固态摄像装置及其驱动方法、以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体成像装置及其驱动方法、以及电子设备。本发明具体地涉及一种固态成像装置及其驱动方法、以及一种电子设备，所述电子设备使得可在抑制具有全局快门功能和相位差自动对焦(auto focus ;AF)功能的固态成像装置的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。
【背景技术】
[0002]传统的固态成像装置通过在成像像素中混合相位差检测像素来实现自动对焦功能。这种固态成像装置通过将一对相位差检测像素相应的光电转换单元的不同半边遮光，并利用这对相位差检测像素的相应输出之间的差值实现相位差检测方法的AF功能(以下称为相位差AF功能)。
[0003]也有固态成像装置是通过在每一像素中加入电荷保留单元来实现全局快门功能，所述电荷保留单元用于保留从光电转换单元转移的电荷。这种固态成像装置实现全局快门功能的方法是在所有像素中同时进行电荷的转移和保留，使得所有像素的曝光周期一致。
[0004]此外，近年来出现了同时具有全局快门功能和相位差AF功能的固态成像装置(例如，参见专利文献I和2)。
[0005]引用文献列表
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:JP 2007-243744A
[0008]专利文献2:JP 2Ol2-15I7MA
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]在专利文献I的技术中，一个相位差检测像素包括两个由光电转换单元和电荷保留单元组成的套组。因此，光电转换单元的光接收区域减小，而且相位差检测像素的灵敏度降低，从而导致相位差检测的精度降低。
[0011]在专利文献2的技术中，形成有成像像素和相位差检测像素两种像素组成的套组。因此，整个固态成像装置的有效像素数目减半，而且输出图像的分辨率降低。
[0012]鉴于此种情况所提出的本发明使得可在抑制具有全局快门功能和相位差AF功能的固态成像装置的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。
[0013]问题的解决方案
[0014]根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置，包括:像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0015]所述驱动控制单元在执行所述相位差检测期间读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷，并且在产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。
[0016]所述相位差检测像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中设置有开口。在一对所述相位差检测像素中，所述开口可被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述一对相位差检测像素排列于其中的第一方向上互相对称的位置处。
[0017]所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。
[0018]所述光电转换单元与所述电荷保留单元可在所述第一方向上并排形成。所述光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且所述电荷保留单元可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。
[0019]在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷，并且读取所述另一个相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。
[0020]所述驱动控制单元可以以下方式控制所述一个相位差检测像素与所述另一个相位差检测像素的驱动:所述光电转换单元的灵敏度与所述一个相位差检测像素中的积聚时间的乘积变得等于所述电荷保留单元的灵敏度与所述另一个相位差检测像素中的积聚时间的乘积。
[0021]所述光电转换单元与所述电荷保留单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电转换单元的大约一半可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且在所述第一方向上所述光电转换单元的大约另一半可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。
[0022]在所述一对相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元可被形成于相对于所述一对相位差检测像素之间的边界成镜像对称的位置处。在所述一对相位差检测像素的每一个中，所述光电转换单元均可设置有开口。
[0023]所述光电转换单元与所述电荷保留单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电转换单元与所述电荷保留单元的大约一半可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且在所述第一方向上的所述光电转换单元与所述电荷保留单元的大约另一半可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。
[0024]在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可同时读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷，并且同时读取所述另一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷。
[0025]在所述相位差检测像素中，所述电荷积聚单元可被形成为在所述第一方向上与所述光电转换单元并排的另一光电转换单元。所述光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且所述另一光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。
[0026]在所述相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷积聚单元可被形成于相对于所述芯片上透镜的光轴在预定方向上互相对称的位置处。在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可分别读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷以及所述相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。
[0027]所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。
[0028]所述相位差检测像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元的一部分中设置有开口。所述开口可被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述预定方向上互相对称的位置处。
[0029]所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。所述相位差检测像素可包括转移电极，所述转移电极被构造成用于在所述电荷保留单元上方将电荷从所述光电转换单元转移至所述电荷保留单元。所述转移电极可使用透明导电膜形成。
[0030]所述成像像素与所述相位差检测像素至少其中之一可在多个像素之间共用构成元件。
[0031]所述多个像素共用的所述构成元件可包括浮动扩散区域、复位晶体管、放大晶体管、以及选择晶体管中的至少一种。
[0032]根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括:像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。所述驱动方法包括以下步骤:在由所述固态成像装置执行所述相位差检测期间，读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷；以及在由所述固态成像装置产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。
[0033]根据本发明的一个方面，提供一种电子装置，包括固态成像装置，所述固态成像装置包括:像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0034]在本发明的一个方面，排列有用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。
[0035]本发明的有益效果如下:
[0036]根据本发明的一个方面，可在抑制具有全局快门功能和相位差AF功能的固态成像装置分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。
【附图说明】
[0037]图1是示出电子设备实施例的方框图，所述电子设备包括应用本发明技术的图像传感器。
[0038]图2是示出图像传感器的实例构型的方框图。
[0039]图3示出图像传感器的像素排列的实例。
[0040]图4是示出由电子装置执行的成像处理的流程图。
[0041]图5是成像像素的实例构型的顶视图。
[0042]图6是图5所示成像像素的剖视图。
[0043]图7是相位差检测像素的实例构型的顶视图。
[0044]图8是图7所示相位差检测像素的剖视图。
[0045]图9示出成像像素的操作。
[0046]图10示出相位差检测像素的操作。
[0047]图11示出相位差检测像素的操作。
[0048]图12是相位差检测像素的另一实例构型(修改实例I)的顶视图。
[0049]图13是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例2)的顶视图。
[0050]图14是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例3)的顶视图。
[0051]图15示出相位差检测像素的操作。
[0052]图16是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例4)的顶视图。
[0053]图17是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例5)的顶视图。
[0054]图18是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例5)的顶视图。
[0055]图19示出图像传感器的像素排列的另一实例(修改实例6)。
[0056]图20是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例6)的顶视图。
[0057]图21是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例6的修改型式)的顶视图。
[0058]图22是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例7)的剖视图。
[0059]图23是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例8)的顶视图。
[0060]图24是图23所示相位差检测像素的剖视图。
[0061]图25是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例9)的顶视图。
[0062]图26是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例10)的顶视图。
[0063]图27是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例11)的顶视图。
[0064]图28是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例12)的顶视图。
[0065]图29是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例13)的顶视图。
[0066]图30是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例14)的顶视图。
[0067]图31是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例15)的顶视图。
【具体实施方式】
[0068]下面参照附图描述本发明的实施例。
[0069][电子设备的功能与构型的实例]
[0070]图1是示出电子设备实施例的方框图，所述电子设备包括应用本发明技术的图像传感器。
[0071]图1所示的电子设备I被构造成数字照相机，一种具有成像功能等的便携式终端，捕获物体的图像以通过自动对焦(AF)功能产生所捕获的图像，并将所捕获的图像记录为静态图像或动态图像。以下描述假定主要记录静态图像。
[0072]电子设备I包括透镜单元11、操作单元12、控制单元13、图像传感器14、信号处理单元15、存储单元16、显示单元17、相位差检测单元18、以及驱动单元19。
[0073]透镜单元11收集来自物体的光(物体光)。透镜单元11所收集的物体光进入图像传感器14。
[0074]透镜单元11包括变焦透镜21、光圈22、以及聚焦透镜23。
[0075]变焦透镜21通过驱动单元19的驱动沿光轴方向移动而改变焦距，进而调整所捕获图像中所包含的物体的放大率。光圈22通过驱动单元19的驱动而改变光圈的度数，进而调整进入图像传感器14的物体光的量。聚焦透镜23被驱动单元19驱动沿光轴方向移动，进而调整焦点。
[0076]操作单元12接收来自用户的操作。例如，当快门按钮(图未示出)被推动时，操作单元12会将指示该推动的操作信号提供至控制单元13。
[0077]控制单元13控制电子设备I的每一组件的操作。
[0078]例如，当接收到指示快门按钮推动的操作信号时，控制单元13将记录静态图像的指令提供至信号处理单元15。在显示实时取景图像(S卩，显示单元17上显示的物体的实时图像)的情形中，控制单元13将产生实时取景图像的指令提供至信号处理单元15。
[0079]在用相位差检测方法进行聚焦判断时，控制单元13将执行聚焦判断操作(相位差检测操作)的指令提供至信号处理单元15。相位差检测方法以如下方式检测焦点:将穿过成像透镜的光进行瞳孔分离以形成一对图像，测量(检测相位差)所形成的图像之间的距离(图像之间的偏差量)，从而检测出聚焦程度。
[0080]图像传感器14是将接收到的物体光以光电转换方式转换成电信号的固态成像装置。
[0081]例如，图像传感器14可被具体实施为互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor ；CM0S)图像传感器、电荷親合器件(charge coupled device ；CCD)图像传感器等等。在图像传感