CN100463200C - 固体摄像装置及其制造方法以及照相机 - Google Patents

Abstract

为了实现具有受制造偏差影响小、且聚光效率高的聚光元件的高灵敏度固体摄像装置，本发明的固体摄像装置的单位像素分别包括：光电二极管(8)，其对入射光(13)进行光电转换；凸状透射层(15)，其形成于光电二极管(8)的上方，并使光透射；以及凹凸形状的透镜层(11)，其形成于透射层(15)的上部及其周边，对入射光(13)进行聚光并将其射出至透射层(15)。透射层(15)的折射率大于透镜层(11)的折射率。透射层(15)的厚度以及宽度被设定成相对于规定波长的光而成为规定的焦距。透镜层(11)由BPSG膜、TEOS膜、苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂中的任一种构成。

Description

固体摄像装置及其制造方法以及照相机

技术领域

本发明涉及一种安装在数码相机等上的固体摄像装置。

背景技术

关于固体摄像装置，已经提出了各种技术方案(例如，参照专利文献1)。

图1例示了以前的固体摄像装置。在该固体摄像装置110中，单位像素1排列成二维形状，各行由垂直移位寄存器2进行选择，其行信号由水平移位寄存器3进行选择，各个像素的颜色信号从输出放大器4输出。周边的驱动电路5使垂直移位寄存器2、水平移位寄存器3以及输出放大器4动作。

图2是以前的固体摄像装置像素部的剖面图。在固体摄像装置100(图2只示出了三个像素)中，N型层6上形成有P型层7，P型层7内形成有光电二极管8。对光电二极管8之间进行分离的分离区域14上形成有遮光的遮光膜9。此外，在光电二极管8上形成有层间绝缘膜12、只允许与各个像素对应的颜色光透射的滤色器10a～10c以及对入射光13进行聚光的微型透镜21。

这样一来，在以前的固体摄像装置100中，形成在各个光电二极管8上方的微型透镜21对入射光13进行聚光，在被聚光的光中，只有透过滤色器10a～10c的光入射到光电二极管8中，并在光电二极管8中被转换为电荷。

专利文献1：特开平06-61462号公报

可是，在以前的固体摄像装置100的结构中，当微型透镜21的高度由于制造过程中所产生的偏差等而形成得较高时，虽然垂直入射到微型透镜21中心附近的光能够通过微型透镜21而入射到光电二极管8中，但入射到远离微型透镜21中心的最下部附近的光由于受到较大的折射，所以入射不到光电二极管8而入射到元件分离部14。因此，该光无法在光电二极管8中进行光电转换，其结果导致的问题是，固体摄像装置的受光灵敏度下降。再者，该受光灵敏度的下降具有像素尺寸越小其下降程度越为明显的倾向。而且由于上述问题的存在，会导致次品率上升，所以其成为最近的固体摄像装置的一个较大的课题。

另外，在固体摄像装置的周边附近的像素中，入射光的入射角变大。这一现象随着最近的固体摄像装置的薄型化而具有变得更加明显的倾向。因此，存在的问题是：在以前的固体摄像装置的结构中，周边附近的像素的聚光效率下降，从而导致图像质量恶化。

另外，微型透镜21的焦距会因入射光的波长(颜色)不同而变化，从而导致图像质量产生劣化，所以优选的是针对与各个像素相对应的颜色，对各个微型透镜21的形状进行最优化。但是，以前的微型透镜21的结构和制造方法要做到这一点则非常困难。

另外，P型层7内的光电二极管8的形成位置，由于随着固体摄像装置的尺寸的细微化而产生的结构上的制约等，所以在大多数情况下未必形成在中央而是在偏移中央的位置上。此时，在使用以前的凸形的微型透镜的结构中，难以对形成位置进行高精度的控制。

另外，在已经公开的方法中，还提出了通过具有同心圆的折射率周期结构的透射层来进行聚光的方法，但由于在现有的技术下，无法稳定地形成具有充分膜厚的透射层，所以无法充分保证光路长度，因此无法对入射光进行充分的聚光。为了提高聚光效率，需要充分保证透射层的膜厚，但使用现行的制造方法和材料则难以做到这一点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度的固体摄像装置以及照相机，此种高灵敏度的固体摄像装置以及照相机具有聚光效率高的聚光元件，其不易受到制造偏差的影响。

再者，本发明的第二个目的在于提供一种对入射光的聚光效率高、并且具有高灵敏度的固体摄像装置以及一种高效率地制造该固体摄像装置的制造方法。

为了达到所述目的，本发明的固体摄像装置将多个单位像素排列成二维形状，其特征在于，所述单位像素分别包括：光电转换装置，其对入射光进行光电转换；凸状透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层。

根据此结构，能够降低在现有技术中微型透镜的高度等方面的制造偏差，以及能够高精确度地形成稳定的透镜形状，从而提高聚光效率及图像质量。另外，即使固体摄像装置的细微化得以发展，也能够获得较高的产品合格率。

再者，所述透镜层也可以设计为包括透光膜，该透光膜具有同心圆形状，在沿面内方向以一定的周期宽度被分割的多个带的各个带中，相对于所述周期宽度，线宽总和所占的比率各不相同。

另外，所述透射层的折射率的特征在于：其大于所述透镜层的折射率。据此，能够更有效地对入射光进行聚光。

再者，所述固体摄像装置包括波长分离装置，该波长分离装置形成于所述光电转换装置的上方，并只允许规定波长区域的光透射；而且所述透射层的厚度以及宽度也可以设定为：其相对于所述规定的波长区域的光而成为规定的焦距。

据此，由于在透射层的上部形成的透镜层的表面曲率能够按照每个像素来设定，因此能够对与各像素对应的颜色的波长的光设定最佳的焦距，并且能够改善在现有技术中因颜色的不同而导致的聚光率降低所造成的图像质量恶化的特性。

另外，所述透镜层的特征在于：其由硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)膜、四乙氧基硅烷(TEOS)膜、苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂中的任一种构成。

通过采用这些高粘附性的材料而形成层，在制造工序中能够自然地形成凹凸状的透镜形状，而且还能够降低透镜的高度等的制造偏差，从而可以获得较高的产品合格率。

另外，所述透射层的特征在于：具有从像素中心朝着周边其膜厚逐渐减少的部分。

据此，由于透射层能够局部地具有凸透镜形状，且该凸透镜形状从图像的中央部朝着周边部为膜厚逐渐减少，因此在兼有由透镜产生的聚光效果的情况下，能够更进一步提高聚光率。

另外，也可以是这样的结构：即所述透镜层具有偏心的同心状的形状。

再者，为了达到所述的目的，本发明涉及一种固体摄像装置的制造方法，其中固体摄像装置的多个单位像素被排列成二维形状，所述单位像素分别包括：光电转换装置，其对入射光进行光电转换；凸状透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层；所述制造方法包括：在基座上形成所述透射层的材料层的工序；在所述材料层的上部形成抗蚀膜的工序；形成图案的工序，其使得从像素中心朝着周边，所述抗蚀膜之间的间隔逐渐变宽；以及在所述图案以外的所述材料层还残留着的时候结束蚀刻的工序。

因为图案在越狭小的部分，物理上的蚀刻进行速度越慢，在越宽的部分，进行速度越快，所以图案越靠近狭小的像素中央部，透射层的材料层残留越多，而越是朝着周边部，残留就越少。因此，能够形成局部地具有凸透镜形状且聚光率高的透射层。

另外，为了达到所述的目的，本发明涉及一种照相机，其包括固体摄像装置，该固体摄像装置的多个单位像素被排列成二维形状，其特征在于，所述单位像素分别包括：光电转换装置，其对入射光进行光电转换；凸状透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层。据此，能够实现灵敏度高的照相机。

根据本发明的固体摄像装置，由于能够在制造工序中自然地形成凹凸形状的透镜形状，能够降低透镜的高度等方面的制造偏差，所以能够形成稳定的透镜形状，能够实现聚光效率高的高灵敏度的固体摄像装置。此外，即使固体摄像装置的细微化得以发展，也能够获得高的产品合格率。另外，由于能够针对与各个像素相对应的颜色改变各个透镜的形状，从而实现焦距的最佳化，所以能够进一步提高聚光效率。再者，即使在位于固体摄像装置的周边附近、入射光为倾斜光的像素中，由于能够高精度地设定透镜的形成位置，所以能够提高聚光效率。

再者，根据本发明的固体摄像装置，由于能够确保透射层中的充分的光路长度，能够对入射光进行充分的聚光，所以能够提高聚光效率。因此，具有本透射层的固体摄像装置具有较高的灵敏度特性。另外，当所具有的结构也兼有由透镜产生的聚光效果时，则更能够提高聚光效率。

另外，在本发明的制造方法中，能够在通常的光刻工序中，形成具有折射率周期结构的透射层，并且能够非常稳定且方便地形成微米级以上的膜厚。

附图说明

图1例示了以前的固体摄像装置。

图2是以前的固体摄像装置像素部的剖面图。

图3是本发明第1实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图。

图4是本发明第2实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图。

图5(a)～(e)是本发明第3实施方式的固体摄像装置聚光部的制造方法的说明图。

图6是本发明第4实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图。

图7是本发明第4实施方式的固体摄像装置透射层的俯视图。

图8(a)和(b)是本发明第4实施方式的固体摄像装置的聚光作用的说明图。

图9是本发明第5实施方式的固体摄像装置透射层的剖面图。

图10(a)～(e)表示上述第4实施方式的固体摄像装置透射层的制造工序。

图11(a)～(c)表示上述第4实施方式的固体摄像装置透射层的其它制造工序。

图12(a)～(e)表示上述第5实施方式的固体摄像装置透射层的制造工序。

图13(a)是本发明第8实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图和俯视图。图13(b)是本发明第8实施方式的固体摄像装置的周边像素部的俯视图。

图14(a)～(g)表示上述第8实施方式的固体摄像装置透射层的制造工序。

图15(a)、(b)是本发明第8实施方式的固体摄像装置透射层的变化例的剖面图。

图16(a)、(b)表示本发明第8实施方式的像素部的变化例。

图17是本发明第8实施方式的将正六边形的固体摄像元件进行平面布置的例示图。

符号说明：

1           单位像素

2           垂直移位寄存器

3           水平移位寄存器

4           输出放大器

5           周边区域的驱动电路

6           N型层

7                        P型层

8                        光电二极管

9                        遮光膜

10、10a～10c             滤色器

11、41                   透镜层

12                       层间绝缘膜

12、23                   入射光

14                       元件分离

15、15a～15c、17         透射层

21                       微型透镜

51、202、302             高折射率材料

52                       低折射率材料(空气)

100～102                 固体摄像装置(三个单位像素)

110                      固体摄像装置

201、301                 基座

202                      透射层材料

203、303                 抗蚀膜

204                      透镜层材料

205                      固体摄像装置

401a                     固体摄像装置

401b                     固体摄像装置

501                      基座

502                      透射层材料

503                      抗蚀膜

504                      透镜层材料

511                      基座

512                      基座

601a                     单位像素

601b       单位像素

601c       单位像素

具体实施方式

下面参照附图就本发明的固体摄像装置进行说明。此外，虽然采用以下的实施方式以及附图就本发明进行说明，但其目的是对本发明进行举例说明，并不意味着本发明将受到此等举例的限制。

(第1实施方式)

图3是本发明第1实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图。在图3所示的固体摄像装置101(仅示出三个像素)中，N型层6上形成有P型层7，P型层7内形成有光电二极管8。对光电二极管8之间进行分离的分离区域14的上方形成有遮光的遮光膜9。此外，在光电二极管8上形成有层间绝缘膜12、只允许与各个像素相对应的颜色光透射的滤色器10a～10c、用于对入射光13进行聚光的本发明的垂直形状的透射层15、以及形成于透射层15的上部以及周边的具有凹凸形状的透镜层11。此外，透射层15的形状既可以是长方体，也可以是圆柱等。另外，对材料进行选择以使透射层15的折射率大于透镜层11的折射率。

根据这一结构，入射光13在具有凹凸形状的透镜层11的表面发生折射，进而在垂直形状的透射层15的表面也发生折射，从而能够进行有效的聚光。即如后所述，能够在制造工序中降低现有技术的微型透镜的高度等的制造偏差，能够高精度地形成稳定的透镜形状，提高聚光效率，从而提高图像的质量。另外，即使固体摄像装置进一步进行细微化，仍然能够获得较高的产品合格率。

(第2实施方式)

图4是本发明第2实施方式的固体摄像装置像素部的剖面图。在此与第1实施方式不同的是：在固体摄像装置102中，本发明的垂直形状的透射层的宽度以及高度根据与红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各种颜色相对应的单位像素分别进行了最佳的变更，与此相相应，透镜层11的凹凸形状发生变化，与各种颜色的光相对的焦距分别被设置成了最佳焦距。尤其是由于在短波长侧，透射层15的折射率增大，而相反在长波长侧，透射层15的折射率减小，所以有必要调节透射层的大小。

在透射层15a、15b以及15c中，透射层15a的宽度最小而高度最高，透射层15a成为红色(R)用的透射层。另外，透射层15c的宽度最大而高度最低，透射层15c用于蓝色(B)，透射层15b具有中间值，用于绿色(G)。根据每个像素的透镜结构的变更，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各色光的焦距在各个像素中被设定为最佳值，所以各个像素的聚光效率与第1实施方式相比得到进一步的提高，能够实现色像差的影响被大幅度降低的固体摄像装置。

(第3实施方式)

图5(a)～(e)是本发明第3实施方式的固体摄像装置的聚光元件的制造方法说明图。

首先，如图5(a)所示，在基座201(在上述第1和第2实施方式中为滤色器10a～10c)的上部采用通常的膜形成技术，形成包含SiO？的透射层材料202。其次，如图5(b)所示，在透射层材料202的上部形成抗蚀膜203，如图5(c)所示，使用光刻技术除去规定部位以外的抗蚀膜203。并且进一步如图5(d)所示，使用干式蚀刻技术除去规定区域以外的透射层材料202。然后如图5(e)所示，使用粘性高于SiO？的材料(BPSG膜、TEOS膜、苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂等)，以CVD(化学气相沉积)法或旋涂法等在整个晶片上形成透镜层204。采用CVD法形成BPSG膜或TEOS膜后，在600度的温度下进行30分钟左右的热处理(退火)。此外，在使用苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂等时，通过旋涂法形成后，为了完全除去水分，在300～350度的温度下进行一个小时左右的烘焙(固化)。这样一来，在使用高粘性的材料时，形成膜以便对晶片表面上的整个垂直形状的透射层202进行覆盖，同时在膜形成以后，实施热处理，由此能够使图案在具有棱角的形状上产生轮廓倒角效果。其结果，能够以包含SiO？的垂直形状的透射层202为中心，通过透镜层204来形成凹凸状的形状。

此外，透镜层204的曲率等可以根据垂直形状的透射层202的宽度和高度、以及透镜层204的材料和膜厚、制造时的温度等条件来决定。

通过使用如上说明的制造方法，能够较好地控制凹凸的透镜形状的形成，能够降低现有技术中存在的问题即透镜的形成高度和形成位置等的制造偏差，能够获得较高的产品的合格率。再者，由于能够使用半导体工艺，所以也能够对透镜形成区域的位置进行高精度的定位，所以，尤其是在倾斜光入射的固体摄像装置的周边部分的像素中，与其说是在光电二极管的中心上倒不如说是在靠近固体摄像装置中央的位置上形成透镜，所以能够进一步谋求聚光效率的提高，并降低色像差的影响。

另外，具有本发明的固体摄像装置的照相机能够实现较高的灵敏度特性。

(第4实施方式)

图6是本发明第4实施方式的固体摄像装置205像素部的剖面图。在图6所示的固体摄像装置205(仅示出了三个像素)中，N型层6上形成有P型层7，P型层7内形成有光电二极管8。对光电二极管8之间进行分离的分离区域14的上方形成有遮光的遮光膜9。此外，在光电二极管8上形成有层间绝缘膜12、只允许与各个像素相对应的颜色光透射的滤色器10a～10c以及用于对入射光13进行聚光的本发明的透射层21。在图6中，当入射波长为0.5μm、透射层为二氧化硅(折射率为1.45)时，膜厚为1.11μm。

图7是本发明第4实施方式的固体摄像装置205中的透射层21的俯视图。在图7中只示出了一个像素。上述图6的透射层21具有由高折射率材料51以及低折射率材料(在本实施方式中为空气)52构成的同心圆上的折射率周期结构。再者，由于像素中央部分与周边部分相比，中央部分的高折射率材料51所占的比例高，所以有效折射率从像素中心朝着周边逐渐变低。因此，在本透射层产生的波导作用下入射光得到聚光，得到聚光的光入射到光电二极管8，并被转换成电荷。此外，通过调节高折射率材料51与低折射率材料52的构成比率，即调节各个同心形状的半径和宽度等，能够设定规定波长的焦距。

在此，如图8(b)所示，如果像现有技术那样采用膜厚没有满足L>λ/Δn(L<λ/Δn)的透射层时，由于无法充分确保光路的长度，所以不能对入射光获得充分的聚光作用，而导致聚光效率降低，但在本发明的透射层21中，由于采用了膜厚满足L>λ/Δn的结构(当入射波长为0.5μm、透射层为二氧化硅(折射率为1.45)时，膜厚为1.11μm)，所以能够充分确保光路的长度，由于能够对入射光进行充分的聚光，所以能够提高聚光效率(图8(a))。因此，具有本发明的透射层21的固体摄像装置便具有较高的灵敏度特性。

(第5实施方式)

图9是本发明第5实施方式的固体摄像装置透射层的剖面图。透射层17的膜厚为1.11μm(入射波长为0.5μm，透射层为二氧化硅(折射率为1.45))，具有其有效折射率从像素中心朝着周边逐渐减少的结构。与第4实施方式的透射层21的不同之处在于，在上述第4实施方式的透射层21的空隙部分中也形成有膜厚从像素的中央部分朝着周边部分逐渐变薄的层，因此，作为整体具有包括凸透镜形状的结构。由于采用了如此的透射层17的结构，所以除了上述第4实施方式的透射层21的聚光效果以外，还具有通过透镜形状而产生的聚光效果，所以聚光效率得到了进一步的提高。

(第6实施方式)

图10(a)～(e)是本发明第4实施方式的固体摄像装置透射层的制造方法说明图。

首先，如图10(a)所示，在基座301(在上述第4实施方式中为滤色器10a～10c)的上部采用通常的膜形成技术形成高折射率材料层302。其次，如图10(b)所示，在高折射率材料层302的上部形成抗蚀膜303，如图10(c)所示，使用光刻技术除去规定位置以外的抗蚀膜303。并且进一步使用干式蚀刻技术除去规定区域以外的高折射率材料层302后，如图10(d)所示，只留下规定区域的高折射率材料层302，最后如图10(e)所示，通过除去抗蚀膜303而能够形成上述第4实施方式的透射层。

此外，在高折射率材料层302中使用BPSG膜、TEOS膜、苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂中的任一种。

通过使用添加了百分之几的B(硼)和P(磷)的SiO？膜(BPSG膜)以及TEOS膜，与使用通常的材料相比，能更稳定地形成透射层，该透射层的膜厚度厚，可达次微米级以上的膜厚，并且不容易产生裂痕等。

另外，苯并环丁烯或者聚酰亚胺类树脂具有在可见光区域中的透射特性高的特点，与SiO？膜(BPSG膜)以及TEOS膜一样，除去高折射率材料层302上的抗蚀膜303后，使用干式蚀刻技术可以形成所期望的同心圆上的折射率周期结构。

在苯并环丁烯或者聚酰亚胺类树脂中，包括具有感光性的类型，采用这些材料也能够形成透射层。图11表示使用感光型的苯并环丁烯或聚酰亚胺类树脂时的制造方法。如图11(a)所示，通过在光刻工序中通常使用的旋涂法(spinner method)，在基座301的上部形成由感光型的苯并环丁烯或者聚酰亚胺类树脂构成的高折射率材料层302。在进行了曝光前的烘焙(预烘焙)后，使用步进曝光机等的曝光装置进行曝光，并进行显影和烘焙(固化)，以形成如图11(c)所示的同心圆上的折射率周期结构。此外，在图11(b)中，表示了负感光型(曝光区域的层302留下，未曝光区域的层302除去)的实施方式，但也可以采用正感光型(曝光区域的层302除去，未曝光区域的层302留下)。如上所述，采用通常的光刻工序，可以形成具有折射率周期结构的透射层，而且次微米级以上的膜厚的形成变得极为容易。

通过使用如上说明的制造方法，能够较好地控制本发明的透射层的形成。再者，由于能够使用半导体工艺，所以能够对透镜的形成位置进行高精度的定位，在倾斜光入射的固体摄像装置的周边部分的像素中，与其说是在靠近光电二极管的中心上倒不如说是在靠近固体摄像装置中央的位置上形成透射层，因而能够谋求聚光效率的进一步提高，并降低色像差的影响。另外，即使因固体摄像装置的结构上的制约等而导致光电二极管的形成位置出现偏差时，也能够精确地将透射层形成在最佳的位置上。

(第7实施方式)

图12(a)～(e)是上述第5实施方式的固体摄像装置透射层的制造方法说明图。

首先，如图12(a)所示，在基座301(在上述第4实施方式中为滤色器10a～10c)的上部采用通常的膜形成技术形成高折射率材料层302。其次，如图12(b)所示，在高折射率材料层302的上部形成抗蚀膜303，如图12(c)所示，使用光刻技术除去规定场所以外的抗蚀膜303。并且进一步使用干式蚀刻技术以物理方式除去规定区域以外的高折射率材料层302后，如图12(d)所示，在规定区域以外的高折射率材料层302中，由于越是图案细的区域，干式蚀刻的推进速度越慢，所以越接近像素中央部分的高折射率材料层302，其残留量越多，而随着朝向像素的周边部分，高折射率材料层302的残留量减少。因此，不将干式蚀刻进行到最后而使其在中途结束，然后除去抗蚀膜203，由此最后如图12(e)所示，能够形成膜厚从像素中央部分朝着周边部分逐渐变薄的部分，即能够形成局部具有凸透镜形状的上述第5实施方式的透射层。

另外，具有上述实施方式4或5的固体摄像装置的照相机能够实现具有高灵敏度的特性。

此外，在如上说明的实施方式中，作为低折射率材料使用的是空气，但只要是折射率低于高折射率材料的材料便可使用。

(实施方式8)

图13(a)是本实施方式的形式的固体摄像装置像素部的剖面图。在图13(a)所示的固体摄像装置(只示出了三个像素)中，N型层6上形成有P型层7，P型层7内形成有光电二极管8。再者，对光电二极管8之间进行分离的分离区域14的上方形成有遮光的遮光膜9。此外，在光电二极管8上形成有层间绝缘膜12、只允许与各个像素相对应的颜色光透射的滤色器10a～10c、用于对入射光13进行聚光的本发明的垂直形状的透射层15、以及形成于透射层15的上部以及周边的透镜层41。此外，透射层15的形状既可以是长方体，也可以是圆柱等。另外，对材料进行选择以使透射层15的折射率大于透镜层41的折射率。

再者，在图13(a)中，为了进一步增加入射光13在透镜层41表面的折射作用，使透镜层41的执行折射率从像素中心朝着周边逐渐降低。

具体地说，透射层41具有由高折射率材料以及低折射率材料(在本实施方式中为空气)构成的同心圆上的折射率周期结构。再者，由于像素中央部分与周边部分相比，中央部分的高折射率材料所占的比例高，所以有效折射率从像素中心朝着周边逐渐降低。因此，在本透射层产生的波导作用下入射光得到聚光，得到聚光的光入射到光电二极管8中，并被转换成电荷。此外，通过调节高折射率材料与低折射率材料的构成比率，即通过调节各个同心形状的半径和宽度等，能够对规定波长的焦距进行设定。

此外，当像素部在固体摄像装置的周边时，如图13(b)所示，也可以根据其位置形成偏心的同心形状。

图14(a)～(e)是本发明第8实施方式的固体摄像装置透射层的制造方法说明图。

首先，如图14(a)所示，在基座501的上部采用通常的膜形成技术形成由二氧化硅构成的高折射率材料层502。其次，如图14(b)所示，在透射层材料502的上部形成抗蚀膜503，如图14(c)所示，使用光刻技术除去规定位置以外的抗蚀膜503。并且进一步如图14(d)所示，使用干式蚀刻技术除去规定区域以外的透射层材料502。

然后，在可见光区域中形成具有高透射特性、即使在凹凸结构上也不容易出现裂纹等的材料即苯并环丁烯或聚酰亚胺类树脂。如图14(a)所示，采用在光刻工序中通常使用的旋涂法，在基座501的上部形成由感光型的苯并环丁烯或聚酰亚胺类树脂构成的高折射率材料层504。在进行了曝光前的烘焙(预烘焙)后，使用步进曝光机等的曝光装置进行曝光，并进行显影和烘焙(固化)，以形成如图14(g)所示的同心圆上的折射率周期结构。此外，在图14(g)中，表示了负感光型(曝光区域的层504留下，未曝光区域的层504除去)的实施方式，但也可以采用正感光型(曝光区域的层504除去，未曝光区域的层504留下)。此外，透镜层504的曲率等可以根据垂直形状的透射层502的宽度和高度、以及透镜层504的材料和膜厚、以及制造时的温度等条件来决定。

通过使用如上说明的制造方法，能够较好地控制同心圆状的透镜形状的形成，所以能够降低现有技术中存在的问题即透镜的形成高度以及形成位置等的制造偏差，能够获得较高的产品合格率。再者，由于能够使用半导体工艺，因而能够对透镜的形成位置进行高精度的定位，所以尤其是在倾斜光入射的固体摄像装置的周边部分的像素中，与其说是在光电二极管的中心上倒不如说是在靠近固体摄像装置中央的位置上形成透镜，因而能够谋求聚光效率的进一步提高，并降低色像差的影响。

此外，图15(a)和(b)是本发明第8实施方式的固体摄像装置透射层的变化例的剖面图。与上述图14(g)相同，透镜层形成于透射层的上部及其周边。

图16表示本实施方式的像素部的变化例。在上述图13中，例示了面内方向的同心状的形状(即在水平面上切断时的剖面形状)为圆型时的情况，但图16(a)中所示的像素部为正六边形，以及图16(b)中所示的像素部为正方形。

图17是将本实施方式的在面内方向为同心状且相似的形状为正六边形的像素部进行平面布置时的例示图。此时，将只允许红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的某一个的光成分透射的三种正六边形的像素部设置成相互之间没有间隙且相同种类的像素部互不相邻。如此将像素部排列成蜂窝状后，与排列成正方形格栅状相比，在各个像素部的光子结晶中，角部的无法聚光的区域减少。为此，聚光效率得以提高。再者，如果将像素部排列成蜂窝状，并在由光子结晶构成的光学元件的面内方向上将同心状且相似的形状设定为六边形，则几乎不会产生不能聚光的区域。为此，聚光效率得到进一步的提高。

本发明的固体摄像装置及其制造方法能够作为在数字静物相机和移动电话用摄像头等中使用的图像传感器使用。

Claims (8)

1.一种固体摄像装置，其中多个单位像素被排列成二维形状，所述固体摄像装置的特征在于，

所述单位像素分别包括：

光电转换装置，其对入射光进行光电转换；

垂直形状的透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及

凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层；

而且所述凹凸形状的透镜层为多个同心圆形状的透光膜，并且从像素中心朝着周边，所述凹凸形状的凹间隔逐渐变宽。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透射层的折射率大于所述透镜层的折射率。

3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述固体摄像装置进一步包括波长分离装置，该波长分离装置形成于所述光电转换装置的上方，并只允许规定波长区域的光透射；

而且所述透射层的厚度以及宽度被设定为：其相对于所述规定的波长区域的光而成为规定的焦距。

4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透镜层由硼磷硅酸盐玻璃膜、四乙氧基硅烷膜、苯并环丁烯以及聚酰亚胺类树脂中的任一种构成。

5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透射层具有从像素中心朝着周边其膜厚逐渐减少的部分。

6.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透镜层具有偏心的同心状的形状。

7.一种固体摄像装置的制造方法，其中固体摄像装置的多个单位像素被排列成二维形状，所述单位像素分别包括：

光电转换装置，其对入射光进行光电转换；

凸状透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及

凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层；

所述制造方法包括：

在基座上形成所述透射层的材料层的工序；

在所述材料层的上部形成抗蚀膜的工序；

形成图案的工序，其使得从像素中心朝着周边，所述抗蚀膜之间的间隔逐渐变宽；以及

在所述图案以外的所述材料层还残留着的时候结束蚀刻的工序。

8.一种照相机，其包括固体摄像装置，该固体摄像装置的多个单位像素被排列成二维形状，其特征在于，

所述单位像素分别包括：

光电转换装置，其对入射光进行光电转换；

垂直形状的透射层，其形成于所述光电转换装置的上方，并使光透射；以及

凹凸形状的透镜层，其形成于所述透射层的上部及其周边，对入射光进行聚光并将其射出至所述透射层；

而且所述凹凸形状的透镜层为多个同心圆形状的透光膜，并且从像素中心朝着周边，所述凹凸形状的凹间隔逐渐变宽。

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