CN101888489A - 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体摄像器件、其制造方法以及电子装置。所述固体摄像器件包括：至少一个光电转换器，其设于基板的摄像表面，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；至少一个片上透镜，其设于所述基板的所述摄像表面上，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及防反射层，其设于所述基板的摄像表面的片上透镜上表面，所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。本发明的固体摄像器件和电子装置能够改善所拍摄图像的图像质量并且能够提高制造效率。

Description

固体摄像器件、其制造方法以及电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2009年5月14日向日本专利局提交的日本在先专利申请2009-117401的公开内容相关的主题，在此将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、其制造方法以及电子装置。具体地，本发明涉及具有光电转换器的固体摄像器件、制造该固体摄像器件的方法以及电子装置，该光电转换器在光接收表面接收光，并对接收光进行光电转换，由此生成信号电荷。
背景技术
诸如数码摄像机和数码相机等电子装置具有固体摄像器件。固体摄像器件的示例包括互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(charge coupleddevice，CCD)图像传感器。
在上述固体摄像器件中，具有多个像素的摄像区域设于半导体基板的表面上。在该摄像区域中，形成多个光电转换器与多个像素对应。这些光电转换器接收物体图像的光，并对接收光进行光电转换，由此生成信号电荷。例如，形成光电二极管作为光电转换器。
在这种固体摄像器件中，像素的单元尺寸减小，像素的个数增加。因此，每个像素接收的光的量减少，于是灵敏度降低。
因而，为了提高聚光效率和提高灵敏度，形成片上透镜与像素对应。
在片上透镜的表面上进一步形成防反射层，用于防止所拍摄的图像因闪光和重影等所致的图像质量的降低。
例如，在先技术已经提出形成多孔膜作为防反射层，使得其膜厚度为反射光波长λ的四分之一(即λ/4)。例如，在先技术还提出通过利用折射率小于片上透镜的材料形成防反射层。例如，可参考未经审查的日本专利申请公开文本2002-261261号、2003-258224号、2008-66679号、2006-332433号和平10-270672号。
为了克服上述问题，在先技术还提出利用含有极小粒子的粘合剂树脂形成片上透镜。例如，可参考未经审查的日本专利申请公开文本2008-30464号。
在上述配置中，存在难以充分提高聚光效率的情况，这导致不能充分改善灵敏度。因此，所拍摄图像的图像质量低下。还存在难以充分抑制产生闪光和重影等的情况，这导致所拍摄图像的图像质量低下。
为了解决这些问题，人们想到了增加片上透镜的曲率的方法。然而，这种方法会带来一些问题，例如制造过程复杂度增大以及制造成本增加。
因而，难以改善所拍摄图像的图像质量，也难以提高制造效率。
发明内容
因此，期望提供一种固体摄像器件、其制造方法以及电子装置，该固体摄像器件和电子装置能够改善所拍摄图像的图像质量并且能够提高制造效率。
本发明实施例的固体摄像器件包括：至少一个光电转换器，其设于基板的摄像表面，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；至少一个片上透镜，其设于所述基板的所述摄像表面上，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及防反射层，其设于所述基板的摄像表面的片上透镜上表面。所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
本发明另一实施例的固体摄像器件包括：光电转换器，其设于基板的摄像区域中，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及片上透镜，其设于所述基板的所述摄像区域中，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面。所述片上透镜包括粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
本发明又一实施例的电子装置包括：光电转换器，其设于基板的摄像表面，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；片上透镜，其设于所述基板的所述摄像表面上，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及防反射层，其设于所述基板的摄像表面的片上透镜上表面。所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
本发明再一实施例的电子装置包括：光电转换器，其设于基板的摄像区域中，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及片上透镜，其设于所述基板的所述摄像区域中，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面。所述片上透镜包括粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
本发明实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：在基板的摄像表面设置光电转换器，所述光电转换器在其光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；在所述光电转换器的光接收表面上方设置片上透镜，所述片上透镜将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及在所述片上透镜的上表面设置防反射层。所述防反射层含有折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
本发明另一实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：在基板的摄像表面设置光电转换器，所述光电转换器在其光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及在所述光电转换器的所述光接收表面的上方设置片上透镜，所述片上透镜将所述入射光聚集在所述光接收表面。所述片上透镜含有粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
根据本发明，利用折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子形成所述防反射层。或者，利用粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子形成所述片上透镜。因而，能够利用低折射率粒子的弯曲降低相位差所引起的波动。
根据本发明，能够提供一种固体摄像器件、其制造方法以及电子装置，该固体摄像器件和电子装置能够改善所拍摄图像的图像质量并且能够提高制造效率。
附图说明
图1是表示本发明第一实施例的相机的配置框图；
图2是表示本发明第一实施例的固体摄像器件的配置的示意图；
图3是表示本发明第一实施例的设于摄像区域中的像素的主要部分的电路图；
图4是表示本发明第一实施例的固体摄像器件的主要部分的图；
图5是表示本发明第一实施例的固体摄像器件的包括防反射层的部分的图；
图6是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图7是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图8是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图9是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图10是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图11是表示在本发明第一实施例固体摄像器件的制造方法的步骤中主要部分的图；
图12是表示本发明第一实施例的防反射层的折射率与灵敏度关系的曲线图；
图13是表示本发明第二实施例的固体摄像器件的主要部分的图；
图14是表示本发明第三实施例的固体摄像器件的主要部分的图；
图15是表示本发明第三实施例的防反射层的折射率与灵敏度关系的曲线图；
图16是表示本发明第四实施例的固体摄像器件的主要部分的图；
图17是表示本发明第五实施例的固体摄像器件的主要部分的图；
图18A～图18D是表示本发明第五实施例的包括片上透镜的主要部分的图；以及
图19A和图19B示出了本发明第五实施例的片上透镜的折射率、膜厚度(μm)和灵敏度之间的关系。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的各实施例。
按以下顺序进行说明：
1.第一实施例(防反射层的膜厚度均匀)
2.第二实施例(在OCL凹部的防反射层的膜厚度比凸部的厚)
3.第三实施例(防反射层的表面平坦)
4.第四实施例(防反射层具有多层)
5.第五实施例(OCL包含低折射率粒子)
6.变化例
1.第一实施例(防反射层的膜厚度均匀)
[A]器件配置
(1)相机的主要部分的配置
图1是表示本发明第一实施例的相机40的配置的框图。
如图1所示，相机40包括固体摄像器件1、光学***42、驱动电路43和信号处理电路44。以下依次说明相机40所包括的各部分。
穿过光学***42的(物体图像的)入射光H被固体摄像器件1的摄像表面PS接收。然后，固体摄像器件1对接收光进行光电转换，生成信号电荷。固体摄像器件1根据从驱动电路43输出的驱动信号进行驱动。具体地，固体摄像器件1读出信号电荷并将其作为原始数据输出。
光学***42设置为使物体图像的入射光H聚集在固体摄像器件1的摄像表面PS上。
驱动电路43向固体摄像器件1和信号处理电路44输出各种驱动信号，驱动固体摄像器件1和信号处理电路44。
信号处理电路44被配置为对从固体摄像器件1输出的数据进行信号处理，生成物体图像的数字图像。
(2)固体摄像器件的主要部分的配置
下面说明固体摄像器件1的整体配置。
图2是表示本发明实施例的固体摄像器件1的配置的示意图。
本实施例的固体摄像器件1可由CMOS彩色图像传感器实现，如图2所示，包括基板101。如图2所示，基板101例如是硅基半导体基板，具有设有摄像区域PA和周边区域SA的表面。
(2-1)摄像区域PA
下面说明摄像区域PA。
如图2所示，摄像区域PA为矩形，具有在水平方向x和垂直方向y上布置的多个像素P。即，多个像素P以矩阵形式布置。
更具体地，如图2所示，像素P布置成在水平方向x和垂直方向y上分别布置有m个像素和n个像素。即，多个像素P布置为具有m列n行的像素阵列。下面说明像素P的具体配置。
摄像区域PA具有行控制线VL。行控制线VL在水平方向x上与布置在摄像区域PA中的对应像素P电连接。行控制线VL布置成在垂直方向y上彼此平行，与沿垂直方向y布置的像素P对应。即，行控制线VL包括第1行控制线VL1到第n行控制线VLn，这些行控制线被布线为与设于摄像区域PA中的像素P的各行(第1行～第n行)对应。
摄像区域PA还具有列信号线HL。列信号线HL在垂直方向y上与布置在摄像区域PA中的对应像素P电连接。列信号线HL布置成在水平方向x上彼此平行，与沿水平方向x布置的像素P对应。即，列信号线HL包括第1列信号线HL1到第m列信号线HLm，这些列信号线被布线为与设于摄像区域PA中的像素P的各列(第1列～第m列)对应。
图3是表示本发明实施例的设于摄像区域PA中的像素P的主要部分的电路图。
如图3所示，设于摄像区域PA中的各像素P包括光电二极管21、传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24和复位晶体管25。即，像素P具有光电二极管21以及用于执行从光电二极管21读出信号电荷操作的多个像素晶体管。
在像素P中，光电二极管21接收物体图像的光，对接收光进行光电转换，生成信号电荷，然后存储该信号电荷。如图3所示，光电二极管21经传输晶体管22与浮动扩散部FD相连。传输晶体管22把存储在光电二极管21中的信号电荷作为输出信号传输。
如图3所示，在像素P中，传输晶体管22设于光电二极管21和浮动扩散部FD之间。传输脉冲TRG一旦施加到传输晶体管22的栅极，传输晶体管22就将存储在光电二极管21中的信号电荷作为输出信号传输到浮动扩散部FD。
如图3所示，在像素P中，放大晶体管23的栅极与浮动扩散部FD相连，放大经浮动扩散部FD输出的输出信号。放大晶体管23经选择晶体管24与列信号线HL相连。当选择晶体管24导通时，放大晶体管23与连接至列信号线HL的恒流源I共同形成源极跟随器。
在像素P中，如图3所示，选择晶体管24配置为选择脉冲SEL被提供给选择晶体管24的栅极。选择晶体管24用于为各行选择读出信号用的像素。一旦提供选择脉冲SEL，选择晶体管24就导通。如上所述，当选择晶体管24导通时，放大晶体管23和恒流源I形成源极跟随器，从而与浮动扩散部FD的电压对应的电压输出到列信号线HL。
如图3所示，在像素P中，复位晶体管25配置为复位脉冲RST被提供给复位晶体管25的栅极。复位晶体管25连接在电源Vdd和浮动扩散部FD之间。复位脉冲RST一旦提供给复位晶体管25的栅极，复位晶体管25就使浮动扩散部FD的电位复位到电源Vdd电位。
下面所述的周边电路设于周边区域SA中。各种脉冲信号通过行控制线VL从周边电路被提供给像素P，从而对于各水平线(即各像素行)，像素P依次被选择和驱动。
(2-2)周边区域
下面说明周边区域SA。
如图2所示，周边区域SA设于摄像区域PA周围。
设于周边区域SA中的周边电路处理像素P产生的信号电荷。周边电路例如包括行扫描电路13、列电路14、列扫描电路15、输出电路17和时序控制电路18。
行扫描电路13包括移位寄存器(未图示)，用来选择和驱动各行的像素P。如图2所示，各行控制线VL的一端电连接到行扫描电路13。行扫描电路13通过对应的行控制线VL扫描设于摄像区域PA中各行像素P。更具体地，行扫描电路13通过行控制线VL将诸如复位脉冲信号和传输脉冲信号等各种脉冲信号输出给各行像素P，由此驱动像素P。
各列信号线HL的一端电连接到列电路14。列电路14被配置为对从各列的像素P读出的信号进行信号处理。列电路14具有ADC(模拟-数字转换器)400，ADC400进行模拟-数字转换操作，用于将从像素P输出的模拟信号转换成数字信号。更具体地，ADC400设置为在水平方向x上彼此平行，与摄像区域PA中沿水平方向x布置的像素P的列对应。ADC400电连接到用于像素P的对应列的列信号线HL，对从像素P的对应列输出的信号进行模拟-数字转换操作。
列扫描电路15包括移位寄存器(未图示)。列扫描电路15被配置为选择像素P的列，并从列电路14向水平输出线16输出数字信号。如图2所示，列扫描电路15电连接到列电路14中所包括的ADC400。从像素P读出的信号通过列电路14被依次输出到水平方向x的水平输出线16。
输出电路17例如包括放大器(未图示)。输出电路17对从列扫描电路15输出的数字信号执行诸如放大处理等信号处理，然后输出经放大的数字信号。
时序控制电路18生成各种时序信号，然后将时序信号输出到行扫描电路13、列电路14和列扫描电路15，由此驱动和控制电路13、14和15。
(3)固体摄像器件的具体配置
下面详细说明本实施例的固体摄像器件1。
图4是表示本发明第一实施例的固体摄像器件1的主要部分的示意图。图4示出了设于摄像区域PA中的像素P的横剖面。摄像区域PA具有按上述方式布置在基板101上的像素P，于是省略了其主要部分之外的说明。
如图4所示，固体摄像器件1配置为在该固体摄像器件1中，光电二极管21、片上透镜(OCL)111、防反射层112、光波导芯部131和滤色器301设于基板101上，与像素P对应。
下面依次说明固体摄像器件1所包括的各部分。
(3-1)光电二极管21
如图4所示，光电二极管21设于基板101中。光电二极管21被配置为在光接收表面JS接收入射光H，然后对入射光H进行光电转换，生成信号电荷。
如图4所示，片上透镜111、防反射层112、光波导芯部131和滤色器301设于光电二极管21的光接收表面JS上方。光波导芯部131、滤色器301、片上透镜111和防反射层112从光接收表面JS侧依次布置在光电二极管21上方。于是，在本实施例中，光电二极管21的光接收表面JS接收穿过上述部分的入射光H，然后光电二极管21生成信号电荷。传输晶体管22设于基板101上，与光电二极管21相邻。
(3-2)片上透镜111
片上透镜111是所谓的“微透镜”。如图4所示，片上透镜111设于基板101的光接收表面JS上方，用于将入射光H聚集在光接收表面JS上。
片上透镜111是从光接收表面JS以凸形向上凸出的凸透镜。即，片上透镜111形成为，在从光电二极管的21光接收表面JS向光波导芯部131的方向上，透镜中心比边缘厚。
片上透镜111在基板101的深度方向z上与光电二极管21的光接收表面JS相对，滤色器301和光波导芯部131设于片上透镜111和光电二极管21之间。于是，光电二极管21的光接收表面JS接收由片上透镜111聚集的透过滤色器301和光波导芯部131的光。
在本实施例中，多个片上透镜111设置为与多个光电二极管21对应。片上透镜111之间具有间隙。
例如由诸如苯乙烯树脂等透明树脂形成片上透镜111。
(3-3)防反射层112
如图4所示，防反射层112覆盖片上透镜111的上表面，防止入射光H在片上透镜111上表面的反射。
图5示意性示出了本发明第一实施例的固体摄像器件1中包括防反射层112的部分的放大的横剖面图。由于图5是示意性原理图，所以图示的比例与实际尺寸不同。
如图5所示，由低折射率粒子112P和粘合剂树脂112R形成防反射层112。
可使用折射率比片上透镜111低的材料作为粘合剂树脂112R。可使用折射率比粘合剂树脂112R低的粒子作为低折射率粒子112P。
如图4和图5所示，防反射层112形成于光接收表面JS上方，随着离光接收表面JS距离的增大，分布的低折射率粒子112P比粘合剂树脂112R更多。
在此情况下，作为低折射率粒子112P，优选使用具有孔洞的中空无机粒子，例如中空硅粒子(折射率n约为1.25～1.40)。这是因为诸如中空硅粒子等中空粒子含有空气(反射率n＝1)并且折射率低。
优选地，使用具有空隙且比重低，比如中空硅粒子的粒子作为低折射率粒子。这种粒子的示例包括诸如氧化钛、氧化铝和氧化锆等无机材料。或者，也可以使用具有空隙且比重低的有机材料。
优选使用平均粒子尺寸在20～100nm的粒子作为中空硅粒子。当粒子尺寸超过该范围时，会出现诸如保存稳定性不好和在所形成的膜中产生空隙等问题。另外，当平均粒子尺寸低于该范围时，会出现难以使用低折射率材料的问题。
优选地，例如使用聚硅氧烷树脂(折射率n约为1.5)作为粘合剂树脂112R。或者，优选使用丙烯酸树脂等。
优选地，防反射层112中所包含的低折射率粒子112P占10％～50％的重量。当超过该范围时，会在膜中产生空隙并且保存稳定性降低。另外，当没有达到该范围时，会出现诸如难以使用低折射率材料的问题。
在本实施例中，防反射层112设于片上透镜111的上表面上，防反射层112的膜厚度d均匀。
更具体地，优选防反射层112形成为，膜厚度d为反射光波长λ的四分之一，即膜厚度d为λ/4。根据该布置，由于进入防反射层112后所反射的反射光与入射光相比具有相移，所以该反射光和进入防反射层112的光相互抵消。这能够很好地提供防反射功能。
(3-4)光波导芯部131
如图4所示，光波导芯部131设于基板101表面的上方，使入射光导向光电二极管21的光接收表面JS。
如图4所示，光波导芯部131设于滤色器301和光电二极管21的光接收表面JS之间。光波导芯部131使依次透过片上透镜111和滤色器301的光导向光电二极管21的光接收表面JS。
如图4所示，光波导芯部131的形状为，在从片上透镜111向光电二极管21的方向上，沿光电二极管21的光接收表面JS的平面的面积减小。即，光波导芯部131形成为具有楔形。
如图4所示，光波导芯部131具有侧面和底面，该侧面和底面被用作覆盖层的层间绝缘层Sz覆盖。如图4所示，层间绝缘层Sz位于光波导芯部131的侧面部分，并包括多个布线H。通过在层间绝缘层Sz中形成凹槽，在凹槽的表面上形成阻挡金属层BM，然后用诸如铜的导电材料填充凹槽，从而形成布线H。为了防止布线H中所含的铜扩散，在相应的层间绝缘层Sz之间设有防扩散层KB。
在本实施例中，如图4所示，光波导芯部131包括第一芯部131a和第二芯部131b。
如图4所示，光波导芯部131的第一芯部131a形成于孔K的表面上以及层间绝缘层Sz的最上层表面上，该孔K通过去除层间绝缘层Sz的一部分形成。第一芯部131a用作钝化膜。第一芯部131a由折射率比用作覆盖层的层间绝缘层Sz高的光学材料构成。并且，第一芯部131a由折射率比设在第一芯部131a内的第二芯部131b高的光学材料构成。例如，层间绝缘层Sz由氧化硅膜构成。第一芯部131a通过等离子体CVD(化学气相沉积)沉积氮化硅(SiN)膜形成，使得折射率比层间绝缘层Sz高。此外，优选地，第一芯部131a由光致抗蚀剂膜、氧化钛膜或通过等离子体CVD沉积的等离子体氮氧化硅(SiON)膜形成。
如图4所示，光波导芯部131的第二芯部131b是嵌入层，嵌入在第一芯部131a中。用光学材料填充通过去除层间绝缘层Sz的一部分所形成的孔K，形成第二芯部131b，第一芯部131a位于孔K和第二芯部131b之间。第二芯部131b隔着第一芯部131a设于层间绝缘层Sz的最上层表面上。第二芯部131b的表面被平坦化。第二芯部131b由折射率比第一芯部131a小的光学材料形成。例如，通过旋转涂覆丙烯酸树脂形成第二芯部131b。或者，第二芯部131b优选由聚酰亚胺树脂、Si3N4(四氮化三硅)膜、DLC(类金刚石)膜或聚硅氧烷树脂形成。
(3-5)滤色器301
如图4所示，滤色器301设于基板101表面的上方，与光接收表面JS相对，被配置为使得入射光H获得颜色并透射到光接收表面JS。
如图4所示，滤色器301设于包含在光波导芯部131中的第二芯部131b上。
更具体地，通过旋转涂覆等方法涂覆含有颜料和感光树脂的涂覆液，形成涂覆膜，然后通过光刻技术图形化该涂覆膜，于是形成滤色器301。例如，类似于第二芯部131b，使用丙烯酸树脂作为感光树脂形成滤色器301。由于滤色器301和第二芯部131b均由丙烯酸树脂形成，所以优选彼此接触形成。
尽管图中未示出，但滤色器301包括设置为与像素P对应的三原色滤色器层，即绿色滤色器层、红色滤色器层和蓝色滤色器层。例如，绿色滤色器层、红色滤色器层和蓝色滤色器层以拜耳(Bayer)型布置排列，与各像素P对应。
[B]制造方法
下面说明上述固体摄像器件1的制造方法。
图6～图11示出了在本发明第一实施例固体摄像器件1的制造方法的步骤中的主要部分。图6～图11示出了类似于图4中所示部分的横剖面图。
(1)形成光电二极管21等
首先，如图6所示，形成包括光电二极管21的各部分。
例如，通过将n型杂质离子注入到为p型硅基板的基板101中形成光电二极管21。
之后，形成构成像素P的诸如传输晶体管22等部分。
然后，在基板101的表面上方形成多个层间绝缘层Sz以覆盖光电二极管21。例如，通过CVD沉积氧化硅膜形成层间绝缘层Sz。
在形成层间绝缘层Sz的过程中，例如通过镶嵌处理在层间绝缘层Sz之间形成布线H。
通过在层间绝缘层Sz中形成凹槽，在凹槽的表面形成阻挡金属层BM，然后用诸如铜的导电材料填充该凹槽，从而形成布线H。例如，通过溅射连续形成钽膜和氮化钽膜形成阻挡金属层BM。例如，通过形成铜晶种层(未图示)，利用电解电镀处理形成铜膜，然后利用CMP(化学机械研磨)平坦化铜膜的表面，从而形成布线H。
为了防止布线H中所含铜的扩散，在相应的层间绝缘层Sz之间设置防扩散层KB。例如，通过利用CVD沉积碳化硅膜，在布线上形成防扩散层KB作为一层。
(2)形成孔K
然后，如图7所示，形成孔K。
在此情况下，通过蚀刻去除层间绝缘层Sz的一部分形成孔K。
更具体地，如图7所示，蚀刻层间绝缘层Sz等的一部分，即与光电二极管21的光接收表面JS的中间部分对应的部分。在本实施例中，这样形成孔K，即在孔K中，沿光接收表面JS的平面的面积从光接收表面JS起向上逐渐增大。即，将孔K形成为楔形，孔K的侧面在垂直于光接收表面JS的z方向上倾斜。通过诸如干式蚀刻等各向异性蚀刻形成孔K。
(3)形成第一芯部131a
之后，如图8所示，形成第一芯部131a。
在按上述方法形成的孔K的表面上形成第一芯部131a。例如，通过利用等离子体CVD沉积氮化硅(SiN)膜形成第一芯部131a以覆盖孔K的表面。
更具体地，形成第一芯部131a，使得孔K的表面例如被0.5μm厚的膜覆盖。
(4)形成第二芯部131b
之后，如图9所示，形成第二芯部131b。
在此情况下，在按上述方式将第一芯部131a沉积在孔K的表面上之后，用光学材料填充孔K形成第二芯部131b。例如，通过利用旋转涂覆丙烯酸树脂膜形成第二芯部131b。
在上述方式中，形成包括第一芯部131a和第二芯部131b的光波导芯部131。
(5)形成滤色器301
之后，如图10所示，形成滤色器301。
在此情况下，通过旋转涂覆含有颜料和感光树脂的涂覆液，形成涂覆膜，然后通过光刻技术对该涂覆膜图形化，于是依次形成构成滤色器301的滤色器层。
更具体地，利用例如i射线作为曝光光来照射光掩模，将掩模图形图像转移到感光树脂膜，然后对得到的感光树脂膜进行曝光处理。之后，对经过曝光处理的感光树脂膜进行显影处理。对各颜色执行上述处理。经过上述处理，依次形成绿色滤色器层(未图示)、红色滤色器层(未图示)和蓝色滤色器层(未图示)，于是形成滤色器301。
(6)形成片上透镜111
之后，如图11所示，形成片上透镜111。
在此情况下，在形成透镜材料膜(未图示)之后，对透镜材料膜进行处理，形成片上透镜111。
例如，使用聚乙烯树脂(折射率n＝1.60)在滤色器301上形成透镜材料膜(未图示)。之后，在透镜材料膜上形成感光树脂膜(未图示)。对感光树脂膜进行诸如回流处理等处理，与片上透镜111的形状对应，于是图形化感光树脂膜。利用经图形化的感光树脂膜作为掩模，对透镜材料膜进行回蚀处理，于是形成片上透镜111。
在本实施例中，执行上述形成步骤，使得多个片上透镜111彼此相邻。
(7)形成防反射层112
然后，如图4所示，形成防反射层112。
在此情况下，通过旋转涂覆含有低折射率粒子和粘合剂树脂的涂覆液，形成涂覆膜，然后对该涂覆膜进行烘干处理，于是形成防反射层112。
例如，使用中空硅粒子(折射率约为1.25～1.40)作为低折射率粒子112P，使用聚硅氧烷树脂(折射率约为1.5)作为粘合剂树脂112R。
更具体地，形成防反射层112，使膜厚度d为反射光波长λ的四分之一。例如，形成涂覆膜，使膜厚度d为100～200nm。之后，例如，在120℃的温度下进行三分钟烘干处理，在200℃的温度下进一步进行五分钟烘干处理，使涂覆膜中的溶剂挥发。烘干处理多次的结果是，能够抑制形成泡沫。在形成涂覆膜之前的预处理中，优选地，片上透镜111被配置为在不进行吸湿处理的情况下保持疏水性。
按照上述方法形成各部分，就制成固体摄像器件1。
[C]结论
如上所述，在本实施例中，防反射层112包括粘合剂树脂112R和低折射率粒子112P(参见图5)。在此情况下，粘合剂树脂112R的折射率比下层的片上透镜111低。并且低折射率粒子112P的折射率比粘合剂树脂112R低。
因而，本实施例能够利用低折射率粒子112P的弯曲降低相位差所引起的波动。更具体地，由于防反射层112因低反射膜而具有防反射功能，并且具有一定程度的弯曲，所以可在不降低片上透镜的有效曲率的情况下容易地实现低反射功能。
在本实施例中，使用中空硅粒子作为低折射率粒子112P。防反射层112形成于光接收表面JS上方，以此形成方式，随着离光接收表面JS距离的增大，分布的低折射率粒子112P比粘合剂树脂112R更多(参见图5)。换言之，在本实施例中，防反射层112形成为折射率在入射光H射向光接收表面JS的方向上逐渐增大。
在本实施例中，由于防反射层112具有多级防反射功能，所以能够改善防反射特性。
更具体地，当利用氧化硅膜(折射率n＝1.42)形成防反射层时，对绿光的反射率为4％。相比之下，如同在本实施例中，当使用中空硅粒子(折射率n＝1.28)作为防反射层112的低折射率粒子112P时，对绿光的反射率降为1％以下。
通过改变防反射层112的折射率，还能够优化灵敏度特性。
图12是表示本发明第一实施例中防反射层112的折射率与灵敏度关系的曲线图。图12所示的灵敏度通过基准样例的灵敏度被标准化。
如图12所示，当防反射层112的折射率n为1.25～1.32时，可以很好地改善灵敏度。
因而，本实施例能够改善所拍摄图像的图像质量。
2.第二实施例(在OCL凹部的防反射层的膜厚度比凸部的大的情况)
[A]器件配置等
图13是表示本发明第二实施例的固体摄像器件1b的主要部分的示意图。图13示出了类似于图4所示部分的横剖面图。
如图13所示，本实施例的固体摄像器件1b的片上透镜111b与第一实施例的片上透镜111不同。防反射层112b与第一实施例的防反射层112也不同。除此之外，本实施例与第一实施例相同。因而，下文省略了相同部分的说明。
如图13所示，多个片上透镜111b布置为彼此相邻。更具体地，多个片上透镜111b形成为一体，彼此之间没有间隙。
如同第一实施例的情况，防反射层112b形成为包括粘合剂树脂(未图示)和低折射率粒子(未图示)。即，防反射层112b形成为包括中空硅粒子。
在本实施例中，如图13所示，防反射层112b设置为其表面覆盖片上透镜111b的上表面，于是呈波浪形。
在此情况下，防反射层112b设置为压在片上透镜111b之间的凹部的第一膜厚度d1比片上透镜111b的以凸形凸出的上部的第二膜厚度d2大。
例如，防反射层112b形成为第二膜厚度d2为反射光波长λ的四分之一，即，第二膜厚度d2为λ/4。根据该布置，由于进入防反射层112b后所反射的反射光与入射光相比具有相移，所以该反射光和进入防反射层112b的光相互抵消，这能够很好地提供防反射功能。防反射层112b形成为第一膜厚度d1大于λ/4，其中第二膜厚度d2的膜厚度为λ/4。
优选地，防反射层112b形成为，使得第一膜厚度d1和第二膜厚度d2满足以下关系：
d2+“片上透镜111b的厚度”-d1＞100nm    (A)
通过该布置，能够实现很好的聚光性能。
[B]结论
如上所述，在本实施例中，片上透镜111b具有“无间隙结构”，彼此相邻布置。防反射层112b设置为具有波浪形，使得压在片上透镜111b之间的凹部的厚度比片上透镜111b的以凸形凸出的上部的厚度大。
在片上透镜之间设有间隙(空隙)时，会出现所谓的“混色”，降低所拍摄图像的图像质量。然而，在本实施例中，由于片上透镜111b具有无间隙结构，所以可防止该问题。
在本实施例中，防反射层112b形成为上述的“波浪形”。因而，在本实施例中，与d1＝d2(通常的等角的防反射层结构)的情况相比，由于曲面的个数增加，所以能够减小波动。于是，本发明能够改善灵敏度特性。另外，当透镜厚度随着减少层数或微型化而增大或明显减小时，在工艺方面可能会难以实现这种设置。在此情况下，改变膜厚度d2的厚度能够相对容易地控制透镜的聚光位置。
更具体地，与防反射层不是波浪形(d1＝d2)的情况相比，可使对绿光的灵敏度改善大约2％。
如同第一实施例的情况，本实施例的防反射层112b包括粘合剂树脂(未图示)和低折射率粒子(未图示)。因而，如同第一实施例，能够改善防反射特性。
通过改变防反射层112b的折射率，还能够优化灵敏度特性。
因而，本实施例能够改善所拍摄图像的图像质量。
3.第三实施例(防反射层的表面平坦的情况)
[A]器件配置等
图14是表示第三实施例的固体摄像器件1c的主要部分的示意图。
图14示出了类似于图4所示部分的横剖面图。
如图14所示，本实施例的固体摄像器件1c的防反射层112c与第二实施例的防反射层112b不同。除此之外，本实施例与第二实施例相同。因而，下文省略相同部分的说明。
如同第二实施例的情况，防反射层112c形成为包括粘合剂树脂(未图示)和低折射率粒子(未图示)。即，防反射层112c形成为包括中空硅粒子。
然而，在本实施例中，如图14所示，防反射层112c设于片上透镜111b的上表面，但与第二实施例不同，防反射层112c的表面沿基板101的平面(xy平面)方向是平坦的。
在本实施例中，优选地，防反射层112c形成为，片上透镜111b以凸形凸出的上部处的膜厚度dc例如是200～600nm。
[B]结论
如上所述，如同第一实施例和第二实施例，本实施例的防反射层112c形成为包括粘合剂树脂(未图示)和低折射率粒子(未图示)。因而，能够改善防反射特性。调整防反射层112c的膜厚度可以改善灵敏度特性。
另外，在防反射层的表面平坦时，片上透镜的聚光效率减低。但是，改变防反射层112c的折射率能够优化灵敏度特性。
图15是表示第三实施例中防反射层112c的折射率与灵敏度关系的曲线图。图15所示的灵敏度通过基准样例的灵敏度被标准化。
如图15所示，当防反射层112c的折射率n为1.25时，能够很好地改善灵敏度。
因而，本实施例能够改善所拍摄图像的图像质量。
4.第四实施例(防反射层具有多层的情况)
[A]器件配置等
图16是表示本发明第四实施例的固体摄像器件1d的主要部分的示意图。图16示出了类似于图4所示部分的横剖面图。
如图16所示，本实施例的固体摄像器件1d的防反射层112d与第二实施例的防反射层112b不同。除此之外，本实施例与第二实施例相同。因而，下文省略相同部分的说明。
如图16所示，防反射层112d包括第一防反射层1121和第二防反射层1122。
如图16所示，第一防反射层1121设于片上透镜111的上表面上。
如图16所示，第二防反射层1122设于第一防反射层1121上。
如同第二实施例，防反射层112d的第一防反射层1121和第二防反射层1122均包括低折射率粒子(未图示)和粘合剂树脂(未图示)。
在此情况下，上层的第二防反射层1122形成为比下层的第一防反射层1121具有更多的低折射率粒子。例如，第一防反射层1121和第二防反射层1122形成为包括中空硅粒子作为低折射率粒子。
更具体地，下层的第一防反射层1121形成为满足以下条件：
中空硅含量占重量的10％～50％(优选占重量的10％～40％)，并且膜厚度为30～100nm。
上层的第二防反射层1122形成为满足以下条件：
中空硅含量占重量的10％～50％(优选占重量的20％～50％)，并且膜厚度为30～100nm。
当第一防反射层1121的中空硅含量占重量的40％、膜厚度为50nm，并且第二防反射层1122的中空硅含量占重量的50％、膜厚度为50nm时，与单一的防反射层相比，防反射作用可提高0.5％。
[B]结论
如上所述，在本实施例中，通过形成多个防反射层1121和1122形成防反射层112d。在此情况下，防反射层112d形成为上层比下层具有更多的低折射率粒子。
在本实施例中，如同第二实施例，由于防反射层112d具有多级防反射功能，所以能够改善防反射特性。
因而，本实施例能够改善所拍摄图像的图像质量。
在上述示例中，优选地，上层中的低折射率粒子的粒子尺寸比下层中的低折射率粒子的大。在此情况下，具有较大粒子尺寸的粒子因热引发的聚集效应向上移动，于是，包括较大粒子的低折射率层形成于上层中，而无需多次涂覆粒子。
5.第五实施例(OCL包括低折射率粒子的情况)
[A]器件配置等
图17是表示本发明第五实施例的固体摄像器件1e的主要部分的示意图。图17示出了类似于图4所示部分的横剖面图。
如图17所示，固体摄像器件1e具有片上透镜111e。固体摄像器件1e没有防反射层。除此之外，本实施例与第二实施例相同。因而，下文省略相同部分的说明。
如同第二实施例的防反射层，片上透镜111e由低折射率粒子(未图示)和粘合剂树脂(未图示)形成。
可使用折射率比粘合剂树脂低的粒子作为低折射率粒子。优选使用其它实施例中的防反射层的低折射率粒子。例如，优选使用中空硅粒子(折射率n约为1.25～1.40)。
可使用折射率比低折射率粒子高的树脂作为粘合剂树脂。例如，优选使用聚苯乙烯树脂(折射率n＝1.60)。
优选地，片上透镜111e中的低折射率粒子占重量的10％～50％。当超出该范围时，会在膜中产生空隙或者保存稳定性降低。另外，当未达到该范围时，会出现难以使用低折射率材料的问题。
通过形成包括低折射率粒子和粘合剂树脂的透镜材料膜(未图示)，然后处理该透镜材料膜，从而形成片上透镜111e。
图18A～图18D是表示本发明第五实施例的固体摄像器件1e的片上透镜111e在制造过程中的主要部分的图。图18A～图18D是类似于图4所示的形成有片上透镜111e部分的放大的横剖面图。
(1)形成透镜材料膜LM
首先，如图18A所示，形成透镜材料膜LM。
在此情况下，在形成透镜材料膜LM之前，如同第一实施例，形成滤色器301(参见图10)。
在滤色器301上形成透镜材料膜LM。
更具体地，通过旋转涂覆等方法涂覆包括上述低折射率粒子和粘合剂树脂的涂覆液，然后进行烘干处理使溶剂挥发，从而形成例如500nm膜厚度的透镜材料膜LM。例如，在120℃的温度下进行三分钟烘干处理，在200℃的温度下进一步进行五分钟烘干处理。
然后，如图18B所示，形成抗蚀剂图案PM。
在此情况下，在透镜材料膜LM上形成光致抗蚀剂膜(未图示)，然后将光致抗蚀剂膜处理为与片上透镜111e的形状对应。例如，通过光刻技术进行图形化之后，对光致抗蚀剂膜进行回流处理等，形成具有片上透镜111e的形状的抗蚀剂图案PM。即，抗蚀剂图案PM的表面被处理为具有沿片上透镜111e的透镜表面的曲面。
之后，如图18C所示，形成片上透镜111e。
在此情况下，按上述方式处理的抗蚀剂图案PM用作掩模，通过干式蚀刻处理来回蚀透镜材料膜LM，从而形成片上透镜111e。即，去除整个抗蚀剂图案PM，并去除透镜材料膜LM的一部分。留下的透镜材料膜LM的膜厚度从滤色器301的表面起至少为50～100nm，使得没露出滤色器301的表面。在以下条件下进行上述干式蚀刻处理，例如，气体为四氟甲烷(CF4)并且功率为700W。
根据该布置，片上透镜111e形成为，在中间部分的越往上的位置，分布的低折射率粒子比粘合剂树脂更多。
尽管以上说明了片上透镜111e形成为具有球形透镜表面的凸透镜的情况，但本发明并不局限于此。如图18D所示，片上透镜111eb也可形成为具有矩形剖面的数字透镜。
[B]结论
如上所述，本实施例的片上透镜111e包括低折射率粒子和粘合剂树脂。
因而，如同第二实施例，本实施例能够改善防反射特性。
图19A和图19B示出了本发明第五实施例中片上透镜111e的折射率n、膜厚度dm(μm)和灵敏度的关系。图19A和图19B中所示的灵敏度通过基准样例(折射率为1.60)的灵敏度被标准化。图19A示出了相机透镜(图1的光学***42)的光圈数为5.6的情况，图19B示出了相机透镜(图1的光学***42)的光圈数为2.8的情况。
如图19A和图19B所示，能够通过改变片上透镜111e的折射率等优化灵敏度特性。例如，将折射率n设为1.35以下能够使灵敏度改善3％以上。
因而，本实施例能够改善所拍摄图像的图像质量。
变化例
本发明并不局限于上述各实施例，可以做出各种变化。
尽管在上述实施例中说明了本发明应用于CMOS图像传感器的情况，但本发明并不局限于此。例如，本发明也可应用于CCD图像传感器。
尽管在上述实施例中说明了本发明应用于相机的情况，但本发明并不局限于此。本发明也可应用于诸如扫描仪和复印机等具有固体摄像器件的电子装置。
在上述各实施例中，诸如片上透镜等光学元件布置成实现所谓的“瞳孔修正”。更具体地，布置在摄像表面上的诸如片上透镜等光学元件的间距比位于摄像表面的光电二极管的间距小。
在上述各实施例中，固体摄像器件1、1b、1c、1d和1e对应于本发明的固体摄像器件。在上述各实施例中，基板101对应于本发明的基板。在上述各实施例中，摄像表面PS对应于本发明的摄像表面。在上述各实施例中，光接收表面JS对应于本发明的光接收表面。在上述各实施例中，光电二极管21对应于本发明的光电转换器。在上述各实施例中，片上透镜111、111b和111e对应于本发明的片上透镜。在上述各实施例中，防反射层112、112b、112c和112d对应于本发明的防反射层。在上述各实施例中，粘合剂树脂112R对应于本发明的粘合剂树脂。在上述各实施例中，低折射率粒子112P对应于本发明的低折射率粒子。在上述各实施例中，第一膜厚度d1对应于本发明的第一膜厚度。在上述各实施例中，第二膜厚度d2对应于本发明的第二膜厚度。在上述各实施例中，第一防反射层1121对应于本发明的第一防反射层。在上述各实施例中，第二防反射层1122对应于本发明的第二防反射层。在上述各实施例中，相机40对应于本发明的电子装置。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求及其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (13)

1.一种固体摄像器件，其包括：
至少一个光电转换器，其设于基板的摄像表面，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；
至少一个片上透镜，其设于所述基板的所述摄像表面上，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及
防反射层，其设于所述基板的摄像表面上的片上透镜的上表面，
其中，所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述防反射层包括中空硅粒子作为所述低折射率粒子。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述防反射层形成于所述光接收表面上方，随着离所述光接收表面距离的增大，分布的低折射率粒子比所述粘合剂树脂更多。
4.如权利要求3所述的固体摄像器件，其中，所述片上透镜为多个，是从所述光接收表面以凸形向上凸出的凸透镜，设置为彼此相邻，与多个所述光电转换器对应；并且
所述防反射层设置为覆盖所述多个片上透镜的上表面。
5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述防反射层设置为压在所述片上透镜之间的凹部的第一膜厚度比所述片上透镜的以凸形凸出的上部的第二膜厚度大。
6.如权利要求5所述的固体摄像器件，其中，所述防反射层设置于所述片上透镜的所述上表面上，所述防反射层的表面沿所述基板的所述摄像表面方向是平坦的。
7.如权利要求5所述的固体摄像器件，其中，所述防反射层至少包括：
第一防反射层，其设于所述片上透镜的所述上表面上；以及
第二防反射层，其设于所述第一防反射层上；
其中，所述第一防反射层和所述第二防反射层均包含所述低折射率粒子和所述粘合剂树脂；并且
所述第二防反射层包含的所述低折射率粒子比所述第一防反射层包含的所述低折射率粒子多。
8.一种固体摄像器件，其包括：
光电转换器，其设于基板的摄像区域中，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及
片上透镜，其设于所述基板的所述摄像区域中，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面，
其中，所述片上透镜包含粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
9.如权利要求8所述的固体摄像器件，其中，所述片上透镜包括中空硅粒子作为所述低折射率粒子。
10.一种电子装置，其包括：
光电转换器，其设于基板的摄像表面，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；
片上透镜，其设于所述基板的所述摄像表面上，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及
防反射层，其设于所述基板的所述摄像表面上的所述片上透镜的上表面，
其中，所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
11.一种电子装置，其包括：
光电转换器，其设于基板的摄像区域中，在所述光电转换器的光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及
片上透镜，其设于所述基板的所述摄像区域中，并且位于所述光电转换器的所述光接收表面的上方，将所述入射光聚集在所述光接收表面，
其中，所述片上透镜包含粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
12.一种固体摄像器件的制造方法，该方法包括以下步骤：
在基板的摄像表面设置光电转换器，所述光电转换器在其光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；
在所述光电转换器的光接收表面上方设置片上透镜，所述片上透镜将所述入射光聚集在所述光接收表面；以及
在所述片上透镜的上表面设置防反射层，其中，所述防反射层包括折射率比所述片上透镜低的粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
13.一种固体摄像器件的制造方法，该方法包括以下步骤：
在基板的摄像表面设置光电转换器，所述光电转换器在其光接收表面接收入射光，并对所述入射光进行光电转换，由此生成信号电荷；以及
在所述光电转换器的所述光接收表面的上方设置片上透镜，所述片上透镜将所述入射光聚集在所述光接收表面，其中，所述片上透镜包括粘合剂树脂和折射率比所述粘合剂树脂低的低折射率粒子。
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