CN102881699A - 固态成像器件、固态成像器件的制造方法以及电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种固态成像器件，包括：衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上；以及有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分与无机微透镜的边缘部分接触或者重叠。
Description
技术领域
本公开涉及固态成像器件、固态成像器件的制造方法以及使用该固态成像器件的电子装置。
背景技术
CCD型固态成像器件和CMOS型固态成像器件迄今为止已知为用于数字照相机或者数字摄像机的固态成像器件。在这些固态成像器件中，在以二维矩阵状态形成的多个像素的每个中形成光接收单元，并且根据光接收单元中所接收的光量来生成信号电荷。光接收单元中生成的信号电荷被传送并且被放大，由此获得图像信号。
在固态成像器件中，一般在每个像素中提供微透镜，以允许入射光被高效地入射到光接收单元上。最近，根据固态成像器件的规格提出其中形成具有与各个像素对应的不同折射率的微透镜的结构。
例如，在JP-A-2009-198547（专利文献1）中，公开了以下结构，其中形成具有与各个像素R（红色）、G（绿色）以及B（蓝色）相对应的不同折射率的微透镜，以由此提高光会聚效率。在专利文献1中描述的技术中，通过应用热回流处理两次在透明树脂层之上形成具有根据像素的不同高度的微透镜图案，并且执行干刻蚀，以由此形成透明树脂层，从而具有期望的微透镜形状。
在JP-A-2009-109965（专利文献2）中，公开了以下结构，其中在应用用于自动聚焦检测（AF）的瞳分相位差系统（pupil-division phase difference system）的固态成像器件中，在相位检测像素和成像像素中改变微透镜的曲率，以由此改变折射率。在专利文献2中描述的技术中，将微透镜的平面形状在成像像素中形成为矩形并且在相位检测像素中形成为圆形，由此获得具有不同曲率的微透镜。
微透镜的表面形状以及形成的位置等受光会聚效率和折射率影响，因此，要求更加精确形成具有不同折射率的微透镜的方法。
发明内容
鉴于以上，期望提供一种固态成像器件，其中，在各个像素中精确地形成具有不同折射率的微透镜。还期望提供一种使用该固态成像器件的电子装置。
本公开的实施例针对一种固态成像器件，包括：衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上；以及有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分接触或者重叠无机微透镜的边缘部分。
在根据本公开实施例的固态成像器件中，无机微透镜由无机材料制成以及有机微透镜由有机材料制成，由此允许无机微透镜和有机微透镜具有不同的折射率。
本公开的另一个实施例针对一种固态成像器件的制造方法，包括：在衬底上形成具有光电转换器的多个像素，在衬底上形成的给定像素之上形成无机材料制成的无机微透镜，以及在其中未形成无机微透镜的像素之上形成有机材料制成的有机微透镜。
在根据本公开实施例的制造方法中，首先形成在抗光性和抗热性方面优异的无机材料制成的无机微透镜。因此，在不降低无机微透镜的透镜性能的情况下可以形成有机微透镜。作为结果，能够精确地形成具有不同折射率的微透镜。
根据本公开的又一实施例针对一种电子装置，包括：光透镜；固态成像器件，会聚到光透镜上的光是入射到该固态成像器件上，该固态成像器件具有衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上，以及有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分接触或者重叠无机微透镜的边缘部分；以及信号处理电路，用于处理从固态成像器件输出的信号。
根据本公开的实施例，可以获得其中精确地形成具有不同折射率的微透镜的固态成像器件。还能够获得其中通过应用固态成像器件来改进成像质量的电子装置。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的整体CMOS型固态成像器件的示意结构图；
图2是根据本公开的第一实施例的固态成像器件的截面结构；
图3A和3B是图示根据本公开的第一实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第一）；
图4A和4B是示出根据本公开的第一实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第二）；
图5A和5B是示出根据本公开的第一实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第三）；
图6A和6B是根据本公开的第一实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第四）；
图7是示出根据本公开的第一实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第五）；
图8是根据本公开的第二实施例的固态成像器件的像素的截面结构；
图9A和9B是示出根据本公开的第二实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第一）；
图10A和10B是示出根据本公开的第二实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第二）；
图11A和11B是示出根据本公开的第二实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第三）；
图12A和12B是示出根据本公开的第二实施例的固态成像器件的制造方法的过程图（第四）；
图13A到13C是与根据本公开的第二实施例的固态成像器件的制造方法对应的平面结构图；
图14是根据本公开的第三实施例的电子装置的示意结构图。
具体实施方式
此后，将参考图1到图10B来解释根据本公开实施例的电子装置、用于电子装置的成像器件的示例。将以下面的顺序来解释本公开的实施例。本公开不限于以下的示例。
1.第一实施例：固态成像器件
1-1固态成像器件的整体结构
1-2固态成像器件的有关部分的结构
1-3固态成像器件的制造方法
2.第二实施例：固态成像器件
2-1固态成像器件的有关部分的结构
2-2固态成像器件的制造方法
3.第三实施例：电子装置
<1.第一实施例：固态成像器件>
[1-1固态成像器件的整体结构]
图1是示出根据本公开的第一实施例的整体CMOS型固态成像器件的示意结构图。
根据实施例的固态成像器件1包括具有在由硅制成的衬底11上布置的多个像素2的像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。
多个像素2每个具有包括光电二极管的光电转换器以及多个像素晶体管，该多个像素2在衬底11上以二维阵列规则布置。像素晶体管可以是四个MOS晶体管，包括传输晶体管、重置晶体管、选择晶体管以及放大器晶体管，或者可以是三个晶体管，包括除了选择晶体管之外的上面的晶体管。
像素区域3包括以二维阵列规则布置的多个像素2。像素区域3具有有效像素区域和黑色参考像素区域（未示出），在有效像素区域中光被实际接收并且光电转换生成的信号电荷被放大，以被读到列处理电路，该黑色参考像素区域用于输出光黑色作为黑色电平参考。黑色参考像素区域通常形成在有效像素区域的外围部分。
控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号以及主时钟生成时钟信号、控制信号等，作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作参考。控制电路8中生成的时钟信号、控制信号等被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等中。
垂直驱动电路4例如由移位寄存器形成，用于以行为单位沿垂直方向顺序扫描像素区域3中的各个像素2。然后，垂直信号电路4通过垂直信号线向列信号处理电路5提供基于根据各个像素2的光电二极管中接收的光量生成的信号电荷的像素信号。
关于像素2的各个列布置列信号处理电路5，从而通过使用来自黑色参考像素区域（虽然未示出，围绕有效像素区域形成）的信号以像素列为单位对从一行的像素2输出的信号执行信号处理，诸如降噪和信号放大。在列信号处理电路5的输出级，水平选择开关（未示出）配备在列信号处理电路5和水平信号线10之间。
水平驱动电路6例如由移位寄存器形成，以通过顺序地输出水平扫描脉冲来顺序地选择各个列信号处理电路5并且允许像素信号从各个列信号处理电路5输出到水平驱动电路10。
输出电路7对通过水平信号线10从各个列信号处理电路5顺序提供的信号执行信号处理并且输出该信号。
[1-2固态成像器件的有关部分的结构]
图2示出根据本实施例的固态成像器件1的有关部分的截面结构。在图2中，示出像素区域中的三个像素的截面结构。在本实施例中，引用具有自动聚焦功能的固态成像器件作为示例，其中，像素区域包括用于输出对象图像的像素信号的成像像素2a以及用于检测聚焦位置的相差检测像素2b。图2示出使得成像像素2a被相差检测像素2b夹着而形成的区域的截面。下面将描述成像像素2a和相差检测像素2b。在下面的描述中，当没有必要区分成像像素2a和相差检测像素2b时，它们将被解释为像素2。
根据实施例的固态成像器件1包括在其上形成有每个具有光电二极管PD作为光电转换器的多个像素2的衬底12、布线层14、颜色滤波器层18、平坦化膜19以及应力缓和层20。固态成像器件1还包括在相差检测像素2b之上形成的无机微透镜21和在成像像素2a之上形成的有机微透镜22。
由例如硅制成的半导体衬底形成衬底12。在衬底12的表面上，形成第一导电类型例如，p型半导体阱区13。在半导体阱13的表面侧，在每个像素中形成用以形成光电转换器的光电二极管PD和像素晶体管（未示出）。
由第二导电型（例如，n型）杂质区形成光电二极管PD，以根据入射光量生成并且积累信号电荷。通过未示出的像素晶体管一个像素地一个像素地读出光电二极管PD中生成并且累积的信号电荷。
布线层14在衬底12的表面侧形成，包括通过层间绝缘膜15以多个层（在图2中是三层）堆叠的布线16。在成像像素2a之上，形成布线16使得衬底12中形成的光电二极管PD向光入射侧开口。另一方面，在相差检测像素2b 之上，底层的布线16，即距衬底12的表面最近的侧上的布线16兼作遮光膜17，该遮光膜17使相差检测像素2b部分避开光。以与成像像素2a相同的方式，形成遮光膜17之上的布线16，使得在衬底12上形成的光电二极管向光入射侧开口。
顺便提一下，相差检测像素2b是输出用于执行自动聚焦检测（autofocus detection,AF）的相差检测信号的像素。根据实施例的固态成像器件1中的自动聚焦功能应用用于通过执行瞳分获得两个图像的瞳分相差系统。因此，两个相差检测像素2b分离来自提供在固态成像器件1的上部的未示出的光学的出瞳(exit pupil)的光通量，并且从该对相差检测像素2b输出的图像之间的相差被检测，以由此执行自动聚焦。
此外，形成遮光膜17，以分离来自对称位置的出瞳区的光通量。在该对相差检测像素2b中，通过遮光膜17打开的开口区域以镜对称提供。
颜色滤波器层18形成在布线层14上，由在各个像素2中选择性地透过例如红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的光的材料制成。像素2由图2中的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的三原色形成，然而，不限于该示例，并且能够使用青色、黄色和黑色，或者透过所有光以及不透过红外区中的光的白色。此外，能够使用根据像素透过不同颜色的颜色滤波器层18，或者使用在所有像素2中透过相同颜色的颜色滤波器层18。通过颜色滤波器层18发送的颜色的组合可以根据规格进行各种选择。有必要根据滤波器实现最优光谱特性，以改进颜色滤波器层18的灵敏度特性以及颜色再现性，因此，各个滤波器的厚度根据颜色而不同。
平坦化膜19形成在颜色滤波器层18上以平坦化如上描述的根据颜色具有不同厚度的颜色滤波器层18。优选使用具有渗透性、抗热性等的材料用于平坦化膜19，例如可以使用丙烯酸热固树脂材料、苯乙烯树脂材料、环氧树脂材料等。另外，当为了改进固态成像器件1的光会聚特性允许层的垂直结构更低时，优选使用具有热塑属性和热固属性的丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料、环氧树脂材料等。
在平坦化膜19上形成应力缓和层20，以缓和由上面描述的有机材料制成的平坦化膜19和由下面描述的无机材料制成的无机微透镜21之间的膜应力差异。应力缓和层20优选由无机材料制成以及优选使用低温CVD（化学气相沉积）工艺的沉积方法来形成。优选使用例如由化合分子式SiO2(下面称 作,SiO),Si3N4(下面称作SiN)或者SixOy(0<x≤1,0<y≤1,下面写为SiON)表示的任何硅化合物作为应力缓和层20。
在相差检测像素2b之上的应力缓和层20上面形成无机微透镜21，使得其表面具有期望的曲率。形成在相差检测像素2b之上的无机微透镜21由无机材料制成，并且优选使用例如SiN、SiO和SiON中的任一种。
此外，优选形成相差检测像素2b，使得入射光的聚焦位置将在遮光膜的表面上，以获得瞳分图像作为相差检测信号。此外，形成在相差检测像素2b之上的无机微透镜21优选由具有比制作下面描述的有机微透镜22的有机材料更高的折射率的无机材料制作，优选由例如SiN或者SiON制成。形成微透镜21以具有以下曲率，其中入射光的焦点是在遮光膜17的表面上。
在成像像素2a之上的平坦化膜19上形成有机微透镜22，使得有机微透镜22的表面具有期望的曲率。在成像像素2a上形成的有机微透镜22由有机材料制成，并且优选例如由丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料、环氧树脂材料或者丙烯酸/苯乙烯共聚树脂材料制成。此外，优选形成成像像素2a，使得聚焦位置将在衬底12的表面上，以改进灵敏度。因此，在成像像素2a之上形成的有机微透镜22被形成为具有其中入射光的焦点位置在衬底12的表面上的曲率。
如上所描述，在本实施例中，由无机材料制成的无机微透镜21形成在相差检测像素2b之上，在相差检测像素2b中焦距被设置为短于成像像素2a的焦距。另一方面，由有机材料制成的有机微透镜22形成在成像像素2a之上，在成像像素2a中焦距被设置为长于相差检测像素2b的焦距。
形成抗反射膜23，以覆盖无机微透镜21和有机微透镜22的表面，形成该抗反射膜23以减少微透镜表面上的光的反射。作为抗反射膜23的材料，例如可以使用LTO（低温氧化物）膜、SiON等。
附带提及，在有机材料层和无机材料层之间膜应力差别较大。因此，当由无机材料制成的无机微透镜21被堆叠在由有机材料制成的平坦化膜19上以直接接触该膜时，在界面上出现由膜应力差异引起的皱折（wrinkle）或者失真。也就是，当堆叠无机材料层和有机材料层时，在堆叠层的界面上出现膜应力差异引起的问题。
响应于以上问题，在由有机材料制成的平坦化膜19和无机材料制成的无机微透镜21的堆叠体中，形成应力缓和层20，应力缓和层20具有的应力值 处于有机材料层和无机材料层的膜应力值之间、以及与这些应力值不同。也就是，在本实施例中，膜应力的关系将是无机材料层<应力缓和层<有机材料层。将使用满足该条件的材料用于应力缓和层20。
如上所描述，能够通过提供应力缓和层20来缓和形成在应力缓和层20之上和之下的平坦化膜19和无机微透镜21之间的膜应力差异。因此，即使当堆叠有机材料层和无机材料层时，可以抑制由于膜应力差异引起的表面上问题的出现。作为结果，可以抑制堆叠层的界面上生成的表面皱折或失真的问题，以及可以执行图案形成，而没有随后光刻(lithography)工艺中的问题，因此，能够避免固态成像器件1中的光会聚特性的恶化。
可应用于平坦化膜19、应力缓和层20和无机微透镜21的材料已经在上面描述。优选组合以上材料，使得通过使用丙烯酸热塑固化材料形成平坦化膜19，以及通过使用低温S iN膜形成无机微透镜21。由于在该情形中通过使用低温SiON膜形成应力缓和层20，因此可以在同一CVD工艺中连续形成应力缓和层20（SiON）和无机微透镜层21a（SiN），而无需添加新的工艺，这简化了工艺。
作为应力缓和层20的光特性，优选应力缓和层20具有透明性，折射率是1.4到2.0。特别地，当应力缓和层20由SiON制成时，折射率是1.6到1.9。因此，可以使应力缓和层20兼作抗反射膜，用于减小由折射率为1.8到2.0的SiN制成的无机微透镜21和折射率为1.4到1.5的丙烯酸树脂制成的平坦化膜19之间的小界面反射。作为结果，改进了固态成像器件的光会聚特性。
应力缓和层20的膜应力优选-100到100MPa。在此示出的膜应力值通过使用薄膜应力测量装置（晶圆扭曲测量装置FSM 500TC（VISION，INC））来测量。
在具有上面结构的固态成像器件1中，在成像像素2a中生成与入射光量对应的信号电荷以被输出为像素信号，从而由此获得图像。在相差检测像素2b中，获得瞳分图像并且检测相差，由此执行自动聚焦。根据固态成像器件的规格在像素区域3中提供将来自对称位置中出瞳区的光通量分开的多对相差检测像素2b。相差检测像素2b可以按线(line)状提供或者可以被随机布置。虽然在图2中，红色像素和蓝色像素是相差检测像素2b以及绿色像素是成像像素2a，但是可以任意地设置形成相差检测像素2b的像素。
在根据实施例的固态成像器件1中，无机微透镜21通过使用具有比形成有机微透镜22的有机材料更高的折射率的无机材料而形成，并且该无机微透镜21被形成以具有曲率，使得入射光的焦点将是遮光膜17的表面。因此，通过在固态成像器件1的光入射表面侧上设置的成像光系统（未示出）的一对部分区域的一个区域的对象的光通量入射在一对相差检测像素2b的一个上。另一方面，通过在固态成像器件1的光入射表面侧上设置的成像光系统的该对部分区域的另一个区域的对象的光通量入射在另一个相差检测像素2b上。
如上所描述，在相差检测像素2b中，提供遮光膜17并且调整无机微透镜21的折射率，使得入射光的焦点位置是在遮光膜17上，因此，通过瞳分获得的期望的光通量入射到各相差检测像素2b上。然后，可以通过检测该对相差检测像素2b所检测的图像之间的相差来检测相差。
[1-3固态成像器件的制造方法]
下面，将解释根据实施例的固态成像器件1的制造方法。图3A、3B到图7是示出根据实施例的固态成像器件1的制造方法的制造处理视图。
首先，如图3A所示，在硅制成的衬底12的表面侧上形成P型半导体阱区域13，并且在该区域的表面上通过离子植入形成光电二极管PD。随后，在形成未示出的像素晶体管之后，反复形成层间绝缘膜15和布线16，由此形成包括多层（在本实施例中三层）布线16的布线层14。然后，在布线层14之上根据颜色而图案形成(pattern-form)颜色滤波器层18，由此形成根据像素2而不同的颜色滤波器层18。可以将与普通固态成像器件相同的制造方法应用于上面的过程。
下面，如图3B所示，在颜色滤波器层18上形成由无机树脂材料，特别地，丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料或者环氧树脂材料制成的平坦化膜19。为了将平坦化膜19平坦得薄，优选使用具有热固属性和热塑属性二者的树脂材料。通过在颜色滤波器层18上由旋转涂布工艺涂覆上面的材料并且通过在颜色滤波器层18等不发生抗热性恶化的温度例如，在200到300度，执行热固处理几分钟来形成平坦化膜19。由于平坦化膜19形成，颜色滤波器层18的凹凸表面被平坦化。
下面，如图4A所示，在平坦化膜19上形成应力缓和层20。以与上面描 述相同的方式通过例如在200到230度的处理温度使用等离子CVD工艺来处理SiN、SiO、SiON等而形成应力缓和层20。
下面，如图4B所示，在应力缓和层20上形成用于形成无机微透镜21的无机微透镜层21a。通过例如在处理温度200-300度使用等离子CVD工艺来处理诸如SiN的无机材料而形成无机微透镜层21a。
下面，如图5A所示，在无机微透镜层21a上形成在期望区域开口的抗蚀掩模(resist mask)24。通过施加抗蚀层并且通过光刻图案化该层而形成抗蚀掩模24。在本实施例中，形成抗蚀掩模，使得将成像像素2a之上的部分开口。
下面，如图5B所示，对抗蚀掩模24执行热回流，以形成具有透镜形状的抗蚀掩模24。此外，在该情形中，在不恶化较低层的温度执行处理。
下面，通过抗蚀掩模24执行刻蚀处理，由此将抗蚀掩模24的形状转移到无机微透镜层21a上，以形成具有半球形状的无机微透镜21，如图6A所示。通过使用例如CF4/O2气体的等离子刻蚀工艺来执行形成无机微透镜21的诸如SiN的无机材料层的刻蚀。虽然在图6A中执行刻蚀使得无机微透镜层21a的层保留在整个表面上，但是还能够执行刻蚀，使得无机微透镜层21a不保留在除了无机微透21所形成的区域之外的区域上。
下面，如图6B所示，在未形成无机微透镜21的像素2（即，本实施例中的成像像素2a）之上形成有机材料制成的有机微透镜层22a。通过在像素区域3的整个表面上涂覆有机材料层并且通过以与普通方法相同的方式图案化该层来形成有机微透镜22a。
下面，对有机微透镜层22a执行热回流，以由此形成具有半球形状的有机微透镜22，如图7所示。此后，在无机微透镜21和有机微透镜22的表面上形成由LTO或者SiOC制成的抗反射膜23以完成图2中所示的固态成像器件1。
在实施例中，由在抗热性以及抗光性方面优异的无机材料制成无机微透镜21。因此，能够形成有机微透镜22，而不造成无机微透镜21的形状或者表面的破坏。因此，可以容易地形成具有不同折射率的透镜。由于无机微透镜21由无机材料制成，所以在创建由有机材料制成的有机微透镜22时可以扩展为回流设置的温度范围。
当形成无机微透镜21以如图2所示夹住有机材料制成的有机微透镜22，在有机微透镜层22a的回流时有机材料的滑动(slip)在无机微透镜21的边缘停 止。因此，缓和了有机微透镜层22a的回流时的滑动特性，以及提高了无机微透镜22的形状的可控性。
如上所描述，可以形成具有分别对于成像像素2a和相差检测像素2b最优的不同折射率的微透镜，其中，最优折射率不同。在形成无机材料制成的无机微透镜21之后形成有机材料制成的有机微透镜22，由此形成具有不同折射率的两种类型的微透镜，而不损害透镜性能。
虽然实施例中已经描述其中在期望区域形成用于自动聚焦的相差检测像素2b，但是优选以棋盘图案提供像素。当以棋盘图案提供像素时，无机微透镜21围绕其中形成有机微透镜22的区域的四侧，因此，当执行有机材料的回流时，树脂的滑动在无机材料制成的微透镜的边缘停止。作为结果，可以精确地形成有机材料制成的微透镜。
<2.第二实施例：固态成像器件>
[2-1固态成像器件的有关部分的结构]
下面，将描述根据本公开的第二实施例的固态成像器件。图8示出根据实施例的固态成像器件30的有关部分的截面结构。由于固态成像器件30的整体结构与图1中的相同，所以没有示出该结构并且省略重复的解释。对与图2中的部分对应的部分给出相同的标号，并且在图8中省略重复的解释。
根据实施例的固态成像器件30是以下示例，像素2具有红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的拜尔(Bayer)布置，以及根据各个像素2的颜色形成具有不同折射率的微透镜。在本实施例中，在绿色像素2G中形成无机微透镜31，在蓝色像素2B中形成第一无机微透镜32以及在红色像素2R中形成第二有机微透镜33。光波长越长，折射率越小。因此，将无机微透镜31的折射率“n1”、第一有机微透镜32的折射率“n2”和第二有机微透镜33的折射率“n3”间的大小关系设置为n1>n2>n3,由此做出调节，使得入射到各个像素的光的焦点位置在衬底12的表面上。
[2-2固态成像器件的制造方法]
图9A、9B到图12A、12B是示出根据实施例的固态成像器件30的制造过程的截面图。图13A到图13C示出与根据实施例的固态成像器件的制造过程相对应的平面视图。
首先，以与图3A到图4A相同的方式在其上形成像素2的衬底2上形成布线层14、颜色滤波器层18、平坦化膜19以及应力缓和层20。
下面，如图9A所示，在应力缓和层20上的像素区域的整个表面上形成用于形成无机微透镜31的无机微透镜层31a。通过例如在200到230度的处理温度使用等离子CVD方法来处理无机材料（诸如SiN），形成无机微透镜层31a。
下面，如图9B所示，在无机微透镜层31a上形成在除了绿色像素2G之外的区域上开口的抗蚀掩模34。通过涂覆抗蚀层并且由光刻图案化该层来形成抗蚀掩模34。
下面，如图10A所示，对抗蚀掩模34执行热回流，以形成具有透镜形状的抗蚀掩模34。此外在该情形中，在不恶化较低层的处理温度执行处理。
下面，如图10B所示，通过抗蚀掩模34执行刻蚀处理，由此将抗蚀掩模24的形状转移到无机微透镜层31a上，以形成具有半球形状的无机微透镜31。通过使用例如CF4/O2气的等离子刻蚀处理来执行形成无机微透镜31的诸如SiN的无机材料层的刻蚀。
如上所描述，选择性地在绿色像素2G之上形成无机材料制成的无机微透镜31。图13A示出其中在绿色像素2G之上形成无机微透镜31的情形的平面结构视图。在该实施例中，由于像素2处于拜尔布置，所以无机微透镜31以棋盘图案形成在像素区域3中，如图13A所示。
下面，如图11A所示，在蓝色像素2B之上形成有机材料制成的第一有机微透镜层32a。通过在像素区域的整个表面上涂覆有机材料层并且通过以与普通方法相同的方式图案化该层来形成第一有机微透镜层32a。
下面，如图11B所示，对第一有机微透镜层32a执行热回流，由此形成具有半球形状的第一有机微透镜32。形成第一有机微透镜32以具有其中入射光的焦点位置是在衬底12的表面上的曲率。
图13B示出其中在蓝色像素2B之上形成第一有机微透镜32的情形中的平面结构图。在该实施例中，由于像素2处于拜尔布置，所以在以棋盘图案形成的无机微透镜31围绕的位置上形成第一有机微透镜32。因此，在第一有机微透镜层32a的回流时形成第一有机微透镜层32a的有机材料的滑动停止在无机微透镜的边缘。作为结果，缓和了第一有机微透镜层32a的回流时的滑动特性并且改善了第一有机微透镜32的形状可控性。此外，由于第一有机微透镜32在无机微透镜31围绕的区域上形成，所以第一有机微透镜32基本自对齐(self-alignment)地形成。
下面，如图12A所示，在红色像素2R之上形成有机材料制成的第二有机微透镜层33a。通过在像素区域的整个表面上施加有机材料层并且通过以与普通方法相同的方式图案化该层来形成第二有机微透镜33a。
下面，如图12B所示，对第二有机微透镜层33a执行热回流，以由此形成具有半球形状的第二有机微透镜33。形成第二有机微透镜33以具有其中入射光的焦点位置是在衬底12的表面上的曲率。
图13C出其中在红色像素2R之上形成第二有机微透镜33的情形中的平面结构图。在该实施例中，由于像素2处于拜尔布置，在以棋盘图案形成的无机微透镜31围绕的位置上形成第二有机微透镜33。因此，在第二有机微透镜层33a的回流时，形成第二有机微透镜层33a的有机材料的滑动停止在无机微透镜31的边缘。作为结果，缓和了第二有机微透镜层33a的回流时的滑动特性并且改善了第二有机微透镜33的形状可控性。此外，由于第二有机微透镜33形成在无机微透镜31围绕的区域上，所以第二有机微透镜33基本自对齐地形成。
此后，如图8所示，在无机微透镜31、第一有机微透镜32和第二无机微透镜33的表面上形成由LTO或者SiOC制成的抗反射膜23，以完成根据本实施例的固态成像器件30。
虽然根据实施例的固态成像器件30具有其中第一有机微透镜32和第二有机微透镜33在无机微透镜31的边缘停止的结构，但是能够执行回流，直至有机微透镜部分地重叠无机微透镜31的边缘。第一有机微透镜32和第二有机微透镜33的形状在回流时能够被控制，因此，各种选择是可能的。
如上所描述，在本实施例中，首先以棋盘图案形成无机材料制成的微透镜，然后，在其中未形成微透镜的区域上形成有机材料制成的微透镜。因此，当形成有机材料制成的微透镜时，无机材料制成的微透镜已经在其周围形成。因此，由于有机材料制成的微透镜的滑动被无机材料制成的微透镜抑制，所以缓和了滑动特性以及改善了形状的自由程度。作为结果，可以容易地形成具有期望折射率的透镜。由于在其中四侧由无机微透镜围绕的区域上形成有机微透镜，所以有机微透镜在回流时自对齐地形成。
还可以获得与第一实施例相同的优点。
已经在上面的实施例中解释了其中在形成无机微透镜31之后形成第一有机微透镜32和第二有机微透镜33的示例，但是，不限于该示例。还能够 在给定位置形成无机微透镜，此后，在不同位置形成具有不同折射率的无机微透镜，然后最后形成有机微透镜。
已经在根据第一和第二实施例的固态成像器件中解释了CMOS型固态成像器件的示例，然而，本公开还可以应用于CCD型固态成像器件。
本公开还可以应用于检测红外光、X射线或者粒子的入射量的分布以将该分布成像为图像的固态成像器件，而不限于检测可见光的入射量的分布以将该分布成像为图像的固态成像器件。广义上讲，本公开可以应用于检测其他物理值的分布——诸如压力或者电容——以将分布成像为图像的诸如指纹检测传感器的全部固态成像器件（物理值分布检测器）。
另外，本公开不限于以行为单位顺序扫描像素区域中的各个单元像素并且从各个单元像素读取像素信号的固态成像器件。本公开可以应用于X-Y寻址型固态成像器件，该X-Y寻址型固态成像器件以像素为单位选择任意像素并且以像素为单位从所选像素读取信号。
固态成像器件可以以单芯片(one-chip)形式形成，以及以其中整体地封装像素区域和信号处理单元或者光系统的具有成像功能的模块状态的形式形成。
本公开不限于应用于固态成像器件，而且可以应用到成像装置。在此，成像装置意味着诸如数字照相机和数字摄像机之类的相机系统或者诸如便携式电话设备之类的具有成像功能的电子装置。安装在电子装置上的模块状态的形式即相机模块可以称作成像装置。
<3.第三实施例：电子装置>
下面，将解释根据本公开第三实施例的电子装置。图14是根据本公开第三实施例的电子装置200的示意结构视图。
根据本实施例的电子装置200包括固态成像器件1、光透镜201、快门器件202、驱动电路205和信号处理电路204。根据实施例的电子装置200示出以下情形的示例，其中描述为固态成像器件1的本公开的第一实施例的固态成像器件用于电子装置（相机）。
光透镜201将来自对象的像光(image light)（入射光）形成在固态成像器件1的成像表面上。因此，以固定的时间周期在固态成像器件1中积累信号电荷。快门器件202控制对于固态成像器件1的光照射周期和遮光周期。驱动电路205提供用以控制固态成像器件1的传送操作和快门器件202的快门 操作的驱动信号。由从驱动电路205提供的驱动信号（定时信号）执行固态成像器件1的信号传送。信号处理电路204执行各种信号处理。对其执行信号处理的视频信号存储在诸如存储器的存储介质或者输出到监视器。
在根据实施例的电子装置200中，改善了在固态成像器件1中片上微透镜的透镜特性并且改善了光会聚特性，这改进了图像质量。
可以应用固态成像器件1的电子装置200不限于相机。固态成像器件1可以应用到成像装置，包括用于数字照相机和诸如便携式电话设备之类的移动设备的相机模块。
在实施例中已经解释其中根据第一实施例的固态成像器件1用于电子装置作为固态成像器件1的配置，然而，还可以使用根据第二实施例制造的固态成像器件。
本公开可以实现为以下配置。
（1）一种固态成像器件，包括：
衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上；以及
有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分接触或者重叠无机微透镜的边缘部分。
（2）根据上面（1）中描述的固态成像器件，还包括：
平坦化膜，由有机材料制成并且形成在衬底上；以及
在平坦化膜和无机微透镜之间的至少一层或者多层应力缓和层。
（3）根据上面（1）或（2）中描述的固态成像器件，
其中，无机微透镜由Si3N4、SiO2以及SiON(0<X≤1,0<Y≤1)中的任一个制成。
（4）根据上面（1）到（3）中任一项描述的固态成像器件，
其中，应力缓和层由从Si3N4、SiO2以及SiON(0<X≤1,0<Y≤1)表示的硅化合物中选择的一种或多种材料制成。
（5）根据上面（1）到（4）中任一项描述的固态成像器件，
其中，应力缓和层的折射率是1.4到2.0。
（6）根据上面（1）到（5）中任一项描述的固态成像器件，
其中，应力缓和层兼作抗反射膜。
（7）根据上面（1）到（6）中任一项描述的固态成像器件，
其中，在用于检测瞳分图像并且输出相差检测信号的一对相差检测像素之上形成无机微透镜，以，
在用于输出对象的图像信号的成像像素之上形成有机微透镜，以及
无机微透镜的折射率高于有机微透镜的折射率。
（8）一种固态成像器件的制造方法，包括：
在衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
在衬底上形成的给定像素之上形成无机材料制成的无机微透镜，以及
在其中未形成无机微透镜的像素之上形成有机材料制成的有机微透镜。
（9）根据上面（8）中描述的固态成像器件的制造方法，
其中，形成有机微透镜的处理包括：
通过图案化在给定像素之上形成有机材料制成的有机微透镜以及
通过热回流使有机微透镜层变形。
（10）根据上面（8）或（9）中描述的固态成像器件的制造方法，
其中，以棋盘图案形成无机微透镜。
（11）根据上面（8）到（10）中任一项描述的固态成像器件的制造方法，
还包括：
在形成无机微透镜的处理之前
在衬底上形成有机材料制成的平坦化膜，以及
在平坦化膜上形成至少一层或者多层应力缓和层。
（12）根据上面（8）到（11）中任一项描述的固态成像器件的制造方法，
其中，无机微透镜由Si3N4、SiO2以及SiON(0<X≤1,0<Y≤1)中的任一个制成。
（13）根据上面（8）到（12）中任一项描述的固态成像器件的制造方法，
其中，应力缓和层由从Si3N4、SiO2以及SiON(0<X≤1,0<Y≤1)表示的硅化合物中选择的一种或多种材料制成。
（14）根据上面（8）到（13）中任一项描述的固态成像器件的制造方法，
其中，应力缓和层的折射率是1.4到2.0。
（15）根据上面（8）到（14）中任一项描述的固态成像器件的制造方法，
其中，通过重复有机微透镜的形成来形成具有不同折射率的有机微透镜。
（16）一种电子装置，包括：
光透镜；
固态成像器件，会聚到光透镜上的光入射到该固态成像器件上，该固态成像器件具有
衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上，以及
有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分接触或者重叠无机微透镜的边缘部分；以及
信号处理电路，用于处理从固态成像器件输出的信号。
本公开包含于2011年7月12日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-153913中公开的主题有关的主题，其全部内容以引用的方式合并于此。
本领域的技术人员应该理解根据设计要求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合以及改变，只要它们在所附权利要求和其等效物的范围内。
Claims (16)
1.一种固态成像器件，包括：
衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上；以及
有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分与无机微透镜的边缘部分接触或者重叠。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，还包括：
平坦化膜，由有机材料制成并且形成在衬底上；以及
在平坦化膜和无机微透镜之间的至少一层或者多层应力缓和层。
3.如权利要求2所述的固态成像器件，
其中，无机微透镜由Si3N4,SiO2以及SixOy(0<X≤1,0<Y≤1)中的任一个制成。
4.如权利要求3所述的固态成像器件，
其中，应力缓和层由从Si3N4,SiO2以及SixOy(0<X≤1,0<Y≤1)表示的硅化合物中选择的一种或多种材料制成。
5.如权利要求4所述的固态成像器件，
其中，应力缓和层的折射率是1.4到2.0。
6.如权利要求5所述的固态成像器件，
其中，应力缓和层兼作抗反射膜。
7.如权利要求1所述的固态成像器件，
其中，在用于检测瞳分图像并且输出相差检测信号的一对相差检测像素之上形成无机微透镜，
在用于输出对象的图像信号的成像像素之上形成有机微透镜，以及
无机微透镜的折射率高于有机微透镜的折射率。
8.一种固态成像器件的制造方法，包括：
在衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
在衬底上形成的给定像素之上形成无机材料制成的无机微透镜，以及
在其中未形成无机微透镜的像素之上形成有机材料制成的有机微透镜。
9.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，
其中，形成有机微透镜的处理包括：
通过图案化在给定像素之上形成有机材料制成的有机微透镜层；以及
通过热回流使有机微透镜层变形。
10.如权利要求9所述的固态成像器件的制造方法，
其中，以棋盘图案形成无机微透镜。
11.如权利要求10所述的固态成像器件的制造方法，还包括：
在形成无机微透镜的处理之前
在衬底上形成有机材料制成的平坦化膜，以及
在平坦化膜上形成至少一层或者多层应力缓和层。
12.如权利要求11所述的固态成像器件的制造方法，
其中，无机微透镜由Si3N4、SiO2以及SixOy(0<X≤1,0<Y≤1)中的任一个制成。
13.如权利要求12所述的固态成像器件的制造方法，
其中，应力缓和层由从Si3N4、SiO2以及SixOy(0<X≤1,0<Y≤1)表示的硅化合物中选择的一种或多种材料制成。
14.如权利要求13所述的固态成像器件的制造方法，
其中，应力缓和层的折射率是1.4到2.0。
15.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，
其中，通过重复有机微透镜的形成来形成具有不同折射率的有机微透镜。
16.一种电子装置，包括：
光透镜；
固态成像器件，会聚到光透镜上的光入射到该固态成像器件上，该固态成像器件具有
衬底，在该衬底上形成具有光电转换器的多个像素；
无机微透镜，由无机材料制成并且形成在衬底之上，以及
有机微透镜，由有机材料制成并且邻近无机微透镜形成，使得边缘部分与无机微透镜的边缘部分接触或者重叠；以及
信号处理电路，用于处理从固态成像器件输出的输出信号。
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