專利名稱：固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法以及電子裝置的制作方法
技術領域：
本公開涉及固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法以及使用該固態(tài)成像器件的電子裝置。
背景技術：
CXD型固態(tài)成像器件和CMOS型固態(tài)成像器件迄今為止已知為用于數(shù)字照相機或者數(shù)字攝像機的固態(tài)成像器件。在這些固態(tài)成像器件中，在以二維矩陣狀態(tài)形成的多個像·素的每個中形成光接收單元，并且根據(jù)光接收單元中所接收的光量來生成信號電荷。光接收單元中生成的信號電荷被傳送并且被放大，由此獲得圖像信號。在固態(tài)成像器件中，一般在每個像素中提供微透鏡，以允許入射光被高效地入射到光接收單元上。最近，根據(jù)固態(tài)成像器件的規(guī)格提出其中形成具有與各個像素對應的不同折射率的微透鏡的結構。例如，在JP-A-2009-198547 (專利文獻I)中，公開了以下結構，其中形成具有與各個像素R (紅色)、G (綠色)以及B (藍色)相對應的不同折射率的微透鏡，以由此提高光會聚效率。在專利文獻I中描述的技術中，通過應用熱回流處理兩次在透明樹脂層之上形成具有根據(jù)像素的不同高度的微透鏡圖案，并且執(zhí)行干刻蝕，以由此形成透明樹脂層，從而具有期望的微透鏡形狀。在JP-A-2009-109965 (專利文獻2)中，公開了以下結構，其中在應用用于自動聚焦檢測(AF)的瞳分相位差系統(tǒng)(pupil-division phase difference system)的固態(tài)成像器件中，在相位檢測像素和成像像素中改變微透鏡的曲率，以由此改變折射率。在專利文獻2中描述的技術中，將微透鏡的平面形狀在成像像素中形成為矩形并且在相位檢測像素中形成為圓形，由此獲得具有不同曲率的微透鏡。微透鏡的表面形狀以及形成的位置等受光會聚效率和折射率影響，因此，要求更加精確形成具有不同折射率的微透鏡的方法。

發(fā)明內容
鑒于以上，期望提供一種固態(tài)成像器件，其中，在各個像素中精確地形成具有不同折射率的微透鏡。還期望提供一種使用該固態(tài)成像器件的電子裝置。本公開的實施例針對一種固態(tài)成像器件，包括襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上；以及有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分接觸或者重疊無機微透鏡的邊緣部分。在根據(jù)本公開實施例的固態(tài)成像器件中，無機微透鏡由無機材料制成以及有機微透鏡由有機材料制成，由此允許無機微透鏡和有機微透鏡具有不同的折射率。本公開的另一個實施例針對一種固態(tài)成像器件的制造方法，包括在襯底上形成具有光電轉換器的多個像素，在襯底上形成的給定像素之上形成無機材料制成的無機微透鏡，以及在其中未形成無機微透鏡的像素之上形成有機材料制成的有機微透鏡。在根據(jù)本公開實施例的制造方法中，首先形成在抗光性和抗熱性方面優(yōu)異的無機材料制成的無機微透鏡。因此，在不降低無機微透鏡的透鏡性能的情況下可以形成有機微透鏡。作為結果，能夠精確地形成具有不同折射率的微透鏡。根據(jù)本公開的又一實施例針對一種電子裝置，包括光透鏡；固態(tài)成像器件，會聚到光透鏡上的光是入射到該固態(tài)成像器件上，該固態(tài)成像器件具有襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上，以及有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機 微透鏡形成，使得邊緣部分接觸或者重疊無機微透鏡的邊緣部分；以及信號處理電路，用于處理從固態(tài)成像器件輸出的信號。根據(jù)本公開的實施例，可以獲得其中精確地形成具有不同折射率的微透鏡的固態(tài)成像器件。還能夠獲得其中通過應用固態(tài)成像器件來改進成像質量的電子裝置。


圖I是示出根據(jù)本公開的第一實施例的整體CMOS型固態(tài)成像器件的示意結構圖；圖2是根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的截面結構；圖3A和3B是圖示根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第一);圖4A和4B是示出根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第二);圖5A和5B是示出根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖
(第二);圖6A和6B是根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第
四)；圖7是示出根據(jù)本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第
五)；圖8是根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的像素的截面結構；圖9A和9B是示出根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第一);圖IOA和IOB是示出根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第二);圖IlA和IlB是示出根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第三);圖12A和12B是示出根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的制造方法的過程圖(第四);圖13A到13C是與根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件的制造方法對應的平面結構圖；圖14是根據(jù)本公開的第三實施例的電子裝置的示意結構圖。
具體實施例方式此后，將參考圖I到圖IOB來解釋根據(jù)本公開實施例的電子裝置、用于電子裝置的成像器件的示例。將以下面的順序來解釋本公開的實施例。本公開不限于以下的示例。I.第一實施例固態(tài)成像器件1-1固態(tài)成像器件的整體結構1-2固態(tài)成像器件的有關部分的結構1-3固態(tài)成像器件的制造方法2.第二實施例固態(tài)成像器件2-1固態(tài)成像器件的有關部分的結構2-2固態(tài)成像器件的制造方法3.第三實施例電子裝置〈I.第一實施例固態(tài)成像器件〉[1-1固態(tài)成像器件的整體結構]圖I是示出根據(jù)本公開的第一實施例的整體CMOS型固態(tài)成像器件的示意結構圖。根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I包括具有在由硅制成的襯底11上布置的多個像素2的像素區(qū)域3、垂直驅動電路4、列信號處理電路5、水平驅動電路6、輸出電路7、控制電路8等。多個像素2每個具有包括光電二極管的光電轉換器以及多個像素晶體管，該多個像素2在襯底11上以二維陣列規(guī)則布置。像素晶體管可以是四個MOS晶體管，包括傳輸晶體管、重置晶體管、選擇晶體管以及放大器晶體管，或者可以是三個晶體管，包括除了選擇晶體管之外的上面的晶體管。像素區(qū)域3包括以二維陣列規(guī)則布置的多個像素2。像素區(qū)域3具有有效像素區(qū)域和黑色參考像素區(qū)域(未示出)，在有效像素區(qū)域中光被實際接收并且光電轉換生成的信號電荷被放大，以被讀到列處理電路，該黑色參考像素區(qū)域用于輸出光黑色作為黑色電平參考。黑色參考像素區(qū)域通常形成在有效像素區(qū)域的外圍部分?？刂齐娐?基于垂直同步信號、水平同步信號以及主時鐘生成時鐘信號、控制信號等，作為垂直驅動電路4、列信號處理電路5、水平驅動電路6等的操作參考?？刂齐娐?中生成的時鐘信號、控制信號等被輸入到垂直驅動電路4、列信號處理電路5、水平驅動電路6等中。垂直驅動電路4例如由移位寄存器形成，用于以行為單位沿垂直方向順序掃描像素區(qū)域3中的各個像素2。然后，垂直信號電路4通過垂直信號線向列信號處理電路5提供基于根據(jù)各個像素2的光電二極管中接收的光量生成的信號電荷的像素信號。關于像素2的各個列布置列信號處理電路5,從而通過使用來自黑色參考像素區(qū)域(雖然未示出，圍繞有效像素區(qū)域形成)的信號以像素列為單位對從一行的像素2輸出的信號執(zhí)行信號處理，諸如降噪和信號放大。在列信號處理電路5的輸出級，水平選擇開關(未不出)配備在列信號處理電路5和水平信號線10之間。水平驅動電路6例如由移位寄存器形成，以通過順序地輸出水平掃描脈沖來順序地選擇各個列信號處理電路5并且允許像素信號從各個列信號處理電路5輸出到水平驅動電路10。
輸出電路7對通過水平信號線10從各個列信號處理電路5順序提供的信號執(zhí)行信號處理并且輸出該信號。[1-2固態(tài)成像器件的有關部分的結構]圖2示出根據(jù)本實施例的固態(tài)成像器件I的有關部分的截面結構。在圖2中，示出像素區(qū)域中的三個像素的截面結構。在本實施例中，引用具有自動聚焦功能的固態(tài)成像器件作為示例，其中，像素區(qū)域包括用于輸出對象圖像的像素信號的成像像素2a以及用于檢測聚焦位置的相差檢測像素2b。圖2示出使得成像像素2a被相差檢測像素2b夾著而形成的區(qū)域的截面。下面將描述成像像素2a和相差檢測像素2b。在下面的描述中，當沒有必要區(qū)分成像像素2a和相差檢測像素2b時，它們將被解釋為像素2。根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I包括在其上形成有每個具有光電二極管ro作為光電轉換器的多個像素2的襯底12、布線層14、顏色濾波器層18、平坦化膜19以及應力緩和層20。固態(tài)成像器件I還包括在相差檢測像素2b之上形成的無機微透鏡21和在成像像素
2a之上形成的有機微透鏡22。由例如硅制成的半導體襯底形成襯底12。在襯底12的表面上，形成第一導電類型例如，P型半導體阱區(qū)13。在半導體阱13的表面?zhèn)?，在每個像素中形成用以形成光電轉換器的光電二極管ro和像素晶體管(未示出)。由第二導電型(例如，η型)雜質區(qū)形成光電二極管PD，以根據(jù)入射光量生成并且積累信號電荷。通過未示出的像素晶體管一個像素地一個像素地讀出光電二極管ro中生成并且累積的信號電荷。布線層14在襯底12的表面?zhèn)刃纬?，包括通過層間絕緣膜15以多個層(在圖2中是三層)堆疊的布線16。在成像像素2a之上，形成布線16使得襯底12中形成的光電二極管H)向光入射側開口。另一方面，在相差檢測像素2b之上，底層的布線16，即距襯底12的表面最近的側上的布線16兼作遮光膜17，該遮光膜17使相差檢測像素2b部分避開光。以與成像像素2a相同的方式，形成遮光膜17之上的布線16，使得在襯底12上形成的光電二極管向光入射側開口。順便提一下，相差檢測像素2b是輸出用于執(zhí)行自動聚焦檢測(autofocusdetection, AF)的相差檢測信號的像素。根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I中的自動聚焦功能應用用于通過執(zhí)行瞳分獲得兩個圖像的瞳分相差系統(tǒng)。因此，兩個相差檢測像素2b分離來自提供在固態(tài)成像器件I的上部的未示出的光學的出瞳(exit pupil)的光通量，并且從該對相差檢測像素2b輸出的圖像之間的相差被檢測，以由此執(zhí)行自動聚焦。此外，形成遮光膜17，以分離來自對稱位置的出瞳區(qū)的光通量。在該對相差檢測像素2b中，通過遮光膜17打開的開口區(qū)域以鏡對稱提供。顏色濾波器層18形成在布線層14上，由在各個像素2中選擇性地透過例如紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的光的材料制成。像素2由圖2中的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的三原色形成，然而，不限于該示例，并且能夠使用青色、黃色和黑色，或者透過所有光以及不透過紅外區(qū)中的光的白色。此外，能夠使用根據(jù)像素透過不同顏色的顏色濾波器層18，或者使用在所有像素2中透過相同顏色的顏色濾波器層18。通過顏色濾波器層18發(fā)送的顏色的組合可以根據(jù)規(guī)格進行各種選擇。有必要根據(jù)濾波器實現(xiàn)最優(yōu)光譜特性，以改進顏色濾波器層18的靈敏度特性以及顏色再現(xiàn)性，因此，各個濾波器的厚度根據(jù)顏色而不同。
平坦化膜19形成在顏色濾波器層18上以平坦化如上描述的根據(jù)顏色具有不同厚度的顏色濾波器層18。優(yōu)選使用具有滲透性、抗熱性等的材料用于平坦化膜19，例如可以使用丙烯酸熱固樹脂材料、苯乙烯樹脂材料、環(huán)氧樹脂材料等。另外，當為了改進固態(tài)成像器件I的光會聚特性允許層的垂直結構更低時，優(yōu)選使用具有熱塑屬性和熱固屬性的丙烯酸樹脂材料、苯乙烯樹脂材料、環(huán)氧樹脂材料等。在平坦化膜19上形成應力緩和層20，以緩和由上面描述的有機材料制成的平坦化膜19和由下面描述的無機材料制成的無機微透鏡21之間的膜應力差異。應力緩和層20優(yōu)選由無機材料制成以及優(yōu)選使用低溫CVD (化學氣相沉積)工藝的沉積方法來形成。優(yōu)選使用例如由化合分子式Si02(下面稱作，SiO) ,Si3N4(下面稱作SiN)或者SixOy (0<x ( I, 0〈y ( I,下面寫為SiON)表示的任何硅化合物作為應力緩和層20。在相差檢測像素2b之上的應力緩和層20上面形成無機微透鏡21，使得其表面具有期望的曲率。形成在相差檢測像素2b之上的無機微透鏡21由無機材料制成，并且優(yōu)選使用例如SiN、SiO和SiON中的任一種。此外，優(yōu)選形成相差檢測像素2b，使得入射光的聚焦位置將在遮光膜的表面上，以獲得瞳分圖像作為相差檢測信號。此外，形成在相差檢測像素2b之上的無機微透鏡21優(yōu)選由具有比制作下面描述的有機微透鏡22的有機材料更高的折射率的無機材料制作，優(yōu)選由例如SiN或者SiON制成。形成微透鏡21以具有以下曲率，其中入射光的焦點是在遮光膜17的表面上。在成像像素2a之上的平坦化膜19上形成有機微透鏡22，使得有機微透鏡22的表面具有期望的曲率。在成像像素2a上形成的有機微透鏡22由有機材料制成，并且優(yōu)選例如由丙烯酸樹脂材料、苯乙烯樹脂材料、環(huán)氧樹脂材料或者丙烯酸/苯乙烯共聚樹脂材料制成。此外，優(yōu)選形成成像像素2a，使得聚焦位置將在襯底12的表面上，以改進靈敏度。因此，在成像像素2a之上形成的有機微透鏡22被形成為具有其中入射光的焦點位置在襯底12的表面上的曲率。如上所描述，在本實施例中，由無機材料制成的無機微透鏡21形成在相差檢測像素2b之上，在相差檢測像素2b中焦距被設置為短于成像像素2a的焦距。另一方面，由有機材料制成的有機微透鏡22形成在成像像素2a之上，在成像像素2a中焦距被設置為長于相差檢測像素2b的焦距。形成抗反射膜23，以覆蓋無機微透鏡21和有機微透鏡22的表面，形成該抗反射膜23以減少微透鏡表面上的光的反射。作為抗反射膜23的材料，例如可以使用LTO (低溫氧化物)膜、SiON等。附帶提及，在有機材料層和無機材料層之間膜應力差別較大。因此，當由無機材料制成的無機微透鏡21被堆疊在由有機材料制成的平坦化膜19上以直接接觸該膜時，在界面上出現(xiàn)由膜應力差異引起的皺折(wrinkle)或者失真。也就是，當堆疊無機材料層和有機材料層時，在堆疊層的界面上出現(xiàn)膜應力差異引起的問題。響應于以上問題，在由有機材料制成的平坦化膜19和無機材料制成的無機微透鏡21的堆疊體中，形成應力緩和層20，應力緩和層20具有的應力值處于有機材料層和無機材料層的膜應力值之間、以及與這些應力值不同。也就是，在本實施例中，膜應力的關系將是無機材料層〈應力緩和層〈有機材料層。將使用滿足該條件的材料用于應力緩和層20。如上所描述，能夠通過提供應力緩和層20來緩和形成在應力緩和層20之上和之下的平坦化膜19和無機微透鏡21之間的膜應力差異。因此，即使當堆疊有機材料層和無機材料層時，可以抑制由于膜應力差異引起的表面上問題的出現(xiàn)。作為結果，可以抑制堆疊層的界面上生成的表面皺折或失真的問題，以及可以執(zhí)行圖案形成，而沒有隨后光刻(lithography)工藝中的問題，因此,能夠避免固態(tài)成像器件I中的光會聚特性的惡化?？蓱糜谄教够?9、應力緩和層20和無機微透鏡21的材料已經在上面描述。優(yōu)選組合以上材料，使得通過使用丙烯酸熱塑固化材料形成平坦化膜19，以及通過使用低溫S iN膜形成無機微透鏡21。由于在該情形中通過使用低溫SiON膜形成應力緩和層20，因此可以在同一 CVD工藝中連續(xù)形成應力緩和層20 (SiON)和無機微透鏡層21a (SiN)，而無需添加新的工藝，這簡化了工藝。作為應力緩和層20的光特性，優(yōu)選應力緩和層20具有透明性，折射率是I. 4到·2.0。特別地，當應力緩和層20由SiON制成時，折射率是I. 6到I. 9。因此，可以使應力緩和層20兼作抗反射膜，用于減小由折射率為I. 8到2. O的SiN制成的無機微透鏡21和折射率為I. 4到I. 5的丙烯酸樹脂制成的平坦化膜19之間的小界面反射。作為結果，改進了固態(tài)成像器件的光會聚特性。應力緩和層20的膜應力優(yōu)選-100到lOOMPa。在此示出的膜應力值通過使用薄膜應力測量裝置(晶圓扭曲測量裝置FSM 500TC (VISION, INC))來測量。在具有上面結構的固態(tài)成像器件I中，在成像像素2a中生成與入射光量對應的信號電荷以被輸出為像素信號，從而由此獲得圖像。在相差檢測像素2b中，獲得瞳分圖像并且檢測相差，由此執(zhí)行自動聚焦。根據(jù)固態(tài)成像器件的規(guī)格在像素區(qū)域3中提供將來自對稱位置中出瞳區(qū)的光通量分開的多對相差檢測像素2b。相差檢測像素2b可以按線(line)狀提供或者可以被隨機布置。雖然在圖2中，紅色像素和藍色像素是相差檢測像素2b以及綠色像素是成像像素2a，但是可以任意地設置形成相差檢測像素2b的像素。在根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I中，無機微透鏡21通過使用具有比形成有機微透鏡22的有機材料更高的折射率的無機材料而形成，并且該無機微透鏡21被形成以具有曲率，使得入射光的焦點將是遮光膜17的表面。因此，通過在固態(tài)成像器件I的光入射表面?zhèn)壬显O置的成像光系統(tǒng)(未示出)的一對部分區(qū)域的一個區(qū)域的對象的光通量入射在一對相差檢測像素2b的一個上。另一方面，通過在固態(tài)成像器件I的光入射表面?zhèn)壬显O置的成像光系統(tǒng)的該對部分區(qū)域的另一個區(qū)域的對象的光通量入射在另一個相差檢測像素2b上。如上所描述，在相差檢測像素2b中，提供遮光膜17并且調整無機微透鏡21的折射率，使得入射光的焦點位置是在遮光膜17上，因此，通過瞳分獲得的期望的光通量入射到各相差檢測像素2b上。然后，可以通過檢測該對相差檢測像素2b所檢測的圖像之間的相差來檢測相差。[1-3固態(tài)成像器件的制造方法]下面，將解釋根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I的制造方法。圖3A、3B到圖7是示出根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件I的制造方法的制造處理視圖。首先，如圖3A所示，在硅制成的襯底12的表面?zhèn)壬闲纬蒔型半導體阱區(qū)域13，并且在該區(qū)域的表面上通過離子植入形成光電二極管H)。隨后，在形成未示出的像素晶體管之后，反復形成層間絕緣膜15和布線16，由此形成包括多層(在本實施例中三層)布線16的布線層14。然后，在布線層14之上根據(jù)顏色而圖案形成(pattern-form)顏色濾波器層18，由此形成根據(jù)像素2而不同的顏色濾波器層18?？梢詫⑴c普通固態(tài)成像器件相同的制造方法應用于上面的過程。下面，如圖3B所示，在顏色濾波器層18上形成由無機樹脂材料，特別地，丙烯酸樹脂材料、苯乙烯樹脂材料或者環(huán)氧樹脂材料制成的平坦化膜19。為了將平坦化膜19平坦得薄，優(yōu)選使用具有熱固屬性和熱塑屬性二者的樹脂材料。通過在顏色濾波器層18上由旋轉涂布工藝涂覆上面的材料并且通過在顏色 濾波器層18等不發(fā)生抗熱性惡化的溫度例如，在200到300度，執(zhí)行熱固處理幾分鐘來形成平坦化膜19。由于平坦化膜19形成，顏色濾波器層18的凹凸表面被平坦化。下面，如圖4A所示，在平坦化膜19上形成應力緩和層20。以與上面描述相同的方式通過例如在200到230度的處理溫度使用等離子CVD工藝來處理SiN、SiO、SiON等而形成應力緩和層20。下面，如圖4B所示，在應力緩和層20上形成用于形成無機微透鏡21的無機微透鏡層21a。通過例如在處理溫度200-300度使用等離子CVD工藝來處理諸如SiN的無機材料而形成無機微透鏡層21a。下面，如圖5A所示，在無機微透鏡層21a上形成在期望區(qū)域開口的抗蝕掩模(resist mask) 24。通過施加抗蝕層并且通過光刻圖案化該層而形成抗蝕掩模24。在本實施例中，形成抗蝕掩模，使得將成像像素2a之上的部分開口。下面，如圖5B所示，對抗蝕掩模24執(zhí)行熱回流，以形成具有透鏡形狀的抗蝕掩模24。此外，在該情形中，在不惡化較低層的溫度執(zhí)行處理。下面，通過抗蝕掩模24執(zhí)行刻蝕處理，由此將抗蝕掩模24的形狀轉移到無機微透鏡層21a上，以形成具有半球形狀的無機微透鏡21，如圖6A所示。通過使用例如CF4/02氣體的等離子刻蝕工藝來執(zhí)行形成無機微透鏡21的諸如SiN的無機材料層的刻蝕。雖然在圖6A中執(zhí)行刻蝕使得無機微透鏡層21a的層保留在整個表面上，但是還能夠執(zhí)行刻蝕，使得無機微透鏡層21a不保留在除了無機微透21所形成的區(qū)域之外的區(qū)域上。下面，如圖6B所示，在未形成無機微透鏡21的像素2 (S卩，本實施例中的成像像素2a)之上形成有機材料制成的有機微透鏡層22a。通過在像素區(qū)域3的整個表面上涂覆有機材料層并且通過以與普通方法相同的方式圖案化該層來形成有機微透鏡22a。下面，對有機微透鏡層22a執(zhí)行熱回流，以由此形成具有半球形狀的有機微透鏡22，如圖7所示。此后，在無機微透鏡21和有機微透鏡22的表面上形成由LTO或者SiOC制成的抗反射膜23以完成圖2中所示的固態(tài)成像器件I。在實施例中，由在抗熱性以及抗光性方面優(yōu)異的無機材料制成無機微透鏡21。因此，能夠形成有機微透鏡22，而不造成無機微透鏡21的形狀或者表面的破壞。因此，可以容易地形成具有不同折射率的透鏡。由于無機微透鏡21由無機材料制成，所以在創(chuàng)建由有機材料制成的有機微透鏡22時可以擴展為回流設置的溫度范圍。當形成無機微透鏡21以如圖2所示夾住有機材料制成的有機微透鏡22，在有機微透鏡層22a的回流時有機材料的滑動(slip)在無機微透鏡21的邊緣停止。因此，緩和了有機微透鏡層22a的回流時的滑動特性，以及提高了無機微透鏡22的形狀的可控性。
如上所描述，可以形成具有分別對于成像像素2a和相差檢測像素2b最優(yōu)的不同折射率的微透鏡，其中，最優(yōu)折射率不同。在形成無機材料制成的無機微透鏡21之后形成有機材料制成的有機微透鏡22，由此形成具有不同折射率的兩種類型的微透鏡，而不損害透鏡性能。雖然實施例中已經描述其中在期望區(qū)域形成用于自動聚焦的相差檢測像素2b，但是優(yōu)選以棋盤圖案提供像素。當以棋盤圖案提供像素時，無機微透鏡21圍繞其中形成有機微透鏡22的區(qū)域的四側，因此，當執(zhí)行有機材料的回流時，樹脂的滑動在無機材料制成的微透鏡的邊緣停止。作為結果，可以精確地形成有機材料制成的微透鏡?！?.第二實施例固態(tài)成像器件〉[2-1固態(tài)成像器件的有關部分的結構]下面，將描述根據(jù)本公開的第二實施例的固態(tài)成像器件。圖8示出根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件30的有關部分的截面結構。由于固態(tài)成像器件30的整體結構與圖I中的相
同，所以沒有示出該結構并且省略重復的解釋。對與圖2中的部分對應的部分給出相同的標號，并且在圖8中省略重復的解釋。根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件30是以下示例，像素2具有紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的拜爾(Bayer)布置，以及根據(jù)各個像素2的顏色形成具有不同折射率的微透鏡。在本實施例中，在綠色像素2G中形成無機微透鏡31，在藍色像素2B中形成第一無機微透鏡32以及在紅色像素2R中形成第二有機微透鏡33。光波長越長，折射率越小。因此，將無機微透鏡31的折射率“nl”、第一有機微透鏡32的折射率“n2”和第二有機微透鏡33的折射率“π3”間的大小關系設置為nl>n2>n3，由此做出調節(jié)，使得入射到各個像素的光的焦點位置在襯底12的表面上。[2-2固態(tài)成像器件的制造方法]圖9Α、9Β到圖12Α、12Β是示出根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件30的制造過程的截面圖。圖13Α到圖13C示出與根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件的制造過程相對應的平面視圖。首先，以與圖3Α到圖4Α相同的方式在其上形成像素2的襯底2上形成布線層14、顏色濾波器層18、平坦化膜19以及應力緩和層20。下面，如圖9Α所示，在應力緩和層20上的像素區(qū)域的整個表面上形成用于形成無機微透鏡31的無機微透鏡層31a。通過例如在200到230度的處理溫度使用等離子CVD方法來處理無機材料(諸如SiN)，形成無機微透鏡層31a。下面，如圖9B所示，在無機微透鏡層31a上形成在除了綠色像素2G之外的區(qū)域上開口的抗蝕掩模34。通過涂覆抗蝕層并且由光刻圖案化該層來形成抗蝕掩模34。下面，如圖IOA所示，對抗蝕掩模34執(zhí)行熱回流，以形成具有透鏡形狀的抗蝕掩模34。此外在該情形中，在不惡化較低層的處理溫度執(zhí)行處理。下面，如圖IOB所示，通過抗蝕掩模34執(zhí)行刻蝕處理，由此將抗蝕掩模24的形狀轉移到無機微透鏡層31a上，以形成具有半球形狀的無機微透鏡31。通過使用例如CF4/02氣的等離子刻蝕處理來執(zhí)行形成無機微透鏡31的諸如SiN的無機材料層的刻蝕。如上所描述，選擇性地在綠色像素2G之上形成無機材料制成的無機微透鏡31。圖13A示出其中在綠色像素2G之上形成無機微透鏡31的情形的平面結構視圖。在該實施例中，由于像素2處于拜爾布置，所以無機微透鏡31以棋盤圖案形成在像素區(qū)域3中，如圖13A所示。下面，如圖IlA所示，在藍色像素2B之上形成有機材料制成的第一有機微透鏡層32a。通過在像素區(qū)域的整個表面上涂覆有機材料層并且通過以與普通方法相同的方式圖案化該層來形成第一有機微透鏡層32a。下面，如圖IlB所示，對第一有機微透鏡層32a執(zhí)行熱回流，由此形成具有半球形狀的第一有機微透鏡32。形成第一有機微透鏡32以具有其中入射光的焦點位置是在襯底12的表面上的曲率。圖13B示出其中在藍色像素2B之上形成第一有機微透鏡32的情形中的平面結構圖。在該實施例中，由于像素2處于拜爾布置，所以在 以棋盤圖案形成的無機微透鏡31圍繞的位置上形成第一有機微透鏡32。因此，在第一有機微透鏡層32a的回流時形成第一有機微透鏡層32a的有機材料的滑動停止在無機微透鏡的邊緣。作為結果，緩和了第一有機微透鏡層32a的回流時的滑動特性并且改善了第一有機微透鏡32的形狀可控性。此外，由于第一有機微透鏡32在無機微透鏡31圍繞的區(qū)域上形成,所以第一有機微透鏡32基本自對齊(self-alignment)地形成。下面，如圖12A所示，在紅色像素2R之上形成有機材料制成的第二有機微透鏡層33a。通過在像素區(qū)域的整個表面上施加有機材料層并且通過以與普通方法相同的方式圖案化該層來形成第二有機微透鏡33a。下面，如圖12B所示，對第二有機微透鏡層33a執(zhí)行熱回流，以由此形成具有半球形狀的第二有機微透鏡33。形成第二有機微透鏡33以具有其中入射光的焦點位置是在襯底12的表面上的曲率。圖13C出其中在紅色像素2R之上形成第二有機微透鏡33的情形中的平面結構圖。在該實施例中，由于像素2處于拜爾布置，在以棋盤圖案形成的無機微透鏡31圍繞的位置上形成第二有機微透鏡33。因此，在第二有機微透鏡層33a的回流時，形成第二有機微透鏡層33a的有機材料的滑動停止在無機微透鏡31的邊緣。作為結果，緩和了第二有機微透鏡層33a的回流時的滑動特性并且改善了第二有機微透鏡33的形狀可控性。此外，由于第二有機微透鏡33形成在無機微透鏡31圍繞的區(qū)域上，所以第二有機微透鏡33基本自對齊地形成。此后，如圖8所示，在無機微透鏡31、第一有機微透鏡32和第二無機微透鏡33的表面上形成由LTO或者SiOC制成的抗反射膜23，以完成根據(jù)本實施例的固態(tài)成像器件30。雖然根據(jù)實施例的固態(tài)成像器件30具有其中第一有機微透鏡32和第二有機微透鏡33在無機微透鏡31的邊緣停止的結構，但是能夠執(zhí)行回流，直至有機微透鏡部分地重疊無機微透鏡31的邊緣。第一有機微透鏡32和第二有機微透鏡33的形狀在回流時能夠被控制，因此，各種選擇是可能的。如上所描述，在本實施例中，首先以棋盤圖案形成無機材料制成的微透鏡，然后，在其中未形成微透鏡的區(qū)域上形成有機材料制成的微透鏡。因此，當形成有機材料制成的微透鏡時，無機材料制成的微透鏡已經在其周圍形成。因此，由于有機材料制成的微透鏡的滑動被無機材料制成的微透鏡抑制，所以緩和了滑動特性以及改善了形狀的自由程度。作為結果，可以容易地形成具有期望折射率的透鏡。由于在其中四側由無機微透鏡圍繞的區(qū)域上形成有機微透鏡，所以有機微透鏡在回流時自對齊地形成。
還可以獲得與第一實施例相同的優(yōu)點。已經在上面的實施例中解釋了其中在形成無機微透鏡31之后形成第一有機微透鏡32和第二有機微透鏡33的示例，但是，不限于該示例。還能夠在給定位置形成無機微透鏡，此后，在不同位置形成具有不同折射率的無機微透鏡，然后最后形成有機微透鏡。已經在根據(jù)第一和第二實施例的固態(tài)成像器件中解釋了 CMOS型固態(tài)成像器件的示例，然而，本公開還可以應用于C⑶型固態(tài)成像器件。本公開還可以應用于檢測 紅外光、X射線或者粒子的入射量的分布以將該分布成像為圖像的固態(tài)成像器件，而不限于檢測可見光的入射量的分布以將該分布成像為圖像的固態(tài)成像器件。廣義上講，本公開可以應用于檢測其他物理值的分布——諸如壓力或者電容——以將分布成像為圖像的諸如指紋檢測傳感器的全部固態(tài)成像器件(物理值分布檢測器)。另外，本公開不限于以行為單位順序掃描像素區(qū)域中的各個單元像素并且從各個單元像素讀取像素信號的固態(tài)成像器件。本公開可以應用于X-Y尋址型固態(tài)成像器件，該X-Y尋址型固態(tài)成像器件以像素為單位選擇任意像素并且以像素為單位從所選像素讀取信號。固態(tài)成像器件可以以單芯片(one-chip)形式形成，以及以其中整體地封裝像素區(qū)域和信號處理單元或者光系統(tǒng)的具有成像功能的模塊狀態(tài)的形式形成。本公開不限于應用于固態(tài)成像器件，而且可以應用到成像裝置。在此，成像裝置意味著諸如數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機之類的相機系統(tǒng)或者諸如便攜式電話設備之類的具有成像功能的電子裝置。安裝在電子裝置上的模塊狀態(tài)的形式即相機模塊可以稱作成像裝置。<3.第三實施例電子裝置>下面，將解釋根據(jù)本公開第三實施例的電子裝置。圖14是根據(jù)本公開第三實施例的電子裝置200的示意結構視圖。根據(jù)本實施例的電子裝置200包括固態(tài)成像器件I、光透鏡201、快門器件202、驅動電路205和信號處理電路204。根據(jù)實施例的電子裝置200示出以下情形的示例，其中描述為固態(tài)成像器件I的本公開的第一實施例的固態(tài)成像器件用于電子裝置(相機)。光透鏡201將來自對象的像光(image light)(入射光)形成在固態(tài)成像器件I的成像表面上。因此，以固定的時間周期在固態(tài)成像器件I中積累信號電荷?？扉T器件202控制對于固態(tài)成像器件I的光照射周期和遮光周期。驅動電路205提供用以控制固態(tài)成像器件I的傳送操作和快門器件202的快門操作的驅動信號。由從驅動電路205提供的驅動信號(定時信號)執(zhí)行固態(tài)成像器件I的信號傳送。信號處理電路204執(zhí)行各種信號處理。對其執(zhí)行信號處理的視頻信號存儲在諸如存儲器的存儲介質或者輸出到監(jiān)視器。在根據(jù)實施例的電子裝置200中，改善了在固態(tài)成像器件I中片上微透鏡的透鏡特性并且改善了光會聚特性，這改進了圖像質量?？梢詰霉虘B(tài)成像器件I的電子裝置200不限于相機。固態(tài)成像器件I可以應用到成像裝置，包括用于數(shù)字照相機和諸如便攜式電話設備之類的移動設備的相機模塊。在實施例中已經解釋其中根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件I用于電子裝置作為固態(tài)成像器件I的配置，然而，還可以使用根據(jù)第二實施例制造的固態(tài)成像器件。
本公開可以實現(xiàn)為以下配置。(I) 一種固態(tài)成像器件，包括襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上；以及有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分接觸或者重疊無機微透鏡的邊緣部分。(2)根據(jù)上面(I)中描述的固態(tài)成像器件，還包括平坦化膜，由有機材料制成并且形成在襯底上；以及在平坦化膜和無機微透鏡之間的至少一層或者多層應力緩和層。(3)根據(jù)上面(I)或(2)中描述的固態(tài)成像器件，其中，無機微透鏡由Si3N4、Si02以及Si0N(0〈X彡1，0〈Y彡I)中的任一個制成。(4)根據(jù)上面(I)到(3)中任一項描述的固態(tài)成像器件，其中，應力緩和層由從Si3N4、SiO2以及SiON(0〈X ( I, 0〈Y ( I)表示的硅化合物中選擇的一種或多種材料制成。(5)根據(jù)上面(I)到(4)中任一項描述的固態(tài)成像器件，其中，應力緩和層的折射率是I. 4到2. O。(6)根據(jù)上面(I)到(5)中任一項描述的固態(tài)成像器件，其中，應力緩和層兼作抗反射膜。(7)根據(jù)上面(I)到(6)中任一項描述的固態(tài)成像器件，其中，在用于檢測瞳分圖像并且輸出相差檢測信號的一對相差檢測像素之上形成無機微透鏡，以，在用于輸出對象的圖像信號的成像像素之上形成有機微透鏡，以及無機微透鏡的折射率高于有機微透鏡的折射率。(8) 一種固態(tài)成像器件的制造方法，包括在襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；在襯底上形成的給定像素之上形成無機材料制成的無機微透鏡，以及在其中未形成無機微透鏡的像素之上形成有機材料制成的有機微透鏡。(9)根據(jù)上面(8)中描述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，形成有機微透鏡的處理包括通過圖案化在給定像素之上形成有機材料制成的有機微透鏡以及通過熱回流使有機微透鏡層變形。(10)根據(jù)上面(8)或(9)中描述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，以棋盤圖案形成無機微透鏡。(11)根據(jù)上面(8)到(10)中任一項描述的固態(tài)成像器件的制造方法，還包括在形成無機微透鏡的處理之前在襯底上形成有機材料制成的平坦化膜，以及在平坦化膜上形成至少一層或者多層應力緩和層。(12)根據(jù)上面(8)到(11)中任一項描述的固態(tài)成像器件的制造方法，
其中，無機微透鏡由Si3N4、Si02以及Si0N(0〈X彡1，0〈Y彡I)中的任一個制成。(13)根據(jù)上面(8)到(12)中任一項描述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，應力緩和層由從Si3N4、SiO2以及Si0N(0〈X彡1，0〈Y彡I)表示的硅化合物中選擇的一種或多種材料制成。(14)根據(jù)上面(8)到(13)中任一項描述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，應力緩和層的折射率是I. 4到2. O。(15)根據(jù)上面(8)到(14)中任一項描述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，通過重復有機微透鏡的形成來形成具有不同折射率的有機微透鏡。(16)—種電子裝置，包括·光透鏡；固態(tài)成像器件，會聚到光透鏡上的光入射到該固態(tài)成像器件上，該固態(tài)成像器件具有襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上，以及有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分接觸或者重疊無機微透鏡的邊緣部分；以及信號處理電路，用于處理從固態(tài)成像器件輸出的信號。本公開包含于2011年7月12日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權專利申請JP2011-153913中公開的主題有關的主題，其全部內容以引用的方式合并于此。本領域的技術人員應該理解根據(jù)設計要求和其他因素可以出現(xiàn)各種修改、組合、子組合以及改變，只要它們在所附權利要求和其等效物的范圍內。
權利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括 襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素； 無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上；以及 有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分與無機微透鏡的邊緣部分接觸或者重疊。
2.如權利要求I所述的固態(tài)成像器件，還包括 平坦化膜，由有機材料制成并且形成在襯底上；以及 在平坦化膜和無機微透鏡之間的至少一層或者多層應力緩和層。
3.如權利要求2所述的固態(tài)成像器件， 其中，無機微透鏡由Si3N4, SiO2以及SixOy(0〈X ( I, 0〈Y ( I)中的任一個制成。
4.如權利要求3所述的固態(tài)成像器件， 其中，應力緩和層由從Si3N4, SiO2以及Six0y(0〈X彡1，0〈Y彡I)表示的硅化合物中選擇的一種或多種材料制成。
5.如權利要求4所述的固態(tài)成像器件， 其中，應力緩和層的折射率是I. 4到2. O。
6.如權利要求5所述的固態(tài)成像器件， 其中，應力緩和層兼作抗反射膜。
7.如權利要求I所述的固態(tài)成像器件， 其中，在用于檢測瞳分圖像并且輸出相差檢測信號的一對相差檢測像素之上形成無機微透鏡， 在用于輸出對象的圖像信號的成像像素之上形成有機微透鏡，以及 無機微透鏡的折射率高于有機微透鏡的折射率。
8.一種固態(tài)成像器件的制造方法，包括 在襯底上形成具有光電轉換器的多個像素； 在襯底上形成的給定像素之上形成無機材料制成的無機微透鏡，以及 在其中未形成無機微透鏡的像素之上形成有機材料制成的有機微透鏡。
9.如權利要求8所述的固態(tài)成像器件的制造方法， 其中，形成有機微透鏡的處理包括 通過圖案化在給定像素之上形成有機材料制成的有機微透鏡層；以及 通過熱回流使有機微透鏡層變形。
10.如權利要求9所述的固態(tài)成像器件的制造方法， 其中，以棋盤圖案形成無機微透鏡。
11.如權利要求10所述的固態(tài)成像器件的制造方法，還包括 在形成無機微透鏡的處理之前 在襯底上形成有機材料制成的平坦化膜，以及 在平坦化膜上形成至少一層或者多層應力緩和層。
12.如權利要求11所述的固態(tài)成像器件的制造方法， 其中，無機微透鏡由Si3N4、Si02以及SixOy(0〈X ( 1，0〈Y ( I)中的任一個制成。
13.如權利要求12所述的固態(tài)成像器件的制造方法，其中，應力緩和層由從Si3N4、SiO2以及Six0y(0〈X彡1，0〈Y彡I)表示的硅化合物中選擇的一種或多種材料制成。
14.如權利要求13所述的固態(tài)成像器件的制造方法， 其中，應力緩和層的折射率是I. 4到2. O。
15.如權利要求8所述的固態(tài)成像器件的制造方法， 其中，通過重復有機微透鏡的形成來形成具有不同折射率的有機微透鏡。
16.一種電子裝置，包括 光透鏡； 固態(tài)成像器件，會聚到光透鏡上的光入射到該固態(tài)成像器件上，該固態(tài)成像器件具有 襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素； 無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上，以及 有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分與無機微透鏡的邊緣部分接觸或者重疊；以及 信號處理電路，用于處理從固態(tài)成像器件輸出的輸出信號。
全文摘要
一種固態(tài)成像器件，包括襯底，在該襯底上形成具有光電轉換器的多個像素；無機微透鏡，由無機材料制成并且形成在襯底之上；以及有機微透鏡，由有機材料制成并且鄰近無機微透鏡形成，使得邊緣部分與無機微透鏡的邊緣部分接觸或者重疊。
文檔編號H01L27/146GK102881699SQ201210232460
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者東宮祥哲, 大塚洋一, 前田兼作 申請人:索尼公司