CN100517739C - 固态成像装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有光电转换装置的固态成像装置的制造方法，该方法包括：1)形成多个在颜色上彼此不同的滤色器；2)在滤色器上形成透明树脂层；3)在透明树脂层上形成刻蚀控制层，能够以与透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀该刻蚀控制层；4)通过使用易热流树脂材料在刻蚀控制层上形成透镜母版；5)通过干法刻蚀将透镜母版的图案转移到刻蚀控制层以形成中间微透镜；以及6)通过干法刻蚀将中间微透镜的图案转移到透明树脂层以形成转移透镜。

Description

固态成像装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种由光电转换装置例如C-MOS、CCD等代表的固态成像装置，以及涉及固态成像装置的制造方法和用于固态成像装置的衬底。特别地，本发明涉及具有基本上没有表面粗糙度并且透镜间的间隙很小的微透镜的固态成像装置、这种固态成像装置的制造方法、以及用于固态成像装置的衬底。

背景技术

设计成有助于光电转换的诸如C-MOS、CCD等光电转换装置的区域(孔径)基于光电转换装置的整个面积被限定为大约20到40％，尽管它依赖于元件的尺寸以及像素的数量。由于孔径的有限尺寸直接导致其光敏度的恶化，一般在实践中，为了补充孔径的有限尺寸，提供具有用于会聚光的微透镜的光电转换装置。

然而近来，对于非常细小的CCD成像装置的需求不断增加，其中像素的数量超过三百万个。在这种非常细小的CCD成像装置中，由于噪声例如闪耀和拖影的增加而引起的图像质量恶化以及安装在其上的微透镜的孔径比的下降(即，光敏度的下降)现在成为要解决的问题。至于所关心的诸如C-MOS、CCD等成像装置，像素的数量现在几乎接近于充足的程度，使得有竞争力的产品制造商现在将注意力逐渐从像素的数量转移到图像质量上来。为了允许将成像装置安装在便携式电话或小PDA设备上，现在逐渐使成像装置的像素的尺寸小型化并降至2μm左右。

至于形成微透镜的技术，例如，日本特开昭60-53073号公报(1985)对使用干法刻蚀的技术进行了相对详细的说明。在该日本特许专利公报中，还公开了通过运用树脂热流来利用树脂的热流动性而将透镜形成为半球形结构的技术，以及在透镜的表面上形成诸如PGMA膜的有机膜或诸如OCD(SiO₂型)膜的无机膜的技术。

例如，日本特开平6-37058号公报(1994)对通过转移形成微透镜并且通过干法刻蚀进行工作的技术以及在干法刻蚀中使用CF₄气体和O₂气体作为刻蚀气体的技术进行了详细的说明。在下文中，为了方便，将通过干法刻蚀技术制备的微透镜称为转移透镜并且将透镜的这种工作方法称为转移方法。

由于这样的事实：通过使用转移透镜，可以使包括形成在光电转换装置上的平面层和滤色器的叠置结构变得更薄，并且还可以增加微透镜的孔径比使其高于热流透镜的孔径比，所以可以说转移透镜的特性在于其提高成像装置性能的能力。

此外，例如，在日本特开平6-112459号公报(1994)和日本特开2003-229550号公报(2003)中，对形成转移透镜的技术进行了说明，其中通过使用相同的光敏透镜材料在光敏透镜材料层上形成热流透镜，并且使用所得到的热流透镜作为母版以通过干法刻蚀转移母版上的图案，由此形成转移透镜。此外，例如，在日本特开2000-269474号公报(2000)中，对通过使用光敏透镜材料使像素之间的间隙减到最小的技术进行了说明。

通过利用干法刻蚀转移透镜母版的结构形成微透镜的方法通常是通过以下方法来执行的：首先通过使用展现出树脂热流特性的光敏树脂材料，并且通过随后对光敏树脂材料进行曝光，显影以及树脂的热流在下层的透明树脂层上产生透镜母版，然后通过干法刻蚀将透镜母版的图案转移到下层的透明树脂层上以形成转移透镜。

在根据该转移方法的微透镜的产生过程中，将要产生的转移透镜的高度取决于下层的透明树脂层的刻蚀速率以及透镜母版的刻蚀速率。

理论上，可以通过结合用于形成转移透镜的透明树脂层和透镜母版的刻蚀速率来控制透镜的结构。

例如，如果希望透镜的结构低于透镜母版，可以想到的是采用选择刻蚀速率较大的透镜母版的方法或选择刻蚀速率较小的透明树脂的方法。然而，由于要求用作透镜母版的树脂具有极好的树脂热流特性以及光敏度以便通过曝光和显影使其形成图案，因此选择的范围相对较窄使得如果仅基于其刻蚀速率来选择树脂，则可能牺牲其另外的特性。另一方面，如果选择刻蚀速率小的透明树脂，例如苯乙烯树脂或酚醛树脂，则由于这些材料的耐热性低，即耐热性最多为230℃左右，而且由于这些树脂的刻蚀速率低，所以使用这些树脂将导致生产效率恶化。

然而，树脂热流特性极好的光敏树脂的刻蚀速率一般小于用于形成转移透镜(下层的透明树脂层)的材料，希望根据透明性和耐热性来使用它。因此，当由光敏树脂产生的透镜母版被转移到透镜树脂层上时，由此得到的转移透镜将变得比透镜母版高并且在间隙上也变得更大(即透镜间的间隙更大)。

在这种情况下，由于通过利用由光敏树脂的热流产生的表面张力使透镜变圆，因此难以控制透镜母版自身的高度，从而不可能使透镜母版非常的高或低。

至于为了使固态成像装置能运行必须采用的光电转换装置的具体例子，CCD和C-MOS例如是已知的。CCD的优点是可以将其制成细小的结构，C-MOS的优点是其结构相对简单并且功耗较低，从而基于具体的目的来适当地使用它们。至于从半导体衬底的表面到光电转换装置的距离，在CCD的情况下相对较短但在C-MOS的情况下相对较长。因此，根据它们的具体特性，需要特别选择微透镜的焦距，即微透镜的高度。然而，如上所述，在转移系统的情况下，根据下层的透明树脂层的刻蚀速率和透镜母版的刻蚀速率确定所要得到的转移透镜的高度，因此产生了透镜结构不能控制的问题。

此外，为了提高灵敏度和图像质量，一般需要固态成像装置的孔径比尽可能地接近100％。因此，为了得到这一孔径比，相邻微透镜之间的距离(下文中，被称为透镜间的间隙)应该优选为尽可能的小，或者理想地相邻微透镜应当彼此接触。然而，存在的问题是，在通过树脂的热流形成微透镜的情况下，由于需要保持透镜的结构所以不可能使透镜间的间隙非常小。

此外，需要固态成像装置在其制造工艺中展现出高到200℃或以上的耐热性。特别是最近，对于能够使用无铅焊料来安装包括成像装置的半导体装置的需求不断增加，因此现在要求半导体装置展现出从240到260℃范围内的耐热性。

在上述的情况下，可以想到的是采用丙烯酸类树脂，其作为耐热性极好的树脂是热固性树脂。然而，伴随着丙烯酸类树脂的问题是，其刻蚀速率一般高于用作形成透镜母版的材料的热流型光敏树脂的刻蚀速率，因此要产生的转移透镜的高度会变得太高。此外，耐热性极好的树脂例如热固化的丙烯酸类树脂一般在抗干法刻蚀性上有些不足，并且其表面易变得粗糙，因此，如果采用这种树脂，转移透镜的表面将会非常粗糙，由此产生光散射并且因此导致透光性的恶化以及图像质量的恶化。

此外，与使固态成像装置小型化的趋势一致，也要求减小入射光在微透镜表面上的反射系数，因此减少来自固态成像装置表面的防护用玻璃的反射光的再入射，以提高图像质量(提高信噪比)。至于形成这种微透镜的材料，可以优选采用低折射率的树脂，例如氟基丙烯酸类树脂等。然而，折射率低的树脂更有可能由于其干法刻蚀而产生粗糙的表面。因此，当通过使用折射率低的树脂形成透明树脂层并将透镜母版的图案转移到透明树脂层时，会使所得到的转移透镜的表面粗糙得多，由此产生问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种固态成像装置的制造方法，该方法使得可以控制透镜的高度。

本发明的第二个目的是提供一种具有透镜间的间隙很小的转移透镜的固态成像装置，以及提供一种制造这种转移透镜的方法。

本发明的第三个目的是提供一种具有能够抑制表面粗糙度的转移透镜的固态成像装置，以及提供一种制造这种转移透镜的方法。

根据本发明的第一个方案，提供一种固态成像装置的制造方法，该固态成像装置包括：两维设置的光电转换装置；各自设置成与每个光电转换装置相对应的滤色器；以及多个各自直接或间接设置在滤色器上的转移透镜；该方法包括：1)形成多个在颜色上彼此不同的滤色器；2)在滤色器上形成透明树脂层；3)在透明树脂层上形成刻蚀控制层，能够以与透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀该刻蚀控制层；4)通过使用易热流树脂材料在刻蚀控制层上形成透镜母版；5)通过干法刻蚀将透镜母版的图案转移到刻蚀控制层以形成中间微透镜；以及6)通过干法刻蚀将中间微透镜的图案转移到透明树脂层以形成转移透镜。

在根据本发明第一方案的固态成像装置的制造方法的情况下，由于在透明树脂层上形成以与透明树脂层刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层，所以可以控制转移透镜的高度而不管用作透镜形成材料的透明树脂层。

在这种情况下，刻蚀控制层可以在刻蚀速率上小于透明树脂层的刻蚀速率。由此，能够降低透镜的高度。此外，可以得到透镜间的间隙很小的转移透镜。

透明树脂层可以包括丙烯酸类树脂，特别是，在其骨架中具有苯环的丙烯酸类树脂。或者，可以由包括具有苯环的有机化合物的树脂形成透明树脂层。由此，现在可以形成透光性极好的微透镜并且可以抑制表面粗糙度。此外，由于以这种方式可以降低刻蚀速率，因此可以减小转移透镜的高度。此外，还可以使透镜间的间隙减到最小。

此外，透明树脂层可以包括氟基丙烯酸类树脂。

另外，可以由含有不少于0.2％的折射率为1.47或以小的化合物的树脂形成透明树脂层。

可以由具有控制树脂热流功能的材料形成刻蚀控制层。

特别地，可以由苯乙烯树脂或酚醛树脂形成刻蚀控制层。

转移透镜可以由透明树脂层和滤色器组成。由于滤色器的上部还用于构成微透镜的一部分，所以可以缩短微透镜和光电转换装置之间的距离，因此使得可以获得较小的并且光敏性极好的固态成像装置。

根据本发明的第二个方案，提供一种固态成像装置，该固态成像装置包括：两维设置的光电转换装置；各自设置成与每个光电转换装置相对应的滤色器；以及多个各自直接或间接设置在滤色器上的转移透镜；该固态成像装置的特征在于：在多个转移透镜当中相邻的转移透镜之间的间隙不大于0.035μm，并且将以不大于0.035μm的间隙设置的相邻转移透镜之间的接触长度限定在多个转移透镜的间距的3-80％的范围内。

在如上所述结构的根据本发明第二方案的固态成像装置中，由于将相邻转移透镜之间的间隙限定为不大于0.035μm，并且由于将以不大于0.035μm的间隙设置的相邻转移透镜之间的接触长度限定在多个转移透镜的间距的3-80％的范围内，因此可以获得高孔径比和极好的光吸收效率。

在这种情况下，可以将转移透镜的表面粗糙度限制为50nm或更小。

此外，可以由含有不少于0.2％的折射率为1.47或以下的化合物的树脂形成转移透镜。由此，可以抑制转移透镜的表面粗糙度以及入射光的表面反射。

至于折射率为1.47或以下的化合物，可以使用氟化合物或硅化合物。

转移透镜的外围部分可以由滤色器组成。由于滤色器的上部还用于构成微透镜的一部分，所以可以减小微骰镜和光电转换装置之间的距离，因此使得可以获得较小的并且光敏性极好的固态成像装置。

根据本发明的第三个方案，提供一种用于固态成像装置的衬底，其包括：两维设置的光电转换装置；各自设置成与每个光电转换装置相对应的滤色器；直接或间接形成在滤色器上的透明树脂层；可以以与透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层；以及形成在刻蚀控制层上的易热流树脂层。

根据本发明的第一个方案，由于可以以与透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层插在用作转移透镜的透明树脂层和用作透镜母版的易热流树脂材料之间，因此可以任意控制最终形成的转移透镜的高度。因此，可以提供设有具有任何期望焦距的微透镜的固态成像装置。

此外，在本发明第一方案的一个实施例中，使刻蚀控制层的刻蚀速率小于透明树脂层的刻蚀速率，因此不仅可以降低通过将透镜母版的图案转移到刻蚀控制层而获得的中间微透镜的高度，还可以使透镜间的间隙减到最小。然后，将该中间微透镜转移到透明树脂层上，因此不仅可以使最终产生的转移透镜的高度变得与最初形成的透镜母版的高度接近，而且可以使透镜间的间隙减到最小。因此，现在可以获得与透镜母版的高度转换差异小，孔径比高并且光吸收效率极好的固态成像装置。

此外，在本发明第一方案的另一实施例中，可以利用丙烯酸类树脂，特别是在其骨架上具有苯环的丙烯酸类树脂，形成透明树脂层或者利用包括具有苯环的有机化合物的树脂形成透镜树脂层，由此使得可以形成透光性极好的微透镜。在这种情况下，也可以抑制透镜的表面粗糙度。另外，由于可以减小刻蚀速率，所以可以减小形成的转移透镜的高度。此外，还可以将透镜间的间隙减到最小。因此，可以获得焦距短的固态成像装置。另外，现在可以获得孔径比高，透镜表面的光散射小以及光吸收效率极好的固态成像装置。

而且，在本发明第一方案的又一实施例中，利用氟基丙烯酸类树脂形成透明树脂层，因此使得可以减小所要形成的转移透镜的折射率并且抑制入射光的表面反射，因此获得光吸收效率极好并且产生的噪声小的固态成像装置。或者，利用含有不少于0.2％的折射率不大于1.47的化合物的树脂形成透镜树脂层，因此使得可以获得一种固态成像装置，其中进一步抑制转移透镜的表面粗糙度以使光在透镜表面上的散射减到最小，同时减小转移透镜的折射率。

根据本发明的第二个方案，由于将相邻转移透镜之间的间隙限定为不大于0.035μm，并且由于将以不大于0.035μm的间隙设置的相邻转移透镜之间的接触长度限定在多个转移透镜的间距的3-80％的范围内，因此可以获得高孔径比和极好的光吸收效率。

在这种情况下，当将转移透镜的表面粗糙度限定为50nm或更小时，可以提供一种固态成像装置，其能够抑制透光率的恶化以及由于光的散射而导致的图像质量的恶化。

另外，根据本发明的第三个方案，由于对具有预定层叠结构的衬底进行规定的加工，所以可以提供设有其中可以任意控制其高度的转移透镜的的固态成像装置。

附图说明

图1是通过根据本发明一个实施例的制造方法获得的固态成像装置的部分剖面图；

图2A是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2B是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2C是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2D是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2E是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2F是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图2G是示出根据本发明一个实施例的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图3是示出图1所示的固态成像装置的一部分的平面图；

图4是根据本发明另一个实施例的固态成像装置的部分剖面图；

图5是示出图1所示的固态成像装置的一部分的平面图；

图6是在例1中形成的转移透镜的表面的SEM照片；

图7是在比较例1中形成的转移透镜的表面的SEM照片；

图8A是示出根据例7的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图8B是示出根据例7的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图8C是示出根据例7的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图8D是示出根据例7的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图8E是示出根据例7制造的固态成像装置的截面图；

图9是在例7中形成的转移透镜的表面的SEM照片；

图10A是示出根据例10的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图10B是示出根据例10的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图10C是示出根据例10的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图10D是示出根据例10的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图10E是示出根据例10的固态成像装置的制造方法中的一个步骤的截面图；

图10F是示出根据例10制造的固态成像装置的截面图；以及

图11是在例10中形成的转移透镜的表面的SEM照片。

实施本发明的最佳模式

接下来，将详细说明本发明的各个实施例。

图1是根据本发明一个实施例获得的固态成像装置的部分剖面图。图2A-2G是逐步示出图1所示的固态成像装置的制造方法的部分截面图。图3是图1所示的固态成像装置的平面图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的固态成像装置由光电转换装置11，该光电转换装置11用于将光转换为电信号，将该光电转换装置11两维设置在半导体衬底10中；平面层12，用于使形成在半导体衬底10上的粗糙表面变平；形成在平面层12上的滤色器13，用于对入射光进行颜色分离(color-separating)；以及多个各自直接或间接设置在滤色器上的转移透镜14组成。

该固态成像装置可以由图2A-2G所示的方法制造。首先，在将光电转换装置21两维设置在其中(图2A)的半导体衬底20上形成用于使粗糙表面变平的平面层22(图2B)。

然后，通过使用多种彩色光阻材料(color resist)(光敏着色树脂组合物)，通过重复光刻工艺多次(图2C)形成滤色器23。图3示出滤色器23阵列的平面图。每隔一个像素设置一个G(绿)滤光器，并且将R(红)滤光器和B(蓝)滤光器分别设置在相邻的G滤光器之间并且每隔一行分别进行设置，因此形成所谓的拜尔阵列。图1是沿图3的线A-A′截取的截面图。

此后，在滤色器23上涂敷例如用作透明树脂的热固性丙烯酸类树脂涂层溶液以形成用于形成转移透镜的透明树脂层24。另外，在透明树脂层24上形成以与透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层25。然后，在刻蚀控制层25上形成用于形成透镜母版的可溶于碱和易热流的光敏树脂层26(图2D)。

至于用于形成将要用来形成转移透镜的透明树脂层的树脂的具体实例，它们包括丙烯酸类树脂、氟基丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、苯乙烯树脂、酚醛树脂以及这些树脂的共聚物。在这些树脂当中，更优选采用耐热的丙烯酸类树脂或具有低折射率的氟基丙烯酸类树脂。这些树脂可以单独使用或者作为两种或多种的混合物使用。

在这里，术语“氟基丙烯酸类树脂”旨在包括氟化丙烯酸类树脂、具有有效降低折射率的含氟基团的树脂与丙烯酸类树脂的混合、以及包括上述氟化丙烯酸类树脂或上述混合的树脂，将硅基表面活化剂或氟基表面活化剂作为低折射率的化合物添加到其中。可以单独使用这些树脂，或者如果需要可以在这些树脂中加入添加剂。至于这种氟基丙烯酸类树脂，例如可以使用MFS 179(产品名，Nippon Kayaku有限公司)。

根据该实施利的用于形成转移透镜的透明树脂层应该优选包括折射率为1.47或以下的化合物以便减小其反射率并将光的表面反射减到最小。通常，上述的丙烯酸类树脂或苯乙烯树脂，各自具有大约1.5-1.6的折射率，一般用作用于形成在固态成像装置中使用的微透镜或平面层的透明有机树脂。

尤其是，由于用于形成固态成像装置的转移透镜的氟化丙烯酸类树脂的折射率以实际的观点来看在1.38到1.47的范围内，通过添加折射率不大于1.47的化合物可以获得特别想要的效果。附带地，由于折射率为1.37或以下的氟基丙烯酸类树脂依据非均匀性、收缩、低粘度等，在膜形成特性上不好，所以使用它是不切实际的。

至于折射率不大于1.47的化合物，可以采用硅化合物或氟化合物。至于在该实施例中使用的折射率不大于1.47的化合物，优选使用那些在可见光范围内(在光波长为400nm-700nm的范围内)展示出高透射率并且展示出极好耐热性的化合物。更具体地，如上所述，可以在硅基表面活性剂和氟基表面活性剂当中任意选择那些折射率不大于1.47的化合物。

基于透明树脂层的量(固体含量)，折射率不大于1.47的化合物与用于组成转移透镜的透明树脂层的混合比在重量上应该优选为0.2％或以上。因为，当以在重量上为0.2％的比率将该化合物添加到透明树脂层时，可以有效地提高转移透镜的平滑度。当该化合物由硅基表面活性剂或氟基表面活性剂组成时，它们都不与透明树脂层反应，这些表面活性剂的混合比的上限在重量上为大约10％。附带地，如果不需要考虑转移透镜的硬度，可以以在重量上大于10％的混合比添加这些表面活性剂。

至于该实施例中的用于形成刻蚀控制层的树脂的具体实例，它们包括丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、苯乙烯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂以及这些树脂的共聚物。然而在它们当中，更优选采用刻蚀速率低的聚苯乙烯树脂或酚醛树脂。还优选刻蚀控制层加入有含有抗干法刻蚀性极好(刻蚀速率小)的基团或具有包含苯环或芳环的骨架的树脂或加入有具有苯环的固化剂。通过加入这些树脂或固化剂，可以减小刻蚀控制层的刻蚀速率并且将透明树脂层加工成具有适当尺寸的透镜而不会过度增加要转移到下层的丙烯酸类透明树脂层上的透镜的结构的厚度。

根据该实施例的用于形成刻蚀控制层的树脂可以是光敏有机树脂或者是热固性有机树脂。至于用于成像装置的材料，它可以选自能够优化用于形成转移透镜的工艺的材料和刻蚀速率相对较小的材料。可以通过适当地改变用于形成刻蚀控制层的树脂的种类而不必要改变用于形成透镜母版的光敏树脂层的材料或改变用于形成转移透镜的透明树脂层的材料来任意调整转移透镜的高度。同样地，可以通过适当地改变刻蚀控制层的膜厚来任意改变转移透镜的高度。因此，可以形成相应于具体的固态成像装置在焦距上不同的微透镜。

附带地，当特别采用氟基丙烯酸类树脂作为用于形成转移透镜的透明树脂层时，由于氟基丙烯酸类树脂易于使其表面上的外来物质相对容易地失去(run away)的事实，将会产生通过在其表面处使用树脂的热流而难于稳定加工转移透镜的问题。因此，优选设置具有控制作为透镜母版的下层的树脂热流的功能的层。在此使用的术语“控制树脂热流的功能”旨在表示控制沉积在上述层上的矩形的易热流树脂材料(即，形成在刻蚀控制层上的光敏树脂层)的流动性而由此通过保持透镜形成材料的适当流量而不在树脂的热流时产生其收缩来确保圆的光滑的结构和尺寸的稳定性的能力。在此使用的术语“流量”意味着由于在用于使透镜为圆形结构的图案显影之后在加热和熔化(流动)透镜的图案时的透镜材料的流动而引起的透镜厚度的增加。因此，当在一侧流量为0.1μm时，意味着当加热光敏树脂层使其在它的每一侧流动0.1μm的距离时将例如高度为0.35μm以及宽度为2μm的矩形光敏树脂层转换为边长为2.2μm的透镜母版。这里，将适当的流量限定在每侧0.1-0.15μm的范围内，从而当将矩形光敏树脂层转换为透镜母版时，将透镜的高度增加到大约为光敏树脂层的高度的1.3倍。

在该实施例中，由于设置能够以比组成透镜母版的树脂层的刻蚀速率低的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层，所以可以控制热流透镜并且还可以最终抑制低折射率的树脂(氟基丙烯酸类树脂)的表面粗糙度，由此可以确保转移透镜中的不大于0.35μm的狭窄间隙。

即，由于设置低刻蚀速率的刻蚀控制层，所以可以形成基本上没有表面粗糙度的中间微透镜。此外，由于将这个基本上没有表面粗糙度的中间微透镜的图案转移到透明树脂层上，所以可以获得基本上没有表面粗糙度并且透镜间的间隙最小的转移透镜。另外，由于将透镜母版的图案转移到低刻蚀速率的刻蚀控制层上，所以可以将透镜间的间隙限定为在中间微透镜的状态下不大于0.35μm。由于将该中间微透镜的图案转移到透明树脂层上，所以可以获得透镜间的间隙不大于0.35μm的转移透镜。

特别地，由于设置能够以比组成转移透镜的透明树脂层的刻蚀速率低的刻蚀速率刻蚀的刻蚀控制层，所以可以获得纵横比相对低的转移透镜，例如纵横比小于0.14，因此透镜间的间隙很小。

在该实施例中，使用用于形成透镜母版的术语“易热流树脂材料”来表示当热熔化树脂材料时能够通过其自身的表面张力形成弯曲的表面的热塑性树脂材料。至于该易热流树脂材料的具体实例，可以采用丙烯酸类树脂、酚醛树脂和聚苯乙烯树脂，更优选作为光敏性的并且可以通过碱性显影形成为图案的树脂。附带地，如果酚醛树脂用于形成作为透镜母版的下层的刻蚀控制层，则鉴于这些树脂当中的刻蚀速率的关系，用于组成透镜母版的树脂应该优选选自丙烯酸类树脂和聚苯乙烯树脂。使用于透镜母版的树脂的刻蚀速率低于刻蚀控制层的刻蚀速率从减小中间形成在刻蚀控制层中的微透镜的高度(厚度)的观点和从将透镜间的间隙减到最小的观点来看是优选的。

然后，通过光掩模，对光敏树脂层26进行曝光并且利用碱性显影溶液进行显影以形成相应于光电转换装置的矩形图案。然后对所得到的图案进行热处理以形成透镜母版27(图2E)。

随后，通过使用透镜母版27作为中间掩模，对刻蚀控制层25进行干法刻蚀以形成中间微透镜28(图2F)。

在该实施例中所使用的刻蚀控制层25用于控制树脂热流时的透镜母版的流动性，确保透镜的圆形光滑结构和尺寸的稳定性，如上所述调整干法刻蚀时的透镜高度(即预先减小透镜的高度从而避免透镜的高度在干法刻蚀丙烯酸类树脂时变得太高的调整)，并且将透镜间的间隙减到最小。

最后，通过干法刻蚀，将中间微透镜28的图案转移到透明树脂层24上以形成转移透镜29，因此完成固态成像装置(图2G)。

可以通过使用各种干法刻蚀方法和诸如ECR、平行板磁控管、DMR、IPC和双频型RIE的装置来执行在本发明中所使用的干法刻蚀。

至于在干法刻蚀中所采用的气体，不存在任何具体的限制，只要它能够展现出反应性(氧化或还原特性)即可。例如，可以使用在其组成上含有诸如氟、氯、溴等卤族元素的气体，或在其组成上含有氧或硫元素的气体。可以使用除上述这些气体之外的各种气体。

然而，从对人体的影响观点来看，实际优选采用毒性低的碳氟化合物基气体。

碳氟化合物基气体应当选自那些能够满足实现关于形成转移透镜时的表面粗糙度、透镜间的间隙、透镜的截面结构、刻蚀速率等优良特性的所有条件的气体。如果考虑对作为形成转移透镜时的重要因素的透镜间狭小间隙的影响，在碳氟化合物基气体当中更优选选择一种相对于F的原子百分比C的原子百分比更高的气体，例如C₃F₈、C₄F₈等，而不是CF₄，这种气体在更容易获得转移透镜的CD增量方面是有效的。然而，不使用上述刻蚀控制层的制造方法的情况下，如果单独使用这些气体，将会产生各种问题。例如，透镜的表面将会非常粗糙，刻蚀速率将会恶化，以及将会产生不正常的透镜横截面的结构。

例如，如果仅使用CF₄气体，则对透镜间狭小间隙的影响将会不足。如果仅使用C₃F₈气体，则刻蚀速率将会恶化或者透镜的截面结构将会变为三角形。如果仅使用C₄F₈气体，刻蚀速率将会恶化或者透镜的表面粗糙度将会变得更加明显。

将诸如He、Ar等惰性气体或O₂加入到上述碳氟化合物基气体中将会在提高刻蚀速率方面是有效的。然而，加入惰性气体或O₂将更可能产生副作用，例如增加透镜间的间隙或增加表面粗糙度。然而，当如该实施例所述采用上述的刻蚀控制层时，将会克服这些问题。

在该实施例中，可以分别单独使用CF₄、C₃F₈和C₄F₈气体作为干法刻蚀气体。特别地，当使用包括C₃F₈和C₄F₈的混合气体时，可以使透镜间的间隙基本上为零，并且同时可以形成基本上没有表面粗糙度的转移透镜。

至于形成转移透镜时的干法刻蚀条件，由于它们在很大程度上依赖于所采用的设备，所以应当优化条件，例如气体压力、功率、气体流速、衬底温度、电极之间的距离、磁控管的工作条件等以符合每一个设备，因此找出最佳条件。

特别地，当将混合气体中C₃F₈和C₄F₈的混合比限定在C₃F₈∶C₄F₈＝5∶1-1∶9的范围内时，可以获得基本上没有透镜表面粗糙度并且聚光(light-condensing)效应高的微透镜。

此外，当使用包括C₃F₈和C₄F₈的混合气体作为刻蚀气体时，即使刻蚀速率增加也可以抑制透镜的表面粗糙度。因此，为了提高生产率，应当优选调整干法刻蚀条件(气体压力、功率、气体流速、衬底温度等)从而获得200-400nm/min的刻蚀速率。

附带地，为了提高干法刻蚀时的转移透镜的结构或干法刻蚀的分布，可以加热和冷却所使用的半导体衬底。

在根据该实施例的固态成像装置的制造方法中，用于形成转移透镜的透明树脂层的刻蚀速率、刻蚀控制层的刻蚀速率、以及用于形成透镜母版的光敏树脂的刻蚀速率是获得基本上没有表面粗糙度并且透镜间的间隙很小的转移透镜的重要因素。下表示出了这些层的树脂种类、优选的刻蚀速率比、和优选的刻蚀速率值。附带地，下表中的刻蚀速率值是在规定刻蚀条件下获得的参考值。

表1

	刻蚀速率比	刻蚀速率
			用于透镜母版的光敏树脂(苯乙烯树脂)	1	250nm/min
刻蚀控制层(酚醛树脂)	0.08到1.0	225nm/min
			用于转移透镜的透明树脂层(丙烯酸类树脂)	1.1到1.3	300nm/min
用于转移透镜的透明树脂层(氟基丙烯酸类树脂)	1.2到1.8	375nm/min

当合适地选择用于形成转移透镜的透明树脂层的材料、刻蚀控制层的材料、和用于形成透镜母版的光敏树脂的材料以及刻蚀条件使得可以将它们的刻蚀速率限定在表中描述的范围内时，可以得到基本上没有表面粗糙度并且透镜间的间隙很小的转移透镜。

附带地，尽管可以通过仅使用透明树脂层形成转移透镜29，但是如图4所示，将优选通过使用透镜树脂层形成转移透镜的中央部分，并且通过使用滤色器23的上部形成其外围部分，因此可以缩短透镜之间的距离并且增大成像装置的光吸收角度。

如图5所示，在根据该实施例的如上所述使用的固态成像装置的转移透镜中，相邻转移透镜之间的间隙g不大于0.035μm，其是端测量SEM的可测量极限，并且将保持这一间隙的的相邻转移透镜之间的接触长度L限定在转移透镜的间距(像素的尺寸)的3-80％的范围内。

如上所述，由于相邻转移透镜之间的间隙g相对较小而且转移透镜之间的接触长度L相对较大，所以可以获得具有孔径比大和光敏性极好的微透镜的固态成像装置。

附带地，通过“相邻转移透镜之间的间隙g不大于0.035μm，其是端测量SEM的可测量极限”的表达，旨在意味着相邻转移透镜基本上彼此接触。此外，当将相邻转移透镜之间的接触长度L限定为转移透镜的间距(像素的尺寸)的3％时，透镜的孔径比将变为大约80％，而当将接触长度L限定为转移透镜的间距(像素的尺寸)的80％时，透镜的孔径比将变为大约98％。

当将该接触长度L限定在上述范围内时，即使允许在对角线部分保留微小程度的未用空间S，但是由于这些部分对于会聚光来说是无用的，所以如果将接触长度L限定在转移透镜的间距(像素的尺寸)的3-80％的范围内，则其将是足够的。

附带地，与热流透镜的母版的直径相比刻蚀后转移透镜的直径变化被称为CD增量，因此当该CD增量高时可以实现使相邻转移透镜之间的间隙变窄的效果。例如，如果假定CD增量为X，这表示与热流透镜的直径相比转移透镜的直径增加的量为X，因此如果假定热流透镜的透镜间的间隙为Y，则可以将转移透镜之间的间隙减小到(X-Y)的大小。

此外，根据该实施例，可以将固态成像装置的转移透镜的表面粗糙度(Ra)限定为50nm或以下。如果转移透镜的表面粗糙度(Ra)大于50nm，则很可能产生可见光的散射，因此更可能引起光的损失。

在如上所述的根据该实施例的固态成像装置的制造方法中，由于设置刻蚀控制层，所以即使使用都被认为更可能产生表面粗糙的丙烯酸类树脂或氟基丙烯酸类树脂作为用于组成转移透镜的透明树脂层，也可以抑制转移透镜的表面粗糙度(Ra)到不大于50nm。

尽管在本发明中不必清楚将转移透镜的表面粗糙度减到最小的机理，但是可以想到也许是以下现象在这一机理中起了重要作用。即，很可能想到当在真空中对有机膜进行干法刻蚀处理时，一般仅刻蚀有机膜的表面，导致产生树脂的交联和不均匀的分解，因此由于此时的应力松弛而在有机膜的表面产生皱褶，或导致产生在显微镜下看到的不均匀刻蚀，因此由于分子的分解或交联允许树脂表面的分子移动，由此导致形成粗糙的表面。

然而，当如上所述设置刻蚀速率的刻蚀控制层时，可以形成基本上没有表面粗糙度的中间微透镜，并且当将中间微透镜的图案转移到透明树脂层上时，可以形成基本上没有表面粗糙度的转移透镜。

接下来，将说明本发明的各个实例和比较例。

<实例1>

将参照图2A-2G和3说明根据该实例的固态成像装置的制造方法。

如图2A所示，提供半导体衬底20，该半导体衬底20具有全部形成在其中的光电转换装置21、遮光膜和钝化层(未示出)，并且通过使用热固型丙烯酸类树脂的涂敷溶液的旋涂方法在半导体衬体20上形成平面层22(图2B)。

然后，如图2C所示，通过重复光刻三次以提供三种颜色，即绿、蓝和红，来形成滤色器23。

如下制备绿色抗蚀剂。即，使用C.I.Pigment Yellow 139、C.I.PigmentGreen 36和Pigment Blue 15:6作为着色材料形成混合物，将诸如环己酮和PGMEA的有机溶剂、聚合物清漆、单体和引发剂添加到其中以形成绿色抗蚀剂。

如下制备蓝色抗蚀剂。即，使用C.I.Pigment Blue 15:6和Pigment Violet23作为着色材料以形成混合物，将诸如环己酮和PGMEA的有机溶剂、聚合物清漆、单体和引发剂添加到其中以形成蓝色抗蚀剂。

如下制备红色抗蚀剂。即，使用C.I.Pigment Red 117、C.I.Pigment Red48:1和Pigment Yellow 139作为着色材料。除着色材料之外的添加剂与绿色抗蚀剂的相同。

然后，如图2D所示，在滤色器23上涂敷将苯环引入到其骨架中的丙烯酸类树脂的涂敷溶液以形成膜厚为1μm的透明树脂层24，并且在180℃的温度下加热3分钟以进行膜硬化处理。膜硬化处理之后，组成转移透镜29的透明树脂的折射率为1.51。

然后，将酚醛树脂涂敷至1μm厚由此形成刻蚀控制层25，此外涂敷可溶于碱、光敏和易热流的苯乙烯树脂以形成光敏树脂层26。

随后，如图2E所示，对光敏树脂层26进行已知的光刻工艺以形成矩形图案，然后在200℃的温度下进行热处理以产生树脂的热流，由此在一侧以0.1μm的大约适当的流量形成透镜母版27。附带地，透镜母版27是高为0.5μm并且透镜母版之间的间隙为0.3μm的光滑半球形透镜。

然后，通过使用由CF₄和C₃F₈两种碳氟化合物气体组成的混合气体的干法刻蚀，将透镜母版27的图案转移到由酚醛树脂制成的刻蚀控制层25上，以形成透镜间的间隙为0.035μm的中间微透镜28，如图2F所示。这些中间微透镜28的高度为大约0.45μm，比透镜母版27的高度低。附带地，将干法刻蚀的时间设定为5分钟。

最后，通过使用碳氟化合物气体C₃F₈作为刻蚀气体，利用中间微透镜28作为掩模对透明树脂层24进行干法刻蚀处理，以形成转移透镜29，如图2G所示，由此制造像素尺寸为2.5μm×2.5μm的固态成像装置。附带地，将干法刻蚀的时间设定为5分钟。

附带地，实例1中所使用的透明树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的苯乙烯树脂的刻蚀速率的1.1倍。相反，组成刻蚀控制层的酚醛树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.9倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜29的高度是0.55μm。

图3示出根据实例1得到的转移透镜29的平面图，图6示出了SEM图像。可以从图6中确定转移透镜29的表面粗糙度不大于10nm，表示非常光亮的表面，并且透镜间的间隙不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。此外，由于采用刻蚀速率与透明树脂层的刻蚀速率不同的树脂作为刻蚀控制层，所以可以形成与将透镜母版直接形成在透明树脂层上的情况相比高度更低并且透镜间的间隙更小的转移透镜。

此外，由于在形成透明树脂层过程中使用具有苯环的丙烯酸类树脂，所以可以使转移透镜的表面光滑，因此将表面粗糙度减到最小。

<比较例1>

除了使用由CF₄和C₃F₈组成的混合气体进行干法刻蚀而不形成刻蚀控制层25之外，以与实例1所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度为0.55μm。

图7示出根据比较例1的转移透镜的SEM图像。可以从图7中确定转移透镜的表面粗糙度大到55nm，并且透镜间的间隙也达到0.09μm。

<实例2>

除了使用没有将苯环引入到其中的丙烯酸类树脂作为组成透明树脂层24的树脂，以及使用由CF₄和C₃F₈组成的混合气体进行干法刻蚀以形成中间微透镜和形成转移透镜之外，以与实例1所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.55。

附带地，实例2中所使用的透镜树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.2倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.6μm。可以从实例2的转移透镜的SEM图像确定转移透镜的表面粗糙度为60nm，表明是粗糙的表面。然而，将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。

<实例3>

除了使用折射率为1.45的氟基丙烯酸类树脂作为组成透明树脂层24的树脂，以及以在重量上为3％的比率(以固体含量计算)将折射率为1.41的氟基表面活性剂(Megafac BL-20[商标名]；Dainippon Ink Chemical Industries有限公司)添加到涂敷溶液中之外，以与实例1所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.44。

附带地，实例3中所使用的透镜树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.6倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.64μm。可以从实例3的转移透镜的SEM图像确定转移透镜的表面粗糙度为40nm，表明是光滑的表面。将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。

由于将氟基表面活性剂，即氟化合物，加入到透明树脂层中，所以即使使用氟基丙烯酸类树脂作为透明树脂层，其中所述氟基丙烯酸类树脂的刻蚀速率相对较大并且由于干法刻蚀可能产生表面粗糙，也可以使转移透镜的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于氟基表面活性剂是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于组成转移透镜的透明树脂层的折射率而不是增加其折射率。因此，与通过使用不含氟化合物的透明树脂层形成的微透镜相比，可以大大地抑制反射率。此外，由于可以抑制固态成像装置内的光的再反射，所以可以有助于提高图像质量。

<实例4>

除了使用C₃F₈进行干法刻蚀以形成转移透镜的时间从5分钟延长至6分钟之外，以与实例1所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。

结果，还可以将位于透明树脂层下面的滤色器23刻蚀掉大约0.15μm的深度，由此可以按比例缩短微透镜下的距离(从转移透镜的下侧到光电转换装置的距离)。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.55μm。可以从实例4的转移透镜的SEM图像确定，与实例1的情况相同，转移透镜的表面粗糙度为10nm或以下，表明是非常光滑的表面。将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。

<实例5>

除了以在重量上为％的比率(以固体含量计算)将苯并三唑基光稳定剂(Adecacruse DN[商标名]；Asahi Denka Industries有限公司)添加到用作形成透明树脂层的树脂的丙烯酸类树脂的涂敷溶液中之外，以与实例1所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在此使用的苯并三唑基光稳定剂是具有苯环的有机化合物。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.54。

附带地，实例5中所使用的透镜树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.1倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.55μm。可以从实例5的转移透镜的SEM图像确定转移透镜的表面粗糙度为10nm或以下，表明是非常光滑的表面。将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。

由于将苯并三唑基光稳定剂，即氟化合物或具有苯环的有机化合物，加入到透明树脂层中，所以可以使转移透镜的表面光滑并抑制其表面粗糙度。

<实例6>

参照图8A-2E说明根据该实施例的固态成像装置的制造方法。

如图8A所示，提供半导体衬底30，该半导体衬底30具有全部形成在其中的光电转换装置31、遮光膜和钝化层(未示出)，并且通过使用热固型丙烯酸类树脂的涂敷溶液的旋涂方法在半导体衬体30上形成平面层32(图8B)。

然后，以与实例1所述相同的方式，如图8C所示，通过重复光刻三次并使用三种颜色的抗蚀剂(绿色抗蚀剂、蓝色抗蚀剂和红色抗蚀剂)以提供三种颜色，即绿(G)、蓝(B)和红(R)，来形成滤色器33。

然后，在滤色器33上涂敷折射率为1.45并且刻蚀速率为370nm/min的氟基丙烯酸类树脂以形成膜厚为1μm的透明树脂层34，并且在180℃的温度下加热3分钟以执行膜硬化处理。在膜硬化处理之后，组成转移透镜38的中央部分的透明树脂层的折射率为1.45。

然后，将刻蚀速率为210nm/min的苯乙烯树脂涂敷至1μm的厚度由此形成刻蚀控制层35，此外涂敷可溶于碱、光敏和易热流的丙烯酸类树脂以形成光敏树脂层36。

随后，如图8D所示，对光敏树脂层36进行已知的光刻工艺以形成矩形图案，然后在200℃的温度下对其进行热处理以产生树脂的热流，由此在一侧以0.1μm的大约适当的流量形成透镜母版37。附带地，透镜母版37是高为0.45μm并且透镜母版之间的间隙为0.3μm的光滑半球形透镜。

最后，通过使用由CF₄和C₃F₈两种碳氟化合物气体组成的混合气体的干法刻蚀，利用透镜母版37作为掩模对刻蚀控制层35进行刻蚀，以形成中间微透镜。然后，通过使用由刻蚀控制层组成的该中间微透镜作为掩模，对透明树脂层34进行刻蚀处理。此外，将滤色器33刻蚀到0.15μm的深度以形成转移透镜38，如图8E所示。然后在230℃的温度下对该转移透镜38加热18分钟以完全固化转移透镜38，由此制造像素尺寸为2.5μm×2.5μm的固态成像装置。构造根据实例6的转移透镜38，使得由透明树脂层34组成其中央部分并且由滤色器33的上部组成其外围部分。

附带地，实例6中所使用的透明树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.5倍。相反，组成刻蚀控制层的苯乙烯树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.84倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.675μm。可以从实例6的转移透镜的SEM图像确定，尽管转移透镜的表面粗糙度是70nm或以下，表示粗糙的表面，但是将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此确定加工实现了被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。此外，由于采用与透明树脂层的刻蚀速率相比刻蚀速率更小的树脂作为刻蚀控制层，所以即使与透镜母版的刻蚀速率相比透明树脂层的刻蚀速率更大，也可以不仅降低转移透镜的高度还可以形成透镜间的间隙很小的转移透镜。

<实例7>

除了采用折射率为1.45的氟基丙烯酸类树脂作为组成透明树脂层34的树脂，以在重量上为3％的比率(以固体含量计算)将折射率为1.41的氟基表面活性剂(Megafac BL-20[商标名]；Dainippon Ink Chemical Industries有限公司)添加到涂敷溶液中，以及由形成为膜厚为0.6μm的层的酚醛树脂代替用于形成刻蚀控制层的苯乙烯树脂之外，以与实例6所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.44。

附带地，实例7中所使用的透明树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.25倍。相反，组成刻蚀控制层的酚醛树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.8倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.56μm。图9示出在实例7中形成的转移透镜的SEM图像。可以从图9确定转移透镜的表面粗糙度为40nm，表示光滑的表面，并且可以将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜的可能性。

由于将氟基表面活性剂，即氟化合物，加入到透明树脂层中，所以即使使用氟基丙烯酸类树脂作为透明树脂层，其中所述氟基丙烯酸类树脂的刻蚀速率相对较大并且由于干法刻蚀可能产生表面粗糙，也可以使转移透镜的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于氟基表面活性剂是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于组成转移透镜的透明树脂层的折射率而不是增加其折射率。因此，与通过使用不含氟化合物的透明树脂层形成的微透镜相比，可以大大地抑制反射率。此外，由于可以抑制固态成像装置内的光的再反射，所以可以有助于提高图像质量。

<实例8>

除了采用折射率为1.55的热固性丙烯酸类树脂作为组成透明树脂层34的树脂，以在重量上为3％的比率(以固体含量计算)将折射率为1.42的硅基表面活性剂(FZ2122[商标名]；Nippon Unicar有限公司)添加到涂敷溶液中，以及由形成为膜厚为0.6μm的层的酚醛树脂代替用于形成刻蚀控制层的苯乙烯树脂之外，以与实例6所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.54。

附带地，实例8中所使用的透明树脂层的刻蚀速率与组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率相同。相反，组成刻蚀控制层的酚醛树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.8倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.45μm。可以从在实例8中得到的SEM图像确定转移透镜的表面粗糙度为10nm或以下，表示非常光滑的表面，并且可以将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜的可能性。此外，由于采用与透明树脂层的刻蚀速率相比刻蚀速率更小的树脂作为刻蚀控制层，所以即使透明树脂层的刻蚀速率与透镜母版的刻蚀速率相同，也可以形成透镜间的间隙很小的转移透镜。

由于将硅基表面活性剂，即硅化合物，加入到透明树脂层中，所以与实例7的情况相同，可以使转移透镜的表面光滑并抑制其表面粗糙度。此外，由于硅基表面活性剂是低折射率的化合物，所以可以或多或少地降低用于组成转移透镜的透明树脂层的折射率而不是增加其折射率。因此，与通过使用不含氟化合物的透明树脂层形成的微透镜相比，可以将反射率抑制到一半或以下。此外，由于可以将固态成像装置内的光的再反射抑制到一半或以下，所以可以有助于提高图像质量。

<实例9>

除了由形成为膜厚为0.6μm的层的酚醛树脂代替用于形成刻蚀控制层的苯乙烯树脂之外，以与实例6所述相同的条件，例如材料、像素的尺寸和步骤，来形成固态成像装置。在膜硬化处理之后，组成转移透镜的透明树脂的折射率为1.45。

附带地，在实例9中使用的组成刻蚀控制层的酚醛树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.8倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.65μm。可以从在实例9中得到的转移透镜的SEM图像确定转移透镜的表面粗糙度为70nm，表示粗糙的表面，但是可以将透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此表示加工具有被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜的可能性。此外，由于采用与透明树脂层的刻蚀速率相比刻蚀速率更小的树脂作为刻蚀控制层，所以即使透明树脂层的刻蚀速率大于透镜母版的刻蚀速度，也可以降低转移透镜的高度并形成展现出非常小的透镜间的间隙的转移透镜。此外，由于采用刻蚀速率与实例6的刻蚀速率不同的树脂作为刻蚀控制层，所以可以任意改变转移透镜的高度，而不仅不必改变用于组成透镜母版的光敏树脂层的材料而且也不必改变用于组成转移透镜的透镜树脂层的材料。

<实例10>

将参照图10A-10F说明根据该实施例的固态成像装置的制造方法。

如图10A所示，提供半导体衬底50，该半导体衬底50具有全部形成在其中的光电转换装置51、遮光膜和钝化层(未示出)，并且通过使用热固型丙烯酸类树脂的涂敷溶液的旋涂方法在半导体衬体50上形成平面层52(图10B)。

然后，以与实例1所述相同的方式，如图10C所示，通过重复光刻三次并使用三种颜色的抗蚀剂(绿色抗蚀剂、蓝色抗蚀剂和红色抗蚀剂)以提供三种颜色，即绿(G)、蓝(B)和红(R)，来形成滤色器53。

然后，如图10D所示，在滤色器53上涂敷折射率为1.55的热固型丙烯酸类树脂以形成膜厚为1μm的透明树脂层54，并且在180℃的温度下加热3分钟以执行膜硬化处理。在膜硬化处理之后，组成转移透镜58中央部分的透明树脂层的折射率为1.55。

然后，将酚醛树脂涂敷至0.6μm厚由此形成刻蚀控制层55，此外涂敷可溶于碱、光敏和易热流的丙烯酸类树脂以形成光敏树脂层56。

随后，如图10E所示，对光敏树脂层56进行已知的光刻工艺以形成矩形图案，然后在200℃的温度下进行热处理以产生树脂的热流，由此在一侧以0.1μm的大约适当的流量形成透镜母版57。附带地，透镜母版57是高为0.39μm并且透镜母版之间的间隙为0.35μm的光滑半球形透镜。

最后，通过使用由CF₄和C₃F₈两种碳氟化合物气体组成的混合气体的干法刻蚀，利用透镜母版57作为掩模对刻蚀控制层55进行刻蚀，以形成中间微透镜。然后，通过使用由刻蚀控制层组成的该中间微透镜作为掩模，对透明树脂层54进行刻蚀处理。此外，将滤色器53刻蚀到0.15μm的深度以形成转移透镜58，如图10F所示。然后在230℃的温度下对该转移透镜58加热18分钟以完全固化转移透镜58，由此制造像素尺寸为1.8μm×1.8μm的固态成像装置。构造根据实例10的转移透镜58，使得由透明树脂层54组成其中央部分并且由滤色器53的上部组成其外围部分。

附带地，在实例10中使用的透明树脂层的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的1.1倍。相反，组成刻蚀控制层的酚醛树脂的刻蚀速率是组成透镜母版的丙烯酸类树脂的刻蚀速率的0.8倍。

由此得到的固态成像装置的转移透镜的高度是0.43μm。图11示出在实例10中形成的转移透镜的SEM图像。可以从图11确定转移透镜的表面粗糙度为40nm，表示光滑的表面，并且将其透镜间的间隙限定为不大于0.035μm，因此表示可以将树脂加工成具有被限定为不大于SEM的可测量极限的狭窄间隙的透镜。

此外，从图11中确定相邻转移透镜之间的接触长度(不大于0.035μm的间隙之间的长度)是0.8μm(相对于一边的长度，即1.8μm，为大约44％)并且孔径比为85％。由于转移透镜的接触长度相对较长，所以可以增大微透镜的孔径比并且获得敏感度极好的固态成像装置。

根据本发明的制造方法，即使像素的尺寸小至1.8μm，也可以制造设有表面光滑的具有足够狭窄间隙的微透镜，同时可以控制转移透镜的高度的固态成像装置。

Claims (13)

1、一种固态成像装置的制造方法，该固态成像装置包括两维设置的光电转换装置；各自设置成与每个所述光电转换装置相对应的滤色器；以及多个各自直接或间接设置在所述滤色器上的转移透镜；该方法包括：

1)形成多个在颜色上彼此不同的滤色器；

2)在所述滤色器上形成透明树脂层；

3)在所述透明树脂层上形成刻蚀控制层，能够以与所述透明树脂层的刻蚀速率不同的刻蚀速率刻蚀该刻蚀控制层；

4)通过使用易热流树脂材料在所述刻蚀控制层上形成透镜母版；

5)通过干法刻蚀将所述透镜母版的图案转移到所述刻蚀控制层以形成中间微透镜，其由所述刻蚀控制层形成；以及

6)通过干法刻蚀将所述中间微透镜的图案转移到所述透明树脂层以形成所述转移透镜，其由所述透明树脂层形成，

其中所述刻蚀控制层的刻蚀速率小于所述透明树脂层的刻蚀速率，并且

其中所述刻蚀控制层的刻蚀速率小于构成所述透镜母版的树脂层的刻蚀速率。

2、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由丙烯酸类树脂形成所述透明树脂层。

3、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中所述透明树脂层包括在其主链中具有苯环的丙烯酸类树脂。

4、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由包括具有苯环的有机化合物的树脂形成所述透明树脂层。

5、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中所述透明树脂层包括氟基丙烯酸类树脂。

6、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由含有不少于0.2％的折射率为1.47或以下的化合物的树脂形成所述透明树脂层。

7、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由具有控制树脂热流功能的材料形成所述刻蚀控制层。

8、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由苯乙烯树脂或酚醛树脂形成所述刻蚀控制层。

9、根据权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中由透明树脂层形成所述转移透镜的中央部分，由所述滤色器的上部形成所述转移透镜的外围部分。

10、一种固态成像装置，包括：两维设置的光电转换装置；各自设置成与每个所述光电转换装置相对应的滤色器；以及多个各自直接或间接设置在所述滤色器上的转移透镜；

其中在所述多个转移透镜当中相邻的转移透镜之间的间隙不大于0.035μm，并且将以不大于0.035μm的间隙设置的相邻转移透镜之间的接触长度限定在所述多个转移透镜的间距的3-80％的范围内，并且

其中所述转移透镜具有50nm或以下的表面粗糙度。

11、根据权利要求10所述的固态成像装置，其中所述转移透镜含有不少于0.2％的折射率为1.47或以下的化合物。

12、根据权利要求11所述的固态成像装置，其中折射率为1.47或以下的所述化合物是氟化合物或硅化合物。

13、根据权利要求10所述的固态成像装置，其中所述转移透镜分别具有由所述滤色器的上部组成的外围部分。

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