[发明专利]固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有在像素上布置的微透镜的固态成像装置、配备有微透镜的固态成像装置和具有固态成像装置的电子设备。

背景技术

最近，已要求诸如移动电话的配备有照相机模块的电子设备更小并更薄。因此，包括内置有固态成像装置的陶瓷封装和用于密封该封装的表面接合的玻璃片的传统封装结构已不能满足尺寸和厚度减小的要求。

因此，已经开发了倒装芯片安装的封装结构，其包括微透镜阵列和直接接合到微透镜阵列上的玻璃片。例如，提供较硬的透明材料作为保护层，以覆盖芯片上微透镜。这种保护层可排除对特定封装的需求，并且可减少切割后用于单个固态成像装置芯片的工艺数量，从而可以简化工艺。此外，保护层较硬且具有平坦化的表面。因此，即使灰尘沉积在保护层上，也可容易地擦拭掉灰尘而不在保护层上留下擦痕。

近年来，由于固态成像装置做得具有更小的尺寸和更高的像素密度，已经出现了由光电转换部分面积的缩小造成的灵敏度减小的问题。为解决此问题，已经提供了在光电转换部分上具有微透镜的彩色固态成像装置。

在传统的微透镜结构中，当摄像机的透镜孔径充分小时且当光垂直入射在彩色固态成像装置上时，入射光将毫无问题地在光电转换部分上汇聚。然而，当摄像机透镜设置为接近全孔径时，不能在光电转换部分上汇聚的斜射光成分增多，使得彩色固态成像装置会具有无法有效改善其灵敏度的问题。

为解决此问题，已经提出了一种固态成像装置结构，其具有微透镜和设置在微透镜上的平坦化的透明树脂材料，从而该固态成像装置的最上面的表面基本上是平的。图7示意性地示出了具有这种结构的固态成像装置的结构，该固态成像装置包括滤色器和上部部件。在这种结构的固态成像装置中，在滤色器101上设置有平坦化层102，并且在平坦化层102上设置有微透镜层103。此外，在微透镜层103上设置有具有平坦化表面的透明树脂层104。

遗憾地，如果在微透镜层103的折射率n1和透明树脂层104的折射率n2之间仅存在小的差异，则微透镜层103的光汇聚功能将是不充分的。具体地，图7中所示的具有微透镜和平坦化树脂膜的光收集结构的收集效率是在微透镜层103之上具有空气层的传统光收集结构的收集效率的一半或更少。

已经提出了一种解决光收集性能的问题的技术，该技术提供了包括微透镜和透明树脂层的结构，其中微透镜具有比透明树脂层的折射率高的折射率（例如，见专利文献1）。在此结构中，即使在光接收表面被树脂等覆盖时，微透镜的聚焦性能也可保持在满意的水平。更具体地，此技术包括采用氮化硅（SiN）通过回蚀刻工艺来形成微透镜。

图8A至8C示出了通过回蚀刻工艺形成微透镜的方法。

在该回蚀刻工艺中，如图8A中所示，在滤色器101上形成平坦化层102。接着，例如采用氮化硅（SiN）通过等离子体CVD（化学气相沉积），在平坦化层102上形成光学透明的微透镜层103膜。然后在微透镜层103上形成抗蚀剂层105。如图8B中所示，通过光刻把抗蚀剂层105图案化成透镜形状，然后进行热处理，从而形成图案化的抗蚀剂。如图8C中所示，接着采用透镜图案化的抗蚀剂层105作为掩模，把微透镜层103蚀刻成透镜形状。

此结构中，氮化硅（SiN）膜制成的微透镜具有约2的折射率。用来覆盖微透镜的透明树脂是具有约1.5的折射率的树脂，例如丙烯酸树脂、环氧树脂或苯乙烯树脂。因此，微透镜提供了可靠的聚焦性能。在等离子体CVD中，氮化硅膜需要在充分低于有机树脂和滤色器的耐热温度的温度下被适当地形成。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开第2003-338613号

发明内容

要解决的技术问题

然而，采用回蚀刻工艺形成微透镜的方法包括形成用来使滤色器顶部平坦化的透明平坦化层并在平坦化层上形成氮化硅（SiN）膜。当滤色器布置成例如绿、红和蓝的拜耳图案时，为了改善固态成像装置的灵敏度特性和色彩再现性，各滤色器需要具有针对各颜色的最佳光谱特性。因此，滤色器一般具有用于不同颜色的不同厚度。于是，通常进行利用透明平坦化层来使滤色器的顶部平坦化的工艺，以使形成微透镜的光刻工艺稳定。

透明平坦化层优选由具有耐热性和其它性能的廉价的透明材料制成。因此，一般采用丙烯酸树脂材料、苯乙烯树脂材料和环氧树脂材料。另外，为改善固态成像装置的聚焦性能，使垂直叠层结构薄是非常重要的。于是，期望形成更薄的平坦化层。为满足上述要求，透明平坦化层优选采用兼具热塑性和热固性的树脂材料形成。