光電轉換裝置與成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具有光導單元的光電轉換裝置。
【背景技術】
[0002] 已知存在使用具有多個光電轉換部分的像素、通過相位差檢測來執行焦點檢測 的光電轉換裝置。其中單個像素具有多個光電轉換部分的配置不僅在焦點檢測方面是有 利的，而且在與改進的成像系統性能相關的多個點（諸如因改進的傳輸效率所致的更快速 度、更寬的動態范圍等）上也是有利的。
[0003] 日本專利公開No. 2009-158800公開了其中在層間膜中設置有包圍著兩個光電二 極管的有效光接收區域的間隙的形式。日本專利公開No. 2009-158800還公開了其中在層 間膜內除了設置有包圍著兩個光電二極管的有效光接收區域的間隙外還設置有緊隨光電 二極管之間的間隙之后的間隙的形式。
[0004] 日本專利公開No. 2009-158800中的形式具有光無法被精確地分給兩個光電二極 管的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了具有沿成像平面排列的光接收元件的光電轉換裝置，其中該光接收 元件包括在與成像平面平行的第一方向上排列的跨隔離部分的多個光電轉換部分，以及被 布置為在該多個光轉換部分之上延伸的光導部分，并且其中在與成像平面平行且橫切光導 部分的第一平面內，光導部分在第一方向上的最大寬度大于光導部分在與成像平面平行且 與第一方向正交的第二方向上的最大寬度。
[0006] 根據以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發明的更多特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0007] 圖1是示例性地示出光電轉換裝置的示意圖。
[0008] 圖2是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0009] 圖3是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0010] 圖4是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0011] 圖5是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0012] 圖6是示例性地示出光電轉換裝置的示意圖。
[0013] 圖7是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0014] 圖8是示例性地示出光接收元件的示意圖。
[0015] 圖9是示例性地示出成像系統的示意圖。
[0016] 圖10是用于描述最大寬度的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 實施例
[0018] 以下是用于實施本發明的實施例的描述。但是，應當注意，下面的描述只是本發明 的一個實施例，而并非是限制性的。在下面的描述和附圖中以相同的附圖標記來表示多個 附圖中共同的結構。將參照多個附圖來描述共同的結構，并且關于以相同的附圖標記表示 的結構的描述將被適當地省略。此外，任何合適的技術都可以應用于下文未描述的部分。
[0019] 圖1A示出了作為像素放大型圖像傳感器的光電轉換裝置10的示意圖。圖1A所 示的光電轉換裝置10具有作為由單點虛線包圍的區域的接收區域21，以及在單點虛線與 雙點虛線之間的且為在光接收區域21的外圍的區域的外圍區域22。多個光接收元件1按 照矩陣形式或列形式排列在光接收區域21中。通過成像而形成圖像時來自光接收元件的 信號構成像素，所以光接收區域可以被稱為成像區域或像素區域。在相鄰的光接收元件的 中心軸之間的間隙（像素間距（pitch))典型地為10μπι或更小，優選為5.0μπι或更小，并 且特別優選地為2. 0μm或更小。
[0020] 外圍區域22具有包含垂直掃描電路26、兩個讀取電路23、兩個水平掃描電路24 和兩個輸出放大器25的外圍電路。在外圍區域22處的讀取電路23由列放大器、相關雙采 樣（⑶S)電路、加法電路等組成。讀取電路23執行對經由垂直信號線從由垂直掃描電路26 選定的行的像素讀出的信號的放大、相加等。每個像素列或者每多個像素列地布置列放大 器、CDS電路、加法電路等。水平掃描電路24生成用于按順序從讀取電路23讀出信號的信 號。輸出放大器25放大并輸出由水平掃描電路24選定的列的信號。上述結構只是光電轉 換裝置10的一個結構示例，并不是限制性的。雖然讀取電路23、水平掃描電路24和輸出放 大器25構成兩個輸出路徑系統，并且在光接收區域21上方和下方各布置有一個，但是這并 不是限制性的。
[0021] 圖1B是示出光接收元件1的示例的示意圖，并且圖1C是沿圖1B中的線IC-IC截 取的光接收元件1的截面示意圖。單個光接收元件1具有設置在由半導體制成的基板100 內的多個光電轉換部分101和102。隔離部分109被布置于該多個光電轉換部分101和102 之間，用于隔離它們的信號電荷。隔離部分109可以是通過絕緣體的絕緣隔離（諸如硅的 局部氧化（L0C0S)或淺溝槽隔離（STI)等），或者可以是通過導電類型與光電轉換部分101 和102的積累區域相反的半導體區域的結隔離。在本例中使用結隔離。隔離部分109的隔 離能力可以是不完美的，只要可以作出光電轉換部分101和102生成的信號電荷中的哪個 更大的確定的地點存在隔離性質即可。因此，光電轉換部分101處生成的信號電荷的一部 分被作為光電轉換部分102處生成的信號電荷來檢測是允許的。
[0022] 該多個光接收元件1的光電轉換部分101和102被排列于共同的基板100內，沿 著作為成像平面的基板100的主表面。這兩個光電轉換部分101和102跨越隔離部分109 所排列的、與成像平面平行的方向是X方向。這兩個光電轉換部分101和102所排列的方 向可以被定義為如下的方向，即與連接當以俯視視角觀察光電轉換部分101時的幾何重心 G1與當以俯視視角觀察光電轉換部分102時的幾何重心G2的直線平行的方向。與成像平 面平行且與X方向正交的方向是Y方向。與成像平面正交的方向是Z方向。Z方向正交于 X方向和Y方向。典型地，X方向可以是按矩陣形式排列于光接收區域21內的光接收元件 1的行方向（一行延伸的方向）和列方向（一列延伸的方向）中的一個。同樣典型地，Y方 向可以是按矩陣形式排列于光接收區域21內的光接收元件1的行方向（沿著行的方向） 和列方向（沿著列的方向）中的另一個。
[0023] 光電轉換部分101和102是通過在由半導體形成的基板100內引入雜質而形成的 光電二極管。用作光電二極管的光電轉換部分101和102米用大量的信號電荷作為載流子， 并且被確認為用于積累信號電荷的第一導電類型的半導體區域（積累區域）和第二導電類 型的半導體區域的PN結。光電轉換部分101和102的其他示例包括光柵，以及具有形成于 絕緣體（諸如玻璃等）的基板上的金屬-絕緣體-半導體（MIS)型結構或P-本征-N(PIN) 型結構的半導體薄膜。除了光接收元件1外，光電轉換裝置10的光接收區域21還可以包 含僅具有一個光電轉換部分101的光接收元件。
[0024] 在光電轉換部分101處獲取的信號電荷經由具有金屬-氧化物-半導體（M0S)結 構的傳輸柵103傳輸至檢測單元105,并且在光電轉換部分102處獲取的信號電荷經由具有 M0S結構的傳輸柵104傳輸至檢測單元106。例如，檢測單元105和106是形成靜電電容的 浮置擴散部分。檢測單元105和106各自連接至放大晶體管107和復位晶體管108。雖然 這里已經示出了其中向每個光電轉換部分101和102都提供檢測單元以便并行地傳輸來自 分離的光電轉換部分的信號電荷的結構，但是在串行地傳輸來自分離的光電轉換部分的信 號電荷的情況下可以使用共同的檢測單元。
[0025] 將多個光接收元件1排列于圖1A所示的光電轉換裝置10的光接收區域21處使 得能夠通過相位差檢測在成像區域內執行焦點檢測。這可以進一步應用于使用相位差檢測 來執行距離測量的成像系統（相機）。還可以使用從光接收元件1輸出的作為成像信號的 多個光電轉換部分101和102的信號來執行成像。例如，光電轉換部分101和102的信號 可以被結合以用作成像信號。因而，根據本實施例的光電轉換裝置10可以使用場相位差來 實現自動聚焦（AF)。
[0026] 絕緣膜110被布置于基板100之上。典型地，絕緣膜110是透明的。絕緣膜110 可以是由一種類型的材料形成的單層膜，但是典型地，絕緣膜110是其中已經分層形成不 同材料的多個層的多層膜。絕緣膜110的一個層由氧化硅（Si02)形成。此外，一個層可以 是硅酸鹽玻璃，諸如硼磷硅酸鹽玻璃（BPSG)、磷硅酸鹽玻璃（PSG)和硼硅酸鹽玻璃（BSG) 等。此外，構成絕緣膜110的多層膜中的一個層可以是氮化硅（Si3N4)或碳化硅（SiC)。布 線120可以被設置于絕緣膜110內。布線120可以是其中多個布線層經由插頭來連接的多 層布線。雖然圖1B示出了其中布線120為兩層的示例，但是也可以使用三層或更多層的多 層布線。諸如銅、鋁、鎢、鉭、鈦、多晶硅等的導電材料可以被用于布線120。典型的布線120 是透明的，并且具有金屬光澤。
[0027] 光接收元件1具有至少一個光導部分111，單個光導部分111被形成為在多個光電 轉換部分101和102之上延伸。光導部分111起作用以將入射光限定于光導部分111，以便 其被傳播至光電轉換部分101和102。光導部分111具有其中在光電轉換部分101和102 所排列的X方向上的最大寬度大于在與X方向正交的Y方向上的最大寬度的截面形狀，這 將在后面詳細地描述。
[0028] 光導部分111由絕緣膜110包圍。也就是說，絕緣膜110位于X-Y平面內的光導 部分111的周界處。通過使得光導部分111的折射率與光導部分110的折射率不同，進入 光導部分111的入射光可以由于光導部分111和絕緣膜110的界面處的反射而被引導至光 電轉換部分101和102。使光導部分111的折射率高于絕緣膜110的折射率使得能夠全反 射，所以可以提尚反射效率。
[0029] 由具有比光導部分111和絕緣膜110低的折射率的低折射率區域（例如，氣隙） 來包圍光導部分111使得進入光導部分111的入射光能夠通過光導部分111與低折射率區 域的界面處的全反射而被引導至光電轉換部分101和102