專利名稱：固體攝像裝置和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有晶載濾色片的固體攝像裝置和其制造方法。
背景技術(shù)：
近些年來，固體攝像裝置、以CCD(電荷耦合器件)型為代表的固體攝像裝置向小型化、高象素化發(fā)展。但是，對(duì)于現(xiàn)有的具有晶載濾色片的固體攝像裝置，使感光傳感器即光電二極管的感光面積縮小，結(jié)果會(huì)使固體攝像裝置的主要特性即光電變換特性(光敏度)下降。
例如，裝載在數(shù)字型攝象機(jī)上的固體攝像裝置的光學(xué)尺寸以1/3英寸型至1/4英寸型為主流，進(jìn)一步到1/6英寸型以下還在研究中。此外，象素?cái)?shù)分散在200萬象素至500萬象素的范圍中，進(jìn)一步到500萬象素以上還在研究中。需要確立在這種感光面積縮小以及高象素化情況下也不會(huì)使固體攝像裝置的主要特性即光敏度以及與毗鄰象素的混色、界限的濃淡等特性下降的技術(shù)。
圖1是特開2001-249218號(hào)公報(bào)等中公示的固體攝像裝置的象素部分的剖視圖。在該固體攝像裝置中，在由第一導(dǎo)電型、例如N型硅半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體基板1上，形成作為第二導(dǎo)電型的P型的第一半導(dǎo)體阱區(qū)域2，在該第一P型半導(dǎo)體阱區(qū)域2上形成用來構(gòu)成矩陣排列的各感光傳感器部3的阱N型半導(dǎo)體區(qū)域。
進(jìn)而，經(jīng)由柵絕緣膜4，形成例如由多結(jié)晶硅構(gòu)成的傳送電極5。通過覆蓋上述傳送電極5的層間絕緣膜6，在除了感光傳感器部3的開口以外其他部分的整個(gè)表面上，形成例如由鋁、鎢等構(gòu)成的遮光膜7，然后由表面保護(hù)膜8進(jìn)行覆蓋。
然后依次形成第1透明平整膜9、濾色層10G、10B、第2透明平整膜11，在該透明平整膜11上，形成將射向各個(gè)感光傳感器部3的入射光聚集的微透鏡晶載微透鏡12。
第1透明平整膜9是為了形成穩(wěn)定的濾色層而用來消除基底階差的膜。微透鏡晶載微透鏡，第2透明平整膜11是為了形成精度良好的晶載微透鏡12而用于使基底的濾色層10平整的膜。
作為濾色層10，由互補(bǔ)色的黃、青、洋紅色、綠(單獨(dú)或?qū)ⅫS和青疊合而形成)形成的濾色片、或由原色的紅、綠、藍(lán)形成的濾色片等構(gòu)成。
現(xiàn)有的濾色層例如由染色法或?qū)腥玖?、顏料的光阻膜進(jìn)行有選擇曝光、實(shí)施顯影處理而形成目的濾色片的彩色光阻法形成。
根據(jù)上述特開2001-249218號(hào)公報(bào)所公示的改善示例，作為通過微細(xì)化、特別對(duì)斜射光的光敏度低下、由毗鄰象素引起的混色進(jìn)行防止的對(duì)策，提案有必須縮短從半導(dǎo)體基板表面至第2透明平整膜11的距離，作為這種措施，使將黃色和青色疊合而形成的濾色層中成為最厚膜的可能性較高的互補(bǔ)色綠色濾光片薄膜化。
作為其一個(gè)實(shí)施例，在彩色片的制造方法中，由于在一色調(diào)的濾色片成分中，由選擇性腐蝕加工形成沒有包含感光材料成分的濾色片被膜，例如在制造互補(bǔ)色濾色片時(shí)，如果由該一色調(diào)方法形成綠濾色片成分，綠濾色片成分與其他色的濾光片成分可以以相同的薄膜厚度形成，從而可以實(shí)現(xiàn)濾色層的薄膜化。
在現(xiàn)有的固體攝像裝置中，針對(duì)象素尺寸的縮小，提出一種縮短從半導(dǎo)體基板至第2透明平整膜11的距離的方案，以希望對(duì)于感光傳感器3的垂直入射光產(chǎn)成一定程度的效果。但是，針對(duì)斜射光，由濾色層10的形狀引起的因素增大。從構(gòu)造上，斜向入射光因穿過毗鄰的濾色層并入射到感光傳感器部3中而引起混色，不能獲得所需要的分光特性。而且，不能解決因光的入射角度而導(dǎo)致的混色程度變化、界限(line)濃淡、感光度波動(dòng)等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體攝像裝置和其制造方法，通過改善濾色片的形狀，降低毗鄰濾色層的混色、界限濃淡、感光度波動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)微細(xì)化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的固體攝像裝置，將多個(gè)具有在半導(dǎo)體基板上形成的光電變換元件與在上述光電元件上形成的濾色層的象素部排列而構(gòu)成，其特征在于上述濾色層各自的膜厚為中央部比周邊部厚。由此，對(duì)于斜入射光，難以受到來自毗鄰的濾色層的影響，能夠防止混色，改善界限濃淡，降低感光度的波動(dòng)。
另外，可以將以比象素部小的尺寸形成的第1濾色層以及以與象素部相同的尺寸形成的第2濾色層層疊而形成上述濾色層。
此外，第1濾色層和第2濾色層可以由相同的材料形成。
此外，其特征在于，第1濾色層和第2濾色層的色素濃度不同。通過調(diào)整色素濃度，可以使斜入射光和垂直入射光的分光特性一致，可以防止顏色不均勻。
此外，其特征在于，在光電變換元件和濾色層之間還具有第1透明膜，上述濾色層的折射率比第1透明膜的折射率大。
而且，其特征在于，在濾色層上還具有第2透明膜，上述第2透明膜的折射率比上述濾色層的折射率小。
此外，其特征在于，在上述第2透明膜上還具有微透鏡，上述微透鏡具有比上述第2透明膜大的折射率。
根據(jù)上述構(gòu)成，可以進(jìn)一步提高透鏡的聚光效果，可以提高聚光效率。
而且上述固體攝像裝置也可以構(gòu)成為，在上述濾色層上經(jīng)由第2透明平整膜，備有向上突起的微透鏡。
根據(jù)上述構(gòu)成，進(jìn)一步提高了濾色層的透鏡效果，通過在其上備有微透鏡，可以進(jìn)一步提高聚光率，提高感光度。
在此，對(duì)于微透鏡的折射率來說，優(yōu)選地構(gòu)成為，濾色層的折射率比微透鏡的折射率大。
根據(jù)上述構(gòu)成，能夠通過2層的微透鏡分階段地高效地進(jìn)行聚光，能夠有利于提高感光性。
此外，本發(fā)明的固體攝像裝置的制造方法是排列有多個(gè)具有在半導(dǎo)體基板上形成的光電變換元件和在上述光電元件上形成的濾色層的象素部的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，濾色層具有以比象素部小的尺寸形成第1濾色層的工序；和在第1濾色層上以與象素部相同的尺寸形成第2濾色層的工序。
進(jìn)而，還可以通過用同一個(gè)光掩膜使其在不足曝光區(qū)域中曝光而形成比象素尺寸小的第1濾色層，然后通過將第2濾色層在適度或過度曝光區(qū)域中曝光而由1片光掩膜形成疊層的濾色層。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明的固體攝像裝置，通過使濾色層的中央部膜厚形成得比周邊部的膜厚厚，對(duì)于斜入射光來說，難以受到來自毗鄰的濾色層的影響，能夠防止混色，改善界限濃淡，降低感光性的波動(dòng)。
此外，通過做成分兩次形成各個(gè)濾色層的層疊構(gòu)造，可以使周邊部比中央部更薄膜化，實(shí)現(xiàn)向上凸的透鏡形狀。
此外，通過在中央部和周邊部上附加顏色的濃淡，能夠使斜入射光和垂直入射光一致，能夠降低顏色不均勻。
申請(qǐng)日為2003年11月28日的日本專利申請(qǐng)No.2003-398544的內(nèi)容被結(jié)合在本發(fā)明申請(qǐng)中。


通過下文結(jié)合表示本發(fā)明的具體實(shí)施例的附圖所進(jìn)行的介紹，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加清楚。
圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的固體攝像裝置的剖視圖；圖2是表示符合本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像裝置的象素部的截面的視圖；圖3是接著圖2的、表示符合本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像裝置的制造工序的剖視圖；圖4是接著圖3的、表示符合本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像裝置的制造工序的剖視圖；圖5是接著圖4的、表示符合本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像裝置的制造工序的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是表示符合本發(fā)明的一實(shí)施例的固體攝像裝置的截面構(gòu)成的圖。在該圖中，表示一個(gè)光電變換元件的截面。
該固體攝像裝置在第一導(dǎo)電型(例如N型)的半導(dǎo)體基板1上形成第二導(dǎo)電型(P型)的第一半導(dǎo)體阱(well)區(qū)域2，在該第一半導(dǎo)體阱區(qū)域2上，形成用于構(gòu)成矩陣排列的各感光傳感器部3的N型半導(dǎo)體區(qū)域。
再經(jīng)由柵絕緣膜4，形成由多結(jié)晶硅構(gòu)成的傳送電極5，通過覆蓋上述傳送電極的層間絕緣膜6，在感光傳感器部3的開口以外的其他部分的整個(gè)表面上，形成由鋁等構(gòu)成的遮光膜7，此外還形成由SiON膜等構(gòu)成的表面保護(hù)膜8。
上述傳送電極和感光傳感器部3之間產(chǎn)生了凹凸。為了高精度形成隨后要形成的濾色層10，使用以酚醛類樹脂等為主要成分的感光性透明膜，由公知的涂敷、曝光、顯影等工序，形成第1透明平整平整膜9。
然后，使用設(shè)計(jì)得比象素尺寸小而制成的光掩膜進(jìn)行涂敷、曝光、顯影等，制成比象素尺寸小的第1濾色層13G；以比形成第1濾色層13G時(shí)更薄的膜的涂敷條件，連續(xù)地涂敷相同的濾色片材料后，使用設(shè)計(jì)得與象素具有相同尺寸的光掩膜光掩膜而形成第2濾色層14G，從而在疊層構(gòu)造上得到做成凸透鏡形狀的濾色層。
進(jìn)而，為了高精度地形成隨后要形成的微透鏡晶載微透鏡12，將以丙烯類透明樹脂為主要成分的透明膜多次涂敷、烘烤后，由深腐蝕形成第2透明平整膜11，然后經(jīng)過涂敷、曝光、顯影工序而形成微透鏡晶載微透鏡12。
上述濾色層由于具有向上凸的透鏡形狀，例如可以將朝向遮光膜7的斜射光聚集，可以使向感光傳感器部3的感光面的聚集效率提高，提高感光度。此外，由于不受位于毗鄰的感光傳感器上的其他濾色層的影響，所以對(duì)于斜射光，能夠防止混色，降低界限濃淡、顏色不均勻。
<固體攝像裝置的制造工序>
下文用圖3～圖5以及圖2說明圖2所示的固體攝像裝置的制造方法。圖3、圖2是以主要的制造工序的順序表示固體攝像裝置的截面的圖。
圖3是在N型半導(dǎo)體基板1上至形成了表面保護(hù)膜8為止時(shí)的剖視圖。下文在以下的(1)～(4)中介紹到該圖所示的截面為止的制造工序。
(1)一般通過反復(fù)進(jìn)行光刻工序、離子注入工序、熱擴(kuò)散工序而形成N型半導(dǎo)體基板1上的P阱層2和N型擴(kuò)散層(感光傳感器部3)。
(2)然后，在形成柵絕緣膜4后，形成由傳送電極5、鎢等構(gòu)成的遮光膜7，該傳動(dòng)電極5由導(dǎo)電性多結(jié)晶硅構(gòu)成。
(3)然后，通過例如熱吹處理形成由BPSG膜(含硼硅化磷玻璃)構(gòu)成的表面保護(hù)膜8(4)進(jìn)而，在形成由鋁等構(gòu)成的配線(未圖示)后，形成例如SiON膜和拆卸電極用的焊接區(qū)(未圖示)。圖4是表示進(jìn)一步到形成綠色用第2濾色層14G后的剖視圖，下面，在以下的(5)～(8)中說明到該圖所示的截面為止的制造工序。
(5)在表面保護(hù)膜上，涂敷例如以酚醛類樹脂為主要成分的感光性透明樹脂、實(shí)施曝光、顯影處理，填埋感光傳感器3上的凹處。
(6)然后，涂敷例如丙烯類熱硬化型透明樹脂的薄膜、進(jìn)行熱硬化或HMDS(六甲基二硅胺烷)膜蒸氣涂敷后，涂敷用于形成綠色光用第1濾色層13G的抗蝕劑(resist)。在該抗蝕劑中調(diào)合染料或顏料，以有選擇地透過例如綠色系波長的光。
(7)然后，使用光掩膜對(duì)涂敷的彩色光阻層進(jìn)行曝光、顯影，該光掩膜設(shè)計(jì)為，使其留在比形成感光傳感器3上的綠色用濾色層的區(qū)域小的部分上。例如，當(dāng)形成綠色用濾色層的區(qū)域是邊長為2微米的正方形象素時(shí)，第1濾色層13G形成為，精加工到1.5微米左右。
(8)比第1濾色層涂敷時(shí)更薄地連續(xù)地涂敷上述相同的彩色濾色層材料，使用設(shè)計(jì)為與感光傳感器3相同尺寸(2微米)的光掩膜，實(shí)施曝光和顯影，形成第2濾色層14G，從而形成向上為凸透鏡形狀而且中央部比周邊部具有更濃的分光特性的綠色用濾色層。
圖5表示上述綠色用濾色層形成后、腐蝕前的形成了腐蝕平整膜的剖視圖。下文在以下的(9)～(10)中說明到該圖所示的截面為止的制造工序。
(9)形成了綠色用濾色層后，采用相同的方法，在各自預(yù)定的位置形成紅色用濾色層和青色用濾色層。
(10)在各個(gè)濾色層上，反復(fù)涂敷數(shù)次例如以丙烯類樹脂為主要成分的熱硬化性透明樹脂并進(jìn)行熱硬化，使濾色層形成后的平面平整平整。
圖2還表示從形成腐蝕腐蝕后的平整平整膜至形成微透鏡為止的剖視圖。下文在以下的(110～(12)中說明到該圖所示的截面為止的制造工序。
(11)以提高感光度為目的，為了縮短從感光面至各個(gè)濾色層上的表面的距離，由公知的腐蝕腐蝕法對(duì)上述熱硬化性透明樹脂實(shí)施盡可能將其減薄的腐蝕。
(12)然后在感光傳感器3上，涂敷以酚醛類樹脂為主要成分的感光性透明樹脂，經(jīng)過曝光和顯影工序，形成上凸?fàn)畹奈⑼哥R晶載微透鏡12。
上述微透鏡晶載微透鏡12通過紫外線照射而提高了透過率。另外，微透鏡為了防止濾色層的分光特性變差，需要使微透鏡的后烘烤溫度的處理溫度小于200度。而且，需要使第1透明平整膜9的折射率比濾色層的折射率低，使第2透明平整膜11的折射率比上述濾色層的折射率低，使微透鏡晶載微透鏡12的折射率必須比上述第2透明平整膜11的折射率高。
由上述工序，可以制造圖2所示的固體攝像裝置。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的固體攝像裝置，由于分第1濾色層和第2濾色層兩次來形成濾色層，所以可以簡單地形成上凸透鏡形狀的濾色層。結(jié)果，可以防止由斜射光引起的來自毗鄰濾色層的混色，固體攝像裝置可以獲得精細(xì)的圖象。
而且，由于將濾色層做成上凸透鏡形狀，并且折射率比第1透明平整膜9的折射率高，可以有效地將入射光效聚集在感光傳感器部3上，結(jié)果可以提高感光性。
進(jìn)而，因可以使濾色層周邊部的膜厚薄膜化，可以在感光傳感器部3上高精度地形成濾色層，所以消除了單個(gè)象素的顏色不均勻，結(jié)果，作為固體攝像裝置，可以改善界限濃淡、色不均。
此外，由于與濾色層中心部相比，在周邊部分上分光變淡，所以與現(xiàn)有構(gòu)造相比，從濾色層周邊部的透過光增加，結(jié)果，作為固體攝像裝置，可以希望提高感光性。
而且，由于形成在濾色層上的第2透明平整膜11的折射率比上凸透鏡形狀的濾色層低，所以向上述濾色片的聚光變得有效，有利于提高感光性。
進(jìn)而，由于形成在第2透明平整膜11上的微透鏡晶載微透鏡12的折射率比第2透明平整膜11的折射率高，所以可以有效地使入射到微透鏡的光聚集到感光傳感器部上，結(jié)果可以提高感光性。
另外，作為形成在上述濾色層下形成的透明平整膜的方法，包括涂敷透明膜后，進(jìn)行曝光和顯影，裝填基底表面的凹處方法；，數(shù)次涂敷透明膜后由公知的腐蝕腐蝕而平整的方法；還有涂敷透明膜后由熱吹而平整的方法；還有將上述幾種方法組合而提高平整性的方法。
作為分兩次形成上述濾色層的方法如下涂敷第1濾色層后，使用由比象素尺寸小的圖案構(gòu)成的光掩膜進(jìn)行曝光，然后進(jìn)行顯影處理而形成第1濾色層后，使用上述同種的材料，與上述第1濾色層1相同或更薄地涂敷濾色層后，使用與象素尺寸相同的光掩膜進(jìn)行曝光，然后實(shí)施顯影處理，形成第2濾色層，從而獲得包括所需要的分光的濾色層。
此外，在形成第2濾色層時(shí)，也可以是與第1濾色層相比改變色素濃度而形成的構(gòu)成。例如可以與第1濾色層相比，色素濃度較低地形成。
通過這種制造方法，可以制造具有上述構(gòu)成、作用和效果的固體攝像裝置。
上文對(duì)符合本發(fā)明的實(shí)施方式的固體攝像裝置和制造方法進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不局限于此，可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。
例如以濾色層為例，對(duì)在色調(diào)優(yōu)先的固體攝像裝置中使用的原色方式進(jìn)行了說明，但是也可以采用以分辨率、感光性優(yōu)先的固體攝像裝置中使用的互補(bǔ)色方式。在互補(bǔ)色方式的情況下，作為濾色層，在公知的顏色排列中的各自的規(guī)定的位置上形成洋紅色光用濾色層、綠色光用濾色層、黃色光用濾色層、青色光用濾色層。
此外，作為形成彩色光阻層的材料，有含有染料的彩色光阻層、含有顏料的彩色光阻層等，可以選擇其中任一種。
此外，在第1透明平整膜9的形成中，對(duì)通過感光性透明樹脂進(jìn)行的公知的光刻技術(shù)進(jìn)行了說明，但是也有反復(fù)進(jìn)行數(shù)次涂敷熱硬化性樹脂并進(jìn)行熱硬化，通過公知的腐蝕法的形成方法。
此外，形成第1平整膜后，以強(qiáng)化與彩色光阻層材料的密封性為目的而采用的以丙稀類樹脂為主要成分的熱硬化型透明樹脂或HMDS膜，如果能保證密接強(qiáng)度，則可以將其省略。
此外，在上述實(shí)施例中，對(duì)CCD型的固體攝像裝置進(jìn)行了說明，但是并不局限于此，也可適用于MOS型等其它固體攝像裝置。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明適用于具有在半導(dǎo)體基板上形成的多個(gè)光電變換元件，在其周圍形成的傳送電極，在光電元件上形成的濾色層，以及在濾色層上形成的微透鏡的固體攝像裝置。
以上通過實(shí)施例及附圖已對(duì)本發(fā)明作了十分詳細(xì)的描述，但需要說明的是，對(duì)于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來說，顯然可以做各種改變和修改。所以，這種改動(dòng)和修正應(yīng)該可以被本發(fā)明解釋，除非它們已經(jīng)脫離了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，將多個(gè)具有在半導(dǎo)體基板上形成的光電變換元件與在上述光電元件上形成的濾色層的象素部排列而構(gòu)成，其特征在于上述濾色層各自的膜厚為中央部比周邊部厚。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于上述濾色層將以比上述象素部小的尺寸形成的第1層、及以與上述象素部相同的尺寸形成的第2層層疊而形成。
3.如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于上述第1層和第2層由相同材料形成。
4.如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于上述第1層和第2層的色素濃度不同。
5.如權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述光電變換元件和上述濾色層之間具有第1透明膜，上述濾色層的折射率比上述第1透明膜的折射率大。
6.如權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述濾色層上具有第2透明膜，上述第2透明膜的折射率比上述濾色層的折射率小。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述第2透明膜上具有微透鏡，上述微透鏡的具有比上述第2透明膜的折射率大的折射率。
8.如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述第2透明膜上具有微透鏡，上述微透鏡的具有比上述濾色層的折射率大的折射率。
9.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于上述第1層和上述第2層由相同材料形成。
10.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于上述第1層和上述第2層的色素濃度不同。
11.如權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述光電變換元件和上述濾色層之間具有第1透明膜，上述濾色層的折射率比上述第1透明膜的折射率大。
12.如權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述濾色層上具有第2透明膜，上述第2透明膜的折射率比上述濾色層的折射率小。
13.如權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述第2透明膜上具有微透鏡，上述微透鏡具有比上述第2透明膜的折射率大的折射率。
14.如權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于在上述第2透明膜上具有微透鏡，上述微透鏡具有比上述濾色層的折射率大的折射率。
15.一種固體攝像裝置的制造方法，所述固體攝像裝置是將多個(gè)具有在半導(dǎo)體基板上形成的光電變換元件和在上述光電元件上形成的濾色層的象素部排列而形成，其特征在于，具有以比上述象素部小的尺寸將第1層形成為上述濾色層的一部分的工序；在上述第1層上以與上述象素部相同的尺寸將第2層形成為上述濾色層的一部分的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于上述第1層和第2層通過用相同的光掩膜進(jìn)行不同的曝光而形成。
全文摘要
本發(fā)明的固體攝像裝置，將多個(gè)具有在半導(dǎo)體基板上形成的光電變換元件與在上述光電元件上形成的濾色層的象素部排列而形成，上述濾色層的膜厚形成為，中央部比周邊部厚。通過改善濾色片的形狀，降低毗鄰濾色層的混色、界限濃淡、感光度波動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)微細(xì)化。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1622335SQ200410098208
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者橫澤賢二 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社