固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法及電子裝置與流程

本申請是申請日為2014年9月12日、發(fā)明名稱為“固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法及電子裝置”的申請?zhí)枮?01480048428.1的專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法以及電子裝置，并更具體地涉及能夠使相位差像素的特性以與芯片位置無關(guān)的方式保持不變的固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法以及電子裝置。

背景技術(shù)：

通常，諸如cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等固態(tài)成像器件已廣泛用于成像裝置。這種類型的成像裝置具有自動對焦(autofocus)的af(自動對焦)功能。近年來，對被攝體的af精確度和af速度的要求越來越高。

例如，通常在數(shù)字單鏡頭反光相機(jī)中額外地組合有af模塊。這涉及外殼尺寸和安裝成本的增加。因此，一些無反光鏡可換鏡頭相機(jī)和緊湊型數(shù)字靜物相機(jī)在沒有額外地組合的af模塊的情況下通過對比af來實(shí)現(xiàn)af功能。然而，很難說af速度在當(dāng)前狀態(tài)下是足夠的。

因此，通過如下方式增加af速度的數(shù)字相機(jī)已經(jīng)投入實(shí)際使用：將相位差像素組合到固態(tài)成像器件中，并通過圖像表面相位差af來實(shí)現(xiàn)af功能。通常，在圖像表面相位差(imagesurfacephasedifference)方法中，相位差像素a和相位差像素b配對以用于實(shí)現(xiàn)af功能。對于提高af精度的方法，增加固態(tài)成像器件中包含的相位差像素的數(shù)量是有效的。通常，這是通過將相位差像素a和b設(shè)定成與用于成像的正常像素相同的尺寸并例如改變金屬遮光部來實(shí)現(xiàn)的。

此外，專利文獻(xiàn)1披露了一種為了增加用于af的像素的數(shù)量而將相位差像素a和b放置在一個(gè)像素中的技術(shù)，以由此提高af精確度。另外，專利文獻(xiàn)2披露了與背面照射型相位差像素有關(guān)的技術(shù)。

專利文獻(xiàn)1：日本專利申請?zhí)亻_第2012-165070號

專利文獻(xiàn)2：日本專利申請?zhí)亻_第2012-84816號

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決問題

專利文獻(xiàn)1披露了使用pd分隔系統(tǒng)的圖像表面相位差af。這是將相位差像素a和b放置在一個(gè)像素中的方法。在此方法中，聚光點(diǎn)s被設(shè)定在相位差像素a與相位差像素b之間的邊界中。

例如，在可換鏡頭數(shù)字相機(jī)中，聚光點(diǎn)位置取決于可互換的鏡頭的f值。即使沒有互換鏡頭，當(dāng)執(zhí)行廣角成像以及長焦(telephoto)和變焦(zooming)時(shí)，f值也會改變，且聚光點(diǎn)位置相應(yīng)地改變。通常，對于使用pd分隔系統(tǒng)的圖像表面相位差af，聚光點(diǎn)s在任何鏡頭中的視角中心部分(芯片的中心部分)中不會改變。因此，如果相位差像素a和相位差像素b被設(shè)定成具有相同的尺寸，則可以將聚光點(diǎn)s設(shè)定在相位差像素a與相位差像素b之間的邊界中。圖1示出了將聚光點(diǎn)s設(shè)定在像素中的中心的示例。

另一方面，在視角周邊部分(芯片的周邊部分)中，如果微透鏡受到光瞳校正(pupilcorrection)，則可在一些透鏡中將聚光點(diǎn)s設(shè)定在像素的中心。然而，如果使用具有不同f值的鏡頭，則存在聚光點(diǎn)s可能偏離像素中心的可能性。在此情況下，為了將聚光點(diǎn)s設(shè)定在相位差像素a與相位差像素b之間的邊界中，需要將相位差像素a和相位差像素b的光接收表面設(shè)定成具有不同的尺寸。聚光點(diǎn)位置根據(jù)圖像高度而發(fā)生改變，因此需要根據(jù)固態(tài)成像器件中的像素的布置位置來改變該像素中的相位差像素a與相位差像素b的尺寸比例。圖2示出了將相位差像素a的尺寸設(shè)定成小于相位差像素b的尺寸的示例。通過以此方式改變相位差像素a與相位差像素b的比例，可以將聚光點(diǎn)s設(shè)定在相位差像素a與相位差像素b之間的邊界中。

然而，如圖2所示，當(dāng)改變相位差像素a與相位差像素b的尺寸比例時(shí)，相位差像素a的電荷累積區(qū)域變得小于相位差像素b的電荷累積區(qū)域。因此，相位差像素a的飽和信號量下降。此外，相位差像素a和b的尺寸根據(jù)聚光點(diǎn)s的位置而有差異地改變。因此，要完全傳輸所有相位差像素a和b的電荷并不容易。

注意，專利文獻(xiàn)2披露了與背面照射型相位差像素有關(guān)的技術(shù)，且它并未采用pd分隔系統(tǒng)。

本發(fā)明是針對這些情況而提出的，以便使相位差像素的特性以與諸如視角中心部分和視角周邊部分等芯片位置無關(guān)的方式保持不變。

用于解決問題的裝置

根據(jù)本發(fā)明的方面的固態(tài)成像器件包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸。

在成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中，光入射側(cè)的所述第二區(qū)域具有取決于光瞳校正的尺寸，且所述光入射側(cè)的相對側(cè)的所述第一區(qū)域具有相同的尺寸。

所述第一區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于所述第二區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

所述第二區(qū)域大于所述第一區(qū)域。

所述固態(tài)成像器件還包括：第一傳輸晶體管，其傳輸累積在所述第一光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷；以及第二傳輸晶體管，其傳輸累積在所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷，在成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中，靠近所述第一傳輸晶體管的區(qū)域和靠近所述第二傳輸晶體管的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

所述第一傳輸晶體管被布置成靠近離所述第一光電轉(zhuǎn)換單元的所述光接收表面的中心最近的位置，且所述第二傳輸晶體管被布置成靠近離所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的所述光接收表面的中心最近的位置。

所述固態(tài)成像器件還包括：第一浮動擴(kuò)散區(qū)，其用于保持通過所述第一傳輸晶體管從所述第一光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)碾姾?，以使該電荷作為信號被讀出；以及第二浮動擴(kuò)散區(qū)，其用于保持通過所述第二傳輸晶體管從所述第二光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)碾姾?，以使該電荷作為信號被讀出。

所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的曝光和傳輸是同時(shí)執(zhí)行的。

成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元包括位于它們之間的連續(xù)地改變的分離部。

成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元通過金屬、氧化膜或雜質(zhì)分離。

在根據(jù)本發(fā)明方面的固態(tài)成像器件中，包括光電轉(zhuǎn)換單元的第一像素和包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元的第二像素以矩陣的形式布置在所述像素陣列部中，光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號，第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元包括具有取決于圖像高度的尺寸的光接收表面，以便獲得相位差檢測信號。成對第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括用作電荷累積主要部分的第一區(qū)域和執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向主要部分傳輸?shù)牡诙^(qū)域。

對于根據(jù)本發(fā)明的方面的固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法，所述固態(tài)成像器件包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸，所述方法包括以下步驟：通過像素驅(qū)動單元單獨(dú)地驅(qū)動成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元，以便同時(shí)執(zhí)行所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的曝光和傳輸。

在根據(jù)本發(fā)明的方面的驅(qū)動方法中，包括具有取決于圖像高度的尺寸的光接收表面的成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元被單獨(dú)地驅(qū)動，以便同時(shí)執(zhí)行第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元中的曝光和傳輸。

根據(jù)本發(fā)明的方面的電子裝置包括固態(tài)成像器件和控制單元，所述固態(tài)成像器件包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸，所述控制單元通過使用從所述固態(tài)成像器件輸出的所述相位差檢測信號來控制圖像表面相位差af(自動對焦)。

在根據(jù)本發(fā)明的方面的電子裝置中，通過使用從固態(tài)成像器件輸出的相位差檢測信號來控制圖像表面相位差af。

本發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的方面，可以使所述相位差像素的特性以與芯片位置無關(guān)的方式保持恒定。

附圖說明

圖1用于說明pd分隔系統(tǒng)。

圖2用于說明pd分隔系統(tǒng)。

圖3是示出了本發(fā)明的固態(tài)成像器件的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。

圖4示出了像素陣列部中的相位差像素的布置示例。

圖5是示出了視角中心部分中的單元像素的構(gòu)造的平面圖。

圖6是示出了視角周邊部分中的單元像素的構(gòu)造的平面圖。

圖7是示出了采用第一光瞳校正方法的情況下的視角中心部分中的單元像素的構(gòu)造的剖視圖。

圖8是示出了采用第一光瞳校正方法的情況下的視角周邊部分中的單元像素的構(gòu)造的剖視圖。

圖9是示出了采用第二光瞳校正方法的情況下的視角中心部分中的單元像素的構(gòu)造的平面圖。

圖10是示出了采用第二光瞳校正方法的情況下的視角周邊部分中的單元像素的構(gòu)造的平面圖。

圖11是示出了本發(fā)明的電子裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。

<固態(tài)成像器件的構(gòu)造示例>

圖3是示出了本發(fā)明的固態(tài)成像器件的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。

cmos圖像傳感器100是固態(tài)成像器件的示例。如圖3所示，cmos圖像傳感器100被構(gòu)造成包括像素陣列部111和周邊電路部。周邊電路部由垂直驅(qū)動單元112、列處理單元113、水平驅(qū)動單元114和系統(tǒng)控制單元115構(gòu)成。

cmos圖像傳感器100還包括信號處理單元118和數(shù)據(jù)存儲單元119。信號處理單元118和數(shù)據(jù)存儲單元119可放置在與cmos圖像傳感器100相同的基板上，或可以是設(shè)置在與cmos圖像傳感器100不同的半導(dǎo)體基板中的外部信號處理單元(例如，dsp(數(shù)字信號處理器)或軟件處理)。

在像素陣列部111中，單元像素(在下文中，還被簡稱為“像素”)布置成二維矩陣形式。注意，稍后將對單元像素的具體構(gòu)造進(jìn)行說明。在像素陣列部111中，對于矩陣形式的像素布置，沿附圖的左右方向針對每行形成像素驅(qū)動線116，并且沿附圖的上下方向針對每列形成垂直信號線117。像素驅(qū)動線116的一端被連接到與垂直驅(qū)動單元112的行相對應(yīng)的輸出端。

垂直驅(qū)動單元112是像素驅(qū)動單元，其由移位寄存器或地址譯碼器等構(gòu)成，并例如同時(shí)或針對每行驅(qū)動像素陣列部111的像素。通過各個(gè)垂直信號線117將從由垂直驅(qū)動單元112選擇性地掃描的像素行中的單元像素輸出的信號提供至列處理單元113。針對像素陣列部111的每個(gè)像素列，列處理單元113對通過垂直信號線117從選擇的行中的像素輸出的信號執(zhí)行預(yù)定的信號處理，并在信號處理之后臨時(shí)地保持像素信號。

具體地，列處理單元113至少執(zhí)行作為信號處理的噪聲消除(例如，cds(相關(guān)雙采樣))。由于由列處理單元113執(zhí)行的cds，消除了諸如復(fù)位噪聲或放大晶體管的閥值變化等像素特有的固定模式噪聲。除噪聲消除處理之外，列處理單元113可被設(shè)定成例如具有將信號電平輸出為數(shù)字信號的a/d(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換功能。

水平驅(qū)動單元114由移位寄存器和地址譯碼器等構(gòu)成，并順序地選擇與列處理單元113的像素列相對應(yīng)的單元電路。通過水平驅(qū)動單元114的選擇性掃描，經(jīng)過列處理單元113的信號處理的像素信號被順序地輸出。

系統(tǒng)控制單元115包括產(chǎn)生各種時(shí)序信號的時(shí)序發(fā)生器，并基于由該時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的各種時(shí)序信號對垂直驅(qū)動單元112、列處理單元113、水平驅(qū)動單元114和數(shù)據(jù)存儲單元119等執(zhí)行驅(qū)動控制。

信號處理單元118至少具有加法處理功能，并對從列處理單元113輸出的像素信號執(zhí)行諸如加法處理等各種類型的信號處理。對于信號處理單元118中的信號處理，數(shù)據(jù)存儲單元119臨時(shí)地存儲該處理所需的數(shù)據(jù)。

注意，cmos圖像傳感器100是背面照射型圖像傳感器，其從半導(dǎo)體基板的前側(cè)讀出與由于從半導(dǎo)體基板的背側(cè)進(jìn)入半導(dǎo)體基板中的光電轉(zhuǎn)換單元的光而在光電轉(zhuǎn)換單元中產(chǎn)生的電荷相一致的信號。

<單元像素的結(jié)構(gòu)>

接下來，參考圖4至6，將對圖3的像素陣列部111中的布置成矩陣形式的單元像素的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。單元像素包括正常像素120和相位差像素121，其中正常像素120輸出作為像素信號的用于形成圖像信號(其指示被攝體的圖像)的顏色分量信號，且相位差像素121輸出作為像素信號的用于圖像表面相位差af的相位差檢測信號。

圖4示出了像素陣列部111中布置的單元像素中的成行布置的相位差像素121。如圖4所示，在位于軸線上的視角中心部分(芯片的中心部分)中，相位差像素121具有相同尺寸的光接收表面。同時(shí)，在位于軸線外側(cè)的視角周邊部分(芯片的周邊部分)中，相位差像素121具有取決于圖像高度的不同尺寸的光接收表面。例如，在圖4的示例的情況下，位于附圖的左側(cè)的相位差像素121包括更小光接收表面的相位差像素121a。同時(shí)，位于附圖的右側(cè)的相位差像素121包括更小光接收表面的相位差像素121b。

圖5和6均是示出了單元像素的構(gòu)造的平面圖。圖5示出了視角中心部分中的單元像素的構(gòu)造。圖6示出了視角周邊部分中的單元像素的構(gòu)造。

正常像素120由用作光電轉(zhuǎn)換單元的光電二極管(pd)以及多個(gè)像素晶體管構(gòu)成。光電二極管(pd)包括用于接收入射光、對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并累積通過光電轉(zhuǎn)換生成的信號電荷的區(qū)域。例如，光電二極管(pd)是掩埋式光電二極管，其是通過如下方式形成的：相對于形成在n型基板上的p型阱層在基板的前側(cè)形成p型層，并埋入n型掩埋層。

此外，多個(gè)像素晶體管包括傳輸晶體管(tr)、復(fù)位晶體管(rst)、放大復(fù)位晶體管(amp)和選擇晶體管(sel)這四個(gè)晶體管。傳輸晶體管(tr)是用于將累積在光電二極管(pd)中的電荷讀出至浮動擴(kuò)散區(qū)(fd)的晶體管。復(fù)位晶體管(rst)是用于將浮動擴(kuò)散區(qū)(fd)的電位設(shè)定為特定值的晶體管。放大復(fù)位晶體管(amp)是用于對通過浮動擴(kuò)散區(qū)(fd)讀出的信號電荷進(jìn)行電學(xué)放大的晶體管。選擇晶體管(sel)是用于選擇一個(gè)像素行并將像素信號讀出至垂直信號線117的晶體管。

電容開關(guān)晶體管(fdg)是用于對浮動擴(kuò)散區(qū)(fd)中的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行切換的晶體管。此外，溢出控制晶體管(ofg)是用于實(shí)現(xiàn)溢出控制的晶體管。

如上所述，正常像素120包括光電二極管(pd)和多個(gè)像素晶體管，并例如輸出紅色(r)、綠色(g)和藍(lán)色(b)中的任一者的顏色分量信號作為像素信號。雖然在圖5中，使用gb像素、gr像素和r像素來表示正常像素120，但是b像素也具有與對應(yīng)于其它顏色成分的像素相同的構(gòu)造。

相位差像素121采用pd分隔系統(tǒng)。相位差像素121包括通過將光電二極管對半分開而獲得的兩個(gè)光電二極管(pd1，pd2)，以代替一個(gè)用作光電轉(zhuǎn)換單元的光電二極管(pd)。注意，還在下面的說明中，在相位差像素121中的一對相位差像素之中，由光電二極管(pd1)和多個(gè)像素晶體管構(gòu)成的一個(gè)像素將被稱為相位差像素121a，且由光電二極管(pd2)和多個(gè)像素晶體管構(gòu)成的另一像素將被稱為相位差像素121b。即，對于相位差像素121，通過在此像素中形成兩個(gè)光電二極管(pd1，pd2)，相位差像素121a和相位差像素121b被成對的構(gòu)造。

在相位差像素121a中，光電二極管(pd1)具有用于接收入射光、對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并累積通過光電轉(zhuǎn)換生成的信號電荷的區(qū)域。例如，如同正常像素120的光電二極管(pd)，光電二極管(pd1)被形成為掩埋式光電二極管。此外，如同在正常像素120中，多個(gè)像素晶體管包括傳輸晶體管(tr1)、復(fù)位晶體管(rst1)、放大復(fù)位晶體管(amp1)和選擇晶體管(sel1)這四個(gè)晶體管。

此外，在相位差像素121b中，光電二極管(pd2)具有用于接收入射光、對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并累積通過光電轉(zhuǎn)換生成的信號電荷的區(qū)域。例如，如同正常像素120的光電二極管(pd)，光電二極管(pd2)被形成為掩埋式光電二極管。此外，如同在正常像素120中，多個(gè)像素晶體管包括傳輸晶體管(tr2)、復(fù)位晶體管(rst2)、放大復(fù)位晶體管(amp2)和選擇晶體管(sel2)這四個(gè)晶體管。

即，在相位差像素121中，用于光電二極管(pd1)的像素晶體管(tr1、rst1、amp1和sel1)和用于光電二極管(pd2)的像素晶體管(tr2、rst2、amp2和sel2)是分開地設(shè)置的，且因此，可以同時(shí)執(zhí)行光電二極管(pd1)和光電二極管(pd2)中的曝光和傳輸。

這里，圖5示出了視角中心部分中的單元像素的構(gòu)造。因此，相位差像素121a中的光電二極管(pd1)和相位差像素121b中的光電二極管(pd2)具有相同尺寸的光接收表面。另一方面，如圖6所示，雖然視角周邊部分中的相位差像素121被構(gòu)造成使得相位差像素121a和相位差像素121b如同在視角中心部分中的相位差像素121中是成對的，但是光接收表面的尺寸根據(jù)圖像高度發(fā)生變化。具體地，相位差像素121a中的光電二極管(pd1)的光接收表面的尺寸小于相位差像素121b中的光電二極管(pd2)的光接收表面的尺寸。

以此方式，通過根據(jù)圖像高度改變光接收表面的尺寸，將聚光點(diǎn)s設(shè)定在相位差像素121a與相位差像素121b之間的邊界中。然而，與之伴隨的是，相位差像素121a的電荷累積區(qū)域變得小于相位差像素121b的電荷累積區(qū)域，如上所述，這導(dǎo)致相位差像素121a的飽和信號量下降。此外，如上所述，相位差像素121a和相位差像素121b的尺寸根據(jù)聚光點(diǎn)s的位置進(jìn)行不同地改變。因此，要完全傳輸所有相位差像素121a和121b的電荷并不容易。

針對這個(gè)問題，在下文中，將對光接收表面的尺寸根據(jù)圖像高度而發(fā)生改變情況下的用于抑制相位差像素121a和121b的飽和信號量的下降并完全地傳輸相位差像素121a和121b的電荷的第一光瞳校正方法和第二光瞳校正方法進(jìn)行說明。

<第一實(shí)施例>

首先，參考圖7和8，將對作為第一實(shí)施例的第一光瞳校正方法進(jìn)行說明。圖7示出了圖5所示的視角中心部分中的正常像素120(gb像素)和相位差像素121的剖視圖。圖8示出了圖6所示的視角周邊部分中的正常像素120(gb像素)和相位差像素121的剖視圖。

如圖7所示，在第一光瞳校正方法中，相位差像素121a中的光電二極管(pd1)由用作電荷累積主要部分的第一區(qū)域r1和執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向主要部分傳輸?shù)牡诙^(qū)域r2形成。此外，相位差像素121b中的光電二極管(pd2)同樣由第一區(qū)域r1和第二區(qū)域r2形成。注意，在每個(gè)光電二極管(pd1，pd2)中，雜質(zhì)濃度由灰度表示，且第一區(qū)域r1中的雜質(zhì)濃度高于第二區(qū)域r2中的雜質(zhì)濃度。此外，在整個(gè)區(qū)域中，第二區(qū)域r2的占用率高于第一區(qū)域r1的占用率。

此外，相位差像素121根據(jù)圖像高度改變光接收表面的尺寸。因此，不必改變視角中心部分中的光入射側(cè)(背側(cè))的第二區(qū)域r2的寬度，而必須減小視角周邊部分中的第二區(qū)域r2的寬度。即，如圖8所示，在視角周邊部分中，相位差像素121a中的光電二極管(pd1)的第二區(qū)域r2的寬度被形成為窄于相位差像素121b中的光電二極管(pd2)的第二區(qū)域r2的寬度。另一方面，如同在視角中心部分中，在視角周邊部分中，對于光入射側(cè)和相對側(cè)(前側(cè))，光電二極管(pd1)的第一區(qū)域r1的寬度和光電二極管(pd2)的第一區(qū)域r1的寬度被形成為相等。

即，用于使像素的元件分離的元件分離部被分別形成為背側(cè)的元件分離部151和前側(cè)的元件分離部152。元件分離部151在視角中心部分與視角周邊部分之間改變第二區(qū)域r2的寬度。另一方面，元件分離部152將視角中心部分與視角周邊部分之間的第一區(qū)域r1的寬度設(shè)定成相等。由此，在每個(gè)相位差像素121中，即使根據(jù)圖像高度連續(xù)地改變光接收表面的尺寸且改變背側(cè)的第二區(qū)域r2的尺寸，前側(cè)的第一區(qū)域r1的尺寸也不發(fā)生改變。因此，具有高雜質(zhì)濃度的第一區(qū)域r1的尺寸是固定的。因此，在視角周邊部分中，與視角中心部分相比，飽和信號量和傳輸容易度不會出現(xiàn)大的差異。因此，可以使布置在像素陣列部111中的相位差像素121的特性恒定。

注意，元件分離部151和元件分離部152可例如由金屬、氧化膜或雜質(zhì)形成。

如上所述，在第一光瞳校正方法中，對于相位差像素121a和相位差像素121b，在圖7的視角中心部分中，第一區(qū)域r1和第二區(qū)域r2具有相同的構(gòu)造，且在圖8的視角周邊部分中，第二區(qū)域r2具有不同的構(gòu)造而第一區(qū)域r1具有相同的構(gòu)造。以此方式，防止了飽和信號量和傳輸容易度出現(xiàn)大的差異，且使布置在像素陣列部111中的相位差像素121的特性恒定。

<第二實(shí)施例>

接下來，參考圖9和10，將對作為第二實(shí)施例的第二光瞳校正方法進(jìn)行說明。圖9是示出了圖5中所示的視角中心部分中的正常像素120(gb)和相位差像素121的平面圖。圖10是示出了圖6所示的視角周邊部分中的正常像素120(gb)和相位差像素121的平面圖。

如圖9所示，在第二光瞳校正方法中，如同在第一光瞳校正方法中，相位差像素121a中的光電二極管(pd1)由用作電荷累積主要部分的第一區(qū)域r1和執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向主要部分傳輸?shù)牡诙^(qū)域r2形成。此外，相位差像素121b中的光電二極管(pd2)同樣由第一區(qū)域r1和第二區(qū)域r2形成。注意，在圖9和10中，如同在圖7和8中，光電二極管(pd1，pd2)中的雜質(zhì)濃度由灰度表示。

此外，在相位差像素121a中，傳輸晶體管(tr1)被布置成平行于用于分隔相位差像素121a和相位差像素121b的方向并靠近離光電二極管(pd1)的光接收表面的中心最近的位置。由此，靠近傳輸晶體管(tr1)的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度變得高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。類似地，在相位差像素121b中，傳輸晶體管(tr2)被設(shè)置成平行于用于分隔相位差像素121a和相位差像素121b的方向并靠近離光電二極管(pd2)的光接收表面的中心最近的位置。由此，靠近傳輸晶體管(tr2)的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度變得高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

此外，相位差像素121根據(jù)圖像高度改變光接收表面的尺寸。因此，不必改變視角中心部分中的光接收表面的尺寸，而必須減小視角周邊部分中的光接收表面的尺寸。即，如圖10所示，在視角周邊部分中，相位差像素121a中的光接收表面的尺寸被形成為小于相位差像素121b中的光接收表面的尺寸。然而，在視角周邊部分中，傳輸晶體管(tr1，tr2)如同在視角中心部分中一樣布置在視角周邊部分中，且因此，靠近傳輸晶體管(tr1，tr2)的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

即，在每個(gè)相位差像素121中，即使根據(jù)圖像高度連續(xù)地改變光接收表面的尺且例如相位差像素121a中的光接收表面的尺寸變小，具有高雜質(zhì)濃度的第一區(qū)域r1也被恒定地形成在傳輸晶體管(tr1)附近的區(qū)域中。因此，具有高雜質(zhì)濃度的第一區(qū)域r1不受尺寸變化的影響。因此，在視角周邊部分中，與視角中心部分相比，飽和信號量和傳輸容易度不會出現(xiàn)大的差異。因此，可以使布置在像素陣列部111中的相位差像素121的特性恒定。

如上所述，在第二光瞳校正方法中，雖然光接收表面的尺寸在圖9的視角中心部分和圖10的視角周邊部分中發(fā)生改變，但是靠近傳輸晶體管(tr1，tr2)的結(jié)構(gòu)具有相同的構(gòu)造且靠近傳輸晶體管(tr1，tr2)的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。以此方式，防止了飽和信號量和傳輸容易度出現(xiàn)大的差異，且使布置在像素陣列部111中的相位差像素121的特性恒定。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在布置在像素陣列部111中的相位差像素121中，當(dāng)根據(jù)圖像高度連續(xù)地改變光接收表面的尺寸時(shí)，具有高雜質(zhì)濃度的第一區(qū)域r1不受此改變影響。因此，在視角周邊部分中，與視角中心部分相比，飽和信號量和傳輸容易度不會出現(xiàn)大的差異。因此，可以使相位差像素121的特性恒定。即，在相位差像素121中，電荷累積的主要部分具有相同結(jié)構(gòu)，且因此，可以同時(shí)執(zhí)行光瞳校正和抑制飽和信號量的下降，并類似地執(zhí)行電荷傳輸。

此外，對于相位差像素121，相位差像素121a和相位差像素121b被成對地安裝在一個(gè)像素中。因此，可以容易地增加布置在像素陣列部111中的相位差像素121的數(shù)量并提高相位差像素121的特性。此外，相位差像素121a和121b的尺寸根據(jù)取決于鏡頭光瞳校正的圖像高度發(fā)生改變。因此，可以增加能夠處理圖像表面相位差af的可換鏡頭。

注意，雖然已經(jīng)在上面對將相位差像素121布置在像素陣列部111中的每行中的情況進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明還適用于將相位差像素121被布置在每列中的情況。而且，在此情況下，在視角中心部分中，相位差像素121a和121b具有相同尺寸的光接收表面。然而，在視角周邊部分中，光接收表面的尺寸根據(jù)圖像高度發(fā)生改變。具體地，例如，每個(gè)相位差像素121被構(gòu)造成包括如下狀態(tài)下的光接收表面的尺寸，在該狀態(tài)下，布置在圖4所示的行中的多個(gè)相位差像素121繞著視角中心部分中的相位差像素121沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90度。

此外，本發(fā)明不限于固態(tài)成像器件的應(yīng)用。即，本發(fā)明適用于將固態(tài)成像器件用于攝像部(光電轉(zhuǎn)換單元)的普通電子裝置(例如，諸如數(shù)碼相機(jī)等成像裝置)、具有成像功能的便攜式終端裝置或?qū)⒐虘B(tài)成像器件用于圖像讀出部的復(fù)印機(jī)。此外，固態(tài)成像器件可被形成為一個(gè)芯片或可以是成像部和信號處理單元或光學(xué)系統(tǒng)被封裝在一起的具有成像功能的模塊的形式。

<應(yīng)用了本發(fā)明的電子裝置的構(gòu)造示例>

圖11是示出了本發(fā)明的電子裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。

如圖11所示，用作電子裝置的成像裝置300包括由透鏡組形成的光學(xué)單元301、采用上述單元像素120的構(gòu)造的固態(tài)成像器件302以及作為相機(jī)信號處理電路的dsp(數(shù)字信號處理器)電路303。此外，成像裝置300還包括幀存儲器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元307、供電單元308和控制單元309。dsp電路303、幀存儲器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元307、供電單元308和控制單元309經(jīng)由總線310彼此連接。

光學(xué)單元301捕捉來自被攝體的入射光(圖像光)并在固態(tài)成像器件302的成像表面上形成被攝體的圖像。固態(tài)成像器件302將入射光(其圖像通過光學(xué)單元301被形成在成像表面上)的光量轉(zhuǎn)換成每個(gè)像素的電信號并輸出用于形成圖像信號(其示出了被攝體的圖像)的顏色分量信號作為像素信號。此外，固態(tài)成像器件302輸出用于圖像表面相位差af的相位差檢測信號作為像素信號。對于此固態(tài)成像器件302，可使用諸如根據(jù)上述實(shí)施例的cmos圖像傳感器100等固態(tài)成像器件，即，能夠使布置在像素陣列部111中的相位差像素121的特性恒定的固態(tài)成像器件。

顯示單元305由諸如液晶顯示面板和有機(jī)el(電致發(fā)光)面板等面板型顯示裝置構(gòu)成。顯示單元305顯示由固態(tài)成像器件302捕捉的靜態(tài)圖像或運(yùn)動圖像。記錄單元306將由固態(tài)成像器件302捕捉的靜態(tài)圖像或運(yùn)動圖像記錄在諸如閃速存儲器(flashmemory)等記錄介質(zhì)中。

操作單元307根據(jù)用戶的操作發(fā)出與成像裝置300的各種功能有關(guān)的指令。供電單元308將作為操作功率源的各種功率供應(yīng)至作為那些供電目標(biāo)的dsp電路303、幀存儲器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元307和控制單元309。

控制單元309控制成像裝置300的各個(gè)部分的操作。此外，控制單元309通過使用來自固態(tài)成像器件302的相位差檢測信號執(zhí)行預(yù)定的計(jì)算來計(jì)算離焦量(defocusamount)并控制光學(xué)單元301的成像透鏡等的驅(qū)動，使得根據(jù)此離焦量實(shí)現(xiàn)了對焦。由此，執(zhí)行了圖像表面相位差af且在被攝體上實(shí)現(xiàn)了對焦。

注意，在上述實(shí)施例中，已經(jīng)對本發(fā)明應(yīng)用于如下cmos圖像傳感器的情況進(jìn)行舉例說明：檢測與作為物理量的可見光的光量相對應(yīng)的信號電荷的單元像素被布置成矩陣形式。然而，本發(fā)明不限于該cmos圖像傳感器的應(yīng)用并適用于使用列處理單元被布置在像素陣列部的每個(gè)像素列中的列系統(tǒng)的普通固態(tài)成像器件。

此外，本發(fā)明不限于檢測可見光的入射光量的分布并將它拍攝成圖像的固態(tài)成像器件的應(yīng)用并適用于諸如如下固態(tài)成像器件和指紋傳感器等普通固態(tài)成像器件(物理量分布裝置)，該固態(tài)成像器件將紅外線、x射線或粒子等的入射量的分布拍攝成圖像，且該指紋傳感器檢測諸如廣義上的壓力和靜電電容等其它物理量的分布并將它拍攝成圖像。

注意，本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述實(shí)施例，且可以在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下進(jìn)行各種修改。

本發(fā)明還可采用如下構(gòu)造。

(1)一種固態(tài)成像器件，其包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：

第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及

第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：

第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及

第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸。

(2)如(1)所述的固態(tài)成像器件，其中，在成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中，光入射側(cè)的所述第二區(qū)域具有取決于光瞳校正的尺寸，且所述光入射側(cè)的相對側(cè)的所述第一區(qū)域具有相同的尺寸。

(3)如(2)所述的固態(tài)成像器件，其中，所述第一區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于所述第二區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

(4)如(3)所述的固態(tài)成像器件，其中，所述第二區(qū)域大于所述第一區(qū)域。

(5)如(1)所述的固態(tài)成像器件，其還包括：

第一傳輸晶體管，其傳輸累積在所述第一光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷；以及

第二傳輸晶體管，其傳輸累積在所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷，

其中，在成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中，靠近所述第一傳輸晶體管的區(qū)域和靠近所述第二傳輸晶體管的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度高于其它區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。

(6)如(5)所述的固態(tài)成像器件，其中，

所述第一傳輸晶體管被布置成靠近離所述第一光電轉(zhuǎn)換單元的所述光接收表面的中心最近的位置，且

所述第二傳輸晶體管被布置成靠近離所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的所述光接收表面的中心最近的位置。

(7)如(6)所述的固態(tài)成像器件，其還包括：

第一浮動擴(kuò)散區(qū)，其用于保持通過所述第一傳輸晶體管從所述第一光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)碾姾?，以使該電荷作為信號被讀出；以及

第二浮動擴(kuò)散區(qū)，其用于保持通過所述第二傳輸晶體管從所述第二光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)碾姾?，以使該電荷作為信號被讀出。

(8)如(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，其中，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的曝光和傳輸是同時(shí)執(zhí)行的。

(9)如(1)至(8)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，其中，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元包括位于所述第一光電轉(zhuǎn)換單元與所述第二光電轉(zhuǎn)換單元之間的連續(xù)地改變的分離部。

(10)如(1)至(9)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，其中，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元通過金屬、氧化膜或雜質(zhì)分離。

(11)一種固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法，所述固態(tài)成像器件包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：

第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及

第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：

第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及

第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸，

所述方法包括以下步驟：

通過像素驅(qū)動單元單獨(dú)地驅(qū)動成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元，以便同時(shí)執(zhí)行所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元中的曝光和傳輸。

(12)一種電子裝置，其包括固態(tài)成像器件和控制單元，所述固態(tài)成像器件包括像素陣列部，在所述像素陣列部中以矩陣的形式布置有：

第一像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元接收并光電轉(zhuǎn)換入射光，以便獲得顏色分量信號；以及

第二像素，其包括成對的第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元，所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸取決于圖像高度，以便獲得相位差檢測信號，成對的所述第一光電轉(zhuǎn)換單元和所述第二光電轉(zhuǎn)換單元均包括：

第一區(qū)域，其用作電荷累積主要部分；以及

第二區(qū)域，其執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換并促進(jìn)電荷向所述主要部分傳輸，

所述控制單元通過使用從所述固態(tài)成像器件輸出的所述相位差檢測信號來控制圖像表面相位差af(自動對焦)。

附圖標(biāo)記說明

100cmos圖像傳感器

111像素陣列部

120正常像素

121，121a，121b相位差像素

151、152元件分離部

300成像裝置

302固態(tài)成像器件

309控制單元

r1第一區(qū)域

r2第二區(qū)域

pd、pd1、pd2光電二極管

tr，tr1，tr2傳輸晶體管

rst、rst1、rst2復(fù)位晶體管

amp、amp1、amp2放大復(fù)位晶體管

sel、sel1、sel2選擇晶體管

fdg、fdg1、fdg2電容開關(guān)晶體管