固体摄像元件和摄像装置制造方法及图纸

一种固体摄像元件，具有如下：含有多个光敏单元的光敏单元阵列；含有多个分光要素的分光要素阵列(100)；含有多个滤色镜的滤色镜阵列(300)。光敏单元阵列(200)具有多个单位块(40)，各单位块(40)含有光敏单元(2a、2b)。分光要素阵列(100)含有分光要素(1a)，该分光要素(1a)使入射光(W)所含的第一波长区域以外的光入射第一光敏单元(2a)、且使第一波长区域的光的至少一部分入射第二光敏单元(2b)。在光敏单元(2a)和分光要素(1a)之间，配置有对第一波长区域的光进行吸收或反射的滤色镜(3a)。

【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和彩色化的技术。
技术介绍
近年来，在使用CXD和CMOS等固体摄像元件(以下有称为“摄像元件”的情况。)的数字照相机和数字电影的高机能化、高性能化上令人惊异。特别是随着半导体制造技术的急速进步，摄像元件的像素结构的微细化推进。其结果是，摄像元件的像素和驱动电路的高集成化得以实现，摄像元件的高性能化得以推进。特别是近年来，并非在形成有固体摄像元件的配线层的面(表面)而在背面侧进行光接收的背照式(backside illumination)的摄像元件得以使用了的照相机也被开发，其特性等被受到注目。另一方面，随着摄像元件的高像素化，I像素接收的光量降低，因此照相机灵敏度降低这样的问题就产生。 就照相机灵敏度降低而言，除了高像素化以外，使用色分离用的滤色镜也是原因。在通常的彩色照相机中，按照与摄像元件的各光敏单元相对的方式配置有以有机颜料为着色剂的减色型的滤色镜。滤色镜对于所利用的色成分以外的光进行吸收，因此使用这样的滤色镜时，照相机的光利用率降低。例如，在具有以红色(RU要素、绿色(G)2要素、蓝色(B) I要素为基本构成的Bayer型的滤色镜阵列的彩色照相机中，R、G、B各滤色镜分别只使红色波长区域的光(R光)、绿色波长区域的光(G光)、蓝色波长区域的光(B光)透过，而吸收其余的光。因此，在基于Bayer阵列的彩色照相机中所利用的光是入射光整体的大约1/3。对于上述的灵敏度降低的问题，为了大量地引进入射光，而在摄像元件的光接收部安装微透镜阵列，由此增加光接收量，这一技术被公开在专利文献I中。根据该技术，通过使用微透镜而聚光到光敏单元，能够实质性地使摄像元件的光孔径比提高。该技术目前被用于大多数的固体摄像元件。根据该技术，确实使实质性的孔径比提高，但无法解决由滤色镜带来的光利用率降低的问题。作为同时解决光利用率降低和灵敏度降低的问题的技术，在专利文献2中公开有一种技术，其是将多层膜的滤色镜(分色镜dichroic mirror)和微透镜加以组合，而使光得以最大限度地利用。在该技术中，使用的是不吸收光而使特定波长区域的光选择性地透过且反射其他波长区域的光的多个分色镜。由此，能够消除光的损失、且仅使各个光敏单元所需要的波长区域的光入射。图13是模式化地表示专利文献2所公开的与摄像元件的摄像面垂直的方向的剖面。该摄像元件具有在摄像元件的表面和内部所分别配置的聚光用的微透镜4a、4b ;遮光部20 ;光敏单元2a、2b、2c ;分色镜17、18、19。分色镜17、18、19按照分别与光敏单元2a、2b,2c相对的方式配置。分色镜17具有使R光透过、且将G光和B光反射的特性。分色镜18具有将G光反射、且使R光和B光透过的特性。分色镜19具有将B光反射、且使R光和G光透过的特性。在微透镜4a所入射的光，由微透镜4b调整光束后，入射第一分色镜17。第一分色镜17使R光透过、但反射G光和B光。透过第一分色镜17的光会入射光敏单元2a。由第一分色镜17反射的G光和B光会入射邻接的第二分色镜18。第二分色镜18将入射的光之中的G光反射、且使B光透过。由第二分色镜反射的G光会入射光敏单元2b。透过第二分色镜18的B光被第三分色镜19反射、且入射其正下方的光敏单元2c。如此，根据专利文献2所公开的摄像元件，在聚光微透镜4a所入射的可视光不会被滤色镜吸收，该R、G、B各色成分由3个光敏单无消耗地检测到。除上述的现有技术之外，在专利文献3中公开有一种摄像元件，其通过使用微棱镜而能够防止光的损失。该摄像元件具有的构造是，由微棱镜将光分离成R光、G光、B光，使如此分离的光分别由不同的光敏单元接收。利用这样的摄像元件也能够防止光的损失。·但是，在专利文献2和专利文献3所公开的技术中存在如下课题，即需要按分色镜的数量或进行分光的数量设置光敏单元。例如为了检测RGB三色光，与现有的使用滤色镜时的光敏单元的数量相比，光敏单元的数量必须增加至3倍。针对以上的技术，在专利文献4中公开有一种技术，虽然光会发生一部分损失，不过其使用分色镜提高了光的利用效率。图14表示使用了该技术的摄像元件的剖面图的一部分。如图示，在透光性的树脂21内配置有分色镜22、23。分色镜22具有使G光透过、且将R光和B光反射的特性。另外，分色镜23具有使R光透过、且将G光和B光反射的特性。根据这样的结构，虽然B光不能由光敏部接收，但R光、G光基于以下的原理而能够全部检测。首先，若R光入射分色镜22、23，则由分色镜22反射，由分色镜23透射。由分色镜22反射的R光，在透光性的树脂21与空气的界面也进一步被反射，入射分色镜23。R光会透过分色镜23、进一步也透过具有R光透射性的有机着色剂滤镜25和微透镜26。如此，虽然一部分由金属层27反射，但是入射到分色镜22、23的R光几乎都入射到光敏部。另一方面，若G光入射到分色镜22、23，则在分色镜22中透过，由分色镜23反射。由分色镜23反射的G光，再在透光性的树脂与空气的界面发生全反射，入射分色镜22。G光会透过分色镜22、且也透过具有G光透射性的有机着色剂滤镜24和微透镜26。如此，虽然一部分由金属层27反射，但是入射到分色镜22、23的G光大多数无损失地入射到光敏部。基于以上的原理，在专利文献4所示的技术中，R、G、B之中有一色损失，但有两色的光能够几乎无损失地接收。因此，不需要配置R、G、B三色部分的光敏部。在此，若与不具有分色镜仅由有机着色剂滤镜进行彩色化的情况相比，则仅借助有机着色剂滤镜时的光利用率约1/3，相对于此，运用专利文献4所公开的技术时的光利用率达到全部入射光的大约2/3。即，根据该技术，摄像灵敏度提高到大约2部。但是，即使利用该技术，仍会损失三色之中的一色，因此不能使光利用率达到100%这样的课题残留下来。另一方面，使用分光要素而没有大幅增加光敏单元就提高光利用率的彩色化技术被公开在专利文献5中。根据该技术，经由与光敏单元对应配置的分光要素，光会根据波长区域而入射到不同的光敏单元。各个光敏单元接收从多个分光要素不同波长区域的成分被叠加的光。其结果是，通过使用从各光敏单元输出的光电转换信号进行信号运算，能够生成彩色信号。先行技术文献专利文献专利文献I :特开昭59-90467号公报专利文献2 :特开2000-151933号公报专利文献3 :特开2001-309395号公报专利文献4 :特开2003-78917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镜，则不用大幅增加光敏单元就可以完成，但光利用效率变低这样的问题点存在。另外，如专利文献2、3所公开的技术，如果使用分色镜和微棱镜，则能够提高光利用率，但存在的课题是，必须大幅增加光敏单元。另一方面，根据专利文献5所公开的技术，虽然理论上能够确实地得到光利用率高的彩色图像，但是制造具有理想的分光特性的分光要素困难。若分光要素的材料特性和制造精度差，则从各光敏单元输出的光电转换信号也不是理想的信号，彩色图像的色彩再现性降低这样的课题就会存在。
技术实现思路
本专利技术是解决上述课题的专利技术，其主要目的在于，提供一种不会大幅增加光敏单元就能够提高光利用率、且比现有技术的色彩再现性高的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.24 JP 2010-1872511.ー种固体摄像元件，其中，具有 光敏单元阵列，其将各自含有第一光敏単元和第二光敏単元的多个单位块在摄像面上以ニ维状排列； 分光要素阵列，其与所述光敏单元阵列相对地配置，且含有多个分光要素； 滤色镜阵列，其配置在所述光敏单元阵列和所述分光要素阵列之间，且含有多个滤色镜， 在所述分光要素阵列和所述滤色镜阵列不存在的假设情况下，将各光敏単元接收的光设为各光敏単元的単元入射光，所述第一光敏単元的単元入射光含 有第一波长区域的光、第二波长区域的光和第三波长区域的光吋， 所述分光要素阵列其构成为，含有与所述第一光敏単元相对地配置的、且使所述第一単元入射光所含的所述第一波长区域的光的至少一部分入射到所述第二光敏単元的第一分光要素，并且，使所述第一波长区域的光、所述第二波长区域的光和所述第三波长区域的光中的至少两个波长区域的光，入射到所述第一光敏単元和所述第二光敏単元的至少ー方， 所述滤色镜阵列含有在所述第一光敏単元和所述第一分光要素之间所配置的、且对所述第一波长区域的光进行吸收或反射的第一滤色镜。2.根据权利要求I所述的固体摄像元件，其中， 所述第一分光要素，使所述第一光敏単元的単元入射光所含的所述第一波长区域的光的一部分入射到所述第二光敏単元，且使所述第一光敏単元的単元入射光所含的所述第一波长区域的光的另一部分、入射到邻接单位块所包含的第二光敏単元。3.根据权利要求I所述的固体摄像元件，其中， 还具有与所述第二光敏単元相对地配置的第二分光要素， 所述第一分光要素，使所述第一波长区域的光入射到所述第二光敏単元，且使所述第ニ波长区域的光入射到邻接单位块所含的第二光敏単元，并使所述第三波长区域的光入射到所述第一光敏単元， 所述第二分光要素，使所述第二光敏単元的単元入射光所含的所述第二波长区域的光的一部分入射到所述第一光敏単元，且使所述第二光敏単元的単元入射光所含的所述第二波长区域的光的另一部分、入射到其他邻接单位块所包含的第一光敏単元，并使所述第一和第三波长区域的光入射到所述第二光敏単元。4.根据权利要求3所述的固体摄像元件，其中， 各单位块包含第三光敏単元、第四光敏単元， 所述分光要素阵列含有第三分光要素和第四分光要素， 所述第三分光要素，其与所述第三光敏単元相对地配置，使所述第三光敏単元的単元入射光所含的所述第一和第二波长区域的一方的波长区域的光入射到所述第四光敏単元，且使所述第三光敏単元的単元入射光所含的所述第一和第二波长区域的另一方的波长区域的光、入射到所述其他的邻接单位块所包含的第四光敏単元，并使所述第三波长区域的光入射到所述第三光敏単元， 所述第四分光要素，其与所述第四光敏単元相对配置，使所述第四光敏単元的単元入射光所含的所述第一波长区域的光的一部分入射到所述第三光敏単元，且使所述第四光敏単元的単元入射光所含的所述第一波长区域的光的另一部分、入射到所述邻接单位块所包含的第三光敏単元，并使所述第二和第三波长区域的光入射到所述第四光敏単元， 所述滤色镜阵列含有在所述第三光敏単元和所述第三分光要素之间所配置的、且对所述第二波长区域的光进行吸收或反射的第二滤色镜。5.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中， 各单位块含有第三光敏単元和第四光敏単元， 所述分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：平本政夫，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：