固态图像传感器件的制作方法

专利名称：固态图像传感器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如是CMOS图像传感器的固态图像传感器件，在该固态 图像传感器件上以矩阵方式布置多个像素，更具体地涉及使用共享型像素 的固态图像传感器件，在该固态图像传感器件中，多个像素共享用于像素 数据读取的晶体管等的一部分。
背景技术：
摄像机或数码相机使用CCD或CMOS固态图像传感器件。在这种固 态图像传感器件中，以矩阵方式布置每一个都例如具有光电二极管的多个 像素作为光接收单元，并且通过光电二极管将进入每一个像素中的入射光 转换为电子以生成电荷信号。所生成的电荷信号被经由信号线输出到外 部。
图1示出以这种矩阵所布置的像素和现有技术的用于读取像素数据的 读取电路。图1示出CMOS图像传感器的示例，该CMOS图像传感器是 有源光电传感器(APS)，其包括与像素相对应的光电二极管和用于像素 数据读取的四个晶体管。
在图1中，光电二极管(PD) 101所接收的光被转换为电子并通过传 输门晶体管(TG-Tr) 102被传输至浮动扩散层(FD) 。 FD将从PD 101 传输的电荷信号转换为电压。电压被输入到源跟随器晶体管(SF-Tr) 103 并且驱动能力被放大。然后，电压被经由选择晶体管(SL-Tr) 104输出到 外部以用于选择一行。FD的电压可以通过复位晶体管(RS-Tr) 105而被 复位。
如图1所示，在包括为光电二极管所设置的用于数据读取的四个晶体 管APS中，使用共享型像素，出于器件最小化、按比例縮小和低成本的目 的，该共享型像素中的用于数据读取的晶体管等的至少一部分被多个像素共享。图2示出这种共享型像素中的现有技术晶体管共享方法。在图2
中，尽管分别为四个光电二极管(PD1 PD4)中的每一个设置了传输门 晶体管TG-Tr，但是复位晶体管、源跟随器晶体管和选择晶体管这另外三 个晶体管是共享的。图2所示的这种共享型像素例如是通过在硅衬底上布 置光电二极管层和晶体管而形成的，在这种共享型像素中，与为每一个像 素都设置所有用于数据读取的晶体管的情况相比，难以在衬底上将它们以 完全相等的间隔(中心节距)布置在像素之间，尤其是作为光接收单元的 光电二极管之间。尽管图2所示的电路对应于作为固态图像传感器件的现 有技术的专利文献1的图4，并且在图4中也清楚光接收区之间的间隔不 是完全相同的，但是至少一些光接收区之间的间隔是更短的。
为了改善与图像传感器中的每一个像素相对应的光接收器件的光接收 效率， 一般在光电二极管的表面上设置片上微透镜(在下文中省略为"微 透镜")。 一般而言，与为每一个像素都设置所有用于数据读取的晶体管 的情况一样，微透镜之间的所有间隔(中心节距)相同。
在微透镜之间的所有间隔相同并且对应于像素的光接收器件(例如光 电二极管)之间的间隔不同的情况下，存在光接收灵敏度根据像素而不同 的问题，其中，在光电二极管的光接收区的中心位置与微透镜的中心位置 之间例如出现偏离。
例如，如果如图2所示的电路中，在PD2的布置区和PD3的布置区 之间布置三个晶体管，则存在这样的问题由于这三个布置区横向(即， 水平方向)连接，因此由于像素之间的灵敏度的差异而在画面上出现周期 性条带(stripe)。
作为这种固态图像传感器件等的现有技术的专利文献2公开了一种方 法，该方法通过在画面的周边将微透镜和滤色镜的中心位置偏离光接收单 元的中心位置来减少阴影量的方法，从而防止画面周边的入射光的倾斜方 向所引起的色彩阴影，特别是防止固态图像传感器件的中心和周边之间的 RGB的色彩失衡，该固态图像传感器件在微透镜和光接收单元之间设有滤 色镜。
类似的专利文献3公开了形成微透镜的方法，该方法中存在设计约束和较小的形成难度并且该方法中可以有效地防止周边的光接收器件所接收 的光量减少。
但是，无法解决在使用共享型像素的图像传感器中(其中微透镜之间 的间隔不是完全一致的)，作为光接收单元的光电二极管的中心位置(间 隔几乎是完全一致的)偏离微透镜的中心位置并且作为图像传感器的输出 的质量恶化的问题。
专利文献1:日本专利申请第2001-298177号，"固态图像传感器件 禾口图{象ft感系纟充 (Solid State Image Sensing Device and Image Sensing System)"
专利文献2:日本专利申请第2001-160973号，"固态图像传感器件 禾口电子相丰几(Solid State Image Sensing Device and Electronic Camera)"
专利文献3:日本专利申请第2004-296590号，"图像传感器件中的 微透镜形成方法(Micro-lens Forming Method in Image Sensing Device)"
考虑到上述问题，本发明的一个目的在于通过根据光接收器件(例如 光电二极管)之间的间隔(中心节距)的周期性改变来周期性地改变微透 镜的中心节距，从而改善从图像传感器输出的图像的质量。

发明内容
在本发明的固态图像传感器件中，多个像素被以矩阵方式布置在二维 平面上，并且用于从多个像素中的每个光接收器件的像素数据读取的晶体 管等被共享。
所述固态图像传感器件包括多个光接收器件和多个微透镜，所述多个
光接收器件被以这样的方式布置中心间隔在列方向上和/或在行方向上周 期性地改变，所述多个微透镜根据光接收器件的中心间隔的周期性改变而 周期性地改变。
在本发明的优选实施例中，光接收器件的每一个在所述二维平面上的 中心位置和布置在平行于所述二维平面的平面上的多个微透镜的每一个的 中心位置也可以是二维匹配的。可替换地，微透镜的中心间隔的周期性值 可以是相应布置的光接收器件的中心间隔的周期性值的常数倍，所述微透镜从与拍摄画面的中心相对应的位置起被布置在列方向的左右和行方向的 上下。
如上所述，根据本发明，对应于光接收器件的中心间隔的改变，例如 与光接收器件的中心位置二维地匹配的微透镜的中心间隔将会根据光接收 器件的中心间隔的周期性改变而周期性地改变。
根据本发明，通过根据使用共享型像素的图像传感器(其中，多个像 素共享晶体管等)中的光接收器件的中心间隔的周期性改变也周期性地改 变微透镜的中心间隔，可以消除每个像素的灵敏度差异，从而实现图像传 感器的质量改善。


图1是现有技术的CMOS图像传感器中的像素数据读取电路。 图2是现有技术的共享型像素的电路图，该共享型像素在多个像素中 共享用于像素数据读取的晶体管的一部分。
图3理论上说明了光电二极管和微透镜的中心节距的周期性改变。 图4说明了第一优选实施例中的微透镜的布置方法。 图5说明了第一优选实施例中的光电二极管和每个晶体管的布置。 图6是与图5所示的布置相对应的光电二极管和数据读取电路的电路图。
图7说明了第二优选实施例中的微透镜的布置方法。
图8说明了第二优选实施例中的光电二极管和每个晶体管的布置。
图9说明了第三优选实施例中的微透镜的布置方法。
图IO说明了第三优选实施例中的光电二极管和每个晶体管的布置。
图ll说明了第四优选实施例中的微透镜的布置方法。
图12说明了第四优选实施例中的光电二极管和每个晶体管的布置。
图13说明了第五优选实施例中的微透镜的布置方法。
图14说明了第五优选实施例中的光电二极管和每个晶体管的布置。
图15示出了光电二极管在像素平面上的整个布置。
图16示出了微透镜在像素平面上的整个布置。图n说明了像素平面上的光电二极管布置区的尺寸。
图18说明了像素平面上的微透镜布置区的尺寸。 图19是像素平面的中心周围的固态图像传感器件的横截面视图。 图20说明了像素平面的左下角中的光电二极管和微透镜的中心位置 之间的偏离。
图21说明了像素平面的中心周围的光电二极管和微透镜的布置尺寸。
图22说明了像素平面周边的固态图像传感器件的横截面视图。
具体实施例方式
图3理论上说明了该优选实施例的固态图像传感器件内的微透镜的布 置方法。在本发明的前半段描述中，目标是描述由多个像素来共享用于读 取像素数据等的晶体管的共享型像素，并且该描述基于利用微透镜的中心 位置(例如，与每个光接收器件一一相关地设置的微透镜的中心位置)在 每个像素中对光电二极管的匹配和布置。
图3是理论示例。在该示例中，在以列和行布置了多个像素的像素平 面上，针对在每一行方向上作为单位的每四个连续像素，以这样的方式来 布置光电二极管和微透镜周期性地改变光电二极管和微透镜的每个中心 节距。
在图3中，每一行方向上的四个微透镜ln li4中的微透镜对应于四
个晶体管共享像素，并且这四个微透镜的中心(2 214)之间的相互间隔 相比较短，但是，在与对应于上面三个微透镜(图3中未示出)的像素共 享晶体管的方式下，微透镜1()4和1h的中心2()4和2n之间的间隔相比较 长。
也就是说，在图3中，微透镜的中心节距根据像素平面上每行中作为 单位的每四个连续像素的连续微透镜的编号(No.)而周期性改变。因 此，即使在光电二极管的中心节距由于晶体管的共享而改变时，通过根据 所述改变来改变微透镜的中心节距，像素之间的灵敏度也可以是一致的。
下面描述该优选实施例中的微透镜布置方法的一些详细示例来作为优选实施例。图4 6说明了第一优选实施例。图4说明了第一优选实施例
中的微透镜布置方法。在图4中，如实线矩形所示，以这种方式来布置微
透镜与图3所示的理论布置一样，微透镜的中心节距根据像素平面上作 为单位的每四个连续像素而改变。
图5以每四个像素作为单位说明了用于像素数据读取的微透镜、光电 二极管和晶体管的布置。图6是与所述布置相对应的光电二极管和晶体管 的连接电路图。参考图5和图6来描述与图4所示微透镜的布置的关系。 在图6中，尽管对应于SF-Tr 14,的电源电压VR1和复位电压VR2是不同 的，但是VR1和VR2理论上也可以是相同的。
在图5中，从相应PD传输电荷信号的两个传输门晶体管(TG-Tr) 12 和1212被布置在对应于微透镜(ML) 10 的光电二极管(PD) 11 和 对应于ML10^的PD11^之间，并且传输电荷的浮动扩散层(FD) 16 也 被布置于此之间。
然后，用于驱动能力放大的源跟随器晶体管(SF-Tr) 14i和用于行选 择的晶体管(SL-Tr) 15i被布置在对应于ML1012的PD11。和对应于 ML10!3的PDlln之间。在图6中，该区域对应于布线线路(wiring line)
(1)。在图5中，尽管对于用于行选择的晶体管，仅为四个像素设置SL-Trl5p但是为每个像素布置TG-Tr。通过在复位PD时同时开启TG-Tr和 SL-Tr，或者通过在读取时、当将电荷信号从PD传输至FD时仅开启TG-Tr, 可以从四行中正确地选择一行。
两个TG-Trl2u和1214以及FD16^被布置在对应于ML10u的PD1113 和对应于ML10w的PDlli4之间，与PDlln和1112之间一样。
此外，复位晶体管(RS-Tr) 13i被布置在对应于ML10m的PD11m和 对应于下一单位的四个像素的一部分的ML10^的PD11^之间。在图6 中，该区域对应于布线线路(2)。在这种方式下，在第一优选实施例 中，以这样的方式来布置微透镜与形成一个周期单位的四个像素相对应 的四个微透镜中的第二和第三微透镜之间的相互间隔可以变得长于其他微 透镜之间的相互间隔。该第一优选实施例对应于本申请的权利要求8中所 要求的光电二极管和微透镜的布置。图7和图8说明了第二优选实施例。在第二优选实施例中，如在第一 优选实施例中一样，微透镜的中心节距(即，间隔)也根据作为一个单位 的每四个微透镜而周期性地改变，但是，四个像素所共享的晶体管的布置
部分地不同。在图7中，就如图3中一样，每行中的四个连续微透镜之间
的中心节距(即，间隔)相比较短，但是与作为单位的四个连续像素的最 后末端和顶部末端这两者相对应的微透镜之间的间隔相比较长。
在图8中，尽管传输门晶体管TG-Tr和浮动扩散层(FD)的布置与第 一实施例的布置相同，但是复位晶体管(例如，13。、源跟随器晶体管 14i和选择晶体管15,被布置在当前四个连续像素和接下来的四个连续像素 之间的区域中，例如对应于ML10m的PDllw和对应于ML10^的PD1121 之间的区域中。因此，仅这些ML之间的间隔长于其他ML之间的间隔。
尽管第二优选实施例中的布置对应于本说明书中的权利要求9的布
置，但是在权利要求9中，例如对应于光电二极管11n ll22的四个像素
是形成一个周期的四个像素。
图9和图10说明了第三优选实施例。在第三优选实施例中，每行像 素中作为单位的每八个连续像素共享晶体管等。结果，仅对应于当前八个 连续像素的微透镜的末端和对应于接下来的八个连续像素的微透镜的顶端 之间的间隔长于其他微透镜之间的间隔。
在图10中，与用于第二优选实施例的图8中一样，三个晶体管 (即，RS-Trl3t、 SF-Trl+和SL-Trl5》被布置在与多个像素的每一连续 单位的末端处的每个像素相对应的PD (例如PDlhs和1121)之间。与图 8中一样，对应于相应PD的TG-Trl2u和1212以及浮动扩散层16 被布置 在其他PD (例如PDlln和1112)之间。
图11和图12说明了第四优选实施例。在第四优选实施例中，如图11 所示，以这样的方式来布置微透镜微透镜之间的间隔可以根据像素平面 上每行中作为单位的每两个像素而改变。
在图12中，与分别用于第二和第三优选实施例的图8和图10中一 样，三个晶体管(例如，RS-Trl3p SF-Trl4!和SL-Trl5》被布置在与每 两个连续像素的单元末端处的每个像素相对应的PD之间。与图8和图10中一样，两个TG-Trl2n和1212以及FD16 被布置在对应于两个连续像素 的光电二极管(例如，PDllu和lU之间。
图13和图14说明了第五优选实施例。在第五优选实施例中，图13的 细实线所围住的微透镜被以这样的方式布置微透镜之间在垂直方向和水 平方向上的间隔可以根据作为垂直方向上的两个像素(即，行方向的两个 像素)和水平方向上的两个像素(即，列方向的两个像素)的单位的每四 个像素而周期性地改变。
图14说明了第五优选实施例中用于像素数据读取的微透镜、光电二 极管和晶体管的布置。在图14中，描述了对应于四个像素的微透镜(例 如ML10u ML10w)的布置。分别与ML10u ML10!4这四个ML相对应 的PDllu PDllw所共享的浮动扩散层FD16i被布置在与这四个像素相对 应的区域中心，并且TG-Trl2u 12w这四个TG被布置在FD16,和每个 PD之间。
在图14中，三个晶体管RS-Trl3,、 SF-Trl4i和SL-Trl5！被布置在图 14的PDll^和PDllw之间。因此，如图13所示，在与四个像素相对应的 微透镜中，水平方向上的两个微透镜之间的间隔较长，并且垂直方向上的 两个微透镜之间的间隔相比较短。并且，与对应于垂直和水平方向上的相 邻四个像素单位的微透镜的每个末端像素相对应的微透镜之间的间隔是最 短的。
在上述优选实施例中，当两个微透镜在垂直和水平方向上彼此接触 时，微透镜之间的间隔(即，中心节距)是最短的。但是，如果两个微透 镜之间必须有某个最小间隔，则也可以以确保最小间隔的方式来布置微透 镜。
作为详细的布置示例，上面描述了第一至第五优选实施例。尽管在这 些优选实施例的描述中，与每个像素相对应的光电二极管的中心位置和微 透镜的中心位置基本匹配，但是在优选实施例的后半段描述中，与每个像 素相对应的光电二极管的中心位置和微透镜的中心位置是偏离的并且被布 置。
这是因为如果与每个像素相对应的光电二极管的中心位置和微透镜的中心位置基本匹配，则由于入射光一般被倾斜地应用于像素平面上远离像 素平面中心的像素，使得光电二极管的中心位置和微透镜的中心位置偏 离，因此像素平面周边的像素的光收集效率恶化。
图15示出了光电二极管在整个像素平面上的布置。在该优选实施例 中，为了使在像素平面周边微透镜的中心位置偏离光电二极管的中心位 置，布置区(尺寸)略小于与所有像素相对应的光电二极管的布置区。因 此，光电二极管和微透镜被以这样的方式布置尽管在像素平面的中心光 电二极管的中心位置和微透镜的中心位置几乎相同，但是随着远离中心较 小的尺寸差异被累积，并且在像素屏幕的外围处微透镜的中心位置与光电 二极管的中心位置的之间的偏离最大。
在图15所示的光电二极管布置区中，假设布置每个光电二极管所需 要的边长被根据作为单位的每四个像素而平均，所述单位在垂直和水平方
向上包括3.0/mi的长间隔。如果像素平面上的列和行的相应数目分别是 1280和1024，则对于整个像素平面布置光电二极管所需要的水平和垂直 方向上的相应边长分别是3840/mi和3072/xm。尽管在图15中，光电二极 管仅被布置在中心、右上角和左下角，但实际上光电二极管被布置在像素 平面各处。
在图16中，如果每个微透镜布置区的水平和垂直方向上的边长是光 电二极管区的边长的99.95%,则布置所有微透镜所需要的水平和垂直方向 上的相应长度分别变为3838.08Atm和3070.464/mi，这略小于图15中所示 的光电二极管布置区，尽管单位是Mm。因此，通过在像素平面的中心处 将光电二极管的相应中心位置与微透镜的中心位置相匹配，微透镜的中心 位置和光电二极管的中心位置在像素平面周边中可以被偏离。
图17和图18示出了光电二极管布置区和微透镜布置区之间的差异。 图17示出了光电二极管的布置。图17示出了在光电二极管之间的间隔 (即，中心节距)根据例如用于第二优选实施例的图7中的每一行方向上 作为单位的每四个连续像素而周期性地改变的情况下，光电二极管布置区 的尺寸。图17中的尺寸范围例如包括与图8所示的ML10^ ML1024相对 应的四个PD的布置区和与邻近这四个像素的四个像素单位之一所对应的ML10m和ML10^之间的矩形区。
也就是说，图8示出了与ML102i ML1024相对应椭圆的短直径和 ML10m和ML1(^之间的矩形区的高度分别是2.8^m和0.8/mi。于是，每 个PD被以这样的方式布置其中心可以与在其所布置处的水平上为 3.0/mi和垂直上为2.8/mi的矩形区的中心重合。作为经过该PD的中心的 线段的截面A-A'被参考图19来描述。
图18示出了微透镜布置区。图18示出了与图17相关的每一列方向上 的四个连续微透镜的布置区的尺寸。尽管在图18中，例如1/mi的长度短 于图17中所示的1/mi的长度，但是这没有特殊意义。 一个微透镜的布置 区的尺寸分别是图17所示光电二极管的布置区的水平和垂直尺寸的 99.95%，其在水平方向上是2.9985/mi并且在垂直方向上是2.7986|tmi。这 个微透镜布置区和接下来的四个连续微透镜的布置区之间的矩形的高度是 0.7996/mi，这是图17所示的0.8/mi的相应高度的99.95%。当然，作为微 透镜的基底的椭圆的长直径和短直径的尺寸实际上小于这些值。
图19是固态图像传感器件的横截面视图，其对应于分别经过图17和 图18所示的光电二极管的中心和微透镜的中心的线段A-A'。图19示出了 在这样的情况下的横截面该横截面接近像素平面的中心并且微透镜的中 心位置和光电二极管的中心位置几乎不偏离。
在图19中，滤色镜20和21被设置在每个微透镜10之下，并且进一 步在其之下设置光电二极管，即，n型光电二极管层25被以这样的方式设 置其中心可以几乎与微透镜的中心重合。
滤色镜对应于R、 G和B中的任何一种色彩。例如，在对应于特定位 置的像素的滤色镜R的情况下，该像素本身的数据被用作该位置的R数 据，这与该优选实施例没有直接关系。例如，对于G数据，利用在该位置 周围具有滤色镜G的像素(一般是多个像素)的G数据、通过平均或内插 来计算与具有滤色镜R的像素相对应的G数据。由于图19所示的每个布 线层、通孔(VIA)等与该优选实施例没有直接关系，因此省略其描述。 在图19中，第一和第二布线层并不二维地覆盖n型光电二极管层25的表 面。例如，参考图3所描述的光电二极管的中心与n型光电二极管层25的表面中心重合。但是，如果这种布线层等覆盖表面的一部分，则其与其除 去覆盖范围的开口的中心重合。
图20说明了当光电二极管和微透镜分别被如图17和图18所述地布置
时，在像素平面的最外部周边中所引起的、光电二极管和微透镜的中心位
置之间的偏离。尽管在图20中，该偏离在像素平面的四个拐角中变得最 大，但是下面描述画面左下角中的偏离。
参考图21来仅以描述图20所示的光电二极管和微透镜的中心位置之 间的偏离。图21示出了在像素平面(画面)中心而不是拐角的周围的光 电二极管和微透镜的布置尺寸。图21示出了在左下方向上从画面中心起 的第一个像素的光电二极管和微透镜的相应中心位置。
由于如上参考图17所述， 一个像素的布置区的水平尺寸是3.0/mi，因 此在水平方向上，左侧的光电二极管的中心位置是1.5/mi，这是其离开画 面中心的一半。在垂直方向上，其离开画面中心是1.8/mi，这是通过将像 素的垂直尺寸2.8/mi的一半与作为图5所示的SL-Trl+和SL-Trl5,的布置 区的矩形的高度0.8/mi的一半相加而获得的。
在右侧的微透镜的布置中，在左下方向上从画面中心起的第一个像素 的微透镜的中心位置是光电二极管的中心离画面中心位置的距离的 99.95%，即，离开画面中心分别为垂直方向上1.49925/mi且水平方向上 1.7991/mi。
回到图20，首先，描述了最左下角的像素(即，图20所述的L。的 光电二极管和微透镜之间的中心位置的偏离。如参考图15和图16所述， 像素平面的水平方向上的像素数是1280。当前的目标像素是左方向上从像 素平面的中心起的第640个像素。因此，因为像素的水平尺寸是3.0/mi， 所以可以通过将通过从像素数640中减去1/2所获得的像素数乘以3.0/mi 来计算光电二极管的中心位置。可以如下计算该光电二极管的中心和微透 镜的中心之间的水平距离。
3.0 X (1280/2—0.5) X (1 —0.9995) = 0.95925(jcmi)
由于像素平面的垂直方向上的像素数是1024，因此垂直方向上的目标 像素是从画面中心起的第512个像素。为了计算该像素的光电二极管的中心位置(垂直方向)，考虑画面中心与多个周期中使用包括目标像素在内 的四个像素作为单位的前一周期之间(即，从画面中心直至第508个像素
的使用四个像素作为单位的区域)的距离，即，直到紧接在第509个像素
的布置区之前的距离。该距离可以通过下述方式获得将紧接在第509个
像素的布置区之前的像素数508除以作为周期单位的4、将结果乘以四个 像素的布置区(包括作为例如图5所示的SF-Trl4i和SL-Trl5,的布置区的 矩形)的垂直尺寸12/mi、并且将结果与图21所述的水平朝向画面中心的 矩形高度。结果，可以通过将乘以3.5个像素的垂直尺寸2.8/mi所获得的 乘积与该结果相加来获得与目标像素相对应的光电二极管离画面中心的距 离。因此，可以如下获得光电二极管和微透镜之间的中心位置上的水平偏 离。
{(508/4 X 12)+0.8/2+(3.5 X 2.8)} X (1 _0.9995) = 0.7671(拜)
于是，可以如下计算与作为从图20的画面的左下角起右侧方向上的 第二个和上侧方向上的第五个(即，水平方向上的像素编号第639和垂直 方向上的像素编号第508)的像素相对应的光电二极管和微透镜之间的中 心位置的偏离，即，与图20所示的L2相对应的水平方向因子。
3.0 X {(1280/2—1.5)} X (1 —0.9995)=0.95775(/mi)
同样，可以如下计算垂直因子。
{(504/4 X 12)+0.8/2 + (3.5 X 2.8)} X (1 — 0.9995) = 0.761 l(拜)
在这种情况下，关于水平方向，该像素是从画面的左端起的第二个的 事实在式中被考虑为"1.5"，并且垂直方向是基于直至从画面中心起第 504个像素的存储区(包括SF-Tr和SL-Tr的布置区)的距离来计算的。
在图20中，尽管可以根据毕达哥拉斯定理来计算作为实际偏离的" 和L2中的每一个的长度，但是L2必然略小于L1Q因此，像素离像素平面 的中心越远，则与该像素相对应的微透镜和光电二极管之间的中心位置的 偏离变得越大。因此，与尽管在像素平面的中心周围、光几乎垂直地进入 像素平面，但其在像素平面的周边中倾斜地进入像素平面的一般倾向相比 相比，可以通过微透镜来改善入射光的光收集效率。
图22是图20中接近画面的左下角的线段B-B'处的固态图像传感器件的横截面视图。图22示出与从画面的左下角起在右侧为第二个并且在上 侧为第五个的像素相对应的微透镜和光电二极管之间的中心位置的垂直偏
离是0.7611/mi。如上所述，该偏离量随着像素从画面中心远离而增大。用 于上述计算的像素尺寸是例如在CMOS图像传感器中适用的一种尺寸。尽 管上面已经详细了本发明的优选实施例，但是本发明不限于这些实施例， 如"权利要求书"所描述的，也可以有两外的各种优选实施例。
例如，作为光电二极管或微透镜中心节距的周期性改变的单位的像素 数不限于上面的像素数。任意的数目可以用作垂直和水平方向上的像素 数，并且像素节距的周期性改变的单位使用垂直和水平方向上的像素数。
尽管在上述描述中，微透镜的基底的形状是椭圆，但是其对应于参考 图3所述、通过在垂直方向上根据光电二极管的中心间隔来按压中心间隔 一致的光电二极管的基底所获得的形状。在固态图像传感器件的制造过程 中，微透镜的基底形状当然可以是圆的。
尽管在上述描述中，CMOS图像传感器被用作图像传感器件，但是也 可以使用MOS图像传感器件、结型FET图像传感器件、使用双极型晶体 管的传感器件、CCD等，只要诸如光电二极管等的光接收器件和诸如晶体 管等的器件被周期性地布置在其中的多个像素上。
权利要求
1.一种固态图像传感器件，其中，许多像素被以矩阵方式布置在二维平面上，并且晶体管被共享以从多个像素的每一个像素中的光接收器件读取像素数据，所述固态图像传感器件包括多个光接收器件，所述多个光接收器件被以这样的方式布置中心间隔在列方向上和/或在行方向上可以周期性地改变；以及多个微透镜，所述多个微透镜用于收集所述多个光接收器件的每一个的入射光，并且所述多个微透镜的中心间隔根据光接收器件的中心间隔的周期性改变而周期性地改变。
2. 如权利要求1所述的固态图像传感器件，其中所述二维平面上的光接收器件的每一个的中心位置和布置在平行于所 述二维平面的平面上的所述多个微透镜的每一个的中心位置是二维匹配 的。
3. 如权利要求2所述的固态图像传感器件，其中所述光接收器件是光电二极管，并且 所述光接收器件的中心与形成所述光电二极管的扩散层的表面的中心 重合。
4. 如权利要求2所述的固态图像传感器件，其中 所述光接收器件是光电二极管，并且所述光接收器件的中心与形成所述光电二极管的扩散层除去被布线层 所覆盖的范围的开口的中心重合。
5. 如权利要求1所述的固态图像传感器件，其中微透镜的中心间隔的周期性值是相应布置的光接收器件的中心间隔的 周期性值的常数倍，所述微透镜从与画面中心相对应的位置起被布置在像 素平面的列方向的左右和行方向的上下，其中所述固态图像传感器件在所 述画面上传感图像。
6. 如权利要求5所述的固态图像传感器件，其中 所述常数倍的值小于l。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的固态图像传感器件，其中 所述光接收器件和微透镜每个的中心间隔根据行方向上每连续四个的周期而改变。
8. 如权利要求7所述的固态图像传感器件，其中 行方向上的所述连续四个像素中的每一个像素包括 所述光接收器件；以及用于传输从所述光接收器件输出的电荷信号的第一晶体管， 其中所述连续四个像素中的连续两个像素每个共享用于将电荷信号转换为 电压的信号电压转换单元，所述电荷信号是从所述光接收器件输出的并且 通过所述第一晶体管来传输，所述连续四个像素共享信号电压读取单元，所述信号电压读取单元包 括能够复位所述信号电压转换单元的电压的第二晶体管、用于使用所述信 号电压转换单元的电压作为输入来输出电压的第三晶体管和用于选择像素 所属的行的第四晶体管，所述光接收器件/所述信号电压转换单元和两个所述第一晶体管/所述 光接收器件/所述第三晶体管和所述第四晶体管/所述光接收器件/所述信号 电压转换单元和两个所述第一晶体管/所述光接收器件/所述第二晶体管被 以该顺序布置，并且之间插入有所述第三晶体管和所述第四晶体管的两个 光接收器件之间的中心间隔和对应于这两个光接收器件的微透镜之间的中 心间隔较大。
9. 如权利要求7所述固态图像传感器件，其中 行方向上的所述连续四个像素中的每一个像素包括 所述光接收器件；以及用于传输从所述光接收器件输出的电荷信号的第一晶体管， 其中所述连续四个像素中的连续两个像素每个共享用于将电荷信号转换为 电压的信号电压转换单元，所述电荷信号是从所述光接收器件输出的并且 通过所述第一晶体管来传输，所述连续四个像素共享信号电压读取单元，所述信号电压读取单元包 括能够复位所述信号电压转换单元的电压的第二晶体管、用于放大所述电 压信号转换单元输出的电压的第三晶体管和用于选择像素所属的列的第四 晶体管，所述光接收器件/所述信号电压转换单元和两个所述第一晶体管/所述 光接收器件/所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管/所述光 接收器件/所述信号电压转换单元和两个所述第一晶体管/所述光接收器件 被以该顺序布置，并且之间插入有所述第二晶体管、所述第三晶体管和所 述第四晶体管的两个光接收器件之间的中心间隔和对应于这两个光接收器 件的微透镜之间的中心间隔较大。
10. 如权利要求1所述的固态图像传感器件，其中 所述多个微透镜的基底的尺寸相同。
11. 如权利要求io所述的固态图像传感器件，其中所述微透镜的基底的形状是椭圆。
12. 如权利要求1所述的固态图像传感器件，其中 在所述微透镜和所述光接收器件之间设置滤色镜。
全文摘要
本发明公开了一种固态图像传感器件，其中，许多像素被以矩阵方式布置在二维平面上，该固态图像传感器件包括多个光接收器件和多个微透镜，所述多个光接收器件被以这样的方式布置中心间隔在列方向上和/或在行方向上可以周期性地改变，所述多个微透镜用于收集每个光接收器件的入射光，其中，中心间隔根据光接收器件的中心间隔的周期性改变而周期性地改变。
文档编号H04N5/365GK101315941SQ20081011060
公开日2008年12月3日 申请日期2008年6月2日 优先权日2007年5月31日
发明者井上忠夫, 大工博 申请人:富士通株式会社