CN111788689A - 摄像元件和摄像元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明减少在摄像元件中入射光的反射，其中，透明树脂被布置在微透镜的表面上。根据本发明的摄像元件设置有像素、微透镜、透明树脂层和密封玻璃。像素被形成在半导体基板上，并且产生与照射在像素上的光对应的图像信号。微透镜与像素相邻布置，并且在使像素的表面平坦化的同时将入射光聚焦在像素上。透明树脂层与微透镜相邻布置，并且被构造为具有与微透镜的折射率相差预定值的折射率。密封玻璃与透明树脂相邻布置，并且密封半导体基板。

Description

摄像元件和摄像元件的制造方法
技术领域
本发明涉及摄像元件和摄像元件的制造方法。具体地，本发明涉及包括微透镜的摄像元件和该摄像元件的制造方法。
背景技术
通常，人们已经使用如下的摄像元件：其具有用于执行摄像并且被容纳在具有玻璃窗的中空封装中的半导体芯片。为了提高可靠性，该中空封装使用陶瓷等形成。用于将照射光转换为电信号的像素以二维格子的方式被布置在摄像元件中。在多个像素中的各者中布置有微透镜，并且微透镜收集入射光。在上述中空封装中，封装内的空气与微透镜彼此接触。由于空气的折射率相对较小，因此可以增大空气与微透镜之间的折射率差，并且可以使入射光在微透镜的表面上很大程度地折射。因此，可以提高微透镜收集入射光的效率。
相比之下，已经提出了具有简化构造的摄像元件，其中，密封玻璃经由透明树脂被粘合至半导体芯片的受光表面。在该摄像元件的情况下，微透镜与透明树脂接触。由于透明树脂具有比空气高的折射率，因此通过采用具有较大折射率的氮化硅(SiN)作为微透镜材料，可以确保微透镜的表面上的折射率差，并且可以减小光收集率的降低。例如，已经提出了如下固体摄像元件：其具有在包括光电转换单元的半导体基板上依次层叠的透光绝缘层、第一平坦化层、滤色器、第二平坦化层、应力缓和层、包含SiN的微透镜和透明树层脂(例如，参见专利文献1)。在该固体摄像元件中，第二平坦化层是使用有机材料形成的，且因此应力缓和层被布置在第二平坦化层与使用无机材料形成的微透镜之间。该应力缓和层在第二平坦化膜与微透镜之间具有中间膜应力，并且缓和第二平坦化膜与微透镜之间的应力差。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2014-168098号
发明内容
本发明要解决的问题
在上述传统技术中，由于具有不同折射率的多个层被布置在微透镜与滤色器之间，因此存在入射光在这些层之间的界面处反射的问题。由于反射的入射光在密封玻璃与空气(外部空气)之间的界面处被再次反射并进入像素，因此存在图像质量劣化的问题。
本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的目的是在具有被布置在微透镜的表面上的透明树脂的摄像元件中减少入射光的反射。
解决问题的技术方案
本发明旨在解决上述问题，并且本发明的第一方面是一种摄像元件，其包括：像素，其被形成在半导体基板上，并且被构造为根据照射光生成图像信号；微透镜，其被布置为与所述像素相邻，并且被构造为收集入射光，使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；透明树脂层，其被布置为与所述微透镜相邻，并且具有与所述微透镜的折射率相差预定差的折射率；以及密封玻璃，其被布置为与所述透明树脂相邻，并且密封所述半导体基板。
此外，在第一方面中，所述透明树脂层可以具有使所述预定差为0.4至0.6的所述折射率。
此外，在第一方面中，所述透明树脂层可以包括第一透明树脂层和第二透明树脂层，所述第一透明树脂层被布置为与所述微透镜相邻，并且具有与所述微透镜的所述折射率相差所述预定差的折射率，所述第二透明树脂层具有不同于所述第一透明树脂层的折射率。
此外，在第一方面中，所述透明树脂层可以包括位于所述第一透明树脂层与所述第二透明树脂层之间的防反射层。
此外，在第一方面中，所述微透镜可以使用有机材料形成。
此外，在第一方面中，所述微透镜可以包括透镜部和平坦化部，所述透镜部使用无机材料形成，所述平坦化部具有与所述透镜部基本相同的折射率并且被布置为与所述像素相邻。
此外，在第一方面中，所述微透镜可以包括防反射膜。
此外，在第一方面中，所述微透镜包括作为所述微透镜的凹凸表面的区域，所述区域用作所述防反射膜。
此外，在第一方面中，还可以包括被布置为与所述密封玻璃的表面相邻的摄像透镜，所述表面与所述密封玻璃的布置有所述透明树脂层的表面不同。
此外，本技术的第二方面是一种摄像元件的制造方法，所述方法包括：将像素形成在半导体基板上的像素形成步骤，所述像素被构造为根据照射光生成图像信号；将微透镜布置成与所形成的所述像素相邻的微透镜布置步骤，所述微透镜收集入射光以使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；将透明树脂层布置成与所布置的所述微透镜相邻的透明树脂层布置步骤，所述透明树脂层的折射率与所述微透镜的折射率相差预定差；以及将密封玻璃布置成与所布置的所述透明树脂层相邻的密封步骤，所述密封玻璃密封所述半导体基板。
该方面带来了如下效果：在使用具有与透明树脂层的折射率相差预定差的折射率的微透镜的同时，通过微透镜使像素的表面平坦化。可以省略用于使像素的表面平坦化的膜，并且在具有与布置在像素中的微透镜相邻布置的透明树脂层和密封玻璃的摄像元件中，假设减少了入射光在像素表面处的反射。
本发明的效果
根据本发明，表现出在具有布置在微透镜的表面上的透明树脂的摄像元件中减少入射光的反射的优异效果。
附图说明
图1是图示了根据本发明的实施例的摄像元件的构造示例的图。
图2是图示了根据本发明的实施例的像素的构造示例的图。
图3是图示了根据本发明的实施例的摄像元件的构造示例的横截面图。
图4是图示了根据本发明的第一实施例的像素的构造示例的横截面图。
图5是图示了根据本发明的第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图6是图示了根据本发明的第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图7是图示了根据本发明的第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。
图8是图示了根据本发明的第二实施例的像素的构造示例的横截面图。
图9是图示了根据本发明的第三实施例的像素的构造示例的横截面图。
图10是图示了根据本发明的第四实施例的像素的构造示例的横截面图。
图11是图示了根据本发明的第四实施例的防反射膜的构造示例的图。
图12是图示了根据本发明的第五实施例的像素的构造示例的横截面图。
图13是图示了作为应用本技术的摄像装置的示例的相机的示意性构造示例的框图。
具体实施方式
接下来，将参照附图描述用于实现本发明的实施方式(在下文中称为实施例)。在下面的附图中，相同或相似的部分由相同或相似的附图标记表示。需要注意，附图是示意性的，并且各个部分的尺寸比率等并不总是与实际的尺寸比率对应。此外，不言而喻，尺寸关系和比率在附图之间是不同的。此外，将按照以下顺序描述实施例。
1.第一实施例
2.第二实施例
3.第三实施例
4.第四实施例
5.第五实施例
6.相机的应用例
<1.第一实施例>
[摄像元件的构造]
图1是图示了根据本发明的实施例的摄像元件的构造示例的图。图1中的摄像元件1包括像素阵列单元10、垂直驱动单元201、列信号处理单元202和控制单元203。
像素阵列单元10具有以二维格子的方式布置的像素100。这里，像素100生成与照射光对应的图像信号。像素100包括根据照射光生成电荷的光电转换单元。此外，像素100还包括像素电路。该像素电路基于由光电转换单元生成的电荷来生成图像信号。图像信号的生成是由下述垂直驱动单元201生成的控制信号控制的。在像素阵列单元10中，信号线109和108以XY矩阵方式被布置。信号线109是用于传输像素100中的像素电路的控制信号的信号线，针对像素阵列单元10的每一行被布置，并且被共同连线至布置在每一行中的像素100。信号线108是用于传输由像素100的像素电路生成的图像信号的信号线，针对像素阵列单元10的每一列被布置，并且被共同连线至布置在每一列中的像素100。光电转换单元和像素电路形成在半导体基板上。
垂直驱动单元201生成像素100的像素电路的控制信号。垂直驱动单元201经由图1中的信号线109将所生成的控制信号传输到像素100。列信号处理单元202处理由像素100生成的图像信号。列信号处理单元202处理经由图1中的信号线108从像素100传输的图像信号。列信号处理单元202中的处理对应于例如用于将在像素100中生成的模拟图像信号转换为数字图像信号的模数转换。列信号处理单元202处理后的图像信号作为摄像元件1的图像信号被输出。控制单元203控制整个摄像元件1。控制单元203通过生成并输出用于控制垂直驱动单元201和列信号处理单元202的控制信号来控制摄像元件1。由控制单元203生成的控制信号经由信号线209和208被传输到垂直驱动单元201和列信号处理单元202中的各者。
上述的垂直驱动单元201、列信号处理单元202和控制单元203形成在与像素阵列单元10不同的半导体芯片上。具体地，垂直驱动单元201、列信号处理单元202和控制单元203形成在信号处理芯片20上。如下所述，信号处理芯片20被粘合并层叠在构成像素阵列单元10的半导体芯片上，以形成一个半导体封装。
[像素的电路构造]
图2是图示了根据本发明的实施例的像素的构造示例的图。图2是图示了像素100的构造示例的电路图。图2中的像素100包括光电转换单元101、电荷保持单元102以及MOS晶体管103至106。
光电转换单元101的阳极接地，并且光电转换单元101的阴极连接至MOS晶体管103的源极。MOS晶体管103的漏极连接至MOS晶体管104的源极、MOS晶体管105的栅极和电荷保持单元102的一端。电荷保持单元102的另一端接地。MOS晶体管104和105的漏极共同连接至电源线Vdd，并且MOS晶体管105的源极连接至MOS晶体管106的漏极。MOS晶体管106的源极连接至信号线108。MOS晶体管103、104和106的栅极分别连接至传输信号线TR、复位信号线RST和选择信号线SEL。需要注意，传输信号线TR、复位信号线RST和选择信号线SEL构成信号线109。
如上所述，光电转换单元101根据照射光生成电荷。光电二极管可以用于光电转换单元101。此外，电荷保持单元102和MOS晶体管103至106构成像素电路。
MOS晶体管103是将由光电转换单元101的光电转换生成的电荷传输到电荷保持单元102的晶体管。MOS晶体管103中的电荷传输由通过传输信号线TR传输的信号控制。电荷保持单元102是保持由MOS晶体管103传输的电荷的电容器。MOS晶体管105是基于保持在电荷保持单元102中的电荷来生成信号的晶体管。MOS晶体管106是将由MOS晶体管105生成的信号作为图像信号输出至信号线108的晶体管。MOS晶体管106由选择信号线SEL传输的信号控制。
MOS晶体管104是通过将保持在电荷保持单元102中的电荷排放到电源线Vdd而使电荷保持单元102复位的晶体管。由MOS晶体管104进行的复位受通过复位信号线RST传输的信号控制，并在MOS晶体管103进行电荷传输之前执行。需要注意，在该复位时，可以通过使MOS晶体管103导电而进一步使光电转换单元101复位。以这种方式，像素电路将由光电转换单元101生成的电荷转换为图像信号。
[摄像元件的横截面构造]
图3是图示了根据本发明的实施例的摄像元件的构造示例的横截面图。图3是图示了摄像元件1的构造的横截面图。图3中的摄像元件1包括像素阵列单元10、信号处理芯片20和摄像透镜181。
图3中的像素阵列单元10包括半导体基板12、配线区域13、透明树脂层161和密封玻璃171。
半导体基板12是其中形成有布置在像素阵列单元10中的像素100的元件之中的半导体区域部分的半导体基板。半导体基板12可以使用硅形成。
配线区域13是形成有用于连接像素100的元件的配线和构成信号线109等的配线的区域。配线区域13中布置有芯片间连接焊盘134。芯片间连接焊盘134是如下电极：其连接至布置在下述信号处理芯片20中的芯片间连接焊盘234，并且交换信号等。芯片间连接焊盘134可以使用金属(例如，铜(Cu))形成。
半导体基板12的后表面上形成有微透镜151，该后表面是与布置有配线区域13的前表面不同的表面。微透镜151是收集入射光并且将入射光照射到布置在像素阵列单元10中的像素100上的透镜。将对照射在半导体基板12的后表面上的入射光进行摄像的类型的摄像元件称为背照式摄像元件。
密封玻璃171是密封摄像元件1并保护摄像元件1的玻璃。作为密封玻璃171，例如，可以使用折射率为1.5的玻璃。
透明树脂层161是布置在半导体基板12与密封玻璃171之间的透明树脂。透明树脂层161是在半导体基板12的后表面上与微透镜151相邻布置的并且将密封玻璃171粘合至半导体基板12的树脂。此外，透明树脂层161的折射率与微透镜151的折射率相差预定差。此外，通过将透明树脂层161的折射率设定为与密封玻璃171相同的1.5，可以使入射光在密封玻璃171与透明树脂层161之间的界面处的反射减少。下面将描述透明树脂层161和微透镜151的构造的细节。
信号处理芯片20包括半导体基板22、配线区域23、贯通电极243、后表面侧焊盘242、树脂层241和焊球244。
半导体基板12是使用硅等形成的半导体基板，并且在半导体基板22中形成有构成信号处理芯片20中所包括的垂直驱动单元201、列信号处理单元202和控制单元203的元件之中的半导体区域部分。
配线区域23是形成有用于连接信号处理芯片20中所包括的元件的配线等的区域。与像素阵列单元10的芯片间连接焊盘134连接的芯片间连接焊盘234布置在配线区域23中。此外，前表面侧焊盘235布置在配线区域23中。前表面侧焊盘235是经由下述贯通电极243而连接至后表面侧焊盘242的电极。
后表面侧焊盘242布置在半导体基板22的后表面上。后表面侧焊盘242是用于与外部电路连接的电极，外部电路诸如是与摄像元件1连接的图像处理装置等。贯通电极243布置在前表面侧焊盘235与后表面侧焊盘242之间，并且电气连接前表面侧焊盘235和后表面侧焊盘242。后表面侧焊盘242和贯通电极243可以使用金属(例如，Cu)形成。
焊球244是与后表面侧焊盘242相邻布置的半球形焊料。焊球244是用于将摄像元件1安装在外部电路的基板上的焊料。树脂层241是用于保护信号处理芯片20和后表面侧焊盘242的树脂。对于树脂层241而言，例如，可以使用阻焊剂。
像素阵列单元10的配线区域13和信号处理芯片20的配线区域23接合，使得像素阵列单元10和信号处理芯片20层叠。此时，芯片间连接焊盘134和234相邻地接合。具体地，通过以彼此相邻的方式对准芯片间连接焊盘134和234来使像素阵列单元10和信号处理芯片20彼此接触，并且像素阵列单元10和信号处理芯片20被加热并压焊。结果，配线区域13和23连接，并且芯片间连接焊盘134和234被机械且电气连接。结果，像素阵列单元10与信号处理芯片20之间的信号传输成为可能。将半导体芯片之间的这种连接称为Cu-Cu连接。图1中所示的信号线108和109包括该Cu-Cu连接。
摄像透镜181被称为晶片级透镜，并且是与摄像元件1一体形成的摄像透镜。
需要注意，摄像元件1的构造不限于该示例。例如，代替焊球244，可以采用用于焊料连接的焊盘相对于树脂层241以岛状布置的构造。此外，可以采用没有摄像透镜181的摄像元件1。
[像素的构造]
图4是图示了根据本发明的第一实施例的像素的构造示例的横截面图。图4是图示了像素阵列单元10的形成有像素100的区域的横截面图。
图4中的像素100包括半导体基板12、配线区域13、绝缘膜123、遮光膜142、滤色器141和微透镜151。
在半导体基板12中，例如，形成有p型阱区121，并且在阱区121中形成有构成像素100的元件的半导体区域。为方便起见，假设使用阱区121形成图4中的半导体基板12。在图4中，将图2中所示的光电转换单元101图示为构成像素100的元件的示例。图4中的半导体区域122是n型半导体区域。使用半导体区域122和围绕半导体区域122的阱区来形成光电转换单元101。通过在n型半导体区域122与p型阱区之间的界面处的pn结来形成光电二极管。
配线区域13中布置有绝缘层131、配线层132和过孔插塞133。配线层132是传输信号的配线。构成像素100的元件通过配线层132被接线。配线层132可以使用诸如Cu等的金属形成。
绝缘层使配线层132绝缘。例如，绝缘层131可以使用诸如氧化硅(SiO2)等的绝缘材料形成。配线层132和绝缘层131可以形成为多层。图4图示了形成为三层的配线层132和绝缘层131的示例。过孔插塞133连接形成在不同层中的配线层132。过孔插塞133可以使用例如Cu或钨(W)形成。
配线层132经由过孔插塞133连接至布置在配线区域13的表面上的芯片间连接焊盘134。如上所述，配线层132、过孔插塞133和芯片间连接焊盘134构成像素阵列单元10中的信号线109等。
绝缘膜123是使半导体基板12绝缘的膜。绝缘膜123可以使用例如SiO2形成。
滤色器141是使进入像素100的光之中的具有预定波长的光透射的滤光器。作为滤色器141，可以布置使红光、绿光和蓝光中任一者透射的滤色器。滤色器141可以使用有机材料形成，例如其中分散有颜料或染料的树脂。此时，滤色器141根据透射的光的波长而具有不同的厚度和不同的折射率。滤色器141的折射率例如为1.6至1.8。
遮光膜142设置在像素100之间并且遮挡入射光。遮光膜142遮挡从相邻像素100倾斜入射的光。利用遮光膜142，可以防止通过与相邻像素100的不同颜色对应的滤色器141透射的光的入射，并且可以防止颜色混合的发生。
微透镜151是收集像素100的光电转换单元101上的入射光的半球形透镜。微透镜151是针对每个像素100布置的，并且被布置成与像素100相邻。在图4中，微透镜151被布置成与像素100中的滤色器141相邻。此外，微透镜151使像素100的表面平坦化。在图4中，微透镜151使滤色器141的表面平坦化。如上所述，滤色器141根据对应的颜色被形成为具有不同的厚度。图4中的微透镜151在使滤色器141的表面平坦化的同时被形成为半球形形状。结果，可以在相邻像素100之间使微透镜151的高度均匀。此外，图4中的微透镜151可以使用有机材料形成，并且可以是折射率为2.0的透镜。具体地，可以使用其中作为填充剂分散有氧化钛(TiO2)的丙烯酸树脂来形成微透镜151。
透明树脂层161被布置成与微透镜151相邻，并且具有与微透镜151的折射率不同的折射率。由此，入射光可以在透明树脂层161与微透镜151之间的界面处折射。透明树脂层161可以使用例如丙烯酸树脂或环氧树脂形成。例如，使用这些树脂可以将折射率设定为1.5。
透明树脂层161与微透镜151之间的折射率差越大，越能够更大程度折射透射通过微透镜151的入射光，并且能够进一步缩短焦距。例如，可以采用0.4至0.6作为折射率差，并且可以根据基于折射率差的焦距来形成像素100。在微透镜151和透明树脂层161的上述示例中，折射率差为0.5。通过采用如上所述的简化封装，可以在具有在微透镜151的表面上未布置有空气层的构造的摄像元件1中收集入射光。可以布置折射率较大的透明树脂层161来代替折射率为1.0的空气。
此外，使用有机材料形成的微透镜151在使滤色器141的表面平坦化的同时被形成。因此，可以省略滤色器141与微透镜151之间的平坦化膜。此外，由于滤色器141和微透镜151是使用树脂形成的，因此滤色器141和微透镜151的热膨胀系数彼此相对接近。因此，减少了由于热膨胀系数的差异引起的应力的发生，并且可以省略用于缓和应力的膜的布置。
在将平坦化膜等布置在滤色器141与微透镜151之间的情况下，会发生如下现象：由平坦化膜等反射的入射光在与空气接触的密封玻璃171的表面处被再次反射，并进入像素100。这会引起例如所谓的同心光在摄像光源周围被反射的环形光斑，从而导致图像质量劣化。由于图4中的摄像元件1不需要平坦化膜等，因此可以简化像素100的膜构造，并且可以减少入射光的反射。能够防止图像质量劣化。
[摄像元件的制造方法]
图5至图7是图示了根据本发明的第一实施例的摄像元件的制造方法的示例的图。图5至图7是图示了摄像元件1的制造步骤的示例的图。首先，将阱区121和半导体区域122等形成在构成半导体基板12的半导体晶片301上。接下来，将配线区域13形成在半导体基板12的表面上(图5中的a)。
接下来，将构成半导体基板12的半导体晶片301倒置并粘合至构成形成有配线区域23的半导体基板22的半导体晶片302。此时，在芯片间连接焊盘134和234之间形成Cu-Cu连接。接下来，对构成半导体基板12的半导体晶片301的表面进行研磨以减小厚度(图5中的b)。
接下来，将绝缘膜123、遮光膜142和滤色器141依次层叠在半导体基板12的表面上(图5中的c)。像素100可以通过图5中的a至c所示的步骤而形成在半导体基板12上。
接下来，将用作微透镜151的材料的树脂层401涂布在滤色器141的表面上，并且将抗蚀剂402布置在树脂层401的表面上。抗蚀剂402形成为与微透镜151相似的半球形形状。例如，对抗蚀剂材料进行涂布、曝光和显影以形成岛状抗蚀剂。此后，使用回流炉等将抗蚀剂加热至等于或高于抗蚀剂的软化温度的温度，并且将其形成为半球形形状(图6中的d)。
接下来，使用抗蚀剂402作为掩模来蚀刻树脂层401。干法蚀刻可以用作该蚀刻。由此，将抗蚀剂402的形状转印至树脂层401，并且可以形成微透镜151。这种微透镜151的制造方法被称为回蚀法(图6中的e)。通过该处理，可以将微透镜151布置成与像素100的滤色器141相邻。
接下来，将透明树脂层161涂布到微透镜151的表面上(图7中的f)。由此，可以将透明树脂层161布置成与微透镜151相邻。接下来，将密封玻璃171布置在所涂布的透明树脂层161的表面上，并将透明树脂层161固化(图7中的g)。由此，可以将密封玻璃171布置成与透明树脂层161相邻，并且可以用密封玻璃171密封半导体基板12。
接下来，在半导体基板22中形成贯通电极243和后表面侧焊盘242，并且涂布树脂层241。蚀刻所涂布的树脂层241以形成与后表面侧焊盘242相邻的开口，并且在该开口中形成焊球244。接下来，将摄像透镜181放置在密封玻璃171的表面上并且切成单片。可以通过上述步骤制造摄像元件1。
需要注意，摄像元件1的制造方法不限于该示例。例如，在形成微透镜151时，可以通过旋涂等将微透镜151的材料树脂涂布到滤色器141的表面上以使滤色器141的表面平坦化。此后，可以厚厚地涂布微透镜151的材料树脂以形成树脂层401。
如上所述，对于根据本发明的第一实施例的摄像元件1而言，使用由有机材料形成的并且折射率与透明树脂层161的折射率相差预定差的微透镜151。结果，可以减少入射光在具有布置在微透镜的表面上的透明树脂的摄像元件中的反射。
<2.第二实施例>
上述第一实施例的摄像元件1使用由有机材料形成的微透镜151。相比之下，根据本发明的第二实施例的摄像元件1与上述第一实施例的不同之处在于，使用由无机材料形成的微透镜。
[像素的构造]
图8是图示了根据本发明的第二实施例的像素的构造示例的横截面图。图8中的摄像元件1与参照图4描述的摄像元件1的不同之处在于，包括微透镜156来代替微透镜151。
微透镜156包括透镜部152和平坦化部153。透镜部152是使用无机材料形成的透镜。作为构成透镜部152的材料，例如，可以使用折射率为2.0以上的氧化物等。通过使用透镜部152，可以将与透明树脂层161的折射率差设定为0.5以上。
平坦化部153被布置成与像素100的表面相邻以使像素100的表面平坦化。在图8中，平坦化部153使滤色器141的表面平坦化。透明树脂可以用于平坦化部153。此外，通过将平坦化部153的折射率设定为与透镜部152的折射率基本相同的值，可以减少入射光在透镜部152与平坦化部153之间的界面处的反射。
此外，在将平坦化部153的膜应力设定为透镜部152和滤色器141的各自膜应力之间的值的情况下，可以缓和透镜部152和滤色器141的膜应力。
省略了摄像元件1的除了上述构造以外的构造的描述，这是因为这些构造与本发明的第一实施例中所述的摄像元件1的构造相似。
如上所述，根据本发明的第二实施例的摄像元件1具有布置在透镜部152与滤色器141之间的平坦化部153，从而在使用由无机材料形成的透镜部152的情况下减少了入射光的反射。
<3.第三实施例>
上述实施例的摄像元件1使用单层透明树脂层161。相比之下，根据本发明的第三实施例的摄像元件1与上述第一实施例的不同之处在于，使用包括多个层的透明树脂层。
[像素的构造]
图9是图示了根据本发明的第三实施例的像素的构造示例的横截面图。图9中的摄像元件1与参照图4描述的摄像元件1的不同之处在于，包括微透镜154来代替微透镜151，并且还包括透明树脂层162和防反射层163。
微透镜154是折射率的值小于微透镜151的折射率的透镜，例如，微透镜154的折射率的值为1.9。例如，微透镜154可以使用诸如树脂等的有机材料形成。由于不使用具有高折射率的树脂，因此类似于微透镜151，可以相对容易地形成微透镜。
透明树脂层162是与微透镜154相邻布置并且折射率与微透镜154的折射率相差预定差的透明树脂层。此外，透明树脂层161是具有与透明树脂层162的折射率不同的折射率的透明树脂层。透明树脂层161的折射率可以被设定为例如1.5，这与密封玻璃171的折射率相同。
在使用折射率为1.9的微透镜154并采用值0.5作为与透明树脂层的折射率差的情况下，需要使用折射率为1.4以下的透明树脂层。然而，在布置折射率为1.4以下的透明树脂层的情况下，该折射率与密封玻璃171的折射率不同。因此，在透明树脂层与密封玻璃171之间的界面处会发生入射光的反射。因此，将具有与密封玻璃171相同的折射率的透明树脂层161用作与密封玻璃171相邻的透明树脂层，并且进一步布置折射率为1.4以下的透明树脂层162。由此，可以在防止透明树脂层与密封玻璃171之间的入射光反射的同时，确保作为透明树脂层与微透镜154之间的折射率差的上述预定差。需要注意，透明树脂层162是权利要求中描述的第一透明树脂层的示例。透明树脂层161是权利要求中描述的第二透明树脂层的示例。
防反射层163被布置在透明树脂层161和162之间，并减少入射光在防反射层163与透明树脂层161和162中各者之间的界面处的反射。防反射层163被形成为具有入射光的波长的1/4的厚度，从而使来自防反射层163与透明树脂层162之间的界面的反射光的相位相对于来自防反射层163与透明树脂层161之间的界面的反射光反转。由此，来自透明树脂层161和162中各者与防反射层163之间的界面的反射光被抵消，并且反射被减少。可以使用例如SiO2、SiN和SiON形成这种防反射层163。通过进一步包括防反射层163，可以减少入射光在防反射层163与透明树脂层161和162中各者之间的界面处的反射。需要注意，可以省略防反射层163。
省略了摄像元件1的除了上述构造以外的构造的描述，这是因为这些构造与本发明的第一实施例中所述的摄像元件1的构造相似。
如上所述，根据本发明的第三实施例的摄像元件1具有折射率不同的透明树脂层161和162。由此，可以在防止透明树脂层与密封玻璃171之间的反射的同时，布置折射率与微透镜154相差预定差的透明树脂层，并且即使在使用具有相对较小折射率的微透镜154的情况下，也可以减少入射光的反射。
<4.第四实施例>
上述第三实施例的摄像元件1使用防反射层163。相比之下，根据本发明的第四实施例的摄像元件1与上述第三实施例的不同之处在于，使用包括防反射膜的微透镜。
[像素的构造]
图10是图示了根据本发明的第四实施例的像素的构造示例的横截面图。图10中的摄像元件1与参照图9描述的摄像元件1的不同之处在于，还包括在微透镜154的表面上的防反射膜155。
防反射膜155是形成在微透镜154的表面上的膜，并且减少入射光在微透镜154与透明树脂层162之间的界面处的反射。通过布置防反射膜155，可以进一步减少摄像元件1中的入射光的反射。
[防反射膜的构造]
图11是图示了根据本发明的第四实施例的防反射膜的构造示例的图。图11中的防反射膜155具有形成在微透镜154的表面上的凹凸。这种凹凸会散射反射光并抑制光再次入射到像素100上。这种防反射膜155可以通过例如选择性地蚀刻微透镜154中所含的金属而被形成。需要注意，防反射膜155的凹凸部的尺寸有利地为150nm以下。这是因为可以降低衍射对相邻像素100的影响。需要注意，防反射膜155的构造不限于该示例。例如，可以使用具有与防反射层163相似的构造的防反射膜155。
省略了摄像元件1的除了上述构造以外的构造的描述，这是因为这些构造与本发明的第三实施例中所述的摄像元件1的构造相似。
如上所述，根据本发明的第四实施例的摄像元件1使用包括防反射膜155的微透镜154，从而进一步抑制入射光的反射。
<5.第五实施例>
上述第二实施例的摄像元件1使用由折射率为2.0以上的无机材料形成的透镜部152。相比之下，根据本发明的第五实施例的摄像元件1与上述第二实施例的不同之处在于，使用由具有相对较小折射率的无机材料形成的透镜部。
[像素的构造]
图12是图示了根据本发明的第五实施例的像素的构造示例的横截面图。图12中的摄像元件1与参照图8描述的摄像元件1的不同之处在于，使用微透镜159来代替微透镜156，并且还包括参照图9描述的透明树脂层162和防反射层163。
图12中的微透镜159包括透镜部157和平坦化部158。透镜部157使用无机材料形成，并且折射率被设定为例如1.9。此外，图12中的平坦化部158具有与透镜部157基本相同的折射率。省略了透镜部157和平坦化部158的其他构造的描述，这是因为这些构造与参照图8描述的透镜部152和平坦化部153的构造相似。
在图12的摄像元件1中，即使在使用由折射率为1.9的无机材料形成的透镜部157的情况下，滤色器141的表面也可以由平坦化部158平坦化，并且透镜部157与透明树脂层162之间的折射率差可以被设定为0.5。也就是说，可以获得与参照图4描述的使用由折射率为2.0的有机材料形成的微透镜151的情况相似的效果。此外，通过布置防反射层163，可以减少入射光在防反射层163与透明树脂层161和162中各者之间的界面处的反射。
省略了摄像元件1的除了上述构造以外的构造的描述，这是因为这些构造与本发明的第三实施例中所述的摄像元件1的构造相似。
如上所述，在根据本发明的第五实施例的摄像元件1中，布置有透明树脂层162和防反射层163。由此，在使用由无机材料形成的透镜部157的情况下，在确保透明树脂层162与透镜部157之间的折射率差为值0.5的同时，能够减少在防反射层163与透明树脂层161和162中各者之间的界面处的反射。
<6.相机的应用>
本技术可以应用于各种产品。例如，本技术可以被实现为安装在诸如相机等的摄像装置上的摄像元件。
图13是图示了作为应用本技术的摄像装置的示例的相机的示意性构造示例的框图。图13中的相机1000包括镜头1001、摄像元件1002、摄像控制单元1003、镜头驱动单元1004、图像处理单元1005、操作输入单元1006、帧存储器1007、显示单元1008和记录单元1009。
镜头1001是相机1000的摄像透镜。镜头1001收集来自被摄体的光，并使所收集的光进入下述摄像元件1002，以形成被摄体的图像。
摄像元件1002是半导体元件，其对由镜头1001收集的来自被摄体的光进行摄像。摄像元件1002根据照射光生成模拟图像信号，并将模拟图像信号转换为数字图像信号，并输出数字图像信号。
摄像控制单元1003控制由摄像元件1002进行的摄像。摄像控制单元1003通过生成控制信号并将该控制信号输出至摄像元件1002来控制摄像元件1002。此外，摄像控制单元1003可以基于从摄像元件1002输出的图像信号在相机1000中执行自动对焦。这里，自动对焦是检测镜头1001的焦点位置并自动调节焦点位置的系统。作为自动对焦，可以使用如下方法：通过使用布置在摄像元件1002中的相位差像素来检测像平面相位差，并且检测焦点位置，由此检测像平面相位差(像平面相位差自动对焦)。此外，还可以应用将图像的对比度最高的位置检测为焦点位置的方法(对比度自动对焦)。摄像控制单元1003基于检测到的焦点位置经由镜头驱动单元1004来调节镜头1001的位置，并执行自动对焦。需要注意，摄像控制单元1003可以使用例如配备有固件的数字信号处理器(DSP：Digital SignalProcessor)形成。
镜头驱动单元1004基于摄像控制单元1003的控制来驱动镜头1001。镜头驱动单元1004可以通过使用内置电机来改变镜头1001的位置，由此驱动镜头1001。
图像处理单元1005处理由摄像元件1002生成的图像信号。该处理对应于例如用于在与每个像素的红色、绿色和蓝色对应的图像信号中生成缺失颜色的图像信号的去马赛克、用于去除图像信号的噪声的降噪和图像信号的编码等。图像处理单元1005可以使用例如配备有固件的微型计算机形成。
操作输入单元1006从相机1000的用户接收操作输入。作为操作输入单元1006，例如，可以使用按钮或触摸面板。由操作输入单元1006接收的操作输入被传输到摄像控制单元1003和图像处理单元1005。此后，开始与该操作输入对应的处理，例如，诸如对被摄体进行摄像等的处理。
帧存储器1007是存储帧的存储器，帧是一个画面的图像信号。帧存储器1007由图像处理单元1005控制，并在图像处理过程中保存帧。
显示单元1008显示图像处理单元1005处理后的图像。对于显示单元1008而言，例如，可以使用液晶面板。
记录单元1009记录图像处理单元1005处理后的图像。对于记录单元1009而言，例如，可以使用存储卡或硬盘。
已经描述了可应用本发明的相机。本技术可以应用于上述构造之中的摄像元件1002。具体地，可以将参照图1描述的摄像元件1应用于摄像元件1002。通过将摄像元件1应用于摄像元件1002，可以在采用具有简单构造的封装的摄像元件中减少入射光的反射。可以防止由相机1000生成的图像的图像质量的劣化。
需要注意，尽管这里以相机为例进行了描述，但是根据本发明的技术可以应用于例如监视装置等。
最后，以上各实施例的描述是本发明的示例，并且本发明不限于上述实施例。因此，不言而喻，可以根据设计等进行即使是除上述实施例以外的各种修改，只要这些修改不脱离根据本发明的技术思想即可。
需要注意，本发明还可以具有以下构造。
(1)一种摄像元件，其包括：
像素，其被形成在半导体基板上，并且被构造为根据照射光生成图像信号；
微透镜，其被布置为与所述像素相邻，并且被构造为收集入射光，使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；
透明树脂层，其被布置为与所述微透镜相邻，并且具有与所述微透镜的折射率相差预定差的折射率；以及
密封玻璃，其被布置为与所述透明树脂相邻，并且密封所述半导体基板。
(2)根据(1)所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层具有使所述预定差为0.4至0.6的所述折射率。
(3)根据(1)或(2)所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层包括第一透明树脂层和第二透明树脂层，所述第一透明树脂层被布置为与所述微透镜相邻，并且具有与所述微透镜的所述折射率相差所述预定差的折射率，所述第二透明树脂层具有不同于所述第一透明树脂层的折射率。
(4)根据(3)所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层包括位于所述第一透明树脂层与所述第二透明树脂层之间的防反射层。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，所述微透镜使用有机材料形成。
(6)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括透镜部和平坦化部，所述透镜部使用无机材料形成，所述平坦化部具有与所述透镜部基本相同的折射率并且被布置为与所述像素相邻。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括防反射膜。
(8)根据(7)所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括作为所述微透镜的凹凸表面的区域，所述区域用作所述防反射膜。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的摄像元件，其还包括：
摄像透镜，其被布置为与所述密封玻璃的表面相邻，所述表面与所述密封玻璃的布置有所述透明树脂层的表面不同。
(10)一种摄像元件的制造方法，所述方法包括：
将像素形成在半导体基板上的像素形成步骤，所述像素被构造为根据照射光生成图像信号；
将微透镜布置成与所形成的所述像素相邻的微透镜布置步骤，所述微透镜收集入射光以使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；
将透明树脂层布置成与所布置的所述微透镜相邻的透明树脂层布置步骤，所述透明树脂层的折射率与所述微透镜的折射率相差预定差；以及
将密封玻璃布置成与所布置的所述透明树脂层相邻的密封步骤，所述密封玻璃密封所述半导体基板。
附图标记列表
1 摄像元件
10 像素阵列单元
12、22 半导体基板
13、23 配线区域
20 信号处理芯片
100 像素
123 绝缘膜
141 滤色器
142 遮光膜
151、154、156、159 微透镜
152、157 透镜部
153、158 平坦化部
155 防反射膜
161、162 透明树脂层
163 防反射层
171 密封玻璃
181 摄像透镜
1002 摄像元件

Claims (10)

1.一种摄像元件，其包括：
像素，其被形成在半导体基板上，并且被构造为根据照射光生成图像信号；
微透镜，其被布置为与所述像素相邻，并且被构造为收集入射光，使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；
透明树脂层，其被布置为与所述微透镜相邻，并且具有与所述微透镜的折射率相差预定差的折射率；以及
密封玻璃，其被布置为与所述透明树脂相邻，并且密封所述半导体基板。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层具有使所述预定差为0.4至0.6的所述折射率。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层包括第一透明树脂层和第二透明树脂层，所述第一透明树脂层被布置为与所述微透镜相邻并且具有与所述微透镜的所述折射率相差所述预定差的折射率，所述第二透明树脂层具有不同于所述第一透明树脂层的折射率。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，其中，所述透明树脂层包括位于所述第一透明树脂层与所述第二透明树脂层之间的防反射层。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述微透镜使用有机材料形成。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括透镜部和平坦化部，所述透镜部使用无机材料形成，所述平坦化部具有与所述透镜部基本相同的折射率并且被布置为与所述像素相邻。
7.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括防反射膜。
8.根据权利要求7所述的摄像元件，其中，所述微透镜包括作为所述微透镜的凹凸表面的区域，所述区域用作所述防反射膜。
9.根据权利要求1所述的摄像元件，其还包括：
摄像透镜，其被布置为与所述密封玻璃的表面相邻，所述表面与所述密封玻璃的布置有所述透明树脂层的表面不同。
10.一种摄像元件的制造方法，所述方法包括：
将像素形成在半导体基板上的像素形成步骤，所述像素被构造为根据照射光生成图像信号；
将微透镜布置成与所形成的所述像素相邻的微透镜布置步骤，所述微透镜收集入射光以使用所述入射光照射所述像素，并且使所述像素的表面平坦化；
将透明树脂层布置成与所布置的所述微透镜相邻的透明树脂层布置步骤，所述透明树脂层的折射率与所述微透镜的折射率相差预定差；以及
将密封玻璃布置成与所布置的所述透明树脂层相邻的密封步骤，所述密封玻璃密封所述半导体基板。
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