，像素21包括pd 31、传输晶体管32、浮动扩散(fd：floating diffusion)部33、放大晶体管34、选择晶体管35、连接晶体管36和复位晶体管37。
47.pd 31是用于通过光电转换而将入射光转换为电荷且用于累积电荷的光电转换部。pd 31的正极端子接地，而pd 31的负极端子被连接至传输晶体管32。
48.根据从垂直驱动电路13供给过来的传输信号trg来驱动传输晶体管32，且当传输
晶体管32导通时，累积在pd 31中的电荷将被传输至fd部33。
49.fd部33是与放大晶体管34的栅极电极连接的具有预定存储电容的浮动扩散区，且fd部33累积从pd 31传输过来的电荷。这里，如图2的b所示，fd部33具有这样的构造：在该构造中，形成在半导体基板上的扩散层39通过fd连接配线38而被连接至放大晶体管34的栅极电极。
50.放大晶体管34通过选择晶体管35将处于与累积在fd部33中的电荷对应的电平(即，fd部33的电位)的像素信号输出至垂直信号线23。即，借助于fd部33被连接至放大晶体管34的栅极电极的构造，fd部33和放大晶体管34用作用于将pd 31中所产生的电荷转换为处于与该电荷对应的电平的像素信号的转换部。
51.根据从垂直驱动电路13供给过来的选择信号sel来驱动选择晶体管35，且当选择晶体管35导通时，从放大晶体管34输出的像素信号能够被输出至垂直信号线23。
52.连接晶体管36被形成为连接fd部33和复位晶体管37，且连接晶体管36能够将待被放大晶体管34转换的电荷的存储电容切换为像素信号。即，根据从垂直驱动电路13供给过来的连接信号fdg来驱动连接晶体管36，且通过将连接晶体管36切换至导通/截止来改变fd部33的存储电容。结果，放大晶体管34的转换效率被切换。即，当连接晶体管36截止时，fd部33的存储电容变小，且放大晶体管34的转换效率被设定为高转换率。另一方面，当连接晶体管36导通时，fd部33的存储电容变大，且放大晶体管34的转换效率被设定为低转换率。
53.根据从垂直驱动电路13供给过来的复位信号rst来驱动复位晶体管37。当复位晶体管37导通时，累积在fd部33中的电荷通过复位晶体管37和连接晶体管36而被排放至漏极电源vdd，且fd部33被复位。
54.如上配置的像素21能够通过使连接晶体管36导通/截止来切换放大晶体管34的转换效率。结果，在摄像元件11中，通过例如根据被摄体的曝光状态来切换转换效率，能够摄取具有适当亮度的图像。
55.随后，图3图示了像素21的截面构造的一部分。
56.如图3所示，摄像元件11具有通过绝缘层42而层叠在半导体基板41上的配线层43，在半导体基板41上，形成有pd 31和fd部33的扩散层39等。
57.在半导体基板41上，扩散层39例如是通过将p型杂质离子注入到n型硅基板而被形成的。此外，在半导体基板41上，层叠有构成传输晶体管32的栅极电极51和构成放大晶体管34的栅极电极52。需要注意的是，尽管未示出，但是类似于扩散层39，变为构成放大晶体管34和选择晶体管35的漏极和源极的扩散层被形成在半导体基板41上。
58.绝缘层42例如是通过沉积二氧化硅(sio2：silicon dioxide)的薄膜而被形成的，且绝缘层42使半导体基板41的表面绝缘。此外，尽管未示出，但是半导体基板41与栅极电极51以及栅极电极52之间也形成有绝缘层。
59.配线层43是通过层间绝缘膜将金属配线53的多个层进行层叠而被构成的，且图3图示了金属配线53-1至金属配线53-3这三个层层叠的构造示例。金属配线53-1至金属配线53-3用于像素21与外部之间的信号的输入/输出。例如，驱动信号通过金属配线53-1至金属配线53-3而被输入到像素21中，且在像素21中获得的像素信号通过金属配线53-1至金属配线53-3而被输出。
60.此外，层叠的金属配线53-1至金属配线53-3通过接触配线54来连接，接触配线54
被形成得穿透层间绝缘膜。在图3的构造示例中，金属配线53-1通过接触配线54-1而被连接至栅极电极51，金属配线53-2通过接触配线54-2而被连接至金属配线53-1，且金属配线53-3通过接触配线54-3而被连接至金属配线53-2。
61.然后，在配线层43中，fd部33中的扩散层39通过接触配线55而被连接至fd连接配线38，且构成放大晶体管34的栅极电极52通过接触配线56而被连接至fd连接配线38。接触配线55和接触配线56被形成得相对于半导体基板41在垂直方向上延伸，且接触配线55和接触配线56被形成为具有与连接至金属配线53-1的接触配线54-1不同的高度。
62.这里，与形成在配线层43中的金属配线53-1至金属配线53-3相比，fd连接配线38被形成得更靠近半导体基板41，即，fd连接配线38被形成为比作为第一层的金属配线53-1更低的层。即，连接扩散层39和栅极电极52的fd连接配线38是通过以下步骤而被形成的：形成较薄的层间绝缘膜且相对于该层间绝缘膜形成金属膜，且在形成用于其他位置的连接的金属配线53之前进行溅射。其后，将层间绝缘膜形成为预定厚度以便形成作为第一层的金属配线53-1，且类似地形成金属配线53-2和金属配线53-3。
63.此外，fd连接配线38被形成为例如具有50nm或更小厚度的薄膜。此外，fd连接配线38能够包括钛(ti)、氮化钛(tin)、钨(w)、铝(al)或铜(cu)。此外，fd连接配线38可以包括钛和氮化钛的层叠结构(ti/tin/ti)。
64.在如上配置的像素21中，通过将fd连接配线38形成为低于金属配线53-1的层，能够减小fd部33的存储电容，且能够使放大晶体管34的转换效率变高。此外，在像素21中，通过将fd连接配线38形成为薄膜，还能够使放大晶体管34的转换率变高。
65.此外，在像素21中，如图2的b所示，通过对fd连接配线38进行布置以便避免与传输晶体管32或连接晶体管36等的栅极电极平面重叠，能够防止在fd连接配线38与所述栅极电极之间产生电容。使用该布置，还能够减小fd部33的存储电容。
66.特别地，像素21被配置成能够通过连接晶体管36切换放大晶体管34的转换效率，且摄像元件11能够有效地利用通过fd部33的存储电容的减小而获得的效果。即，当放大晶体管34的转换效率高时，产生这样的担忧：如果在明亮的状况下摄取图像，则像素信号会饱和。另一方面，在摄像元件11的情况下，如果在明亮的状况下摄取图像，则因为能够通过使连接晶体管36导通而将放大晶体管34的转换效率设定为低，所以能够避免图像信号的饱和。
67.因此，通过将放大晶体管34的转换效率设定为高，摄像元件11能够在低照度环境中(例如，在黑暗中)以较低噪声摄取清晰图像。此外，通过在高照度环境中(例如，在白天)将放大晶体管34的转换效率切换为低，摄像元件11能够在不会出现像素信号饱和的情况下摄取具有适当曝光的图像。如上所述，摄像元件11能够在任何照度环境中摄取良好的图像，且适用于例如监视或车载应用。
68.此外，前述专利文献1中的摄像元件具有这样的结构：在该结构中，通过使连接至fd部的配线接近基板，寄生电容变大，并且前述专利文献2中的摄像元件具有这样的结构：在该结构中，寄生电容在邻接的配线之间产生。因此，使用现有技术的摄像元件，难以实现与摄像元件11一样高的转换效率。
69.另一方面，在摄像元件11中，fd连接配线38通过利用接触配线55和接触配线56提供适当的间隔来达到半导体基板41与fd连接配线38之间产生小的寄生电容的程度而被形
成。此外，因为fd连接配线38和金属配线53分别被形成在不同的层中，所以摄像元件11能够避免在这些配线之间产生寄生电容。因此，在摄像元件11中，由于fd部33的存储电容相比以前能够减小更多，所以能够实现放大晶体管34的高转换效率。
70.此外，因为形成有阻挡金属而使得不能形成肖特基接合，所以fd连接配线38能够通过进行欧姆接合而减小在fd连接配线38与半导体基板41之间产生的电容。
71.参照图4，将说明像素21的驱动方法。
72.图4图示了用于驱动像素21的选择信号sel、复位信号rst、连接信号fdg和传输信号trg的时序图。
73.首先，将说明在图4的上侧图示的在设定为高转换率(高增益)的情况下的驱动。
74.例如，在布置有像素21的行未被选择为用于执行快门操作和读出操作的行的状态下(以下，称为非选择)，将选择信号sel、复位信号rst、连接信号fdg和传输信号trg全部设定为l(低)电平。
75.然后，当布置有预定像素21的行变为快门行时，在该行被驱动的1水平周期内，首先，复位信号rst仅在预定周期内转变为h(高)电平，且连接信号fdg仅在比所述预定周期短的周期内转变为h电平。结果，fd部33通过连接晶体管36和复位晶体管37而被连接至漏极电源vdd，且累积在fd部33中的电荷被排放至漏极电源vdd。然后，在连接信号fdg位于h电平的周期内，当传输信号trg以脉冲的状态转变为h电平时，累积在pd 31中的电荷被排放，然后pd 31开始累积电荷。
76.与针对其他行执行如上所述的快门操作并行地，非选择行中的像素21进入在pd 31中累积所产生的电荷的状态。需要注意的是，在图4中，将用于顺序地被执行的多个行的1水平周期表达为一个水平周期。
77.其后，当布置有预定像素21的行变为读出行时，首先，选择信号sel在1水平周期内转变为h电平，且放大晶体管34通过选择晶体管35而被连接至垂直信号线23。然后，复位信号rst转变为h电平，连接信号fdg以脉冲的状态转变为h电平，且fd部33被复位，然后，读出处于复位电平的像素信号(p相)。随后，传输信号trg以脉冲的状态转变为h电平，且累积在pd 31中的电荷被传输至fd部33，且读出处于数据电平的像素信号(d相)。
78.此外，在设定为图4的下侧所示的低转换率(低增益)的情况下，在非选择行和快门行中执行与设定为高转换率(高增益)的情况类似的驱动。
79.然后，在设定为低转换率(低增益)的情况下，当布置有预定像素21的行变为读出行时，首先，选择信号sel在1水平周期内转变为h电平，且放大晶体管34通过选择晶体管35而被连接至垂直信号线23。其后，复位信号rst转变为h电平，然后，连接信号fdg转变为h电平，且在连接晶体管36保持导通的同时，读出处于复位电平的像素信号(p相)。此外，在连接信号fdg保持在h电平的同时，传输信号trg以脉冲的状态转变为h电平，累积在pd 31中的电荷被传输至fd部33，读出处于数据电平的像素信号(d相)，其后，连接信号fdg转变为l电平。
80.如上所述，当将像素21设定为高转换率时，在连接信号fdg以脉冲的状态转变为h电平且fd部33被复位之后，连接晶体管36截止，且在fd部33的存储电容小的状态下，读出p相和d相。另一方面，当将像素21设定为低转换率时，连接晶体管36保持导通，且在fd部33的存储电容大的状态下，读出p相和d相。
81.通过如上的驱动方法，像素21能够在高转换率与低转换率之间切换，且能够根据
曝光状态以适当的转换效率读出像素信号。即，通过利用连接晶体管36切换fd部33的存储电容而使连接晶体管36导通，将放大晶体管34的转换效率设定为低转换率，且能够读出像素信号；且通过使连接晶体管36截止，将放大晶体管34的转换效率设定为高转换率，且能够读出像素信号。
82.需要注意的是，如图3所示的采用fd连接配线38的像素21不限于能够通过使用连接晶体管36而改变放大晶体管34的放大率的构造，而是可以是不包括连接晶体管36的构造。
83.《像素的第二构造示例》
84.随后，参照图5，将说明像素21的第二构造示例。
85.在图5的a中，图示了像素21a的电路图，而在图5的b中，图示了像素21a的平面构造。在图5所示的像素21a中，用相同的附图标记指定与图2中的像素21相同的构造，且将省略详细说明。
86.如图5的a所示，像素21a包括pd 31、传输晶体管32、fd部33、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管37。即，像素21a具有图2中的像素21的排除了连接晶体管36的构造。
87.此外，如图5的b所示，fd部33中的扩散层39通过fd连接配线38而被连接至放大晶体管34的栅极电极，且fd连接配线38被布置成不与传输晶体管32或复位晶体管37的栅极电极重叠。
88.如上所述，像素21a具有包括四个晶体管(即，传输晶体管32、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管37)的结构(4tr结构)。然后，像素21a被形成得使连接fd部33中的扩散层39和放大晶体管34的栅极电极的fd连接配线38变为比参照图3所述的金属配线53-1低的层。结果，在像素21a中，类似于图2中的像素21，能够使放大晶体管34的转换效率变高。
89.需要注意的是，像素21可以采用包括三个晶体管(即，例如不包括选择晶体管35在内的传输晶体管32、放大晶体管34和选择晶体管35)的结构(3tr结构)。
90.此外，像素21可以采用稍后将说明的如图6和图7所示的像素共用结构，在该像素共用结构中，多个pd 31共用fd部33、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管37。
91.《像素的第三构造示例》
92.随后，参照图6，将说明像素21的第三构造示例。
93.图6图示了像素21b的平面构造。在图6所示的像素21b中，用相同的附图标记指定与图2中的像素21相同的构造，且将省略详细说明。
94.如图6所示，像素21b包括两个pd 31-1和31-2、两个传输晶体管32-1和32-2、fd部33、放大晶体管34、选择晶体管35以及复位晶体管37。即，像素21b采用由两个pd 31-1和31-2共用放大晶体管34的2像素共用结构。
95.此外，如图6所示，fd连接配线38b被形成得连接fd部33中的扩散层39和放大晶体管34的栅极电极且连接fd部33中的扩散层39和复位晶体管37中的源极区域。此时，类似于图2中的fd连接配线38，fd连接配线38b被布置成不与传输晶体管32-1和32-2或者复位晶体管37等的栅极电极重叠。
96.而且，在如上配置的像素21b中，fd连接配线38b被形成为比如参照图3所述的金属配线53-1低的层。结果，在像素21b中，类似于图2中的像素21，能够使放大晶体管34的转换效率变高。
97.《像素的第四构造示例》
98.随后，参照图7，将说明像素21的第四构造示例。
99.图7图示了像素21c的平面构造。在图7所示的像素21c中，用相同的附图标记指定与图2中的像素21相同的构造，且将省略详细说明。
100.如图7所示，像素21c包括四个pd 31-1至31-4、四个传输晶体管32-1至32-4、fd部33、放大晶体管34、选择晶体管35以及复位晶体管37。即，像素21c采用由四个pd 31-1至31-4共用放大晶体管34的4像素共用结构。
101.此外，如图7所示，fd连接配线38c被形成得连接fd部33中的扩散层39和放大晶体管34的栅极电极且连接fd部33中的扩散层39和复位晶体管37中的源极区域。此时，类似于图2中的fd连接配线38，fd连接配线38c被布置成不与传输晶体管32-1至32-4或复位晶体管37等的栅极电极重叠。
102.而且，在如上配置的像素21c中，fd连接配线38c被形成为比如参照图3所述的金属配线53-1低的层。结果，在像素21c中，类似于图2中的像素21，能够使放大晶体管34的转换效率变高。
103.《像素的第五构造示例》
104.随后，参照图8，将说明像素21的第五构造示例。
105.在图8的a中，图示了像素21d的电路图，而在图8的b中，图示了像素21d的平面构造。在图8所示的像素21d中，用相同的附图标记指定与图2中的像素21相同的构造，且将省略详细说明。
106.如图8的a所示，像素21d包括pd 31l和pd 31s、两个传输晶体管32-1和32-2、fd部33、放大晶体管34、选择晶体管35、两个连接晶体管36-1和36-2、复位晶体管37以及像素内电容61。
107.pd 31l和pd 31s是具有彼此不同的灵敏度的光电转换部，且分别通过光电转换将入射光转换为电荷并累积电荷。如图8的b所示，例如，pd 31l被形成得具有大面积，以便具有高灵敏度，而pd 31s被形成得具有小面积，以便具有低灵敏度。
108.传输晶体管32-1根据从垂直驱动电路13供给过来的传输信号tgl而被驱动，且当传输晶体管32-1导通时，累积在pd 31l中的电荷被传输至fd部33。
109.传输晶体管32-2根据从垂直驱动电路13供给过来的传输信号tgs而被驱动，且当传输晶体管32-2导通时，累积在pd 31s中的电荷被传输至像素内电容61。
110.连接晶体管36-1被形成得连接fd部33和复位晶体管37，连接晶体管36-1根据从垂直驱动电路13供给过来的连接信号fdg而被驱动，且连接晶体管36-1能够切换fd部33的存储电容。
111.连接晶体管36-2被形成得使像素内电容61和在连接晶体管36-1与复位晶体管37之间的连接部彼此连接。连接晶体管36-2根据从垂直驱动电路13供给过来的连接信号fcg而被驱动，且当连接晶体管36-2导通时，累积在像素内电容61中的电荷通过连接晶体管36-1而被传输至fd部33。
112.像素内电容61是由例如形成在配线层43(参见图3)中的两层金属层构成的电容器，且像素内电容61累积从pd 31s传输过来的电荷。
113.需要注意的是，例如，连接至像素内电容61的配线62或连接连接晶体管36-2和在
连接晶体管36-1与复位晶体管37之间的扩散层的配线63是由图3中的金属配线53-1至金属配线53-3构成的。然后，类似于fd连接配线38d，配线62和配线63也被布置成在平面图上不与其他晶体管的栅极电极重叠。
114.然后，如图8的b所示，类似于图3中的fd连接配线38，fd连接配线38d使fd部33中的扩散层39和放大晶体管34的栅极电极彼此连接，且fd连接配线38d被形成为比金属配线53-1低的层。结果，在像素21d中，类似于图2中的像素21，能够使放大晶体管34的转换效率变高。
115.特别地，通过将连接至fd部33的fd连接配线38d形成得变为低层，即使在较低照度环境中，像素21d也能够抑制像素信号中所产生的噪声，电荷从具有高灵敏度且被形成为具有大面积的pd 31l通过传输晶体管32-1而被传输至fd部33。即，通过将pd 31l的较高灵敏度和fd连接配线38d的较高灵敏度的特性进行组合，包括有像素21d的摄像元件11能够以较高灵敏度摄取图像。此外，在包括有像素21d的摄像元件11中，从pd 31s获得的像素信号用于构建在高照度环境中的图像，且能够在避免像素信号饱和的同时进行摄像。
116.如上所述，通过设置具有不同灵敏度的pd 31l和pd 31s，包括有像素21d的摄像元件11能够在低照度环境和高照度环境中的任一环境中摄取良好的图像。
117.随后，参照图9，将说明像素21d的驱动方法。
118.图9图示了快门行、读出行和非选择行中的选择信号sel、连接信号fdg、复位信号rst、传输信号tgs、连接信号fcg和传输信号tgl的时序图。
119.水平同步信号xhs是用于使布置有像素21d的行中的操作在1水平周期内同步的信号。
120.当布置有预定像素21d的行变为快门行时，首先，连接信号fdg和复位信号rst在该行被驱动的1水平周期内转变为h电平。结果，fd部33通过连接晶体管36-1和复位晶体管37而被连接至漏极电源vdd，且累积在fd部33中的电荷被排放至漏极电源vdd。
121.随后，连接信号fcg转变为h电平，且由于像素内电容61通过连接晶体管36-2和复位晶体管37而被连接至漏极电源vdd，所以累积在像素内电容61中的电荷被排放至漏极电源vdd。此时，传输信号tgs和传输信号tgl以脉冲的状态转变为h电平，且因此，累积在pd 31l和pd 31s中的电荷也被排放，然后pd 31l和pd 31s开始累积电荷。
122.其后，复位信号rst转变为l电平，连接信号fcg转变为l电平，且连接信号fdg转变为l电平。需要注意的是，在快门行中，选择信号sel始终处于l电平。
123.然后，当布置有预定像素21d的行变为读出行时，首先，选择信号sel转变为h电平，且放大晶体管34通过选择晶体管35而被连接至垂直信号线23。此时，连接信号fdg也转变为h电平，且fd部33进入连接至复位晶体管37的状态。然后，复位信号rst以脉冲的状态转变为h电平，且fd部33被复位。然后，在与连接信号fcg转变为h电平相同的时刻，传输信号tgs以脉冲的状态导通，且累积在pd 31s中的电荷被传输至像素内电容61。
124.结果，处于与pd 31s中所产生的电荷对应的数据电平的像素信号被读出(小pd的d相)，然后，复位信号rst以脉冲的状态转变为h电平，且处于复位电平的像素信号被读出(小pd的p相)。
125.其后，连接信号fcg转变为l电平，像素内电容61与fd部33断开连接，复位信号rst以脉冲的状态转变为h电平，fd部33被复位，且处于复位电平的像素信号被读出(大pd的p
相)。然后，传输信号tgl以脉冲的状态转变为h电平，且累积在pd 31l中的电荷通过传输晶体管32-1而被传输至fd部33。结果，处于与pd 31l中所产生的电荷对应的数据电平的像素信号被读出(大pd的d相)。
126.此外，在非选择行中，水平同步信号xhs、选择信号sel、连接信号fdg、复位信号rst、传输信号tgs、连接信号fcg和传输信号tgl始终都被设定为l电平。
127.通过如上的驱动方法，像素21d能够执行来自具有低灵敏度的pd31s的像素信号的读出和来自具有高灵敏度的pd 31l的像素信号的读出。因此，通过在pd 31l的像素信号不饱和的曝光环境中使用pd 31l的像素信号且通过在pd 31l的像素信号饱和的曝光环境中使用pd 31s的像素信号，包括有像素21d的摄像元件11能够构建具有宽动态范围的图像。
128.《电子设备的构造示例》
129.需要注意的是，如上所述的各实施例中的具有像素21的摄像元件11能够被应用于各种电子设备，例如包括诸如数码照相机和数码摄像机等摄像系统、具有摄像功能的移动电话或具有摄像功能的其他设备。
130.图10是图示了安装在电子设备上的摄像装置的构造示例的框图。
131.如图10所示，摄像装置101包括光学系统102、摄像元件103、信号处理电路104、监视器105和存储器106，且摄像装置101能够摄取静止图像和运动图像。
132.光学系统102包括一个或多个透镜，光学系统102将来自被摄体的图像光(入射光)引导至摄像元件103，且光学系统102在摄像元件103的光接收表面(传感器部)上形成图像。
133.作为摄像元件103，应用前述的各实施例中的具有像素21的摄像元件11。在摄像元件103中，根据通过光学系统102而形成在光接收表面上的图像来累积电子一定的时间段。然后，与累积在摄像元件103中的电子对应的信号被供给至信号处理电路104。
134.信号处理电路104对从摄像元件103输出的像素信号应用各种类型的信号处理。通过由信号处理电路104应用信号处理而获得的图像(图像数据)被供给至监视器105以用于显示或被供给至存储器106以用于存储(记录)。
135.在如上配置的摄像装置101中，通过应用前述的各实施例中的具有像素21的摄像元件11，能够以较低噪声摄取更清晰图像。
136.《图像传感器的使用示例》
137.图11图示了上述图像传感器的使用示例。
138.例如，上述的图像传感器能够用于如下的对诸如可见光、红外线、紫外线或x射线等光进行检测的各种情况。
139.·
拍摄用于观看的图像的装置，诸如数码照相机和具有相机功能的便携式设备等。
140.·
用于交通的装置，诸如用于安全驾驶(例如，自动停止)和驾驶员的状况识别等的拍摄汽车的前后、周围和汽车内部等的图像的车载传感器、监视行驶车辆和道路的监视相机以及测量车辆之间的距离的距离传感器等。
141.·
用于诸如tv、冰箱和空调等家用电器的装置，以拍摄用户的姿态的图像且根据该姿态进行电器操作。
142.·
用于医疗和保健的装置，诸如内窥镜和通过接收红外线来进行血管造影的装置等。
143.·
用于安保的装置，诸如用于预防犯罪的监视相机和用于个人身份认证的相机等。
144.·
用于美容护理的装置，诸如拍摄皮肤的图像的皮肤测量仪和拍摄头皮的图像的显微镜等。
145.·
用于运动的装置，诸如运动相机和用于运动的可穿戴式相机等。
146.·
用于农业的装置，诸如用于监视田地和农作物的状况的相机等。
147.此外，本技术也可以如下地被配置。
148.(1)一种摄像元件，其包括：
149.像素，所述像素包括：
150.光电转换部，所述光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，
151.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
152.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
153.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，以及
154.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，
155.其中，所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
156.(2)根据(1)所述的摄像元件，其中，
157.所述像素还包括切换单元，所述切换单元被配置成切换用于累积被所述转换单元转换为所述像素信号的所述电荷的存储电容。
158.(3)根据(1)或(2)所述的摄像元件，其还包括：
159.驱动单元，所述驱动单元被配置成通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至大电容而将所述转换单元的转换效率设定为低转换率且执行所述像素信号的读出，且所述驱动单元被配置成通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至小电容而将所述转换单元的所述转换效率设定为高转换率且执行所述像素信号的读出。
160.(4)根据(1)至(3)中任一项所述的摄像元件，其中，
161.所述连接配线被形成为比设置在所述像素中的所述其他配线薄的膜。
162.(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，
163.所述连接配线被布置成在平面图中避免与设置在所述像素中的晶体管的栅极电极重叠。
164.(6)根据(1)至(5)中任一项所述的摄像元件，其中，
165.所述连接配线包括钛、氮化钛、钨、铝或铜，或包括钛和氮化钛的层叠结构。
166.(7)根据(1)所述的摄像元件，其中，
167.所述像素包括具有彼此不同的灵敏度的多个光电转换部。
168.(8)根据(7)所述的摄像元件，其还包括：
169.驱动单元，所述驱动单元被配置成将与在所述多个光电转换部的各者中产生的电荷对应的像素信号顺序地传输至所述扩散层且执行所述像素信号的读出。
170.(9)一种摄像元件驱动方法，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：
171.光电转换部，所述光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，
172.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
173.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
174.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，
175.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，以及
176.切换单元，所述切换单元被配置成切换用于累积被所述转换单元转换为所述像素信号的所述电荷的存储电容，
177.所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板，
178.所述驱动方法包括：
179.通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至大电容而将所述转换单元的转换效率设定为低转换率且执行所述像素信号的读出；和
180.通过使用所述切换单元将所述存储电容切换至小电容而将所述转换单元的所述转换效率设定为高转换率且执行所述像素信号的读出。
181.(10)一种电子设备，其包括：
182.摄像元件，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：
183.光电转换部，所述光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，
184.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
185.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
186.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，以及
187.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，
188.其中，所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
189.(11)一种摄像元件，其包括：
190.像素，所述像素包括：
191.多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电
荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度，
192.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
193.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
194.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，
195.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，以及
196.像素内电容，所述像素内电容被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷。
197.(12)根据(11)所述的摄像元件，其还包括：
198.驱动单元，所述驱动单元被配置成将与在所述多个光电转换部的各者中产生的电荷对应的像素信号顺序地传输至所述扩散层且执行所述像素信号的读出。
199.(13)根据(11)或(12)所述的摄像元件，其中，
200.所述连接配线通过接触配线而被连接至所述扩散层和所述转换单元，所述接触配线相对于半导体基板沿垂直方向延伸，所述扩散层被形成在所述半导体基板上，并且所述连接配线被形成得比设置在所述像素中的其他配线更接近所述半导体基板。
201.(14)根据(11)至(13)中任一项所述的摄像元件，其中，
202.所述连接配线被形成为比设置在所述像素中的其他配线薄的膜。
203.(15)根据(11)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中，
204.所述连接配线被布置成在平面图中避免与设置在所述像素中的晶体管的栅极电极重叠。
205.(16)根据(11)至(15)中任一项所述的摄像元件，其中，
206.所述连接配线包括钛、氮化钛、钨、铝或铜，或包括钛和氮化钛的层叠结构。
207.(17)一种摄像元件驱动方法，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：
208.多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度，
209.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
210.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
211.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，
212.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，以及
213.像素内电容，所述像素内电容被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷，
214.所述驱动方法包括：
215.将与在所述多个光电转换部的各者中产生的电荷对应的像素信号顺序地传输至所述扩散层，且执行所述像素信号的读出。
216.(18)一种电子设备，其包括：
217.摄像元件，所述摄像元件包括像素，所述像素包括：
218.多个光电转换部，所述多个光电转换部被配置成通过光电转换将入射光转换为电荷且累积所述电荷，并且所述多个光电转换部具有彼此不同的灵敏度，
219.电荷传输单元，所述电荷传输单元被配置成传输在所述光电转换部中产生的所述电荷，
220.扩散层，所述电荷通过所述电荷传输单元被传输至所述扩散层，且所述扩散层具有预定存储电容，
221.转换单元，所述转换单元被配置成将传输至所述扩散层的所述电荷转换为像素信号，
222.连接配线，所述连接配线被配置成连接所述扩散层和所述转换单元，以及
223.像素内电容，所述像素内电容被配置成累积从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部传输过来的电荷。
224.此外，本发明的实施例不限于上述的实施例，且只要在本发明的范围内，可以出现各种替代例。
225.附图标记列表
226.11 摄像元件
227.12 像素区域
228.13 垂直驱动电路
229.14 列信号处理电路
230.15 水平驱动电路
231.16 输出电路
232.17 控制电路
233.21 像素
234.22 水平信号线
235.23 垂直信号线
236.24 数据输出信号线
237.31 pd
238.32 传输晶体管
239.33 fd部
240.34 放大晶体管
241.35 选择晶体管
242.36 连接晶体管
243.37 复位晶体管
244.38 fd连接配线
245.39 扩散层
246.41 半导体基板
247.42 绝缘层
248.43 配线层
249.51和52 栅极电极
250.53 金属配线
251.54至56 接触配线
252.61 像素内电容
253.62和63 配线