CN101197386A - 固体摄像装置及其制造方法和照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体摄像装置及其制造方法和照相机。所述固体摄像装置，即使设有光波导，也可以利用更简单的工序制造。所述固体摄像装置，在成为半导体衬底(10)的受光面的像素区域(RPX)形成有被每个像素划分的光电二极管(PD)和读取在光电二极管(PD)上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部；覆盖光电二极管且在半导体衬底上形成有绝缘膜(15～17，20～22，25～27，30，31，33)；在光电二极管的上方部分，在绝缘膜上形成有凹部(H)；在焊盘电极区域(RPAD)，在绝缘膜上层形成有焊盘电极(32)；覆盖凹部内壁且在比焊盘电极更上层形成有高折射率的钝化膜(36)；在钝化膜上层埋入凹部而形成有高折射率的埋入层(37)。

Description

固体摄像装置及其制造方法和照相机
技术区域
本发明涉及固体摄像装置及其制造方法和照相机，特别涉及受光面具有光电二极管的像素以矩阵状排列而构成的固体摄像装置及其制造方法和具有该固体摄像装置的照相机。
背景技术
例如，CMOS传感器或CCD元件等固体摄像装置，其构成是，使光入射到在半导体衬底表面形成的光电二极管(光电转换部)上，利用该光电二极管发生的信号电荷得到影像信号。
在CMOS传感器中，例如其构成是，在受光面以二维矩阵状排列的每个像素上设有光电二极管，当受光时驱动CMOS电路将在各光电二极管发生并存储的信号电荷传送至浮置扩散层，并将信号电荷变换为信号电压读取。
另外，在CCD元件中，例如其构成是，和CMOS传感器一样，在受光面以二维矩阵状排列的每个像素上设有光电二极管，当受光时通过CCD垂直传送路及水平传送路，将在各光电二极管发生并存储的信号电荷传送并读取。
如上所述的CMOS传感器等固体摄像装置，例如其构成是，在半导体衬底的表面上形成有所述光电二极管，并且覆盖其上层而形成有氧化硅等的绝缘膜，为了不阻碍向光电二极管入射光，在除光电二极管区域的其他区域将布线层形成于绝缘膜中。
然而，在所述固体摄像装置中，随着元件的微细化，受光面的面积缩小，因此存在光的入射率下降，敏感度特性恶化的问题。
作为对策，开发了一种固体摄像装置，其构成是：利用片上透镜或层内透镜进行集光，特别是在光电二极管上方的绝缘膜中设有将从外部入射的光导至光电二极管的光波导。
专利文献1及2公开了一种固体摄像装置，其构成是：相对光电二极管上方的绝缘膜形成凹部，利用比氧化硅的折射率高的物质(以下简称“高折射率物质”)氮化硅埋入凹部，并设有将入射的光导至光电二极管的光波导。
专利文献3公开了一种固体摄像装置，其构成是：在光电二极管上方的绝缘膜的凹部埋入氮化硅膜和聚酰亚胺膜，并设有光波导。
专利文献4公开了一种固体摄像装置，其构成是：在光电二极管的上方部分，相对层中含有防止扩散膜的绝缘膜形成凹部，以去除防止扩散层，并且氧化硅膜被埋入凹部。
专利文献5公开了一种固体摄像装置，其构成是：在光电二极管上方的绝缘膜的凹部埋入TiO分散型聚酰亚胺树脂，并设有光波导。
专利文献1(日本)特开2003-224249号公报
专利文献2(日本)特开2003-324189号公报
专利文献3(日本)特开2004-207433号公报
专利文献4(日本)特开2006-190891号公报
专利文献5(日本)特开2006-222270号公报
发明内容
然而，如上所述，在光电二极管上方的绝缘膜中设有把入射光导至光电二极管的光波导的固体摄像装置中，因设有光波导，存在其制造工序复杂化的问题。
另外，还有构成光波导的材料使耐热性下降的问题。
需要解决的问题点是：在设有光波导的固体摄像装置中，因设有光波导其制造工序不可避免地复杂化。
另一个需要解决的问题是：很难得到具有高耐热性和高折射率的光波导。
本发明的固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成的，其特征在于，具有：光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；信号读取部，其在所述半导体衬底形成，并且读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的；绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底上形成；凹部，其在所述光电二极管的上方部分形成于所述绝缘膜；焊盘电极，其在焊盘电极区域形成于所述绝缘膜上层；钝化膜，其覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成，并且具有比氧化硅高的折射率；以及埋入层，其在所述钝化膜的上层埋入所述凹部形成，并且具有比氧化硅高的折射率。
上述本发明的固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成的，在成为半导体衬底的受光面的像素区域形成有被每个像素划分的光电二极管和读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部，覆盖光电二极管在半导体衬底上形成有绝缘膜。
在上述光电二极管的上方部分，在绝缘膜上形成有凹部，另外，在焊盘电极区域的绝缘膜上层形成有焊盘电极，覆盖凹部内壁且在比焊盘电极更上层形成有比氧化硅具有更高折射率的钝化膜。而且，在钝化膜上层的凹部埋入形成比氧化硅具有更高折射率的埋入层。
另外，本发明的固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成的，其特征在于，具有：光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；信号读取部，其在所述半导体衬底形成，并且读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压；绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底之上形成；凹部，其在所述光电二极管的上方部分的所述绝缘膜上形成；埋入层，其在所述凹部埋入形成，并且含有比TiO分散有机树脂具有耐热性的无机物和金属氧化物。
上述本发明的固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成的，在成为半导体衬底的受光面的像素区域形成被每个像素划分的光电二极管和读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部，覆盖光电二极管在半导体衬底上形成绝缘膜。
在上述光电二极管的上方部分，在绝缘膜上形成凹部，埋入凹部而形成含有比TiO分散有机树脂具有耐热性的无机物和金属氧化物的埋入层。
本发明的固体摄像装置的制造方法是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，具有：在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域形成被每个所述像素划分的光电二极管和读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的信号读取部的工序；覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在所述光电二极管的上方部分，在所述绝缘膜上形成凹部的工序；在焊盥电极区域的所述绝缘膜上层形成焊盘电极的工序；覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成比氧化硅具有更高折射率的钝化膜的工序；在所述钝化膜上层的所述凹部埋入形成比氧化硅具有更高折射率的埋入层。
上述本发明的固体摄像装置的制造方法是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，首先，在成为半导体衬底的受光面的像素区域形成被每个像素划分的光电二极管和读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部。
其次，覆盖光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜；在光电二极管的上方部分，在绝缘膜上形成凹部。另外，在焊盘电极区域的绝缘膜上层形成焊盘电极。
再其次，覆盖凹部的内壁且在比焊盘电极更上层形成比氧化硅具有更高折射率的钝化膜，在钝化膜上层的凹部埋入形成比氧化硅具有更高折射率的埋入层。
另外，本发明的固体摄像装置的制造方法是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，具有：在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域形成被每个所述像素划分的光电二极管和读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的信号读取部的工序；覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在所述光电二极管的上方部分，在所述绝缘膜上形成凹部的工序；在所述凹部埋入无机物而形成比TiO分散有机树脂具有更高耐热性的埋入层的工序；以及在所述埋入层中离子注入金属氧化物的工序。
上述本发明的固体摄像装置的制造方法是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，首先，在成为半导体衬底的受光面的像素区域形成被每个像素划分的光电二极管和读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部。
其次，覆盖光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜；在光电二极管的上方部分，在绝缘膜上形成凹部。
再其次，在凹部埋入无机物，离子注入金属氧化物，形成比TiO分散有机树脂具有高耐热性和高折射率的埋入层。
本发明的照相机，其具有在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置、在所述固体摄像装置的摄像部导入入射光的光学系统，以及处理所述固体摄像装置输出信号的信号处理电路，所述固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置，其特征在于，具有：光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；信号读取部，其在所述半导体衬底上形成，并且读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压；绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底之上形成；凹部，其在所述光电二极管的上方部分形成于所述绝缘膜；焊盘电极，其在焊盘电极区域形成于所述绝缘膜上层；钝化膜，其覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成的比氧化硅具有更高折射率；以及埋入层，其在所述钝化膜的上层埋入所述凹部形成，并且具有比氧化硅更高折射率。
上述本发明的照相机，其具有：在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置、在所述固体摄像装置的摄像部导入入射光的光学系统以及处理所述固体摄像装置输出信号的信号处理电路，固体摄像装置是上述结构的固体摄像装置。
本发明的固体摄像装置，其构成是，在光电二极管的上方且形成于光电二极管上层的绝缘膜上形成凹部，在凹部内埋入高折射率物质构成光波导，并且将在焊盘电极的上层形成的钝化膜作为埋入凹部内的高折射率物质利用，因此，即使设置了光波导，也可以利用更简单的工序来制造。
另外，本发明的固体摄像装置可以得到具有高耐热性和高折射率的光波导。
本发明的固体摄像装置的制造方法，由于将在焊盘电极上层形成的钝化膜作为埋入凹部内的高折射率物质利用，因此，即使设置了光波导，也可以用更简单的工序来制造。
另外，本发明的固体摄像装置的制造方法可以制造具有高耐热性和高折射率的光波导。
本发明的照相机，其构成是，由于在构成照相机的固体摄像装置中，将在焊盘电极上层形成的钝化膜作为埋入凹部内的高折射率物质利用，因此，即使设置了光波导，也可以利用更简单的工序来制造。
附图说明
图1是本发明的实施例1的固体摄像装置的剖面图。
图2是本发明的实施例1的固体摄像装置中像素部的模式布置图。
图3是说明本发明的实施例1的固体摄像装置的光到达光电二极管的入射路径的模式剖面图。
图4(a)～(g)是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的凹部形状例子的模式图。
图5(a)及图5(b)是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图6(a)及图6(b)是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图7是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图8是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图9是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图10是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图11是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图12是本发明的实施例2的固体摄像装置的剖面图。
图13是示出本发明的实施例2的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图14是示出本发明的实施例2的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图15是示出本发明的实施例2的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图16是示出本发明的实施例2的固体摄像装置的制造方法的制造工序的剖面图。
图17是本发明的实施例3的照相机的概略结构图。
附图标记说明
10  p阱区域(半导体衬底)
11  n型电荷存储层
12  p+型表面层
13  栅绝缘膜
14  栅电极
15  第1绝缘膜
16  第2绝缘膜
17  第3绝缘膜
17t 布线用槽
18  阻挡金属层
19  导电层
20  第1防止扩散膜
21  第4绝缘膜
22  第5绝缘膜
22t 布线用槽
23  阻挡金属层
24  导电层
25  第2防止扩散膜
26  第6绝缘膜
27  第7绝缘膜
27t 布线用槽
28  阻挡金属层
29  导电层
30  第3防止扩散膜
31  第8绝缘膜
31c 开口部
32  焊盘电极
33  第9绝缘膜
33a 开口形状部
34  抗蚀剂膜
35  抗蚀剂膜
36  钝化膜
37  埋入层
38  平坦化树脂层
39a，39b，39c  彩色滤光器
40  微透镜
40a 树脂层
50  固体摄像装置
51  光学系统
53  信号处理电路
100 半导体衬底
101 受光部
102 传感器部
103 栅绝缘膜
104 栅电极
105，106，107，108  绝缘膜
109 第1绝缘膜
120 第2绝缘膜
121 第3绝缘膜
122 第1防止扩散膜
123 第4绝缘膜
124 第2防止扩散膜
125 第5绝缘膜
126 第3防止扩散膜
127 第6绝缘膜
128 第7绝缘膜
130 接触孔拴柱
131 第1布线层
132 第1过孔拴柱
133 第2布线层
134 第2过孔拴柱
135 第3布线层
140 埋入层
150 抗蚀剂膜
151 抗蚀剂膜
160 平坦化树脂层
161 彩色滤光器
162 微透镜
H   凹部
I   离子注入
K   凹部
L   光
P   开口部
PD  光电二极管
RPAD 焊盘电极区域
RPX  像素区域
W1，W2，W3，W4  布线层
W1a，W3a，W4a，W4b  凸出区域
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的固体摄像装置及其制造方法和具有该固体摄像装置的照相机的实例。
实施例1
图1是集成有多个像素且涉及一实施例的固体摄像装置即CMOS传感器的模式剖面图，图中示出了像素区域RPX和焊盘电极区域RPAD。
例如，在受光面的像素区域RPX，在半导体衬底的p阱区域10中，每个像素形成n型电荷存储层11及其表层的p+型表面层12，通过pn结构成光电二极管PD，并且与光电二极管PD邻接，在半导体衬底上形成栅绝缘膜13和栅电极14。
例如，在上述的半导体衬底上形成有浮置扩散层、CCD电荷传送路等以及读取在光电二极管PD上生成并存储的信号电荷或根据信号电荷产生的电压的信号读取部，通过向栅电极14施加电压可以传送信号电荷。
另外，覆盖光电二极管PD，在半导体衬底上层叠分别例如由氧化硅形成的第1绝缘膜15、第2绝缘膜16、第3绝缘膜17、第4绝缘膜21、第5绝缘膜22、第6绝缘膜26、第7绝缘膜27及第8绝缘膜31、例如由碳化硅形成的第1防止扩散膜20及第2防止扩散膜25以及由氮化硅形成的第3防止扩散膜30而构成绝缘膜。
在上述的第3绝缘膜17中形成布线用槽17t，而埋入有第1布线层。该第1布线层是由例如通过波纹处理形成的由钽/氮化钽构成的阻挡金属层18和由铜构成的导电层19形成。
在第5绝缘膜22中也一样，布线用槽22t中形成有由阻挡金属层23和导电层24构成的第2布线层，而在第7绝缘膜27中形成有布线用槽27t，并且形成有由阻挡金属层28和导电层29构成的第3布线层。上述的第1～第3防止扩散膜用于防止构成导电层(19，24，29)的铜扩散。
如上所述，在上述层叠的绝缘膜中埋入有布线层。上述的第1～第3布线层也可以是分别例如通过双重波纹处理形成的、与从布线用槽的底面向下层布线的开口部内的接触部成为一体的布线结构。
另外，在焊盘电极区域RPAD，在绝缘膜的上层形成有焊盘电极32。焊盘电极32例如由铝等构成，经由形成于第8绝缘膜31等的开口部31c等，与第3布线层等连接，例如直径为100μm左右大小。
而且，还形成有覆盖上述的焊盘电极32且全面地由氧化硅构成的第9绝缘膜33。
这里，例如，在光电二极管PD的上方部分，在如上所述层叠形成的第4～第9绝缘膜及第1～第3防止扩散膜上形成有凹部H。
如上所述，在光电二极管PD上方层叠的绝缘膜含有布线层的防止扩散膜，例如，最下层的防止扩散膜的第1防止扩散膜20构成凹部H的底面。
上述凹部H的形成受到光电二极管的面积、像素大小及工序规则等的影响，但是例如一般开口直径为0.8μm左右，高宽比为1～2左右或者以上。
另外，例如，凹部H的内侧壁面是与衬底主面垂直的面，而且作为凹部H的边缘部，在第9绝缘膜33的部分形成为越向上方就越扩展的正锥状的开口形状部33a。
覆盖上述的凹部H的内壁且在比焊盘电极32更上层形成有比氧化硅(折射率为1.45)具有更高折射率的钝化膜36。钝化膜36例如由氮化硅(折射率为2.0)等构成，其厚度为0.5μm左右。
例如，外形虽然在开口部的边缘部呈正锥状，但是，因为堆积时的异向性，在开口部堆积得厚，而在凹部H底部附近堆积得薄。
另外，例如，在钝化膜36的上层，在凹部H埋入形成比氧化硅具有更高折射率的埋入层37。埋入层37埋入在凹部H内，其在凹部H外部的膜厚为0.5μm左右。
埋入层37例如由硅氧烷类树脂(折射率为1.7)或者聚酰亚胺等高折射率树脂构成，优选为硅氧烷类树脂。
而且，在上述的树脂中含有如氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟、氧化铪等金属氧化物微粒子，这样可以提高折射率。
在上述埋入层37的上层形成还作为粘接层而起作用的平坦化树脂层38，在其上层在每个像素上形成例如蓝(B)、绿(G)、红(R)各色的彩色滤光器(39a，39b，39c)，在其上层形成有微透镜40。
在焊盘电极区域RPAD没有形成彩色滤光器，在焊盘电极32的上层层叠有第9绝缘膜33、钝化膜36、埋入层37、平坦化树脂层38及构成微透镜的树脂层40a，形成有开口部P，以使焊盘电极32的上面露出，。
图2是本实施例所述的固体摄像装置像素部的模式布置图。
由埋入在凹部H内的高折射率物质形成的钝化膜36和埋入层37构成将从外部入射的光导至光电二极管的光波导。
例如，光波导在比光电二极管PD区域小的区域形成。
另外，图1中示出的第1～第3布线层等布线层在绝缘膜中形成网状，以包围凹部H的周围。所谓网状，例如是指布线层和绝缘膜上下交替层叠的状态。例如，在由垂直方向扩展的布线层(W1，W2)和水平方向扩展的布线层(W3，W4)包围的区域内设有凹部H的区域。布线层(W1，W2，W3，W4)分别具有例如网状结造。
图3是说明向本实施例所述的固体摄像装置的光电二极管入射光的光入射路径的模式剖面图。
例如，由于按图3所示的路径入射的光L是倾斜地入射，因此不能入射到已入射像素的光电二极管PD，进入邻接像素，而成为混色的原因。
但是，在如上述的光波导周围形成有如上述的网状布线层的情况下，能够防止向邻接像素反射似乎漏出的光进入邻接像素的光电二极管。
另外，如图2所示，例如，在用如上述的布线层(W1，W2，W3，W4)包围的区域布置凹部H的区域时，为了提高光的入射效率，优选设定布线层(W1，W2，W3，W4)不重叠的最大面积。
但是，在上述的布线层(W1，W2，W3，W4)中，通常存在向成为凹部H的区域一侧突出的区域(W1a，W2b，W3c，W4d)，在凹部H的区域必须避免它们的存在。
本实施例中，在如上述避免了布线层的凸出区域的区域中，布置与半导体衬底的主面平行的截面上的凹部H的形状对外侧总是成为凸的角形状和/或仅有曲线的形状。
这里，对外侧总是凸的角形状，是指角形状的内角为不超过180度的角，这样的角也包括尖端倒角的角形状。
而对外侧总是凸的曲线，是指曲线上所有点的切线未横穿形状内的、除去该切点总存在于形状外部的曲线，包括圆形、椭圆形等。
另外，也可以是组合上述的仅具有对外侧总是凸的角形状的部分形状的局部和仅具有对外侧总是凸的曲线的部分形状的局部的形状。
在本实施例中，凹部H在满足对外侧总是凸的制约的基础上，优选设定包围凹部周围地埋入绝缘膜中的布线层不重叠的最大面积。
图4(a)～(g)是示出本发明的实施例1的固体摄像装置的凹部H形状的模式图，图中以斜线表示角形状的内侧。
图4(a)示出的是内角不超过180度的45度左右的角形状A，图4(b)示出的是把图4(a)的角形状尖端倒角的角形状B。
图4(c)示出的是内角不超过180度的90度左右的角形状C，图4(d)示出的是把图4(c)的角形状尖端倒角的角形状D。
图4(e)示出的是内角不超过180度的135度左右的角形状E，图4(f)示出的是把图4(e)的角形状尖端倒角的角形状F。
能够对如上所述的外侧总是凸状。
一方面，图4(g)示出的角形状G的内角超过180度。这样的形状，对外侧不总是凸状，因此，本实施例不采用具有如此角形状的形状。
例如，如果存在对内侧成为凸的角形状，则埋入凹部H内的硅氧烷类树脂等的高折射率树脂从那样的点开始易发生裂缝。
因而，如上所述，通过使凹部H的形状对外侧总是凸的角形状和/或仅有曲线的形状，可以控制裂纹在埋入凹部H内的埋入层37中形成，也可以减少敏感度的下降，减少噪声的发生。
上述本实施例的固体摄像装置，在光电二极管的上方且形成于光电二极管上层的绝缘膜上形成凹部H，在凹部H内埋入高折射率物质构成光波导，在焊盘电极上层形成的钝化膜也可以作为埋入凹部内的高折射率物质利用，即使设置了光波导，也可以利用更简单的工序来制造。
在本实施例的固体摄像装置中，例如，也可以在同一芯片上混载逻辑电路等。在这种情况下，构成上述的光波导的钝化膜即使在逻辑等其他区域也可以成为作为钝化膜而使用的膜。
根据本实施例的固体摄像装置，通过得到如上所述的光波导可以提高敏感度，降低阴影，而且通过使用布线层作为邻接像素的遮光膜图案，可以提高混色特性。
下面参照附图说明本实施例的固体摄像装置的制造方法。
首先，如图5(a)所示，例如，在像素区域RPX形成光电二极管PD，与光电二极管邻接形成栅绝缘膜13及栅电极14、浮置扩散层和CCD电荷传送路等，以及读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的信号读取部。其中，光电二极管PD具有在半导体衬底的p阱区域10上形成n型电荷存储层11及其表层的p+型表面层12构成的pn结。
其次，例如，利用CVD(化学气相成长法)等覆盖光电二极管PD，在整个像素区域RPX和焊盘电极区域RPAD堆积氧化硅形成第1绝缘膜15。
再其次，例如，在第1绝缘膜15的上层堆积氧化硅形成第2绝缘膜16，进一步堆积氧化硅形成第3绝缘膜17。
然后，例如，通过蚀刻加工在第3绝缘膜17上形成布线用槽17t，进一步通过溅射覆盖布线用槽17t的内壁并对钽/氧化钽进行成膜而形成阻挡金属层18，形成铜的种层，通过电解电镀对铜全面地进行成膜，利用CMP(化学机械研磨)法去除在布线用槽17t外部的铜形成导电层19。此时，在布线用槽17t外部形成的阻挡金属层18也被去除。这样，形成由埋入在布线用槽17t的阻挡金属层18和导电层19构成的第1布线层。
还有，例如在第1布线层的上层，利用CVD法堆积碳化硅形成第1防止扩散膜20。
另外，如图5(b)所示，反复进行形成由上述的第2绝缘膜16、第3绝缘膜17、布线用槽17t、阻挡金属层18和导电层19构成的第2布线层和第1防止扩散膜的处理，形成例如第4绝缘膜21、第5绝缘膜22、布线用槽22t、阻挡金属层23、导电层24及第2防止扩散膜25，进一步形成由第6绝缘膜26、第7绝缘膜27、布线用槽27t、阻挡金属层28和导电层29构成的第3布线层。而且，例如利用CVD法堆积氮化硅形成第3防止扩散膜30。另外，在其上层形成第8绝缘膜31。
通过如上所述处理形成堆积第1绝缘膜15、第2绝缘膜16、第3绝缘膜17、第4绝缘膜21、第5绝缘膜22、第6绝缘膜26、第7绝缘膜27及第8绝缘膜31，例如由碳化硅构成的第1防止扩散膜20及第2防止扩散膜25和例如由氮化硅构成的第3防止扩散膜30的绝缘膜，以及埋入绝缘膜中的第1～第3布线层。
这里，所述第3布线层可以延伸至例如焊盘电极区域RPAD。
上述的第1～第3布线层是通过双重波纹处理，与从布线用槽的底面至下层布线的开口部内的接触部形成一体的布线结构。
如图6(a)所示，在第8绝缘膜31等上形成到达第3布线层的开口部31c，利用例如成膜温度为300℃左右的溅射法等对铝进行成膜并进行图案加工，形成例如直径为100μm左右的焊盘电极32。
形成铝的焊盘电极32后的工序均进行400℃以下的处理。
如图6(b)所示，例如，整个像素区域RPX和焊盘电极区域RPAD利用CVD法覆盖焊盘电极32堆积氧化硅形成第9绝缘膜33。
如图7所示，例如对利用光刻工序把凹部H开口的图案抗蚀剂膜34进行图案形成，实施化学干法蚀刻等同向性蚀刻或者异向性蚀刻等的蚀刻，在第9绝缘膜33上形成越向上方就越扩展的正锥状的开口形状部33a。
其次，如图8所示，去除上述的抗蚀剂膜34，例如，对与抗蚀剂膜34一样的图案的抗蚀剂膜35进行图案形成，实施反应性离子蚀刻等的异向性蚀刻，在第4～第9绝缘膜及第1～第3防止扩散膜上形成凹部H。
在上述的凹部H的开口处，例如，根据氧化硅和氮化硅或碳化硅等的材料一边变化条件一边进行蚀刻，在开口底部到达第1防止扩散膜20的时刻快速停止蚀刻。
由此，在第1防止扩散膜20上可以构成凹部H的底面。
如上所述，通过将第1防止扩散膜20设为凹部H的底面，凹部H的深度稳定且确定，因此光电二极管和光波导的距离变成一定，可以防止特性不一致。
这样，例如，开口直径为0.8μm左右，高宽比为1～2左右或其以上，作为凹部H的边缘部，在第9绝缘膜33的部分可以对正锥状的开口形状部33a的凹部H进行开口。
如图9所示，例如，利用成膜温度为380℃左右的等离子CVD法，覆盖凹部H的内部且在比焊盘电极32更上层堆积比氧化硅具有更高折射率的氮化硅，对钝化膜36进行0.5μm左右的成膜。外形虽然在开口部的边缘部呈正锥状，但是，根据堆积时的异向性，在开口边缘部堆积得厚，而在凹部H底部附近堆积得薄。
接着，如图10所示，利用成膜温度为400℃左右的旋涂法，对含有氧化钛等金属氧化物微粒子的硅氧烷类树脂进行0.5μm左右的成膜，在钝化膜36的上层埋入凹部H而形成比氧化硅具有更高折射率的埋入层37。涂布后根据需要进行例如300℃左右的后烘处理。另外，若是聚酰亚胺树脂，则在例如350℃左右的温度下能够成膜。
如图11所示，在埋入层37的上层形成例如还作为粘接层而起作用的平坦化树脂层38，在其上层每个像素上形成例如蓝(B)、绿(G)、红(R)各色的彩色滤光器(39a，39b，39c)。
进一步，在其上层形成微透镜40。
上述的制造方法，例如在焊盘电极的形成工序后到树脂埋入层的形成工序之前的任意阶段进行氢处理(烧结)，这是为了对半导体中的悬挂键进行终端化。
进一步，如图1所示，为了使焊盘电极32的上方露出，在焊盘电极区域RPAD形成开口部P。
通过以上，可以制造图1所示构成的固体摄像装置。
本实施例的固体摄像装置的制造方法，将在焊盘电极的上层形成的钝化膜作为埋入凹部H内的高折射率物质利用，因此，即使设置了光波导，也可以利用更简单的工序来制造。
实施例2
图12是示出本发明的一实施例所述的固体摄像装置即CMOS传感器结构的模式剖面图。
例如，在半导体衬底100上形成进行光电交换光的受光部101和覆盖该受光部101的例如由氧化硅构成的含有第1绝缘膜109的传感器部102，在该传感器102上形成有例如由氧化硅构成的第2绝缘膜120、第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、第5绝缘膜125。在这些第2绝缘膜120、第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、第5绝缘膜125中，分别形成有例如通过波纹处理形成的由钽/氮化钽构成的图中未示出的由阻挡金属层和铜构成的第1布线层131、第2布线层133、第3布线层135。另外，第1布线层131例如通过用波纹处理形成的接触孔栓柱130与受光部101电性连接，各布线层例如通过用波纹处理形成的第1过孔栓柱132和第2过孔拴柱134电性连接。而且，在第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、第5绝缘膜125之间形成有例如膜厚约为50nm的由碳化硅构成的第1防止扩散膜122、第2防止扩散膜124，在第5绝缘膜125上形成例如由氮化硅构成的第3防止扩散膜126，防止形成第1布线层131、第2布线层133、第3布线层135的铜扩散。
上述的第1～第3布线层(131，133，135)可以是分别例如通过双重波纹处理与接触孔栓柱130、第1过孔栓柱132、第2过孔拴柱134一体形成的布线结构。
另外，受光部101例如由氧化硅构成的栅绝缘膜103、多晶硅构成的栅电极104以及氮化硅构成的绝缘膜(105，106，107，108)形成。
在第3防止扩散膜126上形成有由氧化硅构成的第6绝缘膜127以及作为保护膜的第7绝缘膜128。
这里，例如，在受光部101的上方部分，在如上所述层叠形成的第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、第5绝缘膜125、第6绝缘膜127、第7绝缘膜128，以及在这些绝缘膜之间形成的第1防止扩散膜122、第2防止扩散膜124、第3防止扩散膜126中形成凹部K。
上述的凹部K的形成受到受光部101的面积、像素大小、处理流程等的影响，但是，例如，开口直径为0.8μm左右，高宽比为1～2左右或其以上。
另外，例如，在凹部K埋入形成有由比TiO分散有机树脂具有更高耐热性的无机物和金属氧化物构成的埋入层140，埋入层140成为光波导。埋入层140埋入在凹部K内。
埋入层140是例如在具有氧化硅等氧化物等高耐热性的无机物中例如利用离子注入而含有氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟、氧化铪等金属氧化物微离子而构成的。特别是，作为无机物优选氧化硅，而作为金属氧化物优选氧化钛。
在上述埋入层140的上层形成例如还作为粘接层而起作用的丙烯基类热固化树脂构成的平坦化树脂层160，在其上层形成彩色滤光器161，在其上层形成集光入射光的光学元件的微透镜162。
在具有如上述结构的CMOS传感器中，入射光通过微透镜162集光，而且通过作为光波导的由无机物及金属氧化物构成的埋入层140照射受光部101，由该受光部101进行光电转换。
下面参照附图说明本发明的一实施例所述的固体摄像装置的制造方法。
首先，如图13所示，在半导体衬底100上形成由氧化硅构成的栅绝缘膜103和由多晶硅构成的栅电极104作为受光部101，在其上方形成由氮化硅构成的绝缘膜(105，106，107，108)。
其次，例如利用CVD等在整个受光部101之上堆积氧化硅形成第1绝缘膜109，形成传感器部102。
再其次，利用CVD等堆积氧化硅形成第2绝缘膜120和第3绝缘膜121，通过蚀刻加工在第2绝缘膜120和第3绝缘膜121中形成接触孔拴柱130用槽，通过溅射覆盖接触孔拴柱130用槽的内壁，对钽/氧化钽进行成膜而形成图中未示出的阻挡金属层并形成铜的种层，通过电解电镀全面地对铜进行成膜并形成接触孔拴柱130。
然后，在接触孔拴柱130上形成第1布线层131用槽，进一步通过溅射覆盖第1布线层131用槽的内壁，对钽/氧化钽进行成膜而形成图中未示出的阻挡金属层并形成铜的种层，通过电解电镀全面地对铜进行成膜，利用CMP(化学机械研磨)等去除在第1布线层131用槽外部形成的铜而形成第1布线层131。这样，形成接触孔拴柱130及第1布线层131。
还有，在第1布线层131的上层利用例如CVD堆积碳化硅形成第1防止扩散膜122。
而且，在整个第1防止扩散膜122面上，用例如TEOS(Tetra Ethyl OrthoSilicate：正硅酸乙酯)，由CVD等堆积氧化硅形成第4绝缘膜123。
另外，反复进行形成上述的第2绝缘膜120、第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、接触孔拴柱130、第1布线层131、第1防止扩散膜122的处理，形成第1过孔拴柱132、第2布线层133、第2防止扩散膜124，而且形成第5绝缘膜125、第2过孔拴柱134、第3布线层135、第3扩散防止膜126、第6绝缘膜127。在这基础上进一步利用例如CVD等形成由氧化硅构成的第7绝缘膜128。
经过如上所述，在第2绝缘膜120、第3绝缘膜121、第4绝缘膜123、第5绝缘膜125、第6绝缘膜127及第7绝缘膜128的绝缘膜之间形成由碳化硅构成的第1防止扩散膜122、第2防止扩散膜124，以及由例如氮化硅构成的第3防止扩散膜126和埋入绝缘膜形成的第1～第3布线层(131，133，135)、第1过孔拴柱132及第2过孔拴柱134。
上述的第1～第3布线层(131，133，135)也可以分别例如通过双重波纹处理，与在从布线用槽的底面至下层布线的开口部内的接触孔拴柱130、第1过孔拴柱132、第2过孔拴柱134构成一体形成布线结构。
如图14所示，例如，通过光刻法工序对在凹部K开口的图案抗蚀剂膜150进行图案形成，对抗蚀剂膜150进行掩模处理实施反应性离子蚀刻等异向性蚀刻，在第2～第7绝缘膜(120，121，123，125，127，128)及第1～第3防止扩散膜(131，133，135)形成凹部K。然后，例如根据氧化硅和氮化硅或碳化硅等材料一边变化条件一边进行蚀刻。
如图15所示，去除上述的抗蚀剂膜150，例如利用成膜温度为400℃左右的旋涂法，在凹部K埋入比TiO分散有机树脂具有更高耐热性的无机物形成埋入层140。作为埋入凹部K的无机物例举有氧化硅等氧化物等。然后，利用CMP(化学机械研磨)法等对堆积在第7绝缘膜128上的无机物进行研磨，并进行平坦化处理。
如图16所示，为了使凹部K露出，例如，通过利用光刻工序对在凹部K开口的图案抗蚀剂膜151进行图案形成，对抗蚀剂膜151进行掩模处理，以及离子注入金属氧化物，仅使埋入凹部K的无机物含有金属氧化物。
另外，在埋入层140的上层例如形成还作为粘接层而起作用的丙烯基类热固化树脂构成的平坦化树脂160，在其上层形成彩色滤光器161作为如图12所示构成的固体摄像装置。
进一步，在其上层形成微透镜162。
虽在图中未示出，多个半导体衬底100上的受光部101以矩阵状配置，彩色滤光器161成为与其对应的受光部101所需要的颜色(三原色之一)。
实施例3
图17是本实施例的照相机的概略结构图。
本发明的照相机，其具有多个像素集成而构成的固体摄像装置50、光学系统51及信号处理电路53。
在本实施例的上述固体摄像装置50是采用上述实施例1～实施例3中的任意一例所述的固体摄像装置所组成的。
光学系统51的作用是使拍照对象物发出的像光(入射光)在固体摄像装置50的摄像面上成像。由此，在构成固体摄像装置50的摄像面上的各像素的光电二极管，根据入射光量将像光变换为信号电荷，在一定期间存储相当的信号电荷。
被存储的信号电荷经过例如CCD电荷传送路，作为输出信号VOUT取出。
信号处理电路53对固体摄像装置50的输出信号VOUT进行各种信号处理，并作为影像信号输出。
上述的涉及本实施例的照相机构成表明，可以不导致倾斜入射光的集光率下降以及敏感度下降，就可以改善色阴影特性及分光特性，而且可以用更简单的方法和工序形成微透镜。
本发明并不限于上述说明。
在实施例中适用于CMOS传感器或CCD元件。
另外，在未脱离本发明要旨的范围内存在各种变更的可能。
本发明的固体摄像装置适用于CMOS照相机或CCD照相机搭载的固体摄像装置。
本发明的照相机适用于搭载CMOS照相机或CCD照相机等固体摄像装置的照相机。

Claims (25)

1.一种固体摄像装置，其是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置，其特征在于，具有：
光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；
信号读取部，其在所述半导体衬底上形成，并且读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压；
绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且形成于所述半导体衬底之上；
凹部，其在所述光电二极管的上方部分形成于所述绝缘膜；
焊盘电极，其在焊盘电极区域形成于所述绝缘膜上层；
钝化膜，其覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成，并且具有比氧化硅高的折射率；以及
埋入层，其在所述钝化膜的上层埋入于所述凹部形成，并且具有比氧化硅高的折射率。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：所述绝缘膜中埋入有布线层。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于：所述绝缘膜含有所述布线层的防止扩散膜而形成，所述防止扩散膜构成所述凹部的底面。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于：在所述绝缘膜中，所述布线层形成网状，以包围所述凹部的周围。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：在与所述半导体衬底的主面平行的截面中的所述凹部的形状是相对所述形状的外侧总是凸出的角形状和/或仅具有曲线的形状。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：所述钝化膜是氮化硅膜。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：所述埋入层是树脂层。
8.如权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于：所述埋入层含有硅氧烷类树脂。
9.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：所述凹部的边缘部形成为越向上方就越扩展的正锥状的开口形状。
10.一种固体摄像装置，其是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置，其特征在于，具有：
光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；
信号读取部，其在所述半导体衬底形成，并且读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压；
绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且形成于所述半导体衬底之上；
凹部，其在所述光电二极管的上方部分形成于所述绝缘膜；以及
埋入层，其埋入所述凹部形成，并且含有比TiO分散有机树脂具有更高的耐热性的无机物和金属氧化物。
11.如权利要求10所述的固体摄像装置，其特征在于：所述无机物是氧化硅。
12.如权利要求10所述的固体摄像装置，其特征在于：所述金属氧化物是氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟、氧化铪。
13.一种固体摄像装置的制造方法，其是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，具有：
在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域形成被每个所述像素划分的光电二极管和读取在所述光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的信号读取部的工序；
覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜的工序；
在所述光电二极管的上方部分的所述绝缘膜上形成凹部的工序；
在焊盘电极区域的所述绝缘膜的上层形成焊盘电极的工序；
在覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成比氧化硅具有高的折射率的钝化膜的工序；以及
在所述钝化膜的上层埋入所述凹部而形成比氧化硅具有高的折射率的埋入层的工序。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：形成所述绝缘膜的工序的途中还具有形成布线层的工序，在所述绝缘膜中埋入形成布线层。
15.如权利要求14所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：形成所述绝缘膜的工序具有形成所述布线层的防止扩散膜的工序，在形成所述凹部的工序中形成所述凹部，以使所述防止扩散膜构成所述凹部的底面。
16.如权利要求14所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述布线层的工序中，在所述绝缘膜中，把所述布线层形成网状，以包围所述凹部的周围。
17.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述凹部的工序中，在与所述半导体衬底的主面平行的截面中的所述凹部的形状是相对所述形状外侧总是凸出的角形状和/或仅有曲线的形状。
18.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述钝化膜的工序中形成氮化硅膜。
19.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述埋入层的工序中形成树脂层。
20.如权利要求19所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述埋入层的工序中形成含有硅氧烷类树脂的树脂层。
21.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述凹部的工序中，所述凹部的边缘部形成为越向上方就越扩展的正锥状的开口形状。
22.一种固体摄像装置的制造方法，其是在受光面集成多个像素而构成的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，具有：
在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域形成被每个所述像素划分的光电二极管和读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压的信号读取部的工序；
覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底上形成绝缘膜的工序；
在所述光电二极管的上方部分并且在所述绝缘膜上形成凹部的工序；
在所述凹部埋入无机物而形成比TiO分散有机树脂具有更高的耐热性的埋入层的工序；以及
在所述埋入层离子注入金属氧化物的工序。
23.如权利要求22所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在形成所述埋入层的工序中使用氧化硅作为所述无机物。
24.如权利要求22所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于：在所述离子注入的工序中，作为所述金属氧化物使用氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟、氧化铪。
25.一种照相机，其具有
在受光面集成多个像素的固体摄像装置、
在所述固体摄像装置的摄像部导入入射光的光学系统，以及
处理所述固体摄像装置的输出信号的信号处理电路；
所述固体摄像装置是在受光面集成多个像素而构成，其特征在于，具有：
光电二极管，其在成为半导体衬底的所述受光面的像素区域被每个所述像素划分形成；
信号读取部，其在所述半导体衬底形成，并且读取在光电二极管上生成并存储的信号电荷或根据所述信号电荷产生的电压；
绝缘膜，其覆盖所述光电二极管且在所述半导体衬底之上形成；
凹部，其在所述光电二极管的上方部分形成于所述绝缘膜；
焊盘电极，其在焊盘电极区域形成于所述绝缘膜上层；
钝化膜，其覆盖所述凹部的内壁且在比所述焊盘电极更上层形成，并且具有比氧化硅高的折射率；以及
埋入层，其在所述钝化膜的上层埋入所述凹部形成，并且具有比氧化硅高的折射率。
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