TWI651563B - 透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器 - Google Patents

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葭葉一平
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Abstract

本發明係關於一種可一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性之透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器。
本發明之透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應而形成之微透鏡；微透鏡係以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，且形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。本發明可應用於例如CMOS影像感測器之透鏡陣列。

Description

透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器
本發明係關於一種透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器，尤其關於一種可一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性之透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器。
於攝像裝置中，設為自動對準焦點之狀態(對焦狀態)之AF(Auto Focus：自動對焦)方式係若大致區分，則分類成對比度檢測方式與相位差檢測方式。相較於對比度檢測方式，相位差檢測方式於可進行高速AF動作之方面較優異。
作為相位差檢測方式，一般已知有瞳分割型相位差檢測方式。瞳分割型相位差檢測方式係所謂之於同一受光區域(攝像區域)除攝像像素外，亦設置相位差檢測用(焦點檢測用)之像素(以下稱為相位差檢測像素)且於攝像面進行AF測距，亦即獲得表示焦點之偏移方向及偏移量之相位差檢測信號的方式。
於固體攝像裝置之攝像區域組裝相位差檢測像素時，必須一面維持攝像像素之高感度特性，一面提高相位差檢測像素之相位差檢測之感度，從而提高AF特性。因此，先前，將具有與像素對應之開口部而形成之遮光膜使其開口部形成為比攝像像素更小，且，將與相位差檢測像素對應之微透鏡之焦點設為前焦點(front focus)(例如參照專利文獻1)。此處，所謂「前焦點」係指焦點(pinto)偏移至較被攝體更靠近近前側之狀態。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-109965號公報
然而，於專利文獻1之技術中，為了將與相位差檢測像素對應之微透鏡之焦點設為前焦點，而將該微透鏡之俯視之形狀設為圓形，因而於與鄰接像素之間形成間隙。
其結果，因進入間隙之光入射至鄰接像素而產生混色，或因未由微透鏡聚光之光反射至形成於較微透鏡更下層之配線金屬等而產生眩光，有輸出之圖像之畫質劣化之虞。
本發明係鑑於此種狀況而完成者，其係可一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性者。
本發明之一態樣之透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應而形成之微透鏡；上述微透鏡係以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，並形成為於剖面視中使包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
上述微透鏡於俯視中形成為正方形形狀，且可形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等。
上述相位差檢測像素之像素尺寸設為3μm以上，且上述透鏡面之曲率半徑r，於使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，而表示為r=(d2+4t2)/8t時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率 半徑比r1/r2可設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
可於上述透鏡面表面，形成至少1層之無機膜作為抗反射膜。
上述無機膜可減小上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之差。
本發明之一態樣之透鏡陣列之製造方法係一種包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡之透鏡陣列之製造方法，且包含如下步驟：上述微透鏡以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，並形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
本發明之一態樣之固體攝像裝置係包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；上述微透鏡以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，並形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
本發明之一態樣之電子機器係包含固體攝像裝置，該固體攝像裝置包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；上述微透鏡以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，並形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
於本發明之一態樣中，微透鏡以使其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，並形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
根據本發明之一態樣，可一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性。
10‧‧‧CMOS影像感測器
11‧‧‧半導體基板
12‧‧‧像素陣列部
13‧‧‧列掃描部
14‧‧‧行處理部
15‧‧‧行掃描部
16‧‧‧系統控制部
17‧‧‧像素驅動線
17a‧‧‧傳送線
17b‧‧‧重設線
17c‧‧‧選擇線
18‧‧‧垂直信號線
19‧‧‧水平匯流排
20‧‧‧攝像像素
21‧‧‧光電二極體
22‧‧‧傳送電晶體
23‧‧‧重設電晶體
24‧‧‧放大電晶體
25‧‧‧選擇電晶體
26‧‧‧FD部
40‧‧‧相位差檢測像素
41‧‧‧遮光膜
41A‧‧‧開口部
42‧‧‧配線層
43‧‧‧層間絕緣膜
44‧‧‧絕緣膜
45‧‧‧彩色濾光片
45A‧‧‧彩色濾光片蓋膜
46‧‧‧平坦化膜
47‧‧‧微透鏡
48‧‧‧平坦化膜
51‧‧‧抗蝕劑圖案
61‧‧‧光罩
62‧‧‧光阻圖案
63‧‧‧微透鏡
71‧‧‧光阻圖案
72‧‧‧微透鏡
81‧‧‧第1無機膜
81a‧‧‧頂部
81b‧‧‧槽部
81c‧‧‧槽部
82‧‧‧第2無機膜
101‧‧‧光電二極體
102‧‧‧絕緣膜
103‧‧‧閘極電極
104‧‧‧配線層
105‧‧‧接點
106‧‧‧平坦化膜
107‧‧‧彩色濾光片
108‧‧‧微透鏡
111‧‧‧光電二極體
112‧‧‧絕緣膜
113‧‧‧遮光膜
114‧‧‧彩色濾光片
115‧‧‧微透鏡
121‧‧‧下凸層內透鏡
122‧‧‧上凸層內透鏡
200‧‧‧攝像裝置
201‧‧‧攝像透鏡
202‧‧‧攝像元件
203‧‧‧DSP電路
204‧‧‧訊框記憶體
205‧‧‧顯示裝置
206‧‧‧記錄裝置
207‧‧‧操作系統
208‧‧‧電源系統
209‧‧‧匯流排線
210‧‧‧透鏡驅動部
211‧‧‧系統控制器
a‧‧‧像素尺寸
a-a'‧‧‧橫向
b-b'‧‧‧斜方向
c‧‧‧間隔
d‧‧‧寬度
fp‧‧‧焦點位置
r‧‧‧曲率半徑
r1‧‧‧曲率半徑
r2‧‧‧曲率半徑
S11~S14‧‧‧步驟
S31~S36‧‧‧步驟
t‧‧‧高度
t1‧‧‧距離
t2‧‧‧距離
Vdd‧‧‧像素電源
Vrst‧‧‧重設信號
Vsig‧‧‧光累積信號
w‧‧‧距離/間隔
x‧‧‧距離
y‧‧‧行方向
ΦRST‧‧‧重設脈衝
ΦSEL‧‧‧選擇脈衝
ΦTRF‧‧‧傳送脈衝
圖1係顯示應用本發明之影像感測器之一實施形態之方塊圖。
圖2係顯示單位像素之電路構成之例之圖。
圖3係顯示攝像像素及相位差檢測像素之構造例之剖面圖。
圖4A、B係顯示相位差檢測像素之遮光膜之例之圖。
圖5A、B係針對先前之相位差檢測像素之焦點位置進行說明之圖。
圖6係顯示本發明之微透鏡之構成例之俯視圖。
圖7A、B係針對本發明之相位差檢測像素之焦點位置進行說明之圖。
圖8係針對本發明之微透鏡之曲率半徑進行說明之圖。
圖9係針對先前之乾式蝕刻法進行說明之圖。
圖10係針對對應於鄰接像素之抗蝕劑圖案間之距離相對於像素尺寸進行說明之圖。
圖11A-D係針對微透鏡之形成流程進行說明之圖。
圖12係針對曲率半徑比相對於像素尺寸進行說明之圖。
圖13A、B係針對像素尺寸與曲率半徑比之依存關係進行說明之圖。
圖14係針對微透鏡形成處理之例進行說明之流程圖。
圖15A-C係針對微透鏡之形成步驟進行說明之圖。
圖16係針對微透鏡形成處理之其他例進行說明之流程圖。
圖17C-E係針對微透鏡之形成步驟進行說明之圖。
圖18係針對曲率半徑比相對於像素尺寸進行說明之圖。
圖19係顯示表面照射型之固體攝像裝置之構成例之剖面圖。
圖20係顯示背面照射型之固體攝像裝置之構成例之剖面圖。
圖21係顯示具有下凸層內透鏡之相位差檢測像素之構成例之剖面圖。
圖22係針對下凸層內透鏡之圓周方向之位置與曲率半徑進行說明之圖。
圖23係顯示具有上凸層內透鏡之相位差檢測像素之構成例之剖面圖。
圖24係針對上凸層內透鏡之圓周方向之位置與曲率半徑進行說明之圖。
圖25係顯示應用本發明之電子機器之一實施形態之方塊圖。
以下，參照圖式對本技術之實施形態進行說明。
<固體攝像裝置之構成例>
圖1係顯示應用本發明之固體攝像裝置之一實施形態之方塊圖。以下，對放大型固體攝像裝置之1個即CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)影像感測器之構成進行說明。另，本發明並非限於對CMOS影像感測器之應用，亦可應用於其他放大型固體攝像裝置或CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合裝置)影像感測器等之電荷傳送型之固體攝像裝置。
圖1所示之CMOS影像感測器10係採用具有形成於半導體基板(以下，亦稱為晶片)11上之像素陣列部12、及與像素陣列部12積體於相同晶片11上之周邊電路部之構成。於本例中，作為周邊電路部，例如設置有列掃描部13、行處理部14、行掃描部15、及系統控制部16。
於像素陣列部12，以矩陣狀2維配置有具有產生與入射光之光量相應之電荷量之光電荷且累積於內部之光電轉換部之單位像素(以 下，亦簡稱為像素)。此處所言之「單位像素」係指用以獲得攝像信號之攝像像素。對單位像素(攝像像素)之具體電路構成將於後述。
再者，於像素陣列部12，相對於矩陣狀之像素排列，於每個像素列沿著列方向(像素列之像素之排列方向)配線像素驅動線17，於每個像素行沿著行方向(像素行之像素之排列方向)配線垂直信號線18。像素驅動線17係傳送自列掃描部13以列單位輸出之用以驅動像素之驅動信號。於圖1中，針對像素驅動線17雖顯示1條配線，但並非限於1條。像素驅動線17之一端係連接於與列掃描部13之各列對應之輸出端。
列掃描部13係藉由移位暫存器或位址解碼器等構成，例如以列單位驅動像素陣列部12之各像素。此處，雖對列掃描部13之具體構成省略圖示，但一般採用具有讀取掃描系統與掃除掃描系統之2個掃描系統之構成。
讀取掃描系統係為了自單位像素讀取信號，而以列單位依序選擇掃描像素陣列部12之單位像素。自單位像素讀取之信號係類比信號。掃除掃描系統係對藉由讀取掃描系統進行讀取掃描之讀取列，較該讀取掃描早快門速度之時間量而先行進行掃除掃描。
藉由該掃除掃描系統進行之掃除掃描，而自讀取列之單位像素之光電轉換部掃除無用之電荷，藉此重設光電轉換部。且，藉由該掃除掃描系統進行之無用電荷之掃除(重設)，而進行所謂之電子快門動作。此處，所謂電子快門動作係指捨棄光電轉換部之光電荷，重新開始曝光(開始光電荷之累積)之動作。
藉由讀取掃描系統進行之讀取動作所讀取之信號係與其上個讀取動作或電子快門動作以後所入射之光量對應者。且，自上個讀取動作進行之讀取時序或電子快門動作進行之掃除時序，至此次讀取動作進行之讀取時序之期間成為單位像素之光電荷之累積期間(曝光期 間)。
自藉由列掃描部13選擇掃描之像素列之各單位像素輸出之信號係通過垂直信號線18之各者供給至行處理部14。行處理部14係於像素陣列部12之每個像素行，對自選擇列之各像素通過垂直信號線18輸出之信號實施特定之信號處理，且暫時保持信號處理後之像素信號。
具體而言，行處理部14係接收單位像素之信號，對該信號進行例如利用CDS(Correlated Double Sampling：相關雙取樣)之雜訊去除、信號放大、AD(Analog-Digital：類比/數位)轉換等之信號處理。 藉由雜訊去除處理，去除重設雜訊或放大電晶體之臨限值不均等之像素固有之固定圖案雜訊。另，此處所例示之信號處理只不過為一例，作為信號處理並非限於該等。
行掃描部15係藉由移位暫存器或位址解碼器等構成，進行依序選擇與行處理部14之像素行對應之單位電路之掃描。藉由行掃描部15進行之選擇掃描，而將以行處理部14之各單位電路進行信號處理之像素信號依序輸出至水平匯流排19，且通過水平匯流排19向晶片11之外部傳送。
系統控制部16係接收自晶片11之外部給予之時脈、或指示動作模式之資料等，且輸出CMOS影像感測器10之內部資訊等之資料。再者，系統控制部16具有產生各種時序信號之時序產生器，基於該時序產生器所產生之各種時序信號進行列掃描部13、行處理部14、及行掃描部15等之周邊電路部之驅動控制。
<單位像素之電路構成>
圖2係顯示單位像素之電路構成之一例之電路圖。
如圖2所示，單位像素20係具有例如光電二極體21作為光電轉換部。又，單位像素20除了光電二極體21以外，例如具有傳送電晶體(讀取閘極部)22、重設電晶體23、放大電晶體24、及選擇電晶體25之 4個電晶體。
此處，作為4個電晶體，使用例如N通道之MOS電晶體。其中，此處所例示之傳送電晶體22、重設電晶體23、放大電晶體24、及選擇電晶體25之導電型之組合只不過為一例，並非限於該等組合。
又，相對於單位像素20，作為像素驅動線17，例如對同一像素列之各像素共通設置有傳送線17a、重設線17b、及選擇線17c之3條驅動配線。傳送線17a、重設線17b、及選擇線17c係將各者之一端以像素列單位連接於與列掃描部13之各像素列對應之輸出端，而傳送驅動單位像素20之驅動信號即傳送脈衝ΦTRF、重設脈衝ΦRST、及選擇脈衝ΦSEL。
光電二極體21係將陽極電極連接於負側電源(例如接地)，將接收之光(入射光)光電轉換成與其光量相應之電荷量之光電荷並累積該光電荷。光電二極體21之陰極電極係經由傳送電晶體22而與放大電晶體24之閘極電極電性連接。將與放大電晶體24之閘極電極電性連接之節點稱為FD(Floating Diffusion：浮動擴散)部26。
傳送電晶體22係連接於光電二極體21之陰極電極與FD部26之間。對傳送電晶體22之閘極電極，經由傳送線17a給予高位準(例如Vdd位準)主動(以下稱為高主動)之傳送脈衝ΦTRF。藉此，傳送電晶體22成為導通狀態，而將以光電二極體21進行光電轉換之光電荷傳送至FD部26。
重設電晶體23係其汲極電極、源極電極分別與像素電源Vdd、FD部26連接。對重設電晶體23之閘極電極，經由重設線17b給予高主動之重設脈衝ΦRST。藉此，重設電晶體23成為導通狀態，藉由將FD部26之電荷捨棄至像素電源Vdd而重設FD部26。
放大電晶體24係其閘極電極、汲極電極分別與FD部26、像素電源Vdd連接。且，放大電晶體24將藉由重設電晶體23重設後之FD部26 之電位作為重設信號(重設位準)Vrst輸出。再者，放大電晶體24將藉由傳送電晶體22傳送信號電荷後之FD部26之電位作為光累積信號(信號位準)Vsig輸出。
選擇電晶體25係例如其汲極電極、源極電極分別與放大電晶體24之源極電極、垂直信號線18連接。對選擇電晶體25之閘極電極，經由選擇線17c給予高主動之選擇脈衝ΦSEL。藉此，選擇電晶體25成為導通狀態，將單位像素20設為選擇狀態而將自放大電晶體24供給之信號輸出至垂直信號線18。
於圖2之例中，採用將選擇電晶體25連接於放大電晶體24之源極電極與垂直信號線18之間之電路構成，但亦可採用將選擇電晶體25連接於像素電源Vdd與放大電晶體24之汲極電極之間之電路構成。
又，單位像素20並非限於包含上述之4個電晶體之像素構成者。例如，亦可為包含兼作放大電晶體24與選擇電晶體25之3個電晶體之像素構成者等，無論其像素電路之構成如何。
<相位差檢測像素之構造例>
上述之CMOS影像感測器10為了實現瞳分割型之相位差檢測，而具備用以獲得相位差檢測信號之相位差檢測像素。相位差檢測信號係表示焦點之偏移方向(散焦方向)及偏移量(散焦量)之信號。
相位差檢測像素係混雜設置於攝像像素(單位像素20)2維配置成矩陣狀之圖1所示之像素陣列部12(有效像素區域)內。具體而言，相位差檢測像素係於有效像素區域內，例如以於左右上下方向交叉之狀態設置。
圖2所示之像素電路係對攝像像素與相位差檢測像素共通之像素電路。於構造方面而言，相位差檢測像素與攝像像素若干不同。此處，針對相位差檢測像素之構造之一例，使用圖3及圖4進行說明。圖3、圖4係分別顯示攝像像素及相位差檢測像素之剖面圖、相位差檢測 像素之遮光膜之俯視圖。
攝像像素20及相位差檢測像素40係採用於半導體基板11之表層部形成光電轉換部即光電二極體21，且於光電二極體21之受光面側配置遮光膜41之構成。攝像像素20之遮光膜41具有與光電二極體21之受光面(受光區域)對應設置之開口部41A。另一方面，相位差檢測像素40之遮光膜41係用以檢測相位差之遮光膜，具有使經瞳分割之光之一者通過之開口部41A。相位差檢測像素40係設置於遮光膜41之開口部41A之大小於構造上與攝像像素20不同。相位差檢測像素40之遮光膜41之開口部41A係如圖4所示，於俯視時具有單位像素之一半左右之大小。
如圖3所示，遮光膜41作為配線層42之一部分，具體而言，係以將配線層42之最下部之配線層兼作遮光膜之狀態形成。且，依序於包含遮光膜41及配線層42之層間絕緣膜43上積層絕緣膜44，於絕緣膜44上積層彩色濾光片45，於彩色濾光片45上積層包含丙烯酸系樹脂等之平坦化膜46，於平坦化膜46上積層微透鏡(晶載透鏡)47。
另，遮光膜41除兼作配線層42之最下部之配線層而形成外，亦可與配線層42分開專用而形成。遮光膜41係藉由鎢(W)或鈦(Ti)、鋁(Al)、銅(Cu)等之具有遮光性之材料而形成。另，圖4A、B所示之遮光膜41之構造係將相位差檢測像素於有效像素區域內配置於左右方向，而分離來自射出瞳之左右之光束之情形者。於有效像素區域內配置於上下方向時之相位差檢測像素40之遮光膜41之構造採用於圖4A、B各者中，使開口部41A旋轉90°之構造。
<相位差檢測像素之焦點位置>
如上所述，相位差檢測像素40與攝像像素(單位像素)20係於構造上除設置於遮光膜41之開口部41A之大小不同外，微透鏡47之焦點距離亦不同。
於維持攝像像素20之高感度特性上，與攝像像素20對應形成之微透鏡(第1微透鏡)較佳為以其焦點位置位於光電二極體21之受光面上之方式形成。另一方面，於維持相位差檢測像素40之高相位差檢測特性上，與相位差檢測像素40對應形成之微透鏡(第2微透鏡)較佳為以其焦點位置位於遮光膜41之方式形成。
根據此種理由，與相位差檢測像素40對應形成之微透鏡較佳形成為焦點距離較與攝像像素20對應形成之微透鏡變得更短。所謂焦點距離變短係指與相位差檢測像素40對應形成之微透鏡之焦點位置存在於自光電二極體21之受光面遠離之位置。
此處，參照圖5，對一般與相位差檢測像素40對應形成之微透鏡47與遮光膜41之關係進行說明。圖5A、圖5B係分別示意性顯示微透鏡47之對邊方向之剖面、微透鏡47之對角方向之剖面。另，微透鏡47係設為於俯視中形成為大致正方形形狀者。
此處，對邊方向表示像素陣列方向。像素陣列方向係設為例如圖1所示之列方向x或行方向y。於本例中，對邊方向係設為表示圖1之像素陣列部12之橫向者。又，對角方向係設為形成為正方形形狀之微透鏡47之對角之方向。因此，對角方向係相對於像素陣列方向傾斜，於本例中，對邊方向係設為表示圖1之像素陣列部12之斜方向者。
於微透鏡47，自未圖示之攝像透鏡之射出瞳之區域入射光(光束)。且，通過微透鏡47之光係被引導向俯視時具有單位像素之一半左右之大小之開口部41A之遮光膜41。於圖5之例中，由於遮光膜41之左側一半成為開口部41A，故較佳為僅自射出瞳之區域入射之右側之光通過開口部41A，而導入至位於遮光膜41之下方之光電二極體21。此時，自射出瞳之區域入射之左側之光被遮光膜41遮光。
於微透鏡47之寬度尺寸較短之對邊方向(橫向)之透鏡部分，如圖5A所示，由於其剖面之透鏡面之曲率半徑r1係設計為焦點位置fp位於 遮光膜41之位置，故自射出瞳之左右入射之光分別良好地通過遮光膜41之開口部41A，或被遮光膜41遮光。
然而，於寬度尺寸較橫向之透鏡部分長之對角方向(斜方向)之透鏡部分，由於其底面與橫向之透鏡部分之底面形成於同一平面上，故如圖5B所示，其剖面之透鏡面之曲率半徑r2大於橫向之剖面之透鏡面之曲率半徑r1，且焦點位置fp較遮光膜41位於更靠近光電二極體21側之位置。即，由於焦點距離變長，故左右之光未藉由遮光膜41良好地分離，致使相位差檢測像素40之檢測精度(以下，亦稱為AF檢測精度)下降。
另一方面，於本發明之CMOS影像感測器10中，藉由與配置於像素陣列部12之像素對應形成而構成透鏡陣列之微透鏡47係其透鏡面實質上形成為球面，如圖6所示，於俯視中，與單位像素之邊界部對應，形成為矩形形狀(正方形形狀)，且四角之角略未倒角地形成。具體而言，微透鏡47之四角之角係如圖6所示，以於對角方向鄰接之微透鏡47之角彼此之間隔c大致小於可視光區域之光之波長即0.4μm之方式形成。
如此，由於幾乎不存在與鄰接像素之間隙，故可抑制光入射至鄰接像素所引起之混色、或光被形成於較微透鏡47更下層之配線層42反射所引起之眩光，從而抑制畫質之劣化。
再者，本發明之CMOS影像感測器10之微透鏡47係形成為包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面、即傾斜方向(b-b'方向)之底面比於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面、即橫向(a-a'方向)之底面更低。
此處，參照圖7，針對與相位差檢測像素40對應形成之本發明之微透鏡47與遮光膜41之關係進行說明。圖7A、圖7B係分別示意性顯示微透鏡47之對邊方向之剖面、微透鏡47之對角方向之剖面。另，以 下，微透鏡47係以於俯視中形成為大致正方形形狀者進行說明，亦可於俯視中形成為大致長方形形狀。
於微透鏡47之寬度尺寸較短之對邊方向(橫向)之透鏡部分，如圖7A所示，由於其剖面之透鏡面之曲率半徑r1係設計為焦點位置fp位於遮光膜41之位置，故自射出瞳之左右入射之光係分別良好地通過遮光膜41之開口部41A，或被遮光膜41遮光。
又，於寬度尺寸較橫向之透鏡部分長之對角方向(斜方向)之透鏡部分，其底面形成為較橫向之透鏡部分之底面更低，藉此如圖7B所示，其剖面之透鏡面之曲率半徑r2係與橫向之剖面之透鏡面之曲率半徑r1大致相等，且焦點位置fp位於遮光膜41之位置。如此，因藉由以透鏡部分之底面之位置於橫向與斜方向上不同之方式形成微透鏡47，不僅能維持橫向之良好之分離性，亦可提高斜方向之分離性，故AF檢測精度良好，可提高AF特性。
又，如後述般，本發明之微透鏡47係設為應用於像素尺寸(正方形形狀之像素區域之一邊之長度)為3μm以上之相位差檢測像素40者。
再者，如圖8所示，將透鏡面之曲率半徑r，使用通過透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以該底面為基準之透鏡面之頂點之高度t，表示為r=(d2+4t2)/8t時，於本發明之微透鏡47中，圖7所示之曲率半徑r1與曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
<微透鏡之形成方法>
又，作為一般之微透鏡之形成方法，已知有熱熔融流動法與乾式蝕刻法。
熱熔融流動法係將包含感光性樹脂之微透鏡材料塗佈於基板後，依序進行預烤、曝光、顯影、漂白曝光之各處理，並以感光性樹 脂之熱軟化點以上之溫度進行熱處理(熱熔融流動)，藉此形成向上凸形狀之透鏡的方法。於該熱處理中，若接觸流動之樹脂，則圖案因表面張力而流動，致使透鏡形狀崩壞。因此，於進行熱處理時，以避免使與鄰接之像素彼此對應而形成之感光性樹脂圖案彼此熔合之方式進行條件設定。
乾式蝕刻法係將微透鏡材料形成於基板後，於其上塗佈感光性樹脂，依序進行預烤、曝光、顯影之各處理，並以感光性樹脂之熱軟化點以上之溫度進行熱處理，而形成具有向上凸形狀之透鏡形狀之掩膜層，且將該掩膜層蝕刻轉印於其基底之微透鏡材料的方法。根據該方法，由於可使微透鏡較掩膜層之尺寸於平面上更大而形成，故可形成有效面積較寬且聚光性較高之透鏡。
<對先前之乾式蝕刻法之檢討>
此處，作為使用乾式蝕刻法之微透鏡之形成方法，例如對日本專利特開2008-52004號公報所揭示之方法進行檢討。
於該方法中，首先，如圖9左側所示，將俯視中成圓形且剖面為矩形之抗蝕劑圖案51形成於每個像素。接著，藉由對抗蝕劑圖案51實施熱處理，而如圖9右側所示，將抗蝕劑圖案51之表面變形成球面透鏡形狀。此時，抗蝕劑圖案51係以於圓周方向曲率半徑大致相等之方式變形。且，以使與對應於鄰接之像素之透鏡之間隔縮小之條件進行整面回蝕，而將抗蝕劑圖案51蝕刻轉印於其基底之微透鏡材料，藉此形成與對應於鄰接之像素之透鏡的間隔縮小之透鏡陣列。
另，於本方法中，對球面透鏡形狀之抗蝕劑圖案51於形成時進行熱處理時，亦以避免使與鄰接之像素彼此對應而形成之感光性樹脂圖案彼此熔合之方式進行條件設定。
如圖9右側所示，若將與於橫向(對邊方向)鄰接之像素對應之抗蝕劑圖案51彼此之間之距離設為w，則距離w係以所使用之曝光裝 置、或材料種類、製程條件(熱處理溫度、時間等)決定。例如，使用i線步進器作為曝光裝置時，距離w成為0.2至0.6μm左右。此處，若如圖9左側所示，將像素尺寸設為a，且如圖9右側所示，將與於斜方向(對角方向)鄰接之像素對應之抗蝕劑圖案51彼此之間之距離設為x，則距離x係以x=a×2-(a-w)之近似式表示。
圖10係顯示基於上述之近似式，以使距離w成為0.35μm之方式形成抗蝕劑圖案51時之距離x相對於像素尺寸a之關係之圖。
如圖10所示，像素尺寸越大，對角方向之距離x亦越大。
又，由於本發明之微透鏡於俯視中實質上與像素區域相等而形成，故於其形成之步驟中，必須實施乾式蝕刻處理直至距離w及距離x成為0。然而，由於當像素尺寸變大時，與鄰接之像素之距離w或距離x亦變大，故用以將距離w及距離x設為0之乾式蝕刻處理所需之時間變長。例如，於像素尺寸為4μm時之乾式蝕刻處理中，花費像素尺寸為1μm時之大致2.6倍之時間。如此，若乾式蝕刻處理花費之時間變長，則導致製造成本之增加、或因對固體攝像裝置之電漿損傷等之增加所引起之特性劣化。
<關於本發明之微透鏡形成方法>
接著，對本發明之微透鏡形成方法進行說明。
將微透鏡材料形成於基板之後，於其上塗佈感光性樹脂，且於預烤後，使用如圖11A所示之光罩61開始曝光。於圖11A所示之光罩61中，黑色部分係對曝光光進行遮光之遮光部，白色部分係透射曝光光之透射部。另，於光罩61中，透射部係與藉由曝光而殘留抗蝕劑圖案之部分對應，且透射部係與藉由曝光而顯影去除抗蝕劑圖案之部分對應。
此處，作為曝光裝置，使用例如投影倍率為1/4倍之縮小曝光裝置，且作為曝光光，使用i線、或KrF、ArF等之準分子雷射。例如， 以投影倍率為1/4倍之縮小曝光裝置，使用i線作為曝光光時，於光罩61中，於橫向(對邊方向)鄰接之遮光部彼此之間隔w係設為1.4μm。該情形時，由於投影倍率為1/4倍，故實際圖案曝光時之間隔成為0.35μm。
另，於圖11A所示之光罩61中，與單位像素對應之遮光部之斜(對角)方向之寬度係設為橫向之寬度之2倍。
圖11B係顯示使用光罩61曝光，且使用氫氧化四甲基等之有機鹼水溶液進行顯影處理之以酚醛系樹脂等作為主成分之正型光阻圖案。 另，於與單位像素對應形成之光阻圖案62中，四角之角係因曝光時之光繞射等之影響而略微帶圓，故光阻圖案62之斜(對角)方向之寬度略微小於橫向之寬度之2倍。
若於圖11B之狀態後，對光阻圖案62以其熱軟化點以上之溫度進一步進行熱處理，則如圖11C所示，光阻圖案62之表面成為球面狀。
圖11C所示之光阻圖案62係蝕刻轉印於形成於其基底之包含苯乙烯系樹脂等之微透鏡材料。該乾式蝕刻處理係使用例如碳氟化合物系之蝕刻氣體CF4進行至形成之微透鏡之有效面積擴大至實質上與像素區域相等，而消除微透鏡彼此之間隔為止。結果，形成如圖11D所示之於俯視中實質上與像素區域相等之微透鏡63。
此處，本申請人調查利用上述之方法，將圖11A之間隔w設為固定之1.4μm而形成微透鏡63時之曲率半徑比(對邊方向之剖面之透鏡面之曲率半徑r1/對角方向之剖面之透鏡面之曲率半徑r2)相對於像素尺寸之關係。於圖12中顯示該結果。
如圖12所示，判知若像素尺寸為1至2μm左右，則曲率半徑比小於1.1，但若像素尺寸超過2μm，則曲率半徑比超過1.2。
<像素尺寸與曲率半徑比之依存關係>
此處，參照圖13，對曲率半徑比依存於像素尺寸之理由進行說 明。
圖13A係顯示像素尺寸為3.0μm時之光阻圖案62之俯視圖，圖13B係顯示像素尺寸為1.0μm時之光阻圖案62之俯視圖。
如上所述，顯影處理所形成之光阻圖案62係其四角之角略微帶圓而形成。該圓之大小若設為圖11A所示之光罩61之遮光部之大小(正方形形狀之遮光部之一邊之長度)為2.6μm(由於投影倍率為1/4倍，故實際圖案曝光時之間隔為0.65μm。像素尺寸相當於1.0μm)以上，則為實質上未變化者。
如圖13A所示，像素尺寸為3.0μm時，光阻圖案62之2邊之虛擬延長線之交點、與光阻圖案62之帶圓部分之距離係設為0.12μm。另一方面，如圖13B所示，像素尺寸為1.0μm時，光阻圖案62之2邊之虛擬延長線之交點、與光阻圖案62之帶圓部分之距離係設為0.13μm。
即，於像素尺寸為3.0μm時，光阻圖案62之斜方向(對角方向)之寬度相對於橫向(對邊方向)之寬度係成為充分大之值，光阻圖案62以於俯視中接近於正方形之形狀形成。
另一方面，於像素尺寸為1.0μm時，光阻圖案62以於俯視中接近於大致圓形之形狀形成。光阻圖案62以於俯視中接近於大致圓形之形狀形成時，與圖9之例相同，光阻圖案62形成為於圓周方向曲率半徑大致相等。藉由將此種光阻圖案62蝕刻轉印於形成於其基底之微透鏡材料，而形成曲率半徑比為1.1以下之微透鏡。
如此，在像素尺寸為2.0μm以下時，其結果，由於形成於圓周方向曲率半徑大致相等之微透鏡，故其曲率半徑比亦成為1.1以下。
又，近年來，已對於同一受光區域設置攝像像素與相位差檢測像素之構成尤其是應用於APS-C尺寸或35mm原尺寸之固體攝像裝置而謀求其高性能化進行各種研究。此種固體攝像裝置之像素尺寸一般設為3至6μm左右。
然而，如上所述，像素尺寸超過2.0μm時，微透鏡之曲率半徑比超過1.2。本申請人針對APS-C尺寸、像素尺寸3.9μm之固體攝像裝置，藉由上述之方法製造微透鏡(透鏡陣列)後，其曲率半徑比為1.34。再者，本申請人試著調查具備該微透鏡之固體攝像裝置之AF特性，無法獲得良好之AF特性。
因此，以下，為謀求APS-C尺寸或35mm原尺寸之固體攝像裝置之AF特性之提高，對即便像素尺寸為3至6μm亦可抑制曲率半徑比，且抑制乾式蝕刻處理時間增長之微透鏡之形成方法進行說明。
<本發明之微透鏡之形成方法1>
參照圖14及圖15，對本發明之微透鏡之形成方法進行說明。圖14係對微透鏡之形成處理進行說明之流程圖，圖15係顯示微透鏡之形成步驟之俯視圖、橫向之剖面圖、及斜方向之剖面圖。
首先，於步驟S11中，於平坦化膜上，成膜包含苯乙烯系樹脂等之微透鏡材料。
於步驟S12中，藉由光微影法，於微透鏡材料上，形成包含酚醛樹脂等之正型光阻圖案。
於步驟S13中，藉由熱處理，如圖15之步驟A所示，光阻圖案71形成為向上凸形狀之透鏡形狀。此時，光阻圖案71成為斜方向(b-b'方向)之寬度大於橫向(a-a'方向)之寬度，且，對角方向之剖面之曲率半徑大於對邊方向之剖面之曲率半徑的狀態。
於步驟S14中，藉由將光阻圖案71蝕刻轉印於形成於其基底之微透鏡材料，而進行乾式蝕刻處理。
此處，對此時使用之蝕刻裝置及蝕刻氣體進行說明。
(關於蝕刻裝置)
作為蝕刻裝置，除微波電漿型蝕刻裝置外，亦可使用平行平板RIE(Reactive Ion Etching：反應性離子蝕刻)裝置、高壓窄間隙型電漿 蝕刻裝置、ECR(Electron Cyclotron Resonance：電子迴旋共振)型蝕刻裝置、變壓器耦合電漿型蝕刻裝置、感應耦合電漿型蝕刻裝置、及螺旋波電漿型蝕刻裝置等其他高密度電漿型蝕刻裝置。
(關於蝕刻氣體)
作為蝕刻氣體，使用用以控制蝕刻速度之第1組氣體、與用以控制CD(Critical Dimension：關鍵尺寸)增益之第2組氣體之至少2種氣體。
第1組氣體包含CF4、NF3、SF6等，第2組氣體包含C3F8、C4F8、C4F6、C5F8、C2F6等。
該等含氟氣體係於電漿中產生F自由基與CF自由基。F自由基係於乾式蝕刻之過程中，對相對於光阻圖案與微透鏡之深度方向之蝕刻發揮作用，CF自由基係對碳氟化合物系之堆積物所引起之微透鏡之有效面積之擴大發揮作用。即，第1組之氣體係產生較多F自由基，第2組之氣體係產生較多CF自由基。
第1組之氣體與第2組之氣體之比係以於微透鏡中獲得期望之曲率半徑比之方式進行適當調整，又，亦可添加其他氣體。
於圖15之步驟B中，於乾式蝕刻之過程中，進行對相對於光阻圖案71與微透鏡72之深度方向之蝕刻，且擴大微透鏡之有效面積。於圖15之步驟B中，成為與於橫向(a-a'方向)鄰接之像素對應之微透鏡72彼此接觸之狀態。此時，微透鏡72成為對角方向之剖面之曲率半徑略大於對邊方向之剖面之曲率半徑之狀態。
藉由自圖15之步驟B之狀態進而持續進行乾式蝕刻，而於圖15之步驟C中，成為與於斜方向(b-b'方向)鄰接之像素對應之微透鏡72彼此接觸之狀態。此時，微透鏡72成為於俯視中，與對應於鄰接之像素之微透鏡72實質上無間隙之狀態。又，此時，於微透鏡72中，橫向(對邊方向)之剖面之曲率半徑接近於斜方向(對角方向)之剖面之曲率半 徑。
根據以上之處理，擴大了微透鏡之有效面積，且對邊方向之剖面之曲率半徑接近於對角方向之剖面之曲率半徑。即，曲率半徑比接近於1.0，與AF特性之改善相關聯。本申請人針對APS-C尺寸、像素尺寸3.9μm之固體攝像裝置，藉由上述之本發明之方法製造微透鏡(透鏡陣列)後，其曲率半徑比成為1.20，可獲得良好之AF特性。如此，根據本發明之方法，可形成能一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性之微透鏡。
另，本申請人於上述之本發明之方法中，對改變蝕刻條件，使曲率半徑比於1.20至1.34之間變化之情形之AF特性進行評估後，無法獲得良好之AF特性。因此，可以說為了獲得良好之AF特性，較理想係將曲率半徑比設為1.20以下。
<本發明之微透鏡之形成方法2>
接著，參照圖16及圖17，對本發明之微透鏡之形成方法之其他例進行說明。圖16係針對微透鏡之形成處理進行說明之流程圖，圖17係顯示微透鏡之形成步驟之橫向之剖面圖及斜方向之剖面圖。
另，圖16之流程圖之步驟S31至S34之處理因與圖14之流程圖之步驟S11至S14之處理相同，故省略其說明。
即，於步驟S34中，如圖17之步驟C所示，藉由乾式蝕刻處理形成微透鏡72之後，於步驟S35中，於微透鏡72上，如圖17之步驟D所示，形成第1無機膜81。
第1無機膜81係例如藉由電漿CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)等之乾式成膜法，將SiON等以160至200℃左右之溫度堆積而形成。此時，以使SiON之折射率與包含聚苯乙烯系樹脂之微透鏡材料之折射率1.57至1.61左右大致同等之方式，調整成膜條件。
根據上述之乾式成膜法，第1無機膜81之成膜速度係因成膜分子 之平均自由步驟之差，於平均自由步驟較大之微透鏡72之頂部81a附近較快，於平均自由步驟較小之微透鏡72之槽部81b、81c附近較慢。尤其，由於微透鏡72之槽部81c附近之成膜速度最慢，故於微透鏡72中，橫向(a-a'方向)之剖面之曲率半徑、與斜方向(b-b'方向)之剖面之曲率半徑之差較小。其結果，曲率半徑比自乾式蝕刻後之1.20改善至1.15。
再者，在第1無機膜81成膜之後，於步驟S36中，於第1無機膜81上，如圖17之步驟E所示，形成第2無機膜82。
第2無機膜82係藉由將折射率較SiON低之SiO、SiOC、SiOF、SiOCH等以160至200℃左右之溫度堆積而形成。此時，藉由使第2無機膜82形成為其膜厚為可見光之波長之1/4，而作為微透鏡72之抗反射膜發揮作用。另，該情形時之微透鏡72、第1無機膜81、及第2無機膜82之折射率之大小關係係如以下所述。
(微透鏡72)≒(第1無機膜81)>(第2無機膜82)
根據以上之處理，與參照圖14之流程圖說明之處理相同，可形成能一面抑制畫質之劣化，一面提高AF特性之微透鏡。再者，藉由將第2無機膜82作為微透鏡72之抗反射膜發揮作用，可降低微透鏡72之反射率，謀求固體攝像裝置之感度特性之提高或眩光之減少，因而可進一步提高畫質。
另，於上述之處理中，亦可藉由以160至200℃左右之溫度堆積折射率較微透鏡72大之SiON或SiN等而形成第1無機膜81，且藉由以160至200℃左右之溫度堆積折射率較微透鏡72及第1無機膜81小之SiO或SiOC、SiOF、SiOCH等而形成第2無機膜82。此時，第1無機膜81及第2無機膜82係作為2層之抗反射膜發揮作用。藉此，可進一步降低微透鏡72之反射率。
另，該情形時之微透鏡72、第1無機膜81、及第2無機膜82之折 射率之大小關係係如以下所述。
(第1無機膜81)>(微透鏡72)>(第2無機膜82)
本申請人調查了藉由上述之本發明之方法之2例形成微透鏡72時之曲率半徑比相對於像素尺寸之關係。圖18中顯示其結果。
如圖18所示，於先前之技術(黑色圓點作圖)中，當像素尺寸超過3.0μm時，曲率半徑比會超過被設為理想值之1.2。另一方面，於參照圖14及圖15說明之本發明之例(例1)(白色四角作圖)中，即便像素尺寸為4.0μm，曲率半徑比亦為被設為理想值之1.2以下之值。再者，於參照圖16及圖17說明之本發明之例(例2)(白色三角作圖)中，即便像素尺寸為5.0μm，曲率半徑比亦為被設為理想值之1.2以下之值。如此，根據本發明，即便像素尺寸為3至5μm亦可抑制曲率半徑比，因而特別可謀求提高APS-C尺寸或35mm實物尺寸等之具備與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡之固體攝像裝置之AF特性。
另，作為藉由上述之乾式成膜法成膜之膜種，並非限於SiON、SiN、SiO、SiOC等，亦可使用ZnO、ZrO、Al2O3、TiO2、CaF2、LiF、MgO等，其折射率係經適當、恰當地調整。
又，以上，作為乾式成膜法，使用電漿CVD，但亦可使用熱CVD、有金屬CVD、光CVD等其他CVD法。又，作為其他成膜法，亦可使用真空蒸鍍、離子電鍍、濺鍍、雷射燒蝕、分子束磊晶等之PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沉積)法。
<對固體攝像裝置之應用>
可應用本發明之固體攝像裝置主要大致分成表面照射型之固體攝像裝置、與背面照射型之固體攝像裝置。
圖19係顯示表面照射型之固體攝像裝置之構造例之剖面圖。
如圖19所示，於表面照射型之固體攝像裝置中，於形成於光電 二極體101之上層之絕緣膜102上，形成像素電晶體之閘極電極103，且於其上層形成例如3層之配線層104。閘極電極103與配線層104、配線層104彼此相互藉由接點105電性連接。
於配線層104之上層形成平坦化膜106，於平坦化膜106之上層形成彩色濾光片107。且，於彩色濾光片107之上層形成微透鏡108。
於圖19之表面照射型之固體攝像裝置設置相位差檢測像素時，第1層(最下層)之配線層104係作為於相位差檢測像素中進行瞳分割之遮光膜而形成。因此，於圖19之例中，相位差檢測像素之遮光膜與光電二極體101表面之距離t1成為包含接點105之厚度。
圖20係顯示背面照射型之固體攝像裝置之構造例之剖面圖。
如圖20所示，於背面照射型之固體攝像裝置中，在形成於光電二極體111之上層之絕緣膜112上，於每個像素形成遮光膜113，並於其上層形成彩色濾光片114。且，於彩色濾光片114之上層形成微透鏡115。
另，於背面照射型之固體攝像裝置中，在形成微透鏡115之面之相反面，形成未圖示之像素電晶體或配線層。
於圖20之背面照射型之固體攝像裝置設置相位差檢測像素時，設置於每個像素之遮光膜113係作為於相位差檢測像素中進行瞳分割之遮光膜而形成。因此，於圖20之例中，相位差檢測像素之遮光膜與光電二極體111表面之距離t2相較於圖19之距離t1可較短。
又，對上述之表面照射型之固體攝像裝置或背面照射型之固體攝像裝置之與攝像像素對應之微透鏡，亦可應用本發明之微透鏡。藉此，於具備於攝像像素混雜相位差檢測像素之像素陣列之固體攝像裝置中，可不分開與攝像像素對應之微透鏡、及與相位差檢測像素對應之微透鏡之製造步驟，而一次形成相同形狀之微透鏡(透鏡陣列)，而可避免步驟數之增加。
另，基於AF特性提高之觀點而言，與相位差檢測像素對應之微透鏡之焦點位置較好與遮光膜對準，又，基於感度特性提高之觀點而言，與攝像像素對應之微透鏡之焦點位置較好與光電二極體表面對準。
此處，於圖19之表面照射型之固體攝像裝置、與圖20之背面照射型之固體攝像裝置中，由於背面照射型之固體攝像裝置之遮光膜與光電二極體表面之距離較短，故於攝像像素與相位差檢測像素一次形成相同形狀之微透鏡時，相較於表面照射型之固體攝像裝置，可進一步抑制各個像素之特性劣化。
然而，於表面照射型之固體攝像裝置中，使用本發明，於攝像像素與相位差檢測像素一次形成相同形狀之微透鏡時，各個像素之特性亦較先前之技術更為良好。
又，於攝像像素與相位差檢測像素中一次形成相同形狀之微透鏡時，作為修正與各個像素對應之微透鏡之焦點位置偏移之構成，亦可設置層內透鏡。
此處，對下凸層內透鏡及上凸層內透鏡之構造例進行說明。此處，例舉應用於背面照射型之固體攝像裝置之情形進行說明。
<下凸層內透鏡>
圖21係顯示具有形成於彩色濾光片上之下凸層內透鏡之像素構造之剖面圖。此處，顯示相互鄰接之攝像像素20及相位差檢測像素40之2像素量之剖面構造。
如圖21所示，僅對相位差檢測像素40，形成具有使經瞳分割之光之一者通過之開口部41A之遮光膜41，進而，於彩色濾光片45上之平坦化膜46內形成有下凸層內透鏡121。另，遮光膜41亦兼作為與單位像素對應形成且對像素間進行遮光之遮光膜。遮光膜41之凹凸係藉由平坦化膜48而平坦化。
與攝像像素20對應之彩色濾光片45係形成為紅、綠、藍之各色之彩色濾光片。另一方面，與相位差檢測像素40對應之彩色濾光片45係形成為綠色或青色之彩色濾光片、或使可見光透射之膜、包含碳黑或鈦黑等之黑色色素之層。另，亦可不設置與相位差檢測像素40對應之彩色濾光片45，而在形成與攝像像素20對應之彩色濾光片45之後，埋填平坦化膜46。
平坦化膜46係以折射率為1.5左右之丙烯酸系之樹脂、或折射率為1.45至1.5左右之矽氧烷系樹脂、又、對該等樹脂添加氟將折射率調整為1.4至1.44左右之樹脂、或添加中空二氧化矽微粒子將折射率調整為1.2至1.39左右之樹脂等形成。
於平坦化膜46中，欲形成下凸層內透鏡121之部分係藉由光微影技術及乾式蝕刻，加工成與下凸層內透鏡121對應之形狀。
下凸層內透鏡121係如圖22所示，較佳形成為於俯視中為圓形之形狀，且以俯視中之中點為中心圓周方向之剖面之曲率半徑r均相等並不隨著圓周方向之位置而異。
此時，下凸層內透鏡121較佳係以與微透鏡47相同之材料與微透鏡47一體成形。微透鏡47係使用例如折射率為1.57至1.61左右之苯乙烯系樹脂、折射率為1.6左右之酚醛系樹脂、折射率為1.7左右之聚醯亞胺系樹脂、或將例如氧化鋅、氧化鋯、氧化鈮、氧化鈦、氧化錫等之金屬氧化微粒子添加至樹脂中將折射率調整為1.7至2.0左右之樹脂，使攝像像素與相位差檢測像素一次形成為相同形狀。
於圖21之固體攝像裝置中，下凸層內透鏡121將藉由微透鏡47聚光之光之焦點位置修正至微透鏡47側，因該焦點位置係固定並不隨著下凸層內透鏡121之俯視時之圓周方向之位置而異，故可無關於遮光膜與光電二極體之間之距離，而提高固體攝像裝置之AF特性。
另，於本例中，例舉於彩色濾光片45上之平坦化膜46內形成下 凸層內透鏡121之構成之例進行說明，但亦可採用於彩色濾光片45下形成平坦化膜，而形成於該平坦化膜內之構成。
<上凸層內透鏡>
圖23係顯示具有形成於彩色濾光片上之上凸層內透鏡之像素構造之剖面圖。此處，顯示相互鄰接之攝像像素20及相位差檢測像素40之2像素量之剖面構造。
如圖23所示，僅對相位差檢測像素40，形成具有使經瞳分割之光之一者通過之開口部41A之遮光膜41，進而，於彩色濾光片45上之平坦化膜46內形成有上凸層內透鏡122。另，遮光膜41係兼作為與單位像素對應形成且對像素間進行遮光之遮光膜。遮光膜41之凹凸係藉由平坦化膜48而平坦化。
與攝像像素20對應之彩色濾光片45係形成為紅、綠、藍之各色之彩色濾光片。另一方面，與相位差檢測像素40對應之彩色濾光片45係形成為綠色或青色之彩色濾光片、或使可見光透射之膜、包含碳黑或鈦黑等之黑色色素之層。另，亦可不設置與相位差檢測像素40對應之彩色濾光片45，而在形成與攝像像素20對應之彩色濾光片45之後，嵌入包含丙烯酸系樹脂等之彩色濾光片覆蓋膜45A。
上凸層內透鏡122係如圖24所示，較佳形成為於俯視中為圓形之形狀，且以俯視中之中點為中心圓周方向之剖面之曲率半徑r相等而不隨圓周方向之位置而異。
上凸層內透鏡122係藉由對例如折射率為1.57至1.61左右之苯乙烯系樹脂、折射率為1.6左右之酚醛系樹脂、折射率為1.7左右之聚醯亞胺系樹脂、或將例如氧化鋅、氧化鋯、氧化鈮、氧化鈦、氧化錫等之金屬氧化微粒子添加於樹脂中將折射率調整為1.7至2.0左右之材料、藉由乾式成膜法成膜之折射率為1.6至1.9左右之SiON、SiN等，進行光微影技術及乾式蝕刻而形成。
平坦化膜46係以較上凸層內透鏡122之折射率低之折射率為1.5左右之丙烯酸系之樹脂、或折射率為1.45至1.5左右之矽氧烷系樹脂、於該等樹脂中添加氟將折射率調整為1.4至1.44左右之樹脂、或添加中空二氧化矽微粒子使折射率調整為1.2至1.39左右之樹脂等形成。
微透鏡47係使用例如苯乙烯系樹脂，將攝像像素與相位差檢測像素一次形成為相同形狀。
於圖23之固體攝像裝置中，上凸層內透鏡122將藉由微透鏡47聚光之光之焦點位置修正至微透鏡47側，因該焦點位置係固定而不隨上凸層內透鏡122之俯視時之圓周方向之位置而異，故可無關於遮光膜與光電二極體之間之距離，而提高固體攝像裝置之AF特性。
另，於本例中，例舉於彩色濾光片45上之平坦化膜46內形成上凸層內透鏡122之構成之例進行說明，但亦可採用於彩色濾光片45下形成平坦化膜，而形成於該平坦化膜內之構成。
本發明並非限於對固體攝像裝置之應用，亦可對數位靜態相機或攝錄影機等攝像裝置、或行動電話機等具有攝像功能之移動終端裝置等之具備固體攝像裝置之電子機器全面應用。
<對電子機器之應用>
圖25係顯示應用本發明之電子機器之一例即攝像裝置之構成例之方塊圖。
如圖25所示，攝像裝置200具有包含攝像透鏡201等之光學系統、攝像元件202、相機信號處理部即DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)電路203、訊框記憶體204、顯示裝置205、記錄裝置206、操作系統207、及電源系統208等。DSP電路203、訊框記憶體204、顯示裝置205、記錄裝置206、操作系統207、及電源系統208可經由匯流排線209相互通信地連接。
攝像透鏡201係取入來自被攝體之入射光而成像於攝像元件202 之攝像面上。攝像元件202係將藉由攝像透鏡201成像於攝像面上之入射光之光量以像素單位轉換成電性信號而作為像素信號輸出。作為該攝像元件202，可使用具備相位差檢測用像素之本發明之固體攝像裝置。
顯示裝置205包含液晶顯示裝置或有機EL(Electro Luminescence：電致發光)顯示裝置等面板型顯示裝置，顯示由攝像元件202攝像之動態圖像或靜態圖像。記錄裝置206將由攝像元件202攝像之動態圖像或靜態圖像記錄於記憶卡、錄影帶、DVD(Digital Versatile Disk：數位多功能光碟)等記錄媒體。
操作系統207係在使用者操作下，對攝像裝置200所具有之各種功能發出操作指令。電源系統208係將成為DSP電路203、訊框記憶體204、顯示裝置205、記錄裝置206、及操作系統207之動作電源之各種電源，適當供給至該等供給對象。
再者，攝像裝置200具備將攝像透鏡201於其光軸方向驅動之透鏡驅動部210。透鏡驅動部210與攝像透鏡201一併構成進行焦點調節之聚焦機構。且，攝像裝置200藉由系統控制器211進行聚焦機構之控制、或上述之各構成要件之控制等各種控制。
關於聚焦機構之控制，係基於自本發明之固體攝像裝置之相位差檢測用像素輸出之相位差檢測信號，而於例如DSP電路203中，進行算出焦點之偏移方向及偏移量之運算處理。接收該運算結果，系統控制器211進行藉由經由透鏡驅動部210使攝像透鏡201於其光軸方向移動而成為使焦點(pinto)對準之狀態之聚焦控制。
另，本技術之實施形態並非限定於上述之實施形態，可於不脫離本技術之主旨之範圍內進行各種變更。
再者，本技術可採用如以下所述之構成。
(1) 一種透鏡陣列，其包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，且形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
(2)如技術方案(1)記載之透鏡陣列，其中上述微透鏡係於俯視中形成為正方形形狀，且形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等。
(3)如技術方案(2)記載之透鏡陣列，其中上述相位差檢測像素之像素尺寸設為3μm以上；且使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，以r=(d2+4t2)/8t表示上述透鏡面之曲率半徑r時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
(4)如技術方案(2)或(3)記載之透鏡陣列，其中於上述透鏡面表面，形成至少1層無機膜作為抗反射膜。
(5)如技術方案(4)記載之透鏡陣列，其中上述無機膜係減小上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之 差。
(6)一種透鏡陣列之製造方法，其係包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡之透鏡陣列之製造方法，且包含如下步驟：使上述微透鏡其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，且形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
(7)一種固體攝像裝置，其包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，且形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。
(8)一種電子機器，其包含固體攝像裝置，該固體攝像裝置包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為矩形形狀且四角之角略未倒角地形成，且形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面。

Claims (9)

  1. 一種透鏡陣列，其包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係：其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為正方形形狀且四角之角略未倒角地形成，形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面，且形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等；其中使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，以r=(d2+4t2)/8t表示上述透鏡面之曲率半徑r時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
  2. 如請求項1之透鏡陣列，其中上述相位差檢測像素之像素尺寸設為3μm以上。
  3. 如請求項2之透鏡陣列，其中於上述透鏡面表面，形成至少1層無機膜作為抗反射膜。
  4. 如請求項3之透鏡陣列，其中上述無機膜係減小上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之差。
  5. 一種透鏡陣列之製造方法，其係包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡之透鏡陣列之製造方法，且 包含將微透鏡如下地形成之步驟：使上述微透鏡其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為正方形形狀且四角之角略未倒角地形成，形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面，及形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等；其中使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，以r=(d2+4t2)/8t表示上述透鏡面之曲率半徑r時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
  6. 一種固體攝像裝置，其包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為正方形形狀且四角之角略未倒角地形成，形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面，且形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等；其中使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，以r=(d2+4t2)/8t表 示上述透鏡面之曲率半徑r時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
  7. 如請求項6之固體攝像裝置，其中上述相位差檢測像素之像素尺寸設為3μm以上。
  8. 一種電子機器，其包含固體攝像裝置，該固體攝像裝置包含透鏡陣列，該透鏡陣列包含與混雜設置於攝像像素之相位差檢測像素對應形成之微透鏡；且上述微透鏡係：其透鏡面實質上成球面，於俯視中形成為正方形形狀且四角之角略未倒角地形成，形成為於剖面視中包含像素邊界部之對邊中央部之對邊邊界部附近之底面高於包含對角邊界部之對角邊界部附近之底面，且形成為上述對邊中央部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第1曲率半徑、與上述對角邊界部之剖面之上述透鏡面之曲率半徑即第2曲率半徑大致相等；其中使用通過上述透鏡面之頂點之剖面中之底面之寬度d、與以上述底面為基準之上述透鏡面之頂點之高度t，以r=(d2+4t2)/8t表示上述透鏡面之曲率半徑r時，上述第1曲率半徑r1與上述第2曲率半徑r2之比即曲率半徑比r1/r2係設為包含於0.98至1.20之範圍之值。
  9. 如請求項8之電子機器，其中上述相位差檢測像素之像素尺寸設為3μm以上。
TW103131030A 2013-09-25 2014-09-09 透鏡陣列及其製造方法、固體攝像裝置及電子機器 TWI651563B (zh)

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