專利名稱：固體攝像元件及其制造方法、電子設備及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體攝像元件及其制造方法、電子設備及電子設備的制 造方法。
背景技術：
圖像傳感器是應用在攝像機及攝像機這樣的廣泛領域的器件。
這些器件所使用的圖像傳感器由許多像素構成。而且，器件整體的效率 取決于像素的大小及像素結構。
在彩色用的器件中，通過將固體狀態(tài)的、通常以有機材料為起源的吸收 濾光材料分別設置于各像素，可以將像素的類型分為紅、綠、藍三色。
為了改善像素內的效率，通常使用有像素尺寸的透鏡，這是為了確保入 射光的焦點會聚在像素的感光元件上，使該像素捕捉盡可能多的可入射到像 素的光且不使其擴散到周圍的像素。
但是，使用簡單的像素尺寸的透鏡是有限制的。隨著入射光角度的增大， 其限制隨之而來，使得光不能局限于入射到的該像素內。即，透鏡可修正的 角度偏向的大小是有限的。像素的縱橫尺寸比即其寬度占其高度比例的值越 小，則該影響越明顯。
因此，最近將像素尺寸縮小的趨勢意味著，利用標準的片上透鏡技術控 制該混色的影響將變得更加困難。另外，由于通常需要有機抗蝕劑起源的材 料即各個濾色器，因而使這些器件的高度大大增加。而且，這些濾色器的存
在使縱橫尺寸比減小而使混色的問題變大顯著，特別是在像素尺寸變小時會 成為問題。
另外，若像素尺寸減小到lpm的寬度，則透鏡的尺寸接近透過透鏡的光 的波長，漸漸地不能起到透鏡的作用。即，透鏡將不能對透過其內部的光進 行會聚。
這樣，若使像素尺寸變小，則基于現(xiàn)有的透鏡的設計顯然將不能保持有 利的效果。因此，要求用于將光保持在像素內的新的系統(tǒng)。在標準的透鏡中，作為即使是不充分的狀況也朝向光線的方法，許多研 究者提出(例如參照專利文獻1及專利文獻2)使用菲涅耳透鏡、衍射光學元 件透鏡、數(shù)字透鏡及那樣的"人工的"透鏡。
誠然，這樣的結構在比普通的透鏡更準確地引導光線方面是行之有效的， 但也有許多的缺點。作為該缺點，可列舉波長依賴性高、制造工序復雜等。
但是，在小的尺寸的像素方面，必須對將引起更大的問題進行關注。即， 事實上，由于上述的設計需要用于起作用的物理空間、即必須有極大的寬度， 故而若要適用于小的像素則完全不實用。在最差的情況下，透鏡變得比像素 大。該尺寸界限取決于入射光的波長，在大多情況下是根本性的界限。
專利文獻1:日本特開2006 - 74055號公才艮 專利文獻2:日本特開2006-351972號公報
如在上述大致說明，使光在越來越小的像素內會聚的問題達到用標準的 片上透鏡技術無法克服的程度。
結果是，該問題在任何情況下將使混色的程度增大到雖不至于不能進行 顏色、色調的區(qū)別但卻極難進行顏色、色調的區(qū)別的程度。
該情況主要是由于縱橫尺寸比減小而使光從入射的像素向周圍的像素泄 漏而引起的，在大的像素的設計中不會產(chǎn)生任何問題的入射角在小的像素尺 寸中已經(jīng)不能成為決定因素。
值得指出的是，入射角是隨著使光在圖像傳感器的表面會聚的攝像機鏡 頭的設定而變化的。這取決于該外部會聚系統(tǒng)的被稱為F值的參數(shù)。
通過限制可使用的入射角，事實上限制了可使用的外部透鏡的類型，進 而限制了在上述的圖像傳感器中可使用的系統(tǒng)。
雖然在大的像素及大的縱橫尺寸比上存在該入射角的限制，但卻是很大 的值。
在需要區(qū)別顏色、即需要將濾色器內設于器件中時的問題都是由上述那 樣的結構的物理尺寸而造成的。
該問題是由制造圖像器件的標準方法的基本設計而造成的。只要改變傳 感器的基本設計就可解決這些問題。
在此，參照圖15具體說明上述的問題。
圖15 (A)、 (B)分別表示像素的上下方向的剖面。圖15 (A)表示大尺 寸的像素的剖面圖，圖15 (B)表示小尺寸的像素的剖面圖，所表示的各個像素的高度都是相同的。
在各圖中，51表示形成有感光元件即光電二極管的硅基板，52表示層間 的絕緣層等，53表示濾色器，54表示片上透鏡。另外，大的箭頭55表示以 從豎直方向稍稍傾斜地偏離的角度入射的光。結構內部的錐形的形狀表示經(jīng) 由片上透鏡使光會聚的情況。
在圖15 (A)所示的大尺寸的像素中，傾斜入射光55在硅基板51表面 的焦點在入射的像素60內。
另一方面，在圖15 (B)所示的較小尺寸的像素中，在硅基板51表面的 焦點的位置變?yōu)槿肷涞降木哂屑tR濾色器53的像素60A之外，進入相鄰的 具有綠G濾色器53的像素60B。
另外，實際上由于期待像素尺寸從最近5pm變成1.75pm左右并進一步 縮小，因而該圖是留有余地的。
如圖15 (B)所示的通過自身的像素60A的片上透鏡54而進入相鄰的像 素60B的光顯得不明亮。即，使得得到的圖像信號不清晰。
這表示像素尺寸減少的進退兩難，即使最大限度地有效利用片上透鏡也 不會改善其特性。即，若超過一定角度則片上透鏡將不能對角度進行修正。

發(fā)明內容
為了解決上述的問題，本發(fā)明提供一種即使像素尺寸減小也不會發(fā)生混 色的結構的固體攝像元件及其制造方法、電子設備及電子設備的制造方法。
本發(fā)明的固體攝像元件及電子設備具備基體，其對應于各個像素而設 有光接收部；棒狀部件，其由透光的材料構成，在各像素的光接收部的上方 分別設置一個以上。
本發(fā)明的固體攝像元件及電子設備的制造方法包括如下的工序在基體 上形成各像素的光接收部；在基體的上方形成由透光的材料構成的層；對該 層進行加工而在各像素的光接收部的上方分別形成 一 個以上的棒狀部件。
根據(jù)上述的本發(fā)明的固體攝像元件及電子設備的構成，由于設有由透光 的材料構成的棒狀部件，故而在各像素的棒狀部件內使入射的光朝向下方且 能夠以高的比率導向形成于該像素下方的基體的光接收部。
由此，可以抑制入射到棒狀部件的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的 發(fā)生。根據(jù)上述的本發(fā)明的固體攝像元件及電子設備的制造方法，由于對由透 光的材料構成的層進行加工而在各像素的光接收部的上方形成棒狀部件，故 而可以比較容易地制造可抑制混色的發(fā)生的上述本發(fā)明的固體攝像元件及電 子設備。
才艮據(jù)上述的本發(fā)明可以抑制混色的發(fā)生且改善固體攝像元件的特性。 另外，根據(jù)本發(fā)明，即使是小的像素尺寸也不會發(fā)生混色。


圖1是本發(fā)明的固體攝像元件的第一實施方式的示意結構圖(剖面圖)； 圖2是將桿的截面形狀形成圓形的圖1的固體攝像元件的主要部分的立 體圖3是將桿的截面形狀形成矩形(方形桿)的圖1的固體攝像元件的主
要部分的立體圖4 (A)、 (B)由兩個構造比較表示混色的狀態(tài)的圖5是表示使桿的粗細與三色光的波長相對應時的各桿的響應的波長分
布(光譜)的圖6是本發(fā)明的固體攝像元件的第二實施方式的示意剖面圖7是本發(fā)明的固體攝像元件的第三實施方式的示意剖面圖8是本發(fā)明的固體攝像元件的第四實施方式的示意剖面圖9是本發(fā)明的固體攝像元件的第五實施方式的示意剖面圖IO是本發(fā)明的固體攝像元件的第六實施方式的示意剖面圖11是本發(fā)明的固體攝像元件的第七實施方式的示意剖面圖12是本發(fā)明的固體攝像元件的第八實施方式的示意剖面圖(放大剖面
圖)；
圖13是本發(fā)明的固體攝像元件的第九實施方式的示意剖面圖(放大剖面
圖)；
圖14是表示形成兩個結構的相同像素尺寸的平均的圖像傳感器中的成蔭 的量的測定結果；
圖15 (A)、 (B)是說明縱橫尺寸比及像素尺寸對混色的影響的圖16是本發(fā)明實施方式的攝像機的框圖。
附圖標記說明1:硅基板
2:絕緣層
3:棒狀部件(桿)
4:選擇層
5:配線層
7:防反射層
8:層內透鏡
9:光波導
10B、 10G、 10R:像素
11:鈍化層
13:濾色器
15:濾色材料
16:反射層
17:折射率調節(jié)層
具體實施例方式
首先，在說明本發(fā)明的具體實施方式
之前先說明本發(fā)明的概要。 在本發(fā)明的固體攝像元件及電子設備中，在各像素上，代替片上透鏡而
設置由透光的材料構成的棒狀(桿狀)部件。棒狀部件是用于將入射光導入
光電二極管等光接收部的部件，由透光的材料構成。
在此，與圖15所示的同樣，在現(xiàn)有的設有片上透鏡的結構和本發(fā)明的設
圖4 (A)表示現(xiàn)有的設有片上透鏡的結構，圖4 (B)表示本發(fā)明的設 有棒狀部件的結構。分別使像素的寬度與硅基板及絕緣層的厚度相同。
在如圖4(A)所示的現(xiàn)有的設有片上透鏡的情況下，傾斜入射的光55 在通過片上透鏡54而在硅基板51表面會聚成錐形時，從片上透鏡54的某像 素60R泄漏而進入相鄰的像素60G。
因此，必須進行從該相鄰的像素60G的峰值增益中嚴格地抽出受像素60R 影響的混色的大小的信號處理。
在圖4 (B)所示的設有棒狀部件的情況下，傾斜入射的光20分別進入 各棒狀部件(以下有時也稱為"桿，，)3且沿著該桿3的長度方向(即上下方向)傳導。同時，與最近相鄰的桿3發(fā)生相互作用，使傾斜向斜方向的光恢 復成不傾斜的狀態(tài)。這樣，入射光的大部分以在其原來的像素內進入硅基板1 的方式^皮傳導。
由此，可得到非常準確的峰值增益。
因此，與現(xiàn)有的片上透鏡的情況相比較，可抑制混色的發(fā)生且可改善固 體攝像元件的特性。
另外，在圖4(B)所示的設有棒狀部件的情況下，若進一步增大入射角， 則光將進入相鄰的像素，故而入射角具有上限。
但是，與現(xiàn)有的片上透鏡的情況相比較時，由于入射角的上限變得相當 大，因而可顯著改善器件。
另外，圖4是以二維結構說明發(fā)生的現(xiàn)象的，但在實際的固體攝像元件 中是三維結構，各像素被鄰接的八個像素包圍。
可以將棒狀部件(桿)3的截面形狀可形成為圓形、矩形、六邊形及其它 各種形狀。
只要是能夠形成桿3，則桿3的截面形狀就不作特別限定。 另外，桿3的直徑及寬度可以在上下方向一樣(大致一定)，也可以在上 下有差別。
棒狀部件(桿)3例如在形成有桿3的材料(透光的材料)的層之后，通 過利用各向異性蝕刻等將該層加工成棒狀而可以很容易地制作。
當棒狀部件(桿)3過低時，傳導光的效果減弱，因此，桿3需要有一定 的高度。典型的范圍是300nm以上。
另一方面，桿3的高度的上限取決于蝕刻技術及桿3的制作方法。若采 用不好的制作方法，則會生成帶有一定程度以上的角度的錐狀桿3，故而不予 優(yōu)選。
而且，桿3的高度的最為典型的值為0.5pm~6pm的范圍。
對應各個像素的桿3的根數(shù)主要取決于其像素的大小，大部分情況可認 為是，將桿3盡可能地裝滿像素上時可得到更良好的結果。
但是，在有些情況下，通過在各像素的端緣部分設置200nm左右的沒有 桿3的自由區(qū)域以促進良好的響應。
在一個像素設置多個桿3時、在相同像素內相鄰的桿3之間的空間大小 是根據(jù)鄰接的桿3間的耦合的強度而設定的。相鄰的桿3間的耦合過強時，光已經(jīng)不能區(qū)分各桿3而是將它們全部一 起作為一個大的桿3使用。該情況顯然是由于桿3的寬度被識別得很大，而 導致?lián)p害必要的波長依存性。
另一方面，通過空間使相鄰的桿3相離過遠，意味著將浪費可使用的圖 像傳感器的表面區(qū)域。
因此，對在相同像素內鄰接的桿3的空間的大小加以權衡，通常使用50-200nm范圍的空間，優(yōu)選使用1 OOnm的空間。
另外，桿還具有根據(jù)桿3的直徑及寬度等即水平方向的尺寸而使與其尺 寸相對應的波長頻帶的光透過的特性。
因此，將桿3的水平方向的尺寸在同一像素內形成相同尺寸，并且根據(jù) 像素而有一定程度的差異，由此，與現(xiàn)有的濾色器同樣地，能夠對各像素設 定接收的光的波長頻帶(例如R、 G、 B中的一種顏色)。而且，通過設置透 過的光的波長頻帶不同的多種桿3，并且將具有各種桿3的像素有規(guī)則地配 置，能夠與現(xiàn)有的濾色器同樣地得到彩色圖像。
接下來，說明本發(fā)明的具體實施方式
。
首先，圖l表示本發(fā)明的固體攝像元件的第一實施方式的示意結構圖(剖 面圖)。
本實施方式表示將本發(fā)明應用于CMOS型固體攝像元件的情況。
雖未作圖示，該固體攝像元件在硅基板1內對應于各個像素IOB、 IOG、 IOR上而形成由光電二極管構成的光接收部。
另外，雖未作圖示，在硅基板1上還形成有像素內的MOS晶體管(電荷 傳送晶體管、放大晶體管、像素選擇晶體管等)及周邊電路的MOS晶體管。
在硅基板1的上方，在絕緣層2中形成有三層配線層5。
這些配線層5是將像素IOB、 IOG、 IOR的光電二極管及未圖示的晶體管 與周邊電路及外部連接的金屬配線。而且，如圖中箭頭所示，光在這些配線 層5之間通過而入射到硅基板1中的光接收部(光電二極管)。
另外，為了防止在硅基板1的表面發(fā)生光反射，在絕緣層2與硅基板1 之間設有防反射層7。
絕緣層2表示為一層，但有時也由材料及形成方法不同的多個絕緣層構成。
本實施方式的固體攝像元件中，特別是在各像素IOB、 IOG、 IOR的上部表面設有由透光的材料構成的棒狀部件(桿)3。
該桿3在水平面上垂直地在上下方向延伸而形成。
這樣，通過在各像素IOB、 IOG、 10R上設置桿3，如圖4(B)中所說明 地，可以由桿3將入射的光導向下方的光接收部。
作為桿3的材料，可以使用Si02、 SiN、 SiON、 SiC、金屬氧化物、聚碳 酸酯(PC)樹脂、丙烯酸樹脂、曱基丙烯酸曱酯樹脂(PMMA)、聚氯乙烯樹 脂(PVC)、光致抗蝕劑材料等。
優(yōu)選使用不僅可使光透過且可容易地形成所期望的桿3的形狀的材料。
如上所述，在形成作為桿3的材料的透光的材料的層之后，通過各向異 性蝕刻等將該層加工成棒狀，由此可以容易地制作桿3。
在桿3之下具有選擇層4。該選擇層4由與桿3相同的材質構成，以促進 光從桿3向硅基板1傳導。
在通過上述的各向異性蝕刻加工成棒狀時，未加工到下層而將最下部保 留一部分，由此可形成該選4奪層4。
另外，在選擇層4與其下層的絕緣層2之間設有用于使折射率一致的層6。
在本實施方式的固體攝像元件中，在藍B像素10B上形成有4個細桿3， 在綠G像素10G上形成有三個稍粗的桿3，在紅R像素IOR上形成有三個更 粗的桿3。即，對應于像素的顏色來改變桿3的粗細(即寬度及直徑等水平方 向的尺寸)及條數(shù)。另一方面，將同一像素內的三個或者四個桿3形成相同 的斗且細。
桿3的粗細與由光接收部接收的顏色的光的波長頻帶相對應，在接收波 長長的光的紅R像素10R內形成粗桿3，隨著由綠G像素10G、藍B像素10B 接收的光的波長的變短，桿3的粗細也相應地變小。
這樣，與由各像素10B、 IOG、 IOR的光接收部接收的顏色的光的波長頻 帶相對應，將桿3的粗細設定為三種類型。由此，由于桿3根據(jù)粗細而具有 波長頻帶的選擇性，因而可以使桿3保持濾光片的功能。而且，通過有規(guī)則 地配置具有各種桿3的像素，可以進行彩色圖像的檢測。
在此，圖5表示與如圖1所示地使桿3的粗細與由光接收部接收的三色 的光R、 G、 B的波長相對應的情況下的各桿3的響應的波長分布(光譜)。
由圖5得知，與帶通濾波器即通常的濾光片不同，在桿3的情況下，是 作為將長波長側截止的濾光器而響應的。該事實意味著，通過減去各顏色的濾光器的響應而生成色度信號。即， 為了得到實際的紅色信號，只要從紅色像素的響應中減去綠色像素的響應即可。
形成桿3的該構成的優(yōu)點在于，紅色像素的響應是白色的響應即全色的 響應，可以提高傳感器相對于低明亮度的靈敏度。再者，與標準的圖像傳感 器相對稱，藍色像素噪聲最少。另外，已經(jīng)不需要外部的紅色截止濾波器。
該構成的缺點在于，通過減去各響應，噪聲增大的可能性提高，在這一 點上需要引起注意。
由于圖l表示桿3的剖面圖，故而沒有表示桿3的截面形狀。如前所述， 可以將桿3的截面形狀形成圓形、矩形、六邊形等任意的形狀。其中，圖2 表示將桿3的截面形狀形成圓形時的主要部分的立體圖，圖3表示將桿3的 截面形狀形成矩形(方形桿)時的主要部分的立體圖。
圖2及圖3表示將像素的顏色排列形成為三色B、 G、 R的帶狀時的綠色 G像素整體、和左右的藍色B及紅色R像素的一部分，表示兩行像素。 圖2及圖3中，在綠色G像素中設有縱橫各三個合計九個桿3。 對于桿3以外的構成而言，圖2及圖3都與圖1一樣。 較之將桿3的截面形狀形成圖2所示的圓形狀，優(yōu)選將其形成圖3所示 的矩形(方形桿)。通過將截面形狀形成矩形即方形桿，可以很好地控制桿3 間的相互作用。另外，將由圓形的桿產(chǎn)生的假反射引起的光量損失降低，能 夠將々i反射的反射光大部分由相鄰的桿拾取。
為了使桿3的波長頻帶的選擇性良好，例如如以下說明地來設定桿3的 寬度或直徑。
在紅色像素10R內例如設置寬度或者直徑為610nm左右的桿3。 其中，桿3最佳的寬度或者直徑根據(jù)固體攝像元件的外部攝像機鏡頭的F
值和通過攝像機鏡頭后的光的入射角度的平均而變化，為了在圖像傳感器的
端部的像素上對入射角度進行補償而設定為低值。
因此，將桿3的寬度或者直徑的最佳的范圍設為500nm ~ 620nm。
在綠色像素10G內例如設置寬度或者直徑為560nm左右的桿3。
其中，桿3最佳的寬度或者直徑根據(jù)固體攝像元件的外部的攝像機鏡頭
的F值和通過攝像機鏡頭后的光的入射角度的平均而變化，為了在圓像傳感
器的端部的像素上對入射角度進行補償而設定為低值。因此，將桿3的寬度或者直徑的最佳的范圍設為480nm~ 570nm。
在藍色像素10B設置寬度或者直徑例如為470nrn左右的桿3。
其中，桿3最佳的寬度或者直徑根據(jù)固體攝像元件的外部的攝像機鏡頭
的F值和通過攝像機鏡頭后的光的入射角度的平均而變化，為了在圖像傳感
器的端部的像素上對入射角度進行補償而設定為低值。
因此，將桿3的寬度或者直徑的最佳的范圍設為420nrn ~ 480nm。 根據(jù)上述的本實施方式的固體攝像元件，在各像素IOB、 IOG、 IOR的上
部表面設有由透光的材料構成的棒狀部件(桿)3。由于利用該桿3可以使入
射到各像素的桿3的光朝向下方，因而能夠以高的比率將其導向形成于該像
素的下方的硅基板1的光接收部。
由此，可以抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素進而可抑制混色的發(fā)生。 另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，將桿3的粗細設定為與由各像
素IOB、 IOG、 IOR的光接收部接收的顏色的光的波長相對應的三種類型。因
此，由于桿3因粗細而具有波長頻帶的選擇性，故而可以使桿3具有濾光片
的功能。
由此，如圖1所示，即使沒有現(xiàn)有技術中設置的濾色器層也可以對色彩 進行選別。
而且，由于沒有濾色器層，桿3與硅基板1之間的距離相應地縮短，從 該觀點來看也可以抑制混色的發(fā)生。
因此，可以抑制混色的發(fā)生而改善固體攝像元件的特性。 另外，即使在小像素尺寸中也可以不發(fā)生混色。
另外，圖2及圖3中將像素的顏色排列形成三色B、 G、 R的帶狀，但是 也可以采用拜爾配列(^Y卞一配列)等其它顏色配列。
接下來，對本發(fā)明的固體攝像元件的其它實施方式啦文以下說明。
其次，圖6表示本發(fā)明的固體攝像元件的第二實施方式的示意剖面圖。
本實施方式除了圖1所示的第一實施方式的構成之外，還在絕緣層2的 內部的配線層5的上方設有層內透鏡8。
層內透鏡8將上表面形成凸面、將下表面形成平面。由此，可以使從上 方的桿3入射到層內透鏡8的光進一步會聚并導入到硅基板1的光接收部。
層內透鏡8使用折射率比周圍的絕緣層2高的材料。
另外，有時也將周圍的絕緣層2形成材料及形成方法在層內透鏡的下層和層內透鏡的上層不同的絕緣層。
根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件
同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。另外， 即使沒有現(xiàn)有技術中設置的濾光片的層也可以對色彩進行選別。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，由于在桿3與硅基板1之間設 有層內透鏡8，故而可以利用層內透鏡8使來自桿3的光會聚，從而可以增加 入射到光接收部的光量。
另外，圖6中將層內透鏡8的上表面形成凸面、將下表面形成平面，但 是只要是產(chǎn)生使入射的光會聚的透鏡作用，則也可以將層內透鏡的上下表面 形成其它形狀。例如，可考慮上表面為平面、下表面為凸面的結構以及上表 面及下表面都是凸面的結構。
其次，圖.7表示本發(fā)明的固體攝像元件的第三實施方式的示意剖面圖。
本實施方式中，除了圖1所示的第一實施方式的構成之外還在絕緣層2 內部的包含配線層5之間的部分設有光波導9。
光波導9通過在絕緣層2內開槽且埋入該槽的內部而構成。
關于光波導9的材料，優(yōu)選使用折射率與周圍的絕緣層2有很大區(qū)別的 材料。光波導9與周圍的絕緣層2的折射率的差別越大則導波效果越好。
根據(jù)本發(fā)明的固體攝像元件，可以與第 一 實施方式的固體攝像元件同樣 地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。另外，即使 沒有現(xiàn)有技術中設置的濾光片層也可以對色彩進行選別。
再者，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，由于在桿3與硅基板1之間設 有光波導9，故而可以利用光波導9來傳導光且增加入射到光接收部的光量。
即，在本實施方式中，可得到與如圖6所示的第二實施方式的層內透鏡8 大致同樣的效果。另外，由于圖6的層內透鏡8設置在配線層5的上方，而 本實施方式的光波導9也包括配線層5之間而構成，因此，可以進一步降低 整體的高度。這樣，通過降低整體的高度還可以改善混色的問題。
另外，較之可形成層內透鏡8的像素尺寸的界限，即使小的像素尺寸也 可形成光波導9，從而可以應用于比第二實施方式還小的像素尺寸。
其次，圖8表示本發(fā)明的固體攝像元件的第四實施方式的示意剖面圖。
在之前的實施方式中都是將配線層5設置在硅基板1的上方。即，使光 從配線層5側照射到光接收部的表面照射型的結構。而在本實施方式中，將配線層5設置在硅基板1的下方，形成使光從與 配線層相反的 一側照射到光接收部的背面照射型的結構。
配線層5及其周圍的絕緣層2位于硅基板1的下方，在用于使桿3之下 的選擇層4的更下面的折射率一致的層6與硅基板1之間設有鈍化層12。另 外，在鈍化層12與硅基板1之間設有用于使折射率一致的層11,在鈍化層 12的上下具有用于使折射率一致的層6、 11。
其它的構成與如圖1~圖3所示的實施方式一樣，因而省略了重復的說明。
根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與之前的各實施方式的固體攝像 元件同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。另 外，即使沒有現(xiàn)有技術中設置的濾光片層也可以對色彩進行選別。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，由于在與光入射的桿3相反側 設有配線層5，因而可以使硅基板1與桿3的距離變近。由此，可進一步降低 混色。
而且，可以使來自桿3的輸出大部分直接進入硅基板1的表面，從而可 提高光的利用效率。
另外，由于可使從桿3至硅基板1的結構變得簡單，故而不受像素尺寸 的限制。因此，也可以應用于極小的像素尺寸。
其次，圖9表示本發(fā)明的固體攝像元件的第五實施方式的示意剖面圖。
在本實施方式中，除了圖8所示的第四實施方式的構成之外，還設有與 現(xiàn)有技術同樣的濾光片。
具體而言，在選擇層4與用于使折射率一致的層6之間設有三色B、 G、
R濾光片13。
其它的構成與圖8所示的第四實施方式同樣，故而省略了重復的說明。 根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件
同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，除了圖8所示的第四實施方式
的構成之外，還設有三色B、 G、 R濾光片13,由此，可以利用各濾色器13
進行全部或者部分的色彩選別。
由此，可以并用桿3和濾色器13更明確地進行顏色選別。
其中，在本實施方式的構成中，由于桿3與硅基板1之間的高度增加了濾色器13的量，因而難以應用于8所示的第四實施方式的構成可適用的極小 的可適用的像素尺寸。
另外，是否采用與濾色器13的并用，是否需要某種程度的顏色選別，根 據(jù)設計的用途而定。
另外，并用桿3和濾光片13的構成還可以應用于圖1、圖6及圖7所示 的各實施方式的構成。
其次，圖IO表示本發(fā)明的固體攝像元件的第六實施方式的示意剖面圖。
在本實施方式中，除了圖8所示的第四實施方式的構成之外，還通過與 桿3不同的材料(填充劑)14將桿3的周圍填埋。
作為埋在桿3周圍的材料14可考慮聚合物(高分子材料)這樣的具有適 當?shù)目蒦L光透過性的材料。
其它的構成由于與圖8所示的第四實施方式同樣，故而省略重復的說明。
根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件 同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可抑制混色的發(fā)生。另外，即 使沒有現(xiàn)有技術中設置的濾光片層也可以對顏色進行選別。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，由于由其它材料14將桿3的周 圍填埋，故而可對桿3進行物理固定，可以保護細的桿3在使用時不至于破 損，從而可以維持保持桿3。
另外，由其它材料14將桿3的周圍填埋的構成還可以應用于圖1、圖6、 圖7及圖8所示的各實施方式的構成。
其次，圖11表示本發(fā)明的固體攝像元件的第七實施方式的示意剖面圖。
在本實施方式中，除了圖8所示的第四實施方式的構成之外，還由與各 個像素對應的三色B、 G、 R濾色材料15將桿3的周圍填埋。
其它的構成由于與如圖8所示的第四實施方式一樣，故而省略重復的說明。
根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件 同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，由于利用濾色材料15將桿3的 周圍填埋，故而可對桿3進行物理固定，可以保護細的桿3在使用時不至于 破損，從而可以維持保持桿3。
另外，利用三色B、 G、 R濾色材料15可以進行全部或者部分的顏色選別。由此，并用桿3和濾色材料15可以更明確地進行顏色選別。
該構成中的將桿3周圍填埋的(作為填充劑)濾色材料15，沒有增大從
表面至形成有光接收部的硅基板1的高度的缺點，而是具有可提高顏色識別
能力這一有利且顯著的效果。
另外，利用濾色材料15將桿3周圍填埋的構成還可以應用于圖1、圖6、
圖7、圖8所示的各實施方式的構成。
在本發(fā)明中，將棒狀部件(桿)以外的部分做成何種結構根據(jù)像素尺寸
及其結構的適用性而定。
另外，在用于得到黑白像素的固體攝像元件及主要對紅外光進行接收檢
測的固體攝像元件這樣不需要抽出顏色信息的固體攝像元件中，遍及傳感器
整體而形成共同的桿3即統(tǒng)一尺寸的桿3。
例如，在用于得到黑白像素的固體攝像元件的情況下，在各像素內設置
寬度或者直徑為610nm左右的尺寸的桿3。
其中，桿3最佳的寬度或者直徑根據(jù)固體攝像元件的外部的攝像機鏡頭
的F值和通過攝像機鏡頭后的光的入射角度的平均而變化，為了在圖像傳感
器端部的像素中對入射角度進行4卜償而設定為低值。
因此，桿3的寬度或者直徑的最佳的范圍為590nm~640nm。
再者，以下表示對上述各實施方式的構成進行了變形的實施方式。
圖12表示本發(fā)明的固體攝像元件的第八實施方式的示意構成圖(放大剖
面圖)。
在本實施方式中，對于圖1所示的第一實施方式，在各桿3之間(沒有 桿3的部分)的選擇層4之上設有高反射率的反射層16。
作為這樣的反射層16的材料，可列舉A1、 Au、 W這樣的金屬及SiN、 SiC 、 Ti02這樣的高折射率材料或者其它同樣的氧化物。
另外，在層疊有反射率不同的多種膜而形成的多層膜中，可以將反射率 高的作為反射層16而使用。
這樣，發(fā)現(xiàn)通過設置反射層16而失去了傳感器的可使用的表面區(qū)域。但 是，在大多數(shù)情況下，由于最初從反射層16反射的光被相鄰的桿3再利用且 朝向硅基板l的光接收部，故而可提高光的利用效率。
其它的構成由于與圖1所示的第一實施方式相同，故而省略了重復的說明。根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件 同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，除了圖1所示的第一實施方式
的構成之外，通過在桿3之間的部分設置反射層16,可以將入射到反射層16 的光反射而由相鄰的桿3再使用。由此，可以提高光的利用效率。
另夕卜，在桿3之間的部分設置反射層16的構成還可應用于第二 第七各 實施方式的構成。在如第六及第七實施方式這樣由填充劑14、 15將桿3之間 填埋的情況下，將反射層設置在填充劑14、 15與選擇層4之間。
其次，圖13表示本發(fā)明的固體攝像元件的第九實施方式的示意構成圖(放 大剖面圖)。
在本實施方式中，對于圖12所示的第八實施方式，在各桿3的上表面設 有由具有桿3的材料與周圍的材料(例如空氣)的中間折射率的材料構成的 折射率調節(jié)層17。
在本實施方式中，僅在桿3的上表面形成有該折射率調節(jié)層17。
該折射率調節(jié)層17的典型的材料為SiON、 Si02、 CaF、 MgF、 LiF。通 過將這些材料例如涂敷在桿3的上表面，可以形成折射率調節(jié)層17。
另外，為了進一步增加送入到桿3中的光量，還可以與上面同樣地、在 桿3的側面設置折射率調節(jié)層17。但是，該情況也存在下述缺點，減弱向桿 3照射的光的耦合，降低傳導光的效率。
根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，可以與上述實施方式的固體攝像元件 同樣地抑制入射到桿3的光進入相鄰的像素，可以抑制混色的發(fā)生。
另外，根據(jù)本實施方式的固體攝像元件，除了圖12所示的第八實施方式 的構成之外，還在桿3的上表面設有由具有桿3的材料與周圍的材料(例如 空氣)的中間折射率的材料構成的折射率調節(jié)層17。因此，可抑制入射到折 射率調節(jié)層17的光發(fā)生反射，且使更多的光進入桿3。由此，可以進一步提 高光的利用效率。
另外，在桿3的上表面及側面設置折射率調節(jié)層17的構成還可應用于不 設置反射層16的第二 第七各實施方式的構成。另外，還可以將第二-第七 各實施方式的構成和第九實施方式的設有反射層16及折射率調節(jié)層17的構 成進行組合。在第六及第七實施方式這樣由充劑(埋入材料14及濾色材料15) 將桿3之間填埋的情況下，將折射率調節(jié)層17形成具有桿3與填充劑的折射率的構成。
本發(fā)明特別是在不足2pm的小像素的圖像傳感器中改善了圖像傳感器的 特性，從而可以保持良好的特性。
顯然，本發(fā)明由于可利用棒狀部件(桿)將入射光高效地導入光接收部， 故而在大的像素的圖像傳感器中也是有用的。
通過本發(fā)明得到的主要的改善在于降低像素間的混色。
另外，通過本發(fā)明得到的主要的改善在于對沿著圖像傳感器的對角線的 成蔭特性(、乂工一fV乂夕、'特性)的改善。
在此，將一方形成具有現(xiàn)有的標準的片上透鏡的結構，將另一方形成具 有上述的本發(fā)明的桿的結構，且以相同像素尺寸準備這兩個結構的平均圖像 傳感器。而且，對這些圖像傳感器中的成蔭的量，具體而言，就是對光入射 到光電二極管的位置偏離光電二極管的中心的量進行了測定。測定結果如圖 14所示。圖14的橫軸表示將圖像傳感器的攝像區(qū)域的中心部設為0時的測定 部位的位置x，圖14的縱軸表示成蔭的量。
理想的結果是遍及圖像傳感器的芯片整體都應該得到相同恒定的響應。
但是，隨著其像素的位置變成芯片的端部，入射角度變得更尖而增大了 光入射的位置自像素中心的偏離，像素的峰值增益減少。
另一方面，由于在像素設計及/或外部透鏡F值不合適的情況下，該峰 值增益的衰減將變得非常大，故而利用通常的方法不能進行修正，致使圖像 傳感器的芯片將不能使用。
由圖14可知，發(fā)現(xiàn)在具有片上透鏡的結構(LENS)的情況下，由于在 芯片上的位置x為+側及-側，絕對值都變大，從而發(fā)現(xiàn)大的偏移。這表示 由于像素尺寸的縮小而不能通過標準的透鏡結構的光學設計進行補償。
與此相對，由圖14可知，通過采用具有簡單的桿3的結構(RODS)，可 以以相同像素尺寸實現(xiàn)很大的改善。
圖16表示本發(fā)明的各實施方式例的攝像機的剖面圖。本實施方式的攝像 機為可進行靜止圖像拍攝或者運動圖像拍攝的視頻攝像機的例子。
本實施方式的攝像機通過形成或者安裝而具有以本申請發(fā)明的CCD、 CMOS傳感器、CMD等為代表的固體攝像元件101、光學系統(tǒng)110、機械快 門裝置lll、信號處理電路112。光學系統(tǒng)110使來自被拍攝體的圖像光(入 射光)在固體攝像元件101的攝像畫面上成像。由此，固體攝像元件101內在一定時間內儲存有該信號電荷。
機械快門裝置111對向固體攝像元件101的光照射時間及遮光時間進行 控制。
信號處理電路112進行各種信號處理。進行了信號處理的映像信號被儲
存在存儲器等存儲介質或者被輸出到監(jiān)視器。
在上述實施方式中，舉例進行說明的情況是，將以與可視光的光量相對 應的信號電荷作為物理量進行檢測的單元像素應用于配置成行列狀的固體攝
像元件101，但是，本發(fā)明不限于對固體攝像元件101的適用，還可以使用到 所有在像素陣列部的每個像素列配置有縱列電路而成縱列方式的固體攝像裝 置。
另外，本發(fā)明不限于對可視光的入射光量的分布進行檢測且作為圖像拍 攝的固體攝像裝置的適用，還可以應用于所有以紅外線、X射線或者粒子等 的入射量的分布為圖像進行拍攝的固體攝像裝置及作為廣義含義對壓力及靜 電容量等其它物理量的分布進行檢測且作為圖像進行拍攝的指紋檢測傳感器 等固體攝像裝置(物理量分布檢測裝置)。
另外，本發(fā)明不限于以行單位按順序對像素陣列部的各單元像素進行掃 描且從各單元像素讀出像素信號的固體攝像裝置，還可以應用于按像素單位 選擇任意的像素且從該選擇像素按像素單位讀出信號的X-Y地址型的固體 攝像裝置。
另外，固體攝像裝置既可以是作為單片形成的方式，也可以是將攝像部 和信號處理部或者光學系統(tǒng)集中封裝的具有攝像功能的模塊狀的方式。
另外，本發(fā)明不限于對固體攝像裝置的應用，還可以應用于攝像裝置。 在此，所謂的攝像裝置是指數(shù)字靜止攝像機及視頻攝像機等攝像系統(tǒng)及手機 等具有攝像功能的電子設備。另外，有時將搭載于電子設備的上述模塊狀的 方式即攝像機模塊形成攝像裝置。
視頻攝像機及數(shù)字靜止攝像機尤其是面向手機等移動設備的攝像機模塊 等攝像裝置中，作為其固體攝像裝置使用上述實施方式的固體攝像元件101, 由此，在該固體攝像元件101中可以得到結構簡單且良好品質的圖像。
在上述的各實施方式中，是將本發(fā)明應用于CMOS型固體攝像元件 (CMOS圖像傳感器)的情況，但是，本發(fā)明還可以應用于其它結構的固體 攝像元件。例如在CCD固體攝像元件(CCD圖像傳感器)中同樣也可以使用本發(fā)明。
在上述的實施方式中，構成了將由光電二極管構成的光接收部形成于硅 基板l的結構，但是，在本發(fā)明中，形成有光接收部的基體不限于硅基板1。 例如在由硅以外的半導體構成的半導體基體及在半導體基板上形成有半導體 外延層的半導體基體等上也可以適用本發(fā)明。
本發(fā)明不限于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內可采取其 它各種結構。
權利要求
1、一種固體攝像元件，其包括基體，其對應于各個像素而設有光接收部；棒狀部件，其由透光的材料構成，在各所述像素的所述光接收部的上方分別設置一個以上。
2、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，所述棒狀部件具有多種，以使透過的光的波長頻帶因水平方向的尺寸差 異而不同，同一像素內的所述棒狀部件的尺寸相同，具有各種所述棒狀部件 的像素有規(guī)則地配置。
3、 如權利要求2所述的固體攝像元件，其中，還設有濾色器，其設置在各所述像素的所述棒狀部件與所述基體之間， 對應于各個所述像素選定成規(guī)定的顏色。
4、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，還設有透鏡，其設置在各所述像素的所述棒狀部件與所述基體之間，對 入射的光進行會聚。
5、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，還設有光波導，其設置在各所述像素的所述棒狀部件與所述基體之間， 將入射的光導向所述光接收部。
6、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，還設有埋在所述棒狀部件的周圍且與所述棒狀部件不同的材料。
7、 如權利要求6所述的固體攝像元件，其中，所述不同的材料是對應于各個所述像素選定成規(guī)定的顏色的濾色器。
8、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中， 還設有反射層，其設于所述棒狀部件之間的部分，對光進行反射。
9、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，還設有如下的層，其設于所述棒狀部件的至少上表面，由具有所述棒狀 部件的材料和周圍的材料的中間的折射率的材料構成。
10、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中， 所述棒狀部件的截面形狀為圓形或者矩形。
11、 如權利要求1所述的固體攝像元件，其中，全部的所述像素的所述棒狀部件的尺寸相同。
12、 一種固體攝像元件的制造方法，其包括如下的工序 在基體上形成各像素的光接收部； 在所述基體的上方形成由透光的材料構成的層；對所述由透光的材料構成的層進行加工而在各像素的所述光接收部的 上方分別形成一個以上的棒狀部件。
13、 一種電子設備，其特征在于，包括 基體，其對應于各個像素而設有光接收部；棒狀部件，其由透光的材料構成，在各所述像素的所述光接收部的上方 分別設置一個以上； 信號處理電4"。
14、 一種電子設備的制造方法，其特征在于，包括如下的工序 在基體上形成各像素的光接收部； 在所述基體的上方形成由透光的材料構成的層；對所述由透光的材料構成的層進行加工而在各像素的所述光接收部的 上方分別形成一個以上的棒狀部件； 形成或者安裝信號處理電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體攝像元件及其制造方法、電子設備以及電子設備的制造方法，即使像素尺寸減小也不會產(chǎn)生混色。本發(fā)明的固體攝像元件包括設有對應于各個像素(10B、10G、10R)的光接收部的基體(硅基板)1、在各個像素(10B、10G、10R)的光接收部的上方分別設置一個以上且由透光的材料構成的棒狀部件(桿)(3)。
文檔編號H04N5/335GK101546778SQ20091012983
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權日2008年3月26日
發(fā)明者約翰·倫尼 申請人:索尼株式會社