专利名称：固态成像器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态成像器件。
背景技术：
迄今，在如摄像机或数码照相机之类的成像照相机中，广泛使用固态成像器件。在这种固态成像器件中，存在有由成像照相机中所使用的镜头光圈决定的出射光瞳。在成像照相机中，出射光瞳距离、即从透镜焦点到出射光瞳之间的距离是有限的，致使随着进入固态成像器件的主光线的位置从光学系统的中心移向光学系统的边缘，进入固态成像器件的主光线被倾斜，而且倾斜角较大。
图9示出了固态成像器件的一实例。在这种CCD固态成像器件1中，在硅半导体衬底1上的成像区中布置(laid out)有多个由光电二极管构成的传感器部分2，并将它们形成为矩阵形式，该器件被构成为在每一传感器部分行上形成有CCD结构的垂直转移寄存器3。所排列形成的垂直转移寄存器3是通过在转移方向上穿过转移信道4上的栅极绝缘膜5布置多个转移电极6而形成的。光屏蔽膜9贯穿形成在垂直转移寄存器3上的绝缘膜8上，由此覆盖绝缘膜8。此外，内层透镜(此实例中为凹透镜)12由回流膜(绝缘膜)10和平面成形膜(绝缘膜)11构成，所述透镜与每个传感器部分2相应，彼此具有不同的折射率。再者，与每一传感器部分2相应，经过彩色滤光片13和平面成形膜14在内层透镜12上方形成微小镜片(on-chip micro lens)15。
在如此构成的固态器件1中，如果传感器部分2和微小镜片15的排列间隔(laid out pitch)彼此相等，即，如果微小镜片15存在于传感器2的正上方，那么进入位于成像区(见图9)边缘处的微小镜片15的入射光L不能聚焦于传感器2的中心，并且将被邻近传感器部分2形成的光屏蔽膜9遮蔽，以致于使感光性变差，这就是所谓遮蔽时图像屏幕感光不均匀的原因。
作为矫正这种阴影(shading)的技术，通常使用的方法是，如专利文件1(日本专利公开01-213079号)中所示，使微小镜片15的排列间隔小于传感器2的排列间隔。更具体地说，如图10所示，这是通过对微小镜片15的排列间隔使用缩小倍率(reduction magnification)使固态成像器件的光学中心(图10中成像区17的中心)居中而实现的。就这种情况中的缩小倍率而论，微小镜片的排列间隔在整个成像区域上被减小了相同的倍率。按照这种方式，对出射光瞳进行矫正，并且如图11所示，即使是在成像区域的边缘，射入微小镜片15中的入射光L也被聚焦于传感器部分2上。
同样，固态成像器件逐渐被装在移动电话和个人信息移动终端以及光学系统之类的移动设备中，在这些设备中，为了小型化，出射光瞳距离非常短。由于这个原因，边缘像素的光入射角较大，且用于微小镜片的出射光瞳矫正技术变得越来越重要。
近年来，除传统使用的用于固态成像器件的CCD影像感应器(imagesensor)外，由于CMOS影像感应器“能够使用MOS结构的集成制造工艺”以及“功率消耗低”，因此CMOS影像感应器也已经逐渐安装在摄像机、数字照相机和移动设备中。在这种CMOS影像感应器中，必须要三维地在像素中安排如铝之类的配线层，因此，每个像素都具有几个晶体管。在CMOS影像感应器中，由于存在两个或多于两个配线层，因此通常通过最上层的配线来进行像素间的光屏蔽，以避免颜色混合及类似现象发生。此外，为了读出每个像素的电荷，必须要设置读出门，所述读出门是每一像素内的信号线。
图4示出了CMOS影像感应器中的成像区的基本结构。COMS影像感应器21是通过提供成像区而形成的，在此成像区上，由光电二极管构成的多个传感器部分23以矩阵形式形成在半导体衬底22上，在传感器部分23和多个MOS晶体管之间形成一像素，与该实例中的第一层、第二层和第三层的配线层251、252和253相应的多层配线层之间的绝缘膜25穿过中间层绝缘膜24，此外与其上的彩色滤光片27和方形传感器部分23相对应的微小镜片28穿过平面成形层26。根据这种COMS影像感应器21，例如，垂直信号线对应于第一层的配线层251；水平重置线、垂直读出线以及垂直选择线对应于第二层的配线层252；电源线对应于第三层的配线层253。在这种CMOS影像感应器21中，微小镜片28的出射光瞳的矫正也按照与图10所示的方式相似地进行。
在此，由于读出门和配线层的设置，传感器部分的形状和光屏蔽膜的开口形状各自在垂直方向上或水平方向上都不对称。在这种情况下，如果按传统方式对微小镜片的出射光瞳进行矫正，则相对于离开成像器件的光学中心的距离进行恒定矫正，因此，由于传感器部分的形状或光屏蔽膜的开口形状将不可避免地存在感光性被严重损坏的地方。
例如，如果光屏蔽膜31的开口由最上层的配线层253a形成，并且CMOS影像感应器具有方形的左下角部分为倾斜的遮蔽形状的传感器部分23，如图5所示，那么当在成像区(图像屏幕)31(见图6)上的左上以及左下位置(2)(3)和右下角位置(4)处进行最佳出射光瞳矫正时，每一地方的感光性如图5所示。更确切地说，图像屏幕31上的右上角位置(1)处的感光性破坏是非常显著的。
由于光L1是从在光屏蔽膜的开口处光倾斜地被遮蔽的方向射入位置(1)，因而光有所增加，这是因为当对微小镜片28的出射光瞳进行矫正时，光被图5中黑体线部分所示的倾斜光遮蔽部分32遮蔽。反之，如果微小镜片15的出射光瞳的矫正量在位置(1)处被最优化时，很容易想到位置(2)(3)和(4)处的感光性破坏是很显著的。当其被安装在如移动设备之类的出射光瞳距离短的光学系统中时，所存在的现象将更加明显，由此可见问题非常严重。
根据另一实例，如图7所示，如果CMOS影像感应器具有左下角侧光被倾斜且垂直地遮蔽的形状的传感器部分23，那么，当在成像区(图像屏幕)31的右上和右下角位置(1)(4)以及左上角位置(2)处(见图8)对出射光瞳进行最佳矫正时，每一位置上的感光性如图8所示。更具体地说，感光性的破坏在图像屏幕31的位置(3)上是非常显著的。
由于位置(3)的聚焦位置被偏移至起传感器部分23作用的图7的部分32处，因此光被遮蔽。反之，当微小镜片28的出射光瞳的矫正量在位置(3)处被最优化时，容易想到感光性的破坏在位置(1)(2)(4)处变得很显著。
对于这种阴影，不能再通过传统的、矫正微小镜片的出射光瞳的方式来实现矫正，并且在图像屏幕上存在明显的黑色区域。此外，阴影量不能相对于离开图像屏幕中心的距离保持不变，因此除了如通过在电学上使图像屏幕的边缘闪亮来进行阴影矫正(shading correction)的微小镜片的出射光瞳矫正外，难于应用阴影矫正技术。
如上所述，希望提供一种固态成像器件，其中由传感器部分和光屏蔽膜的开口的非对称形状引起的不均匀的阴影可相对于离开图像屏幕中心的距离来进行矫正，使阴影量相对于离开图像屏幕中心的距离变得均匀，同时可减小感光不规则性，由此改进其感光性。
发明内容
考虑到以上目的，本发明提出一种能改善感光性恶化(遮蔽)的固态成像器件。
本发明的固态成像器件包括与成像区的每一传感器部分相应的微小镜片，其中，对微小镜片进行出射光瞳矫正的缩小倍率中心被设定在偏移成像区中心的位置处。
在本发明的固态成像器件中，对微小镜片进行出射光瞳矫正的缩小倍率中心被设定在偏离成像区中心的位置处，这样对于包括有非对称形状的传感器部分和光屏蔽膜开口的固态成像器件来说，使得阴影量相对于图像屏幕中心的距离变得均匀。
图1是本发明的固态成像器件的一示例性实施方式的成像区的基本结构图；图2示出了本发明的固态成像器件的一示例性实施方式的成像区的每一位置和相关感光性之间的关系曲线；图3示出了本发明的固态成像器件的另一示例性实施方式中的成像区的每一位置和相关感光性之间的关系曲线；图4是CMOS影像感应器基本结构的横截面图；图5是CMOS影像感应器中光屏蔽膜开口的一实例的相关部分的放大平面图；图6示出了图5所示的CMOS影像感应器中的成像区的每一位置与相关感光性之间的关系曲线；图7是CMOS影像感应器中光屏蔽膜开口的另一实例的相关部分的放大平面图；图8示出了图7所示的CMOS影像感应器中的成像区的每一位置与相关感光性之间的关系的曲线；图9是示出CCD影像感应器的基本结构的横截面图；图10是CCD影像感应器中成像区的基本结构图；图11是CCD影像感应器的进行出射光瞳矫正的边缘的横截面图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式进行说明。
本示例性实施方式的固态成像器件被构成为多个传感器部分被设置成矩阵形式并处于一成像区中，其中设有至少与各传感器部分对应的微小镜片，对所述微小镜片进行出射光瞳矫正的缩小倍率中心被设定在偏离成像区中心的位置处。将微小镜片的缩小倍率设计成相对于离开缩小倍率中心的距离保持不变，具体地说，可将微小镜片的排列间隔设计成在整个成像区域恒定，或者设计成相对于离开缩小倍率中心的距离是变化的，更具体地说，可将微小镜片的排列间隔设计成根据距离的变化而有所不同。当使微小镜片的缩小倍率随相对于离开缩小倍率中心的距离而变化时，它可以根据此距离连续地或者呈阶梯状变化。
换句话说，根据此示例性实施方式，根据像素位置(据此，传感器部分的位置)相对于离开成像区中心的距离，将微小镜片的偏移量设定为最佳偏移量。在此示例性实施方式中，若使传感器部分或光屏蔽膜的开口呈非对称形状则是有利的。值得注意的是，当包括对称形状的传感器部分或光屏蔽膜的开口时也是有利的。
图1示出了本发明一示例性实施方式。所示出的此示例性实施方式的固态成像器件41可应用于CMOS影像感应器中，并被构成为具有非对称形状的传感器部分23，其中左下角部分被最上层的配线层和与上面提到的图5所示的配线层相似的另一配线层倾斜地遮蔽。为了减小左下角部分被光遮蔽的部分(例如，图5中的部分32)上的入射光L1的阴影，必须使与成像区(像素区)的右上角位置(1)的像素对应的微小镜片的出射光瞳矫正量小于与成像区的右下角位置(4)和左上以及左下角位置(2)、(3)的像素对应的微小镜片的出射光瞳矫正量。
在本示例性实施方式中，如图1所示，对于微小镜片28通过使中心O与成像区42的光学中心相比位于成像区42的右上部处实现缩小倍率。更具体地说，传感器部分23的中心与微小镜片28的中心相一致的位置变为右上中心O。在这个实例中，在垂直方向和水平方向上的微小镜片28的排列间隔向着中心O减小相同的间距。
在此示例性实施方式中，如图1所示，对于成像区42，与位于左上角位置(2)、左下角位置(3)、以及右下角位置(4)的出射光瞳的矫正量相比，在右上角位置(1)处能够进行的出射光瞳矫正量很小。在此，例如，缩小倍率矫正的中心应该偏离多少可以根据对每一位置进行光学模拟之后的结果来确定。
在此，具体考虑的情况是，将具有对角线为5毫米、纵横比为3∶4的成像区的CMOS影像感应器与具有出射光瞳距离为6毫米、F值为2.8的光学系统的透镜相结合。假设光屏蔽膜的开口形状与上面提到的图5中的形状相同，光屏蔽膜处于离开传感器部分6微米的位置处。
当将传统的微小镜片的出射光瞳矫正在该系统中的位置(3)处为最优时，各个位置(1)、(2)、(3)和(4)处的感光性如图2中的虚线a所示。另一方面，当应用图1的示例性实施方式时，各个位置(1)、(2)、(3)和(4)处的感光性如图2中实线b所示。更具体地说，在成像区边缘的感光性几乎是一致的。此时，可在与成像区的中心横向偏离0.18毫米、纵向偏离0.14毫米的中心位置矫正缩小倍率。
现在将描述示例性实施方式的另一实例。假设CMOS影像感应器具有与上面提到的图7所示的非对称形状相似的非对称形状的传感器部分。在这种情况下，为了减小位于倾斜光遮蔽部分上(例如，图9中的部分32)的入射光L1的阴影，应使位于左下角位置(3)处的微小镜片的出射光瞳矫正量小于位于位置(1)、(2)、和(4)处的出射光瞳矫正量。然后，虽然图中未示出，可相对于比成像区的光学中心更靠左下的位置处的微小镜片的中心位置实现缩小倍率。更具体地说，传感器部分23与微小镜片的中心一致的位置为成像区的左下中心O。在这个实例中，在垂直方向和水平方向上的微小镜片的排列间隔向着中心O减小相等的间距。
在该示例性实施方式中，与位置(1)、(2)和(4)相比，在位置(3)处能够进行的出射光瞳的矫正量很小。同样，在这种情况下，缩小倍率矫正的中心应该偏离多少可以例如根据对每一位置进行光学模拟之后的结果来确定。
在此，与以上实例相似，假设此实例将具有对角线为5毫米、纵横比为3∶4的成像区的CMOS影像感应器与具有出射光瞳距离为6毫米、F值为2.8的光学系统的透镜结合。假设光屏蔽膜的开口形状与图7所示相同，光屏蔽膜处于离开传感器部分6微米的位置处。
当传统的微小镜片的出射光瞳矫正在该系统中的位置(3)处最优时，各个位置(1)、(2)、(3)和(4)处的感光性如图3中的虚线c所示。另一方面，当应用本示例性实施方式时，各个位置(1)、(2)、(3)和(4)处的感光性如图3中实线d所示。更具体地说，在成像区边缘的感光性几乎是一致的。此时，可在与成像区的中心横向偏离-0.26mm、纵向偏离-0.2mm的中心位置处矫正缩小倍率。
根据与上述示例性实施方式相关的固态成像器件，当矫正微小镜片的出射光瞳时，通过将矫正缩小倍率的中心设定在偏离成像区的光学中心的位置处，能使阴影量与相对于具有非对称形状的传感器部分或光屏蔽膜开口的固态成像器件的图像屏幕中心的距离相一致。因而可减小感光度的不均匀性以及改进其感光性。用这种方式，能够避免如在图像屏幕上的特定角处的暗度之类的不均匀的阴影性能(shading characteristic)。因此，可方便地采用在电气方面可提高位于图像屏幕边缘处的信号水平之类的阴影矫正。
微小镜片的形成通常可通过采用对感光树脂进行曝光、图像显影以及热回流的照相平版法实现。微小镜片的设置是在用于形成微小镜片图形的曝光期间确定的，这样能够通过事先准备一个与成像区光学中心偏离的中心位置的缩小倍率一道处理的掩模来实现本发明。
以上实例是针对应用于CMOS影像感应器的情况进行的解释，当然，本发明同样也可以应用于CCD影像感应器或其他影像感应器，本发明对应用本身没有限定。
根据本发明，通过安装对阴影改善的上述固态成像器件可以构成高品质的如摄像机、数码照相机及类似设备的成像照相机，或构成如移动电话、个人信息移动终端之类的高品质的移动设备。
对于本发明的固态成像器件，当矫正微小镜片的出射光瞳时，通过将缩小倍率矫正的中心处于偏离成像区光学中心的位置处可使阴影量与离开图像屏幕中心的距离相一致。因此，可以减小感光的不均匀性并改善其感光性。
本发明尤其适用于具有非对称形状的传感器部分或光屏蔽膜的开口的固态成像器件。
当将微小镜片的缩小倍率设计成相对于离开缩小倍率中心的距离保持不变时，制造过程将更加容易。当将微小镜片的缩小倍率设计成相对于离开缩小倍率中心的距离发生变化时，出射光瞳矫正将变得更好。
当微小镜片的缩小倍率也被设计成相对于离开缩小倍率的中心的距离连续地或呈阶梯状地变化时，出射光瞳的矫正将更好。
以上已经参照附图对本发明的优选实施方式进行了描述，应该理解本发明并不限于这些特定的实施方式，在不超出由本发明权利要求书所限定的构思和保护范围的前提下，本领域技术人员可以对本发明作出各种改变和改型。
权利要求
1.一种固态成像器件，包括与一成像区中的每个传感器部分相对应的多个微小镜片；其中，对所述多个微小镜片进行出射光瞳矫正的缩小倍率中心被设定在偏离所述成像区中心的位置处。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述传感器部分的一表面或一光屏蔽膜的一开口为非对称形状。
3.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述多个微小镜片的所述缩小倍率相对于离开所述缩小倍率中心的距离保持不变或发生改变。
4.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述多个微小镜片的所述缩小倍率相对于离开所述缩小倍率中心的距离呈连续变化或阶梯状变化。
全文摘要
本发明公开了一种改善成像区边缘的感光性恶化(遮蔽)的固态成像器件，其包括与成像区(42)中的每一传感器部分(23)相应的微小镜片(28)，并且对微小镜片(28)进行出射光瞳矫正的缩小倍率中心被设定在偏离成像区(42)中心的位置(O)处。
文档编号H04N5/369GK1551364SQ200410063119
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月3日
发明者名取太知 申请人:索尼株式会社