TWI416715B - A solid-state imaging device, a manufacturing method of a solid-state imaging device, and an electronic device - Google Patents

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Description

固體攝像裝置、固體攝像裝置之製造方法、及電子機器
本發明係有關於固體攝像裝置和其製造方法。又，係有關於使用該固體攝像裝置的電子機器。
先前，作為數位相機或視訊攝影機中所使用的固體攝像裝置，係有CCD型的固體攝像裝置或CMOS型的固體攝像裝置，為人所知。這些固體攝像裝置中，二維矩陣狀地複數形成的每一像素中，係形成有受光部，在該受光部中會相應於受光量而生成訊號電荷。然後，受光部中所生成之訊號電荷會被傳輸、增幅而獲得影像訊號。
近年來，於這些固體攝像裝置中，伴隨著像素尺寸的微細化而被縮小化的受光部，為了提升入射光對其之聚光效率，而在像素的光入射側，形成有球面形狀的晶片上微透鏡或折射率分布型透鏡(專利文獻1、專利文獻2)。藉此，受光部的入射光之聚光效率就會提升，感度特性就會提升。
在圖20A、B中圖示了，使用先前例之晶片上微透鏡的CCD型固體攝像裝置的剖面構成。如圖20A所示，先前例的固體攝像裝置100，係由：形成有受光部102的基板101、被形成在基板101上的配線層115、被形成在配線層115上的彩色濾光片層109、晶片上微透鏡110所構成。
基板101，係由矽基板所構成。受光部102，係由光二極體所構成，在基板101的所望領域，矩陣狀地形成複數個。又，基板101的受光部102所相鄰之領域中，係隔著讀出通道部105而形成有傳輸通道部103，在該讀出通道部105、及傳輸通道部103上的配線層115，係形成有傳輸電極107。傳輸電極107係隔著被形成在基板101上的閘極絕緣膜106，而被形成在讀出通道部105、及傳輸通道部103的上部。又，雖然未圖示，但在配線層115中除了傳輸電極107以外，還隔著層間絕緣膜，形成有所望之配線。
然後，藉由受光部102、和相鄰於受光部102所形成之讀出通道部105、及含有傳輸通道部103之領域而構成了1個像素，該1像素係藉由元件分離領域104而與相鄰之像素呈分離。又，晶片上微透鏡110係被形成為球面形狀，該球面形狀所構成之晶片上微透鏡110係被當作聚光元件使用。
於如此構成中，入射過來的光係藉由球面形狀的晶片上微透鏡110而被聚光，入射至受光部102。在受光部102中，藉由光電轉換而生成相應於入射光的訊號電荷並加以累積。然後，於受光部102中所累積的訊號電荷，係藉由對傳輸電極107的電壓施加而透過讀出通道部105被讀出至傳輸通道部103，往垂直方向傳輸。
順便一提，此種先前例的固體攝像裝置100中，空氣與晶片上微透鏡110的界面，係僅次於由矽所成之基板101的界面反射，而是入射光反射率次高的界面。在反射率較高之界面上形成晶片上微透鏡110這類週期構造時，如圖20B所示，若對晶片上微透鏡面有平行光之入射光L1 入射，則各像素的晶片上微透鏡面上的反射光會發生干涉。如此一來，會因為反射光之干涉而構成了反射繞射光L2 。
因此，如圖20B所示，若在晶片上微透鏡110的上方形成有覆蓋玻璃或是多層膜型的紅外線截斷濾光片等外部元件116，則該反射繞射光L2 會被外部元件116所反射。然後，反射繞射光L2 係被外部元件116反射，造成繞射光L3 而導致再次入射至受光部102中。如此一來，所入射的繞射光L3 ，就成了鬼影‧曜光之原因。圖21係先前例的固體攝像裝置100中，拍攝高亮度被攝體時所得之影像的概略圖示。如圖21所示，在拍攝高亮度被攝體121時，如前述，因晶片上微透鏡110的週期構造所造成的繞射光L3 ，導致在高亮度被攝體的周圍會映出鬼影122。
專利文獻3中記載著，為了抑制鬼影，而將晶片上微透鏡的厚度形成為鬼影難以生成之厚度。然而，只要在空氣與晶片上微透鏡的界面上有週期構造，則曜光或鬼影的產生就很難完全抑制。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-304148號公報
[專利文獻2]日本特開2008-10773號公報
[專利文獻3]日本特開2008-66669號公報
有鑑於上述觀點，本發明係提供一種抑制了曜光或鬼影之發生的固體攝像裝置、和該固體攝像裝置之製造方法。又，係提供一種使用該固體攝像裝置的電子機器。
本發明之固體攝像裝置，係由受光部、晶片上微透鏡、平坦化透鏡層所構成。受光部，係被形成在基板上，用來生成相應於入射光之訊號電荷。又，晶片上微透鏡，係為被形成在受光部上的光線入射側的矩形形狀、或折射率分布型之透鏡。平坦化透鏡層，係將晶片上微透鏡予以覆蓋，而被形成為使得光線入射面呈平坦的透鏡。
在本實施形態例的固體攝像裝置中，由於是在晶片上微透鏡上部，形成有平坦化透鏡層，因此在與空氣之界面上，不會形成週期構造。因此，可抑制反射繞射光的發生。
本發明之固體攝像裝置之製造方法，係具有：在基板上形成用以生成相應於入射光之訊號電荷用的受光部之工程；以及在受光部上的光線入射側，形成矩形形狀或折射率分布型之晶片上微透鏡之工程。又，含有：將前記晶片上微透鏡予以覆蓋，以使得光線入射面呈平坦的方式而形成平坦化透鏡層之工程。
又，本發明之固體攝像裝置之製造方法，係具有：在基板上形成用以生成相應於入射光之訊號電荷用的受光部之工程、在受光部上的光線入射側，形成矩形形狀之晶片上微透鏡之工程。又，具有：以覆蓋晶片上微透鏡的方式，而形成第1平坦化透鏡層之工程、將第1平坦化透鏡層予以去除，直到晶片上微透鏡的上面是呈外露之工程。甚至還具有：在晶片上微透鏡的上面、和被填埋至晶片上微透鏡之上面的高度為止的第1平坦化透鏡層的上面，形成第2平坦化透鏡層之工程。
本發明的電子機器，係含有：光學透鏡、被光學透鏡所聚光之光線進行入射的固體攝像裝置、將從固體攝像裝置所輸出之輸出訊號加以處理的訊號處理電路所構成。
然後，本發明中所用的固體攝像裝置，係由：受光部、晶片上微透鏡、平坦化透鏡層所構成。受光部，係被形成在基板上，用來生成相應於入射光之訊號電荷。又，晶片上微透鏡，係為被形成在受光部上的光線入射側的矩形形狀、或折射率分布型之透鏡。平坦化透鏡層，係將晶片上微透鏡予以覆蓋，而被形成為使得光線入射面呈平坦的透鏡。
若依據本發明，則可獲得抑制了曜光或鬼影之發生的固體攝像裝置。又，可獲得畫質提升的電子機器。
以下，一面參照圖1～圖19，一面說明本發明之實施形態所述之固體攝像裝置和其製造方法、及電子機器之一例。本發明的實施形態係用以下順序來說明。此外，本發明係不限定於以下例子。
1.第1實施形態：固體攝像裝置之例子
1.1　固體攝像裝置全體之概略構成
1.2　固體攝像裝置的剖面構成
1.3　固體攝像裝置之製造方法
1.4　固體攝像裝置之特性
2.第2實施形態：固體攝像裝置之例子
2.1　固體攝像裝置的剖面構成
2.2　固體攝像裝置之製造方法
3.第3實施形態：固體攝像裝置之例子
4.第4實施形態：固體攝像裝置之例子
5.第5實施形態：電子機器
〈1.第1實施形態：固體攝像裝置之例子〉
使用圖1～圖13，說明本發明的第1實施形態所述之固體攝像裝置。本實施形態例中所示的固體攝像裝置，係以CCD(Charge Coupled Devices)型的固體攝像裝置為例子。
[1.1　固體攝像裝置全體之構成]
圖1係本發明的第1實施形態所述之CCD型固體攝像裝置1的概略構成圖。如圖1所示，本實施形態例的固體攝像裝置1，係具有：被形成在基板6上的複數受光部2、垂直傳輸暫存器3、水平傳輸暫存器4、輸出電路5所構成。然後，由1個受光部2和該受光部2所相鄰之垂直傳輸暫存器3，構成了單位像素7。又，複數像素7所被形成之領域，係視為像素部8。
受光部2，係由光二極體所構成，在基板6的水平方向及垂直方向上，被矩陣狀地形成複數個。在受光部2中，藉由光電轉換而相應於入射光而生成訊號電荷並加以累積。
垂直傳輸暫存器3，係為CCD構造，是對被排列在垂直方向的每一受光部2，在垂直方向上被複數形成。該垂直傳輸暫存器3，係將受光部2中所累積之訊號電荷予以讀出，然後在垂直方向上進行傳輸。本實施形態例的垂直傳輸暫存器3所形成之傳輸平台，係藉由從未圖示之傳輸驅動脈衝電路所施加的傳輸脈衝，而被例如4相驅動所構成。又，垂直傳輸暫存器3的最終段係被構成為，藉由傳輸脈衝的施加而使最終段所保持的訊號電荷，被傳輸至水平傳輸暫存器4。
水平傳輸暫存器4，係為CCD構造，是被形成在垂直傳輸暫存器3的最終段之一端。該水平傳輸暫存器4所形成之傳輸平台，係將由垂直傳輸暫存器3所垂直傳輸來的訊號電荷，每一水平掃描線地，往水平方向進行傳輸。
輸出電路5，係被形成在水平傳輸暫存器4的最終段。輸出電路5中，係將已被水平傳輸暫存器4所水平傳輸來的訊號電荷，進行電荷電壓轉換，以成為映像訊號而輸出。
藉由具有以上構成的固體攝像裝置1，被受光部2所生成‧累積的訊號電荷，係被垂直傳輸暫存器3往垂直方向傳輸，而被傳輸至水平傳輸暫存器4內。然後，被傳輸至水平傳輸暫存器4內的訊號電荷係被分別往水平方向傳輸，透過輸出電路5而成為映像訊號而被輸出。
[1.2　固體攝像裝置的剖面構成]
接著，說明本實施形態例的固體攝像裝置1的像素部8的剖面構成。圖2係本實施形態例的固體攝像裝置1的水平方向上所相鄰之像素7的概略剖面構成圖。
如圖2所示，本實施形態例的固體攝像裝置1，係含有：基板9、配線層17、彩色濾光片層18、晶片上微透鏡19、平坦化透鏡層20所構成。
基板9，係由矽所成之半導體基板所構成。在基板9的光入射側的所望領域，係形成有由光二極體所成之受光部2。在該受光部2中，入射的光係被光電轉換而生成訊號電荷並加以累積。又，在受光部2所相鄰之領域中，形成有構成圖1所示CCD構造之垂直傳輸暫存器3的傳輸通道部11，傳輸通道部11與受光部2之間的領域，係被當作讀出通道部13。受光部2中所生成、累積的訊號電荷，係透過讀出通道部13而被傳輸通道部11讀出，在傳輸通道部11內被傳輸。然後，將一個受光部2和該受光部2所相鄰之傳輸通道部11予以圍繞之領域中，形成有元件分離領域12。該元件分離領域12所圍繞之領域，係構成了1個像素。
配線層17，係含有：在基板9的傳輸通道部11及讀出通道部13上部隔著閘極絕緣膜14而被形成的傳輸電極15、和覆蓋該傳輸電極15的層間絕緣膜16所構成。在圖2中雖然在配線層17裡只圖示出傳輸電極15，但在配線層17中係還形成有其他用來對傳輸電極15供給驅動脈衝用的配線膜或金屬遮光膜等所望的膜。
彩色濾光片層18，係被形成在已被平坦化的配線層17上部，R(紅色)G(綠色)B(藍色)的各彩色濾光片層18是例如呈Bayer排列的方式而對每一像素來形成。
晶片上微透鏡19，係被形成在彩色濾光片層18上部，具有使得被形成在基板9的受光部2上部之剖面成為矩形形狀的凸部19a，並在相鄰之像素7間具有凹部19b所構成。又，此種矩形形狀的晶片上微透鏡19的光入射側的面，係被形成為，對平行光之入射方向呈水平。作為構成該晶片上微透鏡19的材料，係可使用苯乙烯、壓克力等之有機樹脂，或P-SiO2 、P-SiN等之無機材料。
平坦化透鏡層20，係被形成為將矩形形狀之晶片上微透鏡19予以填埋而覆蓋，平坦化透鏡層20上部是被形成為平坦化。亦即，該平坦化透鏡層20係被設置成，使得圖1所示之像素部8的光入射面全體呈現一樣的平坦。作為構成平坦化透鏡層20的材料，係可使用含氟樹脂或P-SiO2 、P-SiN等之無機材料。又，平坦化透鏡層20的折射率係被構成為低於下層的晶片上微透鏡19的折射率，係為落在空氣的折射率與晶片上微透鏡19的折射率之中間的折射率。
此處，使用圖3A、B，說明矩形形狀之晶片上微透鏡19的光線之聚光原理。
圖3A,B係使用具有矩形形狀之晶片上微透鏡19時，入射至晶片上微透鏡19內的光的行進方向的說明圖。如圖3A所示，具有矩形形狀的晶片上微透鏡19，係由於折射率大於平坦化透鏡層20，所以入射至晶片上微透鏡19的光的速度(相位速度)係比平坦化透鏡層20內行進的光的速度還慢，因此產生相位差La。如此一來，由於晶片上微透鏡19的凸部與凹部之交界處會有光的相位差，因此等相位面是如圖3B所示般地彎曲，結果而言，入射光係一面被聚光至晶片上微透鏡19的凸部方向一面前進。亦即，在本實施形態例中，藉由使用矩形形狀的晶片上微透鏡19，不是使入射光彎曲而聚光，而是利用光的相位差而聚光。
又，在此種晶片上微透鏡19中是設計成，藉由調整構成矩形形狀之凸部的高度Z，使晶片上微透鏡19具有所望之聚光力。
如以上，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，藉由矩形形狀的晶片上微透鏡19，入射光就會被聚光成入射至受光部2。又，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，藉由在像素部8的光入射面全面形成平坦化透鏡層20，使其與空氣之界面呈平坦，因此可降低起因於週期構造的反射繞射光。藉此，就可減低鬼影或曜光之發生。
而且，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，即使當晶片上微透鏡19與平坦化透鏡層20的折射率差很小時，仍可藉由將晶片上微透鏡19的高度Z加高，而提高聚光力。
[1.3　固體攝像裝置之製造方法]
接著，說明本實施形態例的固體攝像裝置1之製造方法。圖4A～圖6E係本實施形態例的固體攝像裝置1之製造方法的工程圖。於本實施形態例中，在彩色濾光片層18形成工程以前，都是和通常進行的固體攝像裝置之製造方法相同，因此省略說明，而從彩色濾光片層18形成後的工程起開始說明。
如圖4A所示，在彩色濾光片層18形成後，在彩色濾光片層18上塗佈苯乙烯、壓克力等之有機樹脂、或P-SiO2 、P-SiN等之無機材料所成之晶片上微透鏡基材21。
接著，如圖4B所示，在晶片上微透鏡基材21上部，塗佈形成厚膜光阻層22。
接著，將厚膜光阻層22以光微影法進行曝光、顯影，藉此而如圖5C所示般地圖案化，形成光阻遮罩22a。在本實施形態例中，如圖5C所示，進行圖案化而使相鄰的像素間的厚膜光阻層22被除去。
接著，藉由已被形成圖案化的光阻遮罩22a，將晶片上微透鏡基材21進行乾式蝕刻，乾式蝕刻結束後，去除光阻遮罩22a。藉此，如圖5D所示，被形成在基板9的受光部2上部具有凸部19a、在相鄰像素間具有凹部19b的被整形成矩形形狀的晶片上微透鏡19，就完成了。
接下來，如圖6E所示，將晶片上微透鏡19予以填埋而在晶片上微透鏡19上全面地形成平坦化透鏡層20。平坦化透鏡層20，係將含氟樹脂、P-SiO2 、或P-SiN所成之平坦化材料，以CVD法加以堆積，或使用旋塗法進行塗佈而形成，表面是被形成為平坦。藉由以上的工程，就形成了本實施形態例的固體攝像裝置1。
[1.4　固體攝像裝置之特性]
接著，圖示比較例1及比較例2的固體攝像裝置，說明本實施形態例的固體攝像裝置1之特性。
圖7係比較例1所述之固體攝像裝置120的剖面構成圖，圖8係比較例2所述之固體攝像裝置130的剖面構成圖。圖7及圖8中的固體攝像裝置120、130，係使用球面形狀的晶片上微透鏡之例子，於圖7及圖8中，對應於圖20A的部分係標示同一符號，並省略重述說明。
圖7所示的比較例1的固體攝像裝置120，係在圖20A所示的先前例之固體攝像裝置100的晶片上微透鏡110上面，形成平坦化透鏡層112的例子。該比較例1中的固體攝像裝置120中，相較於圖20A所示的先前例的固體攝像裝置100，藉由平坦化透鏡層112的構成，在折射率較低的空氣(折射率=1)與折射率較空氣高的透鏡材料之界面上，沒有形成週期構造。藉此，在先前例的固體攝像裝置100中會造成問題的曜光或鬼影之發生，係受到抑制。
然而，如比較例1所示，在球面形狀的晶片上微透鏡110直接在上部形成平坦化透鏡層112的構成中，晶片上微透鏡110與平坦化透鏡層112的折射率差是很小。當使用球面形狀的晶片上微透鏡110時，因為是藉由使入射光曲折而聚光，所以若折射率差太小則聚光力會變小，感度特性會惡化。
於是，理想上，如圖8的比較例2所示，藉由將晶片上微透鏡113的曲率半徑縮小，即使在球面形狀的晶片上微透鏡113上形成有平坦化透鏡層112的情況下，仍可提升感度特性。
然而，如圖7及圖8所示的球面形狀之晶片上微透鏡，通常是藉由正片光阻以熱融法進行熱融(Reflow)而形成，因此無法形成具有半球以上之曲率。
又，如圖7及圖8所示，入射至球面形狀之晶片上微透鏡面的入射光L1，係在晶片上微透鏡的界面反射，該反射光L2，係入射至相鄰的像素。尤其是，在曲率較大的晶片上微透鏡113中，由於界面角度較大，因此在比較例2係相較於比較例1，帶有較大角度的界面上的光之反射率，係會大幅提升。如此一來，在圖8所示的固體攝像裝置130中，入射至相鄰像素的光會變多，而損及分光特性。如此，因界面反射而入射至相鄰像素的光，就是造成混色的原因。由於混色特性係屬於雜訊，因此是造成特性劣化之原因。
因此，比較例1及比較例2的固體攝像裝置120、130中，即使可以抑制鬼影的發生，也會因為感度特性與混色特性的惡化而並非實用，又，比較例2的固體攝像裝置130在製造上的實現也是有困難。
在本實施形態例的固體攝像裝置1中，係如圖2所示，晶片上微透鏡19是呈矩形形狀，因此入射至晶片上微透鏡19的入射光L1，係於界面上被反射，其反射光L2係朝垂直於界面的方向而行進。因此，不會入射至相鄰像素。藉此，混色就會降低。
又，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，係如使用圖6A、B所說明，晶片上微透鏡19的聚光特性，係可藉由調整矩形形狀的凸部的高度Z而提高。因此藉由調整高度Z，就可獲得和比較例2同等之聚光力。藉此，可使感度特性獲得提升。
使用圖9～圖13，表示圖20A所示之先前例的固體攝像裝置100、圖7所示的比較例1的固體攝像裝置120、圖8所示的比較例2的固體攝像裝置130、及圖2所示的本實施形態例的固體攝像裝置1之特性的模擬結果。於圖9～圖13中，先前例的固體攝像裝置100係表示為樣本A比較例1的固體攝像裝置120係表示為樣本B比較例2的固體攝像裝置130係表示為樣本C本實施形態例的固體攝像裝置1係表示為樣本D。
圖9係將各固體攝像裝置組裝至相機組的情況下，在攝影時所發生的鬼影強度進行模擬之結果，是測定鬼影部分之像素的亮度訊號相對於高亮度被攝體攝像像素之感度的比率而得。此鬼影強度，係藉由測定一次繞射光之強度，而進行測定。
如圖9所示，相較於未形成平坦化透鏡層的樣本A，在有形成平坦化透鏡層的樣本B、C、D，鬼影部分的感度訊號的輸出係降低到10分之1以下。由此可確認藉由平坦化透鏡層而抑制了鬼影發生之效果。
圖10係以模擬來測定白色感度之結果，是將樣本A(先前例之固體攝像裝置)的測定結果做了規格化的圖。由圖10可知，在樣本B中，晶片上微透鏡與平坦化透鏡層的折射率差較小，且晶片上微透鏡的球面形狀的曲率較小，因此無法獲得光的折射力，聚光特性惡化，感度不佳。相較於其，將晶片上微透鏡的球面形狀設成理想曲率的樣本C、和將晶片上微透鏡設成矩形形狀的樣本D，感度特性係良好。再者，在樣本D中，可得到與樣本A或樣本C同等以上的感度特性。
圖11係藉由模擬來測定混色率(任意之記憶體；以arbitrary unit表示)之結果。由圖11可知，樣本C的混色率是最高，在樣本D中，混色率是被抑制到低於樣本A及樣本B之混色率。
圖12係於比較例1及比較例2的固體攝像裝置120、130中，球面形狀的晶片上微透鏡110(113)之厚度，及平坦化透鏡層112的折射率之變化所對應的感度特性之變化的圖示。此時的厚度，係以晶片上微透鏡之剖面的最後部分為厚度。
又，圖13係於本實施形態例的固體攝像裝置1中，矩形形狀的晶片上微透鏡19之高度(相當於圖6A所示的高度Z)，及平坦化透鏡層20的折射率之變化所對應的感度特性之變化的圖示。圖12及圖13均為已經藉由先前例之固體攝像裝置100所測定到的感度而做了規格化，又，是以1.75μm間距的像素胞來做模擬的結果。
由圖12及圖13可知，藉由增加各晶片上微透鏡的厚度(高度)可提升感度，可獲得和先前例之固體攝像裝置1同等地甚至其以上的感度。
然而，如前述，球面形狀的晶片上微透鏡110(113)係藉由熱融製法而形成，因此可能形成的厚度(曲率之比例)是有限制，實際上只能形成在圖12的虛線所示之範圍內。亦即，球面形狀的晶片上微透鏡之厚度是0.85nm～0.95nm，但對應於比較例2所示的固體攝像裝置130，雖然於該範圍內是能獲得良好感度特性，但實際上是無法製造。因此，若為了獲得高感度，則必須降低平坦化透鏡層112的折射率，因此作為平坦化透鏡層112的材料，所能選擇的材料是有限。
相對於此，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，矩形形狀的晶片上微透鏡19的所能製造之高度，係沒有限制。因此，藉由加高形成晶片上微透鏡19，能獲得良好感度特性之平坦化透鏡層20的折射率的選擇幅度就可變廣。
如此，關於感度特性，即使從製造法的觀點來看，本實施形態例的固體攝像裝置1仍是比先前例的固體攝像裝置100、比較例1的固體攝像裝置120、及比較例2的固體攝像裝置130還佳。
由以上的模擬結果可知，在球面形狀的晶片上微透鏡上設置平坦化透鏡層的構成(比較例1及比較例2)，雖然可抑制鬼影的發生，但無法避免感度特性的惡化或混色的發生。相對於此，在本實施形態例的固體攝像裝置1，可抑制鬼影的發生，且謀求感度提升或混色率降低，由此可知，可謀求畫質的提升。又，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，由於晶片上微透鏡19是矩形形狀，因此相較於球面形狀的晶片上微透鏡，設計變更較為容易，可容易獲得必要之聚光力等之性能。
又，在本實施形態例的固體攝像裝置1中，雖然使用剖面具有矩形形狀的晶片上微透鏡19為例子，但亦可為，將剖面形成為矩形形狀的大小不同之透鏡做2層層積的晶片上微透鏡之構成。此情況下，下層是構成了面積較大的剖面矩形形狀的透鏡，其上層則構成了面積是比下層透鏡面積小的剖面矩形形狀之透鏡。
〈2.第2實施形態：固體攝像裝置〉
接著，說明本發明的第2實施形態所述之固體攝像裝置。圖14係本實施形態例的固體攝像裝置10的像素部8的剖面構成圖。本實施形態例的固體攝像裝置10的全體構造，係和圖1相同，因此省略圖示。又，於圖10中，對應於圖2的部分係標示同一符號，並省略重述說明。
[2.1　固體攝像裝置之構成]
在本實施形態例的固體攝像裝置10中，係在矩形形狀的晶片上微透鏡19上，構成了由第1平坦化透鏡層23及第2平坦化透鏡層24所成之2層的平坦化透鏡層。
第1平坦化透鏡層23，係被填埋形成在晶片上微透鏡19的凹部19b，第1平坦化透鏡層23的上面係被形成為與晶片上微透鏡19的凸部19a上面呈同一面。
第2平坦化透鏡層24，係覆蓋著晶片上微透鏡19的凸部19a上面和第1平坦化透鏡層23之上面而被形成，是被形成以使光入射側的上部呈現平坦。
第1平坦化透鏡層23及第2平坦化透鏡層24，係由含氟樹脂、P-SiO2 、或P-SiN等之無機材料所構成，第2平坦化透鏡層24的折射率n2 ，係被構成為高於第1平坦化透鏡層23的折射率n1 。又，第1平坦化透鏡層23及第2平坦化透鏡層24的折射率，係兩者都被構成為低於晶片上微透鏡的折射率n0 。
亦即，晶片上微透鏡19的折射率n0 、第1平坦化透鏡層23的折射率n1 、第2平坦化透鏡層24的折射率n2 的關係，係被構成為n0 ＞n2 ＞n1 。
在本實施形態例的固體攝像裝置10中，藉由將第1平坦化透鏡層23的折射率n1 ，構成為低於第2平坦化透鏡層24的折射率n2 ，以容易產生對入射光之折射有貢獻的相位差。藉此，可高度提升入射光對受光部2的聚光力。
[2.2　固體攝像裝置之製造方法]
接著，說明本實施形態例的固體攝像裝置10之製造方法。圖15A～16C係本實施形態例的固體攝像裝置10之製造方法的工程圖。在本實施形態例之固體攝像裝置10之製造方法中，直到晶片上微透鏡19形成工程為止，都和第1實施形態中使用圖3A～圖4D所說明過的工程相同，因此沿用圖3A～圖4D，省略說明。
如圖15A所示，在晶片上微透鏡19已被形成後，將晶片上微透鏡予以填埋的方式而在晶片上微透鏡19上全面地形成第1平坦化透鏡層23。第1平坦化透鏡層23，係將含氟樹脂、P-SiO2 、或P-SiN所成之平坦化材料，以CVD法加以堆積，或使用旋塗法進行塗佈而形成。此處，構成第1平坦化透鏡層23的材料，係被填埋在矩形形狀的晶片上微透鏡19之凹部，因此以填埋性良好的材料來構成，較為理想。
接著，如圖15B所示，在第1平坦化透鏡層23形成後，藉由回蝕刻將第1平坦化透鏡層23予以去除，直到第1平坦化透鏡層23的上面是與矩形形狀之晶片上微透鏡19的凸部19a上面呈同一面為止。在本實施形態例中，由於將晶片上微透鏡19形成為矩形形狀，所以回蝕刻時的蝕刻速率會急劇變化。因此，可將晶片上微透鏡19的凸部19a上面當作蝕刻阻止物來使用。
其後，如圖16C所示，在晶片上微透鏡19及第1平坦化透鏡層23上部，形成第2平坦化透鏡層24。第2平坦化透鏡層24，係將含氟樹脂、P-SiO2 、或P-SiN所成之平坦化材料，以CVD法加以堆積，或使用旋塗法進行塗佈而形成。該第2平坦化透鏡層24，係由於表面被形成呈平坦，因此以塗佈平坦性高的材料來構成，較為理想。
藉由以上的工程，就形成了本實施形態例的固體攝像裝置10。
如此，在本實施形態例的固體攝像裝置10中，係由於晶片上微透鏡19是矩形形狀，因此將第1平坦化透鏡層23藉由回蝕刻而予以去除直到晶片上微透鏡19的凸部19a上面為止，其後可形成第2平坦化透鏡層24。因此，可改變材質來形成被填埋在晶片上微透鏡19之凹部19b的第1平坦化透鏡層23、和被形成在晶片上微透鏡19之凸部19a上部的第2平坦化透鏡層24。此種構成，係在使用球面形狀之晶片上微透鏡的比較例1及比較例2的固體攝像裝置上，難以實現。
在本實施形態例的固體攝像裝置10中，係將晶片上微透鏡19予以填埋的平坦化透鏡層，以第1平坦化透鏡層23和第2平坦化透鏡層24之2層來加以構成，藉此，可加大入射光的相位差，因此可提升聚光力。藉此，可謀求感度之提升。
除此以外，可獲得和第1實施形態同樣之效果。
〈3.第3實施形態：固體攝像裝置〉
接著，說明本發明的第3實施形態所述之固體攝像裝置。圖17係本實施形態例的固體攝像裝置30的水平方向上所相鄰之像素的剖面構成圖。本實施形態例的固體攝像裝置30的全體構造，係和圖1相同，因此省略圖示。
又，於圖17中，對應於圖2的部分係標示同一符號，並省略重述說明。
如圖17所示，本實施形態例的固體攝像裝置30中的晶片上微透鏡25，係由副波長光學元件所構成。該副波長光學元件所成之晶片上微透鏡25，係在被形成為矩形形狀之透鏡的凸部25a上面的周邊部，形成複數微細的溝部27，以形成副波長繞射光柵。在該晶片上微透鏡25上，未形成溝部27的凸部25a上面的平坦之領域26的直徑，係被構成為和入射光的波長同程度或大於之，溝部27的線寬則是被形為和入射光的波長同程度或小於之。又，該晶片上微透鏡25，係溝部27是被構成為使折射率分布成為菲涅爾型。
在本實施形態例的固體攝像裝置30中也是被構成為，晶片上微透鏡25是被平坦化透鏡層20所填埋，平坦化透鏡層20上面係呈平坦。在本實施形態例中，雖然是以構成晶片上微透鏡25之溝部27是被形成在矩形形狀之晶片上微透鏡25上面為例，但亦可將溝部27形成為讓彩色濾光片層18外露，副波長繞射光柵係有多種可能構成。
本實施形態例的晶片上微透鏡25及平坦化透鏡層20的材料，係可使用第1實施形態所示的材料。又，本實施形態例的固體攝像裝置30，係在彩色濾光片層18上，以通常進行的方法形成了由副波長光學元件所成之晶片上微透鏡25後，形成平坦化透鏡層20，藉此就可加以形成。
在本實施形態例的固體攝像裝置30中的晶片上微透鏡25，係藉由副波長繞射光柵而呈現菲涅爾型的折射率分布。藉由如此所構成之晶片上微透鏡25，入射光係被聚光而入射至受光部2。
在如此的晶片上微透鏡25中，藉由對光柵的寬度或位置等施加調變，就可實現任意的折射率分布，藉由將折射率分布做理想設計，就可提高聚光特性，因此可謀求感度的提升。
其他，即使在本實施形態例的固體攝像裝置中，也是能獲得和第1實施形態同樣的效果。
〈4.第4實施形態：固體攝像裝置〉
接著，說明本發明的第4實施形態所述之固體攝像裝置。圖18係本實施形態例的固體攝像裝置40的水平方向上所相鄰之像素的剖面構成圖。本實施形態例的固體攝像裝置40的全體構造，係和圖1相同，因此省略圖示。又，於圖18中，對應於圖2的部分係標示同一符號，並省略重述說明。
本實施形態例的固體攝像裝置40，係在晶片上微透鏡41使用了菲涅爾透鏡之例子。又，於本實施形態例中也是，將晶片上微透鏡41予以覆蓋，使其表面平坦地形成平坦化透鏡層20。
藉由該菲涅爾透鏡所成之晶片上微透鏡41，入射的光就會有效聚光而入射至受光部2。
本實施形態例的晶片上微透鏡41及平坦化透鏡層20的材料，係可使用第1實施形態所示的材料。又，本實施形態例的固體攝像裝置40，係在彩色濾光片層18上，以通常進行的方法形成了由菲涅爾透鏡所成之晶片上微透鏡41後，形成平坦化透鏡層20，藉此就可加以形成。
即使在本實施形態例的固體攝像裝置40中也是，在晶片上微透鏡41上形成有平坦化透鏡層20，因此與空氣接觸的光入射界面並沒有形成週期構造，所以鬼影的發生是受到抑制。又，藉由在晶片上微透鏡41使用菲涅爾透鏡，就可大幅調整晶片上微透鏡41的折射力，可提升聚光特性，因此感度特性係提升。
上述第1實施形態～第4實施形態中，雖然以CCD型的固體攝像裝置為例來說明，但本發明亦可適用於CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型的固體攝像裝置。此情況下也是可獲得提升感度特性及混色特性，且抑制了鬼影之發生的固體攝像裝置。
又，本發明不限定於對固體攝像裝置之適用，亦可適用於攝像裝置。此處，所謂攝像裝置，係指數位靜態相機或視訊攝影機等之相機系統，或行動電話機等具有攝像機能的電子機器。此外，還有被搭載於電子機器的上記模組狀之形態，亦即將相機模組當作攝像裝置的情形。
以下，針對使用了本發明之固體攝像裝置的電子機器，加以說明。
〈5.第5實施形態：電子機器〉
圖19係本發明的第5實施形態所述之電子機器200的概略構成。
本實施形態例的電子機器200，係將上述本發明的第1實施形態中的固體攝像裝置1，使用於相機時的實施形態。
圖9係圖示了本實施形態例所述之電子機器200的剖面構成。本實施形態所述之電子機器200，係以可拍攝靜止畫面的數位靜態相機為例子。
本實施形態所述之電子機器200，係具有：固體攝像裝置1、光學透鏡210、驅動電路212、訊號處理電路213。
光學透鏡210，係使來自被攝體的像光(入射光)，成像於固體攝像裝置1的攝像面上。藉此，在固體攝像裝置1內會在一定期間累積該當訊號電荷。
驅動電路212，係供給固體攝像裝置1的傳輸動作訊號。藉由從驅動電路212所供給的驅動訊號(時序訊號)，而進行固體攝像裝置1的訊號傳輸。訊號處理電路213，係進行各種訊號處理。進行過訊號處理的映像訊號，係被記憶在記憶體等之記憶媒體，或是輸出至監視器。
在本實施形態例的電子機器200，係於固體攝像裝置1中提升了感度特性、降低了混色，且謀求了鬼影發生之抑制，因此在電子機器係可謀求畫質的提升。
作為可適用固體攝像裝置1的電子機器，並非限定於數位靜態相機，亦可適用於行動電話機等攜帶型機器專用的相機模組等之攝像裝置。
在本實施形態例中，雖然是將固體攝像裝置1使用於電子機器之構成，但亦可使用前述的第2實施形態中的固體攝像裝置。
1．．．固體攝像裝置
2．．．受光部
3．．．垂直傳輸暫存器
4．．．水平傳輸暫存器
5．．．輸出電路
6．．．基板
7．．．像素
7．．．單位像素
8．．．像素部
9．．．基板
10．．．固體攝像裝置
11．．．傳輸通道部
12．．．元件分離領域
13．．．讀出通道部
14．．．閘極絕緣膜
15．．．傳輸電極
16．．．層間絕緣膜
17．．．配線層
18．．．彩色濾光片層
19．．．晶片上微透鏡
19a．．．凸部
19b．．．凹部
20．．．平坦化透鏡層
21．．．晶片上微透鏡基材
22．．．厚膜光阻層
22a．．．光阻遮罩
23．．．第1平坦化透鏡層
24．．．第2平坦化透鏡層
[圖1]本發明的第1實施形態所述之CCD型固體攝像裝置1的概略構成圖。
[圖2]於第1實施形態的固體攝像裝置中，在水平方向上相鄰之像素的剖面構成圖。
[圖3]A,B　使用具有矩形形狀之晶片上微透鏡時，入射至晶片上微透鏡內的光的行進方向的說明圖。
[圖4]A,B　第1實施形態中的固體攝像裝置之製造方法的工程圖(其1)。
[圖5]C,D　第1實施形態中的固體攝像裝置之製造方法的工程圖(其2)。
[圖6]E　第1實施形態中的固體攝像裝置之製造方法的工程圖(其3)。
[圖7]比較例1所述之固體攝像裝置的剖面構成圖。
[圖8]比較例2所述之固體攝像裝置的剖面構成圖。
[圖9]將各固體攝像裝置組裝至相機組的情況下，在攝影時所發生的鬼影強度進行模擬之結果。
[圖10]以模擬來測定白色感度之結果，是將樣本A(先前例之固體攝像裝置)的測定結果做了規格化的圖。
[圖11]藉由模擬來測定混色率(任意之記憶體；以arbitrary unit表示)之結果。
[圖12]於比較例1及比較例2的固體攝像裝置中，球面形狀的晶片上微透鏡之厚度，及平坦化透鏡層的折射率之變化所對應的感度特性之變化的圖示。
[圖13]於第1實施形態的固體攝像裝置中，矩形形狀的晶片上微透鏡之高度，及平坦化透鏡層的折射率之變化所對應的感度特性之變化的圖示。
[圖14]本發明的第2實施形態所述之固體攝像裝置中，在水平方向上相鄰之像素的剖面構成圖。
[圖15]A,B　第2實施形態的固體攝像裝置之製造方法的工程圖(其1)。
[圖16]C　第2實施形態的固體攝像裝置之製造方法的工程圖(其2)。
[圖17]本發明的第3實施形態所述之固體攝像裝置中，在水平方向上相鄰之像素的剖面構成圖。
[圖18]本發明的第4實施形態所述之固體攝像裝置中，在水平方向上相鄰之像素的剖面構成圖。
[圖19]本發明的第5實施形態所述之電子機器的概略構成圖。
[圖20]A,B　先前例所述之固體攝像裝置的剖面構成圖。
[圖21]先前例的固體攝像裝置中，拍攝高亮度被攝體時所得之影像的概略圖示。
1．．．固體攝像裝置
2．．．受光部
7．．．單位像素
9．．．基板
11．．．傳輸通道部
12．．．元件分離領域
13．．．讀出通道部
14．．．閘極絕緣膜
15．．．傳輸電極
16．．．層間絕緣膜
17．．．配線層
18．．．彩色濾光片層
19．．．晶片上微透鏡
19a．．．凸部
19b．．．凹部
20．．．平坦化透鏡層

Claims (12)

  1. 一種固體攝像裝置，其特徵為，含有：受光部，係被形成在基板上，用以生成相應於入射光之訊號電荷；和矩形形狀或折射率分布型之晶片上微透鏡，係被形成在前記受光部上的光線入射側；和平坦化透鏡層，係將前記晶片上微透鏡予以覆蓋，而被形成為使得光線入射面呈平坦；前記平坦化透鏡層，係由：被填埋至前記矩形形狀之晶片上微透鏡之上面的高度為止的第1平坦化透鏡層；和具有異於前記第1平坦化透鏡層之折射率的折射率，被形成為覆蓋前記晶片上微透鏡之上面和前記第1平坦化透鏡層上面的第2平坦化透鏡層所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之固體攝像裝置，其中，前記平坦化透鏡層的折射率係具有大於空氣的折射率、且小於前記晶片上微透鏡折射率的折射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之固體攝像裝置，其中，前記第1平坦化透鏡層的折射率係低於前記第2平坦化透鏡層的折射率，前記第2平坦化透鏡層的折射率係低於前記晶片上微透鏡的折射率。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載之固體攝像裝置，其中， 前記折射率分布型之晶片上微透鏡，係為菲涅爾透鏡。
  5. 如申請專利範圍第2項所記載之固體攝像裝置，其中，前記折射率分布型之晶片上微透鏡，係為副波長光學元件。
  6. 一種固體攝像裝置之製造方法，其特徵為，含有：在基板上形成用以生成相應於入射光之訊號電荷用的受光部之工程；和在前記受光部上的光線入射側，形成矩形形狀或折射率分布型之晶片上微透鏡之工程；和將前記晶片上微透鏡予以覆蓋，以使得光線入射面呈平坦的方式而形成平坦化透鏡層之工程；前記形成平坦化透鏡層之工程係具有：被填埋至前記矩形形狀之晶片上微透鏡之上面的高度為止的第1平坦化透鏡層的形成工程；和具有異於前記第1平坦化透鏡層之折射率的折射率，被形成為覆蓋前記晶片上微透鏡之上面和前記第1平坦化透鏡層上面的第2平坦化透鏡層的形成工程。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之固體攝像裝置之製造方法，其中，前記平坦化透鏡層的折射率係低於前記晶片上微透鏡的折射率。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之固體攝像裝置之製造方法，其中，前記折射率分布型之晶片上微透鏡，係為菲涅爾透鏡。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之固體攝像裝置之製造方法，其中，前記折射率分布型之晶片上微透鏡，係為副波長光學元件。
  10. 一種固體攝像裝置之製造方法，其特徵為，含有：在基板上形成用以生成相應於入射光之訊號電荷用的受光部之工程；和在前記受光部上的光線入射側，形成矩形形狀之晶片上微透鏡之工程；和以覆蓋前記晶片上微透鏡的方式，而形成第1平坦化透鏡層之工程；和將前記第1平坦化透鏡層予以去除，直到前記晶片上微透鏡的上面是呈外露之工程；和在前記晶片上微透鏡的上面、和被填埋至前記晶片上微透鏡之上面的高度為止的第1平坦化透鏡層的上面，形成第2平坦化透鏡層之工程。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之固體攝像裝置之製造方法，其中，前記第1平坦化透鏡層的折射率係低於前記第2平坦 化透鏡層的折射率，前記第2平坦化透鏡層的折射率係低於前記晶片上微透鏡的折射率。
  12. 一種電子機器，其特徵為，含有：光學透鏡；和固體攝像裝置，係含有：受光部，係被形成在基板上，用以生成相應於入射光之訊號電荷；和矩形形狀或折射率分布型之晶片上微透鏡，係被形成在前記受光部上的光線入射側；和平坦化透鏡層，係將前記晶片上微透鏡予以覆蓋，而被形成為使得光線入射面呈平坦；前記平坦化透鏡層，係由：被填埋至前記矩形形狀之晶片上微透鏡之上面的高度為止的第1平坦化透鏡層；和具有異於前記第1平坦化透鏡層之折射率的折射率，被形成為覆蓋前記晶片上微透鏡之上面和前記第1平坦化透鏡層上面的第2平坦化透鏡層所構成；且被前記光學透鏡所聚光之光線進行入射；和訊號處理電路，係用來處理從前記固體攝像裝置所輸出之輸出訊號。
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