[发明专利]固体摄像元件以及固体摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字摄像机等所使用的固体摄像元件以及固体摄像装置。

背景技术

近几年，随着数字摄像机、带摄像功能的移动电话等的普及，固体摄像元件的市场也逐渐成长起来了。现在，在作为固体摄像元件被广泛使用的CCD或CMOS图像传感器中，具有多个受光部分的半导体集成电路排列为二维状，将被摄物体的光信号转换为电信号。

对于固体摄像元件的期望是在具有高像素化或高分辨率化的基础之上，还需要具有高灵敏度化。固体摄像元件的灵敏度取决于对于入射光量受光元件所输出的电流的大小，因此确实地将入射的光导入到受光元件是提高灵敏度的重要要素。

图5是通常的一般固体摄像元件(像素)的结构的示例图。其中，垂直入射到固体摄像元件200的微透镜62的光61，由红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)中任意的滤色片2进行色分离后，在受光元件6(Si光电二极管)转换为电信号。由于可以得到较高的聚光效率，因此几乎在所有的固体摄像元件都使用微透镜。而且，固体摄像元件200如图5所示，还具有AL布线(遮光膜)3、信号传输部4以及平坦化层5。

虽然现在的固体摄像元件的像素尺寸(元件尺寸)为2.2μm是非常微小的结构，但在将来的发展中，为了进一步提高分辨率，则需要更微小的像素尺寸。为此，微透镜的加工将成为亚微米级阶段，而以一般工艺的热回流来形成是不可能的。因此，今后为了实现更高的固体摄像元件的高灵敏度化以及高分辨率化，就需要开发新的微小光学元件来代替微透镜。

近几年，随着以光微影以及电子束微影为代表的平面工艺技术的发展，引人瞩目的是具有亚波长区域的周期性结构的聚光元件(SWLL：Subwavelength Lens)。在此，“亚波长区域”是指，与对象光的波长同等程度或比对象光的波长小的区域。Delaware大学的研究小组，将非球面透镜的菲涅耳透镜改变为格子状的SWLL，所具有的聚光效果已经通过模拟得到了证实(例如，参照“D.W.Prather，Opt.Eng.38870-878(1998)”)。其方法是把以往的菲涅耳透镜(图1(a))以λ/2n(λ：入射光的波长，n：透镜材料的折射率)的区域63的周期(宽：d)进行分割，在各区域中通过使其成为近似于线形(图1(b))及矩形形状(图1(c))来形成SWLL。并且还有这样的报告，即：同样在亚波长区域通过控制结构的线宽，形成闪耀二元(blazed binary)光学衍射元件，试图提高衍射效率(例如，参照日本国特开2004-20957号公报)。

若能够把SWLL作为固体摄像元件用的聚光元件来使用，则可以以一般的半导体工艺来形成微透镜，或可以自由地控制微透镜的形状。

图2示出了搭载了SWLL的聚光元件1的固体摄像元件的基本结构。在图2示出了具有亚微米的微小凹凸结构的SWLL取代了微透镜被单片安装的状态。而且，聚光元件1的膜厚(高度)为0.5μm。

图3示出了SWLL的聚光元件1的俯视图。聚光元件1的同心圆结构具有高折射率材料65[TiO₂(n＝2.53)]和低折射率材料66[空气(n＝1.0)]，邻接的圆型透光膜之间的周期63为0.2μm。

聚光元件1的同心圆结构的线宽在圆的中心部分最大，从中心向外侧逐渐减小。周期与入射光的波长同等程度或比入射光的波长短时，对于光而言，有效折射率由高折射率材料和低折射率材料的体积比来决定。具有该结构的透镜为，有效折射率从同心圆的中心向外侧逐渐变小的渐变折射率透镜。此时，SWLL的分割周期(例如，图1的领域63)，由于过于依赖作为对象的入射光的波长，因此可视光区域为0.1～0.3μm左右。

然而，在所述通常的方法中，需要对此领域的结构做进一步的微小化(0.01～0.1μm)，但是现在的工艺技术最小结构也不过于0.07μm左右的周期。

图4示出了SWLL的聚光状况。入射光从图4所示的图的下边入射到上边，垂直入射到透镜。除聚光效果良好的光成分59以外，还可以确认到散射在透镜表面的光成分60。这是因为，由于聚光元件的结构较大而不能实现急剧地折射率变化的缘故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体摄像元件等，其具有能够缓解急剧的折射率分布，并能够高效率地对入射光进行聚光的聚光元件。