專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)攝像裝置、制造固態(tài)攝像裝置的方法以及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)攝像裝置、該固態(tài)攝像裝置的制造方法以及電子設(shè)備，具體涉及在光電二極管上包括微透鏡的固態(tài)攝像裝置、該固態(tài)攝像裝置的制造方法以及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知的CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)固態(tài)攝像裝置分類(lèi)為前照射型和后照射型。這兩種類(lèi)型中任一種類(lèi)型的固態(tài)攝像裝置均包括像素區(qū)域，像素區(qū)域中的多個(gè)單元像素形成在半導(dǎo)體基板上，并且每個(gè)單元像素由多個(gè)像素晶體管和用作光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管形成。
在前照射型固態(tài)攝像裝置中，基板的形成有多層布線層的前表面用作光接收表面，從而光入射在基板的前表面上。
在后照射型固態(tài)攝像裝置中，基板的與形成有多層布線層和像素晶體管的基板前表面背對(duì)的后表面用作光接收表面，從而光入射在基板的后表面上。
光電二極管通過(guò)由雜質(zhì)擴(kuò)散層形成的器件隔離區(qū)域彼此隔離。而且，中間設(shè)有多個(gè)布線的多層布線層隔著層間絕緣層形成在半導(dǎo)體基板的形成有像素晶體管的前表面上。
在前照射型固態(tài)攝像裝置中，布線形成在光電二極管之外的區(qū)域中。片上濾色器和微透鏡隔著平坦化層依次形成在多層布線層上。片上濾色器例如由紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)濾色器陣列形成。
在后照射型固態(tài)攝像裝置中，布線可以在不考慮光電二極管的位置的情況下形成。絕緣層、片上濾色器和微透鏡依次形成在半導(dǎo)體基板的用作光電二極管的光接收表面的后表面上。
在后照射型固態(tài)攝像裝置中，由于多層布線層不以任何方式限制光進(jìn)入光電二極管，所以每個(gè)光電二極管都設(shè)置有大的開(kāi)口。而且，與前照射型固態(tài)攝像裝置相比，可以縮短從光電二極管到微透鏡的距離。距離的縮短可以提高微透鏡采集光的能力，由此也可以有效地引入偏斜的入射光。于是，可以提高固態(tài)攝像裝置的靈敏度。
為了提高微透鏡采集光的能力，例如可以增加每個(gè)微透鏡的曲率，或者可以增加微透鏡的制造材料的折射率(參見(jiàn)日本專(zhuān)利文獻(xiàn)JP-A-2007-53318、JP-A-1-1066 6、 JP-A-2008-277800 和 JP-A-2008-9079)。
上述固態(tài)攝像裝置通常需要通過(guò)優(yōu)化微透鏡的形狀來(lái)改善它們的靈敏度特性。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明期望通過(guò)提供一種具有優(yōu)良靈敏度特性的固態(tài)攝像裝置、該固態(tài)攝像裝置的制造方法和使用該固態(tài)攝像裝置的電子設(shè)備。
本發(fā)明的實(shí)施例提出一種固態(tài)攝像裝置，該固態(tài)攝像裝置包括第一透鏡層；和第二透鏡層，其中，所述第二透鏡層至少形成在每個(gè)第一微透鏡的周?chē)龅谝晃⑼哥R是基于所述第一透鏡層形成的，并且在每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分存在的所述第二透鏡層比在所述第一微透鏡的周?chē)嬖诘乃龅诙哥R層薄，或者所述第二透鏡層不存在于每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提出一種電子設(shè)備，其包括上述固態(tài)攝像裝置和處理來(lái)自該固態(tài)攝像裝置的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
本發(fā)明的又一實(shí)施例針對(duì)一種制造固態(tài)攝像裝置的方法，其包括基于所述第一透鏡層形成第一微透鏡，所述第一微透鏡之間存在像素間空隙；以及至少在每個(gè)所述第一微透鏡的周?chē)纬伤龅诙哥R層，其中，在形成所述第二透鏡層時(shí)，形成在每個(gè)所述第一微透鏡中央部分處的所述第二透鏡層比形成在所述第一微透鏡周?chē)幍乃龅诙哥R層薄，或者所述第二透鏡層不存在于每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處。
根據(jù)上述固態(tài)攝像裝置和使用上述制造方法制造的固態(tài)攝像裝置，基于第一透鏡層形成彼此之間存在由像素間空隙的第一微透鏡，并且第二透鏡層形成在每個(gè)第一微透鏡的周?chē)?。形成在每個(gè)第一微透鏡的周?chē)牡诙哥R層填充第一微透鏡之間的像素間空隙。 因此，每個(gè)微透鏡在平面圖中的面積被擴(kuò)大了，由此提高了微透鏡采集光的能力。結(jié)果，改善了固態(tài)攝像裝置的靈敏度特性。于是，通過(guò)集成有上述固態(tài)攝像裝置，可以構(gòu)造具有優(yōu)良靈敏度特性的電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提供具有優(yōu)良靈敏度特性的固態(tài)攝像裝置、用于制造該固態(tài)攝像裝置的方法以及電子設(shè)備。


圖1是表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置的構(gòu)造的平面圖2是表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置像素部分的構(gòu)造的剖面圖3是表示固態(tài)攝像裝置中第一透鏡層的構(gòu)造的平面圖4A-4D表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置中微透鏡的各種構(gòu)造；
圖5A-5C表示固態(tài)攝像裝置中微透鏡的變形的構(gòu)造；
圖6A-6D是表示用于制造固態(tài)攝像裝置的方法的實(shí)施例的制造步驟圖7A-7D是表示用于制造固態(tài)攝像裝置的方法的實(shí)施例的其它制造步驟圖8A-8C表示固態(tài)攝像裝置中第二平坦化層的形成步驟；
圖9表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置中第一微透鏡的形成步驟；
圖10表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置中微透鏡的構(gòu)造；
圖1lA和IlB表示實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置中微透鏡的構(gòu)造；以及
圖12表示電子設(shè)備的構(gòu)造。
具體實(shí)施方式
以下說(shuō)明用于本發(fā)明的實(shí)施方式的示例。然而，應(yīng)該注意，本發(fā)明不局限于以下示例。
將按照以下順序進(jìn)行說(shuō)明。
1.固態(tài)攝像裝置的實(shí)施例
2.用于制造固態(tài)攝像裝置的方法的實(shí)施例
3.電子設(shè)備的實(shí)施例
1、固態(tài)攝像裝置的實(shí)施例
固態(tài)攝像裝置的構(gòu)造示例示意性構(gòu)造圖
以下說(shuō)明本實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置的具體形式。
圖1是表示作為固態(tài)攝像裝置示例的MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)固態(tài)攝像裝置的示意性構(gòu)造圖。
圖1所示的固態(tài)攝像裝置10由像素部(稱(chēng)為攝像區(qū)域)13和外圍電路部形成。在像素部13中，均包括光電二極管的像素12 (多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器)規(guī)則地且二維地排列在硅基板或任何其它半導(dǎo)體基板上。每個(gè)像素12包括光電二極管和多個(gè)像素晶體管(稱(chēng)為MOS 晶體管)。
多個(gè)像素晶體管可以例如由三個(gè)晶體管形成傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管。或者，多個(gè)像素晶體管可由四個(gè)晶體管形成，即在上述晶體管中增加選擇晶體管。
外圍電路部由垂直驅(qū)動(dòng)電路14、列信號(hào)處理電路15、水平驅(qū)動(dòng)電路16、輸出電路 17和控制電路18形成。
控制電路18根據(jù)垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)和主時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)，并且所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)用作垂直驅(qū)動(dòng)電路14、列信號(hào)處理電路15、水平驅(qū)動(dòng)電路16和其它部件操作的基準(zhǔn)?？刂齐娐?8將這些信號(hào)輸入到垂直驅(qū)動(dòng)電路14、列信號(hào)處理電路15、水平驅(qū)動(dòng)電路16和其它部件。
垂直驅(qū)動(dòng)電路14由例如移位寄存器形成。垂直驅(qū)動(dòng)電路14在垂直方向上以行為基礎(chǔ)依次選擇并掃描像素部13中的像素，并通過(guò)垂直信號(hào)線19向列信號(hào)處理電路15提供基于信號(hào)電荷的像素信號(hào)，所述信號(hào)電荷是根據(jù)所選像素12中的光電轉(zhuǎn)換器件接收的光的量產(chǎn)生的。
每個(gè)列信號(hào)處理電路15布置成對(duì)應(yīng)于特定單位的像素12 (例如，以像素列為基礎(chǔ))，并以像素列為基礎(chǔ)執(zhí)行噪聲消除或以其它方式通過(guò)使用來(lái)自黑基準(zhǔn)像素(形成于有效像素區(qū)域周?chē)?的信號(hào)對(duì)單行像素12輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。也就是說(shuō)，列信號(hào)處理電路15執(zhí)行用于移除像素12專(zhuān)有的固定模式噪聲的CDS(相關(guān)雙采樣)、信號(hào)放大和其它類(lèi)型的信號(hào)處理。每個(gè)列信號(hào)處理電路15均具有水平選擇開(kāi)關(guān)(未示出)，該水平選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置在列信號(hào)處理電路15的輸出級(jí)，并連接到水平信號(hào)線路11。
水平驅(qū)動(dòng)電路16由例如移位寄存器形成。水平驅(qū)動(dòng)電路16通過(guò)連續(xù)輸出水平掃描脈沖來(lái)依次選擇每個(gè)列信號(hào)處理電路15,并將像素信號(hào)從每個(gè)列信號(hào)處理電路15輸出到水平信號(hào)線路11。
輸出電路17對(duì)依次通過(guò)水平信號(hào)線路11從每個(gè)列信號(hào)處理電路15提供的信號(hào)執(zhí)行信號(hào)處理，并輸出經(jīng)處理的信號(hào)。
當(dāng)上述固態(tài)攝像裝置10用作后照射型固態(tài)攝像裝置時(shí)，在光入射側(cè)的后表面(稱(chēng)為光接收表面)上沒(méi)有形成布線層，但在與光接收表面背對(duì)著的前表面上形成布線層。
固態(tài)攝像裝置的構(gòu)造的示例像素部分
圖2是表示用于形成本實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置的單個(gè)像素的關(guān)鍵部分的剖面圖。
圖2所示的固態(tài)攝像裝置20包括位于半導(dǎo)體基板21的光入射側(cè)上的多個(gè)光電二極管(PD) 22。每個(gè)H) 22形成在固態(tài)攝像裝置20的單元像素29中。由單個(gè)層或多個(gè)層形成的絕緣層23形成在半導(dǎo)體基板21上。
在圖2所示的后照射型固態(tài)攝像裝置20中，包括多層布線層和像素晶體管的電路部形成在背對(duì)著光入射表面的表面上，但是在圖2中省略了電路部的構(gòu)造。
當(dāng)絕緣層23由單個(gè)層形成時(shí)，絕緣層23例如由SiO制成。當(dāng)絕緣層23由多個(gè)層形成時(shí)，絕緣層23基于防反射層的構(gòu)造由折射率不同的多個(gè)層形成。例如，絕緣層23由兩層形成氧化鉿(HfO2)層和氧化硅層。
像素間遮光層24形成在上述絕緣層23上，具體地，其沿著單元像素29之間的邊界形成為與固態(tài)攝像裝置20的每個(gè)H) 22的開(kāi)口相對(duì)應(yīng)。像素間遮光層24例如由以下材料制成的層形成w、Al、Cu或任何其它適當(dāng)?shù)慕饘伲换蛘咛己?carbon black)、鈦黑 (titanium black);或者任何其它適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)材料。像素間遮光層24防止入射光泄露到相鄰像素，并因此避免固態(tài)攝像裝置20中的色彩混合。
由例如丙烯酸樹(shù)脂制成的第一平坦化層25形成在絕緣層23和像素間遮光層24 上。第一平坦化層25平坦化由像素間遮光層24和其它因素引起的突起和凹陷。第一平坦化層25還減小在例如旋轉(zhuǎn)涂覆處理中在半導(dǎo)體基板21上形成濾色器時(shí)出現(xiàn)的涂覆不均勻。
濾色器26形成在第一平坦化層25上。濾色器26由各種濾光器形成，例如，紅色、 綠色、藍(lán)色、黃色、青色、洋紅色濾光器。在形成濾色器26時(shí)，優(yōu)化每種顏色的層厚度，以便輸出最佳顏色的圖像。因此，整個(gè)濾色器26的表面具有某種程度的突起和凹陷。
用于平坦化濾色器26的表面所引起的突起和凹陷的第二平坦化層27形成在濾色器26上。第二平坦化層27由具有熱流動(dòng)性和熱固化性并在完成熱處理時(shí)形成為固化層的材料制成，例如，丙烯酸樹(shù)脂、苯乙烯樹(shù)脂和苯丙共聚樹(shù)脂(styrene-acryl copolymerizing resin)。上述材料的平坦化能力按下列順序降低丙烯酸樹(shù)脂、苯丙共聚樹(shù)脂和苯乙烯樹(shù)脂。因此，第二平坦化層27優(yōu)選由平坦化能力優(yōu)越的丙烯酸樹(shù)脂制成。
緩沖層28形成在第二平坦化層27上。緩沖層28由例如SiO或SiON制成。形成的緩沖層28用于防止由于膜應(yīng)力的差異造成的褶皺，或減小反射系數(shù)，下面將說(shuō)明。
微透鏡30形成在緩沖層28上。
微透鏡30由第一透鏡層31和`形成在第一透鏡層31上的第二透鏡層33形成。第一透鏡層31形成在第二平坦化層27上方，并形成第一微透鏡32。然后，第二透鏡層33形成為覆蓋第一微透鏡32。第二平坦化層27形成為用于提高形成于濾色器26上方的第一微透鏡32的一致性。
用于形成固態(tài)攝像裝置20中的微透鏡30的第一透鏡層31由一個(gè)或多個(gè)以下材料制成樹(shù)脂、SiN和SiON。
樹(shù)脂例如是含金屬氧化物的樹(shù)脂，在該樹(shù)脂中分散有金屬微粒。分散有金屬微粒的樹(shù)脂的示例包括丙烯酸樹(shù)脂、基于苯乙烯的樹(shù)脂、酚醛清漆樹(shù)脂、基于環(huán)氧的樹(shù)脂、基于聚酰亞胺的樹(shù)脂和基于硅氧烷的樹(shù)脂。分散在樹(shù)脂中的金屬微粒的示例包括氧化鋅、氧化鋯、氧化鈮、氧化鈦和氧化錫。在樹(shù)脂中分散金屬氧化物可以提高樹(shù)脂的折射率。
當(dāng)?shù)谝煌哥R層31由SiN制成并且第二平坦化層27由丙烯酸樹(shù)脂制成時(shí)，直接在第二平坦化層27形成SiN可能在某些情況下由于形成SiN層時(shí)引起的應(yīng)力而沿著這兩層之間的界面產(chǎn)生褶皺。褶皺將使固態(tài)攝像裝置產(chǎn)生的圖像惡化。
褶皺是由用于形成第二平坦化層27的樹(shù)脂(例如，丙烯酸樹(shù)脂)與用于形成第一透鏡層31的無(wú)機(jī)材料(例如SiN)之間的薄膜應(yīng)力的差異引起的。
由上述材料引起的薄膜應(yīng)力的大小按照下列順序增加丙烯酸樹(shù)脂(第二平坦化層27)、Si0、Si0N、SiN(第一透鏡層31)。如上所述，由于第二平坦化層27 (丙烯酸樹(shù)脂)與第一透鏡層31 (SiN)之間的薄膜應(yīng)力的差異大，所以發(fā)生褶皺。為了解決這一問(wèn)題，由SiO 或SiON制成的緩沖層28，形成在兩層之間，以產(chǎn)生中等程度大小的應(yīng)力。由產(chǎn)生中等程度大小的應(yīng)力的層提供的緩沖效應(yīng)抑制了沿著兩層之間界面的褶皺。
在丙烯酸樹(shù)脂、苯乙烯樹(shù)脂和苯丙共聚樹(shù)脂中引起的薄膜應(yīng)力的大小如下丙烯酸樹(shù)脂〈苯丙共聚樹(shù)脂〈苯乙烯樹(shù)脂〈SiO。苯乙烯樹(shù)脂和苯丙共聚樹(shù)脂比丙烯酸樹(shù)脂更接近于用于形成第一透鏡層31的SiN。因此，與使用丙烯酸樹(shù)脂相比，當(dāng)使用苯乙烯樹(shù)脂或苯丙共聚樹(shù)脂作為第二平坦化層27時(shí)，褶皺不太可能沿著界面出現(xiàn)，這是因?yàn)樵诒揭蚁?shù)脂或苯丙共聚樹(shù)脂中引起的薄膜應(yīng)力比在丙烯酸樹(shù)脂中引起的薄膜應(yīng)力更大。
即使當(dāng)?shù)谝煌哥R層31由含金屬氧化物的樹(shù)脂制成時(shí)，或者不可能沿著第一透鏡層31與第二平坦化層27之間的界面出現(xiàn)褶皺時(shí)，也可以設(shè)置上述緩沖層28作為防反射層。
現(xiàn)在考慮這樣一種情況由丙烯酸樹(shù)脂制成的第二平坦化層27，由SiON制成的緩沖層28和由SiN制成的第一透鏡層31形成在濾色器26上方。
在上述構(gòu)造中，各層的折射率η的大小如下第二平坦化層27(丙烯酸樹(shù)脂η為大約1. 5) <緩沖層28 (SiON η的范圍在大約1. 6-1. 8之間)〈第一透鏡層31 (SiN η的范圍在大約1. 85-2. O之間)。
當(dāng)?shù)诙教够瘜?7替換地由苯乙烯樹(shù)脂(η大約為1. 6)或苯丙共聚樹(shù)脂(η的范圍大約在1. 55-1. 58之間)制成時(shí)，各層的折射率η的大小 如下第二平坦化層27〈緩沖層 28 (SiON) < 第一透鏡層 31 (SiN)。
上述折射率的大小關(guān)系表明當(dāng)緩沖層28由SiON制成時(shí)，反射率降低，這是因?yàn)榫彌_層28具有處于第二平坦化層27和第一透鏡層31的折射率之間的中間折射率。
如上所述，通過(guò)采用使緩沖層28具有處于第二平坦化層27和第一透鏡層31的折射率之間的中間折射率這樣的構(gòu)造，緩沖層28可以用作防反射層。例如，即使當(dāng)緩沖層28 由折射率η為大約1. 45的SiO制成時(shí)，也能夠通過(guò)改變第二平坦化層27和第一透鏡層31 的材料、成膜條件和其它因素以調(diào)整其折射率來(lái)使緩沖層28用作防反射層。
即使當(dāng)?shù)谝煌哥R層31不由SiN制成，而是由折射率與SiN相當(dāng)?shù)暮饘傺趸锏臉?shù)脂制成時(shí)，仍可以如上所述地降低反射率。
當(dāng)?shù)诙教够瘜?7和緩沖層28 (后者由SiN或SiON制成)形成在濾色器26上方時(shí)，增加了固態(tài)攝像裝置20中從光電二極管22到微透鏡30之間的距離。然而，緩沖層 28只需要大約5nm的厚度就可以提供緩沖效果。而且，當(dāng)所選擇的丙烯酸樹(shù)脂具有熱流動(dòng)性、熱固化性和熱收縮性時(shí)，第二平坦化層27可以較薄地形成。因此，即使形成第二平坦化層27和緩沖層28，并且增加了從光電二極管22到微透鏡30之間的距離，但最終導(dǎo)致固態(tài)攝像裝置靈敏度的降低也不會(huì)引起實(shí)際問(wèn)題。
圖3是表示形成在緩沖層28上的第一透鏡層31的平面圖。
圖3中的虛線表示固態(tài)攝像裝置20中的單元像素29。與單元像素29相對(duì)應(yīng)地形成的微透鏡30優(yōu)選形成為使得在平面圖中每個(gè)微透鏡30的尺寸與相應(yīng)單元像素29的尺寸相同。此外，第一透鏡層31形成為使得其覆蓋整個(gè)單元像素29。
如圖3所示，基于第一透鏡層31形成的第一微透鏡32形成為使得相鄰的第一微透鏡32在方向Wl和W2這兩個(gè)方向的至少一個(gè)方向上存在空隙，方向Wl是與水平或垂直地相鄰的像素平行的方向，方向W2是與對(duì)角地相鄰的像素平行的方向。
為了提高固態(tài)攝像裝置20的靈敏度特性，優(yōu)選地，使相鄰像素之間的在上述方向 Wl和W2上的空隙最小化，以及使從光電二極管22到微透鏡30的距離最小化。而且，當(dāng)微透鏡30以干式蝕刻工藝形成時(shí)，需要最小化蝕刻過(guò)程的時(shí)間。這樣做的原因在于通過(guò)最小化對(duì)半導(dǎo)體基板21的等離子體損壞能夠抑制固態(tài)攝像裝置20中的暗電流。
相關(guān)技術(shù)的典型固態(tài)攝像裝置具有方形的單元像素29，如上述圖3所示。在這種構(gòu)造中，即使當(dāng)?shù)谝晃⑼哥R32形成為使得例如在方向Wl時(shí)沒(méi)有空隙時(shí)，在方向W2上仍可能保留有空隙，且每個(gè)空隙固有地都很大。當(dāng)微透鏡30例如以干式蝕刻工藝形成時(shí)，可以想到通過(guò)在減小方向W2上的空隙長(zhǎng)度的條件下執(zhí)行蝕刻來(lái)消除方向W2上的空隙。然而， 在消除方向W2上的空隙的條件下執(zhí)行干式蝕刻時(shí)，增加了干式蝕刻時(shí)間，這導(dǎo)致固態(tài)攝像裝置20的暗電流特性惡化。而且，當(dāng)處理時(shí)間增加時(shí)，晶片與晶片間的蝕刻差異增加。結(jié)果，微透鏡30的剖面形狀出現(xiàn)差異，這將對(duì)固態(tài)攝像裝置20的靈敏度特性產(chǎn)生不利影響。相反，在根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)攝像裝置20中，通過(guò)堆疊第一透鏡層31和第二透鏡層33來(lái)形成微透鏡30。
現(xiàn)在，將形成在第一透鏡層31上的第二透鏡層33的厚度定義如下如圖4A-4D所示，令Tt為形成在每個(gè)第一微透鏡32中央部分的第二透鏡層33的厚度，并令Tb為形成在第一微透鏡32周?chē)牡诙哥R層33的厚度。于是，所定義的Tt和Tb滿足關(guān)系O < Tt < Tb， 這個(gè)關(guān)系代表這樣一種構(gòu)造第二透鏡層33存在于每個(gè)第一微透鏡32的周?chē)⑶业诙哥R層33也存在于第一微透鏡32的中央部分，但是其厚度小于存在于周?chē)牡诙哥R層33 的厚度，或者第二透鏡層33不存在于第一微透鏡32的中央部分。
如上述圖3所示，在具有這種構(gòu)造的固態(tài)攝像裝置20中，第一微透鏡32形成為使得相鄰的第一微透鏡32在Wl和W2這兩個(gè)方向的至少一個(gè)方向上存在空隙W，其中方向Wl 是與水平或垂直地相鄰的像素平行的方向，而方向W2是與對(duì)角地相鄰的像素平行的方向。 在允許形成空隙w的條件下，可以縮短干式蝕刻時(shí)間，由此可以抑制固態(tài)攝像裝置20中暗電流的增加。
而且，微透鏡30形成為使得第二透鏡層33擴(kuò)大了每個(gè)第一微透鏡32在平面圖中的面積。結(jié)果，可以提高每個(gè)微透鏡30采集光的能力，由此，可以改善固態(tài)攝像裝置20的靈敏度和陰影(shading)特性。
第二透鏡層33由選自以下材料中的至少一種材料制成SiON、SiN、SiO和 SiOC (折射率為大約1.4)。當(dāng)?shù)诙哥R層33形成為由SiO或SiOC制成時(shí)，第二透鏡層33 也用作微透鏡30上的防反射層，其中SiO或SiOC的折射率低于SiON和SiN，且SiON和SiN中的一個(gè)用于形成第一透鏡層31。
圖4A-4D表示用于形成微透鏡30的第一透鏡層31和第二透鏡層33中滿足上述 Tt與Tb之間關(guān)系O ≤ Tt ≤ Tb的構(gòu)造。
圖4A-4D所示的微透鏡30A-30D對(duì)應(yīng)于以下?tīng)顟B(tài)具有不同厚度的第二透鏡層33 形成在第一微透鏡32上。圖4A-4D所示的微透鏡30A-30D具有這樣的構(gòu)造通過(guò)相關(guān)技術(shù)的已知方法來(lái)基于第一透鏡層31形成第一微透鏡32,然后在干式蝕刻工藝中調(diào)整第二透鏡層33的厚度的條件下在第一微透鏡32上形成第二透鏡層33。將在下述用于制造固態(tài)攝像裝置的方法的說(shuō)明中詳細(xì)描述用于形成第一透鏡層31和第二透鏡層33的方法。
在圖4A所示的微透鏡30A中，第二透鏡層33形成在第一透鏡層31的整個(gè)表面上方。位于每個(gè)第一微透鏡32中央部分的第二透鏡層33的厚度Tt與位于第一微透鏡32周?chē)牡诙哥R層33的厚度Tb的關(guān)系是Tt〈Tb。
此外，第二透鏡層33具有這樣的構(gòu)造它在每個(gè)第一微透鏡32的中央部分最薄， 并隨從中央部分向周?chē)木嚯x而逐漸變厚。
在上述構(gòu)造中，第二透鏡層33填充了第一微透鏡32之間的像素間空隙W，由此，最終的微透鏡30A沒(méi)有像素間空隙W。因此擴(kuò)大了每個(gè)微透鏡30A在平面圖中的面積，由此可以提高微透鏡30A采集光的能力，并據(jù)此可以提高固態(tài)攝像裝置20的靈敏度特性。
在圖4B所示的微透鏡30B中，第二透鏡層33形成在第一透鏡層31的除每個(gè)第一微透鏡32的中央部分之外的整個(gè)表面上方。這種構(gòu)造對(duì)應(yīng)于這樣的狀態(tài)當(dāng)在形成第二透鏡層33的過(guò)程中Tt變?yōu)镺時(shí)終止蝕刻。具有這樣構(gòu)造的微透鏡30B基于圖4A所示狀態(tài)中的微透鏡30A通過(guò)進(jìn)一步蝕刻第二透鏡層33而形成。
第二透鏡層33不存在于每個(gè)第一微透鏡32的中央部分處，而是存在于第一微透鏡32的周?chē)?。也就是說(shuō)，基于關(guān)系0=Tt〈Tb形成第二透鏡層33。
在上述構(gòu)造中，形成在每個(gè)第一微透鏡32周?chē)牡诙哥R層33填充像素間空隙 W。最終的微透鏡30B沒(méi)有像素間空隙W。上述構(gòu)造使得每個(gè)微透鏡30B在平面圖中的面積被擴(kuò)大，由此，可以提高微透鏡30B采集光的能力，并據(jù)此可以提高固態(tài)攝像裝置20的靈敏度特性。
圖4C所示的微透鏡30C對(duì)應(yīng)于這樣的狀態(tài)從圖4B所示的狀態(tài)中的微透鏡30B進(jìn)一步蝕刻第二透鏡層33。
在微透鏡30C中，第二透鏡層33形成在第一透鏡層31的除每個(gè)第一微透鏡32的中央部分之外的整個(gè)表面上方。通過(guò)進(jìn)一步蝕刻第二透鏡層33，一起蝕刻每個(gè)第一微透鏡 32的中央部分及附近與第二透鏡層33。在圖4C中，每個(gè)虛線32A表示第一微透鏡32中央部分的透鏡表面的被蝕刻之前的部分。
通過(guò)進(jìn)一步將第二透鏡層33從暴露每個(gè)第一微透鏡32的中央部分的狀態(tài)蝕刻到對(duì)通過(guò)第二透鏡層33暴露出來(lái)的第一微透鏡32進(jìn)行蝕刻的狀態(tài)來(lái)獲得圖4C所示的構(gòu)造。 如上所述，通過(guò)進(jìn)一步蝕刻第二透鏡層33，可以在從相應(yīng)第一微透鏡32的中央部分到其周?chē)姆较蛏蠑U(kuò)大每個(gè)第一透鏡層31的被蝕刻區(qū)域。
在圖4C所示的微透鏡30C的構(gòu)造中，第二透鏡層33不存在于每個(gè)第一微透鏡32 的中央部分，而是存在于第一微透鏡32的周?chē)Ｒ簿褪钦f(shuō)，基于關(guān)系0=Tt〈Tb形成第二透鏡層33。形成在每個(gè)第一微透鏡32周?chē)牡诙哥R層33填充像素間空隙W。最終的微透鏡30C沒(méi)有像素間空隙W。
如圖4C所示，即使在第二透鏡層33沒(méi)有形成在每個(gè)第一微透鏡32的中央部分及附近的構(gòu)造中，每個(gè)微透鏡30C在平面圖中的面積也被擴(kuò)大了，這是因?yàn)榈诙哥R層33填充了像素間空隙W。
而且，即使在蝕刻每個(gè)第一微透鏡32的中央部分的構(gòu)造中，第二透鏡層33也會(huì)形成由第一微透鏡32和第二透鏡層33形成的一系列透鏡表面。
上述構(gòu)造使得能夠提高每個(gè)微透鏡30采集光的能力，并據(jù)此提高固態(tài)攝像裝置 20的靈敏度特性。
圖4D所示的微透鏡30D對(duì)應(yīng)于對(duì)圖4C所示狀態(tài)下的微透鏡30C進(jìn)一步蝕刻第一透鏡層31和第二透鏡層33的狀態(tài)。在圖4D中，每個(gè)虛線32A表示第一微透鏡32的被蝕刻之前的透鏡表面部分。
在微透鏡30D中，第二透鏡層33僅形成在每個(gè)第一微透鏡32周?chē)浇捌渌闹艿南袼亻g空隙w中。每個(gè)第一微透鏡32的被蝕刻區(qū)域沿著在中央到周?chē)姆较蛏媳粩U(kuò)大， 并大于上述圖4C所示的構(gòu)造中的被蝕刻區(qū)域。而且，如第一微透鏡32的中央部分一樣，第一透鏡層31的每個(gè)像素間空隙w的中央部分被蝕刻掉。也就是說(shuō)，在每個(gè)像素間空隙w的中央部分處的第二透鏡層33被完全蝕刻掉，并且在像素間空隙w中央部分處的通過(guò)第二透鏡層33暴露出來(lái)的第一透鏡層31也被蝕刻。
在圖4D所示的微透鏡30D的構(gòu)造中，第二透鏡層33沒(méi)有存在于每個(gè)第一微透鏡 32的中央部分和每個(gè)像素間空隙w的中央部分處。然而，厚度為T(mén)b的第二透鏡層33存在于每個(gè)第一微透鏡32的周?chē)?。也就是說(shuō)，基于關(guān)系0=Tt〈Tb形成第二透鏡層33。
而且，通過(guò)蝕刻每個(gè)像素間空隙w的中央部分處的第一透鏡層31所形成的表面連接到第二透鏡層33的表面和相鄰第一微透鏡32的透鏡表面，由此，形成了用于形成微透鏡 30D的一系列透鏡表面。
結(jié)果，第一微透鏡32、第一微透鏡32周?chē)幍牡诙哥R層33和第一透鏡層31的像素間空隙w的被蝕刻表面形成了沒(méi)有像素間空隙w的微透鏡30D。
如上所述，即使在形成在像素間空隙w中的第一透鏡層31也受到蝕刻的構(gòu)造中， 形成在每個(gè)第一微透鏡32周?chē)牡诙哥R層33也填充第一微透鏡32附近的像素間空隙 W。結(jié)果，每個(gè)微透鏡30D在平面圖中的面積被擴(kuò)大，由此，可以提高微透鏡30采集光的能力，并據(jù)此提高固態(tài)攝像裝置20的靈敏度特性。
圖4D所示的微透鏡30D的構(gòu)造可以進(jìn)一步被蝕刻，使得每個(gè)像素間空隙w處的第一透鏡層31的底部被穿透直到第二平坦化層27。在這種構(gòu)造中，只要厚度為T(mén)b的第二透鏡層33處于每個(gè)第一微透鏡32的周?chē)?，第一微透鏡32、第二透鏡層33和像素間空隙w處的第一透鏡層31就會(huì)形成一系列透鏡表面，由此可以擴(kuò)大每個(gè)微透鏡30D在平面圖中的面積。
變形例
接下來(lái)說(shuō)明上述固態(tài)攝像裝置中微透鏡的變形例。圖5A-5C表示變形例的微透鏡 35的構(gòu)造。各部件除了微透鏡之外均與上述實(shí)施例相同，因此不再進(jìn)行圖示和描述。
圖5A-5C所示的每個(gè)微透鏡35包括第一透鏡層31和第二透鏡層33之上的第三透鏡層34。
圖5A所示的微透鏡35A的構(gòu)造對(duì)應(yīng)于圖4A所示的微透鏡30A的構(gòu)造，并且圖5B 所示的微透鏡35B的構(gòu)造對(duì)應(yīng)于圖4B所示的微透鏡30B的構(gòu)造。
在圖5A所示的微透鏡35A中，第三透鏡層34形成在第二透鏡層33的整個(gè)表面上方。
在圖5B所示的微透鏡35B中，第三透鏡層34形成為覆蓋每個(gè)第一微透鏡32的中央部分和第二透鏡層33。
在微透鏡35A和微透鏡35B中，第三透鏡層34沿著第二透鏡層33的上表面形成大致均勻的厚度。
在圖5C所示的微透鏡35C中，第三透鏡層34設(shè)置在第一透鏡層31和第二透鏡層 33上方，并具有平坦的表面。于是，第三透鏡層34具有平坦的表面。
當(dāng)圖5A-5C所示的每個(gè)第三透鏡層34由折射率比第一透鏡層31的形成材料低的材料制成時(shí)，它還用作微透鏡35表面上的防反射層。
下表I示出第二透鏡層33和第三透鏡層34的折射率與由SiON或SiN制成的第一透鏡層31的折射率的關(guān)系。
表I
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)攝像裝置，包括 第一透鏡層；和 第二透鏡層， 其中，所述第二透鏡層至少形成在每個(gè)第一微透鏡的周?chē)龅谝晃⑼哥R是基于所述第一透鏡層形成的，并且 在每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分存在的所述第二透鏡層比在所述第一微透鏡的周?chē)嬖诘乃龅诙哥R層薄，或者所述第二透鏡層不存在于每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述第一透鏡層由無(wú)機(jī)材料或含金屬氧化物的樹(shù)脂制成，并且所述第二透鏡層由無(wú)機(jī)材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)攝像裝置，其還包括 濾色器層； 平坦化層；和 緩沖層， 其中，所述平坦化層、所述緩沖層和所述第一透鏡層依次層疊在所述濾色器層上。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述平坦化層由如下材料形成，該材料具有熱流動(dòng)性和熱固化性，并在完成熱處理時(shí)形成固化層。
5.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述緩沖層的薄膜應(yīng)力小于所述第一透鏡層的薄膜應(yīng)力，并大于所述平坦化層的薄膜應(yīng)力。
6.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述緩沖層的折射率小于所述第一透鏡層的折射率，并大于所述平坦化層的折射率。
7.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述第一透鏡層的折射率為nl，所述第二透鏡層的折射率為ri2，并且滿足n2 < nl。
8.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其還包括 第三透鏡層，其覆蓋所述第一透鏡層和所述第二透鏡層， 其中，所述第三透鏡層的折射率小于所述第一透鏡層和所述第二透鏡層的折射率。
9.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)攝像裝置，其中， 所述第二透鏡層的折射率等于或大于所述第一透鏡層的折射率。
10.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述第三透鏡層的表面被平坦化。
11.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其中，形成在每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處的所述第二透鏡層的厚度為T(mén)t，形成在所述第一微透鏡周?chē)乃龅诙哥R層的厚度為T(mén)b，并且滿足0 < Tt〈Tb。
12.一種制造包括第一透鏡層和第二透鏡層的固態(tài)攝像裝置的方法，所述方法包括 基于所述第一透鏡層形成第一微透鏡，所述第一微透鏡之間存在像素間空隙；以及 至少在每個(gè)所述第一微透鏡的周?chē)纬伤龅诙哥R層， 其中，在形成所述第二透鏡層時(shí)，形成在每個(gè)所述第一微透鏡中央部分處的所述第二透鏡層比形成在所述第一微透鏡周?chē)幍乃龅诙哥R層薄，或者所述第二透鏡層不存在于每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處。
13.—種電子設(shè)備,包括權(quán) 利要求1-11中任一項(xiàng)所述的固態(tài)攝像裝置；以及信號(hào)處理電路，其處理來(lái)自所述固態(tài)攝像裝置的輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)攝像裝置和包含該固態(tài)攝像裝置的電子設(shè)備。所述固體設(shè)置裝置包括第一透鏡層；和第二透鏡層，其中，所述第二透鏡層至少形成在每個(gè)第一微透鏡的周?chē)?，所述第一微透鏡是基于所述第一透鏡層形成的，并且在每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分存在的所述第二透鏡層比在所述第一微透鏡的周?chē)嬖诘乃龅诙哥R層薄，或者所述第二透鏡層不存在于每個(gè)所述第一微透鏡的中央部分處。根據(jù)本發(fā)明，能夠提高固體攝像裝置和電子設(shè)備的靈敏度特性，并由此提高了輸出的圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L27/146GK103035659SQ20121035014
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者大塚洋一, 山下知之, 田渕清隆, 東宮祥哲, 荻野明子 申請(qǐng)人:索尼公司