[发明专利]固态成像器件、其制造方法和相机

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像器件、其制造方法和相机，并且更具体地，涉及以矩阵形状排列像素的固态成像器件(所述像素在固态成像器件的光感测表面上具有二极管)、其制造方法和包括所述固态成像器件的相机。

背景技术

已经存在这样的问题：在固态成像器件中，随着像素尺寸减小，变得更加难以有效地将入射光传送到光电转换单元，这导致降低了灵敏度。

为了解决该问题，日本待审查专利申请公开No.2004-221532提出了如下的技术：在一个像素中，在光感测单元以上且在片上透镜(on-chip lens，OCL)以下提供光波导管，以便减小光传播损耗。

拜耳排列广泛地已知为固态成像器件的像素的滤色器排列。

例如，对于每一个像素形成OCL，并且在光电二极管与每一个像素的OCL之间形成光波导管。另外，每一个像素具有相同面积的光电二极管。

在具有上述配置的固态成像器件中，对于具有滤色器的各个颜色的像素，OCL的形状与光波导管的形状相同。

另外，如日本待审查专利申请公开No.2008-172091中所公开的那样，对于滤色器的每一种颜色改变OCL的形状的配置也是公知的。

由于在CMOS图像传感器中采用与逻辑电路具有高亲合性的CMOS工艺，因此存在这样的优点：可以在同一半导体芯片上安装外围电路(如，数字信号处理器)。

已经通过使用多层布线(如，四层布线)设计了外围电路，以便尽可能多地减小其占用面积。

如果对于像素来说布线层数与外围电路的布线层数一起增大，则半导体衬底(其上形成光电二极管(PD))与OCL之间的距离变得更长，这可能降低光采集效率。

另外，关于移动电话的相机模块，必须降低模块的高度，以便使移动电话的整体尺寸和厚度小型化。

为了该预期，入射到安装的图像传感器的视角外围的光束的角度往往会更宽。

如果视角外围中的斜入射光未能有效地引导至光电二极管，则视角外围与视角中心之间灵敏度可能出现很大差异，这导致作为像素特性恶化的所谓的黑斑(shading)。

一般而言，在滤色器的构成中，如果相邻像素的颜色排列不同，则相邻像素的滤色器可能彼此重叠。重叠部分阻塞了光透射，并且变为非有效区域。

具体地，当在拜耳排列中绿像素(G)的相邻像素是红像素(R)和蓝像素(B)，则G和B的滤色器以及G和R的滤色器分别在相邻部分中重叠，并且重叠部分变为非有效区域。

另外，如果光波导管的开口变得更小，则光采集效果可能降低。

例如，在日本待审查专利申请公开No.58-175372、2000-69491和5-243543中，存在如下的固态成像器件的描述：在每一个所述固态成像器件中，以矩阵形状排列像素(在它们的光感测表面上提供二极管)。

发明内容

如上所述，已经存在这样的问题：在现有技术中的固态成像器件(如CMOS图像传感器)中，滤色器的重叠造成了非有效区域。

根据本发明实施方式的固态成像器件包括：光电二极管，对于在半导体衬底的光感测表面上以矩阵形状排列的每一个像素分离地形成所述光电二极管；信号读取单元，其形成在半导体衬底上，并读取在光电二极管中产生并充电的信号电荷或者根据该信号电荷的电压；绝缘膜，其形成在半导体衬底上以便覆盖光电二极管，并且包括光波导管；滤色器，其形成在绝缘膜上；以及片上透镜，其形成在滤色器上。另外，在布局中，在水平和垂直方向二者上交替地排列第一像素组合和第二像素组合，所述第一像素组合具有这样的布局：在水平和垂直方向二者上排列两个绿像素且在配备绿滤色器作为其滤色器的同时排列总共四个像素，所述第二像素组合具有这样的布局：在水平和垂直方向二者上排列两个像素，排列总共四个像素，且对角线地排列具有红滤色器的两个红像素和具有蓝滤色器的两个蓝像素。

在以上固态成像器件中，对于在半导体衬底的光感测表面上以矩阵形状排列的每一个像素分离地形成光电二极管，并且在半导体衬底上形成用于读取在光电二极管中产生并充电的信号电荷或者根据该信号电荷的电压的信号读取单元。另外，在半导体衬底上形成包括光波导管的绝缘膜以便覆盖光电二极管，在绝缘膜上形成滤色器，并且在滤色器上形成片上透镜。