专利名称：固体摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置，特别是，涉及配备有将光聚光在具有光电变换功能的光接受部上用的透镜的固体摄像装置。
背景技术：
在现有技术中，配备有将光聚光在具有光电变换功能的光接受部上用的透镜的固体摄像装置是公知的。例如，在特开平6-104414号公报公开了这种固体摄像装置。
图27是表示上述特开平6-104414号公报中公开的配备有将光聚光在光接受部用的透镜的现有技术中的固体摄像装置的剖面图。参照图27，现有技术中的固体摄像装置102，包括基板104。在该基板104的表面上，隔开规定的间隔形成多个具有将入射的光变换成电荷信号的光电变换功能的光接收部105。此外，在基板104上，形成具有平坦的上面的钝化层106。在该钝化层106上，以规定的间隔形成用于将光聚光在光接受部105上、而且具有凸形的上面部107a的多个透镜107。该透镜107，以透镜中心107d与光接受部105的中心相一致的方式配置。此外，形成平坦化层108，该层埋入邻接的两个透镜107之间，同时覆盖透镜107的上面部107a。此外，在平坦化层108上，形成滤色片层109。这样，配置在滤色片层109与基板104之间的透镜107，与形成在滤色片层109上的微型透镜不同，被称之为内透镜。此外，在滤色片层109上，以规定的间隔，经过平坦化层110形成多个微型透镜111。
但是，在图27所示的现有技术的固体摄像装置102中，由于在透镜107的上面部107a上，经由平坦化层108形成滤色片层109，所以，存在着固体摄像装置102的高度方向的尺寸，会增大相当于透镜107的上面部107a与滤色片层109的下面之间的平坦化层108的厚度的量。因此，在现有技术的在基板104与滤色片层109之间设置透镜107的固体摄像装置中，存在着很难将其小型化的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题，本发明的目的之一，是提供一种在将透镜设置在基板和滤色片层之间的结构中，能够小型化的固体摄像装置。
为了到达上述目的，根据本发明的一个方案的固体摄像装置，包括形成在基板上的光接受部，形成在基板上的滤色片层，形成在基板与滤色片层之间、将光聚光到光接受部上用的透镜。此外，透镜具有其上为凸形的上面部的同时，上面部的上端部，实质上与滤色片层的下面接触。
在根据该一个方案的固体摄像装置中，如上所述，在基板与滤色片层之间形成将光聚光到光接受部上用的透镜的同时，通过使透镜的上面部的上端部实质上与滤色片层的下面接触，可以使透镜的上面部的上端部与滤色片层的下面之间的距离实质上为0，所以，可以降低固体摄像装置的高度方向的尺寸。从而，可以将基板与滤色片层之间设置透镜的固体摄像装置小型化。
在上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，进一步包括以覆盖透镜的上面部的上端部之外的区域的方式形成的、具有实质上与透镜的上面的上端部高度相同的实质上平坦的上面部的树脂层。同时，滤色片层形成在透镜的上面部的上端部与树脂层的上面部上。根据这种结构，由于可以将滤色片层形成在由透镜的上面部的上端部与树脂层的上面部构成实质上平坦的面上，所以，能够很容易地将滤色片层形成在其上具有凸形的上面部的透镜上。在这种情况下，树脂层可以由包含丙烯酸树脂的材料构成。此外，滤色片也可以由树脂材料构成。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，透镜的上面部的上端部，包含与滤色片层的下面实质上接触的实质上平坦的上端面部。根据这种结构，由于很容易将包含形成滤色片层的透镜上面部的上端部的面平坦化，所以，可以很容易在其上具有凸形的上面部的透镜上形成滤色片。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，透镜的上面部包含实质上没有平坦的部分的上端部，上面部的上端部，实质上与滤色片层的下面接触。根据这种结构，在透镜的上面部包含实质上没有平坦的部分的上端部的情况下，可以使透镜的上面部的上端部与滤色片层下面之间的距离实质上为0。从而，在透镜的上面部包含实质上没有平坦的部分的上端部的情况下，也可以降低固体摄像装置的高度方向的尺寸。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，以透镜中心相对于光接受部的中心偏离规定的距离的方式配置该透镜。根据这种构成，通过调节透镜中心与光接受部的中心的偏离量，以便使从斜的方向入射到透镜上的光的焦点与光接受部一致，可以有效地将从斜的方向入射的光聚光到光接受部上。从而，在利用多个光接受部在基板上形成光接受区域时，与光接受区域的中央部附近相比，在从更倾斜的方向的光入射的光接受区域的端部附近，可以提高透镜的光接受部的聚光效率，所以，可以提高在基板与滤色片层之间设置透镜的固体摄像装置的灵敏度特性。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，进一步包括在邻接的两个光接受部之间的区域的形成在基板与透镜之间的区域上形成的遮光构件，将透镜的下端部，配置在比遮光构件的上端部更靠上方处。根据这种结构，由于配置透镜的横向方向的位置不受遮光构件的限制，所以，可以很容易将透镜的透镜中心相对于光接受部的中心偏离规定的距离地配置。此外，在这种情况下，遮光构件可以用含有Al的材料构成。此外，遮光构件也可以用含有W的材料构成。
在包含上述遮光构件的结构中，优选地，进一步包括与遮光构件的上端部具有相同的高度或更高的高度的实质上具有平坦的上面的平坦化层，将透镜形成在平坦化层的上面上。根据这种结构，由于可以将透镜配置在平坦化层的上面上的任意位置上，所以，可以很容易将透镜的透镜中心相对于光接受部的中心偏离规定的距离配置。
在包含上述平坦化层的结构中，优选地，平坦化层以覆盖遮光构件的方式形成。根据这种结构，由于在以覆盖遮光构件的方式形成平坦化层的固体摄像装置中，可以很容易将透镜的透镜中心相对于光接受部的中心偏离规定的距离配置，所以，可以提高灵敏度特性。
在包含上述平坦化层的结构中，优选地，平坦化层以覆盖遮光构件的侧面及下面的方式形成，遮光构件的上端部与平坦化层的上面实质上具有相同的高度。根据这种结构，与以覆盖整个遮光构件的方式形成平坦化层的情况相比，由于可以降低平坦化层的上面的高度，所以，可以进一步减少固体摄像装置的高度方向的尺寸，并且能够使透镜的透镜中心相对于光接受部的中心偏离规定的距离进行配置。从而，可以进一步使固体摄像装置小型化，而且能够提高固体摄像装置的灵敏度特性。
在包含上述遮光构件的结构中，优选地，进一步配备传输在光接受部获得的电荷信号用的传输门，遮光构件以覆盖传输门的上方的方式设置。根据这种结构，可以很容易利用遮光构件抑制光向传输门上的入射。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，进一步配备由利用多个光接受部形成在基板上的光接受区域，以对应于多个光接受部的每一个的方式设置多个透镜，在光接受区域的端部附近的透镜的透镜中心，与对应的光接受部的中心之间的偏离量，大于位于光接受区域的中央部附近的透镜的透镜中心与对应的光接受部的中心之间偏离量。根据这种结构，在光接受区域的端部附近，与光接受区域的中央部附近相比，可以将从更倾斜的方向入射的光有效地聚光到光接受部上，同时，在光接受区域的中央部附近，可以将接近垂直方向的光聚光到光接受部上。从而，在光接受区域的中央部附近和光接受区域的端部附近，均能提高向光接受部的聚光效率。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，进一步包括由多个光接受部形成在基板上的光接受区域，透镜的透镜中心与对应的光接受部的中心之间的偏离量，从光接受区域的中央部附近起、沿着配置多个光接受部的方向，随着向光接受区域的端部行进，逐渐增大。根据这种结构，可以将从光接受区域的中央部附近起，沿着多个光接受部的配置方向随着向光接受区域的端部行进入射角逐渐增大的光，按照其入射角有效地聚光到光接受部上。从而，可以在包括光接受区域的中央部附近及端部附近的光接受区域的整个区域内，提高向光接受部的光聚光效率。
在这种情况下，优选地，令光接受部与出射光瞳之间的距离为L，令比从光接受部的上面的高度位置起直到邻接的两个透镜的交界部的高度位置的距离大、比从光接受部的上面的高度位置起直到透镜的透镜中心的高度位置的距离小的任意距离为h，令光接受区域内的任意的光接受部的中心与光接受区域的中心之间的距离为a时，利用公式a×h/L求出透镜的透镜中心与对应的光接受部的中心之间的偏离量。根据这种结构，可以很容易利用透镜，将从光接受区域的中心部附近起，沿着多个光接受部的配置方向，随着向光接受区域的端部附近行进，入射角逐渐增大的光，按照其入射角，有效地聚光到光接受部上。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，设置多个透镜，所述多个透镜包括由连续的一个层构成的部分。根据这种结构，由于抑制在邻接的透镜间形成间隙，所以，对应于斜度大的斜向方向倾斜入射光，令多个透镜的透镜中心相对于对应的光接受部的中心偏离较大地配置时，与隔开规定的间隔(间隙)不连续地配置多个透镜时的情况不同，可以抑制在邻接的透镜之间的间隙区域引起的、生成不向光接受部上聚光的入射光的不当之处的产生。从而，在为了使以大斜向方向倾斜的入射光聚光到光接受部上，在使多个透镜的透镜中心相对于对应的光接受部的中心偏离较大地配置时，可以抑制向光接受部上的聚光效率的降低。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，透镜可以由包含SiN的材料构成。
在根据上述一个方案的固体摄像装置中，优选地，进一步配备有设置在滤色片层上的光学透镜。根据这种结构，利用设置在滤色片层上的光学透镜，可以进一步提高聚光效率。
图1是表示本发明的第一种实施方式的固体摄像装置的整体结构的简图。
图2是表示根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置的光接受区域的中央部上的象素部分的结构的剖面图。
图3是说明根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置的光接受区域的结构用的简图。
图4是表示根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置的光接受区域的端部附近处的象素部分的结构的剖面图。
图5是表示根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置中的出射光瞳的结构的示意图。
图6是对根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置中的透镜的偏离量进行说明用的示意图。
图7是表示相对于根据图1所示的第一种实施方式的固体摄像装置、光的入射路径的示意图。
图8是表示相对于根据图4所示的第一种实施方式的固体摄像元件、光的入射路径的剖面图。
图9是表示说明根据图4所示的第一种实施方式的固体摄像元件的效果用的比较例的剖面图。
图10～图12是说明根据本发明的第一种实施方式的固体摄像元件的制造工艺用的剖面图。
图13是说明根据本发明的第一种实施方式的固体摄像装置中，偏离透镜形成时的工艺用的示意图。
图14～图17是说明根据本发明的第一种实施方式的固体摄像元件的制造工艺用的剖面图。
图18是表示在根据本发明的第二种实施方式的固体摄像元件的光接受区域的中央部的象素部分的结构的剖面图。
图19是表示根据发明的第二种实施方式的固体摄像元件的光接受区域的端部附近的象素部分的结构的剖面图。
图20～图23、是说明根据本发明的第二种实施方式的固体摄像元件的制造工艺用的剖面图。
图24是表示在根据本发明的第三种实施方式的固体摄像元件的光接受区域的中央部的象素部分的结构的剖面图。
图25是表示根据发明的第三种实施方式的固体摄像元件的光接受区域的端部附近的象素部分的结构的剖面图。
图26是说明根据本发明的第三种实施方式的固体摄像元件的制造工艺用的剖面图。
图27是表示配备有将光聚光在光接受部上的透镜的现有技术的固体摄像装置的结构的剖面图。
具体实施例方式
下面，根据
本发明的实施方式。
(第一种实施方式)首先，参照图1～图4，对本发明的第一种实施方式的固体摄像装置60的结构进行说明。
根据本发明的第一种实施方式的固体摄像装置60，如图1所示，包括两个光学透镜1a及1b，孔径光阑1c，固体摄像元件2。该固体摄像元件2，两个光学透镜1a及1b，和孔径光阑1c，分别隔开规定的间隔配置。此外，光学透镜1a及1b，用于将从被拍照物体发射的光聚光。此外，孔径光阑1c，配置在光学透镜1a及1b之间。借此，经由孔径光阑1c的开口部，将光从光学透镜1a入射到光学透镜1b上。
此外，固体摄像元件2，具有行间转移型CCD(Charge Coupled Device电荷耦合器件)的结构。具体地说，固体摄像元件2包含有多个象素3。此外，在固体摄像元件2的象素3中，如图2所示，在半导体基板4的表面的规定区域上，形成具有将入射的光变换成电荷信号的光电变换功能的光接受部5。此外，半导体基板4，是本发明的“基板”的一个例子。此外，光接受部5，分别隔开大约2μm～约5μm的规定间隔，对应于各象素3，各配置一个。此外，如图3所示，根据多个光接受部5，在半导体基板4的表面上形成光接受区域5a。此外，在半导体基板4的表面的上部，如图2所示，经由绝缘膜6，设置传输由光接受部5获得的电荷信号用的传输门7。该传输门7由多晶硅构成。此外，经由绝缘膜8，以覆盖输出门7的上方的方式形成由Al等金属构成的遮光构件9。该遮光构件9，设置在邻接的两个光接受部5之间的区域内，并且在光接受区域5a(参照图3)的上方区域上。此外，遮光构件9，具有防止光入射到传输门7上的功能。
这里，在第一种实施方式中，以覆盖遮光构件9及传输门7的方式，形成具有平坦的上面10a的由硅氧化膜构成的平坦化层10。该平坦化层10的上面10a，形成在从遮光构件9的上端部起约100nm～约800nm的高度位置上。此外，在平坦化层10的上面10a上，形成将光聚光在光接受部5上用的由SiN构成的多个透镜11。该透镜11，包括上面具有凸形的上面部11a，与平坦化层10的上面10a接触的平坦的下面部11b。此外，透镜11的上面部11a，包含被平坦化的上端面部11c。此外，透镜11，具有在透镜中心11d处约500nm～约800nm的厚度，同时，在邻接的两个凸形的交界部11e处，具有约50nm～约200nm的厚度。此外，以掩埋透镜11的交界部11e的同时、覆盖透镜11的上面部11a的上端面部11c之外的区域的方式，形成由丙烯酸树脂构成的树脂层12。该树脂层12，具有在与透镜11的上端面部11c相同高度位置上被平坦化的上面部12a。同时，在由该树脂层12的上面部12a和透镜11的上端面部11c构成的平坦的面上，形成具有约300nm～约1000nm的厚度的滤色片层13。借此，透镜11的上面部11a的上端面部11c，与滤色片层13的下面接触。这样，在第一种实施方式中，在滤色片层13与半导体基板4之间，配置作为内透镜的透镜11。此外，滤色片层13，利用分别添加R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜料的感光性树脂材料形成。
此外，在第一种实施方式中，如图2所示，在光接受区域5a(参照图3)的中央部的象素3a处，以透镜11的透镜中心11d与对应的光接受部5的中心一致的方式配置。另一方面，在光接受区域5a(参照图3)的端部附近的象素3b处，如图4所示，透镜11的透镜中心11d相对于对应的光接受部5的中心，偏离规定的距离L1配置。此外，透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心之间的偏离量，从光接受区域5a(参照图3)的中央部附近起，随着沿着多个光接受部5的配置方向向光接受区域5a的端部附近行进，逐渐增大。从而，在光接受部区域5a的中央部与端部的中间部，将透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心之间的偏离量，设定成在光接受区域5a的中央部处的偏离量(0参照图2)与在光接受部5a的端部附近的偏离量(L1参照图4)的中间偏离量。此外，在光接受区域5a的整个区域，将透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心之间偏离量，设定成约500nm以下。
此外，在第一种实施方式中，各个透镜11的透镜中心11d与对应的光接受部5的中心之间的偏离量d(参照图6)，利用下述公式(1)进行设定。此外，在下述公式(1)中，L是光接受部5与出射光瞳20(参照图5)之间的距离，h是比从光接受部5的上面的高度位置起直到邻接的两个透镜11的交界部11e的高度位置处的距离大、比从光接受部5的上面的高度位置起直到透镜11的透镜中心11d的高度位置的距离小的任意距离，a是光接受部5a内的任意的光接受部5的中心与光接受区域5a的中心5b之间的距离。此外，出射光瞳20(参照图5)，是由比孔径光阑1c(参照图1)配置在更靠近固体摄像元件2侧的光学透镜1b形成的孔径光阑1c的像。
d＝a×h/L……(1)此外，在第一种实施方式中，多个透镜11，构成连续的一个层。借此，由于抑制在邻接的透镜11之间形成间隙，所以，与隔开规定的间隔(间隙)不连续地配置多个透镜11时的情况不同，即使在对应于以很大的斜向方向倾斜的入射光，将对应的多个透镜11的透镜中心11d相对于对应的光接受部5的中心偏离很大的配置的情况下，也可以抑制由邻接的透镜11之间的间隙的区域引起的、产生不能在光接受部5上聚光的入射光等不恰当之处的发生。
在第一种实施方式中，如上所述，通过以滤色片层13的下面接触的方式形成在半导体基板4与滤色片层13之间形成的透镜11的上面部11a的上端面部11c，可以使透镜11的上面部11a的上端面部11c与滤色片层13的下面之间的距离为0，所以，可以减少固体摄像元件2沿高度方向的尺寸。借此，可以将在半导体基板4与滤色片层13之间设置透镜11的固体摄像装置小型化。
此外，在第一种实施方式中，在将树脂层12的上面部12a平坦地形成在与透镜11的上面部11a的上端面部11c相同高度的位置上同时，通过将滤色片层13形成在透镜11的上面部11a的上端面部11c和树脂层12的上面部12a上，可以将滤色片层13形成在由透镜11的上面部11a的上端面部11c和树脂层12的上面部12a构成的平坦面上。借此，可以很容易将滤色片层13形成在具有其上具有凸形的透镜11上。
此外，在第一种实施方式中，如上所述，通过使位于光接受区域5a的端部附近的透镜11的透镜中心11d与对应的光接受部5的中心之间的偏离量大于位于光接受区域5a的中心部附近的透镜11的透镜中心11d与对应的光接受部5的中心之间的偏离量，在如图7所示，从斜的方向来的光向固体摄像元件2入射的情况下，如图8所示，可以使从斜的方向来的入射到透镜11上的光焦点与光接受部5相一致。借此，在光接受区域5a的端部附近，与光接受区域5a的中央部附近相比，可以将从更倾斜的方向入射的光有效地聚光到光接受部5上的同时，在光接受区域5a的中央部附近，可以将接近垂直方向的光聚光到光接受部5上。借此，可以在光接受区域5a的中央部附近和光接受部5a的端部附近两个部位处，提高向光接受部5上的聚光效率，所以，可以提高设于半导体基板4与滤色片层13之间的固体摄像装置60的灵敏度特性。此外，在向固体摄像元件2入射从斜的方向来的光的情况下，当不将透镜11的透镜中心11d相对于光接受部5的中心偏离配置时，如图9所示，不能使入射光的焦点与光接受部5一致，所以，很难将从斜的方向入射的光聚光到光接受部5上。
此外，在第一种实施方式中，通过将透镜11的透镜中心11d与对应的光接受部5的中心之间的偏离量，随着从光接受区域5a的中央部附近沿着多个光接受部5的配置方向向光接受区域5a的端部附近行进而逐渐增大，可以将随着从光接受区域5a的中央部附近其沿着多个光接受部5的配置方向向光接受区域5a的中央部附近的行进入射角逐渐增大的光，根据其入射角，有效地聚光到光接受部5上。借此，在包含光接受区域5a的中央部附近及端部附近的光接受区域5a的整个区域内，可以通过向光接受部5上的聚光效率。
其次，参照图2～图6及图10～图17，说明根据本发明的第一种实施方式的固体摄像元件2的制造工艺。
首先，如图10所示，在形成由多个光接受部5构成的光接受区域5a(参照图3)的半导体基板4的表面上的规定区域内，经由绝缘膜6，形成由多晶硅构成的传输门7。此外，经由绝缘膜8，以覆盖传输门7的方式形成由Al等金属材料构成的遮光构件9。然后，以覆盖遮光构件9的方式，形成由硅氧化膜构成的平坦化层10。同时，利用CMP(ChemicalMechanical Polishing化学机械抛光)法，将平坦化层10的上面平坦化。借此，形成从遮光构件9的上端部起高度约100nm～约800nm的平坦化层10的被平坦化的上面10a。
其次，如图11所示，利用CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沉积)法，在平坦化层10的上面10a上形成具有约500nm～约800nm厚度的SiN膜11f。
其次，例如图12所示，利用光刻技术，在SiN膜11f上的规定区域上，形成抗蚀剂14。这时，在光接受区域5a(参照图3)的中央部上，如图12所示，以使抗蚀剂14的中心与光接受部5的中心一致的方式，将抗蚀剂14形成图形。另一方面，在从光接受区域5a(参照图3)的中央部附近起至端部附近的区域(图中未示出)，以随着从光接受区域5a的中央部附近起、沿着多个光接受部5的配置方向向光接受区域5a的端部附近行进，使抗蚀剂14的中心与光接受部5的中心之间的偏离量逐渐增大的方式，形成抗蚀剂14的图形。此外，将抗蚀剂14的中心与光接受部5的中心之间的偏离量，设定成约500nm以下。这时，抗蚀剂12的中心和光接受部5中心之间的偏离量，用上述公式(1)设定。具体地说，首先，如图13所示，设定透镜中心11d(参照图6)与光接受部5的中心一致的排列A。同时，以规定的比例缩小所设定的排列A中的各个透镜11的凸形，通过将透镜中心11d相对于光接受部5的中心向内侧偏移一个偏离量d(参照图6)，设定排列B的区域。这时，令以排列A的区域的中心作为原点的排列A中的规定的透镜11的透镜中心11d的座标为(x0，y0)，令在上述公式(1)中的距离L(参照图6)为12mm，令距离h(参照图6)为3μm。在这种情况下，利用上述公式(1)求出的、对应的排列B中的透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心之间的偏离量d，在x轴方向成为(-x0×3/12000)的偏离量，在y轴方向成为(-y0×3/12000)的偏离量。借此，排列B的区域的透镜11的透镜中心11d的座标，设定为(x0-x0×3/12000，y0-y0×3/12000)。因此，通过设定原点的座标和抗蚀剂14的中心的座标(x0-x0×3/12000，y0-y0×3/12000)，可以以相对于光接受部5的中心具有偏离量d的方式，对用于形成透镜11用的抗蚀剂14进行图形化。
例如，在将光接受区域5a(参照图13)的对角线长度设定为3950μm的情况下，从光接受区域5a的中心起到离开最远的对角的位置上，距离中心约为1975μm。从而，求出位于该对角上的透镜11(参照图6)的中心11d与光接受部5的中心之间的偏离量d，为1975×3/12000＝0.494μm。从而，在将光接受区域5a的对角线长度设定约为3950μm的情况下，为了将对角上的透镜11的透镜中心11d约向光接受区域5a的中心侧仅偏离约0.494μm，使对应于透镜中心11d的抗蚀剂14(参照图12)的中心向光接受区域5a(参照图13)的中心侧仅偏离约0.494μm。
其次，通过在加热板上进行160℃约2分钟的热处理，提高抗蚀剂14的流动性。从而，如图14所示，抗蚀剂14借助表面张力在其上形成凸形。此外，这时，在其上具有凸形的邻接的两个抗蚀剂14之间，设置约0.2μm的间隔。
其次，通过同时蚀刻其上为凸形的抗蚀剂14和SiN膜11f，如图15所示，形成多个透镜11，所述多个透镜具有反映在抗蚀剂14上的凸形的其上为凸形的上面部11a。此外，所述多个透镜11，由连续的一个层形成。此外，作为在这种情况下的具体的蚀刻条件，气体CF4气(约5sccm～约25sccm)，O2气(约5sccm～约30sccm)以及Ar气(约50sccm～约150sccm)，RF功率约500W～约1000W，气体压力约2.6Pa～约10.7Pa。借此，在光接受部5a(参照图3)的中央部，如图15所示，形成以使透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心一致的方式构成的透镜11。另一方面，在从光接受部5a的中央部附近起至端部附近的区域(图中未示出)，形成以随着从光接受区域5a的中央部附近起沿着多个光接受部5的配置方向向光接受区域5a的端部行进，逐渐增大透镜11的透镜中心11d与光接受部5的中心之间的偏离量的方式构成的透镜11。
其次，如图16所示，利用旋转涂敷法，以掩埋透镜11的邻接的两个凸形之间的交界部11e的同时、覆盖透镜11的上面部11a的方式，形成由丙烯酸树脂构成的树脂层12。利用这种旋转涂敷法的树脂层12的形成，在透镜11上涂布丙烯酸树脂之后、使固体摄像元件2以垂直方向的轴为中心旋转，将丙烯酸树脂扩展到透镜11上的整个面上来进行。此外，这时的固体摄像元件2的转速，在将丙烯酸树脂涂布到平坦的基板上使之旋转的情况下，设定成在基板上形成具有约500nm～约1500nm的厚度的丙烯酸树脂膜的转速。
其次，利用CMP法，研磨树脂层12的上面，直到透镜11的一部分露出为止。借此，如图17所示，在相同的高度位置上，形成一起被平坦化的透镜11的上面部11a的上端面部11c和树脂层12的上面部12a。然后，在透镜11的上面部11a的上端面部11c和树脂层12的上面部12a上，形成具有约为300nm～约1000nm的厚度的滤色片层13。该滤色片层13，利用分别添加RGB三种颜料的感光性树脂材料，通过进行曝光及显影形成。这样，形成图2及图4所示的第一种实施方式的固体摄像这种60的固体摄像元件2。
(第二种实施方式)在该第二种实施方式中，与第一种实施方式不同，对于将本发明应用于帧传输型CCD固体摄像元件中的例子进行说明。
在根据第二种实施方式的固体摄像元件22中，如图18所示，在半导体基板24的表面的规定区域上，形成具有将入射的光变换成电荷信号的光电交换功能的多个光接受部25。此外，半导体基板24，是本发明中的“基板”的一个例子。此外，和上述第一种实施方式同样，利用多个光接受部25，形成光接受区域5a(参照图3)。而且，多个光接受部25，分别隔开约0.3μm～3μm间隔配置。此外，在形成光接受部25的半导体基板24上，经由绝缘膜26，形成由多晶硅构成的传输门27。此外，以覆盖传输门27的方式形成平坦化层28。该平坦化层28，由具有良好的被覆性及光透射性的硅氧化膜形成。
这里，在第二种实施方式中，由W等构成的遮光构件29，以掩埋形成在平坦化层28上的槽部28b的方式形成。借此，遮光构件29的侧面及底面被平坦化层28覆盖。此外，遮光构件29的上端部和平坦化层28的上面形成相同的高度。借此，用遮光构件29的上端部及平坦化层28的上面形成平坦面28a。在该平坦面28a上，形成与根据上述第一种实施方式的透镜11(参照图2及图4)具有相同结构的多个透镜30。所述多个透镜30，由连续的一个层构成。此外，透镜30上的凸形的上面部30a，包含平坦化的上端面部30c。而且，在掩埋透镜30的邻接的两个凸形之间的交界部30e的同时，以覆盖透镜30的上面部30a的上端面部30c之外的区域的方式，形成由丙烯酸树脂构成的树脂层31。该树脂层31，在与透镜30的上端面部30c相同高度的位置上，具有平坦化的上面部31a。同时，在由树脂层31的上面部31a和透镜30的上端面部30c构成的平坦的面上，形成滤色片层32。借此，透镜30的上面部30a的上端面部30c，与滤色片层32的下面接触。
此外，在第二种实施方式中，如图18所示，在光接受区域5a(参照图3)的中央部的象素23a中，透镜30的透镜中心30d与对应到达光接受部25的中心一致地配置。另一方面，在光接受区域5a(参照图3)的端部附近的象素23b中，如图19所示，透镜30的透镜中心30d与对应的光接受部25的中心偏离规定的距离配置。此外，透镜30的透镜中心30d与对应的光接受部25的中心之间的偏离量，从光接受区域5a(参照图3)的中央部附近开始，随着沿多个光接受部25的配置方向向光接受区域5a(参照图3)的端部附近行进，逐渐增大。该偏离量，设定成由上述公式(1)求出的偏离量d。此外，在光接受区域5a(参照图3)的整个区域内，透镜30的透镜中心30d与对应的光接受部25的中心之间的偏离量，约为500nm以下。此外，根据第二种实施方式的固体摄像元件22，除上面所述的结构之外，与根据上述第一种实施方式的固体摄像元件2的结构相同。
在第二种实施方式中，如上所述，通过使形成于半导体基板24与滤色片层32之间的透镜30的上面部30a的上端面部30c与滤色片层32的下面接触，可以令透镜30的上面部30a的上端面部30c与滤色片层32的下面之间的距离为0，所以，可以减少固体摄像元件22的高度方向的尺寸。从而，可以使在半导体基板24与滤色片层32之间设置透镜30的固体摄像装置小型化。
此外，在第二种实施方式中，通过使光接受区域5a的端部附近的透镜30的透镜中心30d与对应的光接受部25的中心之间偏离量，大于光接受区域5a的中央部附近的透镜30的透镜中心30d与对应的光接受部25的中心之间偏离量，在光接受区域5a的端部附近，与光接受区域5a的中央部附近相比，可以将从更倾斜的方向入射的光有效地聚光到光接受部25上，并且，在光接受区域5a的中央部附近，可以将接近于垂直方向的光聚光到光接受部25上。从而，在光接受区域5a的中央部附近和光接受区域5a的端部附近两个部位，可以提高向光接受部25上的聚光效率，所以，可以提高在半导体基板24与滤色片层32之间设置透镜30的固体摄像装置的灵敏度特性。
第二种实施方式的除此之外的效果，与根据第一种实施方式的效果相同。
其次，参照图18～图23，对于根据本发明的第二种实施方式的固体摄像元件22的制造工艺进行说明。
首先，在第二种实施方式中，如图20所示，以覆盖形成由多个光接受部25构成的光接受区域5a(参照图3)的半导体基板24的上面的方式，依次形成绝缘膜26及由硅构成的传输门27。同时，以覆盖传输门27的方式形成由硅氧化膜构成的平坦化层28之后，利用CMP法将平坦化层的上面平坦化。并且，在已经被平坦化的平坦化层28的上面上的硅的区域内，形成抗蚀剂33。
其次，如图21所示，通过以抗蚀剂33作为掩模，将平坦化层28蚀刻规定的深度，形成槽部28b。然后，除去平坦化层28上的抗蚀剂33。
其次，如图22所示，以掩埋平坦化层28的槽部28b的同时，在平坦化层28的上面上延伸的方式，形成由W构成的金属层29a。并且，通过用CMP法研磨金属层29a的多余部分，如图23所示，在形成由W构成的遮光构件29的同时，使遮光构件29的上端部及平坦化层28的上面高度相同。借此，形成由遮光构件29的上端部及平坦化层28的上面构成的平坦面28a。然后，利用和上述第一种实施方式同样的制造工艺，如图18及图19所示，在平坦面28a上，形成透镜30，树脂层31及滤色片层32。这样，形成图18及图19所示的根据第二种实施方式的固体摄像元件22。
(第三种实施方式)在该第三种实施方式中，与上述第一种实施方式不同，在行间转移型CCD的固体摄像元件中，对在透镜的上面的凸形的上面部上不形成平坦的上端面部时的情况进行说明。首先，参照图24及图25，说明根据本发明的第三种实施方式的固体摄像元件42的结构。
在根据该第三种实施方式的固体摄像元件42中，如图24所示，在平坦化层10的上面10a上，形成将光聚光到光接受部5上用的多个透镜51。所述多个透镜51，由连续的一个层构成。此外，透镜51包括其上具有凸形的上面部51a，与平坦化层10的上面10a接触的平坦的下面部51b。此外，与上述第一种实施方式及第二种实施方式不同，上面部51a的顶点部51g，不形成平坦面的形状。此外，透镜51在透镜中心51d处，具有约500nm～约800nm的厚度，同时，在邻接的两个凸形的交界部51e处，具有约50nm～约200nm的厚度。此外，以掩埋透镜51的交界部51e的同时、覆盖透镜51的上面部51a的顶点部51g之外的区域的方式，形成丙烯酸树脂构成的树脂层52。该树脂层52，在与透镜51的顶点部51g相同高度的位置上，具有平坦化的上面部52a。由该树脂层52的平坦的上面部52a与透镜51的顶点部51g构成平坦的面。同时，在由该树脂层52的上面部52a与透镜51的顶点部51g构成的平坦面上，形成具有约300nm～约1000nm厚度的滤色片层53。借此，透镜51的上面部51a的顶点部51g与滤色片层53的下面接触。这样，在第三种实施方式中，将透镜51配置在滤色片层53与半导体基板4之间。
此外，在第三种实施方式中，如图24所示，在光接受区域5a(参照图3)的中央部的象素43a中，以透镜51的透镜中心51d与对应的光接受部5的中心一致地配置。另一方面，在光接受区域5a(参照图3)的端部附近的象素43b中，如图25所示，透镜51的透镜中心51d相对于对应的光接受部5的中心偏离规定的距离配置。此外，透镜51的透镜中心51d与光接受部5的中心之间的偏离量，从光接受区域5a(参照图3)的中央部附近起，沿着多个光接受部5的配置方向，随着向光接受区域5a(参照图3)的端部附近行进，逐渐变大。此外，根据第三种实施方式的固体摄像元件42的除上述之外的结构，与根据上述第一种实施方式的固体摄像元件2相同。
在第三种实施方式中，如上所述，通过使形成在半导体基板4与滤色片层53之间的透镜51的上面部51a的顶点部51g与滤色片层53的下面接触，可以使透镜51的上面部51a的顶点部51g与滤色片层53的下面之间的距离为0，所以，可以减少固体摄像元件42的高度方向的尺寸。借此，可以将在半导体基板4与滤色片层53之间设置透镜51的固体摄像装置小型化。
第三种实施方式的除此之外的效果，和根据上述第一种实施方式的效果相同。
其次，参照图24～图26，说明根据本发明的第三种实施方式的固体摄像元件42的制造工艺。
首先，在第三种实施方式中，利用和上述第一种实施方式的图10～图15同样的工序，形成其上具有凸形的上面部51a的多个透镜51，和透镜51的下方的部分。然后，如图26所示，利用旋转涂布法，以掩埋透镜51的邻接的两个凸形的交界部51e的同时、覆盖透镜51的上面部51a的顶点51g之外的区域的方式，形成由丙烯酸树脂构成树脂层52。这时，通过调节旋转涂布法的转速，在与透镜51的上面部51a的顶点部51g的相同高度处，形成平坦化的树脂层52的上面部52a。然后，在透镜51的上面部51a的顶点部51g和树脂层52的上面部52a上，形成具有约300nm～1000nm的厚度的滤色片层53。这样，形成如图24及图25所示的根据第三种实施方式的固体摄像元件42。
此外，这里所公开的实施方式，从各个方面来讲，都只是例子而已，不应看作是对本发明的限制。本发明的范围，不是上述实施方式的说明，而是由本发明要求保护的范围给出，进而也包括与权利要求的范围等效的内容及在该范围内的全部变更。
例如，在上述第三种实施方式中，在行间转移型CCD中，使透镜的上面部的顶点部与滤色片层的下面接触地构成，但本发明并不局限于此，在帧传输型CCD等其它形成的固体摄像元件中，也可以使透镜的上面部的顶点部与滤色片层的下面接触。
此外，在上述第三种实施方式中，描述了多个透镜的上面部的顶点部全部与滤色片层的下面接触地构成的例子，但本发明并不局限于此，也可以在多个透镜的上面部的顶点部中，只有任意的透镜的上面部的顶点部与滤色片层的下面接触，同时，其它透镜的电荷表面部的顶点部不与滤色片的下面接触。
此外，在上述实施方式中，列举了利用CMP法将平坦化层和绝缘膜的上面平坦化的例子，但本发明并不局限于此，也可以通过进行蚀刻将平坦化层或绝缘膜的上面平坦化。
此外，在上述实施方式中，形成有硅氧化膜构成的平坦化层或绝缘膜，但本发明并不局限于此，也可以利用硅的氮化膜形成平坦化层或绝缘膜。
此外，在上述实施方式中，作为向光接受部上聚光用的透镜，只设置形成于滤色片层与半导体基板之间的透镜(内透镜)，但本发明并不局限于此，也可以除形成于滤色片层与半导体基板之间的透镜(内透镜)之外，在滤色片层上形成具有对应于各个光接受部的凸出部的微型透镜。
此外，在上述实施方式中，利用丙烯酸树脂以覆盖透镜的上面部的方式形成树脂层，但本发明并不局限于此，也可以利用丙烯酸树脂之外的树脂材料，以覆盖透镜的上面部的方式形成树脂层。
此外，在上述第一及第二种实施方式中，在利用CMP法将树脂层的上面平坦化的同时，在透镜的上面部上形成平坦的上端面部，但本发明并不局限于此，也可以通过进行蚀刻，将树脂层的上面平坦化的同时，在透镜的上面部形成平坦的上端面部。
此外，在上述实施方式中，对于将本发明应用于CCD的例子进行了说明，但本发明并不局限于此，也可以将本发明应用于CMOS传感器等其它种类的固体摄像装置。在将本发明应用于CMOS传感器等其它种类的固体摄像装置的情况下，也可以获得能够将固体摄像装置小型化等与上述实施方式中的相同的效果。
此外，在上述实施方式中，将多个透镜由连续的一个层构成，但本发明并不局限于此，也可以包括由连续的一个层构成多个透镜的部分，和由除此之外的其它层构成的部分。
此外，在上述第一种实施方式中，利用含有Al的材料形成遮光构件，同时，利用含有W的材料形成遮光构件，但本发明并不局限于此，也可以用包含Al或W中任何一个的材料形成遮光构件。
权利要求
1.一种固体摄像装置，包括形成在基板上的光接受部，形成在前述基板上的滤色片层，形成在前述基板与前述滤色片层之间、将光聚光在前述光接受部用的透镜，前述透镜在其上具有凸形的上面部的同时，前述上面部的上端部实质上与前述滤色片层的下面接触。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括树脂层，所述树脂层，以覆盖前述透镜的上面部的上端部之外的区域的方式形成、具有与前述透镜的上面部的上端部实质上高度相同的实质上平坦的上面部，前述滤色片层，形成在前述透镜的上面部的上端部与前述树脂层的上面部上。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，前述树脂层由包含丙烯酸树脂的材料构成。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，前述滤色片层由树脂材料构成。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，前述透镜的上面部的上端部包含实质上与前述滤色片层的下面接触的实质上平坦的上端面部。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，前述透镜的上面部，包含不具有实质上平坦的部分的上端部，前述上面部的上端部，实质上与前述滤色片层的下面接触。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置，前述透镜，以透镜中心相对于前述光接受部的中心偏离规定的距离的方式配置。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括在邻接的两个前述光接受部之间的区域的前述基板与前述透镜之间的区域上形成的遮光构件。
9.如权利要求8所述的固体摄像装置，前述遮光构件，由包含Al的材料构成。
10.如权利要求8所述的固体摄像装置，前述遮光构件，由包含W的材料构成。
11.如权利要求8所述的固体摄像装置，还包括具有与前述遮光构件的上端部相同或更高的高度、具有实质上平坦的上面的平坦化层，前述透镜，形成在前述平坦化层的上面上。
12.如权利要求11所述的固体摄像装置，前述平坦化层以覆盖前述遮光构件的方式形成。
13.如权利要求11所述的固体摄像装置，前述平坦化层以覆盖前述遮光构件的侧面及下面的方式形成，前述遮光构件的上端部与前述平坦化层的上面实质上具有相同的高度。
14.如权利要求8所述的固体摄像装置，还包括传输在前述光接受部获得的电荷信号用的传输门，前述遮光构件以覆盖前述传输门的上方的方式设置。
15.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括由多个前述光接受部形成在前述基板上的光接受区域，前述透镜以对应于前述多个光接受部的每一个的方式设置多个，在前述光接受部的端部附近的前述透镜的透镜中心与对应的前述光接受部的中心之间的偏离量，大于前述光接受区域的中央部附近的前述透镜的透镜中心与对应的前述光接受部的中心之间的偏离量。
16.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括由多个前述光接受部形成在前述基板上的光接受区域，前述透镜的透镜中心与对应的前述光接受部的中心之间的偏离量，从前述光接受区域的中央部附近起，沿着前述多个光接受部的配置方向，随着向前述光接受区域的端部行进，逐渐增大。
17.如权利要求16所述的固体摄像装置，令前述光接受部与出射光瞳之间的距离为L，令比从前述光接受部的上面的高度位置起直到邻接的两个前述透镜的交界部的高度位置的距离大、比从前述光接受部的上面的高度位置起直到前述透镜的透镜中心的高度位置的距离小的任意距离为h，令前述光接受区域内的任意的前述光接受部的中心与前述光接受区域的中心之间的距离为a时，利用公式a×h/L求出前述透镜的透镜中心与对应的前述光接受部的中心之间的偏离量。
18.如权利要求1所述的固体摄像装置，前述透镜设置多个，前述多个透镜包含由连续的一个层构成的部分。
19.如权利要求1所述的固体摄像装置，前述透镜由包含SiN的材料构成。
20.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括设置在前述滤色片层上的光学透镜。
全文摘要
本发明提供一种在基板与滤色片层之间设置透镜的结构中，能够小型化的固体摄像装置。该固体摄像装置，包括形成在基板上的光接受部，形成在基板上的滤色片层，形成在基板与滤色片层之间、将光聚光到光接受部上用的透镜。此外，透镜在其上具有凸形的上面部的同时，上面部的上端部实质上与滤色片层的下面接触。
文档编号H01L27/14GK1610125SQ200410086198
公开日2005年4月27日 申请日期2004年10月22日 优先权日2003年10月23日
发明者清水龙, 冲川满 申请人:三洋电机株式会社