CN101009295A - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体摄像装置，其可以防止由斜光造成的混色，并且可以减少存在于各像素间的受光灵敏度的偏差。在由半导体基板(11)规定的受光区域中形成：等间隔地以矩阵状形成的多个受光元件(15)、与多个受光元件(15)对应地设于半导体基板(11)上并读出各受光元件(15)所产生的电荷的多个读出电极(13)、将多个读出电极(13)覆盖并且在各受光元件(15)上具有开口区域的遮光膜(17)、设于各受光元件(15)上的开口区域中的第一光波导路(8)、设于遮光膜上的第二光波导路(10)。第二光波导路(10)被制成点、条纹或格子状。
Description
技术领域
本发明涉及固体摄像装置及其制造方法，更具体来说，涉及将多个受光元件制成了矩阵状的固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
近年来，固体摄像装置作为数字型照相机或数字摄影机的摄像装置需求正在扩大。另外，在以携带电话为代表的携带终端装置中，要求附加照相机功能，作为此种携带终端装置的摄像装置，固体摄像装置的需求也正在扩大。另外，为了获得高画质的图像，固体摄像装置的像素数有逐年上升的倾向。由于随着像素数的增加，需要缩小像素面积，因此要求聚光效率的进一步的提高。
这里，使用图7～图9对以往的固体摄像装置进行说明。图7是表示以往的CCD型固体摄像装置的概略构成的俯视图。如图7所示，CCD型固体摄像装置具备半导体基板201，在半导体基板201上，设有二维地排列的多个受光部202、沿着受光部202的垂直方向与每列垂直配置的垂直传送部(垂直CCD)203、与受光部202的最末行相邻地设置的水平传送部(水平CCD)204。受光部202为发光二极管，与所接收的光的强度对应地蓄积电荷。另外，由一个受光部202、与之相邻的垂直CCD203的一部分构成一个像素206。
如图7中的箭头所示，由受光部202蓄积的电荷被向垂直CCD203读出，由垂直CCD203沿垂直方向传送。由垂直CCD203传送的电荷被水平CCD204沿水平方向传送，在由放大器205放大后，向外部输出。
为了提高受光部202的聚光力，在受光部202之上存在形成了微透镜和光波导路的构件。以下将使用图8、9，对该CCD固体摄像装置进行说明。图8是将具备微透镜及光波导路的以往的固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。图9是表示沿着图8的A-A线的剖面的图。
该CCD型固体摄像装置中，如图8所示，在半导体基板111上，配置有垂直CCD103、开口部107、光波导路108、片内微透镜109。而且，垂直CCD103、开口部107、光波导路108、片内微透镜109构成单位像素106。另外，如图9所示，在半导体基板111上，形成有电荷传送部114及发光二极管115。半导体基板111的表面由栅绝缘膜112覆盖，在该栅绝缘膜112之上形成有栅电极113。在该栅电极113上，形成层间绝缘膜116，另外，覆盖该栅绝缘膜112及层间绝缘膜116地形成遮光膜117。在遮光膜117上，形成有开口部107。
另外，在遮光膜117上及开口部107内，形成有绝缘膜118。在开口部107中形成有光波导路108。在绝缘膜118及光波导路108上，夹隔钝化膜126地形成平坦化膜121。另外，在该平坦化膜121上，形成有滤色片122。在该滤色片122上，与各发光二极管115对应地形成片内微透镜109。
如上所述，图9所示的CCD型固体摄像装置中，在最上层设置片内微透镜109，在绝缘膜118中设置光波导路108。像这样，通过针对各发光二极管115设置光波导路108和微透镜109，就能够进一步提高向发光二极管115的聚光率(参照专利文献1)。
[专利文献1]特开平11-121725号公报(第7页，图1)
但是，图9所示的CCD型固体摄像装置中，虽然作为CCD型固体摄像装置整体的受光灵敏度提高，然而相对于CCD型固体摄像装置倾斜射入的光(以下称作斜光)、从微透镜与微透镜之间(以下称作透镜缝隙)入射的光会射入与目的像素相邻的像素，从而有产生混色的问题。
由此，依然存在CCD型固体摄像装置中所含的各像素间的受光灵敏度的偏差。以下将在参照图9的同时进行详细说明。
首先，当着眼于CCD型固体摄像装置内的某个像素时，则射入所述像素的光有：穿过自身的微透镜109而射入的光La、从透镜缝隙射入的光Lb、穿过相邻像素的微透镜109而射入的光Lc等。这些光当中的穿过自身的微透镜109而射入的光La大部分被导入自身的受光部。但是，在从透镜缝隙射入的光Lb或从相邻的像素射入的光Lc中，某些射入自身的像素，某些射入相邻像素而变为杂散光。产生杂散光的比例既根据将光向摄像装置投影的照相机透镜的特性而变化，也依赖于摄像装置的制造偏差。
发明内容
本发明是鉴于此点而完成的，其目的在于，提供一种CCD型固体摄像装置，其可以防止由来自透镜缝隙的光或斜光造成的混色，并且能够减少各像素间的受光灵敏度的偏差。
本发明的第一方式的固体摄像装置是具有排列于基板上的多个受光部的固体摄像装置，其具备：形成于所述受光部的上方的第一光波导路、形成于所述受光部间的区域的上方的第二光波导路。
根据本发明的第一方式的固体摄像装置，因除了第一光波导路以外，还形成第二光波导路，就可以将从透镜缝隙射入的光或斜光关入第二光波导路内。由此，就能够减弱它们的光强度，抑制向相邻的像素的射入。这样，就可以防止混色，并且可以抑制各像素间的受光灵敏度的偏差。
本发明的第一方式的固体摄像装置中，也可以在所述受光部及所述第一光波导路的上方，还具备与所述受光部及所述第一光波导路的平面的位置对应地配置的聚光透镜，所述第二光波导路配置于所述聚光透镜间的下方。
本发明的第一方式的固体摄像装置中，也可以在所述第二光波导路之下，配置光吸收体。
本发明的第一方式的固体摄像装置中，所述第二光波导路的形状也可以为柱状。
本发明的第一方式的固体摄像装置中，所述第二光波导路的平面形状也可以为格子状或条纹状。
本发明的第一方式的固体摄像装置中，也可以还具备：形成于所述基板当中的所述受光部之间的区域的电荷传送部、形成于所述电荷传送部之上的栅绝缘膜、形成于所述栅绝缘膜之上的栅电极、覆盖所述栅电极而在所述受光部的上方具有开口的遮光膜、将所述遮光膜之上及所述开口内覆盖的绝缘膜，所述第一光波导路形成于所述开口内，所述第二光波导路形成于所述遮光膜的上方。
本发明的第一方式的固体摄像装置的制造方法是具有排列于基板上的多个受光部的固体摄像装置的制造方法，其具备：在配置所述受光部的所述基板的上方堆积第一绝缘膜的工序(a)；在所述受光部的上方的所述第一绝缘膜上形成第一槽的工序(b)；在所述受光部间的区域的上方的所述第一绝缘膜上形成第二槽的工序(c)；通过将所述第一槽及所述第二槽用第二绝缘膜填充，在所述第一槽内形成第一光波导路，在所述第二槽内形成第二光波导路的工序(d)。
根据本发明的第一方式的制造方法，除了第一光波导路以外，还形成第二光波导路。利用该制法形成的固体摄像装置中，由于可以将从透镜缝隙射入的光或斜光关入第二光波导路内，因此可以减弱它们的光强度，抑制向相邻像素的射入。所以，该固体摄像装置中，可以防止混色，并且可以抑制各像素间的受光灵敏度的偏差。
本发明的第一方式的制造方法中，也可以在所述工序(d)中，通过进行HDP(High-density plasma)-CVD法，作为所述第二绝缘膜形成SiN膜。
本发明的第一方式的制造方法中，也可以在所述工序(d)中，在利用所述第二绝缘膜，将所述第一槽及所述第二槽填充，并且将所述第一绝缘膜之上覆盖后，将所述第二绝缘膜当中的位于所述第一绝缘膜之上的部分除去。该情况下，由于不仅将第一槽填充，而且还将第二槽填充，因而就可以降低形成于绝缘膜上的突起部的高度。这样，后续工序的绝缘膜的平坦化就会变得容易。
本发明的第一方式的制造方法中，也可以将所述工序(b)及所述工序(c)同时进行。
本发明的固体摄像装置及其制造方法中，由于在第一光波导路之间形成第二光波导路，因此就可以抑制从透镜缝隙射入的光或斜光射入受光部的情况，可以防止混色，并且可以减小像素间的灵敏度偏差。
附图说明
图1是将第一实施方式的CCD型固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。
图2是表示沿着图1的A-A线的剖面的图。
图3(a)～(e)是表示第一实施方式的CCD型固体摄像装置的制造工序的剖面图。
图4是将本发明的第二实施方式的CCD型固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。
图5是表示光波导路具有格子状的平面形状的情况的构造的俯视图。
图6是表示光波导路具有条纹状的平面形状的情况的构造的俯视图。
图7是表示以往的CCD型固体摄像装置的概略构成的俯视图。
图8是将具备微透镜及光波导路的以往的固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。
图9是表示沿着图8的A-A线的剖面的图。
图10是表示在形成了以往的CCD型固体摄像装置的情况下形成的突起的图。
其中，3垂直CCD，6单位像素，7开口部，8、10、10a、10b光波导路，9片内微透镜，11半导体基板，12栅绝缘膜，13栅电极，14电荷传送部，15发光二极管，16层间绝缘膜，17遮光膜，18绝缘膜，19、20槽，21平坦化膜，22滤色片，24氮化膜，25光吸收体，26钝化膜。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面将在参照附图的同时，对本发明的第一实施方式的CCD型固体摄像装置进行说明。本实施方式的CCD型固体摄像装置的各像素的配置由于与图7所示的以往例相同，因此将图示及说明省略。
图1是将第一实施方式的CCD型固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。图2是表示沿着图1的A-A线的剖面的图。
如图1所示，本实施方式的CCD型固体摄像装置在半导体基板11上，配置有垂直CCD3、开口部7及片内微透镜9。此外，不仅在开口部7内形成光波导路8，而且还形成位于各个开口部7的对角的中心的光波导路10。光波导路10配置于微透镜9之间的区域(透镜缝隙部分)。而且，垂直CCD3、开口部7、光波导路8、10及片内微透镜9构成单位像素6。
另外，如图2所示，在半导体基板11上，形成有电荷传送部14及发光二极管15。半导体基板11的表面被以硅氧化膜制成的栅绝缘膜12覆盖，在位于电荷传送部14的正上方的栅绝缘膜12之上，形成有由多晶硅制成的栅电极13。该栅电极13读出发光二极管15所产生的信号电荷，向电荷传送部14输出。在栅电极13上，形成由硅氧化膜制成的层间绝缘膜16，另外，覆盖栅绝缘膜12及层间绝缘膜16地形成遮光膜17。该遮光膜17是用于防止光射入栅电极13的情况的膜，例如由W(钨)制成。而且，在遮光膜17的一部分，形成有开口部7。它是为了使光射入发光二极管15而形成的，在各发光二极管15的正上方以矩阵状等间隔地形成。
另外，在遮光膜17上及向开口部7露出的发光二极管15之上形成绝缘膜18。该绝缘膜18具有透光性，例如由利用CVD法成膜的BPSG膜制成。在填充开口部7的绝缘膜18内形成光波导路8。光波导路8配置于发光二极管15之上。该光波导路8是用于将从上方射入的光导向发光二极管15的通路。
另一方面，在遮光膜17上形成有光波导路10。该光波导路10起到如下的作用，即，将从上方射入的光的一部分(具体来说，是从透镜缝隙射入的光Lb或向相邻的像素的微透镜射入的Lc)向光波导路10内引导、关入，使其衰减。
在绝缘膜18及光波导路8、10上，夹隔钝化膜26，形成有由硅氧化膜或透明树脂膜或它们的叠层膜构成的平坦化膜21。钝化膜26及平坦化膜21具有透光性。另外，在该平坦化膜21上，形成滤色片22。在该滤色片22之上，与各发光二极管15对应地形成片内微透镜9。
如上所述，本实施方式的固体摄像装置中，不仅相对于各发光二极管15形成光波导路8，而且在遮光膜17上也形成光波导路10。由此，由于可以将从透镜缝隙射入的光Lb或斜光Lc关入光波导路10内，因此可以使光强度衰减，抑制向相邻的像素的射入。这样，就可以防止由斜光造成的混色，并且可以抑制各像素间的受光灵敏度的偏差。
下面，在参照附图的同时，对本实施方式的CCD型固体摄像装置的制造方法进行说明。图3(a)～(e)是表示第一实施方式的CCD型固体摄像装置的制造工序的剖面图。
本实施方式的CCD型固体摄像装置的制造方法中，首先，在半导体基板11的表面，等间隔地成矩阵状地形成发光二极管15。继而，与该发光二极管15对应地，在发光二极管15旁边分离地形成电荷传送部14。其后，在半导体基板11上利用CVD法形成由硅氧化膜构成的栅绝缘膜12。
然后，在栅绝缘膜12上并在电荷传送部14的正上方的区域，形成多晶硅的栅电极13。具体来说，在利用CVD法堆积多晶硅膜后，通过将规定区域的多晶硅膜选择性地利用干式蚀刻除去，而形成该栅丁基13。当形成栅电极13时，即覆盖该栅电极13地形成由硅氧化膜构成的层间绝缘膜16。而且，该层间绝缘膜16是利用借助CVD法的堆积形成的。
在形成了层间绝缘膜16后，覆盖该层间绝缘膜16地形成遮光膜17。具体来说，覆盖层间绝缘膜16及栅绝缘膜12地利用PVD法或CVD法形成W的薄膜。其后，将位于发光二极管15的上部的W的薄膜利用干式蚀刻选择性地除去。这样，就可以形成遮光膜17，并且可以形成开口部7。其后，在遮光膜17及开口部7上利用CVD法堆积BPSG膜。其后，利用加热处理对BPSG膜进行回流(reflow)，将其表面平坦化。这样就形成绝缘膜18，固体摄像装置的剖面构造将形成图3(a)所示的构造。
然后，进行使用了CF类的气体的干式蚀刻，将遮光膜17及开口部7区域的绝缘膜18选择性地除去，形成位于遮光膜17上的槽19及位于发光二极管15上的槽20。此时，干式蚀刻在形成于绝缘膜18之下的由钨制成的遮光膜17处停止。由此，就可以利用一次的干式蚀刻形成槽19、20。
而且，在将开口部7区域的绝缘膜18选择性地除去时，为了不对半导体基板11造成损伤，最好不与半导体基板11接触地形成所要除去的区域。这样，CCD型固体摄像装置就具有如图3(b)所示的剖面构造图。
然后，将槽19、20填充，利用HDP(High-density plasma)-CVD法堆积将绝缘膜18之上覆盖的氮化膜24。此时，氮化膜24当中的位于绝缘膜18之上的部分被制成比位于槽19、20之上的部分高出高度h1地突出的突起状。这样，固体摄像装置就具有图3(c)所示的剖面构造。
这里，将本实施方式的突起的高度h1与以往的突起的高度进行比较。图10是表示在形成了以往的CCD型固体摄像装置的情况下形成的突起的图。而且，图10所示的突起是在形成图8及图9所示的CCD型固体摄像装置的工序中形成的。如图3(c)及图10所示，本实施方式的突起的高度h1与以往例的突起的高度h2相比，可以抑制在1/2以下。这是因为，由于突起的高度与所要嵌入的凹区域间的平坦部长度成比例，因此本实施方式中，通过在光波导路8之间配置光波导路10，就可以使所述平坦部长度变为1/2以下。这样，本实施方式中后续工序的平坦化就会变得更为容易。
然后，通过将氮化膜24的表面利用CMP法或蚀刻法等平坦化来形成光波导路8、10。这样，固体摄像装置就具有图3(d)所示的剖面构造。
然后，在绝缘膜18及光波导路8、10之上，形成钝化膜26。在钝化膜26之上，形成平坦化膜21，在其上，形成滤色片22。具体来说，利用染色法或彩色抗蚀剂涂布，堆积沿着彩色涂层3～4层膜。最后，在该滤色片22上形成片内微透镜9。具体来说，片内微透镜9只要将形成于滤色片22上的热熔融性透明树脂直接热回流而形成，或将通过使形成于热熔融性透明树脂之上的抗蚀剂热回流而形成的图案转印到热熔融性透明树脂上而形成即可。这样，就完成具有如图3(e)所示的构造的固体摄像装置。而且，光波导路10最好以位于片内微透镜9的缝隙的下部的方式形成。
(第二实施方式)
图4是将本发明的第二实施方式的CCD型固体摄像装置的一部分放大表示的俯视图。本实施方式的固体摄像装置在光波导路10之下，也就是光波导路10与遮光膜17之间，配置有光吸收体25。这样就能够进一步抑制光的再次反射。除此以外的构成及效果由于与第一实施方式相同，因此省略其说明。
(其他的实施方式)
所述第一及第二实施方式中，虽然以CCD型固体摄像装置为例进行了说明，然而该固体摄像装置也可以是MOS型固体摄像装置。
另外，第一及第二实施方式中，虽然对光波导路10的平面形状为圆形(图1所示)的情况进行了说明，然而该光波导路的平面形状并不限定于此。例如，也可以如图5所示，作为光波导路，形成具有格子状的平面形状的光波导路10a。另外，也可以如图6所示，作为光波导路，形成具有条纹状的平面形状的光波导路10b。这样的话，就能够更为有效地将由斜光造成的混色成分集中于光波导路10a、10b中。另外，由于所要嵌入的凹区域间的平坦部长度变短，因此就能够使利用HDP-CVD法的氮化膜的嵌入后的平坦化变得更为容易。其结果是，固体摄像装置的设计自由度变大。
另外，第一及第二实施方式中，虽然将光波导路8、10的材质设为氮化膜，但是该光波导路的材质并不限定于此。例如，光波导路的材质只要是具有比存在于该光波导路的周边的膜的材质更高的折射率的材料即可。
另外，第一及第二实施方式中，虽然栅电极1采用了1层构造，但是该栅电极的构造并不限定于此。例如，栅电极也可以是与多晶硅、硅氧化膜、多晶硅堆积了的多层构造。
另外，第一及第二实施方式的固体摄像装置中，虽然如图2所示，相对于1个发光二极管15配置了1个微透镜9，然而也可以相对于1个发光二极管15配置多个。
产业上的利用可能性
本发明的固体摄像装置可以防止混色，并且可以减少存在于各像素间的受光灵敏度的偏差，在这一方面，产业上的利用可能性很高。
Claims (10)
1.一种固体摄像装置，是具有排列于基板上的多个受光部的固体摄像装置，其具备：
形成于所述受光部的上方的第一光波导路、
形成于所述受光部间的区域的上方的第二光波导路。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，在所述受光部及所述第一光波导路的上方，还具备与所述受光部及所述第一光波导路的平面的位置对应地配置的聚光透镜，
所述第二光波导路配置于所述聚光透镜间的区域的下方。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，在所述第二光波导路之下，配置光吸收体。
4.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，所述第二光波导路的形状为柱状。
5.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，所述第二光波导路的平面形状为格子状或条纹状。
6.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，还具备：
形成于所述基板当中的所述受光部之间的区域的电荷传送部、
形成于所述电荷传送部之上的栅绝缘膜、
形成于所述栅绝缘膜之上的栅电极、
覆盖所述栅电极而在所述受光部的上方具有开口的遮光膜、
将所述遮光膜之上及所述开口内覆盖的绝缘膜，
所述第一光波导路形成于所述开口内，
所述第二光波导路形成于所述遮光膜的上方。
7.一种固体摄像装置的制造方法，是具有排列于基板上的多个受光部的固体摄像装置的制造方法，其包括：
在配置所述受光部的所述基板的上方堆积第一绝缘膜的工序(a)；
在所述受光部的上方的所述第一绝缘膜上形成第一槽的工序(b)；
在所述受光部间的区域的上方的所述第一绝缘膜上形成第二槽的工序(c)；
通过将所述第一槽及所述第二槽用第二绝缘膜填充，在所述第一槽内形成第一光波导路，在所述第二槽内形成第二光波导路的工序(d)。
8.根据权利要求7所述的固体摄像装置的制造方法，其中，在所述工序(d)中，通过进行HDP(High-density plasma)-CVD法，作为所述第二绝缘膜形成SiN膜。
9.根据权利要求7或8所述的固体摄像装置的制造方法，其中，在所述工序(d)中，在利用所述第二绝缘膜，将所述第一槽及所述第二槽填充，并且将所述第一绝缘膜之上覆盖后，将所述第二绝缘膜当中的位于所述第一绝缘膜之上的部分除去。
10.根据权利要求7或8所述的固体摄像装置的制造方法，其中，将所述工序(b)及所述工序(c)同时进行。
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