固態(tài)圖像拾取元件和圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本公開涉及其中光電轉(zhuǎn)換層被設置在基板上的至少一個固態(tài)圖像拾取元件和至少一個圖像拾取系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]存在包括包含其中光電轉(zhuǎn)換層被設置在基板上的光接收器的像素的固態(tài)圖像拾取元件。日本專利公開N0.2014-67948描述了使用有機光電轉(zhuǎn)換層作為光電轉(zhuǎn)換層的技術(shù)。并且,日本專利公開N0.2014-67948描述了提供一對相位差檢測像素以實現(xiàn)光瞳分割相位差檢測的技術(shù)。相位差檢測像素具有阻擋入射光的一部分并且被設置在光電轉(zhuǎn)換層上的保護層與微透鏡之間的遮光膜。
[0003]然而,根據(jù)在日本專利公開N0.2014-67948中描述的技術(shù),相位差檢測像素的位置被固定,并因此用于實現(xiàn)相位差檢測的測距點的位置被固定。因此,本公開針對的是容易地改變相位差檢測像素的位置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]根據(jù)本公開的一方面的固態(tài)圖像拾取元件包含以二維方式布置的多個像素。所述多個像素中的每一個包含多個光電轉(zhuǎn)換單元,該多個光電轉(zhuǎn)換單元分別包含像素電極、被設置在所述像素電極上的光電轉(zhuǎn)換層、以及被設置為使得所述光電轉(zhuǎn)換層夾在像素電極與對電極(counter electrode)之間的所述對電極。在一個或多個實施例中,通過一個微透鏡收集的光進入所述多個光電轉(zhuǎn)換單元。在一個或多個實施例中,所述多個像素中的每一個還包含設置在所述多個光電轉(zhuǎn)換單元上的微透鏡。
[0005]根據(jù)本公開的另一方面的固態(tài)圖像拾取元件包含以二維方式布置的多個像素。所述多個像素中的每一個包含光電轉(zhuǎn)換單元,并且還包含設置在光電轉(zhuǎn)換單元上的微透鏡,該光電轉(zhuǎn)換單元包含像素電極、被設置在所述像素電極上的光電轉(zhuǎn)換層、以及被設置為使得所述光電轉(zhuǎn)換層夾在像素電極與對電極之間的所述對電極。包含在所述多個像素中的每一個中的像素電極和對電極中的至少一個包含可彼此獨立地控制的多個部分電極(partial electrode)。
[0006]從以下參照附圖的示例性實施例的描述,本公開的進一步特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像拾取元件的示例配置的框圖。
[0008]圖2是示出根據(jù)第一實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0009]圖3是示出根據(jù)第一實施例的像素的示例配置的等效電路圖。
[0010]圖4是示出光電轉(zhuǎn)換單元的電勢并且描述根據(jù)第一實施例的信號讀取操作的示圖。
[0011]圖5是示出光電轉(zhuǎn)換單元的電勢并且描述根據(jù)第一實施例的電荷排出操作的示圖。
[0012]圖6是用于描述根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0013]圖7是示出根據(jù)第二實施例的像素陣列的配置的示圖。
[0014]圖8是示出根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像拾取元件的示例配置的框圖。
[0015]圖9是示出根據(jù)第三實施例的像素的示例配置的等效電路圖。
[0016]圖10是示出根據(jù)第三實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0017]圖11是用于描述根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0018]圖12是示出根據(jù)第四實施例的固態(tài)圖像拾取元件的示例配置的框圖。
[0019]圖13是示出根據(jù)第四實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0020]圖14是示出根據(jù)第四實施例的像素的示例配置的等效電路圖。
[0021]圖15是示出光電轉(zhuǎn)換單元的電勢并且描述根據(jù)第四實施例的信號讀取操作的示圖。
[0022]圖16是示出光電轉(zhuǎn)換單元的電勢并且描述根據(jù)第四實施例的電荷排出操作的示圖。
[0023]圖17是用于描述根據(jù)第四實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0024]圖18是示出根據(jù)第五實施例的固態(tài)圖像拾取元件的示例配置的框圖。
[0025]圖19是示出根據(jù)第五實施例的像素的示例配置的等效電路圖。
[0026]圖20是示出根據(jù)第五實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0027]圖21是用于描述根據(jù)第五實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0028]圖22是示出根據(jù)第六實施例的固態(tài)圖像拾取元件的示例配置的框圖。
[0029]圖23是示出根據(jù)第六實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0030]圖24是示出根據(jù)第六實施例的像素的示例配置的等效電路圖。
[0031]圖25是用于描述根據(jù)第六實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0032]圖26是示出根據(jù)第七實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0033]圖27A和圖27B是示出根據(jù)第七實施例的信號讀取電路的示例配置的等效電路圖。
[0034]圖28是用于描述根據(jù)第七實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0035]圖29A和圖29B是示出根據(jù)第七實施例的信號讀取電路的示例配置的等效電路圖。
[0036]圖30是用于描述根據(jù)第七實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0037]圖31A和圖31B是示出根據(jù)第七實施例的信號讀取電路的示例設置的示意性平面圖。
[0038]圖32是示出根據(jù)第八實施例的像素的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0039]圖33A和圖33B是示出根據(jù)第八實施例的信號讀取電路的示例配置的等效電路圖。
[0040]圖34是用于描述根據(jù)第八實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0041]圖35是用于描述根據(jù)第八實施例的固態(tài)圖像拾取元件的操作的定時圖。
[0042]圖36是示出根據(jù)第九實施例的圖像拾取系統(tǒng)的示例配置的框圖。
[0043]圖37A?37E是像素的示意性平面圖,描述設置像素電極的示例。
【具體實施方式】
[0044]第一實施例
[0045]圖1是示出固態(tài)圖像拾取元件1000的示例配置的框圖。固態(tài)圖像拾取元件1000包括包含以二維方式布置的多個像素100的像素陣列110、行驅(qū)動電路120、垂直信號線130、信號處理器140、列選擇電路150、輸出放大器170和恒流源180。
[0046]圖1示出像素陣列110包含以4行X4列布置的像素100,但包含于像素陣列110中的像素100的數(shù)量不限于此。
[0047]行驅(qū)動電路120是以行為單位控制多個像素100的電路,并且包含例如移位寄存器和地址譯碼器。在本實施例中,行驅(qū)動電路120輸出信號pRES (n)、pADD (η)、Va (η)、Vb (η)和pSEL(n)。這里,n是代表行的數(shù)字。行驅(qū)動電路120用作經(jīng)由驅(qū)動電容器(以下描述)控制包含于像素100中的像素電極的電勢的像素電極控制器。
[0048]屬于同一列的多個像素100與同一垂直信號線130連接。從像素100輸出的信號通過垂直信號線130被傳輸?shù)叫盘柼幚砥?40。
[0049]信號處理器140包含多個列信號處理器,所述多個列信號處理器中的每一個對于像素陣列110的列中的相應一個而提供。每個列信號處理器可包含用于減少噪聲的CDS電路、用于放大信號的放大器和用于保持信號的采樣和保持電路。列信號處理器在通過從列選擇電路150供給的信號CSEL(m)被選擇時輸出信號。該輸出信號被傳輸?shù)捷敵龇糯笃?70。這里,m是代表列的數(shù)字。
[0050]圖2示出沿像素100中的一個的截面的示例結(jié)構(gòu)。在本實施例中,像素100包含兩個光電轉(zhuǎn)換單元PC1和PC2。兩個光電轉(zhuǎn)換單元PC1和PC2共享以下描述的放大晶體管403和選擇晶體管404。像素陣列110包含硅基板(Si基板)300、設置在Si基板300上的下部絕緣層301和設置在下部絕緣層301中的布線層302。M0S晶體管被設置在Si基板300上。在布線層302中包含用于向M0S晶體管供給電源的布線和用于傳輸用于控制M0S晶體管的信號的布線。包含于布線層302中的布線中的一些將設置在Si基板300上的信號讀取電路(未示出)與像素電極303連接。在像素電極303上,存在設置的層間絕緣層304、光電轉(zhuǎn)換層305、阻擋層306、對電極307、濾色器層308和包含多個微透鏡的微透鏡層309。在本實施例中,兩個像素電極303a和303b被設置在一個像素100中,而對電極307對于多個光電轉(zhuǎn)換單元共同設置。在該結(jié)構(gòu)中,由一個微透鏡收集的光進入多個光電轉(zhuǎn)換單元。拜耳(Bayer)布置可被用于在濾色器層308中布置濾色器。設置在一個像素100中的兩個像素電極303a和303b也可被稱為可彼此獨立地控制的部分電極。
[0051]對于同一微透鏡提供的兩個像素電極303a和303b以其間的距離d彼此分離,并且構(gòu)成兩個光電轉(zhuǎn)換單元。盡管圖中沒有示出,但相鄰像素的像素電極可以以其間的比距離d大的距離D彼此分離。某一像素的像素電極303a被設置在離該某一像素的像素電極303b距離為d處,并且被設置在離相鄰像素的像素電極303b距離為D處。通過這樣的像素電極設置,可抑制根據(jù)進入到某一像素的光產(chǎn)生的電荷存儲于相鄰像素的光電轉(zhuǎn)換單元中的現(xiàn)象的出現(xiàn)。在每個像素包含濾色器的情況下,可減少顏色的混合。
[0052]設置在像素電極303上的層間絕緣層304禁止像素電極303與光電轉(zhuǎn)換層305之間的電子和空穴的通過,并且由例如氫化非晶氮化硅(a-SiN:H)形成。層間絕緣層304具有不通過隧道效應導致電子和空穴的通過的這樣的厚度。具體而言,層間絕緣層304可具有50nm或更大的厚度。
[0053]經(jīng)由層間絕緣層304設置在像素電極303上的光電轉(zhuǎn)換層305具有響應于入射光而產(chǎn)生電子-空穴對的光電轉(zhuǎn)換能力。光電轉(zhuǎn)換層305可由本征氫化非晶硅(a-S1: Η)、化合物半導體或有機半導體形成?;衔锇雽w的示例包含諸如BN、GaAs、GaP、AlSb和GaAlAsP的II1-VI化合物半導體和諸如CdSe、ZnS和HdTe的I1-1V化合物半導體。有機半導體的示例包含酞菁材料和萘材料,諸如富勒烯、香豆素6(C6)、若丹明6G(R6G)、喹吖啶酮和鋅酞菁(ZnPc)ο
[0054]由上述化合物半導體制成的量子點膜可以被用作光電轉(zhuǎn)換層305。可以使用非晶硅膜、有機半導體膜和量子點膜,因為這樣可容易地形成薄膜。
[0055]本征半導體具有低載流子密度,因此對于光電轉(zhuǎn)換層305使用它導致耗盡層的大寬度??商娲兀梢允褂忙突颚毙桶雽w。
[0056]阻擋層306被設置在光電轉(zhuǎn)換層305上。根據(jù)本實施例的阻擋層306具有禁止來自對電極307的空穴注入到光電轉(zhuǎn)換層305中的功能,并且由例如Ν+型氫化非晶硅形成。在本示例中,使用Ν+型a-SiH以禁止空穴的注入??梢允褂肞+型a-SiH以禁止電子的注入。阻擋層306需要禁止導電類型中的一種的載流子(電子或空穴)從對電極307注入到光電轉(zhuǎn)換層305中。可對于阻擋層306使用用于光電轉(zhuǎn)換層305的半導體材料的P型或N型半導體。在這種情況下,用于阻擋層306的半導體的雜質(zhì)濃度比用于光電轉(zhuǎn)換層305的半導體的雜質(zhì)濃度高。
[0057]經(jīng)由阻擋層306設置在光電轉(zhuǎn)換層305上的對電極307由使經(jīng)由微透鏡層309和濾色器層308進入的光透過到光電轉(zhuǎn)換層305的材料形成。具體而言,可以使用含有銦和錫的化合物或氧化物,諸如ΙΤ0。
[0058]并且,透光層可被設置在對電極307與微透鏡層309之間。微透鏡層309、濾色器層308和透光層可被設計,使得微透鏡層309的焦點處于光電轉(zhuǎn)換層305中。透光層可由諸如氧化硅或氮化硅的無機材料形成,或者可由有機材料形成。
[0059]圖3是根據(jù)本實施例的像素100的等效電路圖。像素100包含由阻擋層306、光電轉(zhuǎn)換層305和層間絕緣層304組成的光電轉(zhuǎn)換單元PC1和PC2、以及信號讀取電路400。
[0060]信號讀取電路400包含復位晶體管401a和401b、驅(qū)動電容器402a和402b、放大晶體管403、選擇晶體管404和開關405。復位電壓被供給到復位晶體管401a的一個主節(jié)點,并且另一主節(jié)點與光電轉(zhuǎn)換單元PC1的像素電極303a連接。復位晶體管401a的另一主節(jié)點與像素電極303a的共用節(jié)點被稱為節(jié)點N1。復位信號pRESl被供給到復位晶體管401a的控制節(jié)點。偏置電壓Va被供給到驅(qū)動電容器402a的一個節(jié)點,并且另一節(jié)點與節(jié)點N1連接。節(jié)點N1經(jīng)由開關405與放大晶體管403的控制節(jié)點連接。放大晶體管403的控制節(jié)點被稱為節(jié)點N2。開關405由信號pADD控制。光電轉(zhuǎn)換單元PC2的像素電極303b與節(jié)點N2連接。并且,復位晶體管401b和驅(qū)動電容器402b與節(jié)點N2連接。復位信號pRES2被供給到復位晶體管401b的控制節(jié)點。偏置電壓Vb被施加到驅(qū)動電容器402b的一個節(jié)點,并且另一節(jié)點與節(jié)點N2連接。光電轉(zhuǎn)換單元PC2經(jīng)由像素電極303b與節(jié)點N2連接。固定電壓被施加到放大晶體管403的一個主節(jié)點,并且另一主節(jié)點經(jīng)由選擇晶體管404與垂直信號線130連接。