摄像装置以及固体摄像元件制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种摄像装置以及固体摄像元件。固体摄像元件具有：半导体层(7)，其具有第1面以及位于上述第1面的相反侧的第2面；光敏单元阵列，其形成在半导体层(7)中，且从第1面一侧以及第2面一侧接收光；和分光要素阵列，其与光敏单元阵列相对置，且形成在第1面一侧以及第2面一侧中的至少一侧。光敏单元阵列包括第1光敏单元(2a)以及第2光敏单元(2b)。分光要素阵列使不同波段的光入射到第1光敏单元(2a)以及第2光敏单元(2b)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固体摄像元件的高灵敏度化以及彩色化的技术。
技术介绍
近年来，对使用C⑶或CMOS等的固体摄像元件(以下，有时也称为“摄像元件”) 的数字照相机或数字摄像机的高功能化、高性能化引人注目。特别是由于半导体制造技术的 快速进步，摄像元件中的像素结构的细微化不断发展。其结果是，正力图实现摄像元件的像素以及驱动电路的高集成化以及摄像元件的高性能化。特别是最近，还开发出了使用不在形成固体摄像元件的布线层的一面(表面)，而在背面侧接收光的背面照射型(Backside illumination)的摄像元件的照相机，其高灵敏度特性等备受关注。另一方面，随着摄像元件的多像素化，1个像素所接收的光量降低，因此，产生照相机灵敏度降低的问题。照相机的灵敏度降低除了多像素化之外，使用用于色分离的滤色器也是一个原因。由于通常的滤色器吸收所利用的颜色分量以外的光，因此，在使用这种滤色器的情况下，照相机的光利用率会降低。作为具体的例子，在使用拜耳型的滤色器的彩色照相机中， 由于在摄像元件的各光敏部上配置了使有机颜料成为色素的减色型的滤色器，因此，光利用率相当低。拜耳型的滤色器排列是将红(R) 1要素、绿(G)2要素和蓝(B) 1要素作为基本构成的排列。R滤光器使R光透过，而吸收G光、B光。G滤光器使G光透过，而吸收R光、 B光。B滤光器使B光透过，而吸收R光、G光。即，透过滤色器的光是RGB三种颜色中的一种颜色，其他的两种颜色被滤色器吸收。因此，被利用的光是入射光的大约1/3。为了解决该灵敏度降低的问题，专利文献1中公开了通过在摄像元件的光接收部安装微透镜阵列来增加接收的光量的方法。根据该方法，通过用微透镜聚光能实质上提高光开口率。现在，该方法用于几乎所有的固体摄像元件中。虽然使用该方法可以提高实质上的开口率，但其并不能解决滤色器造成的光利用率降低的问题。因此，作为同时解决光利用率降低和灵敏度降低的问题的方法，专利文献2公开了具有将多层膜的滤色器(分色镜)和微透镜组合，从而最大限度地获取光的结构的摄像元件。在该摄像元件中使用不吸收光而选择性地使特定波段的光透过并将其他波段的光反射的多个分色镜。各分色镜只将所需要的光选择性地入射到对应的光敏部上，而使其他的光透过。图8显示了专利文献2公开的摄像元件的剖视图。根据图8所示的固体摄像元件，入射到聚光微透镜11的光在通过内透镜12被调整光束之后，入射到第1分色镜13。第1分色镜13虽然使红色(R)光透过，但是将其他颜色的光反射。第2分色镜14虽然将绿色(G)光反射，但是使其他颜色的光透过。第3分色镜15虽然将蓝色(B)光反射，但是使其他颜色的光透过。透过第1分色镜13的光入射到正下方的光敏单元2。由第1分色镜13反射的光入射到相邻的第2分色镜14。第2分色镜14反射绿色(G)光，透过蓝色(B)光。由第2分色镜14反射的绿色的光入射到正下方的光敏单元2。透过第2分色镜14的蓝色光被第3分色镜15反射，入射到正下方的光敏单元2。根据这种固体摄像元件，入射到聚光微透镜11的可见光不会被滤色器吸收，RGB各种颜色的光会被光敏单元毫无浪费地检测。除了上述现有技术，在专利文献3中公开了能通过使用微棱镜来防止光损失的摄像元件。该摄像元件具有用不同的光敏单元分别接收通过微棱镜而分离成红色、绿色和 蓝色的光的结构。在使用这种摄像元件的情况下也能防止光损失。但是，在专利文献2、3中公开的技术中，使用多少分色镜或分光的数量有多少，就需要设置多少光敏单元。例如，为了接收红色、绿色和蓝色的光，与使用滤色器的情况下的光敏单元的数量相比必须增加3倍的光敏单元。这是一个需要解决的课题。另一方面，在专利文献4中公开了一种从摄像元件的两侧获取光的与上述现有技术不同的技术。在该技术中，配置光学系统以及滤色器，以使可见光和非可见光(红外线或紫外线)分别入射到摄像元件的表面一侧和背面一侧。根据该技术，虽然能用一个摄像元件获取可见光以及非可见光的图像，但该技术并不是用来解决由滤色器引起的光利用率降低的问题。另外，在专利文献5中公开了一种彩色化技术，该彩色化技术通过使用与各光敏单元对应配置的微棱镜等的构造物(分光要素)，可无需大规模地增加光敏单元就能提高光利用率。根据该技术，由于与光敏单元对应配置的分光要素的缘故，光会根据波段而入射到不同的光敏单元。各个光敏单元从多个分光要素接收不同波段的分量被重叠的光。其结果是，能根据使用从各光敏单元输出的光电转换信号的信号运算来生成颜色信号。专利文献1 JP特开昭59-90467号公报专利文献2 JP特开2000-151933号公报专利文献3 JP特开2001-309395号公报专利文献4 JP特开2008-072423号公报专利文献5 国际公开第2009/153937号在现有技术中，如果使用光吸收型的滤色器，则虽然能不用大幅度地增加光敏单元，但是光利用率会变低。另一方面，如果使用光选择透过型的滤色器(分色镜)或微棱镜， 则虽然光利用率很高，但是必须大幅度地增加光敏单元。另一方面，根据专利文献5公开的技术，从理论上来讲，的确能获得光利用率高的彩色图像，但是，与摄像元件的像素对应且高密度地配置微棱镜等构造物是具有很高难度的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种实现可分光的构造物的低密度化，并且无需大幅度地增加光敏单元就能进行颜色分离的彩色摄像技术。本专利技术的摄像装置具有固体摄像元件和在上述固体摄像元件的摄像面上成像的光学系统。上述固体摄像元件具有半导体层，其具有第1面以及位于上述第1面的相反侧的第2面；光敏单元阵列，其形成在上述半导体层中，且从上述第1面一侧以及上述第2面一侧接收光；和分光要素阵列，其与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第1面一侧以及上述第2面一侧中的至少一侧。上述光敏单元阵列具有分别包括第1光敏单元以及第2 光敏单元的多个单元块。上述分光要素阵列使不同波段的光入射到上述第1光敏单元以及上述第2光敏单元。在一实施方式中，上述光学系统将光的各一半分别入射到上述第1面以及上述第 2面。在一个实施方式中，上述分光要素阵列具有第1分光要素阵列，其与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第1面一侧；和第2分光要素，其与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第2面一侧。上述第1分光要素阵列使第1波段的光入射到上述第1光敏单元；使上述第1波段以外的光入射到上述第2光敏单元。上述第2分光要素阵列使与上述第1波段不同的第2波段的光入射到上述第1光敏单元；使上述第2波段以外的光入射到上述第2光敏单元。在一个实施方式中，在将入射光分类成第1颜色分量的光、 第2颜色分量的光以及第3颜色分量的光时，上述第1分光要素阵列具有第1分光要素，该第1分光要素是与上述第1光敏单元对应配置的第1分光要素，并使上述第1颜色分量的光入射到上述第1光敏单元，使上述第2以及第3颜色分量的光入射到上述第2光敏单元。另外，上述第2分光要素阵列具有第2分光要素，该第2分光要素是与上述第2光敏单元对应配置的第2分光要素，并使上述第2颜色分量的光入射到上述第1光敏单元，使上述第1以及第3颜色分量的光入射到上述第2光敏单元。在一个实施方式中，在将入射光分类成第1颜色分量的光、第2颜色分量的光以及第3颜色分量的光时，上述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种摄像装置，具有固体摄像元件和在上述固体摄像元件的摄像面上成像的光学系统，其中，上述固体摄像元件具有：半导体层，其具有第１面以及位于上述第１面的相反侧的第２面；光敏单元阵列，其是形成在上述半导体层中且从上述第１面一侧以及上述第２面一侧接收光的光敏单元阵列，且具有分别包括第１光敏单元以及第２光敏单元的多个单元块；和分光要素阵列，其是与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第１面一侧以及上述第２面一侧中的至少一侧的分光要素阵列，且使不同波段的光入射到上述第１光敏单元以及上述第２光敏单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.24 JP 2009-1727071.一种摄像装置，具有固体摄像元件和在上述固体摄像元件的摄像面上成像的光学系统，其中，上述固体摄像元件具有半导体层，其具有第1面以及位于上述第1面的相反侧的第2面； 光敏单元阵列，其是形成在上述半导体层中且从上述第1面一侧以及上述第2面一侧接收光的光敏单元阵列，且具有分别包括第1光敏单元以及第2光敏单元的多个单元块；和分光要素阵列，其是与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第1面一侧以及上述第 2面一侧中的至少一侧的分光要素阵列，且使不同波段的光入射到上述第1光敏单元以及上述第2光敏单元。2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，上述光学系统将光的各一半分别入射到上述第1面以及上述第2面。3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其中， 上述分光要素阵列具有第1分光要素阵列，其与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第1面一侧；和第2分光要素阵列，其与上述光敏单元阵列相对置地形成在上述第2面一侧， 上述第1分光要素阵列使第1波段的光入射到上述第1光敏单元；使上述第1波段以外的光入射到上述第2光敏单元，上述第2分光要素阵列使与上述第1波段不同的第2波段的光入射到上述第1光敏单元；使上述第2波段以外的光入射到上述第2光敏单元。4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，在将入射光分类成第1颜色分量的光、第2颜色分量的光以及第3颜色分量的光时， 上述第1分光要素阵列具有第1分光要素，该第1分光要素是与上述第1光敏单元对应配置的第1分光要素，且使上述第1颜色分量的光入射到上述第1光敏单元，使上述第2 以及第3颜色分量的光入射到上述第2光敏单元，上述第2分光要素阵列具有第2分光要素，该第2分光要素是与上述第2光敏单元对应配置的第2分光要素，且使上述第2颜色分量的光入射到上述第1光敏单元，使上述第1 以及第3颜色分量的光入射到上述第2光敏单元。5.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，在将入射光分类成第1颜色分量的光、第2颜色分量的光以及第3颜色分量的光时， 上述第1分光要素阵列具有第1分光要素，该第1分光要素是与上述第1光敏单元对应配置的第1分光要素，且使上述第1颜色分量的光入射到上述第1光敏单元，使上述第2 颜色分量的光入射到上述第2光敏单元，使上述第3颜色分量的光入射到包括在相邻的第 1相邻单元块中的1个光敏单元，上述第2分光要素阵列具有第2分光要素，该第2分光要素是与上述第2光敏单元对应配置的第2分光要素，且使上述第3颜色分量的光的各一半分别入射到上述第1光敏单元以及包括在相邻的第2相邻单元块中的1个光敏单元，使上述第1以及第2颜色分量的光入射到上述第2光敏单元，上述第1光敏单元接收从上述第1分光要素入射的上述第1颜色分量的光、和从上述第2分光要素以及包括在上述第1相邻单元块中的分光要素入射的上述第3颜色分量的光，上述第2光敏单元接收从上述第1分光要素入射的上述第2颜色分量的光、从包括在上述第2相邻单元块中的分光要素入射的上述第3颜色分量的光、以及从上述第2分光要素入射的上述第1以及第2颜色分量的光。6.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，各单元块包括第3光敏单元以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：平本政夫，阮康，物部祐亮，西胁青儿，铃木正明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP