專利名稱：固態(tài)成像器件和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件和電子裝置。
背景技術(shù)：
在成像器件中，用于形成自動調(diào)整焦距(焦點)狀態(tài)的自動聚焦(AF)方法(即，自動形成聚焦?fàn)顟B(tài)AF方法)被大致分類成對比度檢測方法和相位差檢測方法。相位差檢測方法優(yōu)于對比度檢測方法在于其能夠?qū)崿F(xiàn)快速的AF操作。作為此類相位差檢測方法，光瞳分割型(pupil-division-type)相位差檢測方法是眾所周知的。光瞳分割型相位差檢測方法是指以下方法:通過使用與成像像素分開設(shè)置的焦點檢測像素來獲取用于表示離焦方向和離焦量的相位差檢測信號。此種光瞳分割型相位差檢測方法中所使用的焦點檢測像素的示例包括以下像素結(jié)構(gòu)類型，該像素結(jié)構(gòu)類型對來自成像透鏡的出射光瞳(exit pupil)區(qū)域的光束進行光瞳分割，并在光電轉(zhuǎn)換部上選擇性地接收光(例如，參見日本專利公開第2009-99817號)。在上述現(xiàn)有技術(shù)的焦點檢測像素的像素結(jié)構(gòu)中，為了增大相位差檢測精度，即為了精確地對來自成像透鏡的出射光瞳區(qū)域的光束進行光瞳分割，在光電轉(zhuǎn)換部正上方設(shè)置遮光部件。在此種像素結(jié)構(gòu)中，遮光部件被形成為覆蓋用于從光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部(readinggate portion)的柵極。然而，通過將遮光部件設(shè)置成覆蓋柵極，會在遮光部件與柵極之間形成電容，并因此不可避免地增大了柵極的電容(即，附接至柵極的電容)。此種柵極電容對焦點檢測像素的信號電荷的讀取速度具有不利影響，具體地，對讀取速度具有延遲影響。因此，相位差檢測速度受到延遲，并因此可削弱作為相位差檢測方法的優(yōu)點的快速AF操作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的實施例中，期望提供一種在光瞳分割型相位差檢測方法中進行相位差檢測時能夠在保持高的相位差檢測精度的同時實現(xiàn)快速AF操作的固態(tài)成像器件，以及一種包括所述固態(tài)成像器件作為成像部(或圖像捕獲部)的電子裝置。鑒于上述內(nèi)容，期望提供一種固態(tài)成像器件，所述成像器件包括:焦點檢測像素，其具有遮光膜，對接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換，并獲取相位差檢測信號，所述遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并在所述光接收表面的一部分中遮蔽光。所述遮光膜被形成為避開用于自所述光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件是適于在采用自動聚焦方法、尤其是光瞳分割型相位差檢測方法的電子裝置中用作成像部(圖像捕獲部)的固態(tài)成像器件，所述電子裝置包括具有成像功能的移動信息終端，例如數(shù)字照相機、攝像機和移動電話器件。由于遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上,所以能夠可靠地遮蔽入射到光電轉(zhuǎn)換部的入射光束的光，并因此可保持高的相位差檢測精度。此時，通過將遮光膜形成為避開讀取柵部的柵極，能夠避免在柵極的上表面與遮光膜的上表面之間形成電容。因此，即使遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，但由于未增大柵極電容，所以與遮光膜覆蓋柵極的像素構(gòu)造相比，也能夠提聞從光電轉(zhuǎn)換部讀取/[目號電荷的讀取速度，并進一步提聞相位差檢測速度。在本發(fā)明的實施例中，即使在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上形成遮光膜，也不會使柵極電容增大，且因此與遮光膜覆蓋柵極的像素結(jié)構(gòu)相比能夠提高相位差檢測速度。因此，能夠在保持高的相位差檢測精度的同時實現(xiàn)作為相位差檢測方法的優(yōu)點的快速AF操作。


圖1是簡要表示本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的系統(tǒng)構(gòu)造的系統(tǒng)構(gòu)造視圖；圖2是表示單元像素的電路構(gòu)造示例的電路圖；圖3是表示焦點檢測像素在像素陣列部中以圖案化方式布置的示例的示意性平面圖；圖4A和4B表示焦點檢測像素的像素構(gòu)造，圖4A是焦點檢測像素的示意性平面圖，且圖4B是沿圖4A中的X-X線的箭頭剖視圖；圖5A和5B是對現(xiàn)有技術(shù)的遮光膜覆蓋柵極的像素構(gòu)造A和實施例的遮光膜不覆蓋柵極的像素構(gòu)造B進行比較的剖視圖；圖6是表示由一對焦點檢測像素中的遮光膜形成的遮光圖案示例I的示意性平面圖；圖7是表示由一對焦點檢測像素中的遮光膜形成的遮光圖案示例2的示意性平面圖；圖8是表示針對遮光膜與柵極之間的間隙采取對策的像素構(gòu)造I的示意性平面圖；圖9是表示針對遮光膜與柵極之間的間隙采取對策的像素構(gòu)造2的示意性平面圖；以及圖10是表示本發(fā)明實施例的作為電子裝置的成像器件的構(gòu)造示例的方框圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)注意，在本說明書和附圖中，具有實質(zhì)上相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件具有相同的附圖標(biāo)記，且不對這些結(jié)構(gòu)元件進行重復(fù)說明。此外，將按以下順序進行說明。1.本發(fā)明的固態(tài)成像器件和電子裝置的整體說明2.實施例2-1.系統(tǒng)構(gòu)造2-2.單元像素的電路構(gòu)造2-3.焦點檢測像素的布置示例2-4.焦點檢測像素的像素構(gòu)造2-5.示例 I2-6.示例 23.電子裝置(成像器件)
4.本發(fā)明的構(gòu)造1.本發(fā)明的固態(tài)成像器件和電子裝置的總體說明本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件可用作電子裝置的成像部(或圖像捕獲部)，所述電子裝置例如是采用自動聚焦(AF)方法、尤其是采用光瞳分割型相位差檢測方法的成像器件。采用光瞳分割型相位差檢測方法的成像器件的示例包括數(shù)字照相機和攝像機。此外，除諸如數(shù)字照相機和攝像機等成像器件之外，本發(fā)明實施例的電子裝置的示例還包括諸如移動電話器件等具有成像功能的移動終端器件。此外，除諸如數(shù)字照相機和攝像機等成像器件以及諸如移動電話器件等具有成像功能的移動終端器件之外，本發(fā)明的技術(shù)還適用于采用光瞳分割型相位差檢測方法并使用固態(tài)成像器件作為成像部(或圖像捕獲部)的所有電子裝置。為實現(xiàn)光瞳分割型相位差檢測，本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件包括焦點檢測像素，焦點檢測像素對所接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換，并從而獲取相位差檢測信號。此處，相位差檢測信號是指用于表示離焦方向和離焦量的信號，即焦點檢測信號。為實現(xiàn)光瞳分割型相位差檢測，優(yōu)選地使用多個焦點檢測像素，例如使用成對的兩個焦點檢測像素。通過利用從所述多個焦點檢測像素(例如上述一對焦點檢測像素)輸出的相位差檢測信號，可以檢測離焦方向和離焦量。焦點檢測像素與用于采集成像信號的成像像素分開設(shè)置，優(yōu)選地，期望將焦點檢測像素與成像像素混合在通過以矩陣方式二維布置成像像素而形成的像素陣列部中。為了在像素陣列部中設(shè)置焦點檢測像素，例如，可以將成對的兩個焦點檢測像素以適當(dāng)?shù)拈g隔設(shè)置在像素陣列部的行方向上，或者以適當(dāng)?shù)拈g隔設(shè)置在像素陣列部的列方向上。此處，“行方向”是指在通過以矩陣方式二維布置成像像素而形成的像素陣列部中沿像素行的方向，即像素行中的像素的布置方向。此外，“列方向”是指沿像素列的方向，即像素列中的像素的布置方向。此外，例如，不僅可以在行方向和列方向上設(shè)置成對的兩個焦點檢測像素，還可以在對角線方向上設(shè)置成對的兩個焦點檢測像素。在本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件中，焦點檢測像素形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并包括用于對光接收表面的一部分進行遮光的遮光膜。當(dāng)遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上時，可以可靠地對入射到光電轉(zhuǎn)換部的入射光束進行遮光，并因此可保持高的相位差檢測精度。優(yōu)選地，期望使用焦點檢測像素的光接收表面?zhèn)壬蠈盈B的多個膜中的最下層膜作為遮光膜。由于遮光膜是最下層膜，所以能夠更可靠地對入射到光電轉(zhuǎn)換部的入射光束進行遮光。此外，遮光膜的材料的示例包括鎢(W)和鈦(Ti)。此處，遮光膜的材料并非僅限于這些材料，也可以使用任何材料，只要其是能夠?qū)θ肷涔馐M行光瞳分割的遮光材料即可。本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件具有如下特征:遮光膜(其形成于光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并對光接收表面的一部分進行遮光)被形成為避開用于從光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。因此，通過將遮光膜形成為避開讀取柵部的柵極，可以避免在柵極的上表面與遮光膜的上表面之間形成電容。因此，即使在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上形成遮光膜以保持高的相位差檢測精度，也不會使柵極電容增大。于是，與遮光膜覆蓋柵極的像素構(gòu)造相比，可以提高從光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取速度且可以提高相位差檢測速度。
如果遮光膜未被形成為覆蓋柵極的狀態(tài)，則會出現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上的遮光膜的側(cè)表面與柵極的側(cè)表面之間形成間隙的情形。優(yōu)選地，期望使用以下布線來覆蓋該間隙，該布線屬于比遮光膜更高的層。通過使用屬于比遮光膜更高的層的布線來覆蓋遮光膜的側(cè)表面與柵極的側(cè)表面之間的間隙，可以更可靠地對入射到光電轉(zhuǎn)換部的入射光束進行遮光。此外，從旨在穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面的電位的觀點來看，就形成在光接收表面上的遮光膜而言，優(yōu)選地被施加有地電位或電源電位。2.實施例在說明本發(fā)明實施例的焦點檢測像素的像素構(gòu)造之前，將說明本發(fā)明的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，例如將說明作為一種放大型固態(tài)成像器件的CMOS圖像傳感器的構(gòu)造。2-1.系統(tǒng)構(gòu)造圖1是簡要表示CMOS圖像傳感器的系統(tǒng)構(gòu)造的系統(tǒng)構(gòu)造視圖。此處，CMOS圖像傳感器是應(yīng)用CMOS工藝或部分使用CMOS工藝而形成的固態(tài)成像器件。本應(yīng)用示例的CMOS圖像傳感器10采用如下構(gòu)造，該構(gòu)造包括形成在半導(dǎo)體基板(以下可被稱為“芯片”)11上的像素陣列部12和與像素陣列部12集成在同一芯片11上的外圍電路部。在本不例中，例如設(shè)置有行掃描部13、列處理部14、列掃描部15和系統(tǒng)控制部16，以作為外圍電路部。在像素陣列部12中，以矩陣方式二維布置有具有光電轉(zhuǎn)換部的單元像素(在下文中被簡稱為“像素”)，光電轉(zhuǎn)換部用于產(chǎn)生光電荷并在其內(nèi)部積累光電荷，所產(chǎn)生的光電荷的電荷量對應(yīng)于入射光的光量。此處，“單元像素”是指用于獲取成像信號的成像像素。稍后將說明單元像素(或成像像素)的具體電路構(gòu)造。此外，在像素陣列部12中，沿著矩陣像素布置的每一像素行的行方向(即，像素行的像素布置方向)布線有像素驅(qū)動線17，且沿著每一像素列的列方向(即，像素列的像素布置方向)布線有垂直信號線18。像素驅(qū)動線17以行為單位傳輸從行掃描部13輸出的用于驅(qū)動像素的驅(qū)動信號。盡管圖1將像素驅(qū)動線17圖示成一條布線，但其并非僅限于一條布線。像素驅(qū)動線17的一個端部連接至與行掃描部13的每一行相對應(yīng)的輸出端子。例如，行掃描部13是指包括移位寄存器、地址解碼器等并以行為單位驅(qū)動像素陣列部12的每一像素的像素驅(qū)動部。盡管未圖示行掃描部13的具體構(gòu)造，然而其通常采用以下構(gòu)造，該構(gòu)造包括讀取式掃描系統(tǒng)(reading scanning system)和掃除式掃描系統(tǒng)(sweeping scanning system)這兩個掃描系統(tǒng)。讀取式掃描系統(tǒng)以行為單位選擇性地、依序掃描像素陣列部12的單元像素，以從單元像素讀取信號。從單元像素讀取的信號是模擬信號。掃除式掃描系統(tǒng)對在讀取式掃描系統(tǒng)中經(jīng)過讀取式掃描的讀取行執(zhí)行掃除式掃描，且所述掃除式掃描比所述讀取式掃描早了快門速度的時間。通過在此種掃除式掃描系統(tǒng)中進行掃除式掃描，從讀取行的單元像素的光電轉(zhuǎn)換元件中掃除不必要的電荷，并因此使光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位。接著，通過在此種掃除式掃描系統(tǒng)中進行不必要的電荷的掃除(復(fù)位)，來執(zhí)行所謂的電子快門操作。此處，電子快門操作是指丟棄光電轉(zhuǎn)換元件的光電荷并重新開始曝光(開始積累光電荷)的操作。在讀取式掃描系統(tǒng)中通過讀取操作讀取的信號對應(yīng)于在前一讀取操作或電子快門操作之后進入的光的量。接著，從前一讀取操作的讀取時刻或電子快門操作的掃除時刻到當(dāng)前讀取操作的讀取時刻的時間段是在單元像素中積累光電荷的時間段(即，曝光時間段)。從行掃描部13選擇性掃描的像素行的每一單兀像素輸出的信號經(jīng)由每一垂直信號線18被提供至列處理部14。針對像素陣列部12的每一像素列，列處理部14對經(jīng)垂直信號線18從所選行的每一像素輸出的信號執(zhí)行預(yù)定的信號處理，并在信號處理之后臨時保持像素信號。更具體而言，列處理部14接收單元像素信號并對信號執(zhí)行信號處理，上述信號處理例如為由相關(guān)雙采樣(Correlated Double Sampling)實現(xiàn)的噪聲移除、信號放大和模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換。通過噪聲移除處理，將像素特有的復(fù)位噪聲和諸如放大晶體管的閾值差異等固定模式噪聲移除。此處，所舉例說明的信號處理僅為示例，而并非僅限于這些信號處理。列掃描部15包括移位寄存器、地址解碼器等，并依序選擇與列處理部14的像素列相對應(yīng)的單元電路。通過列掃描部15進行選擇性的掃描，在列處理部14中經(jīng)過信號處理的像素信號被依序輸出至水平總線19，并經(jīng)由水平總線19被傳輸至芯片11的外部。系統(tǒng)控制部16接收從芯片11外部提供的時鐘或用于指示操作模式的數(shù)據(jù)，并輸出諸如CMOS圖像傳感器10的內(nèi)部信息等數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)控制部16具有用于產(chǎn)生各種時序信號的時序發(fā)生器，并根據(jù)時序發(fā)生器中所產(chǎn)生的各種時序信號來執(zhí)行對諸如行掃描部
13、列處理部14和列掃描部15等外圍電路部的驅(qū)動控制。2-2.單元像素的電路構(gòu)造圖2是表示單元像素20的電路構(gòu)造示例的電路圖。如圖2所示,例如,本電路示例的單元像素20使用光電二極管21作為光電轉(zhuǎn)換部。除光電二極管21之外，單元像素20例如還包括四個晶體管，這四個晶體管分別為傳輸晶體管(讀取柵部)22、復(fù)位晶體管23、放大晶體管24和選擇晶體管25。此處，例如使用N溝道MOS晶體管作為這四個晶體管。然而，此處所舉例說明的這些傳輸晶體管22、復(fù)位晶體管23、放大晶體管24和選擇晶體管25的導(dǎo)電類型組合僅為示例，而并非僅限于此種組合。在單元像素20中，例如對同一像素行的每一像素共同設(shè)置傳輸線171、復(fù)位線172和選擇線173這三條驅(qū)動線作為像素驅(qū)動線17。這些傳輸線171、復(fù)位線172和選擇線173的每一端部均以像素行為單位連接至與列掃描部13的每一像素行相對應(yīng)的輸出端子，以傳送傳輸脈沖q)TRF、復(fù)位脈沖cpRST和選擇脈沖(pSEL作為用于驅(qū)動像素20的驅(qū)動信號。在光電二極管21中，陽極連接至負側(cè)電源(例如，地面)，以將所接收的光(例如入射光)轉(zhuǎn)換成光電荷(在此例中為光電子)并積累這些光電荷，這些光電荷的電荷量取決于光量。光電二極管21的陰極經(jīng)由傳輸晶體管22電連接至放大晶體管24的柵極。電連接至放大晶體管24的柵極的節(jié)點26被稱為“FD”部(浮動擴散部/浮動擴散區(qū)域)。傳輸晶體管22連接在光電二極管21的陰極與FD部26之間。傳輸晶體管22的柵極經(jīng)由傳輸線171被提供有傳輸脈沖CpTRF，在輸脈沖(pTRF中，高電平(例如Vdd電平)是有效的(在下文中被稱為“高態(tài)有效(High active)”)。相應(yīng)地，傳輸晶體管22進入導(dǎo)通狀態(tài)，并將在光電二極管21中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的光電荷傳輸至FD部26。
在復(fù)位晶體管23中，漏極連接至像素電源Vdd，且源極連接至FD部26。復(fù)位晶體管23的柵極經(jīng)由復(fù)位線172提供有高態(tài)有效的復(fù)位脈沖q>RST。相應(yīng)地，復(fù)位晶體管23進入導(dǎo)通狀態(tài)，并通過丟棄FD部26的電荷而將FD部26復(fù)位至像素電源Vdd。在放大晶體管24中，柵極連接至FD部26，且漏極連接至像素電源Vdd。接著，放大晶體管24輸出FD部26在被復(fù)位晶體管23復(fù)位之后的電位，以作為復(fù)位信號(復(fù)位電平)Vresetο此外,放大晶體光24輸出FD部26的在傳輸晶體管22傳輸信號電荷之后的電位，以作為光積累信號(信號電平)Vsig。在選擇晶體管25中，例如，漏極連接至放大晶體管24的源極，且源極連接至垂直信號線18。選擇晶體管25的柵極經(jīng)由選擇線173被提供有高態(tài)有效的選擇脈沖(pSEL。相應(yīng)地，選擇晶體管25進入導(dǎo)通狀態(tài)，并通過使用單元像素20作為選擇性狀態(tài)將從放大晶體管24輸出的信號輸出至垂直信號線18。此處，盡管選擇晶體管25采用在放大晶體管24的源極與垂直信號線18之間進行連接的電路構(gòu)造，然而其也可采用在像素電源Vdd與晶體管24的漏極之間進行連接的電路構(gòu)造。此外，單元像素20并非僅限于由具有以上構(gòu)造的四個晶體管所形成的像素構(gòu)造。例如，它可采用由放大晶體管24和選擇晶體管25構(gòu)成的三個晶體管所形成的像素構(gòu)造，且像素電路構(gòu)造不會產(chǎn)生影響。2-3.焦點檢測像素的布置示例上述CMOS圖像傳感器10包括用于獲取相位差檢測信號的焦點檢測像素，以便實現(xiàn)光瞳分隔型相位差檢測。相位差檢測信號是指用于表示離焦方向和離焦量的焦點檢測信號。因此，焦點檢測像素可被稱為“相位差檢測像素”。焦點檢測像素設(shè)置在圖1所示的包括二維布置成矩陣狀態(tài)的成像像素的像素陣列部12中，即設(shè)置在有效像素區(qū)域中。換言之，成像像素與焦點檢測像素混合在像素陣列部12中。圖3典型地表示焦點檢測像素在像素陣列部12中的布置示例。如圖3所示，CMOS圖像傳感器10包括像素陣列部12的中心區(qū)域121、位于中心區(qū)域121左側(cè)的區(qū)域122、位于中心區(qū)域121右側(cè)的區(qū)域123、上側(cè)區(qū)域124和下側(cè)區(qū)域125以作為焦點檢測像素的布置區(qū)域。此外，在這些區(qū)域121至125中，設(shè)置多個焦點檢測像素以作為群組。然而，圖3所示的焦點檢測像素的布置示例僅為示例，而并非僅限于此。例如，在像素陣列部12中，焦點檢測像素可以周期性地設(shè)置在行方向和列方向上，使得它們在中心部分中相互交叉，或者可以周期性地設(shè)置在整個有效像素區(qū)域上。2-4.焦點檢測像素的像素構(gòu)造接下來，將參照圖4A和4B來說明焦點檢測像素的像素構(gòu)造。在圖4A和4B中，圖4A是焦點檢測像素的示意性平面圖，圖4B是沿圖4A的X-X線截取的箭頭剖視圖。此外，在圖4A中省略了焦點檢測像素的用于捕獲入射光的布線層側(cè)構(gòu)造。焦點檢測像素40采用如下構(gòu)造:作為光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管21形成在半導(dǎo)體基板11的表面層部分上，且用于執(zhí)行光瞳分割的遮光膜41形成在光電二極管21的光接收表面上。在焦點檢測像素40中，光電二極管21的光接收表面上依次層疊有包括布線層42的層間絕緣膜43、絕緣膜44、濾光片45、平坦化膜46和片上透鏡47。
此處，遮光膜41形成在光電二極管21的光接收表面上以作為層疊在所述光接收表面?zhèn)壬系乃龆鄠€膜中的最下層膜，并通過在光接收表面的一部分中遮光來執(zhí)行光瞳分害I]。遮光膜41可由諸如鎢(W)和鈦(Ti)等遮光材料形成。此處，遮光膜41的材料并非僅限于這些材料，而是可使用任何材料，只要其為能夠?qū)θ肷涔馐M行光瞳分割的遮光材料即可。遮光膜41被形成為避開對應(yīng)于讀取柵部的傳輸晶體管22的柵極221。換言之，遮光膜41被形成為根本不覆蓋柵極221。此外，從能夠更可靠地對光電二極管21的入射光束進行遮光的觀點來看，遮光膜41優(yōu)選地被形成為處于靠近光電二極管21的光接收表面的狀態(tài)。此外，例如，為了穩(wěn)定光接收表面的電位，對遮光膜41施加地電位或電源電位。在具有以上構(gòu)造的焦點檢測像素40中，位于光電二極管21的光接收表面上的遮光膜41對穿過片上透鏡47和濾光片45的光束進行光瞳分割。接著，僅一側(cè)上的經(jīng)光瞳分割的光束從不被遮光膜41遮光的開口區(qū)域進入光電二極管21。另一側(cè)上的經(jīng)光瞳分割的光束被遮光膜41限制進入光電二極管21，S卩，光被遮蔽。在上述一側(cè)上進入光電二極管21的光束在光電二極管21中被進行光電轉(zhuǎn)換，且信號電荷積累于光電二極管21中。通過傳輸晶體管(讀取柵部)22將積累于光電二極管21中的信號電荷傳輸至FD部26。如上所述，形成在光電二極管21的光接收表面上并對光接收表面的一部分進行遮光的遮光膜41被形成為避開傳輸晶體管(讀取柵部)22的柵極221，并因此可獲得以下操作和效果。換言之，通過將遮光膜41形成為避開柵極221，可避免在柵極221的上表面與遮光膜41的上表面之間形成電容。因此，即使在光電二極管21的光接收表面上形成遮光膜41以保持高的相位差檢測精度，也不會使柵極221的電容增大。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的遮光膜41覆蓋柵極221的像素構(gòu)造相比，可以提高從光電二極管21讀取信號電荷的讀取速度。此外，由于可以提高信號電荷的讀取速度，因此可以提高相位差檢測信號的檢測速度(即，相位差檢測速度)，所述相位差檢測信號是基于這些所讀取的信號電荷而檢測的，并用于表示離焦方向和離焦量。此外，將參照圖5A和5B通過與現(xiàn)有技術(shù)的遮光膜41覆蓋柵極221的像素構(gòu)造A進行比較來說明本實施例的遮光膜41不覆蓋柵極221的像素構(gòu)造B的操作和效果。在遮光膜41覆蓋柵極221的像素構(gòu)造A的情形中，當(dāng)在形成遮光膜41之后形成層間絕緣膜43時，層間絕緣膜43的膜厚度會由于位于柵極221上的遮光膜41而部分地變厚。此外，由于在像素陣列部(有效像素區(qū)域)12中同時存在具有遮光膜41的焦點檢測像素和不具有遮光膜41的成像像素，所以會使層間絕緣膜43的膜厚度產(chǎn)生變化(不均勻)，并因此可能成為妨礙具有焦點檢測像素的固態(tài)成像器件獲得高圖像品質(zhì)的因素。與此相反，通過采用本實施例的遮光膜41不覆蓋柵極221的像素構(gòu)造B，由于普通成像像素與焦點檢測像素之間在高度方向上的構(gòu)造差異較小，所以層間絕緣膜43的膜厚度的變化減小，從而抑制了不均勻度。因此，具有焦點檢測像素的固態(tài)成像器件可以獲得高圖像品質(zhì)。此外，在本實施例的最初具有高平整度的像素構(gòu)造B中，即使在形成遮光膜41之后在平坦化工藝中應(yīng)用研磨處理，也會對層間絕緣膜43的膜厚度不均勻度產(chǎn)生較小影響。與此相反，在遮光膜41覆蓋柵極221的像素構(gòu)造A中，由于需要根據(jù)柵極221上的遮光膜41的高度來核查平坦化工藝的裕度，所以本實施例的像素構(gòu)造B即使針對較低層也是有利的。因此，能夠有助于普通成像像素和焦點檢測像素的靈敏度和F-值靈敏度。此外，工藝穩(wěn)定性高，且在形成遮光膜41之后形成并研磨層間絕緣膜43的處理中可減少步驟的數(shù)目。此處，在圖4A和4B中，不具有遮光膜41的像素構(gòu)造是普通成像像素的像素構(gòu)造。使用多個焦點檢測像素40，例如使用成對的兩個焦點檢測像素40(40a，40b)來檢測相位差檢測信號。在這對焦點檢測像素404和4(^中，焦點檢測像素404接收一側(cè)上的經(jīng)光瞳分割的光束，焦點檢測像素40b接收另一側(cè)上的經(jīng)光瞳分割的光束。接著，通過檢測由這對焦點檢測像素4(^和4(^所獲得的物體圖像的相對位置(即，相位差)，可以檢測用于表示離焦方向和離焦量的相位差檢測信號。2-5.示例 I接下來，在所述一對焦點檢測像素4(^和4(^中，將說明由形成在光電二極管21的光接收表面上的遮光膜41所形成的遮光圖案的具體示例作為示例I。遮光圖案示例I圖6是表示由所述一對焦點檢測像素404和40B中的遮光膜41形成的遮光圖案示例I的示意性平面圖。如圖6所示，所述一對焦點檢測像素40a和40b在行方向上左右相鄰地設(shè)置，且除光電二極管21之外，它們中的每一者還包括傳輸晶體管22、復(fù)位晶體管23、放大晶體管24、選擇晶體管25和FD部26。換言之，所述一對焦點檢測像素40a和40b均采用包括FD部(擴散層部)26的所謂FD-非共享設(shè)計(FD-u nshared scheme)的像素構(gòu)造。此處，焦點檢測像素40A和40B的像素構(gòu)造并非僅限于FD-非共享設(shè)計，且本實施例的像素構(gòu)造也適用于在焦點檢測像素40a和40b之間共享FD部26的所謂FD-共享設(shè)計的像素構(gòu)造。遮光膜41a被形成為使得在所述一對焦點檢測像素40a和40b中的位于左側(cè)的焦點檢測像素40a對光電二極管21的光接收表面上的處于焦點檢測像素40b側(cè)(S卩，圖的右偵D的大致一半?yún)^(qū)域進行遮光。同時，遮光膜41B被形成為使得位于右側(cè)的焦點檢測像素40B對光電二極管21的光接收表面上的處于焦點檢測像素4(^側(cè)(即，圖的左側(cè))的大致一半?yún)^(qū)域進行遮光。在焦點檢測像素40a和40b中的任一者中，遮光膜41a和41B被形成為避開傳輸晶體管22的柵極221。在圖3的區(qū)域122、121和123中布置并使用具有此種像素構(gòu)造的所述一對焦點檢測像素40a和40b，并因此能夠沿行方向執(zhí)行光瞳分割。遮光圖案示例2圖7是表示由所述一對焦點檢測像素4(^和40B中的遮光膜41形成的遮光圖案示例2的示意性平面圖。如圖7所示，所述一對焦點檢測像素4(^和40B在行方向上左右相鄰地設(shè)置并采用包括FD部26的FD-非共享設(shè)計的像素構(gòu)造。如上所述，它也可為FD-共享設(shè)計的像素構(gòu)造。遮光膜41a被形成為使得在所述一對焦點檢測像素40a和40b中的位于左側(cè)的焦點檢測像素4(^對與光電二極管21的光接收表面上的像素電路所處的側(cè)相反的側(cè)(即，圖中的上側(cè))上的大致一半?yún)^(qū)域進行遮光。同時，遮光膜41B被形成為使得位于右側(cè)的焦點檢測像素40b對與光電二極管21的光接收表面上的像素電路所處的側(cè)(即，圖中的下側(cè))上的大致一半?yún)^(qū)域進行遮光。此處，像素電路是指包括傳輸晶體管22、復(fù)位晶體管23、放大晶體管24和選擇晶體管25的電路。在焦點檢測像素40a和40b中的任一者中，遮光膜41a和41B被形成為避開傳輸晶體管22的柵極221。在圖3的區(qū)域124、121和125中布置并使用具有此種像素構(gòu)造的所述一對焦點檢測像素40a和40b，并因此可沿列方向來執(zhí)行光瞳分割。盡管上述遮光圖案示例I和2舉例說明了沿行方向或列方向來執(zhí)行光瞳分割，然而遮光圖案示例并非僅限于此，但例如也可以沿行方向和列方向來執(zhí)行光瞳分割，并可以沿對角線方向來執(zhí)行光瞳分割。2-6.示例 2順便而言，當(dāng)遮光膜41(41a，41b)未被形成為處于覆蓋柵極221的狀態(tài)時，在光電二極管21的光接收表面上的遮光膜41的側(cè)表面與柵極221的側(cè)表面之間可形成間隙，并因此令人擔(dān)憂的是，光會通過間隙泄露至光電二極管21中。示例2的像素構(gòu)造是指針對遮光膜41與柵極21之間的間隙采取對策而創(chuàng)建的像素構(gòu)造。像素構(gòu)造I圖8是表示針對遮光膜41與柵極21之間的間隙采取對策的像素構(gòu)造I的示意性平面圖。像素構(gòu)造I對應(yīng)于遮光圖案示例I。換言之，像素構(gòu)造I是指為了防止光通過柵極221的側(cè)表面與左側(cè)焦點檢測像素40a和右側(cè)焦點檢測像素40b的遮光膜41a和41B的側(cè)表面之間的間隙泄漏而創(chuàng)建的像素構(gòu)造。更具體而言，像素構(gòu)造被設(shè)置成使得屬于比遮光膜41a和41b更高的層的布線48 (在圖中通過虛線表示)覆蓋遮光膜41a和41b與柵極221之間的間隙。布線48對應(yīng)于例如圖4B中的布線層42的布線。像素構(gòu)造2圖9是表示針對遮光膜41與柵極221之間的間隙采取對策的像素構(gòu)造2的示意性平面圖。像素構(gòu)造2對應(yīng)于遮光圖案示例2。換言之，像素構(gòu)造2是指為了防止光通過右側(cè)焦點檢測像素40b的遮光膜41b的側(cè)表面與柵極221的側(cè)表面之間的間隙泄漏而創(chuàng)建的像素構(gòu)造。更具體而言，像素構(gòu)造被設(shè)置成使得屬于比遮光膜41b更高的層的布線48 (在圖中通過虛線表示)覆蓋遮光膜41b與柵極221之間的間隙。布線48對應(yīng)于例如圖4B中的布線層42的布線。類似于上述像素構(gòu)造I和2，通過使用屬于比遮光膜41更高的層的布線48來覆蓋遮光膜41(41a，41b)的側(cè)表面與柵極221的側(cè)表面之間的間隙，能夠更可靠地對光電二極管21的入射光束進行遮光。3.電子裝置本發(fā)明并非限制性地適用于固態(tài)成像器件，也適用于采用光瞳分割型相位差檢測方法并使用固態(tài)成像器件作為成像部(或圖像捕獲部)的所有電子裝置，這些電子裝置包括諸如數(shù)字照相機和攝像機等成像器件和諸如移動電話器件等具有成像功能的移動終端器件。成像器件圖10是表示本發(fā)明實施例的作為電子裝置示例的成像器件的構(gòu)造示例的方框圖。
如圖10所示，本發(fā)明實施例的成像器件包括:包括成像透鏡51的光學(xué)系統(tǒng)、攝像器件52、作為照相機信號處理部的數(shù)字信號處理器(DSP)電路53、幀存儲器54、顯示器件55、記錄器件56、操作系統(tǒng)57和電源系統(tǒng)58。此外，它具有如下構(gòu)造:DSP電路53、幀存儲器54、顯示器件55、記錄器件56、操作系統(tǒng)57和電源系統(tǒng)58經(jīng)由總線59相互連接。成像透鏡51捕獲來自物體的入射光(圖像)，并在攝像器件52的成像表面上形成圖像。攝像器件52將通過成像透鏡51形成于成像表面上的入射光的光量轉(zhuǎn)換成像素單元中的電信號，并輸出這些信號以作為像素信號。作為此種攝像器件52，可以使用以上實施例的包括焦點檢測像素的CMOS圖像傳感器。顯示器件55包括例如液晶顯示器件和有機電致發(fā)光(EL)顯示器件，并顯示由攝像器件52成像的動態(tài)圖片或靜態(tài)圖片。記錄器件56將由攝像器件52成像的動態(tài)圖片或靜態(tài)圖片記錄于諸如錄像帶和數(shù)字多用盤(DVD)等記錄媒體中。操作系統(tǒng)57在用戶操作下向該成像器件所保持的各種功能發(fā)出操作指令。電源系統(tǒng)58適當(dāng)?shù)貙⒆鳛镈SP電路53、幀存儲器54、顯示器件55、記錄器件56和操作系統(tǒng)57的工作電源的各種電源地提供至這些供應(yīng)目標(biāo)。本發(fā)明實施例的成像器件50還包括用于在成像透鏡51的光軸方向上驅(qū)動成像透鏡51的透鏡驅(qū)動部60。透鏡驅(qū)動部60與成像透鏡51形成用于調(diào)整焦距的聚焦系統(tǒng)。此夕卜，本發(fā)明實施例的成像器件50通過系統(tǒng)控制器61來執(zhí)行各種控制，例如對聚焦系統(tǒng)的控制和對以上組件的每一者的控制。就聚焦系統(tǒng)控制而言，基于從上述實施例的CMOS圖像傳感器的焦點檢測像素輸出的相位差檢測信號，例如在DSP電路53中執(zhí)行用于計算離焦方向和離焦量的計算處理。響應(yīng)于計算結(jié)果，系統(tǒng)控制器61執(zhí)行聚焦控制，以通過由透鏡驅(qū)動部60在成像透鏡51的光軸方向上移動成像透鏡51來調(diào)整焦距(焦點)。4.本發(fā)明的構(gòu)造另外，也可以如下方式構(gòu)造本技術(shù)。(I) 一種固態(tài)成像器件，其包括:焦點檢測像素，其具有遮光膜，對接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換，并獲取相位差檢測信號，所述遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并在所述光接收表面的一部分中遮蔽光，其中，所述遮光膜被形成為避開用于從所述光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。(2)如⑴所述的固態(tài)成像器件，其還包括:通過布置成像像素形成的像素陣列部，所述成像像素用于獲取成像信號，其中，所述成像像素和所述焦點檢測像素混合在所述像素陣列部中。(3)如⑴或⑵所述的固態(tài)成像器件，其中，所述遮光膜是在所述焦點檢測像素的所述光接收表面上層疊的多個膜中的最下層膜。(4)如(3)所述的固態(tài)成像器件，其中，位于所述光電轉(zhuǎn)換部的所述光接收表面上的所述遮光膜的側(cè)表面與所述柵極的側(cè)表面之間的間隙被布線覆蓋，所述布線屬于比所述遮光膜更高的層。
(5)如⑴至(4)中的任一項所述的固態(tài)成像器件，其中，所述遮光膜被施加有地電位或電源電位。(6)，如⑴至(5)中的任一項所述的固態(tài)成像器件，其中，所述焦點檢測像素包括多個焦點檢測像素；以及使用從所述多個焦點檢測像素輸出的相位差檢測信號來檢測離焦方向和離焦量。(7) —種電子裝置，包括:固態(tài)成像器件，其包括焦點檢測像素，所述焦點檢測像素具有遮光膜，對接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換，并獲取相位差檢測信號，所述遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并在所述光接收表面的一部分中遮蔽光；以及聚焦機構(gòu)，其基于從所述焦點檢測像素輸出的相位差檢測信號來調(diào)整焦距，其中，所述遮光膜被形成為避開用于從所述光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。本申請包含與2012年I月13日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP2012-004799的公開內(nèi)容相關(guān)的主題，在這里將該在先申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，其包括: 焦點檢測像素，其具有遮光膜，所述焦點檢測像素對接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換并獲取相位差檢測信號，所述遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上并對所述光接收表面的一部分進行遮光， 其中，所述遮光膜被形成為避開用于從所述光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其還包括: 通過布置成像像素而形成的像素陣列部，所述成像像素用于獲取成像信號， 其中，所述成像像素和所述焦點檢測像素混合在所述像素陣列部中。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述遮光膜是在所述焦點檢測像素的所述光接收表面上層疊的多個膜中的最下層膜。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像器件，其中，位于所述光電轉(zhuǎn)換部的所述光接收表面上的所述遮光膜的側(cè)表面與所述柵極的側(cè)表面之間的間隙被布線覆蓋，所述布線屬于比所述遮光膜更高的層。
5.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述遮光膜被施加有地電位或電源電位。
6.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中， 所述焦點檢測像素包括多個焦點檢測像素；并且 使用從所述多個焦點檢測像素輸出的相位差檢測信號來檢測離焦方向和離焦量。
7.如權(quán)利要求2-6中任一項所述的固態(tài)成像器件，其中，所述焦點檢測像素沿所述像素陣列部的行方向和/或列方向來執(zhí)行所述光瞳分割。
8.如權(quán)利要求2-6中任一項所述的固態(tài)成像器件，其中，所述焦點檢測像素沿所述像素陣列部的對角線方向來執(zhí)行所述光瞳分割。
9.一種電子裝置，其包括: 權(quán)利要求1-8中任一項所述的固態(tài)成像器件；以及 聚焦機構(gòu)，其基于從所述固態(tài)成像器件的所述焦點檢測像素輸出的相位差檢測信號來調(diào)整焦距。
全文摘要
本發(fā)明提供固態(tài)成像器件和包括該固態(tài)成像器件的電子裝置，所述成像器件包括焦點檢測像素，其具有遮光膜，對接收的光束執(zhí)行光瞳分割和光電轉(zhuǎn)換，并獲取相位差檢測信號，所述遮光膜形成在光電轉(zhuǎn)換部的光接收表面上，并在所述光接收表面的一部分中遮蔽光。所述遮光膜形成為避開用于從所述光電轉(zhuǎn)換部讀取信號電荷的讀取柵部的柵極。根據(jù)本發(fā)明，能夠在保持高的相位差檢測精度的同時實現(xiàn)作為相位差檢測方法的優(yōu)點的快速AF操作。
文檔編號H04N5/374GK103208499SQ201310002058
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者守谷仁, 山下和芳, 森裕之, 石渡宏明 申請人:索尼公司