CN102569315B - 固态成像器件、其制造方法和电子装置 - Google Patents

Abstract

在此公开固态成像器件、其制造方法和电子装置。所述固态成像器件包括：光阻挡层，其形成在光入射侧的像素区的有效像素区中以围绕每个像素的光电转换单元，并且以延伸方式形成至光学黑区；凹入部分，其在对应于光电转换单元的区域中形成以便由光阻挡层围绕；第一屈光率层，其形成在光阻挡层和凹入部分的表面上，并具有相对低的屈光率；第二屈光率层，其形成在第一屈光率层上以便埋入凹入部分中，并具有相对高的屈光率；以及防闪光层，其形成在光学黑区中的第一屈光率层上。

Description

固态成像器件、其制造方法和电子装置

技术领域

本公开涉及固态成像器件和其制造方法以及具有该固态成像器件的电子装置(如，相机)。

背景技术

作为固态成像器件(图像传感器)，存在CCD固态成像器件或CMOS固态成像器件。固态成像器件用于数码相机、数码摄像机和具有摄像头的各种便携式终端装置(如，移动电话)。

近年来，背面照射型CMOS固态成像器件已经用作改善灵敏度的固态成像器件。图28示出背面照射型CMOS固态成像器件的主要部分的示例。背面照射型CMOS固态成像器件1配备有减薄的半导体衬底2，在半导体衬底2中，从正面到背面形成作为光电转换单元的光电二极管PD，并且将形成像素的多个像素晶体管形成在正面侧。在该图中，多个像素晶体管中的每一个均由具有传输栅极3的传输晶体管Tr1表示。布置了多条布线5的多层布线层6经由层间绝缘层4形成在半导体衬底2的正面，并且支撑衬底8经由粘合层7接合至多层布线层6。平坦化膜10经由多个层形成的绝缘层9而形成在半导体衬底2的背面，并且片上滤色器(下文称为滤色器)11和片上微透镜(下文称为微透镜)12形成在平坦化膜10上。

另一方面，日本待审专利申请公开No.9-8261公开了这样的固态成像器件：其中，在光电二极管的上侧，在由光阻挡层围绕的光入射开口中，形成钝化膜和其上形成的相比于钝化膜具有更高屈光率的透明介电膜。钝化膜由NSG膜、PSG膜等制成，透明介电膜由丙烯酸树脂制成。在这种固态成像器件中，可以在光电二极管处采集入射至钝化膜的光。

为了改善光电二极管处的采光效率，日本待审专利申请公开No.7-45805和日本专利No.4165077中公开了其中构造了波导结构的固态成像器件。

发明内容

背面照射型CMOS固态成像器件可以具有这样的配置：在该配置中，如图29中所示，在半导体衬底2的背面侧的绝缘膜9上提供光阻挡层13，以便通过围绕各个像素的光电二极管PD来阻挡光进入像素之间。光阻挡层13例如由金属膜制成。由于图29中的固态成像器件14的其余配置与图28中的相同，因此向对应于图28的部分赋予相同的附图标记，并且将省略重复描述。

图30～32示出了在图28中的固态成像器件1中和图29中像素之间具有光阻挡层13的固态成像器件14中经由微透镜12入射的光束的光路的概要。在固态成像器件1中，如图30中所示，随着入射光束L更多地并入至光电二极管PD，器件的灵敏度特性得到改善。然而，部分入射光束并入至相邻像素的光电二极管PD，并且这是色彩混合的起因。

如图31和32中所示，由于光阻挡层13安装在固态成像器件14中的像素之间，因此光阻挡层13防止入射光进入相邻像素，从而抑制了色彩混合。然而，部分入射光束L由光阻挡层13阻挡，由此降低了灵敏度特性。灵敏度和色彩混合具有折中关系。

另外，还考虑这样的固态成像器件15：在该固态成像器件15中，提供了光阻挡层13，微透镜12下的平坦化膜10或滤色器11被减薄，并且曲率半径被优化以便适于减薄(thinning)(图32)。如图32中所示，由于在固态成像器件15中，微透镜12和光电二极管PD之间的距离变短，因此降低了剖面方向上的入射光的延伸，由此将入射光并入至各个像素的光电二极管PD。因此，当采用这种配置时，器件的灵敏度特性和色彩混合都可以得到改善。然而，需要将有效像素区以外的各区域中的步长(step)差异平坦化，或者充分地确保滤色器的膜厚度的一致性，由此减薄具有限制。

另一方面，在固态成像器件中，在有效像素区中的各像素之间形成光阻挡层，并且光阻挡层还安装在用于获得光学黑电平的基准的像素区(即，光学黑区)中。另外，已经尝试将用于防止闪光的防闪光层形成在光学黑区中的光阻挡层上。防闪光层使用感光膜，并且可以例如使用滤色器而形成。然而，难以将防闪光层直接形成在由金属膜制成的光阻挡层上。当利用单色光(例如，i射线)对金属光阻挡层上的负型感光膜进行曝光时，由于曝光(exposure light)和从光阻挡层界面反射的光之间的干扰所引起的驻波效应，未进行充分的曝光，由此防闪光层未粘合至光阻挡层。

一般而言，当在像素部分中形成滤色器时，随同滤色器的形成一起，使用绿红蓝滤波器在光学黑色B部分中形成防闪光层。

期望提供这样的固态成像器件和制造方法：其能够提高光敏特性(下文称为灵敏度特性)和遮挡(shading)特性，并且进一步使得能够在光学黑区中的光阻挡层上形成防闪光层。

另外，期望提供具有该固态成像器件的诸如相机之类的电子装置。

根据本公开一实施例的固态成像器件包括：光阻挡层，其形成在光入射侧的像素区的有效像素区中，以围绕每个像素的光电转换单元，并且以延伸方式形成至光学黑区；凹入部分，其在对应于光电转换单元的区域中形成以便由光阻挡层围绕；第一屈光率层，其形成在光阻挡层和凹入部分的表面上，并具有相对低的屈光率；第二屈光率层，其形成在第一屈光率层上以便埋入凹入部分中，并具有相对高的屈光率；以及防闪光层，其形成在光学黑区中的第一屈光率层上，其中，在有效像素区中，由光阻挡层、第一屈光率层和第二屈光率层形成内部采光体。

在根据本公开此实施例的固态成像器件中，将具有相对低屈光率的第一屈光率层形成在光阻挡层和凹入部分的表面上，并且在有效像素区中形成具有相对高屈光率的第二屈光率层以埋在凹入部分中。由于内部采光体由光阻挡层、第一屈光率层和第二屈光率层形成，因此斜射至内部采光体的光在第一屈光率层和第二屈光率层之间的界面处被反射，或者在光阻挡层和第一屈光率层之间的界面处被反射，并且朝着光电转换单元入射。在光学黑区中，第一屈光率层以延伸方式形成在光阻挡层上，从而在第一屈光率层上形成防闪光层。因此，防闪光层具有良好的粘合性。

根据本公开另一实施例的固态成像器件的制造方法包含：在光入射侧的像素区的有效像素区中形成光阻挡层，以围绕每个像素的光电转换单元，并且以延伸方式形成至光学黑区；在对应于光电转换单元的区域中形成凹入部分以便由光阻挡层围绕；在光阻挡层和凹入部分的表面上形成具有相对低屈光率的第一屈光率层；在第一屈光率层上形成具有相对高屈光率的第二屈光率层以埋在凹入部分中；以及在光学黑区中的第一屈光率层上形成防闪光层，其中，在有效像素区中，由光阻挡层、第一屈光率层和第二屈光率层形成内部采光体。

在根据本公开此实施例的固态成像器件的制造方法中，将具有相对低屈光率的第一屈光率层形成在光阻挡层和凹入部分的表面上，并且在第一屈光率层上形成具有相对高屈光率的第二屈光率层以埋在凹入部分中。由于内部采光体由第一屈光率层和第二屈光率层形成，因此斜射至内部采光体的光在第一屈光率层和第二屈光率层之间的界面处被反射，或者在光阻挡层和第一屈光率层之间的界面处被反射，并且朝着光电转换单元入射。在光学黑区中，第一屈光率层以延伸方式形成在光阻挡层上，从而在第一屈光率层上形成防闪光层。因此，防闪光层具有良好的粘合性。

根据本公开又一实施例的电子装置包含：固态成像器件；光学系统，其将入射光引导至固态成像器件的光电转换单元；以及信号处理电路，其处理来自固态成像器件的输出信号。固态成像器件由上述固态成像器件配置。

由于根据本公开此实施例的电子装置具有所述固态成像器件，因此斜射至内部采光体的光在第一屈光率层和第二屈光率层之间的界面处被反射，或者在光阻挡层和第一屈光率层之间的界面处被反射，并且朝着光电转换单元入射。在光学黑区中，第一屈光率层以延伸方式形成在光阻挡层上，从而在第一屈光率层上形成防闪光层。因此，防闪光层具有良好的粘合性。

根据关于本公开实施例的固态成像器件，可以改善灵敏度特性和遮挡特性。进一步，可以在光学黑区中形成具有良好粘合性的防闪光层。

根据关于本公开实施例的固态成像器件的制造方法，可以制造能够改善灵敏度特性和遮挡特性并且在光学黑区中包括具有良好粘合性的防闪光层的固态成像器件。

根据关于本公开实施例的电子装置，可以提供能够改善灵敏度特性和遮挡特性并且能够防止闪光的高画质的电子装置。

附图说明

图1是示出根据本公开第一实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图2A～2C是图示根据第一实施例的固态成像器件的制造方法示例的制造工艺图(第一)。

图3A～3C是图示根据第一实施例的固态成像器件的制造方法示例的制造工艺图(第二)。

图4是图示根据本公开实施例的内部采光体的光波导效应的示图。

图5是图示根据本公开实施例的透镜效应的示图。

图6A和6B是图示根据本公开实施例的、在光学黑区中形成防闪光层时曝光期间的驻波效应的示图。

图7是图示根据本公开实施例的第一屈光率层的膜厚度的示图。

图8是示出根据本公开第二实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图9A～9C是图示根据第二实施例的固态成像器件的制造方法示例的主要部分的制造工艺图。

图10是示出根据本公开第三实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图11A～11C是图示根据第三实施例的固态成像器件的制造方法示例的主要部分的制造工艺图。

图12是示出根据本公开第四实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图13是示出根据本公开第五实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图14A～14C是图示根据第五实施例的固态成像器件的制造方法示例的主要部分的制造工艺图。

图15是应用于根据第六实施例的固态成像器件的Bayer排列的原色滤色器的平面视图。

图16是根据本公开第六实施例的固态成像器件的主要部分的示意性配置图。

图17A～17D是图示根据第六实施例的固态成像器件的制造方法示例的主要部分的制造工艺图。

图18是根据第六实施例的修正示例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图19A～19D是图示根据第六实施例的修正示例的固态成像器件的制造方法示例的主要部分的制造工艺图。

图20是根据本公开第七实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图21是根据本公开第八实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图22A～22B是根据修正示例的内部采光体的主要部分的配置图。

图23A和23B是根据修正示例的固态成像器件的主要部分的配置图。

图24是根据本公开第九实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图25是根据本公开第十实施例的固态成像器件的主要部分的示意配置图。

图26是图示作为表1中的曲线图的对于SiO膜厚度的灵敏度特性的示图。

图27是根据本公开第十一实施例的电子装置的示意配置图。

图28是图示现有技术的背面照射型CMOS固态成像器件的示例的示意配置图。

图29是图示与参考示例有关的背面照射型CMOS固态成像器件的示意配置图。

图30是图示在像素间没有光阻挡层的背面照射型CMOS固态成像器件中的光入射状态的示图。

图31是图示在像素间具有光阻挡层的背面照射型CMOS固态成像器件中的光入射状态的示图。

图32是图示在像素间具有光阻挡层的另一背面照射型CMOS固态成像器件中的光入射状态的示图。

具体实施方式

下文描述本公开的实施例。将按照下列顺序进行描述。

1.第一实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

2.第二实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

3.第三实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

4.第四实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

5.第五实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

6.第六实施例(固态成像器件的配置示例和制造方法示例)

7.第七实施例(固态成像器件的配置示例)

8.第八实施例(固态成像器件的配置示例)

9.第九实施例(固态成像器件的配置示例)

10.第十实施例(固态成像器件的配置示例)

11.第十一实施例(电子装置的配置示例)

1.第一实施例

固态成像器件的配置示例

图1示出根据本公开第一实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第一实施例的固态成像器件21具有像素区23，在像素区23中，包括作为光电转换单位的光电二极管PD和多个像素晶体管的多个像素26以二维方式例如安置在减薄的硅半导体衬底22上。像素区23包括有效像素区24和所谓的光学黑区25，该光学黑区25是在有效像素区24外部作为光学黑电平(optical black level)的基准所使用的像素区。

像素26可以由光电二极管PD和多个像素晶体管形成为单元像素。另外，像素26可以具有共享的像素结构。共享的像素结构包括多个光电二极管PD、多个传输晶体管、共享浮空扩散(floating diffusion)和另一共享的像素晶体管。多个像素晶体管(MOS晶体管)例如可以由传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管构成。另外，多个像素晶体管例如可以由通过进一步包括选择晶体管的四个晶体管构成。在图1中，多个像素晶体管由具有传输栅极27的传输晶体管Tr1表示。

从半导体衬底22的正面侧向其背面侧形成光电二极管PD。像素晶体管形成在半导体衬底22的正面侧。经由层间绝缘膜29布置多个布线层30的多层布线层31形成在半导体衬底22的正面侧，并且例如由硅衬底形成的支撑衬底32接合至多层布线层31。多层布线层31和支撑衬底32例如可以经由粘合层28而彼此接合。

由单个层或多个层形成的绝缘膜34形成在作为光入射侧的半导体衬底22的背面侧。在绝缘膜34上，形成片上滤色器(下文称为滤色器)35、平坦化膜36和片上微透镜(下文称为微透镜)37。可以将绝缘膜34形成为例如由氧化硅膜、氧化铪膜等制成的防反射膜。

另外，在实施例中，光阻挡层39形成在像素区23的光学黑区25和有效像素区24中的绝缘膜34上。形成光阻挡层39，以便围绕有效像素区24中各个像素的光电二极管PD，并且光阻挡层39(其为从有效像素区24中的光阻挡层39延伸的同一个膜)形成在光学黑区25中的整个表面上。在有效像素区24中，由光阻挡层39围绕的凹入部分41形成在与每个光电二极管PD对应的区域中。作为光阻挡层39，例如，使用诸如Al、Cu或W之类的单个膜或者诸如其合金膜之类的金属膜。

将具有相对低屈光率的第一屈光率层42形成在从有效像素区24到光学黑区25的光阻挡层39和凹入部分41的表面上。作为第一屈光率层42的材料，例如使用氧化硅膜、炭氧化硅膜、氟化镁膜、氟化钙膜等。

在有效像素区24中，相比于第一屈光率层42具有更高屈光率的第二屈光率层43形成在第一屈光率层42上，以便埋在凹入部分41中。在此示例中，形成光阻挡层39以埋在第二屈光率层43中，由此将第二屈光率层43的表面平坦化。作为第二屈光率层43的材料，例如使用氮化硅膜、氮氧化硅膜等。也就是说，关于屈光率的量值相互关系，第一屈光率层42低于第二屈光率层43。光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成内部采光体，以便对应于每个像素的光电二极管PD。滤色器35经由平坦化膜40形成在第二屈光率层43上。相比于第二屈光率层43，平坦化膜40具有更低的屈光率。

另一方面，在光学黑区25中，用于防止闪光的防闪光层44形成在光阻挡层39上，所述光阻挡层39形成在整个表面上。使用感光膜通过曝光工艺形成防闪光层44。防闪光层44例如可以使用感光膜(例如，仅蓝色滤波器，或者红绿蓝滤波器的组合)，如有效像素区24中的滤色器、感光炭黑膜、感光钛黑膜等。

第一屈光率层42的膜厚度t4(光阻挡层的侧壁端的膜厚度)最好为50nm或上至200nm以下(50nm≤t4＜200nm)。与光电二极管PD对应的凹入部分底部的第一屈光率层42的膜厚度t1大约为膜厚度t4的1.5倍。如果膜厚度t4如上所述那样处于50nm≤t4＜200nm的范围，则可以改善灵敏度特性和遮挡(shading)特性，并且进一步在光学黑区25上形成具有良好粘合性的防闪光层44。

在固态成像器件21中，滤色器中心和微透镜中心最好以与典型情况相同的方式，根据向像素区23边缘的移动，逐步地或者按步长方式地相对于光电二极管PD的中心而移向像素区的中心。移动量在滤色器和微透镜中可以相同，或者可以在微透镜中更大。利用这种配置，可以加强灵敏度并且降低色彩混合和亮度遮蔽的发生。

固态成像器件的修正示例

在图1中，尽管将平坦化膜40形成在有效像素区24的第二屈光率层43上，然而在原理上，平坦化膜40可以略去，并且可以将滤色器35直接形成在第二屈光率层43上。

固态成像器件的制造方法示例

图2A～3C示出根据第一实施例的固态成像器件21的制造方法示例。首先，尽管未详细地示出，然而例如，各个像素的光电二极管PD形成在硅半导体衬底22的像素区23中，并且各个像素的多个像素晶体管形成在半导体衬底的正面侧。像素形成在有效像素区24和光学黑区25中。接下来，通过经由层间绝缘膜在半导体衬底22的正面上布置多个布线层，形成多层布线层。然后，将支撑衬底(例如，硅衬底)接合至多层布线层的表面，然后通过研磨、抛光等减薄半导体衬底22，以使得光电二极管PD靠近背面。

接下来，如图2A中所示，将单个层或多个层形成的绝缘膜34形成在半导体衬底22的像素区23中。可以使用氧化硅膜、氧化铪膜等将绝缘膜34形成为防反射膜。接下来，将光阻挡层39形成在有效像素区24和光学黑区25的整个表面上，并且通过光刻和干法刻蚀将光阻挡层39进行图案化。从而，阻抗光进入像素之间的光阻挡层39形成在有效像素区24中，以便围绕每个光电二极管PD并且在对应于每个光电二极管PD的区域中形成凹入部分41。同时，形成了从有效像素区24中的光阻挡层39延伸并且阻挡光进入光学黑区25的整个表面的光阻挡层39。例如，使用诸如Al、Cu或W之类的单个膜或者诸如其合金膜之类的金属膜来形成光阻挡层39。光阻挡层39的膜厚度t2最好大约为100nm～500nm，以便尽可能如小状态下那样实现光阻挡效果。有效像素区24中的光阻挡层39的线宽w1最好等于或低于150nm。此实施例适用于具有1.5平方微米或更小的像素尺寸的精细(fine)像素。

接下来，如图2B中所示，将具有相对低的屈光率的第一屈光率层42形成在有效像素区24和光学黑区25的整个表面上，以便覆盖光阻挡层39和凹入部分41的表面。如上所述，第一屈光率层42可以使用氧化硅膜、炭氧化硅膜、氟化镁膜、氟化钙膜、氟化锂膜等。可以使用诸如作为干法类型的CVD法、溅射法、离子电镀法和气相淀积聚合法的膜形成方法来形成这种膜。第一屈光率层42的膜厚度t4等于或大于50nm～小于150nm。

接下来，如图2C中所示，将相比于第一屈光率层42具有更高屈光率的第二屈光率层43形成在有效像素区24和光学黑区25中的第一屈光率层42上。如上所述，第二屈光率层43可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜等。

接下来，如图3A中所示，将必要的树脂层46涂覆在第二屈光率层43上。涂覆树脂层46以使得其表面基本上平坦化。树脂层46例如可以使用酚醛清漆树脂、聚苯乙烯树脂、其共聚物树脂等。

接下来，如图3B中所示，可以使用反应离子刻蚀(RIE)法等，将树脂层46从有效像素区24和光学黑区25中的其上表面完全地回刻蚀(etch back)。在有效像素区24中，将具有不均匀性的第二屈光率层43的表面平坦化。可替换地，降低第二屈光率层的表面的不均匀性。在有效像素区24中，由光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成内部采光体，以使得对应于每个像素的光电二极管PD。另一方面，在光学黑区25中，去除全部的第二屈光率层43，由此将第一屈光率层42曝露到正面。通过将第一屈光率层42用作刻蚀结束点的检测器或者CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)的抛光停止器来进行回刻蚀工艺。在图3B中，将第二屈光率层43回刻蚀直至第一屈光率层42的表面。在有效像素区24中，第二屈光率层43可以留在第一屈光率层42上。这可应用于下面的实施例。

接下来，如图3C中所示，将相比于第二屈光率层43具有更低屈光率的平坦化膜40形成在第二屈光率层43的平坦化表面上。然后，将滤色器35形成在有效像素区24中的平坦化膜40上，并且将防闪光层44形成在光学黑区25中的第一屈光率层42上。防闪光层44是通过使用感光膜而形成的，并且例如可以在与形成滤色器35相同的时间，在格子形状的绿色滤波器和红色滤波器上使用滤色器35的蓝色滤波器或者整个蓝色滤波器的层压膜(laminatedfilm)形成防闪光层44。此时，有效像素区24中的滤色器和变为光学黑区25中的防闪光层44的滤色器可以通过曝光和显影而同时形成。可以在与滤色器的形成工艺分离的工艺中，使用感光钛黑膜(photosensitive titanium blackfilm)、感光炭黑膜(photosensitive carbon black film)等，通过曝光和显影形成防闪光层44。

接下来，经由平坦化膜36将微透镜37形成在有效像素区24和光学黑区25的整个表面上。以此方式，获得了期望的固态成像器件21，其中与每个像素的光电二极管PD对应的内部采光体通过相对于光阻挡层39的自对准而形成。

制造方法的修正示例

具有相对低的屈光率的上述第一屈光率层42通过使用丙烯酸树脂、硅氧烷树脂等的树脂膜而形成。可以通过将氟原子或空心硅石粒子(hollow silicaparticle)添加至树脂来获得较低的屈光率。

如果选择氮氧化硅膜作为第一屈光率层42，则最好通过改变膜形成条件，使用具有高屈光率的氮氧化硅膜来形成第二屈光率层43。

在根据第一实施例的固态成像器件21中，在有效像素区24中的每个像素26的光电二极管PD上，由围绕光电二极管PD的光阻挡层39、第一屈光率层42和埋在凹入部分41中的第二屈光率层43构成内部采光体。穿过微透镜37的入射光由内部采光体采集，并且入射至光电二极管PD。因此，固态成像器件21的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在光学黑区25中，由于使用感光膜经由第一屈光率层42将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。

根据此实施例的内部采光体具有波导(waveguide)功能和透镜功能二者。将更加详细地描述内部采光体的采光效果。图4是图示波导功能的示图。如图4中所示，入射至第二屈光率层43的光L在第二屈光率层43和第一屈光率层42(具有低于其的屈光率)之间的界面处全部反射，然后其被引导至光电二极管PD。穿过入射至第二屈光率层43的光L的界面的部分光分量由金属膜制成的光阻挡层39反射，并被引导至光电二极管PD。以此方式，通过波导效应在光电二极管PD处采集入射光L。

图5是图示透镜功能的示图。当第一屈光率层42和第二屈光率层43之间的屈光率关系为第一屈光率层42＜第二屈光率层43时，入射光L的波面51(以虚线表示)示出在图5中。也就是说，在入射光L进入内部采光体之前，光的波面51是平行的。在入射光L进入内部采光体之后，入射光的行进速度在第一屈光率层42中比第二屈光率层43中更高，由此光的波面51弯曲。以此方式，光的波面51由于基于屈光率差异的相差而弯曲，从而出现透镜操作。通过透镜效应在光电二极管PD处采集入射光。

接下来，由于曝光光和内部界面反射的光之间的干扰所发生的驻波效应干扰了光学黑区25中防闪光层44的粘合。这将通过参照图6A和6B加以描述。将验证这样的情况：例如，负型感光树脂层53形成在有效像素区24和光学黑区25中的第一屈光率层42上，并且利用曝光光照射它以形成图案。如图6中所示，例如，将钨(W)膜用作光阻挡层39，例如，在其上形成氧化硅(SiO)膜作为第一屈光率层42，并且在其上形成负型感光树脂层53并且曝光。使用i射线(波长(λ)：365nm)进行曝光。氧化硅膜的屈光率n设为1.47。例如可以使用滤色器的色素(pigment)所添加到的感光树脂、透明感光树脂等形成感光树脂层53。

当利用曝光光La照射感光树脂层53时，由于从感光树脂层53和第一屈光率层42之间的界面反射的反射光(1)和从下面的光阻挡层39反射的反射光(2)之间的干扰，在界面54中出现光强的差异，从而出现所谓的驻波。界面54中光强最低的周期T由下列等式表示。

周期：T＝λ/2n

λ：曝光光的波长

n：第一屈光率层42的屈光率

如果第一屈光率层42的膜厚度为λ/2n，则界面54中的光强是最低的。

例如，在曝光光为i射线(波长：365nm)并且第一屈光率层42的氧化硅膜的屈光率n设为1.47的情况下，界面54中的光强最低的第一屈光率层42的膜厚度t3为365/(2×1.47)＝124.1nm。

如果界面54中的光强降低，则界面54中的粘合减小，由此当在负型感光树脂层53上形成图案时，出现诸如膜剥落之类的问题。

因此，为了改善形成防闪光层44的感光树脂层的粘合，在上述实施例中，第一屈光率层42的膜厚度t3最好设为λ/2n以外的值。

感光树脂层的粘合依赖于感光树脂层内部的光强，并且进一步可能依赖于曝光期间在感光树脂层中生成的光化学反应。例如，感光树脂层中的感光组分由于曝光而生成光电基(photo radical)，其使得光化学反应成为连锁反应，从而，树脂层内部的组分被交联(crosslink)从而粘合于衬底。

因此，在保持光学黑区25中防闪光层44的粘合的同时，考虑上述有效像素区中灵敏度特性和遮挡特性的改善确定第一屈光率层42的膜厚度t3。

表1示出第一屈光率层42的膜厚度的灵敏度特性。表1示出当氧化硅(SiO)膜用作有效像素区中的第一屈光率层42并且光阻挡层39的侧壁端的SiO膜厚度t4改变时相对于光的入射角的灵敏度特性(参见图7)。没有第一屈光率层42的样本用作比较示例。另外，氧化硅(SiO)膜由CVD法形成，由此图7中光电二极管PD对应的凹入部分的底部中的氧化硅(SiO)膜的膜厚度t1约为光阻挡层侧壁的SiO膜厚度的膜厚度t4的1.5倍。图26将相对于SiO膜厚度的灵敏度特性示出为表1的图表。表1和图26示出当灵敏度在0°的入射光角度和0nm的膜厚度处为1.0时的相对灵敏度特性。

表1

表2示出第一屈光率层42的膜厚度的遮挡特性。表2示出在将入射光的0°入射角的灵敏度特性“1.00”用作基准时，像素区周围入射角对应的25°的入射角的各个灵敏度特性、以及光阻挡层39的侧壁端的SiO膜厚度的膜厚度t4。没有第一屈光率层42的样本用作比较示例。

表2

从表1和图26可以看到，如果有效像素区24中的第一屈光率层(SiO膜)42的膜厚度t4大于0nm，并且最好50nm或更大至200nm以下，则灵敏度特性相比于比较示例得到改善。另外，可以从表2看到，如果有效像素区24中的第一屈光率层(SiO膜)42的膜厚度t4是50nm或更大至200nm以下，则25°的入射角处的灵敏度特性相比于比较示例得到改善。也就是说，灵敏度的降低量比现有技术中的更小。因此，可以看到，遮挡特性得到改善。

为了改善遮挡特性或色彩混合特性，如上所述，滤色器或微透镜根据向像素区的边缘的移动而平移。如果平移量太大，则光阻挡层39将入射光阻挡，由此灵敏度恶化。如图2中所示，如果相对于入射角度的灵敏度的降低是小的，则小的平移量也是允许的，这由此导致难以利用光阻挡层39阻挡入射光的结构。

考虑光学黑区25中防闪光层44的粘合来设置有效像素区24和光学黑区25中的第一屈光率层42的公共膜厚度。例如，在由氧化硅(SiO)膜制成的第一屈光率层42的情况下，在最好在有效像素区24中除了λ/2n以外的SiO膜厚度(就膜厚度t1而言)的范围中设置膜厚度t3。为了通过缩短微透镜37和光电二极管PD之间的距离来进一步改善灵敏度特性，第一屈光率层42的膜厚度最好为100nm或更小。因此，在氧化硅(SiO)膜的第一屈光率层42中，膜厚度t1＝t3最好是75nm～82nm。

2.第二实施例

固态成像器件的配置示例

图8示出根据本公开第二实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第二实施例的固态成像器件56具有配备有像素区23的减薄半导体衬底22，其中包括光电二极管PD和多个像素晶体管的多个像素以二维方式排列。尽管未示出，但是如上述图1所示那样，多层布线层形成在半导体衬底22的正面侧，并且支撑衬底接合至多层布线层。绝缘膜34形成在半导体衬底22的背面上。

另外，在实施例中，光阻挡层39形成在像素区23的有效像素区24和光学黑区25中的绝缘膜34上。形成光阻挡层39以便围绕有效像素区24中的各个像素的光电二极管PD，并且作为从有效像素区24中的光阻挡层39延伸的相同膜的光阻挡层39形成在光学黑区25中的整个表面上。在有效像素区24中，光阻挡层39围绕的凹入部分41形成在对应于每个光电二极管PD的区域中。

将具有相对低的屈光率的第一屈光率层42形成在从有效像素区24到光学黑区25的光阻挡层39和凹入部分41的表面上。在有效像素区24中，具有相对高的屈光率的第二屈光率层57形成在第一屈光率层42上以埋在凹入部分41中。使用含有金属微粒58的热固性树脂59形成第二屈光率层57。作为基底的热固性树脂59使用简单的丙烯酸树脂、酚醛清漆树脂、聚苯乙烯树脂、其共聚物树脂、聚酰亚胺树脂、硅氧烷树脂等。金属微粒58使用氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化锡等。可以通过在树脂59中包含金属微粒58来加强树脂59的屈光率。

由于第二屈光率层57是通过包含金属微粒58所形成的有机膜，因此在应用和形成后通过用于平坦化的干法刻蚀工艺将金属微粒58的微小凸起结构61形成在第二屈光率层57的表面上。微小凸起结构61具有一种蛾眼(moth-eye)结构并且用作防反射膜。光阻挡层39、第一屈光率层42、第二屈光率层57和作为防反射膜的微小凸起结构61形成内部采光体，以对应于每个像素的光电二极管PD。

另外，滤色器35经由平坦化膜40形成在微小凸起结构61的表面上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。

在光学黑区25中，以与第一实施例相同的方式，防闪光层44形成在第一屈光率层42上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。

其它配置与第一实施例中描述的那些配置相同，重复描述将予以省略。在图8中，与图1中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出。

固态成像器件的制造方法示例

图9A～9C示出根据第二实施例的固态成像器件56的制造方法示例。图仅示出了有效像素区24的内部采光体的形成，包括光学黑区的其它配置的制造工艺与第一实施例中的相同，由此其描述将予以省略。

如图9A中所示，平坦化膜34形成在配备有光电二极管PD的半导体衬底22的背面，以将阻挡光进入像素之间的光阻挡层39形成在平坦化膜34上。如上所述，形成光阻挡层39以便围绕每个光电二极管PD并且在与每个光电二极管PD对应的区域中形成凹入部分41。接下来，将具有相对低屈光率的第一屈光率层42形成在光阻挡层39和凹入部分41的整个表面上。

接下来，将具有相对高屈光率的第二屈光率层57形成在第一屈光率层42上，以便埋在凹入部分41中。第二屈光率层57通过含有金属微粒58的热固性树脂59的旋涂而形成。如上所述，热固性树脂59可以使用简单树脂，如丙烯酸树脂、酚醛清漆树脂、或聚苯乙烯树脂、其共聚物树脂、聚酰亚胺树脂等。如上所述，金属微粒58使用氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化锡等，并且将其适当地添加至树脂59。关于使用热固性树脂59而被形成之后的状态，第二屈光率层57相对于单元像素形成为凹凸状态。

接下来，如图9B中所示，将与用于第二屈光率层57的热固性树脂59具有相同组分的热固性树脂层60旋涂在第二屈光率层57上，以使得其表面基本上平坦化。这是由于第二屈光率层57的上覆热固性树脂60和树脂59的材料的组分彼此匹配，以便对于第二屈光率层57的平坦化，使得刻蚀速率彼此对应，从而更加有利地进行随后的干法刻蚀中的平坦化工艺。

接下来，如图9C中所示，例如使用反应离子刻蚀(RIE)法等，将最上的热固性树脂60从其上面完全回刻蚀。第二屈光率层57的表面的不均匀性得到降低，或者第二屈光率层57的表面通过回刻蚀整个表面而平坦化。

另外，第二屈光率层57是金属微粒58所添加到的有机膜。为此，在干法刻蚀中，将金属微粒58用作刻蚀掩膜，由此，如图9C中所示，作为有机膜的热固性树脂59的表面被去除，并且仅留下金属微粒58，从而形成微小凸起结构61。如上所述，结构61具有蛾眼结构并且用作防反射膜。光阻挡层39、第一屈光率层42、第二屈光率层57和作为防反射膜的结构61形成内部采光体。

其它配置的制造工艺与第一实施例中描述的那些相同。以此方式，获得了期望的固态成像器件56。

在根据第二实施例的固态成像器件56中，如第一实施例中所述，穿过微透镜37的入射光由实质的采光体(其由光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层57形成)采集，并且入射至光电二极管PD。由于用作防反射膜的金属微粒58的结构61形成在第二屈光率层57的表面上，因此第二屈光率层57和上覆层(overlying layer)之间界面处的反射得到抑制，由此可以进一步改善内部采光体中的光使用效率和采光效率。因此，固态成像器件56中的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在光学黑区25中，由于经由第一屈光率层42使用感光膜将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。另外，实现了与第一实施例中描述的相同效果。

3.第三实施例

固态成像器件的配置示例

图10示出根据本公开第三实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件63采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第三实施例的固态成像器件63具有配备有像素区23的减薄半导体衬底22，其中包括光电二极管PD和多个像素晶体管的多个像素以二维方式排列。尽管未示出，但是如上述图1所示那样，多层布线层形成在半导体衬底22的正面侧，并且支撑衬底接合至多层布线层。绝缘膜34形成在半导体衬底22的背面上。

另外，在此实施例中，光阻挡层39形成在像素区23的有效像素区24和光学黑区25中的绝缘膜34上。形成光阻挡层39以便围绕有效像素区24中的各个像素的光电二极管PD，并且作为从有效像素区24中的光阻挡层39延伸的相同膜的光阻挡层39形成在光学黑区25中的整个表面上。在有效像素区24中，光阻挡层39围绕的凹入部分41形成在对应于每个光电二极管PD的区域中。

将具有相对低的屈光率的第一屈光率层42形成在从有效像素区24到光学黑区25的光阻挡层39和凹入部分41的表面上。在有效像素区24中，具有相对高的屈光率的第二屈光率层64形成在第一屈光率层42上以便埋在凹入部分41中。以等于或低于含有金属微粒58的树脂被硬化(cure)的温度的温度，使用具有热流动性的热固性树脂65形成第二屈光率层64。作为基底并具有热流动性的热固性树脂65使用丙烯酸树脂、硅氧烷树脂等。金属微粒58使用氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化锡等。可以通过在树脂65中含有金属微粒58来加强树脂65的屈光率。相比于第二屈光率层64具有更低屈光率的平坦化膜66形成在表面被平坦化的第二屈光率层64上。

光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层64形成内部采光体以对应于每个像素的光电二极管PD。另外，滤色器35形成在平坦化膜66上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。在光学黑区25中，以与第一实施例相同的方式，防闪光层44形成在第一屈光率层42上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。

其它配置与第一实施例中描述的那些配置相同，重复描述将予以省略。在图10中，与图1中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出。

固态成像器件的制造方法示例

图11A～11C示出根据第三实施例的固态成像器件63的制造方法示例。该图仅示出了有效像素区24的内部采光体的形成，包括光学黑区的其它配置的制造工艺与第一实施例中的相同，由此其描述将予以省略。

如图11A中所示，平坦化膜34形成在配备有光电二极管PD的半导体衬底22的背面，以将阻挡光进入像素之间的光阻挡层39形成在平坦化膜34上。如上所述，形成光阻挡层39以便围绕每个光电二极管PD并且在与每个光电二极管PD对应的区域中形成凹入部分41。接下来，将具有相对低屈光率的第一屈光率层42形成在光阻挡层39和凹入部分41的整个表面上。

接下来，将具有相对高屈光率的第二屈光率层64形成在第一屈光率层42上，以便埋在凹入部分41中。以低于含有金属微粒58的树脂被硬化的温度的温度，通过具有热流动性的热固性树脂65的旋涂形成第二屈光率层64。由于树脂在低于树脂被硬化的温度的温度的加热状况下具有热流动性，因此特征在于使用具有平坦化功能的材料，并且以树脂被硬化的温度将材料热硬化。如上所述，热固性树脂65可以使用简单树脂，如丙烯酸树脂、酚醛清漆树脂、或聚苯乙烯树脂、其共聚物树脂、硅氧烷树脂等。如上所述，金属微粒58使用氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化锡等，并且将其适当地添加至树脂65。关于使用热固性树脂65被形成之后的状态，第二屈光率层64相对于单元像素形成以便以凹凸形状滚动。

接下来，如图11B中所示，针对表面滚动成凹凸形状的第二屈光率层64进行热处理，从而通过加热使得第二屈光率层64流动，藉此第二屈光率层64的表面基本上平坦化，并且形成第二屈光率层64的硬化膜。然后，将有效像素区24掩膜，并去除光学黑区25中的第二屈光率层64。在此实施例的第二屈光率层64的平坦化工艺中，在上层形成树脂层，由此可以不进行利用回刻蚀(干法刻蚀)或CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)法的工艺。

接下来，如图11C中所示，形成相比于第二屈光率层64具有更低的屈光率的平坦化膜66。以此方式，光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层64形成内部采光体。

其它配置的制造工艺与第一实施例描述的那些相同。以此方式，获得了期望的固态成像器件63。

在根据第三实施例的固态成像器件63中，如第一实施例中描述的那样，穿过微透镜37的入射光由内部采光体(其由光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层64形成)采集，并且入射至光电二极管PD。由于用作防反射膜的金属微粒58的结构61形成在第二屈光率层64的表面上，因此第二屈光率层57和上覆层之间界面处的反射得到抑制，由此可以进一步改善内部采光体中的光使用效率和采光效率。因此，固态成像器件63中的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在光学黑区25中，由于经由第一屈光率层42使用感光膜将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。另外，实现了与第一实施例中描述的相同效果。

4.第四实施例

固态成像器件的配置示例

图12示出根据本公开第四实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第四实施例的固态成像器件67对应于第三实施例的修改示例。

在根据第四实施例的固态成像器件67中，在有效像素区24中，使用包含金属微粒58的热固性树脂65，将具有相对高屈光率的第二屈光率层64形成在具有相对低屈光率的第一屈光率层42上。这种情况下的热固性树脂65是在等于或低于树脂被硬化的温度的温度处具有热塑性(热流动性)的树脂。另外，金属微粒58的微小凸起结构61形成在第二屈光率层64的表面上。微小凸起结构61具有一种蛾眼结构，并且用作防反射膜。光阻挡层39、第一屈光率层42、第二屈光率层64和作为防反射膜的微小凸起结构61形成内部采光体，以对应于每个像素的光电二极管PD。

其它配置与第三实施例中描述的那些配置相同。在图12中，与图10中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出，并且重复描述将予以省略。

固态成像器件的制造方法示例

在根据第四实施例的固态成像器件67的制造方法中，在图11A所示的工艺之后，在等于或低于第二屈光率层64的树脂被硬化的温度的温度，将与具有热塑性(热流动性)的热固性树脂65具有相同组分的热固性树脂层形成在第二屈光率层64上。另外，从其上表面回刻蚀热固性树脂，从而平坦化第二屈光率层64的表面并且形成表面的金属微粒58的微小凸起结构61。这些工艺与图9A～9C中所示的工艺类似。其它配置和工艺与第三实施例中描述的那些相同。

在根据第四实施例的固态成像器件67中，穿过微透镜37的入射光由实质的采光体(其由光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层64形成)采集，并且入射至光电二极管PD。由于用作防反射膜的金属微粒58的结构61形成在第二屈光率层64的表面上，因此第二屈光率层64和上覆层之间界面处的反射得到抑制，由此可以进一步改善内部采光体中的光使用效率和采光效率。因此，固态成像器件67中的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在光学黑区25中，由于经由第一屈光率层42使用感光膜将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。另外，实现了与第一实施例中描述的相同效果。

5.第五实施例

图13示出根据本公开第五实施例的固态成像器件。根据该实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第五实施例的固态成像器件69具有配备有像素区23的减薄半导体衬底22，其中包括光电二极管PD和多个像素晶体管的多个像素以二维方式排列。尽管未示出，但是如上述图1所示那样，多层布线层形成在半导体衬底22的正面侧，并且支撑衬底接合至多层布线层。绝缘膜34形成在半导体衬底22的背面上。

另外，在此实施例中，光阻挡层39形成在像素区23的有效像素区24和光学黑区25中的绝缘膜34上。形成光阻挡层39以便围绕有效像素区24中的各个像素的光电二极管PD，并且作为从有效像素区24中的光阻挡层39延伸的相同膜的光阻挡层39形成在光学黑区25中的整个表面上。在有效像素区24中，光阻挡层39围绕的凹入部分41形成在对应于每个光电二极管PD的区域中。

将具有相对低的屈光率的第一屈光率层42形成在从有效像素区24到光学黑区25的光阻挡层39和凹入部分41的表面上。在有效像素区24中，具有相对高的屈光率的第二屈光率层70形成在第一屈光率层42上以埋在凹入部分41中。第一屈光率层42的屈光率低于第二屈光率层70的屈光率。第二屈光率层70的表面形成为凹凸形状，以使得对应于光电二极管PD的部分向下凸起。

另外，将相比于第二屈光率层70具有更高屈光率的第三屈光率层71形成在第二屈光率层70上。第三屈光率层71的表面被平坦化。屈光率的量值相互关系是第一屈光率层42＜第二屈光率层70＜第三屈光率层71。第二屈光率层70和第三屈光率层71在光电二极管PD的上侧形成层内透镜72。另外，光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层70形成内部采光体。

另外，滤色器35经由平坦化膜40形成在第三屈光率层71上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。

在光学黑区25中，以与第一实施例相同的方式，防闪光层44形成在第一屈光率层42上，并且微透镜37经由平坦化膜36形成在其上。

其它配置与第一实施例中描述的那些配置相同。在图13中，与图1中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出，并且重复描述将予以省略。

固态成像器件的制造方法示例

图14A～14C示出第五实施例的固态成像器件69的制造方法示例。该图中仅示出有效像素区24的层内透镜和内部采光体的形成，并且包括光学黑区的其它配置的制造工艺与第一实施例中的那些工艺相同，由此其描述将予以省略。

如图14中所示，将平坦化膜34形成在配备有光电二极管PD的半导体衬底22的背面，以将阻挡光进入像素间的光阻挡层39形成在平坦化膜34上。如上所述，形成光阻挡层39以便围绕每个光电二极管PD，并且在对应于每个光电二极管PD的区域中形成凹入部分41。接下来，将具有相对低屈光率的第一屈光率层42形成在光阻挡层39和凹入部分41的整个表面上。如上所述，第一屈光率层42例如可以使用氧化硅膜、炭氧化硅膜、氟化镁膜、氟化钙膜等。

接下来，将相比于第一屈光率层42具有更高的屈光率的第二屈光率层70形成在第一屈光率层42上以埋在凹入部分41中。可以使用热固性树脂形成第二屈光率层70。热固性树脂使用丙烯酸树脂。由于不同于热塑性树脂，以基本上保持涂覆状态的形式通过加热硬化热固性树脂，因此，热固性树脂形成为凹入形状，在该凹入形状中，关于剖面形状，光电二极管PD侧低，而像素间的光阻挡层39侧高。

接下来，如图14B中所示，将相比于第二屈光率层70具有更高屈光率的第三屈光率层71形成在第二屈光率层70上。将第三屈光率层71的上表面形成为平坦化。例如，丙烯酸热塑性树脂用作第三屈光率层71的材料，并且将金属微粒添加至树脂。金属微粒使用氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化锡等，并被适当地添加至树脂。另外，除了热塑性树脂之外，可以使用通过将金属微粒添加至热固性树脂所获得的材料来形成第三屈光率层71。进一步，可以使用热固性树脂、氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三屈光率层71。在使用热固性树脂、氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三屈光率层71的情况下，将回刻蚀或CMP工艺适当地用以在后续工艺中来平坦化第三屈光率层71的上表面。

光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层70形成内部采光体。另外，第二屈光率层70和第三屈光率层71形成层间透镜72。

接下来，如图14C中所示，将相比于第三屈光率层71具有更低的屈光率的平坦化膜73形成在第三屈光率层71上。然后，有效像素区24被掩膜。从光学黑区25去除平坦化膜73、第三屈光率层71和第二屈光率层70。

其它配置的制造工艺与第一实施例中描述的那些相同。以此方式，获得了期望的固态成像器件69。

在根据第五实施例的固态成像器件69中，穿过微透镜37的入射光由层内透镜72和内部采光体(由光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层70形成)采集，并且入射至光电二极管PD。因此，固态成像器件69中的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在光学黑区25中，由于经由第一屈光率层42使用感光膜将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。另外，实现了与第一实施例中描述的相同效果。

6.第六实施例

固态成像器件的配置示例

图15和16示出根据本公开第六实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。图15是根据此实施例的由绿红蓝的原色系统形成的滤色器75的平面图。滤色器75具有绿红蓝以Bayer排列的配置。图16是沿着图15中的线XVI-XVI取得的剖面图，并且示出有效像素区24中的剖面结构。

如图16中所示，根据第六实施例的固态成像器件77具有配备有像素区23的减薄半导体衬底22，其中包括光电二极管PD和多个像素晶体管的多个像素以二维方式排列。尽管未示出，但是如上述图1所示那样，多层布线层形成在半导体衬底22的正面侧，并且支持衬底结合至多层布线层。绝缘膜34形成在半导体衬底22的背面上。

另外，在此实施例中，光阻挡层39形成在像素区23的有效像素区24和光学黑区25中的绝缘膜34上。形成光阻挡层39以便围绕有效像素区24中的各个像素的光电二极管PD，并且作为从有效像素区24中的光阻挡层39延伸的相同膜的光阻挡层39形成在光学黑区25中的整个表面上。在有效像素区24中，光阻挡层39围绕的凹入部分41形成在对应于每个光电二极管PD的区域中。

将具有相对低的屈光率的第一屈光率层42形成在从有效像素区24到光学黑区25的光阻挡层39和凹入部分41的表面上。在有效像素区24中，将作为相比于第一屈光率层42具有更高屈光率第二屈光率层的滤色器75形成在第一屈光率层42上以埋在凹入部分41中。在此示例中，滤色器75的平坦化的上表面比光阻挡层39的位置更高并被形成。光阻挡层39、第一屈光率层42和作为第二屈光率层的滤色器75形成内部采光体。相比于滤色器75具有更低的屈光率的平坦化膜76形成在滤色器75上。

另一方面，在光学黑区25中，例如使用滤色器75将防闪光层44形成在第一屈光率层42上。以延伸方式将平坦化膜76形成在防闪光层44上。

在此实施例中，由于滤色器75埋在凹入部分41中，因此可以将微透镜略去。可替代地，在此实施例中，如利用点划线注明的，可以将微透镜37形成在平坦化膜76上。

其它配置与第一实施例中描述的那些配置相同。在图16中，与图1中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出，并且重复描述将予以省略。

固态成像器件的制造方法示例

图17A～17D示出第六实施例的固态成像器件77的制造方法示例。图中仅示出有效像素区24的内部采光体的形成，并且包括光学黑区的其它配置的制造工艺与第一实施例中的那些工艺相同，由此其描述将予以省略。

如图17A中所示，将平坦化膜34形成在配备有光电二极管PD的半导体衬底22的背面，以将阻挡光进入像素间的光阻挡层39形成在平坦化膜34上。如上所述，形成光阻挡层39以便围绕每个光电二极管PD，并且在对应于每个光电二极管PD的区域中形成凹入部分41。接下来，将具有相对低屈光率的第一屈光率层42形成在光阻挡层39和凹入部分41的整个表面上。

接下来，使用光刻将第一颜色(例如，绿色)滤色器75G形成在第一屈光率层42上，以埋在对应于第一颜色的凹入部分41中。

接下来，使用光刻形成第二颜色(例如，红色)滤色器75R，以埋在对应于第二颜色的凹入部分41中。然后，尽管未示出，例如使用光刻形成第三颜色(例如，蓝色)滤色器75B，以埋在对应于第三颜色的凹入部分41中。

接下来，如图17C中所示，使用回刻蚀或CMP法将滤色器75的表面平坦化。滤色器75的表面在覆盖第一屈光率层42的上表面的位置形成在光阻挡层39上。滤色器75是第二屈光率层。因此，由光阻挡层39、第一屈光率层42和相比于第一屈光率层42具有更高的屈光率的滤色器75形成内部采光体。

接下来，如图17D中所示，将具有低屈光率的平坦化膜76形成在滤色器75的表面上。在形成微透镜的情况下，将微透镜37形成在平坦化膜76上。

其它配置的制造工艺与第一实施例中描述的那些相同。以此方式，获得了期望的固态成像器件77。

在根据第六实施例的固态成像器件77中，入射至滤色器75的光由内部采光体(其由光阻挡层39、第一屈光率层42和作为第二屈光率层的滤色器75形成)采集，并且入射至光电二极管PD。因此，固态成像器件77中的灵敏度特性得到改善，并且指示有效像素区24的中心和外围之间的灵敏度差异的遮挡特性可以得到改善。

在此实施例中，由于滤色器75埋在凹入部分41中，因此即使未提供微透镜，光也可以在不使得色彩混合的情况下入射至每个像素的光电二极管PD。由于滤色器75埋在凹入部分41中，因此滤色器75和光电二极管PD之间的距离可以减小，即，在剖面方向上实现减薄，由此可以进一步相应地改善灵敏度特性。另外，即使在提供微透镜37的情况下，由于微透镜37和光电二极管PD之间的距离可以减小，因此例如相比于第一实施例，可以进一步改善灵敏度特性。通过将滤色器75用作第二屈光率层，可以在剖面方向上实现减薄，在像素部分中形成滤色器时发生的问题得到解决。

在光学黑区25中，由于经由第一屈光率层42使用感光膜将防闪光层44形成在光阻挡层39上，因此防闪光层44的粘合得到改善，由此可以形成具有高可靠性的防闪光层44。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。另外，实现了与第一实施例中描述的相同效果。

第六实施例的修正示例

固态成像器件的配置示例

图18示出根据第六实施例的修正示例的固态成像器件。在根据此修正示例的固态成像器件79中，滤色器75经由第一屈光率层42埋在凹入部分41中，从而其上表面与光阻挡层39上的第一屈光率层42的上表面一起形成一个表面。

其它配置与根据第六实施例的固态成像器件77相同。在图18中，与图16中的那些部分对应的部分通过向其给予相同的附图标记而示出，并且重复描述将予以省略。

固态成像器件的制造方法示例

图19A～19D示出根据此修正示例的固态成像器件79的制造方法示例。在此示例中，图19A和19B中的工艺与图17A和17B中的工艺相同。

接下来，如图19C中所示，使用回刻蚀或CMP法将滤色器75平坦化，从而其上表面与光阻挡层39上的第一屈光率层42的上表面一起形成一个表面

然后，如图19D中所示，将具有低屈光率的平坦化膜76形成在滤色器75的表面上。在形成微透镜的情况下，将微透镜37形成在平坦化膜76上。

其它配置的制造工艺与第一实施例中描述的那些相同。以此方式，获得了所期望的固态成像器件79。

在根据此修正示例的固态成像器件79中，形成滤色器75，从而其上表面与光阻挡层39上的第一屈光率层42的上表面一起形成一个表面。从而，滤色器75和光电二极管PD之间的距离相比于根据第六实施例的固态成像器件77中减小得更多，由此可以进一步改善灵敏度特性。另外，实现了与第六实施例中描述的相同效果。

7.第七实施例

固态成像器件的配置示例

图20示出根据本公开第七实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。图20仅示出有效像素区24中的内部采光体的主要部分。在根据第七实施例的固态成像器件81中，将有效像素区24中的光阻挡层39的剖面形状形成为楔形形状，以使得剖面宽度在光的入射方向上(从上侧到底部)逐渐增大。在图20中，由剖面具有楔形形状的光阻挡层39、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成内部采光体。

包括光学黑区的其它配置与以上各个实施例中描述的配置或稍后所述的实施例中描述的配置相同，其重复描述将予以省略。

在根据第七实施例的固态成像器件81中，由于有效像素区24中光阻挡层39的剖面形状形成为楔形，因此可以减小由光阻挡层39的上表面角落阻挡的入射光L的量。另外，光阻挡层39的横向面倾斜，由此可以将光阻挡层39的横向面反射的光有效地引导至光电二极管PD。

另外，如果将根据此实施例的光阻挡层39应用于上述实施例或稍后描述的实施例，则实现此实施例中描述的相同效果。

8.第八实施例

固态成像器件的配置示例

图21示出根据本公开第八实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。图21仅示出有效像素区24中内部采光体的主要部分，尤其是从光阻挡层39的上表面观看到的配置。在根据第八实施例的固态成像器件83中，形成有效像素区24中的内部采光体的光阻挡层39的各个颜色像素所对应的开口面积彼此不同。

在此实施例中，针对每个像素的颜色优化光阻挡层39的开口尺寸。换言之，例如，由于具有长波长的红色光难以偏转，因此光阻挡层39的开口84R的面积增大，由此有效地采集了最初入射到像素外部的光。光阻挡层39的绿色像素对应的开口84G的面积小于红色像素对应的开口84R的面积，由此进一步在绿色像素的中心采集光，从而减少了色彩混合的发生。感测具有短波长的蓝色光的蓝像素对应的开口84B的面积小于绿色像素对应的开口84G的面积，由此进一步在蓝色像素的中心采集光，从而减少了色彩混合的发生。这里，可以由图21中所示的开口宽度Wr、Wg和Wb分别定义与各个颜色像素对应的光阻挡层39的开口面积。

根据此实施例的光阻挡层39可以应用于上述各个实施例。因此，包含光学黑区域的其它配置与各个实施例中描述的配置相同，其重复描述将予以省略。

在根据第八实施例的固态成像器件83中，光阻挡层39的开口面积(即，开口宽度)对于各个颜色是彼此不同的，由此可以根据入射波长光有效地采集光或减少色彩混合。

另外，如果根据此实施例的光阻挡层39应用于上述第一～第七实施例，则可以实现此实施例中描述的相同效果。

图22A和22B示出内部采光体，尤其是其第一屈光率层42的修正示例。

在图22A所示的配置中，将构成第一屈光率层42的第一膜42a形成在有效像素区24中的半导体衬底22的背面上。换言之，将围绕光电二极管PD的光阻挡层39形成在第一膜42a上。另外，将构成第一屈光率层42的第二膜42b形成在第一层42a和光阻挡层39的整个表面上，并且将第二屈光率层43形成在第二膜42b上，从而形成内部采光体。第一屈光率层42由两层膜42a和42b形成。使用用作防反射膜的材料膜形成两层膜42a和42b。就屈光率之间的关系而言，第一屈光率层42是内部采光体的构成部分，并且还用作防反射膜。

在图22B所示的配置中，第一屈光率层42由第一膜42a和第二膜42b这两层膜形成。在此示例中，第一屈光率层42的第二膜42b被分为两个并形成。也就是说，将构成第一屈光率层42的第一膜42a形成在有效像素区24中的半导体衬底22的背面上。将构成第一屈光率层42的第二膜42b1形成在第一膜42a上，并且将围绕光电二极管PD的光阻挡层39形成在第二膜42b1上。形成第一屈光率层42的第二膜42b2以便覆盖光阻挡层39，并且将第二屈光率层43形成在第二膜42b1和42b2上，从而形成内部采光体。同样在此示例中，第一屈光率层42是内部采光体的构成部分，并且还用作防反射膜。

图23A和23B示出根据本公开实施例的背面照射型CMOS固态成像器件的修正示例。

在图23A所示的示例中，在形成内部采光体的第一屈光率层42和第二屈光率层43之间形成第一防反射膜86，并且在第二屈光率层43上形成第二防反射膜87。在第二防反射膜87上形成滤色器。屈光率的量值相互关系为第一屈光率层42＜第一防反射膜86＜第二屈光率层43。例如在氧化硅膜 用作第一屈光率层42并且氧化硅膜 用作第二屈光率层43的情况下，最好将氮氧化硅膜 用作防反射膜86。另外，屈光率的量值相互关系为第二屈光率层43＞第二防反射膜87＞滤色器。例如，在氮化硅膜 用作第二屈光率层43并且在其上形成滤色器 的情况下，可以将以下材料膜用作中间防反射膜87。可以使用丙烯酸树脂 氧化硅膜 等。

在图23B所示的示例中，将剖面具有矩形形状的微透镜88形成在作为第一屈光率层42上的第二屈光率层的滤色器75上。

9.第九实施例

固态成像器件的配置示例

图24示出根据本公开第九实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。通过在像素区23中的半导体衬底92上安排包括光电二极管PD和多个像素晶体管的单元像素，形成根据第九实施例的固态成像器件91。布置了多个布线层94的多层布线层95经由层间绝缘膜93形成在半导体衬底92的正面上。最上面布线94t也用作光阻挡层。

在有效像素区24中，作为光阻挡层的布线94t形成为格子形状以围绕光电二极管PD。第一屈光率层42形成在包括最上面布线94t的多层布线层95的上表面上，并且第二屈光率层43形成在第一屈光率层42上以埋在凹入部分41中。另外，滤色器35和微透镜37形成在第二屈光率层43的平坦化的上表面上。内部采光体由作为光阻挡层的布线94t、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成。

另一方面，在光学黑区25中，作为光阻挡层的布线94t形成在光学黑区25的整个表面上。第一屈光率层42以延展的方式形成在作为光阻挡层的布线94t上，并且防闪光层44形成在第一屈光率层42上。

在根据第九实施例的固态成像器件91中，由于形成由作为光阻挡层的布线94t、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成的内部采光体以便对应于有效像素区24中的每个像素，因此灵敏度特性和遮挡特性得到改善。在光学黑区25中，将具有良好粘合性的防闪光层44经由第一屈光率层42形成在作为光阻挡层的布线94t上。因此，可以提供具有高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。

10.第十实施例

固态成像器件的配置示例

图25示出根据本公开第十实施例的固态成像器件。根据此实施例的固态成像器件采用背面照射型CMOS固态成像器件。根据第十实施例的固态成像器件97包括以二维方式排列的光电二极管PD、以及半导体衬底98的像素区中的用于每条光电二极管线的垂直传输寄存器101、水平传输寄存器(未示出)和输出部分(未示出)。通过经由栅绝缘膜102在传输沟道区域上形成传输电极103，形成垂直传输寄存器101。形成光阻挡层105以便经由除了光电二极管PD之外的绝缘膜104覆盖传输电极103。另外，层内透镜108由屈光率彼此不同的绝缘膜106和107形成在对应于光电二极管PD的上侧。

在此实施例中，在有效像素区中，在绝缘膜107上以格子形状形成光阻挡层109以围绕光电二极管PD。光阻挡层109由吸收光的黑色有机膜形成，并且还用作防闪光层。第一屈光率层42形成在包括光阻挡层109的表面上，并且第二屈光率层43形成在第一屈光率层42上以埋入对应于光电二极管PD的凹入部分41。对应于每个光电二极管PD的内部采光体由光阻挡层109、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成。另外，滤色器35和微透镜37形成在第二屈光率层43的上表面上。

另一方面，在光学黑区中，尽管未示出，但是将光阻挡层105形成在传输电极103和光电二极管PD的整个表面上，并且将用于防止闪光的光阻挡层109形成在用于形成层内透镜的上覆绝缘膜107的整个表面上。另外，在光学黑区中，可以将金属的光阻挡层形成在用于形成层间透镜的上覆绝缘膜107的整个表面上，并且可以经由第一屈光率层42将防闪光层形成在其上。

在根据第十实施例的固态成像器件97中，由于形成由光阻挡层109(其也用作防闪光层)、第一屈光率层42和第二屈光率层43形成的内部采光体以便对应于有效像素区中的每个像素，因此灵敏度特性和遮挡特性得到改善。在光学黑区中，将用作防闪光层的光阻挡层109形成在整个表面上。因此，可以提供高画质的背面照射型CMOS固态成像器件。如果金属的光阻挡层形成在光学黑区并且经由第一屈光率层在其上形成防闪光层，则防闪光层具有良好的粘合性。

在本公开中，尽管未示出，但是第一～第九实施例中有效像素区中的内部采光体和光学黑区中的光阻挡层/第一屈光率层/防闪光层结构可应用于背面照射型CCD固态成像器件。

在上述实施例中，在有效像素区24中，可以将第二屈光率层平坦化以留在第一屈光率层上，并且同样相应地，在光学黑区25中，可以将第二屈光率层留在第一屈光率层上。在此情况下，在光学黑区25中，将防闪光层形成在第一屈光率层上面的第二屈光率层上。

11.第十一实施例

电子装置的配置示例

根据本公开此实施例的固态成像器件例如可应用于诸如相机系统(如，数码相机或摄像机)之类的电子装置、具有成像功能的移动电话或者具有成像功能的其它装置。

图27示出根据本公开第十一实施例的作为电子装置的示例的相机。根据此实施例的相机由能够捕获静态图像或动态图像的摄像机例示。根据此实施例的相机111包括：固态成像器件112；光学系统113，其将入射光引导至固态成像器件112的光感测单元；以及快门设备114。另外，相机112包括驱动电路115，其驱动固态成像器件112；以及信号处理电路116，其处理来自固态成像器件112的输出信号。

固态成像器件112采用根据上述实施例的固态成像器件中的任何一个。光学系统(光学透镜)113使得来自被摄体的光(入射光)能够在固态成像器件112的成像表面上形成图像。从而，信号电荷在固态成像器件112中累积达特定时间。光学系统113可以是由多个光学透镜构成的光学透镜系统。快门设备114控制对于固态成像器件112的光照射时段和光阻挡时段。驱动电路115提供用于控制固态成像器件112的传输操作和快门设备114的快门操作的驱动信号。固态成像器件112响应于驱动电路115提供的驱动信号(时序信号)发送信号。信号处理电路116进行各种信号处理。已经经历了信号处理的图像信号存储在诸如存储器之类的存储介质中或输出至监视器。

根据第十一实施例中的电子装置，在固态成像器件中，在有效像素区中灵敏度特性和遮挡特性得到改善，并且在光学黑区25中，具有良好粘合性的防闪光层经由第一屈光率层42形成在光阻挡层上。因此，可以提供具有高画质的电子装置。例如，可以提供画质得到改善的相机等。

本公开包含与2010年12月9日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-274895中公开的主题有关的主题，其全部内容通过引用的方式合并在此。

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素可能出现各种修改、组合、部分组合和变更，只要它们落在所附权利要求或其等同体的范围内即可。

Claims (15)

1.一种固态成像器件，包括：

光阻挡层，其形成在光入射侧上的像素区的有效像素区中，以围绕每个像素的光电转换单元，并且以延伸方式形成至光学黑区；

凹入部分，其在对应于光电转换单元的区域中形成以便由光阻挡层围绕；

第一屈光率层，其形成在光阻挡层和凹入部分的表面上，并具有相对第二屈光率层的屈光率更低的屈光率；

第二屈光率层，其形成在第一屈光率层上以便埋入凹入部分中，并具有相对第一屈光率层的屈光率更高的屈光率，并且光学黑区中的全部的第二屈光率层被去除；以及

防闪光层，其形成在光学黑区中的第一屈光率层上，

其中，在有效像素区中，由光阻挡层、第一屈光率层和第二屈光率层形成内部采光体。

2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述光阻挡层形成为楔形形状，使得剖面的宽度在光入射方向上增大。

3.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，光阻挡层的开口宽度对于各个颜色是彼此不同的。

4.如权利要求1所述的固态成像器件，进一步包含第三屈光率层，其相比于第二屈光率层具有更高的屈光率，并且形成在第二屈光率层上，

其中，由第二屈光率层和第三屈光率层形成层内透镜。

5.如权利要求1所述的固态成像器件，进一步包含滤色器，其形成在有效像素区中的第二屈光率层上。

6.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，第二屈光率层由滤色器形成。

7.如权利要求5所述的固态成像器件，其中，像素包括光电转换单元和多个像素晶体管，

其中，在半导体衬底的正面上形成像素晶体管，

其中，从半导体衬底的正面至其背面形成光电转换单元，并且

其中，由光从半导体衬底的背面入射的背面照射型配置固态成像器件。

8.一种固态成像器件的制造方法，包含：

在光入射侧上的像素区的有效像素区中形成光阻挡层，以围绕每个像素的光电转换单元，并且以延伸方式形成至光学黑区；

在对应于光电转换单元的区域中形成凹入部分以便由光阻挡层围绕；

在光阻挡层和凹入部分的表面上形成具有相对第二屈光率层的屈光率更低屈光率的第一屈光率层；

在第一屈光率层上形成具有相对第一屈光率层的屈光率更高屈光率的第二屈光率层以埋在凹入部分中，并且去除光学黑区中的全部的第二屈光率层；以及

在光学黑区中的第一屈光率层上形成防闪光层，

其中，在有效像素区中，由光阻挡层、第一屈光率层和第二屈光率层形成内部采光体。

9.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，其中，所述光阻挡层形成为楔形形状，以使得剖面的宽度在光入射方向上增大。

10.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，其中，光阻挡层的开口宽度对于各个颜色是彼此不同的。

11.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，进一步包含：在第二屈光率层上形成相比于第二屈光率层具有更高的屈光率的第三屈光率层，

其中，由第二屈光率层和第三屈光率层形成层内透镜。

12.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，进一步包含：在有效像素区中的第二屈光率层上形成滤色器。

13.如权利要求8所述的固态成像器件的制造方法，其中，第二屈光率层由滤色器形成。

14.如权利要求12所述的固态成像器件的制造方法，其中，像素由光电转换单元和多个像素晶体管形成，

其中，在半导体衬底的正面上形成像素晶体管，

其中，从半导体衬底的正面至其背面形成光电转换单元，并且

其中，由光从半导体衬底的背面入射的背面照射型配置固态成像器件。

15.一种电子装置，包含：

固态成像器件；

光学系统，其将入射光引导至固态成像器件的光电转换单元；以及

信号处理电路，其处理来自固态成像器件的输出信号，

其中，固态成像器件是如权利要求1所述的固态成像器件。