摄像元件以及摄像装置制造方法
摄像元件以及摄像装置制造方法
【专利摘要】设置：以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与像素对应的位置上层叠于半导体基板的上层的滤色器层；层叠于滤色器层的上层并聚集入射到像素的光的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，该反射壁在由相邻的多个所述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于半导体基板与微透镜之间的中间层内，并且将从间隙入射到滤色器的光向朝向与该滤色器对应的像素的方向反射。
【专利说明】摄像元件以及摄像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种摄像元件以及摄像装置，尤其涉及感光度高且色分离性能优良，并且能够进行高速驱动的摄像元件以及摄像装置。
【背景技术】
[0002]近年来的数码相机上搭载的单板式彩色图像拍摄用的摄像元件，其多像素化发展，具有一千万像素以上已很普遍。实现了多像素化的固体摄像元件中，一像素一像素地精细化，并且像素间的间距变窄。其结果，向某一像素入射的入射光向相邻像素即异色像素漏出的量的比率增加，会发生混色。
[0003]因此，以往如专利文献1、2所记载，在像素间设置剖面为三角形的遮光部，入射光向相邻像素的泄漏变少。该遮光部如专利文献2所记载，在滤色器层或微透镜层的方向上较高地形成，并且由全反射膜形成，从而能够进一步减少入射光向相邻像素的泄漏量。
[0004]专利文献1:日本特开2011 — 119445号公报
[0005]专利文献2:日本特开2009 - 88415号公报
【发明内容】
[0006]通过在像素间立设剖面为三角形的遮光壁，提高色分离性能。但是，如图19所示，在将各像素5间分离的位置上设置遮光壁6时，遮光壁6在图19所示的例子中将设置成井格状(格子状)。即、各像素5的受光面处于四边由遮光壁6包围的状态。
[0007]当试图通过模拟来求算像素的四边由遮光壁6包围的状态下的各像素的感光度时可知，与没有遮光壁6的状态比较，会降低大约20%。实现了多像素化的固体摄像元件其一像素一像素的受光面积小，本来受光灵敏度就不高，所以该20%的灵敏度降低造成拍摄图像质量较大地劣化。
[0008]另外，如专利文献2所记载那样由金属膜形成井格状的遮光壁6时，遮光壁6的电气负载容量成分变大，这也会产生固体摄像元件的驱动速度降低的技术问题。
[0009]本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种受光灵敏度高且色分离性能优良，并且能够进行高速驱动的摄像元件以及搭载该摄像元件的摄像装置。
[0010]本发明的摄像元件具备:以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与上述像素对应的位置上层叠于该半导体基板的上层的滤色器层；层叠于该滤色器层的上层并对入射到上述像素的光进行聚集的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个上述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于上述半导体基板与上述微透镜之间的中间层内，并且将从上述间隙入射到上述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的上述像素的方向反射。
[0011]本发明的摄像装置特征在于搭载了上述摄像元件。
[0012]根据本发明，通过在微透镜间的每个间隙中设置柱状的孤立的反射壁，能够阻止入射光向相邻像素的泄漏，实现混色抑制，由于遮光壁设置成孤立的岛状，所以也不会导致各像素的受光灵敏度下降。另外，即使遮光壁采用金属制成，由于各遮光壁为孤立的岛状，所以电气负载容量小，不会对高速驱动产生妨碍。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的第一实施方式的摄像装置的外观立体图。
[0014]图2是图1所示的摄像装置的功能框结构图。
[0015]图3是图2所示的固体摄像元件的表面模式图。
[0016]图4是图3所示的微透镜层的下层的表面模式图。
[0017]图5是图4的IV-1V线剖面模式图。
[0018]图6是像素排列为蜂窝排列的固体摄像元件的本发明的第二实施方式的表面模式图。
[0019]图7是在图6的实施方式中设置有相位差检测像素的表面模式图。
[0020]图8是像素排列为蜂窝排列、通过微透镜共有方式将全部像素作为相位差检测像素的固体摄像元件的表面模式图。
[0021]图9是在图8的固体摄像元件中设置本发明的第三实施方式的反射壁的固体摄像元件的要部放大表面模式图。
[0022]图10是与图9不同的本发明的第四实施方式的表面模式图。
[0023]图11是图10的实施方式中使用的楔形的反射壁的外观立体图。
[0024]图12是在像素排列为正方格子排列的固体摄像元件中适用图10的楔形反射壁的实施方式的表面模式图。
[0025]图13是表示适用于图12的实施方式的滤色器排列的图。
[0026]图14是表示与图13不同的滤色器排列的图。
[0027]图15是具有与图10不同的微透镜排列的固体摄像元件的表面模式图。
[0028]图16是像素排列为正方格子排列、四个像素上搭载了一个微透镜的固体摄像元件的表面模式图。
[0029]图17是本发明的其他实施方式的摄像装置的外观立体图。
[0030]图18是图17所示的摄像装置的功能框结构图。
[0031]图19是以往的固体摄像元件的说明图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的一实施方式。
[0033]图1是本发明的一实施方式的摄像装置(数码相机)10的外观立体图。该数码相机10在矩形的框体11的前部具有摄影镜头12。该摄影镜头12存储在沉体式的透镜镜筒13内。朝向框体11而在左肩部分设置有快门释放按钮14。在框体11的背面设置有显示摄影图像、预览图像(实时取景图像)、相机菜单图像等的液晶显示部(图2的LCD 16)。在右肩部分的前部设置有闪光发光部44。
[0034]图2是图1所示的数码相机的功能框结构图。该数码相机10具有设于摄影镜头12的背部的固体摄像元件(该实施方式中为背面照射型的CMOS图像传感器)21和统一控制数码相机10的CPU(中央运算处理装置)22。
[0035]CPU 22与总线23连接，在该总线23上连接有帧存储器24、进行图像处理的信号处理部(DSP) 25、将压缩为JPEG格式等的摄像图像数据保存在外部存储卡26中的卡接口(I/F) 27、进行相机背面的IXD (液晶显示部)16的显示控制的显示控制部28、产生显示于IXD 16上的文字信息等的OSD信号的OSD信号发生部29。
[0036]在CPU 22上连接有存储了控制程序等的ROM 22a和RAM 22b，另外，连接有包含快门释放按钮14的操作部40。另外，在该数码相机10上设置有控制摄影镜头12的对焦透镜位置等的镜头驱动部41、产生固体摄像元件21的驱动定时信号的定时信号发生器(TG)42、驱动固体摄像元件21的驱动器43和进行发光部44的发光控制的闪光控制电路45，这些部件由CPU 22控制指示。
[0037]CPU 22使用其控制下的DSP 25等进行各种控制处理。例如搭载了后述的相位差检测像素的固体摄像元件21的情况下，处理从相位差检测像素输出的信号，算出到被摄体的距离，调整摄影镜头12的对焦透镜位置，拍摄与被摄体对焦后的图像。
[0038]或者，在将全部像素作为相位差检测像素的固体摄像元件21的情况下，根据相位差检测像素对的一方和另一方的摄像图像信号生成左眼看到的状态下的被摄体图像和右眼看到的状态下的被摄体图像，生成立体可视的图像。
[0039]图3是表示固体摄像元件21的一例的表面模式图。在半导体基板上以二维阵列状、在本实施例中为正方格子状形成有多个像素(光电转换部)50。并且,在各像素50的上方形成有用〇表示的微透镜(单片透镜)51。各像素50上记载的R(红)G(绿)B(蓝)表示滤色器的颜色。该实施例中，表示拜尔排列有三原色的滤色器的固体摄像元件21。
[0040]图4是从图3中微透镜层的下层观察半导体基板方向而得到的图。表示固体摄像元件21中、设置本实施方式的柱形状的孤立的多个反射壁60的位置。与图19的井格状的遮光壁6比较，本实施方式中仅在井格状的格子点的位置立设有岛状的反射壁60。
[0041]在此，对本申请发明的实施方式的原理与以往专利文献1、2的不同进行说明。专利文献I和专利文献2记载的遮光壁用于将由于微透镜而受到折射的光进一步导向像素部，因而需要形成在微透镜的内侧。但是，缺乏防止由于入射到在相邻微透镜间形成的后述的间隙53中的光造成的混色的效果，另外，本申请发明人发现对混色影响较大的光是入射到在相邻的微透镜间形成的间隙53中的光，从而设置了本实施方式中所记载的岛状的反射壁60。
[0042]专利文献I和专利文献2记载的遮光壁形成井格状，形成至不是形成于多个相邻的微透镜间的间隙的场所。因此，存在以下情况:甚至对由微透镜折射而朝向像素的光进行遮光，这样反而会使灵敏度降低。相对于此，仅在必要场所设置岛状的反射壁60的本申请发明的实施方式中，能够将灵敏度降低抑制为最小限度。
[0043]如图3所示，在四个微透镜51相邻的场所，四边形的间隙53变大。即、各像素50的对角位置的间隙变大。入射光向相邻像素的泄漏几乎都是不通过微透镜51而通过间隙53入射的光。通过微透镜51的入射光由微透镜向像素的中心的方向折射，但是入射到间隙53的光不由微透镜折射，而入射到相邻的像素。
[0044]因此,可以以使从间隙53入射的光向位于入射一侧的像素的方向反射的方式,将各反射壁60形成为具备四面反射面的四棱锥形状。可以制造成使该顶点位置为格子点位置(间隙53的中心位置:该位置也与滤色器的每个像素的划分位置一致)。
[0045]由四棱锥的各个反射面反射的光入射到反射面所朝向的像素。即、以图4右下方的反射壁60来说，四棱锥形状的反射壁60制造成反射面60a朝向像素50a侧，反射面60b朝向像素50b侧，反射面60c朝向像素50c侧，反射面60d朝向像素50d侧。柱状的反射壁60可以不是四棱锥形状，也可以是圆锥形，入射光由反射壁60反射的反射光可以入射到反射面所朝方向的像素。
[0046]图5是图4的IV-1V线剖面模式图。在半导体基板62的背面侧表面层叠透明的绝缘层63，在其上层叠遮光膜64。遮光膜64在与像素对应的位置设置有开口 64a，从上面观察时为井格状。构成像素50的电荷蓄积区域(光电转换区域)形成于面临遮光膜开口64a的位置的半导体基板表面侧。
[0047]遮光膜64的井格状的格子点位置之上立设有四棱锥形状的反射壁60。反射壁60在本实施方式中由二氧化硅(S12)形成。在除反射壁60以外的部位的半导体基板62的背面侧上层层叠氮化硅(SiN)层65，其上表面被平坦化。
[0048]在氮化硅层65之上层叠滤色器层66，在其上层叠平坦化层67，在其上形成微透镜51。
[0049]以反射壁60的前端排列在滤色器层66中的与其像素对应的滤色器66a和与相邻像素对应的滤色器66b的划分位置66c上的方式形成反射壁60和滤色器层66。
[0050]在具有这样的结构的固体摄像元件21中，从微透镜50间的间隙53入射到滤色器66a的来自被摄体的光由反射壁60的反射面反射，向朝向与滤色器66a对应的像素的方向前进。通过间隙53而入射到滤色器66b的光向与滤色器66b对应的像素的方向前进。由此，实现混色防止。
[0051]本实施方式的反射壁60形成为各自不连续而孤立的岛状，所以各像素的受光灵敏度不会降低，能够拍摄高灵敏度且S/N(signal/noise:信噪比)高的被摄体图像。
[0052]该反射壁60也能够由金属膜形成。本实施方式的反射壁60是以岛状孤立的形状，所以也能够采用将其与电极膜和配线层的膜分离的金属膜制成。反射壁60各自独立，所以电气负载容量成分小，高速驱动固体摄像元件21时，也不会造成妨碍。
[0053]图5所示的二氧化硅制的反射壁60能够如以下所示制造。在半导体基板62之上层叠绝缘层63，形成具有遮光膜开口 64a的遮光膜64。并且，在其上较厚地层叠二氧化硅层。
[0054]接着，残留形成反射壁60的部位的二氧化硅层，其他场所的二氧化硅层通过蚀刻除去。以蚀刻深度越深则水平方向的蚀刻速度越慢的条件进行蚀刻，从而能够制造锥形状的孤立的柱状反射壁60。
[0055]通过遮光膜开口 64a蚀刻至绝缘层63后，这次较厚地层叠氮化硅层65。并且，将表面平坦化后，层叠滤色器层66、平坦化层67、微透镜层51。
[0056]反射壁60由折射率低的二氧化硅形成，成为入射光向像素50入射的导波路径的部位由折射率高的氮化娃层65形成,所以从氮化娃层65进入反射壁60的光发生全反射。由此，从微透镜间的间隙53入射，由反射壁60全反射的光没有损失地入射到对应像素。
[0057]图6是本发明的其他实施方式的固体摄像元件21的表面模式图。该固体摄像元件21成为奇数行的像素行相对偶数行的像素行各错开1/2像素间距而形成的所谓蜂窝像素排列。
[0058]这样的固体摄像元件21中，在层叠于最相邻的四个像素的各个像素上的四个微透镜51的相邻部位处产生的间隙的位置上，立设四棱锥形状的反射壁60。当然，也可以是圆锥形。由此，能够防止入射光向不同色的相邻像素泄漏，提高色分离性能。另外，由于立设以岛状孤立的多个反射壁60，所以各像素的受光灵敏度不会降低，能够拍摄明亮的图像。
[0059]图6中图示的滤色器排列中，在奇数行的像素行中拜尔排列三原色的滤色器RGB，在偶数行的像素行中也排列三原色的滤色器r( = R)g( = G)b( = B)。即、斜向相邻的像素具有同色的滤色器。
[0060]如此，两个相邻像素为同色像素的情况下，能够将两个相邻像素作为对像素，作为相位差检测像素对。例如图7所示，将对像素的一方的遮光膜开口 55a和另一方的遮光膜开口 55b设为比通常像素的遮光膜开口 64a (参照图5)小的开口，并使两者向彼此相反方向偏心地设置。由此，在相位差检测像素对的一方中入射右眼观看被摄体的光，在另一方中入射左眼观看被摄体的光。
[0061]将这样的相位差检测像素对事先设置在固体摄像元件21的摄像面上的离散位置上，从而能够根据相位差检测像素的检测信号算出到被摄体的距离。另外，具有这样的相位差检测像素的固体摄像元件已经公知，例如特开2012 - 058522号公报等中有记载。
[0062]具有开口面积比通常像素小的遮光膜开口 55a、55b的相位差检测像素受光灵敏度当然比通常像素小。因此，当来自周围的不同色像素的泄漏光入射时，不能检测高精度的相位差量。但是，如图7所示，若事先在微透镜间的间隙位置立设反射壁60，则不会牺牲受光灵敏度而色分离性能提高，容易检测高精度的相位差量。
[0063]图7中为了检测相位差量，将减小的遮光膜开口 55a、55b向彼此相反方向偏心地设置，进行相位差检测像素对的光瞳分割。若对搭载在固体摄像元件21上的全部像素进行以上设置，则能够仅通过单眼的固体摄像元件21就能够拍摄被摄体的立体彩色像素。
[0064]但是，由于减小遮光膜开口，因而各像素的受光灵敏度降低。因此，可以将遮光膜开口形成为与通常像素相同的大小，在相位差检测像素对上搭载一个微透镜从而进行光瞳分割。作为在两个像素上搭载一个微透镜来进行光瞳分割而作为相位差检测像素的以往技术例如特开2007 - 281296号公报等中有记载。
[0065]图8中以与图6相同的像素排列、相同的滤色器排列，在倾斜相邻的对像素的各自上设置椭圆形的光瞳分割用微透镜70，能够由单眼拍摄被摄体的3D (立体)图像。
[0066]这种情况下也成为技术问题是混色防止、即色分离性能。因此，图8的实施方式中，与上述的实施方式同样地，设置柱状的孤立的反射壁。
[0067]图8的实施方式中，椭圆状的微透镜70排列于椭圆方向，对于微透镜70的倾斜方向的列与一列相邻的列中，微透镜70偏移与半个间距相应的量。因此，三个微透镜70相邻而产生的间隙71为三角形。因此，图9中表示放大了间隙71部分的图，在该间隙71的位置立设三棱锥形状的反射壁72。
[0068]以反射壁72与三个微透镜70相邻，反射壁72的三个反射面面对各个微透镜70下部的像素的方式制造反射壁72。由此，从微透镜间的间隙71入射的光由入射来的方向的反射面反射，入射到本来要入射的像素。另外，与前述同样地，反射壁72也可以是圆锥形。
[0069]图9所示的实施方式中，设置有三棱锥形状的反射壁72，但是也可以将相邻的两个反射壁72连接，如图10所示，采用一个平板形状的楔形反射壁75。
[0070]图11表示楔形反射壁75的立体图。反射壁75从正面观察构成梯形,从侧面观察构成等腰三角形，具有四个反射面75a、75b、75c、75d。反射壁75位于四个微透镜70之间，各反射面设于面对各微透镜侧的方向上。由此，从微透镜70间的间隙大的部位入射的光由各反射面反射，提高色分离性能。
[0071]图8、图9、图10中，以像素排列为蜂窝像素排列为例，在斜向相邻的两个像素的相位差检测像素上设置一个椭圆形的微透镜70，但也同样适用于像素以正方格子排列的固体摄像元件。该内容在图2中表示。图12的情况下，椭圆形的微透镜70在水平方向上连续。
[0072]该实施方式中，也与图8、图9的实施方式同样地，只要在微透镜70间的空隙变大的部位、即微透镜70的圆弧状的边缘与相邻的微透镜70不能连接而离开的部位立设三棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。或者，只要立设图10、图11记载的楔形的反射壁75即可。图12表不设置有反射壁75的例子。
[0073]—个椭圆形微透镜70的下侧设置的两个像素需要具有同色的滤色器，但是该滤色器的排列是任意的。图13、图14中表示一例。图13是将图8所示的滤色器排列倾斜45度而形成水平的排列。图14中，微透镜的斜向列每隔一例成为G滤光片搭载像素，剩余的每两行分别交替设置有B滤光片和R滤光片。
[0074]图8、图12?图14的实施方式中，微透镜的列每隔一行错开半个间距。但是，如图15所示，也有各微透镜70在水平方向、垂直方向上都不错开而排列的情况。这种情况下，四个微透镜70相邻而形成的间隙76为四边形。因此，在该间隙76的位置设置的反射壁，与图4、图5中说明的实施方式同样地，只要采用四棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。在该间隙76若设置图11所不的楔形的反射壁75,贝U在垂直方向上连续多个反射壁75,恐怕会使各像素的受光灵敏度降低。不过，若是一像素一像素较大的固体摄像元件则没有问题。
[0075]图6表示四个像素搭载了一个微透镜80的固体摄像元件。这种情况下，也会产生由最相邻的四个微透镜80包围的四边形的间隙81，对此也只要设置图4、图5中说明的四棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。
[0076]另外，上述的各实施方式是背面照射型的CMOS图像传感器，但是也能够适用于其他MOS型图像传感器。另外，也能够适用于背面照射型或表面照射型的CCD图像传感器。表面照射型的MOS图像传感器中，配线层设于光入射侧，但是若在配线层的上侧的该部位设置反射壁，则也能够得到混色防止效果。
[0077]固体摄像元件中，为了防止周边部的像素的灵敏度相对中央部的像素降低，例如特开平I 一 213079号公报和特开2007 — 201090号公报所记载，有时使微透镜的形成位置相对于对应的电荷蓄积区域(像素)的形成位置在受光面中心方向上错开。实施了这样的遮蔽对策的固体摄像元件的情况下，只要将立设在周边像素的对角位置的孤立的柱状的反射壁与微透镜的错开位置一致地倾斜立设即可。
[0078]以上，作为本发明的摄影装置的实施方式，对数码相机进行了说明，但是摄影装置的结构不限于此。作为本发明的其他摄影装置例如能够采用内置型或外置型的PC (Personal Computer:个人计算机)用相机、或者如以下所说明的具有摄影功能的便携终端装置。
[0079]作为本发明的摄像装置的一实施方式的便携终端装置例如可列举便携电话机、智能手机、PDA(Personal Digital Assistants)、便携式游戏机。以下，以智能手机为例,参照附图进行详细说明。
[0080]图17表示本发明的摄像装置的一实施方式的智能手机200的外观。图17所示的智能手机200具有平板状的框体201，在框体201的一侧面上具备显示输入部204，该显示输入部204是作为显示部的显示面板202和作为输入部的操作面板203构成一体而成的。另外，这样的框体201具备扬声器205、话筒206、操作部207和相机部208。另外，框体201的结构不限于此，例如也能够采用显示部和输入部独立设置的结构，或者采用折叠结构或具有滑动机构的结构。
[0081]图18是表示图17所示的智能手机200的结构的框图。如图18所示，作为智能手机的主要构成要素具备:无线通信部210、显示输入部204、通话部211、操作部207、相机部208、存储部212、外部输入输出部213、GPS (Global Posit1ning System)接收部214、运动传感器部215、电源部216和主控制部220。另外，作为智能手机200的主要功能具备经由省略图示的基地局装置BS和省略图示的移动通信网NW进行移动无线通信的无线通信功能。
[0082]无线通信部210根据主控制部220的指示对收容于移动通信网NW的基地局装置BS进行无线通信。使用该无线通信进行声音数据、图像数据等各种文档数据、电子邮件数据等的接收发送、Web数据、流数据等的接收。
[0083]显示输入部204是通过主控制部220的控制来显示图像(静止图像和活动图像)和文字信息等而在视觉上对用户传递信息，并检测对所显示的信息的用户操作的所谓触摸屏，具有显示面板202和操作面板203。
[0084]显不面板202 使用 LCD (Liquid Crystal Display:液晶显不部)、OELD (OrganicElectro-Luminescence Display:有机电致发光显示器)等作为显示器。操作面板203是被载置成能够目视确认显示在显示面板202的显示面上的图像并检测由用户手指或尖笔操作的一个或多个坐标的设备。通过用户手指或尖笔操作该设备时，因操作产生的检测信号输出给主控制部220。接着，主控制部220基于接收的检测信号来检测显示面板202上的操作位置(坐标)。
[0085]如图17所示，作为本发明的摄像装置的一实施方式例示的智能手机200的显示面板202和操作面板203形成一体而构成显示输入部204，但是操作面板203也可以以完全覆盖显示面板202的方式配置。采用该配置的情况下，操作面板203也可以具备对显示面板202以外的区域也检测用户操作的功能。换言之，操作面板203也可以具备关于与显示面板202重复的重叠部分的检测区域(以下称作显示区域)和关于除以此外的未与显示面板202重叠的外缘部分的检测区域(以下称作非显示区域)。
[0086]另外，可以使显示区域的大小和显示面板202的大小完全一致，但是没必要一定使两者一致。另外，操作面板203可以具有外缘部分和除此之外的内侧部分这两个感应区域。另外，外缘部分的宽度根据框体201的大小而适当设计。另外，作为在操作面板203中采用的位置检测方式，例如可列举阵列开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式、静电容量方式等，能够采用任一种方式。
[0087]通话部211具有扬声器205和话筒206，将通过话筒206输入的用户的声音转换为能够由主控制部220处理的声音数据并输出给主控制部220，或者将由无线通信部210或外部输入输出部213接收的声音数据解码并从扬声器205输出。另外，如图17所示，例如能够将扬声器205搭载在与设置有显不输入部204的面相同的面上,将话筒206搭载在框体201的侧面。
[0088]操作部207是使用了键开关等的硬件键，接收来自用户的指示。例如，如图17所示，操作部207是搭载在智能手机200的框体201的侧面且当由手指等压下时接通、松开手指时通过弹簧等的回复力而变为断开状态的按压式按钮的开关。
[0089]存储部212存储主控制部220的控制程序、控制数据、应用软件、将通信对象的名称、电话号码等建立了对应的地址数据、接收发送的电子邮件的数据、Web浏览器下载的Web数据、下载的内容数据，另外暂时存储流数据等。另外，存储部212由智能手机内置的内部存储部217和拆装自如的具有外部存储器插槽的外部存储部218构成。另外，构成存储部212的各个内部存储部217和外部存储部218使用闪存型(flash memory type)、硬盘型(hard disk type)、微型多媒体卡型(multimedia card memory type)、卡式存储器(例如 MicroSD (注册商标)存储器等)、RAM (Random Access Memory:随机存储器)、ROM (ReadOnly Memory:只读存储器)等存储介质来实现。
[0090]外部输入输出部213起到与连结智能手机200的全部外部设备的接口的作用，用于与其他外部设备通过通信等(例如通用串行总线(USB)、IEEE1394等)或网络(例如互联网、无线 LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(Rad1 Frequency Identificat1n:射频识别)、红外线通信(Infrared Data Associat1n(红外数字协会):1rDA(注册商标)、UffB(Ultra Wideband (超宽带))(注册商标)、紫蜂(ZigBee)(注册商标)等)直接或间接地连接。
[0091]作为与智能手机200连结的外部设备例如有:有线/无线头戴式耳机、有线/无线外部充电器、有线/无线数据端口、经由卡槽连接的存储卡(Memory card)、SIM (SubscriberIdentity Module:Card:客户识别模块卡)/UIM(User Identity Module Card:用户识别模块卡)卡、音频/视频1/0(输入输出)端子连接的外部音频/视频设备、无线连接的外部音频/视频设备、有线/无线连接的智能手机、有线/无线连接的个人计算机、有线/无线连接的PDA、有线/无线连接的个人计算机、耳机等。外部输入输出部213例如能够将这样的从外部上部接收传送的数据传递给智能手机200的内部的各结构要素、也能够将智能手机200的内部的数据传送给外部设备。
[0092]GPS接收部214按照主控制部220的指示，接收从GPS卫星STl?STn发送的GPS信号，执行基于接收到的多个GPS信号的测位运算处理，检测由该智能手机200的纬度、经度、高度构成的位置。GPS接收部214能够从无线通信部210或外部输入输出部213 (例如无线LAN)取得位置信息时，也能够使用该位置信息检测位置。
[0093]运动传感器部215例如具备三轴加速度传感器等，按照主控制部220的指示，检测智能手机200的物理性移动。通过检测智能手机200的物理性移动，检测智能手机200的移动方向和加速度。该检测结果输出给主控制部220。
[0094]电源部216按照主控制部220的指示对智能手机200的各部分供给电池(未图示)所蓄的电力。
[0095]主控制部220具有微处理器，按照存储部212所存储的控制程序和控制数据进行动作，统一控制智能手机200的各部分。另外，主控制部220为了通过无线通信部210进行声音通信和数据通信而具备控制通信系统的各部分的移动通信控制功能和应用处理功能。
[0096]应用处理功能通过主控制部220按照存储部212存储的应用软件进行动作来实现。作为应用处理功能例如有:控制外部输入输出部213而与相对设备进行数据通信的红夕卜线通信功能、进行电子邮件的接收发送的电子邮件功能、阅览网页的Web浏览功能等。
[0097]另外，主控制部220具备基于接收数据、下载的流数据等图像数据(静止图像和活动图像的数据)而将影像显示在显示输入部204上等的图像处理功能。图像处理功能是指主控制部220对上述图像数据进行解码，对该解码结果实施图像处理，将图像显示在显示输入部204中的功能。
[0098]另外，主控制部220执行对显示面板202的显示控制和检测通过操作部207、操作面板203进行的用户操作的操作检测控制。通过执行显示控制，主控制部220显示用于起动应用软件的图标、滚动条等软件键或者显示用于生成电子邮件的窗口。另外，滚动条是指用于对于未能全部收于显示面板202的显示区域中的较大的图像等接受移动图像的显示部分的指示的软件键。
[0099]另外，通过执行操作检测控制，主控制部220检测通过操作部207进行的用户操作，或通过操作面板203接受对上述图标的操作、对上述窗口的输入栏的文字列的输入，或者接受通过滚动条进行的显示图像的滚动要求。
[0100]而且，通过执行操作检测控制，主控制部220具备如下的触摸屏控制功能:判定对操作面板203的操作位置是与显示面板202重叠的重叠部分(显示区域)还是除此之外的未与显示面板202重叠的外缘部分(非显示区域)，控制操作面板203的感应区域、软件键的显示位置。
[0101]另外，主控制部220还能够检测对操作面板203的手势操作，根据所检测出的手势操作来执行预先设定的功能。手势操作非以往的单纯接触操作，而是指由手指等绘制轨迹，或同时指定多个位置，或者将这些进行组合而从多个位置对至少一个绘制轨迹的操作。
[0102]相机部208 是使用 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor:补充金属氧化物半导体)或CCD (Charge-Coupled Device:电荷稱合元件)等摄像元件来进行电子摄影的数码相机。另外，相机部208通过主控制部220的控制将由拍摄所得的图像数据转换为例如JPEG(Joint Photographic coding Experts Group)等的压缩图像数据，并记录在存储部212中或通过输入输出部213或无线通信部210输出。图17所示的智能手机200中，相机部208搭载在与显示输入部204相同的面上，但是相机部208的搭载位置不限于此，也可以搭载在显示输入部204的背面，或者也可以搭载多个相机部208。另外，搭载有多个相机部208的情况下，也可以切换用于摄影的相机部208而单独地摄影，或者同时使用多个相机部208进行摄影。
[0103]另外，相机部208能够利用在智能手机200的各种功能中。例如，在显示面板202显示由相机部208取得的图像；作为操作面板203的操作输入之一而利用相机部208的图像。另外，GPS接收部214检测位置时，也能够参照来自相机部208的图像来检测位置。而且，也能够来自相机部208的图像，不使用三轴加速度传感器，或者与三轴加速度传感器并用，来判断智能手机200的相机部208的光轴方向或者判断当前的使用环境。当然也能够在应用软件内利用来自相机部208的图像。
[0104]此外，对静止图像或活动图像的图像数据附加由GPS接收部214取得的位置信息、由话筒206取得的声音信息(也可以由主控制部等进行声音文本转换而成为文本信息)、由运动传感器部215取得的姿势信息等并记录在存储部212中，或通过输入输出部213或无线通信部210输出。
[0105]以上阐述的实施方式的摄像元件，具备:以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与上述像素对应的位置上层叠于该半导体基板的上层的滤色器层；层叠于该滤色器层的上层并聚集入射到上述像素的光的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个上述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于上述半导体基板与上述微透镜之间的中间层内，并且将从上述间隙入射到上述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的上述像素的方向反射。
[0106]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁特征在于由顶点形成于上述滤色器层侧的棱锥形或圆锥形或楔形构成。
[0107]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由三个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为三角形，上述反射壁为三棱锥形状或圆锥形。
[0108]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由四个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为四边形，上述反射壁为四棱锥形状或圆锥形。
[0109]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由三个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为三角形，上述反射壁为将相邻的上述三角形的间隙之间连接的楔形。
[0110]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁的特征在于具备基于上述中间层的构成材料与该反射壁的构成材料的折射率差而全反射入射光的反射面。
[0111]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁的特征在于具备金属的反射面。
[0112]另外，实施方式的摄像元件的特征在于上述像素中的一部分像素或全部像素由遮光膜开口向彼此相反方向偏心而形成的相位差检测像素对构成。
[0113]另外，实施方式的摄像元件的特征在于各个上述微透镜共同地设于层叠有同色的滤色器的相邻的多个像素上，全部像素由微透镜共有方式的相位差检测像素构成。
[0114]另外，实施方式的摄像装置的特征在于搭载了上述任一项记载的摄像元件。
[0115]根据以上所述的实施方式，即使实现了精细化的摄像元件，也能够抑制混色，色分离性能优良，并且各像素的受光灵敏度也高，进而能够进行高速驱动。
[0116]工业实用性
[0117]本发明的摄像元件由于能够得到高色分离性能、高受光灵敏度、高S/N的摄像图像信号，因而适用于数码相机、数码摄影机、带相机的便携式电话、带相机的小型电子设备、电子内窥镜装置等的摄像装置是有用的。特别是，适用于进行使用了相位差检测像素的AF方式的摄像装置、单眼3D相机是有用的。
[0118]本申请基于2012年3月30日提出的日本专利申请(日本特愿2012-80667)，将其内容作为参照并入本文中。
[0119]附图标记说明:
[0120]10、200摄像装置
[0121]21摄像元件
[0122]50 像素
[0123]51微透镜
[0124]53、71微透镜间的间隙
[0125]60四棱锥形状的反射壁
[0126]60a、60b、60c、60d 反射面
[0127]64遮光膜
[0128]64a遮光膜开口
[0129]66滤色器层
[0130]55a、55b相位差检测像素用的遮光膜开口
[0131]70光瞳分割用的微透镜
[0132]72三棱锥形状的反射壁
[0133]75楔形的反射壁
[0134]75a、75b、75c、75d 反射面
【权利要求】
1.一种摄像兀件，具备: 以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板； 在与所述像素对应的位置层叠于该半导体基板的上层的滤色器层； 层叠于该滤色器层的上层并聚集入射到所述像素的光的多个微透镜；及 孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个所述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于所述半导体基板与所述微透镜之间的中间层内，并且将从所述间隙入射到所述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的所述像素的方向反射。
2.如权利要求1所述的摄像元件，其中， 所述反射壁由顶点形成于所述滤色器层侧的棱锥形或圆锥形或楔形构成。
3.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由三个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为三角形，所述反射壁为三棱锥形状或圆锥形。
4.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由四个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为四边形，所述反射壁为四棱锥形状或圆锥形。
5.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由三个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为三角形，所述反射壁为将相邻的所述三角形的间隙之间连接的楔形。
6.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述反射壁具备基于所述中间层的构成材料与该反射壁的构成材料的折射率差而全反射入射光的反射面。
7.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述反射壁具备金属的反射面。
8.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述像素中的一部分像素或全部像素由遮光膜开口向彼此相反方向偏心而形成的相位差检测像素对构成。
9.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 各个所述微透镜共同地设于层叠有同色的滤色器的相邻的多个像素上，全部像素由微透镜共有方式的相位差检测像素构成。
10.一种摄像装置，搭载有权利要求1?9中任一项所述的摄像元件。
【文档编号】H01L27/14GK104205332SQ201280072169
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】田中俊介 申请人:富士胶片株式会社
【专利摘要】设置：以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与像素对应的位置上层叠于半导体基板的上层的滤色器层；层叠于滤色器层的上层并聚集入射到像素的光的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，该反射壁在由相邻的多个所述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于半导体基板与微透镜之间的中间层内，并且将从间隙入射到滤色器的光向朝向与该滤色器对应的像素的方向反射。
【专利说明】摄像元件以及摄像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种摄像元件以及摄像装置，尤其涉及感光度高且色分离性能优良，并且能够进行高速驱动的摄像元件以及摄像装置。
【背景技术】
[0002]近年来的数码相机上搭载的单板式彩色图像拍摄用的摄像元件，其多像素化发展，具有一千万像素以上已很普遍。实现了多像素化的固体摄像元件中，一像素一像素地精细化，并且像素间的间距变窄。其结果，向某一像素入射的入射光向相邻像素即异色像素漏出的量的比率增加，会发生混色。
[0003]因此，以往如专利文献1、2所记载，在像素间设置剖面为三角形的遮光部，入射光向相邻像素的泄漏变少。该遮光部如专利文献2所记载，在滤色器层或微透镜层的方向上较高地形成，并且由全反射膜形成，从而能够进一步减少入射光向相邻像素的泄漏量。
[0004]专利文献1:日本特开2011 — 119445号公报
[0005]专利文献2:日本特开2009 - 88415号公报
【发明内容】
[0006]通过在像素间立设剖面为三角形的遮光壁，提高色分离性能。但是，如图19所示，在将各像素5间分离的位置上设置遮光壁6时，遮光壁6在图19所示的例子中将设置成井格状(格子状)。即、各像素5的受光面处于四边由遮光壁6包围的状态。
[0007]当试图通过模拟来求算像素的四边由遮光壁6包围的状态下的各像素的感光度时可知，与没有遮光壁6的状态比较，会降低大约20%。实现了多像素化的固体摄像元件其一像素一像素的受光面积小，本来受光灵敏度就不高，所以该20%的灵敏度降低造成拍摄图像质量较大地劣化。
[0008]另外，如专利文献2所记载那样由金属膜形成井格状的遮光壁6时，遮光壁6的电气负载容量成分变大，这也会产生固体摄像元件的驱动速度降低的技术问题。
[0009]本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种受光灵敏度高且色分离性能优良，并且能够进行高速驱动的摄像元件以及搭载该摄像元件的摄像装置。
[0010]本发明的摄像元件具备:以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与上述像素对应的位置上层叠于该半导体基板的上层的滤色器层；层叠于该滤色器层的上层并对入射到上述像素的光进行聚集的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个上述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于上述半导体基板与上述微透镜之间的中间层内，并且将从上述间隙入射到上述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的上述像素的方向反射。
[0011]本发明的摄像装置特征在于搭载了上述摄像元件。
[0012]根据本发明，通过在微透镜间的每个间隙中设置柱状的孤立的反射壁，能够阻止入射光向相邻像素的泄漏，实现混色抑制，由于遮光壁设置成孤立的岛状，所以也不会导致各像素的受光灵敏度下降。另外，即使遮光壁采用金属制成，由于各遮光壁为孤立的岛状，所以电气负载容量小，不会对高速驱动产生妨碍。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的第一实施方式的摄像装置的外观立体图。
[0014]图2是图1所示的摄像装置的功能框结构图。
[0015]图3是图2所示的固体摄像元件的表面模式图。
[0016]图4是图3所示的微透镜层的下层的表面模式图。
[0017]图5是图4的IV-1V线剖面模式图。
[0018]图6是像素排列为蜂窝排列的固体摄像元件的本发明的第二实施方式的表面模式图。
[0019]图7是在图6的实施方式中设置有相位差检测像素的表面模式图。
[0020]图8是像素排列为蜂窝排列、通过微透镜共有方式将全部像素作为相位差检测像素的固体摄像元件的表面模式图。
[0021]图9是在图8的固体摄像元件中设置本发明的第三实施方式的反射壁的固体摄像元件的要部放大表面模式图。
[0022]图10是与图9不同的本发明的第四实施方式的表面模式图。
[0023]图11是图10的实施方式中使用的楔形的反射壁的外观立体图。
[0024]图12是在像素排列为正方格子排列的固体摄像元件中适用图10的楔形反射壁的实施方式的表面模式图。
[0025]图13是表示适用于图12的实施方式的滤色器排列的图。
[0026]图14是表示与图13不同的滤色器排列的图。
[0027]图15是具有与图10不同的微透镜排列的固体摄像元件的表面模式图。
[0028]图16是像素排列为正方格子排列、四个像素上搭载了一个微透镜的固体摄像元件的表面模式图。
[0029]图17是本发明的其他实施方式的摄像装置的外观立体图。
[0030]图18是图17所示的摄像装置的功能框结构图。
[0031]图19是以往的固体摄像元件的说明图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的一实施方式。
[0033]图1是本发明的一实施方式的摄像装置(数码相机)10的外观立体图。该数码相机10在矩形的框体11的前部具有摄影镜头12。该摄影镜头12存储在沉体式的透镜镜筒13内。朝向框体11而在左肩部分设置有快门释放按钮14。在框体11的背面设置有显示摄影图像、预览图像(实时取景图像)、相机菜单图像等的液晶显示部(图2的LCD 16)。在右肩部分的前部设置有闪光发光部44。
[0034]图2是图1所示的数码相机的功能框结构图。该数码相机10具有设于摄影镜头12的背部的固体摄像元件(该实施方式中为背面照射型的CMOS图像传感器)21和统一控制数码相机10的CPU(中央运算处理装置)22。
[0035]CPU 22与总线23连接，在该总线23上连接有帧存储器24、进行图像处理的信号处理部(DSP) 25、将压缩为JPEG格式等的摄像图像数据保存在外部存储卡26中的卡接口(I/F) 27、进行相机背面的IXD (液晶显示部)16的显示控制的显示控制部28、产生显示于IXD 16上的文字信息等的OSD信号的OSD信号发生部29。
[0036]在CPU 22上连接有存储了控制程序等的ROM 22a和RAM 22b，另外，连接有包含快门释放按钮14的操作部40。另外，在该数码相机10上设置有控制摄影镜头12的对焦透镜位置等的镜头驱动部41、产生固体摄像元件21的驱动定时信号的定时信号发生器(TG)42、驱动固体摄像元件21的驱动器43和进行发光部44的发光控制的闪光控制电路45，这些部件由CPU 22控制指示。
[0037]CPU 22使用其控制下的DSP 25等进行各种控制处理。例如搭载了后述的相位差检测像素的固体摄像元件21的情况下，处理从相位差检测像素输出的信号，算出到被摄体的距离，调整摄影镜头12的对焦透镜位置，拍摄与被摄体对焦后的图像。
[0038]或者，在将全部像素作为相位差检测像素的固体摄像元件21的情况下，根据相位差检测像素对的一方和另一方的摄像图像信号生成左眼看到的状态下的被摄体图像和右眼看到的状态下的被摄体图像，生成立体可视的图像。
[0039]图3是表示固体摄像元件21的一例的表面模式图。在半导体基板上以二维阵列状、在本实施例中为正方格子状形成有多个像素(光电转换部)50。并且,在各像素50的上方形成有用〇表示的微透镜(单片透镜)51。各像素50上记载的R(红)G(绿)B(蓝)表示滤色器的颜色。该实施例中，表示拜尔排列有三原色的滤色器的固体摄像元件21。
[0040]图4是从图3中微透镜层的下层观察半导体基板方向而得到的图。表示固体摄像元件21中、设置本实施方式的柱形状的孤立的多个反射壁60的位置。与图19的井格状的遮光壁6比较，本实施方式中仅在井格状的格子点的位置立设有岛状的反射壁60。
[0041]在此，对本申请发明的实施方式的原理与以往专利文献1、2的不同进行说明。专利文献I和专利文献2记载的遮光壁用于将由于微透镜而受到折射的光进一步导向像素部，因而需要形成在微透镜的内侧。但是，缺乏防止由于入射到在相邻微透镜间形成的后述的间隙53中的光造成的混色的效果，另外，本申请发明人发现对混色影响较大的光是入射到在相邻的微透镜间形成的间隙53中的光，从而设置了本实施方式中所记载的岛状的反射壁60。
[0042]专利文献I和专利文献2记载的遮光壁形成井格状，形成至不是形成于多个相邻的微透镜间的间隙的场所。因此，存在以下情况:甚至对由微透镜折射而朝向像素的光进行遮光，这样反而会使灵敏度降低。相对于此，仅在必要场所设置岛状的反射壁60的本申请发明的实施方式中，能够将灵敏度降低抑制为最小限度。
[0043]如图3所示，在四个微透镜51相邻的场所，四边形的间隙53变大。即、各像素50的对角位置的间隙变大。入射光向相邻像素的泄漏几乎都是不通过微透镜51而通过间隙53入射的光。通过微透镜51的入射光由微透镜向像素的中心的方向折射，但是入射到间隙53的光不由微透镜折射，而入射到相邻的像素。
[0044]因此,可以以使从间隙53入射的光向位于入射一侧的像素的方向反射的方式,将各反射壁60形成为具备四面反射面的四棱锥形状。可以制造成使该顶点位置为格子点位置(间隙53的中心位置:该位置也与滤色器的每个像素的划分位置一致)。
[0045]由四棱锥的各个反射面反射的光入射到反射面所朝向的像素。即、以图4右下方的反射壁60来说，四棱锥形状的反射壁60制造成反射面60a朝向像素50a侧，反射面60b朝向像素50b侧，反射面60c朝向像素50c侧，反射面60d朝向像素50d侧。柱状的反射壁60可以不是四棱锥形状，也可以是圆锥形，入射光由反射壁60反射的反射光可以入射到反射面所朝方向的像素。
[0046]图5是图4的IV-1V线剖面模式图。在半导体基板62的背面侧表面层叠透明的绝缘层63，在其上层叠遮光膜64。遮光膜64在与像素对应的位置设置有开口 64a，从上面观察时为井格状。构成像素50的电荷蓄积区域(光电转换区域)形成于面临遮光膜开口64a的位置的半导体基板表面侧。
[0047]遮光膜64的井格状的格子点位置之上立设有四棱锥形状的反射壁60。反射壁60在本实施方式中由二氧化硅(S12)形成。在除反射壁60以外的部位的半导体基板62的背面侧上层层叠氮化硅(SiN)层65，其上表面被平坦化。
[0048]在氮化硅层65之上层叠滤色器层66，在其上层叠平坦化层67，在其上形成微透镜51。
[0049]以反射壁60的前端排列在滤色器层66中的与其像素对应的滤色器66a和与相邻像素对应的滤色器66b的划分位置66c上的方式形成反射壁60和滤色器层66。
[0050]在具有这样的结构的固体摄像元件21中，从微透镜50间的间隙53入射到滤色器66a的来自被摄体的光由反射壁60的反射面反射，向朝向与滤色器66a对应的像素的方向前进。通过间隙53而入射到滤色器66b的光向与滤色器66b对应的像素的方向前进。由此，实现混色防止。
[0051]本实施方式的反射壁60形成为各自不连续而孤立的岛状，所以各像素的受光灵敏度不会降低，能够拍摄高灵敏度且S/N(signal/noise:信噪比)高的被摄体图像。
[0052]该反射壁60也能够由金属膜形成。本实施方式的反射壁60是以岛状孤立的形状，所以也能够采用将其与电极膜和配线层的膜分离的金属膜制成。反射壁60各自独立，所以电气负载容量成分小，高速驱动固体摄像元件21时，也不会造成妨碍。
[0053]图5所示的二氧化硅制的反射壁60能够如以下所示制造。在半导体基板62之上层叠绝缘层63，形成具有遮光膜开口 64a的遮光膜64。并且，在其上较厚地层叠二氧化硅层。
[0054]接着，残留形成反射壁60的部位的二氧化硅层，其他场所的二氧化硅层通过蚀刻除去。以蚀刻深度越深则水平方向的蚀刻速度越慢的条件进行蚀刻，从而能够制造锥形状的孤立的柱状反射壁60。
[0055]通过遮光膜开口 64a蚀刻至绝缘层63后，这次较厚地层叠氮化硅层65。并且，将表面平坦化后，层叠滤色器层66、平坦化层67、微透镜层51。
[0056]反射壁60由折射率低的二氧化硅形成，成为入射光向像素50入射的导波路径的部位由折射率高的氮化娃层65形成,所以从氮化娃层65进入反射壁60的光发生全反射。由此，从微透镜间的间隙53入射，由反射壁60全反射的光没有损失地入射到对应像素。
[0057]图6是本发明的其他实施方式的固体摄像元件21的表面模式图。该固体摄像元件21成为奇数行的像素行相对偶数行的像素行各错开1/2像素间距而形成的所谓蜂窝像素排列。
[0058]这样的固体摄像元件21中，在层叠于最相邻的四个像素的各个像素上的四个微透镜51的相邻部位处产生的间隙的位置上，立设四棱锥形状的反射壁60。当然，也可以是圆锥形。由此，能够防止入射光向不同色的相邻像素泄漏，提高色分离性能。另外，由于立设以岛状孤立的多个反射壁60，所以各像素的受光灵敏度不会降低，能够拍摄明亮的图像。
[0059]图6中图示的滤色器排列中，在奇数行的像素行中拜尔排列三原色的滤色器RGB，在偶数行的像素行中也排列三原色的滤色器r( = R)g( = G)b( = B)。即、斜向相邻的像素具有同色的滤色器。
[0060]如此，两个相邻像素为同色像素的情况下，能够将两个相邻像素作为对像素，作为相位差检测像素对。例如图7所示，将对像素的一方的遮光膜开口 55a和另一方的遮光膜开口 55b设为比通常像素的遮光膜开口 64a (参照图5)小的开口，并使两者向彼此相反方向偏心地设置。由此，在相位差检测像素对的一方中入射右眼观看被摄体的光，在另一方中入射左眼观看被摄体的光。
[0061]将这样的相位差检测像素对事先设置在固体摄像元件21的摄像面上的离散位置上，从而能够根据相位差检测像素的检测信号算出到被摄体的距离。另外，具有这样的相位差检测像素的固体摄像元件已经公知，例如特开2012 - 058522号公报等中有记载。
[0062]具有开口面积比通常像素小的遮光膜开口 55a、55b的相位差检测像素受光灵敏度当然比通常像素小。因此，当来自周围的不同色像素的泄漏光入射时，不能检测高精度的相位差量。但是，如图7所示，若事先在微透镜间的间隙位置立设反射壁60，则不会牺牲受光灵敏度而色分离性能提高，容易检测高精度的相位差量。
[0063]图7中为了检测相位差量，将减小的遮光膜开口 55a、55b向彼此相反方向偏心地设置，进行相位差检测像素对的光瞳分割。若对搭载在固体摄像元件21上的全部像素进行以上设置，则能够仅通过单眼的固体摄像元件21就能够拍摄被摄体的立体彩色像素。
[0064]但是，由于减小遮光膜开口，因而各像素的受光灵敏度降低。因此，可以将遮光膜开口形成为与通常像素相同的大小，在相位差检测像素对上搭载一个微透镜从而进行光瞳分割。作为在两个像素上搭载一个微透镜来进行光瞳分割而作为相位差检测像素的以往技术例如特开2007 - 281296号公报等中有记载。
[0065]图8中以与图6相同的像素排列、相同的滤色器排列，在倾斜相邻的对像素的各自上设置椭圆形的光瞳分割用微透镜70，能够由单眼拍摄被摄体的3D (立体)图像。
[0066]这种情况下也成为技术问题是混色防止、即色分离性能。因此，图8的实施方式中，与上述的实施方式同样地，设置柱状的孤立的反射壁。
[0067]图8的实施方式中，椭圆状的微透镜70排列于椭圆方向，对于微透镜70的倾斜方向的列与一列相邻的列中，微透镜70偏移与半个间距相应的量。因此，三个微透镜70相邻而产生的间隙71为三角形。因此，图9中表示放大了间隙71部分的图，在该间隙71的位置立设三棱锥形状的反射壁72。
[0068]以反射壁72与三个微透镜70相邻，反射壁72的三个反射面面对各个微透镜70下部的像素的方式制造反射壁72。由此，从微透镜间的间隙71入射的光由入射来的方向的反射面反射，入射到本来要入射的像素。另外，与前述同样地，反射壁72也可以是圆锥形。
[0069]图9所示的实施方式中，设置有三棱锥形状的反射壁72，但是也可以将相邻的两个反射壁72连接，如图10所示，采用一个平板形状的楔形反射壁75。
[0070]图11表示楔形反射壁75的立体图。反射壁75从正面观察构成梯形,从侧面观察构成等腰三角形，具有四个反射面75a、75b、75c、75d。反射壁75位于四个微透镜70之间，各反射面设于面对各微透镜侧的方向上。由此，从微透镜70间的间隙大的部位入射的光由各反射面反射，提高色分离性能。
[0071]图8、图9、图10中，以像素排列为蜂窝像素排列为例，在斜向相邻的两个像素的相位差检测像素上设置一个椭圆形的微透镜70，但也同样适用于像素以正方格子排列的固体摄像元件。该内容在图2中表示。图12的情况下，椭圆形的微透镜70在水平方向上连续。
[0072]该实施方式中，也与图8、图9的实施方式同样地，只要在微透镜70间的空隙变大的部位、即微透镜70的圆弧状的边缘与相邻的微透镜70不能连接而离开的部位立设三棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。或者，只要立设图10、图11记载的楔形的反射壁75即可。图12表不设置有反射壁75的例子。
[0073]—个椭圆形微透镜70的下侧设置的两个像素需要具有同色的滤色器，但是该滤色器的排列是任意的。图13、图14中表示一例。图13是将图8所示的滤色器排列倾斜45度而形成水平的排列。图14中，微透镜的斜向列每隔一例成为G滤光片搭载像素，剩余的每两行分别交替设置有B滤光片和R滤光片。
[0074]图8、图12?图14的实施方式中，微透镜的列每隔一行错开半个间距。但是，如图15所示，也有各微透镜70在水平方向、垂直方向上都不错开而排列的情况。这种情况下，四个微透镜70相邻而形成的间隙76为四边形。因此，在该间隙76的位置设置的反射壁，与图4、图5中说明的实施方式同样地，只要采用四棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。在该间隙76若设置图11所不的楔形的反射壁75,贝U在垂直方向上连续多个反射壁75,恐怕会使各像素的受光灵敏度降低。不过，若是一像素一像素较大的固体摄像元件则没有问题。
[0075]图6表示四个像素搭载了一个微透镜80的固体摄像元件。这种情况下，也会产生由最相邻的四个微透镜80包围的四边形的间隙81，对此也只要设置图4、图5中说明的四棱锥形状或圆锥形的反射壁即可。
[0076]另外，上述的各实施方式是背面照射型的CMOS图像传感器，但是也能够适用于其他MOS型图像传感器。另外，也能够适用于背面照射型或表面照射型的CCD图像传感器。表面照射型的MOS图像传感器中，配线层设于光入射侧，但是若在配线层的上侧的该部位设置反射壁，则也能够得到混色防止效果。
[0077]固体摄像元件中，为了防止周边部的像素的灵敏度相对中央部的像素降低，例如特开平I 一 213079号公报和特开2007 — 201090号公报所记载，有时使微透镜的形成位置相对于对应的电荷蓄积区域(像素)的形成位置在受光面中心方向上错开。实施了这样的遮蔽对策的固体摄像元件的情况下，只要将立设在周边像素的对角位置的孤立的柱状的反射壁与微透镜的错开位置一致地倾斜立设即可。
[0078]以上，作为本发明的摄影装置的实施方式，对数码相机进行了说明，但是摄影装置的结构不限于此。作为本发明的其他摄影装置例如能够采用内置型或外置型的PC (Personal Computer:个人计算机)用相机、或者如以下所说明的具有摄影功能的便携终端装置。
[0079]作为本发明的摄像装置的一实施方式的便携终端装置例如可列举便携电话机、智能手机、PDA(Personal Digital Assistants)、便携式游戏机。以下，以智能手机为例,参照附图进行详细说明。
[0080]图17表示本发明的摄像装置的一实施方式的智能手机200的外观。图17所示的智能手机200具有平板状的框体201，在框体201的一侧面上具备显示输入部204，该显示输入部204是作为显示部的显示面板202和作为输入部的操作面板203构成一体而成的。另外，这样的框体201具备扬声器205、话筒206、操作部207和相机部208。另外，框体201的结构不限于此，例如也能够采用显示部和输入部独立设置的结构，或者采用折叠结构或具有滑动机构的结构。
[0081]图18是表示图17所示的智能手机200的结构的框图。如图18所示，作为智能手机的主要构成要素具备:无线通信部210、显示输入部204、通话部211、操作部207、相机部208、存储部212、外部输入输出部213、GPS (Global Posit1ning System)接收部214、运动传感器部215、电源部216和主控制部220。另外，作为智能手机200的主要功能具备经由省略图示的基地局装置BS和省略图示的移动通信网NW进行移动无线通信的无线通信功能。
[0082]无线通信部210根据主控制部220的指示对收容于移动通信网NW的基地局装置BS进行无线通信。使用该无线通信进行声音数据、图像数据等各种文档数据、电子邮件数据等的接收发送、Web数据、流数据等的接收。
[0083]显示输入部204是通过主控制部220的控制来显示图像(静止图像和活动图像)和文字信息等而在视觉上对用户传递信息，并检测对所显示的信息的用户操作的所谓触摸屏，具有显示面板202和操作面板203。
[0084]显不面板202 使用 LCD (Liquid Crystal Display:液晶显不部)、OELD (OrganicElectro-Luminescence Display:有机电致发光显示器)等作为显示器。操作面板203是被载置成能够目视确认显示在显示面板202的显示面上的图像并检测由用户手指或尖笔操作的一个或多个坐标的设备。通过用户手指或尖笔操作该设备时，因操作产生的检测信号输出给主控制部220。接着，主控制部220基于接收的检测信号来检测显示面板202上的操作位置(坐标)。
[0085]如图17所示，作为本发明的摄像装置的一实施方式例示的智能手机200的显示面板202和操作面板203形成一体而构成显示输入部204，但是操作面板203也可以以完全覆盖显示面板202的方式配置。采用该配置的情况下，操作面板203也可以具备对显示面板202以外的区域也检测用户操作的功能。换言之，操作面板203也可以具备关于与显示面板202重复的重叠部分的检测区域(以下称作显示区域)和关于除以此外的未与显示面板202重叠的外缘部分的检测区域(以下称作非显示区域)。
[0086]另外，可以使显示区域的大小和显示面板202的大小完全一致，但是没必要一定使两者一致。另外，操作面板203可以具有外缘部分和除此之外的内侧部分这两个感应区域。另外，外缘部分的宽度根据框体201的大小而适当设计。另外，作为在操作面板203中采用的位置检测方式，例如可列举阵列开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式、静电容量方式等，能够采用任一种方式。
[0087]通话部211具有扬声器205和话筒206，将通过话筒206输入的用户的声音转换为能够由主控制部220处理的声音数据并输出给主控制部220，或者将由无线通信部210或外部输入输出部213接收的声音数据解码并从扬声器205输出。另外，如图17所示，例如能够将扬声器205搭载在与设置有显不输入部204的面相同的面上,将话筒206搭载在框体201的侧面。
[0088]操作部207是使用了键开关等的硬件键，接收来自用户的指示。例如，如图17所示，操作部207是搭载在智能手机200的框体201的侧面且当由手指等压下时接通、松开手指时通过弹簧等的回复力而变为断开状态的按压式按钮的开关。
[0089]存储部212存储主控制部220的控制程序、控制数据、应用软件、将通信对象的名称、电话号码等建立了对应的地址数据、接收发送的电子邮件的数据、Web浏览器下载的Web数据、下载的内容数据，另外暂时存储流数据等。另外，存储部212由智能手机内置的内部存储部217和拆装自如的具有外部存储器插槽的外部存储部218构成。另外，构成存储部212的各个内部存储部217和外部存储部218使用闪存型(flash memory type)、硬盘型(hard disk type)、微型多媒体卡型(multimedia card memory type)、卡式存储器(例如 MicroSD (注册商标)存储器等)、RAM (Random Access Memory:随机存储器)、ROM (ReadOnly Memory:只读存储器)等存储介质来实现。
[0090]外部输入输出部213起到与连结智能手机200的全部外部设备的接口的作用，用于与其他外部设备通过通信等(例如通用串行总线(USB)、IEEE1394等)或网络(例如互联网、无线 LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(Rad1 Frequency Identificat1n:射频识别)、红外线通信(Infrared Data Associat1n(红外数字协会):1rDA(注册商标)、UffB(Ultra Wideband (超宽带))(注册商标)、紫蜂(ZigBee)(注册商标)等)直接或间接地连接。
[0091]作为与智能手机200连结的外部设备例如有:有线/无线头戴式耳机、有线/无线外部充电器、有线/无线数据端口、经由卡槽连接的存储卡(Memory card)、SIM (SubscriberIdentity Module:Card:客户识别模块卡)/UIM(User Identity Module Card:用户识别模块卡)卡、音频/视频1/0(输入输出)端子连接的外部音频/视频设备、无线连接的外部音频/视频设备、有线/无线连接的智能手机、有线/无线连接的个人计算机、有线/无线连接的PDA、有线/无线连接的个人计算机、耳机等。外部输入输出部213例如能够将这样的从外部上部接收传送的数据传递给智能手机200的内部的各结构要素、也能够将智能手机200的内部的数据传送给外部设备。
[0092]GPS接收部214按照主控制部220的指示，接收从GPS卫星STl?STn发送的GPS信号，执行基于接收到的多个GPS信号的测位运算处理，检测由该智能手机200的纬度、经度、高度构成的位置。GPS接收部214能够从无线通信部210或外部输入输出部213 (例如无线LAN)取得位置信息时，也能够使用该位置信息检测位置。
[0093]运动传感器部215例如具备三轴加速度传感器等，按照主控制部220的指示，检测智能手机200的物理性移动。通过检测智能手机200的物理性移动，检测智能手机200的移动方向和加速度。该检测结果输出给主控制部220。
[0094]电源部216按照主控制部220的指示对智能手机200的各部分供给电池(未图示)所蓄的电力。
[0095]主控制部220具有微处理器，按照存储部212所存储的控制程序和控制数据进行动作，统一控制智能手机200的各部分。另外，主控制部220为了通过无线通信部210进行声音通信和数据通信而具备控制通信系统的各部分的移动通信控制功能和应用处理功能。
[0096]应用处理功能通过主控制部220按照存储部212存储的应用软件进行动作来实现。作为应用处理功能例如有:控制外部输入输出部213而与相对设备进行数据通信的红夕卜线通信功能、进行电子邮件的接收发送的电子邮件功能、阅览网页的Web浏览功能等。
[0097]另外，主控制部220具备基于接收数据、下载的流数据等图像数据(静止图像和活动图像的数据)而将影像显示在显示输入部204上等的图像处理功能。图像处理功能是指主控制部220对上述图像数据进行解码，对该解码结果实施图像处理，将图像显示在显示输入部204中的功能。
[0098]另外，主控制部220执行对显示面板202的显示控制和检测通过操作部207、操作面板203进行的用户操作的操作检测控制。通过执行显示控制，主控制部220显示用于起动应用软件的图标、滚动条等软件键或者显示用于生成电子邮件的窗口。另外，滚动条是指用于对于未能全部收于显示面板202的显示区域中的较大的图像等接受移动图像的显示部分的指示的软件键。
[0099]另外，通过执行操作检测控制，主控制部220检测通过操作部207进行的用户操作，或通过操作面板203接受对上述图标的操作、对上述窗口的输入栏的文字列的输入，或者接受通过滚动条进行的显示图像的滚动要求。
[0100]而且，通过执行操作检测控制，主控制部220具备如下的触摸屏控制功能:判定对操作面板203的操作位置是与显示面板202重叠的重叠部分(显示区域)还是除此之外的未与显示面板202重叠的外缘部分(非显示区域)，控制操作面板203的感应区域、软件键的显示位置。
[0101]另外，主控制部220还能够检测对操作面板203的手势操作，根据所检测出的手势操作来执行预先设定的功能。手势操作非以往的单纯接触操作，而是指由手指等绘制轨迹，或同时指定多个位置，或者将这些进行组合而从多个位置对至少一个绘制轨迹的操作。
[0102]相机部208 是使用 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor:补充金属氧化物半导体)或CCD (Charge-Coupled Device:电荷稱合元件)等摄像元件来进行电子摄影的数码相机。另外，相机部208通过主控制部220的控制将由拍摄所得的图像数据转换为例如JPEG(Joint Photographic coding Experts Group)等的压缩图像数据，并记录在存储部212中或通过输入输出部213或无线通信部210输出。图17所示的智能手机200中，相机部208搭载在与显示输入部204相同的面上，但是相机部208的搭载位置不限于此，也可以搭载在显示输入部204的背面，或者也可以搭载多个相机部208。另外，搭载有多个相机部208的情况下，也可以切换用于摄影的相机部208而单独地摄影，或者同时使用多个相机部208进行摄影。
[0103]另外，相机部208能够利用在智能手机200的各种功能中。例如，在显示面板202显示由相机部208取得的图像；作为操作面板203的操作输入之一而利用相机部208的图像。另外，GPS接收部214检测位置时，也能够参照来自相机部208的图像来检测位置。而且，也能够来自相机部208的图像，不使用三轴加速度传感器，或者与三轴加速度传感器并用，来判断智能手机200的相机部208的光轴方向或者判断当前的使用环境。当然也能够在应用软件内利用来自相机部208的图像。
[0104]此外，对静止图像或活动图像的图像数据附加由GPS接收部214取得的位置信息、由话筒206取得的声音信息(也可以由主控制部等进行声音文本转换而成为文本信息)、由运动传感器部215取得的姿势信息等并记录在存储部212中，或通过输入输出部213或无线通信部210输出。
[0105]以上阐述的实施方式的摄像元件，具备:以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板；在与上述像素对应的位置上层叠于该半导体基板的上层的滤色器层；层叠于该滤色器层的上层并聚集入射到上述像素的光的多个微透镜；及孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个上述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于上述半导体基板与上述微透镜之间的中间层内，并且将从上述间隙入射到上述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的上述像素的方向反射。
[0106]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁特征在于由顶点形成于上述滤色器层侧的棱锥形或圆锥形或楔形构成。
[0107]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由三个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为三角形，上述反射壁为三棱锥形状或圆锥形。
[0108]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由四个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为四边形，上述反射壁为四棱锥形状或圆锥形。
[0109]另外，实施方式的摄像元件的特征在于，由三个上述微透镜包围而形成的上述间隙的形状为三角形，上述反射壁为将相邻的上述三角形的间隙之间连接的楔形。
[0110]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁的特征在于具备基于上述中间层的构成材料与该反射壁的构成材料的折射率差而全反射入射光的反射面。
[0111]另外，实施方式的摄像元件的上述反射壁的特征在于具备金属的反射面。
[0112]另外，实施方式的摄像元件的特征在于上述像素中的一部分像素或全部像素由遮光膜开口向彼此相反方向偏心而形成的相位差检测像素对构成。
[0113]另外，实施方式的摄像元件的特征在于各个上述微透镜共同地设于层叠有同色的滤色器的相邻的多个像素上，全部像素由微透镜共有方式的相位差检测像素构成。
[0114]另外，实施方式的摄像装置的特征在于搭载了上述任一项记载的摄像元件。
[0115]根据以上所述的实施方式，即使实现了精细化的摄像元件，也能够抑制混色，色分离性能优良，并且各像素的受光灵敏度也高，进而能够进行高速驱动。
[0116]工业实用性
[0117]本发明的摄像元件由于能够得到高色分离性能、高受光灵敏度、高S/N的摄像图像信号，因而适用于数码相机、数码摄影机、带相机的便携式电话、带相机的小型电子设备、电子内窥镜装置等的摄像装置是有用的。特别是，适用于进行使用了相位差检测像素的AF方式的摄像装置、单眼3D相机是有用的。
[0118]本申请基于2012年3月30日提出的日本专利申请(日本特愿2012-80667)，将其内容作为参照并入本文中。
[0119]附图标记说明:
[0120]10、200摄像装置
[0121]21摄像元件
[0122]50 像素
[0123]51微透镜
[0124]53、71微透镜间的间隙
[0125]60四棱锥形状的反射壁
[0126]60a、60b、60c、60d 反射面
[0127]64遮光膜
[0128]64a遮光膜开口
[0129]66滤色器层
[0130]55a、55b相位差检测像素用的遮光膜开口
[0131]70光瞳分割用的微透镜
[0132]72三棱锥形状的反射壁
[0133]75楔形的反射壁
[0134]75a、75b、75c、75d 反射面
【权利要求】
1.一种摄像兀件，具备: 以二维阵列状排列形成有多个像素的半导体基板； 在与所述像素对应的位置层叠于该半导体基板的上层的滤色器层； 层叠于该滤色器层的上层并聚集入射到所述像素的光的多个微透镜；及 孤立的柱状的反射壁，在由相邻的多个所述微透镜包围而形成的间隙的每个位置立设于所述半导体基板与所述微透镜之间的中间层内，并且将从所述间隙入射到所述滤色器的光向朝向与该滤色器对应的所述像素的方向反射。
2.如权利要求1所述的摄像元件，其中， 所述反射壁由顶点形成于所述滤色器层侧的棱锥形或圆锥形或楔形构成。
3.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由三个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为三角形，所述反射壁为三棱锥形状或圆锥形。
4.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由四个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为四边形，所述反射壁为四棱锥形状或圆锥形。
5.如权利要求2所述的摄像元件，其中， 由三个所述微透镜包围而形成的所述间隙的形状为三角形，所述反射壁为将相邻的所述三角形的间隙之间连接的楔形。
6.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述反射壁具备基于所述中间层的构成材料与该反射壁的构成材料的折射率差而全反射入射光的反射面。
7.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述反射壁具备金属的反射面。
8.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 所述像素中的一部分像素或全部像素由遮光膜开口向彼此相反方向偏心而形成的相位差检测像素对构成。
9.如权利要求1?5中任一项所述的摄像元件，其中， 各个所述微透镜共同地设于层叠有同色的滤色器的相邻的多个像素上，全部像素由微透镜共有方式的相位差检测像素构成。
10.一种摄像装置，搭载有权利要求1?9中任一项所述的摄像元件。
【文档编号】H01L27/14GK104205332SQ201280072169
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】田中俊介 申请人:富士胶片株式会社
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