CN101740596B - 固态成像器,其制造方法和照相机 - Google Patents

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Abstract

固态成像器包括光电转换区，用于把在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷，和把光束引导到受光面的波导路径。波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在其光入射面的光束引导到其光出射面。所述多个波导部件层叠在受光面上。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件面对受光面，并且面积小于多个波导部件中离受光面最远的第二波导部件的光入射面的面积。

Description

固态成像器,其制造方法和照相机
技术领域
本发明涉及固态成像器，其制造方法和照相机。更具体地说，本发明涉及一种固态成像器，它包括用于把在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷的光电转换区，和把光束引导到受光面的波导路径。本发明还涉及制造固态成像器的方法和包括该固态成像器的照相机。
背景技术
照相机，比如数字视频照相机和数字静态照相机包括固态成像器。固态成像器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，和电荷耦合器件(CCD)。
在固态成像器中，由多个像素构成的成像区被布置在半导体基板的表面上。分别为成像区中的多个像素布置的多个光电转换区接收被摄体图像的光束，并通过光电转换接收的光束，产生信号电荷。例如，光电二极管用作光电转换区。
在固态成像器中，诸如光电二极管之类的光电转换区在其受光面接收由微透镜收集的光束，如日本专利No.2600250和未经审查的日本专利申请公开No.2003-273342中所述。
“瞳孔校正”技术的使用调整微透镜和光电转换区的受光面之间的位置关系。
固态成像器包括每个像素的波导路径，以便增大光的收集效率，从而增大成像器的增益。
波导路径把由微透镜收集的光引导到光电转换区的受光面。
更具体地说，波导路径具有由具有高折射率的光学材料构成并引导光线的核心部分。波导路径还包括折射率低于核心部分的折射率，并且环绕核心部分的包覆部分。从而，在核心部分和包覆部分之间的边界，波导路径完全反射光。波导路径增大光的收集效率，从而导致高增益。参见未经审查的日本专利申请公开No.2004-221532和2006-261247，及“CMOS Imager with Copper Wiring and Lightpipe”，2006 IEDM Technical Digest Session 5.5，J.Gambino等。
例如，通过把充当包覆层的部件层叠在带有光电转换区的基板上，在层叠体中布置一个开孔，产生波导路径，以致光电转换区的受光面被暴露，并用具有高折射率的光学材料填充所述开孔。
发明内容
为了产生高分辨率图像，固态成像器的成像区中的像素的数目日渐增大。另外在固态成像器中实现紧凑设计。为此，在固态成像器的成像区中，光电转换区的受光面的面积变小。波导路径的开孔具有更高的长宽比，把具有高折射率的光学部件插入该开孔中变得困难。构成适当波导路径的困难会导致成像器可靠性低，产品成品率低。高增益成像器的生产困难。捕捉的图像的画质降低。
实现单片系统设计的CMOS型图像传感器包括合并多个配线层的许多外围电路。波导路径的开孔的长宽比变得相当高，从而导致上面所述的问题。
从而，可取的是提供一种固态成像器，该固态成像器提供高的可靠性和高的产品成品率，并且捕捉高画质的图像。同样可取的是提供制造该固态成像器的方法和包括该固态成像器的照相机。
按照本发明的一个实施例，固态成像器包括光电转换区，用于把在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷，和把光束引导到受光面的波导路径。波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在其光入射面的光束引导到其光出射面。所述多个波导部件层叠在受光面上。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中，离受光面最远的第二波导部件的光入射面。
波导路径的多个波导部件均沿垂直于受光面的方向延伸。
波导路径包含在其沿垂直于受光面的方向延伸的侧面上的台阶。所述多个波导部件具有在平行于受光面的平面中位置不同的侧面。所述多个波导部件被层叠，以致在波导路径的台阶处发射的光作为消逝光重新进入波导路径。
波导路径的多个波导部件被层叠，以致在平行于受光面的平面中，所述台阶的宽度小于入射在波导路径上的光的波长。
波导路径的第一波导部件具有面积小于光电转换区的受光面的光出射面。
相对于垂直于受光面的方向，使波导路径的台阶逐渐减小(taper)。
多个光电转换区被布置在基板的表面上，分别针对多个光电转换区，在基板的表面上布置多个波导路径。
所述多个光电转换区被布置在基板的表面上，所述多个光电转换区的受光面彼此隔开第一间距。所述多个波导路径被布置在基板的表面上，波导路径的第二波导部件的光入射面彼此隔开第二间距，第二间距小于第一间距。在与受光面平行的平面中，使第一波导部件的光出射面相对于第二波导部件的光入射面移动，以致第一波导部件的光出射面面对受光面。
固态成像器可包括沿垂直于受光面的方向排列，并且与波导路径的侧面隔开距离的多个配线。所述多个配线包括对第一波导部件的侧面布置的第一配线和对第二波导部件的侧面布置的第二配线，第一配线和第二配线被布置在与受光面平行的平面中的不同位置。
固态成像器可包括多个微透镜，用于把入射光引导到波导路径，在基板的表面上分别针对多个波导路径布置所述多个微透镜。
固态成像器还包括多个微透镜，用于把入射光引导到波导路径。在基板的表面上分别针对多个波导路径布置所述多个微透镜，使每个微透镜的光轴偏离相应受光面的中心。第一波导部件和第二波导部件在与受光面平行的平面中被移动，以致使第一波导部件的光入射面对准微透镜的光出射面，并且以致使第二波导部件的光出射面对准受光面。
按照本发明的一个实施例，照相机包括光电转换区，用于把在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷，和把光束引导到受光面的波导路径。波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在其光入射面的光束引导到其光出射面。所述多个波导部件层叠在受光面上。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中，离受光面最远的第二波导部件的光入射面。
按照本发明的一个实施例，制造固态成像器的方法包括下述步骤：形成用于把在其受光面接收的光束光电转换成信号电荷的光电转换区，和形成把光束引导到受光面的波导路径。形成波导路径的步骤包括在受光面上层叠多个波导部件，每个波导部件把其光入射面上的光束引导到其光出射面。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中，离受光面最远的第二波导部件的光入射面。
按照本发明的实施例，多个波导部件被层叠在受光面上，每个波导部件把入射到其光入射面的光束引导到其光出射面。从而产生波导路径。多个波导部件之中，最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面。第一波导部件的光出射面的面积小于多个波导部件中，离受光面最远的第二波导部件的光入射面。
按照本发明的实施例，产生具有高可靠性和高产品成品率的固态成像器。还提供了包括该固态成像器的照相机和该固态成像器的制造方法。
附图说明
图1是按照本发明的一个实施例的照相机的方框图；
图2是概括地图解说明按照本发明的第一实施例的固态成像器的平面图；
图3是按照本发明的第一实施例，布置在成像区中的像素的主要部分的电路图；
图4是按照本发明的第一实施例的固态成像器的主要部分的截面图；
图5是图解说明按照本发明的第一实施例，光电二极管和每个波导部件之间的关系的平面图；
图6A和6B是图解说明按照本发明的第一实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图7A和7B是图解说明按照本发明的第一实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图8A和8B是图解说明按照本发明的第一实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图9A和9B是图解说明按照本发明的第一实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图10是图解说明按照本发明的第一实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图11图解说明按照本发明的第一实施例，光束角度和入射在光电二极管的受光面上的光线的光强度之间的关系；
图12是图解说明充当图11中的比较例的固态成像器的主要部分的截面图；
图13是图解说明入射光束如何在按照本发明的第一实施例的固态成像器的波导路径中传播的截面图；
图14A-14D图解说明按照本发明的第一实施例，入射在波导路径上的光束如何经波导路径的台阶传播；
图15是按照本发明的第二实施例的固态成像器的主分部分的截面图；
图16A和16B图解说明按照本发明的第二实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分；
图17A和17B是图解说明按照本发明的第二实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图18A和18B是图解说明按照本发明的第二实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图19A和19B是图解说明按照本发明的第二实施例，加工步骤中的固态成像器的主要部分的截面图；
图20图解说明按照本发明的第二实施例，入射在波导路径上的光束如何经波导路径的台阶传播；
图21是图解说明按照本发明的第三实施例，像素和波导路径的光入射面之间的关系的平面图；
图22是图解说明按照本发明的第三实施例的固态成像器的主要部分的截面图；
图23是图解说明按照本发明的第四实施例的像素的平面图；
图24是按照本发明的第四实施例的固态成像器的主要部分的截面图；
图25A和25B图解说明按照本发明的一个实施例的波导路径的加工步骤；
图26是按照本发明的一个实施例的固态成像器的主要部分的截面图；
图27是按照本发明的一个实施例的固态成像器的主要部分的截面图；
图28图解说明按照本发明的一个实施例的像素的结构；和
图29图解说明按照本发明的一个实施例的像素的结构。
具体实施方式
下面说明本发明的实施例。
按照下述顺序说明本发明：
1.第一实施例(通过层叠多个波导部件产生波导路径)
2.第二实施例(多个波导部件在锥形表面相互接合)
3.第三实施例(“瞳孔校正”应用于多个波导部件和配线)
4.第四实施例
5.备选实施例
第一实施例
设备结构
图1图解说明按照本发明的第一实施例的照相机40的结构。
照相机40包括固态成像器1，光学系统42，驱动电路43和信号处理电路44。下面说明这些部件。
固态成像器1通过光学系统42接收被摄体的图像，并以光电方式把被摄体的图像的光转换成信号电荷。固态成像器1响应从驱动电路43输出的驱动信号工作。更具体地说，固态成像器1读出信号电荷，作为原始数据输出读出的信号电荷。后面详细说明固态成像器1。
包括光学透镜的光学系统42把被摄体图像聚焦在固态成像器1的成像面上。光学系统42以相对于成像面成直角的角度把主光束射到固态成像器1的成像面的中心。另一方面，光学系统42把主光束相对于成像面成倾斜角地射到成像面的周边部分。从而，当入射点更远离成像面的中心时，来自光学系统42的主光束相对于成像面成更大倾斜角地入射在固态成像器1的成像面上。
驱动电路43分别向固态成像器1和信号处理电路44输出各种驱动信号，从而，驱动固态成像器1和信号处理电路44。
信号处理电路44对从固态成像器1输出的原始数据进行信号处理，从而产生被摄体图像的数字图像。
下面概括讨论固态成像器1。
图2是概括地图解说明按照本发明的第一实施例的固态成像器1的结构的平面图。
第一实施例的固态成像器1是CMOS型图像传感器，包括基板101，如图2中所示。基板101是由硅制成的半导体基板，包括成像区PA和周边区SA。
基板101的成像区PA具有如图2中所示的矩形形状，多个像素P沿x方向和y方向排列。从而，像素P被排列成矩阵构型。成像区PA的中心与图1中图解说明的光学系统42的光轴对准。
如图2中所示，基板101的周边区SA围绕成像区PA。处理由像素P产生的信号电荷的外围电路被布置在周边区SA上。
更具体地说，外围电路包括垂直选择电路13，列电路14，水平选择电路15，水平信号线16，输出电路17和定时发生器(TG)18，如图2中所示。
垂直选择电路13包括移位寄存器，逐行选择和驱动像素P。
列电路14包括采样/保持(S/H)电路和相关二次采样(CDS)电路。列电路14逐列对从像素P读出的信号进行信号处理。
水平选择电路15包括移位寄存器，接连选择和输出由列电路14从每个像素P读出的信号。由水平选择电路15接连从像素P读出的信号经水平信号线16被输出给输出电路17。
输出电路17包括数字放大器，对从水平选择电路15输出的信号进行诸如放大操作之类的信号处理，并把处理后的信号输出到外部。
定时发生器18产生各种定时信号，并把产生的定时信号输出给垂直选择电路13，列电路14和水平选择电路15，以便驱动和控制操作。
图3是图解说明按照本发明的第一实施例，布置在成像区PA中的像素P的主要部分的电路图。
布置在成像区PA内的像素P包括光电二极管21，传输晶体管22，放大器晶体管23，地址晶体管24和复位晶体管25，如图3中所示。换句话说，像素P包括光电二极管21和从光电二极管21读出信号电荷的像素晶体管。
在像素P中，光电二极管21从被摄体接收光束，光电转换接收光束的光，从而产生和保存信号电荷。如图3中所示，光电二极管21经传输晶体管22与放大器晶体管23的栅极连接。光电二极管21保存的信号电荷经传输晶体管22作为输出信号被传输给与放大器晶体管23的栅极连接的浮动扩散区(FD)。
在像素P中，传输晶体管22被置于光电二极管21和浮动扩散区FD之间，如图3中所示。响应经传输线26在传输晶体管22的栅极接收的传输脉冲，传输晶体管22把保存在光电二极管21上的信号电荷作为输出信号传输给浮动扩散区FD。
在像素P中，放大器晶体管23的栅极与浮动扩散区FD连接，如图3中所示。放大器晶体管23放大经浮动扩散区FD输出的输出信号。放大器晶体管23经地址晶体管24与垂直信号线27连接，和布置在成像区PA外的恒流源一起形成源跟随器。借助提供给地址晶体管24的地址信号，放大器晶体管23放大经浮动扩散区FD输出的输出信号。
在像素P中，地址晶体管24的栅极与地址线28连接，地址线28被供给地址信号，如图3中所示。响应地址信号的供给，地址晶体管24被开启，从而把放大器晶体管23放大的输出信号输出给垂直信号线27。该输出信号经垂直信号线27被输出给列电路14中的S/H和CDS电路。
在像素P中，复位晶体管25的栅极与复位线29连接，复位线29被供给复位信号，如图3中所示。复位晶体管25连接在电源Vdd和浮动扩散区FD之间。响应经复位线29供给复位晶体管25的栅极的复位信号，复位晶体管25把浮动扩散区FD的电压复位为电源Vdd的电压。
传输晶体管22，地址晶体管24和复位晶体管25的栅极都是逐行连接的，每一行由沿水平方向H排列的多个像素构成。从而逐行对多个像素同时进行像素驱动操作。更具体地说，从上述垂直选择电路13供给的地址信号以每个水平行为基础(以每个像素行为基础)选择垂直方向上的像素。从定时发生器18输出的各种定时信号控制每个像素中的晶体管。这样，每个像素中的输出信号经垂直信号线27被读入列电路14中的S/H和CDS电路中。
下面详细说明第一实施例的固态成像器1。
图4是作为本发明的第一实施例的固态成像器1的主要部分的像素P的截面图。像素P被布置在基板101上的成像区PA。尽管像素P包括光电二极管21和其它部件，不过，图4只图解说明了像素P的光电二极管21和与光电二极管21密切相关的部件。
如图4中所示，固态成像器1包括用于像素P的光电二极管21，微透镜111，波导路径131，和滤色片301。波导路径131包括第一波导部件131a，第二波导部件131b和第三波导部件131c。
下面说明固态成像器1的每个部件。
光电二极管21被布置在基板101的表面上，如图4中所示。光电二极管21在其受光面JS接收光束，并且把接收的光束光电转换成信号电荷。对于多个像素P，分别在基板101的表面上布置多个光电二极管21。微透镜111，波导路径131和滤色片301沿垂直于受光面JS的方向排列。这种情况下，从受光面JS一侧开始顺序排列波导路径131，滤色片301和微透镜111。按照第一实施例，光电二极管21通过这些部件在受光面JS接收光束，并把接收的光束光电转换成信号电荷。
微透镜111是所谓的单片透镜，被布置在基板101的表面中，如图4中所示。微透镜111收集入射光，随后朝着波导路径131导引光。光电二极管21被布置在基板101的表面中。微透镜111被这样布置，以致其光轴KJ垂直于光电二极管21的受光面JS，并且对准受光面JS的中心。微透镜11在光轴KJ的方向上，通过滤色片301和波导路径131对着光电二极管21的受光面JS。微透镜111被安装在由使作为基板101的表面，承载滤色片301的表面平面化而产生的一层HTb上。在光电二极管21的受光面JS的方向上，和在微透镜111的周边相比，在微透镜111的中心，微透镜111变厚。从而，由微透镜111收集的光经滤色片301和波导路径131，在光电二极管21的受光面JS被接收。
波导路径131被布置在基板101的表面上，如图4中所示，以致入射光被导引到光电二极管21的受光面JS。波导路径131被置于微透镜111和光电二极管21的受光面JS之间，以致通过微透镜111输入的光被导引到光电二极管21的受光面JS。
更具体地说，多个层间绝缘体，即SZa、SZb和SZc被逐次层叠在基板101上。
层间绝缘体SZa、SZb和SZc由透光材料，比如二氧化硅(折射率n约为1.43)制成。可选的是，层间绝缘体SZa、SZb和SZc可由掺磷或掺硼的二氧化硅制成。
参见图4，波导路径131穿透层间绝缘体SZa、SZb和SZc，延伸到光电二极管21的受光面JS。
这里，从微透镜111到光电二极管21，波导路径131被逐步减小，其平行于光电二极管21的受光面JS的横截面逐步变小，如图4中所示。
按照本发明的第一实施例，波导路径131包括第一～第三波导部件131a、131b和131c，每个波导部件在其光入射面接收光，并把接收的光导引到其光出射面。
第一波导部件131a、第二波导部件131b和第三波导部件131c按照微透镜111的光轴KJ沿着这些波导部件的中心轴延伸的方式，被逐次层叠在光电二极管21的受光面JS上。
波导路径131的第一～第三波导部件131a、131b和131c均沿垂直于受光面JS的z方向延伸。更具体地说，第一～第三波导部件131a、131b和131c的侧壁都垂直于受光面JS，光入射面131ai、131bi和131ci的形状分别和光出射面131ae、131be和131ce的形状相同。
在波导路径131中，第一～第三波导部件131a、131b和131c的侧壁被布置在xy平面中的不同位置，以致在垂直于受光面JS的z方向上形成台阶Dab和Dbc。第一～第三波导部件131a、131b和131c被层叠，以致在波导路径131的台阶Dab和Dbc射出的光作为消逝光(evanescent light)重新进入波导路径131。
如后详细所述，第一～第三波导部件131a、131b和131c被层叠，以致在平行于受光面JS的xy平面中，台阶Dab和Dbc的宽度尺寸d都小于入射光的波长。更具体地说，这样产生第一～第三波导部件131a、131b和131c，以致台阶Dab和Dbc的宽度尺寸d都小于由滤色片301着色的入射光的中心波长。
第一～第三波导部件131a、131b和131c由折射率高于分别围绕第一～第三波导部件131a、131b和131c的层间绝缘体SZa、SZb和SZc的折射率的光学材料制成。例如，第一～第三波导部件131a、131b和131c分别由利用等离子体增强化学气相沉积(CVD)技术沉积的的氮化硅(折射率约2)制成。另外，第一～第三波导部件131a、131b和131c可分别由聚酰亚胺、类金刚石碳(DLC)、聚硅氧烷等等。
更具体地说，波导路径131中的第一～第三波导部件131a、131b和131c之中的第一波导部件131a被布置成最接近受光面JS，如图4中所示。
第一波导部件131a具有面对光电二极管21的受光面JS的光出射面131ae。第一波导部件131a还具有面对第二波导部件131b的光出射面131be的光入射面131ai。
波导路径131的第二波导部件131b被布置在第一波导部件131a和第三波导部件131c之间，如图4中所示。
第二波导部件131b具有面对第一波导部件131a的光入射面131ai的光出射面131be。第二波导部件131b还具有面对第三波导部件131c的光出射面131ce的光入射面131bi。
波导路径131中的第一～第三波导部件131a、131b和131c之中的第三波导部件131c被布置成最远离受光面JS，如图4中所示。
第三波导部件131c具有面对第二波导部件131b的光入射面131bi的光出射面131ce。第三波导部件131c还具有面对滤色片301的光出射面的光入射面131ci。
图5是图解说明按照本发明的第一实施例，光电二极管21和第一～第三波导部件131a、131b和131c的关系的平面图。
参见图5，第一波导部件131a具有与光电二极管21的受光面JS接触的光出射面131ae。第一波导部件131a的光入射面131ai和光出射面131ae的面积都小于光电二极管21的受光面JS的面积。
参见图5，第二波导部件131b的光出射面131be被布置成与第一波导部件131a的光入射面131ai接触。第二波导部件131b的光入射面131bi和光出射面131be的面积都大于第一波导部件131a的光入射面131ai和光出射面131ae每一个的面积。
参见图5，第三波导部件131c的光出射面131ce被布置成与第二波导部件131b的光入射面131bi接触。第三波导部件131c的光入射面131ci和光出射面131ce的面积都大于第二波导部件131b的光入射面131bi和光出射面131be每一个的面积。
配线H1、H2、H3、H4和H5环绕波导路径131。由导电材料制成的配线H1、H2、H3、H4和H5被嵌入层间绝缘体SZa、SZb和SZc中。例如，配线H1、H2、H3、H4和H5由诸如铝或铜之类的金属制成，并与外围电路连接。
按照第一实施例，配线H1、H2、H3、H4和H5与在平行于受光面JS的xy平面中的波导路径131的侧壁隔开一定距离。所述多个配线H1、H2、H3、H4和H5沿垂直于受光面JS的z方向排列。
滤色片301被布置在基板101上方的平面化层HTa上，如图4中所示。
当收到被摄体图像的光时，滤色片301使光着色，并把着色光射向在基板101上方的平面化层HTa。参见图4，滤色片301沿微透镜111的光轴KJ的方向，通过波导路径131面对光电二极管21的受光面JS。通过借助旋转涂覆技术，把由着色颜料和光刻胶树脂构成的涂覆液体涂在基板上，随后利用平版印刷技术使涂层图案化，产生滤色片301作为涂层。
第一实施例的滤色片301包括每个像素P中的绿色滤光片层，红色滤光片层和蓝色滤光片层。绿色滤光片层，红色滤光片层和蓝色滤光片层可被布置成Bayer图案。
制造方法
下面说明制造固态成像器1的方法。
图6A和6B～图10是按照本发明的第一实施例，在各个加工步骤的固态成像器1的主要部分的截面图。
参见图6A，形成第一层间绝缘体SZa和光刻胶掩膜PM1。
在形成光电二极管21之后形成第一层间绝缘体SZa。
光电二极管21例如是通过把n型杂质离子注入作为p型硅基板的基板101中而产生的。
形成第一层间绝缘体SZa，以覆盖基板101中的光电二极管21。第一层间绝缘体SZa由二氧化硅层形成。
在基板101的表面上形成下绝缘层(未示出)。在下绝缘层上形成上绝缘层(未示出)。通过所谓的damocene工艺，在上绝缘层中形成第一配线H1。例如，第一配线H1由铝或铜制成。从而形成第一层间绝缘体SZa以容纳第一配线H1。
利用平版印刷技术形成光刻胶掩膜PM1。
更具体地说，利用旋转涂覆技术，在第一层间绝缘体SZa上形成光刻胶层(未示出)。通过利用光掩膜，借助曝光工艺，掩膜图案被转印到光刻胶层上。通过对光刻胶层进行显影处理，产生光刻胶掩膜PM1。
按照本发明的第一实施例，形成光刻胶掩膜PM1，以致在第一层间绝缘体SZa中，将形成第一波导部件131a的区域的表面被曝光，其余区域被遮蔽。
如图6B中所示，形成开孔K1。
利用光刻胶掩膜PM1，部分的第一层间绝缘体SZa被蚀刻掉，从而在第一层间绝缘体SZa中形成开孔K1。
开孔K1是在第一层间绝缘体SZa的面对光电二极管21的受光面JS的区域中形成的，如图6B中所示。
开孔K1的侧壁与垂直于受光面JS的z方向平行。按照开孔K1在与受光面JS平行的xy平面中的截面小于受光面JS的面积的方式形成开孔K1。开孔K1的中心线也对准受光面JS的中心。通过各向异性蚀刻形成开孔K1。
例如，通过利用四氟化碳(CF4)气体可进行反应蚀刻工艺，或者通过利用电子回旋共振(ECR)等离子体可进行各向异性蚀刻工艺。第一层间绝缘体SZa被蚀刻掉，直到曝露光电二极管21的表面为止。从而形成开孔k1。对开孔K1的长宽比没有任何特殊限制。
进行灰化工艺或类似工艺，以除去光刻胶掩膜PM1。
参见图7A，形成第一波导部件131a。
在通过部分除去第一层间绝缘体SZa而产生的开孔K1内形成第一波导部件131a。
在层形成过程中，利用等离子体CVD技术用氮化硅(SiN)层充填开孔K1。在形成层之后，利用化学机械抛光(CMP)技术使形成的层的表面平面化。这样在开孔K1内形成第一波导部件131a。
如图7B中所示，形成第二层间绝缘体SZb和光刻胶掩膜PM2。
形成第二层间绝缘体SZb，以覆盖第一层间绝缘体SZa。和第一层间绝缘体SZa一样，第二层间绝缘体SZb由二氧化硅层形成。在第二层间绝缘体SZb内形成第二配线H2和第三配线H3。通过damocene工艺形成第二配线H2和第三配线H3。
和光刻胶掩膜PM1一样，利用平版印刷技术在第二层间绝缘体SZb上形成光刻胶掩膜PM2。
按照第一实施例，形成光刻胶掩膜PM2，以致在第二层间绝缘体SZb中，将形成第二波导部件131b的区域的表面被曝露，而剩余区域被覆盖。
形成开孔K2，如图8A中所示。
通过利用光刻胶掩膜PM2，用蚀刻工艺部分除去第二层间绝缘体SZb，在第二层间绝缘体SZb中形成开孔K2。
更具体地说，按照使开孔K2面对第一波导部件131a的光入射面131ai的方式，在第二层间绝缘体SZb中打开开孔K2，如图8A中所示。
按照本发明的第一实施例，开孔K2的侧壁沿垂直于受光面JS的z方向延伸。开孔K2在平行于受光面JS的xy平面中的截面大于第一波导部件131a的光入射面131ai的面积。通过平行于受光面JS的xy平面的开孔K2的中心线对准受光面JS的中心。和开孔K1一样，通过各向异性蚀刻工艺形成开孔K2。通过灰化工艺除去光刻胶掩膜PM2。
形成第二波导部件131b，如图8B中所示。
在通过部分除去第二层间绝缘体SZb而产生的开孔K2内形成第二波导部件131b。例如，按照和产生第一波导部件131a相同的方式产生第二波导部件131b。
产生第三层间绝缘体SZc和光刻胶掩膜PM3，如图9A中所示。
形成第三层间绝缘体SZc，以覆盖第二层间绝缘体SZb。按照和分别制造第一层间绝缘体SZa和第二层间绝缘体SZb相同的方式，第三层间绝缘体SZc由二氧化硅制成。第四配线H4和第五配线H5被嵌入第三层间绝缘体SZc中。例如，利用damocene工艺产生第四配线H4和第五配线H5。
按照和形成光刻胶掩膜PM1相同的方式，利用平版印刷技术，在第三层间绝缘体SZc上形成光刻胶掩膜PM3。
按照第一实施例，形成光刻胶掩膜PM3，以致在第三层间绝缘体SZc中，将形成第三波导部件131c的区域的表面被曝露，而其余区域被覆盖。
形成开孔K3，如图9B中所示。
通过利用光刻胶掩膜PM3，用蚀刻工艺部分蚀刻掉第三层间绝缘体SZc，在第三层间绝缘体SZc中形成开孔K3。
更具体地说，参考图9B，在第三层间绝缘体SZc中形成开孔K3，以致开孔K3面对第二波导部件131b的光入射面131bi。
按照本发明的第一实施例，开孔K3的侧壁平行于z方向。开孔K3在平行于受光面JS的xy平面中的截面大于第二波导部件131b的光入射面131bi的面积。和平行于受光面JS的xy平面垂直的开孔K3的中心线对准受光面JS的中心。与开孔K1和K2一样，通过各向异性蚀刻工艺形成开孔K3。随后通过灰化工艺除去光刻胶掩膜PM3。
随后形成第三波导部件131c，如图10中所示。
在通过部分除去第三层间绝缘体SZc形成的开孔K3内，形成波导路径131的第三波导部件131c。例如，按照与分别形成第一波导部件131a和第二波导部件131b相同的方式，形成第三波导部件131c。
在受光面JS上逐次形成第一波导部件131a，第二波导部件131b和第三波导部件131c。从而产生波导路径131。
产生滤色片301和微透镜111，如图4中所示。
在承载波导路径131的表面之上形成平面化层HTa，随后使之平面化。
随后在平面化层HTa之上形成滤色片301。例如，利用旋转涂覆技术把由每种颜色的着色颜料和光刻胶树脂构成的涂覆液体涂在平面化层HTa上，从而形成涂层。随后利用平版印刷技术使涂层图案化。从而产生形成滤色片301的每种颜色的滤光层。
形成平面化层HTb，以使滤色片301的表面平面化。
从而通过在平面化层HTb上形成微透镜111，完成固态成像器1，如图4中所示。
结论
按照本发明的第一实施例，波导路径131包括层叠在受光面JS上的第一～第三波导部件131a、131b和131c，如图4中所示。如果波导路径131由单个波导部件构成，那么形成高长宽比的开孔，可能导致可靠性和产品成品率的降低。相反，第一实施例的波导路径131包括多个波导部件，即，第一～第三波导部件131a、131b和131c，产生可靠的波导路径。从而，第一实施例的固态成像器1提供高可靠性和高产品成品率。
按照本发明的第一实施例，最接近受光面JS的第一波导部件131a的光出射面131ae面对受光面JS。第一波导部件131a的光出射面131ae的面积小于离受光面JS最远的第三波导部件131c的光入射面131ci的面积。第一波导部件131a的光出射面131ae的面积小于光电二极管21的受光面JS的面积。按照第一实施例，波导路径131捕捉大量的光，从而导致增益的增大和控制混色。从而改善画质。在完全开放F值下获得高增益，并且增益阴影较小。
按照本发明的第一实施例，波导路径131包括其侧壁沿垂直于受光面JS的z方向延伸的波导部件131a、131b和131c。从而画质被提高，如下所述。
图11图解说明按照本发明的第一实施例，光线角度和入射在光电二极管21的受光面JS上的光的光强度之间的关系。在图11中，横坐标表示相对于微透镜111的光轴KJ，入射在微透镜111上的光线角度θ°，纵坐标表示入射在光电二极管21的受光面JS上的光的光强度I。
由本发明的第一实施例的固态成像器1提供的结果用实线表示，比较例的结果用虚线表示。
图12是图解说明用作图11中图示的比较例的固态成像器的主要部分的截面图。在图12中，相同的部件用相同的附图标记表示。
不同于本发明的第一实施例，比较例的波导路径131具有相对于受光面JS连续锥形化的侧壁，而不是相对于受光面JS的直的垂直构型。更具体地说，随着波导路径131的侧壁的倾斜，波导路径131朝着受光面JS持续不断变小，即，允许光通过其中的波导路径131的截面随着接近受光面JS而变小。
通过比较第一实施例和比较例，如图11中所示，即使就较宽的光线角度θ来说，具有垂直于受光面JS的侧壁的波导路径131也允许光电二极管21以较高的光强度接收光。
参见图12，在比较例中，使波导路径131的侧壁相对于受光面JS倾斜。在这种情况下，入射光束L以相对于微透镜111的光轴KJ倾斜的角度进入，在波导路径131的倾斜侧壁上被不断反射，每次其入射角变化，随后被输出给受光面JS。更具体地说，入射光束L改变其相对于和受光面JS平行的xy平面的前进角度。有时，入射光束L不被反射，而是透过波导路径131的侧壁，如图12中所示。增益会降低，光可能进入另一个相邻像素，导致混色。画质被降低。
图13是图解说明入射光束L如何穿过本发明的第一实施例的固态成像器1的波导路径131的截面图。
按照第一实施例，波导路径131的侧壁垂直于受光面JS。如图13中所示，入射光束L相对于微透镜111的光轴KJ成倾斜角地进入，以特定的角度在波导路径131的倾斜侧壁上被反复完全反射，随后被输出给受光面JS。从而，波导路径131不存在增益降低，由于光进入另一相邻像素而引起的混色。
按照本发明的第一实施例，波导路径131包括波导部件131a、131b和131c，波导部件131a、131b和131c具有沿z方向延伸，并由台阶Dab和Dbc限定，并且在平行于受光面JS的xy平面中位置不同的侧壁。波导部件131a、131b和131c被布置成以致从台阶Dab和Dbc射出波导路径131外的光作为消逝光重新进入波导路径131。台阶Dab和Dbc的宽度尺寸都小于进入波导路径131的光的波长。
图14A-14D图解说明按照本发明的第一实施例，入射在波导路径131上的光如何经台阶Dab传播。
图14A图解说明在条件(a)下获得的结果，图14B图解说明在条件(b)下获得的结果。在条件(a)和(b)下，台阶Dab的宽度尺寸d小于入射光的波长。图14C图解说明在台阶Dab的宽度尺寸d等于或大于入射光的1/2波长的条件下(c)下获得的结果。图14D图解说明在条件(d)下获得的结果。图14A-14D图解说明指示通过在使用基于时域有限差分(FDTD)方法的波模拟器进行的光学模拟中，使电场强度平方而获得的值的图像。为了便于图解说明，图14A-14D在比例尺方面不同。入射光的倾斜角是相对于和受光面JS垂直的直线的倾斜角。
条件(a)
入射光的波长：550纳米
入射光的倾斜角：25°
波导部件131a、131b和131c的折射率：1.7
层间绝缘体SZa、SZb和SZc(包覆层)的折射率：1.45
台阶Dab的宽度尺寸d：100纳米
条件(b)
入射光的倾斜角：15°
其余条件和条件(a)相同
条件(c)
台阶Dab的宽度尺寸d：300纳米
其余条件和条件(a)相同
条件(d)
台阶Dab的宽度尺寸d：600纳米
入射光的倾斜角：35°
其余条件和条件(a)相同
如果台阶Dab的宽度尺寸d小于入射光的波长，如图14A-14C中所示，那么入射光沿着xy平面传播。即使光部分从台阶Dab射出，射出的光也会作为消逝光重新进入波导路径131。如果台阶Dab的宽度尺寸d约为入射光的波长的一半，那么出射的光更适当地重新进入波导路径131。
更具体地说，如图14A中所示，如果在条件(a)下，台阶Dab的宽度尺寸d小于入射光的波长(550纳米)，那么光射到上面的较宽开孔。入射光朝着光电二极管21的中心被反射，随后进入下面的开孔和台阶Dab，随后被透射。即使使主光束以倾斜角入射，主光束也朝着光电二极管21的中心方向传播和弯曲。
如果和条件(a)相反，入射光的入射角较小(低至15°)，与图14B中图解说明的条件(b)中一样，那么与在条件(a)下相比，更多的入射光直接进入台阶Dab。即使入射光进入台阶Dab，如图14B中所示，光也被折射向光电二极管21。
在图14C中所示的条件(c)下，台阶Dab的宽度尺寸(300纳米)超过入射光的波长(550纳米)的一半。光漏出波导路径131，随后在下面的波导部件返回波导路径131。部分光未能返回，从而与条件(a)和(b)相比，发生增益损失。为了在控制损失的情况下，使光有效地穿过波导路径131，台阶的宽度尺寸d最好约为或者小于入射光的波长的一半。
在图14D中图解说明的条件(d)下，台阶Dab的宽度尺寸d等于或大于入射光的波长。在台阶Dab，入射光在xy平面中传播。如果部分光被射出波导路径131，那么射出的光不能作为消逝光重新进入波导路径131。
按照本发明的第一实施例，光适当地在波导路径131内传播，并被输出给受光面JS。所捕捉图像的画质得到改善。
第二实施例
设备结构
图15是图解说明按照本发明的第二实施例的固态成像器1的主分部分的截面图。和图4一样，图15图解说明像素P的截面。
参见图15，波导路径131不同于第一实施例中的波导路径131。第二实施例的固态成像器1的其余结构与第一实施例的相同。相同的部件用相同的附图标记表示。
和第一实施例的波导路径131一样，第二实施例的波导路径131包括第一～第三波导部件131a、131b和131c。
在波导路径131中，第一～第三波导部件131a、131b和131c的侧壁被布置在xy平面中的不同位置，以致在垂直于受光面JS的z方向上形成台阶Dab和Dbc。
在第二实施例的波导路径131中，使台阶Dab和Dbc相对于和受光面JS垂直的z方向成倾斜角地锥形化。波导路径131的垂直侧壁至少占据一半的侧壁总面积，锥形的台阶区占据不到一半的侧壁总面积。
更具体地说，如图15中所示，在第一波导部件131a中，光入射面131ai的面积大于光出射面131ae的面积。在高度方面，第一波导部件131a具有从下端部延伸到上端部附近的垂直于受光面JS的侧壁，和在上端部的反向锥形化的侧壁。
如图15中所示，在第二波导部件131b中，光入射面131bi的面积大于光出射面131be的面积。第二波导部件131b的光出射面131be的形状和第一波导部件131a的光入射面131ai的形状相同。第二波导部件131b具有从下端部延伸到上端部附近的垂直于受光面JS的侧壁，和在上端部的随着高度反向锥形化的侧壁。
第三波导部件131c的光出射面131ce的形状和第二波导部件131b的光入射面131bi的形状相同。第三波导部件131c具有从下端延伸到上端的垂直于受光面JS的侧壁。
制造方法
下面说明上述固态成像器1的制造方法。
图16A和16B～图19A和19B是按照本发明的第二实施例，加工步骤中的固态成像器1的主要部分的截面图。
参见图16A，形成第一层间绝缘体SZa和光刻胶掩膜PM1。
在按照和第一实施例相同的方式形成光电二极管21之后，形成第一层间绝缘体SZa。形成第一层间绝缘体SZa，以覆盖基板101中的光电二极管21。
光刻胶掩膜PM1是利用平版印刷技术形成的。
按照本发明的第二实施例，形成光刻胶掩膜PM1，以致在第一层间绝缘体SZa中，将形成第一波导部件131a的垂直侧壁的区域的表面被曝露，而其余区域被覆盖。
如图16B中所示，形成开孔K1a。
利用光刻胶掩膜PM1，蚀刻掉部分的第一层间绝缘体SZa，从而在第一层间绝缘体SZa中形成开孔K1a。
按照第二实施例，按照在垂直于受光面JS的z方向上，随着高度使开孔K1a反向锥形化的方式，形成开孔K1a。更具体地说，通过各向同性蚀刻工艺形成开孔K1a。
例如，通过利用含四氟化碳(CF4)气体的等离子体，第一层间绝缘体SZa被部分蚀刻到约100纳米的深度。这种情况下，和垂直方向上一样，在水平方向上把第一层间绝缘体SZa蚀刻到相同的程度。
从而形成开孔K1b，如图17A中所示。
利用光刻胶掩膜PM1，部分蚀刻掉第一层间绝缘体SZa。从而从第一层间绝缘体SZa的上端到下端，穿过第一层间绝缘体SZa形成开孔K1b。
按照本发明的第二实施例，开孔K1b的侧向内壁和垂直于受光面JS的z方向平行。从而形成开孔K1b，以致开孔K1b在平行于受光面JS的xy平面中的截面的面积小于受光面JS的面积。开孔K1b的中心轴与受光面JS的中心对准。按照和本发明的第一实施例相同的方式，通过各向异性蚀刻工艺形成开孔K1b。
进行灰化工艺或类似工艺，以除去光刻胶掩膜PM1。进行蚀刻工艺，直到露出光电二极管21的表面为止。可选的是，在露出光电二极管21的表面之前，可中途停止蚀刻工艺。
参见图17B，形成第一波导部件131a。
在通过部分除去第一层间绝缘体SZa而产生的开孔K1a和K1b内形成第一波导部件131a。
在层形成过程中，利用等离子体CVD技术用氮化硅(SiN)层充填开孔K1a和K1b。在形成层之后，利用CMP工艺使形成的层的表面平面化。这样在开孔K1a和K1b内形成第一波导部件131a。
如图18A中所示，形成第二层间绝缘体SZb和光刻胶掩膜PM2。
形成第二层间绝缘体SZb，以覆盖第一层间绝缘体SZa。和第一实施例中一样，第二层间绝缘体SZb由二氧化硅层形成。
和光刻胶掩膜PM1一样，利用平版印刷技术，在第二层间绝缘体SZb上形成光刻胶掩膜PM2。
按照第二实施例，形成光刻胶掩膜PM2，以致在第二层间绝缘体SZb中，将形成第二波导部件131b的垂直侧壁的表面的区域的表面被曝露，而其余区域被覆盖。
如图18B中所示，形成开孔K2a。
更具体地说，通过利用光刻胶掩膜PM2，部分蚀刻掉第二层间绝缘体SZb，在第二层间绝缘体SZb中打开开孔K2a。
按照和形成开孔K1a相同的方式，形成开孔K2a，以致在垂直于受光面JS的z方向上，使开孔K2a随着高度反向锥形化。更具体地说，通过各向同性蚀刻工艺形成开孔K2a。
如图19A中所示，形成开孔K2b。
利用光刻胶掩膜PM2，部分蚀刻掉第二层间绝缘体SZb。从而从第二层间绝缘体SZb的上端到下端形成开孔K2b。
按照本发明的第二实施例，开孔K2b的侧向内壁和垂直于受光面JS的z方向平行。从而形成开孔K2b，以致开孔K2b在平行于受光面JS的xy平面中的截面的面积等于第一波导部件131a的光入射面131ai的面积。开孔K2b的中心轴与受光面JS的中心对准。按照和本发明的第一实施例相同的方式，通过各向异性蚀刻工艺形成开孔K2b。
进行灰化工艺或类似工艺，以除去光刻胶掩膜PM2。
如图19B中所示，形成第二波导部件131b。
在通过部分除去第二层间绝缘体SZb而产生的开孔K2a和K2b内形成第二波导部件131b。
例如，按照和形成第一波导部件131a相同的方式，在开孔K2a和K2b内形成第二波导部件131b。
和第一实施例中一样，形成第三层间绝缘体SZc，滤色片301和微透镜111，从而完成固态成像器1。
结论
按照第二实施例，波导路径131包括具有相对于和受光面JS垂直的z方向成倾斜角的锥形表面的台阶Dab和Dbc。
图20图解说明按照本发明的第二实施例，入射在波导路径131上的入射光束如何经台阶Dab传播。
图20图解说明条件(e)下的模拟结果。更具体地说，图20图解说明指示通过在使用基于时域有限差分(FDTD)方法的波模拟器进行的光学模拟中，使电场强度平方而获得的值的图像。
条件(e)
入射光的波长：550纳米
入射光的倾斜角：25°
波导部件131a、131b和131c的折射率：1.7
层间绝缘体SZa、SZb和SZc(包覆层)的折射率：1.45(二氧化硅层)
台阶Dab的宽度尺寸d：100纳米
台阶Dab的锥角：45°
由于如图20中所示，台阶Dab具有相对于和受光面JS垂直的z方向倾斜的锥面，因此光在波导路径131内传播。更具体地说，作为波传播的光被单片微透镜收集，进入波导路径131的锥形部分，在所述锥形部分，光被转向光电二极管21的中心。
按照本发明的第二实施例，光可靠地在波导路径131内传播，到达受光面JS。从而，第二实施例的固态成像器1按照和第一实施例的固态成像器1相同的方式改善所捕捉图像的画质。
第三实施例
设备结构
图21是图解说明按照本发明的第三实施例，像素P和波导路径131的光入射面131ci之间的关系的平面图。图22是本发明的第三实施例的固态成像器1的主要部分的截面图。和图4一样，图22图解说明沿图21中的线XXII-XXII获得的像素P的截面。
参见图21，第三实施例中，像素P和第三波导部件131c的光入射面131ci之间的关系不同于本发明的第一实施例中的对应关系。参见图22，第三实施例中的波导路径131的形状，微透镜111，滤色片301，和配线H1、H2、H3、H4和H5的位置都和第一实施例中不同。更具体地说，通过“瞳孔校正”调整各个部件的位置关系。第三实施例的其余部分和第一实施例相同，从而省略第三实施例与第一实施例相同的结构的讨论。
参见图21，在基板101的成像区PA上，成矩阵地布置多个像素P。
沿x方向和y方向布置多个光电二极管21的受光面JS，第一间距P1等于多个像素P的间距。更具体地说，沿x方向和y方向从成像区PA的中心布置光电二极管21的受光面JS，以致每两个相邻受光面JS的中心之间的距离等于每两个相邻像素P的中心之间的距离。
在第三波导部件131c的光入射面131ci在相应像素P之内的情况下，按小于第一间距P1的第二间距P2布置多个波导路径131，如图21中所示。更具体地说，沿x方向和y方向从成像区PA的中心布置第三成像部件131c，以致每两个相邻光入射面131ci的中心之间的距离小于每两个相邻像素P的中心之间的距离。例如，按第二间距P2布置波导路径131的光入射面131ci，所述第二间距P2响应从形成光学系统42的光学透镜输出的光束的角度被同轴调整。
另外在波导路径131中，形成第一波导部件131a的光出射面131ae，以面对受光面JS，如图22中所示。从而，在xy平面中，第一波导部件131a的光出射面131ae在位置方面偏离第三波导部件131c的光入射面131ci。按照第三实施例，第一波导部件131a的光出射面131ae是按第一间距P1布置的。每两个相邻光出射面131ae的中心之间的距离等于每两个相邻受光面JS的中心之间的距离，和每两个相邻像素P的中心之间的距离。
在如图22中图解说明的波导路径131中，在xy平面中，第二波导部件131b的光出射面131be偏离第三波导部件131c的光入射面131ci。按照第三实施例，第二波导部件131b的光出射面131be是按介于第一间距P1和第二间距P2之间的某一间距布置的。
如图22中所示，配线H1、H2、H3、H4和H5沿垂直于受光面JS的z方向排列。按照第三实施例中，配线H1、H2、H3、H4和H5也被偏移，以致配线H1、H2、H3、H4和H5与相应的波导部件131a、131b和131c的侧壁隔开一定距离。
如图22中所示布置微透镜111，以致其光轴KJ对准第三波导部件131c的光入射面131ci的中心。
如图22中所示布置滤色片301，以致其中心对准微透镜111的光轴KJ。
结论
按照本发明的第三实施例，第三波导部件131c被布置成以致以比像素P的第一间距P1小的第二间距P2隔开光入射面131ci。配线H1、H2、H3、H4和H5也被相应地偏移。
从而，第三实施例的固态成像器1防止产生光学阴影，从而提高画质。
第四实施例
设备结构
图23是按照本发明的第四实施例的像素P的平面图。图24是图解说明按照本发明的第四实施例的固态成像器1的主要部分的截面图。和图4一样，图24图解说明沿图23中的线XXIV-XXIV获得的像素P的截面。
参见图23，第四实施例中，光电二极管21的受光面JS和第三波导部件131c的光入射面131ci之间的关系不同于第一实施例中的对应关系。参见图24，第四实施例中的波导路径131的形状和第一实施例中不同。第四实施例的固态成像器1的结构的其余部分和第一实施例相同，从而省略对其的讨论。
考虑到图23中图解说明的一对像素P，光电二极管21被这样布置，以使受光面JS偏离像素P的中心，从而相互更接近。传输晶体管(未示出)被布置在每个像素P中，除传输晶体管外的像素晶体管由所述一对像素P共用。
参见图23，使第三波导部件131c的光入射面131ci的中心对准形成每个像素P的波导路径131中的像素P的中心。
参见图24，形成第一波导部件131a的光出射面131ae，以面对受光面JS，并使之在xy平面中偏离第三波导部件131c的光入射面131ci。
另外参见图24，在xy平面中，使第二波导部件131b的光出射面131be偏离第三波导部件131c的光入射面131ci。第二波导部件131b被这样布置，以致其中心在y方向上出现在第一波导部件131a的中心和第三波导部件131c的中心之间。
另外参见图24，使配线H1、H2、H3、H4和H5沿垂直于受光面JS的z方向排列。按照本发明的第四实施例，配线H1、H2、H3、H4和H5被偏移，以致配线H1、H2、H3、H4和H5与相应波导部件131a、131b和131c的侧壁隔开相同的距离。
结论
由于按照本发明的第四实施例，在一对像素中，光电二极管21的受光面JS彼此更接近，因此捕捉图像的半导体部件能够被所述一对像素共用。与微透镜111和受光面JS之间的位置关系对应地布置波导路径131。
和第一实施例的固态成像器1一样，第四实施例的固态成像器1提高可靠性和产品成品率，并且提高所捕捉图像的画质。
备选实施例
本发明并不局限于上述实施例，可以实现各种修改。
在上面说明的实施例中，本发明被应用于CMOS图像传感器。本发明并不局限于CMOS图像传感器。本发明同样适用于电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
在上面说明的实施例中，在层间绝缘体中打开开孔，随后填充光学材料，以便产生波导部件。本发明并不局限于该方法。
图25A和25B图解说明按照本发明的一个实施例的波导路径的加工步骤。
参见图25A，形成第一波导部件131a。首先形成光学材料层，随后利用光刻技术使之图形化，从而形成第一波导部件131a。
参见图25B，形成第一层间绝缘体SZa，以环绕第一波导部件131a。
这样，可形成波导部件131a、131b和131c，以及层间绝缘体SZa、SZb和SZc。
在波导路径131的侧壁周围可布置侧壁光波路径。
图26是图解说明按照本发明的一个实施例的固态成像器的主要部分的截面图。和图4一样，图26图解说明像素P的截面。
参见图26，在第一波导路径131a的侧壁周围布置第一侧壁波导路径SW1。在第二波导路径131b的侧壁周围布置第二侧壁波导路径SW2。在第三波导路径131c的侧壁周围布置第三侧壁波导路径SW3。
侧壁波导路径SW1-SW3由折射率比在其周围的层间绝缘体SZa、SZb和SZc和在其内的波导路径131的折射率高的光学材料制成。侧壁波导路径SW1-SW3由氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)等制成。
由于光在被如此限制在侧壁波导路径SW1-SW3之内的时候传播，从而获得高增益。
在本实施例中，折射率比第一～第三层间绝缘体SZa、SZb和SZc的折射率低的材料可被布置成围绕波导路径131的侧面。
图27是按照本发明的这种实施例的固态成像器的主要部分的截面图。和图4一样，图27图解说明像素P的截面。
参见图27，在基板101和第一配线H1之间布置第一低折射率部件TK1。在第一配线H1和第二配线H2之间布置第二低折射率部件TK2。在第二配线H2和第三配线H3之间布置第三低折射率部件TK3。在第三配线H3和第四配线H4之间布置第四低折射率部件TK4。在第四配线H4和第五配线H5之间布置第五低折射率部件TK5。
由于从波导路径131的侧壁输出的光被低折射率部件TK1、TK2、TK3、TK4和TK5阻挡，防止光进入相邻像素的光电二极管21。可控制混色，从而提高所捕捉图像的画质。
在本发明的一个实施例中，可以组合四个像素P。
图28图解说明按照这种实施例中的像素P的结构。
参见图28，四个像素P被组合成一组，光电二极管21的两个受光面JS沿x方向排列，光电二极管21的两个受光面JS沿y方向排列。在这四个像素P中，浮动扩散区FD被布置在所有四个像素P的中心。传输晶体管22被布置在浮动扩散区FD和这四个像素P的每个受光面JS之间。除传输晶体管22之外的像素晶体管被这四个像素P共用。
具体地说，每个传输晶体管22使其源极与相应的光电二极管21电连接，使其漏极与单个复位晶体管25的源极电连接。浮动扩散区FD与单个放大器晶体管23电连接。放大器晶体管23的源极与单个地址晶体管24的漏极电连接。从电源分别向复位晶体管25和放大器晶体管23的漏极供给电压。地址晶体管24使源极与垂直信号线电连接。
向每个传输晶体管22的栅极供给行传输信号。复位晶体管25在其栅极接收行复位信号。地址晶体管24在其栅极接收行选择信号。借助供给相应晶体管的这些信号，逐个像素地进行信号电荷的读出操作。
在上面引用的实施例中，像素P是沿x和y方向布置的。本发明并不局限于这种安排。在本发明的一个实施例中，可相对于x和y方向都成倾斜角地布置像素P。
图29图解说明这种实施例中的像素P的结构。
参见图29，相对于x和y方向都成45°地布置像素P。
在每个上面引用的实施例中，固态成像器1对应于本发明的实施例的固态成像器。照相机40对应于本发明的实施例的照相机。光电二极管21对应于本发明的实施例的光电转换区。微透镜111对应于本发明的实施例的微透镜。波导路径131对应于本发明的实施例的波导路径。第一波导部件131a对应于本发明的实施例的第一波导部件。第三波导部件131c对应于本发明的实施例的第二波导部件。
本申请包含与在2008年11月17日提交的日本优先权专利申请JP 2008-293314，和在2009年3月13日提交的日本优先权专利申请JP 2009-060761中公开的主题相关的主题，上述申请的整个内容在此引为参考。
本领域的技术人员应明白，根据设计要求和其它因素，可产生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在附加权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (12)

1.一种固态成像器，包括：
光电转换区，用于把在光电转换区的受光面接收的光束光电转换成信号电荷；和
把光束引导到受光面的波导路径，
所述波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在光入射面的光束引导到光出射面，所述多个波导部件层叠在受光面上，多个波导部件之中最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中离受光面最远的第二波导部件的光入射面；
其中每个波导部件分别由每个层间绝缘体围绕；
其中所述多个光电转换区被布置在基板的表面上，所述多个光电转换区的受光面彼此隔开第一间距，
其中所述多个波导路径被布置在基板的表面上，多个波导路径的第二波导部件的光入射面彼此隔开第二间距，第二间距小于第一间距，并且在与受光面平行的平面中，第一波导部件的光出射面相对于第二波导部件的光入射面被移动，以致第一波导部件的光出射面面对受光面。
2.按照权利要求1所述的固态成像器，其中波导路径的多个波导部件均沿垂直于受光面的方向延伸。
3.按照权利要求2所述的固态成像器，其中波导路径包含在沿垂直于受光面的方向延伸的侧面上的台阶，其中所述多个波导部件具有在平行于受光面的平面中位置不同的侧面，其中所述多个波导部件被层叠，以致在波导路径的台阶处发射的光作为消逝光重新进入波导路径。
4.按照权利要求3所述的固态成像器，其中波导路径的多个波导部件被层叠，以致在平行于受光面的平面中，所述台阶的宽度小于入射在波导路径上的光的波长。
5.按照权利要求2所述的固态成像器，其中相对于垂直于受光面的方向，使波导路径的台阶逐渐减小。
6.按照权利要求1-5任意之一所述的固态成像器，其中波导路径的第一波导部件具有面积小于光电转换区的受光面的光出射面。
7.按照权利要求6所述的固态成像器，其中多个光电转换区被布置在基板的表面上，
其中分别针对多个光电转换区，在基板的表面上布置多个波导路径。
8.按照权利要求7所述的固态成像器，还包含沿垂直于受光面的方向排列、并且与波导路径的侧面隔开的多个配线，
其中所述多个配线包括对第一波导部件的侧面布置的第一配线和对第二波导部件的侧面布置的第二配线，第一配线和第二配线被布置在与受光面平行的平面中的不同位置。
9.按照权利要求8所述的固态成像器，还包含多个微透镜，用于把入射光引导到波导路径，
其中在基板的表面上分别针对多个波导路径布置所述多个微透镜。
10.按照权利要求7所述的固态成像器，还包含多个微透镜，用于把入射光引导到波导路径，
其中在基板的表面上分别针对多个波导路径布置所述多个微透镜，并使每个微透镜的光轴偏离相应受光面的中心，和
其中第一波导部件和第二波导部件在与受光面平行的平面中被移动，以致使第一波导部件的光入射面对准微透镜的光出射面，并且以致使第二波导部件的光出射面对准受光面。
11.一种照相机，包含：
光电转换区，用于把在光电转换区的受光面接收的光束光电转换成信号电荷；和
把光束引导到受光面的波导路径，
所述波导路径包括多个波导部件，每个波导部件把入射在光入射面的光束引导到光出射面，所述多个波导部件层叠在受光面上，多个波导部件之中最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中离受光面最远的第二波导部件的光入射面；
其中每个波导部件分别由每个层间绝缘体围绕；
其中所述多个光电转换区被布置在基板的表面上，所述多个光电转换区的受光面彼此隔开第一间距，
其中所述多个波导路径被布置在基板的表面上，多个波导路径的第二波导部件的光入射面彼此隔开第二间距，第二间距小于第一间距，并且在与受光面平行的平面中，第一波导部件的光出射面相对于第二波导部件的光入射面被移动，以致第一波导部件的光出射面面对受光面。
12.一种制造固态成像器的方法，包括下述步骤：
形成用于把在受光面接收的光束光电转换成信号电荷的光电转换区；和
形成把光束引导到受光面的波导路径，
其中形成波导路径的步骤包括在受光面上层叠多个波导部件，每个波导部件把其光入射面上的光束引导到其光出射面，和
其中多个波导部件之中最接近受光面的第一波导部件的光出射面面对受光面，并且面积小于多个波导部件中离受光面最远的第二波导部件的光入射面；
其中每个波导部件分别由每个层间绝缘体围绕；
其中所述多个光电转换区被布置在基板的表面上，所述多个光电转换区的受光面彼此隔开第一间距，
其中所述多个波导路径被布置在基板的表面上，多个波导路径的第二波导部件的光入射面彼此隔开第二间距，第二间距小于第一间距，并且在与受光面平行的平面中，第一波导部件的光出射面相对于第二波导部件的光入射面被移动，以致第一波导部件的光出射面面对受光面。
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