一种固体摄像器件制造技术

本发明专利技术实现也对应于焦距较短的光学系统（入射角θ较大的光学系统）并且高灵敏度的固体摄像器件。各像素（尺寸口２．８ｍｍ）由梯度折射率透镜（１）、Ｇ用滤色片（２）、Ａｌ布线（３）、信号传送部（４）、平坦化层（５）、受光元件（Ｓｉ光敏二极管）（６）、Ｓｉ基板（７）构成。梯度折射率透镜的同心圆结构由折射率不同的４种材料ＴｉＯ↓［２］（ｎ＝２．５３）、ＳｉＮ（ｎ＝２．５３）、ＳｉＯ↓［２］（ｎ＝２．５３）、空气（ｎ＝１）构成，相邻的圆形透光膜的外周的半径差为１００ｎｍ。并且，膜厚为０．４μｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用于数码摄像机等的，特别涉及具有同心结构的透光膜的聚光元件。
技术介绍
随着数码摄像机及带摄像机的便携电话的普及，固体摄像器件的市场显著扩大。在这样的趋势中，对固体摄像器件的期望向更高灵敏度化/高像素密度化变化，但是，近年来随着数码静止摄像机/便携电话等的薄型化，对摄像机部分的薄型化的期望也变得强烈。换言之，用于摄像机部分的透镜成为短焦距，意味着射入固体摄像器件的光成为广角(从固体摄像器件的入射面的垂直轴测量而较大的角度)。 目前，在作为固体摄像元件广泛使用的CCD及MOS图像传感器中，将具有多个受光部分的半导体集成电路2维排列，将来自被摄体的光信号转换为电信号。 固体摄像元件的灵敏度由相对于入射光量的受光元件的输出电流的大小定义，所以可靠地将入射的光导入受光元件成为用于提高灵敏度的重要的要素。 图4是表示以往的一般的像素的基本结构的一例的图。如图4所示，垂直射入微透镜61的光(用虚线表示的光)59由对应于红色光(R)、绿色光(G)、蓝色光(B)中的任一光的滤色片2进行色分离后，在受光部6中进行向电信号的转换。该微透镜61由于得到较高的聚光效率，所以几乎在所有的固体摄像器件中使用。 在使用上述微透镜的固体摄像器件中，有相对于各像素非对称地配置透镜的结构例的方案(例如参照专利文献1)。在该专利文献1中，记载了能够将斜入射光导入传感器部的实施例。 此外，作为利用了菲涅尔透镜的固体摄像器件，公开了各种技术(例如参照专利文献2及3)。 专利文献2公开的技术中，透镜由同心圆状地具有不同的折射率的多个层构成，构成为中心部的折射率较高、而折射率随着成为周边部依次减少。此外，专利文献3公开的技术中，利用厚度分布型透镜、和通过掺杂而具有连续的折射率分布的梯度折射率型透镜。 专利文献1日本特开2001-196568号公报专利文献2日本特开2000-39503号公报专利文献3日本特开平5-251673号公报今后，为了开发对应于广角入射的固体摄像器件，需要将以特定的角度入射的光可靠地向受光元件导入。 但是，在微透镜中，聚光效率取决于信号光的入射角度而降低。即，如图4所示，对于垂直地入射到微透镜61的光59能够高效率地聚光，但对于斜向入射的光(由实线表示的光)60，聚光效率降低。这是因为，斜向入射的光60被像素中的Al布线3遮挡而不能到达受光元件6。 如上所述，固体摄像器件由于由多个像素的2维排列构成，所以在具有扩散角的入射光的情况下，在中央的像素与周边的像素中入射角不同(参照图1)。其结果，发生周边的像素的聚光效率比中央低的问题。 图2是表示以往的周边的像素的结构例的图。在周边的像素中，由于入射光的入射角度增大，所以通过使电布线部分向固体摄像器件的中心方向错开(缩小)，来实现聚光效率的提高。 图3是表示使用以往的微透镜的固体摄像器件的聚光效率的入射角度依存性的图。如图3所示，可知对于入射角度为20°左右以内的光能够高效率地聚光。但是，如果入射角度成为其以上，则效率急剧地降低。作为结果，周边像素的光量为中央部分的约40％左右、元件整体的灵敏度被周边元件的灵敏度局限是现状。此外，由于该值随着像素尺寸的减少而进一步降低，所以应用于小型摄像机那样的短焦距光学系统非常困难。进而，在制造工序中，产生不能进一步缩小电路的问题。 进而，在固体摄像器件的表面具有菲涅尔透镜形状等的微小的阶差形状的情况下，特别是在制造时产生切割加工的灰尘堆积成微小的阶差形状等的问题。 此外，在固体摄像器件的表面具有菲涅尔透镜形状等的微小的阶差形状的情况下，不能在聚光元件的上部设置滤色片。
技术实现思路
因此，本专利技术是鉴于上述课题而做出的，为了实现也能够对应于薄型摄像机用的焦距短的光学系统(入射角θ较大的光学系统)的固体摄像器件，其目的是提供一种可以对角度比现有的微透镜高的入射光进行聚光的光学元件结构，而且不发生灰尘堆积等的问题的结构。 为了解决上述课题，本专利技术涉及的聚光元件具备由折射率不同的多个透光膜构成的集合体，其特征在于，上述集合体中的一个透光膜具有与入射光的波长相同程度或比其短的宽度及预定厚度的同心形状；上述集合体中的其它透光膜以同心状填充不存在上述一个透光膜的空间的全部或一部分。 由此，能够实现可以通过改变一个透光膜的线宽及其配置密度而使有效折射率变化的梯度折射率型的聚光元件。进而，能够继承以往的半导体工艺来制造微小的梯度折射率透镜。 此外，上述聚光元件的特征在于，上述一个透光膜被上述其它透光膜埋入。由此，能够防止聚光元件的上表面的灰尘的堆积。 此外，其特征在于，上述聚光元件中的上述集合体的光学中心偏心。进而，上述集光元件的特征在于，在设上述入射光的入射角度为θ、预定的常数为A及B的情况下，取决于上述集合体中的面内方向的距离x的上述相位调制Φ(x)大致满足Φ(x)＝Ax2+Bxsinθ+2mπ(m自然数)。 由此，能够容易地控制以特定的角度入射的光的传播方向，可以在任意的位置对入射光进行聚光。 此外，也可以将上述聚光元件构成为，使上述一个透光膜的折射率与上述其它透光膜的折射率的差为0.1以上。由此，能够实现能够改变有效折射率的梯度折射率型聚光元件。 此外，其特征在于，上述聚光元件的上述一个透光膜的折射率为1.45以上且3.4以下。通过这样使用高折射率材料，能够减薄透光膜的膜厚，能够使制造工艺变得容易。 此外，也可以将上述聚光元件构成为，使上述一个透光膜的折射率比上述其它透光膜的折射率大，或者构成为，使上述一个透光膜的折射率比上述其它透光膜的折射率小。 此外，在上述聚光元件中，其特征在于，构成上述一个透光膜或上述其它透光膜的透光材料是空气。由此，能够使折射率分布的动态范围变大，能够提高透镜的聚光性。 此外，在上述聚光元件中，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜还是在垂直方向上由折射率不同的多个透光材料构成的多层结构。由此，增加了折射率分布的层次，能够形成高效率的梯度折射率透镜。 此外，在上述聚光元件中，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜根据上述入射光的波长或上述入射光的代表光的波长而使构成该一个透光膜或该其它透光膜的透光材料的种类或其排列不同。由此，能够根据入射光的波长而使各像素的透镜结构最优化，能够消除由颜色引起的聚光效率的差异。 此外，在上述聚光元件中，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜根据对上述入射光设定的焦距而使构成该一个透光膜或该其它透光膜的透光材料的种类或其排列不同。由此，能够改变入射光的焦距，所以能够进行适于各像素结构的透镜设计。 此外，在上述聚光元件中，其特征在于，在设上述入射光的入射角度为θ、该集合体的折射率与入射侧介质的折射率的差分的最大值为Δnmax、预定的常数为A、B及C的情况下，在设取决于上述集合体中的面内方向的距离x的、上述集合体的折射率与入射侧的介质的折射率的差分为Δn(x)时，上述集合体大致满足Δn(x)＝Δnmax[(Ax2+Bxsinθ)/2π+C](A、B、C常数)。 由此，能够将以特定的角度入射的光在任意的位置聚光，能够形成高聚光效率的梯度折射率透镜。 此外，在上述聚光元件中，也可以构成为，在设上述集合体的厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚光元件，具备由折射率不同的多个透光膜构成的集合体，其特征在于，上述集合体中的一个透光膜具有与入射光的波长相同程度或比其短的宽度及预定厚度的同心形状；上述集合体中的其它透光膜以同心状填充不存在上述一个透光膜的空间的全部或 一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-9-1 254733/20041.一种聚光元件，具备由折射率不同的多个透光膜构成的集合体，其特征在于，上述集合体中的一个透光膜具有与入射光的波长相同程度或比其短的宽度及预定厚度的同心形状；上述集合体中的其它透光膜以同心状填充不存在上述一个透光膜的空间的全部或一部分。2.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，在上述聚光元件中，上述一个透光膜被上述其它透光膜埋入。3.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述集合体的光学中心偏心。4.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，在设上述入射光的入射角度为θ、预定的常数为A及B的情况下，取决于上述集合体中的面内方向的距离x的上述相位调制Ф(x)大致满足Ф(x)＝Ax2+Bxsinθ+2mπ，m为自然数。5.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜的折射率与上述其它透光膜的折射率的差为0.1以上。6.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜的折射率为1.45以上且3.4以下。7.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜的折射率比上述其它透光膜的折射率大。8.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜的折射率比上述其它透光膜的折射率小。9.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，构成上述一个透光膜或上述其它透光膜的透光材料是空气。10.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜进一步在垂直方向上是由折射率不同的多种透光材料构成的多层结构。11.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜，根据上述入射光的波长或上述入射光的代表光的波长而使构成该一个透光膜或该其它透光膜的透光材料的种类或其排列不同。12.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜根据对上述入射光设定的焦点距离而使构成该一个透光膜或该其它透光膜的透光材料的种类或其排列不同。13.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，在设上述入射光的入射角度为θ、该集合体的折射率与入射侧介质的折射率的差分的最大值为Δnmax、预定的常数为A、B及C的情况下，在设取决于上述集合体中的面内方向的距离x的、上述集合体的折射率与入射侧介质的折射率的差分为Δn(x)时，上述集合体大致满足Δn(x)＝Δnmax[(Ax2+Bxsinθ)/2π+C]，其中，A、B、C为常数。14.如权利要求13所述的聚光元件，其特征在于，在设上述集合体的厚度为L、上述入射光的波长为λ的情况下，大致满足ΔnmaxL＝λ。15.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜的法线方向的截面形状为矩形。16.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜或上述其它透光膜由直径与上述入射光的波长相同程度、或者直径比该波长小的透光材料构成。17.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜包含TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4及Si2N3中的任一种。18.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜包含添加了B或P的SiO2即BPSG、及TEOS中的任一种。19.如权利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述一个透光膜含有苯并环丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺及聚酰亚胺的任一种。20.一种固体摄像器件，平面地配置有多个具有聚光元件的单位像素，该聚光元件具备由折射率不同的多个透光膜构成的集合体，其特征在于，上述集合体中的一个透光膜具有与入射光的波长相同程度或比其短的宽度及预定厚度的同心形状，上述集合体中的其它透光膜以同心状填充不存在上述一个透光膜的空间的全部或一部分。21.如权利要求20所述的固体摄像器件，其特征在于，上述固体摄像器件还在上述集合体的上部具备滤色片。22.如权利要求20所述的固体摄像器件，其特征在于，上述固体摄像器件还在上述集合体的下部具备滤色片。23.如权利要求20所述的固体摄像器件，其特征在于，在位于该固体摄像器件的中央的单位像素的上述一个透光膜或上述其它透光膜、和位于该固体摄像器件的周边的单位像素的上述一个透光膜及上述其它透光膜中，构成它们的透光材料的种类或其排列不同。24.如权利要求20所述的固体摄像器件，其特征在于，上述集合体形成为覆盖对应的单位像素的整体。25.一种固体摄像器件的制造方法，上述固体摄像器件平面地配置有多个具有聚光元件的单位像素，上述聚光元件具备由折射率不同的多个透光膜构成的集合体，其特征在于，上述集合体中的一个透光膜具有与入射光的波长相同程度或比其短的宽度及预定厚度的同心形状，上述集合体中的其...

【专利技术属性】
技术研发人员：岁清公明，小野泽和利，上田大助，河原卓，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]