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CN105493285A - 固态成像器件及电子设备 - Google Patents

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CN105493285A CN201580001635.6A CN201580001635A CN105493285A CN 105493285 A CN105493285 A CN 105493285A CN 201580001635 A CN201580001635 A CN 201580001635A CN 105493285 A CN105493285 A CN 105493285A
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Abstract

本发明涉及能够实现精细像素中的相位差的高灵敏度检测的固态成像器件和电子设备。所述固态成像器件的多个像素共用片上透镜，且所述多个像素中的各像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。本发明能够应用于固态成像元件、诸如数码相机和数码摄像机等成像装置以及诸如设置有成像功能的便携式电话装置和设置有成像功能的音频播放器等各种类型的电子设备等。

Description

固态成像器件及电子设备
技术领域
本发明涉及固态成像器件和电子设备，并且更具体地，涉及即使在精细像素中也能够以高灵敏度进行相位差检测的固态成像器件以及电子设备。
背景技术
在固态成像器件中，相位差像素被设置为以矩阵的形式二维地布置的一些像素，且通过已知的成像表面相位差技术来进行焦点检测。
每个相位差像素的右半部分或左半部分覆盖有遮光膜，且成像表面相位差技术是检测在右半部分处接收光的相位差像素与在左半部分处接收光的相位差像素之间的在成像表面上的相位差的技术(例如参见专利文件1)。
在此情况下，相位差像素的灵敏度由于开口率的减小而严重降低。因此，作为用于产生图像的像素的相位差像素变成有缺陷的像素，并无法对作为图像的信号做出贡献。因此，由于有缺陷的像素的影响而引起了图像分辨率退化和伪色生成。具体地，在作为1.5μm或更小的精细像素的相位差像素中，开口尺寸被减小至波长λ的1/2。由于波导的截止频率的原理，入射光的长波长侧被截止，且灵敏度严重降低(截止条件为λ≥2a，这里“a”表示开口尺寸)。这意味着灵敏度的快速下降伴随有对焦精度的劣化，尤其是在黑暗处。
为解决这个问题，存在如下技术：在像素中将光电二极管(PD)分成两个部分，且在没有任何遮光膜的情况下检测相位差(例如参见专利文献2)。在此情况下，来自分割PD的信号被组合并用作图像信号。因此，相位差像素不会变成有缺陷的像素且防止了灵敏度劣化。
然而，当PD被分割时，读出晶体管的数量增加。因此，精细像素(特别是1.5μm和更小的精细像素)的制造由于这些像素的结构而变得困难。而且，每个PD的容量的下降具有诸如PD的快速饱和等不利影响。
基于上述原因，可以肯定地说，使用遮光膜的遮光膜技术和使用分割PD的PD分割技术并不适合精细像素。
同时，存在如下技术：针对一个以上像素形成大的片上透镜(OCL)，且使用从共用该OCL的像素产生的信号来检测相位差(例如参见专利文献3)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2009-109965号
专利文献2：日本专利申请特开第2013-41890号
专利文献3：日本专利申请特开第2013-210507号
发明内容
本发明要解决的问题
专利文献3中所披露的技术可应用于精细像素。然而，OCL使入射光会聚在内部未设有光电转换单元的像素之间。例如，在四个像素设置有一个OCL的情况下，入射光被会聚在四个像素之间的边界线的交叉点附近的部分。在两个像素设置有一个OCL的情况下，入射光被会聚在在两个像素之间的边界线的中心附近的部分。因此，专利文献3中所披露的技术导致灵敏度劣化。
本发明是针对上述情况而提出的，并且旨在能够在精细像素中进行高灵敏度相位差检测。
问题的解决方案
在本发明的第一方面的固态成像器件中，多个像素共用一个片上透镜，且各所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
本发明的第二方面的电子设备包括如下固态成像器件，所述固态成像器件包括共用一个片上透镜的多个像素，各所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
在本发明的第一和第二方面中，多个像素共用一个片上透镜，且各所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
本发明的第三方面的固态成像器件包括：第一半导体区域；第二半导体区域；第一滤色器，其设置在所述第一半导体区域上方；第二滤色器，其设置在所述第二半导体区域上方；片上透镜，其设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方；第一透镜，其在横截面方向上设置在所述第一半导体区域与所述片上透镜之间；以及第二透镜，其在所述横截面方向上设置在所述第二半导体区域与所述片上透镜之间。
在本发明的第三方面中，所述第一滤色器被设置在所述第一半导体区域上方，所述第二滤色器被设置在第二半导体区域上方，所述片上透镜被设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方，所述第一透镜在横截面方向上被设置在所述第一半导体区域与所述片上透镜之间，且第二透镜在所述横截面方向上被设置在所述第二半导体区域与所述片上透镜之间。
所述固态成像器件和所述电子设备可以是单独的装置，或可以是将要被装入其它装置中的模块。
本发明的效果
根据本发明的第一和第二方面，即使在精细像素中也能够以高灵敏度进行相位差检测。
应当注意的是，本发明的效果不限于上述的效果，并可包括本发明中所说明的任何效果。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的固态成像器件的结构。
图2是滤色器和OCL的布置示例的俯视图。
图3是根据第一实施例的相位差像素的横截面结构图。
图4用于说明成像表面相位差的焦点检测的原理。
图5用于说明成像表面相位差的焦点检测的原理。
图6是滤色器和OCL的俯视图，该图还示出了层内透镜的布置。
图7是从图6提取的某些部分的俯视图。
图8示出了层内透镜的形状示例。
图9用于说明层内透镜的重心。
图10用于说明层内透镜的效果。
图11是根据第一实施例的相位差像素的变形例的横截面结构图。
图12示出了专利文献1等所披露的相位差像素的像素结构。
图13示出了专利文献3等所披露的相位差像素的像素结构。
图14用于说明根据第一实施例的相位差像素的效果。
图15用于说明根据第一实施例的相位差像素的效果。
图16用于说明根据第一实施例的相位差像素的效果。
图17是根据第二实施例的相位差像素的横截面结构图。
图18是根据第三实施例的相位差像素的横截面结构图。
图19是根据第四实施例的相位差像素的横截面结构图。
图20是根据第五实施例的相位差像素的横截面结构图。
图21是根据第六实施例的相位差像素的横截面结构图。
图22是根据第七实施例的相位差像素的横截面结构图。
图23用于说明出射光瞳校正。
图24示出了OCL的其它示例中的第一示例。
图25是从图24提取的某些部分的俯视图。
图26示出了OCL的其它示例中的第二示例。
图27示出了OCL的其它示例中的第三示例。
图28示出了滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第一示例。
图29示出了滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第二示例。
图30示出了滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第三示例。
图31是OCL的形状的另一示例的立体图。
图32是背面照射型的相位差像素的横截面结构图。
图33示出了固态成像器件的基板的结构示例。
图34是示出了根据本发明的作为电子设备的成像装置的结构示例的框图。
具体实施方式
下面是对用于实施本发明的方式的说明。将按照下列顺序进行说明。
1.第一实施例(在滤色器下方具有层内透镜的结构示例)
2.第二实施例(在滤色器上方具有层内透镜的结构示例)
3.第三实施例(还包括保护膜的结构示例)
4.第四实施例(还包括波导的结构示例)
5.第五实施例(在半导体基板外部具有光电转换单元的结构示例)
6.第六实施例(在半导体基板外部具有光电转换单元和保护膜的结构示例)
7.第七实施例(每一个像素接收R、G和B光的结构示例)
8.出射光瞳校正的应用
9.滤色器和OCL的其它示例
10.背面照射型的结构示例
11.固态成像器件的基板的结构示例
12.电子设备的应用示例
<1.第一实施例>
<固态成像器件的结构示例的概要>
图1示意性地示出了根据本发明的固态成像器件的结构。
图1中所示的固态成像器件包括像素阵列单元3以及位于像素阵列单元3周围的周边电路单元，其中像素阵列单元3具有在例如使用硅(Si)作为半导体的半导体基板12上以二维阵列的方式布置的像素2。周边电路单元包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等。
每个像素2分别包括例如形成有光电二极管的光电转换单元以及像素晶体管。像素晶体管例如形成有四个MOS晶体管：传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。例如，在光电转换单元被设置成半导体基板12外部的光电转换膜的情况下，可以不设置传输晶体管。
而且，像素2可以是共用像素结构。像素共用结构包括光电转换单元、传输晶体管、一个共用的浮动扩散(浮动扩散区域)以及其它晶体管中的每一个共用的晶体管。即，在共用像素结构中，形成单元像素的光电转换单元和传输晶体管共用其它像素晶体管的每个像素晶体管。
控制电路8接收用于指定操作模式等的输入时钟和数据，并还输出诸如关于固态成像器件1的内部信息等数据。即，基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路8生成用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作的基准的时钟信号和控制信号。然后，控制电路8将生成的时钟信号和控制信号输出至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4例如形成有移位寄存器，选择预定的像素驱动线10，提供用于驱动与所选择的像素驱动线10连接的像素2的脉冲，并逐行地驱动像素2。即，垂直驱动电路4沿垂直方向逐行地顺序选择和扫描像素阵列单元3的各个像素2，并通过垂直信号线9将基于信号电荷(所述信号电荷是根据各个像素2的光电转换单元中所接收的光量生成的)的像素信号提供至列信号处理电路5。
列信号处理电路5是针对各列像素2设置的，并逐列地对从一行的像素2输出的信号执行诸如去噪等信号处理。例如，列信号处理电路5执行诸如相关双采样(CDS)等信号处理，以去除像素和AD转换所特有的固定模式噪声。
水平驱动电路6例如形成有移位寄存器，通过顺序地输出水平扫描脉冲顺序地选择各个列信号处理电路5，并使各个列信号处理电路5将信号像素输出至水平信号线11。
输出电路7对通过水平信号线11从各个列信号处理电路5顺序地提供的信号进行信号处理，并输出处理后的信号。输出电路7可仅进行缓冲处理，或可进行例如黑电平控制、列变化校正和各种类型的数字信号处理。输入/输出终端13与外部交换信号。
具有上述结构的固态成像器件1是所谓的列AD型CMOS图像传感器，在该列AD型CMOS图像传感器中，针对各个像素列设置有执行CDS和AD转换的列信号处理电路5。
<滤色器和OCL的示例布置>
图2示出了形成在固态成像器件1的各个像素2上的滤色器和片上透镜(OCL)的示例布置。
在固态成像器件1中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各个滤色器21以预定布置方式或以如图2中所示的拜耳图案的方式布置。R、G和B的各个滤色器21的布置方式可以是除拜耳图案之外的布置方式。如下所述，滤色器21的颜色还可包括除R、G和B之外的颜色，或可被其它颜色代替。即，在本发明的固态成像器件1中，滤色器21的颜色和布置可以是任意地确定的。
而且，如图2所示，在固态成像器件1中，每个OCL22A是针对由在垂直方向和水平方向对齐的2×2像素组成的四个像素形成的，并位于像素阵列单元3中的预定位置。对于其它像素2，OCL22B被形成在每个像素上。
在下面的说明中，共用一个OCL22A的像素2还将被称为相位差像素2A，且其上各有一个OCL22B的像素2还将被称为正常像素2B。
<根据第一实施例的像素的横截面结构图>
图3是根据第一实施例的相位差像素2A的横截面结构图
在图2中，两个OCL22A彼此相邻地形成，且示出了四个相位差像素2A的横截面结构。
在固态成像器件1中，在例如半导体基板12的P型半导体区域41中针对各个像素2形成有N型(第二导电类型)半导体区域42，使得针对各个像素形成有光电二极管PD。位于半导体基板12的前表面和后表面的P型半导体区域41还用作用于抑制暗电流的孔电荷存储区域。
预定厚度的绝缘层46被形成在半导体基板12的上表面上，且互连层47在并不阻挡光电二极管PD接收光的像素边界处被叠置在绝缘层46中。互连层47还具有用于防止入射光漏入相邻像素中的遮光膜的功能。
虽然在附图中没有示出，但是在半导体基板12的上表面上的界面中还形成有用于读取存储在光电二极管PD中的电荷等的像素晶体管(未示出)等。
绝缘层46例如由氧化铪(HfO2)膜、氧化膜(SiO2)或诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。绝缘膜46可由不同类型的绝缘膜的层叠而形成。
互连层47可由金属膜形成，该金属膜例如由钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钼(Mo)或镍(Ni)制成。互连层47可由彼此不同的金属材料形成。
在绝缘层46中的位置高于互连层47的部分处，针对各个像素形成有层内透镜(第二透镜)48。层内透镜48由具有比层内透镜48周围的绝缘层46的折射率n0更高的折射率n1(n1>n0)的材料制成。每个层内透镜48例如由氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或诸如碳化硅(SiC)膜等无机膜形成。
每个像素2的层内透镜48被形成在偏离像素中心的平面位置处，并且不对称地位于像素中。更具体地，设置有一个OCL22A的四个像素2的层内透镜48偏离OCL22A的中心位置。稍后将对层内透镜48的布置和效果进行说明。
各个像素的R、G和B的滤色器21被形成在绝缘层46的上表面上。通过使用含有诸如着色剂或颜料等着色物的光敏树脂的旋涂法来形成滤色器21。
对应于四个像素的每一个OCL22A被形成在滤色器21上。每个OCL22A由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。
固态成像器件1中的相位差像素2A(在该相位差像素2A上形成有OCL22A)具有上述结构。
虽然没有在附图中示出，但是正常像素2B(在该正常像素2B上形成有OCL22B)与图3中所示的相位差像素2A的不同之处仅在于：OCL22B被形成在每个像素上，且层内透镜48对称地位于像素中。
如上所述，固态成像器件1是光从半导体基板12的形成有像素晶体管和互连层47的表面侧进入的表面照射型MOS固态成像器件。
<成像表面相位差的焦点检测的原理>
现参考图4至图5，对成像表面相位差的焦点检测的原理进行说明。
图4示出了来自透镜被聚焦的物体的光的强度分布。
应当注意的是，为便于说明，图4和图5中所示的固态成像器件1在其上仅布置有相位差像素2A
如图4所示，在透镜被聚焦到物体61上的情况下，来自物体61的一个点的光束经由成像透镜62和光圈63被会聚到固态成像器件1上。在此时，来自物体61的表面上的一个点的光强的分布通常是关于中心点对称的。特别地，如图4中的放大图所示，在完全漫射板的情况下，光强的分布是球形分布。这意味着，在固态成像器件1中，在光会聚时，从左边进入的光量(照度)等于从右边进入的光量(照度)。因此，在透镜处于对焦状态的情况下，相同的光量进入共用一个OCL22A的相位差像素2A之中的在水平方向上彼此相邻的两个相位差像素2A。
图5示出了来自未被透镜对焦的物体的光强的分布。
如图5所示，在透镜未被对焦在物体61上或物体61已移动远离固态成像器件1的情况下，例如，来自另一物体(物体64A或物体64B)的光束进入固态成像器件1，且因此，从左侧和右侧进入的光量彼此不同。
针对以上情况，对成像透镜62进行操作以使得进入共用一个OCL22A的相位差像素2A之中的在水平方向对齐的相位差像素2A的光量彼此相等。以此方式，成像透镜62可被对焦在物体61上。
虽然上面已对进入在水平方向对齐的两个相位差像素2A的光量进行了说明，但是以上同样适用于共用一个OCL22A的相位差像素2A之中的在垂直方向彼此相邻的两个相位差像素2A。这同样还适用于在对角线方向彼此相邻的两个相位差像素2A。即，这适用于通过将成像表面分割成两个部分而形成的对称的两个部分。
<层内透镜的布置示例>
图6还示出了被添加至示出了滤色器和OCL的布置示例的图2的俯视图的层内透镜。
图7示出了图6中所示的布置示例中的布置有OCL22A的多组2×2或四个相位差像素2A以及布置有OCL22B的2×2或四个正常像素2B。
在滤色器21被布置成拜耳图案的情况下，布置有OCL22A的四个像素的滤色器21之中的颜色的组合是图7中的A至D中所示的四种类型之一。
在图7中的A和C所示的各组四个像素中，使用包含位于左上位置和右下位置的G滤色器21的两个相位差像素2A来获得一条焦距信息。同样，使用包含位于左下位置和右上位置的R和B滤色器21的两个相位差像素2A来获得一条焦距信息。
在图7中的B和D所示的各组四个像素中，使用包含位于左下位置和右上位置的G滤色器21的两个相位差像素2A来获得一条焦距信息。同样，使用包括位于左上位置和右下位置的R和B滤色器21的两个相位差像素2A来获得一条焦距信息。
如上所述，OCL22A被布置在固态成像器件1中以使得所有可能的组合都作为滤色器21之间的颜色的组合而存在。以此方式，获得了更精确的焦距信息。然而，图7中的A至D所示的四种类型的颜色组合并不是必然地存在于像素阵列单元3中，只要这四种类型中的至少一者存在于像素阵列单元3中即可。
关于层内透镜48的平面布置，如图7中的A至D所示，在相位差像素2A之中，置于OCL22A下方的层内透镜48偏离OCL22A的中心位置。
另一方面，如图7中的E所示，在正常像素2B中，用作第一透镜的OCL22B和用作第二透镜的层内透镜48位于像素的中心。在正常像素2B中，不一定设置有层内透镜48，且可以排除层内透镜48。
<层内透镜的形状示例>
图8示出了层内透镜48的形状示例。
布置在像素2的绝缘层46中的层内透镜48可具有以下四种类型的形状中的一者：图8中所示的层内透镜48a至48d。
图8中的A至D是层内透镜48a至48d的俯视图，且图8中的E至H是层内透镜48a至48d的横截面图。
图8中的A和E所示的层内透镜48a的形状是半球形的形状。
图8中的B和F所示的层内透镜48b的形状是圆柱形的形状。
图8中的C和G所示的层内透镜48c的形状是四棱柱形的形状。
当从上方看时，图8中的D和H所示的层内透镜48d的形状在最里面的部分具有圆柱形的形状并在该圆柱形的形状外部具有环状图案的形状并且越靠外部的环越薄。
以如下方式将层内透镜48a至48c布置在相位差像素2A中：使层内透镜的中心位置(重心)偏离像素中心，或更具体地，偏离OCL22A的中心。
层内透镜48d被置于相位差像素2A中以使得环状图案的形状的重心偏离像素中心，或更具体地，偏离OCL22A的中心。
这里，在满足下面示出的公式(1)的情况下，具有环状图案形状的层内透镜48d的重心可被表示为(x1，y1)。
[数学公式1]
&Integral; &Integral; D ( x 1 - x ) ( y 1 - y ) f ( x , y ) d x d y = 0... ( 1 )
在公式(1)中，D表示像素中的将要计算重心的平面区域或给定区域，且f(x，y)表示预定的折射率的分布函数。
公式(1)表明：周围区域的折射率的主力矩的积分为0的位置是重心(x1，y1)。
图9是由具有高折射率n1的层和具有低折射率n0的层形成的一维区域中的重心x1的概念图。实际上，具有环状图案的形状的层内透镜48d的重心处于二维区域中，并因而是满足x和y的积分变成0的条件的位置(x1，y1)。
如上所述，在相位差像素2A中，具有比绝缘层46的折射率n0更高的折射率n1的材料的比例在远离OCL22A的中心位置的方向上更高，使得层内透镜48的重心位于偏离像素中心的平面位置。在此布置的情况下，如图10所示，在从大体上垂直于成像表面的方向进入OCL22A的中心附近的区域的光之中，从右边进入的光被引导至右侧，且从左边进入的光被引导至左侧。
因此，即使在针对四个相位差像素2A设置一个OCL22A的情况下，入射光也不会在四个像素之间的边界线之间的交叉点附近会聚。因此，能够增加进入各个相位差像素2A的光电二极管PD的光量。
而且，已经进入各个相位差像素2A的光被限制进入相邻像素。因此，能够防止因混色而产生的颜色再现性劣化。
此外，进入各个相位差像素2A的光被分离。因此，作为焦距信息的相位差信号的可靠性变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
本发明的相位差像素2A的像素尺寸可被形成为与正常像素2B的像素尺寸相同。因此，能够容易地制造出例如1.5μm或更小的精细像素。
即，在本发明的相位差像素2A的情况下，即使在精细像素中，也能够以高灵敏度进行相位差检测。
虽然稍后将参考图14至16对细节进行说明，但是即使在如图11所示的层内透镜48被布置在像素中心的情况下，也能够会聚来自物体的光，且能够实现比在专利文献1至3中所披露的结构中的灵敏度更高的灵敏度。
<根据专利文献1至3的相位差像素结构>
图12示出了专利文献1等中所披露的相位差像素的像素结构。
图13示出了专利文献3等中所披露的相位差像素的像素结构。
在图12和13中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的部件等同的部件。
在图12中的相位差像素100中，针对各个像素形成OCL101。而且，在相位差像素100中，没有设置层内透镜48，且遮光膜102被形成为遮挡每个光电二极管PD的光接收区域的右半部分或左半部分中的光。
在这种遮光相位差像素100中，遮光膜102显著地降低了灵敏度，且来自相位差像素100的像素信号无法用于图像生成。因此，相位差像素100是有缺陷的像素。
鉴于此，图13中所示的相位差像素110不包括遮光膜102，且针对多个像素设置每个OCL111。在此布置下，能够防止相位差像素110变成有缺陷的像素，且能够由来自相邻相位差像素110的像素信号获得焦距信息。
然而，在图13中所示的相位差像素110的像素结构中，聚光点被形成在两个相位差像素110之间。由此，没有进入光电二极管PD的光增加，从而导致灵敏度下降。而且，更多的光进入与光原本进入的像素相邻的像素的光电二极管PD。因此，颜色再现性由于混色而发生劣化，且焦点检测精确度变得更低。
另一方面，在图3中所示的本发明的相位差像素2A中，设置了用作第二透镜的层内透镜48，使得入射光不被会聚于像素边界处。例如，如图10所示，从右边进入的光被引导至右侧相位差像素2A，且从左边进入的光被引导至左侧相位差像素2A。
<波形仿真结果>
现参考图14至16，进一步对根据第一实施例的相位差像素2A的效果进行说明。
图14示出了在正常像素(针对每个正常像素设置有一个OCL)上和在针对四个像素(2×2像素)设置一个OCL的两像素透镜像素结构上通过时域有限差分(Finite-DifferenceTime-Domain，FDTD)法进行的波形仿真结果。
图14中的A示出了波形仿真时的正常像素结构，且图14中的B示出了仿真结果。
图14中的C示出了波形仿真时的两像素透镜像素结构，且图14中的D示出了仿真结果。
在图14的A和C中，为易于理解像素结构，使用对应的附图标记来表示与固态成像器件1的像素2的部件等同的部件。图14的A和C所示的像素结构没有任何层内透镜48作为第二透镜。
图15示出了通过FDTD法对形成有如图11所示的具有设置在像素中心处的层内透镜48的相位差像素2A以及如图3所示的具有偏离像素中心的层内透镜48的相位差像素2A的像素结构进行的波形仿真的结果。
图15中的A示出了在波形仿真时图11中所示的相位差像素2A的像素结构，且图15中的B示出了仿真结果。
将图15中的B所示的仿真结果与图14中的D所示的仿真结果进行比较，能够核实插入层内透镜48的效果。
图15中的C示出了在波形仿真时图3中所示的相位差像素2A的像素结构，且图15中的D示出了仿真结果。
将图15中的D所示的仿真结果与图15中的B所示的仿真结果进行比较，能够核实层内透镜48偏离于像素中心的效果。
每个仿真结果表示在波长为540nm的光进入每个对应的像素结构的情况下TE波(横电波)的光电场。
从图14中的B所示的仿真结果可以看出，进入正常像素的光在对应的像素的光电二极管PD处会聚。
另一方面，在图14中的C所示的两像素透镜像素结构中，如图14中的D所示，聚光点聚集在像素之间的边界附近。
从图15中的B和图14中的D所示的仿真结果之间的比较可以看出，在图11所示的相位差像素2A的像素结构中，在像素中还设置有层内透镜48，使得聚光点彼此分离(虽然没有完全分离)，并且更多的光进入各个相位差像素2A的光电二极管PD。
此外，在层内透镜48偏离像素中心的情况下，如图15中的D所示，聚光点被更清晰地彼此分离，且进入相位差像素2A的光进入各个光电二极管PD。
图16示出了图14和图16中所示的四个仿真像素结构的光电二极管PD的估算灵敏度。
在以图14中的A中的正常像素的灵敏度作为参考灵敏度的情况下，图14中的C中的两像素透镜像素的灵敏度低了大约20％。
在图15中的A中的像素结构下，或在如图11所示的具有对称地布置在像素中的层内透镜48的相位差像素2A的像素结构下，灵敏度的下降能够被减小至比图14中的A所示的正常像素降低大约10％。
另外，在图15中的D中的像素结构下，或在如图3所示的具有非对称地布置在像素中的层内透镜48的相位差像素2A的像素结构下，灵敏度能够大体上等于图14中的A所示的正常像素的灵敏度。
从上面的仿真结果可以看出，由于插入了层内透镜48，能够不引起任何像素缺陷的情况下进行对焦，且来自相位差像素2A的像素信号能够为图像生成做出贡献。
而且，由于用于对焦的像素灵敏度高，所以即使在暗处也能够进行对焦。由于在水平方向、垂直方向或对角线方向上的分离性能优异，所以实现了高的对焦精确度。相位差像素2A的像素结构在难以实现高灵敏度的精细像素中特别有效。
即，在本发明的相位差像素2A下，即使在精细像素中也能够以高灵敏度进行相位差检测。
<2.第二实施例>
图17是根据第二实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图17中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的第一实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
根据第二实施例的相位差像素2A与第一实施例的不同之处在于：层内透镜48不是形成在滤色器21下方而是形成在滤色器21上方。层内透镜48的重心偏离OCL22A的中心并位于偏离像素中心的位置。第二实施例的其它方面与图3中所示的第一实施例的情况相同。
在如上所述的层内透镜48被设置在滤色器21上方的情况下，如图17中的箭头所示，进入OCL22A的中心附近部分的光被引导朝向层内透镜48。
因此，能够增加进入各个相位差像素2A的光电二极管PD的光量，且能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<3.第三实施例>
图18是根据第三实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图18中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的第一实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
第三实施例与第一实施例的不同之处在于：在半导体基板12与滤色器21之间形成有保护膜(钝化膜)151，并且该保护膜151是存在于像素阵列单元3的整个区域中的连续膜。
在如上所述地形成有保护膜151作为连续膜的情况下，如图18所示，可以使用相同的材料一体地形成保护膜151和层内透镜48。可用作保护膜151和层内透镜48的材料的示例包括氮化硅(SiN)和氧氮化硅(SiON)。
虽然层内透镜48在图18中所示的示例中被形成在保护膜151的上表面上，但是层内透镜48可以被形成在保护膜151的下表面下方。
在第三实施例中，如同在上面的实施例中一样，能够增加进入各个相位差像素2A的光电二极管PD的光量，且能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<4.第四实施例>
图19是根据第四实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图19中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的第一实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
第四实施例与第一实施例的不同之处在于：在层内透镜48与半导体基板12中的光电二极管PD之间形成有波导161。
波导161由具有比波导161周围的绝缘层46的折射率更高的折射率的材料形成，使得光波可被引导穿过波导161。然而，只要光波可被引导穿过波导161，波导161可具有任何结构。波导161的材料可与层内透镜48的材料相同。通过波导161，能够进一步增加进入光电二极管PD的光量。
在设置有波导161的第四实施例中，如同在上面的实施例中一样，能够增加进入各个相位差像素2A的光电二极管PD的光量，且能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<5.第五实施例>
图20是根据第五实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图20中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的第一实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
第五实施例与第一实施例的不同之处在于：半导体基板12中的光电二极管PD被替换为设置在半导体基板12与层内透镜48之间的光电转换单元181。
在这种像素结构中，从用作第一透镜的OCL22A到用作第二透镜的层内透镜48的距离短，且因此，层内透镜48的NA优选地高。而且，作为层内透镜48的形状，图8中的B至D所示的圆柱形形状、四棱柱形形状或环状图案形状优于图8中的A所示的半球形形状。
光电转换膜181具有对所有波长的入射光(白光)进行光电转换的功能。然而，根据滤色器21，仅R、G或B光进入光电转换单元181，且因此，光电转换单元181对已经穿过滤色器21的R、G或B光进行光电转换。
光电转换单元181是通过将光电转换层191和缓冲层192设置于上电极层193A与下电极层193B之间形成的。光电转换层191、缓冲层192和上电极层193A被形成为连续膜，且下电极层193B是针对各个像素分离地形成的。下电极层193B通过接触电极194被连接至半导体基板12，且由光电转换单元181产生的电荷经由接触电极194被传输至半导体基板12中的杂质区域(未示出)。
光电转换层191例如可由诸如作为黄铜矿结构的半导体薄膜的CuInSe2(CIS薄膜)或通过将固溶体形式的Ga添加至CuInSe2而形成的Cu(In，Ga)Se2(CIGS薄膜)等无机光电转换膜形成。缓冲层192例如可由叠置的CdS(硫化镉)层和ZnO(氧化锌)层形成。上电极层193A由使将要在装置中使用的波长区域透过的材料形成，诸如由ITO(氧化铟锡)或ZnO制成的透明电极等。下电极层193B例如可由Mo(钼)制成。
光电转换层191可由有机光电转化膜代替无机光电转换膜形成。有机光电转化膜优选地包含有机P型半导体和/或有机n型半导体。有机P型半导体和有机n型半导体的示例包括喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物和荧蒽衍生物。
在第五实施例中，如图20中的箭头所示，由于层内透镜48，进入OCL22A的中心附近部分的光被引导朝向层内透镜48。
因此，能够增加进入被夹在各个相位差像素2A的光电转换单元181的上电极层193A与下电极层193B之间的区域的光量，并且如同在上面的实施例中一样，能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<6.第六实施例>
图21是根据第六实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图21中，使用与上述实施例中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与第一至第五实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
除图18中所示的第三实施例中所使用的保护膜151被添加至像素结构之外，根据第六实施例的相位差像素2A的像素结构与根据图20中所示的第五实施例的相位差像素2A的像素结构相同。
这种保护膜151在如下情况下特别有效：诸如有机光电转换膜等容易因水分渗入而发生劣化的膜被用作设置在半导体基板12外部的光电转换单元181的光电转换层191。
在第六实施例中，如同在上面的实施例中一样，能够增加进入各个相位差像素2A的光电转换单元181的光量，且能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<7.第七实施例>
图22是根据第七实施例的相位差像素2A的横截面结构图。
在图22中，使用与上述实施例中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与第一至第六实施例的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
在上述的第一至第六实施例中，每个像素2被设计成仅对已经穿过滤色器21的R、G或B光进行光电转换。另一方面，在第七实施例中，如图22所示，没有设置滤色器21，且每个像素2对R、G和B的所有波长区域的光进行光电转换。
在图22中所示的相位差像素2A中，光电转换单元181被设置在半导体基板12上方。在第七实施例中，诸如喹吖啶酮等对绿色(G)光进行光电转换的光电转化膜被用作光电转换单元181的光电转换层191。
另外，在每个相位差像素2A中，在半导体基板12的P型半导体区域41中沿深度方向层叠有两个N型半导体区域201和202，且通过两个PN结来形成光电二极管PD1和PD2。由于光吸收系数的差异，光电二极管PD1对蓝色(B)光进行光电转换，且光电二极管PD2对红色(R)光进行光电转换。
在根据具有上述结构的第七实施例的相位差像素2A中，每个像素能够接收R、G和B光，且因此，不存在因颜色阵列而导致的差异。因此，在共用一个OCL22A的四个相位差像素2A中，能够在两个方向上检测由相同颜色的信号形成的焦距信息(相位差)：关于左上像素和右下像素的焦距信息以及关于左下像素和右上像素的距离信息。由此，能够进行更精确的焦点检测。
在第七实施例中，如同在上面的实施例中一样，能够增加进入各个相位差像素2A的光电转换单元181的光量，且能够抑制因混色而产生的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
<8.出射光瞳校正的应用>
上面的每个实施例的像素2均能够被设计成进行出射光瞳校正。
参考图23，说明对根据第一实施例的相位差像素2A进行出射光瞳校正的情况。
图23示出了布置在像素阵列单元3的中心部分的相位差像素2A的横截面以及布置在像素阵列单元3的周边部分的相位差像素2A的横截面。
在像素阵列单元3的中心部分中，来自成像透镜62(图4)的入射光的主光线的入射角为0度(垂直)，且因此，不进行出射光瞳校正。换言之，如图23的右半部分所示，片上透镜OCL22A和层内透镜48被布置为使得共用一个OCL22A的四个像素的四个光电二极管PD之间的中心对应于片上透镜OCL22A的中心和四个层内透镜48之间的中心(重心)。
另一方面，在像素阵列单元3的周边部分中，来自成像透镜62的入射光的主光线的入射角是取决于成像透镜62的设计的预定角度(倾斜)。因此，如果以与在像素阵列单元3的中心部分中相同的方式布置片上透镜OCL22A和层内透镜48，那么将由于遮光和入射光泄漏至相邻像素中等原因而发生灵敏度下降。因此，在像素阵列单元3的周边部分中进行出射光瞳校正。
具体地，以如下方式布置片上透镜OCL22A和层内透镜48：如图23的左半部分所述，在共用一个OCL22A的四个像素之中，片上透镜OCL22A的中心和四个层内透镜48的中心(重心)从四个光电二极管PD之间的中心偏向像素阵列单元3的中心部分。此情况下的偏离在更靠近像素阵列单元3的外周(或更远离像素阵列单元3的中心位置)的像素位置中更大。
在出射光瞳校正中，还根据片上透镜OCL22A和层内透镜48的偏离来调整滤色器21。
虽然在图23中所示的示例中对相位差像素2A进行出射光瞳校正，但是也可对正常像素2B进行出射光瞳校正。在对正常像素2B进行出射光瞳校正的情况下，更靠近像素阵列单元3的外周的像素的滤色器21、片上透镜OCL22B和层内透镜48从光电二极管PD的中心向像素阵列单元3的中心部分偏离得更远。
虽然在图23中所示的示例中对根据第一实施例的相位差像素2A进行出射光瞳校正，但是当然也能够对根据任意其它实施例的像素2进行出射光瞳校正。
<9.滤色器和OCL的其它示例>
<OCL的其它示例中的第一示例>
图24示出了OCL的其它示例中的第一示例。
在上述每个实施例中，针对2×2像素或四个像素形成有一个OCL22A。
另一方面，在图24中所示的示例中，在像素阵列单元3中针对两个像素形成有一个OCL221且针对预定的2×2或四个像素在垂直方向上或在水平方向上设置有两个OCL221并对齐。
图25仅示出了图24中的布置有OCL221的相位差像素2A。
如图25所示，形成有一个OCL221的相位差像素2A的滤色器21总共有八种类型的颜色组合。
在此情况下，通过使用具有相同颜色的滤色器21的两个相位差像素2A来进行相位差检测，这两个相位差像素2A上的OCL211的斜面的倾角彼此相对(对称)。
具体地，在图25的A中从具有G滤色器21的两个相位差像素2A中获得使用G像素信号的焦距信息，且在图25的A中从具有B滤色器21的两个相位差像素2A中获得使用B像素信号的焦距信息。
同样，在图25的B中从具有G滤色器21的相位差像素2A中获得使用G像素信号的焦距信息，且在图25的B中从具有B滤色器21的相位差像素2A中获得使用B像素信号的焦距信息。
另外，在图25的C中从具有G滤色器21的相位差像素2A中获得使用G像素信号的焦距信息，且在图25的C中从具有R滤色器21的相位差像素2A中获得使用R像素信号的焦距信息。
另外，在图25的D中从具有G滤色器21的相位差像素2A中获得使用G像素信号的焦距信息，且从图25的D中从具有R滤色器21的相位差像素2A中获得使用R像素信号的焦距信息。
在如上所述的针对两个像素设置有一个OCL221的情况下，OCL221被布置在像素阵列单元3中使得存在OCL221的形成方向以及滤色器21的颜色的所有可能的组合。以此方式，能够获得更精确的焦距信息。
然而，图25中的A至D中所示的八种类型的组合并不是必然地存在于像素阵列单元3中，只要图25中的A至D中的至少一者存在于像素阵列单元3中即可。
应当注意的是，如同在上述每个实施例中一样，设置有一个OCL221的两个像素的层内透镜48偏离OCL221的中心位置。而且，层内透镜48可具有图8中所示的任意形状。
<OCL的其它示例中的第二示例>
图26示出了OCL的其它示例中的第二示例。
在上述实施例中，如图6所示，能够获得焦距信息的相位差像素2A被限制于像素阵列单元3中的预定位置。
然而，如图26所示，可以针对像素阵列单元3中的所有像素2设置将要由四个像素共用的OCL22A。即，像素阵列单元3的所有像素2均可以是四个像素共用各OCL22A的相位差像素2A。
在图26中所示的示例中，OCL22A被布置成使得在图7中的A至D所示的滤色器21的四种类型的颜色组合之中实现图7中的A和D所示的滤色器21的的颜色组合。然而，OCL22A还可被布置成使得实现图7中的B和C所示的组合，或实现图7中的C和D。
<OCL的其它示例中的第三示例>
可替代地，如图27所示，像素阵列单元3的所有像素2均可以是在两个像素共用各OCL221的相位差像素2A。
由于OCL22A或OCL221是以上述方式针对像素阵列单元3的所有像素设置的，所以能够在像素阵列单元3中的任何期望的位置进行精确聚焦。
<滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第一示例>
图28至30示出了滤色器之间的颜色组合的其它示例。
在上述每个实施例中，无论像素2是否是其上形成有OCL22A(或OCL221)的相位差像素2A，或无论像素2是否是正常像素2B，滤色器21都以拜耳图案排列。因此，例如如图6所述，共用一个OCL22A的每四个像素包括不同颜色的滤色器21。
然而，如图28所示，颜色组合可被设计成使得例如单一颜色的滤色器21被形成在共用一个OCL22A的每四个像素中。在这种颜色组合下，在共用一个OCL22A的每四个像素中防止了混色。
在图28中所示的示例中，R、和G和B的三种颜色作为多组共用一个OCL22A的四个像素的滤色器21的颜色而存在。然而，多组共用一个OCL22A的四个像素的滤色器21可以仅是这些颜色中的一者。
虽然在附图中没有示出，但是每组共用一个OCL221的两个相位差像素2A的滤色器21也可以具有相同的颜色(单色)。
<滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第二示例>
另外，在如图26和27中所示的针对像素阵列单元3的所有像素均设置有OCL22A或OCL221的情况下，如图29所示，R、G和B的滤色器21可被布置成使得多组的2×2或四个像素以拜尔图案排列。
<滤色器之间的颜色组合的其它示例中的第三示例>
在上述示例中，R、G和B三种颜色被布置作为预定图案(例如，拜耳图案)的滤色器21的颜色。然而，滤色器21的颜色可以是除R、G和B这三种颜色之外的颜色的组合。
图30示出了白色(W)被添加至R、G和B以作为滤色器21的颜色且R、G、B和W被布置成预定图案的示例。具有W的滤色器21的像素2是使所有波长区域中的光透过的滤光器，并能够以比具有G滤色器21的像素2更高的灵敏度接收光。
在图30中，W滤色器21以间一方格(checkerwise)的方式布置，且R、G和B的滤色器21被布置在剩下的位置中。然而，R、G、B和W的布置不限于此。例如，由R滤色器21、G滤色器21、B滤色器21和W滤色器21组成的多组2×2或四个像素可以沿垂直方向和水平方向重复地对齐。
<OCL的形状的另一示例>
图31是OCL22A的形状的另一示例的立体图。
从图2中的俯视图中可以看出，每个OCL22A的形状是不覆盖设置有OCL22A的一组四个像素的四个角落的半球形，且OCL22A的底表面具有圆形形状。
然而，如图31所示，每个OCL22A可以具有凸起的正方形形状，使得透镜的倾斜表面覆盖设置有OCL22A的一组四个像素的四个角落，且OCL22A的底表面具有的正方形的形状。在这种形状下，能够捕捉更大量的入射光，且能够提高灵敏度。
<10.背面照射型的结构示例>
虽然固态成像器件1在上述每个实施例中是表面照射型的MOS固态成像器件，但是本发明还可应用于背面照射型的MOS固态成像器件。
图32是根据第一实施例的相位差像素2A是背面照射型的结构的横截面图。
在图32中，使用与图3中所使用的附图标记相同的附图标记来表示与图3中所示的部件等同的部件，且将不对这些部件进行不必要地重复说明。
在背面照射型的结构中，附图中的半导体基板12的下侧是前表面，且由互连层47和层间绝缘膜44形成的多级互连层45被形成在半导体基板12下方。
在附图中的作为半导体基板12的上侧的背面上形成有在一些部位具有层内透镜48的绝缘层46。在互连层47不被形成在绝缘层46中的情况下，绝缘层46比图3中所示的表面照射型结构中的绝缘层46更薄。
其它方面与上述的表面照射型结构的方面相同。
在上述的背面照射型的结构中，用作第二透镜的层内透镜48沿远离OCL22A的中心的方向偏离像素中心。在此结构下，能够增加进入各个相位差像素2A的光电二极管PD的光量，且能够抑制因混色而导致的颜色再现性劣化。即，感光灵敏度变得更高，且焦点检测精确度也变得更高。
除了第一实施例之外，背面照射型的结构还可被用于各个实施例。
<11.固态成像器件的基板的结构示例>
如图33中的A所示，图1中的固态成像器件1具有如下结构：其中，在单个半导体基板12上形成有内部布置有像素2的像素区域311、控制像素2的控制电路312以及包括用于像素信号的信号处理电路的逻辑电路313。
然而，如图33中的B所示，固态成像器件1可具有如下结构：其中，层叠有内部形成有像素区域311和控制电路312的第一半导体基板331以及内部形成有逻辑电路313的第二半导体基板332。第一半导体基板331和第二半导体基板332例如通过通孔或Cu-Cu金属接合而被电连接。
可替代地，如图33中的C所示，固态成像器件1可具有如下结构：其中，层叠有内部仅形成有像素区域311的第一半导体基板341以及内部形成有控制电路312和逻辑电路313的第二半导体基板342。第一半导体基板341和第二半导体基板342例如通过通孔或Cu-Cu金属接合而被电连接。
<12.电子设备的示例应用>
上述固态成像器件1可用于诸如像数码相机和数码摄像机那样的成像装置、具有成像功能的便携式电话装置以及具有成像功能的音频播放器等各种类型的电子设备。
图34是示出了根据本发明的作为电子设备的成像装置的结构示例的框图。
图34中所示的成像装置401包括光学系统402、快门装置403、固态成像器件404、控制电路405、信号处理电路406、监视器407和存储器408，并能够拍摄静止图像和运动图像。
光学系统402包括一个或多个透镜以将来自物体的光(入射光)引导至固态成像器件404，并在固态成像器件404的光接收表面上形成图像。
快门装置403被布置于光学系统402与固态成像器件404之间，并在控制电路405的控制下控制固态成像器件404的发光周期和遮光周期。
固态成像器件404由上述固态成像器件1形成。根据经由光学系统402和快门装置403入射以在光接收表面上形成图像的光，固态成像器件404在一定时期内累积信号电荷。累积在固态成像器件404中的信号电荷根据从控制电路405提供的驱动信号(时序信号)而被传输。固态成像器件404可被形成为单个芯片，或可被形成为相机模块的与光学系统402和信号处理电路406封装在一起的部分。
控制电路405输出用于控制固态成像器件404的传输操作和快门装置403的快门操作的驱动信号，以驱动固态成像器件404和快门装置403。
信号处理电路406对从固态成像器件404输出的像素信号进行各种类型的信号处理。通过由信号处理电路406进行的信号处理而获得的图像(图像数据)被提供至并显示在监视器407上，或被提供至存储器408并被存储在存储器408中。
由于使用具有根据任意上述实施例的像素结构的固态成像器件1作为如上所述的固态成像器件404，所以能够提高感光灵敏度，且还能够提高焦点检测精确度。因此，还能够在作为摄像机、数码相机、或用于诸如便携式电话装置等移动装置的相机模块等的成像装置401中提高拍摄图像的质量。
根据任意上述实施例的固态成像器件1包括：第一半导体区域(半导体区域42)，其将电荷存储在第一像素(例如，R像素)中；第二半导体区域(半导体区域42)，其将电荷存储在与所述第一像素相邻的第二像素(例如，G像素)中；第一滤色器(R滤色器21)，其设置在所述第一半导体区域上方；第二滤色器(G滤色器21)，其设置在所述第二半导体区域上方；片上透镜(OCL22A)，其设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方；第一透镜(R像素的层内透镜48)，其在横截面方向(图3等中的横截面结构图中的垂直方向)上设置在所述第一半导体区域与所述片上透镜之间；以及第二透镜(G像素的层内透镜48)，其在所述横截面方向上设置在所述第二半导体区域与所述片上透镜之间。
例如，在第一实施例中，如图3所示，所述第一透镜(R像素的层内透镜48)被设置在位于所述第一滤色器(R滤色器21)与所述第一半导体区域(半导体区域42)之间的绝缘层46中。
例如，在第二实施例中，如图17所示，所述第一透镜(R像素的层内透镜48)被设置在所述第一滤色器(R滤色器21)与所述片上透镜(OCL22A)之间。
此外，所述第一透镜(R像素的层内透镜48)的中心偏离所述第一滤色器(R滤色器21)的中心。
在上述示例中的固态成像器件中，第一导电类型是P型，第二导电类型是N型，且电子被用作信号电荷。然而，本发明还可应用于空穴被用作信号电荷的固态成像器件。即，第一导电类型可以是N型，第二导电类型可以是P型，且可以使上述各个半导体区域的导电类型反转。
本发明不仅能够被应用于感测可见光的入射光量分布并基于该分布形成图像的固态成像器件，还可应用于诸如感测红外线、X射线或粒子等的入射量分布并基于该分布形成图像的固态成像器件或者感测诸如压力或电容等一些广义上的其它物理量的分布并基于该分布形成图像的指纹传感器等一般的固态成像器件(物理量分布传感器)。
应当注意的是，本发明的实施例不限于上述实施例，且可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述实施例进行各种修改。
例如，能够使用上述实施例中的所有或一些实施例的组合。
本说明书中说明的有益效果仅是示例，且本发明的有益效果不限于这些有益效果并可包含其它效果。
还可以通过下述结构具体实现本发明。
(1)
一种固态成像器件，其包括：
共用一个片上透镜的多个像素，
其中，每个所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
(2)
如(1)所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被布置在偏离所述像素的中心位置的平面位置处。
(3)
如(1)或(2)所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜沿远离所述片上透镜的中心位置的方向偏离。
(4)
如(1)至(3)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜由具有比所述层内透镜周围的层的折射率更高的折射率的材料制成。
(5)
如(1)至(4)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜的重心位于偏离所述像素的中心位置的平面位置处。
(6)
如(5)所述的固态成像器件，其中，通过使得具有比所述层内透镜周围的层的折射率更高的折射率的材料的比例沿远离所述像素的中心位置的方向变得更高，所述层内透镜的重心位于偏离所述像素的中心位置的所述平面位置处。。
(7)
如(4)至(6)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜具有环状图案形状，所述环状图案形状是通过在圆柱形形状的外侧设置多个环状形状的所述更高的折射率的所述材料而形成的。
(8)
如(1)至(7)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被设置在滤色器下方或上方。
(9)
如(1)至(8)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被连接至保护膜并且由与所述保护膜相同的材料制成，所述保护膜被形成为连续膜。
(10)
如(1)至(9)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于所述层内透镜下方的波导。
(11)
如(1)至(10)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于波导下方的光电二极管。
(12)
如(1)至(11)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于半导体基板外部的光电转换单元。
(13)
如(1)至(12)中任一项所述的固态成像器件，其中，
所述像素具有多个光电转换单元，且
所述多个光电转换单元对不同波长的入射光进行光电转换。
(14)
如(1)至(13)中任一项所述的固态成像器件，其中，所述片上透镜和所述层内透镜被布置在进行了出射光瞳校正的位置中。
(15)
如(1)至(14)中任一项所述的固态成像器件，其中，两个所述像素或四个所述像素共用一个所述片上透镜。
(16)
如(1)至(15)中任一项所述的固态成像器件，其中，每个所述像素具有R滤色器、G滤色器或B滤色器。
(17)
如(1)至(15)中任一项所述的固态成像器件，其中，每个所述像素具有R滤色器、G滤色器、B滤色器或W滤色器。
(18)
如(1)至(17)中任一项所述的固态成像器件，其包括：
具有相同颜色的滤色器的第一像素和第二像素，
其中，所述第一像素的所述片上透镜的斜面的倾角与所述第二像素的所述片上透镜的斜面的倾角是相反的。
(19)
如(1)至(18)中任一项所述的固态成像器件，其中，以二维阵列排列的所有像素均是多个像素共用一个所述片上透镜的所述像素。
(20)
一种电子设备，其包括：
固态成像器件，其包括共用一个片上透镜的多个像素，
每个所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
(21)
一种固态成像器件，其包括：
第一半导体区域；
第二半导体区域；
第一滤色器，所述第一滤色器设置在所述第一半导体区域上方；
第二滤色器，所述第二滤色器设置在所述第二半导体区域上方；
片上透镜，所述片上透镜设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方；
第一透镜，所述第一透镜在横截面方向上设置在所述第一半导体区域与所述片上透镜之间；以及
第二透镜，所述第二透镜在所述横截面方向上设置在所述第二半导体区域与所述片上透镜之间。
(22)
如(21)所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜在所述横截面方向上设置在所述第一滤色器与所述第一半导体区域之间。
(23)
如(22)所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜被设置在绝缘层中。
(24)
如(21)所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜在所述横截面方向上设置在所述第一滤色器与所述片上透镜之间。
(25)
如(21)所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜的中心偏离所述第一滤色器的中心。
附图标记列表
1固态成像器件2像素2A相位差像素
2B正常像素3像素阵列单元48层内透镜
151保护膜161波导PD，PD1，PD2光电二极管
181光电转换单元401成像装置404固态成像器件

Claims (25)

1.一种固态成像器件，其包括：
共用一个片上透镜的多个像素，
其中，每个所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被布置在偏离所述像素的中心位置的平面位置处。
3.如权利要求2所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜沿远离所述片上透镜的中心位置的方向偏离。
4.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜由具有比所述层内透镜周围的层的折射率更高的折射率的材料制成。
5.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜的重心位于偏离所述像素的中心位置的平面位置处。
6.如权利要求5所述的固态成像器件，其中，通过使得具有比所述层内透镜周围的层的折射率更高的折射率的材料的比例沿远离所述像素的中心位置的方向变得更高，所述层内透镜的重心位于偏离所述像素的中心位置的所述平面位置处。
7.如权利要求4所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜具有环状图案形状，所述环状图案形状是通过在圆柱形形状的外侧设置多个环状形状的所述更高的折射率的所述材料而形成的。
8.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被设置在滤色器下方或上方。
9.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述层内透镜被连接至保护膜并且由与所述保护膜相同的材料制成，所述保护膜被形成为连续膜。
10.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于所述层内透镜下方的波导。
11.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于所述波导下方的光电二极管。
12.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述像素具有位于半导体基板外部的光电转换单元。
13.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述像素具有多个光电转换单元，且
所述多个光电转换单元对不同波长的入射光进行光电转换。
14.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述片上透镜和所述层内透镜被布置在进行了出射光瞳校正的位置中。
15.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，两个所述像素或四个所述像素共用一个所述片上透镜。
16.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，每个所述像素具有R滤色器、G滤色器或B滤色器。
17.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，每个所述像素具有R滤色器、G滤色器、B滤色器或W滤色器。
18.如权利要求1所述的固态成像器件，其包括：
具有相同颜色的滤色器的第一像素和第二像素，
其中，所述第一像素的所述片上透镜的斜面的倾角与所述第二像素的所述片上透镜的斜面的倾角是相反的。
19.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，以二维阵列排列的所有像素均是多个像素共用一个所述片上透镜的所述像素。
20.一种电子设备，其包括：
固态成像器件，其包括共用一个片上透镜的多个像素，
每个所述像素具有位于所述片上透镜下方的层内透镜。
21.一种固态成像器件，其包括：
第一半导体区域；
第二半导体区域；
第一滤色器，所述第一滤色器设置在所述第一半导体区域上方；
第二滤色器，所述第二滤色器设置在所述第二半导体区域上方；
片上透镜，所述片上透镜设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方；
第一透镜，所述第一透镜在横截面方向上设置在所述第一半导体区域与所述片上透镜之间；以及
第二透镜，所述第二透镜在所述横截面方向上设置在所述第二半导体区域与所述片上透镜之间。
22.如权利要求21所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜在所述横截面方向上设置在所述第一滤色器与所述第一半导体区域之间。
23.如权利要求22所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜被设置在绝缘层中。
24.如权利要求21所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜在所述横截面方向上设置在所述第一滤色器与所述片上透镜之间。
25.如权利要求21所述的固态成像器件，其中，所述第一透镜的中心偏离所述第一滤色器的中心。
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