固態(tài)攝像裝置及其驅(qū)動方法、以及電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體成像裝置及其驅(qū)動方法、以及電子設(shè)備。本發(fā)明具體地涉及一種固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動方法、以及一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備使得可在抑制具有全局快門功能和相位差自動對焦(auto focus ;AF)功能的固態(tài)成像裝置的分辨率降低的同時提高相位差檢測的精度。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置通過在成像像素中混合相位差檢測像素來實現(xiàn)自動對焦功能。這種固態(tài)成像裝置通過將一對相位差檢測像素相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換單元的不同半邊遮光，并利用這對相位差檢測像素的相應(yīng)輸出之間的差值實現(xiàn)相位差檢測方法的AF功能(以下稱為相位差A(yù)F功能)。
[0003]也有固態(tài)成像裝置是通過在每一像素中加入電荷保留單元來實現(xiàn)全局快門功能，所述電荷保留單元用于保留從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷。這種固態(tài)成像裝置實現(xiàn)全局快門功能的方法是在所有像素中同時進行電荷的轉(zhuǎn)移和保留，使得所有像素的曝光周期一致。
[0004]此外，近年來出現(xiàn)了同時具有全局快門功能和相位差A(yù)F功能的固態(tài)成像裝置(例如，參見專利文獻I和2)。
[0005]引用文獻列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP 2007-243744A
[0008]專利文獻2:JP 2Ol2-15I7MA

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]在專利文獻I的技術(shù)中，一個相位差檢測像素包括兩個由光電轉(zhuǎn)換單元和電荷保留單元組成的套組。因此，光電轉(zhuǎn)換單元的光接收區(qū)域減小，而且相位差檢測像素的靈敏度降低，從而導(dǎo)致相位差檢測的精度降低。
[0011]在專利文獻2的技術(shù)中，形成有成像像素和相位差檢測像素兩種像素組成的套組。因此，整個固態(tài)成像裝置的有效像素數(shù)目減半，而且輸出圖像的分辨率降低。
[0012]鑒于此種情況所提出的本發(fā)明使得可在抑制具有全局快門功能和相位差A(yù)F功能的固態(tài)成像裝置的分辨率降低的同時提高相位差檢測的精度。
[0013]問題的解決方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種固態(tài)成像裝置，包括:像素陣列單元，包括排列于其中的用于產(chǎn)生所捕獲圖像的成像像素以及用于執(zhí)行相位差檢測的相位差檢測像素，作為包括芯片上透鏡、光電轉(zhuǎn)換單元、以及電荷積聚單元的像素；以及驅(qū)動控制單元，被構(gòu)造成用于控制所述像素的驅(qū)動。所述成像像素形成有被遮光的所述電荷積聚單元。所述相位差檢測像素以所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0015]所述驅(qū)動控制單元在執(zhí)行所述相位差檢測期間讀取所述相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分中所積聚的電荷，并且在產(chǎn)生所述所捕獲圖像期間，同時在至少所述成像像素中進行電荷的積聚。
[0016]所述相位差檢測像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分中設(shè)置有開口。在一對所述相位差檢測像素中，所述開口可被設(shè)置于相對于所述芯片上透鏡的光軸在所述一對相位差檢測像素排列于其中的第一方向上互相對稱的位置處。
[0017]所述電荷積聚單元可被形成為電荷保留單元，所述電荷保留單元被構(gòu)造成用于保留來自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電荷。
[0018]所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元可在所述第一方向上并排形成。所述光電轉(zhuǎn)換單元可在所述一對相位差檢測像素的一個中設(shè)置有所述開口，并且所述電荷保留單元可在所述一對相位差檢測像素的另一個中設(shè)置有所述開口。
[0019]在執(zhí)行所述相位差檢測期間，所述驅(qū)動控制單元可讀取所述一個相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元中所積聚的電荷，并且讀取所述另一個相位差檢測像素中的所述電荷保留單元中所積聚的電荷。
[0020]所述驅(qū)動控制單元可以以下方式控制所述一個相位差檢測像素與所述另一個相位差檢測像素的驅(qū)動:所述光電轉(zhuǎn)換單元的靈敏度與所述一個相位差檢測像素中的積聚時間的乘積變得等于所述電荷保留單元的靈敏度與所述另一個相位差檢測像素中的積聚時間的乘積。
[0021]所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元可在所述第一方向上并排形成。在所述第一方向上所述光電轉(zhuǎn)換單元的大約一半可在所述一對相位差檢測像素的一個中設(shè)置有所述開口，并且在所述第一方向上所述光電轉(zhuǎn)換單元的大約另一半可在所述一對相位差檢測像素的另一個中設(shè)置有所述開口。
[0022]在所述一對相位差檢測像素中，所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元可被形成于相對于所述一對相位差檢測像素之間的邊界成鏡像對稱的位置處。在所述一對相位差檢測像素的每一個中，所述光電轉(zhuǎn)換單元均可設(shè)置有開口。
[0023]所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元可在垂直于所述第一方向的第二方向上并排形成。在所述第一方向上的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元的大約一半可在所述一對相位差檢測像素的一個中設(shè)置有所述開口，并且在所述第一方向上的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元的大約另一半可在所述一對相位差檢測像素的另一個中設(shè)置有所述開口。
[0024]在執(zhí)行所述相位差檢測期間，所述驅(qū)動控制單元可同時讀取所述一個相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元中所積聚的電荷，并且同時讀取所述另一個相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷保留單元中所積聚的電荷。
[0025]在所述相位差檢測像素中，所述電荷積聚單元可被形成為在所述第一方向上與所述光電轉(zhuǎn)換單元并排的另一光電轉(zhuǎn)換單元。所述光電轉(zhuǎn)換單元可在所述一對相位差檢測像素的一個中設(shè)置有所述開口，并且所述另一光電轉(zhuǎn)換單元可在所述一對相位差檢測像素的另一個中設(shè)置有所述開口。
[0026]在所述相位差檢測像素中，所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元可被形成于相對于所述芯片上透鏡的光軸在預(yù)定方向上互相對稱的位置處。在執(zhí)行所述相位差檢測期間，所述驅(qū)動控制單元可分別讀取所述相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元中所積聚的電荷以及所述相位差檢測像素中的所述電荷保留單元中所積聚的電荷。
[0027]所述電荷積聚單元可被形成為電荷保留單元，所述電荷保留單元被構(gòu)造成用于保留來自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電荷。
[0028]所述相位差檢測像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元的一部分中設(shè)置有開口。所述開口可被設(shè)置于相對于所述芯片上透鏡的光軸在所述預(yù)定方向上互相對稱的位置處。
[0029]所述電荷積聚單元可被形成為電荷保留單元，所述電荷保留單元被構(gòu)造成用于保留來自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電荷。所述相位差檢測像素可包括轉(zhuǎn)移電極，所述轉(zhuǎn)移電極被構(gòu)造成用于在所述電荷保留單元上方將電荷從所述光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移至所述電荷保留單元。所述轉(zhuǎn)移電極可使用透明導(dǎo)電膜形成。
[0030]所述成像像素與所述相位差檢測像素至少其中之一可在多個像素之間共用構(gòu)成元件。
[0031]所述多個像素共用的所述構(gòu)成元件可包括浮動擴散區(qū)域、復(fù)位晶體管、放大晶體管、以及選擇晶體管中的至少一種。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法，所述固態(tài)成像裝置包括:像素陣列單元，包括排列于其中的用于產(chǎn)生所捕獲圖像的成像像素以及用于執(zhí)行相位差檢測的相位差檢測像素，作為包括芯片上透鏡、光電轉(zhuǎn)換單元、以及電荷積聚單元的像素；以及驅(qū)動控制單元，被構(gòu)造成用于控制所述像素的驅(qū)動。所述成像像素形成有被遮光的所述電荷積聚單元。所述相位差檢測像素以所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。所述驅(qū)動方法包括以下步驟:在由所述固態(tài)成像裝置執(zhí)行所述相位差檢測期間，讀取所述相位差檢測像素中的所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分中所積聚的電荷；以及在由所述固態(tài)成像裝置產(chǎn)生所述所捕獲圖像期間，同時在至少所述成像像素中進行電荷的積聚。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種電子裝置，包括固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置包括:像素陣列單元，包括排列于其中的用于產(chǎn)生所捕獲圖像的成像像素以及用于執(zhí)行相位差檢測的相位差檢測像素，作為包括芯片上透鏡、光電轉(zhuǎn)換單元、以及電荷積聚單元的像素；以及驅(qū)動控制單元，被構(gòu)造成用于控制所述像素的驅(qū)動。所述成像像素形成有被遮光的所述電荷積聚單元。所述相位差檢測像素以所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0034]在本發(fā)明的一個方面，排列有用于產(chǎn)生所捕獲圖像的成像像素以及用于執(zhí)行相位差檢測的相位差檢測像素，作為包括芯片上透鏡、光電轉(zhuǎn)換單元、以及電荷積聚單元的像素。所述成像像素形成有被遮光的所述電荷積聚單元。所述相位差檢測像素以所述光電轉(zhuǎn)換單元與所述電荷積聚單元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0035]本發(fā)明的有益效果如下:
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可在抑制具有全局快門功能和相位差A(yù)F功能的固態(tài)成像裝置分辨率降低的同時提高相位差檢測的精度。
【附圖說明】
[0037]圖1是示出電子設(shè)備實施例的方框圖，所述電子設(shè)備包括應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的圖像傳感器。
[0038]圖2是示出圖像傳感器的實例構(gòu)型的方框圖。
[0039]圖3示出圖像傳感器的像素排列的實例。
[0040]圖4是示出由電子裝置執(zhí)行的成像處理的流程圖。
[0041]圖5是成像像素的實例構(gòu)型的頂視圖。
[0042]圖6是圖5所示成像像素的剖視圖。
[0043]圖7是相位差檢測像素的實例構(gòu)型的頂視圖。
[0044]圖8是圖7所示相位差檢測像素的剖視圖。
[0045]圖9示出成像像素的操作。
[0046]圖10示出相位差檢測像素的操作。
[0047]圖11示出相位差檢測像素的操作。
[0048]圖12是相位差檢測像素的另一實例構(gòu)型(修改實例I)的頂視圖。
[0049]圖13是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例2)的頂視圖。
[0050]圖14是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例3)的頂視圖。
[0051]圖15示出相位差檢測像素的操作。
[0052]圖16是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例4)的頂視圖。
[0053]圖17是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例5)的頂視圖。
[0054]圖18是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例5)的頂視圖。
[0055]圖19示出圖像傳感器的像素排列的另一實例(修改實例6)。
[0056]圖20是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例6)的頂視圖。
[0057]圖21是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例6的修改型式)的頂視圖。
[0058]圖22是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例7)的剖視圖。
[0059]圖23是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例8)的頂視圖。
[0060]圖24是圖23所示相位差檢測像素的剖視圖。
[0061]圖25是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例9)的頂視圖。
[0062]圖26是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例10)的頂視圖。
[0063]圖27是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例11)的頂視圖。
[0064]圖28是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例12)的頂視圖。
[0065]圖29是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例13)的頂視圖。
[0066]圖30是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例14)的頂視圖。
[0067]圖31是相位差檢測像素的又一實例構(gòu)型(修改實例15)的頂視圖。
【具體實施方式】
[0068]下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0069][電子設(shè)備的功能與構(gòu)型的實例]
[0070]圖1是示出電子設(shè)備實施例的方框圖，所述電子設(shè)備包括應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的圖像傳感器。
[0071]圖1所示的電子設(shè)備I被構(gòu)造成數(shù)字照相機，一種具有成像功能等的便攜式終端，捕獲物體的圖像以通過自動對焦(AF)功能產(chǎn)生所捕獲的圖像，并將所捕獲的圖像記錄為靜態(tài)圖像或動態(tài)圖像。以下描述假定主要記錄靜態(tài)圖像。
[0072]電子設(shè)備I包括透鏡單元11、操作單元12、控制單元13、圖像傳感器14、信號處理單元15、存儲單元16、顯示單元17、相位差檢測單元18、以及驅(qū)動單元19。
[0073]透鏡單元11收集來自物體的光(物體光)。透鏡單元11所收集的物體光進入圖像傳感器14。
[0074]透鏡單元11包括變焦透鏡21、光圈22、以及聚焦透鏡23。
[0075]變焦透鏡21通過驅(qū)動單元19的驅(qū)動沿光軸方向移動而改變焦距，進而調(diào)整所捕獲圖像中所包含的物體的放大率。光圈22通過驅(qū)動單元19的驅(qū)動而改變光圈的度數(shù)，進而調(diào)整進入圖像傳感器14的物體光的量。聚焦透鏡23被驅(qū)動單元19驅(qū)動沿光軸方向移動，進而調(diào)整焦點。
[0076]操作單元12接收來自用戶的操作。例如，當(dāng)快門按鈕(圖未示出)被推動時，操作單元12會將指示該推動的操作信號提供至控制單元13。
[0077]控制單元13控制電子設(shè)備I的每一組件的操作。
[0078]例如，當(dāng)接收到指示快門按鈕推動的操作信號時，控制單元13將記錄靜態(tài)圖像的指令提供至信號處理單元15。在顯示實時取景圖像(S卩，顯示單元17上顯示的物體的實時圖像)的情形中，控制單元13將產(chǎn)生實時取景圖像的指令提供至信號處理單元15。
[0079]在用相位差檢測方法進行聚焦判斷時，控制單元13將執(zhí)行聚焦判斷操作(相位差檢測操作)的指令提供至信號處理單元15。相位差檢測方法以如下方式檢測焦點:將穿過成像透鏡的光進行瞳孔分離以形成一對圖像，測量(檢測相位差)所形成的圖像之間的距離(圖像之間的偏差量)，從而檢測出聚焦程度。
[0080]圖像傳感器14是將接收到的物體光以光電轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換成電信號的固態(tài)成像裝置。
[0081]例如，圖像傳感器14可被具體實施為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetal oxide semiconductor ；CM0S)圖像傳感器、電荷親合器件(charge coupled device ；CCD)圖像傳感器等等。在圖像傳感