CN111430385B - 摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种摄像元件，其设置有：第一像素和第二像素，所述第一像素和所述第二像素均包括受光部和聚光部，所述受光部包括光电转换元件，所述聚光部被构造成使入射光能够朝着所述受光部聚集；凹槽，所述凹槽被设置于所述第一像素与所述第二像素之间；第一遮光膜，所述第一遮光膜被埋入所述凹槽中；以及第二遮光膜，所述第二遮光膜被形成于所述第二像素的所述受光部的受光表面的一部分处，且所述第二遮光膜是与所述第一遮光膜连续的。

Description

摄像元件和摄像装置
本申请是申请日为2014年3月20日、发明名称为“摄像元件和摄像装置”的申请号为201480016380.6的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有焦点检测功能的摄像元件和包括该摄像元件的摄像装置。
背景技术
摄影机、数码相机等采用了由诸如电荷耦合器件(CCD：Charge Coupled Device)、或互补金属氧化物半导体(CMOS：Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等图像传感器构成的半导体摄像装置(摄像装置)。在这些摄像装置中，各元件设置有包括光电二极管的受光部。在所述受光部中，入射光被光电转换从而生成信号电荷。
近年来，已经开发了其中将摄像装置中的一些摄像像素用于相位检测以便提高自动聚焦(AF：automatic focusing)速度的系统(成像面相位差检测系统)。该相位差检测系统涉及到利用二维传感器以光瞳分割方式进行的焦点检测，在该二维传感器中，图像传感器内的各像素设置有片上透镜。
在这样的摄像装置中，已经对用于获得在摄像用像素(摄像像素)和焦点检测用像素(成像面相位差像素)中所期望的受光特性的技术做出了一些报道。例如，已经披露了如下的摄像装置：在该摄像装置中，片上透镜的曲率具有多变性，或针对于各像素而言片上透镜的放置面能够处于沿光轴方向的不同水平面处，由此调节入射光的聚光点(例如，参照专利文献1和专利文献2)。而且，已经披露了如下的摄像装置：在该摄像装置中，由不透明的导电材料制成的元件隔离层被设置于硅基板的处于光入射侧的后表面侧上，这使得能够既提高光瞳分割性能又提高感光度(例如，参照专利文献3)。此外，已经披露了如下的摄像装置：在该摄像装置中，为多个成像面相位差像素分配了一个片上透镜，这些成像面相位差像素的受光表面能够位于不同水平面处(例如，参照专利文献4)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利特表JP 2008-522245W
专利文献2：日本专利特开JP 2011-54350A
专利文献3：日本专利特开JP 2012-84816A
专利文献4：日本专利特开JP 2008-71920A
发明内容
然而，当使片上透镜的曲率具有多变性或使得摄像像素的受光表面处于与成像面相位差像素的受光表面不同的水平面处时，这虽然提高了AF特性，但是可能会导致因倾斜入射的光穿过相邻像素而发生混色的缺点。
因此，目前期望的是，提供能够在抑制相邻像素之间的混色的同时提高相位差检测精度的摄像元件和摄像装置。
根据本技术实施例的摄像元件包括：第一像素和第二像素，这两种像素均包括受光部和聚光部，其中所述受光部包括光电转换元件，且所述聚光部被构造成使得入射光能够朝着所述受光部聚集；沟槽，所述沟槽被设置于所述第一像素与所述第二像素之间；第一遮光膜，所述第一遮光膜被埋入所述沟槽中；以及第二遮光膜，所述第二遮光膜被设置于所述第二像素的所述受光部的受光表面的一部分处，且所述第二遮光膜是与所述第一遮光膜连续的。
根据本技术实施例的摄像装置包括上述的根据本技术的摄像元件。
在根据本技术上述实施例的摄像元件中，所述第一像素(摄像像素)和所述第二像素(成像面相位差像素)均包括所述受光部和所述聚光部。所述受光部包括所述光电转换元件。所述聚光部被构造成使得入射光能够朝着所述受光部聚集。在相邻像素(即，所述第一像素与所述第二像素)之间，设置有所述沟槽，所述沟槽中埋入有所述第一遮光膜。所述第一遮光膜被形成得与设置于所述第二像素的所述受光表面的一部分处的所述第二遮光膜是连续的。这使得能够在让所述第二像素中的入射光聚集到所述第二遮光膜的形成位置处的同时，减少因倾斜入射的光而引起的像素间串扰。
根据本技术实施例的摄像元件，所述沟槽被设置于所述第一像素与所述第二像素之间。所述第一遮光膜被埋入所述沟槽中。所述第一遮光膜是与设置于所述第二像素的所述受光表面的一部分处的所述第二遮光膜连续的。这使得能够在让所述第二像素中的入射光聚集到所述第二遮光膜的形成位置处的同时，减少因倾斜入射的光穿过相邻像素而引起的串扰。因此，在抑制了相邻像素之间的混色的同时，能够提高相位差检测速度。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的图像传感器的截面图。
图2是图1中所示的图像传感器的平面图。
图3A是示意性地图示了根据本发明第一实施例的图像传感器中的另一布局构造的平面图。
图3B是图示了在一对成像面相位差像素被设置成彼此相邻的情况下的主要部分的构造的截面图。
图4A是图示了在没有固定电荷膜的情况下的主要部分的构造的截面图。
图4B是图示了在固定电荷膜与遮光膜之间含有另一个层的情况下的主要部分的构造的截面图。
图4C是图4B中所示的堆叠结构的放大图。
图5是图示了图1中所示的受光部的周边电路构造的框图。
图6是根据变形例1的图像传感器的截面图。
图7是根据本发明第二实施例的图像传感器的截面图。
图8是图7中所示的图像传感器的示例性平面图。
图9是根据变形例2的图像传感器的截面图。
图10是根据变形例3的图像传感器的一个例子的截面图。
图11根据变形例3的图像传感器的另一例子的截面图。
图12是图示了根据应用例1(摄像装置)的整体构造的功能性框图。
图13是图示了根据应用例2(胶囊型内视镜照相机)的整体构造的功能性框图。
图14是图示了根据内视镜照相机的另一例子(插入型内视镜照相机)的整体构造的功能性框图。
图15是图示了根据应用例3(视觉芯片)的整体构造的功能性框图。
图16是图示了根据应用例4(生物传感器)的整体构造的功能性框图。
具体实施方式
在下面，将参照附图详细地说明本发明的一些实施例。需要注意的是，将按照下列顺序进行说明。
1.第一实施例(背侧照射型图像传感器；具有被形成于受光部上的用于光瞳分割的遮光膜的例子)
2.变形例1(具有被埋入受光部中的用于光瞳分割的遮光膜的例子)
3.第二实施例(表面照射型图像传感器；具有被形成于受光部上的用于光瞳分割的遮光膜的例子)
4.变形例2(具有被埋入受光部中的用于光瞳分割的遮光膜的例子)
5.变形例3(具有内部透镜的例子)
6.应用例(应用于电子设备的例子)
1.第一实施例
图1图示了根据本发明第一实施例的图像传感器(图像传感器1A)的截面构造。图像传感器1A可以是例如背侧照射型(背侧受光型)固体摄像元件(CCD或CMOS)，且可以包括在基板21(参照图3B)上如图2所示呈二维地排列着的多个像素2。需要注意的是，图1图示了沿着图2中所示的直线I-I的截面构造。像素2可以由摄像像素2A(第一像素)和成像面相位差像素2B(第二像素)构成。在本实施例中，沟槽20A可以被设置于像素2之间，即：彼此相邻的摄像像素2A与成像面相位差像素2B之间、彼此相邻的摄像像素2A与摄像像素2A之间、以及彼此相邻的成像面相位差像素2B与成像面相位差像素2B之间。在位于摄像像素2A与成像面相位差像素2B之间的沟槽20A中，埋入有遮光膜13A(第一遮光膜)。遮光膜13A是与成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜13B(第二遮光膜)连续的。
摄像像素2A和成像面相位差像素2B各者都包括受光部20和聚光部10。受光部20包括光电转换元件(光电二极管23)。聚光部10被构造成使得入射光朝着受光部20聚集。摄像像素2A被构造成使得由摄影镜头形成的被摄对象图像能够在光电二极管23中被光电转换以便产生用于图像生成的信号。成像面相位差像素2B被构造成将摄影镜头的光瞳区域分割，且使得来自被分割后的光瞳区域的被摄对象图像能够被光电转换以便生成用于相位差检测的信号。如图2所示，成像面相位差像素2B可以被离散地设置于摄像像素2A之间。需要注意的是，并非必须如图2所示将成像面相位差像素2B彼此独立地设置着。成像面相位差像素2B可以如图3A所示在像素部100中以例如直线P1至P7的形式而被设置着。此外，在成像面相位差检测中，可以使用从一对(两个)成像面相位差像素2B获得的信号。例如，较佳的是，如图3B所示，两个成像面相位差像素2B被相邻地设置着，且遮光膜13A被埋入这些成像面相位差像素2B之间。这使得能够抑制由于反射光而引起的相位差检测精度的劣化。需要注意的是，图3B中所示的构造对应于其中“第一像素”和“第二像素”都是成像面相位差像素的情况的具体例子。
如上所述，呈二维地排列着的像素2可以构成Si基板21上的像素部100(参照图5)。像素部100可以包括有效像素区域100A和光学黑(OPB：optical black)区域100B。有效像素区域100A可以由摄像像素2A和成像面相位差像素2B构成。OPB区域100B可以被设置成围绕有效像素区域100A。OPB区域100B被构造成输出可以充当黑电平的基准的光学黑，且可以只设置有包括光电二极管23等的受光部20，而没有诸如片上透镜11、彩色滤光片等聚光构件。此外，遮光膜13C(第三遮光膜)可以被设置于OPB区域100B中的受光部20上。遮光膜13C被构造成定义黑电平。
在本实施例中，如上所述，沟槽20A在受光部20的光入射侧被设置于像素2之间，即受光表面20S中。沟槽20A使得每个像素2中的受光部20的一部分能够在物理上被分割。在沟槽20A中，埋入有遮光膜13A。遮光膜13A是与成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜13B连续的。此外，遮光膜13A和13B还是与被设置于上述OPB区域100B中的遮光膜13C连续的。这些遮光膜13A、13B和13C构成了像素部100中的如图2所示的图案。
在下面，将给出关于构成每个像素2的各构件的说明。
聚光部10
聚光部10可以被设置于受光部20的受光表面20S上，且可以包括作为光入射侧上的光学功能层的片上透镜11。片上透镜11可以被设置成面向各像素2中的受光部20。彩色滤光片12可以被设置于片上透镜11与受光部20之间。
片上透镜11可以具有使得光能够朝着受光部20(具体地，受光部20中的光电二极管23)聚集的功能。片上透镜11的透镜直径可以被设定为依据像素2的尺寸的值，例如，0.9μm以上到3μm以下。此外，片上透镜11的折射率可以是例如1.1以上到1.4以下。透镜材料的例子可以包括氧化硅膜(SiO2)等。在本实施例中，被设置于摄像像素2A中的片上透镜11与被设置于成像面相位差像素2B中的片上透镜11可以具有相同的形状。这里，术语“相同的”是指使用相同的材料且在相同的工艺中被制造出来，但是不应该排除在制造中由于各种各样的条件而引起的差异。
彩色滤光片12可以是例如红色(R)滤光片、绿色(G)滤光片、蓝色(B)滤光片、白色(W)滤光片中的任一者，且可以例如对应于各像素2而被设置着。这些彩色滤光片12可以被设置成规则的颜色阵列(例如，拜耳阵列)。以这样的方式设置彩色滤光片12就使得图像传感器1能够获得与该颜色阵列对应的彩色受光数据。需要注意的是，不存在对成像面相位差像素2B中的彩色滤光片12的配色方案的特别限制，但是优选地，可以使用绿色(G)滤光片或白色(W)滤光片以便使得即使是在具有小的光量的暗处中也能够使用自动聚焦(AF：automatic focusing)功能。而且，白色(W)滤光片的使用就使得能够获得关于具有更高精度的相位差检测的信息。然而，当绿色(G)滤光片或白色(W)滤光片被分配给成像面相位差像素2B时，成像面相位差像素2B中的光电二极管23很有可能在具有大的光量的亮处中饱和。在这种情况下，受光部20的溢出势垒可能被关闭。
受光部20
受光部20可以由硅(Si)基板21、布线层22和固定电荷膜24构成，且在硅(Si)基板21中埋入有光电二极管23。布线层22可以被设置于Si基板21的前表面上(与受光表面20S相反的一侧上)。固定电荷膜24可以被设置于Si基板21的后表面(受光表面20S)上。此外，如上面所提及的，沟槽20A在受光部20的受光表面20S侧被设置于像素2之间。沟槽20A的宽度(W)可以是大到足以抑制串扰的宽度，例如，20nm以上到5000nm以下。深度(高度(h))可以是大到足以抑制串扰的深度，例如，0.3μm以上到10μm以下。需要注意的是，布线层22可以设置有诸如传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管等晶体管和各种各样的布线。
光电二极管23可以是例如沿Si基板21的深度方向被形成的n型半导体区域，且可以与被设置于Si基板21的前表面和后表面附近的p型半导体区域一起构成p-n结光电二极管。在本实施例中，形成有光电二极管23的n型半导体区域被称为光电转换区域R。需要注意的是，基板21的前表面和后表面所面临的p型半导体区域还可以充当空穴电荷积累部，以抑制暗电流且把所生成的电荷(电子)沿朝着前表面的方向传输。这使得能够减少噪声，且进一步导致了平稳传输，这是因为电荷是在靠近前表面的区域中被积累的。此外，Si基板21可以设置有位于像素2之间的p型半导体区域。
固定电荷膜24被构造成在聚光部10与受光部20之间的界面处固定电荷。固定电荷膜24可以被设置于聚光部10(具体地，彩色滤光片12)与Si基板21的受光表面20S之间，且可以从被设置于像素2之间的沟槽20A的侧壁连续地延伸到沟槽20A的底面。这使得能够抑制由在形成沟槽20A时的物理损坏或离子辐射中的杂质的活性化而造成的脱钉(depinning)。作为固定电荷膜24的材料，可以优选地使用包括许多固定电荷的高介电材料。具体例子可以包括氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。可供选择地，也可以使用氮化铪、氮化铝、氧氮化铪或氧氮化铝。固定电荷膜24的厚度可以是例如1nm以上到200nm以下。在另一可供选择方案中，也可以使用不包括固定电荷的氧化硅(SiO2)来替代固定电荷膜24。在这种情况下，例如，如图4A所示，具有导电性的遮光膜13(13A、13B和13C)可以被形成于SiO2膜27上，且在摄像操作期间负电位可以被不断地施加给遮光膜13以便产生钉扎。
此外，在图1的例子中，遮光膜13A(13B或13C，下文中同样适用)被形成于固定电荷膜24上以便构成固定电荷膜24和遮光膜13A的两层结构。然而，另一层26可以进一步被插入到固定电荷膜24与遮光膜13A之间。例如，如图4B和图4C所示，单层膜或堆叠膜可以作为层26而被插入固定电荷膜24与遮光膜13A之间。所述单层膜或所述堆叠膜可以包括绝缘膜、障壁金属层等中的至少一者。需要注意的是，图4C以放大的方式图示了图4B中的固定电荷膜24、层26和遮光膜13A的堆叠结构。被用于层26的绝缘膜的例子可以包括利用例如化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)方法而被沉积的SiO2膜。这允许了绝缘的加强。而且，设置障壁金属层就使得能够抑制半导体层中的金属扩散。当层26是堆叠膜时，例如，可能的堆叠顺序可以如下：遮光膜13A/障壁金属层/绝缘膜/固定电荷膜24。这使得能够获得加强绝缘和抑制金属扩散这两个效果。
在本实施例中，如上所述，遮光膜13被设置于上述的聚光部10与受光部20之间。
遮光膜13可以由遮光膜13A、遮光膜13B和遮光膜13C构成。遮光膜13A被埋入设置于像素2之间的沟槽20A中。遮光膜13B被设置成充当成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜。遮光膜13C可以被形成于OPB区域的整个表面上。遮光膜13A被构造成抑制相邻像素之间的因倾斜入射光的串扰而造成的混色，且如图2所示，遮光膜13A可以被设置成例如格子形状以包围有效像素区域100A中的各像素2。换言之，遮光膜13可以具有其中在各片上透镜11的光路上设置有开口13a的结构。需要注意的是，成像面相位差像素2B中的开口13a各者均可以通过设置于受光区域R的一部分处的用于光瞳分割的遮光膜13B而被设置在偏向一侧的(偏心的)位置处。在本实施例中，遮光膜13(13A、13B和13C)可以是在相同的工艺中形成的，且可以彼此连续地形成。遮光膜13可以由例如钨(W)、铝(Al)、或者Al与铜(Cu)的合金构成，且它的厚度可以是例如20nm以上到5000nm以下。需要注意的是，被形成于受光表面20S上的遮光膜13B和遮光膜13C并非必须具有相同厚度。遮光膜13B和遮光膜13C可以被设计成具有它们各自的任意厚度。
图5是图示了受光部20中的像素部100的周边电路构造的功能性框图。受光部20可以包括垂直(V)选择电路206、S/H(采样/保持)及相关双采样(CDS：Correlated DoubleSampling)电路207、水平(H)选择电路208、时序发生器(TG：timing generator)209、自动增益控制(AGC：Automatic Gain Control)电路210、A/D转换电路211和数字放大器212，这些构件被安装于同一Si基板(芯片)21上。
图像传感器1A可以例如被如下地制造出来。
制造方法
首先，可以在Si基板21中形成p型半导体区域和n型半导体区域以便形成与各像素2对应的光电二极管23。随后，在Si基板21的与受光表面20S相反的表面(前表面)上，可以形成具有多层布线结构的布线层22。然后，在Si基板21的受光表面20S(后表面)的预定位置处，具体地，在被设置于像素2之间的p型半导体区域中，可以利用例如干式蚀刻来形成沟槽20A。随后，在Si基板21的受光表面20S上且从沟槽20A的壁表面到沟槽20A的底面，可以利用溅射方法、CVD方法或原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)方法来沉积厚度为例如50nm的HfO2膜，以便形成固定电荷膜24。利用ALD方法来沉积HfO2膜可以是优选的，因为可以同时把用来减小界面能级的SiO2膜沉积到例如1nm的厚度。
随后，作为遮光膜13，可以通过使用例如溅射方法或CVD方法在成像面相位差像素2B的受光区域R的一部分上和在OPB区域100B上形成例如W膜，且该W膜能够埋入沟槽20A中。然后，可以执行利用光刻等而实施的图形化以便形成遮光膜13。随后，在有效像素区域100A的受光部20和遮光膜13上，可以依次先形成呈例如拜耳阵列的彩色滤光片12然后形成片上透镜11。因此，可以获得图像传感器1A。
作用和效果
在如本实施例中的背侧照射型图像传感器1A中，为了抑制相邻像素之间的混色的发生，较佳的是，减小从光入射侧(聚光部10)上的片上透镜11的出射表面到受光部20的厚度(从而使高度减小)。此外，在摄像像素2A中，将入射光的聚光点设定在光电二极管23中就使得能够具有最高的像素特性，而在成像面相位差像素2B中，将入射光的聚光点设定在用于光瞳分割的遮光膜13B中就使得能够具有最高的AF特性。
因此，为了使得摄像像素2A和成像面相位差像素2B中的入射光能够聚集在各自的适当位置处，做出了上述改善：其中，片上透镜11的曲率被改变，或Si基板21设置有台阶以使得成像面相位差像素2B中的受光表面20S的水平面能够低于摄像像素2A中的受光表面20S的水平面。然而，针对各像素分开地形成诸如片上透镜11、受光表面20S(即，Si基板21)等部件是困难的。近年来，在摄像装置中期望拥有更高的感光度和小型化，且像素微细化的进一步发展会使得部件的分开形成变得更加困难。
此外，当摄像像素2A中的受光表面20S和成像面相位差像素2B中的受光表面20S被形成于不同的水平面中时，可能发生像素2之间的由于倾斜入射光而引起的串扰。具体地，穿过摄像像素2A的片上透镜11的光可能入射到被形成得低一级的成像面相位差像素2B中的受光表面20S，这导致了聚光部中的混色的发生。或者，透过成像面相位差像素2B的光可能穿过被设置于像素之间的台阶的壁表面而入射摄像像素2A中的光电二极管23，这导致了块体(光电二极管23)中的混色的发生。此外，经由相邻像素而入射(倾斜入射)的光会造成相位差检测精度(自动聚焦精度)发生劣化的可能。
另一方面，在根据本实施例的图像传感器1A中，沟槽20A在Si基板21中被设置于像素2之间。遮光膜13A被埋入在沟槽20A中。此外，遮光膜13A是与被设置于成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜13B连续的。因此，经由相邻像素的倾斜入射光被埋入在沟槽20A中的遮光膜13A遮挡，与此同时成像面相位差像素2B中的入射光能够聚集在用于光瞳分割的遮光膜13B的位置处。
如上所述，在本实施例中，沟槽20A在受光部20中被设置于像素2之间。遮光膜13A被埋入在沟槽20A中。遮光膜13A是与被设置于成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜13B连续的。因此，经由相邻像素的倾斜入射光被埋入在沟槽20A中的遮光膜13A遮挡，与此同时成像面相位差像素2B中的入射光的聚光点能够位于用于光瞳分割的遮光膜13B的位置处。因此，能够在成像面相位差像素2B中生成用于以高精度进行相位差检测的信号，这导致成像面相位差像素2B的AF特性的增强。而且，抑制了由于经由相邻像素的倾斜入射光的串扰而引起的混色，这使得能够增强摄像像素2A以及成像面相位差像素2B的像素特性。换言之，可以提供能够以简单构造就维持摄像像素2A和成像面相位差像素2B两者的特性的摄像装置。
此外，p型半导体区域被设置于Si基板21的受光表面20S上，这使得能够抑制暗电流的发生。此外，固定电荷膜24被设置于受光表面20S上且从沟槽20A的壁表面连续地延伸至沟槽20A的底面。这使得能够进一步抑制暗电流的发生。换言之，能够减少图像传感器1A中的噪声，且能够从摄像像素2A和成像面相位差像素2B获得具有高精度的信号。
此外，被设置于OPB区域100B中的遮光膜13C是与遮光膜13A和遮光膜13B在同一个工艺中形成的。因此，可以简化制造工艺。
在下面，给出关于第二实施例和变形例1到3的说明。与上述第一实施例的部件相同的部件由相同的附图标记表示，且适当地省略它们的说明。
2.变形例1
图6图示了根据变形例1的图像传感器(图像传感器1B)的截面构造。类似于上述第一实施例中的图像传感器1A，图像传感器1B可以是背侧照射型固体摄像元件，且图像传感器1B可以具有其中呈二维地排列有多个像素2的结构。像素2可以由摄像像素2A和成像面相位差像素2B构成。类似于第一实施例，沟槽20A被设置于像素2之间。遮光膜13A被埋入沟槽20A中。遮光膜13A是与被设置于成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜13B连续的。然而，本变形例中的图像传感器1B与第一实施例的不同之处是遮光膜13B被埋入Si基板21中。
本变形例中的遮光膜13B可以被埋入受光部20中，具体地，在埋入有光电二极管23的Si基板21的受光表面20S侧上。此外，固定电荷膜24可以被设置于Si层21与遮光膜13A和13B之间。具体地，固定电荷膜24可以被设置成从Si基板21的受光表面20S连续地经过由遮光膜13B形成的台阶20B而到达沟槽20A的壁表面和底面。
此外，在本变形例中，类似于遮光膜13B，遮光膜13C也可以被埋入Si基板21中。遮光膜13C可以被设置于围绕着有效像素区域100A的OPB区域100B中，在该有效像素区域100A中以二维阵列的方式设置有摄像像素2A和成像面相位差像素2B。
例如，图像传感器1B可以以例如下列方式而被制造出来。首先，以与第一实施例相似的方式，可以在Si基板21中形成p型半导体区域和n型半导体区域，以便形成光电二极管23。随后，可以在Si基板21的前表面上形成布线层22。接着，在将Si基板21接合至未图示的支撑基板之后，可以将Si基板21的后表面侧减薄至所期望的厚度。然后，可以通过在Si基板21的受光表面20S(后表面)中进行蚀刻而形成作为元件隔离部的沟槽20A(用于遮光膜13A)。随后，可以执行图形化，且可以蚀刻掉Si基板21的前表面的一部分以便形成用来埋入遮光膜13B的台阶20B。随后，在Si基板21的受光表面20S上、台阶20B上以及从沟槽20A的壁表面到沟槽20A的底面，可以利用例如溅射方法来沉积厚度为例如50nm的HfO2膜，以便形成固定电荷膜24。
随后，作为遮光膜13，例如，可以通过使用例如溅射方法在成像面相位差像素2B的受光区域R的一部分上和在OPB区域100B上形成W膜，且该W膜能够埋入沟槽20A中。随后，可以执行利用光刻等而实施的图形化以便形成遮光膜13。接着，在有效像素区域100A的受光部20和遮光膜13上，可以依次先形成呈例如拜耳阵列的彩色滤光片12然后形成片上透镜11。因此，可以获得图像传感器1B。
如上所述，在本变形例中，遮光膜13B被埋入受光部20中。这使得能够改善成像面相位差像素2B中的入射光的聚光位置，由此就使得能够生成用于更高精度的相位差检测的信号。而且，可以使OPB区域100B的高度减小，这对于使整体摄像元件的高度减小而言是有利的。
3.第二实施例
图7图示了根据本发明第二实施例的图像传感器(图像传感器1C)的截面构造。图像传感器1C可以是例如表面照射型(表面受光型)固体摄像元件，且可以包括呈二维地排列着的多个像素2。像素2可以由摄像像素2A和成像面相位差像素2B构成。类似于上述的第一实施例和变形例1，沟槽20A被设置于像素2之间。遮光膜(遮光膜13A)被埋入沟槽20A中。遮光膜(遮光膜13A)是与成像面相位差像素2B中的用于光瞳分割的遮光膜(遮光膜13B)连续的。然而，根据本实施例的图像传感器1C是表面照射型图像传感器，且因此，布线层22可以被设置于聚光部10与用于构成受光部20的Si基板21之间。遮光膜33(33A、33B和33C)可以被设置于受光部20中的Si基板21与布线层22之间。需要注意的是，如本实施例中的表面照射型图像传感器1C(稍后说明的1D和1E)中的受光表面20S可以对应于Si基板21的照射表面。
在本实施例中，布线层22可以被设置于聚光部10与Si基板21之间。在第一实施例中，如上所述，布线层22被设置于Si基板21的与设置有聚光部10的表面相反的表面上。因此，类似于上述第一实施例，像素2之间的沟槽20A可以被形成为格子形状以便分别地包围各像素2。或者，例如，如图8所示，沟槽20A可以被设置成只沿着X轴和Y轴中的一者(这里，沿着Y轴)。这使得从光电二极管23到Si基板21中的被设置于像素2之间的晶体管(例如，传输晶体管)的电荷移动能够平稳化。
图像传感器1C可以由聚光部10和受光部20构成。聚光部10可以由片上透镜11和彩色滤光片12构成。受光部20可以包括Si基板21、布线层22和固定电荷膜24，在Si基板21中埋入有光电二极管23。在本实施例中，绝缘膜25可以被形成得覆盖固定电荷膜24，且遮光膜33A、33B和33C可以被形成于绝缘膜25上。绝缘膜25的材料的例子可以包括氧化硅膜(SiO)、氮化硅膜(SiN)和氧氮化硅膜(SiON)等，且它的厚度可以是例如1nm以上到200nm以下。
布线层22可以被设置于聚光部10与Si基板21之间，且可以具有多层布线结构，该多层布线结构由例如两层或三层或更多层的金属膜22B和在这些金属膜22B之间的层间绝缘膜22A构成。金属膜22B可以是各晶体管、各种各样的布线、或周边电路的金属膜。在一般的表面照射型图像传感器中，这样的金属膜可以被设置于像素之间以使得能够确保像素的开口率且使得不会遮挡通过诸如片上透镜等光学功能层而出射的光束。
作为层间绝缘膜22A，例如，可以使用无机材料。具体例子可以包括氧化硅膜(SiO)、氮化硅膜(SiN)、氧氮化硅膜(SiON)、氧化铪膜(HfO)、氧化铝膜(AlO)、氮化铝膜(AlN)、氧化钽膜(TaO)、氧化锆膜(ZrO)、氧氮化铪膜、氧氮化铪硅膜、氧氮化铝膜、氧氮化钽膜和氧氮化锆膜等。层间绝缘膜22A的厚度可以是例如0.1μm以上到5μm以下。
金属膜22B可以是例如用于构成与各像素2对应的上述晶体管的电极。它的材料的例子可以包括诸如铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、铜(Cu)、钨(W)或银(Ag)等金属元素的单质或合金。需要注意的是，一般地，如上所述，金属膜22B可以具有在像素2之间的适当尺寸，以使得能够确保像素2的开口率且使得不会遮挡通过诸如片上透镜11等光学功能层而出射的光。
图像传感器1C可以例如被如下地制造出来。首先，以与第一实施例相似的方式，可以在Si基板21中形成p型半导体区域和n型半导体区域，以便形成光电二极管23。随后，在Si基板21的受光表面20S(前表面)的预定位置处，具体地，在被设置于像素2之间的p型半导体区域中，可以利用例如干式蚀刻来形成沟槽20A。随后，在Si基板21中从沟槽20A的壁表面到沟槽20A的底面，可以利用例如溅射方法来沉积厚度为例如50nm的HfO2膜以便形成固定电荷膜24。
然后，在受光表面20S上，可以利用例如CVD方法或ALD方法来形成固定电荷膜24。接着，可以利用例如CVD方法形成由例如SiO2制成的绝缘膜25。随后，作为遮光膜33，例如，可以通过使用例如溅射方法在绝缘膜25上形成W膜，且该W膜能够埋入沟槽20A中。然后，可以执行利用光刻等而实施的图形化以便形成遮光膜33。
然后，可以在遮光膜33和受光表面20S上形成布线层22。随后，在有效像素区域100A的受光部20和遮光膜13上，可以依次先形成呈例如拜耳阵列的彩色滤光片12然后形成片上透镜11。因此，可以获得图像传感器1C。
需要注意的是，优选地，类似于第一实施例，绿色(G)滤光片或白色(W)滤光片可以被分配给本实施例中的成像面相位差像素2B的彩色滤光片12；但是当具有大的光量的光入射至光电二极管23时，光电二极管23很可能发生电荷饱和。在这种场合下，在表面照射型中，过剩的电荷会从Si基板21的下方(基板21侧)排出。因此，在与成像面相位差像素2B对应的位置处的Si基板21的下部中，具体地在光电二极管23的下部中，可以注入更高浓度的p型杂质，以便提供较高的溢出势垒。
如上所述，本发明不仅可以被应用于背侧照射型图像传感器，还可以被应用于表面照射型图像传感器。而且，在表面照射型图像传感器中，可以获得与上述第一实施例等的效果相同的效果。此外，在表面照射型图像传感器中，片上透镜11和Si基板21的受光表面20S是彼此分隔开的。因此，与背侧照射型图像传感器的情况比较而言，能够容易地将聚光点设定在受光表面20S上，这使得增强摄像像素感光度和相位差检测精度这两者变得更加容易。
4.变形例2
图9图示了根据上述第二实施例的变形例2的图像传感器(图像传感器1D)的截面构造。类似于上述的图像传感器1C，图像传感器1D可以是表面照射型固体摄像元件，且图像传感器1D可以具有其中呈二维地排列有多个像素2的结构。本变形例中的图像传感器1D与第二实施例的不同之处是：类似于变形例1的图像传感器1B，遮光膜13B和13C被埋入Si基板21中。遮光膜13B和13C是与埋入在被设置于像素2之间的沟槽20A中的遮光膜13A连续的。
需要注意的是，在本变形例中，类似于变形例1，固定电荷膜24可以被设置于Si基板21与埋入在Si基板21中的遮光膜13(13A、13B和13C)之间。然而，没有固定电荷膜24像第二实施例中那样被设置于Si基板21与布线层22之间。
此外，本变形例的图像传感器1D可以利用在前述的变形例1和第二实施例中所说明的工艺的组合而被制造出来。
如上所述，在本变形例中，遮光膜13B被埋入Si基板21中。这使得能够改善成像面相位差像素2B中的入射光的聚光点，因而使得能够生成用于比上述图像传感器1C中的精度高的精度的相位差检测的信号。
5.变形例3
图10图示了根据上述第一实施例和第二实施例及变形例1和变形例2的图像传感器(图像传感器1E)的截面构造。类似于图像传感器1C和1D，图像传感器1E可以是表面照射型固体摄像元件，且图像传感器1E可以具有其中呈二维地排列有多个像素2的结构。根据本变形例的图像传感器1E与上述各实施例等的不同之处是，内部透镜14被设置于成像面相位差像素2B中的受光部20与聚光部10的彩色滤光片12之间。
在本变形例中，聚光部10可以具有多重透镜结构，在该多重透镜结构中，内部透镜14和片上透镜11被堆叠起来。这使得能够增强成像面相位差像素2B中的聚光效率。
需要注意的是，这里，只有成像面相位差像素2B设置有内部透镜14。然而，摄像像素2A也可以设置有内部透镜14。此外，如在图11所示的图像传感器1F中，应用于背侧照射型固体摄像元件也是可能的。此外，图10和图11图示了遮光膜13B和13C被埋入Si基板21中的情况(对应于变形例1和2)。然而，如在第一实施例和第二实施例的图像传感器1A和1C中，遮光膜13B和13C可以被设置于Si基板21上。
6.应用例
在下面，将给出关于在前述第一实施例和第二实施例及变形例1到变形例3中所说明的图像传感器1(1A到1F)的应用例(应用例1到4)的说明。所有的前述各实施例等中的图像传感器1可以被应用于各种各样的领域中的电子设备。这里，将会给出关于例如摄像装置(照相机)、内视镜照相机、视觉芯片(人造视网膜)和生物传感器的说明。而且，虽然没有图示，但是上述的图像传感器1也可以被用作车载传感器。
应用例1
图12是图示了摄像装置(摄像装置3)的整体构造的功能性框图。摄像装置3可以是例如数码相机或数码摄影机，且可以包括光学系统31、快门装置32、图像传感器1(例如，图像传感器1A)、信号处理电路33(图像处理电路34和AF处理电路35)、驱动电路36和控制部37。
光学系统31可以包括一个或多个摄像透镜，所述摄像透镜被构造成使得来自被摄对象的图像光(入射光)能够聚集在图像传感器1的成像面上。快门装置32被构造成控制图像传感器1的光照射周期(曝光周期)和遮光周期。驱动电路36被构造用于执行快门装置32的打开和闭合驱动且用于驱动图像传感器1中的曝光操作和信号读出操作。信号处理电路33被构造成对来自图像传感器1的输出信号(SG1和SG2)执行预定的信号处理。所述预定的信号处理例如可以包括诸如去马赛克处理、白平衡(WB)调节处理等各种各样的校正处理。控制部37可以由例如微型计算机构成，并且可以被构造用于控制驱动电路36中的快门驱动操作和图像传感器驱动操作且用于控制信号处理电路33中的信号处理操作。
在摄像装置3中，入射光通过光学系统31和快门装置32，且在图像传感器1中被接收。然后，在图像传感器1中，基于所接收的光量的信号电荷被积累。利用驱动电路36，读出在图像传感器1的各像素2中所积累的信号电荷(从摄像像素2A获得的电信号SG1和从成像面相位差像素2B获得的电信号SG2)。这样读出的电信号信号SG1和SG2被输出至信号处理电路33中的图像处理电路34和AF处理电路35。从图像传感器1输出的输出信号在信号处理部33中经受所述预定的信号处理。这样处理后的信号作为图片信号Dout被输出至外部(监控器等)，或被存储在诸如未图示的存储器等存储部(存储介质)中。
应用例2
图13是图示了根据应用例2的内视镜照相机(胶囊型内视镜照相机4A)的整体构造的功能性框图。胶囊型内视镜照相机4A可以包括光学系统41、快门装置42、图像传感器1、驱动电路44、信号处理电路43、数据传输部45、驱动用电池46和用于姿势(方向和角度)感测的陀螺仪电路47。在这些部件之中，光学系统41、快门装置42、驱动电路44和信号处理电路43可以具有与在前述摄像装置3中所说明的光学系统31、快门装置32、驱动电路36和信号处理电路33的功能相似的功能。然而，较佳的是，光学系统41能够在四维空间内沿多个方向(例如，沿所有方向)摄影，且可以由一个或多个透镜构成。然而，在本例子中，在信号处理电路43中经过信号处理之后的图片信号D1和从陀螺仪电路47输出的姿势感测信号D2可以通过数据传输部45而利用无线电通信被传输至外部装置。
需要注意的是，应用了前述实施例中的图像传感器的内视镜照相机不局限于如上所述的胶囊型，而是也可以是例如如图14所示的插入型内视镜照相机(插入型内视镜照相机4B)。类似于前述的胶囊型内视镜照相机4A中的一部分的构造，插入型内视镜照相机4B可以包括光学系统41、快门装置42、图像传感器1、驱动电路44、信号处理电路43和数据传输部45。然而，插入型内视镜照相机4B还可以包括臂48a和驱动部48。臂48a可以被容纳在该装置内。驱动部48被构造成驱动该臂48a。这样构造出来的插入型内视镜照相机4B可以被接合至电缆49。电缆49可以包括配线49A和配线49B。配线49A被构造成将臂控制信号CTL传输至驱动部48。配线49B被构造成传输基于被摄取的图像的图片信号Dout。
应用例3
图15是图示了根据应用例3的视觉芯片(视觉芯片5)的整体构造的功能性框图。视觉芯片5可以是内植在眼睛的眼球E1的内壁(包括视神经的视网膜E2)的一部分中以供使用的人造视网膜。视觉芯片5可以被内植于例如视网膜E2的神经节细胞C1、水平细胞C2、视细胞C3中的一者的一部分中，且可以包括例如图像传感器1、信号处理电路51和刺激电极部52。因此，在图像传感器1中可以获得基于眼睛中的入射光的电信号。通过在信号处理电路51处理该电信号，预定的控制信号可以被提供给刺激电极部52。刺激电极部52可以具有响应于被输入进来的控制信号而向视神经给予刺激(电信号)的功能。
应用例4
图16是图示了根据应用例4的生物传感器(生物传感器6)的整体构造的功能性框图。生物传感器6可以是例如能够被安装至手指A的血糖水平传感器，且可以包括半导体激光器61、图像传感器1和信号处理电路62。半导体激光器61可以是例如被构造成发射红外光(具有780nm以上的波长)的IR激光器(红外激光器)。利用这种构造，可以利用用于测定血糖水平的图像传感器1来感测与血液葡萄糖含量对应的激光吸收度。
虽然已经通过给出如上所述的第一实施例和第二实施例及变形例1到变形例3而做出了说明，但是本发明的内容不局限于上述的示例性实施例等，且可以以各种各样的方式予以修改。例如，在上述的示例性实施例等中，聚光部10由片上透镜11和彩色滤光片12构成。然而，用于使受光表面20S平坦化的平坦化膜或抗反射涂层可以被形成于彩色滤光片12与受光部20之间。
需要注意的是，本技术的内容可以采用如下的技术方案。
(1)一种摄像元件，其包括：
第一像素和第二像素，这两种像素均包括受光部和聚光部，所述受光部包括光电转换元件，且所述聚光部被构造成使得入射光能够朝着所述受光部聚集；
沟槽，其被设置于所述第一像素与所述第二像素之间；
第一遮光膜，其被埋入所述沟槽中；以及
第二遮光膜，其被设置于所述第二像素的所述受光部的受光表面的一部分处，且所述第二遮光膜是与所述第一遮光膜连续的。
(2)根据(1)所述的摄像元件，
其中所述第二遮光膜被设置于所述第二像素的所述受光部的所述受光表面上。
(3)根据(1)所述的摄像元件，
其中所述第二遮光膜被埋入所述第二像素的所述受光部中。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的摄像元件，
其中所述第一像素和所述第二像素使得各自的入射光能够聚集在沿深度方向的相同水平面处。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，
其中所述受光部包括n型半导体区域和p型半导体区域，所述n型半导体区域充当所述光电转换元件，且所述p型半导体区域被设置于所述受光表面上且从所述沟槽的壁表面延伸到所述沟槽的底面。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的摄像元件，
其中所述受光部的所述受光表面及所述沟槽的所述壁表面和所述底面被连续的固定电荷膜覆盖着。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像元件，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第一像素和所述第二像素，并且所述第二区域被设置于所述第一区域的周围且利用第三遮光膜而被遮光，其中所述第三遮光膜由与所述第二遮光膜的材料相同的材料形成。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的摄像元件，
其中所述聚光部包括充当光学功能层的透镜，且所述第一像素中的所述透镜与所述第二像素中的所述透镜是相同形状的。
(9)根据(8)所述的摄像元件，
其中所述第一像素的所述受光部和所述第二像素的所述受光部均面向所述透镜。
(10)根据(8)或(9)所述的摄像元件，其还包括内部透镜，所述内部透镜被设置于所述透镜与所述受光部之间。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，
其中所述聚光部包括红色、绿色、蓝色或白色滤光片，且所述第二像素的所述聚光部包括绿色或白色滤光片。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的摄像元件，
其中所述第一像素和所述第二像素充当被设置成彼此相邻的成像面相位差检测像素。
(13)一种摄像装置，其设置有摄像元件，所述摄像元件包括：
第一像素和第二像素，这两种像素均包括受光部和聚光部，所述受光部包括光电转换元件，且所述聚光部被构造成使得入射光能够朝着所述受光部聚集；
沟槽，其被设置于所述第一像素与所述第二像素之间；
第一遮光膜，其被埋入所述沟槽中；以及
第二遮光膜，其被设置于所述第二像素的所述受光部的受光表面的一部分处，且所述第二遮光膜是与所述第一遮光膜连续的。
本申请要求2013年3月39日提交的日本优先权专利申请JP2013-73532的优先权权益，因此将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (15)

1.一种摄像元件，其包括：
第一像素和第二像素，所述第一像素和所述第二像素均包括受光部和聚光部，所述受光部包括光电转换元件，且所述聚光部被构造成使得入射光能够朝着所述受光部聚集；
沟槽，所述沟槽被设置于所述第一像素与所述第二像素之间；
第一遮光膜，所述第一遮光膜被埋入所述沟槽中；
第二遮光膜，所述第二遮光膜被设置于所述第二像素的所述受光部的受光表面的一部分处，且所述第二遮光膜是与所述第一遮光膜连续的；以及
第三遮光膜，所述第三遮光膜被设置于第三像素的受光部的整个受光表面上。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中所述第二遮光膜被设置于所述第二像素的所述受光部的所述受光表面上。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中所述第二遮光膜被埋入所述第二像素的所述受光部中。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中所述第一像素和所述第二像素能够让各自的入射光聚集在沿深度方向的相同水平面处。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其中所述受光部包括n型半导体区域和p型半导体区域，所述n型半导体区域充当所述光电转换元件，且所述p型半导体区域被设置于所述受光表面上且从所述沟槽的壁表面延伸到所述沟槽的底面。
6.根据权利要求5所述的摄像元件，其中所述受光部的所述受光表面及所述沟槽的所述壁表面和所述底面被连续的固定电荷膜覆盖着。
7.根据权利要求1所述的摄像元件，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第一像素和所述第二像素，且所述第二区域被设置于所述第一区域的周围且被第三遮光膜遮光，其中所述第三遮光膜由与所述第二遮光膜的材料相同的材料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像元件，其中所述聚光部包括充当光学功能层的透镜，且所述第一像素中的所述透镜与所述第二像素中的所述透镜具有相同形状。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，其中所述第一像素的所述受光部和所述第二像素的所述受光部均面向所述透镜。
10.根据权利要求8所述的摄像元件，其还包括内部透镜，所述内部透镜被设置于所述透镜与所述受光部之间。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像元件，其中所述聚光部包括红色、绿色、蓝色或白色滤光片。
12.根据权利要求11所述的摄像元件，其中所述第二像素的所述聚光部包括绿色或白色滤光片。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像元件，其中所述第一像素和所述第二像素充当被设置成彼此相邻的成像面相位差检测像素。
14.一种摄像装置，其设置有如权利要求1至13中任一项所述的摄像元件。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的摄像元件，其中布线层被设置在所述受光部与所述聚光部之间。
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