本發(fā)明涉及固態(tài)成像元件和電子設(shè)備，并且具體地，涉及能夠有效地抑制光在光入射面上反射和衍射的發(fā)生的固態(tài)成像元件和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

通常，在諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CCD)的固態(tài)成像設(shè)備中，例如，針對多個(gè)像素，光電轉(zhuǎn)換元件形成在半導(dǎo)體基板上，并且入射到半導(dǎo)體基板的光經(jīng)歷光電轉(zhuǎn)換。然后，響應(yīng)于各個(gè)像素接收的光的光量的像素信號被輸出，并且從像素信號構(gòu)成對象的圖像。

同時(shí)，在固態(tài)成像元件中，在光入射到半導(dǎo)體基板的光入射面上可以反射光，并且敏感度的降低和雜散光的出現(xiàn)會(huì)引起圖像質(zhì)量的下降。因此，通常，在固態(tài)成像元件中，例如，通過使用利用了多層膜干涉的防反射膜并通過減小光在半導(dǎo)體基板的光入射面上的反射，來利用實(shí)現(xiàn)敏感度的改善和避免雜散光的出現(xiàn)的技術(shù)。

相比之下，作為具有更有效的防反射效果的技術(shù)，例如，其中周期性地放置微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(所謂的蛾眼結(jié)構(gòu))是已知的。通常，使用壓印技術(shù)來形成這種蛾眼結(jié)構(gòu)(moth-eye structure)，并且蛾眼結(jié)構(gòu)還應(yīng)用于圖像傳感器。

例如，作為用于防止入射光的反射的結(jié)構(gòu)，專利文獻(xiàn)1到3公開了在其中形成光電轉(zhuǎn)換元件的硅層的光入射面上形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件。

同時(shí)，傳統(tǒng)而言，由于利用微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的防反射技術(shù)使用周期性結(jié)構(gòu)，因此光可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率(周期)進(jìn)行相互作用，并且光可以在衍射的同時(shí)透過光入射面。因此，在其上形成有微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的光入射面上衍射的透過光引起混色，并且在其上形成有微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的光入射面上反射的反射光變成新的雜散光源，這在某些情況下降低了圖像質(zhì)量。

另外，通過在光入射面上設(shè)置微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)來防止反射并提高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)也常用于太陽能電池的領(lǐng)域，并且采用隨機(jī)的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)。但是，在固態(tài)成像元件中，利用采用了隨機(jī)微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，各像素中存在變化并且生成散射光等，這也降低了圖像質(zhì)量。

另外，雖然可以通過使形成在光入射面上的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)具有高頻結(jié)構(gòu)(短周期結(jié)構(gòu))來抑制光的衍射，但是為了獲得蛾眼結(jié)構(gòu)中足夠的低反射效果，確保結(jié)構(gòu)的深度(高度)到一定程度是必需的。也就是說，為了實(shí)現(xiàn)防止衍射和低反射兩者，優(yōu)選的是制造高深寬比的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)。具體地，在圖像傳感器中，(由半導(dǎo)體或金屬形成的)硅層的光入射面與上層膜或空氣間具有大的折射率差，并且例如，需要形成深于(高于)空氣和玻璃之間的界面的結(jié)構(gòu)，即高深寬比結(jié)構(gòu)(high-aspect-ratio structure)。

然而，在用于在其上層壓膜的硅層的光入射面上形成這種高深寬比的結(jié)構(gòu)是很不利的，并且在工藝難度和成本方面實(shí)施起來也很困難。另外，雖然通過干蝕刻的方法，高深寬比結(jié)構(gòu)本身是可行的，但是在這種情況下，需要考慮在對元件的光電轉(zhuǎn)換特性處理過程中由等離子體引起的損傷等的不利影響(暗電流增大且出現(xiàn)白點(diǎn))。具體地，在處理過的部分和未處理部分之間的光電轉(zhuǎn)換特性的差異引起最終圖像的變化等，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低。

此外，使用利用了堿性化學(xué)制品的濕蝕刻等允許形成蛾眼結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持相對輕微的處理損害，并且在太陽能電池領(lǐng)域進(jìn)行了這種處理。然而，由于該方法是使用結(jié)晶取向的處理方法，因此在這種情況下能夠形成的形狀具有恒定的長寬，不能在小周期中確保高度足以防止發(fā)生衍射，從而這不能減少多少反射。

引用列表

專利文件

專利文獻(xiàn)1：JP2013-33864A

專利文獻(xiàn)2：JP2010-272612A

專利文獻(xiàn)3：JP2006-147991A

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明將解決的技術(shù)問題

如上所述，通常，在其中將蛾眼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到固態(tài)成像元件的結(jié)構(gòu)中，難以實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)防止光入射面上的衍射和低反射兩者的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)(fine uneven structure)。

本公開內(nèi)容是鑒于這種情況而提出的，并且本公開內(nèi)容的目的是能夠有效抑制光在光入射面上的反射和衍射的發(fā)生。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面的固態(tài)成像元件包括：微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，包括在半導(dǎo)體層的光入射面上以預(yù)定間距形成的凹部和凸部，在半導(dǎo)體層中，針對多個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部；以及被層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)上的防反射膜，該防反射膜利用對于由各個(gè)像素所接收的光的各顏色而不同的膜厚度形成。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面的電子設(shè)備，包括固態(tài)成像元件，該固態(tài)成像元件包括：微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，包括在半導(dǎo)體層的光入射面上以預(yù)定間距形成的凹部和凸部，在半導(dǎo)體層中，針對多個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部；以及被層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)上的防反射膜，該防反射膜利用對于由各個(gè)像素所接收的光的各顏色而不同的膜厚度形成。

在本公開內(nèi)容的一個(gè)方面中，微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體層的光入射面上以預(yù)定間距形成的凹部和凸部，其中光電轉(zhuǎn)換部針對多個(gè)像素而形成，并且防反射膜被層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)上，該防反射膜利用對于由各個(gè)像素所接收的光的各顏色而不同的膜厚度形成。

本發(fā)明的效果

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，能夠有效抑制光在光入射面上的反射和衍射的發(fā)生。

附圖說明

圖1是示出應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方式的示例性配置的框圖。

圖2是示出固態(tài)成像元件的示例性橫截面結(jié)構(gòu)的示圖。

圖3是示出每個(gè)像素的半導(dǎo)體基板的光入射面的放大圖。

圖4是示出了防反射結(jié)構(gòu)的透過衍射效率的示圖。

圖5是示出衍射光的示圖。

圖6是示出反射率與波長之間的關(guān)系的示圖。

圖7是示出反射率與波長之間的關(guān)系的示圖。

圖8是示出反射率與波長之間的關(guān)系的示圖。

圖9是示出應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方式的示例性結(jié)構(gòu)的示圖。

圖10是示出安裝在電子設(shè)備中的成像設(shè)備的示例性配置的框圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考附圖對應(yīng)用了本技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是示出應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方式的示例性配置的框圖。

在圖1中，固態(tài)成像元件11包括像素區(qū)域12、垂直驅(qū)動(dòng)電路13、列信號處理電路14、水平驅(qū)動(dòng)電路15、輸出電路16，以及控制電路17。

像素區(qū)域12包括布置成陣列的多個(gè)像素18；各個(gè)像素18經(jīng)由水平信號線連接至垂直驅(qū)動(dòng)電路13，并經(jīng)由垂直信號線連接到各列信號處理電路14。多個(gè)像素18均響應(yīng)于經(jīng)由未圖示的光學(xué)系統(tǒng)施加的光的光量而輸出像素信號，并從這些像素信號，構(gòu)造聚焦在像素區(qū)域12上的對象的圖像。

針對像素區(qū)域12中設(shè)置的多個(gè)像素18的每一行，垂直驅(qū)動(dòng)電路13經(jīng)由水平信號線將用于驅(qū)動(dòng)(傳送、選擇、復(fù)位等)各像素18的驅(qū)動(dòng)信號提供給像素18。列信號處理電路14執(zhí)行圖像信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過將相關(guān)雙采樣(CDS)處理應(yīng)用到經(jīng)由垂直信號線從多個(gè)像素18的每個(gè)輸出的像素信號，來去除復(fù)位噪聲。

水平驅(qū)動(dòng)電路15向列信號處理電路14提供一驅(qū)動(dòng)信號，該驅(qū)動(dòng)信號用于使列信號處理電路14輸出針對布置在像素區(qū)12的多個(gè)像素18的每列的像素信號。輸出電路16對在響應(yīng)于來自水平驅(qū)動(dòng)電路15的驅(qū)動(dòng)信號時(shí)從列信號處理電路14提供的像素信號進(jìn)行放大，并且然后將該像素信號輸出到下游的圖像處理電路。

控制電路17控制固態(tài)成像元件11內(nèi)的各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)。例如，控制電路17根據(jù)各模塊的驅(qū)動(dòng)周期產(chǎn)生時(shí)鐘信號，并且將時(shí)鐘信號提供給各模塊。

接著，圖2是示出固態(tài)成像元件11的示例性橫截面結(jié)構(gòu)的示圖。

如在圖2中所示，在固態(tài)成像元件11中，層壓有半導(dǎo)體基板21、絕緣體膜22、濾色器層23以及片上透鏡層(on-chip lens layer，聯(lián)片透鏡層)24，并且圖2示出三個(gè)像素18-1到18-3的橫截面。

例如，半導(dǎo)體基板21是通過將高純度硅的單晶切成薄片所獲得的硅晶圓(Si)，并且通過光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換成電荷并且累積電荷的光電轉(zhuǎn)換部31-1到31-3分布形成在像素18-1到18-3中。

例如，通過形成透光并具有絕緣特性的材料(例如，二氧化硅(SiO₂))的膜來形成絕緣膜22。絕緣膜22使半導(dǎo)體基板21的表面絕緣。

在濾色器層23中，在各個(gè)像素18上布置了透射預(yù)定顏色的光的濾色器32，并且例如，根據(jù)所謂的拜耳陣列布置透射三原色(紅、綠和藍(lán))的光的濾色器32。例如，如圖所示，透紅光(R)的濾色器32-1被布置在像素18-1中，透綠光(G)的濾色器32-2被布置在像素18-2中，并且透藍(lán)光(B)的濾色器32-3被布置在像素18-3中。

在片上透鏡層24中，將光會(huì)聚在光電轉(zhuǎn)換部31的片上透鏡33被布置在各個(gè)像素18中，并且如圖所示，片上透鏡33-1到33-3分別被布置在像素18-1到18-3中。

以這種方式構(gòu)造固態(tài)成像元件11。從圖2的上側(cè)入射固態(tài)成像元件11的光被會(huì)聚在各像素18中的片上透鏡33上，并且然后由濾色器32分成各顏色。然后，在各像素18中，透過絕緣膜22并入射半導(dǎo)體基板21的光在光電轉(zhuǎn)換部31內(nèi)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此處，在光入射固態(tài)成像元件11的一側(cè)的表面(在圖2中的上表面)在下文中根據(jù)需要稱作為光入射面。此外，在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成用于防止入射到半導(dǎo)體基板21的入射光的反射的防反射結(jié)構(gòu)。

參考圖3，將說明在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成的防反射結(jié)構(gòu)。

圖3的A是像素18-1的半導(dǎo)體基板21的光入射面的放大圖，圖3的B是像素18-2的半導(dǎo)體基板21的光入射面的放大圖，以及圖3的C是像素18-3的半導(dǎo)體基板21的光入射面的放大圖。

如在圖3中所示，固態(tài)成像元件11的防反射結(jié)構(gòu)41包括形成在半導(dǎo)體基板21的光入射面上的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42(所謂的蛾眼結(jié)構(gòu))，以及層壓在該微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)41上的電介質(zhì)多層膜43。

微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42具有凹凸的結(jié)構(gòu)，其包括微細(xì)的凹部和凸部，在像素18-1、像素18-2和像素18-3中各自具有大致相同的間距和深度。例如，處理該微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，使得通過使用半導(dǎo)體基板21的晶體各向異性形成凹的四角錐形狀，并且形成該微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42使得凹凸結(jié)構(gòu)的間距是100nm以下，凹凸結(jié)構(gòu)的高度是71nm以下。需注意的是，凹凸結(jié)構(gòu)的間距可以是200nm以下，例如，更優(yōu)選100nm以下。

此外，在固態(tài)成像元件11的平面圖中，在形成像素18的像素區(qū)域12中，形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42(圖1)。另外，在每一個(gè)像素18的平面圖中，在至少包括設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換部31的范圍內(nèi)的區(qū)域中形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42。需注意的是，通過使用半導(dǎo)體基板21的晶體各向異性來形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，可以抑制加工的損傷。

電介質(zhì)多層膜43是形成在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的防反射膜(半導(dǎo)體基板21的光入射面)，以便具有在像素18-1中、像素18-2中以及像素18-3中分別不同的結(jié)構(gòu)，防反射膜被用于防止入射光的反射。例如，具有負(fù)的固定電荷的氧化鉿膜44和氧化鉭膜45被層積，以形成電介質(zhì)多層膜43。之后，形成電介質(zhì)多層膜43，使得膜厚度對于各像素18-1、像素18-2以及像素18-3而不同，也就是說，對于各像素接收的光的各顏色而不同。

例如，確定氧化鉿膜44-1和氧化鉭膜45-1的膜厚度，以使電介質(zhì)多層膜43-1被構(gòu)造為最有效地防止透過濾色器32-1的紅光的反射。同樣地，確定氧化鉿膜44-2和氧化鉭膜45-2的膜厚度，以使電介質(zhì)多層膜43-2被構(gòu)造為最有效地防止透過濾色器32-2的綠光的反射。另外，確定氧化鉿膜44-3和氧化鉭膜45-3的膜厚度，以使電介質(zhì)多層膜43-3被構(gòu)造為最有效地防止透過濾色器32-3的藍(lán)光的反射。需要注意的是，通過使用取決于針對各像素18-1、像素18-2以及像素18-3的波長帶的反射率作為評估函數(shù)，計(jì)算優(yōu)選在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的約束下減少反射率的深度方向上的有效折射率分布來確定這些結(jié)構(gòu)。例如，確定氧化鉿膜44和氧化鉭膜45的膜厚度，以使薄膜各自具有5到100nm的厚度。

因此，通過在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，并且通過形成對像素18接收的各顏色具有適當(dāng)干涉狀態(tài)的膜厚度的電介質(zhì)多層膜43，而在固態(tài)成像元件11內(nèi)形成防反射結(jié)構(gòu)41。這能夠有效抑制在半導(dǎo)體基板21的光入射面上出現(xiàn)光的反射和衍射。因此，可以避免由在半導(dǎo)體基板21的光入射面的光的反射或衍射引起的敏感度的下降、發(fā)生混色等，并且可以避免由固態(tài)成像元件11拍攝到的圖像的圖像質(zhì)量的下降。

此外，例如，與其中電介質(zhì)多層膜被層壓在平坦形成的半導(dǎo)體基板的光入射面的結(jié)構(gòu)相比，固態(tài)成像元件11允許約減少單位數(shù)的光在半導(dǎo)體基板21的光入射面上的反射(例如，抑制約1.16％的反射率)。此外，例如，與其中每個(gè)像素的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的間距都不同的結(jié)構(gòu)相比(例如，上述專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu))，由于固態(tài)成像元件11具有在所有像素18中都大致相等的間距的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的加工過程可以被簡化。

此外，它不必在固態(tài)成像元件11內(nèi)形成高深寬比的結(jié)構(gòu)，并且，可行的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)衍射的預(yù)防和低反射兩者。此外，固態(tài)成像元件11允許自適應(yīng)地針對像素18接收的光的顏色來設(shè)定電介質(zhì)多層膜43的膜厚度，從而允許實(shí)現(xiàn)每個(gè)顏色的光譜改進(jìn)。

需要注意的是，構(gòu)成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的凸部(突起)的形狀可以是，例如，其中垂直于半導(dǎo)體基板21的光入射面的表面內(nèi)的橫截面的形狀從入射側(cè)向著內(nèi)側(cè)連續(xù)地減小或者增加，或者以幾納米到幾十納米離散地減小或者增加。也就是說，作為凸部的形狀，例如，可以使用正金字塔形、倒金字塔形、鐘形、倒鐘形等。此外，例如，可以使用其中相鄰?fù)共勘舜私佑|的形狀，以及其中相鄰的凸部不與彼此接觸的形狀(凸部間具有平坦面的形狀)中的任何一種。另外，在平行于半導(dǎo)體基板21的光入射面的表面內(nèi)的凸部的橫截面形狀可以是矩形、圓形，或允許有效的防反射的任何其它任意形狀。

需要注意的是，除了氧化鉿(HfO₂)和氧化鉭(的Ta₂O₅)，可用于構(gòu)成電介質(zhì)多層膜43的材料的材料的示例包括：氮化硅(SiN)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鑭(La₂O₃)、氧化鐠(Pr₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化钷(Pm₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化銪(Eu₂O₃)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化鋱(Tb2O₃)、氧化鏑(Dy₂O₃)、氧化鈥(HO₂O₃)、氧化銩(Tm₂O₃)、氧化鐿(Yb₂O₃)、氧化镥(Lu₂O₃)和氧化釔(Y₂O₃)。此外，如果單層介電膜具有以與電介質(zhì)多層膜43類似的方式作為防反射膜的功能，則可以使用單層介電膜。

接下來，參考圖4，將對在防反射結(jié)構(gòu)41內(nèi)的透過衍射效率進(jìn)行說明。在圖4中，縱軸表示透過衍射效率，而橫軸表示入射光的波長。

圖4示出針對防反射結(jié)構(gòu)41的各間距(50nm、100nm、150nm、200nm以及250nm)，當(dāng)光垂直入射到固態(tài)成像元件11時(shí)，相對于入射光的波長的透過衍射效率。另外，透過衍射效率表示通過防反射結(jié)構(gòu)41被衍射時(shí)透過的光(相對于入射光成一角度透過的光)在垂直入射半導(dǎo)體基板21的光入射面并且透過防反射結(jié)構(gòu)41的所有入射光中所占的比例。

也就是說，如在圖5中所示，當(dāng)入射光垂直入射在半導(dǎo)體基板21的光入射面時(shí)，衍射光是除了垂直透過防反射結(jié)構(gòu)41的零級光外，被防反射結(jié)構(gòu)41衍射時(shí)透過的光。因此，通過從透過防反射結(jié)構(gòu)41所有光的光量減去垂直透過防反射結(jié)構(gòu)41的零級光的光量，獲得散射光的總量。需注意的是，每級的光量和在每個(gè)角度處的光量是彼此不同的。

如在圖4中所示，當(dāng)防反射結(jié)構(gòu)41的間距大于100nm時(shí)，相當(dāng)大的光量在被衍射時(shí)透過，并且當(dāng)間距為100nm以下時(shí)，避免了大部分出現(xiàn)的衍射光。因此，通過使防反射結(jié)構(gòu)41的間距等于或小于100nm，能可靠地防止在半導(dǎo)體基板21的光入射面上發(fā)生衍射，并且可以防止混色。

接下來，參考圖6到圖8，將對防反射結(jié)構(gòu)41的反射率的波長相關(guān)性進(jìn)行說明。

圖6示出如在傳統(tǒng)的固態(tài)成像元件中平坦地形成半導(dǎo)體基板的光入射面的平坦結(jié)構(gòu)中的反射率，以及如在固態(tài)成像元件11中微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42形成在半導(dǎo)體基板21的光入射面上的結(jié)構(gòu)中的反射率。需注意的是，基于層壓在平坦結(jié)構(gòu)的光入射面上的電介質(zhì)多層膜的結(jié)構(gòu)與層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42中的電介質(zhì)多層膜的結(jié)構(gòu)相同的假設(shè)進(jìn)行比較。

如在圖6中所示，在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的結(jié)構(gòu)中，與其中平坦地形成半導(dǎo)體基板的光入射面的平坦結(jié)構(gòu)相比，可以減小所有波長的光的反射率。

圖7示出在如傳統(tǒng)的固態(tài)成像元件中的平坦地形成了半導(dǎo)體基板的光入射面的平坦結(jié)構(gòu)中，其中如在圖3的電介質(zhì)多層膜43-1至43-3一般，電介質(zhì)多層膜的結(jié)構(gòu)對于各個(gè)像素顏色而言都是不同的結(jié)構(gòu)中的反射率。

如在圖7中所示，在綠色像素中，形成電介質(zhì)多層膜，使得約550nm的光的反射率變得最低。同樣地，在紅色像素中，形成電介質(zhì)多層膜，使得約650nm的光的反射率變得最低，而在藍(lán)色像素中，形成電介質(zhì)多層膜，使得約450nm的光的反射率變得最低。

此外，固態(tài)成像元件的反射率作為整體是綠色、紅色和藍(lán)色的反射率的最低值的組合。如圖所示，例如，在從400nm至700nm的波長范圍內(nèi)，反射具有約2％的相對平坦的值，實(shí)現(xiàn)了對每種顏色頻譜的改進(jìn)。因此，例如，即使對于其中半導(dǎo)體基板的光入射面平坦地形成的平坦結(jié)構(gòu)來說，通過使電介質(zhì)多層膜的結(jié)構(gòu)針對各個(gè)像素顏色而不同，也可以比在所有的像素中的電介質(zhì)多層膜的結(jié)構(gòu)都是相同的情況下更多地減小反射率。需注意的是，由于在其中平坦地形成半導(dǎo)體基板的光入射面的平坦結(jié)構(gòu)，理論上可以抑制光衍射的發(fā)生，并且由于用于加工微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的過程是不必要的，可以相對簡單地形成該結(jié)構(gòu)。

圖8示出在如固態(tài)成像元件11中，在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的結(jié)構(gòu)中，在電介質(zhì)多層膜43的結(jié)構(gòu)對于每個(gè)像素顏色而言都是不同的結(jié)構(gòu)中的反射率。

如在圖8中所示，在綠色像素中，形成電介質(zhì)多層膜43，使得約530nm的光的反射率變得最低。同樣地，在紅色像素中，形成電介質(zhì)多層膜43，使得約650nm的光的反射率變?yōu)樽畹停⑶以谒{(lán)色像素中，形成電介質(zhì)多層膜43，使得約400nm的光的反射率變得最低。

此外，固態(tài)成像元件11的反射率作為整體是綠色、紅色和藍(lán)色的反射率的最低值的組合。如圖所示，例如，在從400nm至700nm的波長范圍內(nèi)，反射具有約0.5％的相對平坦的值，實(shí)現(xiàn)了對每種顏色頻譜的改進(jìn)。

因此，與在圖7中所示的平坦結(jié)構(gòu)情況相比，通過在半導(dǎo)體基板21的光入射面上提供微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，并且使電介質(zhì)多層膜43的結(jié)構(gòu)對每個(gè)像素顏色而言都是不同的，固態(tài)成像元件11可以顯著抑制反射率。

接著，圖9是應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方式的示例性結(jié)構(gòu)的示圖。在圖9中所示的固態(tài)成像元件11A中，將省略與圖2的固態(tài)成像元件11相同的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。

也就是說，固態(tài)成像元件11A和圖2的固態(tài)成像元件11具有相同的結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體基板21、絕緣體膜22、濾色器層23以及片上透鏡層24被層壓，并且針對各像素18形成光電轉(zhuǎn)換部31、濾色器32以及片上透鏡33。此外，雖然在圖9中未示出，但是在固態(tài)成像元件11A中，在半導(dǎo)體基板21的光入射面上形成微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42，并且設(shè)置了防反射結(jié)構(gòu)41，其中形成了具有對于每個(gè)像素18都不同的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)多層膜43，如在圖3中所示。

此外，在固態(tài)成像元件11A中，在半導(dǎo)體基板21上的光電轉(zhuǎn)換部31之間形成具有遮光屬性的像素間遮光部51，以便將相鄰的像素18分開。也就是說，如在圖9中所示，在光電轉(zhuǎn)換部31-1和光電轉(zhuǎn)換部31-2之間形成像素間遮光部51-1，并且在光電轉(zhuǎn)換部31-2和光電轉(zhuǎn)換部31-3之間形成像素間遮光部51-2。

例如，通過將遮光金屬(例如，鎢)嵌入在半導(dǎo)體基板21中掘出的溝槽中，形成像素間遮光部51。因此，通過設(shè)置像素間遮光部51，能夠可靠地防止來自相鄰的像素18的光的混合，并能夠避免混色的發(fā)生。

需注意的是，由于通過設(shè)置像素間遮光部51，該防反射結(jié)構(gòu)41的設(shè)計(jì)的靈活性增加，例如，即使使微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的間距大于100nm(這導(dǎo)致衍射光的發(fā)生)，但是也可以防止衍射光混入相鄰的光電轉(zhuǎn)換部31。也就是說，在固態(tài)成像元件11A中，微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)42的間距并不限于100nm以下。這使得由防反射結(jié)構(gòu)41對光的反射進(jìn)行進(jìn)一步抑制。

需注意的是，本技術(shù)適用于前表面照射型固態(tài)成像元件(其中，在形成晶體管元件等的半導(dǎo)體基板的前表面上照射有入射光)以及后表面照射型固態(tài)成像元件(其中，與前表面相對的后表面上照射有入射光)兩者。另外，本技術(shù)適用于CMOS圖像傳感器和CCD兩者的固態(tài)成像元件。

需要注意的是，上述各個(gè)實(shí)施方式的固態(tài)成像元件11適用于各種電子設(shè)備，例如，成像系統(tǒng)(諸如數(shù)字靜態(tài)攝像機(jī)和數(shù)字可攜式攝像機(jī))具有成像功能的便攜式電話，或具有成像功能的其它設(shè)備。

圖10是示出安裝在電子設(shè)備中的成像設(shè)備的示例性配置的框圖。

如在圖10中所示，成像設(shè)備101包括能夠捕捉靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像的光學(xué)系統(tǒng)102、成像元件103、信號處理電路104、監(jiān)視器105以及存儲(chǔ)器106。

該光學(xué)系統(tǒng)102包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，引導(dǎo)圖像光(入射光)從對象到成像元件103，并且然后在成像元件103的傳感器單元內(nèi)形成圖像。

上述各個(gè)實(shí)施方式的固態(tài)成像元件11被應(yīng)用到成像元件103。在成像元件103中，響應(yīng)于經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)102而形成在光入射面上的圖像，累積電子一定時(shí)間段。然后，響應(yīng)于在成像元件103中累積的電子的信號被提供到信號處理電路104。

信號處理電路104對從成像元件103輸出的像素信號施加各種類型的信號處理。通過信號處理電路104施加信號處理而獲得的圖像(圖像數(shù)據(jù))被提供給用于顯示的監(jiān)視器105，或者被提供給用于存儲(chǔ)(記錄)的存儲(chǔ)器106。

上述各個(gè)實(shí)施方式的固態(tài)成像元件11的應(yīng)用允許以這種方式配置的成像設(shè)備101，例如，防止通過在光入射面上發(fā)生的衍射引起的圖像質(zhì)量的下降，從而實(shí)現(xiàn)了光入射面上的低反射，并捕捉更高質(zhì)量的圖像。

需注意的是，本技術(shù)還可以具有以下結(jié)構(gòu)：

(1)一種固態(tài)成像元件，包括：

微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，包括在半導(dǎo)體層的光入射面上以預(yù)定間距形成的凹部和凸部，在半導(dǎo)體層中，針對多個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部；以及

被層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)上的防反射膜，該防反射膜利用對于由各個(gè)像素所接收的光的各顏色而不同的膜厚度形成。

(2)根據(jù)(1)所述的固態(tài)成像元件，其中，微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的凹部和凸部的間距在所有像素中都大致相同。

(3)根據(jù)(1)或(2)所述的固態(tài)成像元件，其中，微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的凹部和凸部的間距是100nm以下。

(4)根據(jù)(1)至(3)任意一個(gè)所述的固態(tài)成像元件，進(jìn)一步包括像素間遮光部，像素間遮光部具有遮光特性、設(shè)置在半導(dǎo)體基板的相鄰的光電轉(zhuǎn)換部之間。

(5)一種包括固態(tài)成像元件的電子設(shè)備，固態(tài)成像元件包括：

微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，包括在半導(dǎo)體層的光入射面上以預(yù)定間距形成的凹部和凸部，在半導(dǎo)體層中，針對多個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部；以及

被層壓在微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)上的防反射膜，對于由各個(gè)像素所接收的光的各顏色，該防反射膜具有不同的膜厚度。

需注意的是，本實(shí)施方式并不限于上述實(shí)施方式，并且在不脫離本公開內(nèi)容的精神的情況下，可以進(jìn)行各種變化。

附圖標(biāo)記列表

11 固態(tài)成像元件

12 像素區(qū)域

13 垂直驅(qū)動(dòng)電路

14 列信號處理電路

15 水平驅(qū)動(dòng)電路

16 輸出電路

17 控制電路

18 像素

21 半導(dǎo)體基板

22 絕緣體膜

23 濾色器層(color filter layer)

24 片上透鏡層

31 光電轉(zhuǎn)換部

32 濾色器(filter)

33 片上透鏡

41 防反射結(jié)構(gòu)

42 微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)

43 電介質(zhì)多層膜

44 氧化鉿膜

45 氧化鉭膜

51 像素分離部