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公開番号2024089267
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2022204531
出願日2022-12-21
発明の名称固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
出願人ゼタテクノロジーズ株式会社,広東京之映科技有限公司
代理人弁理士法人アテンダ国際特許事務所
主分類H04N 25/702 20230101AFI20240626BHJP(電気通信技術)
要約【課題】微細化画素においても位相差画素の感度低下を抑制でき、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能な固体撮像装置、その製造方法および電子機器を提供する。
【解決手段】画素部20において、位相差検出画素群PDXG10は、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の画素ユニットPUを形成する画素NPXの数(4)より多い数(5以上)の同色(G)の位相差検出画素PDPXを含んで形成され、配置方向の中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXにより取得した位相差検出信号と配置方向の端部領域AEDGにおける画素PXにより取得した信号を同じ(共通の)読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFDに読み出し可能である。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、
前記画素部においては、
隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、
前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載され、
前記位相差検出画素群は、
複数の同色画素がマトリクス状に、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成され、
配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも２つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを含み、
前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能である
固体撮像装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記位相差検出画素群において、
前記共有型マイクロレンズによる光が入射される一対の第１組の位相差検出画素と第２組の位相差検出画素を含み、
前記第１組の位相差検出画素から読み出された位相差検出信号と前記第２組の位相差検出画素から読み出された位相差検出信号とは異なる読み出しノードに読み込まれる
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記位相差検出画素群は、
前記配置方向の端部領域における複数の位相差検出画素ごとに、当該位相差検出画素の光電変換部に光を入射する複数の個別型マイクロレンズを含む
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素は、
蓄積期間に光電変換により生成した電荷を蓄積する前記光電変換部としての光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記蓄積期間後の転送期間に転送可能な転送素子と、
前記転送素子を通じて前記光電変換素子で蓄積された電荷が転送される前記読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンと、を含み、
前記位相差検出画素群においては、
前記位相差検出信号を取得するための前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素と、前記信号を取得するための前記端部領域における位相差検出画素は、前記フローティングディフュージョンを共有する共有構造を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素部において、
前記画素間の境界部には不要な光の入射を防止する遮光膜が形成され、
前記位相差検出画素群においては、
前記位相差検出信号を取得するための前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素と、前記信号を取得するための前記端部領域における位相差検出画素間の境界部の少なくとも一部に、不要な光の入射を防止する遮光膜が前記端部領域における位相差検出画素の少なくとも一部に空間的に重なるように形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記位相差検出画素と前記通常画素の境界部、前記位相差検出画素群内の画素境界部のうちの少なくともいずれかで遮光膜の膜幅が他の画素間領域の遮光膜より厚く形成されている
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記位相差検出画素群は、
前記通常画素群に隣接して配置されている２つの第１の画素ユニットおよび第２の画素ユニットを第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成されている
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記位相差検出画素群において、
前記第１の画素ユニットは、
第１の同色画素、第２の同色画素、第３の同色画素、および第４の同色画素の４つが、
第１方向または第２方向に、前記第１の同色画素と前記第２の同色画素が隣接するとともに、前記第３の同色画素と前記第４の同色画素が隣接し、
前記第１方向または第２方向に直交する第２方向または第１方向に、前記第１の同色画素と前記第３の同色画素が隣接するとともに、前記第２の同色画素と前記第４の同色画素が隣接するように正方配列され、
前記第２の画素ユニットは、
第５の同色画素、第６の同色画素、第７の同色画素、および第８の同色画素の４つが、
第１方向または第２方向に、前記第５の同色画素と前記第６の同色画素が隣接するとともに、前記第７の同色画素と前記第８の同色画素が隣接し、
前記第１方向または第２方向に直交する第２方向または第１方向に、前記第５の同色画素と前記第７の同色画素が隣接するとともに、前記第６の同色画素と前記第８の同色画素が隣接するように正方配列され、
前記第１の画素ユニットと前記第２の画素ユニットは、
第１方向または第２方向に、前記第２の同色画素と前記第５の同色画素が隣接するとともに、前記第４の同色画素と前記第７の同色画素が隣接するように配列され、
前記中央領域の画素ユニットは、
前記第１の画素ユニットの第２の同色画素、第４の同色画素、並びに、前記第２の画素ユニットの第５の同色画素、および第７の同色画素の４つが正方配列されて形成されている
請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記位相差検出画素群は、
前記第１の画素ユニットおける第１の同色画素、第２の同色画素、第３の同色画素、および第４の同色画素の４つが、第１の読み出しノードとしての第１のフローティングディフュージョンを共有する第１の共有構造と、
前記第２の画素ユニットにおける第５の同色画素、第６の同色画素、第７の同色画素、および第８の同色画素の４つが、第２の読み出しノードとしての第２のフローティングディフュージョンを共有する第２の共有構造と、を有する
請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記中央領域の画素ユニットにおいては、
一つの前記共有型マイクロレンズが、
前記第１の画素ユニットの前記第２の同色画素の光電変換部、前記第４の同色画素の光電変換部、並びに、前記第２の画素ユニットの前記第５の同色画素の光電変換部、および前記第７の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置されている
請求項９記載の固体撮像装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置（イメージセンサ）として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが実用に供されている。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサは、一般的に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの４色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。
【０００４】
一般的に、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、画素（ピクセル）は個別にカラーフィルタを備えている。フィルタとしては、主として赤色光を透過させる赤（Ｒ）フィルタ、主として緑色光を透過させる緑（Ｇｒ，Ｇｂ）フィルタ、および主として青色光を透過させる青（Ｂ）フィルタを含む。
各カラーフィルタを含む画素ユニットが正方配列されて１つの画素群が形成され、複数の画素群が２次元状に配列されて画素部の画素アレイが形成される。
このカラーフィルタ配列としては、ベイヤ配列が広く知られている。また、たとえば各画素に対してマイクロレンズが形成されている。
また、高感度化や高ダイナミックレンジ化を図るために、ベイヤ配列の各画素ユニットを複数の同色画素により形成したＣＭＯＳイメージセンサも提案されている（たとえば特許文献１、２参照）。
【０００５】
このようなＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。
【０００６】
特に近年、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)に搭載するイメージセンサの小型化・多画素化が進み、画素サイズも1μｍを切るサイズが主流となりつつある。
多画素化、微細化による高解像度化を維持し、かつ、画素ピッチ縮小による感度やダイナミックレンジの低下を抑制するため、隣接した複数の同色画素をたとえば４画素ずつ配置し、解像度を追求する際には個別の画素信号を読み出し、高感度やダイナミックレンジ性能を必要とする局面では同色の画素の信号を加算して読み出す手法が一般的に採用されている。
そして、このＣＭＯＳイメージセンサは、たとえば画素ユニットの隣接する複数（２、４または９）の同色画素で一つのマイクロレンズを共有する。
【０００７】
この複数の同色画素で一つのマイクロレンズを共有する固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）では、画素に距離情報が存在し、ＰＤＡＦ（Phase Detection Auto Focus）機能を持つことが可能である。
なお、このＣＭＯＳイメージセンサにおいては、画素アレイに、ＰＤＡＦ(位相検出オートフォーカス)画素が同色で形成されていることから、通常の撮影モードでは、これらのＰＤＡＦ画素の感度・シェーディング等を補正する必要がある。
【０００８】
図１は、４つの同色画素で一つのマイクロレンズを共有し、かつ、ＰＤＡＦ機能を有する固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の画素アレイの画素群の一例を示す図である（たとえば特許文献３参照）。
【０００９】
図１の画素群１は、Ｇｒ画素の画素ユニットＰＵ１、Ｒ画素の画素ユニットＰＵ２、Ｂ画素の画素ユニットＰＵ３、およびＧｂ画素の画素ユニットＰＵ４がベイヤ配列されている。
画素ユニットＰＵ１は、隣接する複数、たとえば２×２の同色（Ｇｒ）の４画素ＰＸＧｒＡ，ＰＸＧｒＢ，ＰＸＧｒＣ，ＰＸＧｒＤが配置されている。画素ユニットＰＵ１において、４画素ＰＸＧｒＡ，ＰＸＧｒＢ，ＰＸＧｒＣ，ＰＸＧｒＤに対して１つのマイクロレンズＭＣＬ１が配置されている。
画素ユニットＰＵ２は、隣接する複数、たとえば２×２の同色（Ｒ）の４画素ＰＸＲＡ，ＰＸＲＢ，ＰＸＲＣ，ＰＸＲＤが配置されている。画素ユニットＰＵ２において、４画素ＰＸＲＡ，ＰＸＲＢ，ＰＸＲＣ，ＰＸＲＤに対して１つのマイクロレンズＭＣＬ２が配置されている。
画素ユニットＰＵ３は、隣接する複数、たとえば２×２の同色（Ｂ）の４画素ＰＸＢＡ，ＰＸＢＢ，ＰＸＢＣ，ＰＸＢＤが配置されている。画素ユニットＰＵ３において、４画素ＰＸＢＡ，ＰＸＢＢ，ＰＸＢＣ，ＰＸＢＤに対して１つのマイクロレンズＭＣＬ３が配置されている。
画素ユニットＰＵ４は、隣接する複数、たとえば２×２の同色（Ｇｂ）の４画素ＰＸＧｂＡ，ＰＸＧｂＢ，ＰＸＧｂＣ，ＰＸＧｂＤが配置されている。画素ユニットＰＵ４において、４画素ＰＸＧｂＡ，ＰＸＧｂＢ，ＰＸＧｂＣ，ＰＸＧｂＤに対して１つのマイクロレンズＭＣＬ４が配置されている。
【００１０】
この第１の固体撮像装置は、隣接する２つの画素が同時にＰＤＡＦピクセルとして機能するため、低照度時のＰＤＡＦパフォーマンスが高くなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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