專利名稱：成像器件、成像裝置、制造裝置及制造方法
成像器件、成像裝置、制造裝置及制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本公開涉及一種成像器件、成像裝置、制造裝置和制造方法，具體地，本公開涉及一種能夠更容易地獲得更多種類型的圖像的成像器件、成像裝置、制造裝置和制造方法。
背景技術(shù)：
由于紅外光對于硅(Si)具有較長的穿透長度，因此當(dāng)形成使用近紅外光的高敏感度傳感器時，需要延長硅中的光路長度。由于在距硅表面(光入射在硅表面上)更深的位置中發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，因此還需要形成用于存儲通過光電轉(zhuǎn)換獲得的電子的勢(potential)從而達(dá)到更深的位置。
由于需要利用特高能量進(jìn)行離子注入來在深位置中形成該勢，因此在現(xiàn)有技術(shù)中存在增加開發(fā)或制造成本的風(fēng)險。還需要開發(fā)抗蝕劑(resist)以對應(yīng)于該勢，這可能增加開發(fā)的難度等級。
相應(yīng)地，已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種通過從硅基板表面的前表面?zhèn)群捅潮砻鎮(zhèn)葓?zhí)行離子注入而形成能夠充分地存儲由紅外光光電轉(zhuǎn)換的電子的光電二極管的方法(一種不需要利用特高能量進(jìn)行離子注入的方法)(例如，參考JP-A-2010-192483 (專利文獻(xiàn)I))。
在該方法中，首先，通過從硅基板的前表面?zhèn)葓?zhí)行離子注入，在硅基板的表面上在與對應(yīng)于可見光的圖像傳感器的深度近似相同的深度中形成光電二極管。此后，使硅基板倒置，并且拋光硅基板的背表面。然后，從該背表面?zhèn)葓?zhí)行離子注入，由此在硅基板的背表面上在與對應(yīng)于可見光的圖像傳感器的深度近似相同的深度中形成光電二極管。通過應(yīng)用上述制造方法，在不利用特高能量執(zhí)行離子注入的情況下，形成了在深度方向上最大具有兩倍深度的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域。
倒置的硅基板被拋光以便具有必要的膜厚度并且離子被注入，然后被粘到用于支撐拋光后的硅的厚度的支撐基板。然后，通過高溫激活處理來激活已經(jīng)從硅基板的背表面?zhèn)缺浑x子注入的雜質(zhì)。發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文獻(xiàn)I所描述的方法中，需要執(zhí)行用于激活已經(jīng)從硅基板的背表面?zhèn)缺浑x子注入的雜質(zhì)的激活處理，使得硅基板和支撐基板之間的粘合不被損壞。相應(yīng)地，需要制備特殊裝備來執(zhí)行諸如激光退火之類的處理，所述激光退火可以執(zhí)行短時段的熱處理并且在熱方面不影響粘合界面。因此，存在增加制造成本的風(fēng)險。
考慮以上內(nèi)容，期望執(zhí)行通過光電轉(zhuǎn)換入射光的彼此不同的波長帶分量而獲得多個圖像的成像，由此執(zhí)行更容易地獲得更多種類型的圖像的成像。
本公開的實(shí)施例針對一種成像器件，其包括多個光電轉(zhuǎn)換器件層，其中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件；以及夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，其中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線。
所述成像器件可以被配置為使得在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層中，光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行入射光的彼此不同的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
所述成像器件可以被配置為使得在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
所述成像器件可以被配置為使得在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的短波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的長波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
所述成像器件可以被配置為使得在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的厚度彼此不同。
所述成像器件可以被配置為使得在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的尺寸、形狀和間隔中的至少一個不同。
所述成像器件可以被配置為使得多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件同時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
所述成像器件可以被配置為使得多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件在相應(yīng)層中、在不同定時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
所述成像器件可以被配置為使得多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件通過輸出光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷，輸出通過組合相應(yīng)層中的圖像而形成的組合圖像。
所述成像器件可以被配置為使得在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的電荷積累時間不同，在所述電荷積累時間期間通過光電轉(zhuǎn)換入射光來積累電荷。
所述成像器件可以被配置為使得布置所述布線層中的布線，使得確保從布線層一側(cè)到另一側(cè)傳輸?shù)娜肷涔獾墓饴贰?br> 所述成像器件可以被配置為使得在布線層中形成由比周圍材料具有更高的光折射率的材料制成的波導(dǎo)。
所述成像器件可以被配置為使得依據(jù)入射光的入射角，布置所述布線層中的布線。
所述成像器件可以被配置為使得多個布線層的外部端子通過全通導(dǎo)孔彼此連接，在所述多個布線層中形成了用于從不同層的光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線。
本公開的另一實(shí)施例針對一種成像器件，包括彼此疊置的多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線，其中， 相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
所述成像器件可以被配置為使得多個背照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在每個光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成每個布線層。
所述成像器件可以被配置為使得背照式成像器件和前照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成布線層，而在前照式成像器件，在光電轉(zhuǎn)換器件層的光入射側(cè)上形成布線層。
本公開的又一實(shí)施例針對一種成像裝置，包括對對象進(jìn)行成像的成像器件，其具有多個光電轉(zhuǎn)換器件層和夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線；以及控制單元，用于控制成像器件的驅(qū)動，以便執(zhí)行成像來獲得對象圖像。
本公開的再一實(shí)施例針對一種制造裝置，包括成像器件制造單元，用于制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及組裝單元，用于將由成像器件制造單元制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
本公開的再又一實(shí)施例針對一種制造裝置的制造方法，包括通過成像器件制造單元制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及通過組裝單元將所制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，成像器件包括多個光電轉(zhuǎn)換器件層，其中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件；以及夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，其中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線
根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，成像器件包括彼此疊置的多個成像器件，每個具有光電轉(zhuǎn)換器件層和布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線，其中，相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，成像裝置包括對對象進(jìn)行成像的成像器件，其具有多個光電轉(zhuǎn)換器件層和夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線；以及控制單元，用于控制成像器件的驅(qū)動，以便執(zhí)行成像來獲得對象圖像。
根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，制造多個成像器件，每個具有光電轉(zhuǎn)換器件層和布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及組裝單元，用于將由成像器件制造單元制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
根據(jù)本公開的實(shí)施例，可以對入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。具體地，可以更容易地獲得更多種類型的圖像。


圖I是示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的主要結(jié)構(gòu)的示例的圖2是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要結(jié)構(gòu)的示例的圖3是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的制造裝置的主要配置的示例的框圖4是說明制造處理的流程的示例的流程圖5是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的另一結(jié)構(gòu)示例的圖6是說明光瞳校正的示例的圖7是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的又一結(jié)構(gòu)示例的圖8是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的又一結(jié)構(gòu)示例的圖9是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的又一結(jié)構(gòu)示例的圖10是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的又一結(jié)構(gòu)示例的圖；以及
圖11是示出成像裝置的主要配置的示例的框圖。
具體實(shí)施方式
下文中，將說明實(shí)施本公開的方式(下文中稱為實(shí)施例)。將按照以下順序進(jìn)行描述。
I.第一實(shí)施例(成像器件:背照式+前照式)
2.第二實(shí)施例(制造裝置和方法)
3.第三實(shí)施例(應(yīng)用示例I:波導(dǎo))
4.第四實(shí)施例(應(yīng)用示例2:光瞳校正)
5.第五實(shí)施例(應(yīng)用示例Σ=PD間距改變)
6.第六實(shí)施例(應(yīng)用示例4:可見光+可見光)
7.第七實(shí)施例(應(yīng)用示例￡:背照式+前照式)
8.第八實(shí)施例(成像裝置)
〈I第一實(shí)施例>
[現(xiàn)有技術(shù)的成像器件]
首先，將說明現(xiàn)有技術(shù)的成像器件的結(jié)構(gòu)示例。圖I是示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器的主要結(jié)構(gòu)的示例的圖。圖I示出的CMOS圖像傳感器 10是使用CMOS的背照式圖像傳感器，其在每個元胞中具有放大器。
圖I示出了 CMOS圖像傳感器10的垂直方向(堆疊方向)的結(jié)構(gòu)的輪廓(截面的輪廓圖)。如圖I所示，CMOS圖像傳感器10在每個像素中包括聚光透鏡11、濾色器12、和光電二極管15。
四個像素被示出為圖I中的CMOS圖像傳感器10的有效像素區(qū)域。由于四個像素的結(jié)構(gòu)，因此在半導(dǎo)體基板14上形成了光電二極管15-1到15-4。當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各光電二極管進(jìn)行說明時，將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管15。
聚光透鏡11-1和濾色器12-1是相對于光電二極管15-1提供的。聚光透鏡11_2 和濾色器12-2是相對于光電二極管15-2提供的。聚光透鏡11-3和濾色器12_3是相對于光電二極管15-3提供的。聚光透鏡11-4和濾色器12-4是相對于光電二極管15_4提供的。 當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各聚光透鏡進(jìn)行說明時，將每個聚光透鏡僅僅稱為聚光透鏡11。類似地，當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各濾色器進(jìn)行說明時，將每個濾色器僅僅稱為濾色器12。
如圖I所示，絕緣膜13被形成為半導(dǎo)體基板14的背表面上，該背表面是光入射表面，并且在其上形成濾色器12和聚光透鏡11。
在半導(dǎo)體基板的與光入射表面相對的前表面?zhèn)壬?，形成布線層16、鈍化膜19和支撐基板20。在布線層16中形成布線17和布線層間膜18。
在布線層中在除了 CMOS圖像傳感器10的有效像素區(qū)域之外的區(qū)域上形成用于連接到CMOS圖像傳感器10外部的電路的焊盤21。
當(dāng)可見光31入射到例如具有上述結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器10中的聚光透鏡11_2 時，可見光21透射過聚光透鏡11-2、濾色器12-2和絕緣膜13，并且有效地在光電二極管15-2中被光電轉(zhuǎn)換。
另一方面，由于近紅外光32比可見光31具有更長的波長，因此對硅(半導(dǎo)體基板 14)的穿透長度比可見光31長，并且需要比可見光31在更深的位置中收集被光電轉(zhuǎn)換的電子的勢分布。
然而，在如圖I所示的CMOS圖像傳感器10的背照式的情況下，通常需要形成具有近似2μπι到3μπι的薄膜厚度的半導(dǎo)體基板14以便抑制混色出現(xiàn)。相應(yīng)地，光電二極管 15-4可能難以有效地執(zhí)行通過聚光透鏡11-4、濾色器12-4和絕緣膜13入射的近紅外光32 的光電轉(zhuǎn)換。也就是說，通過背照式CMOS圖像傳感器10難以獲得關(guān)于近紅外光32的充分敏感度。
在專利文獻(xiàn)I公開的方法的情況下，從半導(dǎo)體基板的兩個表面執(zhí)行離子注入，并且需要用于執(zhí)行諸如激光退火之類的處理的特殊裝備，所述激光退火可以執(zhí)行短時段的熱處理。還存在出現(xiàn)混色的風(fēng)險。
盡管在前照式圖像傳感器的情況下硅基板可以被形成為厚的，然而需要利用特高能量執(zhí)行離子注入，以便在充分深的位置中形成勢，近紅外光在所述充分深的位置中被有效地光電轉(zhuǎn)換。
[本公開的實(shí)施例的成像器件]
因此，將說明能夠通過執(zhí)行入射光的彼此不同的波長帶分量(諸如上述的可見光和近紅外光)的光電轉(zhuǎn)換來獲得多個圖像的成像器件。
圖2是應(yīng)用本公開的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示例的圖。圖2中所示的CMOS圖像傳感器100是使用與圖I的CMOS圖像傳感器10相似的CMOS的圖像傳感器。
圖2示出了 CMOS圖像傳感器100的垂直方向(堆疊方向)的結(jié)構(gòu)的輪廓(截面的輪廓圖)。如圖2所示，光近似從圖中頂部到底部地入射在CMOS圖像傳感器100上。CMOS 圖像傳感器100關(guān)于入射光的行進(jìn)方向具有多層結(jié)構(gòu)。也就是說，入射在CMOS圖像傳感器 100上的光行進(jìn)從而透過各個層。
四個像素被示出為圖2中的CMOS圖像傳感器100的有效像素區(qū)域。由于四個像素的結(jié)構(gòu)，因此在半導(dǎo)體基板114上形成了光電二極管115-1到115-4。作為光電二極管 115-1的像素的結(jié)構(gòu)，形成聚光透鏡111-1和濾色器112-1。作為光電二極管115-2的像素的結(jié)構(gòu)，形成聚光透鏡111-2和濾色器112-2。作為光電二極管115-3的像素的結(jié)構(gòu)，形成聚光透鏡111-3和濾色器112-3。此外，作為光電二極管115-4的像素的結(jié)構(gòu)，形成聚光透鏡111-4和濾色器112-4。
當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各光電二極管進(jìn)行說明時，將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管115。當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各聚光透鏡進(jìn)行說明時，將每個聚光透鏡僅僅稱為聚光透鏡111。類似地，當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各濾色器進(jìn)行說明時，將每個濾色器僅僅稱為濾色器112。
CMOS圖像傳感器100中的鈍化膜119上面的層具有與圖I的CMOS圖像傳感器10 相同的結(jié)構(gòu)。也就是說，在圖中，從頂部開始，形成聚光透鏡111、濾色器112、絕緣膜113、半導(dǎo)體基板114 (光電二極管115)、布線層116 (布線117和布線層間膜118)。
聚光透鏡111將入射在成像表面上的光會聚到對應(yīng)的光電二極管115，由此提高光電二極管115的量子效率。
濾色器112透射通過對應(yīng)的聚光透鏡111入射的入射光，由此允許入射光的給定波長(顏色)帶的分量入射在對應(yīng)的光電二極管115上。每個濾色器112要透射的波長(顏色)帶是可選的，其可以是可見光以及紅外光或紫外光。濾色器112可以是透射相同波長 (顏色)帶的過濾器，或者可以是透射彼此不同的波長(顏色)帶(諸如RGB或可見光、以及紅外光等等)的多種類型的過濾器。
濾色器112包括多種類型的過濾器，可以以給定順序布置相應(yīng)波長(顏色)帶的過濾器，諸如貝葉斯布置。例如，可以布置在圖2中，濾色器112-1和濾色器112-3為透射紅色(R)的過濾器，濾色器112-2和濾色器112-4是透射綠色(G(Gr))的過濾器。而且，例如， 可以布置濾色器112-1和濾色器112-3為透射綠色(G(Gb))的過濾器，濾色器112-2和濾色器112-4是透射藍(lán)色(R)的過濾器。
在半導(dǎo)體基板114上形成的光電二極管115主要以與圖I的情況相同的方式有效地執(zhí)行可見光的波長分量的光電轉(zhuǎn)換。也就是說，在光電二極管115中，在適合于包括在入射光中的可見光的波長帶分量的深度中，形成用于存儲光電轉(zhuǎn)換的電子的勢分布。例如，可見光141透過聚光透鏡111-2、濾色器112-2和絕緣膜113，并且在光電二極管115中被有效地光電轉(zhuǎn)換。
半導(dǎo)體基板114的膜厚度是可選的。例如，半導(dǎo)體基板114可以被形成為具有2 μ m 到3 μ m的厚度，以便抑制混色出現(xiàn)。
通過使用例如鋁(Al)或銅(Cu)來形成布線層116中的布線117。盡管僅僅通過圖 2中的布線117表示了一條布線，但是圖2的布線層116中的所有灰色矩形都是布線117。 在圖2的示例的布線層116中，布線117具有四層結(jié)構(gòu)，然而布線層的數(shù)量是可選的。
附帶地，CMOS圖像傳感器100與圖I的CMOS圖像傳感器10的區(qū)別在于CM0S圖像傳感器100還包括在如圖2所示的圖中的鈍化膜119下面的布線層120、半導(dǎo)體基板123 和支撐基板125。
布線層120是基本上與布線層116相同的層。在布線層120中，形成布線121和布線層間膜122。盡管僅僅通過圖2中的布線121表示了一條布線，但是圖2的布線層120 中的所有灰色矩形都是布線121。在圖2的示例的布線層120中，布線121具有兩層結(jié)構(gòu)， 然而布線層的數(shù)量是可選的。
在布線層116的除了 CMOS圖像傳感器100的有效像素區(qū)域之外的區(qū)域中，焊盤 132被形成為布線層116的電路的外部電極。而且，在布線層120的除了 CMOS圖像傳感器 100的有效像素區(qū)域之外的區(qū)域中，焊盤133被形成為布線層120的電路的外部電極。焊盤 132和焊盤133通過TSV (硅通孔)131 (所謂的通孔)連接。也就是說，布線層116的電路和布線層120的電路連接。TSV 131的數(shù)量是可選的。另外，除了通過TSV 131彼此連接的電極(諸如焊盤132或焊盤133)之外，在布線層116和布線層120的除了 CMOS圖像傳感器 100的有效像素區(qū)域之外的區(qū)域中，形成用于連接到CMOS圖像傳感器100外部的電路的焊盤(外部電極)，但是沒有示出這樣的焊盤。
半導(dǎo)體基板123是基本上與半導(dǎo)體基板114相同的層。在半導(dǎo)體基板123中，光電二極管124-1被形成為光電二極管115-1的像素的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體基板123中，光電二極管 124-2被形成為光電二極管115-2的像素的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體基板123中，光電二極管124-3 被形成為光電二極管115-3的像素的結(jié)構(gòu)。此外，在半導(dǎo)體基板123中，光電二極管124-4被形成為光電二極管115-4的像素的結(jié)構(gòu)。當(dāng)不需要逐一區(qū)分相應(yīng)各光電二極管124-1到 124-4進(jìn)行說明時，將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管124。
透過光電二極管115的入射光(未在光電二極管115中被光電轉(zhuǎn)換的入射光)通過布線層116、鈍化膜119和布線層120入射在半導(dǎo)體基板123 (光電二極管124)上。也就是說，布置布線117和布線121使得確保從一側(cè)透射到另一側(cè)的入射光的光路。例如，優(yōu)選的是，如圖2所示，在布線層116和布線層120中，僅僅在半導(dǎo)體基板114中的陰影部分(未形成光電二極管115的部分)下面的位置處布置布線117和布線121。自然，例如，還優(yōu)選的是，在布線層116和布線層120中，在半導(dǎo)體基板123中的陰影部分(未形成光電二極管 124的部分)上面的位置處布置布線117和布線121。
在適合于對近紅外光的波長帶分量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的位置(深度)處提供光電二極管124，其對包括在入射光中的未在光電二極管115中被光電轉(zhuǎn)換并入射在光電二極管124 上的近紅外光的波長帶分量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。例如，近紅外光142透射過聚光透鏡111-4、濾色器112-4、絕緣膜113、光電二極管115-4、布線層116、鈍化膜119和布線層120，然后在光電二極管124-4中被有效地光電轉(zhuǎn)換。
如上所述，CMOS圖像傳感器100關(guān)于入射光的行進(jìn)方向具有多層結(jié)構(gòu)，包括夾住布線層(布線層116和布線層120)的兩層(半導(dǎo)體基板114和半導(dǎo)體基板123)光電二極管 (光電轉(zhuǎn)換器)。
在應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)時，CMOS圖像傳感器100可以利用光電二極管115和光電二極管 124有效地執(zhí)行可見光和近紅外光兩者的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
相應(yīng)地，由于CMOS圖像傳感器100可以以高靈敏度地檢測可見光和近紅外光兩者的波長帶分量，因此可以獲得可見光的高質(zhì)量圖像以及近紅外光的高質(zhì)量圖像。CMOS圖像傳感器100至少可以獲得與圖I的CMOS圖像傳感器10近似相同的圖像質(zhì)量的可見光圖像， 并且還可以獲得近紅外圖像。
CMOS圖像傳感器100通過使用兩級光電二極管(光電二極管115和光電二極管 124)來獲得可見光圖像和近紅外圖像。因此，CMOS圖像傳感器100可以同時獲得可見光圖像和近紅外圖像(可以獲得相同定時的圖像)?？梢钥紤]可見光圖像和近紅外圖像優(yōu)選地是相同定時的圖像的情況，諸如，通過使用這兩個圖像執(zhí)行處理的情況，例如，通過使用紅外圖像來確定圖像校正方法并且使用該圖像校正方法來校正可見光圖像的情況，等等。自然， 還可以考慮這兩個圖像優(yōu)選地為不同定時的圖像的情況。CMOS圖像傳感器100可以獲得彼此不同的定時的可見光圖像和近紅外圖像。
CMOS圖像傳感器100通過組合光電二極管115獲得的圖像和光電二極管124獲得圖像，可以獲得高質(zhì)量的紅外圖像。也就是說，可以實(shí)現(xiàn)其中延長了有效的光路長度的近紅外傳感器。
優(yōu)選的是，布線117的至少一部分和布線121的一部分對應(yīng)于用于從光電二極管 115和光電二極管124至少之一讀取電荷的電路的布線。例如，還優(yōu)選的是，布線層116中的布線117的至少一部分對應(yīng)于用于從光電二極管115讀取電荷的布線,布線層120中的布線121的至少一部分是用于從光電二極管124讀取電荷的布線，這些電路彼此獨(dú)立。
在上述情況下，聚光透鏡111到鈍化膜119的相應(yīng)各層配置背照式CMOS圖像傳感器，布線層120到支撐基板125的相應(yīng)各層配置前照式CMOS圖像傳感器。背照式CMOS圖10像傳感器和前照式CMOS圖像傳感器彼此獨(dú)立。也就是說，在此情況下，在CMOS圖像傳感器 100中疊置并連接彼此獨(dú)立的兩個CMOS圖像傳感器。
上述情況下的CMOS圖像傳感器100通過利用背照式CMOS圖像傳感器執(zhí)行入射光中可見光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，可以獲得可見光的高質(zhì)量圖像。CMOS圖像傳感器100 通過利用前照式CMOS圖像傳感器執(zhí)行入射光中近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，還可以獲得近紅外光的高質(zhì)量圖像。
另外，如CMOS圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)那樣疊置的這些CMOS圖像傳感器可以彼此獨(dú)立地操作。相應(yīng)地，例如，CMOS圖像傳感器100可以同時獲得可見光圖像和近紅外圖像 (可以獲得相同定時的圖像)，以及可以容易地獲得不同定時的可見光圖像和近紅外圖像。 可以容易地執(zhí)行上述模式之間的切換。
例如，當(dāng)同時獲得可見光圖像和近紅外圖像時，可以在彼此相同的定時執(zhí)行通過光電二極管115對入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而積累的電荷的輸出、以及通過光電二極管124對入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而積累的電荷的輸出。當(dāng)在不同定時獲得可見光圖像和近紅外圖像時，可以在不同定時執(zhí)行在光電二極管115中積累的電荷的輸出、以及在光電二極管124中積累的電荷的輸出。
因此，CMOS圖像傳感器100可以更容易地獲得更多種類型的圖像。
〈2.第二實(shí)施例>
[制造裝置]
如上所述，圖2的CMOS圖像傳感器100被配置使得聚光透鏡111到鈍化膜119 的相應(yīng)各層形成背照式CMOS圖像傳感器，布線層120到支撐基板125的相應(yīng)各層形成前照式CMOS圖像傳感器。
假設(shè)，這些圖像傳感器彼此獨(dú)立，可以通過分別形成背照式CMOS圖像傳感器和前照式CMOS圖像傳感器，將前照式CMOS圖像傳感器疊置在所形成的背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)壬?，并且通過TSV 131連接這兩個圖像傳感器，從而配置CMOS圖像傳感器100。
圖3是示出應(yīng)用本公開的制造裝置的主要配置的示例的框圖。圖3所示的制造裝置是用于制造CMOS圖像傳感器100的裝置。
如圖3所示，制造裝置200包括控制單元201、背照式圖像傳感器制造單元202、前照式圖像傳感器制造單元203和組裝單元204。制造裝置200還包括輸入單元211、輸出單元212、存儲單元213、通信單元214和驅(qū)動器215。
控制單元201包括例如CPU (中央處理單元)、ROM (只讀存儲器)、RAM (隨機(jī)存取存儲器)等等，控制其它相應(yīng)單元并執(zhí)行關(guān)于CMOS圖像傳感器100的制造的處理。例如，控制單元201的CPU根據(jù)在ROM中存儲的程序執(zhí)行各種類型的處理。CPU還根據(jù)從存儲單元 213加載到RAM的程序執(zhí)行各種類型的處理。另外，RAM適當(dāng)?shù)卮鎯PU執(zhí)行各種類型的處理所需的數(shù)據(jù)。
輸入單元211包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸板等等，并且連接到控制單元201。輸出單元 212包括諸如CRT (陰極射線管)顯示器和IXD (液晶顯示器)之類的顯示器、以及揚(yáng)聲器等等，并且連接到控制單元201。存儲單元213包括諸如閃存、硬盤等等之類的SSD (固態(tài)驅(qū)動器)，并且連接到控制單元201。通信單元214包括有線LAN (局域網(wǎng))或無線LAN、調(diào)制解調(diào)器等等的接口，并且也連接到控制單元201。通信單元214通過網(wǎng)絡(luò)(包括因特網(wǎng))執(zhí)行通信處理。
驅(qū)動器215也根據(jù)需要連接到控制單元201，在驅(qū)動器215上適當(dāng)?shù)匕惭b諸如磁盤、光盤、磁光盤和半導(dǎo)體存儲器之類的可移動介質(zhì)221。根據(jù)需要將通過驅(qū)動器215從可移動介質(zhì)221讀取的計(jì)算機(jī)程序安裝在存儲單元213中。
背照式圖像傳感器制造單元202根據(jù)控制單元201的控制制造背照式CMOS圖像傳感器。也就是說，背照式圖像傳感器制造單元202產(chǎn)生CMOS圖像傳感器100的聚光透鏡 111到鈍化膜119。制造方法是可選的。例如，背照式圖像傳感器制造單元202通過現(xiàn)有技術(shù)中的相同種類方法中的任一方法制造背照式CMOS圖像傳感器。
前照式圖像傳感器制造單元203根據(jù)控制單元201的控制制造前照式CMOS圖像傳感器。也就是說，前照式圖像傳感器制造單元203產(chǎn)生CMOS圖像傳感器100的布線層 120到支撐基板125。制造方法是可選的。例如，前照式圖像傳感器制造單元203通過現(xiàn)有技術(shù)中的相同種類方法中的任一方法制造前照式CMOS圖像傳感器。
組裝單元204根據(jù)控制單元201的控制來組裝CMOS圖像傳感器100。也就是說， 組裝單元204將背照式圖像傳感器制造單元202制造的背照式CMOS圖像傳感器連接到前照式圖像傳感器制造單元203制造的前照式CMOS圖像傳感器。更具體地，組裝單元204將前照式CMOS圖像傳感器疊置在背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)壬?，并且通過TSV 131連接相應(yīng)的焊盤。
[制造方法的流程]
將參考圖4的流程圖來說明制造處理的流程示例。
當(dāng)制造裝置200制造CMOS圖像傳感器100時，控制單元201執(zhí)行制造處理。
當(dāng)制造處理開始時，在步驟SlOl，控制單元201控制背照式圖像傳感器制造單元 202制造背照式CMOS圖像傳感器。
在步驟S102，控制單元201控制前照式圖像傳感器制造單元203制造前照式CMOS 圖像傳感器。
在步驟S103，控制單元201控制組裝單元204組裝CMOS圖像傳感器100。更具體地，組裝單元204根據(jù)控制單元201的控制，將通過步驟S102的處理所制造的前照式CMOS 圖像傳感器疊置在通過步驟SlOl的處理所制造的背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)壬稀４送?，組裝單元204根據(jù)控制單元201的控制通過全通導(dǎo)孔(TSV)連接這些焊盤。
當(dāng)步驟S103的處理結(jié)束時，控制單元201完成制造處理。
根據(jù)上述的制造處理，制造裝置200可以在不使用特殊處理和裝備(諸如利用特高能量的離子注入或激光退火)的情況下更容易地制造CMOS圖像傳感器100。也就是說， 能夠更容易地實(shí)現(xiàn)能夠更容易地獲得更多個圖像的成像器件。
〈3.第三實(shí)施例〉
[成像器件]
優(yōu)選的是，CMOS圖像傳感器100被配置為使得透過光電二極管115的光的大部分 (在相應(yīng)的布線中)透過布線層116和布線層120并且到達(dá)光電二極管124。也就是說，布線層116中相應(yīng)布線117的位置和布線層120中相應(yīng)布線121的位置是可選的，只要確保了入射光從光電二極管115到光電二極管124的光路即可。例如，布線117和布線121可以位于光電二極管115之下或光電二極管124之上。
例如，還優(yōu)選的是，在布線層116中形成波導(dǎo)。圖5是示出在此情況下的CMOS圖像傳感器100的主要結(jié)構(gòu)的示例的圖。在圖5所示的示例中，在CMOS圖像傳感器100的布線層116中近似在光電二極管115-1之下的位置處形成波導(dǎo)251-1。在布線層116中近似在光電二極管115-2之下的位置處形成波導(dǎo)251-2。在布線層116中近似在光電二極管 115-3之下的位置處形成波導(dǎo)251-3。在布線層116中近似在光電二極管115-4之下的位置處形成波導(dǎo)251-4。當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各波導(dǎo)251-1到251-4進(jìn)行說明時，將每個波導(dǎo)僅僅稱為波導(dǎo)251。
波導(dǎo)251由給定的波導(dǎo)材料制成，所述給定的波導(dǎo)材料包括例如比周圍材料具有更高的光透射率的材料。其它結(jié)構(gòu)與圖2的情況相同。
在形成背照式CMOS圖像傳感器時形成波導(dǎo)251。例如，首先，在圖中從下往上在布線層116中近似在光電二極管115之下(在布線117之間)的位置處形成孔。接下來，在包括所述孔的背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)?圖中的下表面)上形成鈍化膜119。然后，在布線層116中在相應(yīng)的孔中形成波導(dǎo)251。
如圖5所示，透過光電二極管115的入射光通過波導(dǎo)251到達(dá)光電二極管124。相應(yīng)地，在此情況下，CMOS圖像傳感器100通過波導(dǎo)251的波導(dǎo)效應(yīng)可以有效地將近紅外光 142提供到光電二極管124，所述近紅外光142是入射光中包括的近紅外光的波長帶分量。 也就是說，可以提高光電二極管124的敏感度。
可以在布線層120中形成波導(dǎo)。還優(yōu)選的是，在布線層116和布線層120兩者中形成波導(dǎo)。在兩種情況下，可以如上所述地提高光電二極管124的敏感度。另外，波導(dǎo)的材料是可選的。
可以通過如在第二實(shí)施例中說明的相同方法來制造在本實(shí)施例中說明的CMOS圖像傳感器100。也就是說，可以在控制單元201控制背照式圖像傳感器制造單元202制造背照式CMOS圖像傳感器時(步驟S101)在布線層116中形成以上波導(dǎo)?？梢酝ㄟ^現(xiàn)有技術(shù)中相同種類的方法中任一方法來形成波導(dǎo)。
在布線層120中提供波導(dǎo)的情況下，可以在控制單元201控制前照式圖像傳感器制造單元203制造前照式CMOS圖像傳感器時(步驟S102)在布線層120中形成以上波導(dǎo)。 在此情況下，也可以通過現(xiàn)有技術(shù)中相同種類的方法中任一方法來形成波導(dǎo)。
在布線層116和布線層120兩者中提供波導(dǎo)的情況下，可以通過控制單元201控制背照式圖像傳感器制造單元202和前照式圖像傳感器制造單元203在相應(yīng)的布線層中形成波導(dǎo)。
也就是說，在本實(shí)施例中，制造裝置200也能夠更容易地制造CMOS圖像傳感器 100。
<4.第四實(shí)施例〉
[成像裝置]
相應(yīng)像素結(jié)構(gòu)的位置不限于以上示例。例如，可以根據(jù)入射光的入射角等等執(zhí)行位置校正(光瞳校正)。
通常，入射在成像器件上的入射光以近似直角入射在中心鄰域的像素上，然而，入射光在例如鏡頭效應(yīng)等等下朝向中心方向以給定角度(入射角Θ )入射在外圍像素上。
在圖2或圖5的CMOS圖像傳感器100的情況下，在圖中的垂直方向中形成光路。也就是說，關(guān)于以近似直角入射的入射光優(yōu)化光路，然而，關(guān)于以給定角度入射的光，光路不總是最優(yōu)的，并且可能降低關(guān)于光電二極管115或光電二極管124的光會聚率。
相應(yīng)地，如圖6所示，可以根據(jù)入射光的入射角度Θ校正(可以在適當(dāng)位置處布置)相應(yīng)像素的相應(yīng)結(jié)構(gòu)中的位置。
圖6是示出從光入射側(cè)看上去的CMOS圖像傳感器的輪廓的外觀的圖，其中考慮到入射光的入射角Θ而布置相應(yīng)像素的結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，在CMOS圖像傳感器100的每個像素310中，根據(jù)入射光的入射角Θ， 關(guān)于傳感器光接收單元3IOA朝向中心提供透鏡320，該透鏡320是每個像素的微透鏡。
圖7示出了與圖2和圖5類似的上述情況下的CMOS圖像傳感器100的截面。如圖7所示，根據(jù)入射光的入射角Θ，關(guān)于光電二極管115朝向中心布置聚光透鏡111和濾色器112。實(shí)際上，它們在如圖6所示的二維布置中朝向中心布置。
根據(jù)以上布置，從聚光透鏡111到光電二極管115的光路相對于垂直方向傾斜依據(jù)入射角Θ的角度。相應(yīng)地，由于在此情況下關(guān)于入射光正確地設(shè)置了光路，因此可以抑制光電二極管115的光會聚率的降低。
注意，布線117的相應(yīng)層也被布置為根據(jù)近紅外光的入射角Θ而傾斜，如圖7的示例所示。也就是說，根據(jù)入射角Θ從光電二極管115朝外(中心的反方向)布置布線117。
此外，布線121的相應(yīng)層也被布置為根據(jù)近紅外光的入射角Θ而傾斜，如圖7的示例所示。也就是說，根據(jù)入射角Θ進(jìn)一步從布線117朝外(中心的反方向)布置布線121。
此外，根據(jù)近紅外光的入射角Θ進(jìn)一步從布線121朝外(中心的反方向)布置光電二極管124。
根據(jù)以上布置，從光電二極管115到光電二極管124的光路相對于垂直方向傾斜依據(jù)入射角Θ的角度。相應(yīng)地，由于在此情況下關(guān)于入射光正確地設(shè)置了光路，因此可以抑制光電二極管124的光會聚率的降低。
可以通過如在第二實(shí)施例中說明的相同方法來制造在本實(shí)施例中說明的CMOS圖像傳感器100。也就是說，可以布置相應(yīng)各層，使得在控制單元201控制背照式圖像傳感器制造單元202和前照式圖像傳感器制造單元203制造相應(yīng)的CMOS圖像傳感器時(步驟SlOl 和步驟S102)執(zhí)行上述光瞳校正。
也就是說，在本實(shí)施例中，制造裝置200也能夠更容易地制造CMOS圖像傳感器 100。
<5.第五實(shí)施例>
光電二極管的大小、形狀和間隔是可選的，并且它們中的至少一個在光電二極管 115和124之間是彼此不同的，如圖8所示的示例中那樣。
在圖8的示例中，光電二極管351-1和光電二極管351_2每個具有兩個光電二極管115的大小，并且被形成在半導(dǎo)體基板123中。也就是說，在半導(dǎo)體基板123中，在光電二極管115-1和光電二極管115-2之下形成光電二極管351-1,其對應(yīng)于光電二極管115-1 和光電二極管115-2。也就是說，光電二極管351-1執(zhí)行透過光電二極管115-1和光電二極管115-2的入射光中近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
另一方面，在半導(dǎo)體基板123中，在光電二極管115-3和光電二極管115_4之下形成光電二極管351-2,其對應(yīng)于光電二極管115-3和光電二極管115-4。也就是說,光電二極管351-2執(zhí)行透過光電二極管115-3和光電二極管115-4的入射光中近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)不需要彼此區(qū)分光電二極管351-1和光電二極管351-2進(jìn)行說明時， 將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管351。
在此情況下，布線層116中布線117的布線間隔可能與布線層120中布線121的布線間隔不同。在圖8的示例中，在半導(dǎo)體基板114的除了光電二極管115之外的部分之下形成布線117，從而對應(yīng)于光電二極管115的布置間隔。另一方面，在半導(dǎo)體基板123的除了光電二極管351之外的部分之上形成布線121,從而對應(yīng)于光電二極管351的布置間隔。
布線117和布線121的布置間隔不限于圖8的示例，并且是可選的。例如，布線 117的布置位置可以在半導(dǎo)體基板123的除了光電二極管351之外的部分之上，從而對應(yīng)于布線121。而且，布線121的布置位置可以在半導(dǎo)體基板114的除了光電二極管115之外的部分之下，從而對應(yīng)于布線114。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，CMOS圖像傳感器100彼此獨(dú)立地設(shè)置可見光圖像中的分辨率和近紅外光圖像中的分辨率。例如，CMOS圖像傳感器100可以獲得具有彼此不同的分辨率的可見光圖像和近紅外光圖像。
盡管根據(jù)圖8示例的層，光電二極管在圖的水平方向上的大小是不同的，但是實(shí)施例不限于該示例，并且在相應(yīng)各層中，相應(yīng)各層中的光電二極管的大小、形狀和間隔可以不同。
可以通過如在第二實(shí)施例中說明的相同方法來制造在本實(shí)施例中說明的CMOS圖像傳感器100。也就是說，由于背照式圖像傳感器制造單元202和前照式圖像傳感器制造單元203彼此獨(dú)立地制造CMOS圖像傳感器，因此可以彼此獨(dú)立地設(shè)置光電二極管的大、形狀和間隔。
也就是說，在本實(shí)施例中，制造裝置200也能夠更容易地制造CMOS圖像傳感器 100。
<6.第六實(shí)施例〉
[成像器件]
如上所述，可以獲得可見光和近紅外光的圖像，然而，相應(yīng)的光電二極管的厚度是可選的。也就是說，在相應(yīng)的光電二極管中光電轉(zhuǎn)換的波長帶是可選的，因此，CMOS圖像傳感器100通過根據(jù)如入射光對硅的穿透長度可以設(shè)置相應(yīng)的光電二極管的勢分布的深度， 可以獲得可選的波長帶中的圖像。
例如，如圖9所示的示例，優(yōu)選的是，CMOS圖像傳感器100獲得兩個具有彼此不同的波長帶的可見光圖像。在圖9的示例中，替代圖2的半導(dǎo)體基板114，形成半導(dǎo)體基板 360。在半導(dǎo)體基板360中，形成光電二極管361-1到361-4。也就是說，光電二極管361-1 到361-4分別對應(yīng)于光電二極管115-1到115-4。當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各光電二極管 361-1到361-4進(jìn)行說明時，將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管361。其它結(jié)構(gòu)與圖2 相同。
半導(dǎo)體基板360被形成為比圖2的半導(dǎo)體基板114更薄(例如，I μ m)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，光電二極管361可以執(zhí)行包括在入射光中的可見光(可見光381)的短波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。由于光電二極管361被形成得更薄，因此光電二極管124的深度變得更淺。相應(yīng)地，光電二極管124可以對包括在入射光中的可見光(可見光382)的長波長帶分量(而不是近紅外光)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。例如，CMOS圖像傳感器100還可以根據(jù)顏色在不同層中的光電二極管中形成圖像。
如上所述，CMOS圖像傳感器100包括多層光電二極管，在相應(yīng)光電二極管中執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。相應(yīng)地，可以分別設(shè)置在相應(yīng)層的光電二極管中被光電轉(zhuǎn)換的波長帶分量。如上所述，相應(yīng)的光電二極管的厚度是可選的，因此可以彼此獨(dú)立地設(shè)置相應(yīng)各層中的厚度。 例如，可以根據(jù)層將光電二極管的厚度設(shè)置為不同的，并且也可以在所有層中統(tǒng)一光電二極管的厚度。也就是說，可以更容易地以及更自由地執(zhí)行在相應(yīng)各光電二極管中被光電轉(zhuǎn)換的波長帶分量的設(shè)置。
如上所述，CMOS圖像傳感器100根據(jù)光電二極管361的厚度不僅可以控制光電二極管361光電轉(zhuǎn)換的波長帶分量，而且還可以控制光電二極管124光電轉(zhuǎn)換的波長帶分量。
可以通過如在第二實(shí)施例中說明的相同方法來制造在本實(shí)施例中說明的CMOS圖像傳感器100。也就是說，由于背照式圖像傳感器制造單元202和前照式圖像傳感器制造單元203彼此獨(dú)立地制造CMOS圖像傳感器，因此可以彼此獨(dú)立地設(shè)置光電二極管層的厚度。
也就是說，在本實(shí)施例中，制造裝置200也能夠更容易地制造CMOS圖像傳感器 100。
<7.第七實(shí)施例〉
[成像器件]
如上所述，在背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)壬席B置前照式CMOS圖像傳感器，然而，本實(shí)施例不限于此，例如，還可以優(yōu)選的是，替代前照式CMOS圖像傳感器，疊置背照式 CMOS圖像傳感器，如圖10所示。
圖10所示的CMOS圖像傳感器400以與上面的CMOS圖像傳感器100相同的方式包括聚光透鏡111到鈍化膜119。CMOS圖像傳感器400包括半導(dǎo)體基板411和布線層413， 以替代布線層120到支撐基板125。
在導(dǎo)體基板411中，形成光電二極管412-1到412_4，以便對應(yīng)于光電二極管 115-1到115-4的像素。當(dāng)不需要彼此區(qū)分相應(yīng)各光電二極管412-1到412-4進(jìn)行說明時， 將每個光電二極管僅僅稱為光電二極管412。
光電二極管412以與光電二極管124相同的方式執(zhí)行與光電二極管115不同的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。更具體地，光電二極管412執(zhí)行比光電二極管115更長的波長帶的光電轉(zhuǎn)換。例如，光電二極管115執(zhí)行可見光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換,而光電二極管412 執(zhí)行近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換?；蛘?，例如，光電二極管115執(zhí)行可見光的短波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，而光電二極管412執(zhí)行可見光的長波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
在CMOS圖像傳感器400的情況下，在圖中導(dǎo)體基板411之下形成布線層413。也就是說，CMOS圖像傳感器400被配置為使得在背照式CMOS圖像傳感器的表面?zhèn)壬席B置背照式CMOS圖像傳感器。
布線層413以基本上與上面的布線層116和布線層120相同的方式，具有可選數(shù)量的層的布線414和布線層間膜415。由于布線層413被布置在光電二極管412之下，因此不需要提供光路。因此，可以在可選位置布置布線414。也就是說，可以更容易地布局布線 414。
以與布線層116和布線層120相同的方式，在布線層413的除了有效像素區(qū)域之外的區(qū)域提供焊盤423作為外部端子。焊盤423通過TSV 421連接到布線層116的焊盤 132。
如上所述，CMOS圖像傳感器400可以以與CMOS圖像傳感器100相同的方式更容易地獲得更多個圖像。
在CMOS圖像傳感器400的情況下，入射光可以在沒有透過布線層413的情況下在深度側(cè)上到達(dá)光電二極管(光電二極管412)。因此，與疊置前照式CMOS圖像傳感器以作為 CMOS圖像傳感器100的情況相比，CMOS圖像傳感器400可以更多地提高光電二極管412的敏感度。
可以基本上通過如在第二實(shí)施例中說明的相同方法來制造在本實(shí)施例中說明的 CMOS圖像傳感器400。然而，在此情況下，控制單元201在步驟S102的處理中替代控制前照式圖像傳感器制造單元203，而控制背照式圖像傳感器制造單元202制造背照式CMOS圖像傳感器?？梢砸耘c步驟SlOl的情況中相同的方式通過現(xiàn)有技術(shù)中相同種類的方法中任一方法來制造背照式CMOS圖像傳感器。可以以如在第二實(shí)施例中說明的相同方式來執(zhí)行其它處理。
也就是說，在本實(shí)施例中，制造裝置200也能夠更容易地制造CMOS圖像傳感器 400。
如上所述，在相應(yīng)各實(shí)施例中說明的CMOS圖像傳感器的制造方法中存在的差別不大。相應(yīng)地，制造裝置200可以容易地在以上相應(yīng)各種類型的制造方法中執(zhí)行制造方法的切換，而無需重新準(zhǔn)備特殊設(shè)備或者重新提供特殊處理。也就是說，制造裝置200能夠更容易地制造更多中類型的CMOS圖像傳感器。
上面已經(jīng)說明了將本公開應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的情況，本公開可以應(yīng)用于任何類型的圖像傳感器而不限于CMOS圖像傳感器，只要圖像傳感器使用光電轉(zhuǎn)換器件(諸如光電二極管)即可。例如，本公開可以應(yīng)用于CXD (電荷耦合器件)圖像傳感器。
上面已經(jīng)說明了包括兩層光電二極管夾住布線層的情況，然而可以提供三層或更多層二極管。也就是說，還優(yōu)選的是，形成三層或更多層光電二極管，從而在相應(yīng)層之間夾住布線層。換句話說，還優(yōu)選的是，堆疊三個或更多個背照式或前照式CMOS圖像傳感器，并且通過全通導(dǎo)孔連接相應(yīng)的焊盤。
而且，當(dāng)形成三層或更多層光電二極管時，相應(yīng)各層的光電二極管可以獲得彼此不同的波長帶中的圖像。也就是說，在此情況下的CMOS圖像傳感器可以獲得彼此不同的波長帶中的三個或更多個圖像。結(jié)果，CMOS圖像傳感器可以更容易地獲得更多個圖像。
可以彼此獨(dú)立地設(shè)置相應(yīng)各層的光電二極管的電荷積累時間。也就是說，可以容易地驅(qū)動相應(yīng)各層的光電二極管，使得電荷積累時間彼此不同。因此，例如，可以將一層中的光電二極管的電荷積累時間設(shè)置得大于另一層中的光電二極管的電荷積累時間。相應(yīng)地，CMOS圖像傳感器通過獲得具有不同的電荷積累時間的多個圖像并且將這些圖像彼此組合，可以獲得比一層光電二極管所獲得的圖像具有更大動態(tài)范圍的圖像。
如上所述，CMOS圖像傳感器400可以在相應(yīng)各層的光電二極管中執(zhí)行入射光的彼此不同的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
<8.第八實(shí)施例〉
[成像裝置]
圖11是示出應(yīng)用本公開的成像裝置的配置示例的圖。圖11所示的成像裝置600 是對對象進(jìn)行成像并且將對象圖像輸出為電子信號的裝置。
如圖11所示，成像裝置600包括透鏡單元611、01 5傳感器612、4/1)轉(zhuǎn)換器613、 操作單元614、控制單元615、圖像處理單元616、顯示單元617、編解碼處理單元618、和記錄單元619。
透鏡單元611對于對象調(diào)整焦點(diǎn)，并且對來自焦點(diǎn)被調(diào)整至的位置的光進(jìn)行會聚以便將光提供至CMOS傳感器612。
CMOS傳感器612是具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件，其中在有效像素區(qū)域中提供用于檢測混色的像素。
A/D轉(zhuǎn)換器613將相應(yīng)像素的在給定定時從CMOS傳感器612提供的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字像素信號(下文中適當(dāng)?shù)乇环Q為像素信號)，并且依序在給定定時將所述信號提供給圖像處理單元616。
操作單元614包括例如轉(zhuǎn)點(diǎn)通(商標(biāo))、按鍵、按鈕或觸摸板，接收用戶輸入的操作并且將與操作輸入對應(yīng)的信號提供至控制單元615。
控制單元615基于與用戶通過操作單元614輸入的操作輸入對應(yīng)的信號，控制透鏡單元611、CMOS傳感器612、A/D轉(zhuǎn)換器613、圖像處理單元616、顯示單元617、編解碼處理單元618和記錄單元619的驅(qū)動，以便允許相應(yīng)各單元執(zhí)行關(guān)于成像的處理。
圖像處理單元616對從A/D轉(zhuǎn)換器613提供的圖像信號執(zhí)行各種類型的圖像處理，諸如混色校正、黑電平校正、白平衡調(diào)整、去馬賽克處理、矩陣處理、伽馬校正和YC轉(zhuǎn)換。圖像處理單元616將對其執(zhí)行了圖像處理的圖像信號提供至顯示單元617和編解碼處理單元618。
顯示單元617被配置為例如液晶顯示器等等，基于來自圖像處理單元616的像素信號顯示對象圖像。
編解碼處理單元618在給定系統(tǒng)下對來自圖像處理單元616的圖像信號執(zhí)行編碼處理，將作為編碼處理的結(jié)果獲得的圖像數(shù)據(jù)提供至記錄單元619。
記錄單元619記錄來自編解碼處理單元618的圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)根據(jù)需要將在記錄單元619中記錄的圖像數(shù)據(jù)讀取到圖像處理單元616時，圖像數(shù)據(jù)被提供至顯示單元617并且對應(yīng)的圖像顯示出來。
應(yīng)用本發(fā)明的包括固態(tài)成像器件和圖像處理單元的成像裝置不限于以上配置，并且可以使用其它配置。
自然，上述的相應(yīng)器件可以包括除了上述結(jié)構(gòu)之外的結(jié)構(gòu)。每種器件不僅可以被配置為一個器件，而且還可以被配置為包括多個器件的系統(tǒng)。
當(dāng)通過軟件執(zhí)行以上處理系列時，可以從網(wǎng)絡(luò)或記錄介質(zhì)中安裝在軟件中包括的程序。
通過與裝置本身分離的可移動介質(zhì)221 (圖3)來配置記錄介質(zhì)，其中記錄了程序并且被分發(fā)以向用戶提供程序?？梢苿咏橘|(zhì)221包括磁盤(包括軟盤)和光盤(包括CD-ROM 或DVD)?？梢苿咏橘|(zhì)221還包括磁光盤(包括MD(迷你盤))、半導(dǎo)體存儲器等等。可移動介質(zhì)還可以由控制單元201 (圖3)的ROM (其中記錄了程序)或者在存儲單元213 (圖3)中包括的硬盤來配置，其以預(yù)先內(nèi)置在裝置本身中的狀態(tài)被分發(fā)給用戶。
計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序可以是按照沿襲在說明書中說明的順序的時間系列處理的程序，并且可以是并行地或者在必要定時(諸如在執(zhí)行調(diào)用時)處理的程序。
另外，描述在記錄介質(zhì)中記錄的程序的步驟不僅包括按照沿襲所描述的順序的時間系列執(zhí)行的處理，而且還包括并行地或者獨(dú)立地執(zhí)行的處理，而不總是按照時間系列進(jìn)行處理。
在本說明書中，系統(tǒng)表示包括多個器件的整個裝置。
在以上描述中，被說明為一個器件(或處理單元)的結(jié)構(gòu)可以包括多個器件(或處理單元)。相反，被說明為多個器件(或處理單元)的結(jié)構(gòu)可以被整合地配置為一個器件(或處理單元)。還可以向相應(yīng)各器件(或相應(yīng)各處理單元)添加除了以上結(jié)構(gòu)之外的結(jié)構(gòu)。此外，將某一器件(或處理單元)的結(jié)構(gòu)的一部分包括在另一器件(或處理單元)的結(jié)構(gòu)中，只要結(jié)構(gòu)和操作實(shí)質(zhì)上與整個系統(tǒng)相同即可。也就是說，本公開的實(shí)施例不限于以上實(shí)施例， 并且可以在不偏離本公開的精神的范圍內(nèi)被不同地改變。
本公開可以被實(shí)施為以下配置。
(I) 一種成像器件，包括
多個光電轉(zhuǎn)換器件層，其中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件；以及
夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，其中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線。
(2)如在上面的(I)中所描述的成像器件，
其中，在相應(yīng)的各光電轉(zhuǎn)換器件層中，光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行入射光的彼此不同的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
(3)如在上面的(2)中所描述的成像器件，
其中，在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
(4)如在上面的(2)中所描述的成像器件，
其中，在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的短波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的長波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
(5)如在上面的(2)到(4)任一個中所描述的成像器件，
其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的厚度彼此不同。
(6)如在上面的(I)到(5)任一個中所描述的成像器件，
其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的尺寸、形狀和間隔中的至少一個不同。
(7)如在上面的(I)到(6)任一個中所描述的成像器件，
其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件同時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
(8)如在上面的(I)到(7)任一個中所描述的成像器件，
其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件在相應(yīng)層中、在不同定時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
(9)如在上面的(I) IlJ(S)任一個中所描述的成像器件，
其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件通過輸出光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷，輸出通過組合相應(yīng)層中的圖像而形成的組合圖像。
(10)如在上面的(I)到(9)任一個中所描述的成像器件，
其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的電荷積累時間不同，在所述電荷積累時間期間通過光電轉(zhuǎn)換入射光來積累電荷。
(11)如在上面的(I)到(10)任一個中所描述的成像器件，
其中，布置所述布線層中的布線，使得確保從布線層一側(cè)到另一側(cè)傳輸?shù)娜肷涔獾墓饴贰?br> (12)如在上面的(11)中所描述的成像器件，
其中，在布線層中形成由比周圍材料具有更高的光折射率的材料制成的波導(dǎo)。
(13)如在上面的(11)或(12)中所描述的成像器件，
其中，依據(jù)入射光的入射角，布置所述布線層中的布線。
(14)如在上面的(I)到(13)任一個中所描述的成像器件，
其中，多個布線層的外部端子通過全通導(dǎo)孔彼此連接，在所述多個布線層中形成了用于從不同層的光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線。
(15) 一種成像器件，包括
彼此疊置的多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線，其中，相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
(16)如在上面的(15)中所描述的成像器件，
其中，多個背照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在每個光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成每個布線層。
(17)如在上面的(15)中所描述的成像器件，
其中，背照式成像器件和前照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成布線層，而在前照式成像器件，在光電轉(zhuǎn)換器件層的光入射側(cè)上形成布線層。
(18) 一種成像裝置，包括
對對象進(jìn)行成像的成像器件，其具有多個光電轉(zhuǎn)換器件層和夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線；以及
控制單元，用于控制成像器件的驅(qū)動，以便執(zhí)行成像來獲得對象圖像。
(19) 一種制造裝置，包括
成像器件制造單元，用于制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及
組裝單元，用于將由成像器件制造單元制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
(20) 一種制造裝置的制造方法，包括
通過成像器件制造單元制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及
通過組裝單元將所制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
本公開包含2011年9月6日在日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請 JP2011-193823中公開的主題相關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，取決于設(shè)計(jì)需要和其它因素可以出現(xiàn)各種修改、組合、子組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種成像器件,包括 多個光電轉(zhuǎn)換器件層，其中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件；以及夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，其中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線。
2.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層中，光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行入射光的彼此不同的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求2所述的成像器件， 其中，在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行近紅外光的波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
4.如權(quán)利要求2所述的成像器件， 其中，在多個光電轉(zhuǎn)換器件層中，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第一層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的短波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換，在從光入射側(cè)開始計(jì)數(shù)的第二層中的光電轉(zhuǎn)換器件執(zhí)行可見光的長波長帶分量的光電轉(zhuǎn)換。
5.如權(quán)利要求2所述的成像器件， 其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的厚度彼此不同。
6.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的尺寸、形狀和間隔中的至少一個不同。
7.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件同時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
8.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件在相應(yīng)層中、在不同定時輸出通過光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷。
9.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，多個層中的光電轉(zhuǎn)換器件通過輸出光電轉(zhuǎn)換入射光而積累的電荷，輸出通過組合相應(yīng)層中的圖像而形成的組合圖像。
10.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，在相應(yīng)各層中，光電轉(zhuǎn)換器件的電荷積累時間不同，在所述電荷積累時間期間通過光電轉(zhuǎn)換入射光來積累電荷。
11.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，布置所述布線層中的布線，使得確保從布線層一側(cè)到另一側(cè)傳輸?shù)娜肷涔獾墓饴贰?br> 12.如權(quán)利要求11所述的成像器件， 其中，在布線層中形成由比周圍材料具有更高的光折射率的材料制成的波導(dǎo)。
13.如權(quán)利要求11所述的成像器件， 其中，依據(jù)入射光的入射角，布置所述布線層中的布線。
14.如權(quán)利要求I所述的成像器件， 其中，多個布線層的外部端子通過全通導(dǎo)孔彼此連接，在所述多個布線層中形成了用于從不同層的光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線。
15.—種成像器件,包括 彼此疊置的多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線， 其中，相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
16.如權(quán)利要求15所述的成像器件， 其中，多個背照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在每個光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成每個布線層。
17.如權(quán)利要求15所述的成像器件， 其中，背照式成像器件和前照式成像器件疊置，在背照式成像器件中，在光電轉(zhuǎn)換器件層的與光入射側(cè)相對的一側(cè)上形成布線層，而在前照式成像器件中，在光電轉(zhuǎn)換器件層的光入射側(cè)上形成布線層。
18.—種成像裝置，包括 對對象進(jìn)行成像的成像器件，其具有多個光電轉(zhuǎn)換器件層和夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線；以及 控制單元，用于控制成像器件的驅(qū)動，以便執(zhí)行成像來獲得對象圖像。
19.一種制造裝置，包括 成像器件制造單元，用于制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及 組裝單元，用于將由成像器件制造單元制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
20.一種制造裝置的制造方法，包括 通過成像器件制造單元制造多個成像器件，每個具有一個光電轉(zhuǎn)換器件層和一個布線層，在所述光電轉(zhuǎn)換器件層中形成了執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件，在所述布線層中形成了從所述光電轉(zhuǎn)換器件讀取電荷的布線；以及 通過組裝單元將所制造的多個成像器件疊置并且將相應(yīng)的成像器件的電路彼此連接。
全文摘要
一種成像器件，包括多個光電轉(zhuǎn)換器件層，其中形成有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件；以及夾在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件層之間的布線層，其中形成有用于從光電轉(zhuǎn)換器件中讀取電荷的布線。
文檔編號H01L27/146GK102983143SQ20121031584
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
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