固态成像装置、固态成像装置的制造方法和相机的制作方法

专利名称：固态成像装置、固态成像装置的制造方法和相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括成像系统透镜和固态成像器件的芯片的固态成像装置，此外涉及
该固态成像装置的制造方法以及包括该固态成像装置的相机。
背景技术：
近来，在固态成像器件的领域中，已持续进行了针对像素的小型化的开发。 增大固态成像器件的芯片中所包括的像素数目导致使得可以产生更高分辨率的图像。 此外，与小型化的像素相关联，为了足够的光线量可以进入像素中所包括的光接 收器，已经提出了提供内层透镜或波导(waveguide)路径的配置(例如，参照日本未审专利 申请公开No. 2006-332347、日本未审专利申请公开No. 2005-294749和日本未审专利申请 公开No. 2007-180208)。

发明内容
然而，在分辨率低于由固态成像器件内部的每个像素的大小所确定的分辨率的范 围内，获得了通过上述方法便利的可以实现高分辨率的优点。分辨率也由提供在固态成像 器件外部的成像透镜的衍射极限和像差确定。 在包括用于每个现有固态成像装置的成像透镜的现有光学系统中，存在着衍射极 限和像差，因此，即使当从点光源入射的光线通过成像透镜而聚焦为图像时，该图像的焦点 也有一定宽度，结果，现有固态成像装置的分辨率的提高存在限制。 因此，一旦固态成像器件中包括的每个像素的大小的减小达到一定程度，其大小 的进一步减小就不导致分辨率的进一步提高。 也就是说，在包括固态成像器件和光学系统(其具有具有成像透镜等)的这种现 有固态成像装置中，仅通过改进所包括的固态成像器件(半导体芯片)的配置来进一步提 高其分辨率是存在限制的。 于是，最好提供一种使得可以实现其分辨率的进一步提高的固态成像装置、其制 造方法和包括该固态成像装置的相机。 根据本发明实施例的固态成像装置包括固态成像器件的芯片；成像透镜，配置 为将入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像；以及折射率大于1的材料，其安排在所述 芯片和所述成像透镜之间。 根据本发明实施例的固态成像装置(其包括固态成像器件的芯片以及配置为将 入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像的成像透镜)的制造方法包括在所述芯片和所 述成像透镜之间形成折射率大于1的材料。 根据本发明实施例的相机包括具有固态成像器件的固态成像装置，并且用于成 像，所述固态成像装置配置为根据本发明实施例的固态成像装置。 根据本发明实施例的上述固态成像装置配置为包括折射率大于1的材料，并且该材料改变用于使得成像透镜将入射光聚焦为固态成像元件芯片上的图像的成像条件，因 此，使得可以进一步减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)。 根据本发明实施例的固态成像装置的上述制造方法包括在所述芯片和所述成像 透镜之间形成折射率大于"l"的材料，因此，使得能够制造可以进一步减小分辨率(可以分 辨的最小特征尺寸)的固态成像装置。 根据本发明实施例的上述相机配置为包括根据本发明实施例的固态成像装置，因 此，在根据本发明实施例的固态成像装置中，可以进一步减小分辨率(可以分辨的最小特 征尺寸)。 根据本发明的实施例，可以进一步减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)，因 此，可以提供如下这样的固态成像装置其包括均具有与现有固态成像装置中所包括的每 个像素的尺寸相同尺寸的像素，并且具有比现有固态成像装置的分辨率更高的分辨率。
于是，在根据本发明实施例的固态成像装置中，可以客克服由于成像透镜的 衍射极限和像差所引起的分辨率的限制，结果，可以根据所包括的各个像素的微小 (minuteness)来获得充分高分辨率的图像。 此外，在根据本发明实施例的固态成像装置中，可以实现高分辨率，而与所包括的 成像透镜的F数无关。


图1是图示根据本发明的固态成像装置的第一实施例的配置的示意图； 图2是根据本发明的固态成像装置的第一实施例在固态成像器件包括片上滤色
镜和片上透镜的情况下的截面图； 图3是图示修改了图1中示出的第一实施例的一部分配置的已修改配置的示例的 图； 图4A和4B是均图示根据本发明的固态成像装置的第二实施例的配置的示意图；
图5A和5B是均图示根据本发明的固态成像装置的第三实施例的配置的示意图；
图6A到6D是均图示根据本发明实施例的、图5中所示固态成像装置的制造方法 的制造工艺图； 图7E到7H是均图示根据本发明实施例的、图5中所示固态成像装置的制造方法 的制造工艺图； 图8A和8B是均图示根据本发明实施例的、图5所示固态成像装置的制造方法的 制造工艺图； 图9是图示根据本发明实施例的、图5中所示固态成像装置的制造方法的制造工 艺图； 图10是图示根据本发明实施例的、用于通过使用标记(marker)将芯片和玻璃衬 底结合的方法的图； 图11是图示根据本发明的固态成像装置的第四实施例的配置的示意图； 图12A到12E是均图示根据本发明实施例的、图5中所示固态成像装置的制造方
法的制造工艺图； 图13是图示根据本发明实施例的CMOS型固态成像器件的电路配置的示例的4
图14是图示根据本发明实施例的CCD型固态成像器件的电路配置的示例的图；
图15是根据本发明实施例的相机的配置的示意图(框图)；
图16是根据本发明另一实施例的相机的配置的示意图(框图)；
图17是根据本发明又一实施例的相机的配置的示意图(框图)；
图18是图示衍射极限的现象的图； 图19是图示在两个点光源位于大约同一区域的情况下的分辨率(可以分辨的最 小特征尺寸)的图； 图20是图示在与入射光线的光轴垂直的方向上延伸的坐标上的位置x和入射光 线的光强之间的关系的图； 图21A是图示成像透镜的F值和分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)之间的关系 的图； 图21B是图示分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)和像素的大小之间的关系的 图； 图22是图示球面像差的现象的图； 图23A到23D是均图示透镜的一般像差特性的图； 图24A到24C是在使得来自现有配置的透镜的估计角与根据本发明实施例的每个 配置的透镜的估计角相等的情况下，用于图示现有配置和根据本发明实施例的配置的比较 的图； 图25A到25C是在使得现有配置的NA与根据本发明实施例的每个配置的NA相等 的情况下，用于图示现有配置和根据本发明实施例的配置的比较的图；
图26是图示层压材料的厚度与衍射极限所确定的分辨率(可以分辨的最小特征 尺寸)之间的关系的图； 图27是图示层压材料的厚度与散焦(out of focus)量之间的关系的图； 图28是图示根据本发明实施例的、对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的改
进效果的图； 图29是图示在NA和来自透镜的估计角的值为中间值的情况下，对于分辨率(可 以分辨的最小特征尺寸)的改进效果的图； 图30是图示在使得层压材料的厚度小于或等于透镜的焦深(focal d印th)的情 况下的配置的图； 图31A和31B是图示在波动仿真中所使用的配置的图； 图32A到32C是图示关于图31A和3 IB中所示配置的仿真结果的图； 图33是图示在光学仿真中使用的配置的图； 图34是图示接触宽度和光传播宽度之间的关系的图； 图35A和35B是图示在波动仿真中使用的配置的图；以及 图36A到36C是图示关于图35A和35B中所示配置的仿真结果的图。
具体实施例方式
下文中，将描述本发明的优选实施例(下面仅称为实施例)。
此外，将以以下顺序进行描述。
1.根据本发明的实施例的概述 2.根据本发明的固态成像装置的第一实施例(在芯片中提供较大折射率的材料)
3.根据本发明的固态成像装置的第二实施例(近场光的利用；球面或圆柱面)
4.根据本发明的固态成像装置的第三实施例(近场光和光波导路径的利用)
5.根据本发明的固态成像装置的第四实施例(每一个均具有较大折射率的多种 材料的层压(lamination);色差的降低)
6.电路的配置示例 7.根据本发明的经修改的固态成像装置的示例
8.根据本发明的相机的实施例
〈1.根据本发明的实施例的概述〉 首先，在根据本发明的实施例的具体描述之前，下面将描述实施例的概述。
这是根据本发明的实施例的固态成像装置的基本配置其包括成像透镜和固态成 像器件的芯片，固态成像装置配备有成像透镜和芯片之间的折射率大于1的材料(为了描 述，其在下文中将称为高折射率材料)。 对于成像系统透镜，由于衍射极限，因此即使当来自点光源的光线通过成像系统 透镜而聚焦为图像时，图像的焦点实际上也导致某种宽度的图像区域。该某种宽度的图像 区域称为艾里斑(airy disk)。 下面将参照图18描述衍射极限。如图18所示，假设这样的配置其中源自点光源 60的光线进入固态成像装置，所述固态成像装置包括成像透镜51、孔径光阑52和固态成像 器件的芯片53。 源自点光源60的光线由成像透镜51聚焦，并且聚焦的光线穿过孔径光阑52的孔 径，然后生成为芯片53的表面周围的焦点。在这种配置中，在图18的右手侧示出在芯片53 上接收到的光线的强度分布。如在该光线的此强度分布中所示，光线聚焦为具有直径D的 圆形形状的图像区域，并且直径D的该圆形图像区域是上述的艾里斑。
艾里斑的直径D用如下所述的公式来表示。
D = 1. 22 A /NA 这里，A是光线的波长，NA = n*sin e ，n是空气的折射率，而e是光线的入射角。
此外，如图19所示，假设这样的配置其中两个点光源60A和60B位于大约同一区域。 在这种配置中，通过由源自两个点光源60A和60B的光线所聚焦的图像可被分辨 为两个图像的精确度来确定分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)。在图19中，以与图18相 同的方式，也在右手侧示出芯片53上所接收到的光线的强度分布。 如图19所示，在两个点光源60A和60B位于相互附近的情况下，如在图19的右手 侧示出的光强分布中所见的那样，生成了两个艾里斑所重叠的部分。取决于两个艾里斑的 重叠程度，难以根据重叠的两个艾里斑来将两个图像分辨为孤立图像，结果，很可能将两个 图像分辨为一个图像。 通常，存在所谓的瑞利(Rayleigh)极限作为分辨率的定义(可以分辨的最小特征 尺寸)。根据瑞利极限，将艾里斑所重叠的部分的尺寸认为是可以分辨的尺寸的极限，分辨 率(可以分辨的最小特征尺寸)由以下公式来表示
" = 0. 61入/NA 这里，在成像透镜51的F值是2. 8且入射光线的波长A是0. 55 y m(550nm)的情 况下，在垂直于入射光线的光轴的方向上延伸的坐标上的位置x(ym)和光强(相对值)之 间的关系示出在图20中。表示位置x的坐标上的原点是与源自两个点光源之一的入射光 线的光轴的位置对应的位置。 在图20中，在F二 2.8且A = 0. 55iim的情况下，分辨率"(可以分辨的最小特 征尺寸")导致值1.88iim( S卩，"=1.88iim)。此外，这里，F值由以下公式表示F = 1/ (2*NA)。 此外，在入射光线的波长按照A = 0.55ym所表示的那样而固定的情况下，将F
值和分辨率"(可以分辨的最小特征尺寸")之间的关系示出在图21A中。 根据公式"=0. 61氺A/NA和F二 1/(2*NA)，导出公式"=1.22氺A氺F，并且根
据该公式得到在波长A是常数的条件下，分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)与F值成比例。 如图21A所示，使得F值越小导致使得分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)越小， 因此，使得可以实现高分辨率。在图21A中示出的情况下，可以看到的是，在F值大约为2. 8 的情况下，对应的分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)是1.88ym。 此外，根据奈奎斯特定理，假如像素的尺寸是分辨率(可以分辨的最小特征尺寸) 的尺寸的一半，则可以执行分辨直到瑞利极限。也就是说，如图21B所示，可断定作为分辨 率(可以分辨的最小特征尺寸)的一半尺寸的像素的尺寸使得可以分配像素，从而每个像 素对应于亮区或暗区。 因此，在使用具有2. 8的F值的成像透镜的情况下，具有0. 94 ii m的尺寸(其为分 辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的尺寸1. 88 ii m的一半)的像素使得可以分辨直到瑞利 极限。这意味着在像素的尺寸低于或等于O. 94ym的情形下，使得像素的尺寸变小并不导 致分辨率的增加。 以上已经描述了衍射极限，然而，在实际情况下，存在着关于成像透镜的像差。
下面将参照图22描述球面像差。 如图22所示，由于穿过成像透镜51的中心部分周围的光线Ll的焦距与穿过成像 透镜51的边缘部分的光线L3的焦距之间的差别，因此出现球面像差。在图22中示出的情 况下，存在两种像差一种是水平像差Ay，其出现在与入射光线的光轴正交的方向上；另 一种是垂直像差Ax，其出现在与入射光线的光轴平行的方向上，而在图22中示出的水平 像差Ay对分辨率具有影响。 在此情况下，散焦量e s由如下公式表示e s = 1/4* A y。 除了该球面像差外，还存在色差、慧差、像散、场曲、畸变等，而这些使得分辨率更差。 此外，下面将参照图23描述关于透镜的像差的一般特性。在图23A到23D的每 一个之中，示出了参照图22所描述的、垂直像差Ax对于F值的依赖。图23A到23D的情 况下的焦距相互不同，在图23A、23B、23C和23D的情况下，焦距分别是20mm、75mm、70mm和 200mm。 在图23A到23D的每一情况下，可以看到在F < 5. 6的范围中像差增加的趋势。
根据关于图23A到23D示出的每一情况的最大垂直像差A x的估计所得到的水平像差A y和散焦量e s如下 在图23A的情况下(焦距是20mm)，最大垂直像差A x = 0. lmm，水平像差A y =17. 9 ii m，而散焦量e s = 4. 5 ii m。 在图23B的情况下(焦距是75mm)，最大垂直像差A x = -0. lmm，水平像差A y =17. 9 ii m，而散焦量e s = 4. 5 ii m。 在图23C的情况下(焦距是70mm)，最大垂直像差A x = -0. lmm，水平像差A y =17. 9 ii m，而散焦量e s = 4. 5 ii m。 在图23D的情况下(焦距是200mm)，最大垂直像差A x = 0. 3mm，水平像差A y =53. 5 ii m，而散焦量e s = 13. 4 ii m。 根据上述估计结果，可以看到，在F二2.8的情况下，散焦量、的每个值均大于分
辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的尺寸，即"=1.88iim。根据该分析结果可断定在F
< 5. 6的范围内，确定分辨率的主要因素是透镜的像差，而不是其衍射极限。 考虑关于现有固态成像装置的当前条件，在根据本发明的实施例中，采用下面将
描述的配置。 也就是说，在固态成像器件的芯片和成像透镜之间的空间中分配折射率大于空气的折射率(其等于"1")的材料(即，高折射率材料)。 在现有配置中，如图24A所示，在成像透镜51和芯片53之间存在着空气(其折射率n。二 1)。相比之下，例如，如图24B所示，在成像透镜51和芯片53之间插入折射率&(r^> 1)(其比空气的折射率n。(n。 = 1)更大)的材料54。提供这种配置使得可以实现允许成像透镜51和芯片53的集成的配置。 此外，在如图24B所示的这种配置中，为了使得焦距等于现有配置的焦距f，使得
来自成像透镜5i的估计角e工等于现有配置中的估计角e。(即，e1= e。)。由于来自成像透镜51的估计角e工等于来自现有配置的成像透镜51的角e 。，此
外，反射率&大于现有配置的反射率n。，结果，NA大于现有配置的NA，也就是说，满足了>脆。所表示的公式。这里，由于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)由公式"=0.61入/NA来表示，因此NA的更大值使得由于衍射极限的分辨率"(可以分辨的最小特征尺寸")更小。 提供这样的配置导致如下的优点可以获得高分辨率的图像，此外，进一步减小像素的限制减小的尺寸。 此外，为了获得上述效果，不需要在成像透镜和固态图像感测器件的芯片之间的
整个空间中提供折射率大于空气的折射率的材料。例如，如图24C所示，通过在成像透镜51
和芯片53之间的部分空间(在图24C所示的情况下，在空间的芯片53—侧)中提供高折
射率的材料54，可能获得与图24B所示情况下的效果相同或类似的效果。此外，使得来自该实施例中的成像透镜51的估计角e^j、于现有配置的估计角
e。(即，e工〈e。)以便于使得本实施例的等于现有配置的na。，导致可以减小现有配
置的球面像差的优点。 图25B和25C中示出了这种情况下的配置的略图。在图25A中，正如同图24A中那样示出了现有配置。在图25B中，正如同图24B所示的情况那样示出了如下这样的情况高折射率的材料54占据了成像透镜51和芯片53之间的整个空间。在图25C中，正如同图24C中所示的情况那样示出了如下这样的情况在成像透镜51和芯片53之间的部分空间(在空间的芯片53 —侧)中插入高折射率的材料54。 在图25B和25C所示的每一配置中，使得来自成像透镜51的估计角9工小于图25A
中示出的现有配置的估计角e。(即，e工〈e。)，以便使得图25B和25C中示出的情况的N^
等于图25A中示出的现有配置的NA。( S卩，NA。 = NA》。 可以由使用了成像透镜51的直径D、来自成像透镜51的估计角9和成像透镜51的焦距f的以下公式来表示由于球面像差所引起的散焦量
—丄A
,A ^ D tan^ )、 2 tan(^+A6"
A。！。3 1 w (编号1)
△6 = 一一& +——一, 6 120 根据该公式可以理解，使得来自成像透镜的估计角e的值更小导致散焦量e的更小值。 此外，通过使用以下公式F = f/D获得成像透镜51的F值，其中，f和D分别是成像透镜51的焦距和直径。 随后，下面将描述通过根据本发明的此实施例的上述配置所实现的改进的估计程度。 首先，在来自根据此实施例的固态成像装置的成像透镜的估计角9等于现有固态成像装置的估计角9的条件下(参照图24)，此外，在将折射率r^二1.6的材料层压为高折射率的材料54的情况下，估计层压材料的厚度d与由于衍射极限所引起的分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)之间的关系。此外，这里，假设成像透镜的焦距f如下f = 5.6cm。图26中示出了在成像透镜51的F值F和直径D变为如下三种情况的情况下而已经进行的估计的结果，其中第一种情况是F = 5. 6且D = 1. 0cm，第二种情况是F = 4. 2且D =1. 33cm，第三种情况是F = 2. 8且D = 2. Ocm。 此外，在d是5. 6cm的情况下，由于层压材料的深度等于成像透镜51的焦距f，结
果，插入在成像透镜51和芯片53之间的空间完全被高折射率材料所占据。 根据图26中示出的曲线图可以理解，使得层压材料的深度d更大导致分辨率
"(可以减小的最小特征尺寸")的减小。结果，使得层压材料的深度d更大导致如下的优
点可以获得高分辨率的图像，并且进一步减小像素的限制减小的尺寸。 接下来，在使用球面透镜并且NA的值恒定的条件下，此外在将折射率r^ = 1. 6的
材料层压为高折射率材料54的情况下，估计层压材料的厚度d和散焦量e之间的关系的
估计。成像透镜51的F值F和直径D以与图26的方式相同的方式变为三种情况。图27
中示出了估计的结果。 根据图27中示出的曲线图可以理解，使得层压材料的深度d更大导致散焦量e的减小。结果，使得层压材料的深度d更大导致如下的优点可以获得高分辨率的图像，并且进一步减小像素的限制减小的尺寸。 接下来，参照图28，基于构思来描述对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的上述改进效果。 如图28所示，由成像透镜确定的分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)取决于成像
9透镜的F值。 在来自本实施例的配置中的成像透镜的估计角e工等于现有配置中的估计角e。的条件下，也就是说，在满足公式e。= e工且N^〉NA。的条件下，在分辨率(可以分辨的
最小特征尺寸)主要由成像透镜的衍射极限确定的范围内，在此实施例的配置中可以实现
对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的改进，如图28的箭头A所指示的变化所示。
接下来，在本实施例的配置中的等于现有配置中的NA。的条件下，也就是说，在
满足公式NA。二N^且e工〈e。的条件下，在分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)主要由
成像透镜的像差(如球面像差)确定的范围内，在此实施例的配置中可以实现对于分辨率
(可以分辨的最小特征尺寸)的改进，如图28的箭头B所指示的变化所示。 于是，根据上述分析断定这些改进效果取决于成像透镜的F值。 为了对于F值的所有值平均地获得改进效果，NA和e的值可以是中间值。 也就是说，在满足公式> NA。且e工< e 。的条件下，也可以获得改进效果。在
此情况下，如图29所示，在此实施例的配置中可以实现对于分辨率co (可以分辨的最小特
征尺寸")的改进，如箭头C和D所指示的变化所示。 可以获得上述结果，而与片上透镜或片上滤色镜的存在无关。 在固态成像器件上存在片上透镜或片上滤色镜的情况下，在片上透镜或片上滤色镜上(也就是说，在固态成像器件的最高层上)形成高折射率材料。 在固态成像器件上不存在片上透镜和片上滤色镜的情况下，在包括形成光接收器
的硅材料等的半导体层或者包括布线层的绝缘层上形成高折射率材料。 在此实施例中，在成像透镜和固态成像器件之间形成高折射率材料导致可以进一
步减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的优点。为此，不管在固态成像器件上如何层
压高折射率材料，都可以获得该优点。 例如，在固态成像器件的最高层上层压高折射率材料的方法，或者在密封固态成
像器件的封装的表面层压固态成像器件的最高层的方法，均导致该优点。 此外，在高折射率材料直接层压在形成于固态成像器件的最高层的片上透镜上的
情况下，最好使得高折射率材料的折射率小于片上透镜的折射率。 此外，在使得芯片53上层压的高折射率材料54的深度d小于或等于成像透镜51的焦深的情况下，如图30所示，图像在材料54的最前面的表面上的聚焦所得到的分辨率"'(可以分辨的最小特征尺寸"')确定了分辨率"(可以分辨的最小特征尺寸")的整体。因此，考虑该现象导致对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)的改进效果的程度的减小。 于是，考虑深度大于或等于成像透镜51的焦深的高折射率材料的层压导致对于分辨率co (可以分辨的最小特征尺寸co)进一步减小的充分改进效果。
也就是说，假定满足以下公式，则可以实现充分的改进效果。刀 W入 7T77^"(编号2) 此外，高折射率材料的折射率的更大值导致对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)进一步减小的改进效果的增加。
例如，在高折射率材料的折射率r^大于或等于1. 6的情况下，也就是说，在满足条件r^ > 1.6的情况下，可以获得对于分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)进一步减小的相对充分的改进效果。 此外，在高折射率材料提供在成像透镜和芯片之间的一部分空间，以便防止在
高折射率材料的表面出现光线反射的情况下，最好在高折射率材料的表面形成防反射膜(reflection prevention film)。防反射膜的折射率n2最好满足条件1 < n2 < &，也就是说，防反射膜的折射率n2是"l"和高折射率材料的折射率ni之间的中间值，此外，相对于入射光线的波长A ，防反射膜的深度d2满足条件d2《A /4n2。 为了减小色差，最好使用大于或等于"50"的较大阿贝数的材料作为高折射率材料。 此外，为了进一步减小色差，作为高折射率材料，最好使用具有相互不同的阿贝数和色散波长的多种材料。此外，例如，凸地形成较大阿贝数和较小色散波长的材料，并且将较小阿贝数和较大色散波长的材料凹地层压在其上。 此外，在出现原色(R、 G和B)的各个图像的成像位置由于色差所引起的未对准的情况下，为了通过信号处理方法将成像位置进行对准，可以实施信号处理程序，以使得可以进行用于减小或扩大原色的各个图像的校正。例如，在到物体的方向上，蓝色B的图像的成像位置从绿色G的图像的成像位置偏移到外部方向，并且红色R的图像的成像位置从其偏移到内部方向的情况下(蓝色具有大于绿色的波长的波长、红色具有小于绿色的波长的波长)，可以通过减小蓝色B的图像并且扩大红色R的图像，校正蓝色B的图像的成像位置和红色R的图像的成像位置。 无论如何在芯片和成像镜头之间形成高折射率材料，例如，都可以考虑这样的方法预先提供由高折射率材料的成型(molding)所产生的模块或者由成像透镜和高折射率材料的集成成型所产生的模块，并且将该模块结合到芯片。 从而，将根据本发明此实施例的固态成像装置按照下面描述的那样进行配置。
(1)根据此实施例的固态成像装置被配置为包括固态成像器件的芯片；成像透镜，其被配置为将光线聚焦为固态成像器件表面上的图像；折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)，其安排在成像透镜和芯片之间。 (2)在上述配置(1)中，折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)的层被配置为层压在芯片的最高层上。 (3)在上述配置(1)中，折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)的层被配置为占据成像透镜和芯片之间的整个空间。在该配置中，可以实现成像透镜和高折射率材料的集成形成。 (4)在上述配置(1)中，折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)被配置为包括具有平面部分和凸曲面形部分的光学部分，并且使得凸曲面形部分与芯片的最高层接触。
(5)在上述配置(4)中，凸曲面形部分和芯片的最高层之间的接触部分的宽度被配置为在800nm的范围内。由于接触部分的宽度在可见光线的中心附近的540nm的波长的1.5倍的范围内，因此抑制了从曲面形部分入射到芯片的光线在芯片的半导体层内部传播。
(6)在上述配置(4)中，根据此实施例的固态成像装置被配置为进一步包括波导路径，其形成在凸曲面形部分和固态成像器件中所包括的各个像素的光接收器之间。通过提供该波导路径，可以有效地将光线传导到光接收器，此外，减小入射到光接收器的光线的每个点(spot)的面积。 (7)在上述配置(1)到(6)中，折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)被配置为具有大于或等于"50"的阿贝数。这种配置使得可以减小色差。 (8)在上述配置(1)到(6)中，根据此实施例的固态成像装置被配置为包括具有相互不同的波长色散的多种材料作为折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)。通过使得多种材料的波长色散相互抵消，可以减小色差。 (9)在上述配置(1)到(8)中，根据此实施例的固态成像装置被配置为包括在折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)的成像透镜侧的表面上的防反射膜，并且使得防反射膜的折射率为介于"l"和折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)的折射率之间的中间值。 (10)当制造包括固态成像器件的芯片和配置为将入射光线聚焦为固态成像器件的表面上的图像的成像透镜的固态成像装置时，在芯片和成像透镜之间形成折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)。 (11)在上述制造方法(10)中，通过成型所述折射率大于"l"的材料(即，高折射率材料)来产生光学部分，并且该光学部分与芯片的最高层结合。
(12) —种相机，其被配置为包括固态成像装置，所述固态成像装置具有固态成像器件的芯片；成像透镜，被配置为将光线聚焦为所述固态成像器件表面上的图像；以及折射率大于"1"的材料(即，高折射率材料)，其安排在成像透镜和芯片之间。
〈2.根据本发明的固态成像装置的第一实施例〉 图1中示出了图示根据本发明的固态成像装置的第一实施例的配置的示意图。
以与参照图24C和25C描述的方式相同的方式或类似的方式，根据此实施例的固态成像装置被配置为在成像透镜11和固态成像器件的芯片13之间的一部分空间中提供嵌入层14，其包括折射率&(其大于空气(其折射率为"l")的折射率)(即，&〉 1)的材料。 嵌入层14层压在固态成像器件的芯片13上。以与现有固态成像装置的方式相同的方式或类似的方式，配置根据此实施例的固态成像装置，以使得在从嵌入层14的表面延伸到成像透镜11和孔径光阑12的空间中不包括任何东西。 作为用于嵌入层14的材料，使用这样的材料其具有相对于光的较高透射率，其
波长在可以光学地接收和检测的光的波长波段内，此外，最好使用透明材料。 作为如上所述的这种嵌入层14的材料，例如，可以使用诸如二氧化硅(Si02)之类
的氧化物或氮化硅(SiN)。在氧化物的情况下，最好使得氧化物处于玻璃的条件下。 如上所述，无论嵌入层如何层压在固态成像器件的芯片上，在根据本发明的实施
例中，都可以获得改进分辨率的优点。 因此，可以将根据该实施例的固态成像装置配置为包括在固态成像器件的芯片13的最上层上所层压的嵌入层14，或者在密封固态成像器件的芯片13的封装的表面上所层压的嵌入层14。 这里，具体地，图2中示出了以下情况下的截面图，所述情况为嵌入层14层压在包括片上滤色镜和片上透镜的固态成像器件的芯片13的最上层。
如图2所示，在每个像素中，形成光接收器22(其包括在半导体衬底21上所形成的光电二极管)，并且在该光接收器22上，形成片上滤色镜23和片上透镜24。
此外，在片上透镜24上，层压嵌入层14，并且片上透镜24所形成的凹部分和凸部分被该嵌入层14覆盖。该嵌入层14不是针对每个像素形成的，但是跨越芯片形成的。
此外，在图2中，从图示中省略了光接收器22和片上滤色镜23之间的配置。
在图2中示出的配置中，如上所述，因为嵌入层14直接层压在片上透镜24上，所以最好使得嵌入层14的折射率小于片上透镜24的折射率。 作为形成嵌入层14的方法，例如存在这样的方法提供由嵌入层14的材料的成型所产生的模块或者由成像透镜11和嵌入层14的集成成型所产生的模块，并且将该模块与芯片13的上表面结合。 此外，使得嵌入层14中包括的高折射率材料的阿贝数大于或等于"50"有利地导致色差的减小。 在根据该实施例的上述配置中，在固态成像器件的芯片13和成像透镜11之间形成包括折射率大于"l"的材料的嵌入层14，因此，嵌入层14使得可以进一步减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)。此外，即使在根据该实施例的固态成像装置中包括的每个像素的尺寸与现有固态成像装置中包括的每个像素的尺寸相同的情况下，使得可以减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)也导致使得分辨率高于每个现有固态成像装置的分辨率。
于是，可以根据各个像素的微小(minuteness)来获得充分高分辨率的图像，克服由于成像透镜11的衍射极限和像差所引起的分辨率的提高的限制。
此外，不管成像透镜11的F值，都可以实现高分辨率。 随后，图3中示出了经修改的配置的示例，其中修改了根据第一实施例的一部分配置。 如图3所示，在嵌入层14上形成防反射膜15。该防反射膜15的折射率化满足以下条件:n丄> n2 > 1。 以如上所述的这种方式在嵌入层14上形成防反射膜15导致抑制在嵌入层14的表面上出现入射光线的反射，因此，使得可以促使入射光线有效地进入芯片13中所包括的光接收器。 进一步优选地，形成防反射膜15，以使得防反射膜15的厚度4满足关于入射可见光线的波长A的以下公式d2 = A/4n2。 由于该形成，因此可以进一步有效地抑制在嵌入层14的表面上出现入射光线的反射。 〈3.根据本发明的固态成像装置的第二实施例〉 图4A和4B中示出了图示根据本发明的固态成像装置的第二实施例的配置的示意图。正如图1那样，图4A是图示第二实施例的总体配置的图，而图4B是图4A中示出的总体配置的关键部分的放大所产生的图。 在根据该第二实施例的固态成像装置中，为了进一步改进其分辨率，通过使得光学部分与固态成像器件的芯片的表面接触来利用近场光，所述光学部分由在其底部具有凸曲面形(球面形或圆柱面形)部分的高折射率材料形成。 也就是说，如图4A和4B所示，光学部分16配置为具有高折射率材料，所述高折射率材料包括在分配固态成像器件的芯片13的其底部侧所形成的凸曲面形(球面形或圆柱面形)部分16A，以及在分配成像透镜11的其顶部侧所形成的平面部分16B。此外，光学部分16的曲面形部分16A配置为与芯片13的表面接触。 提供如上所述的这种配置使得围绕曲面形部分16A的空间的折射率小于曲面形部分16A的折射率。因此，如图4B所示，已经进入曲面形部分16A的入射光沿着曲面的内部进行，在光聚焦的点变为近场光，并且近场光从芯片13的表面进入芯片13。这种配置使得可以防止由于衍射极限和像差所引起的影响。 此外，最好将光学部分16的曲面形部分16A配置为使得对应于每个光接收器(也就是说，每个像素)。 在根据该实施例的上述配置中，在固态成像器件的芯片13和成像透镜11之间的空间中形成包括折射率大于"l"的材料的光学部分16，因此，光学部分16使得可以进一步减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)。此外，即使在根据该实施例的固态成像装置中包括的每个像素的尺寸与现有固态成像装置中包括的每个像素的尺寸相同的情况下，使得可以减小分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)也导致使得分辨率高于每个现有固态成像装置的分辨率。 于是，可以根据各个像素的微小来获得充分高分辨率的图像，克服由于成像透镜
11的衍射极限和像差所引起的分辨率的提高的限制。 此外，不管成像透镜11的F值，都可以实现高分辨率。 此外，在根据该实施例的上述配置中，将光学部分16(其包括在分配芯片13的其底部侧所形成的凸曲面形(球面形或圆柱面形)部分16A以及平面部分16B)配置为使得曲面形部分16A与芯片13的表面接触。提供这种配置使得曲面形部分16A将入射光线转换为近场光(其从芯片13的表面进入芯片13)，因此，使得可以防止由于衍射极限和光学像差所引起的影响。 这里，下面将描述正如第二实施例中那样通过使得高折射率材料具有在其底部的凸曲面形部分所获得的效果，所述效果是使用FDTD方法的波动仿真所产生的。图31A和31B中示出了仿真中所使用的配置。图31A中示出了现有固态成像器件的情况下的配置，而图31B中示出了根据本发明的第二实施例的情况下的配置。图31A和31B中反转了在图1、图4等的每个中示出的关于成像透镜和芯片的顶部和底部关系。孔径光阑52分配在成像透镜51的物侧(光线50进入的一侧)，并且假设成像透镜51的折射率n是1. 8 (也就是说，n = 1. 8)。 假设固态成像器件的芯片被配置为包括硅材料61 (其折射率n是4. 1)和具有折射率n = L 4和2 y m厚度的层62。在图31B中，进一步假设层62被配置为与高折射率材料所形成的层63的曲面形部分接触。 关于高折射率材料所形成的层63，假设折射率n是1. 8并且各个像素的间距是1.2ym，此外，关于在层63的曲面形部分下面的方向上凸起的每个曲面部分的半径R，假设两种情况， 一种是半径R是0. 5 ii m，另一种是半径R是0. 6 ii m。
此外，假设入射光线的波长A是540nm。 图32A到32C中示出了仿真结果。在图32A中，示出了关于图31A中所示的现有固态成像装置的配置的仿真结果。在图32B中，示出了关于图31B中所示配置在曲面的半径R是0. 5 m的情况下的仿真结果，而在图32C中，示出了关于图31B中所示配置在曲面的半径R是0. 6 m的情况下的仿真结果。 根据图32A到32C中示出的仿真结果可以理解，与现有固态成像装置的配置的情况下的光斑的直径相比，在第二实施例的配置中，通过使得成像透镜将入射光聚焦在芯片表面上所获得的光斑的直径縮小到更大程度。例如，在图32B中，如箭头A所示，进入芯片的光线的光斑的直径被縮小。 于是，通过提供根据第二实施例的配置，可以改进分辨率。 此外，如图33的截面图所示，依靠光学仿真方法研究了 根据高折射率材料63的曲面形(球面形或圆柱面形)部分和层62的表面之间的接触部分的宽度巧的变化，光线传播所产生的、在硅材料61的表面上的部分的宽度^的改变。此外，假设入射光线的波长入是540nm。 作为仿真的结果，图34中示出了接触部分的宽度巧(nm)和光线传播所产生的部分的宽度w2 (nm)之间的关系。 如图34所示，在A = 540nm的情况下，可以确定倘若解除部分的宽度在小于或等于800nm的范围内，则进入硅材料61的光线的传播所产生的部分的宽度可以得到抑制。
由于光线传播所产生的部分与光线的波长A成比例，因此接触宽度的可允许值是在1.5倍的光线的波长内。 〈4.根据本发明的固态成像装置的第三实施例〉 图5中示出了根据本发明的固态成像装置的第三实施例的示意图。如同图1和图4A那样，图5A是图示第三实施例的总体配置的图，而图5B是图5A中所示总体配置的关键部分的放大所产生的图。 除了图4A和4B中所示的利用近场光的第二实施例的配置外，该第三实施例配置
为还包括用于抑制光线传播的波导路径，从而改进进入光接收器的光线量。 也就是说，如图5A和5B所示，在硅材料17上所提供的层18(绝缘层等)中，形成
柱状波导路径19以使得连接在层18的上表面和硅材料17之间。使用折射率大于围绕波
导路径19的层18的折射率的材料作为每个波导路径19中包括的材料，使得光线在波导路
径19的壁表面上反射并且在到光接收器的方向上传导。波导路径19被配置为均对应于光
接收器(也就是说，像素)。 每个波导路径19的形状例如是圆柱、椭圆柱、方形柱等。 此外，在层18上形成光学部分16(16A和16B)。光学部分16的曲面形部分16A被
配置为均对应于波导路径19，此外，被配置为均对应于光接收器(也就是说，像素)。 在硅材料17上提供波导路径19使得进入层18的光线沿着波导路径19的壁表面
行进到光接收器，因此，将进入硅材料17的光线的传播宽度(即，每个光斑的直径)抑制为
小于或等于每个波导路径19的宽度的宽度。因此，在硅材料17的表面上所产生的每个光
斑的直径的减小使得充足光量的光线可以进入对应于每个像素的光接收器。 例如，可以通过使用如下所述的制造工艺来制造根据该实施例的固态成像装置。 首先，如图6A所示，提供了作为一部分光学部分16所并入的衬底材料25。 接下来，如图6B所示，在衬底材料25的表面上覆盖保护层26。 接下来，如图6C所示，通过曝光和显影保护层26获得梯形截面的保护层26。
接下来，如图6D所示，通过对保护层26执行后烘干工艺和回流焊接工艺，保护层 26的截面从梯形变为曲面。 接下来，如图7E所示，通过使用反应离子磨边(RIE， reactive ion edging)方法 从保护层26上面执行磨边(edging)工艺27。通过执行该工艺，如图7F所示，保护层26的 形状逐渐转录(transcribe)在衬底材料25上。此外，如图7G所示，保护层26的形状最后 完全转录在衬底材料25上，并且产生具有曲面形部分16A的光学部分16。
随后，如图7H所示，将反转其上下所产生的光学部分16附接到芯片13的表面，所 述芯片13包括硅材料17和在硅材料17上形成的并且具有波导路径19的层18，从而分别 相互地对准了波导路径19的位置和相应的曲面形部分16A的位置。
通过执行上述工艺，可以制造根据该实施例的固态成像装置。 此外，也可以通过使用如下所述的另一制造工艺来制造根据该实施例的固态成像装置。 例如，通过使用注入成型方法预先产生光学部分16，所述光学部分16由玻璃衬底 制造，并且包括厚平面衬底16B以及在下面的方向上凸起并且形成为对应于各个像素的球 面形部分16A，光学部分16的平面图在图8A中示出，其截面图在图8B中示出。
接下来，光学部分16与包括波导路径19的固态成像器件的芯片13结合，如图9 所示。在此情况下，例如，可以使得像素的间距为1.2ym，每个球面形部分16A的半径R是 0. 5 ii m，玻璃衬底的厚度是5cm，波导路径19的间距是0. 6 y m。此外，在图9所示的芯片13 中，进一步分别在相应的波导路径19上形成片上滤色镜(0CCF)23。例如，如图10所示，当 将光学部分16附接到芯片13时，最好使用对准工具来对球面形部分16A执行位置调整，以 使得通过使用在围绕固态成像器件的光接收表面28A的边缘部分28B上所提供的标记29， 来将球面形部分16A的位置和相应的芯片13的像素的位置互相对准。为了将光学部分16 附接到芯片13，最好使用折射率小于玻璃衬底的折射率的紫外固化(curing)材料。
此外，不需要形成波导路径19使得它们完全穿过层18，而是可以在层18的深度方 向上延伸的局部部分内形成每个波导路径19。 根据该实施例的配置，除了第二实施例的配置外，进一步在位于形成光接收器的 硅材料17和光学部分16之间的层18中形成波导路径19。提供这种配置使得可以将进入 硅材料17的光线的传播宽度(即，每个光斑的直径)抑制到小于或等于每个波导路径19 的宽度的宽度，因此，使得可以减小在硅材料17的表面上所产生的每个光斑的直径，并且 使得可以促使足够的光量进入对应于各个像素的光接收器。 同时，在图32B和32C中示出的仿真结果中，斑点在传感器的表面上确定地縮小， 但是在形成光电二极管的硅材料61的表面上扩展。 如在该第三实施例中所示，形成波导路径以使得对应于各个像素使得可以减小在 硅材料上所产生的每个斑点。此事实通过执行仿真而得以确认。 关于图35A和35B中示出的配置(在该配置中，在传感器的表面上形成均具有折 射率n = L 6的波导)，以与图31A和图31B中示出的配置的情况下的方式相同的方式或类 似的方式来执行仿真。此外，如图35A所示，为了比较，在现有配置中也提供了波导路径64。 假设每个波导路径64的直径是0. 6 ii m，并且每个波导路径内部的折射率n是1. 6 (即，n = 1.6)，其它条件与图31A和31B中示出的配置的情况下的条件相同。
图36A到36C中示出了仿真结果。在图36A中，示出了图35A的现有配置的情况 下的仿真结果。在图36B中，示出了图35B的配置在每个曲面的半径R是0. 5 m的情况下 的仿真结果，而在图36C中，示出了图35B的配置在每个曲面的半径R是0. 6 m的情况下 的仿真结果。 根据图36B和36C中示出的仿真结果可以理解，通过提供波导路径64，在硅材料 上、甚至在硅材料内部，光斑都縮小。例如，在图36B中，如箭头B所示，进入硅材料内部的 每个光线的斑点縮小。该仿真结果意味着实现了分辨率的进一步改进。
〈5.根据本发明的固态成像装置的第四实施例〉 图11中示出了根据本发明的固态成像装置的第四实施例的配置的示意图。
为了减小色差，根据该实施例的固态成像装置配置为包括由层(其包括具有较 大波长色散的材料的层和包括具有较小波长色散的材料的层)的层压所产生的多个层形 成的嵌入层。也就是说，如图11所示，根据该实施例的固态成像装置配置为包括由层31和 层32的层压所产生的嵌入层14，其中层31是包括具有较大阿贝数(大于或等于50)的材 料的凸面层，层32是包括具有较小阿贝数(小于或等于50)的材料的凹面层。
在该嵌入层14上形成防反射膜15，其与图3中示出的防反射膜15相同或类似。
作为嵌入层14的下层的凸面层31具有较大的阿贝数，因此，其波长色散较小。此 外，作为嵌入层14的上层的凹面层32具有较小的阿贝数，因此，其波长色散较大。通过层 压具有相互不同的波长色散的这两层31和32，相互抵消了在每层中出现的色差，因此，可 以减小包括层31和32的嵌入层14的整体的色差。 如上所述，即使在嵌入层14由一层形成的情况下，倘若嵌入层14的阿贝数大于或 等于50，那么其色差被降低。 然而，在尽管使得嵌入层14的阿贝数大于或等于50也出现色差的情况下，可以 通过采用根据该实施例的配置(其中，形成包括具有相互不同的波长色散的多个层的嵌入 层)进一步减小色差。 例如，可以根据图12中示出的制造工艺来制造根据该实施例的固态成像装置。
首先，如图12A所示，提供固态成像器件的芯片13。 接下来，如图12B所示，在芯片13的表面上覆盖作为紫外固化粘合剂的光结合粘 合剂33。 同时，如图12C所示，通过将包括阿贝数大于或等于50的材料的凸面层31附接到 包括阿贝数小于或等于50的材料的凹面层32，形成玻璃衬底(嵌入层)14。此外，在玻璃 衬底(嵌入层)14的表面上，依靠真空蒸发形成防反射膜15。可以形成防反射膜15，使得 其例如具有1. 6的折射率和80nm的厚度。 接下来，如图12D所示，光学部分安装在光结合粘合剂33上。 随后，如图12E所示，通过使得紫外线34硬化光结合粘合剂33，将光学部分与芯片
13结合。 通过执行如上所述的这种处理，可以制造根据该实施例的固态成像装置。
在根据该实施例的上述配置中，在固态成像器件的芯片13和成像透镜11之间形 成包括折射率大于"l"的材料的嵌入层14，因此，嵌入层14使得可以进一步减小分辨率 (可以分辨的最小特征尺寸)。此外，即使在根据该实施例的固态成像装置中所包括的每个像素的尺寸与现有固态成像装置中所包括的每个像素的尺寸相同的情况下，使得可以减小 分辨率(可以分辨的最小特征尺寸)也导致使得分辨率高于每个现有固态成像装置的分辨 率。 于是，可以根据各个像素的微小来获得充分高分辨率的图像，克服由于成像透镜
11的衍射极限和像差所引起的分辨率的提高的限制。 此外，不管成像透镜11的F值，都可以实现高分辨率。 根据该实施例的配置，较大阿贝数的凹面层32层压在较小阿贝数的凸面层31上。 提供这种配置使得凸面层31 (其为上层)的波长色散更小，并且使得凹面层32 (其为较高 的层)的波长色散更大。通过层压具有相互不同的波长色散的这两层31和32，出现在每层 中的色差被相互抵消，因此，可以减小包括层31和32的嵌入层14的整体的色差。
此外，如图11所示，不需要形成嵌入层以便使得具有相互不同的波长色散的多个 层互相紧密地附接。 例如，可以在成像透镜和固态成像器件的芯片之间形成具有相互不同的波长色散 的多个层，以便具有插入在多个层之间的空间。在如上所述的这种配置中，以与图11中示 出的配置的方式相同的方式或类似的方式，可以获得减小色差的效果。
〈6.电路的配置示例〉 可以将各种类型的固态成像器件(包括CCD固态成像器件(CCD图像传感器)或
CMOS型固态成像器件(CMOS图像传感器))应用于根据本发明的实施例。 下面将描述应用本发明的实施例的固态成像器件的电路的配置示例。 图13中示出了应用本发明的实施例的CMOS型固态成像器件(CMOS图像传感器)
的电路的配置示例。 如图13所示，每个像素包括光接收器的光电二极管PD和单元放大器41。每个像 素的单元放大器41连接到一条垂直信号线42和一条水平信号线43。
垂直信号线42连接到垂直移位寄存器44。 每条水平信号线43经由噪声消除电路45和水平选择晶体管46而连接到水平输 出线47。水平选择晶体管46的栅极节点连接到水平移位寄存器48。 通过垂直移位寄存器44和水平移位寄存器48驱动每个像素，并且像素中所存储 的信号电荷被转换为电压信号，并且读出得到的电压信号。 图14中示出应用了本发明实施例的CCD固态成像器件(CCD图像传感器)的电路 的配置示例。 如图14所示，每个像素包括光接收器的光电二极管PD和读出晶体管71。平行于 每行像素来提供垂直CCD传输寄存器72，并且包括在每个像素中的读出晶体管71连接到为 每行像素所提供的垂直CCD传输寄存器72。每个垂直CCD传输寄存器72的端子部分连接 到水平CCD传输寄存器73。水平CCD传输寄存器73的端子部分连接到输出放大器74。该 电路配置用于所谓的行间传输(IT)型CCD固态成像器件。 通过读出晶体管71、垂直CCD传输寄存器72和水平CCD传输寄存器73，传输每个 像素中所存储的信号电荷，并且通过输出放大器74将其输出。 此外，根据本发明的实施例不仅可以应用于图13和14中示出的电路配置，而且可 以应用于固态成像器件的不同电路配置。
〈7.根据本发明的固态成像装置的修改实施例的示例〉 在上述实施例中，已经描述了固态成像器件的芯片对应于成像透镜的配置。然而， 根据本发明的实施例可以应用于均并入了固态成像器件的多个芯片对应于成像透镜的配 置。也就是说，根据本发明的实施例可以应用于使用了均并入固态成像器件的三个芯片的 配置，也就是说，在所谓的3-CCD方案中使用的配置等。 在根据本发明的实施例应用于均并入了固态成像器件的多个芯片对应于成像透 镜的配置的情况下，根据本发明的实施例的固态成像装置配置为包括在芯片和相应的成 像透镜之间的每个光路中提供的折射率大于"l"的材料。在折射率大于"l"的材料分配 在朝向多个芯片的光路据以分支的点的成像透镜侧的情况下，仅需要提供一种折射率大于 "1 "的材料。相比之下，在折射率大于"1 "的材料分配在朝向多个芯片的光路据以分支的点 的芯片侧的情况下，需要提供多种折射率大于"1 "的材料，其数目与芯片的数目相同。
在上述第四实施例中，通过提供具有相互不同的波长色散的多个层来校正色差， 然而，可以通过使用其它方法来校正色差。 例如，为了关于红色、绿色和蓝色减小颜色的偏移、由于色差而出现的颜色的偏 移，可以通过信号处理的方法进行校正。 通常，由于如下这样的现象而出现色差，所述现象为均具有较短波长的光线聚焦 为在成像系统透镜前侧的图像，而均具有较长波长的光线聚焦为在成像系统透镜后侧的图像。 因此，例如，在到物的方向上，蓝色B的图像聚焦的位置从绿色G的图像聚焦的位 置偏移到外部方向，并且红色R的图像聚焦的位置从其偏移到内部方向的情况下(蓝色具 有大于绿色的波长的波长、红色具有小于绿色的波长的波长)，可以执行信号处理，使得可 以通过减小蓝色B的图像的尺寸并且放大红色R的图像的尺寸，将蓝色B的图像聚焦的位 置和红色R的图像聚焦的位置对准到绿色的图像聚焦的位置。
〈8.应用了根据本发明的实施例的相机〉 根据本发明的实施例的相机配置为包括根据本发明的上述实施例的固态成像装 置。根据本发明的实施例的这种相机的示例是数码相机、摄像机、均具有相机功能的移动设 备等。 下文中将描述根据本发明实施例的相机的一些实施例。 图15中示出了根据本发明实施例的相机的配置的示意图(框图)。 根据本发明实施例的相机配置为包括光学系统(成像透镜)81、固态成像器件
82、驱动电路83和信号处理电路84。固态成像器件82是CCD固态成像器件、CMOS型固态
成像器件等。 光学系统(成像透镜)81将来自物体的图像光(入射光)聚焦为固态成像器件82 的成像表面上的图像。该操作使得固态成像器件82中包括的光接收器(光电二极管)存 储预定时间段期间的信号电荷。驱动电路83执行由固态成像器件82执行的驱动操作(如 关于信号电荷的存储操作、读出操作等)的控制。信号处理电路84对输出自固态成像器件 82的信号执行各种信号处理，并且输出经历了信号处理的信号。该实施例包括如下这样的 相机模块的实施例，所述相机并入了光学系统(成像透镜)81、固态成像器件82、驱动电路 83和信号处理电路84。
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根据该实施例的相机配置为包括光学系统81和固态成像器件(芯片)82，此外，在 它们之间插入的空间中包括折射率大于该空间的折射率的材料，如上述嵌入层14。
图16中示出了根据另一实施例的相机的配置的示意图(框图)。此外，在根据该 实施例的相机中，CCD固态成像器件用作固态成像器件。 该相机包括成像透镜101、 CCD 102、成像电路103、积分电路104、信号处理电路 105、自动曝光调整(AE)操作/控制电路106、自动白平衡(AWB)操作/控制电路107和时 序发生器108。此外，相机包括显示系统109、记录系统110、模糊(smear)检测电路111和 模糊量检测电路112。 在图16中示出的各个部分之间，如下所述那样提供信号。
将来自CCD(CCD固态成像器件)102的已拍摄图像信号提供到成像电路103。
成像电路103包括相关双采样(CDS)电路、自动增益控制器(AGC) 、A/D转换器等， 其都从图示中略去。将输出自成像电路103的信号(图像信号)提供到信号处理电路105。
此外，还将来自CCD 102的已拍摄图像信号提供到检测模糊的模糊检测电路111， 并且将来自模糊检测电路111的模糊检测信号提供到模糊量检测电路112，在那里计算模 糊量。将来自模糊检测电路111的模糊检测信号提供到时序发生器108和AE操作/控制 电路106。将来自AE操作/控制电路106的AE控制信号提供到成像透镜101和成像电路 103。将来自AE操作/控制电路106的控制信号提供到时序发生器108，其中生成各种时序 信号，并且提供到CCD 102和AE操作/控制电路106。 将来自成像电路103的输出信号提供到积分电路104，并且将积分所产生的输出 信号提供到AWB操作/控制电路107。将来自AWB操作/控制电路107的控制信号提供到 信号处理电路105、积分电路104和模糊量检测电路112。将从模糊量检测电路112输出的 关于检测到的模糊量的信号提供到AWB操作/控制电路107。将输出自积分电路104的积 分所产生的信号提供到AE操作/控制电路106，此外，将来自AE操作/控制电路106的控 制信号提供到积分电路104。 将来自信号处理电路105的图像信号提供到用于显示图像的显示系统109，如液 晶显示设备(LCD)，此外，将图像信号提供到将图像信号记录至外部记录介质的记录系统 110。 下文中，将更具体地描述图16所示相机的各个部分所执行的操作。 积分电路104生成对应于自动曝光调整积分值(其用于根据物体的亮度来执行自
动曝光调整(AE))的信号，并且将该信号提供到AE操作/控制电路106。 此外，积分电路104生成对应于自动白平衡控制积分值(其用于根据与物体有关
的颜色信息来执行自动白平衡控制)的信号，并且将该信号提供到AWB操作/控制电路
107。 AE操作/控制电路106与提供自时序发生器108的时序信号同步执行处理。此 外，AE操作/控制电路106对成像透镜101中包括的透镜孔径设置部分所设置的透镜孔径 值执行控制，并且还对CCD 102中包括的电子快门的电子快门速度执行控制，使得可以通 过记录系统110来记录均具有适当的亮度和适当的曝光量的图像。 此夕卜，AE操作/控制电路106对成像电路103中包括的AGC电路执行增益控制， 并且对积分电路104所执行的积分操作执行控制。制电路107对信号处理电路105所处理的红(R)和蓝(B)信号的增 益执行控制，使得可以通过记录系统110记录均具有适当的白平衡的图像。
模糊检测电路111配置为在输出到位于检测到模糊的帧内的像素的信号的电平 落入各预定阈值之间的范围的情况下检测模糊，其被提供在CCD固态成像器件102的光接 收表面的光学黑区中。在信号的电平没有落入各预定阈值之间的范围的情况下，确定没有 出现模糊。 一旦检测到模糊，就使得模糊量检测电路112进入工作条件。当没有检测到模 糊时，不使得模糊量检测电路112进入工作条件。 根据该实施例的相机配置为包括成像透镜101和CCD固态成像器件(芯片)102， 此外，在它们之间插入的空间中包括折射率大于该空间的折射率的材料，如上述嵌入层14。
图17中示出了根据又一实施例的相机的配置的示意图(框图)。此外，CCD固态 成像器件也用在根据该实施例的相机中作为固态成像器件。此外，在图17中，从图示省略 了光学系统(如成像透镜)。 该相机配置为包括CCD固态成像器件120，此外，包括在配置为对CCD固态成像器 件120执行驱动控制的驱动控制部分中所包括的驱动电源131、驱动器132和时序信号发生 器133。 在CCD固态成像器件120中，以二维矩阵方式排列均包括光电二极管PD的大量光 接收器121。平行于每行光接收器121形成垂直CCD传输寄存器123。在每个光接收器121 和相应的垂直CCD传输寄存器123之间形成读出门部分122，其配置为读出在光接收器121 中存储的信号电荷。垂直CCD传输寄存器123的端子连接到水平CCD传输寄存器125。
单元元件(像素)124配置为包括接收器121、读出门部分122和垂直CCD传输寄 存器123。此外，在每个单元元件124的边缘部分提供沟道停止CS。 此外，在该实施例中，采用行间传输(IT)方法的CCD固态成像器件120配置为受 六相脉冲或八相脉冲驱动。 在图17中，将来自驱动电源131的漏极电压VDD和复位漏极电压V皿重置提供到 CCD固态成像器件120，并且预定电压也提供到驱动器132。 此外，垂直CCD传输寄存器123包括多个(在该示例中，每单元元件6个或者8个) 垂直传输电极128(128-1 128-6或者128-1 128-8)，每个对应于六相驱动脉冲之一或 八相驱动脉冲之一。 在该相机中，通过为读出门部分122提供对应于读出脉冲Xse的驱动脉冲，将CCD 固态成像器件120的光接收器121中存储的信号电荷读出到垂直CCD传输寄存器123。通 过基于六相(八相)垂直传输时钟V1 V6(V8)生成的驱动脉冲小V1 小V6(小V8)来 对垂直CCD传输寄存器123进行传输驱动。此外，对应于在一条扫描线有效时的持续时间 (即，用于一行读出信号的持续时间)，垂直CCD传输寄存器123通过每一部分的读出信号 而在垂直方向上依次传输读出信号电荷，所述持续时间是水平消隐时段中的一部分。
此外，通过基于例如两相传输时钟Hl和H2所生成的驱动脉冲小Hl和小H2来对 水平CCD传输寄存器125进行传输驱动。此外，水平CCD传输寄存器125在水平消隐时段 之后的水平扫描时段期间，在水平方向上依次传输已经从多个垂直CCD传输寄存器123传 输的一行信号电荷。对于该操作，提供对应于两相位驱动时钟的多个(2个)水平传输电极 129(129-1和129-2)。
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例如，配置为包括浮空扩散放大器(FDA)的电荷/电压转换器126连接到CCD传 输寄存器125的端子部分的传输目的地侧。该电荷/电压转换器126将已经从水平CCD传 输寄存器125水平传输的电荷信号依次转换为电压信号，并且输出所得到的电压信号。根 据从物体入射的光量，将电压信号获取为CCD输出(VOUT)。 此夕卜，时序发生器133生成均具有L电平和H电平这两个值的各种脉冲信号，并且 所生成的脉冲信号用于驱动CCD固态成像器件120。驱动器132将从时序发生器133提供 的各种脉冲信号转换为预定电平的驱动脉冲，并且将转换的驱动脉冲提供到CCD固态成像 器件120。 时序信号发生器133例如基于水平同步信号(HD)和垂直同步信号(VD)来生成各 种信号，并且将生成的信号提供到驱动器132。也就是说，时序信号发生器133生成被配 置为读出存储在光接收部分121中的信号电荷的读出脉冲Xp被配置为在垂直方向上对信 号电荷进行传输驱动的垂直传输时钟VI V6(V8)、被配置为在水平方向对信号电荷进行 传输驱动的水平传输脉冲HI和H2、复位脉冲RG等。 驱动器132将提供自时序信号发生器133的各种脉冲转换为预定电平的电压信号 (驱动脉冲)或其他信号，并且将转换的信号提供给CCD固态成像器件120。例如，经由驱 动器132将来自时序信号发生器133的n相位垂直传输时钟VI V6 (V8)转换为驱动脉冲 小V1 小V6(小V8)(其提供到相应的预定垂直传输电极128)。以同样的方式，经由驱动器 132将两相水平传输时钟HI和H2转换为驱动脉冲小HI和小H2 (其提供到相应的预定水平 传输电极(129-1 129-2))。 根据该实 施例的相机配置为包括成像透镜(其从图示省略)和CCD固态成像器件 的芯片120，此外，包括折射率大于在成像透镜和芯片之间插入的空间的折射率的材料，如 上述嵌入层14或光学部分16。 此外，用于驱动CCD固态成像器件120的驱动控制器(131U32和133)可以配置
为提供在CCD固态成像器件120的芯片内部或CCD固态成像器件120的芯片外部。 根据本发明上述三个实施例的相机的配置可以是与根据本发明的固态成像装置
的上述第一到第四实施例的配置组合的配置，或者可以是其他固态成像装置的配置。 根据本发明的相机的配置不限于图15到17中所示实施例的配置，而是可以采用
其他各种配置。 本申请包含与2009年1月7日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP
2009-001996中公开的主题有关的主题，在此通过引用的方式并入其全部内容。 本领域技术人员应当理解，本发明不限于上述实施例，而是可以采用不脱离本发
明要点的范围内的其它各种配置。
权利要求
一种包括固态成像器件的固态成像装置，所述固态成像装置包括所述固态成像器件的芯片；成像透镜，其配置为将入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像；以及折射率大于1的材料，其安排在所述芯片和所述成像透镜之间。
2. 根据权利要求l所述的固态成像装置，其中，所述折射率大于l的材料配置为层压在 所述芯片的最上层。
3. 根据权利要求l所述的固态成像装置，其中，所述折射率大于l的材料配置为占据所 述芯片和所述成像透镜之间的整个空间。
4. 根据权利要求l所述的固态成像装置，其中，所述折射率大于l的材料配置为包括具 有平面部分和凸曲面形部分的光学部分，并且所述光学部分的所述凸曲面形部分配置为与 所述芯片的最高层的表面接触。
5. 根据权利要求4所述的固态成像装置，其中，所述光学部分的所述凸曲面形部分和 所述芯片的最高层之间的接触部分的宽度小于或等于800nm。
6. 根据权利要求4所述的固态成像装置，还包括波导路径，其形成在所述光学部分的所述凸曲面形部分和所述固态成像器件的每个像 素中包括的光接收器之间。
7. 根据权利要求1到6的任一所述的固态成像装置，其中，所述折射率大于1的材料具 有大于或等于50的阿贝数。
8. 根据权利要求1到6的任一所述的固态成像装置，其中，提供具有相互不同的波长的 多个材料作为所述折射率大于1的材料。
9. 根据权利要求1到8的任一所述的固态成像装置，其中，在所述折射率大于1的材料 的成像透镜侧的表面上提供防反射膜，并且所述防反射膜具有在1和折射率大于1的材料 的折射率之间的中间值的折射率。
10. —种固态成像装置的制造方法，所述固态成像装置包括固态成像器件的芯片和配 置为将入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像的成像透镜，所述制造方法包括在所述芯片和所述成像透镜之间形成折射率大于1的材料。
11. 根据权利要求io所述的固态成像装置的制造方法，其中，通过成型所述折射率大于1的材料产生光学部分，并且所述光学部分与所述芯片的最高层的表面结合。
12. —种相机，其包括含有固态成像器件的固态成像装置并且用于成像，所述固态成像 装置包括所述固态成像器件的芯片；成像透镜，配置为将入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像；以及 折射率大于1的材料，其安排在所述芯片和所述成像透镜之间。
全文摘要
公开了具有固态成像器件的固态成像装置，所述固态成像装置包括所述固态成像器件的芯片；成像透镜，配置为将入射光聚焦为所述固态成像器件上的图像；以及折射率大于1的材料，其安排在所述芯片和所述成像透镜之间。
文档编号H04N5/369GK101771833SQ20101000207
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者户田淳 申请人:索尼公司