固態(tài)圖像傳感器和包含固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器和包含固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取裝置。固態(tài)圖像傳感器包括像素，每個像素包括：設(shè)在襯底中的第一和第二光電轉(zhuǎn)換部，第二光電轉(zhuǎn)換部具有低于第一光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度；設(shè)在第一和第二光電轉(zhuǎn)換部之間的勢壘區(qū)；設(shè)在襯底的光入射側(cè)并且包含芯體和包層的波導(dǎo)；以及，設(shè)在波導(dǎo)與襯底之間的保護層。當(dāng)在垂直于襯底的方向上看時，在像素區(qū)域的中心部分中的每個像素中，芯體的出射面的中心相對于勢壘區(qū)的中心位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。在芯體的出射面正下方的區(qū)域中的保護層的折射率分布的標(biāo)準(zhǔn)差在襯底的面內(nèi)方向上為0.1或更小。
【專利說明】
固態(tài)圖像傳感器和包含固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器，并且特別地涉及在諸如數(shù)字照相機之類的圖像拾取裝置中包括的固態(tài)圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對于由諸如數(shù)字照相機之類的裝置拍攝的具有更寬動態(tài)范圍的圖像存在日益增長的需求。響應(yīng)于這種需求，日本專利公開N0.2004-363193提出了一種固態(tài)圖像傳感器，在該固態(tài)圖像傳感器中，在每個像素中設(shè)有具有不同面積的多個光電轉(zhuǎn)換部，使得獲取作為高靈敏度信號和低靈敏度光信號的兩種像素信號。利用這兩種信號的組合，動態(tài)范圍被加寬。
[0003]對于能夠同時拍攝運動圖像和靜止圖像的照相機也存在日益增長的需求。通常，為了獲取平滑的運動圖像，可以用基本上與固態(tài)圖像傳感器的讀取幀率對應(yīng)的曝光時間段來拍攝運動圖像。相比之下，為了拍攝靜止圖像，可以根據(jù)對象移動的速度來設(shè)定曝光時間段。因此，為了同時拍攝靜止圖像和運動圖像，需要獲取基于不同曝光時間段的兩種像素信號。
[0004]在日本專利公開N0.2004-120391中公開了一種固態(tài)圖像傳感器，該固態(tài)圖像傳感器包括設(shè)在每個像素中并且基于不同的曝光時間段使得可以同時獲取運動圖像信號和靜止圖像信號的多個光電轉(zhuǎn)換元件(相當(dāng)于根據(jù)日本專利公開N0.2004-363193的光電轉(zhuǎn)換部)。用于相對較短的曝光時間段的光電轉(zhuǎn)換元件各自具有相對較大的面積，而用于相對較長的曝光時間段的光電轉(zhuǎn)換元件各自具有相對較小的面積。另外，用于運動圖像的光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏度與用于靜止圖像的光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏度不同。
[0005]注意，“光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度”由累積在光電轉(zhuǎn)換部中的電荷量與每單位時間入射在像素上的光量的比值來定義。
[0006]在日本專利公開N0.2004-363193和日本專利公開N0.2004-120391所公開的固態(tài)圖像傳感器的每一個中，利用設(shè)在每個像素中的并且具有不同靈敏度水平的多個光電轉(zhuǎn)換部來拍攝期望的圖像。在每個設(shè)備中，通過設(shè)在像素表面上的微透鏡來會聚光，由此將光引導(dǎo)到每個光電轉(zhuǎn)換部。因此，入射在每個光電轉(zhuǎn)換部上的光量隨著光在像素上的入射角而變化。因此，每個光電轉(zhuǎn)換部均僅接收從所使用的圖像拾取透鏡的出射光瞳的特定部分射出的一部分光。所以，焦點未對準(zhǔn)的對象的模糊圖像可能變形，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量劣化。
[0007]本發(fā)明是通過降低設(shè)在每個像素中并且具有不同靈敏度水平的多個光電轉(zhuǎn)換部中的每一個光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度的角度相關(guān)性來抑制圖像質(zhì)量的劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的固態(tài)圖像傳感器包括設(shè)在像素區(qū)域中的像素。每個像素均包括:設(shè)在襯底中的第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部，第二光電轉(zhuǎn)換部具有低于第一光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度;設(shè)在第一光電轉(zhuǎn)換部與第二光電轉(zhuǎn)換部之間的勢皇區(qū)；設(shè)在襯底的光入射側(cè)并且包含芯體和包層的波導(dǎo)；以及，設(shè)在波導(dǎo)與襯底之間的保護層。當(dāng)在垂直于襯底的方向上看襯底的表面時，在設(shè)在像素區(qū)域的中心部分的每個像素中，所述芯體的出射面的中心相對于在襯底的表面處的勢皇區(qū)的中心位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。在芯體的出射面正下方的區(qū)域中的保護層的折射率分布的標(biāo)準(zhǔn)差在襯底的面內(nèi)方向上為0.1或更小。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的圖像拾取裝置包括設(shè)在殼體內(nèi)的根據(jù)第一個方面的固態(tài)圖像傳感器。
[0010]參考附圖閱讀對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0011]圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性固態(tài)圖像傳感器的示意圖；
[0012]圖2A至2C是例示了固態(tài)圖像傳感器中所包括的像素的示例性配置的圖；
[0013]圖3是例示了第一和第二光電轉(zhuǎn)換部中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖；
[0014]圖4A是像素的從光入射側(cè)看的示例性平面圖(XY平面圖)；
[0015]圖4B是像素的沿圖4A中所示的IVB-1VB線截取的示例性截面圖；
[0016]圖5是例示了光電轉(zhuǎn)換部間的靈敏度比值與波導(dǎo)的偏移量之間的關(guān)系的曲線圖；
[0017]圖6A是另一個像素的從光入射側(cè)看的示例性平面圖(XY平面圖)；
[0018]圖6B是像素的沿圖6A中所示的VIB-VIB線截取的示例性截面圖；
[0019]圖7A至7D是例示了在波導(dǎo)具有不同偏移量的情況下第一和第二光電轉(zhuǎn)換部中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖；
[0020]圖8A是示意性地例示了在芯體的出射面的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部相對于勢皇區(qū)與第二光電轉(zhuǎn)換部之間的邊界位于第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的情況下入射角為+Θ的光線如何傳播的圖；
[0021]圖SB是示意性地例示了在芯體的出射面的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部相對于勢皇區(qū)與第二光電轉(zhuǎn)換部之間的邊界位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的情況下入射角為+Θ的光線如何傳播的圖；
[0022]圖9A至9D是例示了在芯體的出射面與襯底的表面之間的光程具有不同值的情況下第一和第二光電轉(zhuǎn)換部中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖；
[0023]圖1OA是例示了在與襯底的表面垂直的方向上看時芯體的入射面的中心與芯體的出射面的中心重合的示例性情況的圖；
[0024]圖1OB是例示了芯體的入射面的中心在襯底的面內(nèi)方向上相對于芯體的出射面的中心朝第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)偏移的示例性情況的圖；
[0025]圖1OC是例示了波導(dǎo)的芯體的一部分在相鄰的像素上延伸的示例性情況的圖；
[0026]圖1lA是例示了在像素的光入射側(cè)的最末端設(shè)有微透鏡的示例性情況的圖；
[0027]圖1lB是例示了在像素的波導(dǎo)與最上表面之間設(shè)有微透鏡的示例性情況的視圖；
[0028]圖1lC是例示了分別在像素的光入射側(cè)的最末端以及在像素的波導(dǎo)與最上表面之間設(shè)有微透鏡的示例性情況的圖；
[0029]圖12A至12D是例示了可用于本發(fā)明的不同形狀的微透鏡的圖；
[0030]圖13A和13B是各自例示了多個像素中所包括的第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部的布置的圖；
[0031]圖14A至14C是例示了由第一光電轉(zhuǎn)換部獲取的高靈敏度信號和由第二光電轉(zhuǎn)換部獲取的低靈敏度信號中的每一個的強度與每單位時間入射在像素上的光量的相關(guān)性的曲線圖；
[0032]圖15A是例示了第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部具有相同的容量但是具有不同的Z方向上的深度的示例性情況的圖；
[0033]圖15B是例示了第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部具有相同的容量和相同的Z方向上的深度的示例性情況的圖；
[0034]圖16是例示了包括根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取裝置的示意圖；
[0035]圖17A是現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中所包括的像素的從光入射側(cè)看的平面圖；
[0036]圖17B是像素的沿圖17A中所示的XVIIB-XVIIB線截取的截面配置的圖；
[0037]圖17C是例示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的像素中所包括的第一和第二光電轉(zhuǎn)換部中的每一個的靈敏度與入射角的相關(guān)性的示例性曲線圖；
[0038]圖18A是例示了以入射角+Θ入射在現(xiàn)有技術(shù)的像素上的光線如何傳播的圖；以及
[0039]圖18B是例示了以入射角-Θ入射在現(xiàn)有技術(shù)的像素上的光線如何傳播的圖。
【具體實施方式】
[0040]現(xiàn)在將參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器的實施例，其中相同的元件或具有相同功能的元件由相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略對其的冗余描述。
[0041]圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明的一般實施例的示例性固態(tài)圖像傳感器100的示意圖。固態(tài)圖像傳感器100包括其中設(shè)有多個像素的像素區(qū)域103、以及其中設(shè)有周邊電路104的區(qū)域。
[0042]像素
[0043]像素101是指設(shè)在像素區(qū)域103的中心部分102中的像素。這里，設(shè)在中心部分102中的像素101是指質(zhì)心位于中心部分102中的像素。
[0044]中心部分102是指在與像素區(qū)域103的中心相距預(yù)定距離內(nèi)的區(qū)域。該預(yù)定距離優(yōu)選地是像素區(qū)域103的對角線長度的1/4或更短，或者更優(yōu)選地是像素區(qū)域103的對角線長度的1/20或更短。
[0045]在圖1中所示的固態(tài)圖像傳感器100中，例如，設(shè)在中心部分102中的像素101是3X3的布置。像素101的布置不限于這種圖案。僅需要在中心部分102中設(shè)有至少一個像素101。另外，具有與像素101相同配置的像素可以設(shè)在中心部分102外部。
[0046]圖2A至2C是例示了固態(tài)圖像傳感器100中所包括的像素101的示例性配置的圖。圖2A例示了在與襯底120垂直的方向(Z方向)上看到的襯底120的表面處的像素101的布局。圖2B是像素101的沿圖2A中所示的IIB-1IB線截取的XZ截面圖。
[0047]像素101從其光入射側(cè)依次包括:包含芯體111和包層112的波導(dǎo)110、保護層116、以及襯底120。襯底120包括:第一光電轉(zhuǎn)換部121、第二光電轉(zhuǎn)換部122、以及設(shè)在光電轉(zhuǎn)換部121和122之間的勢皇區(qū)123。
[0048]光電轉(zhuǎn)換部和勢皇區(qū)
[0049]通過離子注入等在襯底120中產(chǎn)生電位變化來形成光電轉(zhuǎn)換部121和122。襯底120由吸收具有要檢測的波長帶的光的硅等制成。勢皇區(qū)123具有抑制第一光電轉(zhuǎn)換部121與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的電荷串?dāng)_(charge crosstalk)的出現(xiàn)的勢皇。如圖2C中所示，勢皇區(qū)123對應(yīng)于第一光電轉(zhuǎn)換部121與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的如下區(qū)域:在該區(qū)域中，勢皇的電位為最大值的90%或以上(包括最大值)。
[0050]可以通過考慮第一光電轉(zhuǎn)換部121與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的電荷串?dāng)_的容許量來確定勢皇區(qū)123中的勢皇的大小。為了相互獨立地獲取各個光電轉(zhuǎn)換部121和122的像素信號，可以使勢皇為高，使得電荷串?dāng)_量減少。更具體地說，勢皇區(qū)123中的勢皇可具有大于或等于設(shè)在除勢皇區(qū)123之外且圍繞第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122的其它區(qū)域中的勢皇的高度(在圖2C中由附圖標(biāo)記128和129表示)的高度。在這種配置中，可以使第一光電轉(zhuǎn)換部121與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的串?dāng)_減少到與像素之間的串?dāng)_近似相同的水平。然而，如果電荷串?dāng)_的容許量大，則勢皇區(qū)123中的勢皇可以低于設(shè)在除勢皇區(qū)123之外且圍繞第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122的其它區(qū)域中的勢皇。
[0051 ]為了產(chǎn)生如圖2C中所示的像素101中的電位變化，可以通過向與勢皇區(qū)123對應(yīng)的區(qū)域中而不是在與第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122對應(yīng)的區(qū)域中注入離子，來形成勢皇。可替代地，可以向光電轉(zhuǎn)換部121和122以及勢皇區(qū)123這兩者中注入離子。在該情況下，向與光電轉(zhuǎn)換部121和122對應(yīng)的區(qū)域中注入的離子與向勢皇區(qū)123中注入的離子可以具有相反的導(dǎo)電特性。
[0052]第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122不一定需要如圖2A和2B中所示的那樣在X方向上并排布置，而可以在相對于X軸成大于0°的角度的方向上并排布置。另外，在第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個處的襯底120的表面中的開口的形狀不限于圖2A中所示的矩形，而可以是圓形、橢圓形、多邊形等。多邊形的每個棱角可以在制造過程中變圓。
[0053]保護層
[0054]設(shè)置保護層116來減少在制造過程中對光電轉(zhuǎn)換部121和122的損壞，以及防止雜質(zhì)從諸如布線125之類的其它部件進入光電轉(zhuǎn)換部121和122。另外，保護層116可以具有其它的功能，諸如抑制入射在光電轉(zhuǎn)換部121和122上的光從芯體111反射的抗反射功能。另夕卜，保護層116可以包括在與襯底120的表面垂直的方向上層疊的多個層。
[0055]波導(dǎo)
[0056]波導(dǎo)110由被組合為使得芯體111具有高于包層112的折射率的不同材料形成。用于芯體111和包層112的材料可以選自于諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅和硼磷硅玻璃(BPSG)之類的無機材料、以及諸如聚合物和樹脂之類的有機材料。
[0057]圖2A中所示的點劃線IllE限定了芯體111的在襯底120側(cè)的端面，即出射面。在圖2A中，波導(dǎo)110被設(shè)置為使得芯體111的出射面11IE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(-X側(cè))。這里，在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124是指在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的在Z方向上看的平面圖形狀的質(zhì)心。同樣，芯體111的出射面IllE的中心113是指芯體111的出射面IllE的在Z方向上看的平面圖形狀的質(zhì)心。在下文中，為了簡便，芯體111的出射面11IE的中心113相對于在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124的在-X方向上的偏移量偶爾被稱為波導(dǎo)110的偏移量。
[0058]在波導(dǎo)110中傳播的光會聚在芯體111上。因此，入射在被設(shè)置為相對靠近芯體111的出射面11IE的中心113的第一光電轉(zhuǎn)換部121上的光量大于入射在被設(shè)置為相對遠離芯體111的出射面IllE的中心113的第二光電轉(zhuǎn)換部122上的光量。即，將芯體111的出射面IllE的中心113相對于在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124朝第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)偏移使得第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度高于第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度。
[0059]包層112設(shè)有布線125，該布線125傳輸用于設(shè)置各個光電轉(zhuǎn)換部121和122的曝光時間段的驅(qū)動信號并且讀取由光電轉(zhuǎn)換部121和122獲取的信號。通過布線125從周邊電路104傳輸?shù)较袼?01的驅(qū)動信號基于各個期望的曝光時間段來激活第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122。
[0060]概述
[0061]綜上，在根據(jù)本發(fā)明的一般實施例的固態(tài)圖像傳感器100中所包括的像素101中，通過以相對于在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124偏移的方式設(shè)置的波導(dǎo)110，將入射在像素101上的光引導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個。利用這種配置使得具有不同靈敏度水平的多個光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性低于在現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中觀測到的靈敏度的角度相關(guān)性，其中在所述現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中是通過使用微透鏡將入射在像素上的光引導(dǎo)至每個光電轉(zhuǎn)換部中。下面將給出與現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的情況的比較。
[0062]現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的角度相關(guān)性
[0063]圖17A是例示了作為比較的現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中所包括的像素1001的在從光入射側(cè)看到的(在與襯底垂直的方向上看到的)襯底的表面(XY平面)處的布局的圖。圖17B是例示了像素1001的沿圖17A中所示的XVIIB-XVIIB線截取的截面(XZ平面)的配置的圖。圖17B中所示的像素1001不包括含有芯體和包層的波導(dǎo)。像素1001與在圖2A至2C中所示的根據(jù)本發(fā)明的一般實施例的固態(tài)圖像傳感器100的像素101不同之處在于:通過微透鏡1010將入射在像素1001上的光引導(dǎo)至第一和第二光電轉(zhuǎn)換部中的每一個。
[0064]圖18A和18B例示了入射在現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的像素1001上的光線如何傳播。圖18A例示了在-Z方向上并朝+X側(cè)(以入射角+Θ)行進的光線如何傳播。圖18B例示了在-Z方向上并朝-X側(cè)(以入射角-Θ)行進的光線如何傳播。如圖18A和18B中所示，根據(jù)微透鏡1010的聚焦特性，在-Z方向上并朝+X側(cè)行進的光線被選擇性地引導(dǎo)至第二光電轉(zhuǎn)換部1022，而在-Z方向上并朝-X側(cè)行進的光線被選擇性地引導(dǎo)至第一光電轉(zhuǎn)換部1021。結(jié)果，第二光電轉(zhuǎn)換部1022對于在-Z方向上并朝+X側(cè)行進的光線更靈敏，而第一光電轉(zhuǎn)換部1021對于在-Z方向上并朝-X側(cè)行進的光線更靈敏。即，光電轉(zhuǎn)換部1021和1022的靈敏度取決于角度。
[0065]圖17C是例示了設(shè)有微透鏡1010的像素1001中所包括的光電轉(zhuǎn)換部1021和1022中的每一個的靈敏度與入射角的相關(guān)性的示例性曲線圖。橫軸表示入射在像素1001上的光線的入射角9。9 = 0的情況意味著與微透鏡1010的光軸平行的光線入射在像素1001上。
[0066]從圖17C中可見，對于第一光電轉(zhuǎn)換部1021和第二光電轉(zhuǎn)換部1022這兩者，靈敏度的角度相關(guān)性在角度范圍1040內(nèi)尤其高。如果光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度的角度相關(guān)性高，則光電轉(zhuǎn)換部僅接收從所使用的圖像拾取透鏡的出射光瞳的特定部分射出的光線。結(jié)果，焦點未對準(zhǔn)的對象的模糊圖像可能變形，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量劣化。
[0067]波導(dǎo)的位置和角度相關(guān)性
[0068]現(xiàn)在，將討論其中省略了導(dǎo)致像素的角度相關(guān)性的微透鏡的情況。設(shè)在像素的光射入側(cè)的微透鏡會聚從外部入射在像素上的光，并將光引導(dǎo)至設(shè)在像素中的第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部。因此，如果簡單地省略微透鏡，則特別地，斜入射在像素上的光線在不被會聚的情況下直線行進，并且該光線的一部分進入相鄰像素。這種情況增加了所謂的像素之間的串?dāng)_。結(jié)果，圖像質(zhì)量可能劣化。
[0069]相比之下，根據(jù)本發(fā)明的一般實施例的固態(tài)圖像傳感器100的像素101包括波導(dǎo)110，波導(dǎo)110的芯體111的出射面IllE的中心113相對于在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124朝第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)偏移，由此將光引導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換部121和122，而非通過使用微透鏡來會聚光。進入波導(dǎo)110的光在與多個波導(dǎo)模式耦合之后射出。因此，在波導(dǎo)110的出射面IllE處的光的強度分布比通過微透鏡會聚的光的強度分布更均勻。結(jié)果，降低了光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性。另外，斜入射在像素1I上的光線由波導(dǎo)110有效地引導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換部121和122。因此，也減少了像素101之間的串?dāng)_。
[0070]圖3是例示了在圖2A至2C所示的像素101中所包括的光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖。橫軸表示入射在像素101上的光線在XZ平面中的入射角(Θ)。這適用于例示每個光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度的角度相關(guān)性的所有曲線圖。
[0071]從圖3與圖17C之間的比較明顯看出，光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度與入射角的相關(guān)性遠低于光電轉(zhuǎn)換部1021和1022中的每一個的靈敏度與入射角的相關(guān)性。不管入射角如何，光電轉(zhuǎn)換部121和122各自表現(xiàn)出基本上均勻的靈敏度特性。即，光電轉(zhuǎn)換部121和122可以基本上均勻地接收從所使用的圖像拾取透鏡的整個出射光瞳射出的光線。結(jié)果，減少了焦點未對準(zhǔn)的對象的模糊圖像的變形，并且提高了圖像質(zhì)量。
[0072]從靈敏度比值來看波導(dǎo)的偏移量
[0073]可以根據(jù)所要求的光電轉(zhuǎn)換部121和122之間的靈敏度比值來改變芯體111的出射面IllE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124的偏移量。為了使第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度令人滿意地高于第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度，如圖4A和4B中所示，芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114可以相對于第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心126位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。圖4A是像素101的從光入射側(cè)看(在與襯底120垂直的方向上看像素101)的平面圖(XY平面圖)。圖4B是像素1I的沿圖4A中所示的IVB-1VB線截取的截面圖。芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114是指芯體111的出射面IllE的在Z方向上看的平面圖形狀的在第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的最末端處的點(在圖4A中X坐標(biāo)最大的點)。第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心126是指在襯底120的表面處的第二光電轉(zhuǎn)換部122的在Z方向上看的平面圖形狀的質(zhì)心。
[0074]圖5例示了波導(dǎo)110的偏移量(由曲線圖的橫軸表示)與靈敏度比值(由曲線圖的縱軸表示)之間的關(guān)系，其中靈敏度比值=(第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度)/(第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度)。圖5中所繪的點劃線表示芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114與第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心126重合的情況。因此，在點劃線右側(cè)的區(qū)域?qū)?yīng)于其中端部114相對于中心126在-X側(cè)(第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè))的情況，其對應(yīng)于圖4A和4B中所示的位置關(guān)系。在點劃線左側(cè)的區(qū)域?qū)?yīng)于其中端部114相對于中心126在+X側(cè)的情況。從圖5中可見，如果端部114相對于中心126在+X側(cè)，則靈敏度比值高于50%，這意味著在第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122之間基本上不存在靈敏度差異。因此，芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114可以相對于第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心126位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。
[0075]從靈敏度的角度相關(guān)性來看波導(dǎo)的偏移量
[0076]如圖6A和6B中所示，芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114可以相對于勢皇區(qū)123與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的邊界127位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。這種配置可以進一步減少第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性。
[0077]另外，芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114可以相對于勢皇區(qū)123與第一光電轉(zhuǎn)換部121之間的邊界位于第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(+X側(cè))。如果芯體111的出射面I IlE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114相對于勢皇區(qū)123與第一光電轉(zhuǎn)換部121之間的邊界位于-X側(cè)，則從波導(dǎo)110射出的基本上所有光線都進入第一光電轉(zhuǎn)換部121。因此，第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度變得過低。結(jié)果，由第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取的圖像的質(zhì)量可能劣化。
[0078]S卩，芯體111的出射面11IE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114的最佳位置是相對于勢皇區(qū)123與第一光電轉(zhuǎn)換部121之間的邊界在第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)并且相對于勢皇區(qū)123與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的邊界127在第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的位置。
[0079]圖6A是像素101的從光入射側(cè)看到(在與襯底120垂直的方向上看像素101)的平面圖(XY平面圖)。圖6B是像素101的沿圖6A中所示的VIB-VIB線截取的截面圖。勢皇區(qū)123與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的邊界127是指第二光電轉(zhuǎn)換部122的在Z方向上看的平面圖形狀的在襯底120的表面并且在第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的最末端的點(在圖6A和6B中X坐標(biāo)最小的點)。
[0080]圖7A至7D是例示了在波導(dǎo)110具有不同偏移量的情況下第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖。偏移量按圖7A至7D的次序減小。圖7A和7B各自對應(yīng)于圖6A和6B中所示的布置，其中端部114相對于邊界127位于-X側(cè)，即，第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。圖7C和7D各自對應(yīng)于圖4A和4B中所示的布置，其中端部114相對于邊界127位于+X側(cè)，S卩，第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。
[0081]從圖7A至7D中可見，光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的角度相關(guān)性在對應(yīng)于圖7A和圖7B的布置中比在對應(yīng)于圖7C和7D的布置中低。即，如果如圖6A和6B中所示，端部114相對于邊界127位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(-X側(cè))，則可以進一步降低第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性。
[0082]在圖6A和6B所示的配置中第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的更低角度相關(guān)性的原因如下。
[0083]圖8A是示意地例示了在端部114相對于邊界127位于第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(+X側(cè))的情況下光線如何傳播的圖。如圖8A中所示，在角度范圍140內(nèi)在-Z方向上并朝+X側(cè)行進(SP，以角度+Θ入射在像素101上)的光線141選擇性地與多個特定波導(dǎo)模式142耦合，并從波導(dǎo)110出射到第二光電轉(zhuǎn)換部122中。進入第二光電轉(zhuǎn)換部122的光線被轉(zhuǎn)換為電子。通過第二光電轉(zhuǎn)換部122的強漂移場的效應(yīng)，大部分電子累積在第二光電轉(zhuǎn)換部122中。因此，第二光電轉(zhuǎn)換部122對于以特定角度(在圖7A至7D中的角度范圍140內(nèi))入射在像素101上的光線141的靈敏度增大，從而導(dǎo)致角度相關(guān)性。
[0084]圖SB例示了在端部114相對于邊界127位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(-X側(cè))的情況下以角度+Θ入射在像素101上的光線141如何傳播。在該情況下，與圖8A中所示的情況相同，以角度+Θ入射在像素101上的光線141選擇性地與多個特定波導(dǎo)模式142耦合，并且這樣與波導(dǎo)模式142耦合的光線從波導(dǎo)110出射。然而，在該情況下，從波導(dǎo)110出射的光線不進入第二光電轉(zhuǎn)換部122，而是進入勢皇區(qū)123。進入勢皇區(qū)123的光線在勢皇區(qū)123中被轉(zhuǎn)換為光電子。光電子在襯底120中擴散，并累積在光電轉(zhuǎn)換部121和122的任一個中。因此，光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性低于圖8Α中所示的情況。
[0085]S卩，可以進一步使得第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性在端部114相對于邊界127位于-X側(cè)的情況下比在端部114相對于邊界127位于+X側(cè)的情況下低。
[0086]從圖7C和7D中所示的情況與圖17C中所示的情況之間的比較可見，即使端部114相對于邊界127位于第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性仍低于在現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中觀測到的靈敏度的角度相關(guān)性。這是因為，相比于通過微透鏡會聚光的情況，已經(jīng)與多個特定波導(dǎo)模式142耦合的光線在波導(dǎo)110的出射面111E仍表現(xiàn)出更均勻的光強度分布。
[0087]補充說明
[0088]第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122的面積可以不同(如圖2Α至2C中所示)，或者可以相同。即使光電轉(zhuǎn)換部121和122具有相同的開口面積，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122仍可具有不同的靈敏度水平，只要芯體111的出射面IllE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124偏移。
[0089]如果第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122在XY平面中在相對于X軸成角度β(β>0°)的方向上并排布置，則芯體111的出射面IllE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124沿著襯底120的表面在相對于X軸成角度β的方向上偏移。
[0090]保護層和角度相關(guān)性
[0091]現(xiàn)在將描述保護層116的厚度。
[0092]圖9Α至9D是例示了在芯體111的出射面IllE與襯底120的表面之間的光程L具有不同值，即保護層116具有不同的厚度t的情況下，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性的曲線圖。光程L是指保護層116的折射率η乘以實際距離t，其表示為L = n*t。如果保護層116包括多個不同的層，則光程L是各個層的實際距離乘以該層的折射率的值的總和。
[0093]光程L按圖9A至9D的次序增大。
[0094]圖9A和9B例示了L/λ分別為0.5和1.5的情況。值L/λ是通過將光程L除以第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122能感測的光的中心波長λ而獲得的。圖9C和9D例示了L/λ分別為2.6和3.8的情況。從圖9Α至9D可見，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性在圖9Α和9Β中所示的情況下比在圖9C和9D中的情況下低，尤其是在角度范圍140內(nèi)。
[0095]S卩，芯體111的出射面IllE與襯底120的光入射側(cè)表面之間的距離可以是短的。具體地，可以將芯體111的出射面IllE與襯底120的表面之間的光程L設(shè)置為光電轉(zhuǎn)換部121和122能感測的光的波長的兩倍或更短。這里，光能被光電轉(zhuǎn)換部121和122感測的情況是指入射在像素101上的光的5%或更多被光電轉(zhuǎn)換部121和122的組合吸收的情況。
[0096]上述的原因如下。如上所述，以角度范圍140內(nèi)的角度入射在像素101上的光線選擇性地與多個特定波導(dǎo)模式142耦合。然后，光線從芯體111的出射面IllE出射并在保護層116中與特定傳播模式耦合。因此，如果芯體111的出射面11IE與襯底120的表面之間的距離長，則從芯體111的出射面11IE出射的光線在到達襯底120的表面之前在保護層116內(nèi)傳播。以這種方式傳播的光線的一部分進入第二光電轉(zhuǎn)換部122并被轉(zhuǎn)換為電荷。這種電荷中的大部分累積在第二光電轉(zhuǎn)換部122中。因此，第二光電轉(zhuǎn)換部122對于以特定角度入射在像素101上的光線的靈敏度增大，從而導(dǎo)致靈敏度的角度相關(guān)性。
[0097]比較圖9C、9D與圖17C，即使波導(dǎo)110的出射面IllE與襯底120之間的光程L長于光電轉(zhuǎn)換部121和122能感測的光的波長的兩倍，靈敏度的角度相關(guān)性仍低于現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中觀測到的靈敏度的角度相關(guān)性。這是因為，如上所述，與多個特定波導(dǎo)模式142耦合的光在波導(dǎo)110的出射面11IE處的強度分布也比通過微透鏡會聚的光的強度分布更均勻。
[0098]在芯體111的出射面11IE正下方的區(qū)域中的保護層116的折射率分布在襯底120的面內(nèi)方向上(在XY平面內(nèi))可以是均勻的。如果保護層116的折射率在面內(nèi)方向上變化，則從波導(dǎo)110出射的具有基本上均勻的分布的光線的傳播模式在該光線到達襯底120的表面之前因XY方向上的折射率變化而改變。結(jié)果，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性增大。折射率分布均勻的狀態(tài)是指折射率分布的標(biāo)準(zhǔn)差為
0.1或更小的狀態(tài)。
[0099]保護層116的折射率分布是通過在連接第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122各自的質(zhì)心的線上的5個或更多個點(包括勢皇區(qū)123上的點和第一光電轉(zhuǎn)換部121上的點)處測量在芯體111的出射面IllE正下方的區(qū)域中的保護層116的折射率而獲得的。測量點在厚度方向上都與襯底120的表面相距相同的距離。具體地，如果保護層116包括多個層，則在一個層內(nèi)測量折射率。
[0100]可以用干涉儀、橢率儀(ellipsometer)等來測量折射率?？商娲?，可以首先通過傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)、x射線衍射法、質(zhì)量分析等來分析保護層116的材料組成，然后可以將結(jié)果轉(zhuǎn)換為折射率。
[0101]波導(dǎo)的形狀和位置
[0102]根據(jù)本發(fā)明的一般實施例的波導(dǎo)110的形狀不限于圖2A和2B中所示的形狀，只要芯體111的出射面IllE的中心113相對于在襯底120的表面處的勢皇區(qū)123的中心124朝第一光電轉(zhuǎn)換部偵U(_X偵U)偏移即可。例如，如圖1OA中所示，在與襯底120的表面垂直的方向(Z方向)看時，芯體111的入射面的中心115可以與芯體111的出射面11IE的中心113重合?？商娲兀鐖D1OB中所示，在襯底120的面內(nèi)方向(XY方向)上，芯體111的入射面的中心115可以相對于芯體111的出射面IllE的中心113位于第二光電轉(zhuǎn)換部偵叭+X方向)。另外，如圖1OC中所示，波導(dǎo)110的芯體111的一部分可以在相鄰的像素101上延伸。注意，為避免相鄰的像素101之間的串?dāng)_的出現(xiàn)，可以防止芯體111的出射面IllE的第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部位于相鄰的像素101上。芯體111的出射面IllE的第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部是指芯體111的出射面IllE的在Z方向上看的平面圖形狀的在第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)的最末端處的點(在圖1OA至1C中X坐標(biāo)最小的點)。
[0103]另外，與“芯體111的出射面IllE的中心113”相同，“芯體111的入射面的中心115”是指芯體111的入射面的在Z方向上看的平面圖形狀的質(zhì)心。
[0104]圖1OA中所示的結(jié)構(gòu)可以相對容易地制造。在如圖1OB或1C中所示的結(jié)構(gòu)中，更容易使芯體111的出射面IllE的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部114相對于勢皇區(qū)123與第二光電轉(zhuǎn)換部122之間的邊界位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(-X側(cè))。通過在設(shè)置具有不同厚度的犧牲層之后執(zhí)行蝕刻或者通過在設(shè)置不同尺寸的開口的同時執(zhí)行多級蝕刻，可以形成圖1OB中所示的波導(dǎo)110.
[0105]芯體111的平面圖形狀不限于圖2A中所示的圓形，并且可以是橢圓形或多邊形。多邊形的棱角可以在制造過程中變圓。
[0106]微透鏡
[0107]微透鏡可以設(shè)在相對于波導(dǎo)110的光入射側(cè)。如果設(shè)置了微透鏡，則入射在像素101上的光可以被有效地引導(dǎo)至波導(dǎo)110。注意，如果設(shè)置了微透鏡，則光電轉(zhuǎn)換部121和122之間的區(qū)域的靈敏度的角度相關(guān)性增大。因此，從減小角度相關(guān)性的角度，微透鏡不是必要的。然而，即使設(shè)置了微透鏡，因為以下原因，光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的角度相關(guān)性仍低于現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中觀測到的角度相關(guān)性。
[0108]如果如在現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中那樣在微透鏡與光電轉(zhuǎn)換部之間不設(shè)置波導(dǎo)，則微透鏡的聚集效應(yīng)直接影響光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度的角度相關(guān)性。相比之下，如果在微透鏡與光電轉(zhuǎn)換部之間設(shè)置波導(dǎo)，則通過微透鏡傳輸?shù)墓馊肷湓诓▽?dǎo)的入射面上。這樣入射在波導(dǎo)的入射面上的光在與多個波導(dǎo)模式耦合的同時在波導(dǎo)中傳播，并且朝光電轉(zhuǎn)換部射出。因此，光強度分布在波導(dǎo)的出射面比在波導(dǎo)的入射面更均勻。即，相比于其中入射在像素上的光在僅通過微透鏡傳輸?shù)耐瑫r會聚在光電轉(zhuǎn)換部上的現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的情況，可以使光強度分布更加均勻。因此，根據(jù)本發(fā)明的一般實施例，即使在相對于波導(dǎo)110的光入射側(cè)設(shè)置微透鏡，仍可以使光電轉(zhuǎn)換部121和122的角度相關(guān)性比在現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器中觀測到的角度相關(guān)性低。
[0109]圖11A例示了在像素1I的最上表面上設(shè)有微透鏡117的示例性情況。圖11B例示了在波導(dǎo)110與在像素101的最上表面之間設(shè)有微透鏡117的示例性情況。在該情況下，微透鏡117由與芯體111相同的材料制成。圖1lC例示了分別在像素101的最上表面上以及在像素1I的最上表面與波導(dǎo)110之間設(shè)有微透鏡117-1和117-2的示例性情況。每個微透鏡117可以由諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或BPSG之類的無機材料、或者諸如聚合物或樹脂之類的有機材料制成。
[0110]在不同方向上具有不同折光力水平的微透鏡
[0111]如圖12A至12D中所示，如果使用在X和Y方向上具有不同的折光力水平的微透鏡117，則在減小靈敏度比值的角度相關(guān)性的同時，可以增大光電轉(zhuǎn)換部121和122的靈敏度。圖12A例示了像素1I在XY平面的概略布局(在與襯底120垂直的方向上看到的像素1I的布局)。圖12B至12D各自在左側(cè)包括沿圖12A中所示的A-A線截取的X-Z截面圖，在右側(cè)包括沿圖12A中所示的B-B線截取的Y-Z截面圖。
[0112]如果在使第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心與第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心相互連接的線延伸的第一方向上(沿線A-A)，微透鏡117的折光力高，則在波導(dǎo)110的入射面處的第一方向上的光強度分布極大地取決于像素101上的光在第一方向上的入射角。隨著在波導(dǎo)110的入射面處的第一方向上的光強度分布變得更加不均勻，從波導(dǎo)110出射的光的第一方向上的強度分布也變得更加不均勻。因此，進入各光電轉(zhuǎn)換部121和122的光量之間的比值改變。因此，如果微透鏡在第一方向上的折光力高，則光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個在第一方向上的角度相關(guān)性高。
[0113]相比之下，在襯底120的表面(XY平面)處微透鏡117在與第一方向垂直的第二方向(沿線B-B)上的折光力僅影響從波導(dǎo)110出射的光的第二方向上的強度分布。第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122并排設(shè)置在第一方向上。因此，即使第二方向上的強度分布不均勻，進入各光電轉(zhuǎn)換部121和122的光量之間的比值的變化仍小。
[0114]鑒于上述，考慮到光電轉(zhuǎn)換部121和122的靈敏度，微透鏡117的對靈敏度的角度相關(guān)性影響大的X方向上的折光力可以減小，而微透鏡117的對靈敏度的角度相關(guān)性影響小的Y方向上的折光力可以增大。即，在XY平面內(nèi)，微透鏡117在使第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心和第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心相互連接的線的第一方向上比在與第一方向垂直的第二方向上可以具有更低的折光力。特別地，如果微透鏡117的第二方向上的焦點被限定在芯體111的入射面附近，則光電轉(zhuǎn)換部121和122的靈敏度最大。
[0115]在圖12A至12D所示的每種情況下，微透鏡117的第一方向?qū)?yīng)于X方向，而微透鏡117的第二方向?qū)?yīng)于Y方向。圖12B例示了微透鏡117的光入射面在XZ截面的曲率半徑大于在YZ截面的曲率半徑的情況。圖12C例示了 X方向上的折光力為零的情況，S卩，軸在X方向上延伸的柱形透鏡的情況。圖12D例示了具有多個微觀結(jié)構(gòu)的數(shù)字透鏡118的情況，所述微觀結(jié)構(gòu)各自具有約為波長的1/10或更小的尺寸并被布置為使得X方向上的折光力低于Y方向上的折光力，由此X方向和Y方向上的折射率分布被相互獨立地控制。
[0116]以上描述都涉及前側(cè)照射的固態(tài)圖像傳感器，其中布線125設(shè)在襯底120的與波導(dǎo)110相同的一側(cè)。可替代地，固態(tài)圖像傳感器可以是背側(cè)照射類型，其中布線125設(shè)在襯底120的與波導(dǎo)110對面的另一側(cè)。如果本發(fā)明應(yīng)用于背側(cè)照射的固態(tài)圖像傳感器，則可以相互獨立地確定波導(dǎo)110的布局和布線125的布局。因此，簡化了制造過程。特別地，如果如圖1OC中所示，波導(dǎo)110的一部分在相鄰的像素101上延伸，則固態(tài)圖像傳感器可以是背側(cè)照射型，因為前側(cè)照射類型中的布線125的布局的靈活性受波導(dǎo)110的存在的限制。
[0117]像素區(qū)域中的像素的布置
[0118]在固態(tài)圖像傳感器100的像素區(qū)域103中設(shè)有多個像素101的情況下，單個像素101中的第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122的布置可以對于所述多個像素101都相同，或者在不同像素101之間有所不同。
[0119]注意，如果如圖1OC中所示，波導(dǎo)110的一部分在相鄰的像素101上延伸，則可以采用圖13A或13B中所示的布置，因為相鄰的像素101的波導(dǎo)110的芯體111被防止相互干涉。
[0120]圖13A例示了對于所有像素101，單個像素101中的從第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心朝第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心的方向均為+X方向的情況。圖13B例示了在與連接第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心和第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心的線正交的方向上彼此相鄰的像素101之間，單個像素1I中的從第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心朝第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心的方向相反的情況。在圖13A和13B中，每個像素101的第一方向?qū)τ谒邢袼?01都相同，因此第二方向?qū)τ趦蓚€相鄰的像素101也相同。
[0121]單個像素101中的從第一光電轉(zhuǎn)換部121的中心朝第二光電轉(zhuǎn)換部122的中心的方向在不同的像素101之間可以不同。即，該方向在一些像素101中可以是X方向，在一些像素101中可以是Y方向，而在另一些像素101中可以是相對于X方向傾斜的方向。
[0122]第一實施例
[0123]現(xiàn)在將參考圖1和圖2A至2C描述本發(fā)明的第一實施例。在第一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器被用于通過獲取高靈敏度信號和低靈敏度信號并將這兩種信號組合在一起來形成具有寬動態(tài)范圍的圖像。
[0124]在第一實施例中，由接收光的較大部分的第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取高靈敏度信號，并由接收光的較小部分的第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取低靈敏度信號。通過接收通過布線125從周邊電路104傳輸?shù)母鱾€信號并以暴露于光中達相同時間段的方式來驅(qū)動光電轉(zhuǎn)換部121和 122。
[0125]由各個光電轉(zhuǎn)換部121和122獲取的信號通過布線125被傳送到周邊電路104并從周邊電路104輸出到外部設(shè)備。由光電轉(zhuǎn)換部121和122獲取的信號可以按原樣從周邊電路104輸出?？商娲?，如果入射在像素101上的光量小于閾值，則可以輸出高靈敏度信號，而如果入射在像素101上的光量大于或等于閾值，則可以輸出低靈敏度信號。閾值被設(shè)為這樣的值:該值小于與高靈敏度信號飽和時的信號強度對應(yīng)的值，并大于與低靈敏度信號表現(xiàn)出期望的信噪(SN)比時的信號強度對應(yīng)的值。
[0126]現(xiàn)在將描述通過使用高靈敏度信號和低靈敏度信號來加寬動態(tài)范圍的方法。圖14A至14C是例示了高靈敏度信號1031和低靈敏度信號1032中的每一個的強度對于每單位時間入射在像素101上的光量的相關(guān)性的曲線圖。如圖14A中所示，如果高靈敏度信號1031的強度低于或等于第一閾值1051，則使用高靈敏度信號1031。如果低靈敏度信號1032的強度高于或等于第二閾值1052，則使用低靈敏度信號1032。通過兩個信號1031和1032的組合，獲得具有寬動態(tài)范圍的圖像。
[0127]第一閾值1051被設(shè)為比高靈敏度信號1031飽和時的信號強度低的信號強度。第二閾值1052被設(shè)為低靈敏度信號1032的信噪比超過期望值時的信號強度。因此，當(dāng)?shù)挽`敏度信號1032的強度等于第二閾值1052時入射在像素101上的光量1062需要小于當(dāng)高靈敏度信號1031的強度等于第一閾值1051時入射在像素1I上的光量1061。
[0128]這里，讓我們考慮圖17A至17C中所示的現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的情況。從圖17C中可見，光電轉(zhuǎn)換部1021和1022之間的靈敏度比值的角度相關(guān)性在角度范圍1040中尤其高。因此，光電轉(zhuǎn)換部1021和1022之間的靈敏度比值隨著所使用的圖像拾取透鏡和光圈的狀態(tài)而變化。結(jié)果，圖像質(zhì)量可能劣化，或者動態(tài)范圍可能變窄。這種狀況的機制如下。
[0129]圖14B例示了因為所使用的圖像拾取透鏡具有大f數(shù)或者光圈的尺寸減小，所以第一光電轉(zhuǎn)換部1021與第二光電轉(zhuǎn)換部1022之間的靈敏度比值高的情況。該情況對應(yīng)于例如在圖17C中所指示的角度范圍1041內(nèi)的角度的光入射在像素101上的情況。
[0130]在這種情況下，當(dāng)?shù)挽`敏度信號1032的強度等于第二閾值1052時入射在像素101上的光量1062大于當(dāng)高靈敏度信號1031的強度等于第一閾值1051時入射在像素101上的光量1061。因此，如果入射在像素101上的光量在范圍1063內(nèi)，則在低靈敏度信號1032具有不足的信噪比時，高靈敏度信號1031是飽和的。因此，在與高靈敏度信號1031和低靈敏度信號1032之間的切換點對應(yīng)的范圍1063內(nèi)，所合成的圖像的質(zhì)量可能劣化。當(dāng)入射在光電轉(zhuǎn)換部上的光量超過如下水平時，信號飽和:在該水平，累積在光電轉(zhuǎn)換部中的電荷量達到最大值。
[0131]現(xiàn)在，讓我們考慮第一光電轉(zhuǎn)換部1021和第二光電轉(zhuǎn)換部1022之間的靈敏度比值低的情況。圖14C例示了因為所使用的透鏡具有小f數(shù)或者光圈完全打開，所以第一光電轉(zhuǎn)換部1021與第二光電轉(zhuǎn)換部1022之間的靈敏度比值低的情況。該情況對應(yīng)于例如在圖17C中所指示的角度范圍1042內(nèi)的光入射在像素101上的情況。在這種情況下，用于在第一光電轉(zhuǎn)換部1021中獲取期望的信噪比所需的光量大于在圖14A中所示的情況。另外，第二光電轉(zhuǎn)換部1022以比圖14A中所示的情況小的光量達到飽和。結(jié)果，所合成的圖像的動態(tài)范圍窄了其中高靈敏度信號1031的強度低于第二閾值1052的范圍1064和其中低靈敏度信號1032飽和的另一個范圍1064。
[0132]如上所述，如果光電轉(zhuǎn)換部1021和1022之間的靈敏度比值的角度相關(guān)性高，則取決于被用于對固態(tài)圖像傳感器施加光的透鏡和光圈的狀態(tài)，所得到的圖像的質(zhì)量在兩個信號之間的切換點處可能劣化或者動態(tài)范圍可能變窄。相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)圖像傳感器100中，具有不同靈敏度水平的光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性低，典型地如圖3中所示。因此，除了上面提到的離焦圖像(defocusedimage)的變形減少，還獲取了具有高于或等于期望水平的信噪比以及寬動態(tài)范圍的圖像。
[0133]基于要合成的圖像所需要的動態(tài)范圍或信噪比，確定光電轉(zhuǎn)換部121和122之間的需要的靈敏度比值。在第一實施例中，可以基于要合成的圖像所需的動態(tài)范圍或信噪比來確定芯體111的出射面11IE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124的偏移量。
[0134]為了通過組合兩個信號來加寬動態(tài)范圍，需要滿足下面的關(guān)系:
[0135]C1/SDC2/S2 (表達式 I)
[0136]其中SI和Cl分別表示獲取高靈敏度信號的第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度和容量，S2和C2分別表示獲取低靈敏度信號的第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度和容量。
[0137]其原因如下。如果C1/S1SC2/S2，則通過小于或等于使獲取低靈敏度信號的第二光電轉(zhuǎn)換部122飽和的光量的光量，獲取高靈敏度信號的第一光電轉(zhuǎn)換部121飽和。另外，C1/S1可以是C2/S2的兩倍或更大。注意，C1/S1和C2/S2分別是在光電轉(zhuǎn)換部121和122的對應(yīng)的一個中可以累積為電荷的最大光量。
[0138]如上所述，第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度SI與第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度S2之間的比值能夠隨著芯體111的出射面IllE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124的偏移量而改變。
[0139]為了增大光電轉(zhuǎn)換部121或122的容量Cl或C2，可以增大光電轉(zhuǎn)換部121或122的體積或者用于形成光電轉(zhuǎn)換部121或122的摻雜物的濃度。為了增大光電轉(zhuǎn)換部121或122的體積，可以通過增大離子注入的面積來加寬光電轉(zhuǎn)換部121或122的開口，或者可以通過將離子注入到襯底120深處來增大光電轉(zhuǎn)換部121或122的深度。注意，如果光電轉(zhuǎn)換部121和122具有相同的深度和相同的摻雜物濃度，則可以在相同的離子注入條件下形成光電轉(zhuǎn)換部121和122，由此簡化制造過程。
[0140]即使第一光電轉(zhuǎn)換部121的曝光時間與第二光電轉(zhuǎn)換部122的曝光時間不相同，仍可以獲得寬動態(tài)范圍的圖像，只要可以累積在各個光電轉(zhuǎn)換部121和122中的電荷量不同即可。然而，如果第一光電轉(zhuǎn)換部121的曝光時間與第二光電轉(zhuǎn)換部122的曝光時間不同，則光電轉(zhuǎn)換部121和122特別地造成對象的不同水平的運動模糊。以這種方式合成的圖像可能顯得不自然。因此，期望的是第一光電轉(zhuǎn)換部121的曝光時間與第二光電轉(zhuǎn)換部122的曝光時間相同。
[0141]像素101可以包括具有不同靈敏度水平的三個或更多個光電轉(zhuǎn)換部。如果對由具有不同靈敏度水平的三個或更多個光電轉(zhuǎn)換部獲取的像素信號進行組合，則可以進一步加寬要合成的圖像的動態(tài)范圍。
[0142]第二實施例
[0143]現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二實施例。在第二實施例中，使用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器，使得對具有不同靈敏度水平的多個光電轉(zhuǎn)換部驅(qū)動不同的曝光時間段，由此同時獲取以低靈敏度和長曝光時間拍攝的圖像和以高靈敏度和短曝光時間拍攝的圖像。
[0144]通常，拍攝平滑的運動圖像所需的曝光時間經(jīng)常變得長于拍攝靜止圖像所需的曝光時間。下文中，以低靈敏度和長曝光時間拍攝的圖像被認(rèn)為是運動圖像，以高靈敏度和短曝光時間拍攝的圖像被認(rèn)為是靜止圖像。如果用于靜止圖像的曝光時間長于用于運動圖像的曝光時間，則分別用于獲取運動圖像和靜止圖像的光電轉(zhuǎn)換部僅需要相互交換。
[0145]第二實施例與第一實施例的不同之處在于:第一光電轉(zhuǎn)換部121的曝光時間短于第二光電轉(zhuǎn)換部122的曝光時間。第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取靜止圖像信號，而第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取運動圖像信號。這樣獲取的信號被從周邊電路104輸出并且分別被用于形成靜止圖像和運動圖像。
[0146]讓我們考慮圖17A至17C中所示的現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的情況。從圖17C中可見，光電轉(zhuǎn)換部1021和1022之間的靈敏度比值的角度相關(guān)性在角度范圍1040中尤其高。因此，光電轉(zhuǎn)換部1021和1022中的每一個的靈敏度因所使用的透鏡和光圈的狀態(tài)而改變。因此，所得到的靜止圖像和所得到的運動圖像的質(zhì)量可能劣化。
[0147]例如，如果所使用的透鏡具有大f數(shù)或者光圈的尺寸減小，則進入像素1001的光的入射角在圖17C中所示的角度范圍1041內(nèi)。在角度范圍1041中，第一光電轉(zhuǎn)換部1021的靈敏度高，而第二光電轉(zhuǎn)換部1022的靈敏度低。結(jié)果，第一光電轉(zhuǎn)換部1021容易飽和，并且在所得到的靜止圖像中容易出現(xiàn)曝光過度。另外，第二光電轉(zhuǎn)換部1022的靈敏度的不足容易導(dǎo)致所得到的運動圖像中的曝光不足。
[0148]例如，如果所使用的透鏡具有小f數(shù)或者光圈完全打開，則進入像素1001的光的入射角在圖17C中所示的角度范圍1040內(nèi)。在角度范圍1040中，第一光電轉(zhuǎn)換部1021的靈敏度低，而第二光電轉(zhuǎn)換部1022的靈敏度高。結(jié)果，第一光電轉(zhuǎn)換部1021的靈敏度變得不足，并且在所得到的靜止圖像中容易出曝光不足。另外，第二光電轉(zhuǎn)換部1022容易飽和，并且在所得到的運動圖像中容易出現(xiàn)曝光過度。
[0149]如上所述，如果每個光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度的角度相關(guān)性高，則取決于所使用的透鏡和光圈的狀態(tài)，所得到的靜止圖像和所得到的運動圖像的質(zhì)量可能劣化。
[0150]相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)圖像傳感器100中，具有不同靈敏度水平的光電轉(zhuǎn)換部121和122中的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性低，典型地如圖3中所示。因此，除了上面提到的離焦圖像的變形減少，還可以同時獲取高質(zhì)量的運動圖像和靜止圖像，而不管所使用的透鏡和光圈的狀態(tài)如何。
[0151]利用根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器100，可以分別根據(jù)由第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取的靜止圖像信號和由第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取的運動圖像信號形成不同的圖像，即靜止圖像和運動圖像。因此，可以以盡可能相互接近的各個強度水平和盡可能相互接近的各個動態(tài)范圍來生成靜止圖像信號和運動圖像信號。
[0152]因此，還可以滿足下面的關(guān)系式:
[0153]S1XT1 = S2XT2 (表達式 2)
[0154]C1/(S1XT1)=C2/(S2XT2)(表達式 3)
[0155]其中S1、C1和Tl分別表示獲取靜止圖像信號的第一光電轉(zhuǎn)換部121的靈敏度、容量和曝光時間，S2、C2和T2分別表示獲取運動圖像信號的第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度、容量和曝光時間。
[0156]表達式2限定了關(guān)于信號強度的條件。表達式3限定了關(guān)于動態(tài)范圍的條件。
[0157]如上所述，通過改變波導(dǎo)110的偏移量能夠控制SI和S2之間的比值。從表達式2可見，在第二實施例中，可以通過估計要使用的用于靜止圖像和運動圖像中的每一個的曝光時間來確定SI和S2之間的比值。例如，如果用于運動圖像的曝光時間是1/60秒并且用于靜止圖像的曝光時間是I /600秒，則像素1I被配置為使得SI是S2的1倍。
[0158]為了同時滿足表達式2和3，第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量Cl和第二光電轉(zhuǎn)換部122的容量C2可以相同。這里，“相同”意味著在制造過程中由于容差的誤差是準(zhǔn)許的。具體地，如果第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量Cl與第二光電轉(zhuǎn)換部122的容量C2之差小于第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量Cl的1 %，則容量Cl與C2被認(rèn)為是相同的。
[0159]如上所述，通過光電轉(zhuǎn)換部的體積和用于形成光電轉(zhuǎn)換部的摻雜物的濃度來確定光電轉(zhuǎn)換部的容量。圖15A和15B例示了如下不同情況:在每種情況中，第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量與第二光電轉(zhuǎn)換部122的容量相同。圖15A和15B各自在左側(cè)包括像素101的XY平面圖(在與襯底120垂直的方向上看的像素101的平面圖)，其中該XY平面圖例示了在Z方向上看的襯底120的表面處的布局，以及在右側(cè)包括像素101的沿XY平面圖中所示的A-A線截取的XZ截面圖。在任何一種情況中，芯體111的出射面11IE的中心113相對于勢皇區(qū)123的中心124朝第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)(-X側(cè))偏移。
[0160]在圖15A所示的情況中，第一光電轉(zhuǎn)換部121的X方向上的長度長于第二光電轉(zhuǎn)換部122的X方向上的長度，并且第一光電轉(zhuǎn)換部121的Z方向上的深度大于第二光電轉(zhuǎn)換部122的Z方向上的深度。在圖15B所示的情況中，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122具有相同的X方向上的長度、相同的Z方向上的深度和相同的摻雜物濃度。如果光電轉(zhuǎn)換部121和122具有相同的深度和相同的摻雜物濃度，則可以在相同的離子注入條件下形成光電轉(zhuǎn)換部121和122，由此簡化制造過程。這里，就制造過程而言，圖15B中所示的配置是更優(yōu)的。
[0161]像素101可以包括三個或更多光電轉(zhuǎn)換部。如果曝光時間在三個或更多光電轉(zhuǎn)換部間變化，并且同時獲取基于分別不同的曝光時間段的三個或更多圖像，則可以獲取具有不同模糊水平的多個圖像。另外，可以根據(jù)所設(shè)置的快門速度來選擇要使用的光電轉(zhuǎn)換部。根據(jù)表達式2和3，光電轉(zhuǎn)換部的合適的特性隨著所設(shè)置的快門速度而變化。因此，如果所述三個或更多光電轉(zhuǎn)換部中的兩個被選擇，則可以同時獲取強度水平相近且動態(tài)范圍相近的靜止圖像信號和運動圖像信號。
[0162]由暴露于光中達相同時間段的多個光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號可被用于獲取具有寬動態(tài)范圍的圖像，而由暴露于光中達不同時間段的多個光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號可被用于同時獲取靜止圖像和運動圖像。
[0163]第三實施例
[0164]圖16是例示了包含根據(jù)本發(fā)明的任一實施例的固態(tài)圖像傳感器100的圖像拾取裝置190的示意圖。圖像拾取裝置190包括:殼體197，其具有與圖像拾取透鏡191附接的透鏡附接部196;固態(tài)圖像傳感器100;控制部198，其控制圖像拾取裝置190的操作；以及圖像拾取透鏡191，其把光從外部帶入殼體197中。圖像拾取透鏡191與殼體197的透鏡附接部196附接。圖像拾取裝置190的圖像拾取透鏡191是能夠從殼體197拆卸的，S卩，是能夠交換的，或者可以是不能交換的?？刂撇?98包括中央處理單元(CPU) 192、傳送電路193、信號處理單元194和設(shè)備驅(qū)動電路195。
[0165]CPU 192是控制傳送電路193、信號處理單元194和設(shè)備驅(qū)動電路195的電路。設(shè)備驅(qū)動電路195是這樣的電路:該電路根據(jù)來自CPU 192的信號來驅(qū)動固態(tài)圖像傳感器100，并且例如控制設(shè)在每個像素101中的各個光電轉(zhuǎn)換部121和122的曝光時間段以及對由光電轉(zhuǎn)換部121和122獲取的信號進行讀取的時序。傳送電路193存儲從固態(tài)圖像傳感器100讀取的信號并將信號傳送到信號處理單元194。信號處理單元194把通過傳送電路193獲取的信號處理為圖像。
[0166]圖像拾取裝置190可以選擇性地以動態(tài)范圍加寬模式或以運動圖像及靜止圖像同時獲取模式進行操作，在動態(tài)范圍加寬模式中，根據(jù)第一實施例來驅(qū)動固態(tài)圖像傳感器100，而在運動圖像及靜止圖像同時獲取模式中，根據(jù)第二實施例來驅(qū)動固態(tài)圖像傳感器100。模式是能夠由用戶通過操作單元(未示出)選擇的。CPU 192根據(jù)所選擇的模式來控制相關(guān)聯(lián)的電路。
[0167]如果選擇了動態(tài)范圍加寬模式，則激活固態(tài)圖像傳感器100，使得第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122暴露于光中達相同的時間段，并且使得具有更高靈敏度的第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取高靈敏度信號，而具有更低靈敏度的第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取低靈敏度信號。如果入射在像素101上的光量低于閾值，則使用高靈敏度信號。如果入射在像素101上的光量高于或等于閾值，則使用低靈敏度信號。通過這兩個信號的組合，形成具有寬動態(tài)范圍的圖像。
[0168]如果選擇了運動圖像及靜止圖像同時獲取模式，則激活固態(tài)圖像傳感器100，使得第一光電轉(zhuǎn)換部121的曝光時間短于第二光電轉(zhuǎn)換部122的曝光時間。如果出于例如對快速運動的對象進行拍攝的目的，相比于用于運動圖像，用于靜止圖像的曝光時間被設(shè)置為更短的值，則由具有較高靈敏度的第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取靜止圖像信號，由具有較低靈敏度的第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取運動圖像信號。如果出于例如有意增加運動模糊的目的，相比于用于運動圖像，用于靜止圖像的曝光時間被設(shè)置為更短的值，則由具有較高靈敏度的第一光電轉(zhuǎn)換部121獲取運動圖像信號，由具有較低靈敏度的第二光電轉(zhuǎn)換部122獲取靜止圖像信號。用于靜止圖像的曝光時間由用戶確定。用于運動圖像的曝光時間被設(shè)置為大約與固態(tài)圖像傳感器100的幀率對應(yīng)的值。因此，根據(jù)以上述方式獲取的靜止圖像信號和運動圖像信號可以同時形成靜止圖像和運動圖像。
[0169]圖像拾取裝置190的固態(tài)圖像傳感器100不限于僅基于第一實施例和第二實施例中的一個進行操作。例如，固態(tài)圖像傳感器100可以同時具有用于獲取具有寬動態(tài)范圍的圖像的模式和用于同時獲取運動圖像和靜止圖像的模式，使得根據(jù)要獲取的圖像來在兩個模式之間切換模式。在這種情況中，第一光電轉(zhuǎn)換部121和第二光電轉(zhuǎn)換部122的靈敏度水平和容量需要至少滿足表達式I。另外，還可以滿足表達式2和3。
[0170]如果滿足表達式2和3這兩者，則第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量和第二光電轉(zhuǎn)換部122的容量相同。因此，自然滿足表達式I。因此，在具有用于獲取具有寬動態(tài)范圍的模式和用于同時獲取運動圖像和靜止圖像的模式這兩者的固態(tài)圖像傳感器100中，第一光電轉(zhuǎn)換部121的容量和第二光電轉(zhuǎn)換部122的容量可以相同。
[0171]綜上，根據(jù)第三實施例的圖像拾取裝置能夠獲取具有寬動態(tài)范圍的優(yōu)秀圖像，并且還能夠同時獲取運動圖像和靜止圖像。
[0172]根據(jù)本發(fā)明的任一實施例，提供了固態(tài)圖像傳感器，在該固態(tài)圖像傳感器中，設(shè)在每個像素中且具有不同靈敏度水平的多個光電轉(zhuǎn)換部的每一個的靈敏度的角度相關(guān)性降低，并且取決于所使用的照相機透鏡和光圈的狀態(tài)而可能出現(xiàn)的圖像質(zhì)量劣化得到抑制。
[0173]雖然已經(jīng)參考示例實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋，以涵蓋所有這種修改和等同的結(jié)構(gòu)及功能。
【主權(quán)項】
1.一種固態(tài)圖像傳感器，其特征在于，包括: 設(shè)在像素區(qū)域中的像素， 所述像素中的每一個包括: 設(shè)在襯底中的第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部，第二光電轉(zhuǎn)換部具有比第一光電轉(zhuǎn)換部低的靈敏度； 勢皇區(qū)，設(shè)在第一光電轉(zhuǎn)換部與第二光電轉(zhuǎn)換部之間； 波導(dǎo)，設(shè)在襯底的光入射側(cè)并且包含芯體和包層；以及 保護層，設(shè)在波導(dǎo)與襯底之間， 其中，當(dāng)在與襯底垂直的方向上看襯底的表面時，在設(shè)在像素區(qū)域的中心部分的每個像素中，芯體的出射面的中心相對于在襯底的表面處的勢皇區(qū)的中心位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)，并且 其中，在芯體的出射面正下方的區(qū)域中的保護層的折射率分布的標(biāo)準(zhǔn)差在襯底的面內(nèi)方向上為0.1或更小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，當(dāng)在與襯底垂直的方向上看襯底的表面時，芯體的出射面的第二光電轉(zhuǎn)換部側(cè)端部相對于第二光電轉(zhuǎn)換部的中心位于第一光電轉(zhuǎn)換部側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，芯體的出射面與襯底的表面之間的光程最大為第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部能感測的光的中心波長的兩倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，當(dāng)在與襯底垂直的方向上看襯底的表面時，芯體的入射面的中心與芯體的出射面的中心重合。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，還包括設(shè)在相對于波導(dǎo)的入射面的光入射側(cè)的微透鏡。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，微透鏡的在第一光電轉(zhuǎn)換部的中心與第二光電轉(zhuǎn)換部的中心相互連接的線延伸的第一方向上的折光力低于微透鏡的在與襯底的表面平行的平面中垂直于第一方向的第二方向上的折光力。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，還包括傳輸由第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號的布線，所述布線被設(shè)在襯底的與設(shè)有波導(dǎo)的側(cè)相對的側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，勢皇區(qū)具有勢皇，所述勢皇的高度大于或等于除勢皇區(qū)以外的并且包圍第一光電轉(zhuǎn)換部和第二光電轉(zhuǎn)換部的區(qū)域的勢皇的高度。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，所述中心部分是與像素區(qū)域的中心相距像素區(qū)域的對角線長度的I / 4的距離內(nèi)的區(qū)域。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，在與在襯底的表面處第一光電轉(zhuǎn)換部的中心與第二光電轉(zhuǎn)換部的中心相互連接的線正交的方向上彼此相鄰的像素之間，單個像素中的從第一光電轉(zhuǎn)換部的中心朝第二光電轉(zhuǎn)換部的中心的方向相反。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，如果入射在像素上的光量小于預(yù)定閾值，則輸出由第一光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號，而如果入射在像素上的光量大于預(yù)定閾值，則輸出由第二光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號。12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，第一光電轉(zhuǎn)換部的曝光時間短于第二光電轉(zhuǎn)換部的曝光時間。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，滿足以下關(guān)系: S1XT1 = S2XT2，以及 C1/(S1XT1)=C2/(S2XT2)， 其中，S1、C1和Tl分別表示第一光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度、容量和曝光時間，S2、C2和T2分別表示第二光電轉(zhuǎn)換部的靈敏度、容量和曝光時間。14.一種圖像拾取裝置，其特征在于，包括: 設(shè)在殼體中的根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像拾取裝置，其中，如果入射在像素上的光量小于預(yù)定的閾值，則通過使用由第一光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號來形成圖像，而如果入射在像素上的光量大于所述閾值，則通過使用由第二光電轉(zhuǎn)換部獲取的信號來形成圖像。
【文檔編號】H04N5/341GK105872322SQ201610082966
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月6日
【發(fā)明人】沼田愛彥
【申請人】佳能株式會社