[发明专利]固态成像器,其制造方法和照相机

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像器，其制造方法和照相机。更具体地说，本 发明涉及一种固态成像器，它包括用于把在其受光面接收的光束光电 转换成信号电荷的光电转换区，和把光束引导到受光面的波导路径。 本发明还涉及制造固态成像器的方法和包括该固态成像器的照相机。

背景技术

照相机，比如数字视频照相机和数字静态照相机包括固态成像 器。固态成像器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，和 电荷耦合器件(CCD)。

在固态成像器中，由多个像素构成的成像区被布置在半导体基板 的表面上。分别为成像区中的多个像素布置的多个光电转换区接收被 摄体图像的光束，并通过光电转换接收的光束，产生信号电荷。例如， 光电二极管用作光电转换区。

在固态成像器中，诸如光电二极管之类的光电转换区在其受光面 接收由微透镜收集的光束，如日本专利No.2600250和未经审查的日 本专利申请公开No.2003-273342中所述。

“瞳孔校正”技术的使用调整微透镜和光电转换区的受光面之间 的位置关系。

固态成像器包括每个像素的波导路径，以便增大光的收集效率， 从而增大成像器的增益。

波导路径把由微透镜收集的光引导到光电转换区的受光面。

更具体地说，波导路径具有由具有高折射率的光学材料构成并引 导光线的核心部分。波导路径还包括折射率低于核心部分的折射率， 并且环绕核心部分的包覆部分。从而，在核心部分和包覆部分之间的 边界，波导路径完全反射光。波导路径增大光的收集效率，从而导致 高增益。参见未经审查的日本专利申请公开No.2004-221532和 2006-261247，及“CMOS Imager with Copper Wiring and Lightpipe”， 2006 IEDM Technical Digest Session 5.5，J.Gambino等。

例如，通过把充当包覆层的部件层叠在带有光电转换区的基板 上，在层叠体中布置一个开孔，产生波导路径，以致光电转换区的受 光面被暴露，并用具有高折射率的光学材料填充所述开孔。

发明内容

为了产生高分辨率图像，固态成像器的成像区中的像素的数目日 渐增大。另外在固态成像器中实现紧凑设计。为此，在固态成像器的 成像区中，光电转换区的受光面的面积变小。波导路径的开孔具有更 高的长宽比，把具有高折射率的光学部件插入该开孔中变得困难。构 成适当波导路径的困难会导致成像器可靠性低，产品成品率低。高增 益成像器的生产困难。捕捉的图像的画质降低。

实现单片系统设计的CMOS型图像传感器包括合并多个配线层 的许多外围电路。波导路径的开孔的长宽比变得相当高，从而导致上 面所述的问题。

从而，可取的是提供一种固态成像器，该固态成像器提供高的可 靠性和高的产品成品率，并且捕捉高画质的图像。同样可取的是提供 制造该固态成像器的方法和包括该固态成像器的照相机。

按照本发明的一个实施例，固态成像器包括光电转换区，用于把 在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷，和把光束引导到受光面 的波导路径。波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在其 光入射面的光束引导到其光出射面。所述多个波导部件层叠在受光面 上。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件的光出射面面 对受光面，并且面积小于多个波导部件中，离受光面最远的第二波导 部件的光入射面。

波导路径的多个波导部件均沿垂直于受光面的方向延伸。

波导路径包含在其沿垂直于受光面的方向延伸的侧面上的台阶。 所述多个波导部件具有在平行于受光面的平面中位置不同的侧面。所 述多个波导部件被层叠，以致在波导路径的台阶处发射的光作为消逝 光重新进入波导路径。

波导路径的多个波导部件被层叠，以致在平行于受光面的平面 中，所述台阶的宽度小于入射在波导路径上的光的波长。

波导路径的第一波导部件具有面积小于光电转换区的受光面的 光出射面。

相对于垂直于受光面的方向，使波导路径的台阶逐渐减小 (taper)。

多个光电转换区被布置在基板的表面上，分别针对多个光电转换 区，在基板的表面上布置多个波导路径。