申请/专利权人：索尼半导体解决方案公司

申请日：2018-04-17

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110419106B

主分类号：H01L27/146

分类号：H01L27/146;G02B5/20;G02B5/22;H04N25/70;H04N23/12

优先权：["20170425 JP 2017-085973"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2020.04.03#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明的目的是简化其中使未透过配置在像素中的滤色器而进入像素的光衰减的成像元件的制造。所述成像元件设置有像素和入射光衰减部。所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部。所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减。

主权项：1.一种成像元件，包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；和入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，所述入射光衰减部形成在所述滤色器的层的上表面上，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减，其中，在平面图中，所述入射光衰减部与所述像素的片上透镜部分地重叠。

全文数据：成像元件和成像装置技术领域本技术涉及一种成像元件。特别地，本技术涉及其中各自具有滤色器的像素二维地配置的成像元件和成像装置。背景技术在现有技术中，已经使用了这样的成像元件，其中配置有通过配置滤色器来生成各自响应于具有预定波长的光的各个图像信号的像素，并且生成彩色图像信号。例如，已经使用了这样的成像元件，其中各像素在预定规则的基础上以二维格子形状配置，每个像素具有红光、绿光或蓝光中的任何一个所透过的滤色器和响应于透过所配置的滤色器的光来生成电荷的光接收元件。在这种情况下，生成与红光、绿光和蓝光相对应的各个图像信号，并且可以获取全色图像数据。在这种成像元件中，当具有与对应于配置在像素中的滤色器的波长不同的波长的光进入感兴趣的像素的光接收元件时，产生了生成具有彼此混合的多种颜色的图像信号的混色。例如，在来自被摄体的光倾斜地进入成像元件而经由相邻像素或像素之间的边界部分到达光接收元件的情况下，光进入感兴趣的像素的光接收元件而未经过配置在自身像素中的滤色器。在这种情况下，多种颜色的光被混合到像素的光接收元件中，导致混色。结果，降低了由成像元件生成的图像信号的颜色纯度，并且还降低了图像质量。另外，在用于检测像面相位差的相位差像素配置在成像元件中并且基于所检测的相位差执行自动聚焦的相机中，光从相邻像素混合到相位差检测像素中，导致像面相位差的检测精度降低。这是因为混合光变成了噪音，导致了误差。鉴于此，使用了这样的成像元件，其中为了防止来自相邻像素等的光的这种混合，在相邻像素的各滤色器之间配置有遮光膜例如，参照专利文献1。[引用文献列表][专利文献]专利文献1：日本专利特开No.2010-34426发明内容[技术问题]上述现有技术是以使得从相邻像素进入的光由配置在各滤色器之间的遮光膜遮蔽的方式来进行的。然而，上述现有技术涉及如下的问题：由于遮光膜配置在与滤色器相同的层中，所以当形成滤色器时会产生由遮光膜导致的凹凸，并且滤色器的形成变得困难。鉴于上述问题完成了本技术，其目的在于简化成像元件的制造，其中进入其内配置有滤色器的像素的光被衰减而不会使光透过配置在感兴趣的像素中的滤色器。[解决问题的方案]本技术的第一方面是一种成像元件，所述成像元件包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；和入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减。另外，本技术的第二方面是一种成像装置，所述成像装置包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减；和处理部，所述处理部对作为响应于所生成的电荷的信号的图像信号进行处理。配置入射光衰减部，并且使未透过滤色器而进入光电转换部的光衰减，使得仅仅具有由滤色器选择的波长的光能够进入其中配置有该滤色器的像素的光电转换部。在这种情况下，入射光衰减部配置在被摄体和滤色器之间。换句话说，在作为成像元件中的接收来自被摄体的光的表面的光接收面中，入射光衰减部配置在滤色器的外侧。因此，提供了这样的作用：在成像元件的制造过程中形成滤色器之后，形成入射光衰减部。[发明的有益效果]根据本技术，当制造成像元件时，可以在不受入射光衰减部影响的情况下形成滤色器。因此，提供了如下优异的效果：可以简化使未透过配置在像素中的滤色器而进入像素的光衰减的成像元件的制造。附图说明图1是示出本技术的第一实施方案中的成像装置的构成例的框图。图2是示出本技术的第一实施方案中的成像元件的构成例的图。图3是示出本技术的第一实施方案中的滤色器的构成例的图。图4是示出本技术的第一实施方案中的像素的构成例的断面图。图5是示出本技术的第二实施方案中的成像元件的构成例的图。图6是示出本技术的第三实施方案中的成像元件的构成例的图。图7是示出本技术的第三实施方案中的像素的构成例的断面图。具体实施方式接着，参照附图对用于实施本技术的模式在下文中，称为实施方案进行说明。在以下附图中，相同或相似的元件由相同或相似的附图标记标注。应注意的是，附图是示意性的描绘，并且各部分的尺寸的比例等不一定与实际的一致。另外，当然地，不同的附图可以包括使用不同比例和尺寸关系的部分。另外，根据以下顺序对实施方案进行说明。1.第一实施方案2.第二实施方案3.第三实施方案[成像装置的构成]图1是示出第一技术的第一实施方案中的成像装置的构成例的框图。图中所示的成像装置1包括成像元件2、垂直驱动部3、列信号处理部4和控制部5。通过将像素200配置成二维格子形状来构造成像元件2。像素200响应于来自被摄体的光生成图像信号。像素200包括：响应于入射光而生成电荷的光电转换部后述的光电转换部242；和基于由光电转换部生成的电荷来生成图像信号的像素电路。稍后将描述像素200的构成的细节。另外，在成像元件2中，信号线201和202以XY矩阵配置，并且针对多个像素200进行配线。这里，信号线201是通过其传输用于控制像素200的像素电路的控制信号的信号线。信号线201针对配置在成像元件2中的像素200的每行配置，并且共同配线到配置在一行中的多个像素200。另外，信号线202是通过其传输由像素200的像素电路生成的图像信号的信号线。信号线202针对配置在成像元件2中的像素200的每列配置，并且共同配线到配置在一列中的多个像素200。垂直驱动部3生成用于像素200的控制信号，并通过信号线201输出控制信号。垂直驱动部3针对配置在成像元件2中的像素200的每行生成不同的控制信号，并输出控制信号。列信号处理部4对由像素200生成的图像信号进行处理，并输出处理后的图像信号。例如，将由像素200生成的模拟图像信号转换为数字图像信号的模数转换处理对应于列信号处理部4中的处理。从列信号处理部4输出的图像信号对应于来自成像装置1的输出信号。应注意的是，列信号处理部4是所附权利要求中记载的处理部的示例。控制部5控制垂直驱动部3和列信号处理部4。控制部5生成并输出垂直驱动部3和列信号处理部4的各控制信号，从而执行这些部分的控制。[成像元件的构成]图2是示出本技术的第一实施方案中的成像元件的构成例的图。该图是表示成像元件2中的接收来自被摄体的光的光接收面的情况的图。在该图中，由虚线所示的矩形表示相邻像素200的分区。如图所示，多个像素200以二维格子形状配置在成像元件2的光接收面上。在该图中，像素200包括片上透镜211和滤色器223～225中的任一个。片上透镜211针对各像素200配置并且将来自被摄体的光会聚在后述的光电转换部上。滤色器223～225中的每一个是滤光器，其配置在片上透镜211和光电转换部之间，并且透过来自被摄体的光中的具有预定波长的光。来自被摄体的光经由片上透镜211进入图中所示的滤色器223～225。这里，透过滤色器223～225的光的波长彼此不同。例如，滤色器223～225可以用作透射绿光、蓝光和红光的相应滤色器。像素200响应于具有由配置的滤色器223～225选择的波长的光生成图像信号。应注意的是，其中配置有绿光、蓝光和红光所透过的相应滤色器的相应像素200被称为绿色像素、蓝色像素和红色像素。应注意的是，如图所示，其中绿色像素以方格形状排列并且蓝色像素和红色像素排列在绿色像素之间的排列方式被称为拜耳排列。另外，成像元件2包括入射光衰减部222。入射光衰减部222使未透过配置在像素200中的滤色器223～225中的相应一个而进入像素中的光电转换部的光衰减。另外，入射光衰减部222配置在被摄体和滤色器223～225之间。在图中所示的成像元件2中，入射光衰减部222配置在片上透镜211和滤色器223～225之间。另外，入射光衰减部222靠近多个像素200之间的边界配置。在该图中，入射光衰减部222配置在相邻的四个像素200的角部区域中。其中配置有入射光衰减部222的区域是片上透镜211未配置在滤色器223等上的区域，即，包括各片上透镜211之间的间隙的区域。各片上透镜211之间的间隙被称为无效区域。在入射光衰减部222没有配置在成像元件2中的情况下，未被片上透镜211会聚的光经由无效区域进入像素200的内部。如稍后将描述的，由于光电转换部配置在像素200的中央部分，所以经过无效区域的光不会进入光电转换部。然而，相对于光接收面倾斜地进入像素的光经由无效区域到达光电转换部，并且变为混合到光电转换部中而不经过配置在对应像素200中的滤色器223等的光。于是，入射光衰减部222被配置成使从无效区域进入的光衰减，使得可以减少混合到光电转换部中的光。顺便提及的是，即使当采用其中片上透镜211没有配置在像素200中的构成时，入射光衰减部222也靠近多个像素200之间的边界配置，使得可以防止从相邻像素200倾斜地进入的光混合到光电转换部中。如图所示，入射光衰减部222在光接收面图中形成为四角形形状。入射光衰减部222例如可以由通过将具有遮光性的材料分散在树脂中而获得的膜形成。具有遮光性的材料的示例可以包含碳块、钛黑或金属的氧化物例如，磁铁矿型四氧化三铁Fe3O4。此外，使用具有感光性的抗蚀剂作为上述树脂，使得入射光衰减部222可以通过光刻法与滤色器223等的形成类似地形成。另外，在防止由具有特定波长的光导致的混色的情况下，使具有特定波长的光衰减的滤色器也可以用作入射光衰减部222。例如，在使用透射红光的滤色器作为入射光衰减部222的情况下，可以防止由绿光和蓝光的进入导致的混色。相反，由于红光可以透过该滤色器，所以可以提高针对红光的感度。此外，除了原色系滤光器之外，还可以使用补色系滤色器作为这样的入射光衰减部222。[滤色器的构成]图3是示出本技术的第一实施方案中的滤色器的构成例的图。该图是表示参照图2说明的成像元件2的滤色器223～225的构成的图。该图示出其中八角形滤色器224和225各自配置在滤色器223的一部分中的示例。在这种情况下，获得其中相邻滤色器223彼此连接的形状。在这种情况下，获得这样的构成，其中每个对应于绿光的滤色器226配置在作为连接部分的相邻的四个像素200的角部区域中。例如，这种滤色器可以如下形成。首先，在涂布并固化构成滤色器223的树脂之后，通过蚀刻去除其中将要配置滤色器224和225的各个区域。此后，滤色器224和225形成在如此去除的各个区域中。结果，滤色器226可以配置在相邻的四个像素200的角部区域中。以这种方式，在具有拜耳排列构成的成像元件2中，采用这样的构成，其中每个对应于绿光的滤色器223彼此连接，使得可以减少由于滤色器的分离而产生的麻烦。应注意的是，滤色器的形状不限于该示例的形状。例如，可以省略滤色器226，并且滤色器223～225可以形成为与像素200的形状基本相同的形状矩形形状。[像素的构成]图4是示出本技术的第一实施方案中的像素的构成例的断面图。该图是沿着图2和图3中记载的线A-A'截取的像素200的示意性断面图。除了片上透镜211、入射光衰减部222和滤色器224～226之外，图中所示的像素200还包括平坦化膜221、配线区域230和半导体基板241。半导体基板241具有形成在其中的由参照图1说明的光电转换部图中的光电转换部242和像素电路构成的半导体元件未示出。例如，包括P型半导体的半导体基板可以用作半导体基板241。在这种情况下，形成在半导体基板241内的N型半导体区域可以用作光电转换部242。当利用来自被摄体的光照射形成在半导体基板241和光电转换部242之间的界面中的PN接合部时，通过光电转换生成响应于入射光的电荷并保持在光电转换部242中。基于所保持的电荷的图像信号由像素电路生成，并作为像素200的图像信号输出。配线区域230是其中形成有参照图1说明的信号线201和202的区域。配线区域230包括配线层232和绝缘层231。配线层232由金属等制成并构成信号线201等。如图所示，配线层232可以形成为多层互连。绝缘层231使各配线层232彼此绝缘。透射光的二氧化硅SiO2或BPSG硼磷硅玻璃可以用于绝缘层231。因此，其中滤色器224和片上透镜211形成在配线区域230上并且光经由配线区域230进入光电转换部242的成像元件2被称为前面照射型成像元件。在前面照射型成像元件中，配线层232配置在无效区域中。平坦化膜221配置在片上透镜211的下层上，并且在形成片上透镜211之前使成像元件2的表面平坦化。在成像元件2中，以这种方式在配线区域230上依次形成滤色器223～226、入射光衰减部222、平坦化膜221和片上透镜211。图中的箭头表示倾斜地进入各片上透镜211之间的间隙区域的光，实线表示该光被入射光衰减部222衰减以被遮蔽的情况。以这种方式，入射光衰减部222可以防止倾斜地进入的光的混合。另一方面，虚线表示不存在入射光衰减部222的情况的示例。在这种情况下，倾斜地进入各片上透镜211之间的间隙区域的光通过滤色器226而不是滤色器224进入光电转换部242。由于滤色器224和226在透过滤色器224和226的光的波长方面是不同的，所以在感兴趣的像素200中产生混色。下面给出关于入射光衰减部222的形成方法的说明。在形成滤色器224等之后，可以通过光刻形成入射光衰减部222。具体地，将参照图2说明的具有遮光性的材料分散在其中的抗蚀剂涂布在滤色器224等上，然后执行曝光和显影。结果，滤色器224等和入射光衰减部222依次层叠，并且入射光衰减部222可以形成在滤色器224的上表面等上。与此相反，在采用其中入射光衰减部222配置在滤色器224等的下层上的构成的情况下，在配线区域230上形成入射光衰减部222，并且接着，在入射光衰减部222上形成滤色器224等。在这种情况下，将用作滤色器的材料的树脂涂布到其中由于入射光衰减部222引起的高度差存在于成像元件2中的表面上，导致在滤色器224等的膜厚度中产生不均匀性。为了增强去除会被混合的光的能力，需要增加入射光衰减部222的膜厚度。在这种情况下，滤色器的膜厚度的不均匀性进一步增加。另外，由于入射光衰减部222是不透明的，所以当形成滤色器224等时，光刻制造工艺中的对准变得难以执行，从而还引起滤色器224等的尺寸精度降低的问题。另外，即使在滤色器224等和入射光衰减部222配置在同一层中的情况下，也可以防止光的混合。具体地，采用这样的构成，其中入射光衰减部222配置在图4中的滤色器226的区域中，从而能够防止光的混合。然而，在这种情况下，入射光衰减部222需要配置在四个相邻像素200的角部区域中的滤色器224等之间限定的间隙中。这导致入射光衰减部222形成在狭窄区域中，从而难以形成入射光衰减部222。因此，入射光衰减部222配置在滤色器224等的上表面上，使得可以消除当形成滤色器时入射光衰减部222的影响，可以促进对滤色器的膜厚度的不均匀性的产生的预防以及尺寸精度的提高。换句话说，滤色器可以以与没有配置入射光衰减部222的情况类似的工艺形成。另外，由于可以在不受入射光衰减部222影响的情况下形成滤色器224等，所以可以容易地调整入射光衰减部222的膜厚度。应注意的是，成像元件2的构成不限于该示例。例如，也可以采用背面照射型成像元件的构成，其中，在图4中，片上透镜211、平坦化膜221和滤色器224形成在与半导体基板241中形成有配线区域230的表面不同的表面上。此外，也可以采用这样的构成，其中在入射光衰减部222和滤色器224等之间还配置有平坦化膜等。如到目前为止所说明的，根据本技术的第一实施方案，入射光衰减部222配置在被摄体和滤色器之间，使得可以容易地形成滤色器，并且可以简化成像元件的制造。上述第一实施方案的成像元件2使用在光接收面图中具有四角形形状的入射光衰减部222。与该构成相反的是，本技术的第二实施方案的成像元件2与第一实施方案的成像元件2的不同之处在于，成像元件2使用圆形的入射光衰减部222。[成像元件的构成]图5是示出本技术的第二实施方案中的成像元件的构成例的图。该图中所示的成像元件2与参照图2说明的成像元件2的不同之处在于，代替入射光衰减部222，该图中的成像元件2包括入射光衰减部227。如图所示，入射光衰减部227在光接收面图中形成为圆形。为此，当形成入射光衰减部227时，可以容易地执行光刻工艺中的曝光和显影。在像素200的尺寸减小的情况下，这种效果是显著的。由于除了上述构成之外的成像装置1的构成类似于本公开的第一实施方案的成像装置1，所以省略其说明。如上所述，根据本技术的第二实施方案，入射光衰减部227在光接收面图中形成为圆形，从而使得能够简化入射光衰减部227的形成。上述第一实施方案中的入射光衰减部222配置在相邻的四个像素200的角部区域中。与该构成相反的是，本技术的第三实施方案的入射光衰减部与第一实施方案的情况的不同之处在于，第三实施方案的入射光衰减部还配置在像素200的侧边的相邻区域中。[成像元件的构成]图6是示出本技术的第三实施方案中的成像元件的构成例的图。该图中所示的成像元件2与参照图2说明的成像元件2的不同之处在于，代替入射光衰减部222，该图中的成像元件2包括入射光衰减部228。该图中的入射光衰减部228配置在像素200彼此相邻的区域中。具体地，入射光衰减部228靠近相邻像素200的角部和侧边配置。在该图中，入射光衰减部228以格子形状形成在成像元件2的光接收面上。因此，可以防止来自靠近相邻像素200的角部和侧边的区域的光的混合。[像素的构成]图7是示出本技术的第三实施方案中的像素的构成例的断面图。该图是沿着图6中记载的线B-B'截取的像素200的示意性断面图。由于该图是表示像素200的侧边彼此相邻的区域的图，所以未配置滤色器226。另外，相邻的片上透镜211形成为其端部彼此连接的形状。其原因是因为上述无效区域缩小了。入射光衰减部228配置在相邻像素200的侧边区域中，使得可以减少从片上透镜211的连接部等进入的光混合到光电转换部242中。应注意的是，该图中的单点划线表示片上透镜211的另一示例。在该示例中，相邻的片上透镜211被分开配置。其原因是因为通过防止片上透镜211的端部中的曲率波动来增强入射光的会聚精度。因此，在相邻像素200的侧边区域中形成相对较宽的无效区域。在这种情况下，上述效果变得更加显著。由于除了上述构成之外的成像装置1的构成类似于本公开的第一实施方案的成像装置1，所以省略其说明。如到目前为止所说明的，根据本技术的第三实施方案，入射光衰减部228靠近相邻像素200中的角部和侧边形成，从而使得能够进一步减少光的混合。最后，以上实施方案的说明是本技术的示例，并且本技术不限于上述实施方案。因此，自然可以根据设计等进行各种修改，只要除了上述实施方案之外的实施方案不脱离本技术的技术构思即可。应注意的是，本技术还可以采用以下构成。1一种成像元件，包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；和入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减。2根据上述1所述的成像元件，其中配置有多个像素，和所述入射光衰减部靠近所述多个像素的边界配置。3根据上述2所述的成像元件，其中所述入射光衰减部配置在相邻的四个像素的角部区域中。4根据上述2所述的成像元件，其中所述入射光衰减部配置在相邻的两个像素的侧边区域中。5根据上述1～4中任一项所述的成像元件，其中所述像素还包括片上透镜，所述片上透镜会聚来自所述被摄体的光并使所会聚的光进入所述滤色器，和所述入射光衰减部配置在所述片上透镜和所述滤色器之间。6一种成像装置，包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减；和处理部，所述处理部对作为响应于所生成的电荷的信号的图像信号进行处理。附图标记列表1成像装置2成像元件3垂直驱动部4列信号处理部5控制部200像素211片上透镜221平坦化膜222,227,228入射光衰减部223～226滤色器230配线区域231绝缘层232配线层241半导体基板242光电转换部

权利要求：1.一种成像元件，包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；和入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减。2.根据权利要求1所述的成像元件，其中配置有多个像素，和所述入射光衰减部靠近所述多个像素的边界配置。3.根据权利要求2所述的成像元件，其中所述入射光衰减部配置在相邻的四个像素的角部区域中。4.根据权利要求2所述的成像元件，其中所述入射光衰减部配置在相邻的两个像素的侧边区域中。5.根据权利要求1所述的成像元件，其中所述像素还包括片上透镜，所述片上透镜会聚来自所述被摄体的光并使所会聚的光进入所述滤色器，和所述入射光衰减部配置在所述片上透镜和所述滤色器之间。6.一种成像装置，包括：像素，所述像素包括来自被摄体的光中的具有预定波长的光所透过的滤色器和响应于透过所述滤色器的光而生成电荷的光电转换部；入射光衰减部，所述入射光衰减部配置在所述被摄体和所述滤色器之间，并且使未透过配置在所述像素中的滤色器而进入所述光电转换部的光衰减；和处理部，所述处理部对作为响应于所生成的电荷的信号的图像信号进行处理。

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