固态成像元件、其制造方法和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开涉及一种固态成像元件、其制造方法和电子设备。具体而言，本公开涉及一种可以形成焦点检测用像素的固态成像元件、其制造方法和电子设备，其中在半导体层上侧形成光电转换单元的固态成像元件。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2013年9月2日提交的日本在先专利申请JP2013-181248的权益，该申请的全部内容通过弓I用并入本文。
【背景技术】
[0004]近年来，CMOS图像传感器作为相机的自动对焦功能已经采用了使用对光的入射角具有不对称感度的焦点检测用像素的方法。作为实现焦点检测用像素的方法，已经提出了配置具有其中右半部分由遮光膜打开的第一像素和其中左半部分被打开的第二像素的像素对的方法(参见，例如，JP 2009-99817 A和JP 2011-171749 A)。该方法类似于表面照射型的图像传感器和背面照射型的图像传感器。此外，为了提高焦点检测用像素的感度的不对称性，遮光膜尽可能近地在形成有光电二极管的硅层附近形成。
[0005][引用文献列表]
[0006][专利文献]
[0007][专利文献I] JP 2009-99817 A
[0008][专利文献2] JP 2011-171749 A
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]实现焦点检测用像素的这种方法已被用于在硅层中形成的光电二极管。
[0011]近年来，已经开发了其中光电转换膜层叠在硅层上侧的图像传感器以及具有在硅层上侧形成的光电转换层和在硅层中形成的光电二极管的纵向分光型图像传感器。因此，希望形成焦点检测用像素的优选方法。
[0012]有鉴于上述问题，本公开说明了其中光电转换单元形成在半导体层上侧的固态成像元件的焦点检测用像素。
[0013]解决问题的方案
[0014]本公开第一方面的固态成像元件包括:具有第一和第二位相差检测用像素的位相差检测用像素对，第一和第二位相差检测用像素的各位相差检测用像素包括配置在半导体基板上侧的第一光电转换单元和配置在所述半导体基板内的第二光电转换单元，其中第一光电转换单元包括夹设在上部电极和下部电极之间的第一光电转换膜。
[0015]本公开第二方面的电子设备包括:固态成像元件，所述固态成像元件包括具有第一和第二位相差检测用像素的位相差检测用像素对，第一和第二位相差检测用像素的各位相差检测用像素包括配置在半导体基板上侧的第一光电转换单元和配置在所述半导体基板内的第二光电转换单元，其中第一光电转换单元包括夹设在上部电极和下部电极之间的第一光电转换膜；和构造成接收入射光并在所述固态成像元件的成像面上形成图像的光学单元。
[0016]本发明第三方面的制造方法包括:在半导体基板内形成多个第一光电转换单元，第一光电转换单元构造成光电转换第一波长的光；和在所述半导体基板上方形成多个第二光电转换单元，其中所述多个第二光电转换单元构造成光电转换第二波长的光。
[0017]固态成像元件和电子设备可以是独立的装置或者可以是组入到不同装置中的模块。
[0018]发明效果
[0019]根据本公开的第一至第三方面，焦点检测用像素可以形成在其中光电转换单元形成在半导体层上侧的固态成像元件中。
[0020]需要注意的是，发明效果不限于这里所记载的，可以是本公开记载的任何效果。
【附图说明】
[0021]图1是示出根据本公开实施方案的固态成像元件的概略构成的图。
[0022]图2是示出第一实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0023]图3是示出第二实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0024]图4是示出第三实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0025]图5是示出第四实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0026]图6是示出第五实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0027]图7是示出第六实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0028]图8是示出第七实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0029]图9是示出第八实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0030]图10是示出第九实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0031]图11是示出第十实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0032]图12是示出第^^一实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0033]图13是示出第十二实施方案的位相差像素的截面构成图。
[0034]图14是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0035]图15是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0036]图16是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0037]图17是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0038]图18是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0039]图19是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0040]图20是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0041]图21是用于说明第一实施方案的制造方法的图。
[0042]图22是用于说明第二实施方案的制造方法的图。
[0043]图23是用于说明第九实施方案的制造方法的图。
[0044]图24是示出作为根据本公开实施方案的电子设备的成像装置的构成例的框图。
【具体实施方式】
[0045]下面说明实施本公开的形态(以下，称为实施方案)。按照以下顺序进行说明。
[0046]1.固态成像元件的示意性构成例
[0047]2.位相差像素的第一实施方案(其中下部电极的形状变化的构成)
[0048]3.位相差像素的第二实施方案(其中包括排出用的下部电极的构成)
[0049]4.位相差像素的第三实施方案(其中层间膜形成在光电转换膜和下部电极之间的构成)
[0050]5.位相差像素的第四实施方案(第一实施方案的变形例)
[0051]6.位相差像素的第五实施方案(第二实施方案的变形例)
[0052]7.位相差像素的第六实施方案(第三实施方案的变形例)
[0053]8.位相差像素的第七实施方案(其中在光电二极管上包括遮光膜的构成)
[0054]9.位相差像素的第八实施方案(其中光电二极管区域变化的构成)
[0055]10.位相差像素的第九实施方案(其中遮光膜形成在光电转换膜上的第一构成)
[0056]11.位相差像素的第十实施方案(其中遮光膜形成在光电转换膜上的第二构成)
[0057]12.位相差像素的第十一实施方案(其中位相差信号由红外光生成的第一构成)
[0058]13.位相差像素的第十二实施方案(其中位相差信号由红外光生成的第二构成)
[0059]14.第一实施方案的制造方法
[0060]15.第二实施方案的制造方法
[0061]16.第九实施方案的制造方法
[0062]17.遮光膜的配置例
[0063]18.电子设备的应用例
[0064]〈1.固态成像元件的示意性构成例>
[0065]图1示出了根据本公开实施方案的固态成像元件的示意性构成。
[0066]图1中的固态成像元件I包括其中像素2在包括例如硅(Si)作为半导体的半导体基板12上以矩阵状二维排列的像素阵列单元3和在像素阵列单元3周边的周边电路单元。周边电路单元包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。
[0067]在像素阵列单元3中，由于像素2以矩阵状二维排列，所以存在生成图像生成用信号的正常像素2X和存在生成焦点检测用信号的位相差像素2P。位相差像素2P也可以称为位相差检测用像素2P。此外，位相差像素2P分成A型的位相差像素2PJP B型的位相差像素2Pb。A型的位相差像素2PJP B型的位相差像素2P B可以称为第一和第二位相差检测用像素。
[0068]A型的位相差像素2PJP B型的位相差像素2PB构造成对光的入射角具有不对称感度，并且在像素阵列单元3上成对地配置。例如，在遮光方向是左右方向(水平方向)的情况下，与正常像素2X相比，A型的位相差像素2PA是其中光电转换单元(如光电二极管)的光接收面的右半部分被遮光的像素，B型的位相差像素2PB是其中左半部分被遮光的像素。
[0069]在像素阵列单元3中，二维排列的正常像素2X的一部分被位相差像素2PA或位相差像素2PB替换。在图1的例子中，位相差像素2PA或位相差像素2PB在水平方向上配置，但是一对位相差像素2PA或位相差像素2P B可以任意配置，例如，可以在垂直方向上配置。
[0070]在来自A型的像素信号和来自B型的像素信号之间，由于开口部的位置的差异而产生图像的偏移。例如，在开口部方向是左右方向(水平方向)的情况下，与正常像素2X相比，A型的位相差像素2PA是其中光电转换单元(如光电二极管)的光接收面的左半部分打开的像素，B型的位相差像素2匕是其中右半部分打开的像素。基于图像的偏移，计算出相移量以确定散焦的量，或者散焦量，并且调整(移动)拍摄镜头，由此可以进行自动对焦。[0071 ] 像素2包括作为光电转换元件的光电二极管和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。多个像素晶体管包括例如4个MOS晶体管，如传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。
[0072]此外，像素2可以具有共享的像素结构。共享的像素结构可以包括多个光电二极管、多个传输晶体管、一个共享的浮动扩散(浮动扩散区域)和每个共享的其他像素晶体管。即，在共享的像素中，构成多个单位像素的光电二极管和传输晶体管共享每个其他的像素晶体管。
[0073]控制电路8接收输入时钟和数据以指示操作模式等，并输出数据，如固态成像元件I的内部信息。即，基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路8产生时钟信号和控制信号，它们是垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的基准。然后，控制电路8输出所生成的时钟信号和控制信号到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
[0074]垂直驱动电路4包括例如移位寄存器。垂直驱动电路4选择像素驱动配线10，并向所选择的像素驱动配线10供给脉冲以驱动像素2，并且以行为单位驱动像素2。S卩，垂直驱动电路4以行为单位在垂直方向上顺次选择并扫描像素阵列单元3中的各像素2。然后，垂直驱动电路4通过垂直信号线9向列信号处理电路5供给基于根据在各像素2的光电转换单元中接收的光量产生的信号电荷的像素信号。
[0075]列信号处理电路5配置在像素2的各列中，并且对于I行中从像素2输出的信号针对各像素列进行信号处理，如噪声消除。例如，列信号处理电路5进行诸如相关双采样(CDS)以除去像素固有的固定模式噪声和AD转换等信号处理。
[0076]水平驱动电路6包括例如移位寄存器。水平驱动电路6顺次输出水平扫描脉冲以顺次选择各个列信号处理电路5，并且使得各个列信号处理电路5输出像素信号到水平信号线11。
[0077]输出电路7对于从各个列信号处理电路5通过水平信号线11顺次供给的信号进行信号处理，并且输出处理的信号。例如，输出电路7可以仅进行缓冲，或者可以进行黑色电平调整、列偏差的校正、各种数字信号处理等。输入/输出端子13与外部单元交换信号。
[0078]固态成像元件I可以构造为被称为列AD型的CMOS图像传感器，其中进行⑶S处理和AD转换处理的列信号处理电路5配置在各像素列。
[0079]<2.位相差像素的第一实施方案>
[0080]在下文中，详细说明固态成像元件I的正常像素2X、位相差像素2PA和位相差像素2PB的截面构成。
[0081]图2示出了图1的固态成像元件I的正常像素2X、位相差像素2PA和位相差像素2PB的截面构成；图2也示出了第一实施方案的位相差像素2P。
[0082]需要注意的是，在图2中，为方便起见，正常像素2X、位相差像素2PB和位相差像素2PA在水平方向(左右方向)上从左侧顺次对齐配置。
[0083]在图2的说明中，首先，对正常像素2X的结构进行说明，然