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KR101857377B1 - 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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KR101857377B1
KR101857377B1 KR1020167007217A KR20167007217A KR101857377B1 KR 101857377 B1 KR101857377 B1 KR 101857377B1 KR 1020167007217 A KR1020167007217 A KR 1020167007217A KR 20167007217 A KR20167007217 A KR 20167007217A KR 101857377 B1 KR101857377 B1 KR 101857377B1
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Abstract

본 기술은, 칩 위치에 의하지 않고서, 위상차 화소의 특성을 일정하게 할 수 있도록 하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 화소 어레이부에는, 입사광을 수광하여 광전 변환한 포토 다이오드(PD)를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 통상 화소와, 수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 포토 다이오드(PD1)와 포토 다이오드(PD2)를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 위상차 화소가 행렬형상으로 배치되고, 한 쌍의 포토 다이오드(PD1)와 포토 다이오드(PD2)는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기{SOLID STATE IMAGING ELEMENT, DRIVE METHOD THEREFOR, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 기술은, 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 칩 위치에 의하지 않고서, 위상차 화소의 특성을 일정하게 할 수 있도록 한 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래로부터, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자는, 촬상 장치로 널리 이용되고 있다. 이런 종류의 촬상 장치에서는, 핀트 맞춤을 자동화하는 AF(Autofocus) 기능을 구비하고 있는데, 근래, 피사체의 AF 정밀도나 AF 속도에 대한 요구는 점점 강해지고 있다.
예를 들면, 디지털 일안(一眼) 리플렉스 카메라에서는 일반적으로, AF 모듈이 추가로 조립되어 있는데, 몸체 사이즈나 실장 비용의 증대를 수반하는 것으로 된다. 그 때문에, 미러리스 외눈 카메라나 컴팩트 디지털 스틸 카메라 중에는, AF 모듈을 별도 조립하지 않고서, 콘트라스트 AF에 의해 AF 기능을 실현하고 있는 기종이 있지만, 현재상태로서는 AF 속도가 충분하다고는 말하기 어렵다.
그래서, 고체 촬상 소자의 내부에 위상차 화소를 조립하고, 상면(像面) 위상차 AF에 의해 AF 기능을 실현함으로써, AF 속도를 향상시키는 디지털 카메라가 실용화되고 있다. 일반적으로, 상면 위상차 방식에서는, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)를 한 쌍으로 하여 AF 기능을 실현하고 있다. AF 정밀도를 향상시키는 방법으로서는, 고체 촬상 소자에 조립하는 위상차 화소의 개수를 늘리는 것이 유효하다. 종래에서는, 위상차 화소(A, B)를, 촬상용의 통상 화소와 같은 사이즈로 하여, 예를 들면 메탈 차광을 바꿈으로써 실현하고 있다.
또한, 특허 문헌 1에는, 1화소 내에 위상차 화소(A, B)를 탑재하여, AF용의 화소수를 증가시킴으로써, AF 정밀도를 올리는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 이면 조사형의 위상차 화소에 관한 기술이 개시되어 있다.
일본 특개2012-165070호 공보 일본 특개2012-84816호 공보
특허 문헌 1에는, PD 분할 방식의 상면 위상차 AF가 개시되어 있다. 이것은, 1화소 내에 위상차 화소(A, B)를 탑재하는 방식으로서, 집광 스폿(S)을, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)와의 경계에 설정하고 있다.
예를 들면, 렌즈 교환식의 디지털 카메라인 경우, 교환 렌즈의 F값에 의해, 집광 스폿 위치가 변화한다. 또한, 렌즈를 교환하지 않아도, 광각이나 망원과 줌을 행하면 F값이 변하고, 그에 수반하여 집광 스폿 위치가 변화하여 버린다. 일반적으로 PD 분할 방식의 상면 위상차 AF에서는, 화각 중심부(칩의 중심부)에서는, 어느 렌즈라도 집광 스폿(S)이 변하지 않기 때문에, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)의 크기를 같게 하면, 집광 스폿(S)을, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)의 경계에 설정할 수 있다. 도 1에는, 화소의 중심에, 집광 스폿(S)이 설정되어 있는 예를 도시하고 있다.
한편, 화각 주변부(칩의 주변부)에서는, 마이크로 렌즈를 동보정(瞳補正)하면, 어느 렌즈에서는 화소의 중심에 집광 스폿(S)을 설정할 수 있어도, F값이 다른 렌즈를 이용하면, 집광 스폿(S)이 화소의 중심부터 벗어나는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에는, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)와의 경계에 집광 스폿(S)을 설정하기 위해, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)의 수광면의 사이즈를 바꿀 필요가 있다. 집광 스폿 위치는 상고(像高)로 다르기 때문에, 고체 촬상 소자에서의 각 화소의 배치 위치에 응하여, 그 화소 내의 위상차 화소(A, B)의 크기의 비율을 바꿀 필요가 나온다. 도 2에는, 위상차 화소(A)의 사이즈를, 위상차 화소(B)의 사이즈보다도 작게 한 경우를 한 예로서 나타내고 있다. 이와 같이 하여 위상차 화소(A, B)의 비율을 바꿈으로써, 집광 스폿(S)을, 위상차 화소(A)와 위상차 화소(B)와의 경계에 설정할 수 있다.
그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, 위상차 화소(A, B)의 크기의 비율을 바꾸어 버리면, 위상차 화소(A)의 전하 축적 영역이, 위상차 화소(B)의 전하 축적 영역보다도 작아져 버려, 위상차 화소(A)의 포화 신호량이 저하되게 된다. 또한, 위상차 화소(A, B)의 사이즈가 집광 스폿(S)의 위치에 응하여 가는 바와 같이 변화하게 되기 때문에, 그 모든 위상차 화소(A, B)의 전하를 완전히 전송하는 것은 용이하지가 않다.
또한, 특허 문헌 2에는, 이면 조사형의 위상차 화소에 관한 기술이 개시되어 있지만, PD 분할 방식을 채용하는 것이 아니다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 화각 중심부나 화각 주변부 등의 칩 위치에 의하지 않고서, 위상차 화소의 특성을 일정하게 할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 소자는, 입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와, 수광면이 상고(像高)에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있다.
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 광의 입사측이 되는 상기 제2의 영역은 동보정에 응한 사이즈가 되고, 광의 입사측의 반대측이 되는 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈가 된다.
상기 제1의 영역에서의 불순물 농도는, 상기 제2의 영역에서의 불순물 농도보다도 높아진다.
상기 제2의 영역은, 상기 제1의 영역보다도 커진다.
상기 제1의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와, 상기 제2의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제2의 전송 트랜지스터를 또한 가지며, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 상기 제1의 전송 트랜지스터 근방의 영역과, 상기 제2의 전송 트랜지스터 근방의 영역의 불순물 농도는, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아진다.
상기 제1의 전송 트랜지스터는, 상기 제1의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치되고, 상기 제2의 전송 트랜지스터는, 상기 제2의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치된다.
상기 제1의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제1의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위해 유지하는 제1의 부유 확산 영역과, 상기 제2의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제2의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위해 유지하는 제2의 부유 확산 영역을 또한 가진다.
상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행한다.
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 그 분리부가 연속적으로 변화한다.
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 금속, 산화막, 또는 불순물에 의해 분리되어 있다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 소자에서는, 화소 어레이부에, 입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와, 수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소가 행렬형상으로 배치되고, 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부에, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역이 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 구동 방법은, 입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와, 수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있는 고체 촬상 소자의 구동 방법에 있어서, 화소 구동부가, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부를 별개로 구동하여, 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행한 스텝을 포함한다.
본 기술의 한 측면의 구동 방법에서는, 수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부가 별개로 구동되고, 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송이 동시에 행하여진다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와, 수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있는 고체 촬상 소자를 탑재하고, 상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 상기 위상차 검출용 신호를 이용하여, 상면 위상차 AF(Autofocus)를 제어하는 제어부를 구비한다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기에서는, 고체 촬상 소자로부터 출력되는 위상차 검출용 신호를 이용하여, 상면 위상차 AF가 제어된다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 칩 위치에 의하지 않고서, 위상차 화소의 특성을 일정하게 할 수 있다.
도 1은 PD 분할 방식을 설명하는 도면.
도 2는 PD 분할 방식을 설명하는 도면.
도 3은 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 화소 어레이부에서의 위상차 화소의 배치례를 도시하는 도면.
도 5는 화각 중심부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 6은 화각 주변부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 7은 제1의 동보정 방식을 채용한 경우의 화각 중심부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 단면도.
도 8은 제1의 동보정 방식을 채용한 경우의 화각 주변부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 단면도.
도 9는 제2의 동보정 방식을 채용한 경우의 화각 중심부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 10은 제2의 동보정 방식을 채용한 경우의 화각 주변부에서의 단위 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 11은 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 블록도.
이하, 도면을 참조하면서 본 기술의 실시의 형태에 관해 설명한다.
<고체 촬상 소자의 구성례>
도 3은, 본 기술이 적용된 고체 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 블록도이다.
CMOS 이미지 센서(100)는, 고체 촬상 소자의 한 예이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, CMOS 이미지 센서(100)는, 화소 어레이부(111)와, 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 이 주변 회로부는, 수직 구동부(112), 칼럼 처리부(113), 수평 구동부(114), 및, 시스템 제어부(115)로 이루어진다.
CMOS 이미지 센서(100)는 또한, 신호 처리부(118) 및 데이터 격납부(119)를 구비하고 있다. 신호 처리부(118) 및 데이터 격납부(119)는, CMOS 이미지 센서(100)와 같은 반도체 기판상에 탑재하여도 상관 없고, CMOS 이미지 센서(100)와는 별개의 반도체 기판에 마련된 외부 신호 처리부, 예를 들면 DSP(Digital Signal Processor)나 소프트웨어에 의한 처리라도 상관 없다.
화소 어레이부(111)에는, 광전 변환부를 갖는 단위 화소(이하, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다)가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 또한, 단위 화소의 구체적인 구성에 관해서는 후술한다. 화소 어레이부(111)에는 또한, 행렬상의 화소 배열에 대해 행마다 화소 구동선(116)이 도면의 좌우 방향에 따라 형성되고, 열마다 수직 신호선(117)이 도면의 상하 방향에 따라 형성되어 있다. 화소 구동선(116)의 일단은, 수직 구동부(112)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동부(112)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(111)의 각 화소를, 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동하는 화소 구동부이다. 수직 구동부(112)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(117)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(113)에 공급된다. 칼럼 처리부(113)는, 화소 어레이부(111)의 화소열마다, 선택행의 각 단위 화소로부터 수직 신호선(117)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(113)는, 신호 처리로서 적어도, 노이즈 제거 처리, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling) 처리를 행한다. 이 칼럼 처리부(113)에 의한 CDS 처리에 의해, 리셋 노이즈나 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 칼럼 처리부(113)에 노이즈 제거 처리 이외에, 예를 들면, A/D(Analog/Digital) 변환 기능을 갖게 하여, 신호 레벨을 디지털 신호로 출력하는 것도 가능하다.
수평 구동부(114)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(113)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(114)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(113)에서 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 출력된다.
시스템 제어부(115)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로, 수직 구동부(112), 칼럼 처리부(113), 수평 구동부(114), 및, 데이터 격납부(119) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(118)는, 적어도 가산 처리 기능을 가지며, 칼럼 처리부(113)로부터 출력된 화소 신호에 대해 가산 처리 등의 여러가지의 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(119)는, 신호 처리부(118)에서의 신호 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
또한, CMOS 이미지 센서(100)는, 반도체 기판의 이면측부터 당해 반도체 기판 내의 광전 변환부에 입사한 광에 의해 당해 광전 변환부에서 발생한 전하에 응한 신호를, 당해 반도체 기판의 표면측에서 판독하는 이면 조사형 이미지 센서이다.
<단위 화소의 구조>
다음에, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 도 3의 화소 어레이부(111)에 행렬형상으로 배치되어 있는 단위 화소의 구체적인 구조에 관해 설명한다. 이 단위 화소에는, 피사체의 상을 나타내는 화상 신호를 형성하기 위한 색성분 신호를 화소 신호로서 출력하기 위한 통상 화소(120)와, 상면 위상차 AF에 이용되는 위상차 검출용 신호를 화소 신호로서 출력하기 위한 위상차 화소(121)가 포함되어 있다.
도 4에는, 화소 어레이부(111)에 배치된 단위 화소 중, 행형상으로 배치되는 위상차 화소(121)를 도시하고 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 위상차 화소(121)는, 축상(軸上)이 되는 화각 중심부(칩의 중심부)에서는 동일한 사이즈의 수광면을 갖고 있지만, 축외(軸外)가 되는 화각 주변부(칩의 주변부)에서는 상고에 응하여 수광면의 사이즈가 다르다. 예를 들면, 도 4의 예인 경우, 도면 중의 좌방향에 배치되는 위상차 화소(121)일수록, 위상차 화소(121A)의 수광면의 사이즈가 작아지는 한편, 도면 중의 우방향에 배치되는 위상차 화소(121)일수록, 위상차 화소(121B)의 수광면의 사이즈가 작아진다.
도 5 및 도 6은, 단위 화소의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 5는, 화각 중심부에서의 단위 화소의 구성을 도시하고, 도 6은, 화각 주변부에서의 단위 화소의 구성을 도시하고 있다.
통상 화소(120)는, 광전 변환부로서의 포토 다이오드(PD)와, 복수의 화소 트랜지스터로 구성된다. 포토 다이오드(PD)는, 입사광을 수광하여 광전 변환하고, 그 광전 변환으로 생성된 신호 전하를 축적하는 영역을 갖고 있다. 예를 들면, 포토 다이오드(PD)는, N형 기판상에 형성된 P형 웰층에 대해, P형층을 기판 표면측에 형성하여 N형 매입층을 매입함에 의해 형성되는 매입형의 포토 다이오드이다.
또한, 복수의 화소 트랜지스터는, 전송 트랜지스터(TR), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP), 및, 선택 트랜지스터(SEL)의 4개의 트랜지스터를 갖고 있다. 전송 트랜지스터(TR)는, 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하를, 부유 확산 영역(FD : Floating Diffusion) 영역에 판독하기 위한 트랜지스터이다. 리셋 트랜지스터(RST)는, 부유 확산 영역(FD)의 전위를 규정의 값으로 설정하기 위한 트랜지스터이다. 증폭 트랜지스터(AMP)는, 부유 확산 영역(FD)에 판독된 신호 전하를 전기적으로 증폭하기 위한 트랜지스터이다. 선택 트랜지스터(SEL)는, 화소 1행을 선택하여 화소 신호를 수직 신호선(117)에 판독하기 위한 트랜지스터이다.
용량 전환 트랜지스터(FDG)는, 부유 확산 영역(FD)에서의 변환 효율을 전환하기 위한 트랜지스터이다. 또한, 오버플로우 제어 트랜지스터(OFG)는, 오버플로우 제어를 실현하기 위한 트랜지스터이다.
이와 같이, 통상 화소(120)는, 포토 다이오드(PD)와 복수의 화소 트랜지스터를 가지며, 예를 들면, 적(R), 녹(G), 청(B)의 어느 하나의 색성분 신호를 화소 신호로서 출력한게 된다. 또한, 도 5에는, 통상 화소(120)로서, Gb화소, Gr화소, R화소를 도시하고 있지만, B화소에 대해서도 다른 색성분에 대응하는 화소와 같은 구성을 갖는 것이 된다.
위상차 화소(121)는, PD 분할 방식을 채용하고 있고, 광전 변환부로서의 하나의 포토 다이오드(PD)에 대신하여, 그것을 2분할한 바와 같은 2개의 포토 다이오드(PD1, PD2)를 갖고 있다. 또한, 이하의 설명에서도, 위상차 화소(121) 내의 한 쌍의 위상차 화소 중, 포토 다이오드(PD1)와 복수의 화소 트랜지스터로 구성된 일방의 화소를, 위상차 화소(121A)라고 칭하고, 포토 다이오드(PD2)와 복수의 화소 트랜지스터로 구성된 타방의 화소를, 위상차 화소(121B)라고 칭한다. 즉, 위상차 화소(121)에서는, 그 화소 내에, 2개의 포토 다이오드(PD1, PD2)를 형성함으로써, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)가 한 쌍이 되어 구성되어 있다.
위상차 화소(121A)에서, 포토 다이오드(PD1)는, 입사광을 수광하여 광전 변환하고, 그 광전 변환으로 생성된 신호 전하를 축적하는 영역을 갖고 있다. 예를 들면, 포토 다이오드(PD1)는, 통상 화소(120)의 포토 다이오드(PD)와 마찬가지로, 매입형의 포토 다이오드로서 형성된다. 또한, 복수의 화소 트랜지스터는, 통상 화소(120)와 마찬가지로, 전송 트랜지스터(TR1), 리셋 트랜지스터(RST1), 증폭 트랜지스터(AMP1), 및, 선택 트랜지스터(SEL1)의 4개의 트랜지스터를 갖고 있다.
또한, 위상차 화소(121B)에서, 포토 다이오드(PD2)는, 입사광을 수광하여 광전 변환하고, 그 광전 변환으로 생성된 신호 전하를 축적하는 영역을 갖고 있다. 예를 들면, 포토 다이오드(PD2)는, 통상 화소(120)의 포토 다이오드(PD)와 마찬가지로, 매입형의 포토 다이오드로서 형성된다. 또한, 복수의 화소 트랜지스터는, 통상 화소(120)와 마찬가지로, 전송 트랜지스터(TR2), 리셋 트랜지스터(RST2), 증폭 트랜지스터(AMP2), 및, 선택 트랜지스터(SEL2)의 4개의 트랜지스터를 갖고 있다.
즉, 위상차 화소(121)에서는, 포토 다이오드(PD1)에 대한 화소 트랜지스터(TR1, RST1, AMP1, SEL1)와, 포토 다이오드(PD2)에 대한 화소 트랜지스터(TR2, RST2, AMP2, SEL2)를 별개로 마련하고 있기 때문에, 포토 다이오드(PD1)와 포토 다이오드(PD2)에서의 노광과 전송을 동시에 행할 수 있다.
여기서, 도 5는, 화각 중심부에서의 단위 화소의 구성을 도시하고 있기 때문에, 위상차 화소(121A)에서의 포토 다이오드(PD1)와, 위상차 화소(121B)에서의 포토 다이오드(PD2)는, 동일한 사이즈의 수광면을 갖고 있다. 한편, 도 6에 도시하는 바와 같이, 화각 주변부에서의 위상차 화소(121)는, 화각 중심부에서의 위상차 화소(121)와 마찬가지로, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)가 한 쌍이 되어 구성되어 있지만, 상고에 응하여 수광면의 사이즈가 변화하고 있다. 구체적으로는, 위상차 화소(121A)에서의 포토 다이오드(PD1)의 수광면의 사이즈는, 위상차 화소(121B)에서의 포토 다이오드(PD2)의 수광면의 사이즈보다도 작아지고 있다.
이와 같이, 상고에 응하여 수광면의 사이즈를 변화시킴으로써, 집광 스폿(S)이, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)와의 경계에 설정되게 되지만, 그에 수반하여, 위상차 화소(121A)의 전하 축적 영역이, 위상차 화소(121B)의 전하 축적 영역보다도 작아져서, 위상차 화소(121A)의 포화 신호량이 저하되는 것은 앞서 기술한 바와 같다. 또한, 앞서 기술한 바와 같이, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)의 사이즈가 집광 스폿(S)의 위치에 응하여 가는 바와 같이 변화하는 것으로 되기 때문에, 그 모든 위상차 화소(121A, 121B)의 전하를 완전하게 전송하는 것은 용이하지가 않다.
그래서, 이하, 상고에 응하여 수광면의 사이즈를 변화시킨 경우에, 위상차 화소(121A, 121B)의 포화 신호량의 저하를 억제하고, 또한, 위상차 화소(121A, 121B)의 전하를 완전하게 전송할 수 있도록 하기 위한 제1의 동보정 방식과 제2의 동보정 방식에 관해 설명한다.
<제1의 실시의 형태>
우선, 도 7 및 도 8을 참조하여, 제1의 실시의 형태로서의 제1의 동보정 방식에 관해 설명한다. 도 7은, 도 5에 도시한 화각 중심부에서의 통상 화소(120)(Gb화소)와 위상차 화소(121)의 단면도를 도시하고, 도 8은, 도 6에 도시한 화각 주변부에서의 통상 화소(120)(Gb화소)와 위상차 화소(121)의 단면도를 도시하고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제1의 동보정 방식에서는, 위상차 화소(121A)에서의 포토 다이오드(PD1)를, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역(R1)과, 광전 변환을 함과 함께 당해 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역(R2)으로 형성되도록 한다. 또한, 위상차 화소(121B)에서의 포토 다이오드(PD2)에 대해서도 마찬가지로, 제1의 영역(R1)과 제2의 영역(R2)으로 형성되도록 한다. 단, 각 포토 다이오드(PD1, PD2)에서는, 불순물 농도를 농담으로 나타내고 있고, 제1의 영역(R1)에서의 불순물 농도는, 제2의 영역(R2)에서의 불순물 농도보다도 높아진다. 또한, 제2의 영역(R2)은, 전체의 영역에 차지한 비율이 제1의 영역(R1)보다도 커진다.
또한, 위상차 화소(121)는 상고에 응하여 수광면의 사이즈를 변화시킴으로써, 화각 중심부에서는, 광의 입사측(이면측)이 되는 제2의 영역(R2)의 폭을 바꿀 필요는 없지만, 화각 주변부에서는, 제2의 영역(R2)의 폭을 좁힐 필요가 있다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 화각 주변부에서는, 위상차 화소(121A)에서의 포토 다이오드(PD1)의 제2의 영역(R2)의 폭은, 위상차 화소(121B)에서의 포토 다이오드(PD2)의 제2의 영역(R2)의 폭보다도 좁아지도록 형성되어 있다. 한편, 광의 입사측과 반대측(표면측)에 관해서는, 화각 주변부에서는, 화각 중심부와 마찬가지로, 포토 다이오드(PD1)의 제1의 영역(R1)의 폭과, 포토 다이오드(PD2)의 제1의 영역(R1)의 폭이 동일하게 되도록 형성되어 있다.
즉, 각 화소의 소자 분리를 담당하고 있는 소자 분리부를, 이면측의 소자 분리부(151)와 표면측의 소자 분리부(152)로 나누어 형성하고, 소자 분리부(151)은, 화각 중심부와 화각 주변부에서, 제2의 영역(R2)의 폭을 변화시키는 한편, 소자 분리부(152)는, 화각 중심부와 화각 주변부에서, 제1의 영역(R1)의 폭이 동일하게 되도록 한다. 이에 의해, 각 위상차 화소(121)에서, 상고에 응하여 수광면의 사이즈가 연속적으로 변화하고, 이면측의 제2의 영역(R2)의 사이즈가 변하여도, 표면측의 제1의 영역(R1)의 사이즈는 변하지 않게 된다. 그 결과, 불순물 농도가 높은 제1의 영역(R1)의 사이즈가 불변이기 때문에, 화각 주변부에서는, 화각 중심부에 비하여, 포화 신호량 및 전송의 용이성에 큰 차가 생기지 않게 되고, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 소자 분리부(151)와 소자 분리부(152)는, 예를 들면, 금속, 산화막, 또는 불순물 등에 의해 형성할 수 있다.
이상, 제1의 동보정 방식에서는, 도 7의 화각 중심부에서는, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)에서, 제1의 영역(R1) 및 제2의 영역(R2) 함께 동일 구성으로 하고, 도 8의 화각 주변부에서는, 제2의 영역(R2)의 구성은 다르지만, 제1의 영역(R1)은 동일 구성으로 함으로써, 포화 신호량 및 전송의 용이성에 큰 차를 발생시키지 않도록 하여, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 시키고 있다.
<제2의 실시의 형태>
다음에, 도 9 및 도 10을 참조하여, 제2의 실시의 형태로서의 제2의 동보정 방식에 관해 설명한다. 도 9는, 도 5에 도시한 화각 중심부에서의 통상 화소(120)(Gb화소)와 위상차 화소(121)의 평면도를 도시하고, 도 10은, 도 6에 도시한 화각 주변부에서의 통상 화소(120)(Gb화소)와 위상차 화소(121)의 평면도를 도시하고 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 제2의 동보정 방식에서는, 제1의 동보정 방식과 마찬가지로, 위상차 화소(121A)에서의 포토 다이오드(PD1)를, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역(R1)과, 광전 변환함과 함께 당해 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역(R2)으로 형성되도록 한다. 또한, 위상차 화소(121B)에서의 포토 다이오드(PD2)에 대해서도 마찬가지로, 제1의 영역(R1)과 제2의 영역(R2)으로 형성되도록 하다. 또한, 도 9 및 도 10에서는, 도 7 및 도 8과 마찬가지로, 각 포토 다이오드(PD1, PD2)에서의 불순물 농도를 농담으로 나타내고 있다.
또한, 위상차 화소(121A)에서, 전송 트랜지스터(TR1)는, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)를 분할한 방향과 평행하고, 포토 다이오드(PD1)의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치된다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(TR1)의 근방의 영역의 불순물 농도가, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아진다. 마찬가지로, 위상차 화소(121B)에서, 전송 트랜지스터(TR2)는, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)를 분할한 방향과 평행하고, 포토 다이오드(PD2)의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치된다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(TR2)의 근방의 영역의 불순물 농도가, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아진다.
또한, 위상차 화소(121)는 상고에 응하여 수광면의 사이즈를 변화시킴으로써, 화각 중심부에서는 수광면의 사이즈를 바꿀 필요는 없지만, 화각 주변부에서는 수광면의 사이즈를 변화시킬 필요가 있다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이, 화각 주변부에서는, 위상차 화소(121A)에서의 수광면의 사이즈는, 위상차 화소(121B)에서의 수광면의 사이즈보다도 작아지고 있다. 그러나, 화각 주변부에서는, 화각 중심부와 마찬가지로 전송 트랜지스터(TR1, TR2)를 배치한 것으로, 그러한 전송 트랜지스터(TR1, TR2)의 근방의 영역의 불순물 농도는, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아지고 있다.
즉, 각 위상차 화소(121)에서, 상고에 응하여 수광면의 사이즈가 연속적으로 변화하여, 예를 들면, 위상차 화소(121A)에서의 수광면의 사이즈가 작아져도, 불순물 농도가 높은 제1의 영역(R1)이 전송 트랜지스터(TR1)의 근방의 영역에 형성되는 것은 불변이다. 그 결과, 불순물 농도가 높은 제1의 영역(R1)은 사이즈의 변화의 영향을 받지 않기 때문에, 화각 주변부에서는, 화각 중심부에 비하여, 포화 신호량 및 전송의 용이성에 큰 차가 생기지 않게 되고, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 할 수 있다.
이상, 제2의 동보정 방식에서는, 도 9의 화각 중심부와 도 10의 화각 주변부에서는, 수광면의 사이즈는 변화하고 있지만, 전송 트랜지스터(TR1, TR2)의 부근의 구조를 동일 구성으로 하고, 전송 트랜지스터(TR1, TR2)의 근방의 영역의 불순물 농도를 다른 영역보다도 높아지도록 함으로써, 포화 신호량 및 전송의 용이성에 큰 차를 발생시키지 않도록 하여, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 시키고 있다.
이상과 같이, 본 기술에 의하면, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)에서, 상고에 응하여 수광면의 사이즈를 연속적으로 변화시키는데 즈음하여, 불순물 농도가 높은 제1의 영역(R1)이 그 변화의 영향을 받지 않도록 함으로써, 화각 주변부에서는, 화각 중심부에 비하여, 포화 신호량 및 전송의 용이성에 큰 차가 생기지 않게 되고, 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 한 것이 가능해진다. 즉, 각 위상차 화소(121)에서는, 전하 축적의 주요부가 동일한 구조로 되기 때문에, 동보정과 포화 신호량의 저하의 억제를 양립함과 함께, 전하 전송을 마찬가지로 행할 수 있도록 된다.
또한, 위상차 화소(121)에서는, 1화소 내에, 위상차 화소(121A)와 위상차 화소(121B)가 한 쌍이 되고 탑재되어 있기 때문에, 용이하게, 화소 어레이부(111)에 배치되는 위상차 화소(121)의 수를 많게 하여, 위상차 화소(121)의 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 렌즈의 동보정에 응하여 상고에 의해, 위상차 화소(121A, 121B)의 사이즈를 변화시킴으로써, 결과로서, 상면 위상차 AF에 대응 가능한 교환 렌즈를 증가시킬 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는, 화소 어레이부(111)에, 행형상으로 배열된 위상차 화소(121)에 관해 설명하였지만, 본 기술은, 위상차 화소(121)를 열형상으로 배치한 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우에도, 위상차 화소(121A, 121B)는, 화각 중심부에서 동일한 사이즈의 수광면을 갖게 되지만, 화각 주변부에서는 상고에 응하여 수광면의 사이즈가 변화하게 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 4에 도시한 행형상으로 배치한 복수의 위상차 화소(121)를, 화각 중심부의 위상차 화소(121)를 중심으로, 반시계방향으로 90도 회전시킨 상태의 수광면의 사이즈를 각 위상차 화소(121)가 갖도록 구성되게 된다.
또한, 본 기술은, 고체 촬상 소자에의 적용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 기술은, 디지털 카메라 등의 촬상 장치나, 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치나, 화상 판독부에 고체 촬상 소자를 이용하는 복사기 등, 화상 취입부(광전 변환부)에 고체 촬상 소자를 이용하는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다. 또한, 고체 촬상 소자는, 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
<본 기술을 적용한 전자 기기의 구성례>
도 11은, 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 전자 기기로서의 촬상 장치(300)는, 렌 군 등으로 이루어지는 광학부(301), 상술한 단위 화소(120)의 각 구성이 채용된 고체 촬상 소자(302), 및, 카메라 신호 처리 회로인 DSP(Digital Signal Processor) 회로(303)를 구비한다. 또한, 촬상 장치(300)는, 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306), 조작부(307), 전원부(308), 및, 제어부(309)도 구비한다. DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306), 조작부(307), 전원부(308), 및, 제어부(309)는, 버스 라인(310)을 통하여 상호 접속되어 있다.
광학부(301)는, 피사체로부터의 입사광(상광)을 받아들여 고체 촬상 소자(302)의 촬상면상에 결상한다. 고체 촬상 소자(302)는, 광학부(301)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여, 피사체의 상을 나타내는 화상 신호를 형성하기 위한 색성분 신호를 화소 신호로서 출력한다. 또한, 고체 촬상 소자(302)는, 상면 위상차 AF에 이용되는 위상차 검출용 신호를 화소 신호로서 출력한다. 이 고체 촬상 소자(302)로서, 상술한 실시의 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(100) 등의 고체 촬상 소자, 즉, 화소 어레이부(111)에 배치된 각 위상차 화소(121)의 특성을 일정하게 할 수 있는 고체 촬상 소자를 이용할 수 있다.
표시부(305)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(electro luminescence) 패널 등의 패널형 표시 장치로 이루어지는고, 고체 촬상 소자(302)에서 촬상된 정지화 또는 동화를 표시한다. 기록부(306)는, 고체 촬상 소자(302)에서 촬상 정지화 또는 동화의 데이터를, 플래시 메모리 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(307)는, 유저에 의한 조작에 따라, 촬상 장치(300)가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원부(308)는, DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306), 조작부(307), 및, 제어부(309)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
제어부(309)는, 촬상 장치(300)의 각 부분의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(309)는, 고체 촬상 소자(302)로부터의 위상차 검출용 신호를 이용한 소정의 연산을 행함으로써 디포커스량을 산출하고, 이 디포커스량에 응하여 합초(合焦) 상태가 되도록, 광학부(301)에 포함되는 촬영 렌즈 등의 구동을 제어한다. 이에 의해, 상면 위상차 AF가 행하여져서, 피사체에 핀트가 맞추어진다.
또한, 상술한 실시의 형태에서는, 가시광의 광량에 응한 신호 전하를 물리량으로서 검지하는 단위 화소가 행렬형상으로 배치되고 이루어지는 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 기술은 CMOS 이미지 센서로의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 화소 어레이부의 화소열마다 칼럼 처리부를 배치하여 이루어지는 칼럼 방식의 고체 촬상 소자 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 소자로의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 소자나, 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 소자(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를
행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고,
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있는 고체 촬상 소자.
(2)
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 광의 입사측이 되는 상기 제2의 영역은 동보정에 응한 사이즈가 되고, 광의 입사측의 반대측이 되는 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈가 되는 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 제1의 영역에서의 불순물 농도는, 상기 제2의 영역에서의 불순물 농도보다도 높아지는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
상기 제2의 영역은, 상기 제1의 영역보다도 커지는 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
상기 제1의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,
상기 제2의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제2의 전송 트랜지스터를 또한 가지며,
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 상기 제1의 전송 트랜지스터 근방의 영역과, 상기 제2의 전송 트랜지스터 근방의 영역의 불순물 농도는, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아지는 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
상기 제1의 전송 트랜지스터는, 상기 제1의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치되고,
상기 제2의 전송 트랜지스터는, 상기 제2의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치되는 (5)에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 제1의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제1의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위해 유지하는 제1의 부유 확산 영역과,
상기 제2의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제2의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위해 유지하는 제2의 부유 확산 영역을 또한 갖는 (6)에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행하는 (1) 내지 (7)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 그 분리부가 연속적으로 변화하는 (1) 내지 (8)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 소자.
(10)
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 금속, 산화막, 또는 불순물에 의해 분리되어 있는 (1) 내지 (9)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 소자.
(11)
입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를
행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고,
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있는 고체 촬상 소자의 구동 방법에 있어서,
화소 구동부가, 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부를 별개로 구동하여, 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행한 스텝을 포함하는 구동 방법.
(12)
입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를
행렬형상으로 배치한 화소 어레이부를 구비하고,
한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 전하 축적의 주요부가 되는 제1의 영역과, 광전 변환을 함과 함께 상기 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 영역을 각각 갖고 있는 고체 촬상 소자를 탑재하고,
상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 상기 위상차 검출용 신호를 이용하여, 상면 위상차 AF(Autofocus)를 제어하는 제어부를 구비하는 전자 기기.
100 : CMOS 이미지 센서
111 : 화소 어레이부
120 : 통상 화소
121, 121A, 121B : 위상차 화소
151, 152 : 소자 분리부
300 : 촬상 장치
302 : 고체 촬상 소자
309 : 제어부
R1 : 제1의 영역
R2 : 제2의 영역
PD, PD1, PD2 : 포토 다이오드
TR, TR1, TR2 : 전송 트랜지스터
RST, RST1, RST2 : 리셋 트랜지스터
AMP, AMP1, AMP2 : 증폭 트랜지스터
SEL, SEL1, SEL2 : 선택 트랜지스터
FDG, FDG1, FDG2 : 용량 전환 트랜지스터

Claims (15)

  1. 중심부에 배치된 제1의 단위 화소와 주변부에 배치된 제2의 단위 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 제1의 단위 화소 및 상기 제2의 단위 화소의 각각은,
    입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
    수광면이 상고(像高)에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 포함하고,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부의 각각은,
    전하 축적 주요부로써 제공되며, 제1의 소자 분리부에 의해 분할되는 제1의 영역과,
    광전 변환을 함과 함께 상기 전하 축적 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 소자 분리부에 의해 분할되는 제2의 영역을 포함하고,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 동일한 사이즈이고,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 서로 다른 사이즈이며,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈이며,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 광의 입사측이 되는 상기 제2의 영역은 동보정에 응한 사이즈가 되고, 광의 입사측의 반대측이 되는 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈가 되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1의 영역에서의 불순물 농도는, 상기 제2의 영역에서의 불순물 농도보다도 높아지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2의 영역은, 상기 제1의 영역보다도 커지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제1의 전송 트랜지스터와,
    상기 제2의 광전 변환부에 축적된 전하를 전송하는 제2의 전송 트랜지스터를 또한 가지며,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서, 상기 제1의 전송 트랜지스터 근방의 영역과, 상기 제2의 전송 트랜지스터 근방의 영역의 불순물 농도는, 다른 영역의 불순물 농도보다도 높아지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 전송 트랜지스터는, 상기 제1의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치되고,
    상기 제2의 전송 트랜지스터는, 상기 제2의 광전 변환부의 수광면의 중심에서 가장 가까운 위치의 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제1의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위한 제1의 부유 확산 영역과,
    상기 제2의 전송 트랜지스터에 의해 상기 제2의 광전 변환부로부터 전송되는 전하를 신호로서 판독하기 위한 제2의 부유 확산 영역을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 그 분리부가 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분리부는, 금속, 산화막, 또는 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 중심부에 배치된 제1의 단위 화소와 주변부에 배치된 제2의 단위 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 제1의 단위 화소 및 상기 제2의 단위 화소의 각각은,
    입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
    수광면이 상고에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 포함하고,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부의 각각은,
    전하 축적 주요부로써 제공되며, 제1의 소자 분리부에 의해 분할되는 제1의 영역과,
    광전 변환을 함과 함께 상기 전하 축적 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 소자 분리부에 의해 분할되는 제2의 영역을 포함하고,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 동일한 사이즈이고,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 서로 다른 사이즈이며,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈이며,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈인 고체 촬상소자의 구동 방법에 있어서,
    각각의 상기 제1의 단위 화소 및 상기 제2의 단위 화소에 대하여 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부에서의 노광과 전송을 동시에 행하도록, 화소 구동부에 의하여, 각각의 상기 제1의 단위 화소 및 상기 제2의 단위 화소에서 한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부를 별개로 구동하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 구동 방법.
  12. 중심부에 배치된 제1의 단위 화소와 주변부에 배치된 제2의 단위 화소를 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 제1의 단위 화소 및 상기 제2의 단위 화소의 각각은,
    입사광을 수광하여 광전 변환하는 광전 변환부를 가지며, 색성분 신호가 얻어지는 제1의 화소와,
    수광면이 상고(像高)에 응한 사이즈로 이루어지는 한 쌍의 제1의 광전 변환부와 제2의 광전 변환부를 가지며, 위상차 검출용 신호가 얻어지는 제2의 화소를 포함하고,
    한 쌍의 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부의 각각은,
    전하 축적 주요부로써 제공되며, 제1의 소자 분리부에 의해 분할되는 제1의 영역과,
    광전 변환을 함과 함께 상기 전하 축적 주요부에의 전하 전송에 기여하는 제2의 소자 분리부에 의해 분할되는 제2의 영역을 포함하고,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 동일한 사이즈이고,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제2의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제2의 영역은 서로 다른 사이즈이며,
    상기 중심부에 배치된 제1의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈이며,
    상기 주변부에 배치된 제2의 단위 화소에서, 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1의 영역과 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제1의 영역은 동일한 사이즈인 고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 상기 위상차 검출용 신호를 이용하여, 상면 위상차 AF(Autofocus)를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부는, 상기 화소 어레이부의 행방향으로 서로 인접해 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2의 단위 화소가 상기 제1의 단위 화소의 오른쪽에 있을 때, 상기 제1의 광전 변환부의 입사면은 상기 제2의 광전 변환부의 입사면보다 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2의 단위 화소가 상기 제1의 단위 화소의 왼쪽에 있을 때, 상기 제1의 광전 변환부의 입사면은 상기 제2의 광전 변환부의 입사면보다 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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