CN102249178B - 固体摄像装置、其制造方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体摄像装置、其制造方法和电子设备，所述固体摄像装置包括基板、固体摄像器件和微机电系统(MEMS)器件。固体摄像器件和MEMS器件配置为形成在同一基板上。本发明可以使装置小型化，提高产量并减少生产成本。

Description

固体摄像装置、其制造方法以及电子设备
相关申请的交叉引用
本发明包含2010年5月20日向日本专利局提交的日本专利申请JP2010-116461中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、其制造方法和电子设备，具体地涉及一种形成为与MEMS(微机电系统)元件混合配置在同一芯片上的固体摄像装置、其制造方法和电子设备。
背景技术
例如，诸如数字视频电子设备、数字静物电子设备等电子设备具有诸如CCD(电荷耦合器件)图像传感器或CMOS(互补金属氧化物硅晶体管)图像传感器等固体摄像装置。
例如，日本专利特开2004-153503号(下面称作专利文献1)公开了一种将角速度传感器部并入上述现有的固体摄像装置中的相机模块。具体来说，该相机模块具有将角速度传感器部安装于摄像系统部的机壳/壳体上的构造。
在专利文献1的相机模块中，摄像系统部和角速度传感器部彼此结合为相机模块，然而不是设置在同一芯片上。于是，增加了安装面积和安装体积，并且难以减小装置的尺寸。
例如，日本专利特开2009-139202号(下面称作专利文献2)公开了一种将CMOS电路和电容式MEMS元件集成在同一芯片上的半导体装置。虽然CMOS电路和电容式MEMS元件集成在同一芯片上，但是该构造不是将固体摄像装置和MEMS元件集成在同一芯片上的构造。
例如，日本专利特开2001-4658号公报(下面称作专利文献3)公开了一种构造，其中，通过晶片层叠来制造由MEMS元件形成的两轴半导体加速度传感器。
在专利文献3中，例如，在制造两轴半导体加速度传感器的方法中，至少在半导体基板的背面和支撑基板的主表面的一个中形成凹部，随后将半导体基板的背面侧和支撑基板的主表面侧彼此层叠。接下来，对半导体基板进行蚀刻以形成由半导体基板的一部分构成的支持部、重量部、梁和固定电极。
可通过诸如在半导体基板或支撑基板中形成凹部的处理、将半导体基板和支撑基板彼此层叠的处理、蚀刻半导体基板的处理等相对简单的制造处理而提供具有高灵敏度的两轴半导体加速度传感器。
虽然通过晶片层叠形成了由MEMS元件构成的两轴半导体加速度传感器，但是该构造不是将固体摄像装置和MEMS元件集成在同一芯片上的构造。
发明内容
此处公开了将MEMS元件设置在与固体摄像装置相同的芯片上的一个以上发明。于是，通过将MEMS元件设置在与固体摄像装置相同的芯片上，可使装置小型化。
根据一个实施方式，固体摄像装置包括基板、固体摄像器件和微机电系统(MEMS)器件。固体摄像器件和MEMS器件配置为形成于同一基板上。
根据一个实施方式，电子设备包括固体摄像装置和用于对固体摄像装置所产生的信号进行处理的电路。固体摄像装置包括：(i)基板、(ii)固体摄像器件和(iii)微机电系统(MEMS)器件。固体摄像器件和MEMS器件形成于同一基板上。
根据一个实施方式，制造固体摄像装置的方法包括：在器件基板上至少指定微机电系统(MEMS)器件区和固体摄像器件区；在MEMS器件区中形成MEMS器件；此外，在形成MEMS器件的同时，在固体摄像器件区中形成固体摄像器件。
根据一个实施方式，制造固体摄像装置的方法包括：在器件基板上，至少指定微机电系统(MEMS)器件区和固体摄像器件区；在器件基板上形成绝缘层；在MEMS器件区中形成MEMS器件；在形成MEMS器件的同时，在固体摄像器件区中形成固体摄像器件；在绝缘层中形成间隙以使MEMS器件的部分露出；在MEMS器件区和固体摄像器件区上方固定支撑基板；此外，形成于MEMS器件区中并使MEMS器件的部分露出的间隙保留在绝缘层中。
附图说明
图1A是根据第一实施方式的固体摄像装置的平面图，并且图1B是示意性截面图；
图2A是表示在根据第一实施方式的固体摄像装置中设置的MEMS元件的细节的平面图，并且图2B～图2E分别是沿图2A中的线B-B’、C-C’、D-D’和E-E’的示意性截面图；
图3A～图3N是表示制造根据第一实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图；
图4是根据第二实施方式的固体摄像装置的示意性截面图；
图5A是表示在根据第二实施方式的固体摄像装置中设置的MEMS元件的细节的平面图，并且图5B是沿图5A中的线F-F’的示意性截面图；
图6A～图6R是表示制造根据第二实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图；
图7是根据第三实施方式的固体摄像装置的示意性截面图；
图8A是表示在根据第三实施方式的固体摄像装置中设置的MEMS元件的细节的平面图，并且图8B是沿图8A中的线G-G’的示意性截面图；
图9A～图9D是表示制造根据第三实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图；
图10是根据第一变化例的固体摄像装置的示意性截面图；
图11A和图11B是根据第二变化例的固体摄像装置的示意性截面图；以及
图12是根据第四实施方式的电子设备的示意性框图。
具体实施方式
下面，描述体现本发明的原则的器件和构造(这里称作实施方式)。以下列顺序进行描述。
1.第一实施方式(具有在同一芯片上的作为MEMS元件的XY轴位置传感器的固体摄像装置)
2.第二实施方式(具有在同一芯片上的作为MEMS元件的Z轴位置传感器的固体摄像装置)
3.第三实施方式(具有在同一芯片上的作为MEMS元件的麦克风的固体摄像装置)
4.第一变化例
5.第二变化例
6.第四实施方式(应用于电子设备)
<第一实施方式>
[固体摄像装置的构造]
根据本实施方式的固体摄像装置是具有在同一芯片上的作为MEMS元件的XY轴位置传感器的固体摄像装置。
MEMS(微机电系统)元件是一种微小的机电元件，且通常又称作微型机械装置。例如，MEMS元件具有诸如梁、膜等活动部件，该活动部件的位置依据惯性力、振动等而可变，并可形成用于通过对梁或膜的位置进行电检测而感测惯性力或振动的传感器。
MEMS元件例如可形成用于检测关于惯性力的XY轴的位置传感器、用于检测关于惯性力的Z轴的位置传感器或用于感测空气振动的麦克风。
本实施方式以XY轴位置传感器作为上述MEMS元件。
图1A是根据第一实施方式的固体摄像装置的平面图。图1B是根据第一实施方式的固体摄像装置的示意性截面图。
例如，由硅基板制成的器件基板10隔着由氧化硅等制成的绝缘膜15而与支撑基板20彼此层叠，从而形成半导体基板。
例如，半导体基板可分成MEMS元件区R1、引出电极区R2、焊盘电极区R3、周边电路区R4和固体摄像元件区R5。
例如，MEMS元件区R1包括振动电极区R11和固定电极区R12。
例如，在振动电极区R11中嵌有由第一导电层16a和第二导电层17a形成的振动电极。
在固定电极区R12中嵌有由第一导电层16b和第二导电层17b形成的固定电极。振动电极和固定电极形成平行板型电容元件。
在此情况中，例如，振动电极具有以梁的形式突出至振动膜DF结构的中空部分中的形状。在后面描述该结构。
例如，在器件基板10的绝缘膜15侧的表面中形成有用于将焊盘电极区R3、周边电路区R4、固体摄像元件区R5等彼此隔开的STI(浅沟槽隔离)元件隔离绝缘膜11。而且，在器件基板10的必要的区域中形成有导电杂质扩散层12。
例如，在周边电路区R4、固体摄像元件区R5等中，在器件基板10的绝缘膜15侧形成有栅极13，器件基板10与栅极13之间形成有未图示的栅极绝缘膜。在栅极13的两侧形成有侧壁绝缘膜14。
此外，在器件基板10中，在侧壁绝缘膜14的形成区域以及侧壁绝缘膜14的两侧部分，形成有未图示的源极和漏极。MOS晶体管形成为如上所述。
例如，在固体摄像元件区R5中，在器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面中，形成有未图示的光电二极管，所述光电二极管以逐个像素为基础进行划分。通过将包括光电二极管的像素布置为矩阵，形成光接收表面。
例如，在器件基板10的光接收表面侧的表面上，在除了像素的光入射区域之外的区域中形成有遮光膜21。在像素的光入射区域中，根据需要为每个像素形成红、绿、蓝滤色器22。
例如，在滤色器22上形成有由透光树脂制成的片上透镜23a，并且在遮光膜21上形成有由形成片上透镜23a的材料所制成的树脂层23。
例如，在焊盘电极区R3、周边电路区R4和固体摄像元件区R5中，与MOS晶体管等的栅极连接的上层布线16和焊盘电极17形成为嵌在绝缘膜15中。
在焊盘电极区R3中，形成有焊盘开口部P以使焊盘电极17露出。
此外，在振动电极区R11中，以类似于焊盘开口部P的方式形成开口部，从而形成振动膜结构。
图2A是表示设置在根据本实施方式的固体摄像装置中的MEMS元件的细节的平面图。图2B～图2E分别是沿图2A中的线B-B’、C-C’、D-D’和E-E’的示意性截面图。
器件基板10和支撑基板20隔着绝缘膜15彼此层叠。
形成板状振动电极的第一导电层16a和第二导电层17a以及形成固定电极的板状第一导电层16b和第二导电层17b彼此平行地交替布置。虽然图中图示了三个固定电极和布置于三个固定电极之间的两个振动电极，但本发明不限于此。
固定电极和振动电极每个都嵌入绝缘膜15中。在固定电极和振动电极的区域中，从器件基板10侧至支撑基板20的表面形成有开口部，从而形成振动膜结构DF。
在此情况中，如图2B和图2D所示，在振动电极的支撑基板20侧形成有气隙15v，使得气隙15v与形成振动膜结构DF的气隙连通。从而振动电极具有梁状结构，该梁状结构的位置可根据惯性力、振动等而变化。
在固定电极的支撑基板20侧没有上述气隙15v。因此，固定电极充分地固定于支撑基板20上。
振动电极和固定电极形成平行板型电容元件。振动电极的位置可根据惯性力、振动等而变化。于是，通过检测电容元件的电容而感测振动电极的位移，从而可测量惯性力或振动。
在本实施方式中，MEMS元件形成XY轴位置传感器。
例如，由在上述固体摄像元件区R5中的每个像素的光电二极管接收光而获得的光信号被浮动扩散部等转换为电压信号等。电压信号经过CDS(相关双采样)电路等，随后作为像素信号而输出。图像数据由从每个像素输出的像素信号构成。
根据需要，在周边电路区R4中形成各种图像处理电路，从而可对由上述获得的像素信号构成的图像数据进行图像处理。
上述的根据本实施方式的固体摄像装置使得MEMS元件可设置在与该固体摄像装置相同的芯片上。因此，可通过减小装置的安装面积而使该装置小型化。
下面说明用于制造根据第一实施方式的固体摄像装置的方法。
图3A～图3N是表示用于制造根据本实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图。
首先，如图3A所示，例如，形成STI元件隔离绝缘膜11以划分出器件基板10的焊盘电极区R3、周边电路区R4、固体摄像元件区R5等。用于STI元件隔离的沟槽的深度约为0.2～0.5μm。通过CVD(化学气相沉积)方法等嵌入氧化硅等而形成STI元件隔离绝缘膜11。
随后，如图3B所示，在例如MEMS元件区R1(振动电极区R11和固定电极区R12)、固体摄像元件区R5等器件基板10的必要的区域中，形成导电杂质扩散层12。例如，进行用于像素形成、周边电路形成和振动电极形成的离子注入。
在此情况中，为减少处理，可使用用于振动电极的离子注入兼作为用于像素形成和周边电路形成的离子注入。然而，仅具有相同极性的杂质被离子注入至振动电极中。
在此情况中，导电杂质可以是N型的或P型的。然而，期望选择能以尽可能高的浓度进行离子注入的导电杂质。
随后，如图3C所示，在例如周边电路区R4、固体摄像元件区R5等中形成未图示的栅极绝缘膜以及栅极13。以栅极13作为掩模对导电杂质进行离子注入，从而形成未图示的延伸区域。
随后，在栅极13的两侧部分形成侧壁绝缘膜14。以侧壁绝缘膜14作为掩模对导电杂质进行离子注入，从而形成源漏极区域。
根据需要适当地进行诸如RTA(快速热退火)处理等杂质激活处理。如上所述形成MOS晶体管。
接下来，如图3D所示，在整个表面上形成氧化硅等制成的绝缘膜15a以覆盖例如MOS晶体管。
视情况，将上层布线16嵌入焊盘电极区R3、周边电路区R4和固体摄像元件区R5中的绝缘膜15中。焊盘电极17形成为与上层布线16连接。
此外，在振动电极区R11和固定电极区R12中，以类似于形成上层布线的处理的方式形成第一导电层16a和16b，并且以类似于形成焊盘电极17的处理的方式形成第二导电层17a和17b。
如上所述，对第一导电层16a和16b以及第二导电层17a和17b进行布局，从而形成如图2A～图2E所示的平行板型电容元件的电极。
随后，如图3E所示，在例如焊盘电极17以及第二导电层17a和17b上面形成氧化硅等。在图3E中，氧化硅等图示为与上述绝缘膜15a形成为一体的绝缘膜15b。
随后，例如，通过CMP(化学机械研磨)处理，使绝缘膜15b的上表面平坦化。
随后，如图3F所示，图形化形成例如在振动电极区R11中具有开口的抗蚀剂膜PR1，并且以抗蚀剂膜PR1作为掩模进行诸如RIE(反应离子蚀刻)等各向异性蚀刻处理。从而形成使第二导电层17a的上部露出的气隙15v。
在将器件基板和支撑基板接合到一起时，上述蚀刻量足以避免振动电极的上部被接合。
随后，如图3G所示，将单独制备的支撑基板20层叠于例如绝缘膜15b的上表面。预先形成表面已平坦化的氧化硅绝缘膜15c以作为支撑基板20的层叠表面。
随后，如图3H所示，例如在室温至400℃的范围内，进行等离子体接合处理，使得绝缘膜15b和绝缘膜15c彼此形成为一体。在图3H中，绝缘膜15b和绝缘膜15c彼此形成为一体并且图示为绝缘膜15。等离子体接合处理在布线不会受到诸如熔化等损伤的温度范围内进行。
在该处理中，在绝缘膜15b和绝缘膜15c之间的界面部分保留了上述气隙15v。
随后，如图3I所示，对器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面进行例如研磨和蚀刻等，以便使具有约700～800μm的板厚度的器件基板10的厚度减小为约2～4μm的对于图像传感器而言必要且充分的膜厚度。
图3J以后的图相对于图3I以前的图进行了垂直翻转。
随后，如图3J所示，通过溅射等，在器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面上通过沉积W、Al等而形成例如遮光膜21。
随后，例如，图形化形成抗蚀剂膜PR2，所述抗蚀剂膜PR2具有用于保护作为遮光膜而保留的区域的图形，并且以抗蚀剂膜PR2作为掩模进行蚀刻处理，从而对遮光膜21进行图形化处理。
在此情况中，遮光膜21的图形在固体摄像元件区R5中的像素的光入射区域中具有开口。
遮光膜21的图形例如还在焊盘电极区R3中具有开口。遮光膜21的图形还在振动电极区R11中的振动电极的两侧的区域中具有开口。
随后，如图3K所示，去除抗蚀剂膜PR2，并且在固体摄像元件区R5中的去除了遮光膜的像素的光入射区域中，为每个像素形成例如红、绿、蓝滤色器22。例如通过涂敷滤色器材料并进行图形曝光，使滤色器22形成为预定的图形。
随后，例如图3L所示，涂敷透光树脂层23，并且形成用于形成片上透镜的抗蚀剂膜PR3。
例如可通过如下方式形成抗蚀剂膜PR3，即：形成普通抗蚀剂膜，随后对抗蚀剂膜进行图形化处理以保留片上透镜区域，并且通过热处理来熔化抗蚀剂膜以使得抗蚀剂膜具有因表面张力而引起的球形表面。
随后，如图3M所示，通过干式蚀刻处理对整个表面进行回蚀，并且使抗蚀剂膜PR3的形状转印为树脂层23的表面，从而形成片上透镜23a。
随后，如图3N所示，图形化形成抗蚀剂膜PR4，所述抗蚀剂膜PR4具有在焊盘开口部中设有开口的图形，并且通过干式蚀刻处理形成焊盘开口部P，以使焊盘电极17露出。
在此情况中，抗蚀剂膜PR4的图形在振动电极区R11中的振动电极的两侧区域中具有开口。从而，上述蚀刻处理在振动电极区R11中形成与气隙15v连通的开口部，从而形成振动膜结构DF。
进行上述蚀刻以便不去除焊盘电极。进行蚀刻以到达与振动电极连通的气隙15v。
去除用于焊盘开口的抗蚀剂膜PR4。
以与制造通常的固体摄像装置的方法类似的方法进行接下来的制造。
于是，可制造如图1B所示的将MEMS元件混合配置在同一基板上的固体摄像装置。
依照用于制造根据第一实施方式的固体摄像装置的方法，可容易地在与固体摄像装置相同的芯片上形成MEMS元件，并且可通过减小装置的安装面积而使装置小型化。
例如，在专利文献1的构造中的相机模块中，彼此单独地制造固体摄像装置以及诸如位置传感器等MEMS元件，并且通过安装固体摄像装置和MEMS元件的每一个而制成相机模块。因此，在安装每个芯片时，造成产量的下降。此外，需要彼此单独地设置用于位置传感器的位置控制电路以及用于固体摄像装置的图像处理的电路。于是，增加了每个芯片的芯片面积，并且增加了制造成本。
当根据由固体摄像装置所产生的图像数据以及由位置传感器所产生的位置信息而进行用于相机模块的手动模糊(hand movement blur)校正的位置控制时，需要用于在固体摄像装置和位置传感器之间传输信息的布线，因而增加了制造模块的成本。
根据本实施方式的固体摄像装置将MEMS元件形成或混合配置在与该固体摄像装置相同的芯片上，于是，与彼此单独地制造固体摄像装置以及诸如位置传感器等MEMS元件并通过安装而形成为模块的情况相比，能够抑制产量的下降。
此外，可通过减小芯片面积而降低制造成本。
此外，可将用于在固体摄像装置和作为位置传感器的MEMS元件之间传输信息的布线收容在同一芯片中，因而可减少制造成本。
<第二实施方式>
[固体摄像装置的构造]
根据第二实施方式的固体摄像装置是具有在同一芯片上的作为MEMS元件的Z轴位置传感器的固体摄像装置。
根据第二实施方式的固体摄像装置基本上具有与第一实施方式的构造类似的构造，而不同于第一实施方式之处在于所述MEMS元件是Z轴位置传感器。
图4是根据第二实施方式的固体摄像装置的示意性截面图。
例如，由硅基板制成的器件基板10和支撑基板20隔着由氧化硅等制成的绝缘膜15彼此层叠。从而形成半导体基板。
例如，该半导体基板划分为MEMS元件区R1、引出电极区R2、焊盘电极区R3、周边电路区R4和固体摄像元件区R5。
例如，在MEMS元件区R1中，与基板平行地嵌有振动电极17c和固定电极18a。
振动电极17c和固定电极18a形成平行板型电容元件。
在引出电极区R2中，与振动电极17c连接的导电层16c嵌在绝缘膜15中。
在此情况中，例如，振动电极17c具有以梁的形式突出至振动膜DF结构的中空部分中的形状。
图5A是表示设于根据第二实施方式的固体摄像装置中的MEMS元件的细节的平面图。图5B是沿图5A中的线F-F’的示意性截面图。
振动电极17c和固定电极18a嵌入层叠有器件基板和支撑基板的绝缘膜15中。从振动电极17c侧至固定电极18a附近形成有开口部，从而形成振动膜结构DF。
在此情况中，如图5B所示，在振动电极17c和固定电极18a之间形成有气隙15v，气隙15v形成为与振动膜结构DF连通。从而振动电极17c具有梁状结构，该梁状结构的位置可根据惯性力、振动等而变化。
从振动电极17c侧至固定电极18a的连接由布线等形成。
振动电极和固定电极形成平行板型电容元件。振动电极的位置可根据惯性力、振动等而变化。于是，通过检测电容元件的电容而感测振动电极的位移，从而可测量惯性力或振动。
在本实施方式中，MEMS元件形成Z轴位置传感器。
上述固体摄像装置使得MEMS元件能够设置在与固体摄像装置相同的芯片上。因此，可通过减小装置的安装面积而使该装置小型化。
下面说明用于制造根据第二实施方式的固体摄像装置的方法。
图6A～图6R是表示制造根据第二实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图。
首先，以与第一实施方式的处理类似的方式进行图6A之前的处理。
然而，在MEMS元件区R1中形成振动电极17c，而在引出电极区R2中形成与振动电极17c连接的导电层16c。
随后，如图6B所示，例如，在焊盘电极17和振动电极17c上方形成氧化硅等。在图6B中，将氧化硅等图示为与图6A中的绝缘膜15a形成为一体的绝缘膜15b。
随后，例如，通过CMP(化学机械研磨)处理，使绝缘膜15b的上表面平坦化。
随后，如图6C所示，例如，图形化形成在MEMS元件区R1中具有开口的抗蚀剂膜PR5，并且以抗蚀剂膜PR5作为掩模进行诸如RIE(反应离子蚀刻)等各向异性蚀刻处理。从而形成使振动电极17c的上部露出的气隙15v1。
此外，通过在未形成振动电极17c的MEMS元件区R1的一部分中形成开口而类似地形成气隙15v2。气隙15v2形成为与后述的气隙15v3对准。
在器件基板和支撑基板接合在一起时，上述的蚀刻量足以避免振动电极的上部被接合。
同时，单独地制备支撑基板。
例如，如图6D所示，通过CVD方法等，在支撑基板20上沉积氧化硅而形成绝缘膜15d。
随后，如图6E所示，通过溅射方法在绝缘膜15d上形成由Al、AlSi、AlCu等制成的导电层18。
随后，如图6F所示，例如，图形化形成抗蚀剂膜PR6，所述抗蚀剂膜PR6具有用于保护作为固定电极而保留的区域的图形，并且对导电层18进行图形化处理，从而形成固定电极18a。
随后，如图6G所示，例如，在固定电极18a上方形成氧化硅等。在图6G中，将氧化硅等图示为与图6F中的绝缘膜15d形成为一体的绝缘膜15c。
随后，如图6H所示，例如，通过CMP处理使绝缘膜15c的上表面平坦化。
随后，如图6I所示，例如，图形化形成在与上述气隙15v2对准的位置处具有开口的抗蚀剂膜PR7，并且以抗蚀剂膜PR7作为掩模进行诸如RIE(反应离子蚀刻)等各向异性蚀刻处理。从而形成使固定电极18a的上部露出的气隙15v3。
随后，如图6J所示，去除抗蚀剂膜PR7。
随后，如图6K所示，例如，将上述支撑基板20从绝缘膜15c侧层叠于绝缘膜15b的上表面。
随后，如图6L所示，例如在室温至400℃的范围内，进行等离子体接合处理，使得绝缘膜15b和绝缘膜15c彼此形成为一体。在图6L中，绝缘膜15b和绝缘膜15c彼此形成为一体并且图示为绝缘膜15。等离子体接合处理在布线不会受到诸如熔化等损伤的温度范围内进行。
在该处理中，在绝缘膜15b和绝缘膜15c之间的界面部分保留了上述气隙15v1。此外，彼此对准而形成的气隙15v2和气隙15v3结合为一个气隙15v2。
随后，如图6M所示，在器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面上进行例如研磨和蚀刻等，以使具有约700～800μm的板厚度的器件基板10的厚度减小为约2～4μm的对于图像传感器而言必要且充分的膜厚度。
图6N以后的图相对于图6M以前的图进行了垂直翻转。
随后，如图6N所示，通过溅射等，在器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面上，通过沉积W、Al等而形成例如遮光膜21。
随后，例如，图形化形成抗蚀剂膜PR2，所述抗蚀剂膜PR2具有用于保护作为遮光膜而保留的区域的图形，并且以抗蚀剂膜PR2作为掩模进行蚀刻处理，从而对遮光膜21进行图形化处理。
在此情况下，遮光膜21的图形在固体摄像元件区R5中的像素的光入射区域中具有开口。
遮光膜21的图形例如还在焊盘电极区R3中具有开口。遮光膜21的图形还在MEMS元件区R1中的振动电极17c的区域和气隙15v2的区域中具有开口。
随后，如图6O所示，去除抗蚀剂膜PR2，并且在固体摄像元件区R5中的去除了遮光膜的像素的光入射区域中，为每个像素形成例如红、绿、蓝滤色器22。例如通过涂敷滤色器材料并进行图形曝光，使滤色器22形成为预定的图形。
随后，如图6P所示，例如涂敷透光树脂层23，并且形成用于形成片上透镜的抗蚀剂膜PR3。
例如可通过如下方式形成抗蚀剂膜PR3，即：形成普通抗蚀剂膜，随后对抗蚀剂膜进行图形化处理以保留片上透镜区域，并且通过热处理而熔化抗蚀剂膜，以使抗蚀剂膜具有因表面张力而引起的球形表面。
随后，如图6Q所示，通过干式蚀刻处理对整个表面进行回蚀，并且使抗蚀剂膜PR3的形状转印为树脂层23的表面，从而形成片上透镜23a。
随后，如图6R所示，图形化形成抗蚀剂膜PR8，所述抗蚀剂膜PR8具有在焊盘开口部中设有开口的图形，并且通过进行干式蚀刻处理而形成焊盘开口部P1，以便使焊盘电极17露出。
在此情况中，抗蚀剂膜PR8的图形为在MEMS元件区R1中的振动电极17c的区域和气隙15v2的区域中具有开口。从而，上述蚀刻处理形成与MEMS元件区R1的气隙15v1连通的开口部，从而形成振动膜结构DF。
此外，形成用于固定电极18a的焊盘开口部P2，焊盘开口部P2延伸至气隙15v2。
进行上述蚀刻，从而不去除焊盘电极17或振动电极17c，并且从而延伸至气隙15v1和15v2。
去除用于焊盘开口的抗蚀剂膜PR8。
以与制造普通固体摄像装置的方法类似的方法进行接下来的制造。
于是，可制造如图4所示的将MEMS元件形成或混合配置于与固体摄像装置相同的基板上的固体摄像装置。
依照用于制造根据第二实施方式的固体摄像装置的方法，可容易地在与固体摄像装置相同的芯片上形成MEMS元件，并且可通过减小装置的安装面积而使该装置小型化。
<第三实施方式>
[固体摄像装置的构造]
根据第三实施方式的固体摄像装置是具有在同一芯片上的作为MEMS元件的麦克风的固体摄像装置。
根据第三实施方式的固体摄像装置基本上具有与第一实施方式的构造类似的构造，然而不同于第一实施方式之处在于MEMS元件为麦克风。
图7是根据第三实施方式的固体摄像装置的示意性截面图。
例如，由硅基板制成的器件基板10和支撑基板20隔着氧化硅等制成的绝缘膜15彼此层叠。从而形成半导体基板。
半导体基板例如可划分为MEMS元件区R1、引出电极区R2、焊盘电极区R3、周边电路区R4和固体摄像元件区R5。
例如，在MEMS元件区R1中，与基板平行地嵌有振动电极17c和固定电极18a。
振动电极17c和固定电极18a形成平行板型电容元件。
在引出电极区R2中，与振动电极17c连接的导电层16c嵌在绝缘膜15中。
在此情况中，例如，振动电极17c由膜形成，所述膜延伸为与振动膜DF结构的中空部分的底部之间夹有间隙。
图8A是表示在根据第三实施方式的固体摄像装置中设置的MEMS元件的细节的平面图。图8B是沿图8A中的线G-G’的示意性截面图。
振动电极17c和固定电极18a嵌在层叠有器件基板和支撑基板的绝缘膜15中。从振动电极17c侧至固定电极18a的附近形成有开口部，从而形成振动膜结构DF。
在此情况中，如图8B所示，例如在振动电极17c的一部分中形成有圆形的开口17d，并且在振动电极17c和固定电极18a之间形成有与振动膜结构DF连通的气隙15v。从而振动电极17c具有膜状构造，该膜状构造的位置可根据振动等而变化。
从振动电极17c侧至固定电极18a的连接由布线等形成。
振动电极和固定电极形成平行板型电容元件。振动电极的位置可根据振动等而变化。于是，通过检测电容元件的电容而感测振动电极的位移，从而可测量空气的振动。
如上述实施方式所述，MEMS元件形成麦克风。
上述固体摄像装置使得MEMS元件能够设置在与固体摄像装置相同的芯片上。因此，可通过减小装置的安装面积而使该装置小型化。
下面说明用于制造该固体摄像装置的方法。
图9A～图9D是表示用于制造根据第三实施方式的固体摄像装置的方法的制造处理的示意性截面图。
首先，以与第一实施方式的处理类似的方式进行图9A之前的处理。
然而，在MEMS元件区R1中形成振动电极17c，并且在引出电极区R2中形成与振动电极17c连接的导电层16c。
随后，如图9B所示，例如，在焊盘电极17和振动电极17c上方形成氧化硅等。在图9B中，将氧化硅等图示为与图9A中的绝缘膜15a形成为一体的绝缘膜15b。
随后，例如，通过CMP(化学机械研磨)处理，使绝缘膜15b的上表面平坦化。
随后，例如，图形化形成在MEMS元件区R1中具有开口的抗蚀剂膜PR5，并且以抗蚀剂膜PR5作为掩模进行诸如RIE(反应离子蚀刻)等各向异性蚀刻处理。从而形成使振动电极17c的上部露出的气隙15v1。
此外，通过在未形成振动电极17c的MEMS元件区R1的一部分中形成开口而类似地形成气隙15v2。气隙15v2形成为与后述的气隙15v3对准。
在器件基板和支撑基板接合在一起时，上述的蚀刻量足以避免振动电极的上部被接合。
同时，如同第二实施方式，在本实施方式中单独地制备支撑基板20。
例如，在支撑基板20上形成绝缘膜，在绝缘膜中嵌入固定电极18a，并且还在绝缘膜中形成气隙15v3。
随后，如图9C所示，例如将上述支撑基板20从绝缘膜15c侧层叠于绝缘膜15b的上表面，并且在室温至400℃的范围内，进行等离子体接合处理，使得绝缘膜15b和绝缘膜15c结合为绝缘膜15。彼此对准而形成的气隙15v2和气隙15v3结合为一个气隙15v2。
而且，例如，从器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面减小器件基板10的厚度，并且通过在器件基板10的与绝缘膜15相反一侧的表面上沉积W、Al等而图形化形成遮光膜21。随后，形成滤色器22和片上透镜23a。
接下来，如图9D所示，图形化形成抗蚀剂膜PR8，所述抗蚀剂膜PR8具有在焊盘开口部中设有开口的图形，并且通过进行干式蚀刻处理而形成焊盘开口部P1，以便使焊盘电极17露出。
在此情况中，抗蚀剂膜PR8的图形为在MEMS元件区R1中的振动电极17c的区域和气隙15v2的区域中具有开口。从而，上述蚀刻处理在MEMS元件区R1中形成与气隙15v1连通的开口部，从而形成振动膜结构DF。
此外，形成用于固定电极18a的焊盘开口部P2，焊盘开口部P2延伸至气隙15v2。
进行上述蚀刻，从而不去除焊盘电极17或振动电极17c，并延伸至气隙15v1和15v2。
去除用于焊盘开口的抗蚀剂膜PR8。
以与制造普通固体摄像装置的方法类似的方法进行接下来的制造。
于是，可制造如图7中所示的将MEMS元件形成或混合配置在同一基板上的固体摄像装置。
根据用于制造固体摄像装置的方法，可容易地在与固体摄像装置相同的芯片上形成MEMS元件，并且可通过减小装置的安装面积而使该装置小型化。
<第一变化例>
[固体摄像装置的构造]
图10是根据第一变化例的固体摄像装置的示意性截面图。
根据本实施方式的固体摄像装置具有类似于根据第一实施方式的固体摄像装置的构造。然而，形成有延伸至焊盘电极的接触孔CH以替代焊盘开口部，在接触孔CH内嵌有插头24，并且插头24连接于上层布线25。
在上述第一实施方式～第三实施方式中，焊盘开口部P不是必需的。可与制造接触孔CH的处理同时地形成MEMS元件的振动膜结构。
此外，可形成通孔以替代接触孔。
<第二变化例>
[固体摄像装置的构造]
图11A和图11B是根据第二变化例的固体摄像装置的示意性截面图。
根据本实施方式的固体摄像装置具有类似于根据第一实施方式的固体摄像装置的构造。然而，MEMS元件不是平行板型电容元件，而是压电元件或MOS(金属氧化物半导体)型位置传感器等传感器元件。
图11A中所示的MEMS元件使用压电膜16x作为振动电极。
图11A对应于第一实施方式中的图2D的截面。振动电极的位置可根据惯性力、振动等而变化。于是，当振动电极16x振动时，在压电膜中产生电动势。通过由检测电路26检测电动势而感测振动电极的位移，从而可测量惯性力或振动。
在图11B所示的MEMS元件中，在支撑基板20的振动电极侧的表面中形成有源极27S和漏极27D。形成有以振动电极作为栅极的MOS晶体管。
图11B对应于第一实施方式中的图2D的截面。振动电极的位置可根据惯性力、振动等而变化。于是，当振动电极16a振动时，MOS晶体管的漏极电流会变化。通过由检测电路28检测漏极电流而感测振动电极的位移，从而可测量惯性力或振动。
<第四实施方式>
[应用于电子设备]
图12是根据本实施方式的电子设备的示意性框图。根据本实施方式的电子设备是能够拍摄静止图像或拍摄移动图像的视频电子设备的例子。
根据本实施方式的电子设备具有图像传感器(固体摄像装置)50、光学系统51、信号处理电路53等。
在本实施方式中，根据前述的第一实施方式的固体摄像装置作为上述图像传感器50而并入。
图像传感器50使来自对象的图像光(入射光)在图像传感器50的摄像面上形成图像。从而在一定时段中，在图像传感器50内累积对应的信号电荷。提取所累积的信号电荷作为输出信号Vout。
快门器件控制对图像传感器50进行光照的时段和对图像传感器50遮光的时段。
图像处理部提供用于控制图像传感器50的传输操作和快门器件的快门操作的驱动信号。根据从图像处理部供给的驱动信号(定时信号)进行图像传感器50的信号传输。信号处理电路53对图像传感器50的输出信号Vout进行各种信号处理，然后将结果作为视频信号而输出。信号处理所得到的视频信号存储于诸如存储器等存储介质中或输出至监视器。
根据上述实施方式的电子设备，例如在具有用于拍摄彩色图像的、尤其是单元间距在3μm以下的那一代的固体摄像装置的电子设备中，可降低入射到光接收表面上的光的光干涉强度的变化并且抑制色彩不均匀性。
通过以应用于图像传感器50的情况为例说明了前述实施方式，在图像传感器50中，以矩阵的形式布置有用于感测信号电荷的单位像素，所述信号电荷与作为物理量的可见光的光量相对应。然而，本发明不限于应用于图像传感器50。本发明适用于例如为列系统的固体摄像装置，所述装置形成为对像素阵列部的每个像素列布置有列电路。
此外，本发明不限于用于感测入射可见光的光量的分布并将该分布拍摄为图像的固体摄像装置。本发明适用于将红外线、X射线或粒子等的入射分布拍摄为图像的固体摄像装置，并在广义上适用于用于感测诸如压力、电容等其它物理量的分布并将该分布拍摄为图像的诸如指纹检测传感器等一般的固体摄像装置(物理量分布感测装置)。
此外，本发明不限于应用于固体摄像装置，还可用于例如数字静物电子设备、视频电子设备和诸如便携电话等具有摄像功能的电子设备。顺便提及，可存在将电子设备中安装有上述模块的形式、即电子设备模块视作摄像装置的情况。
根据上述实施方式的图像传感器50可用作视频电子设备、数字静物电子设备和用于诸如便携电话等移动装置的电子设备模块的固体摄像装置。
根据每个前述的实施方式的固体摄像装置和用于制造该固体摄像装置的方法具有以下优点。
通过将图像传感器与位置传感器/麦克风集成在一块芯片上，而不是彼此单独地制造图像传感器与位置传感器/麦克风，使得将传感器芯片安装到相机模块中的安装次数从两次或三次减小为一次，从而可减小安装时产量的下降。
可以共享由位置传感器的位置控制电路或麦克风的音频转换电路以及用于处理图像传感器的图像的电路所共有的模块。于是，芯片面积小于彼此单独地制造图像传感器和位置传感器/麦克风的情况，并且可减少模块的成本。
通过将图像传感器和位置传感器或麦克风集成在一块芯片上，可在相机模块中加入防止手动模糊功能、上下判断功能(top and bottomdetermining function)、录音功能等，而几乎不增加安装面积和安装体积。从而可有助于使设有摄像功能的便携装置更薄且更紧凑。
当将图像传感器和位置传感器集成在一块芯片中时，可在一块芯片内处理由图像传感器获得的图像以及位置传感器的信息。从而可以不增加布线成本而以低成本进行防止手动模糊的位置控制，所述位置控制既用到图像传感器的图像信息，又用到位置传感器的信息。
本发明不限于上述说明。
例如，本发明适用于作为固体摄像装置的CMOS图像传感器和CCD图像传感器。
此外，本发明不限于背照射型固体摄像装置，而是还可适用于普通的前照射型固体摄像装置。
而且，可在不脱离本发明的精神的情况下作出各种变化。本领域的技术人员应当明白，在所附权利要求及其等同物的范围内，取决于设计需要和其它因素，可出现各种变化、组合、子组合和替代。

Claims (17)

1.一种固体摄像装置，其包括：
器件基板；
固体摄像器件；
微机电系统器件；
固定于所述微机电系统器件和所述固体摄像器件的支撑基板；
位于所述器件基板和所述支撑基板之间的绝缘膜；和
嵌在所述绝缘膜中的振动电极，
其中，所述固体摄像器件和所述微机电系统器件以下述方式形成于同一器件基板中：所述微机电系统器件形成或混合配置在与所述固体摄像器件相同的芯片中，
其中，所述微机电系统器件包括所述器件基板与所述支撑基板之间的气隙，
其中，所述气隙形成于所述绝缘膜中，以及
其中，所述振动电极位于所述气隙和所述器件基板之间。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述微机电系统器件包括传感器元件。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像器件的光接收侧设置在所述器件基板的第一侧，并且所述微机电系统器件的所述传感器元件设置在所述器件基板的第二侧。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，所述传感器元件包括振动电极和固定电极。
5.如权利要求4所述的固体摄像装置，其中，所述器件基板在所述振动电极和所述固定电极之间具有开口。
6.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，所述传感器元件包括平行板型电容元件、压电元件或金属氧化物半导体型位置传感器。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述微机电系统器件包括活动部件。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述微机电系统器件包括关于X-Y轴的位置传感器、关于Z轴的位置传感器或麦克风。
9.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像器件为背照射型图像传感器。
10.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像装置包括与所述固体摄像器件电连接的焊盘电极，并且所述器件基板包括使所述焊盘电极的部分露出的开口。
11.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述器件基板包括与所述气隙连通的开口。
12.如权利要求1所述的固体摄像装置，还包括形成于所述器件基板中的用于与所述微机电系统器件电连接的焊盘开口部、接触孔或通孔。
13.一种电子设备，其包括：
(a)如权利要求1-12的任一项所述的固体摄像装置；以及
(b)用于对由所述固体摄像装置产生的信号进行处理的电路。
14.一种制造固体摄像装置的方法，该方法包括：
在器件基板中至少指定微机电系统器件区和固体摄像器件区；
在所述微机电系统器件区中形成微机电系统器件；
在形成所述微机电系统器件的同时，在所述固体摄像器件区中形成固体摄像器件，使得所述微机电系统器件形成或混合配置在与所述固体摄像器件相同的芯片中；
在所述器件基板上形成焊盘电极，该焊盘电极与所述固体摄像器件电连接；以及
在所述器件基板中形成开口，该开口使所述焊盘电极的部分露出。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
在所述器件基板上形成绝缘膜；
在所述绝缘膜中形成用于所述微机电系统器件的电极；
在所述绝缘膜中形成间隙以使所述电极的部分露出；并且
在微机电系统器件区和固体摄像器件区中的所述绝缘膜上方固定支撑基板。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
在所述器件基板中形成开口，该开口与所述间隙连通以形成用于所述电极的振动膜结构，其中，所述电极为振动电极。
17.一种制造固体摄像装置的方法，该方法包括：
在器件基板上至少指定微机电系统器件区和固体摄像器件区；
在所述器件基板上形成绝缘层；
在所述微机电系统器件区中形成微机电系统器件；
在形成所述微机电系统器件的同时，在所述固体摄像器件区中形成固体摄像器件；
在所述绝缘层中形成间隙以使微机电系统器件的部分露出；并且
在微机电系统器件区和固体摄像器件区上面固定支撑基板，使得所述绝缘层布置在所述器件基板和所述支撑基板之间，
其中，在所述微机电系统器件区中形成并且使所述微机电系统器件的部分露出的所述间隙保留在所述绝缘层中。
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