CN101558495B - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体摄像装置，其具备：基板，其中多个光电转换元件被二维地配置，且表面上具有与多个光电转换元件相对应的矩形的受光面；平坦化层，其设置在所述基板上，且具有在与所述受光面相对应的位置上形成的大致矩形的多个凹曲面；以及，滤色器，其埋入在所述平坦化层的所述凹曲面中，且包含具有比所述平坦化层更大的折射率的多种颜色的着色层，其中，所述着色层具有凸透镜的功能。

Description

固体摄像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及固体摄像装置及其制造方法，特别涉及兼用了滤色器和透镜构件的固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
近年来，使用了CCD(电荷耦合型元件)或CMOS(互补型金属氧化物半导体元件)等固体摄像元件的数码相机或摄像机渐渐普及，利用CSP(芯片尺寸封装)方式将该固体摄像元件进一步小型化的技术正在开发中。这样的小型固体摄像元件适合内装于手机等寻求小、轻、薄的电子器件中。
由于固体摄像元件的每个像素的受光面是凹凸状的，因此通常形成透明的平坦化层以寻求表面的平坦化。即，如图1所示，在CCD等多个光电转换元件12二维地配置而成的固体摄像元件11上形成第1平坦化层13，然后在其上形成包含多种颜色的着色层的滤色器14，进而在其上形成第2平坦化层15，然后在其上形成用于聚光的凸透镜16(例如参照日本特开2006-41467号公报)。
在如此构造的固体摄像装置的制造中，需要依次形成第1平坦化层13、滤色器14、第2平坦化层15以及凸透镜16，从而存在工序数量多、成品率低、制造成本高的问题。
另外，由于受光面和凸透镜16之间存在第1平坦化层13、滤色器14以及第2平坦化层15等多层夹杂物，两者远离，因而存在聚光效率低、光到达光电转换元件12前容易发生光的衰减的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、具有良好的颜色特性的固体摄像装置。
本发明的另一目的在于提供一种寻求工序数量的削减、能够实现成品率的提高以及成本削减的固体摄像装置的制造方法。
根据本发明的第一方式，可以提供下述的固体摄像装置，该固体摄像装置具备：基板，其中多个光电转换元件被二维地配置，且表面上具有与多个光电转换元件相对应的矩形的受光面；平坦化层，其设置在所述基板上，且具有在与上述受光面相对应的位置上形成的大致矩形的多个凹曲面；以及，滤色器，其埋入在所述平坦化层的上述凹曲面中，且包含具有比上述平坦化层更大的折射率的多种颜色的着色层，其中所述着色层具有凸透镜的功能。
根据本发明的第二方式，可以提供下述的固体摄像装置的制造方法，该制造方法具备：在多个光电转换元件被二维地配置、且表面上具有与多个光电转换元件相对应的矩形的受光面的基板上形成透明膜的工序；在上述透明膜上的与上述受光面相对应的位置上形成具有绕线筒状或其变形形状的开口的抗蚀剂图案的工序；以上述抗蚀剂图案作为掩模，将上述透明膜进行蚀刻，从而形成平坦化层的工序，该平坦化层具有在与上述受光面相对应的位置上形成的大致矩形的多个凹曲面；以及，在上述大致矩形的凹曲面上形成滤色器的工序，该滤色器包含具有比上述平坦化层更大的折射率的多种颜色的着色层，并具有凸透镜的功能。
附图说明
图1为表示以往的固体摄像装置的剖面图。
图2为表示本发明的一个实施方式的固体摄像装置的剖面图。
图3A为表示图2所示的固体摄像装置的制造中使用的抗蚀剂图案的开口部的形状的图。
图3B为表示图2所示的固体摄像装置的制造中使用的抗蚀剂图案的开口部的形状的图。
图3C为表示图2所示的固体摄像装置的制造中使用的抗蚀剂图案的开口部的形状的图。
图3D为表示图2所示的固体摄像装置的制造中使用的抗蚀剂图案的开口部的形状的图。
图4为表示干法蚀刻的进行曲线的图。
图5为表示通过干法蚀刻获得的平坦化层的表面形状的剖面图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
图2为表示本发明的一个实施方式的固体摄像装置的剖面图。在图2中，在半导体基板1的表面附近，CCD或CMOS传感器等多个光电转换元件2被二维地配置。半导体基板1的与光电转换元件2对应的面为矩形凹部状的受光面，为了覆盖这些受光面而形成了平坦化层3。平坦化层3由透明材料构成，例如由二氧化硅或丙烯酸系树脂构成。
在平坦化层3的表面上，在与受光面对应的位置上形成了平面形状为大致矩形的多个凹曲面。具有这样大致矩形的凹曲面的平坦化层3如下形成。
首先，在半导体基板1的表面上形成由透明材料构成的膜。当为二氧化硅时，可以通过CVD或蒸镀来形成，当为丙烯酸系树脂时，可以通过涂布法来形成。然后在该透明膜上形成抗蚀剂图案。抗蚀剂图案具有绕线筒状(也可以称为缠线轴状)或其变形形状的开口部。图3A～图3D中示出了这样的开口部10的形状。另外，包围开口部10的矩形表示受光面。图3A表示绕线筒状的开口部10，图3B～3D表示具有其变形形状的开口部10。即，图3B表示的开口10设有从圆形的开口中央部向四方呈锐角突出的部分，图3C所示的开口10在图3B所示的开口上设有向上下左右呈钝角突出的部分，图3D所示的开口10在图3C所示的开口上设有向上下左右呈钝角后退的部分。
然后，使用这样的抗蚀剂图案作为掩模，将在半导体基板1的表面上形成的透明膜进行干法蚀刻。另外，在将由二氧化硅构成的透明膜进行蚀刻时，作为抗蚀剂，例如可以使用正型酚醛清漆树脂光致抗蚀剂，作为蚀刻气体，可以使用CF4或C2F6。另外，在将由丙烯酸系树脂构成的透明膜进行蚀刻时，作为抗蚀剂，同样可以使用正型酚醛清漆树脂光致抗蚀剂，作为蚀刻气体，例如可以使用O2+Ar。
作为干法蚀刻，例如可以使用ECR、平行平板磁控管、DRM、ICP、或双频型RIE等。
图4表示这样的干法蚀刻的进行曲线。根据图4可知，最初是按照掩模的开口部形状进行蚀刻，蚀刻不只在纵向上进行，也在横向上进行。因此，蚀刻也在透明膜的被抗蚀剂图案覆盖的部分上进行，凹部扩大，其结果形成如图5所示的大致矩形的多个凹曲面直接邻接的平坦化层3。
然后，在平坦化层3上涂布分散有颜料的树脂，通过平版印刷进行布图，按每种颜色重复这些工序，从而以埋入平坦化层3表面的凹曲面的方式，形成例如包含红(R)、绿(G)、蓝(B)的三色着色层的滤色器4。
此时，各着色层的表面之间若不存在平坦化层3而邻接，则光的利用效率高，因而是优选的。另外，滤色器4的表面优选为平坦的。
作为获得平坦的滤色器4的表面的方法，可以列举出在通过光刻法形成各滤色器4之后、通过微研磨法研磨表面的方法。
构成滤色器4的着色层材料的折射率高于构成平坦化层3的材料的折射率，例如，当构成平坦化层3的材料为丙烯酸系树脂时，其折射率为1.5，与此相对，构成滤色器4的着色层材料的折射率在为分散有颜料的丙烯酸系树脂的情况下为1.6～1.8。
如上所述，根据本实施方式，通过使用具有绕线筒状或其变形的开口形状的抗蚀剂图案将透明膜进行干法蚀刻，从而形成具有大致矩形的多个凹曲面直接邻接的表面形状的平坦化层3，然后将由红(R)、绿(G)、蓝(B)三色颜料分散树脂构成的着色层埋入在这些凹曲面内以使表面平坦，由此可以获得形成了兼具透镜功能的滤色器4的固体摄像元件。
根据如此获得的固体摄像装置，不需要在滤色器和透镜之间隔着平坦化层来分别形成，因此可以寻求工序数量的削减，并实现成品率的提高和成本的削减。
另外，通过使凸透镜(滤色器4)和受光面接近，聚光性提高，能获得高灵敏度，且由于二者之间存在的层少，因而入射光的衰减少，可以获得良好的颜色特性。
根据本发明的第一方式，由于在平坦化层表面的大致矩形的凹曲面内埋入了具有凸透镜功能的由多种颜色的着色层构成的滤色器，因而能够提供凸透镜(滤色器)和受光面接近而聚光性提高、具有高灵敏度、且由于中间存在的层少而具有良好的颜色特性的固体摄像装置。
另外，根据本发明的第二方式，通过使用具有绕线筒状或其变形的开口形状的抗蚀剂图案将透明膜进行蚀刻，从而形成具有大致矩形的多个凹曲面直接邻接的表面形状的平坦化层，通过将由颜料分散树脂构成的着色层埋入在这些凹曲面内以形成兼具透镜功能的滤色器，由此可以寻求工序数量的削减，并实现成品率的提高和成本削减。

Claims (4)

1.一种固体摄像装置的制造方法，其具备：
在多个光电转换元件被二维地配置、且表面上具有与多个光电转换元件相对应的矩形的受光面的基板上形成透明膜的工序；
在所述透明膜上的与所述受光面相对应的位置上形成具有有从中央部向四方呈锐角突出的部分的绕线筒状或其变形形状的开口的抗蚀剂图案的工序；
以所述抗蚀剂图案作为掩模，将所述透明膜进行干法蚀刻，从而形成平坦化层的工序，该平坦化层具有在与所述受光面相对应的位置上形成的大致矩形的多个凹曲面；以及，
在所述大致矩形的凹曲面上形成滤色器的工序，该滤色器包含具有比所述平坦化层更大的折射率的多种颜色的着色层，并具有凸透镜的功能；
通过以所述有从中央部向四方呈锐角突出的部分的绕线筒状或其变形形状的开口的抗蚀剂图案作为掩模进行干法蚀刻，蚀刻按照所述掩模的开口部的形状进行，并且不只在纵向上进行、也在横向上进行，除去被所述抗蚀剂图案覆盖的部分，由此大致矩形的多个凹曲面邻接地形成；
有所述变形形状的开口为下述变形形状一、变形形状二或变形形状三的开口：变形形状一的开口设有从圆形的开口中央部向四方呈锐角突出的部分，变形形状二的开口在变形形状一的开口上设有向上下左右呈钝角突出的部分，变形形状三的开口在变形形状二的开口上设有向上下左右呈钝角后退的部分。
2.根据权利要求1中记载的固体摄像装置的制造方法，其中，所述透明膜由二氧化硅或丙烯酸系树脂构成。
3.根据权利要求1中记载的固体摄像装置的制造方法，其中，所述着色层具有1.6～1.8的折射率。
4.根据权利要求1中记载的固体摄像装置的制造方法，其中，所述多个凹曲面直接邻接地设置，所述多种颜色的着色层在其表面直接邻接地设置。
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