专利名称：固态成像器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及固态成像器件及其制造方法。尤其是本发明涉及一种固态成像器件以及制造这种固态成像器件的方法，在该固态成像器件中光电转换部分的逐像素阵列按照入射光的量(如同在CCD即“电荷耦合器件”的情况中)生成电荷，由电荷传送部分分别传送光电转换部分生成的电荷用以输出电信号。
背景技术：
近年来，固态成像器件(例如CCD)在增加像素数量和降低器件尺寸方面取得了显著改进。与每个像素面积相比，一般在固态成像器件中，在光罩(photoshield)膜中设置的相应孔径较小，光罩膜设置在光电二极管部分之上。而且，随着像素尺寸的减小(例如到大约3μm×3μm或更小)，与常规情况相比被每个光电二极管部分接收的绝对光量进一步减少。因此，任何入射到每个像素的光必须有效地穿过相应的孔径。
为了有效收集进入到每个像素的孔径的光，常规固态成像器件设置有微透镜(以下称为“上透镜”)，其设置在滤色镜上。最近，为了进一步增加光焦度并获得改进的灵敏度，不仅在滤色镜上面而且在滤色镜下都设置微透镜(以下称为“层内透镜”)已经付诸实践(例如参见日本专利特开公开(Japanese Patent Laid-OpenPublication)No.2000-164837(第7页，图1))。通过应用这两组微透镜，还提供了减小由色差造成的随波长变动的焦点位移的附加优点。
图18示出包括上透镜和层内透镜的常规固态成像器件的剖面结构示例。在图18中，光罩金属膜110防止了栅极108和电荷传送部分106被光照射。为了使光照射到光电二极管部分104上，光罩金属膜110具有在各个光电二极管部分104上形成的缝隙。每个上透镜122和层内透镜530把光会聚到相应的光电二极管部分104上。在上透镜122层和层内透镜530层之间设置滤色镜120。
从每个光电二极管部分104的表面到每个上透镜122的距离552最好很短。随着距离552的变长，将会出现以下问题例如已经穿过上透镜122和层内透镜530的光被光罩膜110拦截，或者光泄漏到邻近像素中。例如，在图18所示的固态成像器件中，在穿过上透镜530传播的光线562、564和566中，光线566被光罩金属膜110拦截。如果这种情况发生，由光电二极管部分104接收的光的量将比穿过上透镜122进入的光的量少。如果被光罩金属膜110拦截的光线566以某种方式(直接或通过反射)散射到另一像素中，将发生颜色混合的问题。
减小滤色镜120的厚度来缩小从光电二极管部分104表面到上透镜122的距离552并不是优选的，因为它将导致光谱测定特性劣化。滤色镜120需要具有某一特定厚度或更厚以获得预定的光谱测定特性，由此减小上透镜122和层内透镜530的距离不能超出滤色镜120所需厚度所附加的限制。这反过来阻碍了从光电二极管部分104的表面到上透镜122距离552的缩短。而且，由于滤色镜所需厚度，如果增加上透镜122和层内透镜530之间的距离，层内透镜530的曲率必须比上透镜122的曲率大。如果，相反，上透镜122的曲率大于层内透镜530的曲率，由上透镜122过分调整(throttled)或聚焦的光散射分量将射到层内透镜533上，由此很难在光电二极管部分104上产生会聚点。为了增加层内透镜530的曲率，必须增加层内透镜530的厚度。但是，增加层内透镜530的厚度导致从光电二极管部分104的表面到上透镜122的距离552的进一步伸长。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种固态成像器件及其制造方法，该固态成像器件具有增强的感光度和减小的尺寸，同时能够减少颜色混合。
本发明具有以下特征以获得上述目的。
本发明涉及一种固态成像器件(一般为CCD)，其中光电转换部分的逐像素阵列中的每一个按照进到光电转换部分的光的量生成电荷，并且光电转换部分生成的电荷被转换为将要输出的电信号，该固态成像装置包括滤光镜层、上透镜和层内透镜。在光电转换部分上布置滤色镜层，使特定波长的光从其通过。在滤色镜层上布置上透镜，使入射光会聚，从而进入滤色镜层。在滤色镜层和光电转换部分之间布置层内透镜，每个层内透镜使被每个上透镜会聚的光进一步会聚，从而进到相应的光电转换部分。本发明的一个特征是层内透镜具有菲涅耳透镜结构。通过采用这种透镜结构，即使增加其曲率也能减小层内透镜的厚度，还能减小从光电转换部分的表面到上透镜的距离。结果，减小了泄漏到邻近像素中的光，由此防止了颜色混合。由此，实现了一种减小了颜色不匀和闪烁的固态成像器件。而且，斜向进到上透镜的光能够有效地会聚到光电转换部分，即使具有大的照相机透镜孔径也能获得清晰的图像。
每个具有菲涅耳透镜结构的层内透镜一般包括中心透镜和布置在中心透镜外面的至少一个环形透镜。中心透镜具有圆形和弯曲的表面，其中心在中心透镜的光轴上。该至少一个环形透镜布置在中心透镜外面，该环形透镜具有环形和带状面，其与中心透镜同光轴。中心透镜和环形透镜可具有依赖于它们的材料的不同的折射率。例如，中心透镜和该至少一个环形透镜的折射率可以向着外面并远离中心透镜的光轴方向增加或者减小。通过如此使透镜折射率不同，可以根据需要赋予层内透镜不同的光学性质。该至少一个环形透镜在沿着其半径方向的宽度可以向着外面并远离中心透镜的光轴的方向减小。结果，层内透镜的高度可以保持最小。作为一个例子，每个层内透镜包括SiN(氮化硅)。
本发明还涉及一种具有上述结构的固态成像器件的制造方法。按照第一方法，在光电转换部分层上形成绝缘膜。在绝缘膜上形成透镜，每个透镜紧邻于相应的光电转换部分之上。形成抗蚀材料层以覆盖绝缘膜和透镜。在抗蚀材料层中形成圆柱孔使其位于每个透镜上，每个孔具有以透镜光轴为中心的圆形底面并具有比透镜直径小的直径。以保留透镜中心部分表面结构的方式蚀刻孔的内部。然后，去掉该抗蚀材料层。
按照第二方法，在光电转换部分层上形成绝缘膜。在绝缘膜上形成中心透镜，每个透镜紧邻于相应的光电转换部分之上，并且其直径为像素形成的周期的大约50％到70％。形成平坦膜(planarizingfilm)提供覆盖中心透镜的平坦表面，平坦膜包括折射率比中心透镜折射率小的材料。在平坦膜表面上形成抗蚀材料圆柱部件，使其位于每个中心透镜之上，每个抗蚀材料部件具有以中心透镜光轴为中心的圆形底面并具有与中心透镜直径相等的直径。去除位于抗蚀材料部件之下的部分之外的平坦膜。形成透镜材料的透镜膜覆盖绝缘膜和平坦膜。接着，通过蚀刻透镜膜到足够深度以暴露平坦膜来形成侧壁，从而变成环绕每个中心透镜的环形透镜。
可以多次重复形成侧壁的步骤序列来形成多个环绕每个中心透镜的环形透镜。在这种情况中，侧壁可以形成为使多个环形透镜具有相同的折射率。或者，侧壁可以形成为使多个环形透镜具有至少两个不同的折射率。或者，侧壁还可以形成为使每个环形透镜的沿着其半径方向的宽度在向着外面并远离中心透镜的光轴的方向减小。
从以下结合附图本发明的详细介绍，本发明的这些和其它目的、特征、方案和优点将变得更加明显。
图1是示出按照本发明第一实施例的固态成像器件的平面图；图2是示出具有形成于其中或其上的涉及电荷转移的特征的Si衬底的剖面图；图3是示出具有在其中形成的光电二极管部分和电荷传送部分、还形成有栅极、层间绝缘膜和光罩金属膜的衬底的剖面图；图4是示出图3衬底的剖面图，其上形成有绝缘膜；图5是示出图4衬底的剖面图，其上形成有层内透镜；图6是示出图5衬底的剖面图，其上形成具有孔的抗蚀材料层；图7是示出已被蚀刻的图6所示透镜的剖面图；
图8是示出已被去除抗蚀材料层的图7衬底的剖面图，其上形成有平坦膜；图9是示出按照本发明第二实施例的固态成像器件的剖面图；图10是示出按照第二实施例的形成有多个侧壁的固态成像器件的剖面图；图11是示出图10衬底的剖面图，在层内透镜上形成有多个平坦膜；图12是示出图11衬底的剖面图，其上形成有柱形抗蚀材料部件；图13是示出图12衬底的剖面图，已经从该衬底部分地蚀刻掉平坦膜并去除了抗蚀材料部件；图14是示出图13衬底的剖面图，其上形成有透镜材料膜；图15是示出图14衬底的剖面图，已经从该衬底部分地去除了透镜材料膜以形成环形透镜，在其上还形成有平坦膜；图16是示出包括设置在布线层之间的层内透镜的MOS型固态成像器件的剖面图；图17是示出包括设置在与布线层在同一层的层内透镜的MOS型固态成像器件的剖面图；和图18是示出常规固态成像器件的剖面图。
优选实施例介绍(第一实施例)图1是示出按照本发明第一实施例的固态成像器件的平面示意图。图1主要示出与电荷传送有关的特征。固态成像器件包括多个像素。在图1中，被单个像素占据的面积表示为单元像素12。用作光电转换部分的光电二极管部分104按照其接收光的强度生成电荷。每个垂直CCD16从多个像素接收由各个光电二极管部分104生成的电荷并传送电荷。水平CCD18从垂直CCD16接收电荷，并把电荷传送到输出放大器20。由箭头14表示信号电荷的流动。
图2是示出按照第一实施例在图1的虚线22截取的固态成像器件的剖面示意图。除非另外说明，以下介绍将涉及单个像素；可以理解以下的介绍和说明可以同样地应用到任意邻近像素，而对邻近像素的介绍将省略。下面将参照图2介绍本发明的第一实施例。尽管本发明说明了行间CCD固态成像器件，本发明还可以应用到任何其它类型的固态成像器件，例如MOS型固态成像器件。
如图2所示，在Si(硅)衬底102上构造按照本发明的固态成像器件100。在Si衬底102上形成的光电二极管部分104按照其接收的光强生成电荷。在Si衬底102上形成的每个电荷传送部分106传送由相应光电二极管部分104生成的电流。在Si衬底102上布置栅极108使得其邻近于每个光电二极管部分104，并用作转换器，把光电二极管部分104生成的电荷转移到相应的电荷转换部分106。形成光罩金属膜110以覆盖整个栅极108并部分覆盖光电二极管部分104。光罩金属膜110防止栅极108被光照射。
在栅极108层和Si衬底102之间形成的MOS栅绝缘膜112在两者之间提供电绝缘。层间绝缘膜114在栅极108和光罩金属膜110之间提供电绝缘。在具有上述特征的Si衬底102上淀积绝缘膜116，从而覆盖其整个上面。
每组上透镜122、中心透镜132和环形透镜134使入射平行光会聚在相应光电二极管部分104的表面的附近。注意到中心透镜132和环形透镜134一起构成具有菲涅耳透镜结构的层内透镜。中心透镜132是近抛物面或球形透镜。环形透镜134可以具有，例如，由取自抛物面或球的环形或类带状部分构成的面。
众所周知，菲涅耳透镜结构包括环绕其光轴的共轴带状区域，使得中心部分和周边部分具有基本相同的厚度，由此减小透镜内空间的同时保持了球面或非球面透镜表面轮廓。总体上，菲涅耳透镜结构显得基本平坦。因为减小了透镜内光传播的距离，菲涅耳透镜结构提供了减小像差等优点。还可以使菲涅耳透镜结构中不同的带状部分具有不同的曲率或折射率。可是一般透镜的不同部分具有相同的焦点。
因为难于获得具有严格球形形状的透镜，常常是每个层内透镜具有抛物面表面。在大多数情况中，每个层内透镜的光轴穿过相应于光电二极管部分的孔径的中心。但是，在某些情况中，为了防止固态成像器件的周边变模糊，每个层内透镜的光轴可以故意地布置成偏离相应于光电二极管部分的孔径的中心轴。
中心透镜132和环形透镜134由通过等离子体CVD(化学气相淀积)技术等形成的氮化硅(P-SiN等离子体氮化硅)膜构成。形成平坦膜118覆盖中心透镜132和环形透镜134。在平坦膜118的上面上形成滤色镜120，其使特定波长的光通过(例如红、绿和蓝)。
图3至8是说明在图2所示的固态成像器件制造工艺中不同步骤的剖面示意图。下面参照图2和图3至8，将介绍按照第一实施例固态成像器件的制造方法。
图3示出在Si衬底102中或其上形成的特征，其能够使电荷在固态成像器件中传送。首先，通过使用例如离子注入的方法在Si衬底102中形成所需的杂质扩散层。离子注入是这样一种技术用已被加速具有高能量的离子轰击衬底，从而使半导体衬底具有p-或n-性质。由此，形成光电二极管部分104和电荷传送部分106。
接着，通过使用热氧化或CVD技术淀积MOS栅绝缘膜112。MOS栅绝缘膜112可以，例如，具有ONO(SiO2-SiN-SiO2)结构。
接着，通过CVD技术淀积栅极108。然后通过使用光刻或干法蚀刻工艺等获得所需图案(未示出)。然后，通过氧化/CVD技术等淀积电极绝缘膜(未示出)。接着，尽管在图3中未示出，淀积并处理第二栅极。注意在应用包括三层或更多层的电极结构的情况中，重复上述步骤。此时，在该两层电极结构上通过氧化/CVD技术淀积层间绝缘膜114。接着，在每个光电二极管部分104中心以上的区域之外的区域上淀积光罩金属膜110。
图4示出在使电荷在固态成像器件中传送的装置上进一步形成的绝缘膜。在淀积光罩金属膜110之后，在其上面淀积绝缘膜116。绝缘膜116不仅用作绝缘装置还用作平坦化器件表面的装置。可以使用例如BPSG(硼-磷-硅玻璃)作为绝缘膜116，BPSG为包含硼(B)和磷(P)的一种氧化硅。
为了防止例如由于高密度安装而布线中断之类问题，半导体器件的制造工艺一般包括平坦化器件表面的步骤。例如，通过CVD技术在器件表面上形成绝缘BPSG膜，随后可以进行热处理(回流)，施加热以产生流动性，或CMP(化学-机械抛光)工艺，其包括通过使用抛光液物理抛光器件，从而平坦化器件表面。在热处理中，已知使用包含硼和磷的BPSG比使用纯氧化硅的情况提供更好的平坦化效果。
图5是示出图4的器件的剖面图，在其上形成了透镜130。作为形成透镜130的方法，首先通过等离子体CVD技术形成P-SiN层。接着，通过使用光刻技术选择性地以所需尺寸和位置形成抗蚀材料层。通常，在相应于每个像素的孔径上形成柱形抗蚀材料部分。接着，进行热处理以熔化抗蚀材料，由此由于抗蚀材料的表面张力形成了透镜形抗蚀材料部分。接着，在对P-SiN和抗蚀材料蚀刻率相等的条件下，进行干法蚀刻直到完全除去抗蚀材料。结果，抗蚀材料的透镜形状转录到P-SiN上。换句话说，在存在透镜形抗蚀材料的部分之下形成P-SiN透镜形部分。可以使用四氟化碳、氧气和氩气的气体混合作为蚀刻气体。
图6示出了在其上形成的具有所需的形状的抗蚀材料膜140的图5的器件。在形成透镜130之后，形成抗蚀材料膜覆盖透镜130。接着，蚀刻抗蚀材料形成圆柱孔。如此形成的圆柱孔与各自的透镜130共轴，并且底面的直径比透镜130的直径小。
一般来说，如果层内透镜太小，不能被层内透镜会聚的光量将增加。另一方面，如果层内透镜太大，不能会聚到相应与光电二极管部分的孔径的光量将增加。因此，从易于处理和会聚的观点出发，优选每个孔底面的直径大到正好足够覆盖相应于光电二极管部分的孔径，例如像素尺寸(或形成像素的周期)的50％到70％。
图7示出己被蚀刻的图6的器件。蚀刻掉图6所示每个透镜130位于孔下面的部分(这里透镜130没有被抗蚀材料覆盖)。进行该蚀刻使得在深度方向上产生均匀的腐蚀，由此维持透镜130的表面形状。结果，形成中心透镜132和环形透镜134。接着，通过蚀刻去除抗蚀材料140。
图8示出如何平坦化图7的器件。在形成中心透镜132和环形透镜134之后，形成平坦化膜118覆盖中心透镜132和环形透镜134，由此平坦化器件表面。平坦化层可以由有机或无机的任何透明材料构成。
接着，在图8的器件上进一步形成滤色镜和上透镜(参见图2)。首先，在器件的平坦化表面上形成滤色镜层120。可以通过染色方法(其包括用染料对有机衬底染色)，或颜色光阻应用方法(其包括应用含色素的光阻剂(pigment-containing resist)并蚀刻)形成滤色镜120。对构成滤色镜层120的每种颜色重复进行滤色镜形成步骤，直到获得相应于像素位置布置(颜色编号)的所需显色图案。
接着，在滤色镜层120上形成上透镜122。一般通过下述方法形成上透镜122淀积用热量熔化的透明树脂膜；之后把树脂膜蚀刻成矩形部分；并加热树脂使其具有流动性，从而由于树脂的表面张力形成了透镜形树脂部分。另一种公知的方法是通过抗蚀材料热回流(resist thermal reflow)转录等方法淀积上透镜122。
按照本实施例，如图2所示，从Si衬底102的表面到每个上透镜122的距离可以从常规距离552减小到距离152。结果，不仅平行光线162和164而且自透镜端部进入的倾斜光166都可以会聚到相应于光电二极管部分104的孔径。
(第二实施例)图9是示出按照本发明的第二实施例固态成像器件的剖面示意图。下面将参照图9介绍本发明的第二实施例。尽管本发明说明了行间CCD固态成像器件，本发明还可以应用到任何其它类型的固态成像器件，例如MOS型固态成像器件。
如图9所示，按照本实施例的固态成像器件包括Si衬底102、光电二极管部分104、电荷传送部分106、栅极108、光罩金属膜110、MOS栅绝缘膜112、层间绝缘膜114、绝缘膜116，、上透镜122、和滤色镜层120，这些与它们在第一实施例中各自对应部分相同。将省略对这些装置的介绍。
在本实施例中，每组上透镜122、中心透镜232和环形透镜236使入射光会聚在相应光电二极管部分104上。注意中心透镜232和环形透镜236一起构成具有菲涅耳透镜结构的层内透镜。中心透镜232和环形透镜236具有彼此不同的折射率。中心透镜232和环形透镜236由例如P-SiN的材料构成。
在按照本实施例的固态成像器件中，中心透镜232和环形透镜236由不同的材料构成，以使中心透镜232和环形透镜236具有彼此不同的折射率。以下将介绍具体的制造方法。例如，在菲涅耳透镜结构的中心部分中应用的透镜焦距可以与环形透镜的焦距不同。结果，与由单一材料构成层内透镜的情况相比，能够提供具有改善焦度的非球面透镜。
图10示出菲涅耳透镜结构的层内透镜，每个具有设置在中心的中心透镜232、环绕中心透镜232的环形透镜236和环绕环形透镜236的另一环形透镜240。如图10所示，通过由具有不同折射率的多个透镜部分构造每个层内透镜，整个层内透镜可以逐渐接近所需的理想透镜。
图11至15是说明在图9所示的固态成像器件的制造工艺中不同步骤的剖面示意图。下面将参照图9和图11至15介绍按照第二实施例的固态成像器件的制造方法。对于直到在Si衬底102上形成绝缘膜116的步骤(产生如图3所示的器件)，其工艺与按照第一实施例固态成像器件的制造工艺相同。因此，将省略该第一部分的介绍。
图11示出在其上形成有中心透镜和平坦化膜的图4中的器件。如在第一实施例中一样，中心透镜的直径优选为像素尺寸(或形成像素的周期)的大约50％到大约70％。形成平坦化膜233以覆盖中心透镜232。为了使中心透镜232起到透镜的作用，确保构成平坦化膜233材料的折射率比构成中心透镜232材料的折射率小。
图12示出图11的器件，其上形成有抗蚀材料图案。抗蚀材料图案244形成为从上面覆盖中心透镜232的柱形部分。图13示出已从上面蚀刻了的图12的器件。进行蚀刻使得仅保留在中心透镜232正上面部分中的平坦化膜234，同时除去其它部分的平坦化膜234。剩余的平坦化膜234用作防止中心透镜232受随后例如蚀刻步骤的影响。
图14示出图13的器件，其上形成有用于构成环形透镜236的透镜材料膜246。通过对中心透镜232和环形透镜236应用不同的材料，确保中心透镜232具有与环形透镜236不同的折射率。公知通过改变O和N的组分比率SiON的折射率可以在1.75到2.3的邻域内变化。形成透镜的方法与在第一实施例中介绍的方法相似。在由含氧材料例如SiON构成膜的情况中，一般认为必须调节蚀刻气体的组分以含有更少量的氧。
图15示出图14的器件，其中已蚀刻透镜材料246形成环形透镜236，其上进一步形成有平坦化膜218。通过蚀刻，围绕每个中心透镜232形成变成环形透镜236的侧壁。形成平坦化层218覆盖中心透镜232和环形透镜236。
在图15所示的器件上形成平坦化膜218、滤色镜层120和上透镜122的方法与用于按照第一实施例的固态成像器件100的方法相似，省略对其介绍。
将可以看到图10所示的固态成像器件还包括在图9所示器件中包围每个中心透镜232的侧壁(环形透镜236)外面的另一环形透镜240。可以以与形成平坦化膜234相同的方式形成平坦化膜238。由于可以任意地选择材料用于每个要成为环形透镜240或236的侧壁，可以使用任意折射率值设计最佳透镜。例如，每个环形透镜的折射率可以向外(从中心透镜的光轴开始)增加或减小。通过如此使透镜的折射率不同，可以按照需要赋予层内透镜各种光学特性。
(第三实施例)第一和第二实施例说明了行间CCD型固态成像器件。但是，按照本发明的固态成像器件可以是任何其它CCD型固态成像器件或MOS型成像器件。图16和17的每一个是说明采用FDA(浮动扩散放大(Floating Diffusion Amp))型MOS成像器件作为固态成像器件情况的剖面示意图。本发明同样地可应用于任何其它MOS型固态成像器件。
在MOS型成像器件的情况中，尤其是，一般应用多层布线。因此，为了使自外部光源的光有效地会聚到光电二极管部分，优选应用多层透镜。如图16和17所示，通过采用菲涅耳透镜结构作为层内透镜，层内透镜的高度可以做得比每个布线层的厚度低。结果，可以在布线层(图16)之间或者在与布线层同一层中(图17)提供层内透镜，而不受多层布线的影响。这使得可以提供比布线层多的层内透镜层。
在图16中，Si衬底102、光电二极管部分104、滤色镜层120和上透镜122与第一实施例中的相同，栅极308具有与第一实施例中栅极108相同的功能。因此，省略对这些元件的介绍。电荷-电压转换部分306用作把由光电二极管部分104生成的电荷通过经栅极308的转移转变为电压。
在MOS型固态成像器件中，提供了多层铝布线层342。提供插塞340彼此电连接不同的铝布线342部件，电互连每个栅极308和铝布线342，或者电互连每个电荷-电压转换部分306和铝布线342。为了确保光电二极管部分104、电荷-电压转换部分306、栅极308和铝布线342之间的电绝缘，形成绝缘膜350。
中心透镜332a和环形透镜336a组以及中心透镜332b和环形透镜336b组每个都构成具有菲涅耳透镜结构的层内透镜。分别通过平坦化膜334a和334b以及平坦化膜352覆盖这些层内透镜。
在图17中，Si衬底102、光电二极管部分104、滤色镜层120和上透镜122与第一实施例中的相同。栅极408具有与第一实施例中栅极108相同的功能。电荷-电压转换部分406具有与在第三实施例中电荷-电压转换部分306相同的功能。因此，省略对这些元件的介绍。
在MOS型固态成像器件中，提供了多层铝布线层442。提供插塞440以彼此电连接铝布线442的不同部件，电互连每个栅极408和铝布线442，或者电互连每个电荷-电压转换部分406和铝布线442。为了确保光电二极管部分104、电荷-电压转换部分406、栅极408和铝布线442之间的电绝缘，形成绝缘膜450。
中心透镜432a和环形透镜436a组、中心透镜432b和环形透镜436b组以及中心透镜432c和环形透镜436c组每个都构成具有菲涅耳透镜结构的层内透镜。分别通过平坦化膜434a、434b和434c以及平坦化膜352覆盖这些层内透镜。
如上所述，根据按照发明本实施例的固态成像器件，应用了具有菲涅耳透镜结构的层内透镜。因此，即使增加层内透镜的曲率，其厚度还可以做得很薄，并且从光电转换部分到上透镜的距离可以做得很短。结果，减少了泄漏到邻近像素中的光，从而防止了颜色混合。由此，实现了一种具有减小了颜色不匀和闪烁的固态成像器件。而且，因为倾斜进到上透镜的光能够有效地会聚到光电转换部分，即使具有很大的照相机透镜孔径也可以获得清晰的图像。
尽管详细地介绍了本发明，上述介绍在所有方面都是说明性的而非限制性的。可以理解不脱离发明的范围可以做出多种其它的改进和变型。
权利要求
1.一种固态成像器件，其中光电转换部分的逐像素阵列的每一个按照进到光电转换部分的光的量生成电荷，并且光电转换部分生成的电荷被转换为将输出的电信号，该固态成像器件包括设置在光电转换部分上面的滤色镜层，该滤色镜层使特定波长的光从其通过；设置在滤色镜层之上的上透镜，该上透镜使入射光会聚，从而进入滤色镜层；和在滤色镜层和光电转换部分之间布置的层内透镜，每个层内透镜使被每个上透镜会聚的光进一步会聚，从而进到相应的光电转换部分，其中每个层内透镜具有菲涅耳透镜结构。
2.根据权利要求1的固态成像器件，其中每个层内透镜包括具有圆形和弯曲表面的中心透镜，圆形和弯曲表面的中心在中心透镜的光轴上；和布置在中心透镜外面的至少一个环形透镜，该至少一个环形透镜具有环形和带状的面，其与中心透镜共光轴。
3.根据权利要求2的固态成像器件，其中中心透镜的折射率和该至少一个环形透镜的折射率不同。
4.根据权利要求3的固态成像器件，其中中心透镜的折射率和该至少一个环形透镜的折射率沿向外并远离中心透镜的光轴方向增加。
5.根据权利要求3的固态成像器件，其中中心透镜的折射率和该至少一个环形透镜的折射率沿向外并远离中心透镜的光轴方向减小。
6.根据权利要求2的固态成像器件，其中该至少一个环形透镜沿着其半径方向的宽度在向外并远离中心透镜的光轴方向减小。
7.根据权利要求1的固态成像器件，其中每个层内透镜包括SiN(氮化硅)。
8.一种固态成像器件的制造方法，该固态成像器件中光电转换部分的逐像素阵列中的每一个根据进到光电转换部分的光的量生成电荷，该固态成像器件具有在光电转换部分和滤色镜层之间设置的层内透镜，该方法包括在光电转换部分层上形成绝缘膜的绝缘膜形成步骤；在绝缘膜上形成透镜的透镜形成步骤，每个透镜紧邻于相应的光电转换部分之上；形成抗蚀材料层以覆盖绝缘膜和透镜的抗蚀材料层形成步骤；在抗蚀材料层中形成圆柱孔使其位于每个透镜之上的孔形成步骤，每个孔具有位于透镜光轴附近的中心的圆形底面并具有比透镜直径小的直径；以保留透镜中心部分表面结构的方式蚀刻孔的内部的蚀刻步骤；和去除抗蚀材料层的抗蚀材料层去除步骤。
9.一种固态成像器件的制造方法，该固态成像器件中光电转换部分的逐像素阵列的每一个根据进到光电转换部分的光的量生成电荷，该固态成像器件具有在光电转换部分和滤色镜层之间设置的层内透镜，该方法包括在光电转换部分层上形成绝缘膜的绝缘膜形成步骤；在绝缘膜上形成中心透镜的中心透镜形成步骤，每个透镜紧邻于相应的光电转换部分之上并且其直径为像素形成周期的大约50％到大约70％；形成平坦膜以提供覆盖中心透镜的平坦表面的平坦膜形成步骤，该平坦膜包括折射率比中心透镜折射率小的材料；在平坦膜表面上形成抗蚀材料圆柱部件使得该抗蚀材料圆柱部件位于每个透镜之上的抗蚀材料形成步骤，每个抗蚀材料部件具有位于中心透镜光轴附近的中心的圆形底面并具有与中心透镜直径相等的直径；去除除了位于抗蚀材料部件之下部分之外的平坦膜的平坦膜减少步骤；形成透镜材料的透镜膜使得覆盖绝缘膜和平坦膜的透镜膜形成步骤；和通过蚀刻透镜膜到足够深度以暴露平坦膜来形成侧壁的侧壁形成步骤，从而使侧壁变成环绕每个中心透镜的环形透镜。
10.根据权利要求8的方法，其中包括平坦膜形成步骤、抗蚀材料形成步骤、平坦膜去除步骤、透镜膜形成步骤和侧壁形成步骤的步骤序列被多次重复，以形成多个环绕每个中心透镜的环形透镜
11.根据权利要求9的方法，其中多个环形透镜具有相同的折射率。
12.根据权利要求9的方法，其中多个环形透镜具有至少两个不同的折射率。
13.根据权利要求9的方法，其中每个环形透镜沿着其半径方向的宽度在向外并远离中心透镜的光轴的方向减小。
全文摘要
在滤色镜层120和光电转换部分之间设置的每个层内透镜具有由中心透镜132和环形透镜134构成的菲涅耳透镜结构。结果，减小了层内透镜的厚度，不必减小滤色镜层的厚度就可以降低上透镜的位置。
文档编号H04N5/369GK1574377SQ20041004927
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月18日
发明者栗山俊宽 申请人:松下电器产业株式会社