CN104517982B - 固态摄像装置、固态摄像装置的制造方法以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了固态摄像装置、固态摄像装置的制造方法以及电子设备。固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜，或者所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜，亦或者所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的波导。能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
Description
技术领域
本发明涉及固态摄像装置、固态摄像装置的制造方法以及电子设备，并且特别地涉及能够优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测(focus detection)像素的分离特性的固态摄像装置、固态摄像装置的制造方法以及电子设备。
背景技术
目前已知的固态摄像装置通过所谓的基于由成对的焦点检测像素输出的信号的偏移量来检测聚焦点的光瞳分割(pupil division)相位差***进行焦点检测。在固态摄像装置中，焦点检测像素被设置至具有摄像像素的像素阵列单元。
在这类固态摄像装置中，在位于低于遮光膜的层上的光电转换单元的受光表面侧上存在微透镜的集光点的情况下，摄像像素表现出最高的灵敏度。另一方面，在遮光膜上存在微透镜的集光点的情况下，焦点检测像素表现出最强的分离特性。然而，在相关技术中，摄像像素的灵敏度的优化是以牺牲焦点检测像素的分离性能为代价的。
鉴于此，在焦点检测像素中，为了使微透镜的集光点与摄像像素的集光点相重合，已提出了针对摄像像素和焦点检测像素单独地制造微透镜的方法(例如，见日本专利申请公开号2009-109965)。
此外，还公开了如下结构：在安装有微透镜的焦点检测像素上的位置处设置台阶(step)，以由此调节微透镜的集光点(例如，见日本专利申请公开号2007-281296)。
然而，在日本专利申请公开号2009-109965公开的结构中，针对摄像像素和焦点检测像素不易于共同地形成微透镜。
另外，在日本专利申请公开号2007-281296的结构中，在焦点检测像素中，由于微透镜高于摄像像素，所以在与焦点检测像素相邻的摄像像素中产生了阴影，从而造成图像质量的劣化。
发明内容
鉴于上述情况，期望简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离性能。
根据本发明的第一实施例，提供了一种包括有摄像像素和焦点检测像素的固态摄像装置。摄像像素包括微透镜微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元。焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜。
所述微透镜可具有位于所述光电转换单元上的集光点。
根据本发明的第一实施例，提供了一种固态摄像装置的制造方法，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素。所述摄像像素包括微透镜微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元。所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述固态摄像装置的制造方法包括：在所述焦点检测像素中的所述微透镜的下层形成高折射率膜；并且在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
根据本发明的第一实施例，提供了一种包括固态摄像装置的电子设备，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素。所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜。
在本发明的第一实施例中，在所述焦点检测像素中，所述高折射率膜形成在所述微透镜的下层，并且所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中。
根据本发明的第二实施例，提供了一种包括有摄像像素和焦点检测像素的固态摄像装置。所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的低折射率膜。
所述微透镜可具有位于所述遮光单元上的集光点。
所述低折射率膜形成为具有如下厚度，该厚度对应于穿过所述摄像像素所具有的色彩滤光器的光的波长范围。
根据本发明的第二实施例，提供了一种固态摄像装置的制造方法，该固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述固态摄像装置的制造方法包括：在所述摄像像素的所述微透镜的下层形成低折射率膜；并且在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
根据本发明的第二实施例，提供了一种电子设备，其包括：包括有摄像像素和焦点检测像素的固态摄像装置。所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的低折射率膜。
在本发明的第二实施例中，在所述摄像像素中，所述低折射率膜形成在所述微透镜的下层，并且所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中。
根据本发明的第三实施例，提供了一种包括有摄像像素和焦点检测像素的固态摄像装置。所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的波导。
所述微透镜可具有在所述遮光单元上的集光点。
根据本发明的第三实施例，提供了一种固态摄像装置的制造方法，该固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述固态摄像装置的制造方法包括：在所述摄像像素中的所述微透镜的下层形成波导；并且在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
根据本发明的第三实施例，提供了一种电子设备，其包括：包括有摄像像素和焦点检测像素的固态摄像装置。所述摄像像素包括微透镜用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，并且所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元。所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的波导。
在本发明的第三实施例中，在所述摄像像素中，所述波导形成在所述微透镜的下层，并且所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中。
根据本发明的第一至第三实施例，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
根据下面本发明的最佳方式实施例的详细描述，如附图所示，本发明的这些以及其他目的、特征以及优点将变得更显而易见。
附图说明
图1是示出了本发明的固态摄像装置的结构示例的框图。
图2是用于说明像素阵列单元的像素排列的图。
图3是示出了根据本发明的第一实施例的像素的结构示例的剖面图。
图4是用于说明像素形成工艺的流程图。
图5是用于说明像素形成的步骤的图。
图6是示出了根据本发明的第二实施例的像素的结构示例的剖面图。
图7是用于说明像素形成工艺的流程图。
图8是用于说明像素形成的步骤的图。
图9是示出了根据本发明的第三实施例的像素的结构示例的剖面图。
图10是用于说明像素形成工艺的流程图。
图11是用于说明像素形成的步骤的图。
图12是示出了本发明的电子设备的结构示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行说明。
固态摄像装置的结构示例
图1是示出了本发明的固态摄像装置的结构示例的框图。下面，将给出后表面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(一种放大型固态摄像装置)的说明。应当注意的是，本发明不仅适用于后表面照射型CMOS图像传感器，还可适用于诸如前表面照射型CMOS图像传感器之类的其他放大型固态摄像装置或者诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器之类的电荷传输类型固态摄像装置。
图1所示的CMOS图像传感器10包括形成在半导体基板(未示出)上的像素阵列单元11以及在形成有像素阵列单元11的半导体基板上集成的***电路单元。***电路单元由诸如垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14以及***控制单元15构成。
另外，CMOS图像传感器10还设置有信号处理单元18以及数据存储单元19。
像素阵列单元11具有如下结构：均具有用于生成并积累与所接收的光量相对应的光学电荷的光电转换单元的单元像素(在下文中，也简称为像素)沿行方向和列方向二维地排列，即排列成矩阵图案。这里，行方向表示像素行的排列方向(水平方向)，列方向表示像素列的排列方向(垂直方向)。在像素阵列单元11中，作为多个像素，布置有用于生成信号以基于所接收的光来生成捕获图像的像素(摄像像素)以及用于生成信号以进行焦点检测的像素(焦点检测像素)。
在像素阵列单元11中，对于矩阵图案中的像素排列，在行方向上针对每个像素配线有像素驱动线16，并且在列方向上针对每个像素配线有垂直信号线17。在从像素中读取信号时，像素驱动线16传输用于进行驱动的驱动信号。在图1中，像素驱动线16被显示为一条线，但是并不限于一条。像素驱动线16的一端连接到与垂直驱动单元12的每行相对应的输出端子。
垂直驱动单元12由移位寄存器或地址译码器等形成，并且同时驱动或者逐行地驱动像素阵列单元11的像素。即，垂直驱动单元12以及用于控制垂直驱动单元12的***控制单元15构成用于驱动像素阵列单元11的驱动单元。虽然在图中未示出垂直驱动单元12的具体结构，但是通常垂直驱动单元12具有读取扫描***和放电扫描***这两种扫描***。
读取扫描***按照顺序对像素阵列单元11的单元像素逐行地进行选择性扫描，以从单元像素中读取信号。从单元像素中读取的信号是模拟信号。对于被读取扫描***读取扫描的行，放电扫描***进行放电扫描，该放电扫描比读取扫描提前快门速度时间周期。
通过由放电扫描***进行的放电扫描，从被读取的行中的像素单元的光电转换单元中释放出不必要的电荷，以由此复位光电转换单元。然后，通过由放电扫描***释放(复位)不必要的电荷，来执行电子快门操作。这里，电子快门操作指丢弃光电转换单元的光学电荷并且重新开始曝光(开始存储光学电荷)的操作。
通过读取扫描***的读取操作读取的信号对应于在前一读取操作或电子快门操作之后接收的光量。另外，从前一读取操作的读取时刻或电子快门操作的放电时刻直到本次读取操作的读取时刻的时间段对应于单元像素中的光学电荷的曝光时间。
针对每个像素列，通过每条垂直信号线17将从被垂直驱动电路12选择性地扫描的像素行的每个单元像素中输出的信号输入至列处理单元13。列处理单元13针对像素阵列单元11的每个像素列对通过垂直信号线17从所选择的行的像素中输出的信号执行预定信号处理，并且在信号处理后暂时保存像素信号。
具体地，列处理单元13至少执行作为信号处理的去噪处理，例如相关双采样(CDS)处理。通过由列处理单元13执行的CDS处理，移除了诸如像素中的放大晶体管的阈值偏差之类的像素特有的固定图案噪声或复位噪声。对于列处理单元13，除去噪处理外，例如，还给出了AD(模拟-数字)转换功能，由此可将模拟像素信号转换为数字信号并将该数字信号输出。
水平驱动单元14由移位寄存器或地址译码器等形成，并且按照顺序选择与列处理单元13的像素列相对应的单元电路。通过由水平驱动单元14进行的选择性扫描，依次输出被列处理单元13中的每个像素电路信号处理的像素信号。
***控制单元15由用于生成各种时序信号的时序发生器等形成。基于由时序发生器生成的各种时序信号，***控制单元15对垂直驱动单元12、列处理单元13以及水平驱动单元14等执行驱动控制。
信号处理单元18至少包括计算处理功能以对从列处理单元13中输出的像素信号执行诸如计算处理之类的各种信号处理。数据存储单元19暂时存储必要数据以用于由信号处理单元18进行的信号处理。
应当注意的是，信号处理单元18和数据存储单元19可安装在安装有CMOS图像传感器10的基板(半导体基板)上，或者安装在不同于安装有CMOS图像传感器10的基板上。另外，由信号处理单元18和数据存储单元19进行的处理可作为由设置在不用于安装有CMOS图像传感器10的基板上的外部信号处理单元进行的处理来执行，例如，数字信号处理器(DSP)电路或软件。
此外，在CMOS图像传感器10为后表面照射型CMOS图像传感器的情况下，可通过彼此层叠包括像素阵列单元11的半导体基板和包括逻辑电路的半导体基板来构造层叠的CMOS图像传感器。
像素阵列单元的像素排列
下面，参考图2对像素阵列单元11的像素排列进行描述。
如图2所示，在像素阵列单元11中，多个被显示成黑方块的摄像像素31二维地布置成矩阵图案。摄像像素31包括R像素、G像素以及B像素，并且这些像素根据拜耳排列(Bayerarrangement)有规律地排列。
此外，在像素阵列单元11中，在二维地布置成矩阵图案的多个摄像像素31之间，以分散的方式布置有在图中被显示为白方块的多个焦点检测像素32。具体地，在像素阵列单元11中的像素行之中的预定行中，通过替换一部分摄像像素31来将焦点检测像素32有规律地布置成特定图案。应当注意的是，摄像像素31和焦点检测像素32在像素阵列单元11中的的排列并不限于此，并且可给出不同的图案。
在下文中，将说明像素阵列单元11中的摄像像素31和焦点检测像素32的实施例。
第一实施例中像素的结构示例
图3是示出了CMOS图像传感器10中的根据本发明的第一实施例的像素的结构示例的剖面图。图3示出了CMOS图像传感器10中的摄像像素31和焦点检测像素32的剖面图。
如图3所示，在摄像像素31中，在半导体基板51上形成有用于接收入射光并进行光电转换的光电转换单元52。在半导体基板51上，通过高密度等离子体(High DensityPlasma，HDP)处理以约100nm的厚度形成由SiO等制成的绝缘层53。在绝缘层53上，形成有由钨(W)等制成的遮光膜54，且遮光膜54具有位于光电转换单元52上方的开口。遮光膜54的厚度被设定为约200至250nm。例如通过光刻法形成遮光膜54的开口。
在绝缘层53以及遮光膜54上形成有平坦化膜55。在平坦化膜55上，形成有由丙烯酸系基材(acrylic-based base material)等形成的色彩滤光器56，色彩滤光器56具有与每个摄像像素31相对应的光谱特性。在色彩滤光器56上，形成有由SiO等制成的蚀刻终止(etching stopper)膜57。在蚀刻终止膜57上形成有微透镜58。通过形成由具有约1.6折射率的丙烯酸树脂(acrylic resin)制成的微透镜材料、进行光刻以及回蚀刻，来形成厚度例如约3000nm的微透镜58。应当注意的是，在CMOS图像传感器10为前表面照射型CMOS图像传感器的情况下，在平坦化膜55上形成由Cu或Al制成的配线层，并且该配线层的一部分可形成为遮光膜54。
在摄像像素31中，通过使遮光膜54开口，界定了光电转换单元52的受光面积，并且遮光膜54被布置成遮挡来自相邻像素的光。基于该结构，在摄像像素31中，光电转换单元52接收从微透镜58入射的物体光，从而获取用于生成捕获图像的信号。
另一方面，在焦点检测像素32中，与摄像像素31的情况相同，也形成有半导体基板51、光电转换单元52、绝缘层53、遮光膜54、平坦化膜55、蚀刻终止膜57以及微透镜58。应当注意的是，在焦点检测像素32中，遮光膜被形成为具有开口，其中每个开口的尺寸约为光电转换单元52的受光面积的一半。在平坦化膜55上，减光滤光器(dark filter)56z用于将入射光量降低至与摄像像素31的色彩滤光器56相同的程度。应当注意的是，可不在焦点检测像素32中设置减光滤光器56z。
另外，在焦点检测像素32中，在微透镜58下方以及蚀刻终止膜57上形成由SiN制成的高折射率膜60。高折射率膜60的折射率的值被设定为大于1.6，在本例中被设定为2.0。此外，高折射率膜60的厚度被设定为约200至400nm。
应当注意的是，高折射率膜60可以由代替SiN的其他高折射率材料形成。例如，高折射率膜60可由丙烯酸系树脂(acrylic based resin)形成。在这种情况下，在丙烯酸系树脂中分散有诸如TiO2、ZrO2、TaO2、稀土氧化物以及Al2O3之类的高折射率材料。另外，高折射率膜60可由硅氧烷形成或可由平坦化膜形成。
另外，在摄像像素31和焦点检测像素32中，微透镜58一致地形成，即形成为具有相同的形状和尺寸并且具有相同的集光点。这里，在将像素尺寸设定为1.12μm并且将微透镜58的高度设定为400nm的情况下，微透镜58的集光点被设定在光电转换单元52的受光表面上。
因此，在摄像像素31中，微透镜58的集光点被设定在光电转换单元52的受光表面上。另一方面，在焦点检测像素32中，通过高折射率膜60，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上。
这样，在焦点检测像素32中，通过高折射率膜60，微透镜58的集光点被设定在相对于光电转换单元52的上侧的位置处(微透镜58侧)。应当注意的是，可通过调节高折射率膜60的折射率和厚度来精确地设置微透镜58的集光点。
基于本实施例的结构，在摄像像素31和焦点检测像素32中，在一致地形成微透镜58的同时，在焦点检测像素32中的透镜58的下层形成高折射率膜60。因此，在摄像像素31中，微透镜58的集光点被设定在光电转换单元52的受光表面上，而在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
关于像素的形成流程
下面，将参考图4和图5来说明像素的形成流程。
图4是用于说明形成像素的过程的流程图，并且图5A至5E是用于图示像素的形成步骤的剖面图。
在下文中，将说明在形成色彩滤光器56和减光滤光器56z之后的工艺。
在步骤S11中，如图5A所示，在色彩滤光器56和减光滤光器56z上形成蚀刻终止膜57。
在步骤S12中，如图5B所示，在蚀刻终止膜57上形成由高折射率材料60a制成的膜。
在步骤S13中，对未包括焦点检测像素32的区域进行干法刻蚀以移除高折射率材料60a。因此，如图5C所示，仅在焦点检测像素32的区域上形成高折射率膜60。
在步骤S14中，如图5D所示，通过旋转涂覆形成由微透镜材料58a制成的膜。此时，微透镜材料58a的厚度值被设定成例如不超过3000nm。
接着，在步骤S15中，进行光刻处理，并且对微透镜材料58a进行回蚀刻，由此形成如图5E所示的微透镜58。应当注意的是，不论摄像像素31或焦点检测像素32，均以如下方式一致地形成微透镜58：微透镜58的集光点位于光电转换单元52的受光表面上。
这样，形成了摄像像素31和焦点检测像素32。
通过上述处理，在摄像像素31和焦点检测像素32中，一致地形成了微透镜58，并且在焦点检测像素32中，在微透镜58的下层形成高折射率膜60。因此，虽然在摄像像素31中，将微透镜58的集光点设定在光电转换单元52的受光表面上时，但在焦点检测像素32中，能够将微透镜的集光点设定在遮光膜的上表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
此外，在上述处理中，由于在形成微透镜工艺中使用光刻处理和干法刻蚀处理而不使用回流焊接处理，因此能够使形成工艺精确并得到简化。
另外，因为微透镜一致地形成，因此能够抑制因光聚集特性的偏差而造成图像的劣化。
根据第二实施例的像素的结构示例
下面，将参考图6说明根据第二实施例的像素的结构示例。
应当注意的是，以与图3所示的摄像像素31和焦点检测像素32相同的方式形成的图6所示的摄像像素31和焦点检测像素32的那部分的描述将被省略。
如图6所示，在摄像像素31中，由SiO制成的低折射率膜70形成在微透镜58的下层以及蚀刻终止膜57上。低折射率膜70的折射率值被设定为小于1.6，在本例中，设定为1.5。此外，低折射率膜70的厚度被设定为约200到400nm。
应当注意的是，与图3所示的的焦点检测像素32不同，在图6所示的焦点检测像素32中并没有在微透镜58的下层设置高折射率膜60。
此外，在本实施例中，在摄像像素31和焦点检测像素32中，微透镜58也一致地形成，即，形成为具有相同的形成和尺寸并且具有相同的集光点。这里，在将像素尺寸设定为1.12μm并且将微透镜58的高度设定为600nm的情况下，微透镜58的集光点在位于遮光膜54的上表面上。
因此，在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上。另一方面，在摄像像素31中，通过低折射率膜70，微透镜58的集光点被设定在光电转换单元52的受光表面上。
这样，在摄像像素31中，通过低折射率膜70，微透镜58的集光点被设定在相对于遮光膜54的下侧(半导体基板51侧)的位置处。应当注意的是，可通过调节低折射率膜70的折射率和厚度来精确地设置微透镜58的集光点。
基于本实施例的结构，在摄像像素31和焦点检测像素32中，在一致地形成微透镜58的同时，在摄像像素31中的微透镜58的下层形成低折射率膜70。因此，在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上，而在摄像像素31中，微透镜58的集光点可被设定在光电转换单元52的受光表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
应当注意的是，在摄像像素31中，折射率膜70中的光折射率根据穿过色彩滤光器56的光的波长区域而不同。
例如，在色彩滤光器56为红色色彩滤光器时，穿过色彩滤光器56的光的波长为可见光波长区域内的短波长。微透镜58的集光点位于微透镜58侧上，即，向前聚焦。此外，在色彩滤光器56为蓝色色彩滤光器时，穿过色彩滤光器56的光的波长为可见光波长区域内的长波长。微透镜58的集光点位于半导体基板51侧上，即，向后聚焦。
鉴于此，在摄像像素31中，可根据穿过色彩滤光器56的光的波长范围来设定低折射率膜70的厚度。
具体地，在色彩滤光器56为红色色彩滤光器的情况下，微透镜58的集光点具有向前聚焦的倾向。因此，将低折射率膜70的厚度设定成较厚，约至450nm，由此使得集光点趋近半导体基板51侧。另外，在色彩滤光器56为蓝色色彩滤光器的情况下，微透镜58的集光点具有向后聚焦的倾向。因此，将低折射率膜70的厚度设定成较薄，约至350nm，由此使得集光点趋近微透镜58侧。应当注意的是，在色彩滤光器56为绿色色彩滤光器的情况下，将低折射率膜70的厚度设定为约400nm。应当注意的是，低折射率膜70的厚度的最优值落入上述值的±100nm的范围内。
因此，不论穿过色彩滤光器56的光的波长范围如何都可以最优地设置微透镜58的集光点。
关于像素的形成流程
下面，将参考图7和图8来说明本实施中像素的形成流程。
图7是用于说明形成像素的过程的流程图，并且图8A至8E是用于图示像素的形成步骤的剖面图。
应当注意的是，在下文中将说明在形成色彩滤光器56和减光滤光器56z之后的工艺。
在步骤S31中，如图8A所示，在色彩滤光器56和减光滤光器56z上形成蚀刻终止膜57。
在步骤S32中，如图8B所示，在蚀刻终止膜57上形成由低折射率材料70a制成的膜。
在步骤S33中，对未包括摄像像素31的区域进行干法刻蚀以移除低折射率材料70a。因此，如图8C所示，仅在摄像像素31的区域上形成低折射率膜70。
在步骤S34中，如图8D所示，通过旋转涂覆形成由微透镜材料58a制成的膜。此时，微透镜材料58a的厚度值被设定成例如不超过3000nm。
接着，在步骤S35中，进行光刻处理，并且对微透镜材料58a回蚀刻，由此形成如图8E所示的微透镜58。应当注意的是，不论摄像像素31或焦点检测像素32，以如下方式一致地形成微透镜58：微透镜58的集光点在遮光膜54的上表面上。
这样，形成了摄像像素31和焦点检测像素32。
通过上述处理，在摄像像素31和焦点检测像素32中，一致地形成了微透镜58，并且在摄像像素31中，在微透镜58的下层形成低折射率膜70。因此，在焦点检测像素32中，将微透镜58的集光点设定在遮光膜54的上表面上，而在摄像像素31中，可将微透镜的集光点设定在光电转换单元52的受光表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
此外，在上述处理中，由于在形成微透镜工艺中使用光刻处理和干法刻蚀处理而不使用回流焊接处理，因此能够使形成工艺精确并得到简化。
另外，因为微透镜被一致地形成，因此能够抑制因光聚集特性的偏差而造成的图像的劣化。
根据第三实施例的像素的结构示例
下面，将参考图9说明根据第三实施例的像素的结构示例。
应当注意的是，以与图6所示的摄像像素31和焦点检测像素32相同的方式形成的图9所示的摄像像素31和焦点检测像素32的那部分的描述将被省略。
如图9所示，在摄像像素31和焦点检测像素32中，在色彩滤光器56和减光滤光器56z上未设置蚀刻终止膜57。在焦点检测像素32中，也没有在微透镜58的下层设置低折射率膜70。
另外，如图9所示，在摄像像素31中，具体地，在色彩滤光器56的下层并且在光电转换单元52上形成有波导80，以用于将从微透镜58入射的光引导至光电转换单元52。
波导80由用于传输光的芯体以及用于封闭通过芯体所传输的光的包覆层(clad)构成。该芯体和包覆层由在入射光的波长范围中透射率不低于80％的材料形成。例如，该芯体由诸如SiN之类的高折射率材料形成，而包覆层由诸如SiO之类的低折射率材料形成。
波导80的芯体材料不局限于SiN，并且可以使用其他高折射率材料。例如，波导80的芯体可由丙烯酸系树脂制成。在这种情况下，在丙烯酸系树脂中，分散有诸如TiO2、ZrO2、TaO2、稀土氧化物以及Al2O3之类的高折射率材料。另外，波导80的芯体可由硅氧烷形成。
另外，在波导80中，芯体的宽度(直径)被设定为如下值，该值是通过使穿过色彩滤光器56的光的波长除以芯体的折射率而获得的。此外，包覆层的厚度被设定为不低于50nm，较佳地，设定为约100nm。另外，波导80的高度被设定为不低于300nm，较佳地，设定为约500nm。
应当注意的是，不同于图3所示的焦点检测像素32，在图9所示的焦点检测像素32中，在微透镜58的下层并未设置高折射率膜60。
另外，在本实施例中，在摄像像素31和焦点检测像素32中，微透镜58也一致地形成，即，形成为具有相同的形成和尺寸并且具有相同的集光点。这里，在将像素尺寸设定为1.12μm并且将微透镜58的高度设定为600nm的情况下，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上。
因此，在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点位于遮光膜54的上表面上。另一方面，在摄像像素31中，微透镜58的集光点被设定在波导80的开口附近，并且从微透镜58进入波导80的光被引导至光电转换单元52。
这样，在焦点检测像素32中，通过波导80，微透镜58的集光点可被设定在光电转换单元52的受光表面上。
基于根据本实施例的结构，在摄像像素31和焦点检测像素32中，当一致地形成微透镜58的同时，在摄像像素31中的微透镜58的下层设置波导80。因此，在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点位于遮光膜54上，而在摄像像素31中，微透镜58的集光点可在光电转换单元52的受光表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
关于像素的形成流程
下面，将参考图10和图11来说明本实施例中像素的形成流程。图10是用于说明形成像素的过程的流程图，并且图11A至11E是用于图示像素的形成步骤的剖面图。
在下文中，将说明在形成平坦化膜55之后的过程。应当注意的是，在本实施例中，从可使用性的观点来看，平坦化膜55由SiO等形成。
在步骤S51中，如图11A所示，针对摄像像素31的区域，通过干法刻蚀对平坦化膜55和绝缘层53进行开口，以由此形成开口部81。
在步骤S52中，如图11B所示，在形成由低折射率材料制成的膜后，通过旋转涂覆并填充开口部81来形成由高折射率材料80a制成的膜。
在步骤S53中，通过进行整个表面的回蚀刻或化学机械抛光(CMP)，移除高折射膜率材料80a。因此，如图11C所示，在摄像像素31的区域中，形成了波导80。
在步骤S54中，如图11D所示，在摄像像素31的区域中形成色彩滤光器56，并且在焦点检测像素32的区域中形成减光滤光器56z。
在步骤S55中，如图11E所示，通过旋转涂覆形成由微透镜材料58a制成的膜。此时，微透镜材料58a的厚度值被设定成例如不超过3300nm。
接着，在步骤S56中，通过光刻处理来回蚀刻微透镜材料58a，由此形成如图11F所示的微透镜58。应当注意的是，不论是摄像像素31还是焦点检测像素32，以如下方式一致地形成微透镜58：微透镜58的集光点位于遮光膜54的上表面上。
这样，形成了摄像像素31和焦点检测像素32。
通过上述处理，在摄像像素31和焦点检测像素32中，在一致地形成了微透镜58的同时，在摄像像素31中，在微透镜58的下层形成波导80。因此，在焦点检测像素32中，微透镜58的集光点被设定在遮光膜54的上表面上，而在摄像像素31中，微透镜58的集光点可被设定在光电转换单元52的受光表面上。即，能够简化微透镜的形成工艺，并且优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性。
此外，在上述处理中，由于在形成微透镜工艺中使用光刻处理和干法刻蚀处理而不使用回流焊接处理，因此能够使形成工艺精确并得到简化。
另外，因为微透镜被一致地形成，因此能够抑制因光聚集特性的偏差而造成的图像的劣化。
另外，在上述处理中，无需调节高折射率膜和低折射率膜的折射率，并且该像素形成工艺除设置波导外与摄像像素和焦点检测像素的工艺相同。因此，能够简化像素形成的整个工艺。
电子设备的结构示例
下面，将参考图12给出本发明的电子设备的结构示例的说明。
如图12所示的电子设备200设置有光学透镜201、快门装置202、固态摄像装置203、驱动电路204以及信号处理电路205。作为固态摄像装置203，图12示出了将具有根据上述实施例的像素的CMOS图像传感器10设置到电子设备(数字照相机)的情况下的结构。
光学透镜201在固态摄像装置203的拍摄表面上形成来自物体的图像光(入射光)。基于这种结构，在固态摄像装置203中，积累一定时间段的信号电荷。快门装置202控制固态摄像装置203的光照时段和遮光时段。
驱动电路204提供驱动信号以控制固态摄像装置203的信号传输操作和快门装置202的的快门操作。通过从驱动电路204中提供的驱动信号(时序信号)，固态摄像装置203进行信号传输。针对从固态摄像装置203中输出的信号，信号处理电路205进行各种信号处理。在诸如存储器之类的存储媒介中存储被信号处理的视频信号，或将该视频信号输出值监视器。
此外，电子设备200设置有用于在光学透镜201的光轴方向上驱动光学透镜201的透镜驱动单元(未示出)。透镜驱动单元和光学透镜201构成了用于调节焦点的聚焦机构。另外，在电子设备200中，***控制器(未示出)执行诸如聚焦机构的控制以及上述部件的控制之类的各种控制操作。
基于从根据本发明的固态摄像装置中的焦点检测像素中输出的焦点检测信号，例如，在信号处理电路205中进行聚焦机构的有关计算处理，以计算焦点的偏移方向和偏移量。作为计算的结果，***控制器使透镜驱动单元在光轴方向上移动光学透镜201，由此进行聚焦控制以获得聚焦状态。
在根据本发明的实施例的电子设备200中，在固态摄像装置203中，能够优化摄像像素的灵敏度以及焦点检测像素的分离特性，从而提高图像的质量。
应当注意到是，本发明不局限于上述的实施例，并且可在不背离本发明的主旨的情况下进行多种变化。
应当注意到是本发明可采用如下结构。
(1)一种固态摄像装置，包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜。
(2)如项(1)所述的固态摄像装置，其中，所述微透镜具有位于所述光电转换单元上的集光点。
(3)如项(2)所述的固态摄像装置，其中，所述高折射率膜由SiN、丙烯酸系树脂、硅氧烷以及平坦化膜中的一者形成。
(4)一种固态摄像装置的制造方法，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，所述固态摄像装置的制造方法包括：
在所述焦点检测像素中的所述微透镜的下层形成高折射率膜；并且
在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
(5)一种包括固态摄像装置的电子设备，所述固态摄像装置包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述焦点检测像素还包括形成在所述微透镜的下层的高折射率膜。
(6)一种固态摄像装置，包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的低折射率膜。
(7)如项(6)所述的固态摄像装置，其中，所述微透镜具有位于所述遮光单元上的集光点。
(8)如项(6)或(7)所述的固态摄像装置，其中，所述低折射率膜由SiO形成。
(9)如项(6)至(8)中任一者所述的固态摄像装置，其中，所述低折射率膜形成为具有如下厚度，该厚度对应于穿过所述摄像像素所具有的色彩滤光器的光的波长范围。
(10)一种固态摄像装置的制造方法，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，所述固态摄像装置的制造方法包括：
在所述摄像像素中的所述微透镜的下层形成低折射率膜；并且
在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
(11)一种包括固态摄像装置的电子设备，所述固态摄像装置包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的低折射率膜。
(12)一种固态摄像装置，包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的波导。
(13)如项(12)所述的固态摄像装置，其中，所述微透镜具有位于所述遮光单元上的集光点。
(14)如项(12)或(13)所述的固态摄像装置，其中，所述波导将从所述微透镜入射的光引导至所述摄像像素中的所述光电转换单元。
(15)如项(14)所述的固态摄像装置，其中，
所述波导由用于传输光的芯体以及用于对通过所述芯体传输的光进行封闭的包覆层构成，
所述芯体由高折射率材料形成，并且
所述包覆层由低折射率材料形成。
(16)如项(15)所述的固态摄像装置，其中，所述芯体由SiN，丙烯酸系树脂以及硅氧烷中的一者形成。
(17)如项(15)所述的固态摄像装置，其中，所述包覆层由SiO形成。
(18)一种固态摄像装置的制造方法，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，所述焦点检测像素包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，所述固态摄像装置的制造方法包括：
在所述摄像像素中的所述微透镜的下层形成波导；并且
在所述摄像像素和所述焦点检测像素中一致地形成所述微透镜。
(19)一种包括固态摄像装置的电子设备，所述固态摄像装置包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括所述微透镜、所述光电转换单元以及用于遮挡入射到所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述微透镜一致地形成在所述摄像像素和所述焦点检测像素中，并且
所述摄像像素还包括形成在所述微透镜的下层的波导。
本领域的技术人员应当理解，只要在随附权利要求或其等效物的范围内，可根据设计需要和其他因素发生多种变形、结合、子结合以及替换。
本申请包含于2013年10月8日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2013-211187的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
Claims (11)
1.一种固态摄像装置，其包括：
摄像像素，其包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元；以及
焦点检测像素，其包括微透镜、光电转换单元以及用于遮挡入射到所述焦点检测像素中的所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，
其中，所述摄像像素中的所述微透镜和所述焦点检测像素中的所述微透镜形成为具有相同的形状和尺寸并且具有相同的材料，并且
所述焦点检测像素还包括形成在所述焦点检测像素中的所述微透镜的下层的具有比所述微透镜高的折射率的高折射率膜，所述摄像像素还包括形成在所述摄像像素中的所述微透镜的下层的具有比所述微透镜低的折射率的低折射率膜，或者所述摄像像素还包括形成在所述摄像像素中的所述微透镜的下层的波导。
2.如权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述摄像像素中的所述微透镜具有位于所述摄像像素中的所述光电转换单元上的集光点，并且所述焦点检测像素中的所述微透镜具有位于所述遮光单元上的集光点。
3.如权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述高折射率膜由SiN、丙烯酸系树脂、硅氧烷以及平坦化膜中的一者形成。
4.如权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述低折射率膜由SiO形成。
5.如权利要求3所述的固态摄像装置，其中，所述低折射率膜形成为具有如下厚度，该厚度对应于穿过所述摄像像素所具有的色彩滤光器的光的波长范围。
6.如权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述波导将从所述摄像像素中的所述微透镜入射的光引导至所述摄像像素中的所述光电转换单元。
7.如权利要求6所述的固态摄像装置，其中，所述波导由用于传输光的芯体以及用于对通过所述芯体传输的光进行封闭的包覆层构成，
所述芯体由高折射率材料形成，并且
所述包覆层由具有比所述高折射率材料低的折射率的低折射率材料形成。
8.如权利要求7所述的固态摄像装置，其中，所述芯体由SiN、丙烯酸系树脂以及硅氧烷中的一者形成。
9.如权利要求7所述的固态摄像装置，其中，所述包覆层由SiO形成。
10.一种固态摄像装置的制造方法，所述固态摄像装置包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素包括微透镜以及用于接收从所述微透镜入射的光的光电转换单元，所述焦点检测像素包括微透镜、光电转换单元以及用于遮挡入射到所述焦点检测像素中的所述光电转换单元上的部分光的遮光单元，所述固态摄像装置的制造方法包括：
在所述焦点检测像素中的所述微透镜的下层形成具有比所述微透镜高的折射率的高折射率膜，在所述摄像像素中的所述微透镜的下层形成具有比所述微透镜低的折射率的低折射率膜，或者在所述摄像像素中的所述微透镜的下层形成波导；并且
以相同的材料且以相同的形状和尺寸形成所述摄像像素中的所述微透镜和所述焦点检测像素中的所述微透镜。
11.一种包括如权利要求1-9中任一项所述的固态摄像装置的电子设备。
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