[发明专利]固体摄像元件和摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及固体摄像元件的高灵敏度化和彩色化的技术。

背景技术

近年来，在使用CCD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，1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(R)1要素、绿色(G)2要素、蓝色(B)1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1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。