CN107409184B - 固态成像元件、驱动方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及被配置为抑制相位差检测信号混色到图像感测信号的固态图像感测装置、驱动方法以及电子设备。所述固态图像感测装置具有被配置为布置有多个像素的像素区域，其中用于对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和用于对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从上述多个像素中的每一者读取具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作。另外，在上述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。例如，本技术适用于能够检测图像平面相位差的固态图像感测装置。

Description

固态成像元件、驱动方法以及电子设备
技术领域
本公开涉及固态图像感测装置、驱动方法以及电子设备，尤其是涉及被配置为抑制用于相位差检测的信号混色到用于图像感测的信号的固态图像感测装置、驱动方法以及电子设备。
背景技术
过去，在诸如数字照相机和数字摄像机等具有图像感测功能的电子设备中，已经使用诸如电荷耦合装置(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等固态图像感测装置。固态图像感测装置具有各自为用于光电转换的光电二极管(PD)和两个或更多个晶体管的组合的像素，从而基于从布置在上面形成受检者的图像的图像平面上的两个或更多个像素输出的像素信号来提供图像。
另外，最近，已经开发出上面安装相位差检测像素的固态图像感测装置，所述相位差检测像素能够通过将一个像素中的PD分成两个的配置来检测图像平面中的相位差。这种固态图像感测装置可用于在自动对焦时独立读取相位差检测像素的两个PD中所生成的电荷并且使用这些电荷作为相位差检测信号以用于检测入射光的相位差，从而控制对焦。另一方面，在图像感测时，上述固态图像感测装置可用于同时读取相位差检测像素的两个PD中所生成的电荷以便作为一个像素输出信号，从而提供作为图像感测信号的图像。
如上所述，相位差检测像素可输出相位差检测信号和图像感测信号两者，从而同时扮演两个角色。因此，在相位差检测像素在自动对焦时和在图像感测时的角色之间切换允许不仅使用固态图像感测装置的一部分而且还使用所有像素作为相位差检测像素。
另外，专利文献1公开了一种固态图像感测装置，其中接收用于图像感测的波长范围内的光的PD不被分割并且形成在比上述PD深的位置处的PD被光瞳分割以供用于相位差检测，从而通过使用在半导体衬底深处的区域中进行光电转换的红外光来执行对焦。
引文列表
【专利文献】
【专利文献1】
JP 2008-28105A
发明内容
【技术问题】
同时，在专利文献1所公开的固态图像感测装置中，由于红外光用于相位差检测，所以应当关注对红外光进行光电转换的相位差检测信号混色到图像感测信号中。
因此，本公开解决上述情形并且旨在抑制相位差检测信号混色到图像感测信号中。
【问题解决方案】
在实行本公开时并且根据其一个方面，提供一种固态图像感测装置。所述固态图像感测装置具有被配置为布置有多个像素的像素区域，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从上述多个像素中的每一者读取具有对应于上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作。在上述多个像素中的每一者中，上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。
在实行本公开时并且根据其另一个方面，提供一种驱动固态图像感测装置的方法。上述固态图像感测装置具有被配置为布置有多个像素的像素区域，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从上述多个像素中的每一者读取具有对应于上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作。在上述多个像素中的每一者中，上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。在上述多个像素中，以共享方式使用将通过上述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过上述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且上述驱动部执行从上述多个像素中的一者同时读取上述第一像素信号和上述第二像素信号的驱动操作。
在实行本公开时并且根据其又一个方面，提供一种具有固态图像感测装置的电子设备。上述固态图像感测装置具有被配置为布置有多个像素的像素区域，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从上述多个像素中的每一者读取具有对应于上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作。在上述多个像素中的每一者中，上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。
在本公开的一个方面中，布置被配置为布置有多个像素的像素区域，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从上述多个像素中的每一者读取具有对应于上述第一光电转换部和上述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作。接着，在所述像素中，第一光电转换部和第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。
【发明的有利效果】
根据本公开的一个方面，可抑制相位差检测信号混色到图像感测信号中。
附图说明
【图1】
图1是示出本技术应用于的图像感测装置的一个实施例的配置实例的框图。
【图2】
图2描绘示出能够输出红色和蓝色像素信号的像素的第一配置实例的图。
【图3】
图3是示出像素区域的第一布局实例的图。
【图4】
图4是示出像素区域的第二布局实例的图。
【图5】
图5是示出像素区域的第三布局实例的图。
【图6】
图6描绘示出能够输出红色和蓝色像素信号的像素的第二配置实例的图。
【图7】
图7描绘示出能够输出红色和蓝色像素信号的像素的第三配置实例的图。
【图8】
图8描绘示出能够输出红色和蓝色像素信号的像素的第四配置实例的图。
【图9】
图9描绘示出能够输出红色和蓝色像素信号的像素的第五配置实例的图。
【图10】
图10描绘示出能够输出红色、绿色和蓝色像素信号的像素的配置实例的图。
【图11】
图11是示出本技术应用于的图像感测设备的一个实施例的配置实例的框图。
【图12】
图12是示出图像传感器的使用实例的图。
具体实施方式
下文参考附图详细描述本技术应用于的特定实施例。
现在，参看图1，描绘示出本技术应用于的图像感测装置的一个实施例的配置实例的框图。
如图1所描绘，图像感测装置11由像素区域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配置。
像素区域12是用于接收由未描绘的光学系统凝聚的光的光敏表面。在像素区域12上，以矩阵方式布置两个或更多个像素21，所述像素21中的每一者通过水平信号线22逐行连接到垂直驱动电路13并且通过垂直信号线23逐列连接到列信号处理电路14。所述两个或更多个像素21输出具有对应于所接收的光的量的电平的像素信号，从所述像素信号形成在像素区域12中成像的受检者的图像。
垂直驱动电路13依序针对像素区域12中所布置的两个或更多个像素21的每一行通过水平信号线22将用于驱动(例如，转移、选择或复位)每个像素21的驱动信号供应到所述像素21。列信号处理电路14对通过垂直信号线23从两个或更多个像素21输出的像素信号执行相关双取样(CDS)处理以便执行像素信号的模/数(AD)转换并且同时去除复位噪声。
水平驱动电路15依序针对像素区域12中所布置的两个或更多个像素21的每一列向列信号处理电路14供应用于将像素信号从列信号处理电路14输出到数据输出信号线24的驱动信号。使用根据水平驱动电路15的驱动信号的时序，输出电路16放大通过数据输出信号线24从列信号处理电路14供应的像素信号并且在随后步骤中将所述经过放大的像素信号输出到信号处理电路。控制电路17控制图像感测装置11内部的每个块的驱动。例如，控制电路17根据每个块的驱动区间生成时钟信号并且将所生成的时钟信号供应到每个块。
另外，像素21由PD 31、转移晶体管32、浮动扩散(FD)部33、放大晶体管34、选择晶体管35和复位晶体管36配置。
PD 31是用于通过光电转换将入射光转换为电荷的光电转换部并且存储所得电荷，其阳极端子接地并且其阴极端子连接到转移晶体管32。根据从垂直驱动电路13供应的转移信号TRG驱动转移晶体管32以便当接通转移晶体管32时将PD 31中所存储的电荷转移到FD部33。FD部33是连接到放大晶体管34的栅极电极的具有预定存储容量的浮动扩散区域并且存储从PD 31转移的电荷。
放大晶体管34通过选择晶体管35将具有对应于FD部33中所存储的电荷的电平(即，FD部33的电势)的像素信号输出到垂直信号线23。也就是说，FD部33连接到放大晶体管34的栅极电极的配置使得FD部33和放大晶体管34充当转换部，在所述转换部中将PD 31处所生成的电荷转换为具有对应于那个电荷的电平的像素信号。
根据从垂直驱动电路13供应的选择信号SEL驱动选择晶体管35，并且当接通选择晶体管35时，其使得从放大晶体管34输出的像素信号准备好输出到垂直信号线23。根据从垂直驱动电路13供应的复位信号RST驱动复位晶体管36，并且当接通复位晶体管36时，其使得FD部33中所存储的电荷被排出到漏极电源Vdd以便复位FD部33。
在如上所述配置的图像感测装置11中，一个像素21的PD 31通过在从平面方向观看时分割成两个来布置，其允许那个像素21用作用于检测上面形成受检者的图像的图像平面上的相位差的相位差检测像素。
另外，通过在像素区域12的光敏表面侧上层压滤色器层来配置图像感测装置11，在所述滤色器层上针对每个像素21以平面方式布置用于透射像素21所接收的色彩的光的滤色器。因此，从上面布置用于透射红色光的滤色器的像素21输出红色像素信号(下文中根据需要称为R信号)。同样，从上面布置用于透射绿色光的滤色器的像素21输出绿色像素信号(下文中根据需要称为G信号)。从上面布置用于透射蓝色光的滤色器的像素21输出蓝色像素信号(下文中根据需要称为B信号)。
另外，图像感测装置11可通过将两个或更多个PD 31在从横截面方向观看时布置在不同深度中以便在一个像素21中将入射光拆分成两个或更多个色彩来从一个像素21输出两个或更多个色彩的像素信号。例如，在上面布置透射红色和蓝色光的品红色滤色器的像素21中，将用于接收红色光的PD 31和用于接收蓝色光的PD 31在从横截面方向观看时布置在不同深度处允许输出R信号和B信号。
下文参考图2描述可输出R信号和B信号的像素21RB的第一配置实例。图2的A示出了像素21RB的平面配置实例，而图2的B示出了沿图2的A中所描绘的点划线A-A’切割的像素21RB的横截面配置实例。
如图2的A中所描绘，像素21RB具有用于对红色光进行光电转换的PD 31R-1和PD31R-2以及用于对蓝色光进行光电转换的PD 31B-1和PD 31B-2。
另外，如图2的B中所描绘，通过半导体衬底41、布线层42、滤色器层43和芯片上透镜层44的层压来配置像素21RB，所述滤色器层43布置有透射红色光和蓝色光的品红色滤色器51。在像素21RB中，PD 31R-1和PD 31R-2在从光入射侧观看时形成在半导体衬底41的深区中，并且PD 31B-1和PD 31B-2在从光入射侧观看时形成在半导体衬底41的浅区中。因此，像素21RB使用在半导体衬底41的深度方向上将光拆分成红色和蓝色的结构(下文中根据需要称为垂直光拆分结构)。
更具体地说，对像素21RB的入射光由芯片上透镜层44凝聚以由滤色器层43的品红色滤色器51在绿色波长中切割，所得光被辐射到半导体衬底41。接下来，在半导体衬底41的浅区中，PD 31B-1和PD 31B-2对具有短波长的蓝色光进行光电转换，并且在半导体衬底41的深区中，PD 31R-1和PD 31R-2对具有长波长的红色光进行光电转换。
另外，如图2的A所描绘，在像素21RB中，PD 31R-1和PD 31R-2被布置为分割成图的左侧和右侧，并且PD 31B-1和PD 31B-2被布置为分割成图的上部和下部。也就是说，在像素21RB中，PD 31R-1和PD 31R-2以及PD 31B-1和PD 31B-2在以平面方式观看时被分割成彼此大致正交(不同)的方向。
因此，像素21RB可通过PD 31R-1和PD 31R-2以及PD 31B-1和PD 31B-2在彼此大致正交的方向上检测相位差。例如，从PD 31R-1和PD 31R-2独立读取的R信号用于检测图像的左右方向之间的相位差，而从PD 31B-1和PD 31B-2独立读取的B信号用于检测图像的上下方向之间的相位差。
应当注意，如果像素21RB用作图像感测像素，则从PD 31R-1和PD 31R-2同时读取R信号并且从PD 31B-1和PD 31B-2同时读取B信号。
如上所述配置的像素21RB对红色和蓝色可见光的波长范围的光进行光电转换以便提供相位差检测信号，使得正如例如专利文献1中所公开的固态图像感测装置，与其中红外光用于相位差检测的配置相比，可抑制混色发生。另外，通过针对在可见光当中在波长范围内彼此分开的红色和蓝色色彩在不同深度处形成PD 31R-1和PD 31R-2以及PD 31B-1和PD 31B-2，像素21RB可使混色发生的可能性减到最小。
另外，过去，能够通过一个像素检测一个方向上的相位差。然而，使用像素21RB，可检测两个方向上的相位差。更具体地说，过去，检测两个方向上的相位差需要在不同物理位置处布置用于在左右方向上检测相位差的相位差检测像素和用于在上下方向上检测相位差的相位差检测像素。出于这个原因，在检测相位差所在的位置中发生偏移。相比之下，像素21RB可在一个物理位置处在左右方向和上下方向上检测相位差，从而避免如上所述发生位置偏移。
另外，使用通过滚动快门方法驱动的CMOS图像传感器，位置偏移变成取样时间偏移，使得应当关注受检者上的对焦准确性。另一方面，使用像素21RB，不发生任何位置偏移，使得不发生任何取样时间偏移。因此，使用像素21RB的图像感测装置11可增强受检者上的对焦准确性。
另外，对于用途被选择用于相位差检测和图像感测的结构，正如专利文献1中所公开的固态图像感测装置，特定位置处的像素可仅在一个方向上检测相位差，使得无法消除取样位置和时间的偏移。相比之下，使用像素21RB，可通过使用可见光获得用于相位差检测和图像感测的信号，并且因此，相位差检测像素和图像感测像素的功能均可由一个像素提供。
应当注意，像素21RB具有其中使用用于红色光检测的PD 31和用于蓝色光检测的PD 31的配置。然而，例如，使用其中使用红色光检测PD 31和绿色光检测PD 31的配置或其中使用绿色光检测PD 31和蓝色光检测PD 31的配置也是可行的。
接下来，图3是示出像素区域12的第一布局的实例的图。
如图3所描绘，像素区域12在水平方向和垂直方向上交替地布置有能够输出R信号和B信号的像素21RB以及能够输出G信号的像素21G。另外，例如，从由两点划线包围的像素21RB输出的R信号和B信号以及从像素21G输出的G信号用作一组像素信号(RGB信号)，其中像素21RB和像素21G是子像素。
像素21G具有用于绿色光光电转换的PD 31G和用于转移PD 31G的电荷的转移晶体管32G。如图中所描绘，像素21RB的PD 31R-1和PD 31R-2以及像素21G的PD 31G以共享方式使用一个FD部33RG。更具体地说，像素21RB的PD 31R-1和PD 31R-2分别通过转移晶体管32R-1和32R-2连接到FD部33RG，并且像素21G的PD 31G通过转移晶体管32G连接到FD部33RG。另外，像素区域12具有如下布线结构，其中在一个像素21RB中以共享方式使用用于R信号转换的放大晶体管34和用于B信号转换的放大晶体管34。
另外，在像素区域12中，针对在垂直方向上排列的像素21RB和像素21G的一个列布置两个垂直信号线23-1和23-2。另外，像素区域12具有如下布线结构，其中输出用作一组的像素信号(RGB信号)的像素21RB和像素21G分别在垂直方向上交替地连接到垂直信号线23-1和23-2。所述设置允许图像感测装置11通过垂直信号线23-1和23-2并行地读取两组像素信号。
使用如上所述的像素区域12的布线结构，可单独地从两个或更多个像素21RB和像素21G同时读取相同色彩的像素信号。如果优先化每个色彩的同时性，则采用如所描述的布线结构。
应当注意，在图3中，用于从像素21RB将R信号读取到垂直信号线23-1的路径和用于从像素21RB将B信号读取到垂直信号线23-1的路径通过用于由两点线包围的像素21RB和像素21G的白色箭头指示。如图中所描绘，由于像素区域12具有如下布线结构，其中FD部33RG和FD部33B连接到共用放大晶体管34的栅极电极，所以R信号和B信号均被通过共用放大晶体管34读取到垂直信号线23-1。更具体地说，在像素21RB中，PD 31R-1、PD 31R-2、PD31B-1和PD 31B-2以共享方式使用放大晶体管34。出于这个原因，在像素区域12的布线结构中，R信号和B信号无法被同时读取，使得执行驱动操作以使得依序读取R信号和B信号。
因此，如果优先化从像素21RB同时读取R信号和B信号，则采用如下布线结构，其中通过不同放大晶体管34从一个像素21RB读取R信号和B信号。
参看图4，描绘示出像素区域12的第二布局的实例的图。
在图4所描绘的像素区域12-a中，在水平方向和垂直方向上交替地布置能够输出R信号和B信号的像素21RB以及能够输出G信号的像素21G，正如图3所描绘的像素区域12。然而，在像素区域12-a中，用于分别从像素21RB和像素21G将像素信号读取到垂直信号线23-1和23-2的布线结构不同于图3中所描绘的像素区域12的布线结构。
例如，像素区域12-a具有如下布线结构，其中由两点划线包围的两个像素21RB和像素21G输出用作一组像素信号的R信号、G信号和B信号。如图中所描绘，由两点划线包围的两个像素21RB和一个像素21G以共享方式所使用的放大晶体管34与在放大晶体管34上方的像素21RB的FD部33B和在放大晶体管34下方的FD部33RG连接。
因此，从上部像素21RB输出的B信号、从像素21G输出的G信号和从下部像素21RB输出的R信号作为一组像素信号(RGB信号)输出到垂直信号线23-1，其中这个放大晶体管34通过选择晶体管35连接到所述垂直信号线23-1。
另外，在像素区域12-a的布线结构中，如果注意左下侧的一个像素21RB，则通过不同路径单独地读取从这个像素21RB输出的R信号和B信号。更具体地说，如白色箭头所指示，从像素21RB输出的R信号通过在像素21RB上方的放大晶体管34输出到垂直信号线23-1，并且从像素21RB输出的B信号通过在像素21RB下方的放大晶体管34输出到垂直信号线23-2。
如上所述，在像素区域12-a中，用于转换通过将像素21RB中的红色光光电转换为R信号所获得的电荷的放大晶体管34由布置在像素21RB上方的像素21G和像素21RB以共享方式使用。另外，在像素区域12-a中，用于转换通过将像素21RB中的蓝色光光电转换为B信号所获得的电荷的放大晶体管34由布置在像素21RB下方的像素21G和像素21RB(未描绘)以共享方式使用。
更具体地说，像素区域12-a具有如下布线结构，其中在两个(两个或更多个)像素21RB中，以共享方式使用用于转换从一个像素21RB输出的R信号的放大晶体管34和用于转换从另一个像素21RB输出的B信号的放大晶体管34。因此，使用能够通过不同路径读取R信号和B信号的布线结构允许像素区域12-a从一个像素21RB同时读取R信号和B信号。也就是说，图1中所描绘的垂直驱动电路13执行用于从一个像素21RB同时读取(以相同时序)R信号和B信号的驱动操作。
因此，例如，在像素区域12-a中，从一个像素21RB同时读取R信号和B信号比在图3所描绘的像素区域12中更进一步增强移动受检者上的对焦准确性。
现在，参看图5，描绘像素区域12的第三布局的实例。
图5所描绘的像素区域12-b具有如下布线结构，其中由两点划线包围的两个像素21RB和一个像素21G输出一组像素信号(RGB信号)，正如图4所描绘的像素区域12-a。另外，在像素区域12-b的布线结构中，可同时从一个像素21RB读取R信号和B信号，正如图4所描绘的像素区域12-a。
接着，在像素区域12-b中，像素21RB的结构在垂直方向上在列与列之间有所不同。更具体地说，在图5所描绘的布置在左侧列(例如，奇数列)中的像素21RB中，PD 31R-1和PD31R-2在图中被分割成左侧和右侧，并且PD 31B-1和PD 31B-2在图中被分割成上侧和下侧，正如图2所描绘的像素21RB。相比之下，在图5所描绘的布置在右侧列(例如，偶数列)中的像素21RB’中，PD 31R-1和PD 31R-2在图中被分割成上侧和下侧，并且PD 31R-1和PD 31B-2在图中被分割成左侧和右侧，不同于图2中所描绘的像素21RB。
更具体地说，像素21RB的R信号用于左右方向上的相位差检测，并且像素21RB的B信号用于上下方向上的相位差检测。相比之下，像素21RB’的R信号用于上下方向上的相位差检测，并且像素21RB’的B信号用于左右方向上的相位差检测。
如上所述，在像素区域12-b中，通过如下结构检测针对每个色彩的在左右方向和上下方向上的相位差，其中针对每一列交替地布置像素21RB和像素21RB’，从而增强对焦的准确性。
下文参考图6描述像素21RB的第二配置的实例。图6的A描绘像素21RB-a的平面配置的实例，并且图6的B描绘沿图6的A中所描绘的一点划线A-A’的像素21RB-a的横截面配置的实例。
使用图6中所描绘的像素21RB-a，与图2中所描绘的像素21RB的配置相似的配置由相同符号表示，并且将省略其详细描述。更具体地说，像素21RB-a在配置上与图2所描绘的像素21RB的相似之处在于PD 31R-1和PD 31R-2被布置为在图中分割成左侧和右侧。
然而，应当注意，像素21RB-a在配置上与图2所描绘的像素21RB的不同之处在于布置一个PD 31B-a。更具体地说，在图2所描绘的像素21RB中，用于对蓝色光进行光电转换的PD 31B-1和PD 31B-2被布置为被分割，而一个PD 31B-a被布置为在像素21RB-a中未被分割。
更具体地说，R信号用于像素21RB-a中的相位差检测，而B信号不是用于相位差检测而是用于图像构造。因此，像素21RB-a可被配置为使得R信号和B信号中的至少一者用于相位差检测而非用于两个方向上的相位差检测。
另外，像素21RB-a以表面辐射类型进行构造，其中光被辐射到表面上，在所述表面上相对于半导体衬底41层压布线层42。也就是说，像素21RB-a具有如下配置，其中可容易读取来自形成于半导体衬底41的浅区上的PD 31B-a的电荷。
下文参考图7描述像素21RB的第三配置的实例。图7的A描绘像素21RB-b的平面配置的实例，并且图7的B描绘沿图7的A中所描绘的一点划线A-A’的像素21RB-b的横截面配置的实例。
使用图7所描绘的像素21RB-b，在配置上与图6所描绘的像素21RB-a的配置相似的配置由相同符号表示，并且将省略其详细描述。更具体地说，像素21RB-b在配置上与图6所描绘的像素21RB-a的相似之处在于PD 31R-1和PD 31R-2被布置为分割成左侧和右侧并且PD 31B-b被布置为在图中未被分割。
然而，应当注意，像素21RB-b在配置上与图6所描绘的像素21RB-a的不同之处在于像素21RB-b具有背面辐射类型的结构，其中光被辐射到相对于上面相对于半导体衬底41层压布线层42的表面指向相对侧的背面上。使用此类背面辐射类型的结构，滤色器层43和芯片上透镜层44经由绝缘层45层压在半导体衬底41的背面侧上。如与表面辐射类型的结构相比，背面辐射类型可增大辐射到半导体衬底41上的光的量。
如上所述配置的像素21RB-b可比图6所描绘的像素21RB-a的PD 31B-a更多地加宽PD 31B-b的区域，从而增大PD 31B-b待接收的光的量。另外，像素21RB-b可使得半导体衬底41较薄，但无法在半导体衬底41中分配用于对红外光进行光电转换的区域。因此，例如，难以将正如如上所述的专利文献1中所公开的使用红外光用于相位差检测的配置应用于背面辐射类型的结构。相比之下，像素21RB-b使用可见光用于相位差检测，使得可排除上述难题。
另外，像素21RB-b被配置为使得容易读取来自形成于半导体衬底41的深区中的PD31R-1和PD 31R-2的电荷。例如，由于供用于相位差检测的PD 31R-1和PD 31R-2具有低电荷转移特性，所以针对每个电荷读取使用所述配置允许更稳当地转移电荷。
下文参考图8描述像素21RB的第四配置的实例。图8的A描绘像素21RB-c的平面配置的实例，并且图8的B描绘沿图8的A中所描绘的一点划线A-A’的像素21RB-c的横截面配置的实例。
使用图8中所描绘的像素21RB-c，与图6中所描绘的像素21RB-a的配置相似的配置由相同符号表示，并且将省略其详细描述。更具体地说，像素21RB-c在配置上与图6所描绘的像素21RB-a的相似之处在于表面辐射类型的结构。
然而，应当注意，使用像素21RB-c，PD 31B-1和PD 31B-2被布置为分割成图的上部和下部，而PD 31R-c被布置为未被分割，这提供不同于图6中所描绘的像素21RB-a的配置。更具体地说，使用图6中所描绘的像素21RB-a，用于对红色光进行光电转换的PD 31R-1和PD31R-2用于相位差检测，而使用像素21RB-c，用于对蓝色光进行光电转换的PD 31B-1和PD31B-2用于相位差检测。
如上所述，图6中所描绘的像素21RB-c与像素21RB-a之间的比较指示可采用如下配置，其中PD 31R和PD 31B中的任一者被布置为被分割以便能够将红色光和蓝色光中的至少一者用于相位差检测。
下文参考图9描述像素21RB的第五配置的实例。图9的A描绘像素21RB-d的平面配置的实例，并且图9的B描绘沿图9的A中所描绘的一点划线A-A’的像素21RB-d的横截面配置的实例。
使用图9中所描绘的像素21RB-d，与图6中所描绘的像素21RB-a的配置相似的配置由相同符号表示，并且将省略其详细描述。更具体地说，像素21RB-d在配置上与图6所描绘的像素21RB-a的相似之处在于表面辐射类型的结构。
另外，使用像素21RB-d，PD 31R-1d和PD 31R-2d被布置为分割成图中的上部和下部，PD 31B-d被布置为未被分割。另外，使用像素21RB-d，从PD 31R-1d和PD 31R-2d读取电荷和从PD 31B-d读取电荷由共用转移晶体管32RB-1和32RB-2执行。另外，使用像素21RB-d，在PD 31R-1d和PD 31R-2d与PD 31B-d之间以及在PD 31B-2和PD 31R-2与转移晶体管32RB-1和32RB-2之间形成P型杂质浓度较高的高浓度P型区61。
转移晶体管32RB-1和32RB-2通过嵌入到与布置PD 31R-1d和PD 31R-2d所在的深度大致相同的深度的垂直栅极电极来配置。通过在待施加于垂直栅极电极的电压之间进行切换，可以切换方式执行从PD 31R-1d和PD 31R-2d读取电荷以及从PD 31B-d读取电荷。例如，通过布置高浓度P型区61以使得首先通过施加低电压来读取累积在PD 31B-d中的电荷并且接着施加高电压以便读取施加于PD 31R-1d和PD 31R-2d的电压来向像素21RB-d设置读取电压阈值。
如上所述配置的像素21RB-d可在区域大小上比图6中所描绘的像素21RB-a减小得更多，例如通过以共享方式使用转移晶体管32RB-1和32RB-2。
下文参考图10描述能够输出R信号、G信号和B信号的像素21RGB的配置的实例。图10的A描绘像素21RGB的平面配置的实例，并且图10的B描绘沿图10的A中所描绘的一点划线A-A’的像素21RGB的横截面配置的实例。
使用图10所描绘的像素21RGB，与图9中所描绘的像素21RB-d的配置相似的配置由相同符号表示，并且将省略其详细描述。更具体地说，像素21RBG在配置上与图9中所描绘的像素21RB-d的相似之处在于如下配置，其中转移晶体管32RB-1和32RB-2由PD 31R-1和PD31R-2以及PD 31B-d以共享方式使用。
然而，应当注意，像素21RGB在配置上与图9中所描绘的像素21RB-d的不同之处在于层压绿色光光电转换膜52来代替图9中所描绘的品红色滤色器51。更具体地说，像素21RGB被配置为使得在绿色光光电转换膜52中对辐射光的绿色光进行光电转换并且使红色和蓝色光进入半导体衬底41。
通过如上所述的配置，一个像素21RGB可在PD 31R-1和PD 31R-2中对红色光进行光电转换，在绿色光光电转换膜52中对绿色光进行光电转换，并且在PD 31B-d中对蓝色光进行光电转换。更具体地说，可从一个像素21RGB输出R信号、G信号和B信号，并且同时，可单独地从PD 31R-1和PD 31R-2独立读取这些信号以便用于相位差检测。
应当注意，图像感测装置11适用于各种类型的电子设备，诸如包括数字照相机和数字摄像机的图像感测系统、具有图像感测功能的移动电话和具有图像感测功能的其他装置。
参看图11，描绘示出安装在电子设备上的图像感测设备的配置的实例的框图。
如图11所描绘，图像感测设备101具有光学系统102、图像感测装置103、信号处理电路104、监视器105和存储器106，并且能够拍摄静态图像和移动图像。
光学系统102具有一个或多个透镜以将图像光(入射光)从受检者引导到图像感测装置103，从而在图像感测装置103的光敏表面(传感器部)上形成图像。
针对图像感测装置103，应用之前描述的图像感测装置11。图像感测装置103根据通过光学系统102在光敏表面上形成的图像在某段时间内累积电子。接着，将对应于图像感测装置中所累积的电子的信号供应到信号处理电路104。
信号处理电路104对从图像感测装置103输出的像素信号执行各种信号处理。将通过信号处理电路104执行信号处理来获得的图像(图像数据)供应到监视器105以进行显示或供应到存储器106以进行存储(记录)。
使用如上所述配置的图像感测设备101，应用如上所述的图像感测装置11允许增强受检者上的对焦准确性，从而感测稳定对焦的图像。
参看图12，描绘示出上文所述的图像传感器的使用的实例的图。
上文所述的图像传感器在各种情况下可用，其中感测包括可见光、红外光、紫外光和X射线的光，如下文所述。
·供在欣赏中使用的用于感测图像的设备，诸如数字相机和具有相机的移动电话。
·供在运输中使用的设备，诸如用于拍摄车辆的前方、后方、周围和内部的图像以用于包括自动停车和驾驶员状况辨认在内的安全操作的车装传感器、用于监视行驶车辆和道路的监视相机和用于测量车辆之间的距离的距离测量传感器等等。
·供在诸如电视接收器(TV)、冰箱和空调等家用电器中使用以便拍摄用户所作的手势的图像以相应地对这些电器执行控制操作的设备。
·供在医疗保健中使用的设备，诸如内窥镜和用于通过接收红外光的光来执行血管造影术的装置。
·供在安全保障中使用的设备，诸如用于防盗的监视相机和用于个人验证的相机。
·供在美容中使用的设备，诸如用于拍摄皮肤的图像的皮肤诊断设备和用于拍摄头皮图像的显微镜。
·供在体育运动中使用的设备，诸如用于拍摄体育运动的图像的动作相机和可穿戴相机。
·供在农业中使用的设备，诸如用于监视田野和庄稼状态的相机。
应当注意，本技术可采用以下配置。
(1)一种固态图像感测装置，其包括多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作，其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的至少一者被配置为在从平面方向观看时被分割。
(2)根据上述(1)所述的固态图像感测装置，其中在所述多个像素中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且所述驱动部执行从所述多个像素中的一者同时读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
(3)根据上述(1)所述的固态图像感测装置，其中在所述多个像素中的一者中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且所述驱动部执行从所述一个像素依序读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的固态图像感测装置，其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部两者均被配置为当以平面方式观看时分割成不同方向。
(5)根据上述(4)所述的固态图像感测装置，其中所述第一光电转换部执行红色波长范围的光的光电转换并且所述第二光电转换部执行蓝色波长范围的光的光电转换，并且所述第一光电转换部和所述第二光电转换部被分割成当以平面方式观看时彼此大致正交的方向。
(6)根据上述(1)至(5)中任一项所述的固态图像感测装置，其中通过从所述第一光电转换部转移电荷和从所述第二光电转换部转移电荷来以共享方式使用转移晶体管，并且根据待施加于所述转移晶体管的垂直栅极电极的电压，切换所述从所述第一光电转换部转移电荷和所述从所述第二光电转换部转移电荷。
(7)根据上述(1)至(6)中任一项所述的固态图像感测装置，其中所述固态感测装置具有如下结构，其中将光辐射到与上面布线层层压在形成有所述第一光电转换部和所述第二光电转换部的半导体衬底上的表面相对的背面上。
(8)根据上述(1)至(7)中任一项所述的固态图像感测装置，其中对第三波长范围的可见光进行光电转换的光电转换膜层压在形成有所述第一光电转换部和所述第二光电转换部的半导体衬底的光敏表面侧上。
(9)一种驱动固态图像感测装置的方法，所述固态图像感测装置包括多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作，其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割，在所述多个像素中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且所述驱动部执行从所述多个像素中的一者同时读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
(10)一种具有固态图像感测装置的电子设备，所述固态图像感测装置包括多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平的每个像素信号的驱动操作，其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的至少一者被配置为当从平面方向观看时被分割。
尽管已经使用特定术语描述了本公开的优选实施例，但此类描述仅用于例示性目的，并且本领域的技术人员应当理解，可在不脱离本公开的精神或范围的情况下做出改变和变化。
参考符号列表
11图像感测装置，12像素区域，13垂直驱动电路，14列信号处理电路，15水平驱动电路，16输出电路，17控制电路，21像素，31PD，32转移晶体管，33FD部，34放大晶体管，35选择晶体管，36复位晶体管，41半导体衬底，42布线层，43滤色器层，44芯片上透镜层，45绝缘层，51滤色器，52绿色光光电转换膜。

Claims (9)

1.一种固态图像感测装置，其包括：
像素区域，其被配置为布置有多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及
驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取每个像素信号的驱动操作，所述每个像素信号具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平，
其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部二者被配置为当从平面方向观看时分别在不同的方向上被分割。
2.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中在所述多个像素中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且
所述驱动部执行从所述多个像素中的一者同时读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
3.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中在所述多个像素中的一者中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且
所述驱动部执行从该像素依序读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
4.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中所述第一光电转换部执行红色波长范围的光的光电转换并且所述第二光电转换部执行蓝色波长范围的光的光电转换，并且所述第一光电转换部和所述第二光电转换部被分割成当以平面方式观看时彼此大致正交的方向。
5.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中通过从所述第一光电转换部转移电荷和从所述第二光电转换部转移电荷来以共享方式使用转移晶体管，并且
根据待施加到所述转移晶体管的垂直栅极电极的电压，切换所述从所述第一光电转换部转移电荷和所述从所述第二光电转换部转移电荷。
6.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中所述固态感测装置具有如下结构，其中将光辐射到与上面布线层层压在形成有所述第一光电转换部和所述第二光电转换部的半导体衬底上的表面相对的背面上。
7.根据权利要求1所述的固态图像感测装置，
其中对第三波长范围的可见光进行光电转换的光电转换膜层压在形成有所述第一光电转换部和所述第二光电转换部的半导体衬底的光敏表面侧上。
8.一种驱动固态图像感测装置的方法，所述固态图像感测装置包括：
像素区域，其被配置为布置有多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及
驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取每个像素信号的驱动操作，所述每个像素信号具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平，
其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部二者被配置为当从平面方向观看时分别在不同的方向上被分割，
在所述多个像素中，以共享方式使用将通过所述第一光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第一像素信号的转换部和将通过所述第二光电转换部的光电转换获得的电荷转换为第二像素信号的转换部，并且
所述驱动部执行从所述多个像素中的一者同时读取所述第一像素信号和所述第二像素信号的驱动操作。
9.一种具有固态图像感测装置的电子设备，所述固态图像感测装置包括：
像素区域，其被配置为布置有多个像素，其中对第一波长范围的可见光进行光电转换的第一光电转换部和对第二波长范围的可见光进行光电转换的第二光电转换部在从横截面方向观看时形成在不同深度中；以及
驱动部，其被配置为执行从所述多个像素中的每一者读取每个像素信号的驱动操作，所述每个像素信号具有对应于所述第一光电转换部和所述第二光电转换部中的每一者中所生成的电荷的电平，
其中在所述多个像素中的每一者中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部二者被配置为当从平面方向观看时分别在不同方向上被分割。
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