固态图像感测元件和成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及在基板上形成有光电转换层的固态图像感测元件和成像系统。
【背景技术】
[0002]均具有包括像素的配置的固态图像感测元件是已知的，所述像素包括在基板上形成有光电转换层的光接收部。日本专利公开N0.2014-67948描述了使用有机光电转换层作为光电转换层。日本专利公开N0.2014-67948还描述了设有用于相位差检测的一对像素(下文称为“相位差检测用像素”)以实现光瞳分割相位差检测。相位差检测用像素在设在光电转换层上的保护层与微透镜之间具有遮光膜，该遮光膜被用来遮蔽入射光的一部分。
[0003]通过日本专利公开N0.2014-67948中所述的配置，由于只有相位差检测用像素具有遮光膜，因此难以在光电转换膜上均匀地形成诸如滤色器层和微透镜之类的层。作为结果，可能存在这样的情况:由于相位差检测用像素在滤色器的膜厚度或微透镜的形状方面与用于捕获图像的像素(下文称为“成像用像素”)不同，从而像素的灵敏度变得与希望的特性不同。
[0004]根据本发明，可以容易地、均匀地形成设在光电转换单元上的层。
【发明内容】
[0005]本公开提供一种固态图像传感器图像感测元件，该固态图像感测元件包括二维地布置的多个像素，所述多个像素中的每一个包括光电转换单元和布置在光电转换单元上的微透镜，其中光电转换转单元包括像素电极、设在像素电极上的光电转换层和对电极(counter electrode)，并被设为将光电转换层夹在对电极与像素电极之间。所述多个像素包括第一像素和多个第二像素，满足以下两项中的至少任一项:所述多个第二像素的像素电极小于第一像素的像素电极，或者所述多个第二像素的对电极小于第一像素的对电极；并且第一像素的对电极与微透镜之间的配置与所述多个第二像素中的每一个的对电极与微透镜之间的配置相同。
[0006]参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
【附图说明】
[0007]图1是用于示出固态图像感测元件的配置示例的框图。
[0008]图2是用于示出像素阵列的平面配置示例的图。
[0009]图3是用于示出像素阵列的截面配置示例的图。
[0010]图4是用于示出像素的配置示例的等价电路图。
[0011]图5是用于描述信号读出操作的光电转换单元的电位图。
[0012]图6是用于示出像素阵列的截面配置示例的图。
[0013]图7是用于示出像素阵列的截面配置示例的图。
[0014]图8是用于示出像素阵列的截面配置示例的图。
[0015]图9是用于示出像素阵列的截面配置示例的图。
[0016]图10是用于示出成像系统的配置示例的框图。
【具体实施方式】
[0017](第一实施例)
[0018]图1是用于示出固态图像感测元件1000的配置示例的框图。固态图像感测元件1000包括像素阵列110、行驱动电路120、垂直信号线130、信号处理单元140、列选择电路150、输出放大器170和恒流源180，在像素阵列110中二维地布置有多个像素100。
[0019]图1示出了存在以四行四列布置的像素100的情况；但是，像素阵列110中所包括的像素100的数量不限于此。
[0020]行驱动电路120是按行控制所述多个像素100的电路，并且例如包括移位寄存器和地址解码器。在第一实施例中，行驱动电路120输出信号pRes (M)、PADD (Μ)、Va (Μ)、Vb (Μ)和pSEL (M)。Μ表示代表某行的数。
[0021]属于同一列的多个像素100连接到像素100所共用的垂直信号线130。从像素100输出的信号经由垂直信号线130传送到信号处理器140。
[0022]信号单元140包括被设为与像素阵列110的各列对应的多个列信号处理单元。每个列信号处理单元可包括用于降低噪声的CDS电路、用于放大信号的放大器、用于保持信号的采样及保持电路等。当被从列选择电路150供应的信号CSEL(N)选择时，列信号处理单元输出信号，并且所输出的信号被传送到输出放大器170。N表示代表某列的数。
[0023]在第一实施例中，所述多个像素100包括充当第一像素的成像用像素IP，并且还包括充当第二像素的相位差检测用像素AP。图2是用于示出根据第一实施例的像素阵列110的平面配置示例的图。在这里示出了其中有两个像素是相位差检测用像素AP而其它像素是成像用像素IP的情况。每个像素均包括稍后将描述的像素电极，并且相位差检测用像素AP相比于成像用像素IP具有更小的像素电极。
[0024]图3示出了沿着图2中所示的线A-A所取的配置的示例。像素阵列110包括硅基板(Si基板)300、设在Si基板300上的底绝缘层301和布置在底绝缘层301中的布线层
302。在Si基板300上形成M0S晶体管，并且，在布线层302中还包括用于向M0S晶体管供应电力的布线和用于传送控制M0S晶体管的信号的布线。布线层302中所包括的布线中的一些布线把在Si基板300上形成的信号读出电路(未示出)与像素电极303连接。还如图2中所示，相位差检测用像素AP的像素电极303比成像用像素IP的像素电极303小。在像素电极303上设有层间绝缘层304、光电转换层305、阻挡层306、对电极307、滤色器层308和具有多个微透镜的微透镜层309。在第一实施例中，对电极307被设置为使得对电极307为多个像素所共用。可以使用Bayer图案作为滤色器层308的滤色器布置。对于相位差检测用像素AP，可以使用G (绿)滤色器而非R (红)和B (蓝)滤色器来获得亮度信息。因此，在Bayer图案中布置有G滤色器的像素可以是相位差检测用像素AP。另外，对于位于Bayer图案中布置有R和B滤色器的位置处的像素中的一些，R和B滤色器被G滤色器替代，并且这种像素可以是相位差检测用像素AP。另外，可以针对每个成像用像素IP布置R(红)、G和B (蓝)滤色器中的任何滤色器，并且可以仅针对相位差检测用像素AP布置透明滤色器。
[0025]设在像素电极303上的层间绝缘层304是用于防止电子和空穴在像素电极303和光电转换层305之间流动的层，并且是使用例如氢化非晶氮化硅(a-SiN:H)形成的。层间绝缘层304的厚度被设置为足以防止电子和空穴通过隧穿效应流过层间绝缘层304的某值。具体而言，该厚度优选为50nm或更大。
[0026]设在像素电极303上的光电转换层305是能够执行在接收到入射光时产生电子-空穴对的光电转换的层，其中层间绝缘层304介于像素电极303和光电转换层305之间。可以使用本征氢化非晶硅(a_S1:H)、化合物半导体或有机半导体作为构成光电转换层305的材料。这种化合物半导体的示例包括诸如BN、GaAs、GaP、AlSb和GaAlAsP之类的ΠΙ-V族化合物半导体以及诸如CdSe、ZnS和HgTe之类的I1-VI族化合物半导体。另外，这种有机半导体的示例包括基于酞菁(phthalocyanine)的材料和基于萘酞菁(naphthalocyanine)的材料，诸如富勒稀、香豆素 6 (C6)、若丹明 6G (Rhodamine 6G，R6G)、喹口丫啶酮(quinacridon)和锌駄菁(ZnPc)。
[0027]并且，使用上述这种化合物半导体作为原材料的量子点膜可用于光电转换层305。可以使用非晶硅膜、有机半导体膜和量子点膜，因为容易形成薄膜。
[0028]本征半导体的优异之处在于，由于本征半导体具有低载流子浓度，因此通过针对光电转换层305使用这种本征半导体可以实现宽的耗尽层宽度；但是，也可以使用η型或ρ型半导体。
[0029]在光电转换层305上设有阻挡层306。根据第一实施例的阻挡层306是具有防止空穴从对电极307注入到光电转换层305的功能的层，并且例如使用Ν+型氢化非晶硅。在本示例中，使用Ν+型a-SiH来防止空穴注入。为了防止电子注入，使用P+型a-SiH。期望阻挡层306防止作为导电载流子的电子和空穴中的任一者从对电极307注入到光电转换层305。作为用于光电转换层305的半导体材