专利名称：固体摄像装置、其制造方法和摄像机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体摄像装置和摄像机(camera)，该固体摄像装置具有位于半导体基板上的多个受光部、形成在与各个受光部相对应的层内的透镜、以及滤色器。
背景技术：
近年来，随着固体摄像装置的芯片尺寸的小型化和象素数的增大，数字摄像机、数字电影摄像机、带有摄像机的便携式电话等不断地小型化、高性能化。
现有的固体摄像装置，不仅使固体摄像装置的芯片尺寸小型化并增大象素数，而且为了提高感光度在各个受光部中包括光学微透镜。
以往，仅在芯片的最表面部分形成有微透镜，随着形成更微小的象素尺寸，仅最表面部分的微透镜不能得到足够的聚光效果。为此，公知一种通过在最表面部分的微透镜和受光部之间形成层内透镜来进一步提高聚光效果的固体摄像装置。
此外，数字静止摄像机和带有摄像机的便携式电话等，伴随着摄像机的小型化，不断趋向于出射光瞳短距离化。这里，出射光瞳是从受光面侧看见的透镜(或光圈)的虚像，出射光瞳距离是受光面和透镜的虚像点之间的距离。
图1是用于说明出射光瞳距离的、便携式电话等的摄像机部分的剖视图。在该图中，在便携式电话机的框架81上安装有透镜80，在便携式电话机内部包括作为固体摄像装置的CCD图像传感器82。出射光瞳距离D是透镜80的虚像点和CCD图像传感器82之间的距离。由于出射光瞳短距离化，虽然光垂直入射到受光面的中央部分，但是在受光面的周围部分不是入射垂直光而是入射斜光。
图2A、图2B是表示例如日本专利申请特开平11-40787号公报等的现有的固体摄像装置中的受光部和微透镜的位置关系的剖视图。图2A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图2B表示摄像区的周围部分。此外，图中的箭头线表示入射光。固体摄像装置具有半导体基板101、形成在半导体基板101中的受光部102、由传送电极和遮光膜构成的传送电极部103、层内凸透镜104、用于使受光部102、传送电极部103和层内凸透镜104的表面平坦化的平坦化膜105、红色、绿色、蓝色的滤色器106R、106G、106B、微透镜下平坦化膜107、以及微透镜108。如图中的箭头线所示，与摄像区的中央部分入射光几乎垂直的射进来相比，出射光瞳距离越短周围部分讲越倾斜地射进来。
图3是表示现有的层内凸透镜的形成方法的图。如图3(a)所示，利用等离子CVD法使透明材料151(例如等离子体氮化膜)形成薄膜。接下来，如图3(b)所示，通过借助于掩模在该透明材料151上使抗蚀剂形成图案，再进行软熔(リフロ一)处理形成上方凸起状图案152。最后如图3(c)所示，通过以该上方凸起状图案作为掩模，蚀刻透明材料151并复制形状，形成图3(d)的层内凸透镜。
然而，根据上述现有技术，由于形成在最表面部分的微透镜和层内透镜由与颜色排列无关的相同形状、相同材料形成，所以具有由于波长而产生聚光效果不同，感光度和色再现性恶化的问题。
而且，根据上述现有技术，具有伴随着出射光瞳距离的缩短在摄像区周围部分产生颜色不均匀(色调发暗)的问题。即，具有在图像的周边部分白平衡散乱且将会带有颜色的问题。
之所以这样是因为在每个颜色即波长中，层内透镜和微透镜的折射率不同，由于该折射率的不同，每个颜色排列的受光面的聚光状态产生差异的缘故。在受光面上不能足够聚光而变宽的情况下，入射光容易从受光部区域偏离，感光度降低。在每个颜色排列的受光面的聚光状态具有差异的情况下，每个颜色产生感光度差并产生颜色不均匀(色调发暗)。
发明内容
因此，本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种固体摄像装置及其制造方法，其即使在更微小的象素尺寸中，也可以不损失每个颜色排列的聚光效果，提高感光度，提高色再现性，此外，防止在摄像区的周围部分中颜色不均匀(色调发暗)的产生并适于出射光瞳距离的缩短化。
为了实现上述目的，本发明的固体摄像装置包括进行光电转换的多个受光部，和对应于多个受光部、具有各个颜色部从多个颜色中选择任意一种颜色的多个颜色部，上述各个颜色部具有与其颜色对应的特性，其它颜色的颜色部具有不同的上述特性，上述特性是曲率形状和折射率中的至少一个。
此外，本发明的固体摄像装置在半导体基板上具有多个受光部、与各个上述多个受光部相对应地形成在该受光部上的滤色器、在上述受光部上设置在比上述滤色器更下层的层内透镜，其特征在于上述层内透镜根据对应的上述滤色器的颜色，曲率形状不同。
此外，本发明的固体摄像装置在半导体基板上具有多个受光部、与各个上述多个受光部相对应地形成在该受光部上的滤色器、在上述受光部上设置在比上述滤色器更下层的层内透镜，其特征在于上述层内透镜和形成在层内透镜的正上层的膜中的至少一个根据对应的上述滤色器的颜色，折射率不同。
由此，即使在摄像区的周边部分，无论是哪一种颜色都可以在受光部同样地聚光。即，无论是在比受光面深的位置还是浅的位置，无论是对应于哪种颜色的受光部，在受光面中都可以成为最聚光的状态。结果，可以防止颜色不均匀(色调发暗)的产生。所以，可以容易地实现出射光瞳距离的缩短化。
此外，上述层内透镜也可以是上方凸起状或上方凹进状的形状。
此外，优选上述层内透镜具有上方凸起状的形状，上述各个滤色器具有红、绿、蓝中的任何一种颜色，上述层内透镜的形状按照红色、绿色、蓝色的顺序曲率变小。
此外，优选上述层内透镜具有上方凹进状的形状，上述各个滤色器具有红、绿、蓝中的任何一种颜色，形成在上述层内透镜的正上层的膜的折射率按照红色、绿色、蓝色的顺序变小。
此外，特征在于形成在上述层内透镜的正上层的膜的至少一部分由颜色材料形成，具有作为透过特定光波长波段的滤色器的功能。由此，可以成为更简化的处理。
这里，优选通过使用根据上述各个滤色器的颜色改变掩模上的图案的灰阶掩模(gradation mask)进行曝光和显像，以形成上述层内透镜。
此外，本发明的固体摄像装置在半导体基板上具有多个受光部、与各个上述多个受光部相对应地具有从多个颜色中选择的任何一种颜色的层内透镜，其特征在于上述层内透镜根据该层内透镜的颜色曲率形状或折射率不同。
此外，根据本发明的固体摄像装置的制造方法，其特征在于通过按每个颜色排列改变掩模上的图案从而按每个颜色排列改变形成在上述层内的透镜的形状。这里，优选通过使用根据该层内透镜的颜色改变掩模上的图案的灰阶掩模进行曝光和显像，以形成该层内透镜。
这样，由于通过按每个颜色排列改变掩模上的图案来形成透镜，因此可以不增加工序数地形成。此外容易改变形状。
而且，根据本发明的摄像机，其特征在于包括根据本发明的固体摄像装置。
由此，可以实现具有优良的感光度、色再现性，而且颜色不均匀较少的固体摄像装置和摄像机。
根据如上说明的本发明的固体摄像装置，可以不损害任何一种颜色的聚光效果而提高感光度、提高色再现性。此外，即使在摄像区的周边部分，无论是哪种颜色都可以在受光部同样地聚光。即，无论是在比受光面深的位置还是浅的位置，无论对应于哪种颜色的受光部在受光面中都可以成为最聚光的状态。结果，可以防止颜色不均匀(色调发暗)的产生。所以，可以容易地实现出射瞳距离的缩短化。
本发明的这些和其它的目的，优点和特征将从结合附图的下述描述中变得更明白，其中这些附图表示本发明的特定实施方式。
在附图中图1是用于说明出射光瞳距离的便携式电话机等的摄像机部分的剖视图。
图2A、2B是表示现有的固体摄像装置的剖面的图。
图3是表示现有的固体摄像装置的制造方法的图。
图4A、4B是表示本发明的实施方式中的固体摄像装置的剖面的图。
图5A、5B是表示第一变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图6是表示第二变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图7A、7B是表示第三变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图8是表示第四变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图9是表示第五变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图10A、10B是表示第六变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图11A、11B是表示第七变形例中的固体摄像装置的剖面的图。
图12是表示本发明的实施方式中的固体摄像装置的制造方法的图。
具体实施例方式
(实施方式1)图4A、4B是表示本发明的实施方式中的固体摄像装置的剖面的图。图4A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图4B表示摄像区的周边部分。此外，图中的箭头线表示入射光。
如该图所示，该固体摄像装置具有半导体基板1、形成在半导体基板1中的受光部2、传送电极部3、由对可视光透明的等离子体氮化膜(折射率n＝1.9)形成的按每个颜色排列大小不同的层内凸透镜4R、4G、4B、由对可视光透明的丙稀树脂(折射率n＝1.5)形成的平坦化膜5、滤色器6R、6G、6B、微透镜下平坦化膜7、由对可视光透明的丙稀树脂形成的微透镜8。通过该结构，利用空气和微透镜8的折射率差起到聚光透镜的作用。并且利用平坦化膜5和层内凸透镜4的折射率差起到聚光透镜的作用。这里，形成微透镜8的丙稀树脂由于波长的不同折射率也不同。通常，由于波长越短，折射率越高，所以按照红、绿、蓝的顺序，微透镜8的聚光效果变强。因此，为了在无论对应于哪一种颜色的受光部都使受光面中成为最聚光的状态，在层内凸透镜4R、4G、4B的底面部相同的情况下，通过使高度按每个颜色排列而不同，即，在这种情况下，按照4R、4G、4B的顺序，通过降低高度，减小曲率，使对应于红色的滤色器6R的受光部2、对应于绿色的滤色器6G的受光部2和蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。此外，即使在摄像区的周边部分，通过构成为这种结构，无论是哪一种颜色，都可以在受光部同样地聚光。
图5A、5B是表示本发明的第一变形例中的固体摄像装置的剖面的图。图5A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图5B表示摄像区的周边部分。此外，图中的箭头线表示入射光。
如该图表示的，与图4A、4B的不同点是构成为包括不仅层内凸透镜的高度变化，而且宽度也变化的层内凸透镜14R、14G、14B。通过这样改变宽度，并控制曲率，可以构成为更有效地使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。此外，即使在摄像区的周边部分，通过这样的结构，无论在哪一种颜色都可以在受光部同样地聚光。
在图4A、4B、5A、5B的固体摄像装置中，虽然构成为层内凸透镜的高度和宽度按每个颜色排列变化，但是只要构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致，也可以构成为曲率按每个颜色排列变化，还可以构成为形状按每个颜色排列变化。
图6是表示本发明的第二变形例中的固体摄像装置的剖面的图。该图中的箭头线表示入射光。
如该图表示的，与图4A、4B的实施方式的不同点是构成为包括不仅层内凸透镜的形状，而且材料也不同的层内凸透镜24R、24G、24B。通过这样按每个颜色排列设置材料即折射率不同的层内凸透镜24R、24G、24B，即，在该情况下，通过按照24R、24G、24B的顺序，选择折射率逐渐降低的材料，可以构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。
图7A、7B是表示本发明的第三变形例中的固体摄像装置的剖面的图。图7A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图7B表示摄像区的周边部分。此外，图中的箭头线表示入射光。
如该图所示，与图4A、4B的实施方式的不同点是层内凸透镜的大小相同，而在其上形成的平坦化膜按每个颜色排列的材料(折射率)不同。通过这样选择性地使平坦化膜形成图案，可以容易地形成。通过设置这种按每个颜色排列、材料即折射率不同的平坦化膜25R、25G、25B，即，在该情况下，通过按照25R、25G、25B的顺序，选择折射率逐渐变高的材料，构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。此外，即使是在摄像区的周边部分，通过这样构成，无论哪一种颜色都可以在受光部同样地聚光。
图8是表示本发明的第四变形例中的固体摄像装置的剖面的图。图中的箭头线表示入射光。
如该图所示，与图7A、7B的不同点是平坦化膜25的一种颜色以上是色材料。如果无论哪一种颜色都可以在受光部同样地聚光，则可以在平坦化膜上选择性地选择色材料。通过这样构成，可以实现工序的简略化。
此外，图7A、7B、8A、8B的固体摄像装置，虽然构成为具有层内凸透镜，但是勿庸置疑，即使构成为具有层内上方凹进透镜，通过按每个颜色排列来改变形成在层内上方凹进透镜上的平坦化膜的材料，即折射率，也可以具有同样的效果。在图9中示出了其一个例子。
图9是表示本发明的第五变形例中的固体摄像装置的剖面的图。图中的箭头线表示入射光。构成为在层内上方凹进透镜34上按每个颜色排列设置材料、即折射率不同的平坦化膜35R、35G、35B。
图10A、10B是表示本发明的第六实施方式中的固体摄像装置的剖面的图。图10A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图10B表示摄像区的周边部分。此外，图中的箭头线表示入射光。
如该图所示，与图4A、4B的实施方式的不同点是层内凸透镜的大小相同，而滤色器具有作为聚光透镜的功能，兼作该聚光透镜的滤色器按每种颜色而形状不同。滤色器由在丙稀类树脂中分散了颜料的材料形成，其折射率n为1.55。可以利用由在可视光下透明的丙稀树脂(折射率n＝1.5)形成的平坦化膜5和微透镜下平坦化膜7的折射率差来起到聚光透镜的作用。
通过这样设置按每种颜色形状不同的滤色器46R、46G、46B，即在该情况下，通过按照46B、46G、46R的顺序，减小曲率，并使其更圆，来构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。此外，即使在摄像区的周边部分，通过这样的构成，无论哪一种颜色，在受光部都可以同样地聚光。
此外，图10A、10B的固体摄像装置，虽然构成为按每种颜色使作为聚光透镜的滤色器的形状变化，但是只要构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致，也可以构成为按每种颜色改变材料(折射率)。
图11A、11B表示本发明的第七变形例中的固体摄像装置的剖面的图。图11A表示受光部配置成二维状的摄像区的中央部分，图11B表示摄像区的周边部分。此外，图中的箭头线表示入射光。
如该图所示出的，与图4A、4B和图10A、10B的实施方式的不同点是不仅层内凸透镜的高度不同，而且兼作聚光透镜的滤色器按每个颜色，形状也不同。通过这样按每个颜色排列改变多个聚光透镜的形状，可以构成为更有效地使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致。此外，即使在摄像区的周边部分，通过这样构成，无论是哪种颜色，在受光部都可以同样地聚光。此外，可以使特性更稳定化、期待进一步地感光度提高、色再现性提高以及颜色不均匀的改善。
此外，图11A、11B的固体摄像装置，虽然构成为层内凸透镜和兼作聚光透镜的滤色器按每个颜色而形状不同，但是只要可以构成为使对应于红色滤色器6R的受光部2、对应于绿色滤色器6G的受光部2、以及蓝色的滤色器6B处的聚光状态一致，也可以构成为层内凸透镜和微透镜按每个颜色排列改变形状，还可以构成为层内凸透镜和兼作聚光透镜的滤色器以及微透镜这三个聚光透镜按每个颜色排列改变形状或材料(折射率)。
(固体摄像装置的制造方法)图12是按照制造工序的顺序表示本实施方式中的固体摄像装置的制造方法的剖面的图。下面针对该制造工序进行说明。
首先，如图12(a)所示，利用等离子CVD法使透明材料51(例如等离子体氮化膜)形成薄膜。接下来，如图12(b)所示，通过借助于按每个颜色排列图案形状不同的掩模在该透明材料51上使抗蚀剂形成图案，再进行软熔处理，形成上方凸起状的图案52。在本实施方式中，通过使用灰阶掩模，可以容易地按每个颜色排列改变高度。最后，如图12(c)所示，以该上方凸起状图案作为掩模，通过蚀刻并复制透明材料51，形成图12(d)的形状按每个颜色排列而不同的层内凸透镜。
此外，在图12中，虽然示出的是层内凸透镜的高度变化的例子，但是如图5A、5B所示地改变宽度时，只要使用按每个颜色排列而改变图案的掩模就可以。此外，虽然图12中使用凸透镜，但是也可以通过变更灰阶掩模的图案，成为凹透镜形状。
根据如上所述的本发明的实施方式中的固体摄像装置的制造方法，可以简单地形成按每个颜色排列形状不同的层内凸透镜，由此，由于无论在摄像区的中心部分还是周边部分，无论哪个滤色器透过的光都聚光在受光面，所以不会由于颜色而产生聚光率差，可防止周边部分的颜色不均匀。
此外，以往实施方式的固体摄像装置虽然由红、绿、蓝三种颜色(原色)的滤色器构成，但是不用说，即使是以黄色、青色、品红色、绿色这四种颜色(补色)来构成滤色器的固体摄像装置，也可以期待同样的效果。
此外，通过使上述的固体摄像装置适用于数字静态摄像机、数字电影摄像机，可以实现具有优良的感光度和色再现性，并且颜色不均匀较少的摄像机。
本发明适用于在半导体基板上形成的多个受光元件中的每一个上具有微透镜和滤色器的固体摄像装置、其制造方法、具有该摄像装置的摄像机，例如适用于CCD图像传感器、MOS图像传感器、数字静态摄像机、带有摄像机的便携式电话机、内置在笔记本电脑中的摄像机、连接在信息处理设备上的摄像机单元等。
虽然已经参考附图以示例方式对本发明进行了充分地描述，但是应当注意对于本领域的技术人员来说可以有各种变化和变形。
因此，除非这种变化和变形脱离了本发明的范围，它们都将被包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种固体摄像装置，包含如下部件多个受光部，各个受光部进行光电转换，和多个颜色部，对应于多个受光部，且各个颜色部具有从多个颜色中选择的任意一个颜色；上述各个颜色部具有与其颜色对应的特性，并具有与其它颜色的颜色部不同的上述特性；上述特性是曲率形状和折射率中的至少一个。
2.根据权利要求1的固体摄像装置，其中上述各个颜色部包含如下部件滤色器，其形成在受光部的上方，具有从多个颜色中选择的任意一个颜色，和层内透镜，其在受光部的上方、并设置在比上述滤色器更靠下方，且其曲率形状根据对应的滤色器的颜色而不同。
3.根据权利要求2的固体摄像装置，其中上述层内透镜具有上方凸起状或上方凹进状的形状。
4.根据权利要求2的固体摄像装置，其中上述颜色部还具有形成在上述层内透镜的上层的膜；多个上述膜中的至少一部分，含有颜色材料并透过特定光波长波段。
5.根据权利要求2的固体摄像装置，其中上述层内透镜具有上方凸起状的形状；上述滤色器中的每一个具有红、绿、蓝中的任意一个颜色；对应于红、绿、蓝的滤色器的层内透镜的曲率，按红、绿、蓝的顺序减小。
6.根据权利要求1的固体摄像装置，其中上述各个颜色部包含如下部件滤色器，其形成在受光部的上方，具有从多个颜色中选择的任意一个颜色，层内透镜，其在受光部的上方、并设置在比上述滤色器更靠下方，和膜，其形成在上述层内透镜的上层；上述层内透镜和上述膜中的至少一个，具有根据对应的上述滤色器的颜色而不同的折射率。
7.根据权利要求6的固体摄像装置，其中上述层内透镜具有上方凸起状或上方凹进状的形状。
8.根据权利要求6的固体摄像装置，其中上述颜色部还具有形成在上述层内透镜的上层的膜；多个上述膜中的至少一部分，含有颜色材料并透过特定的光波长波段。
9.根据权利要求6的固体摄像装置，其中上述层内透镜具有上方凹进状的形状；上述滤色器中的每一个具有红、绿、蓝中的任意一个颜色；对应于红、绿、蓝的滤色器的上述膜的曲率，按红、绿、蓝的顺序减小。
10.根据权利要求1的固体摄像装置，其中上述颜色部包括具有从多个颜色中选择的任意一个颜色的层内透镜；上述层内透镜的上述特性根据其颜色而不同。
11.一种固体摄像装置的制造方法，上述固体摄像装置包括进行光电转换的多个受光部，和对应于多个受光部、具有从多个颜色中选择的任意一个颜色、并具有与该颜色对应的特性的多个颜色部；上述特性是曲率形状和折射率中的至少一个；上述制造方法中，通过使用具有按各个上述颜色部的各颜色而不同的掩模图案的灰阶掩模来进行曝光和显像，从而形成颜色部。
12.根据权利要求11的制造方法，其中上述颜色部具有形成在受光部上、具有从多个颜色中选择的任意一个颜色的滤色器，和在受光部的上方、并设置在比上述滤色器更靠下方、且曲率形状根据对应的滤色器的颜色而不同的层内透镜；上述颜色部的形成中，通过使用根据各个上述滤色器的颜色而改变掩模上的图案的灰阶掩模来进行曝光和显像，从而形成上述层内透镜。
13.根据权利要求11的制造方法，其中上述颜色部包括具有从多个颜色中选择的任意一个颜色的层内透镜；上述层内透镜的上述特性根据其颜色而不同；上述颜色部的形成中，通过使用根据层内透镜的颜色而改变掩模上的图案的灰阶掩模来进行曝光和显像，从而形成层内透镜。
14.一种具有固体摄像装置的摄像机，上述固体摄像装置包含多个受光部，各个受光部进行光电转换，和多个颜色部，对应于多个受光部，且各个颜色部具有从多个颜色中选择的任意一个颜色；上述各个颜色部具有与其颜色对应的特性，并具有与其它颜色的颜色部不同的上述特性；上述特性是曲率形状和折射率中的至少一个。
全文摘要
本发明的固体摄像装置，其在半导体基板上具有多个受光部、对应各个上述多个受光部形成在该受光部上的滤色器、在上述受光部上、并设置在比上述滤色器更下层的层内透镜，上述层内透镜的曲率形状根据对应的上述滤色器的颜色而不同。
文档编号H04N5/374GK1753186SQ20051010690
公开日2006年3月29日 申请日期2005年9月23日 优先权日2004年9月24日
发明者西嘉昭 申请人:松下电器产业株式会社