專(zhuān)利名稱(chēng)：成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用半導(dǎo)體成像裝置的成像設(shè)備，具體而言涉及用于便攜終 端、便攜電話(huà)或其他小終端的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，如日本專(zhuān)利公報(bào)No. 2004-327914所述，使用半導(dǎo)體成像裝置 的成像設(shè)備包括例如透鏡的成像光學(xué)系統(tǒng)和例如CCD的半導(dǎo)體成像裝置。 該成像設(shè)備將從目標(biāo)經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)入射的光通過(guò)半導(dǎo)體成像裝置轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)，并捕捉圖像。隨著便攜裝備變得越來(lái)越小，成像設(shè)備也要求較以 往更小且更輕。為此，通過(guò)將成像設(shè)備的各個(gè)部件制成盡可能薄，由此減少 成像設(shè)備的厚度。
成像設(shè)備已經(jīng)定位為朝著高像素?cái)?shù)目的發(fā)展方向以及區(qū)域尺寸縮小。形 成圖像的光學(xué)系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成使得最小模糊的圓與像素具有相同尺寸。隨著 朝尺寸縮小和高像素?cái)?shù)目的進(jìn)一步前進(jìn)，預(yù)計(jì)將進(jìn)入除了使用Sndl定律等 考慮光線(xiàn)跡線(xiàn)之外還需要考慮光的波動(dòng)性的區(qū)域。
日本專(zhuān)利特開(kāi)公報(bào)No. 2004-200231指出，例如當(dāng)光電二極管的開(kāi)口為 lpm以下時(shí)，在紅光波長(zhǎng)(0.650 [im)則需要考慮波動(dòng)光學(xué)效果。該申請(qǐng)還 建議，用于垂直傳輸來(lái)自像素的信號(hào)的電極設(shè)有紅色靈敏度范圍。專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2002-513145的PCT國(guó)際申請(qǐng)的
公開(kāi)日文翻譯4皮露了一種 如下形式的結(jié)構(gòu)，其中不同顏色的光電二極管沿半導(dǎo)體基板的厚度方向布 置。該申請(qǐng)披露了與短波長(zhǎng)的光相比，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更深入半導(dǎo)體基底。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題
如上所述，常規(guī)成像設(shè)備減小其部件的尺寸從而減小自身的尺寸和厚 度，且已經(jīng)嘗試通過(guò)使用非球面玻璃透鏡等改善其形成圖像的光學(xué)系統(tǒng)的性能。
然而，像素進(jìn)一步微型化以減d 、半導(dǎo)體成像裝置的尺寸從而適應(yīng)高像素 數(shù)目，阻礙了已經(jīng)發(fā)展的技術(shù)的應(yīng)用，且因此存在新突破的需求。例如，已 經(jīng)需要考慮日本專(zhuān)利特開(kāi)公報(bào)No. 2004-200231中披露的波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)。
另一方面，各個(gè)彩色濾光片的像素在常規(guī)成像設(shè)備中通常布置成二維， 且例如Bayer陣列等是公知的。還存在用于該陣列的許多讀取方法和彩色校 正方法。需要一種能夠有效利用這些資源的小的、薄的且高像素?cái)?shù)目的成像 設(shè)備。
鑒于前述背景進(jìn)行的本發(fā)明的目的是提供一種小的、薄的且高像素?cái)?shù)目 的成像設(shè)備。
解決問(wèn)題的手段
本發(fā)明的成像設(shè)備包括半導(dǎo)體成像裝置，具有彩色濾光片和多個(gè)光電 二極管；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從目標(biāo)引導(dǎo)至該半導(dǎo)體成像裝置，其 中該半導(dǎo)體成像裝置的各個(gè)光電二極管的開(kāi)口直徑是依據(jù)穿過(guò)設(shè)于該光電 二極管的入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片并到達(dá)該入射表面的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。
在這種配置中，當(dāng)該成像設(shè)備的尺寸減小時(shí)，易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的長(zhǎng) 波長(zhǎng)側(cè)的紅色像素的光電二極管的開(kāi)口制成直徑大于用于其他波長(zhǎng)的光電 二極管的開(kāi)口的直徑。即使對(duì)于在長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)敏感的光電二極管，通過(guò)避免波 動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，可以防止輸出減小，且可以實(shí)現(xiàn)成像設(shè)備的尺寸減小。
上述成像設(shè)備包括置于該半導(dǎo)體成像裝置和該成像光學(xué)系統(tǒng)之間的光 學(xué)濾光片，其中該半導(dǎo)體成像裝置的各個(gè)光電二極管的開(kāi)口直徑是依據(jù)進(jìn)入
這種配置可以減小由入射角增大引起的圖像退化。光學(xué)濾光片具有隨著入射角變大將光學(xué)濾光片的半值波長(zhǎng)偏移到短波長(zhǎng)側(cè)的性能。如此，長(zhǎng)波長(zhǎng)
側(cè)上紅光的衰減變得更大，且因此圖像退化加劇。然而，通過(guò)使長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上
的紅色像素的光電二極管的開(kāi)口直徑大于用于其他波長(zhǎng)的光的光電二極管 的開(kāi)口，可以防止圖像退化。
在上述成像設(shè)備中，半導(dǎo)體成像裝置的同 一線(xiàn)上的像素的高度相等。 在這種配置中，各條線(xiàn)上的像素的尺寸沿高度方向是相同的。因此，有 利于半導(dǎo)體成像裝置的內(nèi)部電極的走線(xiàn)，且可以提高布局設(shè)計(jì)中的靈活度。
本發(fā)明的成像設(shè)備包括半導(dǎo)體成像裝置，具有彩色濾光片和多個(gè)光電 二極管；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從目標(biāo)引導(dǎo)至該半導(dǎo)體成像裝置，其 中位于該多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上的該半導(dǎo)體 成像裝置具有用于探測(cè)穿過(guò)該光電二極管的光的輔助光電二極管。
在這種配置中，穿過(guò)位于入射表面?zhèn)壬系墓怆姸O管的光進(jìn)入該輔助光 電二極管。因此，各個(gè)光電二極管的輸出彼此相加，且一個(gè)像素的輸出可以 增大。輔助光電二極管的數(shù)目不限于一個(gè)，可以具有任意數(shù)目的輔助光電二 極管。如果輔助光電二極管設(shè)置用于該多個(gè)光電二極管中與當(dāng)成像設(shè)備尺寸 減小時(shí)易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)紅色像素對(duì)應(yīng)的光電二極管，則在長(zhǎng) 波長(zhǎng)側(cè)靈敏的光電二極管的靈敏度可以提高，由波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的輸出減 少可以得到補(bǔ)償，且成像設(shè)備的尺寸縮小可以實(shí)現(xiàn)。由于長(zhǎng)波長(zhǎng)的光通常達(dá) 到半導(dǎo)體芯片的更深位置，即使光電二極管成堆布置，輸出仍可以有效地提
高，且對(duì)易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的靈敏度可以提高。
在上述成像設(shè)備中，輔助光電二極管的尺寸是依據(jù)穿過(guò)設(shè)于光電二極管 入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片并到達(dá)該入射表面的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。
這種配置可以依據(jù)該彩色濾光片透射的光的波長(zhǎng)來(lái)確定該輔助光電二 極管將多大程度地提高靈敏度。例如，由于設(shè)有透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的彩色濾光 片的光電二極管非常易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，該輔助光電二極管制成大的尺寸 以提高靈敏度的增幅。由于設(shè)有透射短波長(zhǎng)的光的彩色濾光片的光電二極管 不易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，該輔助光電二極管制成小的尺寸以減小靈敏度的增 幅。這樣，視波長(zhǎng)而不同的波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)可以針對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)得到補(bǔ)償，且 整個(gè)成像設(shè)備的靈敏度可得到平衡。
上述成像設(shè)備包括置于該半導(dǎo)體成像裝置和該成像光學(xué)系統(tǒng)之間的光 學(xué)濾光片，其中該輔助光電二極管的尺寸是依據(jù)進(jìn)入與該光電二極管相對(duì)應(yīng)光學(xué)濾光片上的區(qū)域的光的入射角來(lái)確定。
這種配置可以減小由入射角增大引起的圖像退化。光學(xué)濾光片具有隨著 入射角變大將光學(xué)濾光片的半值波長(zhǎng)偏移到短波長(zhǎng)側(cè)的性能。如此，長(zhǎng)波長(zhǎng) 側(cè)上紅光的衰減變得更大，且因此圖像退化加劇。然而，通過(guò)使長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上 的紅色像素的光電二極管的尺寸大于用于其他波長(zhǎng)的光的光電二極管，可以 防止圖像退化。
本發(fā)明的成像設(shè)備包括半導(dǎo)體成像裝置，具有彩色濾光片和多個(gè)光電 二極管；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從目標(biāo)引導(dǎo)至該半導(dǎo)體成像裝置，其 中位于該多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上的該半導(dǎo)體 成像裝置具有用于反射穿過(guò)該光電二極管的光的反射層。
在這種配置中，穿過(guò)光電二極管的光被該反射層反射并再次進(jìn)入該光電 二極管。因此，光電二極管的輸出可以增大。如果該反射層設(shè)置用于該多個(gè) 光電二極管中與當(dāng)成像設(shè)備尺寸減小時(shí)易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)紅 色像素對(duì)應(yīng)的光電二極管，則在長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)靈敏的光電二極管的靈敏度可以提 高，由波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的輸出減少可以得到補(bǔ)償，且成像設(shè)備的尺寸縮小 可以實(shí)現(xiàn)。由于長(zhǎng)波長(zhǎng)的光通常達(dá)到半導(dǎo)體芯片的更深位置，即使該反射層 布置在光電二極管的入射表面的對(duì)立側(cè)上，輸出仍可以有效地提高。因此， 對(duì)易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的靈敏度可以提高。
在上述成像設(shè)備中，該反射層的尺寸或反射率是依據(jù)穿過(guò)設(shè)于光電二極 管入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片并到達(dá)該入射表面的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。
這種配置可以依據(jù)該彩色濾光片透射的光的波長(zhǎng)，通過(guò)改變?cè)摲瓷鋵拥?尺寸或反射率來(lái)確定該靈敏度增加多少。例如，由于設(shè)有透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的 彩色濾光片的光電二極管非常易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，該反射層制成大的尺寸 或反射率以提高靈敏度的增幅。由于設(shè)有透射短波長(zhǎng)的光的彩色濾光片的光 電二極管不易遭受波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，該反射層制成小的尺寸或反射率以減小靈 敏度的增幅。這樣，視波長(zhǎng)而不同的波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)可以針對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)得到 補(bǔ)償，且整個(gè)成像設(shè)備的靈敏度可得到平衡。
在上述成像設(shè)備中，該反射層由銀白色金屬形成。
這種配置使得可以通過(guò)簡(jiǎn)單工藝來(lái)應(yīng)用該反射層。使用銀白色金屬可以 維持在可見(jiàn)光區(qū)域該反射層的反射率幾乎恒定，且實(shí)現(xiàn)良好的彩色再寫(xiě)能 力。此外，這種配置可以屏蔽來(lái)自該半導(dǎo)體成像裝置背側(cè)的不需要的入射光，特別是例如近紅外光，且可以減小由不需要的光所致的圖像退化。 在上述成像設(shè)備中，該反射層是由半導(dǎo)體形成。
在這種配置中，可以通過(guò)摻雜材料改變反射率來(lái)形成該反射層，且因此 可以通過(guò)普通擴(kuò)散工藝來(lái)形成該反射層，而不改變工藝。此外，可以容易地 形成多層反射層。
上述成像設(shè)備包括置于該半導(dǎo)體成像裝置和該成像光學(xué)系統(tǒng)之間的光 學(xué)濾光片，其中該反射層的尺寸或反射率是依據(jù)進(jìn)入與該光電二極管相對(duì)應(yīng) 光學(xué)濾光片上的區(qū)域的光的入射角來(lái)確定。
這種配置可以減小由入射角增大引起的圖像退化。光學(xué)濾光片具有隨著 入射角變大將光學(xué)濾光片的半值波長(zhǎng)偏移到短波長(zhǎng)側(cè)的性能。如此，長(zhǎng)波長(zhǎng) 側(cè)上紅光的衰減變得更大，且因此圖像退化加劇。然而，通過(guò)使長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上
防止圖像退化。
上述成像設(shè)備包括用于容放該半導(dǎo)體成像裝置的三維基板，該三維基板 不透射可見(jiàn)光和近紅外光。
在這種配置中，該半導(dǎo)體成像裝置容放在該不透射可見(jiàn)光和近紅外光的 三維基板內(nèi)。因此，當(dāng)該成像設(shè)備安裝在便攜電話(huà)或其他便攜裝備中時(shí)，無(wú) 需提供用于為該成像設(shè)備屏蔽光的屏蔽構(gòu)件，且因此該裝備尺寸可減小。此 外，由于該半導(dǎo)體成像裝置和該成像光學(xué)系統(tǒng)可以固定到該三維基板，可使 用性4是高。
在上述成像設(shè)備中，半導(dǎo)體成像裝置的像素節(jié)距為2微米以下。
半導(dǎo)體成像裝置的光電二極管的開(kāi)口直徑約為像素節(jié)距的 一半。因此當(dāng)
像素節(jié)距為2微米以下時(shí)，光電二極管的開(kāi)口直徑與此相關(guān)聯(lián)地減小，且波 動(dòng)光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致輸出減小。在本發(fā)明的配置中，導(dǎo)致輸出減小問(wèn)題的長(zhǎng)波長(zhǎng) 的光進(jìn)入的開(kāi)口制成大的直徑，或者4是供輔助光電二極管或反射層。因此， 可以提高該光電二極管的靈敏度，且還可以防止長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上的輸出減小。 本發(fā)明的便攜電話(huà)設(shè)備包含上述成像設(shè)備。
在這種配置中，如本發(fā)明成像設(shè)備的情形，通 避免波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)可以 防止輸出的減小，即使對(duì)于在長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)靈敏的光電二極管，且可以實(shí)現(xiàn)該便 攜電話(huà)設(shè)備的尺寸減小。在長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上靈敏的該光電二極管的靈敏度可以提 高，由于波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的輸出減少可以得到補(bǔ)償，且成像設(shè)備的尺寸縮小可以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體成像裝置包括多個(gè)光電二極管，用于將入射光轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)；以及彩色濾光片，設(shè)于光電二極管的入射表面?zhèn)壬?，其中各個(gè)該光 電二極管的開(kāi)口的直徑是依據(jù)穿過(guò)設(shè)于該光電二極管的入射表面?zhèn)壬系牟?色濾光片并到達(dá)該入射表面的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。
在這種配置中，如本發(fā)明成像設(shè)備的情形，即使對(duì)于在長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)敏感的 光電二極管，通過(guò)避免波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，可以防止輸出減小，且可以實(shí)現(xiàn)該半 導(dǎo)體成像裝置的尺寸減小。
本發(fā)明的半導(dǎo)體成像裝置包括多個(gè)光電二極管，用于將入射光轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)；彩色濾光片，設(shè)于光電二極管的入射表面?zhèn)壬?；以及輔助光電二極 管，布置于該多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上，其中該 輔助光電二極管具有依據(jù)從彩色濾光片入射到該光電二極管的透射光的波 長(zhǎng)的尺寸。
在這種配置中，如本發(fā)明成像設(shè)備的情形，穿過(guò)位于入射表面?zhèn)壬系墓?電二極管的光進(jìn)入該輔助光電二極管。因此，各個(gè)光電二極管的輸出彼此相 加，且一個(gè)像素的輸出可以增大。此外，視波長(zhǎng)而不同的波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)可以 針對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)得到補(bǔ)償，且整個(gè)半導(dǎo)體成像裝置的靈敏度可得到平衡。
本發(fā)明的半導(dǎo)體成像裝置包括多個(gè)光電二極管，用于將入射光轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)；彩色濾光片，設(shè)于光電二極管的入射表面?zhèn)壬?；以及反射層，布?于該多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上，其中該反射層具 有依據(jù)從彩色濾光片入射到該光電二極管的透射光的波長(zhǎng)的尺寸。
在這種配置中，如本發(fā)明成像設(shè)備的情形，穿過(guò)光電二極管的光被該反 射層反射并再次進(jìn)入該光電二極管。因此，該半導(dǎo)體成像裝置的輸出可以增 大。此外，視波長(zhǎng)而不同的波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)可以針對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)得到補(bǔ)償，且 整個(gè)半導(dǎo)體成像裝置的靈敏度可得到平衡。
本發(fā)明其他方面描述如下。本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容因此旨在提供部分本發(fā) 明，而非旨在限制此處所述和所主張的本發(fā)明的范圍。
圖l示出了一實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置的布置； 圖2為示出了該實(shí)施例的成像設(shè)備的透視圖；圖3為沿III-III截取的成像設(shè)備的剖面圖； 圖4為成像設(shè)備的部分IV的放大圖5示出了該實(shí)施例中入射角和光學(xué)濾光片半值波長(zhǎng)之間的關(guān)系；
圖6為半導(dǎo)體成像裝置的一個(gè)像素的放大剖面圖7示出了該實(shí)施例中光電二極管的靈每丈度對(duì)波長(zhǎng)特性；
圖8示出了該實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置的靈敏度對(duì)像素尺寸及波長(zhǎng)特
性；
圖9示出了半導(dǎo)體成像裝置的像素尺寸和像素?cái)?shù)目之間的關(guān)系；
圖IO示出了一半導(dǎo)體成像裝置的布置；
圖11為半導(dǎo)體成像裝置的一個(gè)像素的放大剖面圖12示出了實(shí)施例的光電二極管的靈敏度對(duì)波長(zhǎng)特性；
圖13為一半導(dǎo)體成像裝置的一個(gè)像素的放大剖面圖；以及
圖14示出了實(shí)施例中光電二極管的靈敏度對(duì)波長(zhǎng)特性。
具體實(shí)施例方式
下文是對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述。將會(huì)理解，下述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的示 例，且本發(fā)明可以在各種方面改變。因此，下述具體配置和功能并不限制權(quán) 利要求的范圍。
現(xiàn)在參考圖示描述本發(fā)明
第一實(shí)施例
圖1示出了本實(shí)施例的成像設(shè)備中使用的半導(dǎo)體成像裝置。在本實(shí)施例 的描述中，將首先參考圖2和后續(xù)圖示描述包括該半導(dǎo)體成像裝置的成像設(shè) 備的一般配置，且隨后描述該半導(dǎo)體成像裝置的配置。參考圖2至5所描述 的半導(dǎo)體成像裝置的配置對(duì)于所有實(shí)施例是相同的。
圖2為示出本發(fā)明第 一實(shí)施例的成像設(shè)備1的透視圖；圖3為從Ill-Ill 方向觀看的圖2的成像設(shè)備1的剖面圖；以及圖4為圖3的部分IV的放大 圖。
如圖3所示，成像設(shè)備1包括沿光軸L布置的非球面透鏡6a和6b、 光學(xué)濾光片5、半導(dǎo)體成像裝置4、保持這些元件的三維基板2、以及連接到 三維基板2的印刷電路板(FPC) 15。金屬箔14布置于FPC 15的底面上， 用于防止可見(jiàn)光和紅外光從底面進(jìn)入半導(dǎo)體成像裝置4。在本實(shí)施例中，三維基板2同時(shí)起著固定半導(dǎo)體成像裝置4的作用和作為固持構(gòu)件用于固持光
學(xué)濾光片5的作用。三維基板2包括圓柱形透鎮(zhèn)j竟筒部17和延續(xù)到透鏡鏡 筒部17端面的基部7。在下面的描述中，透鏡鏡筒部17側(cè)稱(chēng)為向上方向， 且基部7側(cè)稱(chēng)為向下方向。
首先將描述三維基板2。透鏡鏡筒部17位于基部7的頂面上，上下延伸。 基部7設(shè)有形成于其底面中心內(nèi)的凹陷。矩形通孔IO也形成于基部7上。 通孔IO對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體成像裝置4的成像區(qū)域。
三維基板2是由玻璃增強(qiáng)PPA (聚酞酰胺樹(shù)脂)等構(gòu)成，且制成黑色以 防止來(lái)自外部的可見(jiàn)光穿過(guò)?；旌铣赏璧奶己诘扔糜谠撊S基板2，且光透 射率為0.5%以下。盡管期望也能夠屏蔽波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)的光，考慮到紅外 區(qū)域的靈敏度，該透過(guò)率可以依據(jù)所使用的半導(dǎo)體成像裝置4的性能而恰當(dāng) 地選擇。
在透鏡鏡筒部17的鏡筒中，光學(xué)性能彼此不同的兩個(gè)非球面透鏡6a和 6b (下文中簡(jiǎn)稱(chēng)為透鏡)安裝在透鏡支架20內(nèi)以維持特定位置關(guān)系，構(gòu)成 透鏡6。透鏡支架20通過(guò)調(diào)整環(huán)21借助粘接劑等固定到透鏡鏡筒部17的外 部。調(diào)整環(huán)21置于透鏡支架20外部。設(shè)于透鏡支架20上的螺紋部20a和 設(shè)于調(diào)整環(huán)21上的螺紋部21a —起擰緊，從而透鏡支架20和調(diào)整環(huán)21彼 此固定。
透鏡支架20形成有將光引入透鏡鏡筒部17的光闌3。光闌3的孔徑朝 透鏡鏡筒部17內(nèi)部變窄。在這種配置中，進(jìn)入透鏡鏡筒部17內(nèi)部的光照射 到光闌3的壁表面上并散射，這減輕了散射光進(jìn)入透鏡的現(xiàn)象。這可以減小 不需要的光進(jìn)入透鏡，且可以減小鬼影的發(fā)生。
滿(mǎn)足所要求的折射率、所要求的透射率或者其他所要求的光學(xué)性能的樹(shù) 脂用于該透鏡6。例如，可以使用商品名為ZEONEX (注冊(cè)商標(biāo))的ZEON Corporation的產(chǎn)品。該兩件(two-piece )結(jié)構(gòu)的透鏡6使用所謂的全焦點(diǎn) (pan-focus)特征，其中圖像形成為遠(yuǎn)于特定距離。在本實(shí)施例中，透鏡6 調(diào)整為使得距離比約30cm更遠(yuǎn)的目標(biāo)被聚焦?？梢郧‘?dāng)?shù)剡x擇這些結(jié)構(gòu)和 性能。
光學(xué)濾光片5安裝在形成有通孔10的基部7的頂面上，從而覆蓋通孔 10。光學(xué)濾光片5切斷不需要的紅外光，并透射波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的光。 晶體濾光片或涂覆有所謂IR涂層的玻璃濾光片用啦文光學(xué)濾光片5。在本實(shí)施例中，硼硅酸鹽玻璃用做光學(xué)濾光片5的基材以切斷紫外光。IR(紅外)切 斷涂層涂布于基材的一側(cè)，且抗反射的AR (抗反射)涂層涂布于另一側(cè)。 例如通過(guò)將二氧化硅(Si02)、氧化鈦(Ti02)等蒸鍍到玻璃上，形成該IR 涂層。例如通過(guò)將氟化鎂(MgF2)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋯(Zr02)等蒸鍍 到玻璃上，形成該AR涂層。IR切斷涂層和AR涂層的膜結(jié)構(gòu)和層數(shù)目可以 依據(jù)抑制可見(jiàn)光區(qū)域及其以外區(qū)域中的透射和反射的性能來(lái)恰當(dāng)?shù)剡x擇。
圖5示出了本實(shí)施例模式中光學(xué)濾光片5的光譜特性。在波長(zhǎng)從約 400nm至750nm的可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的透射率為約93%以上，在其他波^殳的透 射率足夠低。該光譜特性也可以適當(dāng)?shù)馗淖?。提供光學(xué)濾光片5降低了由入 射到半導(dǎo)體成像裝置4上的除了可見(jiàn)光之外的其他光所致的噪聲的出現(xiàn)。
凹槽11形成于其上安裝了光學(xué)濾光片5的表面上(見(jiàn)圖4)。這使得在 制造成像設(shè)備1時(shí)空氣通過(guò)凹槽11逃逸，該空氣由于在從外部施加熱量以 固化粘接劑等而膨脹。
半導(dǎo)體成像裝置4、未示出的芯片部件等安裝在形成有通孔10的基部7 的底面上(見(jiàn)圖4)。用于安裝棵半導(dǎo)體成像裝置4的連接焊盤(pán)7c與半導(dǎo)體 成像裝置4的凸塊8通過(guò)導(dǎo)電粘接劑8a彼此結(jié)合，并使用密封劑9密封。 銅底層(undercoat)、鎳、和金布線(xiàn)圖案7b通過(guò)無(wú)電鍍鍍覆形成于基部7的 底面上。連接焊盤(pán)7c和設(shè)于三維基板2基部7的外部的端部7a (見(jiàn)圖2 ) 通過(guò)布線(xiàn)圖案7b電連接。端部7a通過(guò)坪料16連接到焊盤(pán)15a，用于連接到 FPC15。從半導(dǎo)體成像裝置4、未示出的芯片部件等獲得的圖像信號(hào)和來(lái)自 外部的諸如控制信號(hào)和電源的電學(xué)信號(hào)通過(guò)該布線(xiàn)圖案7b發(fā)送和接收。
接下來(lái)將描述半導(dǎo)體成像裝置4。半導(dǎo)體成像裝置4為約130萬(wàn)像素的 1/4英寸SXGACCD傳感器，并將入射光轉(zhuǎn)換成所要求的電學(xué)信號(hào)。該半導(dǎo) 體成像裝置4具有橫縱比為4:3的圖像幀，且每秒輸出15幀圖像信號(hào)。
半導(dǎo)體成像裝置4通過(guò)SBB (柱形凸塊焊接)電連接到設(shè)于三維基板2 上的連接焊盤(pán)7c。半導(dǎo)體成像裝置4的輸出通過(guò)布線(xiàn)圖案7b引導(dǎo)至設(shè)于基 板7上的端子部分7a以連接到外部FPC 15。上文描述了半導(dǎo)體成像裝置1 的配置，該配置對(duì)于所有實(shí)施例是相同的。
圖6為示出了半導(dǎo)體成像裝置4的一個(gè)像素的放大視圖。如圖6所示， 微透鏡50、彩色濾光片51、內(nèi)部透鏡和保護(hù)膜52、 Al布線(xiàn)和掩模53、絕緣 層54、多晶硅55等設(shè)于光電二極管56的光入射側(cè)上。微透鏡50收集透射穿過(guò)光學(xué)濾光片5的光并使光進(jìn)入光電二極管56。 由于微透鏡50遠(yuǎn)離中心朝向半導(dǎo)體成像裝置4的周邊，微透鏡50中心的位 置朝半導(dǎo)體成像裝置4的中心偏移。這是稱(chēng)為按比例縮放的方法。按比例縮 放防止光電二極管56在半導(dǎo)體成像裝置4周邊的性能退化。
微透鏡50的節(jié)距(圖中的尺寸A )稱(chēng)為像素節(jié)距。Al布線(xiàn)和掩模的開(kāi) 口部分(圖中的尺寸B)對(duì)應(yīng)于光電二極管56的開(kāi)口尺寸。通常尺寸B設(shè) 置約為尺寸A的一半。
彩色濾光片51為包括透射對(duì)應(yīng)于紅光(R)的波長(zhǎng)的光的濾光片、透射 對(duì)應(yīng)于藍(lán)光(B)的波長(zhǎng)的光的濾光片和透射對(duì)應(yīng)于綠光(G)的波長(zhǎng)的光 的濾光片的基色濾光片。由于圖6示出了一個(gè)像素，彩色濾光片51透射波 長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于R、 G和B之一的波長(zhǎng)。提供彩色濾光片51允許光電二極管56拾 取RGB彩色信號(hào)作為輸出。
圖7示出了光電二極管56的靈敏度對(duì)波長(zhǎng)的特性。水平軸代表波長(zhǎng)， 垂直軸代表靈敏度。如圖7所示，光電二極管一直到紅外區(qū)域都是靈敏的。
由于長(zhǎng)波長(zhǎng)的光難以衰減，因此還要求考慮從裝置背側(cè)入射的光。在本 實(shí)施例中，設(shè)于FPC15背側(cè)上的金屬箔14防止可見(jiàn)光和紅外光進(jìn)入。至于 對(duì)各種顏色的靈敏度，積分并比較靈敏度特性值。靈敏度視彩色濾光片的性 能、所使用的色素著色物質(zhì)的特性等而變化。
接下來(lái)將參考圖i描述本實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置4。在本實(shí)施例中，
沿高度方向的像素尺寸針對(duì)圖1所示的各條線(xiàn)而改變。使得布置有G和R 的線(xiàn)Ll中的像素的高度方向上的一邊長(zhǎng)于布置有B和G的線(xiàn)L2中的像素 的高度方向上的一邊。例如，布置有B和G的線(xiàn)L2內(nèi)像素的高度方向上的 一邊形成為1.5|im，布置有G和R的線(xiàn)L1內(nèi)像素的高度方向上的一邊形成 為2.0pm。通過(guò)如上所述地將布置有G和R的線(xiàn)L1內(nèi)的像素的高度方向上 的一邊形成得更長(zhǎng)，則布置有G和R的線(xiàn)L1內(nèi)的光電二極管56的開(kāi)口可 以;改大。
在圖1中，光電二極管56的開(kāi)口部分示意性地用點(diǎn)劃線(xiàn)表示。如圖1 所示，開(kāi)口部分具有矩形形狀。各個(gè)開(kāi)口部分的直徑是依據(jù)穿過(guò)彩色濾光片 51的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。也就是說(shuō)，開(kāi)口的直徑形成為大于穿過(guò)彩色濾光片 51的光的波長(zhǎng)。由于穿過(guò)彩色濾光片51的光的波長(zhǎng)針對(duì)R像素而言比針對(duì) G4象素而言更長(zhǎng)，R像素的開(kāi)口部分40大于G^f象素的開(kāi)口部分41。圖8是模擬得到的曲線(xiàn)圖，示出了半導(dǎo)體成像裝置的靈敏度相對(duì)于像素 尺寸和各個(gè)波長(zhǎng)的特性。在圖8中，水平軸代表像素尺寸，垂直軸代表來(lái)自
光電二極管的輸出的相對(duì)值。像素尺寸是指方形像素的邊長(zhǎng)。例如，2pm代 表邊長(zhǎng)為2pm的方形像素。使用了開(kāi)口部分約為像素尺寸的一半的光電二 極管。
圖8表明當(dāng)像素尺寸為1.5pm時(shí)，對(duì)靠近R靈敏度中心的650nm的靈 敏度減小約15 % ,且對(duì)靠近G靈敏度中心的550nm的靈敏度減小約5 % 。 因此可以理解，如果R像素的開(kāi)口增大約15。/。且G像素的開(kāi)口增大約5%, 則可以防止靈敏度退化并可以獲得良好的圖像質(zhì)量。由于通過(guò)放大開(kāi)口也降 低了受波性質(zhì)影響的輸出退化，實(shí)際開(kāi)口可以制成略小于這些值，且還期望 考慮到作為成像設(shè)備l的性能而恰當(dāng)?shù)剡x擇實(shí)際開(kāi)口。對(duì)于B像素，由于當(dāng) 像素尺寸為1.5(im時(shí)靈敏度退化約為2%，因此無(wú)需放大該開(kāi)口。盡管在本 實(shí)施例中像素尺寸根據(jù)像素的線(xiàn)而改變，但是僅要求放大開(kāi)口直徑從而處理 光電二極管輸出減小，且該開(kāi)口不限于本實(shí)施例。還顯而易見(jiàn)的是，該方法 可以依據(jù)半導(dǎo)體成像裝置的工藝而恰當(dāng)?shù)剡x擇。根據(jù)本實(shí)施例，即使當(dāng)像素 尺寸為1.5nm時(shí)，靈敏度可以制成為對(duì)于R、 G和B幾乎相同，且圖像退化 可以得到防止。上文是對(duì)本實(shí)施例的成像設(shè)備1的配置的描述。
在描述本發(fā)明的成像設(shè)備1的優(yōu)點(diǎn)之前，接下來(lái)將描述半導(dǎo)體成像裝置 的像素尺寸和靈敏度之間的關(guān)系。
從圖8可以看出，當(dāng)像素尺寸變小時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的相對(duì)靈敏度顯著減小。 這種現(xiàn)象的原因被認(rèn)為是當(dāng)向像素尺寸變小使得光電二極管的開(kāi)口部分與 波長(zhǎng)大約相同尺寸時(shí)，光作為波的性能變得不可忽略。認(rèn)為當(dāng)像素尺寸為 2.5[im以上時(shí)，光作為波的性能可以忽略，而當(dāng)像素尺寸為2pm以下時(shí)，對(duì) 應(yīng)于長(zhǎng)波長(zhǎng)的像素靈敏度減小且圖像退化發(fā)生。像素尺寸決定減小成像設(shè)備 的尺寸和厚度方面的極限。
圖9示出了對(duì)于不同尺寸的成像設(shè)備，半導(dǎo)體成像裝置的像素尺寸和像 素?cái)?shù)目之間的關(guān)系。水平軸代表像素尺寸，垂直軸代表像素?cái)?shù)目。從圖9可 以看出，當(dāng)成像設(shè)備的尺寸變小時(shí)，像素尺寸趨于變小且像素?cái)?shù)目趨于增大。 圖中的箭頭TR表明該設(shè)備的趨勢(shì)。 一百萬(wàn)像素級(jí)別的成像設(shè)備常規(guī)上為約 1/2至1/3英寸(用英寸表達(dá))，且現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)為1/4英寸類(lèi)型。如果尺寸縮小 在未來(lái)繼續(xù)且一百萬(wàn)像素裝置實(shí)現(xiàn)為1/6英寸類(lèi)型，則像素尺寸將約為2pm因此，預(yù)期將遭受可歸因于光作為波的性能的上述圖像退化問(wèn)題。
將在下文描述本實(shí)施例的成像設(shè)備1的優(yōu)點(diǎn)。不同于圖IO所示的常規(guī)
的所謂Bayer布置半導(dǎo)體成像裝置，其中相同尺寸的方形像素均勻地布置， 本實(shí)施例的成像設(shè)備1內(nèi)的像素尺寸依據(jù)光電二極管56靈敏的波長(zhǎng)而改變。 具體而言，在長(zhǎng)波長(zhǎng)靈敏的光電二極管56的像素尺寸制成更大，使得開(kāi)口 部分制成更大。制成尺寸大于光波長(zhǎng)的開(kāi)口部分可以防止可歸因于光作為波 的性能的靈敏度降低。對(duì)于不包括長(zhǎng)波長(zhǎng)的R像素的線(xiàn)，像素尺寸制成更小， 且由此半導(dǎo)體成像裝置4可以縮小尺寸。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置使用Bayer布置陣列，因此可以應(yīng)用例如讀 取方法、顏色校正和插值的常規(guī)技術(shù)。因此，可以改善發(fā)展的效率，且也可 以繼承和應(yīng)用各種技術(shù)訣轉(zhuǎn)。
也可以對(duì)第一實(shí)施例進(jìn)行下述變化。盡管在本實(shí)施例中描述了 Bayer陣 列中像素尺寸改變的示例，但是本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于具有另外陣列的成 像設(shè)備且可以對(duì)其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整。盡管在本實(shí)施例中光電二極管56的開(kāi) 口為矩形，但是開(kāi)口可以改變?yōu)闄E圓形、圓形、六角形等。
盡管在本實(shí)施例中描述了相同顏色的像素具有相同尺寸的開(kāi)口 ，但是相 同顏色的像素的開(kāi)口尺寸可以改變。例如，在上述實(shí)施例中對(duì)于在中心 550nm附近靈敏度降低約5 %的G像素，可以組合大開(kāi)口和小開(kāi)口從而整體 上將靈敏度提高5%。
考慮到長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的半值波長(zhǎng)依據(jù)光學(xué)濾光片5上的入射角而在數(shù)值上偏 移到短波長(zhǎng)側(cè)，可以采用這樣的配置，其中光學(xué)濾光片5上的入射角較大的 半導(dǎo)體成像裝置4像素周?chē)拈_(kāi)口與中心附近相比直徑增大。將詳細(xì)地描述 這一點(diǎn)。
由于光學(xué)濾光片5如前所述為反射類(lèi)型，多層膜設(shè)于其一側(cè)上。當(dāng)入射 角增大時(shí)，在該多層膜內(nèi)的光學(xué)路徑長(zhǎng)度變得比較長(zhǎng)。入射角的增加因此視 為等效于多層膜的加厚，且長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的半值的位置偏移到短波長(zhǎng)側(cè)。
圖5示出了光學(xué)濾光片5上入射角和透射率之間的關(guān)系。圖中的實(shí)線(xiàn)、 虛線(xiàn)和雙點(diǎn)劃線(xiàn)分別示出了在光學(xué)濾光片5上入射角為0、 10和20度時(shí)的 透射率特性。從圖5看出，當(dāng)入射角改變?yōu)?0和20度時(shí)，與入射角為O度 相比，長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的半值位置分別朝短波長(zhǎng)側(cè)偏移了約5nm和10nm,具體地 達(dá)到745nm和740nm。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)表明，10nm變化導(dǎo)致視覺(jué)上不諧調(diào)的感覺(jué)，且圖像質(zhì)量視覺(jué)上惡化。
為了實(shí)現(xiàn)厚度縮小，周?chē)袼厣系娜肷浣潜仨毷谴蟮?。因此，光學(xué)濾光 片5上入射角更大的半導(dǎo)體成像裝置的周?chē)袼氐拈_(kāi)口與靠近中心相比直徑 增大，使得由入射角增大導(dǎo)致的周?chē)袼貓D像退化可以減小。
這種情形的確定開(kāi)口直徑的方法例如為，確定減d、入射角影響的半導(dǎo)體 成像裝置4周?chē)袼氐拈_(kāi)口直徑，確定由波性質(zhì)引起的靈敏度退化得到校正 的開(kāi)口直徑，以及隨后進(jìn)行整體優(yōu)化。相反，可以首先整體上確定開(kāi)口直徑， 隨后對(duì)周?chē)袼剡M(jìn)行校正。確定開(kāi)口直徑的方法可以依據(jù)成像設(shè)備的性能而 恰當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
當(dāng)像素尺寸微型化至約lpni時(shí)，也需要來(lái)自B像素的輸出來(lái)改變開(kāi)口。 這種情況下，給定開(kāi)口從而平衡R、 G和B的各個(gè)靈敏度比例。如果R、 G 和B的各個(gè)靈敏度比例得到平衡，則可以通過(guò)增大光電二極管56本身的靈 敏度或優(yōu)化曝光時(shí)間，或者通過(guò)增大讀取電路側(cè)上的增益等來(lái)整體上應(yīng)對(duì)半 導(dǎo)體成像裝置4的靈敏度減小。這可以實(shí)現(xiàn)成像設(shè)備的尺寸和厚度縮小。
第二實(shí)施例
接下來(lái)描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例的成像設(shè)備配置成基本上 與第一實(shí)施例的成像設(shè)備l相同，但是不同之處為，三維基板2并不透射可 見(jiàn)光和近紅外光。不透射可見(jiàn)光和近紅外光的配置是指圖像質(zhì)量沒(méi)有顯著退 化的一種配置。具體而言，透射率應(yīng)約為0.5%以下，優(yōu)選地0.2%以下。在 本實(shí)施例中約為0.15%。
半導(dǎo)體成像裝置4由硅制成。因此長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上其靈敏度范圍的上限取決 于超過(guò)硅帶隙能(Eg)的波長(zhǎng)。硅帶隙能約為1.12eV,且波長(zhǎng)極限是由 bl240/Eg確定，其中波長(zhǎng)為X[nm],帶隙能為Eg[eV]。因此長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的靈 敏度極限約為1100nm(l.lpm)，這是遠(yuǎn)紅外光線(xiàn)。
本實(shí)施例的三維基板2包括添加有對(duì)可見(jiàn)光和短波長(zhǎng)側(cè)是有效的高度分 散碳黑的樹(shù)脂材料(PAA),以及吸收紫外光的硼硅酸鹽玻璃。三維基板2 還可以具有約2重量％的鋁，混合作為導(dǎo)熱金屬填充劑。這使得可見(jiàn)光和近 紅外光的靈敏度在半導(dǎo)體成像裝置4的靈敏度范圍變得足夠低。評(píng)價(jià)圖像退 化從而優(yōu)化該三維基板的樹(shù)脂的材料厚度。由于為長(zhǎng)波長(zhǎng)的近紅外光趨于透 入更深，因此重要的是仔細(xì)考慮這一點(diǎn)。如果波長(zhǎng)為l.liam以下的近紅外光 進(jìn)入半導(dǎo)體成像裝置4，則噪聲出現(xiàn)且圖像質(zhì)量退化。為了防止這一點(diǎn)，增加混合到樹(shù)脂材料的金屬填充劑的數(shù)量是有效的。附帶地，當(dāng)鋁作為金屬填
充劑時(shí)，優(yōu)選地使用鋁氧化物(三氧化二鋁，A1203 )形式的鋁從而降低電
學(xué)絕緣電阻。
由于本實(shí)施例的三維基板2具有不透射可見(jiàn)光或近紅外光的構(gòu)造，本實(shí) 施例可以實(shí)施于便攜電話(huà)或其他設(shè)備，而無(wú)需設(shè)有用于遮蔽不需要的光到達(dá) 成像設(shè)備l的遮光構(gòu)件。這增加了設(shè)計(jì)便攜裝置時(shí)的靈活度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的 尺寸縮小，也實(shí)現(xiàn)了方便性的改善。
第三實(shí)施例
第三實(shí)施例的成像設(shè)備配置成基本上與參考圖2至5所述第一實(shí)施例的 半導(dǎo)體成像裝置l相同。
圖11為示出了半導(dǎo)體成像裝置4的一個(gè)像素的放大視圖。半導(dǎo)體成像 裝置4配置成基本上與參考圖6所述第一實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置4相同。 如圖11所示，半導(dǎo)體成像裝置4包括光電二極管56和光電二極管57。微透 鏡50、彩色濾光片51、內(nèi)部透鏡和保護(hù)膜52、 Al布線(xiàn)和掩模53、絕緣層 54、多晶硅55等設(shè)于光電二極管56的光入射側(cè)上。
光電二極管56和57布置成使得各個(gè)入射表面面向相同方向。光電二極 管57置于光電二極管56的入射表面的對(duì)立側(cè)上，且是用于探測(cè)穿過(guò)光電二 極管56的光的輔助光電二極管。使用相同類(lèi)型的光電二極管作為光電二極 管56和57。盡管在本實(shí)施例中使用相同類(lèi)型的光電二極管作為光電二極管 56和57，但是可以使用性能、形式等彼此不同的光電二極管作為光電二極 管56和57。
來(lái)自光電二極管56和57的輸出彼此累加并引至圖中未示出的讀取電 路。讀取方法為水平和垂直地發(fā)送電學(xué)電荷，如常規(guī)方法的情形那樣。這種 配置可以從光電二極管56和57導(dǎo)出輸出。
光電二極管57的尺寸依據(jù)提供于光電二極管56入射側(cè)上的彩色濾光片 51透射的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。如果所提供的彩色濾光片51透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光， 則使用大的光電二極管57，且如果所提供的彩色濾光片51透射短波長(zhǎng)的光， 則使用小的光電二極管57。如果所提供的彩色濾光片51透射短波長(zhǎng)的光， 則不需要提供光電二極管57。
圖8所示靈敏度特性表明，當(dāng)像素尺寸為1.5lam時(shí)，對(duì)靠近R靈敏度中 心的650nm的靈敏度減小約15%，且對(duì)靠近G靈敏度中心的550nm的靈敏度減小約5%。在本實(shí)施例中，光電二極管57的尺寸設(shè)置為補(bǔ)償由于像素尺 寸縮小引起的靈敏度減小。例如，大尺寸的光電二極管57置于設(shè)有透射靈 敏度降低較大的R (650nm)的彩色濾光片51的光電二極管56上，且小尺 寸的光電二極管57置于設(shè)有透射靈敏度降低較小的G( 550nm)的彩色濾光 片51的光電二極管56上。大尺寸光電二極管57具有比小尺寸光電二極管 57更高的靈敏度，且因此可以在大的程度上補(bǔ)償靈敏度的降低。這樣，光電 二極管56和57輸出的總和維持恒定。 一般而言，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更深入半導(dǎo)體 裝置。因此，容易波動(dòng)的光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，則可以從光電二極管57導(dǎo)出越大 的輸出。短波長(zhǎng)的光難以到達(dá)光電二極管57，但是另一方面不容易波動(dòng)，因 此光電二極管56輸出大的輸出?；谶@種關(guān)聯(lián)，可以確定從光電二極管56 和57獲得的輸出的變化，從而優(yōu)化光電二極管57的尺寸。
圖12示出了對(duì)于各種基色(R、 G、 B)像素，本實(shí)施例的半導(dǎo)體成像 裝置4的靈敏度對(duì)于波長(zhǎng)人的特性。水平軸代表波長(zhǎng)，垂直軸代表靈敏度。 該光電二極管是由硅制成，且直到近紅外光區(qū)域都是靈敏的。該圖示出了像 素尺寸為2.5pm時(shí)對(duì)藍(lán)光的靈敏度(光譜靈敏度)60，并以同樣方式示出了 對(duì)綠光的靈敏度61和對(duì)紅光的靈敏度62。該圖還示出了像素尺寸為1.5pm 時(shí)對(duì)于紅光的來(lái)自光電二極管56的輸出63和來(lái)自光電二極管57的輸出64。 來(lái)自光電二極管56的輸出63和來(lái)自光電二極管57的輸出64之間的光譜特 性存在一些不同。該原因^皮認(rèn)為在于，更短波長(zhǎng)的分量到達(dá)底側(cè)上的光電二 極管57時(shí)被衰減得更多。
如圖12所示，光電二極管56—直到近紅外光區(qū)域是靈敏的。由于長(zhǎng)波 長(zhǎng)的光難以衰減，因此還要求考慮從裝置背側(cè)進(jìn)入的光。在本實(shí)施例中，設(shè) 于FPC 15背側(cè)上的金屬箔14防止可見(jiàn)光和紅外光進(jìn)入。至于對(duì)各種顏色的 靈敏度，積分并比較靈敏度特性值。靈敏度視彩色濾光片的性能、所使用的 色素著色物質(zhì)的特性等而變化。上述是對(duì)本實(shí)施例的成像設(shè)備1的配置的描 述。
下面描述本實(shí)施例的成像設(shè)備1的優(yōu)點(diǎn)。如上述實(shí)施例中所述，存在這 樣的背景，即，當(dāng)像素尺寸變小時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的相對(duì)靈敏度趨于顯著降低， 且由于未來(lái)的進(jìn)一步尺寸縮小，預(yù)期將遭受圖像退化的問(wèn)題。
在本實(shí)施例的成像設(shè)備1中，光電二極管57置于光電二極管56的入射 表面的對(duì)立側(cè)上。這使得入射到半導(dǎo)體成像裝置4上的光可以被光電二極管56和57都探測(cè)到，且探測(cè)的信號(hào)彼此累加。因此，半導(dǎo)體成像裝置4的靈
敏度可以提高。
在本實(shí)施例的成像設(shè)備1中，光電二極管57的尺寸是依據(jù)由設(shè)于各個(gè) 光電二極管56入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片51透射的光的波長(zhǎng)來(lái)確定的。也 就是說(shuō)，對(duì)于設(shè)有透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的彩色濾光片51的光電二極管57而言， 通過(guò)提高靈敏度來(lái)補(bǔ)償波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，使得可以實(shí)現(xiàn)看上去靈敏度沒(méi)有降低 的性能。
從圖12可以看出，通過(guò)累加來(lái)自光電二極管56的輸出63和來(lái)自光電 二極管57的輸出64來(lái)補(bǔ)償光電二極管56的靈敏度降低，使得可以導(dǎo)出與 來(lái)自尺寸為2.5)im的紅色像素的信號(hào)相當(dāng)?shù)男盘?hào)，即處于與輸出幾乎沒(méi)有降 低的狀態(tài)相同的水平。也可以按照類(lèi)似的方式補(bǔ)償來(lái)自綠色像素的輸出的降 低。
在本實(shí)施例的成像設(shè)備l中，使用相同類(lèi)型的光電二極管作為光電二極 管56和57，且光電二才及管56和57均可以通過(guò)相同方法^皮光電轉(zhuǎn)換。因此 具有下述優(yōu)點(diǎn)，即，可以原樣地使用常規(guī)電路和各種校正等。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置使用Bayer布置陣列，因此可以應(yīng)用例如讀 取方法、顏色校正和插值的常規(guī)技術(shù)。因此，可以改善發(fā)展的效率，且也可 以繼7 、和應(yīng)用各種纟支術(shù)i夬竅。
本實(shí)施例包括不透射可見(jiàn)光或近紅外光的三維基板2，如上述第二實(shí)施 例那樣。這使得本實(shí)施例和第二實(shí)施例一樣實(shí)施于便攜電話(huà)或其他設(shè)備，而 無(wú)需設(shè)有用于遮蔽不需要的光到達(dá)成像設(shè)備l的遮光構(gòu)件。這增加了設(shè)計(jì)便 攜裝置時(shí)的靈活度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的尺寸縮小，也實(shí)現(xiàn)了方便性的改善。
也可以對(duì)第三實(shí)施例進(jìn)行下述變化。盡管在上述實(shí)施例中描述了使用兩 個(gè)光電二極管56和57的示例，但是另外光電二極管可以添加到光電二極管 57底側(cè)用于對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)波長(zhǎng)紅光的像素。
當(dāng)像素尺寸微型化至約l拜時(shí)，優(yōu)選地為對(duì)應(yīng)于R、 G和B的各個(gè)像 素的提供光電二極管57。還期望選擇靈敏度從而平衡R、 G和B的各個(gè)靈 敏度比例。這可以實(shí)現(xiàn)成像設(shè)備的尺寸和厚度縮小。
考慮到長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的半值波長(zhǎng)依據(jù)光學(xué)濾光片5上的入射角而在數(shù)值上偏 移到短波長(zhǎng)側(cè)，可以采用這樣的配置，其中光學(xué)濾光片5上的入射角更大的 半導(dǎo)體成像裝置4周?chē)袼氐撵`敏度相對(duì)于中心附近被提高。如前所述，周?chē)袼厣系娜肷浣潜仨毷谴蟮?，從而?shí)現(xiàn)厚度縮小，且入射角的增大使得該 周?chē)鷥?nèi)長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上的半值位置偏移到短波長(zhǎng)側(cè)。
因此，光學(xué)濾光片5上入射角更大的半導(dǎo)體成像裝置的周?chē)袼氐撵`敏 度相對(duì)于中心附近被提高，使得由于入射角增大所致的周?chē)袼氐膱D像退化 可以減小。
這種情形的確定靈敏度的方法例如為，確定由于入射角影響所致的半導(dǎo) 體成像裝置4的周?chē)袼氐撵`敏度降低,確定靈敏度退化得到校正的靈敏度， 以及隨后進(jìn)行整體優(yōu)化。相反，可以首先整體上確定該靈敏度，隨后對(duì)周?chē)?像素進(jìn)行校正。確定靈敏度的方法可以依據(jù)成像設(shè)備的性能而恰當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
第四實(shí)施例
第四實(shí)施例的成像設(shè)備配置成基本上與參考圖2至5所述第一實(shí)施例的 半導(dǎo)體成像裝置l相同。
圖13為示出了半導(dǎo)體成像裝置4的一個(gè)像素的放大視圖。半導(dǎo)體成像 裝置4配置成基本上與參考圖6所述第一實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置4相同。 如圖13所示，半導(dǎo)體成像裝置4包括將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電二極管 56。
微透鏡50、彩色濾光片51、內(nèi)部透鏡和保護(hù)膜52、 Al布線(xiàn)和掩模53、 絕緣層54、多晶硅55等設(shè)于光電二極管56的光入射側(cè)上。在與光電二極管 56的入射表面的對(duì)立側(cè)上，半導(dǎo)體成像裝置4具有反射層58，用于沿光電 二極管56的方向反射穿過(guò)光電二極管56的光。
鋁被用于反射層58作為銀白色金屬。鋁經(jīng)常用于半導(dǎo)體作為電極和內(nèi) 部布線(xiàn)，且因此容易使用。鋁的低密度實(shí)現(xiàn)了輕的重量，且單位價(jià)格低于其 他銀白色金屬。盡管在本實(shí)施例中使用了鋁，但是也可以使用其他銀白色金 屬，例如鎳、鈦等。如果使用鎳，光電二極管56可以被電磁屏蔽，且該功 能優(yōu)于EMI等。可以恰當(dāng)?shù)剡x擇反射層的材料或者作為反射膜的厚度和尺 寸，從而獲得所需的反射率。
反射層58的尺寸和反射率是依據(jù)提供于光電二極管56的入射表面?zhèn)壬?的彩色濾光片51透射的光的波長(zhǎng)來(lái)確定的。如果所4是供的彩色濾光片51透 射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，則使用大的尺寸和反射率的反射層58，且如果所提供的彩色 濾光片51透射短波長(zhǎng)的光，則使用小的尺寸和反射率的反射層58。如果所 提供的彩色濾光片51透射短波長(zhǎng)的光，則不需要包括反射層58。盡管在本實(shí)施例中，反射層58的尺寸和反射率是依據(jù)彩色濾光片51透射的光的波長(zhǎng) 來(lái)確定的，但是反射層58的改變可以?xún)H限于尺寸或者僅限于反射率。
圖8所示靈敏度特性表明，當(dāng)像素尺寸為1.5pm時(shí)，對(duì)靠近R靈敏度中 心的650nm的靈敏度減小約15 % ，且對(duì)靠近G靈敏度中心的550nm的靈敏 度減小約5%。在本實(shí)施例中，設(shè)置反射層58的尺寸和反射率，從而補(bǔ)償由 于像素尺寸縮小引起的靈敏度減小。例如，大的尺寸和反射率的反射層58 置于設(shè)有透射靈敏度降低較大的R(650nm)的彩色濾光片51的光電二極管 56上，且小的尺寸和反射率的反射層58置于設(shè)有透射靈敏度降低較小的G (550nm)的彩色濾光片51的光電二極管56上。反射層58的尺寸和反射率 越大，光電二極管56的靈敏度越高。
一般而言，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更深入半導(dǎo)體裝置。因此，容易波動(dòng)的光的波長(zhǎng) 越長(zhǎng)，則從反射層58反射的光數(shù)量越大。短波長(zhǎng)的光以少量到達(dá)反射層58, 但是另一方面不容易波動(dòng)，因此通過(guò)從光電二極管56的入射表面?zhèn)热肷涞?光可以獲得大的輸出?；谶@種關(guān)聯(lián)，可以確定從反射層58反射的光獲得 的輸出的變化，從而優(yōu)化反射層58的尺寸和反射率。
光電二極管56光電轉(zhuǎn)換從設(shè)有彩色濾光片51的入射表面?zhèn)热肷涞墓庖?及被反射層58反射的光，并輸出電信號(hào)。光電二極管56的輸出被引至圖中 未示出的讀取電路。讀取方法為水平和垂直地發(fā)送電學(xué)電荷，如常規(guī)方法的 情形那樣。這種配置可以從光電二極管56導(dǎo)出輸出。
圖14示出了光電二極管56的靈敏度對(duì)于波長(zhǎng)得特性。水平軸代表波長(zhǎng)， 垂直軸代表靈敏度。該光電二極管是由硅制成，且直到近紅外光區(qū)域都是靈 敏的。該圖示出了像素尺寸為2.5(im時(shí)對(duì)藍(lán)光的靈敏度(光譜靈敏度)60， 并以同樣方式示出了對(duì)綠光的靈敏度61和對(duì)紅光的靈萄丈度62。該圖還示出 了像素尺寸為1.5pm時(shí)，對(duì)于紅光的來(lái)自光電二極管56的輸出63和從來(lái)自 反射層58的光再次進(jìn)入獲得的輸出65。來(lái)自光電二極管56的輸出63和來(lái) 自從反射層58的光再次進(jìn)入獲得的輸出65之間的光譜特性存在一些不同。 其原因被認(rèn)為在于，更短波長(zhǎng)的分量到達(dá)底反射層58時(shí)衰減更多。
如圖14所示，光電二極管56—直到近紅外光區(qū)域是靈敏的。由于長(zhǎng)波 長(zhǎng)的光難以衰減，因此還要求考慮從裝置背側(cè)進(jìn)入的光。在本實(shí)施例中，設(shè) 于FPC 15背側(cè)上的金屬箔14防止可見(jiàn)光和紅外光進(jìn)入。至于對(duì)各種顏色的 靈敏度，積分并比較靈敏度特性值。靈敏度視彩色濾光片的性能、所使用的色素著色物質(zhì)的特性等而變化。上述是對(duì)本實(shí)施例的成像設(shè)備l的配置的描述。
下面描述本實(shí)施例的成像設(shè)備1的優(yōu)點(diǎn)。如上述實(shí)施例中所述，存在這 樣的背景，即，當(dāng)像素尺寸變小時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的相對(duì)靈敏度趨于顯著降低， 且由于未來(lái)的進(jìn)一步尺寸縮小，預(yù)期將遭受圖像退化的問(wèn)題。
在本實(shí)施例的成像設(shè)備1中，反射層58置于光電二極管56的入射表面 的對(duì)立側(cè)上。這使得穿過(guò)光電二極管56的光被反射層58反射并再次進(jìn)入光 電二極管56。因此，光電二極管56的靈敏度可以提高。
在本實(shí)施例的成像設(shè)備1中，反射層58的尺寸和反射率是依據(jù)由設(shè)于 各個(gè)光電二極管56入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片51透射的光的波長(zhǎng)來(lái)確定 的。也就是說(shuō)，設(shè)有透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的彩色濾光片51時(shí)，使用大的尺寸和 反射率的反射層58,從而反射光的量增大且光電二極管56的靈敏度增大。 這樣，對(duì)于對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光靈敏的光電二極管，波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)得到補(bǔ)償，使得 可以實(shí)現(xiàn)看上去靈敏度沒(méi)有降低的性能。
從圖14可以看出，通過(guò)累加來(lái)自光電二極管56的輸出63和通過(guò)反射 層58獲得的輸出65,可以導(dǎo)出與來(lái)自尺寸為2.5pm的紅色像素的輸出相當(dāng) 的輸出，即處于與輸出幾乎沒(méi)有降低的狀態(tài)相同的水平。按照類(lèi)似的方式， 也可以通過(guò)使來(lái)自反射層58的光再次進(jìn)入而補(bǔ)償來(lái)自綠色像素的輸出的降 低。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體成像裝置使用Bayer布置陣列，因此可以應(yīng)用例如讀 取方法、顏色校正和插值的常規(guī)技術(shù)。因此，可以改善發(fā)展的效率，且也可 以繼承和應(yīng)用各種4支術(shù)訣竅。
本實(shí)施例包括不透射可見(jiàn)光或近紅外光的三維基板2,如上述第二實(shí)施 例那樣。這使得本實(shí)施例和第二實(shí)施例一樣實(shí)施于便攜電話(huà)或其他設(shè)備，而 無(wú)需設(shè)有用于遮蔽不需要的光到達(dá)成像設(shè)備l的遮光構(gòu)件。這增加了設(shè)計(jì)便 攜裝置時(shí)的靈活度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的尺寸和反射率縮小，也實(shí)現(xiàn)了方便性的改 善。
也可以對(duì)第四實(shí)施例進(jìn)行下述變化。盡管在上述實(shí)施例中描述了使用銀 白色金屬作為反射層58的示例，但是反射層58可以由半導(dǎo)體形成?？梢酝?過(guò)堆疊光學(xué)折射率隨摻雜材料變化的膜以形成多層，來(lái)獲得該半導(dǎo)體反射 層。作為另一方法，可以使用多晶硅層作為反射膜而非導(dǎo)電膜。可以恰當(dāng)?shù)剡x擇折射率、膜的層數(shù)、反射率等。
當(dāng)像素尺寸微型化至約lpm時(shí)，優(yōu)選地為對(duì)應(yīng)于R、 G和B的各個(gè)像 素的提供反射層58。還期望選擇靈敏度從而平衡R、 G和B的各個(gè)靈敏度 比例。這可以實(shí)現(xiàn)成像設(shè)備的尺寸和反射率和厚度縮小。
移到短波長(zhǎng)側(cè)，可以采用這樣的配置，其中光學(xué)濾光片5上的入射角更大的 半導(dǎo)體成像裝置4周?chē)袼氐撵`敏度相對(duì)于中心附近凈皮^提高。如前所述，周 圍像素上的入射角必須是大的，從而實(shí)現(xiàn)厚度縮小，且入射角的增大使得該 周?chē)鷥?nèi)長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)上的半值位置偏移到短波長(zhǎng)側(cè)。
因此，光學(xué)濾光片5上入射角更大的半導(dǎo)體成像裝置的周?chē)袼氐撵`敏 度相對(duì)于中心附近被提高，使得由于入射角增大所致的周?chē)袼氐膱D像退化
這種情形的確定靈敏度的方法例如為，確定由于入射角影響所致的半導(dǎo) 體成像裝置4的周?chē)袼氐撵`敏度降低，確定靈敏度退化得到校正的靈敏度, 以及隨后進(jìn)行整體優(yōu)化。相反，可以首先整體上確定該靈敏度，隨后對(duì)周?chē)?像素進(jìn)行校正。確定靈敏度的方法可以依據(jù)成像設(shè)備的性能而恰當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
盡管已經(jīng)描述了目前被視為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施例，但是應(yīng)該理 解，可以對(duì)其進(jìn)行各種修改和變化，且所附權(quán)利要求旨在覆蓋落在本發(fā)明真 實(shí)精神和范圍之內(nèi)的所有這些修改和變化。
工業(yè)適用性
本發(fā)明可用于設(shè)有使用半導(dǎo)體成像裝置的成像設(shè)備的便攜終端、便攜電話(huà)等。
考慮到長(zhǎng)》
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，包括半導(dǎo)體成像裝置，具有彩色濾光片和多個(gè)光電二極管；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從目標(biāo)引導(dǎo)至所述半導(dǎo)體成像裝置，其中位于所述多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上的所述半導(dǎo)體成像裝置具有用于反射穿過(guò)所述光電二極管的光的反射層。
2. 如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述反射層的尺寸或反射率是 依據(jù)穿過(guò)設(shè)于光電二極管入射表面?zhèn)壬系牟噬珵V光片并到達(dá)所述入射表面 的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的成像設(shè)備，其中所述反射層由銀白色金屬 形成。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的成像設(shè)備，其中所述反射層是由半導(dǎo)體形成。
5. 如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的成像設(shè)備，包括置于所述半導(dǎo)體 成像裝置和所述成像光學(xué)系統(tǒng)之間的光學(xué)濾光片，光學(xué)濾光片上的區(qū)域的光的入射角來(lái)確定。
6. 如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的成像設(shè)備，包括用于容放所述半 導(dǎo)體成像裝置的三維基板，所述三維基板不透射可見(jiàn)光和近紅外光。
7. 如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的成像設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體成像 裝置的像素節(jié)距為2微米以下。
8. —種包括如權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的成像設(shè)備的便攜電話(huà)設(shè)備。
9. 一種半導(dǎo)體成像裝置，包括 多個(gè)光電二極管，用于將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 彩色濾光片，設(shè)于光電二極管的入射表面?zhèn)壬希灰约胺瓷鋵?，布置于所述多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè) 上，所述反射層具有依據(jù)從彩色濾光片入射到所述光電二極管的透射光的波 長(zhǎng)的尺寸或反射率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種成像設(shè)備，其包括半導(dǎo)體成像裝置，具有彩色濾光片和多個(gè)光電二極管；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，用于將光從目標(biāo)引導(dǎo)至半導(dǎo)體成像裝置，其中位于所述多個(gè)光電二極管的至少一部分的入射表面的對(duì)立側(cè)上的半導(dǎo)體成像裝置具有用于反射穿過(guò)光電二極管的光的反射層。本發(fā)明還涉及包括該成像設(shè)備的便攜電話(huà)設(shè)備，以及半導(dǎo)體成像裝置，其包括多個(gè)光電二極管；彩色濾光片；以及反射層，反射層具有依據(jù)從彩色濾光片入射到光電二極管的透射光的波長(zhǎng)的尺寸或反射率。在使用半導(dǎo)體成像裝置的照相機(jī)模塊中，像素尺寸縮小。可以防止受到波動(dòng)影響的范圍內(nèi)的成像設(shè)備的圖像退化并縮小設(shè)備尺寸和厚度。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101587904SQ200910148188
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者西澤宏 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社