CN107683526A - 图像传感器和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种图像传感器和电子装置，其使得可以抑制在光接收元件层上布置遮光体结构的图像传感器中引起的诸如混色、杂散光以及轮廓分辨率降低的麻烦。根据本公开的一方面的电子装置具有安装在其上的图像传感器，所述图像传感器包括：遮光体，其具有遮光壁和各自形成在遮光壁之间的开口中的透光部分；第一遮光层，其形成在遮光体的光入射面侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口；微透镜，设置在遮光体的光入射面侧上的第一遮光层的每个开口中；以及光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据由微透镜收集并经由遮光体的透光部分输入的入射光进行光电转换。本公开可用于例如复眼光学系统。

Description

图像传感器和电子装置
技术领域
本公开涉及一种图像传感器和电子装置，并且具体地涉及优选用于例如复眼光学系统的图像传感器并涉及电子装置。
背景技术
常规而言，例如作为用于复眼光学系统的图像传感器，其中将遮光体设置在微透镜与光接收元件之间的配置是已知的(例如参考专利文献1)。
图1示出了其中将遮光体设置在微透镜与光接收元件之间的常规图像传感器的配置例。
通过层叠光接收元件层11、透明绝缘层13、遮光体14和微透镜阵列17来配置图像传感器10。光接收元件层11包括大量水平和垂直布置的光接收元件12。遮光体14包括通过借助光刻将透光的光聚合性树脂形成为柱形状而获得的透光部分16和通过在透光部分16之间填充黑色颜料树脂而形成的遮光壁15。通过将一个微透镜布置到遮光体14的每个开口(由遮光壁15围绕的透光部分16)并将覆盖玻璃等层叠到微透镜上面进行平整化来形成微透镜阵列17。
采用图像传感器10，可以使由微透镜阵列17收集的入射光经由被遮光壁15围绕的透光部分16入射在透光部分16正下方的光接收元件12上。进一步地，布置遮光体14，从而使得能够抑制收集的入射光泄漏到相邻区段处的光接收元件。此外，将透光部分16布置在遮光壁15之间，形成遮光体14。因此，可以防止由于周围环境变化(如温度变化)而在遮光壁15的侧面上产生结露。
引文清单
专利文献
专利文献1：JP2005-72662A
发明内容
技术问题
如上所述，采用图像传感器10，布置遮光体14，从而抑制入射光的泄漏。然而，图像传感器10仍然易受混色或杂散光的影响。
进一步地，在图像传感器10中形成遮光体14的遮光壁15和透光部分16的位置由借助光刻将光聚合性树脂形成为柱形状决定。然而，由于形成透光部分16的光聚合性树脂的厚度相对较大，透光部分16的形成精度难以提高，且难以将透光部分16形成为理想的矩形形状。
这在连接获自每个微透镜正下方的光接收元件12的图像的情况下可能会造成麻烦。将参考图2描述所述麻烦。
图2的A是当从光入射侧观察图像传感器10的遮光体14时的鸟瞰图。如图中所示，透光部分16矩形度低。进一步地，如图2的B中所示，通过已透射具有低矩形度的透光部分16的入射光形成在光接收元件上的图像的矩形度也低。因此，轮廓分辨率变低，并且轮廓附近的图像合成变得困难。
本公开内容是鉴于所述情况而完成的，并且使得可以抑制在光接收元件层上布置遮光体结构的图像传感器中引起的诸如混色、杂散光以及轮廓分辨率降低的麻烦。
问题的解决方案
根据本公开的第一方面的图像传感器包括：遮光体，其具有遮光壁和各自形成在遮光壁之间的开口中的透光部分；第一遮光层，其形成在遮光体的光入射面侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口；微透镜，设置在遮光体的光入射面侧上的第一遮光层的每个开口中；以及光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据由微透镜收集并经由遮光体的透光部分输入的入射光进行光电转换。
根据本公开的第一方面的图像传感器可进一步包括：第二遮光层，其形成在遮光体的光接收元件层的一侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口。
遮光壁可由Si形成遮光体。
第一遮光层可由与遮光壁不同的遮光件形成。
第一遮光层的开口可以是圆形的。
第一遮光层的开口的壁面形状可以是倒锥形的或垂直的。
第二遮光层可由与遮光壁不同的遮光件形成。
第二遮光层的开口可以是矩形的。
可通过将遮光件填充到遮光壁之间的开口当中来形成遮光体的透光部分。
根据本公开的第一方面的图像传感器可进一步包括：接合层，接合遮光体和光接收元件层；以及遮光部分，遮挡接合层的侧部。
遮光部分可通过遮光体的遮光壁的延伸来形成。
遮光部分可通过将遮光体的遮光壁延伸到接合层来形成。
遮光部分可通过将遮光体的遮光壁延伸到光接收元件层来形成。
根据本公开的第二方面的电子装置，具有安装在其上的图像传感器，图像传感器包括：遮光体，其具有遮光壁和各自形成在遮光壁之间的开口中的透光部分；第一遮光层，其形成在遮光体的光入射面侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口；微透镜，设置在遮光体的光入射面侧上的第一遮光层的每个开口中；以及光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据由微透镜收集并经由遮光体的透光部分输入的入射光进行光电转换。
根据本公开的第三方面的图像传感器包括：遮光体，其具有各自使用Si作为遮光件的遮光壁和各自通过将透明件填充到遮光壁之间的开口当中形成的透光部分；以及光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据经由遮光体输入的入射光进行光电转换。
在本公开的第一至第三方面中，使经由遮光体输入的入射光入射在光接收元件层上。
发明的有益效果
根据本公开的第一至第三方面，可以抑制在光接收元件层上布置遮光体结构的图像传感器中引起的诸如混色、杂散光以及轮廓分辨率降低的麻烦。
附图说明
图1是示出常规图像传感器的配置例的截面视图。
图2是说明图1中的图像传感器的问题的图示。
图3是示出应用本公开的图像传感器的配置例的截面视图。
图4是示出设置在顶面遮光层中的开口的壁面形状的图示。
图5是示出在形成微透镜和顶面遮光层的情况下的步骤的图示。
图6是示出微透镜的形成步骤的图示。
图7是示出在形成顶面遮光层和微透镜的情况下的步骤的图示。
图8是示出在形成顶面遮光层和微透镜的情况下的步骤的图示。
图9是示出微透镜的形成步骤的图示。
图10是用于说明通过设置顶面遮光层和底面遮光层获得的有益效果的图示。
图11是示出应用本公开的图像传感器的第一变形例的截面视图。
图12是用于说明图像传感器的第一变形例的问题的图示。
图13是示出应用本公开的图像传感器的第二变形例的截面视图。
图14是示出应用本公开的图像传感器的第三变形例的截面视图。
图15是示出应用本公开的电子装置的用途例的图示。
具体实施方式
下文将参考附图给出实施本公开内容的优选方式(下文称为实施方式)的具体描述。
<本公开的实施方式的图像传感器的第一配置例>
图3示出根据本公开的实施方式的图像传感器的配置例。
图像传感器20通过借助于薄膜接合树脂层22接合另外生成的光接收元件层21和遮光体23来形成。通过薄膜接合树脂层22无间隙地接合光接收元件层21和遮光体23，从而使得能够防止在间隙处常规上可能会发生的结露。因此，可抑制所获得的图像的劣化。
光接收元件层21包括大量水平和垂直布置的光接收元件。薄膜接合树脂层22含有透明件，并且被布置成无间隙地接合光接收元件层21和遮光体23。
遮光体23包括含有诸如Si的遮光件的遮光壁26和含有诸如玻璃或树脂的透明件的透光部分25。通过对遮光件进行诸如光刻和干蚀刻的处理来开出通孔而形成遮光壁26。通过在遮光壁26之间(即，通孔)填充透明件来形成透光部分25。
就是说，形成遮光体23，使得由遮光壁26围绕的开口为透光部分25，并且从顶面侧(光入射面侧)入射的光经由底面侧(光接收元件侧)透射。
在遮光体23的底面侧上，形成底面遮光层24，其具有黑色滤光片(BLKCF)或诸如Ti、W的遮光件，带有比遮光体23的每个开口(由遮光壁26围绕的透光部分25)窄的矩形开口。
另一方面，在遮光体23的顶面侧上，形成顶面遮光层27，其具有BLKCF或诸如Ti、W的遮光件，带有比遮光体23的每个开口(由遮光壁26围绕的透光部分25)窄的圆形开口。微透镜28形成在顶面遮光层27的圆形开口处。
图4示出顶面遮光层27中设置的开口的壁面形状的示例。
图4的A示出在下行方向(光接收元件的方向)上加工顶面遮光层27的开口的壁面的情况(该形状在本说明书中被称为倒锥形状)。在倒锥形状的情况下，入射光在顶面遮光层27的开口的壁面上产生的反射受到抑制。
图4的B示出在上行方向(微透镜的方向)上加工顶面遮光层27的开口的壁面的情况(该形状在本说明书中被称为锥形状)。在锥形状的情况下，在顶面遮光层27的壁面上，可能会产生入射光的反射而产生杂散光。因此，顶面遮光层27的开口的壁面形状优选不是如图4的B中所示的锥形，而是如图4的A中所示的倒锥形或垂直的(未示出)。
接下来，将给出形成顶面遮光层27和微透镜28的步骤的描述。
图5示出首先形成微透镜28并接着形成顶面遮光层27的情况的步骤。图6示出在这种情况下形成微透镜28的步骤的细节。
在先于形成顶面遮光层27之前形成微透镜28的情况下，如图6的B中所示，在遮光体23的透光部分25上，采用光刻法(PR)布置透镜件。如图6的C中所示，采用抗蚀剂回流(加热)，将透镜件加工成微透镜28的形状。
在这种情况下，由于没有阻止在透镜件周围滑动的顶面遮光层27，因此造成滑动量变化，并且每个微透镜28可能会产生形状和尺寸的变化。因而可能会产生麻烦，如所获得的图像中的弯曲。为了防止麻烦，优选在形成顶面遮光层27之后形成微透镜28。
接下来，图7和8示出首先形成顶面遮光层27再接着形成微透镜28的情况的步骤。图9示出在这种情况下形成微透镜28的步骤的细节。
在形成具有BLK CF的顶面遮光层27的情况下，如图7的A中所示，采用PR涂布BLKCF，从而使得能够形成顶面遮光层27。在由Ti或W形成顶面遮光层27的情况下，如图8的A中所示，将Ti等涂布在整个表面上。此后，如图8的B中所示，采用PR涂布覆盖期望保留为顶面遮光层27的部分的抗蚀剂。如图8的C中所示，采用干蚀刻等除去多余的Ti，从而形成顶面遮光层27。
在形成顶面遮光层27之后，如图8的B中所示，采用PR将透镜件布置到顶面遮光层27的开口中。如图8的C中所示，采用抗蚀剂回流(加热)将透镜件加工成微透镜28的形状。
在这种情况下，已经形成了阻止透镜件周围滑动的顶面遮光层27。因此，可以提高每个微透镜28的形状和尺寸的均匀度。
图10的A是当从光入射侧观察上述形成的图像传感器20的遮光体23时的鸟瞰图。
在图像传感器20中，由周边被顶面遮光层27遮挡的微透镜28收集的光透过遮光体23的开口(透光部分25)并入射在光接收元件层21上。入射光这时透过底面遮光层24的开口，其比遮光体23的开口窄，并且形成为矩形形状。因此，可以抑制入射光泄漏到相邻区段。进一步地，如图10的B中所示，关于在光接收元件上形成的图像，轮廓分辨率的降低受到抑制。因此，同样在组合获自光接收元件层21的相邻区段的图像的情况下，与图2的B中所示的情况相比，可以很容易地执行轮廓附近的图像合成。
<本公开的实施方式的图像传感器20的第一变形例>
如上所述，遮光体23的透光部分25含有诸如玻璃或树脂的透明件。在透明件是玻璃的情况下，由于添加剂的原因而从玻璃中放出α射线，并且给予光接收元件层21的光接收元件以不良影响。
接下来，图11示出可抑制不良影响的图像传感器20的第一变形例。
在第一变形例中，增加用于接合光接收元件层21和遮光体23以遮挡α射线的薄膜接合树脂层22的厚度。在这种情况下，薄膜接合树脂层22的厚度可优选为大约50μm。
在第一变形例中，从形成遮光体23的透光部分25的玻璃中放出的α射线被薄膜接合树脂层22遮挡。因此，可以抑制α射线对光接收元件层21的光接收元件的不良影响。
然而，在增加薄膜接合树脂层22的厚度的情况下，也可能会引起如下面将要描述的问题。
图12示出在图像传感器20的第一变形例中可能会引起的问题。在增加薄膜接合树脂层22厚度的情况下，如图12所示，光从侧部进入薄膜接合树脂层22，光在薄膜接合树脂层22中经多重反射并入射在光接收元件层21的光接收元件上，从而引起图像品质的劣化，如重影或光斑。
<本公开的实施方式的图像传感器20的第二变形例>
接下来，图13示出可防止光从侧部进入厚度增加的薄膜接合树脂层22的图像传感器20的第二变形例。
在第二变形例中，在图像传感器20的端部处的遮光体23的遮光壁26延伸到薄膜接合树脂层22的侧部，从而形成突出部分51。
在对遮光体23形成突出部分51的步骤中，作为遮光件的突出部分51的区域，在开出通孔作为遮光件中的透光部分25之前可以保留，除此之外的区域可以凹进与薄膜接合树脂层22的厚度相同的水平并且可以开出通孔。
在第二变形例中，接合树脂层22的侧部为突出部分51所遮挡。因此，可以防止光从薄膜接合树脂层22的侧部进入并入射在光接收元件上，并且抑制图像品质的劣化。
进一步地，采用突出部分51，薄膜接合树脂层22的外部暴露面积减小。因此，也可以抑制水的进入并且提高可靠性(例如，耐湿性)。
进一步地，与没有突出部分51的状态相比，采用突出部分51更加提高了图像传感器20的刚度，从而使得能够抑制图像传感器20的翘曲。
在单独切割(划片)形成在晶片上的多个图像传感器20的情况下，采用在存在突出部分51的位置处进行切割，可以防止由于加工不同类型材料所致的划片品质的劣化。
<本公开的实施方式的图像传感器20的第三变形例>
接下来，图14示出可防止光从厚度增加的薄膜接合树脂层22的侧部进入的图像传感器20的第三变形例。
在第三变形例中，在图像传感器20的端部处的遮光体23的遮光壁26延伸到光接收元件层21的侧部，从而形成突出部分61。
突出部分61的形成类似于第二变形例的情况。然而，在第三变形例的情况下，在光接收元件层21中也需要形成与突出部61接合的区域的凹进形状。
在第三变形例中，接合树脂层22的侧部为突出部分61所遮挡。因此，可以防止光从薄膜接合树脂层22的侧部进入并入射在光接收元件上，并且抑制图像品质的劣化。
进一步地，采用突出部分61，薄膜接合树脂层22的外部暴露面积减小。因此，可以抑制水的进入并且提高可靠性(例如，耐湿性)。
进一步地，与没有突出部分61的状态相比，采用突出部分61更加提高了图像传感器20的刚度，从而使得能够抑制图像传感器20的翘曲。
在单独切割(划片)形成在晶片上的多个图像传感器20的情况下，采用在存在突出部分61的位置处进行切割，可以防止由于加工不同类型材料所致的划片品质的劣化。
<图像传感器的用途例>
图15是示出其中使用上述图像传感器的用途例的图示。
图像传感器20可以用于例如如下检测诸如可见光、红外光、紫外光或X射线的光的各种情况。
—拍摄用于观看的图像的装置，如数码摄像机和具有摄像机功能的便携式装备。
—用于交通的装置，如拍摄汽车的前方和后方、汽车的周围、内部等的图像的车载传感器；监视行驶车辆和道路的监视摄像机；以及测量车辆等之间距离的距离传感器，其用于安全驾驶(例如，自动停止)、识别驾驶员的状态等。
—用于诸如电视(TV)、冰箱和空调之类的家用电器的装置，用以拍摄用户的姿势的图像，并根据姿势进行设备操作。
—用于医疗护理和健康护理的装置，如内窥镜和通过接收红外光进行血管造影的装置。
—用于安全的装置，如用于犯罪预防的监控摄像机和用于个人认证的摄像机。
—用于美容护理的装置，如拍摄皮肤图像的皮肤测量设备和拍摄头皮图像的显微镜。
—用于体育的装置，如运动摄像机和用于体育的可佩戴摄像机等。
—用于农业的装置，如用于监视农田和作物状况的摄像机。
本公开的实施方式不限于上述实施方式，并且在不偏离本公开的范围的情况下可以进行各种变动和修改。
也可以如下配置本技术。
(1)
一种图像传感器，包括：
遮光体，其具有遮光壁和各自形成在遮光壁之间的开口中的透光部分；
第一遮光层，其形成在遮光体的光入射面侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口；
微透镜，设置在遮光体的光入射面侧上的第一遮光层的每个开口中；以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据由微透镜收集并经由遮光体的透光部分输入的入射光进行光电转换。
(2)
根据(1)所述的图像传感器，进一步包括：
第二遮光层，其形成在遮光体的光接收元件层的一侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口。
(3)
根据(1)或(2)所述的图像传感器，
其中遮光体的遮光壁由Si形成。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的图像传感器，
其中第一遮光层由与遮光壁不同的遮光件形成。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的图像传感器，
其中第一遮光层的开口是圆形的。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的图像传感器，
其中第一遮光层的开口的壁面形状是倒锥形的或垂直的。
(7)
根据(2)至(6)中任一项所述的图像传感器，
其中第二遮光层由与遮光壁不同的遮光件形成。
(8)
根据(2)至(7)中任一项所述的图像传感器，
其中第二遮光层的开口是矩形的。
(9)
根据(2)至(8)中任一项所述的图像传感器，
其中遮光体的透光部分通过将遮光件填充到遮光壁之间的开口当中来形成。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的图像传感器，进一步包括：
接合层，其接合遮光体和光接收元件层；以及
遮光部分，其遮挡接合层的侧部。
(11)
根据(10)所述的图像传感器，
其中遮光部分通过遮光体的遮光壁的延伸来形成。
(12)
根据(10)或(11)所述的图像传感器，
其中遮光部分通过将遮光体的遮光壁延伸到接合层来形成。
(13)
根据(10)或(11)所述的图像传感器，
其中遮光部分通过将遮光体的遮光壁延伸到光接收元件层来形成。
(14)
一种电子装置，其具有安装在其上的图像传感器，
所述图像传感器包括：
遮光体，其具有遮光壁和各自形成在遮光壁之间的开口中的透光部分，
第一遮光层，其形成在遮光体的光入射面侧上，并且针对遮光体的每个开口具有比遮光体的开口窄的开口，
微透镜，设置在遮光体的光入射面侧上的第一遮光层的每个开口中，以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据由微透镜收集并经由遮光体的透光部分输入的入射光进行光电转换。
(15)
一种图像传感器，包括：
遮光体，其具有各自使用Si作为遮光件的遮光壁和各自通过将透明件填充到遮光壁之间的开口当中形成的透光部分；以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个光接收元件根据经由遮光体输入的入射光进行光电转换。
附图标记清单
20 图像传感器
21 光接收元件层
22 薄膜接合树脂层
23 遮光体
24 底面遮光层
25 透光部分
26 遮光壁
27 顶面遮光层
28 微透镜
51 突出部分
61 突出部分。

Claims (15)

1.一种图像传感器，包括：
遮光体，其具有遮光壁和各自形成在所述遮光壁之间的开口中的透光部分；
第一遮光层，其形成在所述遮光体的光入射面侧上，并且针对所述遮光体的每个所述开口具有比所述遮光体的所述开口窄的开口；
微透镜，设置在所述遮光体的所述光入射面侧上的所述第一遮光层的每个所述开口中；以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个所述光接收元件根据由所述微透镜收集并经由所述遮光体的所述透光部分输入的入射光进行光电转换。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：
第二遮光层，其形成在所述遮光体的所述光接收元件层的一侧上，并且针对所述遮光体的每个所述开口具有比所述遮光体的所述开口窄的开口。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述遮光体的所述遮光壁由Si形成。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述第一遮光层由与所述遮光壁不同的遮光件形成。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述第一遮光层的所述开口是圆形的。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述第一遮光层的所述开口的壁面形状是倒锥形的或垂直的。
7.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述第二遮光层由与所述遮光壁不同的遮光件形成。
8.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述第二遮光层的开口是矩形的。
9.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中所述遮光体的透光部分通过将遮光件填充到所述遮光壁之间的开口当中来形成。
10.根据权利要求2所述的图像传感器，进一步包括：
接合层，接合所述遮光体和所述光接收元件层；以及
遮光部分，遮挡所述接合层的侧部。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中所述遮光部分通过所述遮光体的所述遮光壁的延伸来形成。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中所述遮光部分通过将所述遮光体的所述遮光壁延伸到所述接合层来形成。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中所述遮光部分通过将所述遮光体的所述遮光壁延伸到所述光接收元件层来形成。
14.一种电子装置，其具有安装在其上的图像传感器，
所述图像传感器包括：
遮光体，其具有遮光壁和各自形成在所述遮光壁之间的开口中的透光部分，第一遮光层，其形成在所述遮光体的光入射面侧上，并且针对所述遮光体的每个所述开口具有比所述遮光体的所述开口窄的开口，
微透镜，设置在所述遮光体的所述光入射面侧上的所述第一遮光层的每个所述开口中，以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个所述光接收元件根据由所述微透镜收集并经由所述遮光体的所述透光部分输入的入射光进行光电转换。
15.一种图像传感器，包括：
遮光体，其具有各自使用Si作为遮光件的遮光壁和各自通过将透明件填充到所述遮光壁之间的开口当中形成的透光部分；以及
光接收元件层，具有大量光接收元件的阵列，每个所述光接收元件根据经由所述遮光体输入的入射光进行光电转换。
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