专利名称：固体摄像器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于数码相机等的固体摄像器件，尤其涉及构成固体摄像器件的受光单元。
背景技术：
在一般的固体摄像器件中，具有如下结构在半导体衬底上形成多个受光单元，各个受光单元具有对通过遮光膜的开口部而射入的光进行光电变换的光电变换部、以及在遮光膜上形成的进行分色的滤色片，滤色片一般是原色滤光片或互补色滤光片。原色滤光片采用红(R)、蓝(R)、和绿(G)，在互补色滤光片中采用红的互补色即青绿色(C)、绿的互补色即深红色(M)和蓝的互补色即黄色(Y)。一般在采用互补色滤光片的固体摄像器件中采用通过该3色和绿色(G)得到的信号。并且，对各受光单元按一定图形分配上述某一颜色。这样一来，各受光单元根据由滤色片分色后的色信号的亮度来生成信号(例如参见专利文献1、2)。
并且，为了放大上述信号实现高灵敏度，在滤色片的上下形成微透镜等，以实现高的信/噪比(例如参见专利文献3)。
再者，作为实现高灵敏度的方法，提出如下方案例如在遮光膜的开口部内，放置高折射率材料和形成为围绕高折射率材料的周围的低折射率材料，利用在高折射率材料和低折射率材料的边界的全反射进行聚光(例如参见专利文献4)。
图1是表示采用固体摄像器件的相机结构的图。
在该相机中，入射光24通过相机透镜34到达放置在相机2内的固体摄像器件3。
图2是表示过去的固体摄像器件的受光单元的排列的图。
在该固体摄像器件中，由多个排列成行列状的受光单元(位于中心部A、和周边部B、C等的受光单元)对通过图1所示的相机透镜34而射入的光进行光电变换，取得图像。
图3表示过去的固体摄像器件的受光单元1a、1b、1c的截面图。
各受光单元由添加了N型杂质的硅构成的半导体衬底11为基础，形成绝缘层13、金属层14和滤色层15而成。这时，在半导体衬底11内形成有光电变换层12。光电变换层12是通过向半导体衬底11离子注入P型杂质而形成P型阱16，还具有通过向P型阱16离子注入N型杂质而形成的N型区即光电变换部17的层。
绝缘层13是由为了对光电变换层12和金属层14进行绝缘而设置在光电变换层12上的层间膜18构成的层。
金属层14是包含遮光膜19和层内透镜30的层。在金属层14的形成中，在形成了遮光膜19之后，在遮光膜19上形成作为平坦化层的层间膜29。再者，在形成了遮光膜19上的层间膜29之后，形成层内透镜30。在层内透镜30上以覆盖层内透镜30的表面的方式形成层间膜31。
滤色层15是具有由蓝色滤色膜21a、绿色滤色膜21b和红色滤色膜21c构成的滤色片、以及滤色片上的层间膜22的层。
入射光24从受光单元1a、1b、1c上方射入，由形成在滤色片上的微透镜23进行聚光，透过蓝色滤色膜21a、绿色滤色膜21b或红色滤色膜21c。透过了滤色片的光再次由层内透镜30进行聚光后，经过开口部20，到达光电变换部17。受光单元1a、1b、1c像过去那样是一边为5.6μm的正方形的大的受光单元的情况下，开口部20的宽度大到2.0μm以上。所以，例如长波长侧的650nm的红色波长的可见光等，能够不受开口部宽度的影响地充分透过开口部。并且，利用于暗视场相机等的长波长侧的近红外波长的光也能够充分透过开口部。
专利文献1日本特开平10-341012号公报专利文献2日本特开平5-326902号公报专利文献3日本特开2000-164837号公报专利文献4日本特开平6-224398号公报然而，为了实现固体摄像器件的高像素化，若受光单元被微细化而缩小，则遮光膜的开口部的宽度接近红(R)色光、绿(G)色光和蓝(B)色光等可见光的波长。并且，遮光膜的开口部的宽度变得比可见光波长小的情况下，透过了滤色片的光的波长中，由开口部宽度决定的特定波长以上的波长带的光被遮断，该遮断波长以上的波长的光不能够透过开口部，不能够到达光电变换部。在此情况下，尤其长波长侧的红(R)色光的透射率的下降很显著。例如，在真空中，650nm的红色波长的光透过窄的开口部的情况下，在真空中650nm波长的光，在由折射率为1.45的氧化硅膜(SiO2)填充的开口部中，具有将波长除以折射率的值的波长(650nm/1.45＝450nm)的450nm。因此，在该真空中650nm的波长的光的透射率，在开口部的宽度大致为450nm时几乎是零，但是，实际上从开口宽度650nm附近开始减小。所以，填充开口部的材料为氧化硅膜(SiO2)等低折射率材料的情况下，不能透过波长为与开口部的宽度大致同等以上的光。
尤其受光单元是一边小于3.2μm以下的呈正方形的小型受光单元的情况下，开口部的宽度成为1.0μm以下。以这样窄的开口部宽度，在填充开口部的平面化层由低折射率材料构成的情况下，长波长的红色波长的可见光和1.0～2.0μm的近红外光等长波长侧的波长的光，尤其不能透过。例如，在填充开口部的平面化层由折射率1.5的低折射率的硅氧化膜(SiO2)、或折射率为1.3～1.7的低折射率树脂等构成的情况下，长波长的光不能透过开口部。
并且，在遮光膜的开口部的宽度比可见光波长小的情况下，即使有微透镜、或层内透镜的情况下，也很难将透过了各滤色膜的光聚集到开口部。尤其长波长的光即红(R)色光与短波长的光即绿(G)色光、蓝(B)色光比较难以聚光，所以很难透过开口部使其到达光电变换部。
再者，如表示光向固体摄像器件(受光单元)内射入的情况的图4那样，通过相机透镜34射入的光的主光线，垂直地射入到中心部A的受光单元1，但是倾斜射入到周边部B、C的受光单元1，所以在固体摄像器件中向各受光单元1的微透镜的光射入状态处于不同的状况。因此，为了实现固体摄像器件的多像素化，若受光单元被微细化而减小，则遮光膜19的开口部20的宽度变得极窄。即使在遮光膜19的开口部20的宽度变窄的情况下，如受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图即图5所示，在固体摄像器件的中心部A的受光单元1，入射光24垂直地射入微透镜23，所以在中心部A的受光单元1中能够将入射光24会聚到光电变换部17。但是，在周边部C的受光单元1，入射光24倾斜地射入到微透镜23，所以即使在由微透镜23聚光的情况下，入射光24到达遮光膜19而不能进入开口部20，很难将入射光24会聚到光电变换部17。
并且，在以宽动态范围为特征的固体摄像器件中，如图6所示地排列受光单元。也就是说，多个接受低亮度光的受光单元A和接受高亮度光的受光单元B行列状地排列多个。由接受低亮度光的受光单元A和接收高亮度光的受光单元B进行了光电变换的信号，在固体摄像器件的内部或者外部被合成，得到宽动态范围的图像。在这样的固体摄像器件中，如表示受光单元(图6的受光单元A、B)的截面图(图6的M-N间的截面图)的图7所示，在接受低亮度光的受光单元A中形成开口宽度大的开口部20A；在接受高亮度光的受光单元B中，形成开口宽度小的开口部20B。于是，为补偿由受光单元的微细化造成的光的聚光率的下降而在宽度大的开口部20A中使微透镜23的聚光最佳的情况下，入射光24的一部分难于进入宽度小的开口部20B，所以透过开口部20B的入射光24减少，接受高亮度光的受光单元B的灵敏度极大地下降。并且，在固体摄像器件的周边部，入射光24的入射角与中心部相比增大，所以，透过开口部20B的光更难会聚，相对于中心部的受光单元B的灵敏度，周边部的受光单元B的灵敏度下降较大，产生灵敏度成荫(shading)和颜色不均匀，因此取得的图像质量劣化显著。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过改善遮光膜开口宽度减小时的透光量而能够大幅改善灵敏度的小型固体摄像器件。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；光电变换部，形成在上述半导体衬底上；遮光膜，设有位于上述光电变换部上方而形成的开口部，设置在上述半导体衬底上；以及高折射率层，形成在上述开口部内，上述开口部的开口宽度比通过上述开口部射入上述光电变换部的光的换算成真空中波长的最大波长小，上述高折射率层由高折射率材料构成，该高折射率材料具有使通过上述开口部射入上述光电变换部的光的、上述最大波长的光透过的折射率。这里，上述固体摄像器件还具有滤光膜，该滤光膜设置成位于上述开口部上方，使特定的波长带的光透过；上述开口部的开口宽度比上述滤光膜透过的光的上述最大波长小。
在涉及本发明的固体摄像器件中，利用通过开口部内的光的波长成为将真空中的波长除以折射率的值(真空中的波长/(折射率N))的原理，用高折射率材料来填充开口部，使透过开口部内的光的波长相对减小。从而，透过开口部中的光的透射波长带的最大波长，在开口部内的折射率为N的情况下，若换算成真空中的波长，则仅增大填充开口部的高折射率材料的折射率倍(N倍)。其结果，开口部的宽度变窄，即使在开口部的宽度与应透射的光在真空中的波长相同或小于它的情况下，也能够通过用高折射率材料来填充开口部使光透射。也就是说，能够实现可以大幅度提高长波长侧的光的灵敏度、大幅度改善灵敏度的小型固体摄像器件。
并且，为了达到上述目的，也可以在上述开口部内填充有上述高折射率层。
通过采用上述结构，在开口部内的整个区域填充高折射率材料，能够增大开口部内整体的平均折射率，所以，能够使透过开口部中的光在真空中的透射波长带向长波长侧较大移动，能够更加提高长波长侧的光灵敏度。
并且，在日本特开平6-224398号公报所示的、在开口部内以围绕高折射率材料的周围的方式配置低折射率材料，利用由高折射率材料和低折射率材料的边界的全反射进行聚光的方法的情况下，需要向开口部内积极地导入低折射率材料，所以，开口部内的高折射率材料的宽度是从开口部的宽度中减去开口部内的低折射率材料的宽度的值。因此，该事例情况下实质上能够透过的光的波长由必须比开口部宽度小的高折射率材料的宽度来决定。因此，实质的开口宽度减小，长波长侧的透射波长的光受到限制，不利于提高灵敏度。然而，通过采用上述结构，开口部的宽度成为开口部内的高折射率材料的宽度，能够增大实质的开口宽度，所以长波长侧的透射波长的光不受限制，能够实现提高灵敏度。
并且，为了达到上述目的，上述高折射率层也可以由具有1.8以上的折射率的高折射率材料构成。
如上述结构那样，通过利用折射率为1.8以上的高折射率材料作为填充开口部的构成高折射率层的材料，即使在开口部的宽度为1.0μm以下的情况下，也能够使可见光中的长波长的红色附近的波长的光、1.0～2.0μm的近红外光等的长波长侧的波长的光透过。
再者，为了实现上述目的，上述高折射率层的厚度与上述遮光膜的厚度大致相同，或者比上述遮光膜的厚度大。
通过采用上述结构，使开口部内的折射率高的材料的厚度与开口部高度方向的厚度相等或比它大，能够使换算成真空中的波长的遮断波长向长波长侧较大移动，所以能够扩大透过开口部中的光的长波长侧透射波长带，能够提高长波长侧的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，上述高折射率层也可以具有凸透镜形状，会聚通过开口部射入上述光电变换部的光。
通过采用上述结构，使透过开口部内的光的高折射率材料的上表面形成凸透镜形状，能够在开口部的正上方聚光，所以在开口部的宽度接近可见光波长的情况下，尤其能够大幅度提高聚光率。
再者，在受光单元微细化而单元间距在横向上缩小的情况下，也能够如图3和日本特开2000-164837号公报所示，与过去一样需要层内透镜和层内透镜上下的层间膜，所以遮光膜上的纵向尺寸和过去没有变化。因此，不管单元间距在横向上缩小，纵向尺寸不能够缩小，因此很难向窄的开口部聚光，聚光效率极大恶化。但是，通过采用上述结构，能够省略在过去的固体摄像器件的结构中必需的遮光膜上方的层内透镜，能够降低受光单元整体的高度，所以不会产生上述问题。
并且，为了达到上述目的，上述高折射率材料也可以是氧化酞、氧化钽和氧化铌中的任一种。
将上述结构的氧化钛、氧化钽和氧化铌或氧化铪等高折射率材料用于高折射率层，与一般常用作绝缘层的折射率1.5的氧化硅的情况比较，能够得到特大的开口部内的折射率，能够使换算成真空中的波长的透过开口部中的光的透过波长带向长波长侧较大移动，所以能够进一步提高长波长侧的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，上述开口宽度也可以小于等于1.0μm。
通过采用上述结构，在构成光电变换部的硅的主要吸收区1.0μm以下的频带中，将透过开口部中的光的透过波长带向长波长侧扩展的效果增大，所以能够实现显著提高灵敏度。
如以上那样，在本发明的固体摄像器件中，不牺牲灵敏度而能够实现微细的受光单元，能够增加在摄像部的特定光学尺寸(例如1/4英寸等)中的像素数，所以在利用本发明的固体摄像器件的相机中，能够实现具有高灵敏度和高像素的高图像质量的相机。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，包括开口部形成工序，在形成有光电变换部的半导体衬底上形成遮光膜，在上述遮光膜中形成位于上述光电变换部上方的开口部；以及高折射率层形成工序，在上述开口部内和上述遮光膜上形成高折射率层；在上述高折射率层形成工序中，形成膜厚使上述高折射率层的表面平坦的上述高折射率层。这里，在上述高折射率层形成工序中，也可以形成膜厚大于等于上述开口部的宽度的1/2的上述高折射率层。
通过采用上述结构，在开口部中形成折射率高的高折射率层，再在开口部内的高折射率层上连续地形成折射率高的高折射率层，从而利用折射率高的高折射率层使开口部上方平坦化，所以能够不使射入开口部内的光漫反射而射入开口部，能够防止灵敏度下降。
并且，为了达到上述目的，上述固体摄像器件的制造方法还包括对上述高折射率层的表面进行平坦化的平坦化工序。
通过采用上述结构，在开口部中形成折射率高的高折射率层，再在开口部内的高折射率层上连续地形成折射率高的高折射率层，然后利用CMP等方法把折射率高的高折射率层进行平坦化蚀刻，所以能够提高开口部上方的高折射率层的平坦度，能够使射入到开口部的光的漫反射最小化。其结果，能够使可以射入到开口部的光量的受光单元之间的不均匀最小化，能够较大地改善灵敏度不均匀。
并且，为了达到上述目的，上述固体摄像器件的制造方法还包括将位于开口部上方的上述高折射率层加工成凸透镜形状的透镜形成工序。
通过采用上述结构，在开口部中形成折射率高的高折射率层，再在开口部内的高折射率层上连续地形成折射率高的高折射率层，然后，用折射率高的高折射率层来形成层内透镜，所以能够去除在过去的层内透镜用所需的特别的成膜工序，能够减少制造固体摄像器件的工序。其结果，能够提供廉价的固体摄像器件。并且，层内透镜位于遮光膜的正前方，所以，即使在开口部宽度小的情况下，也能够高效率地聚光，能够实现高灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
通过采用上述结构，在涉及本发明的固体摄像器件中，能够使形成在透过长波长光的滤色膜之上或下的微透镜的折射率，比形成在透过短波长光的滤色膜之上或下的微透镜的折射率大。其结果，能够提高聚光困难的长波长带的光的聚光率，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。其结果，即使在受光单元被微细化而遮光膜的开口宽度减小的情况下，也能够提高光的聚光率，增加透过遮光膜的狭窄的开口部的光量，能够制成可大幅度改善灵敏度的小型固体摄像器件。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；上述微透镜由低折射率材料和高折射率材料构成；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜透过更长波长光的滤光膜下方；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
通过采用上述结构，微透镜由低折射率材料和高折射率材料多种材料构成，通过使其体积比率变化，使透过长波长带的光的滤色片之上或下的微透镜的平均折射率，比透过短波长带的光的滤色片之上或下的微透镜的平均折射率大。其结果，能够提高聚光困难的长波长带的光的聚光率，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
此外，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜、透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的高度，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜高。
通过采用上述结构，能够使形成在透过长波长光的滤色片之上或下的微透镜的高度，比形成在透过短波长光的滤色片之上或下的微透镜的高度高。其结果，能够提高聚光困难的长波长带的光的聚光率，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，也可以比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
通过采用上述结构，形成在透过长波长的光的滤色片之上或下的微透镜的折射率，比形成在透过短波长的光的滤色片之上或下的微透镜的折射率大。其结果，除了增加透镜高度的效果外，也增加折射率的效果，所以能够进一步改善长波长带的光的聚光率，因此能够大幅度提高对长波长的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，构成上述微透镜的材料可以是氧化酞、氧化钽、氧化铌和氧化铪中的任一种。
如上述结构那样，将氧化钛、氧化钽、氧化铌或氧化铪等高折射率材料用于微透镜，与一般常用作绝缘膜的折射率1.45的氧化硅膜相比，能够实现特大的折射率。其结果，能够改善长波长带的光的聚光率，所以能够大幅度提高对长波长光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜、透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率大。
通过采用上述结构，位于透过长波长带的光的滤色片之上或下的高折射率膜的折射率，比位于透过短波长带的光的滤色片之上或下的高折射率膜的折射率大。其结果，在聚光困难的长波长带的光以较大的入射角射入受光单元时，通过高折射率膜，以大的入射角度射入的光容易向光电变换部的方向弯曲入射，所以能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜、透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜厚。
通过采用上述结构，位于透过长波长带的光的滤色片之上或下的高折射率层膜的膜厚，比位于透过短波长带的光的滤色片之上或下的高折射率膜的膜厚大。其结果，聚光困难的长波长带的光以大的入射角度射入受光单元时，通过厚的高折射率膜，使以较大的入射角度射入的光容易向光电变换部的方向弯曲射入，所以能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，构成上述高折射率膜的材料可以包含氧化酞、氧化钽、氧化铌和氧化铪中的任一种。
如以上结构，将氧化钛、氧化钽、氧化铌或氧化铪等高折射率材料用于高折射率膜，与一般常用作绝缘层的折射率1.45的氧化硅膜的情况比较，能够实现特大的折射率。其结果，能够改善长波长带的光的聚光率，所以能够大幅度提高对长波长的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，以及多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
通过采用上述结构，在涉及本发明的固体摄像器件中，光入射角度大的受光单元的微透镜的折射率，比光入射角度小的受光单元的微透镜的折射率大，所以能够改善光入射角度大的受光单元的聚光率，大幅度提高灵敏度。其结果，在受光单元被微细化而遮光膜的开口宽度减小的情况下，也能够提高光的聚光率，增加透过遮光膜的狭窄的开口部的光量，能够实现可大幅度改善灵敏度的小型固体摄像器件。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应每个上述光电变换部位于上述光电变换部上方；上述微透镜由低折射率材料和高折射率材料构成；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
通过采用上述结构，微透镜由低折射率材料和高折射率材料多种材料构成，使其体积比率变化，能够使光入射角度大的受光单元的微透镜的平均折射率，比光入射角度小的受光单元的微透镜的平均折射率大。其结果，能够提高聚光困难的光的入射角度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应每个上述光电变换部位于上述光电变换部上方；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的高度，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜高。
由于采用上述结构，光入射角度大的受光单元的微透镜的高度，比光入射角度小的受光单元的微透镜的平均高度高，所以能够大幅度提高光的入射角度大的受光单元的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，也可以使位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，比上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
通过采用上述结构，光入射角度大的受光单元的微透镜的折射率，比光入射角度小的受光单元的微透镜的折射率大，所以，能够大幅度提高光入射角度大的受光单元的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，构成上述微透镜的材料也可以包含氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪中的任一种。
如上述结构那样，将氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪等高折射率材料用于微透镜，从而与一般常用作绝缘膜的折射率1.45的硅氧化膜的情况相比，尤其能够实现特大的折射率，能够大幅度提高光入射角度大的受光单元的灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第二光电变换部，该第二光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率大。
通过采用上述结构，光入射角度大的受光单元内的高折射率膜的折射率，比光入射角度小的受光单元内的高折射率膜的折射率大，所以利用位于光入射角度大的受光单元内的高折射率膜，能够使以较大的入射角度射入的光向光电变换部的方向弯曲射入，因此能够大幅度提高光入射角度大的受光单元的灵敏度。
再者，为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第二光电变换部，该第二光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜厚。
通过采用上述结构，使得光入射角度大的受光单元内的高折射率膜的膜厚，比光入射角度小的受光单元内的高折射率膜的膜厚厚，因此，利用位于光入射角度大的受光单元的高折射率膜，能够使以较大的入射角度射入的光向光电变换部方向弯曲射入，因此，能够大幅度提高光入射角度大的受光单元的灵敏度。
并且，为了达到上述目的，构成上述高折射率层的材料也可以包含氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪中的任一种。
如上述结构那样，将氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪等高折射率材料用于高折射率膜，从而与一般常用作绝缘膜的折射率1.45的硅氧化膜的情况相比，能够实现特大的折射率，能够大幅度提高光入射角度大的受光单元的灵敏度。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，上述第1受光单元的微透镜的折射率比上述第2受光单元的微透镜的折射率大。
这样，涉及本发明的固体摄像器件，使开口宽度小的受光单元的微透镜的折射率，比开口宽度大的受光单元的微透镜的折射率大。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。其结果，在受光单元被微细化而遮光膜开口宽度减小的情况下，也能够提高光的聚光率，增加透过遮光膜的狭窄的开口部的光量，能够实现可以大幅度改善灵敏度的小型固体摄像器件。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，上述第1受光单元的微透镜和上述第2受光单元的微透镜，分别至少由低折射率材料和高折射率材料形成，上述第1受光单元的微透镜中包含的高折射率材料的体积比上述第2受光单元的微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
这样，在微透镜由低折射率材料和高折射率材料构成的情况下，使开口宽度小的受光单元的微透镜中所包含的高折射率材料的体积，比开口宽度大的受光单元的微透镜中包含的高折射率材料的体积大，从而使开口宽度小的受光单元的微透镜的平均折射率，比开口宽度大的受光单元的微透镜的平均折射率大。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中，存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，具有配置在上述第1受光单元上的第1高折射率层间膜、和配置在上述第2受光单元上的第2高折射率层间膜，上述第1高折射率层间膜的折射率比上述第2高折射率层间膜的折射率大。
这样，位于开口宽度小的受光单元上的高折射率层间膜的折射率，比位于开口宽度大的受光单元上的高折射率层间膜的折射率大，所以利用位于光入射角度大的受光单元上的高折射率层间膜，能够使以较大的入射角度射入的光向光电变换部的方向弯曲射入。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
为了达到上述目的，涉及本发明的固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中，存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，具有配置在上述第1受光单元上的第1高折射率层间膜、和配置在上述第2受光单元上的第2高折射率层间膜，上述第1高折射率层间膜的膜厚比上述第2高折射率层间膜的膜厚厚。
这样，位于开口宽度小的受光单元上的高折射率层间膜的膜厚，比位于开口宽度大的受光单元上的高折射率层间膜的膜厚厚，所以利用位于光入射角度大的受光单元上的高折射率层间膜，能够使以较大的入射角度射入的光向光电变换部的方向弯曲射入。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
为了达到上述目的，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，上述第1受光单元的微透镜的高度比上述第2受光单元的微透镜的高度高。
这样，位于开口宽度小的受光单元上的微透镜的高度，比位于开口宽度大的受光单元上的微透镜的高度高。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
并且，其特征在于，上述第2受光单元的微透镜的折射率比上述第1受光单元的微透镜的折射率大。这样，使开口宽度小的受光单元上的微透镜的折射率比开口宽度大的受光单元上的微透镜的折射率大。其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
其特征在于，微透镜或层间膜的材料至少包含氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪。这样，通过采用氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化铪等高折射率材料，与一般常用作绝缘膜的折射率1.45的硅氧化膜的情况相比，能够得到特别大的折射率，因此，能够同时优化开口宽度小的受光单元和开口宽度大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。
发明效果本发明的固体摄像器件，在光电变换部上形成的遮光膜的开口部中采用折射率高的高折射率材料，即使在开口部宽度变窄的情况下，也能够保持透过开口部的光的透射波长带较大。这样，即使在固体摄像器件的受光单元减小、开口部减小的情况下，也能够防止在长波长侧的灵敏度显著下降，能够实现小型化和高灵敏度。再者，在开口部上方也连续形成填埋开口部的高折射率材料进行平坦化，从而能够减少在开口部上方的光的漫反射，在防止灵敏度下降的同时抑制受光单元间的灵敏度不均匀，能够实现高图像质量。并且，在开口部上也连续地形成填埋开口部的高折射率材料之后，利用该高折射率材料来形成微透镜而能够实现高灵敏度、高信/噪比的固体摄像器件，因此，能够实现高图像质量的相机。
本发明的固体摄像器件，使透过长波长光的滤色片之上或下形成的、微透镜的折射率、构成微透镜的高折射率材料的体积或微透镜的高度、或者高折射率材料的折射率或高折射率材料的膜厚，与透过短波长光的滤色片之上或下形成的、微透镜的折射率、构成微透镜的高折射率材料的体积或微透镜的高度、或者高折射率材料的折射率或高折射率材料的膜厚不同，而能够改善长波长带的光的聚光率，能够大幅度提高对长波长的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。这样，能够实现高灵敏度、高信/噪比的固体摄像器件，可以说本发明对实现高图像质量的相机有效。
本发明的固体摄像器件，使在光的入射角度大的受光单元形成的、微透镜的折射率、构成微透镜的高折射率材料的体积或微透镜的高度、或者高折射率材料的折射率或高折射率材料的膜厚，与在光的入射角度小的受光单元形成的、微透镜的折射率、构成微透镜的高折射率材料的体积或微透镜的高度、或者高折射率材料的折射率或高折射率材料的膜厚不同，而能够大幅度提高光的入射角度大的受光单元的灵敏度。这样，能够实现高灵敏度、高信/噪比的固体摄像器件，因此，可以说本发明对实现高图像质量的相机有效。
本发明的固体摄像器件，使在开口宽度小的受光单元之上形成的、微透镜的折射率、微透镜的高折射率材料的体积、微透镜的高度、高折射率材料的折射率、或者高折射率材料的膜厚，与在开口宽度大的受光单元之上形成的、微透镜的折射率、微透镜的高折射率材料的体积、微透镜的高度、高折射率材料的折射率、或者高折射率材料的膜厚不同，而能够大幅度提高光的入射角度大的受光单元的灵敏度。这样，能够实现高灵敏度及高信/噪比的固体摄像器件，可以说本发明的固体摄像器件对实现高图像质量的相机有效。
图1是表示采用固体摄像器件的相机的图。
图2是表示过去的固体摄像器件的受光单元的排列的图。
图3是表示过去的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图4是表示向过去的固体摄像器件(受光单元)的光射入情况的图。
图5是表示过去的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图6是表示以宽动态范围为特征的固体摄像器件的受光单元的排列的图。
图7是表示以过去的宽动态范围为特征的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图8是本发明的实施方式1的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图9是表示滤色层和开口部的透射特性的图。
图10是表示本发明实施方式1的固体摄像器件的受光单元中的遮光膜上的结构的形成方法的截面图。
图11是表示本发明实施方式2的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图12是表示本发明实施方式2的固体摄像器件的受光单元中的遮光膜上的结构的形成方法的截面图。
图13是本发明实施方式3的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图14是本发明实施方式4的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图15是本发明实施方式5的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图16是本发明实施方式6的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图17是本发明实施方式7的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图18是本发明实施方式8的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图19是本发明实施方式9的固体摄像器件的受光单元的截面图。
图20是向本发明实施方式10的固体摄像器件(受光单元)的光射入情况的图。
图21是本发明实施方式10的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图22是本发明实施方式11的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图23是本发明实施方式12的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图24是本发明实施方式13的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图25是本发明实施方式14的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图26是本发明实施方式15的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
图27是实施方式16的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图28是实施方式17的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图29是实施方式18的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图30是实施方式19的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图31是实施方式20的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
图32是实施方式21的固体摄像器件的受光单元A、B的截面图。
具体实施例方式
以下根据附图，详细说明本发明的实施方式中的固体摄像器件。而且，以下的实施方式并不是对本发明的限定。
(实施方式1)图8是本发明实施方式1的固体摄像器件的受光单元111a、111b、111c的截面图。各受光单元的半导体衬底11、光电变换层12和绝缘层13，具有与图3所示的过去的受光单元中的结构相同的结构。
金属层114是与过去的固体摄像器件一样包括遮光膜19和层内透镜30的层，但在本发明实施方式1的固体摄像器件中，金属层114在形成了遮光膜19之后，以埋入方式形成遮光膜19的开口部20，具有由高折射率材料构成的高折射率层125，这时，和过去的受光单元的结构一样，在遮光膜19的上方形成有层间膜29和层内透镜30，在层内透镜30上形成有层间膜31。并且，在金属层114上形成包括层间膜22的滤色层15，在滤色层15上形成有微透镜23。
在本实施方式1的固体摄像器件中，由微透镜23聚光而透过滤色层15的光再次由层内透镜30聚光后，经过形成了高折射率层125的开口部20，到达光电变换部17。
在此，开口部20具有比射入光电变换部17的光的、换算成真空中的波长的最大波长小的开口宽度。也就是说，具有比真空中的红(R)色光的最大波长小的开口宽度。并且，高折射率材料具有的折射率，使经过开口部20而射入光电变换部17的光换算成真空中波长的最大波长的光透过。也就是说，具有能够使经过开口部20而射入光电变换部17的红(R)色光透过的折射率。
图9是表示滤色层15和开口部20的透射特性的图。
在射入开口部的光中，波长接近开口部20的宽度的波长以上的光，很难能透过开口部20而被遮断是众所周知的。在开口部20的宽度宽的情况下(例如2μm以上的情况下)，由于开口部20的宽度大，所以遮断波长101位于比红色光谱更长波长侧。因此，透过了红(R)、绿(G)、蓝(B)光谱的滤色片的光，能够分别透过开口部20。但是，随着受光单元111a、111b、111c的微细化而开口部20的宽度变窄的情况下，由于开口部20的宽度窄，遮断波长102成为红(R)的滤色膜21c的透射波长以下。其结果，在红(R)的滤色膜21c下的开口部20中，可能是红色光的透射率极小，能够到达光电变换部17的光量减少，有可能引起灵敏度下降。涉及本发明的固体摄像器件，为了消除该不良情况，在开口部20内形成了高折射率层125。通过在开口部20内采用高折射率层125，可以使透过开口部20中的光的波长，相对于真空中的波长，减小到折射率分之一(1/(折射率＝N))。例如，采用折射率2.5的氧化钛(TiO2)作为高折射率层125的情况下，透过开口部20中的光的波长相对于真空中的波长为1/2.5波长，在真空中为650nm的红色光的波长，在开口部20中成为260nm的波长。从而，例如在具有650nm的开口宽度的开口部20中，真空中的650nm的红色光的波长成为波长260nm。其结果，开口部20中的红色光的波长260nm(在真空中650nm)，相对于开口宽度650nm非常小，红色光能够充分地透过开口部20。
在考虑遮断波长的情况下，开口部20内的折射率为1，例如遮断波长换算成真空中的波长，650nm开口宽度的开口部20的遮断波长，通过用高折射率2.5的氧化钛(TiO2)来填埋开口部20内使开口部20内的折射率为2.5，换算成真空中的遮断波长成为650nm的2.5倍的1625nm。因此，在开口部20内用折射率＝N的高折射率材料来填充，可以使能透过开口部20的真空中的遮断波长扩大N倍，在开口宽度变窄的情况下，也能够如图9所示，使遮断波长103比可见光大。也就是说，即使在开口部20的宽度减小的情况下，通过采用折射率高的材料作为填充开口部20内的材料，能够使遮断波长向长波长侧移动，所以能够扩大长波长侧的透射带，能够提高长波长侧的灵敏度。
而且，通过使位于上述开口部20内的高折射率材料的宽度与开口部20的宽度相同，所以，能够实现最大遮断波长。
并且，例示了折射率2.5的氧化钛作为构成上述高折射率层125的高折射率材料。但是，通过使开口部20内的折射率为1.8以上，在开口部20的宽度为1.0μm以下的情况下，也能够使可见光中长波长的红色附近的波长的光和1.0～2.0μm的近红外光等长波长侧的波长的光透射，所以填充开口部20内的高折射率材料如果是具有1.8以上、尤其2.2以上的折射率的高折射率材料，就不仅限于氧化钛。
并且，图8所示的高折射率材料的厚度28与遮光膜19的厚度即开口部20的厚度27大致相同、或者比开口部20的厚度27大，开口部20完全由高折射率材料填埋。这样，能够使换算成真空中的波长的开口部20的遮断波长向长波长侧移动最大，所以扩大长波长侧的透射波长带，能够使长波长侧的灵敏度提高。
再者，填充开口部20内的高折射率材料通过采用氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铌等，与一般常被用作绝缘层的氧化硅的折射率(约1.5)相比，尤其能够增大折射率，能够使换算成真空中的波长的开口部20的遮断波长向长波长侧移动最大，能够更加扩大长波长侧的透射波长带，能够进一步提高长波长侧的灵敏度。
并且，在该实施方式1的固体摄像器件中，例示了可见光作为入射光，但对近红外光的波长也可肯定同样的效果，所以对于硅能够进行光电变换的、相当于近红外光波长的1.0μm以下的频带的光，也能使波长的透射频带向长波长侧扩展的效果较大，能够实现灵敏度的显著提高。
图10是表示本发明实施方式1的固体摄像器件的受光单元111a、111b、111c中的遮光膜19上的结构的形成方法的截面图。图10表示实施方式1的固体摄像器件的受光单元111a、111b、111c的、从开口部20的形成工序到遮光膜19的上方的层间膜29的形成工序。
在该形成方法中，首先在遮光膜19上形成被构图的抗蚀剂。也就是说，在遮光膜19上形成抗蚀剂，除去形成开口部20的区域的抗蚀剂。然后，利用干蚀刻技术以抗蚀剂为掩模除去遮光膜19的一部分，进行形成位于光电变换部17上方的开口部20的第1工序(图10(a))。
然后，连续进行以下工序在开口部20内和遮光膜19上形成使光透射的高折射率层125的第2工序(图10(b))、以及进一步在开口部20内和遮光膜19上形成高折射率层125的第3工序(图10(c))。这样，通过连续进行第2工序和第3工序，能够完成用高折射率层125本身使开口部20上的高折射率层125平坦化的工序。
最后，进行在折射率比高折射率层125小的遮光膜19的上方形成层间膜29的第4工序(图10(d))。
通过进行以上第1～第4工序，能够形成实施方式1的固体摄像器件的受光单元111a、111b、111c的遮光膜19上的结构。如本发明的固体摄像器件那样，尤其开口部20的宽度小时，用高折射率材料来填埋开口部20的第2工序之后，若继续形成高折射率材料，在开口部20的部分形成了凹型的高折射率材料，随着膜厚的增大而使凹部的宽度减小，最终凹部的左右的侧壁相接触，能够制成表面平坦的结构的高折射率层125。这时，在高折射率材料均匀地附着在遮光膜19的平面和侧面的情况下，通过使高折射率层125的膜厚成为开口部20的宽度(d)的1/2以上，能够使凹部平坦。高折射率层125被平坦化，所以能够平坦地形成位于高折射率层125上的遮光膜19的上方的层间膜29的表面，能够省去用CMP(化学机械抛光)等将层间膜29进行平坦化的工序，或者可以减少CMP等的抛光量、时间。
在将该形成方法应用于具有过去那样的开口部20的宽度(d)大的结构的固体摄像器件的情况下，用于消除上述凹部的高折射率层125的膜厚(d/2)相当大，所以利用上述形成方法进行平坦化时的高折射率层125的膜厚增大，产生聚光困难的问题。所以，该形成方法在实用上对开口部20的宽度(d)为1.5μm以下的窄开口部20的情况特别有效。
在利用上述形成方法时，在固体摄像器件的特性方面，能够很容易使开口部20上的高折射率层125平坦化，所以在高折射率层125和遮光膜19的上方的层间膜29之间的界面凹凸消失，能够不在界面乱反射光而使光入射到开口部20，能够大幅度改善灵敏度下降。
在图10的形成方法中，形成高折射率层125使表面平坦化之后，紧接着形成遮光膜19上的层间膜29，但是，也可以在形成高折射率材料的第3工序之后，再追加实施由CMP等的高折射率层125的平坦化的第5工序。这样，能够进一步减少在高折射率层125和遮光膜19的上方的层间膜29之间的界面的光的漫反射，能够极大地改善灵敏度下降。并且，能够将入射到各受光单元的开口部20的光量的不均匀最小化，也能够较大地改善灵敏度不均匀。
(实施方式2)图11表示本发明实施方式2的固体摄像器件的受光单元211a、211b、211c的截面图。各受光单元的半导体衬底11、光电变换层12和绝缘层13，具有与图3所示的过去的受光单元中的结构相同的结构。
金属层214是与过去的固体摄像器件一样包括遮光膜19的层。但在本发明的实施方式2的固体摄像器件中，金属层214具有高折射率层225，该高折射率层是在形成遮光膜19之后以填埋遮光膜19的开口部20的方式形成，由高折射率材料构成。这时，高折射率层225被加工成凸型的层内透镜的形状。这样，能够省略在过去的固体摄像器件的结构中需要的遮光膜19的上方的层间膜29和层内透镜30，能够降低受光单元整体的高度。
在该实施方式2的固体摄像器件中，入射光24透过微透镜23、和滤色层15，不透过过去的固体摄像器件的层内透镜30，直接利用由高折射率层225形成的层内透镜进行聚光，到达光电变换部17。这样，位于开口部20内的高折射率层225具有凸型的层内透镜形状，能够在开口部20的正上方聚光，所以，当开口部20的宽度接近可见光波长的情况时，尤其能够大幅度提高聚光率。
图12是表示本发明实施方式2的固体摄像器件的受光单元211a、211b、211c中的遮光膜19上的结构的形成方法的截面图。图12表示实施方式2的固体摄像器件的受光单元211a、211b、211c中的从开口部20的制造工序到遮光膜19上的层间膜31的形成工序。
在该制造方法中，利用与图10所示的实施方式1的固体摄像器件的形成方法相同的方法进行形成高折射率层225的第1～第3工序(图12(a)～图12(c))之后，再附加进行利用已形成的高折射率层225本身来形成层内透镜的第4～第7工序，然后进行在遮光膜19上形成层间膜31的第8工序。以下详细说明第4～第8工序。
首先，进行在高折射率层225上涂敷抗蚀剂32的第4工序(图12(d))。
然后，进行曝光、显影的第5工序，使不形成透镜的区域的抗蚀剂32残留(图12(e))。
接着，进行通过加热剩余抗蚀剂32整形成透镜状的第6工序(图12(f))。
然后，进行通过均匀地腐蚀透镜形状的抗蚀剂32和高折射率层225来形成用高折射率层225的层内透镜的第7工序(图12(g))。
最后，进行在遮光膜19上形成层间膜31的第8工序(图12(h))。
如上所述，进行用高折射率层225形成层内透镜的第4～第7工序，因此能够消除在过去的层内透镜用所需的特别的成膜工序，减少制造固体摄像器件的工序，所以能够提供低价的固体摄像器件。并且，由于层内透镜位于遮光膜19的正前方，即使在开口部20的宽度小的情况下，也能够有效地聚光，能够实现高灵敏度。
(实施方式3)图13是本发明实施方式3的固体摄像器件的受光单元311a、311b、311c的截面图。
该实施方式3的固体摄像器件，绝缘层13、金属层114中的绝缘层和微透镜23的折射率相等这一点与实施方式1的固体摄像器件不同。
在该实施方式3的固体摄像器件中，成为如下结构滤光片的透射波长越长的受光单元，绝缘层13、金属层114中的绝缘层和微透镜23的折射率越大，在滤光片的透射波长不同的受光单元中，绝缘层13、金属层114中的绝缘层和微透镜23的折射率不同。例如，在滤光片的透射长波长的受光单元中，利用折射率大的一个材料来构成绝缘层13、金属层114中的绝缘层和微透镜23，这样使它们的折射率相等；在滤光片的透射波长短的受光单元中，利用折射率小的一个材料来构成绝缘层13、金属层114中的绝缘层和微透镜23，这样使它们的折射率相等。其结果，能够抑制制造成本。并且，能够将长波长的光聚集到宽度小的开口部，所以，能够提高长波长的光的聚光率，能够大幅度提高对长波长的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
(实施方式4)图14是本发明实施方式4的固体摄像器件的受光单元411a、411b、411c的截面图。各受光单元的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13、金属层14和滤色层15，除了在金属层14中未形成层内透镜30外，具有与图3所示的过去的固体摄像器件的结构大致相同的结构。
该实施方式4的固体摄像器件的结构为，根据滤色片的透射波长带，构成在滤色层15上形成的微透镜423的材料的折射率不同。
在受光单元的微细化发展的情况下，开口部20的宽度变窄。例如，在开口部20的宽度为2μm以下的情况下，很难向开口部20聚光。尤其是在透过具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c的情况下，难以聚光是众所周知的。因此，在该实施方式4的固体摄像器件中，为了消除该不良状况，随着滤色片的透射波长带增长，增大微透镜423的折射率。例如，在具有短波长的透射波长带的蓝(B)滤色膜21a上的微透镜423中利用折射率1.5的氧化硅膜；在具有中间波长的透射波长带的绿滤色膜21b上的微透镜423中利用折射率2.0的氮化硅膜；在具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c上的微透镜423中利用折射率2.5氧化钛膜，实现随着透射波长带成为长波长而增大折射率的结构。这样，能够改善长波长的光的聚光率，能够使对长波长的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度大幅度提高。
(实施方式5)图15是本发明实施方式5的固体摄像器件的受光单元511a、511b、511c的截面图。
各受光单元具有与图3所示的过去的受光单元大致相同的结构的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13、金属层14和滤色层15。
该实施方式5的固体摄像器件具有如下结构在各受光单元的滤色层15上形成的微透镜523由低折射率材料526(例如折射率1.5的氧化硅)、折射率比低折射率材料526大的高折射率材料525(例如折射率2.0的氮化硅)两种材料构成。
在该固体摄像器件中，根据滤色片的透射波长带不同，滤色层15上形成的微透镜523中的低折射率材料526和高折射率材料525的构成比率不同。也就是说，随着滤色片的透射波长带变长，微透镜523的高折射率材料525的体积比率增大。例如在具有短波长的透射波长带的蓝(B)滤色膜21a上的微透镜523中，低折射率材料526和高折射率材料525的体积比率设为9∶1；在具有中间波长的透射波长带的绿(G)滤色膜21b上的微透镜523中，低折射率材料526和高折射率材料525的体积比率设为4∶6；在具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c上的微透镜523中，低折射率材料526和高折射率材料525的体积比率设为1∶9，做成高折射率材料525的体积比率随着透射波长带成为长波长而增大的结构。这样，能够使位于透射长波长带的光的滤色片之上或下的微透镜的平均折射率，比透射短波长带的光的滤色片之上或下的微透镜的平均折射率大。其结果，能够提高集光困难的长波长带的聚光率，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
(实施方式6)图16是本发明实施方式6的固体摄像器件的受光单元611a、611b、611c的截面图。
各受光单元具有与图3所示的过去的受光单元的结构大致相同的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13和滤色层15。
该实施方式6的固体摄像器件，具有这样的结构，即、在各受光单元的滤色层15下的金属层614中形成有具有开口部20的遮光膜19、层间膜13、632和高折射率层间膜727。
在该固体摄像器件中，在滤色片的透射波长带不同的情况下，成为形成在滤色层15下的高折射率层间膜727的折射率不同的结构。也就是说，成为高折射率层间膜727的折射率随着滤色片的透射波长带加长而增大的结构。例如，在具有短波长的透射波长带的蓝(B)滤色膜21a下的高折射率层间膜727中利用折射率1.5的氧化硅膜；在具有中间波长的透射波长带的绿(G)滤色膜21b下的高折射率层间膜727中利用折射率2.0的氮化硅膜；在具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c下的高折射率层间膜727中利用折射率2.5的氧化钛膜；从而实现折射率随着透射波长带成为长波长而增大的结构。
通过采用上述那样的结构，位于透过长波长带的光的彩色滤色片之下的高折射率层间膜727的折射率比透射短波长带的光的滤色片之下的高折射率层间膜727的折射率大，因此，即使聚光困难的长波带的光以较大的入射角度射入受光单元的情况下，也能够利用高折射率层间膜727来使以较大的入射角度射入的光弯曲射入光电变换部。其结果，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
而且，在该实施方式6的固体摄像器件中，设为高折射率层间膜727位于滤色片下，但是在高折射率层间膜727位于滤色片上的情况下，也具有同样的效果。
(实施方式7)图17是本发明实施方式7的固体摄像器件的受光单元711a、711b、711c的截面图。
该实施方式7的固体摄像器件，高折射率层间膜727的膜厚随受光单元不同这一点与实施方式6的固体摄像器件不同。
在该固体摄像器件中的结构为，在滤色片的透射波长带不同的情况下，随着滤色片的透射波长带加长，高折射率层间膜727的膜厚增大。例如，将具有短波长的透射波长带的蓝(B)滤色膜21a下的高折射率层间膜727的膜厚设为300nm；将具有中间波长的透射波长带的绿滤色膜21b下的高折射率层间膜727的膜厚设为500nm；将具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c下的高折射率层间膜727的膜厚设为700nm，随着透射波长带成为长波长而实现高折射率层间膜727的膜厚增大。
通过采用上述结构，位于透过长波长带的光的滤色片之下的高折射率层间膜727的膜厚比透过短波长带的光的滤色片之下的高折射率层间膜727的膜厚大，因此即使在难以聚光的长波长带的光以较大的入射角度射入受光单元的情况下，由于高折射率层间膜727较厚，容易使以较大的入射角度射入的光向光电变换部弯曲射入。其结果，能够大幅度提高对长波长带的光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
而且，在该实施方式7的固体摄像器件中，在滤色片的透射波长带对每个受光单元不同的情况下，形成随着滤色片的透射波长带加长，高折射率层间膜727的膜厚增大、而且折射率也增大的结构；但是即使是折射率相同、仅增大高折射率层间膜727的膜厚的结构也具有同样的效果。
并且，在该实施方式7的固体摄像器件中，高折射率层间膜727位于滤色片下，但是在高折射率层间膜727位于滤色片上的情况下，也具有同样的效果。
(实施方式8)图18是本发明实施方式8的固体摄像器件的受光单元811a、811b、811c的截面图。
该实施方式8的固体摄像器件的微透镜423的高度因受光单元而异这一点与实施方式4的固体摄像器件不同。
在该实施方式8的固体摄像器件中，做成在滤色片的透射波长带不同的情况下，结构为在滤色层15上的微透镜423的高度不同。微透镜423的高度随着滤色片透射波长带变长而增大。例如，将具有短波长的透射波长带的蓝(B)滤色膜21a上的微透镜423的高度设为1.0μm；将具有中间波长的透射波长带的绿(G)滤色膜21b上的微透镜423的高度设为1.2μm；将具有长波长的透射波长带的红(R)滤色膜21c上的微透镜423的高度设为1.4μm，从而实现微透镜423的高度随透射波长带成为长波长而增加的结构。这样，能够改善长波长光的聚光率，能够大幅度提高对长波长光进行光电变换的光电变换部的灵敏度。
而且，在该实施方式8的固体摄像器件中，形成随着向受光单元的光的入射角度增大而微透镜423的高度增大、而且折射率也增大的结构，但是在折射率相同、仅微透镜423的高度增大的结构中也具有同样的效果。
(实施方式9)图19是本发明实施方式9的固体摄像器件的受光单元911a、911b、911c的截面图。
该实施方式9的固体摄像器件，对于具有相同透射波长带的滤色膜的受光单元，绝缘层13、金属层14中的绝缘层和微透镜423的折射率相等这一点与实施方式4的固体摄像器件不同。例如对于具有相同透射波长带的滤光膜的受光单元，采用一个材料来构成绝缘层13、金属层14中的绝缘层和微透镜423，这样使它们的折射率相等。其结果，能够抑制制造成本。
而且，采用各微透镜423的聚光效率能够用下述(式1)的公式表示。
(式1)s＝k×λ/NA(NA＝n·sinθ)s聚光点的扩展直径k由成像条件决定的系数λ波长n微透镜下的媒体的折射率θ微透镜的拉伸圆角(图19中的θ)根据上述式(式1)，如果系数k和微透镜的拉伸圆角θ恒定，则聚光点的扩展直径s与波长λ成正比、与折射率n成反比。所以，如果根据要聚光的光的波长λ来改变微透镜423的折射率n，则不管要聚光的光波长λ，能够使聚光点的扩展直径s恒定。
例如，着眼于红色光和蓝色光。在此，红色光的波长表示为“λR”，蓝色光的波长表示为“λB”，要会聚红色光的单元的微透镜423的折射率表示为“nR”，要会聚蓝色光的单元的微透镜423的折射率为“nB”。由于红色光的波长λR比蓝色光波长λB大，通过使nR比nB大，可以对红色光、蓝色聚光点的扩展直径s保持恒定。
并且，根据上式(式1)，聚光点的扩展直径s，随着微透镜拉伸圆角θ的增大而减小。因此，随着微透镜的拉伸圆角θ的增大，若减小折射率n，则不管微透镜的拉伸圆角θ，能够使光会聚的扩展直径s恒定。
(实施方式10)图20是表示向本发明实施方式10的固体摄像器件(受光单元)的光射入的情况。
如图20所示，经过相机透镜34射入的光的主光线、垂直地射入中心部A的受光单元1011，但是倾斜地射入周边部B、C的受光单元1011。
这时，在该实施方式10的固体摄像器件中，受光单元1011的微透镜1023的折射率随着受光单元1011的部位而不同，倾斜光射入的周边部B、C的受光单元1011的微透镜1023的折射率，比中心部A的受光单元1011的微透镜1023的折射率大。
图21是本发明实施方式10的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
各受光单元具有结构与图5所示的过去的受光单元相同的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13、金属层14和滤色层15。
该实施方式10的固体摄像器件，具有构成在滤色层15上形成的微透镜1023的材料的折射率根据光的入射角度而不同的结构。
在受光单元的微细化发展的情况下，开口部20的宽度变窄。例如，开口部20的宽度为1μm以下的情况下，很难向开口部20聚光，尤其是在对光电变换部17的光入射角度33大的情况下很难聚光，这是众所周知的。因此，在该实施方式10的固体摄像器件中，为了消除这种不良状况，随着入射角度33的增大，增大受光单元的微透镜1023的折射率。例如，对于入射角度33为0度的中心部A的受光单元的微透镜1023，利用折射率1.5的氧化硅；对于入射角度33为30度的周边部C的受光单元的微透镜1023，利用折射率为2.0的氮化硅；实现了随入射角度33的增大而增大折射率的结构。这样，能够提高入射角度33大的受光单元中的光的聚光率，能够大幅度提高入射角度33大的受光单元的灵敏度。
(实施方式11)图22是本发明实施方式11的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
各受光单元具有结构与图5所示的过去的受光单元相同的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13、金属层14和滤色层15。
该实施方式11的固体摄像器件的结构为，各受光单元的微透镜1123由低折射率材料1126(例如折射率1.5的氧化硅)、折射率比低折射率材料1126大的高折射率材料1125(例如折射率2.0的氮化硅)的两种材料构成。
在该固体摄像器件中，微透镜1123中的低折射率材料1126和高折射率材料1125的体积比率根据向受光单元的入射角度33而不同。也就是说，在入射角度33增大的受光单元中，微透镜1123的低折射率材料1126和高折射率材料1125的构成比率被更改，高折射率材料1125的体积比率增大。例如，在入射角度为0度的受光单元(位于中心部A的受光单元)的微透镜1123中，低折射率材料1126和高折射率材料1125的体积比率为9∶1；在入射角度33为30度的受光单元(位于周边部C的受光单元)的微透镜1123中，低折射率材料1126和高折射率材料1125的体积比率为1∶9。这样，可以使入射角度大的受光单元中的微透镜1123的平均折射率比入射角度33小的受光单元中的微透镜1123的平均折射率大。其结果，能够提高聚光困难、入射角度33大的受光单元的聚光率，能够大幅度提高入射角度33大的受光单元的灵敏度。
(实施方式12)图23是本发明实施方式12的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)截面图。
各受光单元具有结构与图5所示的过去的受光单元大致相同的半导体衬底11、光电变换层12、绝缘层13和滤色层15。
在该实施方式12的固体摄像器件中，具有在各受光单元的滤色层15的下面的金属层1214中形成了具有开口部20的遮光膜19、层间膜31、1232和高折射率层间膜1227的结构。
在该固体摄像器件中，做成在向受光单元的光入射角度33不同的情况下，受光单元的高折射率层间膜1227的折射率不同的结构。也就是说，做成高折射率层间膜1227的折射率随着向受光单元的光入射角度33增大而增大的结构。例如，对于向受光单元的光入射角度33为0度的受光单元的高折射率层间膜1227利用折射率1.5的氧化硅膜；对于向受光单元内的光入射角度33为30度的高折射率层间膜1227利用折射率2.0的氮化硅膜；因此，可以实现高折射率层间膜1227的折射率随着光入射角度33增大而增大的结构。
由于采用这样的结构，位于光入射角度33大的受光单元的高折射率层间膜1227的折射率比光入射角度33小的受光单元的高折射率层间膜1227的折射率大，所以能够大幅度提高光入射角度33大的受光单元的灵敏度。
而且，在该实施方式12的固体摄像器件中，高折射率层间膜1227位于滤色片下，但是在高折射率层间膜1227位于滤色片上的情况下也具有同样的效果。
并且，在该实施方式12的固体摄像器件中，高折射率层间膜1227位于遮光膜19上，但是在高折射率层间膜1227位于遮光膜19下的情况下也具有同样的效果。
(实施方式13)图24是本发明实施方式13的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
该实施方式13的固体摄像器件，高折射率层间膜1227的膜厚因受光单元而异，这一点与实施方式12的固体摄像器件不同。
在该固体摄像器件中，形成这样的结构，即、在向受光单元的光入射角度33不同的情况下，受光单元上的高折射率层间膜1227的膜厚不同。也就是说，随着向受光单元的光入射角度33增大，高折射率层间膜1227的膜厚增大。例如，向受光单元的光入射角度33为0度的受光单元的高折射率层间膜1227的膜厚为300nm；向受光单元的光入射角度33为30度的受光单元的高折射率层间膜1227的膜厚为500nm，从而实现了高折射率层间膜1227的膜厚随着光入射角度33的增大而增大的结构。
通过采用上述结构，位于光入射角度33大的受光单元的高折射率层间膜1227的膜厚，比光入射角度33小的受光单元的高折射率层间膜1227的膜厚大，所以能够大幅度提高光入射角度33大的受光单元的灵敏度。
而且，在该实施方式13的固体摄像器件中，光入射角度33因每个受光单元而异的情况下，做成随着向受光单元的光入射角度33的增大而高折射率层间膜1227的膜厚增大、并且折射率也增大的结构，但是，折射率相同，仅增大高折射率层间膜1227的膜厚的结构也具有同样的效果。
并且，在该实施方式13的固体摄像器件中，高折射率层间膜1227位于滤色片下，但在高折射率层间膜1227位于滤色片上的情况下也具有同样的效果。
再者，在该实施方式13的固体摄像器件中，高折射率层间膜1227位于遮光膜19上，但在高折射率层间膜1227位于遮光膜19下的情况下也具有同样的效果。
(实施方式14)图25是本发明实施方式14的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
该实施方式14的固体摄像器件的微透镜1023的高度因受光单元而异，这一点与实施方式10的固体摄像器件不同。
在该实施方式14的固体摄像器件中，构成在向受光单元的光入射角度33不同的情况下微透镜1023的高度不同的结构。微透镜1023的高度随光入射角度33增大而增加。例如，向受光单元的光入射角度33为0度的微透镜1023的高度设1.0μm；向受光单元的光入射角度33为30度的受光单元的微透镜1023的高度设为1.2μm；从而实现微透镜1023的高度随光入射角度33增大而增加的结构。
通过采用上述结构，位于光入射角度33大的受光单元的微透镜1023的高度，比位于光入射角度33小的受光单元的微透镜1023的高度高，所以能够大幅度提高光入射角度33大的受光单元的灵敏度。
而且，在该实施方式14的固体摄像器件中，结构为随着向受光单元的光入射角度33增大，微透镜1023的高度增大，而且折射率也增大，但是折射率相同，仅增大微透镜1023的高度的结构也具有同样的效果。
(实施方式15)图26是本发明实施方式15的固体摄像器件的受光单元(位于中心部A、周边部C的受光单元)的截面图。
该实施方式15的固体摄像器件，对于相同入射角度的受光单元，绝缘层13、金属层14中的绝缘层和微透镜1023的折射率相等，这一点与实施方式10的固体摄像器件不同。例如，对于相同入射角度的受光单元，利用一个材料构成绝缘层13、金属层14中的绝缘层和微透镜1023，这样使它们的折射率相等。其结果，能够抑制制造成本。
而且，由各微透镜1023的聚光效率能够用下式(式2)表示。
(式2)s＝k×λ/NA(NA＝n·sinθ)s聚光点的扩展直径k由成像条件决定的系数λ波长n微透镜下的媒体的折射率θ微透镜的拉伸圆角(图26中的θ)在聚光点直径s相同的情况下，在入射光的入射角大的光电变换部中，光难以进入开口部。
这时，根据(式2)式，若增大折射率n，则能够减小点的扩展直径s。因此，即使在入射光的入射角大的光电变换部中，也能够通过增大折射率n来使光进入光电变换部。
(实施方式16)图27表示本发明的实施方式16的固体摄像器件的受光单元A、B(图6的受光单元A、B)的截面。各受光单元具有包括光电变换层12的衬底11、绝缘层13、金属层14和滤色层15，这些与图7所示的过去的结构相同。
在本实施方式16中，在受光单元1的开口宽度不同的情况下，形成在滤色层15上的微透镜123A、123B的折射率不同。在用开口宽度不同的固体摄像器件来实现宽动态范围的情况下，为了同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，使形成在开口宽度小的受光单元B上的微透镜123B的折射率，比形成在开口宽度大的受光单元A上的微透镜123A的折射率大。例如，对于开口部20A的宽度为2.5μm的受光单元A的微透镜123A，利用折射率1.5的氧化硅；对于开口部20B的宽度为0.7μm的受光单元B的微透镜123B，利用折射率2.0的氮化硅。
这样，由于能够同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，所以能够大幅度提高具有两个开口宽度的受光单元的灵敏度。并且，由于采用了折射率随入射光的入射角度增大而增大的结构，所以能够进一步改善聚光率，具有进一步提高灵敏度的效果。
(实施方式17)图28表示本发明实施方式17的固体摄像器件的受光单元A、B的截面。各受光单元具有包括光电变换层12的衬底11、绝缘层13、金属层14和滤色层15，这些与图7所示的过去的结构相同。
在该实施方式17中，各受光单元的微透镜223A、223B由低折射率材料(例如折射率1.5的氧化硅)1326和高折射率材料(例如折射率2.0的氮化硅)1325的两种材料构成。
在受光单元1的开口宽度不同的情况下，在开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A中，改变微透镜223A、223B的低折射率材料1326和高折射率材料1325的构成比率，在受光单元B中，使高折射率材料1325的体积比率比受光单元A大。例如，在开口宽度大的受光单元A的微透镜223A中，使低折射率材料1326和高折射率材料1325的体积比率为9∶1；在开口宽度小的受光单元B的微透镜223B中，使低折射率材料1326和高折射率材料1325的体积比率为1∶9。
其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，所以能够大幅度提高具有2个开口宽度的受光单元的灵敏度。
并且，将对入射角度大的光的微透镜223B的平均折射率，设为比对入射角度小的光的微透镜223A的平均折射率大。这样，不管光的入射角度，能够使各受光单元的聚光率相等。
(实施方式18)图29表示本发明实施方式18的固体摄像器件的受光单元A、B的截面。各受光单元具有包括光电变换层12的衬底11、绝缘层13和滤色层15，这些与图7所示的过去的结构相同。
在该实施方式18中，在各受光单元1的滤色层15下的金属层1440中设有高折射率层间膜27A、27B和层间膜1332。
成为这样的结构，即，在受光单元1的开口宽度不同的情况下受光单元1上的高折射率层间膜27A、27B的折射率不同，在开口宽度小的受光单元B中，与开口宽度大的受光单元A比较，增大高折射率层间膜27B的折射率。例如，对于开口宽度大的受光单元A的高折射率层间膜27A，利用折射率1.5的氧化硅膜；对于开口宽度小的受光单元B的高折射率层间膜27B，利用折射率2.0的氮化硅膜。并且，采用了折射率随光入射角度1333增大而增大的结构。
其结果，由于能够同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，所以，能够大幅度提高具有2个开口宽度的受光单元的灵敏度。
在实施方式18中表示了高折射率层间膜27A、27B位于滤色层15下的实施例，但高折射率层间膜27A、27B也可以位于滤色层15上，该情况下也能够获得同样的效果。
并且，在实施方式18中表示出高折射率层间膜27A、27B位于遮光膜19上的实施例，但也可以是高折射率层间膜27A、27B位于遮光膜19下，该情况下也能够获得同样的效果。
(实施方式19)图30表示本发明实施方式19的固体摄像器件的受光单元A、B的截面。实施方式19和实施方式18的不同在于，在实施方式19中，滤色层15下的金属层1541的高折射率层间膜270A、270B的膜厚因受光单元而异。
在受光单元1的开口宽度不同的情况下，形成受光单元1上的高折射率层间膜270A、270B的膜厚不同的结构，使开口宽度小的受光单元B的高折射率层间膜270B的膜厚，比开口宽度大的受光单元A的高折射率层间膜270A的膜厚厚。例如，开口宽度大的受光单元A的高折射率层间膜270A的膜厚设为300nm；开口宽度小的受光单元B的高折射率层间膜270B的膜厚设为500nm。并且，采用高折射率层间膜270A、270B的膜厚随着光入射角度1333增大而增大的结构。
其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，所以能够大幅度提高具有2个开口宽度的受光单元的灵敏度。
在实施方式19中，在光入射角度1333不同的情况下，随着入射角度1333增大，使高折射率层间膜270A、270B的膜厚增大，并且使折射率也增大。但是，也可以是折射率相同，仅改变高折射率层间膜270A、270B的膜厚，该情况下也能够获得同样的效果。
并且，在实施方式19中，表示出高折射率层间膜270A、270B位于滤色层15下的实施例，但是高折射率层间膜270A、270B也可以位于滤色层15上，该情况下也能够获得相同的效果。
再者，在实施方式19中表示了高折射率层间膜270A、270B位于遮光膜19上的实施例，但是高折射率层间膜270A、270B也可以位于遮光膜19下，该情况下也能够获得同样的效果。
(实施方式20)图31表示本发明实施方式20的固体摄像器件的受光单元A、B的截面。各受光单元具有包括光电变换层12的衬底11、绝缘层13、金属层14和滤色层15，这些与图7所示的过去的结构相同。
在该实施方式20中，在开口部宽度不同的情况下，微透镜523A、523B的高度不同，开口宽度小的受光单元B的微透镜523B的高度，比开口宽度大的受光单元A的微透镜523A高。例如，将开口宽度大的受光单元A的微透镜523A的高度设为1.0μm；将开口宽度小的受光单元B的微透镜523B的高度设为1.2μm。
其结果，能够同时优化开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A的聚光率，所以能够大幅度提高具有2个开口宽度的受光单元的灵敏度。
(实施方式21)图32表示本发明实施方式21的固体摄像器件的受光单元A、B的截面。各受光单元具有包括光电变换层12的衬底11、绝缘层13、金属层14中的绝缘层和滤色层15，这些与图7所示的过去的结构相同。
在该实施方式21中，开口宽度小的受光单元B和开口宽度大的受光单元A分别具有绝缘层13、金属层14中的绝缘层和微透镜623A、623B的折射率相等的结构。例如，对各受光单元利用一个材料来构成绝缘层13、金属层14中的绝缘层、以及微透镜623A、623B，这样使它们的折射率相等。
而且，由各微透镜的聚光效率，能够用下述(式3)式来表示。
(式3)s＝k×λ/NA(NA＝n·sinθ)s聚光点的扩展直径k由成像条件决定的系数λ波长n微透镜下的媒体的折射率θ微透镜的拉伸圆角(图32中的θ)根据上述(式3)式，聚光点的扩展直径s与折射率n成反比。与受光单元A相比，受光单元B的开口宽度小，所以与受光单元A相比，必须减小受光单元B的光聚集的点的扩展直径s。与受光单元A相比，如果增大受光单元B的微透镜的折射率n，就能够使受光单元B的聚光点的扩展直径s比受光单元A小。
以上，根据实施方式说明了本发明的固体摄像器件，但是本发明并不限于该实施方式。在不脱离本发明主旨的范围内，本领域技术人员设法实施各种变形的也包含在本发明的范围内。
例如，也可以利用上述实施方式的固体摄像器件来构成相机。
并且，虽然采用氧化硅等作为构成微透镜或高折射率层间膜的材料，但若是折射率比一般常用作绝缘层的氧化硅膜的折射率大的材料，就不限于此，例如，也可以是氧化钛、氧化钽、氧化铌或氧化铪等。
产业上可利用性本发明能够用于固体摄像器件等，尤其能够在用于数码相机和数码摄像机等的固体摄像器件中使用。
权利要求
1.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；光电变换部，形成在上述半导体衬底上；遮光膜，设有位于上述光电变换部上方而形成的开口部，设置在上述半导体衬底上；以及高折射率层，形成在上述开口部内。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述开口部的开口宽度比通过上述开口部射入上述光电变换部的光的换算成真空中波长的最大波长小，上述高折射率层由高折射率材料构成，该高折射率材料具有使通过上述开口部射入上述光电变换部的光的、上述最大波长的光透过的折射率。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，在上述开口部内填充有上述高折射率层。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述高折射率层由具有1.8以上的折射率的高折射率材料构成。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述高折射率层的厚度与上述遮光膜的厚度大致相等，或者比上述遮光膜的厚度厚。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述高折射率层具有凸透镜形状，会聚通过上述开口部射入上述光电变换部的光。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述高折射率材料是氧化酞、氧化钽和氧化铌中的任一种。
8.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述开口宽度小于等于1.0μm。
9.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述固体摄像器件还具有滤光膜，该滤光膜以位于上述开口部上方的方式设置在上述遮光膜上，使特定的波长带的光透过；上述开口部的开口宽度比上述滤光膜透过的光的上述最大波长小。
10.一种摄像机，具有固体摄像器件，其特征在于，上述固体摄像器件具有半导体衬底；光电变换部，形成在上述半导体衬底上；遮光膜，设有位于上述光电变换部上方而形成的开口部，设置在上述半导体衬底上；以及高折射率层，形成在上述开口部内；上述开口部的开口宽度比通过上述开口部射入上述光电变换部的光的换算成真空中波长的最大波长小，上述高折射率层由高折射率材料构成，该高折射率材料具有使通过上述开口部射入上述光电变换部的光的、上述最大波长的光透过的折射率。
11.一种固体摄像器件的制造方法，其特征在于，包括开口部形成工序，在形成有光电变换部的半导体衬底上形成遮光膜，在上述遮光膜中形成位于上述光电变换部上方的开口部；以及高折射率层形成工序，在上述开口部内和上述遮光膜上形成高折射率层；在上述高折射率层形成工序中，形成膜厚使上述高折射率层的表面平坦的上述高折射率层。
12.如权利要求11所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，在上述高折射率层形成工序中，形成膜厚大于等于上述开口部的宽度的1/2的上述高折射率层。
13.如权利要求11所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，上述固体摄像器件的制造方法还包括对上述高折射率层的表面进行平坦化的平坦化工序。
14.如权利要求10所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，上述固体摄像器件的制造方法还包括将位于开口部上方的上述高折射率层加工成凸透镜形状的透镜形成工序。
15.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
16.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；上述微透镜由低折射率材料和高折射率材料构成；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜透过更长波长光的滤光膜下方；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
17.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；以及滤色片，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方，透射波长带不同的滤光膜配置成2维状；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部位于比上述第1光电变换部上方的滤光膜、透过更长波长的光的滤光膜的下方；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率大。
18.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应上述每个光电变换部位于上述光电变换部上方；以及在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜的折射率大。
19.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及多个微透镜，设置在上述半导体衬底上，对应每个上述光电变换部位于上述光电变换部上方；上述微透镜由低折射率材料和高折射率材料构成；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第2光电变换部，该第2光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光位于上述第2光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积，比位于上述第1光电变换部上方的上述微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
20.一种固体摄像器件，其特征在于，具有半导体衬底；多个光电变换部，形成在上述半导体衬底上；以及高折射率膜，设置在上述半导体衬底上；在上述多个光电变换部中存在第1光电变换部和第二光电变换部，该第二光电变换部以比射入上述第1光电变换部的光的入射角大的入射角射入光；位于上述第2光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率，比位于上述第1光电变换部上方的上述高折射率膜的折射率大。
21.一种固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元；上述第1受光单元的微透镜的折射率比上述第2受光单元的微透镜的折射率大。
22.一种固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中，存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，上述第1受光单元的微透镜和上述第2受光单元的微透镜，分别至少由低折射率材料和高折射率材料形成，上述第1受光单元的微透镜中包含的高折射率材料的体积比上述第2受光单元的微透镜中包含的高折射率材料的体积大。
23.一种固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中，存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，具有配置在上述第1受光单元上的第1高折射率层间膜、和配置在上述第2受光单元上的第2高折射率层间膜，上述第1高折射率层间膜的折射率比上述第2高折射率层间膜的折射率大。
24.一种固体摄像器件，其特征在于，在半导体衬底上形成有具有根据入射光的亮度生成信号电荷的光电变换部的多个受光单元，在上述光电变换部上具有微透镜，在多个上述受光单元中存在具有第1开口宽度的第1受光单元、以及具有比上述第1开口宽度大的第2开口宽度的第2受光单元，上述第1受光单元的微透镜的高度比上述第2受光单元的微透镜的高度高。
全文摘要
本发明的目的是提供一种实现大幅度改善灵敏度的小型固体摄像器件，其具有半导体衬底(11)，形成有多个光电变换部(17)；遮光膜(19)，位于光电变换部(17)上方，具有对应每个光电变换部(17)设置的多个开口部(20)，形成在半导体衬底(11)上；以及高折射率层(125)，形成在开口部(20)内；开口部(20)的开口宽度比射入光电变换部(17)的光的换算成真空中波长的最大波长小，高折射率层(125)由高折射率材料构成，该高折射率材料具有通过开口部(20)使最大波长的光透过的折射率。
文档编号G02B3/00GK1877867SQ200610091709
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月8日 优先权日2005年6月8日
发明者山口琢己, 村田隆彦, 春日繁孝 申请人:松下电器产业株式会社