CN102214668B - 固态图像传感器和成像系统 - Google Patents

固态图像传感器和成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102214668B
CN102214668B CN201110079810.7A CN201110079810A CN102214668B CN 102214668 B CN102214668 B CN 102214668B CN 201110079810 A CN201110079810 A CN 201110079810A CN 102214668 B CN102214668 B CN 102214668B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric film
image sensor
state image
refractive index
solid state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110079810.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102214668A (zh
Inventor
泽山忠志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN102214668A publication Critical patent/CN102214668A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102214668B publication Critical patent/CN102214668B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了固态图像传感器和成像系统，包括光电转换元件的固态图像传感器包括：第一绝缘膜，第一绝缘膜布置在半导体基板上并且具有布置在相应元件上的开口；绝缘体部分，所述绝缘体部分具有高于第一绝缘膜的折射率的折射率并且布置在相应开口内；第二绝缘膜，第二绝缘膜布置在所述绝缘体部分的上表面和第一绝缘膜的上表面上；和第三绝缘膜，第三绝缘膜具有低于第二绝缘膜的折射率的折射率，并且被与第二绝缘膜的上表面接触地布置，其中令λ是入射光的波长，n是第二绝缘膜的折射率，并且t是第二绝缘膜在第一绝缘膜的上表面上的区域的至少一部分中的厚度，满足关系t＜λ/n。

Description

固态图像传感器和成像系统
技术领域
本发明涉及固态图像传感器和具有该固态图像传感器的成像系统，并且尤其涉及固态图像传感器的像素结构。
背景技术
随着用于成像系统(诸如数字照相机和摄像机)的固态图像传感器正在获得更小的尺寸和更多的像素，像素尺寸迅速缩小。更小的像素尺寸导致了像素中的光电转换元件的光接收部分的更小的面积，降低了光电转换元件的灵敏性。为了抑制光电转换元件的灵敏性的降低，在像素的光入射表面上形成片上微透镜的技术已被实际使用。近来，在某些布置中，在微透镜和光电转换元件之间形成光波导以便使用光的全反射来收集光。日本专利特开No.2007-201091公开了一种结构，其中通过以高折射率材料填充在平坦化层中形成的通孔41，并且以高折射率材料覆盖平坦化层的上表面来形成光波导。
然而，在日本专利特开No.2007-201091中公开的结构中，光在被相邻光波导之间的平坦化层上布置的高折射率材料层的上表面和下表面反射的同时传播。结果，光可进入光波导，并且进一步进入光电转换元件。这可能引起颜色混合或噪声分量。
发明内容
本发明提供了一种对于减少诸如颜色混合的噪声有利的技术。
本发明的第一方面提供了一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括包含多个光电转换元件的半导体基板，该传感器包括第一绝缘膜，第一绝缘膜布置在半导体基板上并且具有多个开口，所述多个开口中的每一个布置在所述多个光电转换元件中的一个光电转换元件上；多个绝缘体部分，所述多个绝缘体部分具有高于第一绝缘膜的折射率的折射率，所述多个绝缘体部分中的每一个布置在所述多个开口中的一个开口中；第二绝缘膜，该第二绝缘膜布置在所述多个绝缘体部分的上表面和第一绝缘膜的上表面上；和第三绝缘膜，第三绝缘膜具有低于第二绝缘膜的折射率的折射率，并且被布置为与第二绝缘膜的上表面接触，其中令λ是进入所述多个绝缘体部分的光的波长，n是第二绝缘膜的折射率，并且t是在第一绝缘膜的上表面上的区域的至少一部分中的第二绝缘膜的厚度，则满足关系t＜λ/n。
本发明的第二方面提供了一种成像系统，包括如本发明的第一方面定义的固态图像传感器，以及处理由该固态图像传感器获得的信号的信号处理单元。
参考附图，从对示例实施例的下列描述中，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示例说明根据第一实施例的固态图像传感器的结构的截面图；
图2A到2D分别是示例说明制造图1的固态图像传感器的步骤的截面图；
图3是示出了一种固态图像传感器的结构的截面图，该固态图像传感器是相对于根据图1中的实施例的固态图像传感器的比较例；
图4A是示例说明根据第一到第三实施例中的一个的固态图像传感器中的像素P的电路布置的电路图；
图4B是示例说明应用根据第一到第三实施例中的一个的固态图像传感器的成像系统的配置的框图；
图5是示例说明根据第二实施例的固态图像传感器的结构的截面图；和
图6是示例说明根据第三实施例的固态图像传感器的结构的截面图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的优选实施例。
<第一实施例>
公开了形成光波导的技术的对比文献为日本专利特开No.2003-224249和2006-049825。日本专利特开No.2003-224249公开了通过使得波导渐缩以便加宽在其上部部分处的开口来增加光收集效率的结构。日本专利特开No.2006-049825公开了其中进一步在光波导上形成透镜以便将光会聚在光波导上的结构。
然而，在日本专利特开No.2003-224249的结构中，倾斜地进入顶部处的聚光透镜的光或进入相邻聚光透镜之间的空间的光成为不进入具有多级开口的光波导的开口的光。不进入光波导的开口的光进入相邻元件部分，引起颜色混合或噪声分量。在日本专利特开No.2006-049825的结构中，使用相同材料在光波导开口的上部部分处与光波导成一体地形成聚光透镜。然而，倾斜地进入透镜并且不可被会聚到光波导的光进入相邻元件部分。进入相邻元件部分的光变为降低分辨率或在彩色固态图像传感器中产生颜色混合的噪声分量。
第一个实施例提供了能够高效地捕捉光并且抑制光在相邻光电转换元件上的入射的固态图像传感器，以及具有该固态图像传感器的成像系统。
<根据第一实施例的固态图像传感器的结构的例子>
图1是示出了根据第一实施例的固态图像传感器的示意截面图。第一实施例涉及CMOS固态图像传感器。图1示出了两个像素的截面。多个如图1所示的像素被二维排列并且被用于成像系统(诸如数字照相机或摄像机)。稍后参考图4B描述成像系统的例子。
在图1中，在半导体基板1的上表面中形成光电转换元件2和元件隔离区域3。具有布置在光电转换元件2上的开口101的第一绝缘膜100被布置在其中形成光电转换元件2的半导体基板1上。在图1所示的例子中，第一绝缘膜100包括第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8。第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8分别具有形成开口101的开口。更具体地，在光电转换元件2上形成具有开口的第一绝缘层4。在第一绝缘层4上形成第一布线层5和第二绝缘层6，第二绝缘层6覆盖第一布线层5并且具有在光电转换元件2之上的开口。在第二绝缘层6中形成第二布线层7。第二布线层7具有镶嵌(damascene)结构。形成第三绝缘层8，第三绝缘层8覆盖第二绝缘层6，并且具有在光电转换元件2之上的开口。对应于光电转换元件2的第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8的开口具有渐缩的形状，以便随着远离光电转换元件2而增加面积。以用作高折射率部分的绝缘体填充开口，该高折射率部分被由其折射率高于第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8的组成材料的材料形成。绝缘体形成光波导9a和9b。
钝化膜10a和10b布置在光波导9b上作为第二绝缘膜，该第二绝缘膜被由具有等于或高于该高折射率部分的折射率的折射率的材料形成。在这种情况下，令λ是进入光波导(绝缘体)的光的波长，并且n是钝化膜的折射率。令t1是钝化膜10a的厚度，光波导的上表面上的区域的全部或至少一部分被以其厚度满足t1＞λ/n的钝化膜10a覆盖。光波导的上表面的被钝化膜10a覆盖的区域被定义为第一区域。另外，令t2是钝化膜10b的厚度，定位在钝化膜10a之间的第一绝缘膜100(或第三绝缘层8)的上表面上的区域的至少一部分被以其厚度满足t2＜λ/n的钝化膜10b覆盖。第一绝缘膜100(或第三绝缘层8)的上表面的被钝化膜10b覆盖的区域被定义为第二区域。
在图1所示的例子中，分别以预定厚度t1和t2由相同膜形成钝化膜10a和10b。作为第三绝缘膜的平坦化层11布置在钝化膜10a和10b上，该平坦化层11由例如具有折射率1.5的透明聚合物树脂形成。另外，红色滤色层12R和绿色滤色层12G与像素对应地布置在平坦化层11上，红色滤色层12R和绿色滤色层12G中的每一个均由例如具有折射率1.55的透明聚合物树脂形成。片上微透镜13布置在滤色层12R和12G上，片上微透镜13由例如具有折射率1.6的透明聚合物树脂形成。不必说，滤色层可以是蓝色滤色层12B或互补色的滤色层等。因此，滤色层存在于钝化膜之上并且在微透镜之下。注意，还可以在滤色层上形成平坦化层。优选地，在穿过滤色层并且进入光波导(绝缘体)的光的整个光带上满足上述关系t1＞λ/n和t2＜λ/n。
(各元件的材料的例子)
作为光电转换元件2，可利用具有P-N结或PIN结的光电二极管、光电晶体管等。当光进入这样的元件的半导体结时，入射光引起光电转换，产生电荷。通过由选择性氧化形成的场氧化膜、用于结隔离的扩散层、埋入元件隔离法等形成各光电转换元件2周围的元件隔离区域3。注意，元件隔离区域3可通过使用PD结利用杂质扩散实现隔离。第一绝缘层4覆盖各光电转换元件2和元件隔离区域3。注意，例如，可将栅绝缘膜和栅电极置于半导体基板1和第一绝缘层4之间。第一布线层5具有布线图案。第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8的材料是能够透射在光电转换元件2中被吸收并且被转换为电信号的光的透明材料就足够了。例如，大多数固态图像传感器被用于检测可视光或红外光，所以这些材料透射这些光分量就足够了。第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8采用一般用作电绝缘层或钝化层的无机或有机绝缘体。第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8的材料的例子是硅氧化物或均通过在硅氧化物内掺杂磷、硼、氟、碳等被制备的材料。第一布线层5和第二布线层7可以具有通过镶嵌处理形成的铝图案或铜图案。形成光波导9a和9b的高折射率部分的材料的例子是具有折射率2.0的硅氮化物以及具有折射率1.8的硅氮氧化物。注意，在第一绝缘层4和第二绝缘层6中布置接触塞(contactplug)和通孔塞(via plug)(两者都未示出)。
<根据第一实施例的光电转换元件制造处理的例子>
图2A到2D是分别示出了形成光波导9的制造步骤的截面图。注意，在半导体基板1上形成基板中的元件、第一绝缘层4、第二绝缘层6、第一布线层5、第二布线层7、接触塞和通孔塞的步骤是公知的，并且将忽略其描述。
在图2A中，在形成第一布线层5和第二布线层7之后，施加光刻胶，并且使用构图技术以从光刻胶形成光刻胶图案14，以便形成光波导9a。然后，通过等离子蚀刻来蚀刻第二绝缘层6和第一绝缘层4。通过此蚀刻，在第二绝缘层6和第一绝缘层4中形成对应于光电转换元件2的开口，并且该开口延伸穿过第二绝缘层6和第一绝缘层4。此后，去除光刻胶图案14，获得图2B的结构。当以等离子硅氧化物制成第二绝缘层6并且以BPSG制成第一绝缘层4时，使用以C4F8或C5F8为代表的基于CF的气体、O2和Ar执行等离子蚀刻。根据蚀刻条件，第二绝缘层6和第一绝缘层4还可被蚀刻为渐缩的形状，其中下部部分处的开口面积小于上部部分处的开口面积，如图2B所示。然而，开口不总是局限于如图2B所示的渐缩的形状。
在图2B中，填充高折射率材料(绝缘体)，形成高折射率部分、即图2C中的第一光波导9a。例如，通过高浓度等离子CVD以具有折射率2.0的硅氮化物或具有折射率1.8的硅氮氧化物填充该开口，或通过旋涂以具有高折射率1.7的材料填充该开口。在填充高折射率材料之后，如果需要，可以使用阻剂填平后蚀刻(resist etch-back)或CMP将上部部分平坦化。另外，沉积等离子硅氧化物作为第三绝缘层8，获得图2C中的结构。
在图2C中，类似于第一光波导9a，通过光刻胶构图、蚀刻和以高折射率材料(绝缘体)填充来形成高折射率部分、即第二光波导9b。第二光波导9b的开口用作第三绝缘层8的开口。此时，第一光波导9a和第二光波导9b的朝向光电转换元件的锥角可以相等或不同。优选地，以具有相同折射率的材料形成第一光波导9a和第二光波导9b的高折射率部分，以便减少这两个高折射率部分之间的界面处的反射。然而，折射率可以不相等。如果这两个高折射率部分的折射率彼此大不相同，则可在第一光波导9a和第二光波导9b之间的界面处布置抗反射膜。
在形成第二光波导9b之后，以具有折射率2.0的等离子硅氮化物或具有折射率1.8的等离子硅氮氧化物形成钝化膜。然后，施加光刻胶以便在光波导9b上的区域的全部或一部分中以厚度t1形成钝化膜，并且在其余区域中以厚度t2形成钝化膜。通过等离子蚀刻来蚀刻钝化膜以具有所希望的厚度。这个状态是图2D中所示的结构。
关于钝化膜形成方法，例如，钝化膜被在整个表面上形成以具有厚度t1，并且使用光刻胶图案作为第一区域的掩膜在第二区域中被蚀刻，获得具有厚度t1和t2的钝化膜。还可以通过形成比厚度t1厚的钝化膜，并且然后执行所希望的光刻胶构图和蚀刻，获得具有厚度t1和t2的钝化膜。另外，可由两种不同的膜形成钝化膜。例如，在以等离子硅氮氧化物形成具有厚度t2的膜之后，可以由等离子硅氮化物形成具有厚度t1的膜，并且可对等离子硅氮化物膜构图。
光波导9a和9b在第一到第三绝缘层以及高折射率材料之间具有界面。因此，进入光波导9a和9b内部的光根据Snell定律被侧面全反射。例如，光波导9a和9b的高折射率材料是具有折射率2.0的等离子SiN膜。形成第一绝缘层4、第二绝缘层6和第三绝缘层8的材料分别是具有折射率1.46的BPSG(硼磷硅玻璃)、具有折射率1.46的SiO(氧化硅)和具有折射率1.46的SiO(氧化硅)。在该情况下，对于以46.9°或更大的入射角入射到光波导9a和9b的侧壁的光，该光被光波导9a和9b的侧壁全反射。被侧壁全反射的光最终进入光电转换元件2。通过形成光波导9a和9b，光可以有效地进入光电转换元件2，有助于光电转换。
形成钝化膜10a和10b以便覆盖光波导的上部部分以及其它部分。由具有厚度t1和折射率2.0的等离子硅氮化物膜形成的钝化膜10a覆盖光波导9b的上部部分。由具有厚度t2和折射率2.0的等离子硅氮化物膜形成的钝化膜10b覆盖除光波导的上部部分之外的其余部分。因此，平坦化层11的折射率小于钝化膜10a。此时，由于入射光具有380nm(蓝)或更大的波长，因此t1大于380/2.0＝190nm就足够了。更优选地，对于几乎是入射光的波长的上限的600nm(红)，t1大于600/2.0＝300nm。当入射光的波长为380nm(蓝)时，t2小于380/2.0＝190nm就足够了。更优选地，t2等于或大于30nm并且等于或小于190nm，此时作为钝化膜的功能的氢终端(hydrogentermination)表现出暗电流减小效应。入射光的倾斜分量越大，根据第一实施例的光收集作用变得越显著。
<第一实施例的效果>
图3是用于明确解释根据第一实施例的光电转换元件的效果的比较例的截面图。图3是示出了两个相邻像素的截面图，除了钝化膜10被以恒定厚度形成之外，这两个像素具有与第一实施例的光电转换元件相同的结构。在图3的比较例中，入射光C1在向左倾斜的同时进入微透镜13的表面的左部。该光被微透镜13折射，进入光波导9b的上部部分处的开口，并且然后进入光电转换元件2。相反，在向左倾斜的同时进入微透镜13的表面的右部的光C2没有进入光波导9b的上部部分处的开口，偏离光波导9a，并且不能被会聚。未被引导到光电转换元件2的光不能被有效地用于检测，并且在进入相邻像素的光电转换元件2时引起颜色混合。另外，未被引导到光电转换元件2的光可在被反射的同时传播通过钝化膜10，并且进入另一光电转换元件2。
相反，在图1所示的第一实施例的结构中，由于钝化膜10a和平坦化层11之间的折射率差，不仅光束C1而且入射光C2可通过全反射而被引导到光波导9b的上部部分处的开口。此后，入射光可被光波导9a的侧壁全反射，并且被会聚到光电转换元件2。即使对于入射光C3，钝化膜10b的厚度满足关系t2＜λ/n，所以从钝化膜10a进入钝化膜10b的光不能传播通过钝化膜10b。即，第一实施例的固态图像传感器可以使用厚度不同的钝化膜10a和10b以及光波导9，来将常规上未被转换的入射光引导到光电转换元件。另外，第一实施例的固态图像传感器可以减少常规上可能进入相邻像素的光。
可由一体式膜形成具有高折射率的光波导9a和9b以及钝化膜10a和10b。
<第二实施例>
图5是示出了根据第二实施例的固态图像传感器的示意截面图。通过从第一实施例的固态图像传感器去除第三绝缘层8和形成在第三绝缘层8的开口内的光波导9b，获得第二实施例的固态图像传感器。在第二实施例的固态图像传感器中，以钝化膜10b形成作为第二绝缘膜的钝化膜，钝化膜10b具有平滑连续的表面作为上表面并且具有厚度t2。其余结构与第一实施例中的结构相同。令t2是钝化膜10b的厚度，第一绝缘膜100的上表面上的区域的全部或至少一部分被以其厚度满足关系t2＜λ/n的钝化膜10b覆盖。在图5所示的例子中，第一绝缘膜100和光波导9a的上表面被以钝化膜10b覆盖，钝化膜10b具有平滑连续的表面作为上表面并且具有厚度t2。在权利要求中，为了描述方便，通过以t取代t2，将这种关系描述为t＜λ/n。在第一绝缘膜100的上表面上的区域的全部或至少一部分中布置满足t2＜λ/n(或t＜λ/n)的第二绝缘膜抑制了被第二绝缘膜的上表面和下表面反射的光的传播。这抑制了这种光进入光波导9a并且进一步进入光电转换元件2，减少了颜色混合和噪声。
可由一体式膜形成具有高折射率的光波导9a和钝化膜10b。平坦化层11不限于透明聚合物树脂，而是可由无机材料诸如硅氧化物形成。在第二实施例的结构内，钝化膜10b的上表面是平坦的，所以平坦化层11可以不具有平坦化功能。
<第三实施例>
图6是示出了根据第三实施例的固态图像传感器的示意截面图。在第三实施例的固态图像传感器中，以钝化膜10b形成作为第二绝缘膜的钝化膜，该钝化膜10b具有平滑连续的表面作为上表面并且具有上述厚度t2。其余结构与第一实施例中的结构相同。令t2是钝化膜10b的厚度，第一绝缘膜100的上表面上的区域的全部或至少一部分被以其厚度满足关系t2＜λ/n的钝化膜10b覆盖。在图6所示的例子中，第一绝缘膜100的上表面和光波导9a的上表面被以钝化膜10b覆盖，钝化膜10b具有平滑连续的表面作为上表面并且具有厚度t2。在权利要求中，为了描述方便，通过以t取代t2，将这种关系描述为t＜λ/n。在第一绝缘膜100的上表面上的区域的全部或至少一部分中布置满足t2＜λ/n(或t＜λ/n)的第二绝缘膜抑制了被第二绝缘膜的上表面和下表面反射的光的传播。这抑制了这种光进入光波导9a和光波导9b并且进一步进入光电转换元件2，减少了颜色混合和噪声。
可由整体膜形成具有高折射率的光波导9b和钝化膜10b。平坦化层11不限于透明聚合物树脂，而是可由无机材料诸如硅氧化物形成。在第三实施例的结构内，钝化膜10b的上表面是平坦的，所以平坦化层11可以不具有平坦化功能。
<电路布置的例子>
图4A是示例说明根据第一到第三实施例中的一个的固态图像传感器100中的一个像素P的典型电路布置的电路图。在实际固态图像传感器100中，像素P被二维或一维地排列，并且用于驱动像素的扫描电路、读出电路、输出放大电路等布置在该排列周围。在图4A的例子中，像素P包括光电转换器31、传输晶体管32、浮置扩散(被称为FD)33、复位晶体管34、放大晶体管36和选择晶体管35。
当光进入光电转换器31的光接收表面时，光电转换器31产生相应于该光的电荷(在这个例子中，电子)并且存储它们。光电转换器31例如是光电二极管，并且在阴极内存储通过在阳极和阴极之间的界面处执行的光电转换产生的电荷。当使沟道呈现导通时(使得晶体管呈现导通将被称为“接通晶体管”，并且使得晶体管呈现不导通将被称为“关断晶体管”)，传输晶体管32将在光电转换器31中产生的电荷传输给FD 33。当复位晶体管34接通时，它复位FD 33。放大晶体管36通过与连接到垂直信号线37的恒流源38一起执行源极跟随器操作，将相应于FD 33的电势的信号输出到垂直信号线37。垂直信号线37连接到列方向上的其它像素，并且被在多个像素之间共享。即，当复位晶体管34复位FD 33时，放大晶体管36将相应于FD 33的电势的噪声信号输出到垂直信号线37。当传输晶体管32将在光电转换器31中产生的电荷传输到FD 33时，放大晶体管36将相应于FD 33的电势的光信号输出到垂直信号线37。选择晶体管35当被接通时选择像素P，并且当被关断时取消对像素P的选择。注意，当基于FD 33的电势控制像素P的被选择状态/未被选择状态时，可以从像素P省略选择晶体管35，并且可对于一个放大晶体管36布置多个光电转换器31。例如，读出电路39读出沿垂直信号线37在列方向上的多个像素的信号作为一维图像感测结果，或将它们与沿另一个垂直信号线37的那些信号在行方向上合成，并且将它们作为二维图像感测结果读出，并且固态图像传感器将该结果作为输出信号输出，将不再描述其细节。图4A所示的复位信号、传输信号和像素选择信号是控制各晶体管的操作的信号的例子。
<成像系统的配置的例子>
图4B示例说明了应用根据第一到第三实施例中的一个的固态图像传感器100的成像系统的配置。成像系统90主要包括光学系统、图像感测单元86和信号处理单元。光学系统主要包括快门91、透镜92和光阑93。图像感测单元86包括实施例的固态图像传感器100。信号处理单元主要包括感测信号处理电路95、A/D转换器96、图像信号处理器97、存储器87、外部I/F 89、定时产生器98、总体控制/运算单元99、记录介质88和记录介质控制I/F 94。信号处理单元可以不包括记录介质88。快门91在光路上布置在透镜92之前以便控制曝光。透镜92折射入射光以便在图像感测单元86的固态图像传感器100的图像感测表面上形成物像。光阑93在光路上被置于透镜92和固态图像传感器100之间。光阑93调整在光通过透镜92之后被引导到固态图像传感器100的光量。
图像感测单元86的固态图像传感器100将在固态图像传感器100的图像感测表面上形成的物像转换为图像信号。图像感测单元86从固态图像传感器100读出图像信号，并且输出该信号。感测信号处理电路95连接到图像感测单元86，并且处理从图像感测单元86输出的图像信号。A/D转换器96连接到感测信号处理电路95。A/D转换器96将从感测信号处理电路95输出的处理后的图像信号(模拟信号)转换为图像信号(数字信号)。图像信号处理器97连接到A/D转换器96。图像信号处理器97执行各种运算处理，诸如校正从A/D转换器96输出的图像信号(数字信号)、产生图像数据。图像信号处理器97将图像数据提供给存储器87、外部I/F 89、总体控制/运算单元99、记录介质控制I/F 94等。存储器87连接到图像信号处理器97，并且存储从图像信号处理器97输出的图像数据。外部I/F 89连接到图像信号处理器97。从图像信号处理器97输出的图像数据被通过外部I/F 89传输到外部设备(例如，个人计算机)。
定时产生器98连接到图像感测单元86，感测信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97。定时产生器98给图像感测单元86、感测信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97提供定时信号。图像感测单元86、感测信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97与该定时信号同步地操作。总体控制/运算单元99连接到定时产生器98、图像信号处理器97和记录介质控制I/F 94，并且控制它们全部。记录介质88可卸载地连接到记录介质控制I/F 94。从图像信号处理器97输出的图像数据被通过记录介质控制I/F 94记录在记录介质88上。
采用这种布置，固态图像传感器100可以在成像系统中提供高质量的图像(图像数据)，只要它可以获得高质量的图像信号。
虽然参考示例实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于公开的示例实施例。下面的权利要求的范围应被给予最宽的解释，以便包含所有这些修改和等同结构和功能。

Claims (5)

1.一种固态图像传感器，包括包含多个光电转换元件的半导体基板，该传感器包括：
第一绝缘膜，第一绝缘膜布置在半导体基板上，并且具有多个开口，所述多个开口中的每一个布置在所述多个光电转换元件中的一个光电转换元件上；
多个绝缘体部分，所述多个绝缘体部分具有高于第一绝缘膜的折射率的折射率，所述多个绝缘体部分中的每一个布置在所述多个开口中的一个开口中；
第二绝缘膜，第二绝缘膜布置在所述多个绝缘体部分的上表面和第一绝缘膜的上表面上；和
第三绝缘膜，第三绝缘膜具有低于第二绝缘膜的折射率的折射率，并且被布置为与第二绝缘膜的上表面接触，
其中令λ是进入所述多个绝缘体部分的光的波长，n是第二绝缘膜的折射率，并且t是在第一绝缘膜的上表面上的区域的至少一部分中的第二绝缘膜的厚度，则满足关系t＜λ/n，以及
其中第二绝缘膜的上表面是平滑连续的表面，以及
其中所述固态图像传感器还包括：第三绝缘膜上的滤色器。
2.如权利要求1所述的传感器，其中开口具有渐缩的形状，在所述渐缩的形状中面积随着远离光电转换元件而增加。
3.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个绝缘体部分的至少一部分和第二绝缘膜成一体。
4.如权利要求1所述的传感器，其中第二绝缘膜和绝缘体部分由硅氮化物和硅氮氧化物之一形成。
5.一种成像系统，包括：
如权利要求1到4中任一个所限定的固态图像传感器；和
处理由固态图像传感器获得的信号的信号处理单元。
CN201110079810.7A 2010-04-06 2011-03-31 固态图像传感器和成像系统 Active CN102214668B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010088192 2010-04-06
JP2010-088192 2010-04-06
JP2011-026532 2011-02-09
JP2011026532A JP5595298B2 (ja) 2010-04-06 2011-02-09 固体撮像装置及び撮像システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102214668A CN102214668A (zh) 2011-10-12
CN102214668B true CN102214668B (zh) 2014-12-10

Family

ID=44247834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110079810.7A Active CN102214668B (zh) 2010-04-06 2011-03-31 固态图像传感器和成像系统

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8525907B2 (zh)
EP (1) EP2375448B1 (zh)
JP (1) JP5595298B2 (zh)
KR (1) KR101358587B1 (zh)
CN (1) CN102214668B (zh)
RU (1) RU2466478C1 (zh)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5314914B2 (ja) * 2008-04-04 2013-10-16 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、設計方法、及び光電変換装置の製造方法
EP2286193A1 (en) * 2008-05-27 2011-02-23 Nxp B.V. Light sensor device and manufacturing method
US8222710B2 (en) * 2008-06-13 2012-07-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sensor structure for optical performance enhancement
KR101647779B1 (ko) * 2009-09-09 2016-08-11 삼성전자 주식회사 이미지 센서, 그 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치
JP2013070030A (ja) * 2011-09-06 2013-04-18 Sony Corp 撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置
JP2013077678A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Sony Corp 撮像素子、電子機器、並びに、製造方法
JP2013098503A (ja) * 2011-11-07 2013-05-20 Toshiba Corp 固体撮像素子
JP5845856B2 (ja) * 2011-11-30 2016-01-20 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
CN104205332B (zh) * 2012-03-30 2016-05-18 富士胶片株式会社 摄像元件以及摄像装置
JP2014022649A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Nikon Corp 固体撮像素子、撮像装置、及び電子機器
JP6053382B2 (ja) * 2012-08-07 2016-12-27 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の製造方法。
JP6045250B2 (ja) * 2012-08-10 2016-12-14 オリンパス株式会社 固体撮像装置および撮像装置
CN102881700B (zh) * 2012-09-18 2017-06-23 上海集成电路研发中心有限公司 一种cmos图像传感器及其制造方法
CA2888468A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-24 Gelsight, Inc. Three-dimensional digital impression and visualization of objects
US10203411B2 (en) * 2012-11-02 2019-02-12 Maxim Integrated Products, Inc. System and method for reducing ambient light sensitivity of infrared (IR) detectors
CN103022068B (zh) * 2012-12-24 2017-04-19 上海集成电路研发中心有限公司 一种cmos图像传感器及其制造方法
US8907385B2 (en) * 2012-12-27 2014-12-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Surface treatment for BSI image sensors
JP2014175623A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
DE102013104968B4 (de) * 2013-05-14 2020-12-31 ams Sensors Germany GmbH Sensoranordnung mit einem siliziumbasierten optischen Sensor und einem Substrat für funktionelle Schichtsysteme
JP6130221B2 (ja) * 2013-05-24 2017-05-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
JP2015037120A (ja) * 2013-08-13 2015-02-23 株式会社東芝 固体撮像装置
US9859326B2 (en) * 2014-01-24 2018-01-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices, image sensors, and methods of manufacture thereof
US20210133871A1 (en) * 2014-05-20 2021-05-06 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Autonomous vehicle operation feature usage recommendations
JP6444066B2 (ja) * 2014-06-02 2018-12-26 キヤノン株式会社 光電変換装置および撮像システム
JP2016096254A (ja) * 2014-11-14 2016-05-26 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2016127264A (ja) 2014-12-26 2016-07-11 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP6539123B2 (ja) * 2015-06-18 2019-07-03 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその製造方法ならびにカメラ
JP6928559B2 (ja) * 2016-01-29 2021-09-01 タワー パートナーズ セミコンダクター株式会社 固体撮像装置
JP6744748B2 (ja) * 2016-04-06 2020-08-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
KR102632442B1 (ko) * 2018-05-09 2024-01-31 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치
JP2020113573A (ja) * 2019-01-08 2020-07-27 キヤノン株式会社 光電変換装置
US11698296B2 (en) * 2019-09-25 2023-07-11 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Light sensor using pixel optical diffraction gratings having different pitches
CN110649057B (zh) * 2019-09-30 2021-03-05 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、摄像头组件及移动终端
US11398512B2 (en) * 2019-12-19 2022-07-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photo-sensing device and manufacturing method thereof
CN111430567A (zh) * 2020-03-31 2020-07-17 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 一种显示面板及其制备方法
WO2022011351A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Acacia Communications, Inc. Optical waveguide passivation for moisture protection

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2757624B2 (ja) * 1991-10-21 1998-05-25 日本電気株式会社 赤外線固体撮像素子及びその製造方法
JPH08293462A (ja) * 1995-02-21 1996-11-05 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法
JP3204216B2 (ja) * 1998-06-24 2001-09-04 日本電気株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP3824469B2 (ja) 2000-04-03 2006-09-20 シャープ株式会社 固体撮像装置、及びその製造方法
JP3959734B2 (ja) * 2001-12-28 2007-08-15 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
JP4165077B2 (ja) 2002-01-28 2008-10-15 ソニー株式会社 半導体撮像装置
JP2003249632A (ja) 2002-02-22 2003-09-05 Sony Corp 固体撮像素子およびその製造方法
EP1341235A3 (en) 2002-02-28 2006-05-10 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus
JP4123415B2 (ja) * 2002-05-20 2008-07-23 ソニー株式会社 固体撮像装置
KR20110015473A (ko) 2002-12-13 2011-02-15 소니 주식회사 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
JP4120543B2 (ja) * 2002-12-25 2008-07-16 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
JP4123060B2 (ja) 2003-06-11 2008-07-23 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
JP2006049825A (ja) 2004-07-08 2006-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
US7298955B2 (en) * 2005-03-30 2007-11-20 Fujifilm Corporation Solid-state image pickup element and method of producing the same
WO2006115142A1 (ja) * 2005-04-22 2006-11-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 固体撮像素子およびその製造方法ならびに光導波路形成装置
JP2006351788A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Fujifilm Holdings Corp 固体撮像素子およびその製造方法
JP2007012676A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Fujifilm Holdings Corp 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子
WO2007037294A1 (en) 2005-09-27 2007-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and fabrication method therefor
JP4972924B2 (ja) * 2005-12-19 2012-07-11 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ
JP2007201091A (ja) 2006-01-25 2007-08-09 Fujifilm Corp 固体撮像素子の製造方法
JP2007287872A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Fujifilm Corp 半導体素子及び半導体素子の製造方法
JP2007305690A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置用素子及びその製造方法
JP2008091800A (ja) 2006-10-04 2008-04-17 Canon Inc 撮像素子及びその製造方法並びに撮像システム
US7701024B2 (en) * 2006-12-13 2010-04-20 Panasonic Corporation Solid-state imaging device, manufactoring method thereof and camera
JP4697258B2 (ja) * 2008-05-09 2011-06-08 ソニー株式会社 固体撮像装置と電子機器
JP5235565B2 (ja) 2008-08-27 2013-07-10 キヤノン株式会社 撮像センサ及び撮像装置
JP2010123745A (ja) 2008-11-19 2010-06-03 Sony Corp 固体撮像装置、カメラ
JP5402092B2 (ja) * 2009-03-04 2014-01-29 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器
JP2011108759A (ja) 2009-11-13 2011-06-02 Canon Inc 固体撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2466478C1 (ru) 2012-11-10
KR20110112206A (ko) 2011-10-12
CN102214668A (zh) 2011-10-12
US20110242350A1 (en) 2011-10-06
JP5595298B2 (ja) 2014-09-24
EP2375448A3 (en) 2012-08-29
KR101358587B1 (ko) 2014-02-04
US20130307109A1 (en) 2013-11-21
US8525907B2 (en) 2013-09-03
US9054243B2 (en) 2015-06-09
RU2011113183A (ru) 2012-10-10
EP2375448B1 (en) 2015-08-12
EP2375448A2 (en) 2011-10-12
JP2011233862A (ja) 2011-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102214668B (zh) 固态图像传感器和成像系统
US9640578B2 (en) Solid-state imaging device and camera module
US8395686B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera
KR100672994B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
US7612395B2 (en) CMOS image sensors
KR100781545B1 (ko) 감도가 향상된 이미지 센서 및 그의 제조방법
KR100665177B1 (ko) 반도체 감광 디바이스용 이미지 센서 및 이를 이용한이미지 처리 장치
KR100791346B1 (ko) 이미지 센서 제조 방법 및 이에 따라 제조된 이미지 센서
US20060267121A1 (en) Microlenses for imaging devices
CN101552279A (zh) 光电转换器件、其设计和制造方法以及成像系统
CN101521216A (zh) 固态成像装置和照相机
US9030587B2 (en) Solid-state image sensor with light-guiding portion
CN109166871B (zh) 图像传感器及其制作方法
US20220093665A1 (en) Image sensor
US20090090944A1 (en) Image Sensor and Method of Fabricating the Same
KR102649313B1 (ko) 이미지 센서
KR20110095696A (ko) 씨모스 이미지 센서
JP2010118477A (ja) 光電変換装置及び撮像システム
CN111294493A (zh) 图像传感器、摄像头组件及移动终端
US20090194835A1 (en) Image sensor
KR101068905B1 (ko) 광전변환장치, 촬상 시스템, 광전변환장치의 설계방법 및 광전변환장치의 제조방법
US20220115422A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
KR20240009863A (ko) 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 감소시키기 위한 방법
KR20240029409A (ko) 이미지 센싱 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant