CN102376727A - 固体图像传感器件、其制造方法和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体图像传感器件、固体图像传感器件制造方法和电子装置。所述固体图像传感器件包括多个像素且包括光波导，各个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的，所述光波导被形成得与各个所述像素的所述光电转换部相对应，其中，当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导包括环状核心层和覆盖层，所述环状核心层的折射率高于包围着所述环状核心层的部分的折射率，所述覆盖层被所述环状核心层包围着并且所述覆盖层的折射率低于所述环状核心层的折射率。根据本发明，能够防止在光波导中发生破裂，并且能够提高向光电转换部的集光效率。

Description

固体图像传感器件、其制造方法和电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年8月10日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-179196所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及固体图像传感器件、该固体图像传感器件的制造方法以及例如照相机等包含该固体图像传感器件的电子装置。
背景技术
作为固体图像传感器件(图像传感器)的示例，有CMOS固体图像传感器件、CCD固体图像传感器件等。这些固体图像传感器件被用于例如包括数码照相机、数码摄像机、带有相机的手机等的各种便携式终端中。CMOS固体图像传感器件在比CCD固体图像传感器件的电源电压低的电源电压下工作，因此从例如能耗的角度来看，CMOS固体图像传感器件更为有利。
在CMOS固体图像传感器件中，以二维方式排列有很多单位像素，并且每个单位像素是由用作受光部的光电二极管(光电转换部)和多个像素晶体管形成的。上述多个像素晶体管通常由四个晶体管构成，这四个晶体管为：传输晶体管、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管，或者上述多个像素晶体管是由上述四个晶体管中除了选择晶体管之外的三个晶体管构成。可替代地，可以使用一组这样的像素晶体管来共用多个光电二极管。这些像素晶体管的端子通过多层配线(布线)连接起来，从而向该多个像素晶体管施加所需脉冲电压并从该多个像素晶体管中读取信号电流。
CCD固体图像传感器件包括：呈二维排列且用作受光部的多个光电二极管；具有CCD结构且与受光部的各列对应布置的垂直传输寄存器；具有CCD结构且被布置于垂直传输寄存器的端部处的水平传输寄存器；和被布置于水平传输寄存器的端部处的输出部。
在另一种类型的固体图像传感器件中，在光电二极管上形成有光波导，并且把已透过片上透镜(on-chip lens)的入射光引导到光波导，使得入射光以更高的效率进入光电二极管。例如，日本专利申请公开公报特开第2008-16677号披露了在一个光电二极管上形成有一个柱状光波导的固体图像传感器件。日本专利申请公开公报特开第2006-261247号披露了在一个光电二极管上以两级层叠的方式形成有两个柱状光波导的固体图像传感器件。
当在固体图像传感器件中通过使用涂敷材料形成光波导时，如果光波导的开口直径被设定成大于某个尺寸，则由于形成核心层的涂敷材料与形成核心层周围的覆盖层的材料之间的热膨胀差异，因而存在破裂的风险。因此，目前认为难以在具有大的像素尺寸的固体图像传感器件中形成光波导。
例如，在受光部具有大的开口面积的CMOS固体图像传感器件中，期望配线和像素晶体管所占区域的面积尽可能地小。然而，当减小配线和像素晶体管所占区域的面积时，由于入射光被斜着散射，所以就更易于与进入相邻像素的光发生混色。因此，配线和像素晶体管所占的区域必须具有一定尺寸的面积。
当光波导的开口很大且光波导的内部是由单一材料制成时，入射光只在光波导的侧壁与位于光波导外侧上的膜之间的边界附近才会被反射。由于部分入射光作为透过上述边界的成分而损失掉了，因此进入光电转换部的入射光的集光效率不可避免地降低了。
例如，在背面照射型的CMOS固体图像传感器件中，尽管防止混色是很重要的，但还是易于与进入相邻像素的光发生混色，并且在减小配线和像素晶体管所占区域的面积方面依然存在着困难。
发明内容
鉴于现有技术的上述问题，期望提供一种能够防止光波导中发生破裂并且能够提高集光效率的固体图像传感器件。此外，期望提供这种固体图像传感器件的制造方法，以及例如相机等包含这种固体图像传感器件的电子装置。
本发明一个实施例的固体图像传感器件包括多个像素和光波导，每个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的；所述光波导被形成得与各所述像素的所述光电转换部相对应，其中，当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导包括环状核心层和覆盖层，所述环状核心层的折射率高于包围着所述环状核心层的部分的折射率，所述覆盖层被所述环状核心层包围着且所述覆盖层的折射率低于所述环状核心层的折射率。
在本发明实施例的固体图像传感器件中，由于所述光波导包括所述环状核心层和被所述环状核心层包围着的所述覆盖层，因而所述环状核心层在水平截面上具有较小的宽度。因此，即使在通过使用涂敷材料形成所述环状核心层的情况下，也能够防止由于所述光波导内部的热膨胀而导致的破裂的发生。在所述光波导中，入射到被所述环状核心层包围着且位于中央的所述覆盖层上的光在所述覆盖层与所述核心层之间的界面处被反射，并且该被反射的光进入所述光电转换部。已透过所述覆盖层与所述核心层之间的所述界面的其他光进入所述核心层并且在传播通过所述核心层之后也进入所述光电转换部。这样，使透过所述核心层与包围着所述核心层的部分之间的界面的无用光成分最小化，并且增大了入射到所述光电转换部上的光量。
本发明另一实施例的固体图像传感器件制造方法包括如下步骤：在半导体基板上形成多个像素，每个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的；在形成于所述半导体基板的一个面上的构成膜的某个部分中形成凹部，所述某个部分与各所述像素的所述光电转换部相对应；在所述凹部中形成覆盖层，当在沿着水平面的截面上观察时，所述覆盖层被环状凹部包围着；以及在所述环状凹部中填充核心层，所述核心层的折射率高于作为外围部分的所述构成膜的折射率和所述覆盖层的折射率，由此形成由所述覆盖层和环状的所述核心层构成的光波导。
在本发明实施例的固体图像传感器件制造方法中，所述光波导是这样形成的：在所述构成膜的与各所述像素的所述光电转换部相对应的部分中形成凹部；在所述凹部中形成被所述环状凹部包围着的所述覆盖层；以及在所述环状凹部中填充所述核心层。因此，所述环状核心层在水平截面上具有较小的宽度，并且即使在通过使用涂敷材料形成所述环状核心层的情况下，也能够防止由于所述光波导内部的热膨胀而导致的破裂的发生。此外，由于除了形成了在所述核心层与外围侧的所述构成膜之间的界面之外，还形成了在所述核心层与内侧的所述覆盖层之间的界面，所以能够将所述光波导形成得使透射到外围侧的所述构成膜中的无用光成分最小化。
本发明又一实施例的电子装置包括：固体图像传感器件；光学系统，所述光学系统将入射光引导至所述固体图像传感器件的光电转换部中；以及信号处理电路，所述信号处理电路对所述固体图像传感器件的输出信号进行处理。所述固体图像传感器件包括多个像素和光波导，每个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的，所述光波导被形成得与各所述像素的所述光电转换部相对应，其中，当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导包括环状核心层和覆盖层，所述环状核心层的折射率高于包围着所述环状核心层的部分的折射率，所述覆盖层被所述环状核心层包围着并且所述覆盖层的折射率低于所述环状核心层的折射率。
在本发明实施例的电子装置中，由于所述电子装置所包含的固体图像传感器件具有上述结构的光波导，因此所述电子装置能够防止由于所述光波导内部的热膨胀而导致的破裂的发生，能够使从所述光波导内部透射到外围部分中的无用光成分最小化，并且能够增大入射到所述光电转换部上的光量。
根据本发明实施例的固体图像传感器件，能够防止光波导中发生破裂，并且能够提高向光电转换部的集光效率。
根据本发明实施例的固体图像传感器件制造方法，能够制造出这样的固体图像传感器件：在该固体图像传感器件中，防止了光波导中发生破裂，并且提高了向光电转换部的集光效率。
根据本发明实施例的电子装置，由于该电子装置所包括的固体图像传感器件中防止了光波导中发生破裂并且提高了向光电转换部的集光效率，所以能够提供高质量的电子装置。
附图说明
图1图示了本发明第一实施例的固体图像传感器件的基本结构。
图2是第一实施例中的光波导的水平截面图。
图3A至图3C是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(1)。
图4D至图4F是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(1)。
图5是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第3部分)，该图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(1)。
图6A至图6C是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(2)。
图7D至图7E是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(2)。
图8A至图8C是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(3)。
图9D至图9F是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了第一实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(3)。
图10图示了本发明第二实施例的固体图像传感器件的基本结构。
图11是第二实施例中的光波导的水平截面图。
图12图示了本发明第三实施例的固体图像传感器件的基本结构。
图13是第三实施例中的光波导的水平截面图。
图14A至图14C是图示了在本发明各实施例的固体图像传感器件中能够采用的光波导的变形例的水平截面图。
图15图示了本发明第四实施例的固体图像传感器件的基本结构。
图16是第四实施例中的光波导的水平截面图。
图17A至图17C是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了第四实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(1)。
图18D至图18E是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了第四实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(1)。
图19A至图19C是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了第四实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(2)。
图20D至图20F是说明了主要部件的连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了第四实施例的固体图像传感器件制造方法的示例(2)。
图21A至图21C是说明了连续制造步骤的示意图(第1部分)，这些图图示了本发明第五实施例的固体图像传感器件和第五实施例的固体图像传感器件制造方法。
图22D和图22E是说明了连续制造步骤的示意图(第2部分)，这些图图示了本发明第五实施例的固体图像传感器件和第五实施例的固体图像传感器件制造方法。
图23图示了本发明第六实施例的固体图像传感器件的基本结构。
图24是图示了应用于本发明各个实施例的CMOS固体图像传感器件的一个示例的总体结构的框图。
图25图示了本发明第七实施例的电子装置的基本结构。
具体实施方式
下面将按照如下顺序说明本发明的实施例。
1.CMOS固体图像传感器件的总体结构的示例
2.第一实施例(固体图像传感器件的结构示例和固体图像传感器件制造方法的示例)
3.第二实施例(固体图像传感器件的结构示例)
4.第三实施例(固体图像传感器件的结构示例)
5.第四实施例(固体图像传感器件的结构示例和固体图像传感器件制造方法的示例)
6.第五实施例(固体图像传感器件的结构示例和固体图像传感器件制造方法的示例)
7.第六实施例(固体图像传感器件的结构示例)
8.第七实施例(电子装置的结构示例)
1.CMOS固体图像传感器件的总体结构的示例
图24是图示了在本发明各个实施例中采用的CMOS固体图像传感器件的一个示例的总体结构的框图。如图24所示，本实施例的固体图像传感器件201包括像素区域(图像传感区域)203和周边电路部，在像素区域203中，多个分别包含有光电转换部的像素202以二维阵列的形式规则地布置在半导体基板(例如硅基板)211上。可以使用由一个光电转换部和多个像素晶体管构成的单位像素作为各个像素202。作为替代方案，像素202可以采用所谓的共用型像素结构，在该共用型像素结构中，多个光电转换部共用除了传输晶体管以外的其他像素晶体管。所述多个像素晶体管可以由四个晶体管构成，即传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管，或者所述多个像素晶体管可以由除了上述四个晶体管中的选择晶体管以外的三个晶体管构成。
周边电路部由例如垂直驱动电路204、列信号处理电路205、水平驱动电路206、输出电路207和控制电路208等逻辑电路构成。
控制电路208接收例如输入时钟和用于指示操作模式的数据，并输出例如关于固体图像传感器件的内部信息等数据。更加具体地，控制电路208根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟来生成作为垂直驱动电路204、列信号处理电路205和水平驱动电路206等的操作基准的控制信号和时钟信号。这些控制信号和时钟信号被施加给垂直驱动电路204、列信号处理电路205和水平驱动电路206等。
垂直驱动电路204由例如移位寄存器等构成。垂直驱动电路204对像素驱动配线进行选择并向所选的像素驱动配线提供用于驱动像素的脉冲，从而逐行驱动像素。也就是说，垂直驱动电路204在垂直方向上依次逐行地对像素区域203中的像素202进行选择和扫描。另外，垂直驱动电路204将基于信号电荷的像素信号经由垂直信号线209提供给列信号处理电路205，所述信号电荷是在各像素202内的光电转换部(例如，光电二极管)中根据所接收到的光的量而生成的。
列信号处理电路205例如与像素202的每列对应地布置，并且以像素列为单位对从与一行相对应的像素202输出的信号进行诸如降噪等信号处理。更加具体地，列信号处理电路205进行如下信号处理：例如用于去除像素202所特有的固定模式噪声的相关双采样(Correlated DoubleSampling，CDS)；信号放大；和AD转换等。在列信号处理电路205的输出级中，水平选择开关(未图示)连接在列信号处理电路205与水平信号线210之间。
水平驱动电路206由例如移位寄存器等构成。水平驱动电路206依次输出水平扫描脉冲从而对列信号处理电路205依次地进行逐个选择，使得各个列信号处理电路205向水平信号线210输出像素信号。
输出电路207对通过水平信号线210从各个列信号处理电路205依次提供的信号进行信号处理，并输出处理过的信号。在一些情况下，输出电路207仅执行缓存。在另一些情况下，输出电路207执行黑电平调整、列差异修正、各种类型的数字信号处理等。输入/输出端子212能够从外部输入信号并向外部输出信号。
2.第一实施例
固体图像传感器件的结构示例
图1和图2图示了本发明第一实施例的固体图像传感器件。第一实施例代表了正面照射型CMOS固体图像传感器件的应用。第一实施例的固体图像传感器件1包括位于硅半导体基板2上的像素区域，在该像素区域中以二维阵列形式规则地布置有多个像素，每个像素包括用于提供光电转换部的光电二极管PD和多个像素晶体管。像素晶体管协同作为从相应的光电二极管PD读取信号电荷的器件。尽管未图示，但光电二极管PD是由第一导电型(例如，在本实施例中为n型)的电荷存储区域和第二导电型(例如，在本实施例中为p型)的半导体区域构成的，在上述第一导电型的电荷存储区域中进行光电转换和电荷存储，上述第二导电型的半导体区域用于抑制在光电二极管PD表面处产生的暗电流。光电二极管PD和多个像素晶体管形成在p型半导体阱区域中，虽然没有图示，但该p型半导体阱区域在半导体基板2的正面侧形成于该半导体基板2中。在图1中，仅用一个晶体管(即传输晶体管Tr1)来代表构成像素的多个像素晶体管。传输晶体管Tr1是由用作源极的光电二极管PD、用n型半导体区域形成的用作漏极的浮动扩散部FD、以及传输栅极电极6构成的，该传输栅极电极6被形成得在该传输栅极电极6与半导体基板2之间设置有栅极绝缘膜5。
在半导体基板2中形成有用于使单位像素彼此分离的元件分离区域13。在半导体基板2的正面上形成有多层配线(布线)层9，该多层配线层9包括多层的配线8，且在相邻的配线8之间设置有层间绝缘膜7。如稍后详细所述，各配线8是由通过镶嵌工艺(damascene process)形成的屏障金属层和铜导电层构成的。层间绝缘膜7例如由氧化硅(SiO2)膜形成。在多层配线层9上，对应于各像素形成有滤色器11和片上透镜12，且在滤色器11与多层配线层9之间布置有平坦化膜。
另外，在第一实施例中，与各像素的光电二极管PD对应地形成有光波导15。更加具体地，光波导15形成于位于滤色器11和光电二极管PD之间的多层配线层9的层间绝缘膜7内，使得光波导15的光出射端位于光电二极管PD附近。如图2所示，当在沿着水平面的截面上观察时，光波导15由环状核心层16和覆盖层17构成，环状核心层16的折射率高于包围着环状核心层16的部分(即层间绝缘膜7)的折射率，覆盖层17被环状核心层16包围着且覆盖层17的折射率低于环状核心层16的折射率。换言之，在第一实施例的光波导15中，环状核心层16形成在柱形覆盖层17的外侧从而将该柱形覆盖层17包围住。
核心层16优选通过涂敷例如折射率为约1.7的硅氧烷基树脂(siloxane-based resin)而形成。覆盖层17可以通过使用例如折射率为约1.4的氧化硅(SiO2)膜形成。如上所述，层间绝缘膜7由例如折射率为约1.4的氧化硅(SiO2)膜形成。
在第一实施例的固体图像传感器件1中，如图1所示，入射光L透过片上透镜12并进入光波导15。入射到光波导15的环状核心层16上的光L在核心层16的内部传播之后并在核心层16与覆盖层17之间的界面处以及核心层16与层间绝缘膜7之间的界面处被反射之后进入光电二极管PD。入射到光波导15的中央覆盖层17上的光L的一部分在覆盖层17与核心层16之间的界面处被反射之后进入光电二极管PD，而入射到光波导15的中央覆盖层17上的光L的另一部分在从覆盖层17透射到核心层16并随后通过核心层16的内部传播之后进入光电二极管PD。
对于第一实施例的固体图像传感器件1，由于光波导15的核心层16被形成为环状图形，因而能够减小核心层16(光主要被引导通过该核心层16)的开口宽度d1。换言之，可以将核心层16的开口宽度d1做成小于某个值。因此，当通过使用例如硅氧烷基树脂等涂敷材料来形成核心层16时，能够减小核心层16的收缩率以便防止由于热膨胀而在核心层16与覆盖层17之间产生的应力所导致的破裂的发生。优选将第一实施例的光波导15应用于尤其是具有大像素尺寸的固体图像传感器件中所使用的光波导。
在具有环状核心层16的光波导15中，由于具有在核心层16与核心层16周围的层间绝缘膜7之间的界面以及在核心层16与位于核心层16内的覆盖层17之间的界面，因而界面的数量相比于相关技术的光波导中的界面的数量有所增加。对于这样的布置，由于增多了入射光被反射的位置的数量，所以能够减小透射到光波导外部的光成分且因此减小了光的损失。另外，能够引导被折射的光成分和被透射的光成分以使得到达光电二极管PD的光量更多。另外，即使在入射光倾斜的情况下，通过增大光反射的数量也能够增大能够到达光电二极管PD的光成分。因此，能够提高向光电二极管PD的集光效率。
由于通过光波导15能够以更高的效率将入射光引导至光电二极管PD，因此即使在减小配线和像素晶体管所占的面积的情况下也能够避免在具有大像素尺寸的固体图像传感器件中发生混色。随着配线和像素晶体管所占面积的减小，能够增大光电二极管PD的面积，因此能够提高固体图像传感器件的灵敏度特性。
固体图像传感器件制造方法的示例(1)
图3A至图5图示了第一实施例的固体图像传感器件1的制造方法的示例(1)。如图3A所示，在硅半导体基板2的正面侧在该硅半导体基板2中，形成由光电二极管PD和像素晶体管(未图示)构成的像素且形成元件分离区域(未图示)，并且在半导体基板2的正面上形成多层配线层9。在多层配线层9中，通过镶嵌工艺形成分别由屏障金属层21和铜导电层22形成的各条配线8，屏障金属层21和导电层22埋入在例如由氧化硅(SiO2)膜形成的层间绝缘膜7内。另外，形成防扩散膜23以覆盖各配线8的上表面。通过重复上述步骤形成了多层的配线8。多层配线层9，具体地，多层配线层9中的层间绝缘膜7用作构成膜(其限定了光程长度)。
接着，如图3B所示，选择性地蚀刻掉与各光电二极管PD对应的那部分多层配线层9中的层间绝缘膜7和防扩散膜23，从而形成基本上位于层间绝缘膜7中的凹部24。凹部24被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。
接着，如图3C所示，例如，在多层配线层9的整个表面上沉积折射率为约1.4并且要成为覆盖层的氧化硅(SiO2)膜17A，以填充凹部24。例如可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺来形成氧化硅膜17A。
接着，如图4D所示，通过使用光刻技术和蚀刻技术对氧化硅膜17A进行图形化，从而在凹部24的中央处形成覆盖层17，使得覆盖层17的上表面与多层配线层9的上表面处于同一平面。随着覆盖层17的形成，在凹部24内形成了包围着覆盖层17的环状凹部25。换言之，当在沿着水平面的截面上观察时，在凹部24内形成了被环状凹部25包围的覆盖层17。
接着，如图4E所示，在环状凹部25的内壁表面、覆盖层17的上表面和多层配线层9的上表面上全都形成钝化膜26。钝化膜26与稍后所述用来形成核心层的硅氧烷基树脂是相容的，从而确保核心层对于环状凹部25的内壁表面具有良好的附着性。钝化膜26构成核心层的一部分并且例如是由折射率为约2.0(该折射率高于核心层的折射率)的氮化硅(SiN)膜制成的。
接着，如图4F所示，在覆盖层17和多层配线层9上(包括环状凹部25的内部空间上)全都涂敷例如硅氧烷基树脂。由填充在环状凹部25中的硅氧烷基树脂形成具有环状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图5所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导15是由位于中央的柱形覆盖层17和包围着覆盖层17的环状核心层16构成的。另外，本示例的光波导15包括沿着核心层16的外周边和内周边形成的钝化膜26，该钝化膜26构成核心层16的一部分并且该钝化膜26的折射率高于核心层16的折射率。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导15的正面照射型CMOS固体图像传感器件1。
固体图像传感器件制造方法的示例(2)
图6A至图7E图示了第一实施例的固体图像传感器件1的制造方法的示例(2)。在本示例中，与图3A中所示的上述步骤相同，在硅半导体基板2中形成由光电二极管PD和像素晶体管构成的像素且形成元件分离区域。另外，通过镶嵌工艺在半导体基板2的正面上形成多层配线层9，该多层配线层9包括多层的配线8，且在相邻的配线8之间布置有层间绝缘膜7。
接着，与图3B中所示的上述步骤一样，如图6A所示，选择性地蚀刻掉与各光电二极管PD对应的那部分多层配线层9中的层间绝缘膜7和防扩散膜23，从而形成基本上位于层间绝缘膜7中的凹部24。凹部24被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。
接着，如图6B所示，在凹部24的内壁表面和多层配线层9的表面上全都形成折射率为约2.0的例如由氮化硅(SiN)膜制成的钝化膜26。然后，在钝化膜26上沉积例如折射率为约1.4并且要成为覆盖层的氧化硅(SiO2)膜17A，以填充凹部24。例如可以通过化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)工艺来形成氧化硅膜17A。
接着，如图6C所示，通过使用光刻技术和蚀刻技术对氧化硅膜17A进行图形化，从而在凹部24的中央处形成覆盖层17，使得覆盖层17的上表面与多层配线层9上的钝化膜26的上表面处于同一平面。随着覆盖层17的形成，在凹部24内形成了包围着覆盖层17的环状凹部25。换言之，当在沿着水平面的截面上观察时，在凹部24内形成了被环状凹部25包围的覆盖层17。
接着，如图7D所示，在覆盖层17和多层配线层9上(包括环状凹部25的内部空间上)全都涂敷例如硅氧烷基树脂。由填充在环状凹部25中的硅氧烷基树脂形成具有环状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图7E所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导15是由位于中央的柱形覆盖层17和包围着覆盖层17的环状核心层16构成的。另外，本示例的光波导15包括沿着核心层16的外周边形成的钝化膜26，该钝化膜26构成核心层16的一部分并且该钝化膜26的折射率高于核心层16的折射率。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导15的正面照射型CMOS固体图像传感器件1。
固体图像传感器件制造方法的示例(3)
图8A至图9F图示了第一实施例的固体图像传感器件1的制造方法的示例(3)。在本示例中，与图3A中所示的上述步骤相同，在硅半导体基板2中形成由光电二极管PD和像素晶体管构成的像素且形成元件分离区域。另外，通过镶嵌工艺在半导体基板2的正面上形成多层配线层9，该多层配线层9包括多层的配线8，且在相邻的配线8之间布置有层间绝缘膜7。
接着，与图3B中所示的上述步骤一样，如图8A中所示，选择性地蚀刻掉与各光电二极管PD对应的那部分多层配线层9中的层间绝缘膜7和防扩散膜23，从而形成基本上位于层间绝缘膜7中的凹部24。凹部24被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。
接着，如图8B所示，例如，在多层配线层9的整个表面上沉积折射率为约1.4并且要成为覆盖层的氧化硅(SiO2)膜17A，以填充凹部24。例如可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺来形成氧化硅膜17A。
接着，如图8C所示，通过使用光刻技术和蚀刻技术对氧化硅膜17A进行图形化，从而分别在凹部24的中央区域和包围着凹部24的周边区域中形成覆盖层17a和覆盖层17b。周边区域中的覆盖层17b被形成为延伸至多层配线层9的整个表面上方。在覆盖层17a与覆盖层17b之间形成了包围着覆盖层17a的环状凹部25。换言之，当在沿着水平面的截面上观察时，在凹部24内形成了被周边区域中的覆盖层17b包围着的环状凹部25和被环状凹部25包围着的覆盖层17a。
接着，如图9D所示，在覆盖层17a和覆盖层17b各自的表面上(包括环状凹部25的内壁表面上)全都形成钝化膜26。钝化膜26与稍后所述用来形成核心层的硅氧烷基树脂是相容的，从而确保核心层对于环状凹部25的内壁表面具有良好的附着性。钝化膜26构成核心层的一部分并且例如是由折射率为约2.0(该折射率高于核心层的折射率)的氮化硅(SiN)膜制成的。
接着，如图9E所示，在覆盖层17a和覆盖层17b上(包括环状凹部25的内部表面上)全都涂敷例如硅氧烷基树脂。由填充在环状凹部25中的硅氧烷基树脂形成具有环状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图9F所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导15是由位于中央的柱形覆盖层17a、包围着覆盖层17a的环状核心层16和包围着核心层16的环状覆盖层17b构成的。另外，本示例的光波导15包括沿着核心层16的外周边和内周边形成的钝化膜26，该钝化膜26构成核心层16的一部分并且该钝化膜26的折射率高于核心层16的折射率。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导15的正面照射型CMOS固体图像传感器件1。
根据上述的固体图像传感器件1的制造方法的示例(1)至示例(3)，能够制造包含具有如下基本结构的光波导15的固体图像传感器件1：环状核心层16被形成为包围着位于中央的柱形覆盖层17(17a)。换言之，光波导15是这样形成的：在与各像素的光电二极管PD对应的那部分多层配线层9中形成凹部，在凹部24内形成处于被环状凹部25包围状态的覆盖层17，并且在环状凹部25中填充核心层16。因此，核心层16在其水平截面上具有更小的宽度，并且即使在使用涂敷材料形成核心层16的情况下也能够防止由于光波导15内部的热膨胀所导致的破裂的发生。另外，由于除了形成了在核心层16与包围着核心层16的层间绝缘膜7之间的界面之外，还形成了在核心层16与位于核心层16内的覆盖层17之间的界面，这样就将光波导形成得能够使透射到外周边侧上的层间绝缘膜7的无用光成分最小化。
另外，因为是在环状凹部25的内壁表面上形成由氮化硅膜制成的钝化膜26之后才把要成为核心层16的硅氧烷基树脂填充至环状凹部25中，所以能够获得环状凹部25中的核心层16对于环状凹部25的内壁表面的良好的附着性。
3.第二实施例
固体图像传感器件的结构示例
图10和图11图示了本发明第二实施例的固体图像传感器件。第二实施例代表了在正面照射型CMOS固体图像传感器件上的应用。第二实施例的固体图像传感器件31具体包括与各像素的光电二极管PD对应形成的光波导32，光波导32是由环状核心层16、被环状核心层16包围着的覆盖层17和被覆盖层17包围着的中央核心层33构成的。换言之，当在沿着水平面的截面上观察时，光波导32包括同心的环状核心层16、覆盖层17和中央核心层33，环状核心层16的折射率高于包围着环状核心层16的层间绝缘膜7的折射率，覆盖层17被环状核心层16包围着且覆盖层17的折射率低于环状核心层16的折射率，中央核心层33具有柱状形状并且位于覆盖层17的中央。中央核心层33是由折射率高于覆盖层17的折射率的材料制成的。在本示例中，环状核心层16和中央核心层33由相同的材料(例如，硅氧烷基树脂)制成。与上述示例一样，覆盖层17由例如氧化硅膜制成。
由于其余的结构与上面第一实施例中所述的结构类似，所以图10和图11中与图1和图2中相对应的那些部分用相同的附图标记表示并且省略对这些部分的重复说明。
除了在对氧化硅膜17A进行图形化的步骤中形成具有环状凹部和位于该环状凹部的中央处的中央凹部的图形以外，可以通过采用上述第一实施例的制造方法的示例(1)或示例(2)来制造第二实施例的固体图像传感器件31。
对于第二实施例的固体图像传感器件31，由于光波导32包括环状核心层16和位于被环状核心层16包围着的覆盖层17的中央处的柱形核心层33，因而能够分别减小核心层16和核心层33各自的开口宽度d2和开口宽度d3。因此，当通过使用涂敷材料(例如，硅氧烷基树脂)形成核心层16(33)时，能够进一步减小核心层16(33)的收缩率，并且能够防止由于热膨胀而导致的破裂的发生。第二实施例的光波导32优选应用于尤其是具有大像素尺寸的固体图像传感器件中的光波导。另外，由于光波导32提供了更大数量的反射界面，所以能够进一步减小光损失并且能够进一步提高向光电二极管PD的集光效率。
另外，第二实施例也具有与上面第一实施例中所述的优点相同的优点。
4.第三实施例
固体图像传感器件的结构示例
图12和图13图示了本发明第三实施例的固体图像传感器件。第三实施例代表了在正面照射型CMOS固体图像传感器件上的应用。第三实施例的固体图像传感器件41具体包括与各像素的光电二极管PD对应形成的光波导42，并且光波导42是由环状核心层16和被环状核心层16包围着的覆盖层17构成的。另外，环状核心层16在光入射侧具有加宽的开口端。
由于其余的结构与上面第一实施例中所述的结构类似，所以图12和图13中与图1和图2中相对应的那些部分用相同的附图标记表示并且省略对这些部分的重复说明。
对于第三实施例的固体图像传感器件41，由于光波导42包括在光入射侧具有加宽的开口端的环状核心层16，所以能够更容易地将入射光引导至光波导42。因而，能够进一步提高向光电二极管PD的集光效率，由此提供更高的灵敏度。此外，与第一实施例相同，能够防止由于光波导42内部的热膨胀而导致的破裂的发生。
另外，第三实施例也具有与上面第一实施例中所述的优点相同的优点。
光波导的结构的变形例
图14A至图14C图示了能够用在本发明各实施例的固体图像传感器件中的光波导的变形例。图14A至图14C分别表示当在水平截面上观察时光波导的形状。
图14A中所示的光波导151是图2中所示的光波导15的变形。在光波导151中，包围着覆盖层17的环状核心层16被形成为与像素的形状相匹配的多边形。包括多边形核心层的光波导151能够被应用于所谓的共用型像素结构，例如，稍后所述的以四个像素为单位的共用型结构。
图14B中所示的光波导152与图11中所示的光波导32相类似。光波导152是由位于外侧的环状核心层16、覆盖层17和位于内侧的柱形核心层33构成的，这些层以矩形形状呈同心状地布置着。
图14C中所示的光波导153是图11中所示的光波导32的变形。光波导153是由位于外侧的环状核心层16、覆盖层17和位于内侧的柱形核心层33构成的，这些层以圆形形状呈同心状地布置着。
在上述的固体图像传感器件制造方法中，当在水平截面上观察时，虽然沿着环状核心层16的外周边和内周边都形成了钝化膜26(见图5和图9F)或者仅沿着环状核心层16的外周边形成了钝化膜26(见图7E)，但也可以仅沿着环状核心层16的内周边形成钝化膜26。
5.第四实施例
固体图像传感器件的结构示例
图15和图16图示了本发明第四实施例的固体图像传感器件。第四实施例代表了在背面照射型CMOS固体图像传感器件上的应用。第四实施例的固体图像传感器件51包括位于被研磨减薄后的硅半导体基板52上的像素区域，在该像素区域中以二维阵列形式规则地布置有多个像素，每个像素包括用于提供光电转换部的光电二极管PD且包括多个像素晶体管。光电二极管PD被形成为在半导体基板52的厚度方向上延伸穿过整个半导体基板52，尽管未图示，光电二极管PD是由第一导电型(例如，在本实施例中为n型)的电荷存储区域和第二导电型(例如，在本实施例中为p型)的半导体区域构成的，在上述第一导电型的电荷存储区域中进行光电转换和电荷存储，上述第二导电型的半导体区域用于抑制在光电二极管PD的正面和背面产生的暗电流。光电二极管PD被形成为向多个像素晶体管的后方延伸。上述多个像素晶体管被形成在形成于半导体基板52正面侧的p型半导体阱区域53中。在图15中，仅用一个晶体管(即传输晶体管Tr1)代表多个像素晶体管。传输晶体管Tr1是由用作源极的光电二极管PD、用n型半导体区域形成的用作漏极的浮动扩散部FD、以及传输栅极电极54构成的，传输栅极电极54被形成得在该传输栅极电极54与半导体基板52之间设置有栅极绝缘膜。在相邻的像素之间形成有用作元件分离区域55的例如p型半导体层。
在半导体基板52的正面上形成有多层配线(布线)层59，多层配线层59包括多层的配线58，在相邻的配线58之间设置有层间绝缘膜57，并且在多层配线层59上粘合有支撑基板60。配线58的布局没有限制，并且配线58被形成为与光电二极管PD部分地重叠。半导体基板52的在与多层配线层59侧相背离的那一侧上的背面作为受光面。在半导体基板52的背面上形成有滤色器61和片上透镜62。
此外，在第四实施例中，在滤色器61与半导体基板52的背面之间在与各像素的光电二极管PD对应的位置处形成有光波导65。更加具体地，光波导65被形成得埋置在形成于半导体基板52的背面与滤色器61之间的绝缘膜66内。光波导65可具有与前面各实施例中所述的任意一种光波导相类似的结构。在第四实施例中，光波导65具有与第一实施例的光波导15的结构相同的结构。更加具体地，如图16所示，当在沿着水平面的截面上观察时，光波导65是由环状核心层16和覆盖层17构成的，环状核心层16的折射率高于包围着环状核心层16的部分(即，绝缘膜66)的折射率，覆盖层17被环状核心层16包围着且覆盖层17的折射率低于核心层16的折射率。在滤色器61与形成有光波导65的绝缘膜66之间形成有平坦化膜67。
绝缘膜66可以由例如折射率为约1.4的氧化硅(SiO2)膜形成。核心层16优选通过涂敷例如折射率为约1.7的硅氧烷基树脂而形成。覆盖层17可以通过使用例如折射率为约1.4的氧化硅(SiO2)膜形成。
在第四实施例的固体图像传感器件51中，入射光L透过片上透镜62并在经过光波导65的引导之后从半导体基板52的背面进入光电二极管PD。入射光L以与上述第一实施例中的光波导15相似的方式传播经过核心层16的内部。
因此，第四实施例的固体图像传感器件51，即，背面照射型CMOS固体图像传感器件包括由环状核心层16和被核心层16包围着的覆盖层17构成的光波导65。由于光波导65具有这样的结构，因而与上述第一实施例相同，能够防止光波导65内部的破裂的发生并且能够提高向光电二极管PD的集光效率。
此外，对于第四实施例的背面照射型CMOS固体图像传感器件，由于光波导65能够减少倾斜光的成分，所以能够避免光进入相邻的像素，从而能够防止混色。因此，能够省去由例如钨(W)等制成的遮光膜。
另外，由于光波导65能够让入射光以更高的效率到达光电二极管PD，因此即使在具有大像素尺寸的背面照射型固体图像传感器件中减小像素晶体管所占的面积时，也能够降低混色。由于减小了像素晶体管所占的面积并且增大了光电二极管PD的面积，因此能够改善固体图像传感器件的灵敏度特性。
固体图像传感器件制造方法的示例(1)
图17A至图18E图示了第四实施例的固体图像传感器件51的制造方法的示例(1)。首先，在硅半导体基板52的像素区域中，形成多个均由光电二极管PD和多个像素晶体管构成的像素并且形成用于将相邻的像素彼此分离的元件分离区域。然后，虽然没有示出，在半导体基板52的正面上形成多层配线层59，多层配线层59包括多层的配线58，在相邻的配线58之间布置有层间绝缘膜57。与上述第一实施例中相同，可以通过镶嵌工艺形成多层配线层59。在将由例如硅基板制成的支撑基板60粘合到多层配线层59上之后，通过例如化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，CMP)从背面侧对半导体基板52进行研磨减薄，使得光电二极管PD暴露于半导体基板52的背面。在研磨减薄之后，在半导体基板52的背面上形成用于抑制暗电流的p型半导体层。
接着，如图17A所示，在对半导体基板52进行研磨减薄之后，在半导体基板52的背面上形成例如折射率为约1.4的氧化硅(SiO2)膜等绝缘膜66。绝缘膜66用作构成膜(其限定了光程长度)。
接着，如图17B所示，在与各光电二极管PD对应的区域中对绝缘膜66进行图形化，从而形成位于中央处的柱形覆盖层17(由绝缘膜66制成)和包围着覆盖层17的环状凹部25。环状凹部25被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。
接着，如图17C所示，在环状凹部25的内壁表面、覆盖层17的上表面和绝缘膜66的上表面上全都形成钝化膜26。钝化膜26与稍后所述用来形成核心层的硅氧烷基树脂是相容的，从而确保核心层对于环状凹部25的内表面具有良好的附着性。钝化膜26构成核心层的一部分并且例如是由折射率为约2.0(该折射率高于核心层的折射率)的氮化硅(SiN)膜制成的。
接着，如图18D所示，在覆盖层17和绝缘膜66上(包括环状凹部25的内部空间上)全都涂敷例如硅氧烷基树脂。由填充在环状凹部25中的硅氧烷基树脂形成具有环状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图18E所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导65是由位于中央的柱形覆盖层17和包围着覆盖层17的环状核心层16构成的。此外，本示例的光波导65包括沿着核心层16的外周边和内周边形成的钝化膜26，该钝化膜26构成核心层16的一部分并且该钝化膜26的折射率高于核心层16的折射率。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导65的背面照射型CMOS固体图像传感器件51。
固体图像传感器件制造方法的示例(2)
图19A至图20F图示了第四实施例的固体图像传感器件51的制造方法的示例(2)。首先，与上述示例(1)相同，在硅半导体基板52的像素区域中，形成多个均由光电二极管PD和多个像素晶体管构成的像素并且形成用于将相邻的像素彼此分离开的元件分离区域。然后，虽然未图示，在半导体基板52的正面上形成多层配线层59，多层配线层59包括多层的配线58，在相邻的配线58之间布置有层间绝缘膜57。与上述第一实施例中相同，可以通过镶嵌工艺形成多层配线层59。在将由例如硅基板制成的支撑基板60粘合到多层配线层59上之后，通过例如化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)从背面侧对半导体基板52进行研磨减薄，使得光电二极管PD暴露于半导体基板52的背面。在对半导体基板52进行研磨减薄之后，在半导体基板52的背面上形成用于抑制暗电流的p型半导体层。
接着，如图19A所示，在对半导体基板52进行研磨减薄之后，在半导体基板52的背面上形成例如折射率为约1.4的氧化硅膜等绝缘膜66。然后，选择性地蚀刻掉与各光电二极管PD对应的那部分绝缘膜66，从而形成凹部67。凹部67被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。
接着，如图19B所示，在凹部67的内壁表面和绝缘膜66的表面上全都形成例如由折射率为约2.0的氮化硅(SiN)膜制成的钝化膜26。
接着，如图19C所示，例如，在钝化膜26上沉积折射率为约1.4且要成为覆盖层的氧化硅(SiO2)膜17A，以填充凹部67。例如可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺来形成氧化硅膜17A。
接着，如图20D所示，通过使用光刻技术和蚀刻技术对氧化硅膜17A进行图形化，从而在凹部67的中央处形成覆盖层17，使得覆盖层17的上表面与绝缘膜66上的钝化膜26的上表面处于同一平面。随着覆盖层17的形成，在凹部67内形成了包围着覆盖层17的环状凹部68。换言之，当在沿着水平面的截面上观察时，在凹部67内形成了被环状凹部68包围着的覆盖层17。
接着，如图20E所示，在覆盖层17和绝缘膜66上(包括环状凹部68的内部空间上)全都涂敷例如硅氧烷基树脂。由填充在环状凹部68中的硅氧烷基树脂形成具有环状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图20F所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导65是由位于中央的柱形覆盖层17和包围着覆盖层17的环状核心层16构成的。此外，本示例的光波导65包括沿着核心层16的外周边形成的钝化膜26，该钝化膜26构成核心层16的一部分并且该钝化膜26的折射率高于核心层16的折射率。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导65的背面照射型CMOS固体图像传感器件51。
根据上述的固体图像传感器件51的制造方法的示例(1)至示例(2)，能够制造包括具有如下基本结构的光波导65的固体图像传感器件51：环状核心层16被形成为包围着位于中央的柱形覆盖层17。此外，由于是在环状凹部68的内壁表面上形成由氮化硅膜制成的钝化膜26之后才把要成为核心层16的硅氧烷基树脂填充至环状凹部68中，所以能够获得环状凹部68中的核心层16对于环状凹部68的内壁表面的良好的附着性。
6.第五实施例
固体图像传感器件的结构示例
下面对本发明第五实施例的固体图像传感器件进行说明。图21A至图22E图示了第五实施例的正面照射型CMOS固体图像传感器件71(在此具体使用了光波导72)以及该固体图像传感器件的制造方法。第五实施例的固体图像传感器件71包括图22E中所示的形成在各像素的光电二极管PD上的光波导72。光波导72埋置于多层配线层9的层间绝缘膜7中，并且是由用作环状核心层的环状钝化膜26、被钝化膜26包围着的覆盖层17和位于中央且被覆盖层17包围着的柱形核心层16构成的。
由于其余的结构与上面第一实施例中所述的结构类似，所以省略对其余结构的重复说明。
固体图像传感器件制造方法
在下面的对第五实施例的固体图像传感器件制造方法的说明中，与上述第一实施例的制造方法中的部分相对应的部分用相同的附图标记来表示。
在第五实施例中，与图3A中所示的上述步骤相同，在硅半导体基板2中形成由光电二极管PD和像素晶体管构成的像素且形成元件分离区域。此后，通过镶嵌工艺在半导体基板2的表面上形成多层配线层9，多层配线层9包括多层的配线8，且在相邻的配线8之间布置有层间绝缘膜7。
接着，如图21A所示，选择性地蚀刻掉与各光电二极管PD对应的那部分多层配线层9中的层间绝缘膜7和防扩散膜23，从而形成基本上位于层间绝缘膜7中的凹部24。凹部24被形成为使其底面所处的位置尽可能接近光电二极管PD。然后，在凹部24的内壁表面和多层配线层9的表面上全都形成要成为环状核心层且例如由折射率为约2.0的氮化硅(SiN)膜制成的钝化膜26。
接着，如图21B所示，在钝化膜26上沉积折射率为约1.4并且要成为覆盖层的氧化硅(SiO2)膜17A，以填充凹部24。例如可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺来形成氧化硅膜17A。
接着，如图21C所示，对氧化硅膜17A的上表面进行平坦化并且选择性地蚀刻掉处于凹部24的中央区域中的氧化硅膜17A，从而形成中央凹部73。随着中央凹部73的形成，留在中央凹部73与包围着中央凹部73的环状钝化膜26之间的氧化硅膜17A形成了覆盖层17。
接着，如图22D所示，在整个覆盖层17上涂敷例如硅氧烷基树脂以填充中央凹部73。通过填充在中央凹部73中的硅氧烷基树脂形成具有柱状形状的核心层16。
通过上述步骤，如图22E中所示，当在沿着水平面的截面上观察时，所形成的光波导72是由位于中央的核心层16、包围着核心层16的覆盖层17和包围着覆盖层17并用作环状核心层的环状钝化膜26构成的。
此后，在平坦化的硅氧烷基树脂层上形成滤色器和片上透镜，从而获得了包含光波导72的正面照射型CMOS固体图像传感器件71。需要注意的是，光波导72也可以应用于背面照射型CMOS固体图像传感器件。
对于第五实施例的固体图像传感器件71，光波导72是由用作环状核心层的钝化膜26、被钝化膜26包围着的覆盖层17和位于覆盖层17的中央处的核心层16构成的。于是，因为由例如硅氧烷基树脂制成的核心层16被形成在覆盖层17的中央处，所以能够减小核心层16的开口宽度d5以防止热膨胀所导致的核心层16与覆盖层17之间的破裂的发生。第五实施例的光波导72优选适用于尤其是具有大像素尺寸的固体图像传感器件中所使用的光波导。此外，由于光波导72具有在钝化膜26与覆盖层17之间的反射界面和在覆盖层17与核心层16之间的反射界面，因而增加了反射界面的数量。这样，与上述各实施例一样，能够减少光损失并且能够提高向光电二极管PD的集光效率。
7.第六实施例
固体图像传感器件的结构示例
图23图示了本发明第六实施例的固体图像传感器件。第六实施例代表了在正面照射型CMOS固体图像传感器件上的应用：在该正面照射型CMOS固体图像传感器件中，呈二维地排列有所谓的四像素共用单元，这些四像素共用单元均包括在水平方向上的2个像素和在垂直方向上的2个像素。在第六实施例的固体图像传感器件81中，如图23所示，通过呈二维地排列四像素共用单元82(每个四像素共用单元82含有与四个像素对应的2×2光电二极管PD阵列(PD1至PD4))，形成了像素区域。每个四像素共用单元82中的四个光电二极管PD共用一组除了传输晶体管之外的像素晶体管。更加具体地，在每个四像素共用单元82中，四个光电二极管PD1至PD4共用一个浮动扩散部FD。像素晶体管是由四个传输晶体管Tr1(Tr11至Tr14)、一个复位晶体管Tr2(86、87、90)、一个放大晶体管Tr3(87、88、91)和一个选择晶体管Tr4(88、89、92)构成的，上述后三个晶体管(复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4)被四个光电二极管共用。虽然在第六实施例中像素晶体管是由四个晶体管构成的，但像素晶体管也可以由三个晶体管构成。
浮动扩散部FD布置在被四个光电二极管PD1至PD4包围的中央处。传输晶体管Tr11至Tr14分别包括被布置在浮动扩散部FD(该浮动扩散部FD被各传输晶体管共用)与对应的光电二极管PD1至PD4之间的对应传输栅极电极83(831至834)。
一个像素对应于一个如下的区域84：该区域84包括一个光电二极管PD并且该区域84被穿过浮动扩散部FD的中心的垂直线和水平线、穿过形成有像素晶体管的区域的中心的水平线、以及分别穿过在水平方向上彼此相邻的四像素共用单元之间的中点的垂直线包围着。
复位晶体管Tr2是由一对源极区域和漏极区域86、87以及一个复位栅极电极90形成的。放大晶体管Tr3是由一对源极区域和漏极区域87、88以及一个放大栅极电极91形成的。选择晶体管Tr4是由一对源极区域和漏极区域88、89以及一个选择栅极电极92形成的。
浮动扩散部FD以及源极区域和漏极区域86～89被形成为第一导电型的半导体区域。在第六实施例中，由于将电子作为信号电荷，所以浮动扩散部FD以及源极区域和漏极区域86～89被形成为n型半导体区域。
此外，在第六实施例中，在各光电二极管PD(PD1至PD4)上形成有如图14A中所示在水平截面上为多边形的光波导151。光波导151被形成得与对应的光电二极管PD的形状相匹配，光波导151包括由例如硅氧烷基树脂制成的环状核心层16以及被核心层16包围着并且由例如氧化硅膜制成的覆盖层17。尽管未图示，光波导151被形成在位于滤色器与光电二极管PD之间的多层配线层的层间绝缘膜内，使得光波导151的光出射端所处的位置接近光电二极管PD。
对于第六实施例的固体图像传感器件81，由于固体图像传感器件81包括由环状核心层16和位于中央的覆盖层17构成的光波导151，所以与上述实施例一样，能够防止由于光波导内部的热膨胀而导致的破裂的发生并且能够提高向光电二极管PD的集光效率。
也可以将图14B和图14C中分别示出的上述光波导152和光波导153以及上述第五实施例的光波导72应用于上述背面照射型固体图像传感器件。
虽然本发明各实施例的包括光波导的固体图像传感器件应用于CMOS固体图像传感器件，但它们也可应用于CCD固体图像传感器件。如上所述，CCD固体图像传感器件包括：多个用作受光部的光电转换部(光电二极管)；与受光部的各列对应地布置着的垂直传输寄存器；水平传输寄存器；和输出部。各像素是由光电转换部和从光电转换部读取信号电荷的器件(即，与光电转换部对应的垂直传输寄存器的传输部)构成的。此外，在各像素的光电转换部中形成有在上述各实施例的任一者中所示的光波导。
在各个上述实施例的固体图像传感器件中，信号电荷是电子，第一导电类型是n型，第二导电类型是p型。然而，也可以将本发明实施例应用于其中信号电荷是空穴的固体图像传感器件。在此情况下，第二导电型类是n型，第一导电类型是p型。
8.第七实施例
电子装置的结构示例
本发明上述实施例的固体图像传感器件可应用于包括例如数码照相机或摄像机等相机系统、具有图像传感功能的手机和具有图像传感功能的其他类型的装置等的电子装置。
图25图示了本发明的第七实施例，该实施例被应用于作为电子装置的一个示例的相机。第七实施例的相机例如是能够拍摄静止图像和动态图像的摄像机。第七实施例的相机101包括固体图像传感器件102、用于将入射光引导至固体图像传感器件102的受光传感器部的光学系统103、快门装置104、用于驱动固体图像传感器件102的驱动电路105和用于对固体图像传感器件102的输出信号进行处理的信号处理电路106。
可以采用上述各实施例中的一种固体图像传感器件作为固体图像传感器件102。光学系统(光学镜头)103将来自拍摄对象的图像光(入射光)聚焦到固体图像传感器件102的图像传感面上。于是，在一定期间内在固体图像传感器件102中累积信号电荷。光学系统103可以是由多个光学镜头构成的光学镜头系统。快门装置104对固体图像传感器件102的光照期间和遮光期间进行控制。驱动电路105提供用于控制固体图像传感器件102的传输操作和快门装置104的快门操作的驱动信号。根据从驱动电路105提供的驱动信号(时序信号)执行固体图像传感器件102中的信号传输。信号处理电路106执行各种类型的信号处理。将经过信号处理而获得的视频信号存储在例如存储器等存储介质中或者输出至监控器。
对于第七实施例的电子装置，在包含光波导的固体图像传感器件中，能够防止由于光波导内部的热膨胀所导致的破裂的发生并且能够提高向光电二极管的集光效率。因此，能够提供高质量的电子装置。例如，能够提供高质量的相机等。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (16)

1.一种固体图像传感器件，其包括：
多个像素，各个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的；以及
与各个所述像素的所述光电转换部相对应地形成的光波导，
其中，当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导包括环状核心层和覆盖层，所述环状核心层的折射率高于包围着所述环状核心层的部分的折射率，所述覆盖层被所述环状核心层包围着且所述覆盖层的折射率低于所述环状核心层的折射率。
2.根据权利要求1所述的固体图像传感器件，其中，
当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导还包括第二核心层，所述第二核心层位于所述覆盖层的中央且所述第二核心层的折射率高于所述覆盖层的折射率。
3.根据权利要求1所述的固体图像传感器件，其中，
当在沿着水平面的截面上观察时，所述光波导还包括钝化膜，所述钝化膜沿着所述环状核心层的外周边和/或内周边布置着，所述钝化膜的折射率高于所述环状核心层的折射率，并且所述钝化膜构成所述环状核心层的一部分。
4.根据权利要求1至3任一项所述的固体图像传感器件，其中，
所述环状核心层是硅氧烷基树脂，并且
所述覆盖层是氧化硅膜。
5.根据权利要求3所述的固体图像传感器件，其中，
所述环状核心层是硅氧烷基树脂，
所述覆盖层是氧化硅膜，并且
所述钝化膜是氮化硅膜。
6.根据权利要求2所述的固体图像传感器件，其中，
所述环状核心层是由用氮化硅膜制成的钝化膜形成的，
所述覆盖层是由氧化硅膜形成的，并且
位于所述覆盖层的中央的所述第二核心层是由硅氧烷基树脂形成的。
7.根据权利要求1至3、5和6任一项所述的固体图像传感器件，其中，
所述像素是由所述光电转换部和像素晶体管构成的，并且
所述光波导形成在绝缘膜内，所述绝缘膜形成在形成有所述像素的半导体基板的光入射背面上。
8.根据权利要求1至3、5和6任一项所述的固体图像传感器件，其中，
所述像素是由所述光电转换部和像素晶体管构成的，并且
所述光波导形成在多层配线层的层间绝缘膜内，所述多层配线层形成在形成有所述像素的半导体基板的光入射正面上。
9.一种固体图像传感器件制造方法，所述方法包括如下步骤：
在半导体基板上形成多个像素，各个所述像素是由光电转换部和用于从所述光电转换部读取信号电荷的部件构成的；
在形成于所述半导体基板的一个表面上的构成膜的某个部分中形成凹部，所述某个部分与各个所述像素的所述光电转换部相对应；
在所述凹部中形成覆盖层，当在沿着水平面的截面上观察时，所述覆盖层被环状凹部包围着；以及
在所述环状凹部中填充核心层，所述核心层的折射率高于作为外围部分的所述构成膜的折射率和所述覆盖层的折射率，
由此形成由所述覆盖层和环状的所述核心层构成的光波导。
10.根据权利要求9所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
在形成所述环状凹部的同时，还形成位于所述覆盖层的中央的中央凹部，以及
在所述环状凹部和所述中央凹部每一者中填充所述核心层。
11.根据权利要求9所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
当在沿着水平面的截面上观察时，沿着所述环状核心层的外周边和/或内周边形成钝化膜，所述钝化膜的折射率高于所述环状核心层的折射率，并且所述钝化膜构成所述环状核心层的一部分。
12.根据权利要求9至11任一项所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
通过使用硅氧烷基树脂形成所述环状核心层，以及
将所述覆盖层形成为氧化硅膜。
13.根据权利要求11所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
通过使用硅氧烷基树脂形成所述环状核心层，
将所述覆盖层形成为氧化硅膜，并且
将所述钝化膜形成为氮化硅膜。
14.根据权利要求9至11和13任一项所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
形成由所述光电转换部和像素晶体管构成的所述像素，以及
在形成于所述半导体基板的光入射背面上的绝缘膜内形成所述光波导。
15.根据权利要求9至11和13任一项所述的固体图像传感器件制造方法，所述方法还包括如下步骤：
形成由所述光电转换部和像素晶体管构成的所述像素，以及
在形成于所述半导体基板的光入射正面上的多层配线层的层间绝缘膜内形成所述光波导。
16.一种电子装置，其包括：
固体图像传感器件；
光学系统，所述光学系统将入射光引导至所述固体图像传感器件的光电转换部；以及
信号处理电路，所述信号处理电路对所述固体图像传感器件的输出信号进行处理，
其中，所述固体图像传感器件是由权利要求1至8任一项所述的固体图像传感器件构成的。
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