CN105580138B - 固态成像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被设计成减少每个相位差检测像素的遮光层的侧壁面处的入射光的反射的固态成像装置以及一种电子设备。根据本发明的一个方面的固态成像装置包括：普通像素，其生成像素信号；以及相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号。在该固态成像装置中，普通像素以及相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至光电转换层上的透镜；相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于透镜的光轴偏离的开口；并且在遮光层上形成防止由透镜聚集的入射光的反射的防反射部。本发明可以应用于背面照射型CIS。

Description

固态成像装置和电子设备
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置和一种电子设备。更具体地，本发明涉及一种优选地在除用于获取像素信号的普通像素之外还设置有用于实现像平面相位差自动聚焦(AF：automatic focus)功能的相位差检测像素的情况下使用的固态成像装置以及一种电子设备。
背景技术
像平面相位差AF被称为AF方法(例如，参见专利文献1)。在实现像平面相位差AF的固态成像元件中，除用于获取像素信号的普通像素之外，还在预定位置处设置有用于将入射光光瞳分割(pupil division)的相位差检测像素。
图1是示出了设置有相位差检测像素的背面照射型CMOS图像传感器(CIS：CMOSImage Sensor)的示例传统结构的截面框图。在该图中，左侧为相位差检测像素11，且右侧为普通像素12。
相位差检测像素11和普通像素12从上部层侧(光入射表面侧)起均依次包括片上透镜21、防反射层24、光电转换层25和互连层26。
在相位差检测像素11中，在片上透镜21和防反射层24之间形成有具有开口部22a的遮光层22，该开口部是相对于片上透镜21的光轴偏离的开口。
同时，在普通像素12中，在片上透镜21和防反射层24之间设置有彩色滤光片23。彩色滤光片23也可以设置在相位差检测像素11中。
在理想情况下，如图1所示，在相位差检测像素11中，应当被遮挡的入射光会被遮光层22完全遮挡，并且应当被接收的入射光优选地通过开口部22a进入光电转换层25。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2013-157622号
发明内容
技术问题
然而，实际上，如图2所示，会存在被遮光层22的侧壁面22b反射的入射光。当反射光(例如入射光L1的反射光)进入相位差检测像素11的光电转换层25时，相位差检测性能会变差。当反射光(例如入射光L2的反射光)进入相邻普通像素12的光电转换层25时，会导致混色。
与表面照射型CIS相比，在背面照射型CIS 10中，上述相位差检测像素11的遮光层22的侧壁面22b处的入射光的反射更加明显。为了便于比较，下面将对表面照射型CIS的示例结构进行说明。
图3是示出了设置有相位差检测像素的表面照射型CIS的示例传统结构的截面框图。在该图中，左侧为相位差检测像素31，且右侧为普通像素32。
相位差检测像素31和普通像素32从上部层侧(光入射面侧)起均依次包括片上透镜33、互连层35、防反射层37和光电转换层38。
在相位差检测像素31中，在互连层35中设置有具有开口部36a的遮光层36，该开口部的开口相对于片上透镜33的光轴偏离。同时，在普通像素32中，在片上透镜33和互连层35之间设置有彩色滤光片34。彩色滤光片34也可以设置在相位差检测像素31中。
如附图所示，在表面照射型CIS 30中，由片上透镜33聚集的入射光经由互连层35进入光电转换层38，且因此从片上透镜33至光电转换层38的距离大于背面照射型CIS 10中的这种距离。因此，入射光的主光线L11和光轴之间的角度小于背面照射型CIS 10中的这种角度。片上透镜33被设计为具有比背面照射型CIS 10的片上透镜21的曲率小的曲率，且因此入射光的周围光线L12和片上透镜33的光轴之间的角度小于背面照射型CIS 10中的这种角度。
换言之，与表面照射型CIS 30相比，在背面照射型CIS 10中，由互连层26引起的光晕(vignetting)较小，并且对光的倾斜入射的容差较大。因此，入射光的主光线L1和光轴之间的角度大于背面照射型CIS 10中的这种角度。同样，片上透镜21的曲率大于表面照射型CIS 30的片上透镜33的曲率，且因此入射光的周围光线L2和片上透镜21的光轴之间的角度大于表面照射型CIS 30中的这种角度。
以上事实表明，与表面照射型CIS 30相比，在背面照射型CIS 10中，在相位差检测像素11的遮光层22的侧壁面22b处更容易发生入射光反射。为了克服这点，必须采取一些措施。
鉴于这些情况提出本发明，并且本发明目的在于减少在相位差检测像素的遮光层的侧壁面处的入射光的反射。
技术方案
根据本发明的第一方面的固态成像装置包括：普通像素，其生成像素信号；以及相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号。在该固态成像装置中，所述普通像素和所述相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至所述光电转换层上的透镜，所述相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于所述透镜的光轴偏离的开口，并且在所述遮光层上形成有防反射部，以用于防止由所述透镜聚集的所述入射光的反射。
所述防反射部可以是形成在所述遮光层的面对所述开口部的侧壁面上的防反射膜。
所述防反射部可以是进一步形成在所述遮光层的处于所述透镜一侧的上表面上的所述防反射膜。
所述遮光层可以由金属制成，并且所述防反射膜可以由通过对金属进行氧化处理而形成的金属氧化物制成。
所述遮光层可以由W制成，并且所述防反射膜可以由通过对W进行氧化处理而形成的WOx制成。
所述防反射部可以是锥形部，在所述锥形部中，所述遮光层沿朝向所述开口部的方向变薄。
所述普通像素和所述相位差检测像素均可以进一步包括防反射层，所述防反射层位于所述光电转换层的处于所述透镜一侧的上表面上，并且所述相位差检测像素的所述防反射层可以具有移除部，所述移除部是被选择性地移除的部分。
所述遮光层可以薄于形成在OPB区域中的遮光膜。
所述固态成像装置可以是背面照射型。
根据本发明的第二方面的电子设备是配备有固态成像装置的电子设备。该固态成像装置包括：普通像素，其生成像素信号；以及相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号。在该固态成像装置中，所述普通像素和所述相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至所述光电转换层上的透镜，所述相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于所述透镜的光轴偏离的开口，并且在所述遮光层上形成有防反射部，以用于防止由所述透镜聚集的所述入射光的反射。
根据本发明的第一方面和第二方面，利用遮光层形成的防反射部防止了由透镜聚集的入射光的反射。
有益效果
根据本发明的第一方面和第二方面，可以通过遮光层防止由透镜聚集的入射光被反射以及进入光电转换层。
附图说明
图1是示出了设置有相位差检测像素的背面照射型CIS的示例传统结构的截面框图。
图2是示出了解释图1所示的背面照射型CIS中的遮光层的侧壁面处的入射光反射的示图。
图3是示出了设置有相位差检测像素的表面照射型CIS的示例传统结构的截面框图。
图4是示出了本发明的背面照射型CIS的第一示例结构的截面框图。
图5是示出了本发明的背面照射型CIS的第二示例结构的截面框图。
图6是示出了本发明的背面照射型CIS的第三示例结构的截面框图。
图7是示出了本发明的背面照射型CIS的第四示例结构的截面框图。
具体实施方式
下文为参照附图对用于执行本发明的最佳方式(在下文中称为实施例)进行的详细说明。
作为实施例的背面照射型CIS的第一示例结构
图4是示出了作为实施例的设置有相位差检测像素的背面照射型CIS的第一示例结构的截面框图。在该图中，左侧示出了相位差检测像素51，且右侧示出了普通像素52。
相位差检测像素51和普通像素52从上部层侧(光入射面侧)起均依次包括片上透镜53、防反射层57、光电转换层58和互连层59。
在相位差检测像素51中，在片上透镜53和防反射层57之间形成有具有开口部55a的遮光层55，该开口部是相对于片上透镜53的光轴偏离的开口。
遮光层55由诸如W(钨)等遮挡入射光的金属材料制成。通过对金属材料进行氧化处理，将遮光层55的侧壁面55b和上表面55c处理成由诸如WOx等金属氧化物制成的防反射膜56。
同时，在普通像素52中，在片上透镜53和防反射层57之间设置有彩色滤光片54。彩色滤光片54也可以设置在相位差检测像素51中。
在相位差检测像素51中，入射光可以进入遮光层55的侧壁面55b。然而，由于侧壁面55b被处理成防反射膜56，因此会抑制入射光的反射。因此，可以抑制反射光进入光电转换层58，并且可以降低相位差检测像素51的相位差检测性能的劣化以及相邻普通像素52中的混色。
同样，由于遮光层55的上表面55c也被处理成防反射膜56，因此也可以减少因入射光在遮光层55的上表面55c处的反射而造成的散射光(stray light)。
作为实施例的背面照射型CIS的第二示例结构
图5是示出了作为实施例的设置有相位差检测像素的背面照射型CIS的第二示例结构的截面框图。在图4和图5这两幅图中，使用相同的参考标号来表示背面照射型CIS 60与如图4所示的作为第一示例结构的背面照射型CIS 50之间的相同部件，因此将不重复解释这些部件。
在作为第二示例结构的背面照射型CIS 60的相位差检测像素51中，在片上透镜53和防反射层57之间形成有具有开口部61a的遮光层61，该开口部是相对于片上透镜53的光轴偏离的开口。
遮光层61由诸如W等遮挡入射光的金属材料制成。遮光层61具有沿朝向开口部61a的方向变薄的锥形部62。
由于在遮光层61中形成了锥形部62，因此可以抑制光晕，并增加相位差检测像素51中的光敏性(photosensitivity)。另外，由于遮光层61的侧壁面的面积变小，因此可以降低入射光在侧壁面上的反射。因此，能够降低相位差检测像素51的相位差检测性能的劣化以及相邻普通像素52中的混色。
作为实施例的背面照射型CIS的第三示例结构
图6是示出了作为实施例的设置有相位差检测像素的背面照射型CIS的第三示例结构的截面框图。在图4和图6这两幅图中，使用相同的参考标号来表示背面照射型CIS 70与如图4所示的作为第一示例结构的背面照射型CIS 50之间的相同部件，因此将不重复解释这些部件。
在作为第三示例结构的背面照射型CIS 70的相位差检测像素51中，在片上透镜53和防反射层57之间形成有具有开口部71a的遮光层71，该开口部是相对于片上透镜53的光轴偏离的开口。
遮光层71由诸如W等遮挡入射光的金属材料制成，并且其厚度比背面照射型CIS70的OPB区域(未示出)中的每个普通像素中设置的遮光层的厚度小。
由于遮光层71很薄，因此抑制了光晕，并增加了相位差检测像素51中的光敏性。另外，由于遮光层71的侧壁面面积变小，因此可以降低入射光在侧壁面上的反射。因此，能够降低相位差检测像素51的相位差检测性能的劣化以及相邻普通像素52中的混色。
作为实施例的背面照射型CIS的第四示例结构
图7是示出了作为实施例的设置有相位差检测像素的背面照射型CIS的第四示例结构的截面框图。在图4和图7这两幅图中，使用相同的参考标号来表示背面照射型CIS 80与如图4所示的作为第一示例结构的背面照射型CIS 50之间的相同部件，因此将不重复解释这些部件。
在作为第四示例结构的背面照射型CIS 80的相位差检测像素51中，在光电转换层58的上表面上形成有防反射层81。防反射层81具有被选择性地移除的部分(移除部81a)。
由于在相位差检测像素51的防反射层81中形成有移除部81a，因此可以通过移除部81a反射应当被防止进入光电转换层58的反射光等。因此，能够降低相位差检测像素51的相位差检测性能的劣化以及相邻普通像素52中的混色。
总结
可以将上述背面照射型CIS 50、60、70和80进行适当地结合。例如，可以通过氧化处理将背面照射型60的遮光层61、背面照射型70的遮光层71等处理成防反射膜，或者可以在背面照射型CIS 50、60或70中设置具有背面照射型80的移除部81a的防反射层81。
本实施例的背面照射型CIS 50、60、70和80可以用于具有成像功能的任何类型电子设备中，更不用说诸如照相机等成像设备。
本发明不仅仅可以应用于背面照射型CIS，也可以应用于表面照射型CIS。本发明的背面照射型CIS和表面照射型CIS可以是三晶体管型或四晶体管型。
另外，本发明可以应用于允许像素共享电极和FD等的多像素共享型(multi-pixelsharing)CIS。
本发明可以应用于将通过其上形成有传感器电路的基板和其上形成有逻辑电路的基板进行堆叠而形成的堆叠型CIS。
应当理解，本发明的实施例不局限于上述实施例，并在在不背离本发明的范围的前提下，可以对以上实施例进行各种修改。
本发明可以具体体现为以下结构。
(1)一种固态成像装置，其包括：
普通像素，其生成像素信号；以及
相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号，
其中，所述普通像素和所述相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至所述光电转换层上的透镜，
所述相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于所述透镜的光轴偏离的开口，并且
在所述遮光层上形成有防反射部，以用于防止由所述透镜聚集的所述入射光的反射。
(2)根据(1)的固态成像装置，其中，所述防反射部是形成在所述遮光层的面对所述开口部的侧壁面上的防反射膜。
(3)根据(2)的固态成像装置，其中，所述防反射部是进一步形成在所述遮光层的处于所述透镜一侧的上表面上的所述防反射膜。
(4)根据(2)或(3)的固态成像装置，其中，
所述遮光层由金属制成，并且
所述防反射膜由通过对金属进行氧化处理而形成的金属氧化物制成。
(5)根据(2)至(4)中任一者的固态成像装置，其中，
所述遮光层由W制成，并且
所述防反射膜由通过对W进行氧化处理而形成的WOx制成。
(6)根据(1)的固态成像装置，其中，所述防反射部是锥形部，在所述锥形部中，所述遮光层沿朝向所述开口部的方向变薄。
(7)根据(1)至(6)中任一者的固态成像装置，其中，
所述普通像素和所述相位差检测像素均进一步包括防反射层，所述防反射层位于所述光电转换层的处于所述透镜一侧的上表面上，并且
所述相位差检测像素的所述防反射层具有移除部，所述移除部是被选择性地移除的部分。
(8)根据(1)至(7)中任一者的固态成像装置，其中，所述遮光层薄于形成在OPB区域中的遮光膜。
(9)根据(1)至(7)中任一者的固态成像装置，其中，所述固态成像装置是背面照射型。
(10)一种电子设备，其配备有固态成像装置，
普通像素，其生成像素信号；以及
相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号，
其中，所述普通像素和所述相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至所述光电转换层上的透镜，
所述相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于所述透镜的光轴偏离的开口，并且
在所述遮光层上形成有防反射部，以用于防止由所述透镜聚集的所述入射光的反射。
参考标记列表
50 背面照射型CIS 51 相位差检测像素
52 普通像素 53 片上透镜
54 彩色滤光片 55 遮光膜
51B 侧壁面 56 防反射膜
57 防反射层 58 光电转换层
59 互连层 60 背面照射型CIS
61 遮光层 62 锥形部
70 背面照射型CIS 71 遮光层
80 背面照射型CIS 81 防反射层
81a 移除部

Claims (9)

1.一种固态成像装置，其包括：
普通像素，其生成像素信号；以及
相位差检测像素，其生成用于像平面相位差AF的相位差信号，
其中，所述普通像素和所述相位差检测像素均包括光电转换层和将入射光聚集至所述光电转换层上的透镜，
所述相位差检测像素包括具有开口部的遮光层，所述开口部具有相对于所述透镜的光轴偏离的开口，并且
在所述遮光层上形成有防反射部，以用于防止由所述透镜聚集的所述入射光的反射，
所述普通像素和所述相位差检测像素均进一步包括防反射层，所述防反射层位于所述光电转换层的处于所述透镜一侧的上表面上，并且
所述相位差检测像素的所述防反射层具有移除部，所述移除部是被选择性地移除的部分。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述防反射部是形成在所述遮光层的面对所述开口部的侧壁面上的防反射膜。
3.如权利要求2所述的固态成像装置，其中，所述防反射部是进一步形成在所述遮光层的处于所述透镜一侧的上表面上的所述防反射膜。
4.如权利要求2所述的固态成像装置，其中，
所述遮光层由金属制成，并且
所述防反射膜由通过对金属进行氧化处理而形成的金属氧化物制成。
5.如权利要求4所述的固态成像装置，其中，
所述遮光层由W制成，并且
所述防反射膜由通过对W进行氧化处理而形成的WOx制成。
6.如权利要求1-5中任一项所述的固态成像装置，其中，所述防反射部是锥形部，在所述锥形部中，所述遮光层沿朝向所述开口部的方向变薄。
7.如权利要求1-5中任一项所述的固态成像装置，其中，所述遮光层薄于形成在OPB区域中的遮光膜。
8.如权利要求1-5中任一项所述的固态成像装置，其中，所述固态成像装置是背面照射型。
9.一种电子设备，其配备有如权利要求1-8中任一项所述的固态成像装置。
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