固体摄像元件及其制造方法技术

一种固体摄像元件具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜。微透镜为多层构造，至少具有：透明树脂上部层，形成略半球形状的至少一部分；和着色下部层，被设在透明树脂上部层的上述光电变换元件一侧，与该透明树脂上部层之间的界面具有沿上述光电变换元件的表面的形状、例如平坦的形状。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以C-MOS或CCD等光检测元件为代表的固体摄像元件。
技术介绍
CCD等固体摄像元件上的光电变换元件对光电变换有贡献的区域(孔径部)依赖于固体摄像元件的尺寸和像素数，被限制在固体摄像元件的总面积的20～40％左右。孔径部小，直接导致灵敏度降低，所以为了对此进行补偿，一般在光电变换元件上形成聚光用的微透镜。然而，近来强烈需要超过300万像素的高清晰度固体摄像元件，该高清晰度固体摄像元件附带的微透镜的孔径比降低(即灵敏度降低)、及反射光斑、模糊(スミフ)等噪声增加造成的画质降低，这成为大的问题。C-MOS或CCD等摄像元件正在接近大致足够的像素数，这些器件制造商之间的竞争正在从像素数变化到画质的竞争。与形成微透镜的技术有关的公知技术例如被比较详细地示于日本专利特开昭60-53073号公报中。在该文献中，作为将透镜圆滑地做成半球状的技术，详细地公开了使用热作用引起的树脂的热流动性的技术、和通过几种蚀刻方法来加工透镜的技术。除此之外，作为改善透镜表面的光散射造成的聚光性能损失的对策，也公开了在透镜表面上形成聚甲基丙烯酸缩水甘油脂(ポリダリシヅルメタクリレ一トPGMA)等有机膜、或OCD(日本的东京应化工业株式会社制造的SiO2系涂层形成用涂敷液)的无机膜的技术等。为了防止微透镜上的反射而在微透镜上形成单层或多层反射防止膜的技术，例如被公开于日本专利特开平4-223371号公报中。此外，干法蚀刻加工微透镜的技术，除了上述技术以外还在特开平1-10666号公报中也有详细记载。再者，有色微透镜(着色的微透镜)的技术被公开于日本专利特开昭64-7562号公报、特开平3-230101号公报等中。图1A示出现有的典型固体摄像元件的一例的剖视图。如图1A所示，在光电变换元件80上，形成平坦化层81、82、滤色器83、有时还形成层内透镜等，一般具有5～6μm左右的较大的(厚的)透镜下距离D1。此外，图1B示出现有的固体摄像元件的另一例(配设有色透镜90)的剖视图。通过兼具滤色器功能的有色透镜90，能够简化固体摄像元件的结构。然而，在现有的固体摄像元件中，例如有下述问题。第1，在现有的固体摄像元件的结构中，难以减小透镜下距离。即，在图1A中，提高来自微透镜85的入射光的聚光性、且提高光电变换元件80的S/N(信号/噪声)比的有力手段是使透镜下距离D1变小(变薄)。但是，如果单纯地使微透镜85的厚度(透镜高度D2)变薄，则在利用热流动来制造微透镜的方法中，难以形成略半球状，不能制造合适的微透镜。该问题在因功耗小、且与驱动电路一体化而能够节省空间而最近引人注目的C-MOS摄像元件中特别显著，。这是因为，在C-MOS摄像元件的构造中，从微透镜到光电变换元件的距离往往很大，这是对减小上述透镜下距离D1不利的结构。第2，在现有的结构中存在光的有些入射位置导致饱和度降低、画质降低的问题。即，在图1B中，入射到有色透镜90的中央附近的光L1透过足够厚的有色透镜，所以对其透射光L3大致可望得到达到目的的滤色效果。与此相反，从有色透镜90的端部入射的光L2透过作为滤色器的有色透镜的薄的部分，所以其透射光L4成为相当发白的颜色，结果大大降低饱和度。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种，能够减小透镜下距离，改善聚光性、S/N比，能够使微透镜的实质厚度为0.5μm以上，能够抑制有色透镜中的饱和度降低，提高孔径比。本专利技术的第1视点是一种固体摄像元件，具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜，其中，上述微透镜是多层构造透镜，至少具有透明树脂上部层，形成上述略半球形状的至少一部分；以及着色下部层，被设在上述透明树脂上部层的上述光电变换元件一侧，与该透明树脂上部层之间的界面具有沿上述光电变换元件的表面的形状。本专利技术的第2视点是一种固体摄像元件制造方法，该固体摄像元件具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜，其中，该固体摄像元件制造方法具备下述步骤在二维配置于半导体衬底上的多个光电变换元件上形成平坦化层；在上述平坦化层上，用以色素为色材的感光性着色抗蚀剂，通过光刻来形成多种颜色的着色下部层；在上述多种颜色的着色下部层上，通过涂敷第一树脂涂敷液来形成透明树脂上部层；用具有碱可溶性、感光性、及热流动性的透镜材料，在上述透明树脂上部层上，通过光刻及热处理来形成透镜母模；在上述透镜母模上进行干法蚀刻，至少向上述透明树脂上部层上转印上述透镜母模图形，形成至少具有上述透明树脂上部层和上述着色下部层的上述微透镜。附图说明图1A示出现有的典型固体摄像元件的一例的剖视图。图1B示出现有的固体摄像元件的另一例(配设有色透镜90)的剖视图。图2A示出第1实施方式的固体摄像元件1的俯视图。图2B示出沿图2A的A-A线的剖视图。图3A至图3C是固体摄像元件1的制造方法的说明图。图4是第2或第3实施方式的固体摄像元件的一例的微透镜一侧的俯视图，是拜耳(Bayer)排列中的着色下部层及微透镜的二维(平面)排列示意图。图5A示出固体摄像元件20的沿图4的A-A线的剖视图。图5B示出作为第2实施方式的另一例的、固体摄像元件20的沿图4的A-A线的剖视图。图6A至图6C是固体摄像元件20的制造方法的说明图。图7是用第2实施方式的方法制造的固体摄像元件20的沿图6的B-B线的剖视图。图8A至图8C是固体摄像元件20的制造方法的说明图。图9是第3实施方式的固体摄像元件30的沿图4的A-A线的剖视图。图10A至图10C是固体摄像元件30的制造方法的说明图。图11示出第3实施方式的固体摄像元件30的沿图4的B-B线的剖视图。图12A是第4实施方式的固体摄像元件的一例的微透镜一侧的俯视图，是拜耳排列中的着色下部层及微透镜的二维(平面)排列图。图12B示出第4实施方式的固体摄像元件40的沿图4的A-A线的剖视图。图13是微透镜41的放大图，是着色下部层10b的膜厚的说明图。图14是第4实施方式的固体摄像元件40的效果的说明图。图15A至图15G是固体摄像元件40的制造方法的一实施例的工序图。图16是第5实施方式的固体摄像元件50的一例的微透镜一侧的俯视图，是表示拜耳排列中的滤色层及微透镜的二维(平面)排列的图。图17示出沿图16的B-B线的剖视图。图18示出沿图16的A-A线的剖视图。图19A至图19C是固体摄像元件50的制造方法的说明图。具体实施例方式以下，根据附图来说明本专利技术的各实施方式。在以下说明中，对具有大致同一功能及结构的构件附以同一标号，只在必要的情况下进行重复说明。(第1实施方式)图2A示出第1实施方式的固体摄像元件1的俯视图。此外，图2B示出沿图1的A-A线的剖视图。首先，参照图2A及图2B来说明固体摄像元件1的结构。如图2A、图2B所示，固体摄像元件1具备微透镜10、半导体衬底11、光电变换元件13、遮光层16、平坦化层15。半导体衬底11是用于安装光电变换元件13等的衬底。光电变换元件13将经由微透镜10入射的光变换为电荷。平坦化层15使微透镜10的安装面平坦化。微透镜10是半球形状，具有形成该透镜10的上部的半球状透明树脂上部层10a、形成透镜10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体摄像元件，具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜，其特征在于，上述微透镜是多层构造透镜，至少具有：透明树脂上部层，形成上述略半球形状的至少一部分；以及着色下部层，被 设在上述透明树脂上部层的上述光电变换元件一侧，与该透明树脂上部层之间的界面具有沿上述光电变换元件的表面的形状。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-9 199558/2002;JP 2003-1-31 23297/20031.一种固体摄像元件，具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜，其特征在于，上述微透镜是多层构造透镜，至少具有透明树脂上部层，形成上述略半球形状的至少一部分；以及着色下部层，被设在上述透明树脂上部层的上述光电变换元件一侧，与该透明树脂上部层之间的界面具有沿上述光电变换元件的表面的形状。2.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，上述透明树脂上部层和上述着色下部层之间的上述界面是平坦的。3.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，上述着色下部层的一部分形成上述略半球形状的至少一部分。4.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，上述着色下部层是以染料为色材的着色树脂层。5.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，多个上述着色下部层的厚度之差在0.3μm以内。6.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，上述透明树脂上部层的折射率与上述着色下部层的折射率相同，或者在其以下。7.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，还具备设在上述微透镜和上述光电变换元件之间的平坦化层；上述微透镜或上述平坦化层中的至少一方具有红外线吸收功能。8.如权利要求7所述的固体摄像元件，其特征在于，还具备设在上述平坦化层和上述着色下部层之间的紫外线吸收层。9.如权利要求8所述的固体摄像元件，其特征在于，上述平坦化层具有紫外线吸收功能。10.如权利要求3所述的固体摄像元件，其特征在于，上述微透镜还具备设在上述透明树脂上部层的上方、并形成上述略半球形状的至少一部分的透镜母模。11.如权利要求3所述的固体摄像元件，其特征在于，从上述着色下部层的膜厚T中减去上述着色下部层的一部分的厚度T1所得的值在0.4μm以上。12.如权利要求10所述的固体摄像元件，其特征在于，在将该上述着色下部层的膜厚设为T的情况下，形成上述略半球形状的至少一部分的上述着色下部层的一部分的厚度T1满足0.02T≤T1≤0.5T。13.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，上述平坦化层的材料是曝光波长的透射率在40％以下、而且在可见光区域具有90％以上的透射率的树脂。14.如权利要求3所述的固体摄像元件，其特征在于，上述透明树脂上部层的折射率比着色下部层的折射率低。15.如权利要求14所述的固体摄像元件，其特征在于，还具备外侧树脂层，具有比上述着色下部层的折射率低的折射率，并形成上述略半球形状的至少一部分，覆盖上述着色下部层的一部分。16.如权利要求14所述的固体摄像元件，其特征在于，上述透明树脂上部层由氟系丙烯树脂构成。17.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，还具备存在于上述多个微透镜之间、覆盖非孔径部的非孔径部层；上述透明树脂上部层或上述薄膜的至少一方由氟系丙烯树脂构成。18.一种固体摄像元件制造方法，该固体摄像元件具备二维配置的多个光电变换元件、和分别覆盖上述光电变换元件的多个略半球形状的微透镜，其特征在于，该固体摄像元件制造方法具备下述步骤在二维配置于半导体衬底上的多个光电变换元件上形成平坦化层；在上述平坦化层上，用以色素为色材的感光性着色抗蚀剂，通过光刻来形成多种颜色的着色下部层；在上述多种颜色的着色下部层上，通过涂敷第一树脂涂敷液来形成透明树脂上部层；用具有碱可溶性、感光性、及热流动性的透镜材料，在上述透明树脂上部层上，通过光刻及热处理来形成透镜母模；在上述透镜母模上进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：福吉健藏，石松忠，北村智史，绪方介，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]