專利名稱：固態(tài)成像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像器件。
背景技術(shù)：
迄今，在如攝像機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)之類的成像照相機(jī)中，廣泛使用固態(tài)成像器件。在這種固態(tài)成像器件中，存在有由成像照相機(jī)中所使用的鏡頭光圈決定的出射光瞳。在成像照相機(jī)中，出射光瞳距離、即從透鏡焦點(diǎn)到出射光瞳之間的距離是有限的，致使隨著進(jìn)入固態(tài)成像器件的主光線的位置從光學(xué)系統(tǒng)的中心移向光學(xué)系統(tǒng)的邊緣，進(jìn)入固態(tài)成像器件的主光線被傾斜，而且傾斜角較大。
圖9示出了固態(tài)成像器件的一實(shí)例。在這種CCD固態(tài)成像器件1中，在硅半導(dǎo)體襯底1上的成像區(qū)中布置(laid out)有多個(gè)由光電二極管構(gòu)成的傳感器部分2，并將它們形成為矩陣形式，該器件被構(gòu)成為在每一傳感器部分行上形成有CCD結(jié)構(gòu)的垂直轉(zhuǎn)移寄存器3。所排列形成的垂直轉(zhuǎn)移寄存器3是通過在轉(zhuǎn)移方向上穿過轉(zhuǎn)移信道4上的柵極絕緣膜5布置多個(gè)轉(zhuǎn)移電極6而形成的。光屏蔽膜9貫穿形成在垂直轉(zhuǎn)移寄存器3上的絕緣膜8上，由此覆蓋絕緣膜8。此外，內(nèi)層透鏡(此實(shí)例中為凹透鏡)12由回流膜(絕緣膜)10和平面成形膜(絕緣膜)11構(gòu)成，所述透鏡與每個(gè)傳感器部分2相應(yīng)，彼此具有不同的折射率。再者，與每一傳感器部分2相應(yīng)，經(jīng)過彩色濾光片13和平面成形膜14在內(nèi)層透鏡12上方形成微小鏡片(on-chip micro lens)15。
在如此構(gòu)成的固態(tài)器件1中，如果傳感器部分2和微小鏡片15的排列間隔(laid out pitch)彼此相等，即，如果微小鏡片15存在于傳感器2的正上方，那么進(jìn)入位于成像區(qū)(見圖9)邊緣處的微小鏡片15的入射光L不能聚焦于傳感器2的中心，并且將被鄰近傳感器部分2形成的光屏蔽膜9遮蔽，以致于使感光性變差，這就是所謂遮蔽時(shí)圖像屏幕感光不均勻的原因。
作為矯正這種陰影(shading)的技術(shù)，通常使用的方法是，如專利文件1(日本專利公開01-213079號(hào))中所示，使微小鏡片15的排列間隔小于傳感器2的排列間隔。更具體地說，如圖10所示，這是通過對(duì)微小鏡片15的排列間隔使用縮小倍率(reduction magnification)使固態(tài)成像器件的光學(xué)中心(圖10中成像區(qū)17的中心)居中而實(shí)現(xiàn)的。就這種情況中的縮小倍率而論，微小鏡片的排列間隔在整個(gè)成像區(qū)域上被減小了相同的倍率。按照這種方式，對(duì)出射光瞳進(jìn)行矯正，并且如圖11所示，即使是在成像區(qū)域的邊緣，射入微小鏡片15中的入射光L也被聚焦于傳感器部分2上。
同樣，固態(tài)成像器件逐漸被裝在移動(dòng)電話和個(gè)人信息移動(dòng)終端以及光學(xué)系統(tǒng)之類的移動(dòng)設(shè)備中，在這些設(shè)備中，為了小型化，出射光瞳距離非常短。由于這個(gè)原因，邊緣像素的光入射角較大，且用于微小鏡片的出射光瞳矯正技術(shù)變得越來越重要。
近年來，除傳統(tǒng)使用的用于固態(tài)成像器件的CCD影像感應(yīng)器(imagesensor)外，由于CMOS影像感應(yīng)器“能夠使用MOS結(jié)構(gòu)的集成制造工藝”以及“功率消耗低”，因此CMOS影像感應(yīng)器也已經(jīng)逐漸安裝在攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和移動(dòng)設(shè)備中。在這種CMOS影像感應(yīng)器中，必須要三維地在像素中安排如鋁之類的配線層，因此，每個(gè)像素都具有幾個(gè)晶體管。在CMOS影像感應(yīng)器中，由于存在兩個(gè)或多于兩個(gè)配線層，因此通常通過最上層的配線來進(jìn)行像素間的光屏蔽，以避免顏色混合及類似現(xiàn)象發(fā)生。此外，為了讀出每個(gè)像素的電荷，必須要設(shè)置讀出門，所述讀出門是每一像素內(nèi)的信號(hào)線。
圖4示出了CMOS影像感應(yīng)器中的成像區(qū)的基本結(jié)構(gòu)。COMS影像感應(yīng)器21是通過提供成像區(qū)而形成的，在此成像區(qū)上，由光電二極管構(gòu)成的多個(gè)傳感器部分23以矩陣形式形成在半導(dǎo)體襯底22上，在傳感器部分23和多個(gè)MOS晶體管之間形成一像素，與該實(shí)例中的第一層、第二層和第三層的配線層251、252和253相應(yīng)的多層配線層之間的絕緣膜25穿過中間層絕緣膜24，此外與其上的彩色濾光片27和方形傳感器部分23相對(duì)應(yīng)的微小鏡片28穿過平面成形層26。根據(jù)這種COMS影像感應(yīng)器21，例如，垂直信號(hào)線對(duì)應(yīng)于第一層的配線層251；水平重置線、垂直讀出線以及垂直選擇線對(duì)應(yīng)于第二層的配線層252；電源線對(duì)應(yīng)于第三層的配線層253。在這種CMOS影像感應(yīng)器21中，微小鏡片28的出射光瞳的矯正也按照與圖10所示的方式相似地進(jìn)行。
在此，由于讀出門和配線層的設(shè)置，傳感器部分的形狀和光屏蔽膜的開口形狀各自在垂直方向上或水平方向上都不對(duì)稱。在這種情況下，如果按傳統(tǒng)方式對(duì)微小鏡片的出射光瞳進(jìn)行矯正，則相對(duì)于離開成像器件的光學(xué)中心的距離進(jìn)行恒定矯正，因此，由于傳感器部分的形狀或光屏蔽膜的開口形狀將不可避免地存在感光性被嚴(yán)重?fù)p壞的地方。
例如，如果光屏蔽膜31的開口由最上層的配線層253a形成，并且CMOS影像感應(yīng)器具有方形的左下角部分為傾斜的遮蔽形狀的傳感器部分23，如圖5所示，那么當(dāng)在成像區(qū)(圖像屏幕)31(見圖6)上的左上以及左下位置(2)(3)和右下角位置(4)處進(jìn)行最佳出射光瞳矯正時(shí)，每一地方的感光性如圖5所示。更確切地說，圖像屏幕31上的右上角位置(1)處的感光性破壞是非常顯著的。
由于光L1是從在光屏蔽膜的開口處光傾斜地被遮蔽的方向射入位置(1)，因而光有所增加，這是因?yàn)楫?dāng)對(duì)微小鏡片28的出射光瞳進(jìn)行矯正時(shí)，光被圖5中黑體線部分所示的傾斜光遮蔽部分32遮蔽。反之，如果微小鏡片15的出射光瞳的矯正量在位置(1)處被最優(yōu)化時(shí)，很容易想到位置(2)(3)和(4)處的感光性破壞是很顯著的。當(dāng)其被安裝在如移動(dòng)設(shè)備之類的出射光瞳距離短的光學(xué)系統(tǒng)中時(shí)，所存在的現(xiàn)象將更加明顯，由此可見問題非常嚴(yán)重。
根據(jù)另一實(shí)例，如圖7所示，如果CMOS影像感應(yīng)器具有左下角側(cè)光被傾斜且垂直地遮蔽的形狀的傳感器部分23，那么，當(dāng)在成像區(qū)(圖像屏幕)31的右上和右下角位置(1)(4)以及左上角位置(2)處(見圖8)對(duì)出射光瞳進(jìn)行最佳矯正時(shí)，每一位置上的感光性如圖8所示。更具體地說，感光性的破壞在圖像屏幕31的位置(3)上是非常顯著的。
由于位置(3)的聚焦位置被偏移至起傳感器部分23作用的圖7的部分32處，因此光被遮蔽。反之，當(dāng)微小鏡片28的出射光瞳的矯正量在位置(3)處被最優(yōu)化時(shí)，容易想到感光性的破壞在位置(1)(2)(4)處變得很顯著。
對(duì)于這種陰影，不能再通過傳統(tǒng)的、矯正微小鏡片的出射光瞳的方式來實(shí)現(xiàn)矯正，并且在圖像屏幕上存在明顯的黑色區(qū)域。此外，陰影量不能相對(duì)于離開圖像屏幕中心的距離保持不變，因此除了如通過在電學(xué)上使圖像屏幕的邊緣閃亮來進(jìn)行陰影矯正(shading correction)的微小鏡片的出射光瞳矯正外，難于應(yīng)用陰影矯正技術(shù)。
如上所述，希望提供一種固態(tài)成像器件，其中由傳感器部分和光屏蔽膜的開口的非對(duì)稱形狀引起的不均勻的陰影可相對(duì)于離開圖像屏幕中心的距離來進(jìn)行矯正，使陰影量相對(duì)于離開圖像屏幕中心的距離變得均勻，同時(shí)可減小感光不規(guī)則性，由此改進(jìn)其感光性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上目的，本發(fā)明提出一種能改善感光性惡化(遮蔽)的固態(tài)成像器件。
本發(fā)明的固態(tài)成像器件包括與成像區(qū)的每一傳感器部分相應(yīng)的微小鏡片，其中，對(duì)微小鏡片進(jìn)行出射光瞳矯正的縮小倍率中心被設(shè)定在偏移成像區(qū)中心的位置處。
在本發(fā)明的固態(tài)成像器件中，對(duì)微小鏡片進(jìn)行出射光瞳矯正的縮小倍率中心被設(shè)定在偏離成像區(qū)中心的位置處，這樣對(duì)于包括有非對(duì)稱形狀的傳感器部分和光屏蔽膜開口的固態(tài)成像器件來說，使得陰影量相對(duì)于圖像屏幕中心的距離變得均勻。


圖1是本發(fā)明的固態(tài)成像器件的一示例性實(shí)施方式的成像區(qū)的基本結(jié)構(gòu)圖；圖2示出了本發(fā)明的固態(tài)成像器件的一示例性實(shí)施方式的成像區(qū)的每一位置和相關(guān)感光性之間的關(guān)系曲線；圖3示出了本發(fā)明的固態(tài)成像器件的另一示例性實(shí)施方式中的成像區(qū)的每一位置和相關(guān)感光性之間的關(guān)系曲線；圖4是CMOS影像感應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖5是CMOS影像感應(yīng)器中光屏蔽膜開口的一實(shí)例的相關(guān)部分的放大平面圖；圖6示出了圖5所示的CMOS影像感應(yīng)器中的成像區(qū)的每一位置與相關(guān)感光性之間的關(guān)系曲線；圖7是CMOS影像感應(yīng)器中光屏蔽膜開口的另一實(shí)例的相關(guān)部分的放大平面圖；圖8示出了圖7所示的CMOS影像感應(yīng)器中的成像區(qū)的每一位置與相關(guān)感光性之間的關(guān)系的曲線；圖9是示出CCD影像感應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖10是CCD影像感應(yīng)器中成像區(qū)的基本結(jié)構(gòu)圖；圖11是CCD影像感應(yīng)器的進(jìn)行出射光瞳矯正的邊緣的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行說明。
本示例性實(shí)施方式的固態(tài)成像器件被構(gòu)成為多個(gè)傳感器部分被設(shè)置成矩陣形式并處于一成像區(qū)中，其中設(shè)有至少與各傳感器部分對(duì)應(yīng)的微小鏡片，對(duì)所述微小鏡片進(jìn)行出射光瞳矯正的縮小倍率中心被設(shè)定在偏離成像區(qū)中心的位置處。將微小鏡片的縮小倍率設(shè)計(jì)成相對(duì)于離開縮小倍率中心的距離保持不變，具體地說，可將微小鏡片的排列間隔設(shè)計(jì)成在整個(gè)成像區(qū)域恒定，或者設(shè)計(jì)成相對(duì)于離開縮小倍率中心的距離是變化的，更具體地說，可將微小鏡片的排列間隔設(shè)計(jì)成根據(jù)距離的變化而有所不同。當(dāng)使微小鏡片的縮小倍率隨相對(duì)于離開縮小倍率中心的距離而變化時(shí)，它可以根據(jù)此距離連續(xù)地或者呈階梯狀變化。
換句話說，根據(jù)此示例性實(shí)施方式，根據(jù)像素位置(據(jù)此，傳感器部分的位置)相對(duì)于離開成像區(qū)中心的距離，將微小鏡片的偏移量設(shè)定為最佳偏移量。在此示例性實(shí)施方式中，若使傳感器部分或光屏蔽膜的開口呈非對(duì)稱形狀則是有利的。值得注意的是，當(dāng)包括對(duì)稱形狀的傳感器部分或光屏蔽膜的開口時(shí)也是有利的。
圖1示出了本發(fā)明一示例性實(shí)施方式。所示出的此示例性實(shí)施方式的固態(tài)成像器件41可應(yīng)用于CMOS影像感應(yīng)器中，并被構(gòu)成為具有非對(duì)稱形狀的傳感器部分23，其中左下角部分被最上層的配線層和與上面提到的圖5所示的配線層相似的另一配線層傾斜地遮蔽。為了減小左下角部分被光遮蔽的部分(例如，圖5中的部分32)上的入射光L1的陰影，必須使與成像區(qū)(像素區(qū))的右上角位置(1)的像素對(duì)應(yīng)的微小鏡片的出射光瞳矯正量小于與成像區(qū)的右下角位置(4)和左上以及左下角位置(2)、(3)的像素對(duì)應(yīng)的微小鏡片的出射光瞳矯正量。
在本示例性實(shí)施方式中，如圖1所示，對(duì)于微小鏡片28通過使中心O與成像區(qū)42的光學(xué)中心相比位于成像區(qū)42的右上部處實(shí)現(xiàn)縮小倍率。更具體地說，傳感器部分23的中心與微小鏡片28的中心相一致的位置變?yōu)橛疑现行腛。在這個(gè)實(shí)例中，在垂直方向和水平方向上的微小鏡片28的排列間隔向著中心O減小相同的間距。
在此示例性實(shí)施方式中，如圖1所示，對(duì)于成像區(qū)42，與位于左上角位置(2)、左下角位置(3)、以及右下角位置(4)的出射光瞳的矯正量相比，在右上角位置(1)處能夠進(jìn)行的出射光瞳矯正量很小。在此，例如，縮小倍率矯正的中心應(yīng)該偏離多少可以根據(jù)對(duì)每一位置進(jìn)行光學(xué)模擬之后的結(jié)果來確定。
在此，具體考慮的情況是，將具有對(duì)角線為5毫米、縱橫比為3∶4的成像區(qū)的CMOS影像感應(yīng)器與具有出射光瞳距離為6毫米、F值為2.8的光學(xué)系統(tǒng)的透鏡相結(jié)合。假設(shè)光屏蔽膜的開口形狀與上面提到的圖5中的形狀相同，光屏蔽膜處于離開傳感器部分6微米的位置處。
當(dāng)將傳統(tǒng)的微小鏡片的出射光瞳矯正在該系統(tǒng)中的位置(3)處為最優(yōu)時(shí)，各個(gè)位置(1)、(2)、(3)和(4)處的感光性如圖2中的虛線a所示。另一方面，當(dāng)應(yīng)用圖1的示例性實(shí)施方式時(shí)，各個(gè)位置(1)、(2)、(3)和(4)處的感光性如圖2中實(shí)線b所示。更具體地說，在成像區(qū)邊緣的感光性幾乎是一致的。此時(shí)，可在與成像區(qū)的中心橫向偏離0.18毫米、縱向偏離0.14毫米的中心位置矯正縮小倍率。
現(xiàn)在將描述示例性實(shí)施方式的另一實(shí)例。假設(shè)CMOS影像感應(yīng)器具有與上面提到的圖7所示的非對(duì)稱形狀相似的非對(duì)稱形狀的傳感器部分。在這種情況下，為了減小位于傾斜光遮蔽部分上(例如，圖9中的部分32)的入射光L1的陰影，應(yīng)使位于左下角位置(3)處的微小鏡片的出射光瞳矯正量小于位于位置(1)、(2)、和(4)處的出射光瞳矯正量。然后，雖然圖中未示出，可相對(duì)于比成像區(qū)的光學(xué)中心更靠左下的位置處的微小鏡片的中心位置實(shí)現(xiàn)縮小倍率。更具體地說，傳感器部分23與微小鏡片的中心一致的位置為成像區(qū)的左下中心O。在這個(gè)實(shí)例中，在垂直方向和水平方向上的微小鏡片的排列間隔向著中心O減小相等的間距。
在該示例性實(shí)施方式中，與位置(1)、(2)和(4)相比，在位置(3)處能夠進(jìn)行的出射光瞳的矯正量很小。同樣，在這種情況下，縮小倍率矯正的中心應(yīng)該偏離多少可以例如根據(jù)對(duì)每一位置進(jìn)行光學(xué)模擬之后的結(jié)果來確定。
在此，與以上實(shí)例相似，假設(shè)此實(shí)例將具有對(duì)角線為5毫米、縱橫比為3∶4的成像區(qū)的CMOS影像感應(yīng)器與具有出射光瞳距離為6毫米、F值為2.8的光學(xué)系統(tǒng)的透鏡結(jié)合。假設(shè)光屏蔽膜的開口形狀與圖7所示相同，光屏蔽膜處于離開傳感器部分6微米的位置處。
當(dāng)傳統(tǒng)的微小鏡片的出射光瞳矯正在該系統(tǒng)中的位置(3)處最優(yōu)時(shí)，各個(gè)位置(1)、(2)、(3)和(4)處的感光性如圖3中的虛線c所示。另一方面，當(dāng)應(yīng)用本示例性實(shí)施方式時(shí)，各個(gè)位置(1)、(2)、(3)和(4)處的感光性如圖3中實(shí)線d所示。更具體地說，在成像區(qū)邊緣的感光性幾乎是一致的。此時(shí)，可在與成像區(qū)的中心橫向偏離-0.26mm、縱向偏離-0.2mm的中心位置處矯正縮小倍率。
根據(jù)與上述示例性實(shí)施方式相關(guān)的固態(tài)成像器件，當(dāng)矯正微小鏡片的出射光瞳時(shí)，通過將矯正縮小倍率的中心設(shè)定在偏離成像區(qū)的光學(xué)中心的位置處，能使陰影量與相對(duì)于具有非對(duì)稱形狀的傳感器部分或光屏蔽膜開口的固態(tài)成像器件的圖像屏幕中心的距離相一致。因而可減小感光度的不均勻性以及改進(jìn)其感光性。用這種方式，能夠避免如在圖像屏幕上的特定角處的暗度之類的不均勻的陰影性能(shading characteristic)。因此，可方便地采用在電氣方面可提高位于圖像屏幕邊緣處的信號(hào)水平之類的陰影矯正。
微小鏡片的形成通?？赏ㄟ^采用對(duì)感光樹脂進(jìn)行曝光、圖像顯影以及熱回流的照相平版法實(shí)現(xiàn)。微小鏡片的設(shè)置是在用于形成微小鏡片圖形的曝光期間確定的，這樣能夠通過事先準(zhǔn)備一個(gè)與成像區(qū)光學(xué)中心偏離的中心位置的縮小倍率一道處理的掩模來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
以上實(shí)例是針對(duì)應(yīng)用于CMOS影像感應(yīng)器的情況進(jìn)行的解釋，當(dāng)然，本發(fā)明同樣也可以應(yīng)用于CCD影像感應(yīng)器或其他影像感應(yīng)器，本發(fā)明對(duì)應(yīng)用本身沒有限定。
根據(jù)本發(fā)明，通過安裝對(duì)陰影改善的上述固態(tài)成像器件可以構(gòu)成高品質(zhì)的如攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)及類似設(shè)備的成像照相機(jī)，或構(gòu)成如移動(dòng)電話、個(gè)人信息移動(dòng)終端之類的高品質(zhì)的移動(dòng)設(shè)備。
對(duì)于本發(fā)明的固態(tài)成像器件，當(dāng)矯正微小鏡片的出射光瞳時(shí)，通過將縮小倍率矯正的中心處于偏離成像區(qū)光學(xué)中心的位置處可使陰影量與離開圖像屏幕中心的距離相一致。因此，可以減小感光的不均勻性并改善其感光性。
本發(fā)明尤其適用于具有非對(duì)稱形狀的傳感器部分或光屏蔽膜的開口的固態(tài)成像器件。
當(dāng)將微小鏡片的縮小倍率設(shè)計(jì)成相對(duì)于離開縮小倍率中心的距離保持不變時(shí)，制造過程將更加容易。當(dāng)將微小鏡片的縮小倍率設(shè)計(jì)成相對(duì)于離開縮小倍率中心的距離發(fā)生變化時(shí)，出射光瞳矯正將變得更好。
當(dāng)微小鏡片的縮小倍率也被設(shè)計(jì)成相對(duì)于離開縮小倍率的中心的距離連續(xù)地或呈階梯狀地變化時(shí)，出射光瞳的矯正將更好。
以上已經(jīng)參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于這些特定的實(shí)施方式，在不超出由本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的構(gòu)思和保護(hù)范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作出各種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括與一成像區(qū)中的每個(gè)傳感器部分相對(duì)應(yīng)的多個(gè)微小鏡片；其中，對(duì)所述多個(gè)微小鏡片進(jìn)行出射光瞳矯正的縮小倍率中心被設(shè)定在偏離所述成像區(qū)中心的位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述傳感器部分的一表面或一光屏蔽膜的一開口為非對(duì)稱形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述多個(gè)微小鏡片的所述縮小倍率相對(duì)于離開所述縮小倍率中心的距離保持不變或發(fā)生改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述多個(gè)微小鏡片的所述縮小倍率相對(duì)于離開所述縮小倍率中心的距離呈連續(xù)變化或階梯狀變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善成像區(qū)邊緣的感光性惡化(遮蔽)的固態(tài)成像器件，其包括與成像區(qū)(42)中的每一傳感器部分(23)相應(yīng)的微小鏡片(28)，并且對(duì)微小鏡片(28)進(jìn)行出射光瞳矯正的縮小倍率中心被設(shè)定在偏離成像區(qū)(42)中心的位置(O)處。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1551364SQ200410063119
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者名取太知 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社