CN110957338A - 固态成像器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态成像器件及其制造方法以及电子设备，所述固态成像器件被构造为能够使成像像素的倾斜入射光特性和相位差检测像素的AF特性都变得优异。所述固态成像器件包括：以矩阵的方式二维地布置的多个成像像素；和分散在所述成像像素之间的相位差检测像素。所述固态成像器件还包括：第一微透镜，所述第一微透镜以分别对应于所述成像像素的方式而形成；平坦化膜，所述平坦化膜形成在所述第一微透镜上且折射率比第一微透镜的折射率更低；和第二微透镜，所述第二微透镜仅在位于所述相位差检测像素上方的位置处形成在平坦化膜上。本发明例如能够应用于CMOS固态成像器件。

Description

固态成像器件
本申请是申请日为2014年03月06日、发明名称为“固态成像器件及其制造方法以及电子设备”的申请号为201480005896.0专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固态成像器件及其制造方法以及电子设备，特别地，涉及既能够获得成像像素的良好的倾斜入射光特性又能够获得相位差检测像素的良好的AF特性的固态成像器件及其制造方法以及电子设备。
背景技术
与正面照射型固态成像器件相比，由于互连配线层形成在受光面的相对侧，所以背面照射型固态成像器件以能够减小集光结构的高度并且能够实现良好的倾斜入射光特性而闻名。
已知这样的固态成像器件：相位差检测像素(其中，光电转换单元的一部分被遮光)设置在普通的成像像素之间并从而进行相位差检测。在相位差检测像素中，为了使集光点位于遮光膜上，需要增大微透镜与遮光膜之间的距离，即，需要增加集光结构的高度。
在这里，在背面照射型固态成像器件中设置有相位差检测像素的情况下，会存在这样的权衡：为了获得成像像素的倾斜入射光特性，要求减小高度；同时，为了获得相位差检测像素的AF特性，要求增大高度。
为了解决上述权衡，提出这样的成像元件：成像像素的微透镜的高度等于相位差检测像素的微透镜的高度，且相位差检测像素的受光元件形成得低(参见专利文献1)。此外，公开了：通过为相位差检测像素的微透镜设置高度差，来确保相位差检测像素的成像距离(参见专利文献2)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2008-71920A
专利文献2：JP 2007-281296A
发明内容
技术问题
然而，在专利文献1的结构中，因为成像像素的Si基板的膜厚度与相位差检测像素的Si基板的膜厚度是不同的，所以需要将成像像素和相位差检测像素的电位设计和离子注入工序分开。此外，存在这样的担忧：界面态由于受光元件雕刻期间的蚀刻的损害而被扰乱，这将影响暗时期间的特性。
此外，在专利文献2中，未公开为相位差检测像素的微透镜设置高度差的具体方法；且由于因高度差形成的壁部处的反射而发生暗影，从而成像像素的倾斜入射光特性的劣化是不可避免的。
本发明是鉴于上述情况而研发的，且既能够获得成像像素的良好的倾斜入射光特性又能够获得相位差检测像素的良好的AF特性。
问题的解决方案
根据本发明的实施例，提出了一种含有以矩阵构造二维地布置的多个成像像素和分散地布置在所述成像像素之间的相位差检测像素的固态成像器件，所述固态成像器件包括：第一微透镜，所述第一微透镜对应于各所述成像像素而形成；平坦化膜，所述平坦化膜的折射率比所述第一微透镜的折射率更低并且所述平坦化膜形成在所述第一微透镜上；和第二微透镜，所述第二微透镜仅形成在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上。
所述第一微透镜也可以形成在所述相位差检测像素中。
所述平坦化膜的折射率可以被设定为1.5或以下且所述第一微透镜和所述第二微透镜的折射率可以被设定为1.4或以上。
所述第二微透镜可以具有与所述平坦化膜相同的成分。
所述平坦化膜可以通过将氟或中空硅添加至基于丙烯酸的树脂或基于硅氧烷的树脂而形成。
所述第一微透镜和所述第二微透镜可以由包括基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂的有机材料制成。
所述第一微透镜和所述第二微透镜可以由有机-无机混合材料制成，其中，TiO细微颗粒分散于基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂、基于硅氧烷的树脂或聚酰亚胺树脂中。
所述第一微透镜和所述第二微透镜可以由基于SiN或基于SiON的无机材料制成。
在所述平坦化膜中在所述相位差像素与所述成像像素之间的边界部可以形成有遮光壁。
受光面侧的空隙可以被密封玻璃和密封树脂密封。
在所述第二微透镜上还可以形成有折射率比所述第一微透镜和所述第二微透镜的折射率更低的平坦化膜，且形成于所述第二微透镜上的所述平坦化膜上的空隙可以被所述密封玻璃和所述密封树脂密封。
所述第二微透镜上的空隙可以被所述密封玻璃和所述密封树脂密封，且所述第二微透镜的折射率可以充分高于所述密封树脂的折射率。
所述第二微透镜可以通过用折射率比所述平坦化膜的折射率更高的密封树脂密封形成在所述平坦化膜上的凹部而形成。
所述密封树脂可以由基于丙烯酸的树脂、硅酮树脂或环氧树脂制成。
根据本发明的实施例，提出了一种固态成像器件的制造方法，所述固态成像器件含有以矩阵构造二维地布置的多个成像像素和分散地布置在所述成像像素之间的相位差检测像素，所述方法包括以下步骤：对应于各所述成像像素形成第一微透镜；在所述第一微透镜上形成折射率比所述第一微透镜的折射率更低的平坦化膜；且仅在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上形成第二微透镜。
根据本发明的实施例，提出了一种电子设备，其包括：固态成像器件，所述固态成像器件含有以矩阵构造二维地布置的多个成像像素和分散地布置在所述成像像素之间的相位差检测像素，所述固态成像器件包括第一微透镜、平坦化膜和第二微透镜，所述第一微透镜对应于各所述成像像素而形成，所述平坦化膜的折射率比所述第一微透镜的折射率更低且形成在所述第一微透镜上，且所述第二微透镜仅形成在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上；信号处理电路，所述信号处理电路被构造用来对从所述固态成像器件输出的输出信号进行处理；和镜头，所述镜头被构造用来使入射光入射在所述固态成像器件上。
所述信号处理电路可以对在所述相位差检测像素附近布置的所述成像像素中发生的暗影进行校正。
所述信号处理电路可以利用预先创建的暗影函数来校正所述暗影，所述暗影函数表达了与作为暗影校正的目标的所述成像像素的布置相对应的暗影程度。
所述暗影函数可以根据镜头的镜头参数来创建。
所述信号处理电路可以利用与作为暗影校正的目标的所述成像像素最接近的同色的成像像素的输出来校正所述暗影。
在本发明的实施例中，在含有以矩阵构造二维地布置的多个成像像素和分散地布置在所述成像像素之间的相位差检测像素的固态成像器件中，对应于各所述成像像素而形成有第一微透镜，在所述第一微透镜上形成有折射率比所述第一微透镜的折射率更低的平坦化膜，且仅在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上形成有第二微透镜。
本发明的有益效果
根据本发明的实施例，既能够获得成像像素的良好的倾斜入射光特性又能够获得相位差检测像素的良好的AF特性。
附图说明
图1是示出了应用了本发明的固态成像器件的概要性构造示例的框图。
图2是示出了本发明的第一实施例的固态成像器件的构造示例的横截面图。
图3是示出了遮光膜的构造示例的视图。
图4是说明了图2的固态成像器件的制造处理的流程图。
图5是说明了固态成像器件的制造工序的视图。
图6是说明了固态成像器件的制造工序的视图。
图7是说明了固态成像器件的制造工序的视图。
图8是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图9是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图10是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图11是示出了本发明的第二实施例的固态成像器件的构造示例的横截面图。
图12是说明了图11的固态成像器件的制造处理的流程图。
图13是示出了本发明的第三实施例的固态成像器件的构造示例的横截面图。
图14是说明了图13的固态成像器件的制造处理的流程图。
图15是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图16是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图17是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图18是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图19是说明了图18的固态成像器件的制造处理的流程图。
图20是示出了固态成像器件的变型例的横截面图。
图21是示出了本发明的第四实施例的电子设备的构造示例的框图。
图22是说明了暗影的视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。以下面的顺序给出说明：
1.固态成像器件的概要性构造示例
2.第一实施例(本发明的基本的固态成像器件的示例)
3.第二实施例(在像素边界处含有遮光壁的固态成像器件的示例)
4.第三实施例(无空腔CSP结构的固态成像器件的示例)
5.第四实施例(含有本发明固态成像器件的电子设备的示例)
<1.固态成像器件的概要性构造示例>
图1示出了用于本发明各实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)固态成像器件的概要性构造示例。
如图1所示，固态成像器件1被构造为包括像素区(也被称为成像区)3和周边电路单元，在像素区中，含有光电转换元件的多个像素2规则地二维布置在半导体基板11(例如，硅基板)上。
像素2包括光电转换元件(例如，光电二极管)和多个像素晶体管(被称为MOS晶体管)。多个像素晶体管例如可以由传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管构成，或可以由还包括选择晶体管的四个晶体管构成。各像素2(单位像素)的等效电路与通常的等效电路类似，在这里省略详细说明。
像素2可以是共用像素结构。像素共用结构由多个光电二极管、多个传输晶体管、一个共用的浮动扩散部和其它逐个共用的像素晶体管构成。
周边电路单元由垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8构成。
控制电路8接收输入时钟或对操作模式等进行指令的数据，且输出固态成像器件1的内部信息等的数据。具体地，控制电路8在垂直同步信号、水平同步信号和主时钟的基础上产生用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作基准的时钟信号或控制信号。然后，控制电路8将这些信号输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6。
垂直驱动电路4例如由移位寄存器形成；且对像素驱动互连配线进行选择并将用于驱动像素2的脉冲供给至所选的像素驱动互连配线，从而以行为单位驱动像素2。具体地，垂直驱动电路4以行为单位在垂直方向上顺序地选择性地扫描像素区3中的各像素2，并经由垂直信号线9将基于根据各像素2中的光电转换元件的受光量而产生的信号电荷的像素信号供给至列信号处理电路5。
列信号处理电路5是例如对应于像素2的每一列而设置的，并且针对每一像素列，对从一行的像素2输出的信号进行去噪等信号处理。具体地，列信号处理电路5进行用于去除像素2特有的固定图形噪声的相关双采样(CDS)、信号放大或模拟/数字(A/D)转换等信号处理。列信号处理电路5的输出级设置有连接在输出级与水平信号线10之间的水平选择开关(未示出)。
水平驱动电路6例如由移位寄存器形成；且通过顺序地输出水平扫描脉冲来顺序地选择各列信号处理电路5，并使像素信号从各列信号处理电路5输出至水平信号线10。
输出电路7对经由水平信号线10从各列信号处理电路5顺序地供给来的信号进行信号处理，且输出处理过的信号。例如，输出电路7可以仅进行缓冲或可以进行黑电平调整、列变化校正和各种数字信号处理等等。
输入/输出端子12被设置用来与外部交换信号。
<2.第一实施例>
[固态成像器件的构造]
图2示出了本发明的固态成像器件的第一实施例的构造示例。本发明各实施例的固态成像器件被构造为背面照射型CMOS固态成像器件。
在第一实施例的固态成像器件20中，排列有多个像素的像素区(所谓的成像区)和布置在像素区周围的周边电路单元(未示出)形成在例如由硅制成的半导体基板21上。
单位像素22(以下简称为像素22)由光电二极管PD(即，光电转换单元)和多个像素晶体管Tr构成。光电二极管PD形成在半导体基板21的厚度方向的整个区域内，且被构造为由第一导电类型(在本示例中，n型)的半导体区25和面对着基板的正面和背面的第二导电类型(在本示例中，p型)的半导体区26形成的pn结光电二极管。面对着基板的正面和背面的p型半导体区也用作抑制暗电流的空穴电荷存储区。
由光电二极管PD和像素晶体管Tr构成的像素22被分为成像像素23和相位差检测像素24，成像像素23产生用于在接收的被摄体光的基础上产生图像的信号，相位差检测像素24产生用于进行相位差检测自动对焦(AF)(相位差AF)的信号。
相位差检测像素24分散地布置在以矩阵构造二维地布置的多个成像像素23之间。具体地，以矩阵构造二维地布置的多个成像像素23的指定的一部分被替换，从而相位差检测像素24以特定图形的形式规则地布置。
像素22(成像像素23和相位差检测像素24)均被元件隔离区27分隔。例如，元件隔离区27由p型半导体区形成并且接地。像素晶体管Tr是如下形成的：在形成于半导体基板21的基板前表面21a侧的p型半导体阱区域28中形成未示出的n型源极区和未示出的n型漏极区，并且在基板前表面上在源极区与漏极区之间形成栅极电极29，在栅极电极与基板前表面之间隔有栅极绝缘膜。在图2中，多个像素晶体管被一个像素晶体管Tr代表性地示出且由栅极电极29示意性地示出。
在半导体基板21的基板前表面21a上，形成有所谓的多层互连配线层33，其中布置有多层互连配线32并且互连配线之间隔有层间绝缘膜31。因为光不入射在多层互连配线层33侧，所以能够自由地设定互连配线32的布局。
在用作光电二极管PD受光面34的基板背面21b上形成有绝缘层。在本示例中，所述绝缘层由抗反射膜36形成。抗反射膜36由具有不同折射率的多个膜形成；且在本示例中，由氧化铪(HfO2)膜38和氧化硅膜37这两个膜形成。
在抗反射膜36上在像素边界处形成有遮光膜39。遮光膜39仅需要是遮光的材料，并且优选由铝(Al)、钨(W)或铜(Cu)等金属的膜形成，所述材料具有强的遮光效果并且能够以良好精度通过微细加工(例如，蚀刻等)进行加工。
作为遮光膜39的局部平面构造，遮光膜39具有类似于图3所示的构造。如图3所示，遮光膜39具有用来抑制由大入射角的光或在像素边界处的像素混色造成的眩光的格子状区域。遮光膜39还具有光学黑(OPB)夹持区域39b和分离部39p，夹持区域39b覆盖像素区的外部并且用来检测用作暗时输出的基准的黑电平，分离部39p用于分离来自相位差检测像素24中的出射光瞳的光。
如图2所示，在相位差检测像素24中，光电二极管PD的左半部被分离部39p遮光。
遮光膜39中的这些区域不必同时形成，而是可以分别形成。例如，当试图提高敏感性优先于抑制混色和眩光时，格子状区域的宽度可以形成得较小。
在抗反射膜36上(包括遮光膜39在内)形成有平坦化膜41，且在平坦化膜41上针对各像素22形成有滤色器42。
平坦化膜41例如是通过旋转涂覆来涂覆诸如树脂等有机材料而形成的。平坦化膜41被形成用来避免在滤色器42形成期间的旋转涂覆工序中出现的不均匀；但是当不均匀在容许的范围内时，可以不形成平坦化膜41。平坦化膜41例如也可以通过形成SiO2等的无机膜且通过化学机械抛光(CMP)进行平坦化而形成。
滤色器42例如是通过旋转涂覆来涂覆色素或染料而形成的。例如使用拜耳(Bayer)排列的滤色器作为滤色器42，但是也可以使用其它排列的滤色器。
在滤色器42上针对各像素22形成有微透镜43。
微透镜43由折射率为1.4或以上的材料形成，例如，由诸如基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂等有机材料形成。基于苯乙烯的树脂的折射率被设定为约1.6，基于丙烯酸的树脂的折射率被设定为约1.5，基于苯丙共聚物的树脂的折射率被设定为约1.5至1.6，基于硅氧烷的树脂的折射率被设定为约1.45。
微透镜43也可以由有机-无机混合材料形成，其中，TiO微粒分散于聚酰亚胺树脂或上面提及的基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂中。
微透镜43也可以由基于SiN或基于SiON的无机材料形成。SiN的折射率被设定为约1.9至2.0且SiON的折射率被设定为约1.45至1.9。
在微透镜43上形成有低n平坦化膜44。在这里，“低n”意思是低折射率。低n平坦化膜44由折射率比微透镜43的折射率更低的材料(折射率为1.5或以下的材料)形成，并且例如是通过将氟或中空硅添加至基于丙烯酸的树脂或基于硅氧烷的树脂而形成的。在这种情况下，低n平坦化膜44的折射率被设定为约1.2至1.45。
低n平坦化膜44例如也可以通过形成SiO2等的无机膜并且采用CMP进行平坦化而形成。在这种情况下，低n平坦化膜44的折射率被设定为约1.45。
仅在相位差检测像素24的低n平坦化膜44上形成有层上微透镜45。类似于微透镜43，层上微透镜45由折射率为1.4或以上的材料形成，例如，由诸如基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂等有机材料形成。层上微透镜45也可以由有机-无机混合材料(在该混合材料中，TiO微粒分散于聚酰亚胺树脂或上述那些有机材料中)形成，或可以由基于SiN或基于SiON的无机材料形成。
[固态成像器件的制造处理的流程]
接着，参照图4至图7说明图2的固态成像器件20的制造处理。图4是说明固态成像器件20的制造处理的流程图，图5至图7示出了制造工序中固态成像器件20的横截面图。
首先，在步骤S11中，在半导体基板21的将要形成像素区的区域中形成光电二极管PD，光电二极管PD与被p型半导体区域形成的元件隔离区27分隔的各像素22相对应。
在步骤S12中，在形成于基板前表面21a的与各像素22相对应的区域中的p型半导体阱区28中分别形成多个像素晶体管Tr。
在步骤S13中，在基板前表面21a上隔着层间绝缘膜31形成布置有多层互连配线32的多层互连配线层33。
在步骤S14中，如图5的A所示，在用作受光面的基板背面21b上形成抗反射膜36，并且在抗反射膜36上形成遮光膜材料层39a。
在步骤S15中，通过光刻将抗蚀剂掩模选择性地形成在遮光膜材料层39a上。以类似于图3所示的构造来形成抗蚀剂掩模。如图5的B所示，通过经由抗蚀剂掩模的蚀刻选择性地去除遮光膜材料层39a，以此形成遮光膜39。湿法蚀刻或干法蚀刻可以用作上述蚀刻。当使用干法蚀刻时，将获得具有良好精度的遮光膜39的微细线宽度。
在步骤S16中，如图6的A所示，在抗反射膜36(包括遮光膜39在内)上形成平坦化膜41。
在步骤S17中，在平坦化膜41上针对各像素22形成例如拜耳排列的滤色器42。
在步骤S18中，如图6的B所示，在滤色器42上针对各像素22形成微透镜43。具体地，通过光刻对光致抗蚀剂(例如，含有酚醛树脂作为主要成分的光敏材料)进行图案化。对图案化过的光致抗蚀剂进行比热软化点更高温度的热处理来形成透镜形状。以透镜形状形成的光致抗蚀剂被用作进行干法蚀刻的掩模，从而将透镜形状转印至形成底层的透镜材料；因此，为所有的像素22形成了微透镜43。
在步骤S19中，如图7的A所示，在微透镜43上形成低n平坦化膜44。
在步骤S20中，如图7的B所示，仅在相位差检测像素24的低n平坦化膜44上形成层上微透镜45。通过与步骤S17中的形成微透镜43的方法类似的方法来形成层上微透镜45。
微透镜43和层上微透镜45的形成不限于上述方法，例如，可以使用这样的方法：将由光敏树脂制成的透镜材料形成为膜；顺序地进行预烘烤、曝光、显影和漂白曝光等处理；然后进行比透镜材料的热软化点更高温度的热处理。
在上述的处理中，为了提高相位差检测像素24的分离性，调节整个固态成像器件20的层厚度和微透镜的曲率以使集光点位于遮光膜39上。
例如，通过低n平坦化膜44的膜厚度、微透镜43和层上微透镜45的透镜材料的膜厚度以及透镜材料的蚀刻量来调整整个固态成像器件20的层厚度。
通过透镜形成期间的光刻的抗蚀剂膜厚度和回流以及干法蚀刻条件(气体类型、处理时间和功率等)等等来调整微透镜的曲率。微透镜43和层上微透镜45被形成为这样的透镜形状：当从所有的方向观察时曲率是一致的，以使集光点重合。具体地，通过找出适于像素尺寸的用于光刻的十字线形状(四边形、八边形或圆形)和尺寸、回流温度以及蚀刻条件，来形成具有当从所有的方向观察时曲率一致这样的透镜形状的微透镜43和层上微透镜45。
在这里，在专利文献2中公开的为相位差检测像素的微透镜设置有高度差的构造中，例如，假设高度差先于微透镜形成，则存在这样的担忧：在用于透镜形成的光刻中，在抗蚀剂涂覆期间将发生因高度差而造成的不均匀，或者不同高度的光刻的聚焦控制将是不容易；因此，透镜形状将被破坏。此外，假设高度差晚于微透镜形成，尽管可以使用抗蚀剂掩挡相位差检测像素并对成像像素进行蚀刻以减小成像像素的高度，但是也存在着透镜形状由于过量蚀刻而被破坏的担忧。
此外，当考虑到专利文献2中公开的构造的组装过程时，存在这样的担忧：BGR条带因高度差而无法被贴附，或当所述条带被剥离时将损害设置有高度差的结构。
还存在这样的担忧：在由高度差而形成的壁部处，因对空气的折射率的不同而被反射的光将会影响相邻像素。
因此，在专利文献2公开的构造中，难以解决这样的权衡：在含有成像元件和相位差检测像素的背面照射型固态成像器件中，要求减小成像像素的高度并且增大相位差检测像素的高度。
另一方面，在上面的处理中，不必担忧在用于透镜形成的光刻中将会发生不均匀并且不必担忧透镜形状会因为光刻中的散焦或过量蚀刻而被破坏，并且因为不形成由高度差造成的壁部，所以不存在对相邻像素的影响；因此，能够获得解决了要求减小成像像素的高度并且增大相位差检测像素的高度这一权衡的构造，且既能够获得成像像素的良好的倾斜入射光特性又能够获得相位差检测像素的良好的AF特性。
为了抑制不同折射率之间的界面(具体他，微透镜43与低n平坦化膜44之间界面和层上微透镜45与空气之间界面)处的反射，在微透镜43或层上微透镜45的表面上还可以形成有抗反射膜。
具体地，在层上微透镜45的表面上共形地形成氧化膜，或在微透镜43的表面上共形地形成SiON。该抗反射膜的膜厚度是在考虑到入射光的干涉的情况下确定的。
现在将说明实施例的变型例。
[变型例1]
图8示出了本发明的固态成像器件的第一实施例的变型例。
在图8的固态成像器件60中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图2的固态成像器件20提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图8的固态成像器件60被构造为：在相位差检测像素61中不形成微透镜43。
在相位差检测像素中，要求集光点位于遮光膜上；但是在与图2的相位差检测像素24类似地经由多个透镜集光的情况下，透镜形成时的差异可能影响集光特性。
与此相比，在图8的相位差检测像素61中，因为仅由层上微透镜45进行集光，所以集光特性不受到透镜形成时的差异的影响，且能够提高相位差AF的精度。尽管相位差检测像素61的集光能力比相位差检测像素24的集光能力低，但是通过增大层上微透镜45的高度或增大层上微透镜45的曲率能够提高集光能力。相反，相位差检测像素24的集光能力比相位差检测像素61的集光能力高，且因此能够将整个固态成像器件的层厚度减小至更小的水平。
[变型例2]
图9示出了本发明的固态成像器件的第一实施例的另一个变型例。
在图9的固态成像器件70中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图2的固态成像器件20提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图9的固态成像器件70被构造为：层上微透镜72形成在相位差检测像素71的低n平坦化膜44上。
层上微透镜72具有与低n平坦化膜44相同的成分。微透镜72是在图4的流程图的步骤S20中通过下述方式形成的：通过光刻和回流将透镜形状形成在低n平坦化膜44上，并且使用干法蚀刻将所述透镜形状转印至形成底层的低n平坦化膜44。
通过这样的构造，能够省略层上微透镜的透镜材料的涂覆工序。
[变型例3]
图10示出了本发明的固态成像器件的第一实施例的又一个变型例。
在图10的固态成像器件80中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图8的固态成像器件60提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图10的固态成像器件80被构造为：与图9的固态成像器件70类似，与低n平坦化膜44相同成分的层上微透镜72形成在相位差检测像素81的低n平坦化膜44上。
通过这样的构造，能够提高相位差AF的精度，且能够省略层上微透镜的透镜材料的涂覆工序。
<3.第二实施例>
[固态成像器件的构造]
图11示出了本发明的固态成像器件的第二实施例的构造示例。
在图11的固态成像器件100中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图2的固态成像器件20提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图11的固态成像器件100被构造为：在成像像素23与相位差检测像素101之间的边界部在低n平坦化膜44中形成有遮光壁102。
遮光壁102例如是通过将遮光材料埋入沟槽中而形成的，所述沟槽是以在低n平坦化膜44中包围相位差检测像素101的一部分的形式形成的。
[固态成像器件的制造处理的流程]
接着，参照图12的流程图说明固态成像器件100的制造处理。
图12的流程图的步骤S111至S119和S121的处理与图4的流程图的步骤S11至S20的处理相同，从而省略相同处理的说明。
即，在步骤S119中形成低n平坦化膜44后，在步骤S120中，在低n平坦化膜44中围绕着相位差检测像素101形成遮光壁102。
具体地，通过光刻在低n平坦化膜44中围绕着相位差检测像素101形成沟槽图案，且使用干法蚀刻将沟槽图案转印至底层。也可以用光敏材料形成低n平坦化膜44并且进行图案化曝光来形成沟槽图案。在这种情况下，能够省略干法蚀刻的工序。
然后，通过旋转涂覆将含有例如炭黑的遮光材料埋入上述沟槽图案，并通过回蚀进行平坦化；由此，形成了遮光壁102。
通过上面的处理，能够在获得解决了下述权衡的构造的同时抑制来自相位差检测像素周围的成像像素的混色，所述权衡是指在含有成像元件和相位差检测像素的背面照射型固态成像器件中，需要减小成像像素的高度且增大相位差检测像素的高度。
图11的固态成像器件100也可以被构造为：微透镜43不形成于相位差检测像素101中，或者设置层上微透镜72来代替层上微透镜45。
目前，提出了芯片尺寸封装(CSP)结构作为诸如CMOS固态成像器件等光学传感器的简单封装技术。然而，在CSP结构中，如果密封玻璃与芯片(光学传感器)之间存在空隙(以下被称为空腔)，那么存在这样的担忧：当经受诸如回流等热处理时，芯片将由于热压力而弯曲。
鉴于此，提出了使用树脂填充空腔而形成的不具有空腔的CSP结构(以下被称为无空腔CSP结构)。
因此，现在将说明本发明被应用于无空腔CSP结构的固态成像器件这样的构造。尽管下面将要说明第一实施例的固态成像器件被构造为无空腔CSP结构这样的构造，但是第二实施例的固态成像器件也当然能够被构造为无空腔CSP结构。
<4.第三实施例>
[固态成像器件的构造]
图13示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的构造示例。
在图13的固态成像器件200中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图2的固态成像器件20提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
在图13的固态成像器件200中，在包括层上微透镜45在内的低n平坦化膜44上形成有低n平坦化膜201。
类似于低n平坦化膜44，低n平坦化膜201由折射率比微透镜43和层上微透镜45更低的材料形成，并且例如是通过将氟或中空硅添加至基于丙烯酸的树脂或基于硅氧烷的树脂的而形成的。在这种情况下，低n平坦化膜201的折射率被设定为约1.2至1.45。
低n平坦化膜201也可以例如通过形成SiO2等的无机膜并凭借CMP进行平坦化而形成。在这种情况下，低n平坦化膜201的折射率被设定为约1.45。
低n平坦化膜201和低n平坦化膜44可以由相同的材料形成，或可以由不同的材料形成。
在低n平坦化膜201上形成有密封树脂202。密封树脂202由基于丙烯酸的树脂、硅酮树脂或环氧树脂等形成。在密封树脂202上形成有密封玻璃203。
因此，固态成像器件200具有这样的无空腔CSP结构：其中，受光面侧的空腔被密封树脂202和密封玻璃203密封。
[固态成像器件的制造处理的流程]
接着，参照图14的流程图说明固态成像器件200的制造处理。
图14的流程图的步骤S211至S220的处理与图4的流程图的步骤S11至S20的处理相同，从而省略相同处理的说明。
即，在步骤S220中形成层上微透镜45后，在步骤S221中，将低n平坦化膜201形成在包括层上微透镜45在内的低n平坦化膜44上。
然后，在步骤S222中，使用密封树脂202密封空腔。具体地，将密封树脂202形成在低n平坦化膜201上，且将密封玻璃203形成在密封树脂202上；因此，空腔得到密封。
通过上面的处理，能够在获得解决了下述权衡的构造的同时获得无空腔CSP结构的效果，所述权衡是指在含有成像元件和相位差检测像素的背面照射型固态成像器件中，需要减小成像像素的高度且增大相位差检测像素的高度。
现在将说明实施例的变型例。
[变型例1]
图15示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的变型例。
在图15的固态成像器件210中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图13的固态成像器件200提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图15的固态成像器件210被构造为：在相位差检测像素61中不形成微透镜43。
通过这样的构造，在图15的固态成像器件210中，类似于图8的相位差检测像素61，集光特性不受透镜形成时的差异的影响，且相位差AF的精度能够得到提高。
[变型例2]
图16示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的另一个变型例。
在图16的固态成像器件220中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图13的固态成像器件200提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
在图16的固态成像器件220中，在包括层上微透镜45在内的低n平坦化膜44上，形成有密封树脂202而没有形成低n平坦化膜201。在密封树脂202上形成有密封玻璃203。在这种情况下，跳过了图14的流程图中的步骤S221的处理。
在本示例中，层上微透镜45由折射率比密封树脂202的折射率(通常地，约1.5)更高的材料形成，例如，由基于SiN或基于SiON的无机材料形成。如上所述，SiN的折射率被设定为约1.9至2.0且SiON的折射率被设定为约1.45至1.9。
通过这样的构造，能够省略低n平坦化膜201的形成工序。
[变型例3]
图17示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的又一个变型例。
在图17的固态成像器件230中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图16的固态成像器件220提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图17的固态成像器件230构造为：在相位差检测像素61中不形成微透镜43。
通过这样的构造，能够提高相位差AF的精度，且能够省略低n平坦化膜201的形成工序。
[变型例4]
图18示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的又一个变型例。
在图18的固态成像器件240中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图16的固态成像器件220提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图18的固态成像器件240构造为：在相位差检测像素241中形成有向下凸出形状的层上微透镜242。
层上微透镜242是通过用折射率比低n平坦化膜44更高的密封树脂密封形成在相位差检测像素241的低n平坦化膜44上的凹部而形成的。
[固态成像器件的制造处理的流程]
接着，参照图19的流程图说明固态成像器件240的制造处理。
图19的流程图的步骤S261至S269的处理与图14的流程图的步骤S211至S219的处理相同，从而省略相同处理的说明。
即，在步骤S269中形成低n平坦化膜44后，在步骤S270中，在低n平坦化膜44上形成凹部。
具体地，例如，使用JP 4705499公开的方法，在相位差检测像素241的低n平坦化膜44上利用抗蚀剂形成凸透镜，利用与凸透镜相比的蚀刻率更低的材料进行平坦化，并且推进蚀刻；因此，在低n平坦化膜44上形成了凹部。
凹部的形成方法不限于上述的方法；例如，可以通过利用抗蚀剂形成针孔并进行各向同性的湿法蚀刻来形成凹部，或者可以通过利用各向异性的干法蚀刻在低n平坦化膜44上形成矩形开口并进行回流来形成透镜形状的凹部。
然后，在步骤S271中，使用密封树脂202密封空腔。具体地，将密封树脂202形成在低n平坦化膜44上，且在密封树脂202上形成密封玻璃203；因此，形成了向下凸出形状的层上微透镜242且空腔得到密封。
通过上面的处理，能够省略层上微透镜的透镜材料的涂覆工序。
[变型例5]
图20示出了本发明的固态成像器件的第三实施例的又一个变型例。
在图20的固态成像器件250中，使用相同的名称和相同的附图标记来标记具有与图18的固态成像器件240提供的功能相同功能的组件，并适当地省略该组件的说明。
图20的固态成像器件250被构造为：在相位差检测像素251中不形成微透镜43。
通过这样的构造，在图20的固态成像器件250中，类似于图8的相位差检测像素61，集光特性不受到透镜形成时的差异的影响，且相位差AF的精度能够得到提高。
在上面，说明了本发明应用于背面照射型CMOS固态成像器件这样的构造，但是本发明可以应用于诸如正面照射型CMOS固态成像器件和电荷耦合器件(CCD)固态成像器件等固态成像器件。
本发明不限于应用于固态成像器件，而也可以应用于成像装置。在这里，所述成像装置指的是相机系统(例如，数码相机和数码摄像机等)和具有成像功能的电子设备(例如，移动电话等)。安装于电子设备中的模块状构造，即，相机模块也可以称为成像装置。
<5.第四实施例>
[电子设备的构造]
在这里，参照图21说明本发明第四实施例的电子设备的构造示例。
图21所示的电子设备300包括固态成像器件301、光学镜头302、快门器件303、驱动电路304和信号处理电路305。设置有上述本发明第一至第三实施例的任意固态成像器件作为固态成像器件301。
光学镜头302使来自被摄体的图像光(入射光)在固态成像器件301的成像面上形成图像。因此，信号电荷在一段时间内被存储在固态成像器件301中。快门器件303控制对固态成像器件301的光照射期间和遮光期间。
驱动电路304供给驱动信号，该驱动信号控制固态成像器件301的信号传输操作和快门器件303的快门操作。固态成像器件301借助于从驱动电路304供给来的驱动信号(时序信号)进行信号传输。信号处理电路305对从固态成像器件301输出的信号进行各种信号处理。已经经过信号处理的图像信号被存储在存储器等存储媒介中或者被输出至显示器。
在本发明的固态成像器件中，例如，在第一实施例的固态成像器件20中，如图22所示，最初假定为将进入相邻成像像素23的入射光L的一部分由于层上微透镜45而作为光L'进入相位差检测像素24，因此，在成像像素23中将发生暗影(shading)。
因此，电子设备300的信号处理电路305对从固态成像器件301输出的信号进行这样的处理：对与相位差检测像素24相邻的成像像素23中发生的暗影进行校正。
当含有本发明的固态成像器件的电子设备对均匀被摄体进行成像时，从固态成像器件输出的信号在相位差检测像素周围的成像像素之间呈现出不同的图像高度依赖性。这也取决于成像像素相对于相位差检测像素的相对位置。
因此，事先从信号(像素值)中创建暗影函数G(x，y，i)，该函数表达了与作为暗影校正的目标的成像像素的布置相对应的暗影程度。在这里，x和y是表明像素区中的成像像素的二维布置的坐标，且i表示成像像素相对于相位差检测像素的相对位置。
为光学镜头302的各镜头参数(镜头类型、变焦值和F值等等)创建暗影函数G(x，y，i)且将该暗影函数G(x，y，i)存入数据库。在这里，鉴于像素区的对称性，可以利用多项式近似法等对暗影函数G(x，y，i)进行简化来减小构建数据库所需的存储容量。
信号处理电路305根据光学透镜302的透镜参数来读取对应的暗影函数G(x，y，i)，且根据暗影函数G(x，y，i)对从固态成像器件301输出的通过实际成像获得的信号进行回扣；因此，校正了暗影。
也可以不为各透镜参数创建暗影函数G(x，y，i)，而根据透镜参数将暗影函数G(x，y，i)创建为模型函数。
通过上面的构造，在本发明的固态成像器件中，能够减小发生在与层上微透镜相邻的成像像素的暗影。
信号处理电路305可以在不利用暗影函数G(x，y，i)的情况下，利用与作为暗影校正的目标的成像像素最接近的同色的成像像素的输出来校正暗影。
本发明的实施例不限于上述的实施例，且可以在不脱离本发明主旨的情况下做出各种变型。
此外，本发明也可以如下地构造。
(1)一种含有相位差检测像素和多个成像像素的固态成像器件，所述成像像素以矩阵构造二维地布置，所述相位差检测像素分散地布置在所述成像像素之间，所述固态成像器件包括：
第一微透镜，所述第一微透镜对应于各所述成像像素而形成；
平坦化膜，所述平坦化膜的折射率比所述第一微透镜的折射率更低并且所述平坦化膜形成在所述第一微透镜上；和
第二微透镜，所述第二微透镜仅形成在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上。
(2)根据(1)所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜也形成在所述相位差检测像素中。
(3)根据(1)或(2)所述的固态成像器件，其中，
所述平坦化膜的折射率被设定为1.5或以下且所述第一微透镜和所述第二微透镜的折射率被设定为1.4或以上。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述第二微透镜具有与所述平坦化膜相同的成分。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述平坦化膜是通过将氟或中空硅添加至基于丙烯酸的树脂或基于硅氧烷的树脂中而形成的。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由包括基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂的有机材料制成的。
(7)根据(1)至(5)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由有机-无机混合材料制成的，在所述有机-无机混合材料中，TiO微粒被分散在基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂、基于硅氧烷的树脂或聚酰亚胺树脂中。
(8)根据(1)至(5)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由基于SiN或基于SiON的无机材料制成的。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的固态成像器件，其中，
在所述平坦化膜中在所述相位差像素与所述成像像素之间的边界部形成有遮光壁。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的固态成像器件，其中，
受光面侧的空隙被密封玻璃和密封树脂密封。
(11)根据(10)所述的固态成像器件，其中，
在所述第二微透镜上还形成有折射率比所述第一微透镜和所述第二微透镜的折射率更低的平坦化膜，且
在形成于所述第二微透镜上的所述平坦化膜上的所述空隙被所述密封玻璃和所述密封树脂密封。
(12)根据(10)所述的固态成像器件，其中，
所述第二微透镜上的所述空隙被所述密封玻璃和所述密封树脂密封，且
所述第二微透镜的折射率充分高于所述密封树脂的折射率。
(13)根据(10)所述的固态成像器件，其中，
所述第二微透镜是通过用折射率比所述平坦化膜的折射率更高的所述密封树脂密封形成在所述平坦化膜上的凹部而形成的。
(14)根据(10)至(13)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述密封树脂由基于丙烯酸的树脂、硅酮树脂或环氧树脂制成。
(15)一种含有相位差检测像素和多个成像像素的固态成像器件的制造方法，所述成像像素以矩阵构造二维地布置，所述相位差检测像素分散地布置在所述成像像素之间，所述方法包括以下步骤：
形成对应于各所述成像像素的第一微透镜；
在所述第一微透镜上形成折射率比所述第一微透镜的折射率更低的平坦化膜；且
仅在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上形成第二微透镜。
(16)一种电子设备，其包括：
固态成像器件，所述固态成像器件包含以矩阵构造二维地布置的多个成像像素和分散地布置在所述成像像素之间的相位差检测像素，所述固态成像器件包括
第一微透镜，所述第一微透镜对应于各所述成像像素而形成，
平坦化膜，所述平坦化膜的折射率比所述第一微透镜的折射率更低并且所述平坦化膜形成在所述第一微透镜上，和
第二微透镜，所述第二微透镜仅形成在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上；
信号处理电路，所述信号处理电路被构造用来对从所述固态成像器件输出的输出信号进行处理；和
镜头，所述镜头被构造用来使入射光入射在所述固态成像器件上。
(17)根据(16)所述的电子设备，其中，
所述信号处理电路对在所述相位差检测像素附近布置的所述成像像素中产生的暗影进行校正。
(18)根据(17)所述的电子设备，其中，
所述信号处理电路利用预先创建的暗影函数来校正所述暗影，所述暗影函数表达了与作为暗影校正的目标的所述成像像素的布置相对应的暗影程度。
(19)根据(18)所述的电子设备，其中，
所述暗影函数是根据镜头的镜头参数而创建的。
(20)根据(17)所述的电子设备，其中，
所述信号处理电路利用与作为暗影校正的目标的所述成像像素最接近的同色的成像像素的输出来校正所述暗影。
附图标记列表
20 固态成像器件
23 成像像素
24 相位差检测像素
43 微透镜
44 低n平坦化膜
45 层上微透镜
60 固态成像器件
61 相位差检测像素
70 固态成像器件
71 相位差检测像素
72 层上微透镜
80 固态成像器件
81 相位差检测像素
100 固态成像器件
101 相位差检测像素
102 遮光壁
200 固态成像器件
201 低n平坦化膜
202 密封树脂
203 密封玻璃
210 固态成像器件
220 固态成像器件
230 固态成像器件
240 固态成像器件
241 相位差检测像素
242 层上微透镜
250 固态成像器件
251 相位差检测像素
300 电子设备
301 固态成像器件
305 信号处理电路

Claims (10)

1.一种含有相位差检测像素和多个成像像素的固态成像器件，所述成像像素以矩阵构造二维地布置，所述相位差检测像素分散地布置在所述成像像素之间，所述固态成像器件包括：
第一微透镜，所述第一微透镜对应于各所述成像像素而形成；
平坦化膜，所述平坦化膜的折射率比所述第一微透镜的折射率更低并且所述平坦化膜形成在所述第一微透镜上；和
第二微透镜，所述第二微透镜仅形成在所述相位差检测像素的所述平坦化膜上。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜也形成在所述相位差检测像素中。
3.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述平坦化膜的折射率被设定为1.5或以下且所述第一微透镜和所述第二微透镜的折射率被设定为1.4或以上。
4.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述第二微透镜具有与所述平坦化膜相同的成分。
5.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述平坦化膜是通过将氟或中空硅添加至基于丙烯酸的树脂或基于硅氧烷的树脂中而形成的。
6.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由包括基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂或基于硅氧烷的树脂的有机材料制成的。
7.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由有机-无机混合材料制成的，其中，TiO微粒被分散在基于苯乙烯的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于苯丙共聚物的树脂、基于硅氧烷的树脂或聚酰亚胺树脂中。
8.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述第一微透镜和所述第二微透镜是由基于SiN或基于SiON的无机材料制成的。
9.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
在所述平坦化膜中在所述相位差像素与所述成像像素之间的边界部形成有遮光壁。
10.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，
受光面侧的空隙被密封玻璃和密封树脂密封。
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