JP2016096323A - イメージセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサーを提供する。【解決手段】本発明のイメージセンサーは、感知層、フィルターユニット、および、導電層を含む。フィルターユニットが感知層上に設置される。導電層はフィルターユニットを囲み、且つ、感知層上に設置される。これにより、フィルターユニットを通過し、隣接する感知ユニットに照射する光線が減少し、イメージセンサーの画像品質が改善される。【選択図】図１

Description

本発明は、イメージセンサーに関するものであって、特に、フィルターユニット、および、フィルターユニットを囲む導電層を有するイメージセンサーに関するものである。

一般に、デジタルカメラは、イメージセンサーを用いて、光線を感知すると共に、イメージ信号を生成し、そしてデジタルカメラにより撮影される写真は、イメージ信号にしたがって生成される。

デジタルカメラの開発に伴い、高品質のイメージ信号が必要とされる。裏面照射（ＢＳＩ）技術を用いたイメージセンサーは、光導体構造を有して、光線をフォトダイオードに導く。イメージセンサーは、高い感光性と画像品質を有する。

イメージセンサーは、その使用目的に符合しているが、その他の多方面の要求を満たしていない。よって、イメージセンサーを改善する方策の提供が望まれる。

本発明は、イメージセンサーを提供し、イメージセンサーにより生成されるイメージ信号の品質を改善することを目的とする。

本発明は、感知層、フィルターユニット、および、導電層を有するイメージセンサーを提供する。フィルターユニットが、感知層上に設置される。導電層は、フィルターユニットを囲み、且つ、感知層上に設置される。

本発明は、感知層、フィルターユニット、遮光層、導電層を有するイメージセンサーを提供する。フィルターユニットは、感知層上に設置される。遮光層は、フィルターユニットを囲み、且つ、感知層上に設置される。導電層はフィルターユニットを囲み、且つ、遮光層上に設置される。

総合すると、フィルターユニットと導電層（または、遮光層）が感知層上に設置されるので、フィルターユニットを通過し、隣接する感知ユニットに照射する光線が減少する。

イメージセンサーの画像品質が改善される。

本発明の第一実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 図１の線ＡＡに沿った断面図である。 本発明の第二実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 本発明の第三実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 本発明の第四実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 本発明の第五実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 本発明の第六実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。 本発明の第七実施形態によるイメージセンサーを示す模式図である。

以下の説明は、多くの異なる実施形態、または、例を提供して、本発明の異なる特徴を実施している。特定の例により描写される素子と配列方式は、本発明を簡潔に説明するもので、本発明を限定するものではない。たとえば、第一特徴が第二特徴上、または、上方に位置するという表現は、第一と第二特徴が直接接触する、または、ほかの特徴が第一と第二特徴間に設置されて、第一と第二特徴が直接接触するものではない。

このほか、本発明は、異なる例中で、相同の素子符号および/または文字を繰り返し使用している。これは、簡潔に、且つ、明確にすることを目的とし、異なる実施形態、および、設定間の関連を示すものではない。さらに、図面中の形状、尺寸、または、厚さは、説明をわかりやすくするために正確な縮尺率ではなく、簡潔にされていることが理解できる。

図１は、本発明の第一実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。図２は、図１の線ＡＡに沿った断面図である。イメージセンサー１は画像を捕捉する。イメージセンサー１は、撮像装置、たとえば、デジタルカメラに応用される。いくつかの実施形態において、イメージセンサー１は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサーである。いくつかの実施形態において、イメージセンサー１は、ＢＳＩ（backside illumination）ＣＭＯＳセンサーである。

イメージセンサー１は、感知層１０、多数のフィルターユニット２０、多数のマイクロレンズ３０、導電層４０、および、反射層５０を有する。感知層１０は、基準面Ｐ１に沿って延伸する。感知層１０は、入射光を検出し、感知層１０に入射する光線にしたがって、イメージ信号を生成する。

感知層１０は、以下の素子すべてを含むが、感知層１０の目的が達成されれば、感知層１０はそれらすべてを含む必要がない。感知層１０は、基板１１、多数の感知ユニット１２、および、抗反射層１３を有する。いくつかの実施形態において、感知層１０は、さらに、別の任意の層 （図示しない）を有する。感知ユニット１２が、基板１１中に設置される。感知ユニット１２が、基準面Ｐ１で、アレイに配置される。いくつかの実施形態において、感知ユニット１２はフォトダイオードである。各感知ユニット１２は、光線を感知し、入射する光線の明度にしたがって、明度信号を生成する。イメージ信号は、明度信号により形成される。

抗反射層１３は、基板１１上に設置され、且つ、感知ユニット１２上に位置する。抗反射層１３が、感知ユニット１２に伝送される光線の反射を減少させる。抗反射層１３は、基板１１の上面１１２と接触する。つまり、抗反射層１３は、上面１１２に沿って延伸する。

フィルターユニット２０は、感知層１０の抗反射層１３と接触する。フィルターユニット２０は、基準面Ｐ１に平行な一平面で、アレイに配置される。各フィルターユニット２０は、感知ユニット１２のひとつの上部に設置される。

各フィルターユニット２０は、所定範囲の波長の光線を通過させる。いくつかの実施形態において、フィルターユニット２０は、カラーフィルターユニットである。図２に示されるように、フィルターユニット２０は、多数の赤色フィルターユニット２０ａ、多数の緑色フィルターユニット２０ｂ、および、多数の青色フィルターユニット２０ｃを有する。赤色フィルターユニット２０ａ、緑色フィルターユニット２０ｂ、および、青色フィルターユニット２０ｃ は、アレイに交互に配置される。

赤色フィルターユニット２０ａは、波長が６２０nm〜７５０nm（赤色光）の光線を、感知ユニット１２に通過させる。緑色フィルターユニット２０ｂは、波長が４９５nm〜５７０nm（緑色光）の光線を感知ユニット１２に通過させる。青色フィルターユニット２０ｃは、波長が４７６nm〜４９５nm（青色光）の光線を、感知ユニット１２に通過させる。

フィルターユニット２０は、溶媒、アクリル樹脂、顔料、または、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、フィルターユニット２０は、すくなくとも７０wt％の溶媒、アクリル樹脂、顔料、または、それらの組み合わせを含む。フィルターユニット２０は、約１．５〜１．６の範囲の屈折率を有する。

各マイクロレンズ３０は、フィルターユニット２０のひとつの上部に設置される。マイクロレンズ３０は、基準面Ｐ１に平行な一平面で、アレイに配置される。マイクロレンズ３０は、光線を、感知ユニット１２に集光する。マイクロレンズ３０は、溶媒、アクリル樹脂、または、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、マイクロレンズ３０は、少なくとも７０wt％の溶媒、アクリル樹脂、または、それらの組み合わせを含む。マイクロレンズ３０は、約１．５〜１．７の範囲の屈折率を有する。マイクロレンズ３０は、９５より高い透過率を有する。

光線がイメージセンサー１に照射するとき、光線は、マイクロレンズ３０とフィルターユニット２０から、感知ユニット１２に達する。光線は、マイクロレンズ３０により集光される。各フィルターユニット２０は、所定範囲の波長の光線を通過させる。各感知ユニット１２は、照射される光線の明度にしたがって、明度信号を生成し、イメージ信号は、明度信号により形成される。

導電層４０は、フィルターユニット２０を囲むと共に、感知層１０とフィルターユニット２０とに接触する。導電層４０は、グリッド構造で、図２に示されるように、基準面Ｐ１に平行である。この実施形態において、フィルターユニット２０と導電層４０は抗反射層１３と接触する。導電層４０はアース線 （図示しない）と結合されて、イメージセンサー１の静電気を除去する。

いくつかの実施形態において、導電層４０は導電ポリマー材料である。導電ポリマー材料は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン、セルフドーピングポリアニリン、セルフドーピングポリチオフェン、または、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、導電ポリマー材料は、少なくとも７０wt％のポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン、セルフドーピングポリアニリン、セルフドーピングポリチオフェン、または、それらの組み合わせを含む。

導電層４０は、約１．５から１．９の幅の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、導電層４０は、２０％より低い透過率を有する。導電層４０は、０．０１より大きい減衰係数を有する。導電層４０は、約10^4〜10^-13s/cm、または、10^5〜10^-13s/cmの範囲の導電性を有する。

いくつかの実施形態において、導電層４０は金属を含まない。導電層４０は、熱／ＵＶ硬化である。いくつかの実施形態において、導電層４０は、有機、または、非有機ポリマー塩基である。いくつかの実施形態において、導電層は、フォトレジスト、または、非フォトレジストである。

図１に示されるように、フィルターユニット２０と導電層４０は、感知層１０の上面１４と接触する。光線Ｌ１は広い入射角を有する。導電層４０は、２０％より低い透過率を有し、且つ、感知層１０の上面１４に隣接するので、隣接する感知ユニット１２ａを通過する光線Ｌ１が、導電層４０により減少する。これにより、イメージセンサー１の主光線角が改善され, イメージセンサー１の光学クロストークが減少し、よって、イメージセンサー１の画像品質が改善される。

反射層５０はフィルターユニット２０を囲み、且つ、導電層４０上に設置される。反射層５０は、導電層４０のようなグリッド構造である。反射層５０は、基準面Ｐ１に平行である。フィルターユニット２０、導電層４０と反射層５０は、光導体構造を形成する。

この実施形態において、反射層５０は、導電層４０とフィルターユニット２０と接触する。さらに、マイクロレンズ３０は、反射層５０とフィルターユニット２０と接触する。反射層５０は、フィルターユニット２０中の光線を感知ユニット１２に反射する。いくつかの実施形態において、反射層５０は、全内面反射により、光線を反射する。反射層５０は、光線が、反射層５０から隣接フィルターユニット２０に到達するのを防止する。

いくつかの実施形態において、反射層５０は、プロピレン、ポリシロキサン、または、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、反射層５０は、少なくとも７０wt％のプロピレン、ポリシロキサン、または、それらの組み合わせを含む。反射層５０は金属を含まない、または、絶縁である。いくつかの実施形態において、反射層５０は、８０％または９０％より大きい透過率を有する。

いくつかの実施形態において、反射層５０の屈折率は、１．４５より低い。反射層５０の屈折率は、フィルターユニット２０の屈折率より低い。いくつかの実施形態において、反射層５０の屈折率は、導電層４０の屈折率より低い。導電層４０の屈折率は、フィルターユニット２０の屈折率より低い。

いくつかの実施形態において、光線Ｌ２は、広い入射角を有する。光線Ｌ２は、基板１１の上面１４より、隣接する感知ユニット１２ａに伝送される。

図３は、本発明の第二実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。基板１１は、上面１４上に形成される多数の溝溝１５を有する。抗反射層１３は、溝溝１５の底部と壁に位置する。つまり、抗反射層１３は、上面１１２と溝溝１５に沿って延伸する。いくつかの実施形態において、抗反射層１３は、溝溝１５中に位置しない。

導電層４０は溝溝１５中に位置し、溝１５中で、抗反射層１３と接触する。つまり、溝１５は導電層４０が充填され、導電層４０が上面１４から突出する。導電層４０はグリッド構造なので、導電層４０も、感知ユニット１２を囲む。

導電層４０は、上面１４下に延伸し、且つ、感知ユニット１２を囲むので、上面１４により、隣接する感知ユニット１２ａに伝送される光線Ｌ２が、導電層４０により減少する。これにより、イメージセンサー１の主光線角がさらに改善され、イメージセンサー１の光学クロストークがさらに減少する。

図４Ａは、本発明の第三実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。イメージセンサー１は、さらに、遮光層６０を含む。遮光層６０はフィルターユニット２０を囲み、且つ、反射層５０と感知層１０間に位置する。遮光層６０は、反射層５０、導電層４０、および、フィルターユニット２０と接触する。遮光層６０は、導電層４０のようにグリッド構造である。遮光層６０は、基準面Ｐ１に平行である。

いくつかの実施形態において、遮光層６０は、溶媒、アクリル樹脂、顔料、または、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、遮光層６０は、少なくとも７０wt％の溶媒、アクリル樹脂、顔料、または、それらの組み合わせを含む。遮光層６０は金属を含まない、または、絶縁である。

遮光層６０は、約１．５〜１．６の範囲の屈折率を有する。反射層５０の屈折率は、遮光層６０の屈折率より低い。いくつかの実施形態において、遮光層６０の屈折率は、導電層４０の屈折率以上である。遮光層６０の屈折率は、ほぼ、フィルターユニット２０の屈折率に等しい。

いくつかの実施形態において、遮光層６０は、５％より低い透過率を有する。いくつかの実施形態において、遮光層６０は黒色である。いくつかの実施形態において、導電層４０は、５０％〜８０％の範囲の透過率を有する。

図４Ａに示されるように、光線Ｌ３は、広い入射角を有する。遮光層６０は、２０％より低い透過率を有するので、隣接する感知ユニット１２ａに伝送される光線Ｌ３は、遮光層６０により減少する。これにより、イメージセンサー１の主光線角が改善され、イメージセンサー１の光学クロストークが減少する。

図４Ｂは、本発明の第四実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。この実施形態において、フィルターユニット２０は、感知層１０に隣接するフィルターユニット２０の下部から、マイクロレンズ３０に隣接するフィルターユニット２０の上部にかけて、徐々に広くなる。

したがって、導電層４０は、感知層１０に近い導電層４０の一部から、マイクロレンズ３０に近い導電層４０の一部に、徐々に狭くなる。反射層５０は、感知層１０に近い反射層５０の下部から、マイクロレンズ３０に近い反射層５０の上部に、徐々に狭くなる。遮光層６０は、感知層１０に近い遮光層６０の下部から、マイクロレンズ３０に近い遮光層６０の上部にかけて、徐々に狭くなる。

フィルターユニット２０の上部の開口が広いので、イメージセンサー１の主光線角がさらに改善される。

図５は、本発明の第五実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。導電層４０は溝１５中に位置し、上面１４と接触する。つまり、導電層４０は、上面１４から突出しない。光線Ｌ１は、図４Ａに示す光線Ｌ３より大きい入射角を有する。隣接する感知ユニット１２ａに伝送される光線Ｌ１が、感知層１０の上面１４に隣接する遮光層６０により減少する。

図６は、本発明の第六実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。遮光層６０は感知ユニット１２を囲み、且つ、感知層１０と接触する。遮光層６０は溝１５中に位置する。遮光層６０は溝１５中に位置し、上面１４と接触する。つまり、遮光層６０は、上面１４から突出しない。いくつかの実施形態において、遮光層６０は上面１４から突出し、フィルターユニット２０を囲む。

導電層４０は、フィルターユニット２０を囲み、且つ、遮光層６０上に設置される。反射層５０は、フィルターユニット２０を囲み、且つ、遮光層６０と導電層４０上に位置する。

隣接する感知ユニット１２ａに伝送される光線Ｌ２が、遮光層６０により減少する。

図７は、本発明の第七実施形態によるイメージセンサー１を示す模式図である。反射層５０は、フィルターユニット２０を囲み、且つ、遮光層６０上に設置される。反射層５０は、遮光層６０と導電層４０間に位置する。導電層４０はフィルターユニット２０を囲み、且つ、反射層５０上に設置される。導電層４０は、イメージセンサー１の上部に位置するので、導電層４０は、容易に、アース線と結合すると共に、イメージセンサー１の静電気を除去する。

総合すると、フィルターユニットと導電層（または、遮光層）は感知層上に設置されるので、フィルターユニットを通過し、隣接する感知ユニットに照射する光線が減少する。これにより、イメージセンサーの画像品質が改善される。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１…イメージセンサー
１０…感知層
１１…基板
１１２…上面
１２、１２ａ…センサーユニット
１３…抗反射層
１４…上面
１５…溝
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…フィルターユニット
３０…マイクロレンズ
４０…導電層
５０…反射層
６０…遮光層
L１、L２、L３…光線
Ｐ1…平面

Claims (10)

1. 感知層と、
   前記感知層上に位置するフィルターユニットと、
   前記フィルターユニットを囲み、且つ、前記感知層上に設置される導電層と、
   を含むことを特徴とするイメージセンサー。
2. 前記導電層は導電ポリマー材料であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
3. 前記導電ポリマー材料は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン、セルフドーピングポリアニリン、セルフドーピングポリチオフェン、または、それらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
4. 前記導電層は、２０％より低い透過率を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
5. 前記フィルターユニットを囲み、前記導電層上に位置する反射層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
6. 前記反射層は、８０％より大きい透過率、および、１．４５より低い屈折率を有することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
7. 前記フィルターユニットを囲み、前記反射層と前記感知層間に位置する遮光層を更に有し、前記遮光層は、２０％より低い透過率を有することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
8. 前記感知層は溝を有し、前記導電層は、前記溝中に位置することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
9. 感知層であって、
   基板と、
   前記基板中に位置する感知ユニットと、
   前記基板上に設置され、前記感知ユニット上に位置する抗反射層と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
10. 感知層と、
    前記感知層上に設置されるフィルターユニットと、
    前記フィルターユニットを囲み、前記感知層上に設置される遮光層と、
    前記フィルターユニットを囲み、前記遮光層上に設置される導電層と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサー。

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