圖像傳感器和電子裝置制造方法
【專利摘要】一種圖像傳感器包括形成為半導體芯片的多個單元像素，其每一個具有光電轉換部、保持電荷存儲在光電轉換部中的電荷保持部、將從電荷保持部傳輸的電荷轉換成電壓的電荷電壓轉換部以及其間開口形成在光電轉換部之上的遮光膜。多個單元像素設成像素陣列形式的矩陣。遮光膜的形狀根據像素陣列中單元像素的位置而變化。
【專利說明】圖像傳感器和電子裝置
【技術領域】
[0001]本公開涉及圖像傳感器和電子裝置，更具體地，涉及能減少噪聲發(fā)生的圖像傳感器和電子裝置。
【背景技術】
[0002]近來，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器廣泛地用作成像裝置。然而，通常CMOS圖像傳感器中的像素順序地一次讀出一個，從而難以實現整個圖像的同時性。
[0003]就是說，在CMOS圖像傳感器中，光電轉換部產生且存儲在其中的光電荷順序地一次掃描且讀出一個像素或一行像素。在執(zhí)行該順序掃描時時，就是說，卷簾式快門(rollingshutter)用作電子快門時，難以對所有像素同時開始曝光(在曝光期間存儲光電荷)且對所有像素同時結束曝光。因此，順序掃描存在移動目標的捕獲圖像變形的問題。
[0004]在不允許這種類型的圖像變形的傳感應用中，例如，在捕獲高速移動的目標或者希望捕獲圖像的同時性時，所用的全域快門同時在像素陣列中的所有像素開始曝光且對于所有像素的同時終止曝光。
[0005]采用全域快門作為電子快門的圖像傳感器包括電荷存儲單元，例如在每個像素中以半導體存儲器形成。在這種類型的圖像傳感器中，電荷同時從光敏二極管傳輸到半導體存儲器并存儲在其中，然后存儲的電荷順序讀出以實現整個圖像的同時性(例如，見日本專利特開2008-103647號公報)。

【發(fā)明內容】

[0006]這種類型的采用全域快門的圖像傳感器的問題是進入像素中保持電荷的區(qū)域中的光產生噪聲。例如，如果像素中光接收區(qū)域中意欲接收的光泄漏到電荷存儲單元，則產生光學噪聲。
[0007]為了抑制這種類型的噪聲，存儲器例如用配線層和遮光膜擋光。然而，因為電荷存儲單元相鄰于光敏二極管，所以難以完全抑制光學噪聲。
[0008]就是說，即使存儲器用配線層和遮光膜擋光，入射光的主光線的角度也在像素陣列的每個區(qū)域中變化，從而遮擋能力的好壞取決于像素陣列中的區(qū)域。
[0009]相關技術中調整圖像角落處光量的技術是糾正配線層、濾色器和芯片上透鏡等的布置。
[0010]然而，在相關領域的技術中，盡管進入光敏二極管的光量可因為為光敏二極管提供配線層和為光敏二極管執(zhí)行通孔糾正而減少，但是難以抑制進入電荷保持區(qū)域的光量的增加。
[0011]所希望的是實現噪聲降低。
[0012]根據本技術的實施例，所提供的圖像傳感器包括形成為半導體芯片的多個單元像素，每個像素單元具有光電轉換部、保持存儲在光電轉換部中的電荷的電荷保持部、將從電荷保持部傳輸的電荷轉換為電壓的電荷電壓轉換部以及其間有開口形成在光電轉換部之上的遮光膜；多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣；遮光膜的形狀根據像素陣列中單元像素的位置而變化。
[0013]在像素陣列中的單元像素的每個位置處，能根據光入射在光電轉換部上光的主光線指向的方向確定遮光膜的形狀。
[0014]遮光膜之間形成的開口的位置能根據像素陣列中單元像素的位置變化。
[0015]能采用半導體芯片的配線取代遮光膜。
[0016]根據像素陣列中單元像素的位置進一步變化遮光膜之間形成的開口的尺寸。
[0017]根據像素陣列中單元像素的位置能變化半導體芯片的配線的形狀。
[0018]在像素陣列中單元像素的每個位置處，根據入射在光電轉換部上的光的主光線指向的方向能決定遮光膜的形狀以及半導體芯片的配線的形狀，并且根據主光線的方向進一步變化設置單元像素的芯片上透鏡的位置。
[0019]在本技術的該實施例和第二實施例中，提供形成為半導體芯片的多個單元像素；多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣；遮光膜的形狀根據像素陣列中單元像素的位置而變化。
[0020]根據本技術，可減少噪聲的產生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1示出了采用全域快門的CMOS圖像傳感器中像素結構的示例；
[0022]圖2示出了采用全域快門的CMOS圖像傳感器中像素在半導體基板上的布置示例；
[0023]圖3示出了像素在半導體基板上布置的另一個示例；
[0024]圖4示出了設置像素的位置；
[0025]圖5是沿著圖2的線V-V剖取的像素的截面圖；
[0026]圖6是沿著圖3的線V1-VI剖取的像素的截面圖；
[0027]圖7是沿著圖2的VI1-VII線剖取的應用本技術的像素的截面圖；
[0028]圖8是沿著圖3的線VII1-VIII剖取的應用本技術的像素的截面圖；
[0029]圖9是沿著圖3的線IX-1X剖取的應用本技術的像素的另一個示例的截面圖；
[0030]圖10是沿著圖3的線X-X剖取的應用本技術的像素的再一個示例的截面圖；
[0031]圖11是沿著圖3的線X1-XI剖取的應用本技術的像素的又一個示例的截面圖；以及
[0032]圖12是示出用作應用本技術的電子裝置的相機設備結構示例的框圖。
【具體實施方式】
[0033]這里將參考附圖描述本技術的實施例。
[0034]圖1示出了采用全域快門的CMOS圖像傳感器中像素結構的示例。圖1是在CMOS圖像傳感器中形成像素的半導體器件的截面圖。
[0035]如圖1所示，半導體器件包括第一導電類型(P型)的半導體基板I和第二導電類型(η型)的光接收表面埋設區(qū)域Ila (光接收陰極區(qū)域)，光接收表面埋設區(qū)域Ila埋設在半導體基板I的頂部的一部分中，且光入射在光接收表面埋設區(qū)域Ila上。第二導電類型(η+型)的電荷存儲區(qū)域12a也埋設在半導體基板I的頂部的一部分中并遠離光接收陰極區(qū)域11a。電荷存儲區(qū)域12a，比光接收陰極區(qū)域Ila具有更高的雜質密度，存儲光接收陰極區(qū)域Ila中產生的信號電荷。電荷讀取區(qū)域13還提供為接受電荷存儲區(qū)域12a中存儲的信號電荷。
[0036]光接收陰極區(qū)域Ila和在光接收陰極區(qū)域Ila正下方的半導體基板(陽極區(qū)域)I構成光敏二極管D1。電荷存儲區(qū)域(陰極區(qū)域)12a和在電荷存儲區(qū)域12a正下方的半導體基板(陽極區(qū)域)I構成電荷存儲光敏二極管D2。
[0037]p+型釘扎層Ilb設置在光接收陰極區(qū)域Ila上。p+型釘扎層12b設置在電荷存儲區(qū)域12a上。p+型釘扎層Ilb和p+型釘扎層12b的每一個是抑制黑暗中在表面上產生載流子的層。它們優(yōu)選用于減少暗電流。如果暗電流不是問題，則P+型釘扎層Ilb和p+型釘扎層12b可被消除而簡化結構。
[0038]絕緣層2形成在p+型釘扎層I Ib和p+型釘扎層12b上、p+型釘扎層I Ib和p+型釘扎層12b之間的半導體基板I上、以及光接收陰極區(qū)域Ila和電荷讀取區(qū)域13之間的半導體基板I上。盡管二氧化硅膜(SiO2膜)優(yōu)選作為絕緣層2，但是可采用具有絕緣柵極類型晶體管(金屬絕緣體半導體(MIS)晶體管)的絕緣柵極結構，其采用二氧化硅膜(SiO2膜)之外的不同絕緣膜的任何一個。例如，可采用通過堆疊二氧化硅膜(SiO2膜)、氮化硅膜(Si3N4膜)和二氧化硅膜(SiO2膜)三層形成的ONO膜。作為選擇，包括鍶(Sr)、鋁(Al)、鎂(Mg)、釔(Y)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉭(Ta)和鉍(Bi)中至少一種元素的氧化物、或包括這些元素的至少一種的硅氮化物等可用作絕緣層2。
[0039]在絕緣層2上，轉移柵極電極31設置為控制光接收陰極區(qū)域Ila和電荷存儲區(qū)域12a之間形成的第一轉移溝道的電勢，并且從光接收陰極區(qū)域Ila轉移信號電荷到電荷存儲區(qū)域12a。另外，在絕緣層2上，讀取柵極電極32設置為控制電荷存儲區(qū)域12a和電荷讀取區(qū)域13之間形成的第二轉移溝道的電勢，并且從電荷存儲區(qū)域12a轉移信號電荷到電荷讀取區(qū)域13。
[0040]信號讀取晶體管(放大晶體管)MAl是讀取緩沖放大器108的一部分，其柵極電極連接到電荷讀取區(qū)域13。信號讀取晶體管MAl的漏極連接到電源單元VDD，并且其源極電極連接到構造為選擇像素的開關晶體管MSl的漏極電極。
[0041]選擇像素的開關晶體管MSl的源極電極連接到垂直信號線BI，并且其柵極電極接收水平線選擇控制信號S。當選擇控制信號S進入高位(H)時，開關晶體管MSl電導通，對應于電荷讀取區(qū)域13中電勢的電流由信號讀取晶體管(放大晶體管)MA1放大，并流動到垂直信號線BI。
[0042]復位晶體管TR是讀取緩沖放大器108的一部分，其源極電極連接到電荷讀取區(qū)域
13。復位晶體管TR的漏極電極連接到電源單元VDD，并且其柵極電極接收復位信號R。當復位信號R進入高位(H)時，光接收陰極區(qū)域Ila和電荷存儲區(qū)域12a中存儲的信號電荷被釋放，復位光接收陰極區(qū)域Ila和電荷存儲區(qū)域12a。
[0043]圖2示出了在采用全域快門的CMOS圖像傳感器中像素在半導體基板上的布置示例。在圖2中，光敏二極管(PD) 211和存儲器(MEM) 212提供在半導體基板上形成一個像素的區(qū)域201中。存儲器212對應于上述的電荷存儲區(qū)域12a。光敏二極管211和存儲器212通過轉移晶體管221互連。[0044]浮置擴散(FD)213提供在半導體基板上的區(qū)域201中。浮置擴散213對應于上述的電荷讀取區(qū)域13。存儲器212和浮置擴散213通過轉移晶體管222互連。
[0045]另外，垂直信號線217提供在半導體基板上的區(qū)域201中。垂直信號線217連接到選擇晶體管(SEL) 216、放大晶體管(AMP) 215和復位晶體管(RST) 214的指定端。
[0046]圖3示出了半導體基板上像素布置的另一個示例。圖3中的布置與圖2中的布置的區(qū)別在于，在附圖中浮置擴散213設置于存儲器212的下側。
[0047]圖3中的其它結構與圖2的相同。
[0048]圖4示出了設置像素的位置。在圖4的示例中，線A-A至F-F用于表示CMOS圖像傳感器中包括的半導體芯片241上像素在像素陣列242中的位置。就是說，多個像素，其每一個表示在圖2或3中，作為單元像素在像素陣列242中設置成矩陣。
[0049]例如，如果具有圖2所示布置的像素設置成像素陣列242，則相鄰于相關像素左側的像素的浮置擴散213位于相關像素的光敏二極管211的左側。
[0050]如果具有圖3所示布置的像素設置成像素陣列242，則相鄰于相關像素的左側的像素的存儲器212位于相關像素的光敏二極管211的左側。就是說，如果具有圖3所示布置的像素設置成像素陣列242，存儲器212位于光敏二極管211的右側和左側。
[0051]圖5是沿著圖2的線V-V剖取的截面圖，具體而言是由圖4所示的線A-A至C-C表示位置的像素截面圖。在圖5中，由虛線圍繞的矩形部分表示一個像素。遮光膜231-1和231-2提供在每一個像素上。光通過遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成的開口入射。主光線的指向的方向由圖5中的三個相關箭頭表示。
[0052]像素陣列242中設置的每個像素構造為使遮光膜231-1的遮光量A防止光已經進入像素的部分泄漏在像素中的存儲器212中。遮光量A是由圖5中的雙頭水平箭頭表示的距離，具體而言，從存儲器212在與像素中光敏二極管211相同側的端部到像素中遮光膜231-1與光敏二極管211相同側的端部的距離。
[0053]像素中的電極由遮光膜231-1覆蓋。
[0054]圖5中的最左側示出了圖4中線A-A表示位置的像素的截面圖。因為線A-A表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的左端，所以所接收光的主光線指向左下方。主光線的指向的方向由圖5中的相應箭頭表示。
[0055]圖5中的中間部分示出了圖4中線B-B表示位置的像素的截面圖。因為線B-B表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的中心，所以所接收光的主光線指向為垂直向下。主光線的指向的方向由圖5中相關箭頭表示。
[0056]圖5中的最右側示出了在圖4中由線C-C表示位置的像素的截面圖。因為線C-C表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的右端，所接收光的主光線指向為右下方。主光線的指向的方向由圖5中的相關箭頭表示。
[0057]如圖5所示，主光線的指向的方向根據像素設置在像素陣列242中的位置而變化。
[0058]對于圖5中的中間像素(線B-B表示位置的像素)，例如，主光線指向為垂直向下，從而入射在像素上的幾乎全部光線由光敏二極管211接收。然而，對于圖5中最右面的像素(線C-C表示位置的像素)，主光線指向為右下方，從而入射在像素上的部分光可由存儲器212接收。
[0059]像素陣列242中設置的每個像素構造為使遮光膜231-1的遮光量A，即圖5中雙頭水平箭頭表示的距離，防止光進入像素的部分泄漏進入像素中的存儲器212中。然而，對于在像素陣列242中端部上設置的像素(例如，線C-C表示位置上的像素)，主光線的指向方向是傾斜的，從而尚未被遮光膜231-1遮擋的光可能進入存儲器212中。
[0060]如果光如上所述在存儲器212中接收，則可能產生殘像噪聲等。
[0061]圖6是沿著圖3的線V1-VI剖取的像素截面圖，其每一個包括相鄰像素的一部分。在圖6中，像素在圖4的線A-A至C-C表示位置的截面圖示出在圖5中。
[0062]在圖6中，由虛線圍繞的矩形部分表示一個像素；示出了一個像素的相鄰于附圖中左側的部分像素。如上所述，如果具有圖3所示布置的像素設置在像素陣列242中，則存儲器212位于光敏二極管211的右側和左側。
[0063]像素陣列242中設置的每個像素構造為使遮光膜231-1的遮光量A，即圖6中雙頭水平箭頭表示的距離，防止光進入像素的部分泄漏在像素中的存儲器212-1中。像素陣列242中設置的每個像素也構造為使遮光膜231-2的遮光量B，即圖6的另一個雙頭水平箭頭表示的距離，防止光進入像素的部分泄漏在相鄰像素的存儲器212-2中。
[0064]遮光量A是從像素中存儲器212-1與像素中的光敏二極管211同側的端部到像素中遮光膜231-1與像素中光敏二極管211同側的端部的距離。遮光量B是從相鄰像素中存儲器212-2與像素中光敏二極管211同側的端部到相鄰像素中遮光膜231-2與像素中光敏二極管211同側的端部的距離。
[0065]對于圖6中最左邊的像素(線A-A表示位置的像素)，例如，主光線指向為左下方，從而光入射在像素上的一部分可由相鄰像素中的存儲器212-2接收。
[0066]像素陣列242中設置的每個像素構造為使遮光膜231-2的遮光量B，即由圖6中相關雙頭水平箭頭表示的距離，防止光已經進入像素的部分泄漏在相鄰像素中的存儲器212-2中。然而，對于像素陣列242中端部處設置的像素(例如，線A-A表示位置的像素)，其中主光線的指向方向是傾斜的，從而沒有被遮光膜231-2遮擋的光可能進入存儲器212-2中。
[0067]如果如上所述光在相鄰像素的存儲器212-2中被接收，則可能發(fā)生顏色混合噪聲
坐寸ο
[0068]與參考圖5所描述的情況一樣，像素陣列242中設置的每個像素構造為使遮光膜231-1的遮光量A，即圖6中相關雙頭水平箭頭表示的距離，防止光進入像素的部分泄漏在像素中的存儲器212-1中。然而，對于像素陣列242中端部處設置的像素(例如，線C-C表示位置的像素)，其中主光線的指向方向是傾斜的，從而沒有被遮光膜231-1遮擋的光可能進入存儲器212-1中。
[0069]如果光如上所述接收在像素中的存儲器212-1中，則可能產生殘像噪聲等。
[0070]盡管已經參考圖5和6描述了圖4中水平方向上線性排列的線A-A至C-C表示位置的像素，但是光也可進入在圖4中線D-D或E-E表示位置的像素的相鄰像素中的存儲器中，該像素和相鄰像素在垂直方向上線性排列。
[0071]因此，在本技術中，根據像素陣列242中像素的位置采取遮光措施。
[0072]圖7是沿著圖2中線VI1-VII剖取的應用本技術的像素的截面圖，具體而言，圖4所示線A-A至C-C表示位置的像素的截面圖。在圖7中，由虛線圍繞的矩形部分表示一個像素。遮光膜231-1和231-2提供在每一個像素上。光通過遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成的開口入射。主光線的指向方向由圖7中三個相關箭頭表示。
[0073]像素中的電極由遮光膜231-1覆蓋。
[0074]圖7的最左側示出了在圖4中線A-A表示位置的像素的截面圖。因為線A-A表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的左端，所以接收光的主光線指向為左下方。主光線的指向方向由圖7中的相關箭頭表不。
[0075]圖7中的中間部分示出了圖4中線B-B表示位置的像素的截面圖。因為線B-B表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的中心，所以所接收光的主光線指向為垂直向下。主光線的指向方向由圖7中相關箭頭表不。
[0076]圖7中最右側示出了圖4中線C-C表示位置的像素的截面圖。因為線C-C表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的右端，所以所接收光的主光線指向為右下方。主光線的指向方向由圖7中相關箭頭表不。
[0077]圖7中結構與圖5中結構的區(qū)別在于，遮光膜231-1的遮光量A根據像素的位置而變化。
[0078]具體而言，圖7中最左側像素(線A-A表示位置的像素)中遮光膜231-1的遮光量A小于圖7中的中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。相反，圖7中最右側像素(線C-C表示位置的像素)中遮光膜231-1的遮光量A大于圖7中的中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。
[0079]在圖7的該像素中，在線C-C表示的位置，遮光膜231-1在附圖中的左端沿著光敏二極管211的頂表面延長。因此，即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212中。
[0080]為了使遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成開口的尺寸保持在像素中不變，在圖7中，在線A-A表示的位置，遮光膜231-2在附圖中的右端沿著光敏二極管211的頂表面延長；在圖7的像素中，在線C-C表示的位置，遮光膜231-2在附圖中的右端縮短。
[0081]圖8是沿著圖3中線VII1-VIII剖取的應用本發(fā)明的像素的截面圖，其每一個包括相鄰像素的一部分。圖8中由圖4中線A-A至C-C表示位置的像素的截面圖如圖6所示。
[0082]在圖8中，虛線圍繞的矩形部分表示一個像素；示出了相鄰于一個像素附圖中左側的像素的一部分。如上所述，如果具有圖3所示布置的像素設置在像素陣列242中，則存儲器212設置在光敏二極管211的右側和左側。
[0083]圖8中的最左側示出了圖4中線A-A表示位置的像素的截面圖。因為線A-A表示位置的像素幾乎設置在如圖4所示的像素陣列242的左端，所以所接收光的主光線指向為左下方。主光線的指向方向由圖8中的相關箭頭表不。
[0084]圖8中的中間部分示出了圖4中線B-B表示位置的像素的截面圖。因為線B-B表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的中心，所以所接收光的主光線指向為垂直向下。主光線的指向方向由圖8中相關箭頭表不。
[0085]圖8中的最右側示出了圖4中線C-C表示位置的像素的截面圖。因為線C-C表示位置的像素幾乎設置在圖4所示像素陣列242的右端，所以所接收光的主光線指向為右下方。主光線的指向方向由圖8中的相關箭頭表示。
[0086]圖8中的結構與圖6中的結構的區(qū)別在于，遮光膜231-1的遮光量A和遮光膜
231-2的遮光量B根據像素的位置變化。[0087]具體而言，圖8中最左側的像素(線A-A表示位置的像素)中的遮光膜231-1的遮光量A小于圖8中中心像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。相反，圖8中最右側像素(線C-C表示位置的像素)的遮光膜231-1的遮光量A大于圖8中中心像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。
[0088]圖8中最左側像素(線A-A表示位置的像素)中遮光膜231-2的遮光量B大于圖8中中心像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量B。相反，圖8中最右側像素(線C-C表示位置的像素)中遮光膜231-2的遮光量B小于圖8中中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量B。
[0089]在該像素中，在圖8中，在線A-A表示的位置上，遮光膜231-2在附圖中的右端沿著光敏二極管211的頂表面延長。因此，即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-2中。這對圖8中的線C-C表示位置的像素也是成立的；遮光膜231-1在附圖中的左端沿著光敏二極管211的頂表面延長，從而即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-1中。
[0090]盡管圖4中在水平方向上線性排列的線A-A至C-C表示位置上的像素已經參考圖7和8進行了描述，但是在圖4中的線D-D和E-E表示位置的垂直方向線性排列的像素，也可以根據像素在像素陣列242的位置采取相應的遮光措施。具體而言，盡管線A-A至C-C表示位置的像素的遮光膜在水平方向上的形狀根據像素的位置而變化，但是線D-D和E-E表示位置的像素可構造為使遮光膜在垂直方向上的形狀根據像素的位置而變化。
[0091]根據本技術，遮光量如上所述根據像素陣列242中像素的位置進行了變化，因此能防止光進入存儲器，并且因此抑制殘像噪聲、顏色混合噪聲等的產生。
[0092]盡管，在上述的實施例中，已經描述了遮光膜用于改變進行遮光的遮光量的示例，但是形成傳感器的硅層上形成配線層中形成的配線可用在圖像傳感器芯片中以取代遮光膜。
[0093]圖9是沿著圖3中的線IX-1X剖取的應用本技術的像素的另一個示例的截面圖，其包括相鄰像素的一部分。圖4中線A-A至C-C表示位置的像素在圖9中的截面圖如圖8所示。
[0094]在圖9中，虛線圍繞的矩形部分表示一個像素；示出了相鄰于一個像素附圖中左側的像素的一部分。如上所述，如果具有圖3所示布置的像素設置在像素陣列242中，則存儲器212位于光敏二極管211的右側和左側。
[0095]圖9中的結構與圖8中的結構的區(qū)別在于，配線232-1和配線232_2提供在像素上。光通過配線232-1和配線232-2之間形成的開口入射。主光線的指向方向由圖9中三個相關箭頭表不。
[0096]在圖9所示的結構中，配線232-1的遮光量A和配線232_2的遮光量B根據像素的位置變化。
[0097]具體而言，圖9中最左側像素(線A-A表示位置的像素)中配線232-1的遮光量A小于圖9中中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。相反，圖9中最右邊像素(線C-C表示位置的像素)的配線232-1的遮光量A大于圖9中中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量A。
[0098]圖9中最左邊像素(線A-A表示位置的像素)的配線232-2的遮光量B大于圖9中中間像素(線B-B表示位置的像素)的遮光量B。相反，圖9中最右邊像素(線C-C表示位置的像素)中配線232-2的遮光量B小于圖9中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的遮光量B。
[0099]在像素中，在圖9中，在線A-A表示的位置，配線232-2在附圖中的右端沿著光敏二極管211的頂表面延長。因此，即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-2中。這對圖9中線C-C表示位置的像素也是成立的；配線232-1在附圖中的左端沿著光敏二極管211的頂表面延長，從而即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-1中。
[0100]盡管在圖7至9的結構中的示例已經描述了不管像素位置如何，遮光膜231-1和遮光膜231-2之間(或配線232-1和配線232-2之間)形成的開口的尺寸保持不變，但是開口的尺寸可根據像素的位置變化。
[0101]圖10是沿著圖3中線X-X剖取的已經應用本技術的像素的再一個示例的截面圖，其包括相鄰像素的一部分。圖4中線A-A至C-C表示位置的像素在圖10中的截面圖如圖8所示。
[0102]在圖10中，虛線圍繞的矩形部分表示一個像素；示出了相鄰于一個像素附圖中左側的像素的一部分。如上所述，如果具有圖3所示布置的像素設置在像素陣列242中，則存儲器212位于光敏二極管211的右側和左側。
[0103]圖10中的結構與圖7至9中的結構的區(qū)別在于，遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成的開口的尺寸根據像素的位置變化。
[0104]具體而言，在圖10所示的結構中，圖10中最左邊像素(線A-A表示位置的像素)和圖10中最右邊像素(線C-C表示位置的像素)中開口的尺寸大于圖10中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的開口尺寸。
[0105]在該像素中，在圖10中，在線B-B表示的位置，開口形成在光敏二極管211的中心。通過比較，在圖10的像素中，在線A-A表示的位置，開口形成到光敏二極管211中心的右側，并且在圖10的像素中，在線C-C表示的位置，開口形成到光敏二極管211中心的左側。
[0106]相對明亮的光入射在靠近像素陣列242的中心設置的像素(例如，線B-B表示位置的像素)上。因此，即使像素中的開口在尺寸上很小，像素信號也不受影響。然而，相對弱的光入射在像素陣列242的周邊部分上設置的像素(例如，線A-A或C-C表示位置的像素)上。因此，如果該像素中的開口在尺寸上很小，像素信號受到很大影響。因此，在圖10中，線B-B表示位置的像素具有小的開口，并且線A-A和C-C表示位置的像素具有大的開口。
[0107]因為開口的尺寸根據像素的位置以這樣的方式調整，所以可改善陰影。
[0108]在線A-A和C-C表示位置的像素中，開口從光敏二極管211的中心偏移。因此，SP使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-1或存儲器212-2中。
[0109]在上面的實施例中，已經描述了即使所接收光的主光線是傾斜的，也可防止泄漏光進入存儲器中。在某些CMOS圖像傳感器中，浮置擴散用作存儲器。在此情況下，甚至所接收的光的主光線是傾斜的，也足以改變遮光膜或配線的形狀而防止光泄漏在浮置擴散中。
[0110]盡管，在上面的實施例中，已經描述了其中本技術應用于CMOS圖像傳感器的示例，但是，本技術也可應用于例如電荷耦合裝置(CXD)圖像傳感器。CXD圖像傳感器中的電荷傳輸通道相當于CMOS圖像傳感器中的存儲器。因此，甚至所接收的光的主光線是傾斜的，為了防止光泄漏在電荷傳輸通道，例如，遮光膜或配線的形狀也可變化。
[0111]圖11是沿著圖3的線X1-XI剖取的應用本技術的像素的又一個示例的截面圖，其包括相鄰像素的一部分。在圖11的示例中，示出了其中濾色器和芯片上透鏡設置在具有多個配線層的圖像傳感器的芯片上的結構。
[0112]圖11的結構具有三個配線層；配線232-la至232-lc提供在附圖中的右側，并且配線232-2a至232-2c提供在附圖中的左側。在圖11的結構中，濾色器261形成在配線層上，并且芯片上透鏡262形成在濾色器261上。
[0113]圖11中的截面圖示出了圖4中線A-A至C-C表示位置的像素的截面圖。在圖11中，虛線圍繞的矩形部分表示一個像素。光通過芯片上透鏡262和濾色器261且通過配線
232-la至232-lc和配線232_2a至232_2c之間形成的開口以及遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成的開口進入光敏二極管211。主光線的指向方向由圖11中的三個相關箭頭表不。
[0114]在圖11所示的結構中，遮光膜231-1的遮光量A和遮光膜231-2的遮光量B根據像素的位置變化。
[0115]具體而言，圖11中最左側像素(線A-A表示位置的像素)中的遮光膜231-1的遮光量A小于圖11中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的遮光量A。相反，圖11中最右邊像素(線C-C表示位置的像素)中的遮光膜231-1的遮光量A大于圖11中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的遮光量A。
[0116]圖11中最左邊像素(線A-A表示位置的像素)中的遮光膜231-2的遮光量B大于圖11中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的遮光量B。相反，圖11中最右邊像素(線C-C表示位置的像素)中遮光膜231-2的遮光量B小于圖11中中間像素(線B-B表示位置的像素)中的遮光量B。
[0117]在圖11所示的結構中，配線232-la至232-lc和配線232_2a至232_2c的形狀根據像素的位置而變化。特別是，配線232-la和232-2a的形狀根據像素的位置而變化。
[0118]具體而言，在圖11中線A-A表示位置的像素中，在與線B-B表示位置的像素比較時，配線232-2a朝著附圖中的右側延長，并且配線232-la在附圖中的左側縮短。相反，在圖11中的線C-C表示位置的像素中，與線B-B表示位置的像素相比時，配線232-2a在附圖中的右側縮短，并且配線232-la朝著附圖中的左側延長。
[0119]在圖11的像素中，在線A-A表示的位置，遮光膜231-2在附圖中的右端沿著光敏二極管211的頂表面延長。因此，即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-2中。這對圖11中線C-C表示位置的像素也是正確的；遮光膜231-1在附圖中的左端沿著光敏二極管211的頂表面延長，從而即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-1中。
[0120]此外，在圖11的像素中，在線A-A表示的位置，配線232_2a在附圖中的右端沿著光敏二極管211的頂表面延長。因此，即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光泄漏在存儲器212-2中。這對圖11中線C-C表示的位置的像素也是正確的；配線232-la在附圖中的左端沿著光敏二極管211的頂表面延長，從而即使所接收光的主光線是傾斜的，也能防止光進入存儲器212-1中。[0121]此外，在圖11所示的結構中，其上設置芯片上透鏡262的位置根據像素的位置變化。
[0122]具體而言，根據主光線的指向方向，圖11中線A-A表示位置的像素的芯片上透鏡262相對于線B-B表示位置的像素的芯片上透鏡262設置在附圖中的右側。類似地，根據主光線的指向方向，圖11中線C-C表示位置的像素的芯片上透鏡262相對于線B-B表示位置的像素的芯片上透鏡262設置在附圖中的左側。
[0123]因此，在每個位置的像素中，已經通過芯片上透鏡262和濾色器261的光可通過配線232-la至232-lc和配線232_2a至232_2c之間形成的開口以及通過遮光膜231-1和遮光膜231-2之間形成的開口指向光敏二極管211，如相關的虛線所表示。
[0124]因此，本技術防止光泄漏在像素中的存儲器或其相鄰像素中，而與像素陣列中的像素的位置無關。結果，能抑制顏色混合噪聲或殘像噪聲，從而改善像素特性。
[0125]如果本技術與配線層、濾色器和芯片上透鏡的布置糾正相結合，則變得能抑制光學噪聲而不影響靈敏度、陰影和其它基本光學特征。如果遮光膜之間形成的開口的尺寸在芯片中變化，則可期待陰影上的改善。
[0126]本技術不限于應用于諸如圖像傳感器的固態(tài)成像裝置。本技術也可應用于諸如靜態(tài)相機和攝像機的成像裝置、具有成像功能的移動電話終端、在圖像讀取單元中采用固態(tài)成像裝置的復印機和在圖像捕捉單元(光電轉換部)中采用固態(tài)成像裝置的其它普通電子設備。
[0127]圖12是示出相機設備用作應用本技術的電子裝置的結構示例的框圖。
[0128]圖12中的相機設備600包括由透鏡構成的光學單元601、固態(tài)成像裝置602和數字信號處理(DSP)電路603，其為相機信號處理電路。相機設備600還包括幀存儲器604、顯示單元605、記錄單元606、操作單元607和電源單元608。DSP電路603、幀存儲器604、顯示單元605、記錄單元606、操作單元607和電源單元608通過總線609相互連接。
[0129]光學單元601接收從目標指向的入射光(圖像光)且聚集固態(tài)成像裝置602的成像表面上接收的光。固態(tài)成像裝置602轉換由光學單元601聚集在成像表面上的入射光量為電信號，并且輸出電信號作為像素信號。使用上述實施例中像素的諸如圖像傳感器的固態(tài)成像裝置可用作固態(tài)成像裝置602。
[0130]顯示單元605是面板顯示單元,其使用諸如液晶面板或電致發(fā)光(EL)面板的面板。顯示單元605顯示由固態(tài)成像裝置602捕獲的運動圖像或靜態(tài)圖像。記錄單元606記錄由固態(tài)成像裝置602捕獲的運動圖像或靜態(tài)圖片在錄像帶、數字化視頻光盤(DVD)或其它記錄介質上。
[0131]操作單元607根據使用者的操作發(fā)出產生相機設備600各種功能的操作指令。電源單元608在適當的時間為DSP電路603、幀存儲器604、顯示單元605、記錄單元606和處理單元607的運行提供各種類型的電源。
[0132]本技術的應用不限于檢測可見光的入射光量的分布且捕獲該分布作為圖像的固態(tài)成像裝置。本技術也可應用于一般的固態(tài)成像裝置來檢測紅外線、X射線或粒子的入射量的分布且捕獲該分布作為圖像，并且在廣義上，可應用于通常的電子裝置(物理量分布檢測裝置)例如檢測壓力、電容或其它物理量的分布的指紋檢測傳感器，并且捕獲該分布作為圖像。[0133]該說明書中上述描述的一系列處理不僅包括以所描述的順序依時序執(zhí)行的處理，而且包括不必依時序執(zhí)行而是同時或獨立執(zhí)行的處理。
[0134]本技術不限于上述的實施例。在不脫離本技術精神和范圍的情況下可進行各種修改。
[0135]本技術也可具有下面所述的結構。
[0136](I) 一種圖像傳感器，包括形成為半導體芯片的多個單元像素，每個單元像素具有:
[0137]光電轉換部，
[0138]電荷保持部，保持存儲在該光電轉換部中的電荷，
[0139]電荷電壓轉換部，將從該電荷保持部傳輸的電荷轉換成電壓，以及
[0140]遮光膜，在該遮光膜之間的開口形成于該光電轉換部上方，其中
[0141]該多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣，并且
[0142]該遮光膜的形狀根據該單元像素在該像素陣列中的位置而變化。
[0143](2)根據(I)所述的圖像傳感器，其中在該像素陣列中的該單元像素的每個位置處，該遮光膜的形狀根據入射在該光電轉換部上的光的主光線指向的方向確定。
[0144](3)根據(I)或(2)所述的圖像傳感器，其中該遮光膜之間形成的該開口的位置根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
[0145](4)根據(3)所述的圖像傳感器，其中該半導體芯片的配線用于取代該遮光膜。
[0146](5)根據(I)至(3)任一項所述的圖像傳感器，其中該遮光膜之間形成的開口的尺寸根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
[0147](6)根據(I)至(3)任一項所述的圖像傳感器，其中該半導體芯片的配線的形狀還根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
[0148](7)根據(6)所述的圖像傳感器，其中在該像素陣列中的該單元像素的每個位置處，該遮光膜的形狀和該半導體芯片的配線的形狀根據入射在該光電轉換部上的光的主光線指向的方向確定，并且設置該單元像素的芯片上透鏡的位置還根據該主光線的方向變化。
[0149](8)—種具有圖像傳感器的電子裝置，該圖像傳感器包括形成為半導體芯片的多個單元像素，每個單元像素具有:
[0150]光電轉換部，
[0151]電荷保持部，保持存儲在該光電轉換部中的電荷，
[0152]電荷電壓轉換部，將從該電荷保持部傳輸的電荷轉換成電壓，以及
[0153]遮光膜，在該遮光膜之間的開口形成于該光電轉換部的上方，
[0154]該多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣，并且
[0155]該遮光膜的形狀根據該單元像素在該像素矩陣中的位置而變化。
[0156]本領域的技術人員應當理解的是，在所附權利要求或其等同方案的范圍內，根據設計需要和其他因素，可以進行各種修改、結合、部分結合和替換。
[0157]本申請要求于2013年2月22日提交的日本優(yōu)先權專利申請JP2013-033493的權益，其全部內容通過引用結合于此。
【權利要求】
1.一種圖像傳感器，包括形成為半導體芯片的多個單元像素，每個單元像素具有: 光電轉換部， 電荷保持部，保持存儲在該光電轉換部中的電荷， 電荷電壓轉換部，將從該電荷保持部傳輸的電荷轉換成電壓，以及 遮光膜，在該遮光膜之間的開口形成于該光電轉換部上方，其中 該多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣，并且 該遮光膜的形狀根據該單元像素在該像素陣列中的位置變化。
2.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其中在該像素陣列中的該單元像素的每個位置處，該遮光膜的形狀根據入射在該光電轉換部上的光的主光線指向的方向確定。
3.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其中該遮光膜之間形成的該開口的位置根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
4.根據權利要求3所述的圖像傳感器，其中該半導體芯片的配線用于取代該遮光膜。
5.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其中該遮光膜之間形成的開口的尺寸根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
6.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其中該半導體芯片的配線的形狀還根據該像素陣列中的該單元像素的位置變化。
7.根據權利要求6所述的圖像傳感器，其中在該像素陣列中的該單元像素的每個位置處，該遮光膜的形狀和該半導體芯片的配線的形狀根據入射在該光電轉換部上的光的主光線指向的方向確定，并且設置該單元像素的芯片上透鏡的位置還根據該主光線的方向變化。
8.一種具有圖像傳感器的電子裝置，該圖像傳感器包括形成為半導體芯片的多個單元像素，每個單元像素具有: 光電轉換部， 電荷保持部，保持存儲在該光電轉換部中的電荷， 電荷電壓轉換部，將從該電荷保持部傳輸的電荷轉換成電壓，以及 遮光膜，在該遮光膜之間的開口形成于該光電轉換部的上方，其中 該多個單元像素在像素陣列中設置成矩陣，并且 該遮光膜的形狀根據該單元像素在該像素矩陣中的位置變化。
【文檔編號】H01L27/146GK104009051SQ201410050892
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權日:2013年2月22日
【發(fā)明者】大久保智弘 申請人:索尼公司