[发明专利]成像元件及其制造方法、像素设计方法和电子设备

说明书

技术领域

本公开涉及诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器之类的成像元件以及采用这种成像元件的电子设备。

背景技术

最近几年，医学领域使用的电子设备(内窥镜照相机、视觉芯片、生物传感器等)的半导体成像器件的应用正在得到积极发展。因此，要求在该器件的灵敏度和尺寸减小(像素的超小型化(microminiaturization))这两个方面得到进一步增强。然而，像素的超小型化的进展缩短了出瞳(exit pupil)距离，并因此产生了下面的问题。具体地说，到像素端区域中的片上透镜(OCL)的光的入射角变大，这导致OCL表面上的反射率增大和晕映(vignetting)增加。

因此，通常在诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器之类的图像传感器中，通过在OCL的表面上提供抗反射膜或者通过将透镜的中心轴移开光电二极管的中心轴进行校正(所谓的瞳校正)来解决该问题。

此外，最近提出了通过采用将OCL成型为圆柱形并且在该圆柱透镜中提供多个狭缝(数字微透镜)从而根据入射角改变透镜的有效折射率的结构，来增强光采集效率的技术(请参考第2009-266900号日本专利特开(下面称为专利文献1))。

发明内容

然而，如果抗反射膜层叠在OCL表面上，则其阻碍了像素的超小型化。此外，对于瞳校正，公知如上所述地将透镜的中心轴偏移或者将透镜本身缩小(减小透镜直径)以将中心轴移到内侧的方法。然而，在前者中，阻碍了像素的超小型化。在后者中，光采集区域变小，并且灵敏度降低。

在上述专利文献1中描述的方法中，因为其中多个狭缝提供有复杂图形的特定透镜结构，所以掩模形状也复杂，并且需要以高处理再现性执行高纵横比(例如10或者更大)的微处理。因为像素的超小型化进入更高的程度，所以这种处理变得更加困难。此外，制造成本也未得到抑制，因为处理复杂并且困难。

半导体成像器件的应用领域正在拓宽，包括最近开发的高级医疗技术。因此，要求进一步增强灵敏度和超小型化。此外，要求利用简单、低成本的处理过程来实现能够解决这种灵敏度增强和超小型化的成像器件。

需要提供能够利用简单的处理过程来实现灵敏度增强和超小型化的成像元件的技术、用于制造成像元件的方法、像素设计方法以及电子设备。

根据本公开实施例，提供了一种成像元件，包括：多个像素，配置为以二维排列，并且每个像素具有：包括光电转换元件的光接收部分和用于采集向着光接收部分的入射光的光采集部分。多个像素中的每个光采集部分都包括在表面上具有取决于像素位置的特定凸凹结构的光功能层。

在根据本公开实施例的成像元件中，二维排列的多个像素中的每个像素具有包括光电转换元件的光接收部分和用于采集到该光接收部分上的入射光的光采集部分。在每个光采集部分中的光功能层的表面上，提供取决于像素位置的特定凸凹结构。因为该特征，在光功能层表面的反射率降低，并且实现了瞳校正。

根据本公开实施例，提供了一种用于制造成像元件的方法。该方法包括：在形成二维排列并且每个具有包括光电转换元件的光接收部分和用于采集向着光接收部分的入射光的光采集部分的多个像素时，在多个像素中的每个光采集部分中形成在表面上具有根据像素位置的特定凸凹结构的光功能层。

在根据本公开实施例的制造成像元件的方法中，在形成二维排列并且每个具有包括光电转换元件的光接收部分和用于采集向着光接收部分的入射光的光采集部分的多个像素时，在每个光采集部分中形成在表面上具有根据像素位置的特定凸凹结构的光功能层。在该形成过程中，不需要复杂的掩模形状，并且也不要求高处理精度。

根据本公开实施例，提供了一种在设计像素中的凸凹结构的规模时使用的像素设计方法，该像素包括在表面上具有凸凹结构的光功能层。该方法包括：作为出瞳距和距中心像素的距离的函数，获得光功能层的有效折射率；以及根据获得的有效折射率，决定该凸凹结构的规模。

根据本公开实施例，提供了一种包括根据本公开的上述实施例的成像元件的电子设备。