CN1901215A - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

能够安定地提供具有高灵敏度的固体摄像装置。光电二极管(2)上形成了微型透镜(6)。微型透镜(6)上形成了含氟元素树脂材料层(7)。含氟元素树脂材料层(7)上方设置了透明衬底(9)。含氟元素树脂材料层(7)和透明衬底(9)由树脂层(8)粘接。

Description

固体摄像装置及其制造方法

技术领域

本发明，涉及一种由固体摄像元件和保护它的透明衬底形成的固体摄像装置及其制造方法。

背景技术

在使用电荷接合元件(CCD＝Charge Coupled Device)等的固体摄像装置中，由于小型化及高解像度化的要求，作为受光部的光电二极管的面积逐步减小。为了补足随着这样的受光部面积的减小的集光效率的降低，开发使用了所谓的微型透镜(microlens)。这个微型透镜，通常是由树脂构成的，设置在按每个像素形成的受光部的上方。还有，微型透镜，由于是折射不直接射入受光部的光集中到受光部，提高集光效率而使感光度提高。

图15及图16，表示以前的固体摄像装置的剖面构成。如图15所示，在电荷接合元件型(CCD型)固体摄像元件用衬底101的表面上按照每个像素设置的凹部的底部上，设置了为将射入光转变为电信号的光电二极管102。固体摄像元件用衬底101上，形成了为平整其表面凹凸的第一丙烯平展膜103。第一丙烯平展膜103上以对应各光电二极管102的形式形成了彩色滤光器104。各彩色滤光器104上，形成了为平整因彩色滤光器104之间的间隙而产生的凹凸的第二丙烯平展膜105。在第二平展膜105上以与各光电二极管102对应的形式形成微型透镜106。

如图16所示，固体摄像元件用衬底101上形成的光电二极管102、彩色滤光器104以及微型透镜106等形成的固体摄像元件113，收纳在密封组件112内部，密封组件112的上部由透明衬底109覆盖。尚，密封组件112内的固体摄像元件113和透明衬底109的背面之间，如图15所示，介有空气层110。还有，如图15所示，当光111透过透明衬底109射入微型透镜106之际，透明衬底109的表面、背面以及微型透镜106的表面各自产生反射。

可是，由于近年的急速精细化，只由微型透镜集光要得到充分地灵敏度变成困难的了。为此，提出了在微型透镜上形成防止反射膜得构造得方案(参照专利文献1)。

(专利文献1)日本专利第2719238号公报

(专利文献2)日本专利公开平7-54974号公报

(专利文献3)日本专利公开平7-28014号公报

(专利文献4)日本专利第2942369号公报

(专利文献5)日本专利公开2005-51518号公报

(发明所要解决的课题)

然而，即便是在微型透镜上形成防止反射膜的情况下，如图15及图16所示，如果固体摄像元件113和为保护它的透明衬底109之间存在空气层110的话，就会产生如下的问题。

也就是，透明衬底109和空气层110的界面，也就是透明衬底109中与空气层110的接触面(固体摄像元件113一侧的面)上光111的反射大，其结果，使固体摄像装置的灵敏度的提高也就有了界限。

还有，如图16所示，如果透明衬底109各固体摄像元件113之间存在空气层110的话，在固体摄像装置的运输中密封组件112内残留的粉尘等就会移动到固体摄像元件113的像素上，由此使成品变成废品。这成为问题。

再有，因为固体摄像元件113和透明衬底109之间有空气层110，所以，固体摄像装置的小型化(薄型化)也就出现限度。

发明内容

鉴于以上所述，本发明，是以使固体摄像装置高灵敏度化及小型化，且能够安定地提供为目的。

(为解决课题的方法)

为了达到上述目的，本发明所涉及的第一固体摄像装置，包括接受光的受光部，形成在上述受光部上的微型透镜，形成在上述微型透镜上的含氟元素树脂材料层，设置在上述含氟元素树脂材料层的上方的透明衬底，另外，上述含氟元素树脂材料层和上述透明衬底由树脂层粘接。

在本发明的第一固体摄像装置中，上述含氟元素树脂材料层的上表面形状，最好的是与上述微型透镜的表面形状不同。

在本发明的第一固体摄像装置中，以n1为上述微型透镜的折射率，以n2为上述含氟元素树脂材料层的折射率，以n3为上述树脂层的折射率，以n4为上述透明衬底的折射率，此时，最好的是n3＝(n2+n4)/2±0.2且n1＞n2。

本发明的第一固体摄像装置中，以n1为上述微型透镜的折射率，以n2为上述含氟元素树脂材料层的折射率，此时，最好的是n1＞1.60且n2＜1.45。

本发明的第一固体摄像装置中，最好的是上述树脂层的厚度在2μm以上。

本发明所涉及的第一固体摄像装置的制造方法，包括：在接受光的受光部上，形成具有第一折射率的微型透镜的工序；在上述微型透镜上，形成具有第二折射率的含氟元素树脂材料层的工序；在上述含氟元素树脂材料层上，形成具有第三折射率的树脂层的工序；在上述树脂层上，形成具有第四折射率的透明衬底的工序。

在本发明的第一固体摄像装置的制造方法中，上述含氟元素树脂材料层最好的是由旋转镀层(spin coat)法形成。

在本发明的第一固体摄像装置的制造方法中，最好的是还包括在上述含氟元素树脂材料层的表面上进行氧等离子处理的工序。

然而，本发明所涉及的第一固体摄像装置及其制造方法中，判明存在以下的问题点。也就是，第一固体摄像装置及其制造方法中，存在着规定成为含氟元素树脂材料层和透明衬底的粘结层的树脂层的厚度是困难的问题。具体地讲，在含氟元素树脂材料层上涂上粘结剂后放上透明衬底(透明保护部件)再压紧的情况下，要使作为粘结剂的树脂层的厚度达到希望值是困难的。在此，为了克服这个问题点，本申请的发明者们，想到了在树脂层形成之前，于受光区域(像素区域)的周围，设置上为规定树脂层厚度的衬垫。

具体地讲，本发明所涉及的第二固体摄像装置，包括：设置在半导体衬底上的规定区域且接受光的复数个受光部；以覆盖上述复数个受光部的方式设置在上述半导体衬底上的透明衬底；另外，上述半导体衬底和上述透明衬底由树脂层粘接，上述树脂层的厚度，由设置在上述所规定区域周围的衬垫的高度所规定。

本发明的第二固体摄像装置中，上述衬垫最好的是由树脂形成。

本发明的第二固体摄像装置中，上述衬垫也可以由无机物构成。

本发明的第二固体摄像装置中，上述衬垫最好的是形成在上述半导体衬底上或上述半导体衬底上的平整膜上。

本发明的第二固体摄像装置中，上述衬垫的高度为l₀[μm]，从上述半导体衬底的上表面到上述衬垫下端的厚度为l₁[μm]时，最好的是能够满足l₀＞10[μm]-l₁的关系式。

本发明的第二固体摄像装置中，上述所规定区域为方形，上述衬垫，最好的是至少是沿着上述所规定区域的相对两条边设置。

本发明的第二固体摄像装置中，还包括设置在上述半导体衬底的上述所规定的区域的周围且放大从上述复数个受光部输出的信号的放大部，上述衬垫，最好的是至少设置在上述放大部和上述所规定区域之间的同时，还在上述衬垫上设置了与上述放大部不相对的开口部。

本发明所涉及的第二固体摄像装置的制造方法，包括：在半导体衬底上的所规定区域上，形成接受光的复数个受光部的工序；以覆盖上述复数个受光部的方式在上述半导体衬底上设置透明衬底的工序；用树脂层粘接上述半导体衬底和上述透明衬底的工序；另外，在形成上述树脂层之前于上述所规定的区域周围设置衬垫，由该衬垫的高度规定上述树脂层的厚度。

本发明的第二固体摄像装置的制造方法中，最好的是使用干蚀刻形成上述衬垫。

本发明的第二固体摄像装置的制造方法中，最好的是通过按照涂布了感光性树脂后曝光及显像的顺序形成上述衬垫。

-发明的效果-

根据本发明，因为由受光部、微型透镜以及含氟元素树脂材料层等形成的固体摄像元件和透明衬底之间介于了树脂层，换句话说，因为不再象以前的固体摄像装置那样固体摄像元件和透明衬底之间介于空气层，可以得到如下得效果。也就是，由于不会再有当固体摄像装置的运送中从固体摄像元件外面通过该空气层灰尘等移动到固体摄像元件的像素上，就能够完全防止由于该灰尘引起的次品的产生。还有，因为将本发明的固体摄像装置中透明衬底和树脂层的界面的反射率，制得比以前的固体摄像装置的透明衬底和空气层的界面的光的反射率小，所以，能够使固体摄像装置高灵敏度化。具体地讲，由于透明衬底的一面与固体摄像元件面之间的反射光量的减少，8％程度提高G灵敏度(波长550nm)成为可能。再有，因为是在固体摄像元件上直接粘接透明衬底的构造，与以前的固体摄像装置相比小型化及薄型化成为可能。

还有，根据本发明，因为是将上述树脂层的厚度，由设置在受光部设置区域(像素区域)周围的衬垫的高度规定，所以，就能够控制树脂层的厚度达到所希望值。由此，通过增厚树脂层的厚度能够使α射线衰减，就没有必要使用α射线衰减用高纯度高价的玻璃。也就是，能够降低制造成本。还有，通过至少在例如方形的像素区域相互相对的两边上设置了衬垫，使透明衬底平行于像素区域也就是平行于摄像面设置成为可能。为此，在将本发明的固体摄像装置搭载于摄象机等时，以透明衬底的上表面为基准面安装部件成为可能，与以前的固体摄像装置(例如参照专利文献5)那样的组件背面为基准面的部件安装情况相比，基准面和透镜之间的部件点数减少，所以，部件安装误差减小提高摄像精度成为可能。还有，将透明衬底相对于像素区域也就是摄像面平行设置，由此，确实能够防止色纹或遮光(光斑)等。再有，将衬垫设置在放大部和像素区域之间的同时在衬垫上开设不与放大部相对的开口部，由此，使用成为树脂层的粘结剂在含氟元素树脂材料层上也就是半导体衬底上粘贴透明衬底之际，在放大部上粘上粘结剂而使放大灵敏度降低的现象可由衬垫的使用而得到阻止。

附图说明

图1，是本发明第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖面图。

图2(a)至图2(f)，是表示本发明的第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖面图。

图3(a)及图3(b)，是为说明本发明的第一实施方式所涉及的固体摄像装置中提高集光效率效果的图。

图4，是为说明本发明的第一实施方式所涉及的固体摄像装置中含有氟素树脂材料层的厚度及树脂层厚度的图。

图5，是表示比较到达本发明第一实施方式所涉及的固体摄像装置的微型透镜的光量与以前的例的图。

图6，是表示比较本发明第一实施方式所涉及的固体摄像装置的灵敏度与以前的例的图。

图7(a)至图7(f)，是表示本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置制造方法的各工序的剖面图。

图8(a)至图8(d)，是表示本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置制造方法的各工序的剖面图。

图9，是表示本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置中衬垫设置例的平面图。

图10，是表示本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置中衬垫设置例的平面图。

图11，是表示本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置中衬垫设置例的平面图。

图12，是表示本发明的第二实施方式的变形例所涉及的固体摄像装置的概略电路构成的平面图。

图13，是表示本发明的第二实施方式的变形例所涉及的固体摄像装置中衬垫设置例的平面图。

图14，是表示本发明的第二实施方式的变形例所涉及的固体摄像装置中衬垫设置例的平面图。

图15，是以前的固体摄像装置的剖面图。

图16，是以前的固体摄像装置的剖面图。

(符号说明)

1    固体摄像元件用衬底

2    光电二极管

3    第一丙烯平展膜

4    彩色滤光器

5     第二丙烯平展膜

6     微型透镜

7     含有氟素树脂材料层

8     树脂层

9     透明衬底

10    无机物层

11    光

12    衬垫

15    抗蚀图案

20    固体摄像装置

21    像素区域

25    水平传送寄存器

30    放大部

D1    含有氟素树脂材料层7的厚度

D2    树脂层8的厚度

I₀   衬垫12的高度

I₁   从固体摄像元件用衬底1的上表面到含有氟素树脂材料层7的

      上表面的厚度

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，就本发明的第一实施方式所涉及的固体摄像装置及其制造方法参照附图进行说明。尚，各附图，在没有特别指定的情况下，是表示将晶片(wafer)切割(dicing)成单片的固体摄像元件(chip)后的样子。

图1，是本发明第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖面图。尚，图1中，还一起表示了本实施方式所涉及的固体摄像装置的微型透镜上射入光线的样子。

如图1所示那样，电荷接合元件(CCD)型固体摄像元件用衬底1的表面上的每个像素上设置的凹部的底部上，设置了为将射入光转变成电信号的光电二极管2。固体摄像元件用衬底1上，形成了为平整其表面的凹凸的第一丙烯平整膜3。第一丙烯平整膜3上形成了与各个光电二极管2对应的彩色滤光器4。各个彩色滤光器4上，形成了为平整由于彩色滤光器4引起的凹凸的第二丙烯平整膜5。第二丙烯平整膜5上形成了对应于各个光电二极管2的微型透镜6。由在固体摄像元件用衬底1上形成的光电二极管2、彩色滤光器4及微型透镜6等构成固体摄像元件。

本实施方式中，作为微型透镜6的材料，使用例如以萘醌双叠氧化物(naphthoquinonediazide)为感光基的苯乙烯系列正面型感光性抗蚀膜。萘醌双叠氧化物(naphthoquinonediazide)的可见光区域的透光率，通过使用紫外线或可见光线曝光提高80％以上。还有，这个抗蚀膜中，通过120℃至280℃的热处理，同时进行由热塑性的形状变化和由热硬性的形状固定，其结果，由于两者的进行差，决定由该抗蚀膜形成的微型透镜6的形状。

还有，如图1所示，以覆盖各微型透镜6的形式，例如由旋转镀层法形成含有氟素树脂材料的层(以下称为含氟元素树脂材料层)7。对于该含氟元素树脂材料层7，进行例如由氧等离子的表面处理。还有，含氟元素树脂材料层7之上介于树脂层8设置了透明衬底9。树脂层8，粘接由光电二极管2及微型透镜6形成的固体摄像元件上的含氟元素树脂材料层7和透明衬底9。还有，透明衬底9在保护该固体摄像元件的同时密封树脂层8。

尚，如图1所示，光11透过透明衬底9射入微型透镜6之际，在透明衬底9的表面及背面、树脂层8和含氟元素树脂材料层7的界面以及微型透镜6的表面分别产生反射。

以下，说明上述本实施方式的固体摄像装置的制造方法。

图2(a)至图2(f)，是表示本发明的第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖面图。

首先，如图2(a)所示，在每个像素上设置了光电二极管2的固体摄像元件用衬底1的凹凸表面的整个表面上旋转涂布例如丙烯树脂后，通过将涂布的树脂在例如180℃至250℃的温度下经过例如60秒至600秒的加热干燥，形成第一丙烯平整膜3。

接下来，如图2(b)所示，第一丙烯平整膜3上，形成对应于光电二极管2的彩色滤光器4。

接下来，如图2(c)所示，各彩色滤光器4上的整个面上，以掩埋因彩色滤光器4而产生的凹凸，旋转涂布例如丙烯树脂后，将涂布的树脂在例如180℃至250℃的温度下经过例如60秒至600秒的加热干燥。本实施方式中，通过反复例如二至八次程度的该涂布工序及干燥工序，形成平整性高的第二丙烯平整膜5。

接下来，如图2(d)所示，第二丙烯平整膜5上的整个面上旋转涂布例如厚度为0.5μm以上的苯乙烯系正面型感光性抗蚀膜后，将涂布的树脂在例如90℃至120℃的温度下经过例如10秒至600秒的加热干燥。其后，在该抗蚀膜上由i线进行例如100mJ至1000mJ范围的曝光能量后，对该抗蚀膜进行例如使用TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)溶液的显像，由此，形成由该抗蚀膜的剩余部分形成的所希望的图案。再有，对该抗蚀膜的剩余部分及第二丙烯平整膜5，进行曝光能在200mJ以上的g线或比它波长更短的光线进行整个面曝光，使上述抗蚀膜剩余部分的可见光透过率提高80％。接下来，将上述抗蚀膜在例如120℃至180℃的温度下经过例如60秒至600秒的加热。由此，能够控制该抗蚀膜剩余部的热塑性及热硬性的两性能，就能形成具有所希望的曲率表面且具有所规定折射率(第一折射率)n1的微型透镜6。再有，对微型透镜6进行在例如190℃至280℃的温度下经过例如60秒至600秒的加热处理，提高微型透镜6的信赖性，具体地讲是耐热性及耐溶剂性(接触溶剂也不容易变质的特性)。

接下来，如图2(e)所示，在设置了微型透镜6的第二丙烯平整膜5的整个表面上，旋转涂布包含氟元素的树脂材料0.1μm以上至所希望的厚度。这时，为了使涂布了树脂材料的表面，不随微型透镜6的弯曲表面而弯曲，换句话说，使该含氟元素树脂材料的表面形状与微型透镜6的形状不同，进行例如500rpm至5000rpm(revolution per minute)程度转速的旋转涂布。接下来，为了防止由于溶剂的沸腾引起的上述含氟元素树脂材料中混入气泡，将该树脂材料在例如90℃至120℃的低温下经过例如10秒至600秒的干燥。接下来，为了使该含氟元素树脂材料硬化，在例如150℃至250℃的温度下经过例如60秒至600秒程度的加热干燥，由此，形成具有所规定折射率(第二折射率)n2的含氟元素树脂材料层7。

尚，上述含氟元素树脂材料中没有混入气泡的可能性的情况下，省略上述的低温(90℃至120℃)干燥工程亦可。

还有，本实施方式中，所谓的“涂布了树脂材料的表面也就是含氟元素树脂材料层7的上表面，不随着微型透镜6的弯曲表面而弯曲”，也就是意味着“微型透镜6的整个表面上不会形成一定厚度的含氟元素树脂材料层7的状态(参照图3(a))。”换句话说，如图3(b)所示，相对于微型透镜6的表面形状为曲面而言，含氟元素树脂材料层7的上表面的形状与该曲面成为不同的形状，例如成为平整面。

还有，本实施方式中，含氟元素树脂材料层7的厚度，如图4所示，意味着微型透镜6的顶点(最高位置)上的垂直方向存在的含氟元素树脂材料层7的厚度D1。尚，图3(a)、图3(b)及图4中，表示的是省略或变形了图1所示的本实施方式的固体摄像装置的构成要素的一部分。

还有，本实施方式中，作为含氟元素树脂材料层7的材料，能够利用例如丙烯系树脂、链烯烃(olefine)系树脂或者硅(silicone)系树脂等，但是，从耐热性的观点，最好的是使用含氟元素的硅系树脂。具体地讲，例如由东雷(TORAY)(株)提供的，含氟元素的硅系树脂。还有，含氟元素树脂材料层7中，分散粒径不满400nm的硅氧化物(SiO₂)或金属氧化物的中空微粒子亦可。这样做的话，可以进一步降低含氟元素树脂材料层7的折射率。

接下来，含氟元素树脂材料层7形成后，对含氟元素树脂材料层7的表面进行5秒至500秒程度的使用例如含氧气体的等离子处理。由此，可以将含氟元素树脂材料层7最表面存在的烷基变异硅氧烷键(-SiO-R(R：烷基))改变为-SiOx。其结果，在以后成为必要的，将设置在受光部的外侧的电极部或放大部上的有机材料层使用正面型抗蚀膜通过时刻除去的工序中，确实可以进行抗蚀膜的涂布，所以，就能够安定地进行电极部或放大部上的有机材料层的除去。再有，在后续工序中，能够均匀地形成树脂层8的同时，能够在树脂层8硬化后更增大含氟元素树脂材料层7和树脂层8的界面粘接力。因此，能够得到信赖性高得固体摄像装置。

接下来，如图2(f)所示，实施了等离子处理得含氟元素树脂材料层7上涂布树脂至厚度达2μm以上，由此形成具有所规定折射率(第三折射率)n3的树脂层8。接下来，为了保护光电二极管2、彩色滤光器4及微型透镜6等形成的固体摄像元件，在树脂层8上，安装具有所规定折射率(第四折射率)n4的透明衬底9。这时，随着树脂层8的硬化，含氟元素树脂材料层7和透明衬底9被粘结到一起。

尚，本实施方式中，所谓的树脂层8的厚度，如图4所示，意味着微型透镜6的顶点(最高位置)上的垂直方向存在的树脂层8的厚度D2。

还有，树脂层8的材料没有特别限定，但是，本实施方式中，使用了(株)日东电工提供的丙烯系树脂。但是，取代于此，使用其他的环氧树脂亦可。

以下，说明本实施方式的固体摄像装置的特征。如前所述，图15，表示以前的固体摄像装置中微型透镜上射入光的样子，图1，表示本实施方式的固体摄像装置中微型透镜上射入光的样子。

如图1所示，本实施方式的固体摄像装置中，因为光电二极管2、彩色滤光器4、微型透镜6和含氟元素树脂材料层7形成的固体摄像元件和透明衬底9之间介有树脂层8，换句话说，不再象以前的固体摄像装置(参照图15)那样固体摄像元件和透明衬底之间介有空气层，所以就能够得到以下的结果。

也就是，在固体摄像装置运送中从固体摄像元件的外侧通过该空气层向固体摄像元件的像素上移动灰尘等不再存在，就能够完全防止由于该灰尘引起的次品产生。尚，在图1所示的本实施方式的固体摄像装置中，透明衬底9的外表面(离固体摄像元件远的面)上附着的灰尘等，通过简单的擦拭作业既能除去。

还有，将本实施方式的固体摄像装置的透明衬底9和树脂层8的界面的光反射率，制得比以前的固体摄像装置的透明衬底109和空气层110的界面的光的反射率小，所以，可以使固体摄像装置达到高灵敏度。

再有，本实施方式的固体摄像装置中，在固体摄像元件上直接粘接透明衬底9，所以，与以前的固体摄像装置相比小型化成为可能。

具体地讲，本实施方式中，微型透镜6的折射率(第一折射率)为n1，含氟元素树脂材料层7的折射率(第二折射率)为n2，树脂层8的折射率(第三折射率)为n3，透明衬底9的折射率(第四折射率)为n4时，n3＝(n2+n4)/2±0.2且n1＞n2，如此，如图5所示，能够通过微型透镜6的光量，达到射入透明衬底9光量的98％以上。换句话说，到通过微型透镜6为止的光量损失在2％以下。于此相比，在以前的固体摄像装置中，到通过微型透镜106为止的光量损失达到了10％。

尚，在图5所示的本实施方式的固体摄像装置(本发明的固体摄像装置一至三)中，作为微型透镜6的材料使用了苯乙烯系树脂(n1＝1.65)，作为含氟元素树脂材料层7的材料使用了含氟元素硅系树脂(n2＝1.41)，作为树脂层8的材料使用了折射率不同的三种丙烯系树脂(n3＝1.26、1.46、1.66)，作为透明衬底9的材料使用了玻璃(n4＝1.52)。在此，作为各构成要素的材料，不用说使用满足上述折射率的关系式的其他材料也是可以的。还有，为了进行比较而表示的以前的固体摄像装置1，是在与本实施方式的微型透镜6相同的微型透镜上介于空气层(n2、n3＝1)安装了与本实施方式的透明衬底9相同的透明衬底(n4＝1.52)的固体摄像装置。还有，以前的固体摄像装置2，是在与本实施方式的微型透镜6相同的微型透镜上介于与本实施方式的含氟元素树脂材料层7相同的树脂材料层(n2＝1.41，作为反射防止膜而设置)及空气层(n3＝1)安装了与本实施方式的透明衬底9相同的透明衬底(n4＝1.52)的固体摄像装置。

还有，如图5所示，n1＞1.60且n2＜1.45的话，能够充分保持微型透镜6的集光能力，由此能够将通过微型透镜6的光有效地导向光电二极管2。

再有，本实施方式中，例如图3(b)所示，通过使含氟元素树脂材料层7的上表面不随着微型透镜6弯曲的表面弯曲，即便是在n2＜n3的情况下(本发明的固体摄像装置2、3)，也能够使光11有效地集中到光电二极管2。相反，如图3(a)所示，如果含氟元素树脂材料层7的上表面随着微型透镜6弯曲的表面而弯曲且n2＜n3的话，从树脂层8向含氟元素树脂材料层7射入之际光11就会扩散，就无法使光11有效地集中到光电二极管2。尚，含氟元素树脂材料层7的上表面理想的话最好的是平面，但是，含氟元素树脂材料层7的表面的凹凸差(参照图4)在300nm以下的话，与含氟元素树脂材料层7平整的情况能够得到近似相同的固体摄像元件特性。

根据以上所述本实施方式的固体摄像装置(例如图5所示“本发明的固体摄像装置一至三”)，如图6所示，与以前的固体摄像装置(参照图15)相比，检测电压灵敏度提高了约10％，这已得到确认。

再有，本实施方式的固体摄像装置中，与以前的固体摄像装置(参照图16)相比，在高度上能够降低0.5mm至5.0mm程度而达到小型化(厚度薄)。

还有，本实施方式中，通过旋转涂布形成了含氟元素树脂材料层7，所以，在切断制成了固体摄像元件的晶片(wafer)形成一个个固体摄像元件之前能够在微型透镜6上形成含氟元素树脂材料层7，由此就能够得到以下的效果。也就是，通常，固体摄像装置的特性，受到微型透镜以及形成在其上的层的各自的光学特性的很大影响，但是，在切割以前能够形成含氟元素树脂材料层7的话，切割晶片形成一个个的固体摄像元件上安装透明衬底之前，能够进行各个固体摄像元件的中间检查。因此，基于该检查结果，就能够只对成品的固体摄像元件进行其后的树脂层8的形成及透明衬底9的安装，就能够大幅度地降低制造成本，是非常有用的。

再有，本实施方式中，因为将具有第三折射率n3的树脂层8的厚度设定在2μm以上，所以从透明衬底9射入的光11到达光电二极管2为止所穿过的有机物层的厚度(树脂层8、含氟元素树脂材料层7、微型透镜6、第二丙烯平整膜5、彩色滤光器4及第一丙烯平整膜3的合计厚度)能够达到5μm以上。因此，从装置外部射入的α线被该有机物层吸收，所以，不再需要对透明衬底9也就是玻璃实施α线对策，其结果，能够更进一步降低制造成本。

通过以上的说明，根据本实施方式，如图1、图3及图5所示，将到达微型透镜6的光量与以前的固体摄像装置相比较能够增大的同时，还能够将到达微型透镜6的光11有效地导向光电二极管2。因此，能够实现高灵敏度的固体摄像装置。还有，在能够防止由于灰尘引起的次品的同时与以前的情况相比进一步小型化成为可能。再有，还由于α线对策的必要性不再存在且包含大幅度影响光学特性的构成要素在一个个切断固体摄像元件之前进行中间检查，所以，安定且便宜地提供高灵敏度的小型化固体摄像装置成为可能。

尚，本发明适用的例，不用说是不限于以上所述的实施方式的。例如，本实施方式中，平整膜3及5使用了丙烯树脂，但是，平整膜材料，只要是可见光透过性高的耐热树脂，并不只限于丙烯树脂。

还有，本实施方式中，作为彩色滤光器4的材料，使用含有颜料或染料的感光性抗蚀膜亦可。或者是通过蚀刻含有颜料或染料的非感光性抗蚀膜，形成彩色滤光器4亦可。还有，使用的颜料或染料，即可以是原色也可以是补色。

再有，本实施方式中，作为微型透镜6的材料，使用了将萘醌双叠氧化物(naphthoquinonediazide)诱导体作为感光剂用的苯乙烯系正面型抗蚀膜，但是，微型透镜6的材料并不只限于该苯乙烯系正面型抗蚀膜。可是，取代该苯乙烯系正面型抗蚀膜的正面型抗蚀膜，要求满足以下的条件：(1)与底层平整膜的粘结性好。(2)通过选择曝光能够形成精细图案。(3)通过曝光可见光区域的透光率达到80％以上。(4)通过热处理，由热塑性决定的形状变化和由热硬性决定的形状固定同时进行且由两者进行的差决定形状。(5)耐热性及耐溶剂性等的信赖性好。还有，成为微型透镜6的正面型抗蚀膜的曝光工序使用的曝光光线，可以使用紫外线或可见光，具体地讲，i线、g线或h线或者是它们的混合光线。或者是与i线、g线或h线不同具有其他波长的紫外线或电子线亦可。还有，通过回蚀刻转写程序形成微型透镜亦可，或者使用灰色鳞片状掩模(grayscale mask)形成微型透镜亦可。再有，微型透镜6中，分散例如粒径为400nm程度以下的金属氧化物亦可。

(第二实施方式)

以下，参照附图说明本发明的第二实施方式所涉及的固体摄像装置及其制造方法。第二实施方式和第一实施方式的最大不同点，是在树脂层的形成之前，在受光区域(像素区域)的周围，设置了为规定树脂层厚度的衬垫这一点。由此，含氟元素树脂材料层也就是成为半导体衬底和透明衬底的粘结层的树脂层的厚度的规定变得容易。

图7(a)至图7(f)及图8(a)至图8(d)，表示了本实施方式的固体摄像装置的制造方法的各个工序。尚，在图7(a)至图7(f)及图8(a)至图8(d)中，与图1及图2(a)至图2(f)等所示第一实施方式的固体摄像装置相同的构成要素标注相同的符号，由此，省略与第一实施方式重复的说明。

首先，如图7(a)所示，例如在由半导体衬底形成的固体摄像元件用衬底1的所规定的像素区域上分别按照像素形成复数个光电二极管2之后，在固体摄像元件用衬底1的整个面上旋转涂布例如丙烯树脂，其后，将涂布的树脂在例如180℃至250℃的温度下经过例如60秒至600秒程度的加热使其干燥，由此形成第一丙烯平整膜3。

接下来，如图7(b)所示，在第一丙烯平整膜3上，对应于各光电二极管2形成彩色滤光器4。

接下来，如图7(c)所示，在包含各彩色滤光器4的固体摄像元件用衬底1的整个表面上，掩埋由于彩色滤光器4引起产生的凹凸，旋转涂布例如丙烯树脂后，在例如180℃至250℃的温度下经过例如60秒至600秒程度的加热干燥。本实施方式中，通过重复两次到八次该涂布工序及干燥工序，形成平整性高的第二丙烯平整膜5。

接下来，与第一实施方式的图2(d)所示的工序一样，如图7(d)所示，在第二丙烯平整膜5上，对应于各光电二极管2形成微型透镜6。

接下来，与第一实施方式的图2(e)所示的工序一样，如图7(e)所示，设置了微型透镜6的第二丙烯平整膜5上的整个表面形成含氟元素树脂材料层7后，与第一实施方式一样，对含氟元素树脂材料层7的表面进行等离子处理。

接下来，如图7(f)所示，在含氟元素树脂材料层7的整个面上，形成例如由氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO₂)形成的无机物层10。接下来，如图8(a)所示，在无机物层10上，形成覆盖位于像素区域周围的形成衬垫区域的抗蚀膜图案15，其后，如图8(b)所示，以抗蚀膜图案15为掩模对无机物层10进行用所规定的蚀刻气体形成的等离子的干蚀刻处理。由此，如图8(c)所示，在像素区域周围的含氟元素树脂材料层7上形成了衬垫12。在此，衬垫12，具有规定后述的树脂层的厚度的所规定的高度。图9，是表示本实施方式的固体摄像装置20中像素区域21周围衬垫12设置的样子的一例的平面图。

如图8(d)所示，在形成了衬垫12的含氟元素树脂材料层7上涂布例如厚度为2μm以上的树脂层，由此形成树脂层8。接下来，为了保护光电二极管2、彩色滤光器4及微型透镜6等形成的固体摄像元件，在树脂层8上安装透明衬底9。这时，随着树脂层8的硬化，含氟元素树脂材料层7也就是固体摄像元件用衬底1和透明衬底9被粘结到一起。还有，树脂层8的厚度由衬垫12的高度所规定。

尚，本实施方式中，也和第一实施方式一样，所谓的树脂层8的厚度，如图4所示，意味着微型透镜6的顶点(最高位置)上的垂直方向存在的树脂层8的厚度D2。

根据以上说明的第二实施方式，在与第一实施方式同样的效果的基础上，能够得到以下的效果。也就是，因为树脂层8的厚度，是由设置在像素区域周围的衬垫12的高度规定的，所以，就可以控制树脂层8的厚度达到所希望的值。由此，通过增大树脂层8的厚度能够衰减α线，作为透明衬底9的α线衰减用高纯度高价玻璃的使用就不再需要。也就是，能够降低制造成本。

尚，第二实施方式中，作为衬垫12的材料使用了无机物，并对该无机物进行干蚀刻形成衬垫12。但是，取代与它，作为衬垫12的材料使用例如感光性树脂亦可。具体地讲，在含氟元素树脂材料层7上涂布了感光性树脂后按顺序进行曝光及显像，形成由树脂形成的衬垫12亦可。这样做，在完成光电二极管2、彩色滤光器4及微型透镜6等形成的固体摄像元件后(也就是on chip形成后)能够容易地形成衬垫12。

还有，第二实施方式中，在含氟元素树脂材料层7上形成了衬垫12。但是，取代于此，在没有设置含氟元素树脂材料层7的区域设定衬垫形成区域的第二丙烯平整膜5上形成衬垫12亦可，或者在没有设置含氟元素树脂材料层7及第二丙烯平整膜5的区域设定衬垫形成区域在第一丙烯平整膜3上形成衬垫12亦可，再有在没有设置含氟元素树脂材料层7、第二丙烯平整膜5及第一丙烯平整膜3的区域设置衬垫形成区域在固体摄像元件用衬底1上形成衬垫12亦可。这样做，可以将衬垫12设置在充分远离像素区域也就是受光面的地方，比受光面大的透明衬底9的粘接就变得容易。

还有，第二实施方式中，以含氟元素树脂材料层7的上表面为基准，衬垫12的高度为l₀[μm]，固体摄像元件用衬底1也就是从半导体衬底的上表面到含氟元素树脂材料层7的上表面也就是衬垫12的下端为止的厚度为l₁[μm]，此时，最好的是l₀＞10μm-l₁的关系式能够满足。这样做，作为透明衬底9即便是使用对α线衰减没有贡献的便宜玻璃，由于从衬底上表面到树脂层8的上表面存在了超过10μm的树脂，能够充分衰减α线。尚，只要满足上述关系式，从衬底上表面到含氟元素树脂材料层7的上表面(衬垫12的下端)为止的厚度l₁超过8μm的情况，衬垫12的高度l0也就是树脂层8的厚度不到2μm亦可。

还有，第二实施方式中，例如像素区域的平面形状设定成方形状的情况，如图10及图11所示，本实施方式的固体摄像装置20的像素区域21中最好的是至少在相互相对的两边设置衬垫12。这样做，能够将透明衬底9相对于像素区域21也就是摄像面平行设置。为此，在将本实施方式的固体摄像装置20搭载到摄象机上时，以透明衬底9的上表面作为基准面进行部件安装成为可能，与以前的固体摄像装置(参照专利文件5)那样的以组件背面为基准面进行部件安装的情况相比，基准面与透镜之间的部件数少，部件安装的误差变小摄像精度提高成为可能。还有，将透明衬底9相对于像素区域21也就是摄像面平行设置，由此，色波或遮光(亮斑)等就确实能够防止。

(第二实施方式的变形例)

以下，参照附图说明本发明的第二实施方式的变形例所涉及的固体摄像装置及其制造方法。与第二实施方式相比本变形例的特征，是在设置于像素区域周围的放大部和像素区域之间设置了本发明的衬垫，以及在该衬垫上以不与上述放大部相对的方式设置了开口部。

图12，是成为本变形例适用对象的固体摄像装置，具体地讲是中心线传送方式的电荷接合元件(CCD)固体摄像装置的概略电路构成的一例。如图12所示，电荷接合元件(CCD)固体摄像装置51的摄像区域(像素区域)63，是由行方向上(垂直方向)及列方向上(水平方向)排列成矩阵状的且对应于射入光量存储信号电荷的复数个受光部(光电转换部)61，和对应于这些受光部61的垂直列设置的且将从各受光部61读出的信号电荷垂直传送的复数条垂直传送寄存器62构成。摄像区域63中，受光部61如由PN节光电二极管构成，垂直传送62由电荷接合元件(CCD)构成。积蓄在受光部61中的信号电荷，在未图示的读出栅极通过施加电荷读出脉冲被垂直传送寄存器62读出。垂直传送寄存器62，由从驱动电路52提供的例如三相垂直传送时钟φV1至φV3传送驱动。由垂直传送寄存器62读出的信号电荷，在水平消隐期间的一部分按照相当于一扫描线的顺序被垂直传送。

还有，如图12所示，在邻接于摄像区域63的区域中，从复数条垂直传送寄存器62顺次传送相当于一扫描线的信号电荷的第一水平传送寄存器64及第二水平传送寄存器65夹着传送栅极66相互平行设置。第一及第二水平传送寄存器64及65由电荷接合元件(CCD)构成。这两条水平传送寄存器64及65，被从驱动电路52提供的两相水平传送时钟φH1及φH2传送驱动，两扫描线的信号电荷在水平消隐期间后的水平扫描期间被顺次水平传送。水平传送寄存器64及65各自的端部上，设置了例如具有浮动扩散(floating diffusion)构成的电荷检测部67及68。水平传送的两沟道信号电荷在该电荷检测部67及68中顺次转换为电压信号。并且，这个电压信号，由介于水平传送寄存器64及65的每一个和电荷检测部67及68的每一个连接的输出放大器69及70放大后，对应于来自被摄体的光的射入量作为两沟道的电荷接合元件(CCD)的输出1及2从电荷接合元件(CCD)固体摄像装置51输出。如以上所述，构成了包括两沟道的水平传送寄存器64及65的全像素读出方式的电荷接合元件(CCD)固体摄像装置51。

本变形例中，以两沟道驱动(放大器两个)方式的电荷接合元件(CCD)固体摄像装置为对象，例如图13所示，本变形例的固体摄像装置20的像素区域21(例如设置了未图示的受光部及垂直传送寄存器)的周围设置了两条水平传送寄存器25及与水平传送寄存器25连接的两个放大器30，衬垫12至少设置在各放大部30和像素区域21之间的同时衬垫12上开设了与各放大部30不相对的开口部。

还有，本变形例中，以四沟道驱动(放大器四个)方式的电荷接合元件(CCD)固体摄像装置为对象的情况，例如图14所示，本变形例的固体摄像装置20的像素区域21(例如设置了未图示的受光部及垂直传送寄存器)的周围设置了四条水平传送寄存器25及与水平传送寄存器25连接的四个放大器30，衬垫12至少设置在各放大部30和像素区域21之间的同时衬垫12上开设了与各放大部30不相对的开口部。

根据以上说明了的本变形例，在第一及第二实施方式的效果上还能得到以下的效果。也就是，因为衬垫12设置在各放大部30和像素区域21之间的同时衬垫12上开设了与各放大部30不相对的开口部，所以，用成为树脂层8的粘结剂在含氟元素树脂材料层7也就是固体摄像元件用衬底1上粘贴透明衬底9时，就可以由衬垫12阻止例如涂布在像素区域21上的粘结剂挤向放大部30。这时，粘结剂，通过与放大部30不相对的衬垫开口部挤出像素区域21的外侧(没有设置放大部30的区域)。因此，确实可以防止放大部30上由于沾上了粘结剂而使放大灵敏度的降低(3％至10％程度的放大灵敏度)。

尚，本变形例中，不用说没有限定固体摄像装置的驱动方式。

-产业上的利用可能性-

本发明，涉及固体摄像元件和保扩它的透明衬底形成的固体摄像装置及其制造方法，在使用于集光用微型透镜的电荷接合元件(CCD)型图像传感器或金属氧化物半导体型图象传感器等的情况下，或者是数码摄象机、数码相机以及带相机手机等的情况下，能够提供安定且便宜的高灵敏度小型化固体摄像装置，是非常有用的。

Claims (18)

1.一种固体摄像装置，其特征为：

包括：

接受光的受光部，

形成在上述受光部上的微型透镜，

形成在上述微型透镜上的含氟元素树脂材料层，以及

设置在上述含氟元素树脂材料层的上方的透明衬底，另外

上述含氟元素树脂材料层和上述透明衬底由树脂层粘接。

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：

上述含氟元素树脂材料层的上表面形状，与上述微型透镜的表面形状不同。

3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：

上述微型透镜的折射率为n1，上述含氟元素树脂材料层的折射率为n2，上述树脂层的折射率为n3，上述透明衬底的折射率为n4，此时

$n3=\frac{n2+n4}{2}\±0.2,$ 且n1＞n2。

4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：

上述微型透镜的折射率为n1，上述含氟元素树脂材料层的折射率为n2，此时，n1＞1.60，且n2＜1.45。

5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征为：

上述树脂层的厚度在2μm以上。

6.一种固体摄像装置的制造方法，其特征为：

包括：

在接受光的受光部上，形成具有第一折射率的微型透镜的工序，

在上述微型透镜上，形成具有第二折射率的含氟元素树脂材料层的工序，

在上述含氟元素树脂材料层上，形成具有第三折射率的树脂层的工序，以及

在上述树脂层上，设置具有第四折射率的透明衬底的工序。

7.根据权利要求6所述的固体摄像装置的制造方法，其特征为：

上述含氟元素树脂材料层，由旋转镀层法形成。

8.根据权利要求6所述的固体摄像装置的制造方法，其特征为：

还包括在上述含氟元素树脂材料层的表面上进行氧等离子处理的工序。

9.一种固体摄像装置，其特征为：

包括：

设置在半导体衬底上的规定区域且接受光的复数个受光部，以及

以覆盖上述复数个受光部的方式设置在上述半导体衬底上的透明衬底，另外

上述半导体衬底和上述透明衬底由树脂层粘接，

上述树脂层的厚度，由设置在上述所规定区域周围的衬垫的高度所规定。

10.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

上述衬垫由树脂形成。

11.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

上述衬垫由无机物形成。

12.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

上述衬垫形成在上述半导体衬底上或上述半导体衬底上的平整膜上。

13.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

当上述衬垫的高度为l0[μm]，从上述半导体衬底的上表面到上述衬垫下端的厚度为l1[μm]时，满足l0＞10[μm]-l1的关系式。

14.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

上述所规定区域为方形，

上述衬垫，至少沿着上述所规定区域的相对两条边设置。

15.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其特征为：

还包括设置在上述半导体衬底上的上述所规定的区域的周围且放大从上述复数个受光部输出的信号的放大部，另外

上述衬垫，至少设置在上述放大部和上述所规定区域之间的同时，还在上述衬垫上设置了与上述放大部不相对的开口部。

16.一种固体摄像装置的制造方法，其特征为：

包括：

在半导体衬底上的所规定区域上，形成接受光的复数个受光部的工序，

以覆盖上述复数个受光部的方式在上述半导体衬底上设置透明衬底的工序，

上述半导体衬底和上述透明衬底由树脂层粘接的工序，另外

在形成上述树脂层之前于上述所规定的区域周围设置衬垫，由该衬垫的高度规定上述树脂层的厚度。

17.根据权利要求16所述的固体摄像装置的制造方法，其特征为：

使用干蚀刻形成上述衬垫。

18.根据权利要求16所述的固体摄像装置的制造方法，其特征为：

通过按照涂布了感光性树脂后，再进行曝光及显像的顺序形成上述衬垫。

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