固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法以及电子装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法以及包括该固体摄像装置的电子装置。所述固态摄像装置包括：彼此相邻的多个相位差检测像素；以及分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为侧表面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。根据本发明，能够防止AF的精确性降低。
【专利说明】固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法以及电子装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法以及电子装置，并且尤其涉及能够防止自动聚焦(AF)的精确性降低的固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法以及电子装置。
【背景技术】
[0002]近年来，通过在成像元件中设置相位差检测像素来执行相位差检测和自动聚焦的固态摄像装置已被熟知，其中在相位差检测像素中对光电转换单元的一部分进行遮光(例如，参照日本专利申请公开2010-160313号专利文献)。相比于过去的借助对比度检测方法的AF，借助这种相位差检测方法实现的AF的优点在于能够进行高速AF操作。
[0003]用于实现高速AF操作的相位差检测像素包括用于选择进入像面的光的入射角并接收光的功能(下文中指分离能力)，并且通常通过设置在光电转换单元的上层上的遮光膜来分离并接收从瞳面左侧进入的光以及从瞳面右侧进入的光，从而检测焦点位置。
[0004]与此同时，近年来，注意到这样的趋势:随着像素数的增加，像素大小减小。然而，这导致像素的灵敏度的降低。尤其是与普通的用于成像的像素(成像像素)相比，由于遮光膜的遮光作用，相位差检测像素灵敏度降低，从而相位差检测像素严重地受到由于减小的像素大小而使得灵敏度降低的影响。结果，像素大小的降低可能降低借助于相位差检测方法的AF的精确性。
【发明内容】
[0005]鉴于上述情况构思了本发明，从而防止AF的精确性被降低。
[0006]根据本发明的实施例，提供一种固态摄像装置，其包括:彼此相邻的多个相位差检测像素；以及分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为侧表面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0007]固态摄像装置还可以包括:与所述多个相位差检测像素相对应地形成的微透镜。
[0008]所述分离结构的折射率与所述分离结构周围的材料的折射率之间的差为0.2以上。
[0009]所述分离结构的折射率大约是I。
[0010]所述微透镜形成为具有比与成像像素相对应地形成的其他微透镜的透镜光学能力高的透镜光学能力，所述成像像素与所述多个相位差检测像素一起布置在像素区中。
[0011]所述分离结构形成为使得所述侧壁面的倾斜是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
[0012]所述分离结构形成为使得上表面的宽度是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
[0013]在所述多个相位差检测像素的每个所述光接收单元之间形成有沟槽。
[0014]在所述分离结构的上表面上形成有防反射膜。
[0015]所述多个相位差检测像素具有形成于所述微透镜的下层中的滤光器。
[0016]与相邻的两个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
[0017]与布置成矩阵形式的四个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
[0018]根据本发明的实施例，提供一种制造固态摄像装置的方法，所述固态摄像装置包括:彼此相邻的多个相位差检测像素；以及分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光。该方法包括:形成所述分离结构，使得所述分离结构的侧壁面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0019]根据本发明的实施例，提供一种包括固态摄像装置的电子装置，所述固态摄像装置包括:彼此相邻的多个相位差检测像素；以及分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为侧表面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0020]根据本发明的实施例，为分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元中的光而布置分离结构，并且将分离结构形成为侧壁面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0021]根据本发明的实施例，能够防止AF的精确性降低。
[0022]通过对下面的附图所示的本发明优选的实施例的具体说明，本发明的上述以及其他的目标、特征及优势将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是示出根据本发明的实施例的固态摄像装置的构造示例的框图；
[0024]图2是示出了固态摄像装置的结构示例的剖视图；
[0025]图3是示出了相位差检测像素的结构示例的剖视图；
[0026]图4是示出了相位差检测像素的结构示例的主视图；
[0027]图5是说明了相位差检测像素的分离能力的示意图；
[0028]图6是说明了像素形成过程的示例的流程图；
[0029]图7是示出了形成像素的步骤的示意图；
[0030]图8是说明了相位差检测像素的各种参数的示意图；
[0031]图9是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0032]图10是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0033]图11是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0034]图12是说明微透镜的透镜光学能力的示意图；
[0035]图13是示出了相位差检测像素的另一结构示例的剖视图；
[0036]图14是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0037]图15仍然是示出了相位差检测像素的结构示例的剖视图；
[0038]图16是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0039]图17是说明了相位差检测像素的反射率的示意图；
[0040]图18是示出了相位差检测像素的又一结构示例的剖视图；
[0041]图19是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0042]图20是示出了相位差检测像素的分离特性的示意图；
[0043]图21是说明了像素形成处理的另一示例的流程图；
[0044]图22是示出了形成像素的步骤的示意图；
[0045]图23是示出了相位差检测像素的又一结构示例的剖视图；
[0046]图24是示出了微透镜的另一构造示例的主视图；以及
[0047]图25是示出了根据本发明的实施例的电子装置的构造示例的框图。
【具体实施方式】
[0048]在下文中，将参照附图来说明本发明的实施例。
[0049]固态摄像装置的构造示例
[0050]图1是示出根据本发明的实施例的固态摄像装置的构造示例的框图。下面的说明解释了背面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的构造，其中背面照射型CMOS为放大型固态摄像装置中的一种。应当注意，本发明并不限于应用到背面照射型CMOS图像传感器，还可适用于诸如前面照射型CMOS图像传感器之类的其他放大型固态摄像装置、电荷耦合装置(CCD)图像传感器之类的电荷传输型固态摄像装置。
[0051]图1所示的CMOS图像传感器10包括形成于半导体基板(未示出)上的像素阵列单元11以及与像素阵列单元11集成在同一半导体基板上的外围电路单元。外围电路例如包括垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14以及系统控制单元15。
[0052]此外，CMOS图像传感器10包括信号处理单元18以及数据存储单元19。
[0053]在像素阵列单元11中，将具有根据所接收的光的量产生并积累光生电荷的光电转换单元的单位像素(在下文中，也被简称为〃像素〃)二维地布置在行方向以及列方向上，换言之，布置成矩阵形式。这里，行方向是指像素行中的像素的布置方向(即，水平方向)，并且列方向是指像素列中的像素的布置方向(S卩，垂直方向)。
[0054]在像素阵列单元11中，关于作为矩阵形式的像素布置，像素驱动线16沿各个像素行的行方向布线，并且垂直信号线17沿各个像素列的列方向布线。每个像素驱动线16传输用于在信号从像素被读出时进行驱动的驱动信号。虽然图1示出了作为像素驱动线16的一条配线，但是像素驱动线的数目不限于一条。像素驱动线16的一端连接到与垂直驱动单元12的各行相对应的输出端。
[0055]垂直驱动单元12包括移位寄存器以及地址译码器等，并且同时或以行为单位等驱动像素阵列单元11中所有的像素。即，垂直驱动单元12连同用于控制垂直驱动单元12的系统控制单元15 —起构成了用于驱动像素阵列单元11中各个像素的驱动单元。虽然这里省略了垂直驱动单元12的具体构造的图示，但是一般来说，垂直驱动单元12包括两个扫描系统:读出扫描系统以及扫出扫描系统(sweep scanning system)。
[0056]读出扫描系统以行单位顺序地并选择性地扫描像素阵列单元11中的单位像素以从单位像素读出信号。从单位像素读出的信号是模拟信号。扫出扫描系统对将要经受读出扫描系统的读出扫描的待读的行进行扫出扫描，从而领先读出扫描一段用于快门速度的时间。
[0057]由扫出扫描系统进行的扫出扫描从待读行的单位像素中的光电转换单元扫出多余电荷，从而复位光电转换单元。此外，通过扫出扫描系统扫出多余电荷(通过复位)来执行电子快门操作。这里，电子快门操作是指丢弃光电转换单元的光生电荷以开始新的曝光(开始积累光生电荷)的操作。
[0058]由读出扫描系统进行的读操作读出的信号对应于先前的读操作或电子快门操作之后接收的光的量。此外，从先前的读操作的读出时间或电子快门操作的扫出时间至这次的读操作的读出时间的周期是单位像素中光生电荷的曝光周期。
[0059]从由垂直驱动单元12选择性地扫描的像素行中的各单位像素输出的信号经由各个像素列的各条垂直信号线17被输入到列处理单元13。列处理单元13对经由像素阵列单元11中的各个像素列的各条垂直信号线17从选择的行中的各个像素输出的信号执行预定的信号处理，并且暂时地保持信号处理后的像素信号。
[0060]特别地,列处理单元13至少执行诸如相关双采样(correlated double sampling,⑶S)处理之类的噪声去除处理作为信号处理。由列处理单元13执行的⑶S处理去除了对像素来说独有的诸如像素内放大晶体管的阈值的变化之类的复位噪声或固定模式噪声。除了噪声去除处理以外，例如，列处理单元13还能够具有将模拟像素信号转换成数字信号并输出数字信号的模拟到数字(AD)转换功能。
[0061]水平驱动单元14包括移位寄存器、地址译码器等，并且水平驱动单元14顺序地选择与列处理单元13中的像素列相对应的单位电路。通过由水平驱动单元14执行的选择性扫描，在列处理单元13中经历了针对各个单位电路的信号处理的像素信号被顺序地输出。
[0062]系统控制单元15包括生成各种时序信号等的时序发生器，并且基于由时序发生器生成的各种时序信号来控制垂直驱动单元12、列处理单元13以及水平驱动单元14等的驱动。
[0063]信号处理单元18至少具有算法处理功能，并执行各种信号处理，例如，对从列处理单元13输出的像素信号的算法处理。数据存储单元19暂时地存储由信号处理单元18执行的信号处理所需要的数据。
[0064]应当注意，信号处理单元18以及数据存储单元19可以是与CMOS图像传感器10集成在同一基板上(半导体基板)或可以被布置在与形成有CMOS图像传感器10的基板不同的另一基板上。此外，信号处理单元18的处理以及数据存储单元19的处理中的每者可以是由软件或者诸如设置在与形成有CMOS图像传感器10的基板不同的另一基板上的数字信号处理器(DSP)电路之类的外部信号处理单元进行的处理。
[0065]固态摄像装置的结构示例
[0066]接着，将参照图2对CMOS图像传感器10的结构示例进行说明。图2示出背面照射型CMOS图像传感器10中的用于成像的像素20(成像像素)的横截面构造。
[0067]在图2所示的CMOS图像传感器10中，在支撑基板21上，用S12形成布线层22，并且在布线层22上形成硅基板23。支撑基板21例如由硅、玻璃环氧树脂、玻璃以及塑料等形成。在硅基板23的表面上以预定的间距形成有多个光电二极管24，每个光电二极管24是每个成像像素20的光电转换单元(光接收单元)。
[0068]在硅基板23以及光电二极管24上用S12形成保护膜25。在保护膜25上，将用于防止光泄露到相邻的像素20的每个遮光膜26形成在相邻的光电二极管24之间。由诸如钨(W)之类的金属形成遮光膜26。
[0069]在保护膜25以及遮光膜26上形成有用于使将要形成滤色器的区域平坦化的平坦化膜27。在平坦化膜27上，形成有滤色器层28。在滤色器层28中，针对每个成像像素20设置多个滤色器，并且将各个滤色器的颜色例如按照拜耳布置方式布置。
[0070]在滤色器层28上，形成有第一有机材料层29。第一有机材料层29例如由丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料以及环氧树脂材料等形成。在第一有机材料层29上形成有微透镜30。微透镜30例如由折射率为1.45的透明材料形成。
[0071]在微透镜30上，经由第二有机材料层32接合保护玻璃31。保护玻璃31并不限于玻璃，并且可以由使用了树脂等的透明板形成。此外，在微透镜30与保护玻璃31之间，可以形成用于防止水分与杂质进入的保护膜。与第一有机材料层29 —样，第二有机材料层32由丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料以及环氧树脂材料等形成。
[0072]应当注意，图2所示的构造仅仅是示例。下面说明的本发明可以被应用到其他的构造，例如，不仅具有上述各层的构造而且加入了其他的层或将任意上述的层去除的构造。
[0073]相位差检测像素的结构示例
[0074]上述CMOS图像传感器10包括用于接收相位差检测信号以实现相位差检测的相位差检测像素。相位差检测信号是表明焦点的移位方向(散焦方向)与移位量(散焦量)的信号。
[0075]相位差检测像素以被混合在图1所示的像素阵列单元11 (像素区)中的形式布置，在像素阵列单元11中，将成像像素二维地布置成矩阵形式。例如，将相位差检测像素配置成在像素区中的垂直方向与水平方向上相互交叉。
[0076]相位差检测像素与成像像素在结构上略有不同。这里，将参照图3和图4来说明相位差检测像素的结构的示例。图3是示出了相位差检测像素的剖视图，并且图4是示出了相位差检测像素的主视图。
[0077]应当注意，在图3所示的剖视图中，用相同的参考标记表示与图2所示的剖视图的那些部分相似的部分，并且视情况省略它们的说明。
[0078]在图3中，两个相位差检测像素40L以及40R相邻地布置在水平方向上。相位差检测像素40L接收从瞳面左侧进入的光，并且相位差检测像素40R接收从瞳面右侧进入的光。
[0079]在相位差检测像素40L以及40R上，布置有分离结构26A，以便使进入相位差检测像素40L与40R的光电二极管24的光分离。
[0080]分离结构26A形成于相邻相位差检测像素40L与40R的光电二极管24之间，从而对每个光电二极管24的一部分遮光。特别地，将分离结构26A布置成在水平方向上相邻地布置的相位差检测像素40L与40R的光电二极管24之间的边界(元件分离区)上延伸。分离结构26A对相位差检测像素40L的光电二极管24进行右侧遮光。分离结构26A对相位差检测像素40R的光电二极管24进行左侧遮光。
[0081]此外，分离结构26A包括面向相位差检测像素40L以及40R的倾斜的侧壁面，并且形成为具有朝着光进入的方向(图3中向上的方向)逐渐变小形状的横截面。分离结构26A与遮光膜26形成在相同的层，并且分离结构26A与遮光膜26 —样由诸如W之类的金属形成。
[0082]此外，如图4所示，对于成像像素20，形成与一个像素相对应的一个微透镜30，然而，对于相位差检测像素40L以及40R，形成与两个像素相对应的一个微透镜30A。S卩，形成微透镜30A作为两个像素的透镜。应当注意，微透镜30A与微透镜30 —样例如由折射率为1.45的透明材料形成。
[0083]上述结构能够显著地改善相位差检测像素的灵敏度。
[0084]特别地，在过去的固态摄像装置中，如图5的A所示，用于分离进入相位差检测像素40L以及40R的分离结构26B形成为遮盖光电二极管24的光接收表面的一半。此外，在相位差检测像素40L以及40R上分别形成微透镜30。
[0085]基于这种结构，在相位差检测像素40L中，从瞳面左侧进入的光当中的大约一半的光51L进入光电二极管24。然而，剩余的光52L被分离结构26B遮挡。相似地，在相位差检测像素40R中，从瞳面右侧进入的光当中的大约一半的光5IR进入光电二极管24。然而，其余的光52R被分离结构26B遮挡。
[0086]与此同时，在根据本发明的实施例的固态摄像装置中，如图5的B所示，将用于分离进入相位差检测像素40L与40R的光的分离结构26A形成为具有倾斜的侧壁面，且其横截面具有逐渐减小的形状。此外，在相位差检测像素40L以及40R上，形成有一个微透镜30。
[0087]基于这种结构，在相位差检测像素40L中，除了从瞳面左侧进入的光当中的大约一半的光51L之外,从瞳面右侧进入的光当中的大约一半的光51L’进入光电二极管24。相似地,在相位差检测像素40R中，除了从瞳面右侧进入的光当中的大约一半的光51R之外，从瞳面左侧进入的光当中的大约一半的光5IR’进入光电二极管24。
[0088]基于这种结构，将过去曾经被遮挡的光分送到相邻的相位差检测像素，并且进入相邻的相位差检测像素，从而能够显著改善相位差检测像素的灵敏度，并且即使当像素大小降低时，也能够防止AF的精确性降低。
[0089]此外，通过改变分离结构26A的形状以及微透镜30A的形状可以调节进入光电二极管24的光量，从而能够以最佳方式改善相位差检测像素的分离能力(选择性地接收以某入射角的进入像面的光的功能)。
[0090]形成像素的流程
[0091]接着，参照图6以及图7，将对形成根据本发明的实施例的固态摄像装置的像素的流程给出说明。图6是说明了像素形成过程的流程图，并且图7是示出形成像素的步骤的首1J视图。
[0092]应当注意，在下文中，将对在保护膜25上形成平坦化膜27之后的处理给出说明。
[0093]首先，在步骤Sll中沉积遮光膜材料。特别地，如图7的A所示，在平坦化膜27上，沉积例如使用了 W等的遮光膜材料26’。应当注意，在图7中，省略了光电二极管24的图解说明。
[0094]在步骤S12中形成抗蚀剂图案。特别地，如图7的B所示，在遮光膜材料26’上，形成用于形成遮光膜26的光致抗蚀剂图案61以及用于形成分离结构26A的光致抗蚀剂图案61A。将光致抗蚀剂图案61A形成为具有其横截面是逐渐变小的倾斜的侧壁面。
[0095]在步骤S13中，通过刻蚀作为其衬底层形成的遮光膜材料26’来转印光致抗蚀剂图案61以及61A，从而执行了干法刻蚀处理。因此，如图7的C所示，与遮光膜26—起，形成了具有其横截面是逐渐减小的倾斜的侧壁面的分离结构26A。
[0096]然后，在步骤S14中，在遮光膜26以及分离结构26A上形成平坦化膜27。
[0097]在步骤S15中，在平坦化膜27上形成滤色器层28。应当注意，在与相位差检测像素相对应的像素区中不形成滤色器层28。
[0098]此外，在步骤S16中，在形成在平坦化膜27上的第一有机材料层29上形成微透镜30以及30A。
[0099]根据上述过程，用于分离进入相位差检测像素40L以及40R的光的分离结构26A被形成为具有其横截面为逐渐减小的倾斜的侧壁面，并且形成了与相位差检测像素40L及40R相对应的微透镜30A。因此，将过去曾经被遮挡的光分送到相邻的相位差检测像素，并且进入相邻相位差检测像素，从而能够显著改善相位差检测像素的灵敏度，并且即使当像素大小降低时，也能够防止AF的精确性降低。
[0100]相位差检测像素的分离能力
[0101]如上所述，由于改变了分离结构26A的形状以及微透镜30A的形状，所以能够以最佳方式改善相位差检测像素的分离能力。相应地，在下文中，将具体说明在改变分离结构26A的形状以及微透镜30A的形状时相位差检测像素的分离能力的变化。
[0102]与图3 —样，图8是根据本发明的实施例的相位差检测像素40L以及40R的剖视图，并说明相位差检测像素40L以及40R的各种参数。
[0103]在图8中，a代表像素大小，b代表微透镜30A的厚度，并且c代表微透镜30A与分离结构26A之间的距离。此外，d代表分离结构26A的侧壁面的倾斜角，并且e代表分离结构26A的上表面的宽度(线宽)。此外，f代表遮光膜26的线宽，并且g代表分离结构26A(遮光膜26)与光电二极管24 (娃基板23)的表面之间的距离。
[0104]第一实施例
[0105]首先，将说明在引起分离结构26A的侧壁面的倾斜角d改变时相位差检测像素的分离能力。
[0106]这里，将除分离结构26A的侧壁面的倾斜角d以外的参数说明如下:
[0107]像素大小a:1.12 μ m
[0108]微透镜30A的厚度b: 100nm
[0109]微透镜30A与分离结构26A之间的距离c =100nm
[0110]分离结构26A的线宽e:1OOnm
[0111]遮光膜26的线宽f:200nm
[0112]分离结构26A与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0113]在这种条件下，图9示出了在将分离结构26A的侧壁面的倾斜角d设置成O°、15°及30°时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。
[0114]在图9的曲线图中，纵轴代表入射光的入射角，并且横轴代表相位差检测像素40L以及40R的像素输出。图9除了示出在根据本实施例的相位差检测像素中的d等于0°、15°以及30°时的特性之外，还示出了过去的相位差检测像素的特性。
[0115]如该曲线图所示，在布置在右侧的相位差检测像素40R中，当入射光的角度是被向左侧调整(负侧)时，输出(灵敏度)增加，并且在布置在左侧的相位差检测像素40L中，当入射光的角度被向右侧调整(正侧)时，输出(灵敏度)增加。
[0116]如图9所示，与过去的相位差检测像素相比，根据本实施例的相位差检测像素即使当d是0°、15°及30°中的任意值时不但具有足够的灵敏度，还具有良好的分离特性。即，根据相位差检测像素40L以及40R的期望分离特性来调整并形成分离结构26A的侧壁面的倾斜角d。
[0117]第二实施例
[0118]接着，将说明在使分离结构26A的线宽改变时相位差检测像素的分离能力。
[0119]这里，将除分离结构26A的线宽的e之外的参数说明如下:
[0120]像素大小a:1.12 μ m
[0121 ] 微透镜30A的厚度b: 100nm
[0122]微透镜30A与分离结构26A之间的距离c =100nm
[0123]分离结构26A的侧壁面的倾斜角d:15°
[0124]遮光膜26的线宽f:200nm
[0125]分离结构26A与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0126]在这种条件下，图10示出将分离结构26A的线宽e设置成0nm、100nm、300nm以及500nm时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。
[0127]如图10所示，即使当e是0nm、100nm、300nm以及500nm中的任何值时，根据本实施例的相位差检测像素不但具有足够的灵敏度，还具有良好的分离特性。即，根据相位差检测像素40L以及40R的期望分离特性来调整并形成分离结构26A的线宽e。
[0128]特别地，分离结构26A的线宽能够引起对包括垂直入射光的入射角0°附近的光的灵敏度的变化，从而分离结构26A的线宽作为用于分离能力的设计的参数是有用的。通常，期望的是，在分离特性中，相位差检测像素的输出变成峰值处的入射角在5°至15°附近，并且在垂直入射光(入射角0° )的情况下，相位差检测像素的输出为峰值的一半以下。因此,根据本实施例,将分离结构26A的线宽e设置成约10nm至300nm(像素大小的10%至30% )能够获得更适合的分离特性。
[0129]第三实施例
[0130]接着，将说明在使微透镜30A的厚度b以及微透镜30A与分离结构26A之间的距离c改变时相位差检测像素的分离能力。
[0131]这里，将除厚度b以及距离c之外的参数说明如下:
[0132]像素大小a:1.12 μ m
[0133]分离结构26A的侧壁面的倾斜角d:15°
[0134]分离结构26A的线宽e:1OOnm
[0135]遮光膜26的线宽f:200nm
[0136]分离结构26A与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0137]在这种条件下，图11的A示出了在将微透镜30A的厚度b设定成500nm并且将微透镜30A与分离结构26A之间的距离c设定成500nm、100nm以及1500nm时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。相似地，图11的B以及11的C示出了在将微透镜30A的厚度b设置成100nm以及1500nm时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。
[0138]如图11所示，由于微透镜30A的厚度b，使分离能力为良好的微透镜30A与分离结构26A之间的距离c是不同的。即，根据透镜光学能力来确定微透镜30A与分离结构26A之间的最佳距离C。
[0139]如上所述，由于相位差检测像素是以被混合在像素区中的成像像素中的形式布置的，因此期望的是，根据相同的步骤来制造相位差检测像素以及成像像素。这里，关于成像像素，将微透镜30A的最佳厚度以及微透镜30以及遮光膜26之间的最佳距离都设置成500nm时，期望的是，从制造步骤的观点来看，将微透镜30A与分离结构26A之间的距离c应设置成500nm。在这种情况下，如图11的C的分离特性所示，将微透镜30A的厚度b设置成1500nm时的分离特性为最佳。因此，如图12所示，当成像像素20以及相位差检测像素40L以及40R的高度一致时，微透镜30A形成为使得透镜光学能力大于与成像像素20相对应的微透镜30。
[0140]前述说明已经对改变分离结构26A的形状以及微透镜30A的形状以改善相位差检测像素的分离能力的构造进行了解释。可选地，其他的构造可以改进相位差检测像素的分离能力。
[0141]第四实施例
[0142]图13示出为改善相位差检测像素的分离能力的相位差检测像素40L以及40R的首1J视图。
[0143]在图13的结构中，除了图3的结构之外，还在硅基板23的相位差检测像素40L以及40R的光电二极管24之间的边界(元件分离区)处形成沟槽71。此外，在与相位差检测像素40L相邻的成像像素的光电二极管24之间以及与相位差检测像素40R相邻的成像像素的光电二极管24之间分别形成沟槽72。
[0144]例如，在形成在硅基板23上方的沟槽71以及沟槽72中填埋有S1。可选地，可将诸如W和Al之类的金属填埋入这些沟槽中。
[0145]这里，将各种参数说明如下:
[0146]像素大小a:1.12 μ m
[0147]微透镜30A的厚度b: 100nm
[0148]微透镜30A与分离结构26A之间的距离c =100nm
[0149]分离结构26A的侧壁面的倾斜角d:15°
[0150]分离结构26A的线宽e:1OOnm
[0151]遮光膜26的线宽f:200nm
[0152]分离结构26A与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0153]除上述条件之外，图14示出了在将沟槽71以及72的线宽设置成10nm时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。在图14中，除了示出了设置有沟槽71和72时的特性之外，还示出不设置沟槽71和72时的特性。
[0154]如图14所示，与不设置沟槽71以及72时的相位差检测像素相比，当设置有沟槽71以及72时，相位差检测像素略微改善了分离特性。
[0155]此外，根据图13中的结构，沟槽71能够防止相邻的相位差检测像素40L以及40R之间的混色，并且沟槽72能够防止相位差检测像素40L以及40R与相邻的成像像素20之间的混色。
[0156]应当注意，根据本实施例的结构能够被应用到根据上述其他的实施例的相位差检测像素。
[0157]与此同时，在根据本发明的实施例的固态摄像装置中，入射光在设置在相位差检测像素40L以及40R之间的分离结构26A的表面上被反射，使得信号可能泄露到相邻的成像像素20，并出现重影。
[0158]第五实施例
[0159]图15示出为抑制向相邻的成像像素的信号泄露以及重影的相位差检测像素40L以及40R的剖视图。
[0160]在图15的结构中，除了图3的结构之外，在分离结构26A的上表面，还形成有防反射膜81。
[0161]防反射膜81由SiN、S1N, TaO、HfO以及AlO等形成，其膜厚例如被设置成60nm。此外，防反射膜81可以形成为单层膜或多层膜。当防反射膜81形成为多层膜时，在层与层之间插入S1。
[0162]应当注意，在图15的示例中，仅在分离结构26A的上表面上形成防反射膜81。可选地，在分离结构26A的侧壁面上形成防反射膜81。
[0163]这里，将各种参数说明如下:
[0164]像素大小a:1.12 μ m
[0165]微透镜30A的厚度b: 100nm
[0166]微透镜30A与分离结构26A之间的距离c =100nm
[0167]分离结构26A的侧壁面的倾斜角d:15°
[0168]分离结构26A的线宽e:1OOnm
[0169]遮光膜26的线宽f:200nm
[0170]分离结构26A与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0171]在这种条件下，图16示出了相位差检测像素40L以及40R的分离特性。在图16中，除了示出设置有防反射膜81时的特性之外，还示出了未设置防反射膜81时的特性。
[0172]如图16所示，在分离特性上，设置有防反射膜81的相位差检测像素与未设置防反射膜81的相位差检测像素之间存在小的差异。
[0173]然而，如图17所示，与未设置防反射膜81的相位差检测像素的情况相比，设置有防反射膜81的相位差检测像素能够将相位差检测像素的反射率降低大约40%。因此，能够抑制信号泄露到相邻的成像像素以及重影。
[0174]应当注意，根据本实施例的结构能够被应用到根据上述其他的实施例的相位差检测像素。
[0175]在前述的说明中，分离结构26A由与遮光膜26相同的材料形成，但分离结构26A可以由其他的材料形成。
[0176]第六实施例
[0177]图18示出分离结构由不同于遮光膜的材料形成的相位差检测像素40L以及40R的剖视图。
[0178]在图18的结构中，形成有使用具有通常是I的折射率的透明材料的分离结构101，以代替图3的结构中的分离结构26A。特别地，分离结构101由真空或空气形成。
[0179]这里，将各种参数说明如下:
[0180]像素大小a:1.12 μ m
[0181 ] 微透镜30A的厚度b: 100nm
[0182]微透镜30A与分离结构26A之间的距离c =100nm
[0183]分离结构101的侧壁面的倾斜角d:15°
[0184]分离结构101的线宽e:1OOnm
[0185]遮光膜26的线宽f:200nm
[0186]分离结构101与硅基板23的表面之间的距离g: 10nm
[0187]在这种条件下，图19示出了相位差检测像素40L以及40R的分离特性。
[0188]根据本实施例的相位差检测像素的结构，由于分离结构101的折射率与分离结构101周围的材料(平坦化膜27)的折射率之间的差异，入射光被选择性地引导到右边以及左边的光电二极管24，从而可以获得如图19所示的良好的分离特性。
[0189]应当注意，由于在分离结构101的折射率与分离结构101周围的材料的折射率之间存在差异的情况下能够获得良好的分离特性，所以能够使用具有低折射率的材料作为分离结构101的材料。具体地，分离结构101可以由使用S1C (折射率1.4)以及多孔S1C (折射率1.33)等的透明电介质形成。
[0190]这里，图20示出了在将分离结构101的折射率与分离结构101周围的材料的折射率之间的折射率差nd设置成0.45、0.20以及0.10时相位差检测像素40L以及40R的分离特性。
[0191]如图20所示，由于折射率差nd的原因，分离特性发生改变，但是在nd = 0.10的情况下，难以获得良好的分离特性。当折射率差nd为0.20或更大时，能够获得良好的分离特性。
[0192]应当注意，根据本实施例的结构能够被应用到根据上述其他的实施例的相位差检测像素。
[0193]形成像素的流程
[0194]这里，将参照图21以及22说明形成如图18所示的结构的固态摄像装置的像素的流程。图21是说明像素形成处理的流程图，并且图22是示出了形成像素的步骤的剖视图。
[0195]应当注意，在下文中，同样说明了在保护膜25上形成平坦化膜27之后的处理。
[0196]首先，在步骤S31中，沉积遮光膜材料。具体地，如图22的A所示，在平坦化膜27上沉积例如使用W等的遮光膜材料26’。应当注意，在图22中，省略了光电二极管24的图解说明。
[0197]在步骤S32中，形成抗蚀剂图案。具体地，如图22的B所示，在遮光膜材料26’上形成用于形成遮光膜26的光致抗蚀剂图案61。
[0198]在步骤S33中，通过对作为光致抗蚀剂图案61的底层形成的遮光膜材料26’进行刻蚀来转印光致抗蚀剂图案61，从而执行了干法刻蚀处理。因此，如图22的C所示，形成了遮光膜26。
[0199]在步骤S34中，在与分离结构101相对应的部分中形成间隙的同时，堆叠平坦化膜27。因此，如图22的D所示，在平坦化膜27中形成由真空形成(空气形成)的分离结构101。
[0200]然后，在步骤S35中，在平坦化膜27上形成滤色器层28。
[0201]此外，在步骤S36中，在形成于平坦化膜27上的第一有机材料层29上形成微透镜30以及30A。
[0202]根据上述处理，形成了由于分离结构101的折射率与分离结构101周围的材料的折射率之间的差异而能够获得良好的分离特性的相位差检测像素。因此，能够显著改善相位差检测像素的灵敏度，并且即使当像素大小降低时，也能够防止AF的精确性降低。
[0203]其他的结构示例
[0204]在上述实施例中，相位差检测像素没有形成滤色器层。然而，相位差检测像素可以形成滤色器层。尽管上述实施例中的相位差检测像素具有用于显著改善灵敏度的结构，但是根据拍摄目标，像素的饱和信号量可能被超过，这导致灵敏度的降低。
[0205]相应地，如图23所示，可在相位差检测像素40L以及40R的微透镜30A的下层中设置滤光器121。滤光器121只透过入射光当中的具有预定特性的光(例如，具体波长范围内的光)。
[0206]因此，根据入射光的亮度和颜色获得了合适的信号量，并防止了灵敏度的降低。
[0207]此外，在前述说明中，将本发明应用到用于将入射光分离成从瞳面左侧进入的光与从瞳面右侧进入的光的相位差检测像素。然而，如图24所示，本发明可以被应用到如下相位差检测像素40L-l、40R-l、40L-2以及40R-2,这些相位差检测像素用于将入射光分离成从瞳面左上侧进入的光、从瞳面右上侧进入的光、从瞳面左下侧进入的光以及从瞳面右下侧进入的光。在这种情况下，与布置成矩阵形式的四个相位差检测像素40L-1、40R-1、40L-2以及40R-2相对应地形成一个微透镜30A。
[0208]此外，在前述的说明中，分离结构由W、透明电介质或真空(空气)形成，然而其可以由诸如具有高折射率的Al以及Ag或诸如通常用于半导体处理的铜之类的材料形成。此夕卜，可以用金属和电介质这两者来形成分离结构。在这种情况下，通过在电介质上涂覆薄金属膜来形成分离结构。
[0209]应当注意，这些结构也可以被应用到根据上述其他的实施例的相位差检测像素。
[0210]本发明并不限制地适用于固态摄像装置，并且适用于一般的具有固态摄像装置的电子装置，电子装置包括诸如数字静态照相机以及摄像机之类的成像装置，以及诸如移动电话之类的具有成像功能的移动终端装置。
[0211]电子装置的应用
[0212]图25是示出了作为应用了本发明的实施例的电子装置的示例的成像装置的构造示例的框图。
[0213]如图25所示，成像装置200包括具有成像透镜211的光学系统、固态摄像装置212、数字信号处理器(DSP)电路(相机信号处理单元)213、帧存储器214、显示单元215、记录单元216、操作单元217以及电源单元218等。DSP电路213、巾贞存储器214、显示单元215、记录单元216、操作单元217以及电源单元218以可通信方式经由总线219彼此相连。
[0214]成像透镜211接收来自被摄物的入射光，并且在固态摄像装置212的成像表面上形成图像。固态摄像装置212以像素为单位将由成像透镜211以图像形式形成在成像表面上的入射光的光量转换成电信号，并且输出作为像素信号的结果。作为成像装置212，可以使用根据本发明的实施例的具有相位差检测像素的固态摄像装置。
[0215]显示单元215由诸如液晶显示装置或有机电致发光(EL)显示装置之类的平板显示装置构成，并且显示由固态摄像装置212捕获的运动图像或静态图像。记录装置216将由固态摄像装置212捕获的运动图像或静态图像记录在诸如存储卡、磁带或数字通用磁盘(Digital Versatile Disk, DVD)之类的记录媒体上。
[0216]根据用户的操作，操作单元217给出关于成像装置200的各种功能的操作命令。电源单元218恰当地提供作为DSP电路213、帧存储器214、显示单元215、记录单元216以及操作单元217的工作电源的各种电源到这些供给对象。
[0217]成像装置200还包括在光轴方向上驱动成像透镜211的透镜驱动电源220。透镜驱动电源220与成像透镜211 —起构成执行聚焦调整的聚焦机构。此外，通过系统控制器(未示出)，成像装置200执行诸如聚焦机构的控制或上述的各个部件的控制的各种控制。
[0218]关于聚焦机构的控制，例如在DSP电路213中，基于从根据本发明实施例的相位差检测像素输出的相位差检测信号来执行计算焦点的移位方向和移位量的算法处理。用这种算法处理，通过经由透镜驱动电源220在光轴方向上移动成像透镜201，系统控制器(未示出)执行用于聚焦的聚焦控制。
[0219]应当注意，本发明的实施例不限于上述实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，还可以进行各种修改。
[0220]本发明的实施例可以构造如下:
[0221](I) 一种固态摄像装置，其包括:
[0222]彼此相邻的多个相位差检测像素；以及
[0223]分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为侧表面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0224](2)根据(I)的固态摄像装置，其还包括:与所述多个相位差检测像素相对应地形成的微透镜。
[0225](3)根据(2)的固态摄像装置，其中，所述分离结构的折射率与所述分离结构周围的材料的折射率之间的差为0.2以上。
[0226](4)根据(3)的固态摄像装置，其中，所述分离结构的折射率大约是I。
[0227](5)根据⑵的固态摄像装置，其中，所述微透镜形成为具有比与成像像素相对应地形成的其他微透镜的透镜光学能力高的透镜光学能力，所述成像像素与所述多个相位差检测像素一起布置在像素区中。
[0228](6)根据(2)的固态摄像装置，其中，所述分离结构形成为使得所述侧壁面的倾斜是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
[0229](7)根据(2)的固态摄像装置，其中，所述分离结构形成为使得上表面的宽度是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
[0230](8)根据(2)-(7)中任意一项的固态摄像装置，其中，在所述多个相位差检测像素的每个所述光接收单元之间形成有沟槽。
[0231](9)根据(2)-(8)中任意一项的固态摄像装置，其中，在所述分离结构的上表面上形成有防反射膜。
[0232](10)根据(2)-(9)中任意一项的固态摄像装置，其中，所述多个相位差检测像素具有形成于所述微透镜的下层中的滤光器。
[0233](11)根据(2)-(10)中任意一项的固态摄像装置，其中，与相邻的两个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
[0234](12)根据(2)-(10)中任意一项的固态摄像装置，其中，与布置成矩阵形式的四个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
[0235](13) 一种制造固态摄像装置的方法，所述固态摄像装置包括:
[0236]彼此相邻的多个相位差检测像素；以及
[0237]分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，
[0238]所述方法包括:
[0239]形成所述分离结构，使得所述分离结构的侧壁面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0240](14) 一种电子装置，其包括固态摄像装置，所述固态摄像装置包括:
[0241]彼此相邻的多个相位差检测像素；以及
[0242]分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为使得侧壁面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
[0243]本领域的技术人员应当理解，在所附的权利要求或其等同物的范围内，根据设计要求以及其他因素，可以出现各种修改、合并、子合并以及替换。
[0244]本申请要求来自2013年9月17日提交的日本在先专利申请JP2013-191713的优先权的权益，其全部内容通过弓I用的方式合并入本文。
【权利要求】
1.一种固态摄像装置，其包括: 彼此相邻的多个相位差检测像素；以及 分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光，所述分离结构形成为侧表面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其还包括: 与所述多个相位差检测像素相对应地形成的微透镜。
3.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述分离结构的折射率与所述分离结构周围的材料的折射率之间的差为0.2以上。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，所述分离结构的折射率是I。
5.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述微透镜形成为具有比与成像像素相对应地形成的其他微透镜的透镜光学能力高的透镜光学能力，所述成像像素与所述多个相位差检测像素一起布置在像素区中。
6.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述分离结构形成为使得所述侧壁面的倾斜是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
7.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述分离结构形成为使得上表面的宽度是根据所述多个相位差检测像素的分离特性来调整的。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的固态摄像装置，其中，在所述多个相位差检测像素的每个所述光接收单元之间形成有沟槽。
9.根据权利要求2-7中任一项所述的固态摄像装置，其中，在所述分离结构的上表面上形成有防反射膜。
10.根据权利要求2-7中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述多个相位差检测像素具有形成于所述微透镜的下层中的滤光器。
11.根据权利要求2-7中任一项所述的固态摄像装置，其中，与相邻的两个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
12.根据权利要求2-7中任一项所述的固态摄像装置，其中，与布置成矩阵形式的四个所述相位差检测像素相对应地形成所述微透镜。
13.—种制造固态摄像装置的方法，所述固态摄像装置包括: 彼此相邻的多个相位差检测像素；以及 分离结构，其布置成分离进入所述多个相位差检测像素的每个光接收单元的光， 所述方法包括: 形成所述分离结构，使得所述分离结构的侧壁面具有倾斜且横截面具有逐渐减小的形状。
14.一种包括如权利要求1-12中任一项所述的固态摄像装置的电子装置。
【文档编号】H04N5/335GK104465681SQ201410441186
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】菊地晃司 申请人:索尼公司