CN104009051B - 图像传感器和电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器包括形成为半导体芯片的多个单元像素，其每一个具有光电转换部、保持电荷存储在光电转换部中的电荷保持部、将从电荷保持部传输的电荷转换成电压的电荷电压转换部以及其间开口形成在光电转换部之上的遮光膜。多个单元像素设成像素阵列形式的矩阵。遮光膜的形状根据像素阵列中单元像素的位置而变化。
Description
技术领域
本公开涉及图像传感器和电子装置，更具体地，涉及能减少噪声发生的图像传感器和电子装置。
背景技术
近来，互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器广泛地用作成像装置。然而，通常CMOS图像传感器中的像素顺序地一次读出一个，从而难以实现整个图像的同时性。
就是说，在CMOS图像传感器中，光电转换部产生且存储在其中的光电荷顺序地一次扫描且读出一个像素或一行像素。在执行该顺序扫描时时，就是说，卷帘式快门（rollingshutter）用作电子快门时，难以对所有像素同时开始曝光（在曝光期间存储光电荷）且对所有像素同时结束曝光。因此，顺序扫描存在移动目标的捕获图像变形的问题。
在不允许这种类型的图像变形的传感应用中，例如，在捕获高速移动的目标或者希望捕获图像的同时性时，所用的全域快门同时在像素阵列中的所有像素开始曝光且对于所有像素的同时终止曝光。
采用全域快门作为电子快门的图像传感器包括电荷存储单元，例如在每个像素中以半导体存储器形成。在这种类型的图像传感器中，电荷同时从光敏二极管传输到半导体存储器并存储在其中，然后存储的电荷顺序读出以实现整个图像的同时性（例如，见日本专利特开2008-103647号公报）。
发明内容
这种类型的采用全域快门的图像传感器的问题是进入像素中保持电荷的区域中的光产生噪声。例如，如果像素中光接收区域中意欲接收的光泄漏到电荷存储单元，则产生光学噪声。
为了抑制这种类型的噪声，存储器例如用配线层和遮光膜挡光。然而，因为电荷存储单元相邻于光敏二极管，所以难以完全抑制光学噪声。
就是说，即使存储器用配线层和遮光膜挡光，入射光的主光线的角度也在像素阵列的每个区域中变化，从而遮挡能力的好坏取决于像素阵列中的区域。
相关技术中调整图像角落处光量的技术是纠正配线层、滤色器和芯片上透镜等的布置。
然而，在相关领域的技术中，尽管进入光敏二极管的光量可因为为光敏二极管提供配线层和为光敏二极管执行通孔纠正而减少，但是难以抑制进入电荷保持区域的光量的增加。
所希望的是实现噪声降低。
根据本技术的实施例，所提供的图像传感器包括形成为半导体芯片的多个单元像素，每个像素单元具有光电转换部、保持存储在光电转换部中的电荷的电荷保持部、将从电荷保持部传输的电荷转换为电压的电荷电压转换部以及其间有开口形成在光电转换部之上的遮光膜；多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵；遮光膜的形状根据像素阵列中单元像素的位置而变化。
在像素阵列中的单元像素的每个位置处，能根据光入射在光电转换部上光的主光线指向的方向确定遮光膜的形状。
遮光膜之间形成的开口的位置能根据像素阵列中单元像素的位置变化。
能采用半导体芯片的配线取代遮光膜。
根据像素阵列中单元像素的位置进一步变化遮光膜之间形成的开口的尺寸。
根据像素阵列中单元像素的位置能变化半导体芯片的配线的形状。
在像素阵列中单元像素的每个位置处，根据入射在光电转换部上的光的主光线指向的方向能决定遮光膜的形状以及半导体芯片的配线的形状，并且根据主光线的方向进一步变化设置单元像素的芯片上透镜的位置。
在本技术的该实施例和第二实施例中，提供形成为半导体芯片的多个单元像素；多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵；遮光膜的形状根据像素阵列中单元像素的位置而变化。
根据本技术，可减少噪声的产生。
附图说明
图1示出了采用全域快门的CMOS图像传感器中像素结构的示例；
图2示出了采用全域快门的CMOS图像传感器中像素在半导体基板上的布置示例；
图3示出了像素在半导体基板上布置的另一个示例；
图4示出了设置像素的位置；
图5是沿着图2的线V-V剖取的像素的截面图；
图6是沿着图3的线VI-VI剖取的像素的截面图；
图7是沿着图2的VII-VII线剖取的应用本技术的像素的截面图；
图8是沿着图3的线VIII-VIII剖取的应用本技术的像素的截面图；
图9是沿着图3的线IX-IX剖取的应用本技术的像素的另一个示例的截面图；
图10是沿着图3的线X-X剖取的应用本技术的像素的再一个示例的截面图；
图11是沿着图3的线XI-XI剖取的应用本技术的像素的又一个示例的截面图；以及
图12是示出用作应用本技术的电子装置的相机设备结构示例的框图。
具体实施方式
这里将参考附图描述本技术的实施例。
图1示出了采用全域快门的CMOS图像传感器中像素结构的示例。图1是在CMOS图像传感器中形成像素的半导体器件的截面图。
如图1所示，半导体器件包括第一导电类型（p型）的半导体基板1和第二导电类型（n型）的光接收表面埋设区域11a（光接收阴极区域），光接收表面埋设区域11a埋设在半导体基板1的顶部的一部分中，且光入射在光接收表面埋设区域11a上。第二导电类型（n+型）的电荷存储区域12a也埋设在半导体基板1的顶部的一部分中并远离光接收阴极区域11a。电荷存储区域12a，比光接收阴极区域11a具有更高的杂质密度，存储光接收阴极区域11a中产生的信号电荷。电荷读取区域13还提供为接受电荷存储区域12a中存储的信号电荷。
光接收阴极区域11a和在光接收阴极区域11a正下方的半导体基板（阳极区域）1构成光敏二极管D1。电荷存储区域（阴极区域）12a和在电荷存储区域12a正下方的半导体基板（阳极区域）1构成电荷存储光敏二极管D2。
p+型钉扎层11b设置在光接收阴极区域11a上。p+型钉扎层12b设置在电荷存储区域12a上。p+型钉扎层11b和p+型钉扎层12b的每一个是抑制黑暗中在表面上产生载流子的层。它们优选用于减少暗电流。如果暗电流不是问题，则p+型钉扎层11b和p+型钉扎层12b可被消除而简化结构。
绝缘层2形成在p+型钉扎层11b和p+型钉扎层12b上、p+型钉扎层11b和p+型钉扎层12b之间的半导体基板1上、以及光接收阴极区域11a和电荷读取区域13之间的半导体基板1上。尽管二氧化硅膜（SiO2膜）优选作为绝缘层2，但是可采用具有绝缘栅极类型晶体管（金属绝缘体半导体（MIS）晶体管）的绝缘栅极结构，其采用二氧化硅膜（SiO2膜）之外的不同绝缘膜的任何一个。例如，可采用通过堆叠二氧化硅膜（SiO2膜）、氮化硅膜（Si3N4膜）和二氧化硅膜（SiO2膜）三层形成的ONO膜。作为选择，包括锶（Sr）、铝（Al）、镁（Mg）、钇（Y）、铪（Hf）、锆（Zr）、钽（Ta）和铋（Bi）中至少一种元素的氧化物、或包括这些元素的至少一种的硅氮化物等可用作绝缘层2。
在绝缘层2上，转移栅极电极31设置为控制光接收阴极区域11a和电荷存储区域12a之间形成的第一转移沟道的电势，并且从光接收阴极区域11a转移信号电荷到电荷存储区域12a。另外，在绝缘层2上，读取栅极电极32设置为控制电荷存储区域12a和电荷读取区域13之间形成的第二转移沟道的电势，并且从电荷存储区域12a转移信号电荷到电荷读取区域13。
信号读取晶体管（放大晶体管）MA1是读取缓冲放大器108的一部分，其栅极电极连接到电荷读取区域13。信号读取晶体管MA1的漏极连接到电源单元VDD，并且其源极电极连接到构造为选择像素的开关晶体管MS1的漏极电极。
选择像素的开关晶体管MS1的源极电极连接到垂直信号线B1，并且其栅极电极接收水平线选择控制信号S。当选择控制信号S进入高位（H）时，开关晶体管MS1电导通，对应于电荷读取区域13中电势的电流由信号读取晶体管（放大晶体管）MA1放大，并流动到垂直信号线B1。
复位晶体管TR是读取缓冲放大器108的一部分，其源极电极连接到电荷读取区域13。复位晶体管TR的漏极电极连接到电源单元VDD，并且其栅极电极接收复位信号R。当复位信号R进入高位（H）时，光接收阴极区域11a和电荷存储区域12a中存储的信号电荷被释放，复位光接收阴极区域11a和电荷存储区域12a。
图2示出了在采用全域快门的CMOS图像传感器中像素在半导体基板上的布置示例。在图2中，光敏二极管（PD）211和存储器（MEM）212提供在半导体基板上形成一个像素的区域201中。存储器212对应于上述的电荷存储区域12a。光敏二极管211和存储器212通过转移晶体管221互连。
浮置扩散（FD）213提供在半导体基板上的区域201中。浮置扩散213对应于上述的电荷读取区域13。存储器212和浮置扩散213通过转移晶体管222互连。
另外，垂直信号线217提供在半导体基板上的区域201中。垂直信号线217连接到选择晶体管（SEL）216、放大晶体管（AMP）215和复位晶体管（RST）214的指定端。
图3示出了半导体基板上像素布置的另一个示例。图3中的布置与图2中的布置的区别在于，在附图中浮置扩散213设置于存储器212的下侧。
图3中的其它结构与图2的相同。
图4示出了设置像素的位置。在图4的示例中，线A-A至F-F用于表示CMOS图像传感器中包括的半导体芯片241上像素在像素阵列242中的位置。就是说，多个像素，其每一个表示在图2或3中，作为单元像素在像素阵列242中设置成矩阵。
例如，如果具有图2所示布置的像素设置成像素阵列242，则相邻于相关像素左侧的像素的浮置扩散213位于相关像素的光敏二极管211的左侧。
如果具有图3所示布置的像素设置成像素阵列242，则相邻于相关像素的左侧的像素的存储器212位于相关像素的光敏二极管211的左侧。就是说，如果具有图3所示布置的像素设置成像素阵列242，存储器212位于光敏二极管211的右侧和左侧。
图5是沿着图2的线V-V剖取的截面图，具体而言是由图4所示的线A-A至C-C表示位置的像素截面图。在图5中，由虚线围绕的矩形部分表示一个像素。遮光膜231-1和231-2提供在每一个像素上。光通过遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成的开口入射。主光线的指向的方向由图5中的三个相关箭头表示。
像素阵列242中设置的每个像素构造为使遮光膜231-1的遮光量A防止光已经进入像素的部分泄漏在像素中的存储器212中。遮光量A是由图5中的双头水平箭头表示的距离，具体而言，从存储器212在与像素中光敏二极管211相同侧的端部到像素中遮光膜231-1与光敏二极管211相同侧的端部的距离。
像素中的电极由遮光膜231-1覆盖。
图5中的最左侧示出了图4中线A-A表示位置的像素的截面图。因为线A-A表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的左端，所以所接收光的主光线指向左下方。主光线的指向的方向由图5中的相应箭头表示。
图5中的中间部分示出了图4中线B-B表示位置的像素的截面图。因为线B-B表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的中心，所以所接收光的主光线指向为垂直向下。主光线的指向的方向由图5中相关箭头表示。
图5中的最右侧示出了在图4中由线C-C表示位置的像素的截面图。因为线C-C表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的右端，所接收光的主光线指向为右下方。主光线的指向的方向由图5中的相关箭头表示。
如图5所示，主光线的指向的方向根据像素设置在像素阵列242中的位置而变化。
对于图5中的中间像素（线B-B表示位置的像素），例如，主光线指向为垂直向下，从而入射在像素上的几乎全部光线由光敏二极管211接收。然而，对于图5中最右面的像素（线C-C表示位置的像素），主光线指向为右下方，从而入射在像素上的部分光可由存储器212接收。
像素阵列242中设置的每个像素构造为使遮光膜231-1的遮光量A，即图5中双头水平箭头表示的距离，防止光进入像素的部分泄漏进入像素中的存储器212中。然而，对于在像素阵列242中端部上设置的像素（例如，线C-C表示位置上的像素），主光线的指向方向是倾斜的，从而尚未被遮光膜231-1遮挡的光可能进入存储器212中。
如果光如上所述在存储器212中接收，则可能产生残像噪声等。
图6是沿着图3的线VI-VI剖取的像素截面图，其每一个包括相邻像素的一部分。在图6中，像素在图4的线A-A至C-C表示位置的截面图示出在图5中。
在图6中，由虚线围绕的矩形部分表示一个像素；示出了一个像素的相邻于附图中左侧的部分像素。如上所述，如果具有图3所示布置的像素设置在像素阵列242中，则存储器212位于光敏二极管211的右侧和左侧。
像素阵列242中设置的每个像素构造为使遮光膜231-1的遮光量A，即图6中双头水平箭头表示的距离，防止光进入像素的部分泄漏在像素中的存储器212-1中。像素阵列242中设置的每个像素也构造为使遮光膜231-2的遮光量B，即图6的另一个双头水平箭头表示的距离，防止光进入像素的部分泄漏在相邻像素的存储器212-2中。
遮光量A是从像素中存储器212-1与像素中的光敏二极管211同侧的端部到像素中遮光膜231-1与像素中光敏二极管211同侧的端部的距离。遮光量B是从相邻像素中存储器212-2与像素中光敏二极管211同侧的端部到相邻像素中遮光膜231-2与像素中光敏二极管211同侧的端部的距离。
对于图6中最左边的像素（线A-A表示位置的像素），例如，主光线指向为左下方，从而光入射在像素上的一部分可由相邻像素中的存储器212-2接收。
像素阵列242中设置的每个像素构造为使遮光膜231-2的遮光量B，即由图6中相关双头水平箭头表示的距离，防止光已经进入像素的部分泄漏在相邻像素中的存储器212-2中。然而，对于像素阵列242中端部处设置的像素（例如，线A-A表示位置的像素），其中主光线的指向方向是倾斜的，从而没有被遮光膜231-2遮挡的光可能进入存储器212-2中。
如果如上所述光在相邻像素的存储器212-2中被接收，则可能发生颜色混合噪声等。
与参考图5所描述的情况一样，像素阵列242中设置的每个像素构造为使遮光膜231-1的遮光量A，即图6中相关双头水平箭头表示的距离，防止光进入像素的部分泄漏在像素中的存储器212-1中。然而，对于像素阵列242中端部处设置的像素（例如，线C-C表示位置的像素），其中主光线的指向方向是倾斜的，从而没有被遮光膜231-1遮挡的光可能进入存储器212-1中。
如果光如上所述接收在像素中的存储器212-1中，则可能产生残像噪声等。
尽管已经参考图5和6描述了图4中水平方向上线性排列的线A-A至C-C表示位置的像素，但是光也可进入在图4中线D-D或E-E表示位置的像素的相邻像素中的存储器中，该像素和相邻像素在垂直方向上线性排列。
因此，在本技术中，根据像素阵列242中像素的位置采取遮光措施。
图7是沿着图2中线VII-VII剖取的应用本技术的像素的截面图，具体而言，图4所示线A-A至C-C表示位置的像素的截面图。在图7中，由虚线围绕的矩形部分表示一个像素。遮光膜231-1和231-2提供在每一个像素上。光通过遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成的开口入射。主光线的指向方向由图7中三个相关箭头表示。
像素中的电极由遮光膜231-1覆盖。
图7的最左侧示出了在图4中线A-A表示位置的像素的截面图。因为线A-A表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的左端，所以接收光的主光线指向为左下方。主光线的指向方向由图7中的相关箭头表示。
图7中的中间部分示出了图4中线B-B表示位置的像素的截面图。因为线B-B表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的中心，所以所接收光的主光线指向为垂直向下。主光线的指向方向由图7中相关箭头表示。
图7中最右侧示出了图4中线C-C表示位置的像素的截面图。因为线C-C表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的右端，所以所接收光的主光线指向为右下方。主光线的指向方向由图7中相关箭头表示。
图7中结构与图5中结构的区别在于，遮光膜231-1的遮光量A根据像素的位置而变化。
具体而言，图7中最左侧像素（线A-A表示位置的像素）中遮光膜231-1的遮光量A小于图7中的中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。相反，图7中最右侧像素（线C-C表示位置的像素）中遮光膜231-1的遮光量A大于图7中的中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。
在图7的该像素中，在线C-C表示的位置，遮光膜231-1在附图中的左端沿着光敏二极管211的顶表面延长。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212中。
为了使遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成开口的尺寸保持在像素中不变，在图7中，在线A-A表示的位置，遮光膜231-2在附图中的右端沿着光敏二极管211的顶表面延长；在图7的像素中，在线C-C表示的位置，遮光膜231-2在附图中的右端缩短。
图8是沿着图3中线VIII-VIII剖取的应用本发明的像素的截面图，其每一个包括相邻像素的一部分。图8中由图4中线A-A至C-C表示位置的像素的截面图如图6所示。
在图8中，虚线围绕的矩形部分表示一个像素；示出了相邻于一个像素附图中左侧的像素的一部分。如上所述，如果具有图3所示布置的像素设置在像素阵列242中，则存储器212设置在光敏二极管211的右侧和左侧。
图8中的最左侧示出了图4中线A-A表示位置的像素的截面图。因为线A-A表示位置的像素几乎设置在如图4所示的像素阵列242的左端，所以所接收光的主光线指向为左下方。主光线的指向方向由图8中的相关箭头表示。
图8中的中间部分示出了图4中线B-B表示位置的像素的截面图。因为线B-B表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的中心，所以所接收光的主光线指向为垂直向下。主光线的指向方向由图8中相关箭头表示。
图8中的最右侧示出了图4中线C-C表示位置的像素的截面图。因为线C-C表示位置的像素几乎设置在图4所示像素阵列242的右端，所以所接收光的主光线指向为右下方。主光线的指向方向由图8中的相关箭头表示。
图8中的结构与图6中的结构的区别在于，遮光膜231-1的遮光量A和遮光膜231-2的遮光量B根据像素的位置变化。
具体而言，图8中最左侧的像素（线A-A表示位置的像素）中的遮光膜231-1的遮光量A小于图8中中心像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。相反，图8中最右侧像素（线C-C表示位置的像素）的遮光膜231-1的遮光量A大于图8中中心像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。
图8中最左侧像素（线A-A表示位置的像素）中遮光膜231-2的遮光量B大于图8中中心像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量B。相反，图8中最右侧像素（线C-C表示位置的像素）中遮光膜231-2的遮光量B小于图8中中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量B。
在该像素中，在图8中，在线A-A表示的位置上，遮光膜231-2在附图中的右端沿着光敏二极管211的顶表面延长。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-2中。这对图8中的线C-C表示位置的像素也是成立的；遮光膜231-1在附图中的左端沿着光敏二极管211的顶表面延长，从而即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-1中。
尽管图4中在水平方向上线性排列的线A-A至C-C表示位置上的像素已经参考图7和8进行了描述，但是在图4中的线D-D和E-E表示位置的垂直方向线性排列的像素，也可以根据像素在像素阵列242的位置采取相应的遮光措施。具体而言，尽管线A-A至C-C表示位置的像素的遮光膜在水平方向上的形状根据像素的位置而变化，但是线D-D和E-E表示位置的像素可构造为使遮光膜在垂直方向上的形状根据像素的位置而变化。
根据本技术，遮光量如上所述根据像素阵列242中像素的位置进行了变化，因此能防止光进入存储器，并且因此抑制残像噪声、颜色混合噪声等的产生。
尽管，在上述的实施例中，已经描述了遮光膜用于改变进行遮光的遮光量的示例，但是形成传感器的硅层上形成配线层中形成的配线可用在图像传感器芯片中以取代遮光膜。
图9是沿着图3中的线IX-IX剖取的应用本技术的像素的另一个示例的截面图，其包括相邻像素的一部分。图4中线A-A至C-C表示位置的像素在图9中的截面图如图8所示。
在图9中，虚线围绕的矩形部分表示一个像素；示出了相邻于一个像素附图中左侧的像素的一部分。如上所述，如果具有图3所示布置的像素设置在像素阵列242中，则存储器212位于光敏二极管211的右侧和左侧。
图9中的结构与图8中的结构的区别在于，配线232-1和配线232-2提供在像素上。光通过配线232-1和配线232-2之间形成的开口入射。主光线的指向方向由图9中三个相关箭头表示。
在图9所示的结构中，配线232-1的遮光量A和配线232-2的遮光量B根据像素的位置变化。
具体而言，图9中最左侧像素（线A-A表示位置的像素）中配线232-1的遮光量A小于图9中中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。相反，图9中最右边像素（线C-C表示位置的像素）的配线232-1的遮光量A大于图9中中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量A。
图9中最左边像素（线A-A表示位置的像素）的配线232-2的遮光量B大于图9中中间像素（线B-B表示位置的像素）的遮光量B。相反，图9中最右边像素（线C-C表示位置的像素）中配线232-2的遮光量B小于图9中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的遮光量B。
在像素中，在图9中，在线A-A表示的位置，配线232-2在附图中的右端沿着光敏二极管211的顶表面延长。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-2中。这对图9中线C-C表示位置的像素也是成立的；配线232-1在附图中的左端沿着光敏二极管211的顶表面延长，从而即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-1中。
尽管在图7至9的结构中的示例已经描述了不管像素位置如何，遮光膜231-1和遮光膜231-2之间（或配线232-1和配线232-2之间）形成的开口的尺寸保持不变，但是开口的尺寸可根据像素的位置变化。
图10是沿着图3中线X-X剖取的已经应用本技术的像素的再一个示例的截面图，其包括相邻像素的一部分。图4中线A-A至C-C表示位置的像素在图10中的截面图如图8所示。
在图10中，虚线围绕的矩形部分表示一个像素；示出了相邻于一个像素附图中左侧的像素的一部分。如上所述，如果具有图3所示布置的像素设置在像素阵列242中，则存储器212位于光敏二极管211的右侧和左侧。
图10中的结构与图7至9中的结构的区别在于，遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成的开口的尺寸根据像素的位置变化。
具体而言，在图10所示的结构中，图10中最左边像素（线A-A表示位置的像素）和图10中最右边像素（线C-C表示位置的像素）中开口的尺寸大于图10中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的开口尺寸。
在该像素中，在图10中，在线B-B表示的位置，开口形成在光敏二极管211的中心。通过比较，在图10的像素中，在线A-A表示的位置，开口形成到光敏二极管211中心的右侧，并且在图10的像素中，在线C-C表示的位置，开口形成到光敏二极管211中心的左侧。
相对明亮的光入射在靠近像素阵列242的中心设置的像素（例如，线B-B表示位置的像素）上。因此，即使像素中的开口在尺寸上很小，像素信号也不受影响。然而，相对弱的光入射在像素阵列242的周边部分上设置的像素（例如，线A-A或C-C表示位置的像素）上。因此，如果该像素中的开口在尺寸上很小，像素信号受到很大影响。因此，在图10中，线B-B表示位置的像素具有小的开口，并且线A-A和C-C表示位置的像素具有大的开口。
因为开口的尺寸根据像素的位置以这样的方式调整，所以可改善阴影。
在线A-A和C-C表示位置的像素中，开口从光敏二极管211的中心偏移。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-1或存储器212-2中。
在上面的实施例中，已经描述了即使所接收光的主光线是倾斜的，也可防止泄漏光进入存储器中。在某些CMOS图像传感器中，浮置扩散用作存储器。在此情况下，甚至所接收的光的主光线是倾斜的，也足以改变遮光膜或配线的形状而防止光泄漏在浮置扩散中。
尽管，在上面的实施例中，已经描述了其中本技术应用于CMOS图像传感器的示例，但是，本技术也可应用于例如电荷耦合装置（CCD）图像传感器。CCD图像传感器中的电荷传输通道相当于CMOS图像传感器中的存储器。因此，甚至所接收的光的主光线是倾斜的，为了防止光泄漏在电荷传输通道，例如，遮光膜或配线的形状也可变化。
图11是沿着图3的线XI-XI剖取的应用本技术的像素的又一个示例的截面图，其包括相邻像素的一部分。在图11的示例中，示出了其中滤色器和芯片上透镜设置在具有多个配线层的图像传感器的芯片上的结构。
图11的结构具有三个配线层；配线232-1a至232-1c提供在附图中的右侧，并且配线232-2a至232-2c提供在附图中的左侧。在图11的结构中，滤色器261形成在配线层上，并且芯片上透镜262形成在滤色器261上。
图11中的截面图示出了图4中线A-A至C-C表示位置的像素的截面图。在图11中，虚线围绕的矩形部分表示一个像素。光通过芯片上透镜262和滤色器261且通过配线232-1a至232-1c和配线232-2a至232-2c之间形成的开口以及遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成的开口进入光敏二极管211。主光线的指向方向由图11中的三个相关箭头表示。
在图11所示的结构中，遮光膜231-1的遮光量A和遮光膜231-2的遮光量B根据像素的位置变化。
具体而言，图11中最左侧像素（线A-A表示位置的像素）中的遮光膜231-1的遮光量A小于图11中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的遮光量A。相反，图11中最右边像素（线C-C表示位置的像素）中的遮光膜231-1的遮光量A大于图11中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的遮光量A。
图11中最左边像素（线A-A表示位置的像素）中的遮光膜231-2的遮光量B大于图11中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的遮光量B。相反，图11中最右边像素（线C-C表示位置的像素）中遮光膜231-2的遮光量B小于图11中中间像素（线B-B表示位置的像素）中的遮光量B。
在图11所示的结构中，配线232-1a至232-1c和配线232-2a至232-2c的形状根据像素的位置而变化。特别是，配线232-1a和232-2a的形状根据像素的位置而变化。
具体而言，在图11中线A-A表示位置的像素中，在与线B-B表示位置的像素比较时，配线232-2a朝着附图中的右侧延长，并且配线232-1a在附图中的左侧缩短。相反，在图11中的线C-C表示位置的像素中，与线B-B表示位置的像素相比时，配线232-2a在附图中的右侧缩短，并且配线232-1a朝着附图中的左侧延长。
在图11的像素中，在线A-A表示的位置，遮光膜231-2在附图中的右端沿着光敏二极管211的顶表面延长。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-2中。这对图11中线C-C表示位置的像素也是正确的；遮光膜231-1在附图中的左端沿着光敏二极管211的顶表面延长，从而即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-1中。
此外，在图11的像素中，在线A-A表示的位置，配线232-2a在附图中的右端沿着光敏二极管211的顶表面延长。因此，即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光泄漏在存储器212-2中。这对图11中线C-C表示的位置的像素也是正确的；配线232-1a在附图中的左端沿着光敏二极管211的顶表面延长，从而即使所接收光的主光线是倾斜的，也能防止光进入存储器212-1中。
此外，在图11所示的结构中，其上设置芯片上透镜262的位置根据像素的位置变化。
具体而言，根据主光线的指向方向，图11中线A-A表示位置的像素的芯片上透镜262相对于线B-B表示位置的像素的芯片上透镜262设置在附图中的右侧。类似地，根据主光线的指向方向，图11中线C-C表示位置的像素的芯片上透镜262相对于线B-B表示位置的像素的芯片上透镜262设置在附图中的左侧。
因此，在每个位置的像素中，已经通过芯片上透镜262和滤色器261的光可通过配线232-1a至232-1c和配线232-2a至232-2c之间形成的开口以及通过遮光膜231-1和遮光膜231-2之间形成的开口指向光敏二极管211，如相关的虚线所表示。
因此，本技术防止光泄漏在像素中的存储器或其相邻像素中，而与像素阵列中的像素的位置无关。结果，能抑制颜色混合噪声或残像噪声，从而改善像素特性。
如果本技术与配线层、滤色器和芯片上透镜的布置纠正相结合，则变得能抑制光学噪声而不影响灵敏度、阴影和其它基本光学特征。如果遮光膜之间形成的开口的尺寸在芯片中变化，则可期待阴影上的改善。
本技术不限于应用于诸如图像传感器的固态成像装置。本技术也可应用于诸如静态相机和摄像机的成像装置、具有成像功能的移动电话终端、在图像读取单元中采用固态成像装置的复印机和在图像捕捉单元（光电转换部）中采用固态成像装置的其它普通电子设备。
图12是示出相机设备用作应用本技术的电子装置的结构示例的框图。
图12中的相机设备600包括由透镜构成的光学单元601、固态成像装置602和数字信号处理（DSP）电路603，其为相机信号处理电路。相机设备600还包括帧存储器604、显示单元605、记录单元606、操作单元607和电源单元608。DSP电路603、帧存储器604、显示单元605、记录单元606、操作单元607和电源单元608通过总线609相互连接。
光学单元601接收从目标指向的入射光（图像光）且聚集固态成像装置602的成像表面上接收的光。固态成像装置602转换由光学单元601聚集在成像表面上的入射光量为电信号，并且输出电信号作为像素信号。使用上述实施例中像素的诸如图像传感器的固态成像装置可用作固态成像装置602。
显示单元605是面板显示单元，其使用诸如液晶面板或电致发光（EL）面板的面板。显示单元605显示由固态成像装置602捕获的运动图像或静态图像。记录单元606记录由固态成像装置602捕获的运动图像或静态图片在录像带、数字化视频光盘（DVD）或其它记录介质上。
操作单元607根据使用者的操作发出产生相机设备600各种功能的操作指令。电源单元608在适当的时间为DSP电路603、帧存储器604、显示单元605、记录单元606和处理单元607的运行提供各种类型的电源。
本技术的应用不限于检测可见光的入射光量的分布且捕获该分布作为图像的固态成像装置。本技术也可应用于一般的固态成像装置来检测红外线、X射线或粒子的入射量的分布且捕获该分布作为图像，并且在广义上，可应用于通常的电子装置（物理量分布检测装置）例如检测压力、电容或其它物理量的分布的指纹检测传感器，并且捕获该分布作为图像。
该说明书中上述描述的一系列处理不仅包括以所描述的顺序依时序执行的处理，而且包括不必依时序执行而是同时或独立执行的处理。
本技术不限于上述的实施例。在不脱离本技术精神和范围的情况下可进行各种修改。
本技术也可具有下面所述的结构。
（1）一种图像传感器，包括形成为半导体芯片的多个单元像素，每个单元像素具有：
光电转换部，
电荷保持部，保持存储在该光电转换部中的电荷，
电荷电压转换部，将从该电荷保持部传输的电荷转换成电压，以及
遮光膜，在该遮光膜之间的开口形成于该光电转换部上方，其中
该多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵，并且
该遮光膜的形状根据该单元像素在该像素阵列中的位置而变化。
（2）根据（1）所述的图像传感器，其中在该像素阵列中的该单元像素的每个位置处，该遮光膜的形状根据入射在该光电转换部上的光的主光线指向的方向确定。
（3）根据（1）或（2）所述的图像传感器，其中该遮光膜之间形成的该开口的位置根据该像素阵列中的该单元像素的位置变化。
（4）根据（3）所述的图像传感器，其中该半导体芯片的配线用于取代该遮光膜。
（5）根据（1）至（3）任一项所述的图像传感器，其中该遮光膜之间形成的开口的尺寸根据该像素阵列中的该单元像素的位置变化。
（6）根据（1）至（3）任一项所述的图像传感器，其中该半导体芯片的配线的形状还根据该像素阵列中的该单元像素的位置变化。
（7）根据（6）所述的图像传感器，其中在该像素阵列中的该单元像素的每个位置处，该遮光膜的形状和该半导体芯片的配线的形状根据入射在该光电转换部上的光的主光线指向的方向确定，并且设置该单元像素的芯片上透镜的位置还根据该主光线的方向变化。
（8）一种具有图像传感器的电子装置，该图像传感器包括形成为半导体芯片的多个单元像素，每个单元像素具有：
光电转换部，
电荷保持部，保持存储在该光电转换部中的电荷，
电荷电压转换部，将从该电荷保持部传输的电荷转换成电压，以及
遮光膜，在该遮光膜之间的开口形成于该光电转换部的上方，
该多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵，并且
该遮光膜的形状根据该单元像素在该像素矩阵中的位置而变化。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
本申请要求于2013年2月22日提交的日本优先权专利申请JP2013-033493的权益，其全部内容通过引用结合于此。
Claims (5)
1.一种图像传感器，包括形成为半导体芯片的多个单元像素，每个单元像素具有：光电转换部，
多个配线层，
电荷保持部，保持存储在该光电转换部中的电荷，并且p+型钉扎层设置在所述电荷保持部上，电荷保持部比光电转换部具有更高的杂质密度，
电荷电压转换部，将从该电荷保持部传输的电荷转换成电压，以及
遮光膜，其形成于该电荷保持部上方，其中
该多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵，并且
其中，该电荷保持部与该光电转换部相邻，在截面图中，遮光膜的第一距离是当入射光的主光线的角度是第一方向时从电荷保持部的端部延伸到遮光膜在光电转换部上方的端部的距离，遮光膜的第二距离是当入射光的主光线的角度是第二方向时从电荷保持部的所述端部延伸到遮光膜在光电转换部上方的端部的距离，
其中，所述第一距离长于所述第二距离。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在截面图中，遮光膜的第三距离是当入射光的主光线的角度是第三方向时从电荷保持部的端部延伸到遮光膜在光电转换部上方的端部的距离，
其中，所述第三距离短于所述第二距离。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中该半导体芯片的配线用于取代该遮光膜。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在该像素阵列中的该单元像素的每个位置处，该遮光膜的形状和该半导体芯片的配线的形状根据入射在该光电转换部上的光的主光线指向的方向确定，并且设置该单元像素的芯片上透镜的位置还根据该主光线的方向变化。
5.一种具有图像传感器的电子装置，该图像传感器包括形成为半导体芯片的多个单元像素，每个单元像素具有：
光电转换部，
多个配线层，
电荷保持部，保持存储在该光电转换部中的电荷，并且p+型钉扎层设置在所述电荷保持部上，电荷保持部比光电转换部具有更高的杂质密度，
电荷电压转换部，将从该电荷保持部传输的电荷转换成电压，以及
遮光膜，其形成于该电荷保持部的上方，其中
该多个单元像素在像素阵列中设置成矩阵，并且
其中，该电荷保持部与该光电转换部相邻，在截面图中，遮光膜的第一距离是当入射光的主光线的角度是第一方向时从电荷保持部的端部延伸到遮光膜在光电转换部上方的端部的距离，遮光膜的第二距离是当入射光的主光线的角度是第二方向时从电荷保持部的所述端部延伸到遮光膜在光电转换部上方的端部的距离，
其中，所述第一距离长于所述第二距离。
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