固态成像装置、信号处理装置、摄像机及光谱装置制造方法及图纸

在光电二极管上方形成光屏蔽膜，所述光电二极管将所接收到的光转换为电信号，在所述光电二极管和所述光屏蔽膜之间夹有绝缘膜。在截止膜中形成窗孔，以致截止所述光电二极管敏感的光线的波长范围内的至少预定波长的光线，允许低于所述预定波长的光线穿过。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在数字摄影机等类似装置中使用的固态成像装置，更具体涉及一种用滤色层(filter)去除对固态成像装置中的光电二极管敏感的波长范围中的不需要波长的光以及用于从经过该滤色层产生的电信号中产生色彩信号的技术。
技术介绍
传统的固态成像装置按照使用单传感器装置或使用多个传感器装置的彩色成像方法来执行色彩分离。在使用多个传感器装置的彩色成像方法中，通过使用一个色彩分光棱镜分离图像的色彩、并且通过使用三个或四个固态成像装置将该分离的图像转换为电信号来获得彩色信号。与此对比，在使用单个传感器装置的彩色成像方法中，通过使用形成在该一个固态成像装置中的三个或四个芯片上彩色滤色层分离图像来获得彩色信号，该固态成像装置将该色彩分离的图像转换为电信号。该使用单个传感器方法的彩色成像使用基色滤色层或互补滤色层，这依赖于图像将要被分离的色彩的情况。例如，在一个基色滤色层的情况下，图像被分离为三种颜色；红(R)、绿(G)和蓝(B)，而在互补滤色层的情况下，图像被分离为四种颜色青色(Cy)、紫色(Mg)、黄色(Ye)和绿色(G)(例如，参照文献1)。不管该传统的方法使用单个传感器还是多个传感器，一个共同的特点是图像被分为二维排列的像素，并被转换为电信号。为此，以下仅描述使用单个传感器的固态成像装置，并省略了使用多个传感器装置的彩色成像方法的说明。此外，由于用于将该图像转换为电信号的方法对于两种方法来说是共有的，且该仅有的差别是在于通过分离所获得的颜色，使用单个传感器装置的彩色成像方法是以使用基色滤色层而不是互补滤色层来描述的。<传统的固态成像装置的结构> 图15A是传统固态成像装置中的光电转换单元的上表面视图，图15B示出了该光电转换单元向箭头方向看去的横断面J-J′视图。注意的是，在该光电转换单元10中的像素聚集成被称为像素单元的组，并且为了简洁，这里只示出一个像素单元(二乘二像素)。正如可从图15A和15B中看到的，该光电转换单元10由二维排列的像素组成。每个与一个像素对应的像素单元是图像中的最小单元。该像素1至4具有光电二极管12形成在半导体衬底11中的结构，绝缘膜13、光屏蔽膜14、用于平坦化的绝缘膜16以及滤色层17r、17b和17g(每个像素一个)以所述顺序形成在光电二极管12已形成于其中的半导体衬底11上。该光屏蔽膜14有窗孔15形成在其中。该光电二极管12、绝缘膜13以及光屏蔽膜14是按照晶片制造方法来形成的，并且该滤色层17r、17b以及17g按照芯片上滤色层制造方法形成在绝缘膜16的表面上。该芯片上滤色层制造方法包括将树脂膜涂于该绝缘膜的表面、使用一个热掩模暴露该树脂膜并且然后显影该树脂膜，由此形成着色图形。使用色素、染料等在该图形中形成滤色层。按照拜耳图形给每个像素分配颜色，以及为每个像素形成该分配的颜色的滤色层。这里，构成一个组的三个像素中的每一个有一种不同的颜色。如图中示出的一个实例，每个像素1和4都有绿色滤色层17g，像素2有蓝色滤色层17b以及像素3有红色滤色层17r。此外，一种红外线截止滤色层18设置在像素1至4的滤色层17r、17g和17b的上方。入射到该光电转换单元10上的光经过该红外线截止滤色层18，然后是该滤色层17r、17g和17b，并经过该窗孔15而被光电二极管12光电变换为电子。图16是示出光电二极管的光谱敏感度特性以及人眼的敏感度特性的曲线图。在该图中，曲线51示出使用硅PN结的光电二极管的光谱敏感度，同时曲线52示出人眼的敏感度特性。如曲线51所示，从可见光到红外线的波长范围，使用硅PN结的光电二极管对于300纳米到1100纳米范围内的光特别敏感，且在600纳米到750纳米敏感度最高。这里，可见光是一种380纳米到780纳米范围内的电磁波，并且诸如紫色、蓝色、绿色、橙色以及红色(按照波长的长度排列)等色彩人眼是可以感觉到的。红外线是一种波长比可见光长的电磁波，并按照距离可见光的远近分为近红外光(0.78微米至3微米)、中红外光(3微米至30微米)以及远红外光(30微米至1毫米)。如从曲线52可见，与光电二极管形成对比，视觉敏感度被表示为人眼敏感度特性的峰值为光波长555纳米(绿光)，并且当光波长变得更短(向蓝光边)和更长(向红光边)时视觉敏感度均减小。该曲线51和52表明有必要尽可能消除可见范围之外的红外线对用于数字摄影机的固态成像装置中的光电二极管12的影响。这是因为重要的是能够测量在人眼可见范围内的光的数量。为此，在光电转换单元10中设置红外滤色层18。为获得彩色信号，通过在光电二极管12之上提供滤色层17r、17g和17b，而在光电转换单元10中获得光电变换的一定程度的性能，该彩色信号是与进一步提供在滤色层17r、17g和17b之上的该红外线截止滤色层18相耦合。然而，除该晶片制造方法外，当制造该固态成像装置时为了形成该滤色层和该红外线截止滤色层，需要芯片上的滤色层制造过程。换句话说，执行多个制造过程的必要性造成固态成像装置存在耗时间并且成本高的问题。此外，如果将制造一种具有在一定程度之上的性能的光电转换单元，则有必要制造具有精确光谱特性的滤色层和红外线截止滤色层。这也造成成品率下降以及制造成本高的问题。文献1ANDO，Takao和KOMOBUCHI，Hiroyoshi，Kotai Satuzo Soshi noKiso，Denshi no Me no Shikumi(固态成像装置的基本原理电子眼的结构)，NihonRiko Shuppankai，1999年12月5日，pp.183-188
技术实现思路
鉴于所描述的问题，本专利技术的目的是提供固态成像装置、产生由该固态成像装置输出的色彩信号的信号处理装置、其中使用该固态成像装置的摄影机、以及光谱装置，这样使得减少了制造时间和成本，并且提高了成品率，同时还获得等于或优于传统固态成像装置的高画面质量。为了解决所述的问题，本专利技术是一个固态成像装置，包括多个光电二极管，每一个光电二极管将接收的光变换为电信号；以及一个光屏蔽膜，具有形成在其中的多个窗孔，该光屏蔽膜提供在该光电二极管之上，并通过夹在该光屏蔽膜与该光电二极管之间的绝缘膜与该光电二极管隔离，其中该窗孔允许一个预定波长以下的波长的光通过。按照所述的结构，在本专利技术的固态成像装置中，提供在该光屏蔽膜中的窗孔起到高通滤波器的作用，并能截止预定波长以及更长波长的光。特别地，因为该光屏蔽膜中的窗孔截止具有比确定波长长的的波长的光，所以该固态成像装置中可以省略红外线截止滤色层以及彩色截止滤色层。此外，可显著降低该红外线截止滤色层阻挡红外光以及该滤色层的光谱特性的精确度。例如，如果该预定波长是在可见光边缘的波长，并且在该光屏蔽膜中提供截止处于可见光边缘的波长的窗孔，则可以显著降低该红外滤色层截止红外光的精确度。这是因为即使红外线通过该红外线截止滤色层，这些红外线也将被该窗孔截止并且因此不会到达光电二极管。类似地，对于试图通过该滤色层的比可见光的波长长的光，该滤色层的光谱特性的精确度可能被显著降低。换句话说，可以省略红外滤色层或提供在截止红外光时具有显著降低精确度的红外滤色层，并且可以省略该滤色层，或对于试图通过该滤色层的比可见光的波长长的波长提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像装置，包括：多个光电二极管，每个光电二极管将所接收的光转换为电信号；和光屏蔽膜，具有形成于其中的多个窗孔，该光屏蔽膜设置在所述光电二极管之上，并通过夹在所述光屏蔽膜与所述光电二极管之间的绝缘膜与所述光电二极管隔离，其中所述窗孔允许波长小于预定波长的光通过。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口琢己，上田大助，片山琢磨，胜野元成，吉田真治，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]