固態(tài)圖像感測元件和成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及在基板上形成有光電轉(zhuǎn)換層的固態(tài)圖像感測元件和成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]均具有包括像素的配置的固態(tài)圖像感測元件是已知的，所述像素包括在基板上形成有光電轉(zhuǎn)換層的光接收部。日本專利公開N0.2014-67948描述了使用有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層作為光電轉(zhuǎn)換層。日本專利公開N0.2014-67948還描述了設(shè)有用于相位差檢測的一對(duì)像素(下文稱為“相位差檢測用像素”)以實(shí)現(xiàn)光瞳分割相位差檢測。相位差檢測用像素在設(shè)在光電轉(zhuǎn)換層上的保護(hù)層與微透鏡之間具有遮光膜，該遮光膜被用來遮蔽入射光的一部分。
[0003]通過日本專利公開N0.2014-67948中所述的配置，由于只有相位差檢測用像素具有遮光膜，因此難以在光電轉(zhuǎn)換膜上均勻地形成諸如濾色器層和微透鏡之類的層。作為結(jié)果，可能存在這樣的情況:由于相位差檢測用像素在濾色器的膜厚度或微透鏡的形狀方面與用于捕獲圖像的像素(下文稱為“成像用像素”)不同，從而像素的靈敏度變得與希望的特性不同。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，可以容易地、均勻地形成設(shè)在光電轉(zhuǎn)換單元上的層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開提供一種固態(tài)圖像傳感器圖像感測元件，該固態(tài)圖像感測元件包括二維地布置的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換單元和布置在光電轉(zhuǎn)換單元上的微透鏡，其中光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)單元包括像素電極、設(shè)在像素電極上的光電轉(zhuǎn)換層和對(duì)電極(counter electrode)，并被設(shè)為將光電轉(zhuǎn)換層夾在對(duì)電極與像素電極之間。所述多個(gè)像素包括第一像素和多個(gè)第二像素，滿足以下兩項(xiàng)中的至少任一項(xiàng):所述多個(gè)第二像素的像素電極小于第一像素的像素電極，或者所述多個(gè)第二像素的對(duì)電極小于第一像素的對(duì)電極；并且第一像素的對(duì)電極與微透鏡之間的配置與所述多個(gè)第二像素中的每一個(gè)的對(duì)電極與微透鏡之間的配置相同。
[0006]參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0007]圖1是用于示出固態(tài)圖像感測元件的配置示例的框圖。
[0008]圖2是用于示出像素陣列的平面配置示例的圖。
[0009]圖3是用于示出像素陣列的截面配置示例的圖。
[0010]圖4是用于示出像素的配置示例的等價(jià)電路圖。
[0011]圖5是用于描述信號(hào)讀出操作的光電轉(zhuǎn)換單元的電位圖。
[0012]圖6是用于示出像素陣列的截面配置示例的圖。
[0013]圖7是用于示出像素陣列的截面配置示例的圖。
[0014]圖8是用于示出像素陣列的截面配置示例的圖。
[0015]圖9是用于示出像素陣列的截面配置示例的圖。
[0016]圖10是用于示出成像系統(tǒng)的配置示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017](第一實(shí)施例)
[0018]圖1是用于示出固態(tài)圖像感測元件1000的配置示例的框圖。固態(tài)圖像感測元件1000包括像素陣列110、行驅(qū)動(dòng)電路120、垂直信號(hào)線130、信號(hào)處理單元140、列選擇電路150、輸出放大器170和恒流源180，在像素陣列110中二維地布置有多個(gè)像素100。
[0019]圖1示出了存在以四行四列布置的像素100的情況；但是，像素陣列110中所包括的像素100的數(shù)量不限于此。
[0020]行驅(qū)動(dòng)電路120是按行控制所述多個(gè)像素100的電路，并且例如包括移位寄存器和地址解碼器。在第一實(shí)施例中，行驅(qū)動(dòng)電路120輸出信號(hào)pRes (M)、PADD (Μ)、Va (Μ)、Vb (Μ)和pSEL (M)。Μ表示代表某行的數(shù)。
[0021]屬于同一列的多個(gè)像素100連接到像素100所共用的垂直信號(hào)線130。從像素100輸出的信號(hào)經(jīng)由垂直信號(hào)線130傳送到信號(hào)處理器140。
[0022]信號(hào)單元140包括被設(shè)為與像素陣列110的各列對(duì)應(yīng)的多個(gè)列信號(hào)處理單元。每個(gè)列信號(hào)處理單元可包括用于降低噪聲的CDS電路、用于放大信號(hào)的放大器、用于保持信號(hào)的采樣及保持電路等。當(dāng)被從列選擇電路150供應(yīng)的信號(hào)CSEL(N)選擇時(shí)，列信號(hào)處理單元輸出信號(hào)，并且所輸出的信號(hào)被傳送到輸出放大器170。N表示代表某列的數(shù)。
[0023]在第一實(shí)施例中，所述多個(gè)像素100包括充當(dāng)?shù)谝幌袼氐某上裼孟袼豂P，并且還包括充當(dāng)?shù)诙袼氐南辔徊顧z測用像素AP。圖2是用于示出根據(jù)第一實(shí)施例的像素陣列110的平面配置示例的圖。在這里示出了其中有兩個(gè)像素是相位差檢測用像素AP而其它像素是成像用像素IP的情況。每個(gè)像素均包括稍后將描述的像素電極，并且相位差檢測用像素AP相比于成像用像素IP具有更小的像素電極。
[0024]圖3示出了沿著圖2中所示的線A-A所取的配置的示例。像素陣列110包括硅基板(Si基板)300、設(shè)在Si基板300上的底絕緣層301和布置在底絕緣層301中的布線層
302。在Si基板300上形成M0S晶體管，并且，在布線層302中還包括用于向M0S晶體管供應(yīng)電力的布線和用于傳送控制M0S晶體管的信號(hào)的布線。布線層302中所包括的布線中的一些布線把在Si基板300上形成的信號(hào)讀出電路(未示出)與像素電極303連接。還如圖2中所示，相位差檢測用像素AP的像素電極303比成像用像素IP的像素電極303小。在像素電極303上設(shè)有層間絕緣層304、光電轉(zhuǎn)換層305、阻擋層306、對(duì)電極307、濾色器層308和具有多個(gè)微透鏡的微透鏡層309。在第一實(shí)施例中，對(duì)電極307被設(shè)置為使得對(duì)電極307為多個(gè)像素所共用。可以使用Bayer圖案作為濾色器層308的濾色器布置。對(duì)于相位差檢測用像素AP，可以使用G (綠)濾色器而非R (紅)和B (藍(lán))濾色器來獲得亮度信息。因此，在Bayer圖案中布置有G濾色器的像素可以是相位差檢測用像素AP。另外，對(duì)于位于Bayer圖案中布置有R和B濾色器的位置處的像素中的一些，R和B濾色器被G濾色器替代，并且這種像素可以是相位差檢測用像素AP。另外，可以針對(duì)每個(gè)成像用像素IP布置R(紅)、G和B (藍(lán))濾色器中的任何濾色器，并且可以僅針對(duì)相位差檢測用像素AP布置透明濾色器。
[0025]設(shè)在像素電極303上的層間絕緣層304是用于防止電子和空穴在像素電極303和光電轉(zhuǎn)換層305之間流動(dòng)的層，并且是使用例如氫化非晶氮化硅(a-SiN:H)形成的。層間絕緣層304的厚度被設(shè)置為足以防止電子和空穴通過隧穿效應(yīng)流過層間絕緣層304的某值。具體而言，該厚度優(yōu)選為50nm或更大。
[0026]設(shè)在像素電極303上的光電轉(zhuǎn)換層305是能夠執(zhí)行在接收到入射光時(shí)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的光電轉(zhuǎn)換的層，其中層間絕緣層304介于像素電極303和光電轉(zhuǎn)換層305之間。可以使用本征氫化非晶硅(a_S1:H)、化合物半導(dǎo)體或有機(jī)半導(dǎo)體作為構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換層305的材料。這種化合物半導(dǎo)體的示例包括諸如BN、GaAs、GaP、AlSb和GaAlAsP之類的ΠΙ-V族化合物半導(dǎo)體以及諸如CdSe、ZnS和HgTe之類的I1-VI族化合物半導(dǎo)體。另外，這種有機(jī)半導(dǎo)體的示例包括基于酞菁(phthalocyanine)的材料和基于萘酞菁(naphthalocyanine)的材料，諸如富勒稀、香豆素 6 (C6)、若丹明 6G (Rhodamine 6G，R6G)、喹口丫啶酮(quinacridon)和鋅駄菁(ZnPc)。
[0027]并且，使用上述這種化合物半導(dǎo)體作為原材料的量子點(diǎn)膜可用于光電轉(zhuǎn)換層305?？梢允褂梅蔷Ч枘?、有機(jī)半導(dǎo)體膜和量子點(diǎn)膜，因?yàn)槿菀仔纬杀∧ぁ?br>[0028]本征半導(dǎo)體的優(yōu)異之處在于，由于本征半導(dǎo)體具有低載流子濃度，因此通過針對(duì)光電轉(zhuǎn)換層305使用這種本征半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)寬的耗盡層寬度；但是，也可以使用η型或ρ型半導(dǎo)體。
[0029]在光電轉(zhuǎn)換層305上設(shè)有阻擋層306。根據(jù)第一實(shí)施例的阻擋層306是具有防止空穴從對(duì)電極307注入到光電轉(zhuǎn)換層305的功能的層，并且例如使用Ν+型氫化非晶硅。在本示例中，使用Ν+型a-SiH來防止空穴注入。為了防止電子注入，使用P+型a-SiH。期望阻擋層306防止作為導(dǎo)電載流子的電子和空穴中的任一者從對(duì)電極307注入到光電轉(zhuǎn)換層305。作為用于光電轉(zhuǎn)換層305的半導(dǎo)體材