TWI668849B - 固體攝像元件、攝像裝置及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示係關於一種可抑止固體攝像元件之感度下降之固體攝像元件、攝像裝置、電子裝置及製造方法。
本揭示之第1態樣之固體攝像元件係包含：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；及透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。本揭示除固體攝像元件以外，亦可應用於具有攝像裝置或攝像部之電子裝置。

Description

固體攝像元件、攝像裝置及電子裝置
本揭示係關於一種固體攝像元件、攝像裝置、電子裝置及製造方法，尤其是關於一種可抑止受光感度下降或混色之固體攝像元件、攝像裝置、電子裝置及製造方法。
先前，於數位靜態相機或數位攝錄影機等之攝像裝置中，搭載有以CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)影像感測器為代表之固體攝像元件。
圖1係顯示先前之一般固體攝像元件之剖面圖。
該固體攝像元件10係自光之入射側依序積層覆晶透鏡(on chip lens)11、彩色濾光片12、遮光部13及感測器部14等而構成。再者，於覆晶透鏡11係由SiN等之高折射率之無機膜形成之情形時，於覆晶透鏡11與彩色濾光片12之間，設置用於消除彩色濾光片12之階差之平坦化層15。
於該固體攝像元件10中，藉由覆晶透鏡11使入射光於下層側聚光，且經由彩色濾光片12入射至感測器部14，並以感測器部14進行光電轉換。
不過，於一般之固體攝像元件10中，與各像素分別對應之覆晶透鏡11係藉由相同之材料於橫向一體化連接而形成。起因於此，如該圖所示，入射至覆晶透鏡11之與某像素對應之區域之光中，可能存在洩漏至鄰附像素而未到達原本應入射之感測器部14，而入射至鄰近像 素之感測器部14者。由於此種現象係與受光感度之下降或混色之惡化相關聯，故需要一些對策。
因此，作為上述現象之對策，本申請人提案有一種於一體形成之覆晶透鏡11之與各像素對應之區域之邊界設置溝槽之固體攝像元件(例如參照專利文獻1)。
圖2係上述對策所實施之固體攝像元件之剖面圖。
該固體攝像元件20係以覆晶透鏡11之與各像素對應之區域之邊界之溝槽21使光全反射。因此，可防止入射光自原本應入射之像素之感測器部14洩漏至鄰近像素之感測器部14，而可抑止混色。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-270679
然而，如圖2所示於覆晶透鏡11設置溝槽21之步驟中，通常使用光微影技術。於使用光微影技術之情形時，於溝槽21之位置之重合容易產生偏移。
又，因溝槽21之寬度為數百nm，於覆晶透鏡11所佔之溝槽21寬度變得較寬，致使覆晶透鏡11之面積變窄，故聚光效率惡化。
又，例如如圖3所示，於設置有溝槽21之覆晶透鏡11上，成膜有材質與覆晶透鏡11不同之其他材質膜31之固體攝像元件30中，該其他材質會進入溝槽21。該情形時，由於覆晶透鏡11與進入溝槽21之其他材質之折射率之差變小，故設置溝槽21防止入射光洩漏之效果減弱。
再者，如圖1至圖3所示設置有平坦化層15之情形時，由於自覆晶透鏡11至感測器部14之距離增加平坦化層15之量，故感度劣化、缺陷劣化、斜入射特性之惡化等亦可能成為問題。
本揭示係鑑於此種狀況而完成者，係可抑制固體攝像元件之感度劣化者。
本揭示之第1態樣之固體攝像元件係包含：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；及透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且上述透鏡係未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
可於上述透鏡中空出狹縫，且上述狹縫之上側被蓋住。
可於上述彩色濾光片與上述透鏡之間設置折射率調整膜。
上述折射率調整膜可為SiON。
可於上述透鏡之各像素之對應之區域之邊界空出上述狹縫。
上述狹縫之上側可由與上述透鏡相同之上述特定透鏡材料或與上述透鏡材料不同之SiON蓋住。
上述特定之透鏡材料可為SiN。
上述固體攝像元件可為表面照射型或背面照射型之影像感測器。
本揭示之第1態樣之固體攝像元件係可於上述透鏡之上層進而具備折射率比上述特定之透鏡材料小之材料之膜。
上述固體攝像元件可為CSP構造。
上述狹縫之寬度可設為小於100nm。
本揭示之第2態樣之攝像裝置係搭載有固體攝像元件之攝像裝置，上述固體攝像元件具備：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；及透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階 差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
本揭示之第3態樣之電子裝置係具有攝像部之電子裝置，搭載於上述攝像部之固體攝像元件係具備：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；及透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
於本揭示之第1至第3態樣中，由透鏡所聚光之入射光未經由平坦化層，而是經由彩色濾光片入射至感測器部。
本揭示之第4態樣之製造方法係固體攝像元件之製造方法，該固體攝像元件具備：感測器部，其根據入射光產生電性信號；及透鏡，其用於使上述入射光聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且於上述透鏡中空出狹縫，上述狹縫之上側被蓋住；上述製造方法係進行下述步驟：使上述透鏡材料之層於每個像素中成形為半球狀；藉由於已成形為上述半球狀之上述透鏡材料上進而積層相同之上述透鏡材料，而增加上述半球狀之上述透鏡材料之尺寸；對尺寸增加後之與各像素對應之上述半球狀之上述透鏡材料之接合區域進行蝕刻空出上述狹縫；及於空出上述狹縫之上述透鏡材料上進行成膜。
於本揭示之第4態樣中，係進行下述步驟：使透鏡材料之層於每個像素中成形為半球狀；藉由於成形為上述半球狀之上述透鏡材料上進而積層相同之上述透鏡材料，而增加上述半球狀之上述透鏡材料之尺寸；對尺寸增加後之與各像素對應之上述半球狀之上述透鏡材料之接合區域進行蝕刻空出上述狹縫；及於已空出上述狹縫之上述透鏡材料上進行成膜。
根據本揭示之第1至第3態樣，可抑止感度劣化。
根據本揭示之第4態樣，可製造能夠抑止感度劣化之固體攝像元件。
10‧‧‧固體攝像元件
11‧‧‧覆晶透鏡
12‧‧‧彩色濾光片
13‧‧‧遮光部
14‧‧‧感測器部
15‧‧‧平坦化層
20‧‧‧固體攝像元件
21‧‧‧溝槽
30‧‧‧固體攝像元件
31‧‧‧其他材質膜
50‧‧‧固體攝像元件
51‧‧‧狹縫
60‧‧‧固體攝像元件
70‧‧‧固體攝像元件
80‧‧‧固體攝像元件
81‧‧‧折射率調整膜
AA’‧‧‧線
BB’‧‧‧線
S1~S5‧‧‧步驟
圖1係先前之一般固體攝像元件之剖面圖。
圖2係於先前之覆晶透鏡中設置溝槽之固體攝像元件之剖面圖。
圖3係於覆晶透鏡上成膜其他材質膜之固體攝像元件之剖面圖。
圖4係本揭示之第1實施形態之固體攝像元件之剖面圖。
圖5係本揭示之第1實施形態之固體攝像元件之俯視圖。
圖6係顯示狹縫引起之全反射角之圖。
圖7係顯示狹縫之長度與受光感度之關係之圖。
圖8係說明狹縫之形成處理之流程圖。
圖9A-E係用於說明狹縫之形成處理之過程之圖。
圖10係本揭示之第2實施形態之固體攝像元件之剖面圖。
圖11係本揭示之第3實施形態之固體攝像元件之剖面圖。
圖12係本揭示之第4實施形態之固體攝像元件之剖面圖。
以下，針對用於實施本揭示之最佳之形態(以下稱為實施形態)，一面參照圖式一面進行詳細說明。
[本揭示之第1實施形態之固體攝像元件50之構成例]
圖4係顯示本揭示之第1實施形態之固體攝像元件50之剖面圖。對該固體攝像元件50之構成要素中與圖1之固體攝像元件10共通之構成要素附註共通符號。
固體攝像元件50係自光入射之側依序積層覆晶透鏡11、平坦化層15、彩色濾光片12、遮光部13及感測器部14而構成，於覆晶透鏡11之內部之與各像素對應之區域之邊界空出有狹縫51。
另，雖省略圖示，但亦可於設置有狹縫51之覆晶透鏡11上，成膜折射率比覆晶透鏡11小之樹脂材料等之膜。
圖5係該固體攝像元件50之俯視圖。如該圖所示，狹縫51設置於覆晶透鏡11之與於上下左右鄰接之像素對應之區域之邊界。換言之，覆晶透鏡11之與各像素對應之區域係由狹縫51所包圍。
其中，圖4所示之剖面圖係圖5所示之線AA’之剖面，於圖5所示之線BB’之剖面(未圖示)中不存在狹縫51。
於固體攝像元件50中，藉由覆晶透鏡11使入射光於下層側聚光，且經由彩色濾光片12入射至感測器部14，並以感測器部14進行光電轉換。
另，固體攝像元件50之狹縫51與圖2所示之固定攝像元件20之溝槽21之差異在於，狹縫51與溝槽21相比足夠窄。具體而言，藉由光微影技術形成之溝槽21之寬度為數百nm，相對於此，藉由電漿蝕刻(EB)形成之狹縫51之寬度為數nm。另，狹縫51之寬度設為小於百nm時較為理想。
又，溝槽21係其上方開放，相對於此，狹縫51係藉由與覆晶透鏡11相同之材料等蓋住其上方。另，關於狹縫51之形成，將參照圖8及圖9予以後述。
圖6係顯示狹縫51引起之全反射角。於將覆晶透鏡11與狹縫51(即空氣)之折射率分別設為n1、n2、將全反射角設為θ1之情形時，可知有以下關係。
sin θ1>n2/n1
例如，覆晶透鏡11使用先前之一般材料之情形時，全反射角θ1成43度，覆晶透鏡11使用SiN之情形時，全反射角θ1成30度。
圖7係顯示驗證了狹縫51之長度(深度)與受光感度之關係之結果。由該圖明確可知，狹縫51之長度越長，受光感度越佳。
[製造方法]
接著，針對本揭示之實施形態之固體攝像元件50之狹縫51之形成處理，參照圖8及圖9進行說明。
圖8係說明固體攝像元件50之狹縫51之形成處理之流程圖。圖9係用於說明形成狹縫51之步驟之固體攝像元件50之剖面圖。其中，於圖9中，省略了固體攝像元件50之較彩色濾光片12更下層側之圖示。
於步驟S1中，如圖9之A所示，於彩色濾光片12之上層設置平坦化層15，且於該平坦化層15之上層形成作為覆晶透鏡11之高折射率之透鏡材料(例如SiN)之層。再者，於該透鏡材料之層之上，藉由光微影技術形成半球狀之透鏡形狀。
於步驟S2中，如圖9之B所示，藉由乾式蝕刻，將由步驟S1所形成之該透鏡形狀轉印至透鏡材料。
於步驟S3中，如圖9之C所示，於透鏡形狀之透鏡材料上，進而積層相同之透鏡材料之層。於積層該膜之過程中，透鏡材料之半球逐漸變大，且於半球彼此接合之位置(即設置狹縫51之位置)正確地形成膜質較脆之透鏡材料接合區域。
另，於圖9之C中，雖然描繪了用以顯示步驟S2中經轉印至透鏡材料之半球狀之部位、與步驟S3中經積層之部位之邊界之線，但因實際上係藉由相同材料所成形，故不存在光學邊界。關於以下之圖9D及圖9E亦相同。
於步驟S4中，如圖9D所示，藉由蝕刻而於半球彼此接合之透鏡材料接合區域空出狹縫51。另，透鏡材料接合區域由於膜質較脆，故可藉由蝕刻快速且容易地空出狹縫51。又，因透鏡材料接合區域正確地存在於半球狀彼此之邊界，且該透鏡材料接合區域被蝕刻，故可藉自對準而形成狹縫51。
於步驟S5中，如圖9之E所示，於狹縫51上藉由相同之透鏡材料 進行成膜且蓋住狹縫51之上部。再者，亦可於具有上側被蓋住之狹縫51之覆晶透鏡11之上層，藉由與相同之透鏡材料不同之原材料(例如SiON)成膜，亦可於其上層形成樹脂模。以上，結束狹縫51之形成處理之說明。
如以上說明般設置有狹縫51之固體攝像元件50係可使圖1所示之固體攝像元件10中於覆晶透鏡11之內部洩漏至鄰近像素之光被狹縫51全反射而入射至原先之像素之感測器部14。因此，可提高受光感度且抑止混色。
又，藉由蓋住狹縫51之上側，可抑止如圖2所示之固體攝像元件20般覆晶透鏡11之面積變窄而使聚光效率下降。
又，亦可如圖3之固體攝像元件30般於覆晶透鏡11上，成膜折射率比透鏡材料小之其他材料。於該情形時，亦因藉由蓋住狹縫51之上側，而不會使該其他材料進入至狹縫51，故可防止狹縫51引起之全反射效果之下降。
[本揭示之第2實施形態之固體攝像元件60之構成例]
圖10係顯示本揭示之第2實施形態之固體攝像元件60之剖面圖。該固體攝像元件60係自圖4之固體攝像元件50省略了平坦化層15者。
即，固體攝像元件60係於彩色濾光片12上直接形成覆晶透鏡11。另，關於固體攝像元件60亦可於設置有狹縫51之覆晶透鏡11上，成膜折射率比覆晶載透鏡11小之樹脂材料等之膜。
固體攝像元件60與固體攝像元件50相比，以平坦化層15所省略之量，拉近覆晶透鏡11與感測器部14之距離，因而可抑止感度劣化、缺陷劣化、斜入射特性之惡化等。
另，關於固體攝像元件60之製造方法，因與上述固體攝像元件50之製造方法相同，故而省略其說明。
[本揭示之第3實施形態之固體攝像元件70之構成例]
圖11係顯示本揭示之第3實施形態之固體攝像元件70之剖面圖。該固體攝像元件70係自圖1之固體攝像元件10省略了平坦化層15者。
即，固體攝像元件70係於彩色濾光片12上直接形成覆晶透鏡11。另，關於固體攝像元件70亦可成膜折射率比覆晶透鏡11小之樹脂材料等之膜。
由於固體攝像元件70並非如上述第1及第2實施形態般於覆晶透鏡11內設置狹縫51，故無法獲得提高受光感度，或抑止混色之效果。然而，與圖1所示之固體攝像元件10相比，以平坦化層15所省略之量，拉近覆晶透鏡11與感測器部14之距離，因而可抑止感度劣化、缺陷劣化、斜入射特性之惡化等。
另，關於固體攝像元件70之製造方法，因除了省略設置狹縫51之步驟以外，與上述固體攝像元件50之製造方法相同，故而省略其說明。
[本揭示之第4實施形態之固體攝像元件80之構成例]
圖12係顯示本揭示之第4實施形態之固體攝像元件80之剖面圖。該固體攝像元件80係自圖1之固體攝像元件10省略了平坦化層15者，且，係於彩色濾光片12之上層，設置有具有覆晶透鏡11之折射率與彩色濾光片12之折射率之中間折射率之SiON等之折射率調整膜81者。
即，固體攝像元件80係於彩色濾光片12上形成折射率調整膜81，且於其上形成覆晶透鏡11。另，關於固體攝像元件80亦可成膜折射率比覆晶透鏡11小之樹脂材料等之薄膜。
由於固體攝像元件80並非如上述之第1及第2實施形態般於覆晶透鏡11內設置狹縫51，故無法獲得提高受光感度或抑止混色之效果。然而，與圖1所示之固體攝像元件10相比，以平坦化層15所省略之量，拉近覆晶透鏡11與感測器部14之距離，因而可抑止感度劣化、缺陷劣化、斜入射特性之惡化等。又，因藉由設置折射率調整膜81，可 抑止界面反射，故可期待感度提高。另，於第1及第2實施形態中亦可設置折射率調整膜81。
另，關於固體攝像元件70之製造方法，因除了追加在彩色濾光片12上設置折射率調整膜81之步驟、及省略設置狹縫51之步驟以外，與上述之固體攝像元件50之製造方法相同，故而省略其說明。
另，本實施之第1至第4形態之固體攝像元件50、60、70、80係亦可對表面照射型或背面照射型之任一者之影像感測器應用者。又，亦可應用於採用CSP(chip size package：晶片尺寸封装)構造之情形。
再者，本實施之第1至第4形態之固體攝像元件50、60、70、80係除了數位靜態相機或數位攝錄影機等之攝像裝置以外，可應用於具備攝像部之任意電子裝置。
另，本揭示之實施形態並非限定於上述實施形態，在未脫離本揭示之主旨之範圍內，可進行各種變更。
另，本技術亦可採取如下所述之構成。
(1)
一種固體攝像元件，其具備：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；及透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且係以特定之透鏡材料形成之積層膜成形；且上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
(2)
如上述(1)之固體攝像元件，其中於上述透鏡中空出狹縫，且上述狹縫之上側被蓋住。
(3)
如上述(1)或(2)之固體攝像元件，其中於上述彩色濾光片與上述透鏡之間設置有折射率調整膜。
(4)
如上述(2)之固體攝像元件，其中上述折射率調整膜係SiON。
(5)
如上述(1)至(4)中任一項之固體攝像元件，其中於上述透鏡之各像素對應之區域之邊界空出上述狹縫。
(6)
如上述(1)至(5)中任一項之固體攝像元件，其中上述狹縫之上側係藉由與上述透鏡相同之上述特定透鏡材料或與上述透鏡材料不同之SiON蓋住。
(7)
如上述(6)之固體攝像元件，其中上述特定透鏡材料係SiN。
(8)
如上述(1)至(7)中任一項之固體攝像元件，其中上述固體攝像元件係表面照射型或背面照射型之影像感測器。
(9)
如上述(1)至(8)中任一項之固體攝像元件，其中於上述透鏡之上層進而具備折射率比上述特定之透鏡材料小之材料之膜。
(10)
如上述(1)至(9)中任一項之固體攝像元件，其中上述固體攝像元件係CSP構造。
(11)
如上述(2)至(10)中任一項之固體攝像元件，其中上述狹縫寬度係小於100nm。

Claims (15)

  1. 一種固體攝像元件，其包含：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且上述透鏡包含具有由透鏡材料形成之第1層、第2層及第3層之積層膜；及狹縫，其係由上述透鏡材料所完全包圍的中空所定義，且上述狹縫係用以反射上述入射光至上述感測器部；且上述第1層係位於上述彩色濾光片上，上述第2層係位於上述第1層上，上述第3層係位於上述第2層上；觀視其剖面時，上述狹縫之第1側、第2側及第3側係由上述第2層所定義，上述狹縫之第4側係由上述第3層所定義；上述狹縫之寬度係小於100nm。
  2. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
  3. 如請求項1之固體攝像元件，其中於上述彩色濾光片與上述透鏡之間設置有折射率調整膜。
  4. 如請求項3之固體攝像元件，其中上述折射率調整膜係SiON。
  5. 如請求項1之固體攝像元件，其中於各像素對應之區域之邊界之上述透鏡材料空出上述狹縫。
  6. 如請求項1之固體攝像元件，其更包含：第4層，其位於上述第3層上，其中上述第1層、上述第2層及上述第3層係由第1材料所形成，上述第4層係由與上述第1材料不同之第2材料所形成。
  7. 如請求項6之固體攝像元件，其中上述第1材料係SiN，上述第2材料係SiON。
  8. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述固體攝像元件係表面照射型或背面照射型之影像感測器。
  9. 如請求項1之固體攝像元件，其中於上述透鏡之上層進而包含折射率比上述透鏡材料小之材料之膜。
  10. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述固體攝像元件係CSP(chip size package：晶片尺寸封装)構造。
  11. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述中空之折射率係低於上述透鏡。
  12. 一種攝像裝置，其係搭載有固體攝像元件者；且上述固體攝像元件包含：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且上述透鏡包含具有由透鏡材料形成之第1層、第2層及第3層之積層膜；及狹縫，其係由上述透鏡材料所完全包圍的中空所定義，且上述狹縫係用以反射上述入射光至上述感測器部；且上述第1層係位於上述彩色濾光片上，上述第2層係位於上述第1層上，上述第3層係位於上述第2層上；觀視其剖面時，上述狹縫之第1側、第2側及第3側係由上述第2層所定義，上述狹縫之第4側係由上述第3層所定義；上述狹縫之寬度係小於100nm。
  13. 如請求項12之攝像裝置，其中上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
  14. 一種電子裝置，其係包含攝像部者；且搭載於上述攝像部之固體攝像元件包含：感測器部，其根據入射光產生電性信號；彩色濾光片，其覆蓋上述感測器部；透鏡，其用於使上述入射光經由上述彩色濾光片聚光於上述感測器部，且上述透鏡包含具有由透鏡材料形成之第1層、第2層及第3層之積層膜；及狹縫，其係由上述透鏡材料所完全包圍的中空所定義，且上述狹縫係用以反射上述入射光至上述感測器部；且上述第1層係位於上述彩色濾光片上，上述第2層係位於上述第1層上，上述第3層係位於上述第2層上；觀視其剖面時，上述狹縫之第1側、第2側及第3側係由上述第2層所定義，上述狹縫之第4側係由上述第3層所定義；上述狹縫之寬度係小於100nm。
  15. 如請求項14之電子裝置，其中上述透鏡未設置用於消除上述彩色濾光片之階差之平坦化層而形成於上述彩色濾光片之上層。
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