CN102637709B - 固态图像拾取装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态图像拾取装置及其制造方法，该装置包括布置有光电转换单元的半导体基板。绝缘体被设置在半导体基板上。绝缘体具有与各个光电转换单元相关联的孔。在各个孔中布置构件。在所述构件之一的与半导体基板相反的一侧上设置遮光构件，使得仅仅相关联的光电转换单元被遮光。在固态图像拾取装置中，同时形成所述孔，以及同时形成所述构件。

Description

固态图像拾取装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及固态图像拾取装置及其制造方法。
背景技术
近来已经提出了固态图像拾取装置，该固态图像拾取装置包括为了提高入射在光电转换单元上的光量的光波导。
日本专利特开2007-141873公开了具有光接收(light-receiving)区域和遮光区域的固态图像拾取装置，在该光接收区域中布置有接收来自被摄体的光的像素，在该遮光区域中布置有遮光像素。在日本专利特开2007-141873中公开的图1中示出的固态图像拾取装置中，充当光波导的第一高折射率区域设置在置于光接收区域中的第一光电转换单元的正上方。第二高折射率区域设置在位于遮光区域中的第二光电转换单元和设置为覆盖第二光电转换单元的第一互连(interconnect)之间。
在日本专利特开2007-141873中公开的固态图像拾取装置具有下列缺点。第一，光接收区域中的各个像素的暗电流的大小会与遮光区域中的各个像素的暗电流的大小不同。原因在于，光接收区域中的各个像素的光波导的结构与遮光区域中的各个像素的光波导的结构显著不同。具体地说，如日本专利特开2007-141873的图1所示，充当光接收区域中的像素的光波导的第一高折射率区域的上表面与充当遮光区域中的像素的光波导的第二高折射率区域的上表面相对于半导体基板的高度不同。因此，这些区域在截面面积上彼此不同。
第二，光接收区域中的各个像素的用于信号发送的互连的寄生电容会与遮光区域中的各个像素的用于信号发送的互连的寄生电容不同。原因在于，光接收区域中的互连的结构与遮光区域中的互连的结构显著不同。具体地说，光接收区域中的最靠近半导体基板的第一互连的结构不同于遮光区域中的最靠近半导体基板的第一互连的结构。
第三，在光接收区域中的由于制造工艺而造成的损坏程度会不同于在光接收区域中的由于制造工艺而造成的损坏程度。原因在于，光接收区域中的各个像素的光波导的形成工艺与遮光区域中的各个像素的光波导的形成工艺不同。
上述第一到第三缺点会增加光接收区域中的像素和在遮光区域中的像素之间的噪声的差。
发明内容
本发明提供一种固态图像拾取装置，包括：半导体基板、布置在半导体基板中的第一光电转换单元和第二光电转换单元、设置在半导体基板上的第一构件、设置在半导体基板上以与第一光电转换单元重叠的第二构件、设置在半导体基板上以与第二光电转换单元重叠的第三构件、布置在半导体基板上的多个互连层，以及设置在第三构件的与半导体基板相反的一侧上的遮光构件，该遮光构件被配置为阻挡至少一部分进入第二光电转换单元的光。第一构件包括第一部分和第二部分，并且第一部分和第二部分两者均不与第一光电转换单元重叠。第二构件设置在第一部分和第二部分之间。第一构件包括第三部分和第四部分，并且第三部分和第四部分两者均不与第二光电转换单元重叠。第三构件设置在第三部分和第四部分之间。半导体基板和第二构件的与半导体基板相反的表面之间的第一距离和半导体基板和第三构件的与半导体基板相反的表面之间的第二距离小于半导体基板和遮光构件之间的第三距离。第一距离和第二距离大于半导体基板和导电构件的与半导体基板相反的表面之间的第四距离，该导电构件被包含在所述互连层中的最靠近半导体基板的互连层中。
本发明还提供一种固态图像拾取装置，该固态图像拾取装置包括：半导体基板、布置在半导体基板中的第一光电转换单元和第二光电转换单元、设置在半导体基板上的第一构件、设置在半导体基板上以与第一光电转换单元重叠的第二构件、设置在半导体基板上以与第二光电转换单元重叠的第三构件、布置在半导体基板上的多个互连层，以及设置在第三构件的与半导体基板相反的一侧上的遮光构件，该遮光构件被配置为阻挡至少一部分进入第二光电转换单元的光。第一光电转换单元和第二构件沿着第一方向的线而布置。第一构件包括第一部分和第二部分。第一部分、第二构件和第二部分沿着与第一方向相交的第二方向的线而布置。第一构件包括第三部分和第四部分。第三部分、第三构件和第四部分沿着与第一方向相交的第三方向的线而布置。半导体基板和第二构件的与半导体基板相反的表面之间的第一距离和半导体基板和第三构件的与半导体基板相反的表面之间的第二距离小于半导体基板和遮光构件之间的第三距离。第一距离和第二距离大于半导体基板和导电构件的与半导体基板相反的表面之间的第四距离，该导电构件被包含在所述互连层中的最靠近半导体基板的互连层中。
本发明还提供制造固态图像拾取装置的方法，该方法包括在布置有第一光电转换单元和第二光电转换单元的半导体基板上形成第一绝缘体。该方法包括同时去除第一绝缘体的第一部分和第二部分，该第一部分与第一光电转换单元相关联，该第二部分与第一部分不同并且与第二光电转换单元相关联。该方法包括同时形成第一构件和第二构件，从而使得第一构件被置于其中第一部分已经被去除的区域中，并且第二构件被置于其中第二部分已经被去除的区域中。该方法包括在形成第一构件和第二构件后，形成遮光部件，该遮光部件被配置为阻挡至少一部分进入第二光电转换单元的光。该方法包括在形成遮光部件后，形成第二绝缘体。在形成第二绝缘体后，不会执行仅仅去除第二绝缘体的第三部分和第四部分中的一个，该第三部分与第一光电转换单元相关联，该第四部分与第二光电转换单元相关联，
本发明还提供制造固态图像拾取装置的方法，该方法包括在布置有第一光电转换单元和第二光电转换单元的半导体基板上形成第一蚀刻停止部件，使得第一蚀刻停止部件与第一光电转换单元重叠。该方法包括在半导体基板上形成第二蚀刻停止部件，使得第二蚀刻停止部件与第二光电转换单元重叠。该方法包括在半导体基板以及第一蚀刻停止部件和第二蚀刻停止部件上形成第一绝缘体。该方法包括同时蚀刻第一绝缘体的第一部分和第二部分，第一部分位于第一蚀刻停止部件上，第二部分与第一部分不同并且位于第二蚀刻停止部件上。该方法包括同时形成第一构件和第二构件，使得第一构件被置于其中第一部分已经通过蚀刻被去除的区域中，并且第二构件被置于其中第二部分已经通过蚀刻被去除的区域中。该方法包括在形成第一构件和第二构件后，形成遮光部件，该遮光部件被配置为阻挡至少一部分进入第二光电转换单元的光。并且该方法包括在形成遮光部件后，形成第二绝缘体。在形成第二绝缘体后，不执行仅仅去除第二绝缘体的第三部分和第四部分中的一个，该第三部分与第一光电转换单元相关联，该第四部分与第二光电转换单元相关联，第一蚀刻停止部件和第二蚀刻停止部件的蚀刻速率低于第一绝缘体的蚀刻速率。对第一绝缘体进行蚀刻，使得至少第一蚀刻停止部件和第二蚀刻停止部件被露出。
根据下面参考附图的示例性实施例的说明，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据第一实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。
图2A是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图2B是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图2C是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图3A是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图3B是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图3C是示出制造根据第一实施例的固态图像拾取装置的方法的视图。
图4A是示出根据第一实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的平面图。
图4B是示出根据第一实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。
图4C是示出根据第一实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。
图5A是根据第二实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。
图5B是示出根据第二实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的平面图。
图6是根据第三实施例的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。
具体实施方式
根据本发明的固态图像拾取装置100包括半导体基板101。半导体基板101是构成固态图像拾取装置100的部件中的半导体部件。半导体基板101的例子包括通过使用已知的半导体制造工艺在半导体晶片中形成半导体区域而制成的半导体基板。半导体材料的例子包括硅。在半导体材料和另一种材料之间的界面是半导体基板101的主表面102。另一种材料是例如与半导体基板101接触地设置在半导体基板101上的热氧化膜。在图1中，箭头L表示光入射的方向。光入射在主表面102上并进入半导体基板101。
在本说明书中，术语“平面(plan)”指平行于主表面102的平面。例如，在设置有后述的光电转换单元的区域中的主表面102或者在MOS晶体管的沟道中的主表面102可以用作基准。在本说明书中，术语“截面”指垂直于所述“平面”的平面。
半导体基板101包括光电转换单元103a和光电转换单元103b。来自被摄体的光进入位于光接收区域(有效像素区域)中的光电转换单元103a。因此，来自光电转换单元103a的信号可以作为捕获的图像的像素信号被处理。位于遮光区域(光学黑色区域)的光电转换单元103b被遮光。因此，来自光电转换单元103b的信号可以作为黑电平基准信号被处理。请注意，只要光电转换单元103b中的电子可以作为信号被读取，在光电转换单元103b中就不一定需要光电转换。
绝缘体104设置在半导体基板101的主表面102上。代替绝缘体104，可以设置包含导电材料的部件。绝缘体104具有与光电转换单元103a相关联的孔105a和与光电转换单元103b相关联的孔105b。至于各个孔的截面的形状，孔105a和孔105b不必完全穿过绝缘体104。绝缘体104可以具有凹陷，而不是孔105a和孔105b。至于各个孔的在平面中的形状，孔的形状是闭合的环，例如，圆形或矩形。或者，正如在平面中看到的，孔可以是在多个光电转换单元之上延伸的沟槽。在本说明书中，只要在特定平面上未设置绝缘体104的第一区域被设置有绝缘体104的第二区域包围，或者第一区域被第二区域夹在中间，绝缘体104就可以被认为具有孔。
至于平面中孔105a的位置，设置孔105a使得孔105a的至少一部分与光电转换单元103a重叠。具体地说，在孔105a和光电转换单元103a被投射到同一个平面上的情况下，该平面具有孔105a和光电转换单元103a两者都被投射的区域。至于平面中孔105b的位置，设置孔105b使得孔105b的至少一部分与光电转换单元103b重叠。
波导构件106a设置在孔105a中。孔105a可以被波导构件106a填充。但是，波导构件106a可以在孔105a的一部分中被省略。波导构件106b设置在孔105b中。孔105b可以被波导构件106b填充。但是，波导构件106b可以在孔105b的一部分中被省略。结果，设置波导构件106a使得波导构件106a的至少一部分与光电转换单元103a重叠。另外，设置波导构件106b使得波导构件106b的至少一部分与光电转换单元103b重叠。
现在将说明绝缘体104与波导构件106a和106b之间的位置关系。在特定平面中，设置有波导构件106a的区域由设置有绝缘体104的第二区域包围，或者，该区域由第二区域夹在中间。在特定平面中，设置有波导构件106b的区域由设置有绝缘体104的第二区域包围，或者，该区域由第二区域夹在中间。换句话说，绝缘体104的第一部分、其与第一部分不同的第二部分和波导构件106a沿着一个方向的线而布置，该方向与光电转换单元103a和波导构件106a布置的线的方向相交。与光电转换单元103a和波导构件106a布置的线的方向相交的方向平行于例如半导体基板101的主表面102。此外，绝缘体104的第三部分、其与第三部分不同的第四部分和波导构件106b沿着一个方向的线而布置，该方向与光电转换单元103b和波导构件106b布置的线的方向相交。与光电转换单元103b和波导构件106b布置的线的方向相交的方向平行于例如半导体基板101的主表面102。
在另一个方面，这样的结构被如下说明。绝缘体104包括不与光电转换单元103a重叠的第一部分和第二部分，并且波导构件106a设置在第一部分和第二部分之间。绝缘体104包括不与光电转换单元103b重叠的第三部分和第四部分，并且波导构件106b设置在第三部分和第四部分之间。
波导构件106a的材料不同于绝缘体104的材料。波导构件106b的材料不同于绝缘体104的材料。波导构件106a和106b可以包含相同的材料。波导构件106a和106b的材料的介电常数可以高于绝缘体104的介电常数。
波导构件106a和106b的材料的折射率可以高于绝缘体104的折射率。根据上述的折射率之间的关系，波导构件106a和绝缘体104之间的界面可以将进入波导构件106a的光向着光电转换单元103a折射。换句话说，可以减少进入波导构件106a的光的泄漏到绝缘体104中的泄漏光的量。因此，只要波导构件106a的至少一部分与光电转换单元103a重叠，就可以增加进入光电转换单元103a的光的量。
波导构件106a和106b的折射率不一定高于绝缘体104的折射率。只要制成使得进入预定区域的光不泄漏到周围的绝缘体中的结构，该结构就可以起光波导的作用。例如，可以在孔105a的侧壁上设置将光反射的反射构件，并且可以在孔105a的其它部分上设置可透射光的透明构件。在这种情况下，透明构件的折射率和周围的绝缘体104的折射率之间可以具有任何关系。在这种情况下，反射构件包含与周围的绝缘体104的材料不同的材料。根据变型例，可以在波导构件106a和绝缘体104之间设置气隙(airgap)。在这种情况下，该气隙可以被包括在第一构件中。
遮光构件108设置在波导构件106b的与半导体基板101相反的一侧。遮光构件108阻挡向光电转换单元103b行进的光的大部分或全部。在固态图像拾取装置100的全部表面被均匀量的光照射的情况下，遮光构件108允许进入光电转换单元103b的光的量低于进入光电转换单元103a的光的量。例如，遮光构件108是完全覆盖光电转换单元103b而设置的金属。遮光构件108可以是完全覆盖包括光电转换单元103b的遮光区域而设置的金属。在波导构件106b的与半导体基板101相反的一侧放置遮光构件108意味着波导构件106b被设置在半导体基板101和遮光构件108之间。
第一互连层112a和第二互连层112b与半导体基板101的主表面102相邻地布置。第一互连层112a、第二互连层112b和包括遮光构件108的互连层构成多层互连结构。第一互连层112a和主表面102之间的距离、第二互连层112b和主表面102之间的距离、以及包括遮光构件108的互连层和主表面102之间的距离彼此不相同。第一互连层112a是最靠近半导体基板101的互连层。第一互连层112a和第二互连层112b均包括导电构件。各个导电构件以预定图案成形并充当互连。包括遮光构件108的互连层可以仅包括遮光构件108。或者，包括遮光构件108的互连层可以包含除遮光构件108以外的导电构件。本发明中的多层互连结构可以包括第一和第二互连层112a和112b的任意一个以及包括遮光构件108的互连层。
本发明的一个方面的特征在于波导构件106a和106b、遮光构件108和包括在第一互连层112a中的导电构件之间的截面中的位置关系。
以d1表示主表面102与波导构件106a的与半导体基板101相反的表面107a之间的距离。以d2表示主表面102与波导构件106b的与半导体基板101相反的表面之间的距离。以d3表示主表面102与遮光构件108的面向半导体基板101的表面之间的距离。以d4表示主表面102与包括在第一互连层112a中的导电构件的与半导体基板101相反的表面之间的距离。距离d1和距离d2小于距离d3。距离d1和距离d2大于距离d4。
在该布置中，波导构件106a和106b的与半导体基板101相反的表面位于第一互连层112a和遮光构件108之间的高度处。因此，设置在孔105a中的波导构件106a和设置在孔105b中的波导构件106b可以被允许具有实质上相同的结构。换句话说，与光接收区域中的光电转换单元103a相关联的光波导和与遮光区域中的光电转换单元103b相关联的光波导可以被允许具有实质上相同的结构。
本发明的另一个方面的特征在于在绝缘体104中同时形成孔105a和孔105b，以及同时形成波导构件106a和106b。在本说明书中，同时形成孔105a和孔105b意味着，执行半导体工艺，不仅形成一个孔，而且还同时形成另一个孔。同时形成波导构件106a和106b意味着，执行半导体工艺，不仅形成一个波导构件，而且还同时形成另一个波导构件。半导体工艺的例子包括：层沉积、蚀刻、抛光、化学机械平坦化(CMP)、清洗、热处理和离子注入。
在同时形成波导构件106a和106b后，形成遮光构件108。关于形成遮光构件108后形成的绝缘体，不执行仅仅去除与第一光电转换单元相关联的一部分和与第二光电转换单元相关联的另一部分中的一个。
如上所述，由于波导构件106a和106b是通过相同的工艺形成的，因此可以使由于该工艺在一个波导构件上导致的损坏程度与在另一个波导构件上导致的损坏程度相等。因此，可以减小在光接收区域中的光电转换单元103a中导致的噪声和在遮光区域中的光电转换单元103b中导致的噪声之间的差。
同时形成孔105a和105b可以允许绝缘体104中的孔105a和105b具有实质上相同的结构。另外，同时形成波导构件106a和106b可以允许设置在孔105a中的波导构件106a和设置在孔105b中的波导构件106b具有实质上相同的结构。换句话说，与光接收区域中的光电转换单元103a相关联的光波导和与遮光区域中的光电转换单元103b相关联的光波导可以被允许具有实质上相同的结构。
下面将说明本发明的具体实施例。本发明不限于实施例中的具体部件，并且在不脱离本发明的精神和概念的情况下，可以进行适当的修改和变化。
第一实施例
将参考附图说明根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置。图1是根据本实施例的以100表示的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。在本实施例中，在光接收区域中示出单个像素，并且在遮光区域中示出单个像素。实际上，在光接收区域中按照矩阵的形式布置多个像素。另外，在遮光区域中布置多个像素。在下面的说明中，假定电子是信号载流子。空穴可以是信号载流子。在空穴充当信号载流子的情况下，可以使半导体区域的导电类型反转。
在本实施例中，半导体基板101是n型外延层。在半导体基板101中，布置p型半导体区域和n型半导体区域。半导体基板101具有主表面102。在本实施例中，主表面102是半导体基板101与层叠在半导体基板101上的热氧化膜(未示出)之间的界面。光穿过主表面102并进入半导体基板101。箭头L表示光入射的方向。
例如，光电转换单元103a和103b是光电二极管。在本实施例中，光电转换单元103a和103b各自包括一个构成光电二极管的n型半导体区域。由光电转换产生的载流子在n型半导体区域中被收集。各个p型半导体区域109均与半导体基板101的主表面102接触地设置。光电转换单元103a的面积可以不同于光电转换单元103b的面积。此外，光电转换单元103a可以不包括n型半导体区域。光电转换单元103b被遮光，从而使来自光电转换单元103b的信号可以用作黑电平基准信号。在这种情况下，由于不需要收集由光电转换产生的载流子，因此光电转换单元103b可以不包括n型半导体区域。另外，只要光电转换单元103b中的电子可以作为信号被读取，在光电转换单元103b中就不一定需要光电转换。
各个浮动扩散(FD)区域110是n型半导体区域。在各个光电转换单元103中产生的载流子被传送到相应的FD区域110，并且被转换为电压。FD区域110与放大单元(未示出)的输入节点电连接。或者，FD区域110可以与信号输出线(未示出)电连接。各个栅极电极111经由热氧化膜(未示出)被设置在半导体基板101之上。栅极电极111分别控制光电转换单元103a和相应的FD区域110之间的载流子传送和光电转换单元103b和相应的FD区域110之间的载流子传送。
绝缘体104与半导体基板101的主表面102相邻地设置。在本实施例中，绝缘体104是氧化硅膜。绝缘体104的折射率可以在1.40至1.60的范围中。第一互连层112a和第二互连层112b与半导体基板101的主表面102相邻地布置。第一互连层112a和第二互连层112b被布置在相对于半导体基板101的主表面102不同的高度处。在本实施例中，第一互连层112a和第二互连层112b的导电构件包含铜。导电构件可以包含除铜以外的导电材料。第一互连层112a的一部分的导电构件和第二互连层112b的一部分的导电构件可以通过插塞(plug)(未示出)相互电连接。第一互连层112a和第二互连层112b的除了通过插塞电连接的部分以外的导电构件通过绝缘体104相互隔离。换句话说，绝缘体104可以包括层间绝缘层。互连层的数目不限于2。可以布置单个互连层或者三个以上的互连层。
在本实施例中，光接收区域中的像素和遮光区域中的像素具有第一互连层112a或第二互连层112b中包含的导电构件的相同图案。这些区域中的像素至少具有第一互连层112a中包含的导电构件的相同图案。至于相同图案的范围，相同图案可以是构成直到置于各个像素的尾部的信号输出线的电气节点的至少一部分的导电图案。
孔105a和孔105b布置在绝缘体104中。孔105a与光电转换单元103a相关联。孔105b与光电转换单元103b相关联。波导构件106a设置在孔105a中。波导构件106b设置在孔105b中。在本实施例中，波导构件106a和106b均为氮化硅膜。或者，波导构件106a和106b可以均为氮氧化硅膜，或者包括有机材料(树脂，例如，聚酰亚胺聚合物)。在本实施例中，波导构件106a和106b的折射率高于绝缘体104的折射率。波导构件106a和106b的折射率可以大于或等于1.60。其折射率可以在1.80到2.40的范围内。在本实施例中，孔105a被波导构件106a填充。但是，波导构件106a可以仅设置在孔105a的一部分中。波导构件106a可以包含多种材料。在这种情况下，任何一种该材料的折射率都可以高于绝缘体104的折射率。例如，波导构件106a可以包括氮化硅膜和氮氧化硅膜。或者，可以将氮化硅膜设置在孔105a的侧壁上及其底部附近，并且可以将有机材料设置在孔105a的其它部分中。如果没有另外注明，对于孔105a和波导构件106a的说明可以应用于孔105b和波导构件106b。
蚀刻停止部件113设置在半导体基板101与各个波导构件106a和106b之间。蚀刻停止部件113是在孔105a和105b的形成中用于精确地停止蚀刻的层。或者，蚀刻停止部件113可以是用于延迟蚀刻的层。蚀刻停止部件113分别与波导构件106a和106b接触。在另一个方面，蚀刻停止部件113充当孔105a和孔105b的与半导体基板101相邻的底部。各个蚀刻停止部件113包含与绝缘体104不同的材料。在本实施例中，蚀刻停止部件113是氮化硅膜。根据蚀刻情况可以省略蚀刻停止部件113。此外，在形成蚀刻停止部件113后，蚀刻停止部件113可以在用于形成孔105a和105b的蚀刻中去除。
遮光构件108包含金属或不透射光的有机材料。遮光构件108的材料可以表现出对波长为400到600nm的光的高反射性。在本实施例中，遮光构件108包含铝。遮光构件108布置在光电转换单元103b上。遮光构件108可以布置在遮光区域上。遮光构件108不必阻挡进入光电转换单元103b的全部的光。例如，从未设置遮光构件108的部分倾斜地行进的光经过多次反射后可以进入光电转换单元103b。
遮光构件108可以是包括在第三互连层中的导电构件的一部分。换句话说，遮光构件108可以充当用于发送电源电压或信号的互连。尽管未在图1中示出，包括遮光构件108的第三互连层可以包括充当焊盘或用于外围电路的互连的导电构件。设置有遮光构件108的第三互连层可以仅包括遮光构件108。
现在将说明波导构件106a和106b、第一互连层112a和第二互连层112b与遮光构件108之间的位置关系。参考图1，d1表示半导体基板101的主表面102与波导构件106a的与半导体基板101相反的表面107a之间的距离(第一距离)。在图1中，d2表示半导体基板101的主表面102与波导构件106b的与半导体基板101相反的表面107b之间的距离(第二距离)。在图1中，d3表示半导体基板101的主表面102与遮光构件108之间的距离(第三距离)。在图1中，d4表示半导体基板101的主表面102与包括在第一互连层112a中的导电构件的与半导体基板101相反的表面之间的距离(第四距离)。如图1所示，主表面102与遮光构件108之间的距离d3大于主表面102与波导构件106a的与半导体基板101相反的表面107a之间的距离d1，并且大于主表面102与波导构件106b的与半导体基板101相反的表面107b之间的距离d2。换句话说，遮光构件108设置得比波导构件106a和106b离半导体基板101更远。主表面102与波导构件106a的与半导体基板101相反的表面107a之间的距离d1和主表面102与波导构件106b的与半导体基板101相反的表面107b之间的距离d2大于距离d4。换句话说，波导构件106a和106b的各自的至少一部分设置得比最靠近半导体基板101的第一互连层112a离半导体基板101更远。
在本实施例中，主表面102与波导构件106a的与半导体基板101相反的表面107a之间的距离d1和主表面102与波导构件106b的与半导体基板101相反的表面107b之间的距离d2大于主表面102与包括在第二互连层112b中的导电构件的与半导体基板101相反的表面之间的距离。距离d1和距离d2至少大于主表面102与包括在最靠近半导体基板101的互连层中的导电构件的与半导体基板101相反的表面之间的距离d4。
在本实施例中，主表面102与波导构件106a的面向半导体基板101的表面之间的距离和主表面102与波导构件106b的面向半导体基板101的表面之间的距离小于主表面102与包括在第一互连层112a中的导电构件的面向半导体基板101的表面之间的距离。布置并不限于上述的一种。例如，主表面102与波导构件106a的面向半导体基板101的表面之间的距离和主表面102与波导构件106b的面向半导体基板101的表面之间的距离可以小于主表面102与包括在第二互连层112b中的导电构件的面向半导体基板101的表面之间的距离，并且可以大于主表面102与包括在第一互连层112a中的导电构件的与半导体基板101相反的表面之间的距离d4。
在本实施例中，面向半导体基板101的波导构件106a和106b的表面以预定距离与主表面102隔开设置。然而，波导构件106a和106b可以与半导体基板101接触。
层内透镜114将向着半导体基板101行进的光会聚在光电转换单元103a或波导构件106a上。层内透镜114设置在波导构件106a的与半导体基板101相反的一侧。层内透镜114与光接收区域中的光电转换单元103a相关联地设置。在本实施例中，层内透镜114包含氮化硅膜。并不一定需要放置层内透镜114。尽管没有在图1中示出，但是可以在层内透镜114的与半导体基板101相反的一侧布置滤色器和顶透镜(toplens)。
现在将参考图2A到图3C说明制造根据本实施例的固态图像拾取装置100的方法。在图2A到图3C中，具有与图1中的部件相同的功能的部件以相同的附图标记表示，并且省略其详细说明。
图2A示出在半导体基板101中形成半导体区域，并且在半导体基板101之上形成栅电极111、绝缘体104、蚀刻停止部件113、以及第一互连层112a和第二互连层112b的步骤。在该步骤中，光电转换单元103a和103b和FD区域110在半导体基板101中形成，使得该部分和区域布置在主表面102的附近。此时，可以形成像素部分中的其它晶体管的源极和漏极区域。然后形成栅电极111。此时，可以形成像素部分中的其它晶体管的栅电极。
其后，在与光电转换单元103a和103b相邻布置的主表面102上形成保护层201。例如，保护层201是氮化硅膜。保护层201可以由包括氮化硅膜和氧化硅膜的多个层构成。保护层201可以具有在后续步骤中减小对光电转换单元施加的损坏的功能。此外，保护层201可以具有抗反射功能。蚀刻停止部件113在保护层201的与半导体基板101相反的表面上形成。蚀刻停止部件113的面积可以大于稍后形成的孔105a和105b的各自底部的面积。此外，可以在除孔105a和105b底部以外的区域中省略蚀刻停止部件113。请注意，并不必一定需要形成保护层201和蚀刻停止部件113。
然后形成绝缘体104、第一互连层112a和第二互连层112b。在本实施例中，使用镶嵌工艺形成第一互连层112a和第二互连层112b。将说明绝缘体104由多个层间绝缘层104a到104e构成的情况。为了方便起见，从最靠近半导体基板101的中间层开始依次地将这些层间绝缘层称为第一到第五层间绝缘层104a到104e。
将第一层间绝缘层104a形成为完全覆盖光接收区域和遮光区域。在必要的时候，可以对第一层间绝缘层104a的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。在第一层间绝缘层104a中形成通孔(未示出)。在该通孔中，布置将第一互连层112a中的导电构件电连接到半导体基板101中的半导体区域的插塞。
然后，在第一层间绝缘层104a的与半导体基板101相反的一侧上形成第二层间绝缘层104b。在第二层间绝缘层104b中，通过蚀刻去除对应于设置有第一互连层112a中的导电构件的区域的部分。其后，形成充当第一互连层112a的金属膜，以便完全覆盖光接收区域和遮光区域。然后，通过诸如CMP的方法去除该金属膜，从而使得第二层间绝缘层104b被露出。按照上述方式，以预定图案设置充当在第一互连层112a中的互连的导电构件。
形成第三层间绝缘层104c和第四层间绝缘层104d，以便完全覆盖光接收区域和遮光区域。在第四层间绝缘层104d中，通过蚀刻去除对应于设置有第二互连层112b中的导电构件的区域的部分。在第三层间绝缘层104c中，通过蚀刻去除对应于布置有将第一互连层112a中的导电构件电连接到第二互连层112b中的导电构件的插塞的区域的部分。其后，形成充当第二互连层112b和插塞的金属膜，以便完全覆盖光接收区域和遮光区域。然后，通过诸如CMP的方法去除该金属膜，从而使得第四层间绝缘层104d被露出。以上述方式获得第二互连层112b中的互连图案和插塞图案。在形成第三层间绝缘层104c和第四层间绝缘层104d后，可通过蚀刻去除对应于布置有将第一互连层112a中的导电构件电连接到第二互连层112b中的导电构件的插塞的区域的部分。
最后，将第五层间绝缘层104e形成为完全覆盖光接收区域和遮光区域。在必要的时候，可以对第五层间绝缘层104e的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。
此外，可以在相邻的层间绝缘层之间设置蚀刻停止膜、金属扩散防止膜或者具有这两种膜的功能的膜。具体地说，在绝缘体104是氧化硅膜的情况下，氮化硅膜充当金属扩散防止膜。
第一互连层112a和第二互连层112b可以通过除镶嵌工艺以外的方法形成。现在将说明除镶嵌工艺以外的一种方法。在形成第一层间绝缘层114a后，形成充当第一互连层112a的金属膜，以便完全覆盖光接收区域和遮光区域。在该金属膜中，通过蚀刻去除除了设置有第一互连层112a中的导电构件的区域以外的部分。这样，获得第一互连层112a的互连图案。其后，形成第二层间绝缘层104b和第三层间绝缘层104c，并且类似地形成第二互连层112b。在形成第二互连层112b后，形成第四层间绝缘层104d和第五层间绝缘层104e。在必要的时候，可以对第三层间绝缘层104c和第五层间绝缘层104e的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。
关于绝缘体104的形成，绝缘体104可以同时在与光电转换单元103a相关联的区域和与光电转换单元103b相关联的区域中形成。原因在于，绝缘体104充当孔105a和105b的侧壁。然而，由形成绝缘体104的不同步骤导致的光电转换单元103a和103b之间的噪声的差很小。因此，绝缘体104可以通过不同的步骤在与光电转换单元103a相关联的区域和与光电转换单元103b相关联的区域中形成。
在光接收区域中的第一互连层112a和第二互连层112b的互连结构可以与遮光区域中的第一互连层112a和第二互连层112b的互连结构一致。在该布置中，在光接收区域中的互连之间的寄生电容可以实质上等于在遮光区域中的互连之间的寄生电容。
图2B示出在绝缘体104中形成孔105a和105b。蚀刻掩模图案(未示出)被设置在绝缘体104的与半导体基板101相反的一侧。该蚀刻掩模图案覆盖除要布置孔105a和105b的区域以外的区域。换句话说，蚀刻掩模图案具有对应于设置有孔105a的区域的开口和对应于设置有孔105b的区域的另一个开口。蚀刻掩模图案是通过例如光刻和显影而构图的光致抗蚀剂。
然后，使用作为掩模的蚀刻掩模图案对绝缘体104进行蚀刻。这样，同时形成孔105a和105b。在蚀刻绝缘体104后，去除蚀刻掩模图案。
在布置有蚀刻停止部件113的情况下，可以在图2B中执行蚀刻，从而使得蚀刻停止部件113被露出。在用于蚀刻绝缘体104的蚀刻条件下，蚀刻停止部件113的蚀刻速率可以低于绝缘体104的蚀刻速率。在绝缘体104是氧化硅膜的情况下，蚀刻停止部件113可以包含氮化硅膜或氮氧化硅膜。可以通过在不同条件下的多次蚀刻工艺使蚀刻停止部件113露出。
本实施例的一个方面的特征在于同时蚀刻位于要形成孔105a的区域中的绝缘体104和位于要形成孔105b的区域中的绝缘体104。因此，用于蚀刻的蚀刻掩模图案具有对应于要设置孔105a的区域的开口和对应于要设置孔105b的区域的另一个开口。使用这样的蚀刻掩模图案蚀刻绝缘体104，能够同时形成孔105a和105b。在上述步骤中，除了例如半导体基板101的面内不均匀度的影响，可以形成具有实质上相同形状的孔105a和105b。此外，由蚀刻导致的对光电转换单元103a的损坏实质上可以与对光电转换单元103b的损坏一致。
图2C示出分别在孔105a和105b中形成波导构件106a和106b。沉积波导构件106a和106b的材料，以便完全覆盖光接收区域和遮光区域。波导构件106a和106b的材料的沉积可以通过用化学气相沉积(CVD)或溅射的膜形成来实现，或者通过施加诸如聚酰亚胺聚合物的有机材料来实现。其后，在必要的时候，去除从孔105a和105b突出的波导构件106a和106b的材料。并不一定需要去除从孔105a和105b突出的波导构件106a和106b的材料。各个波导构件106a和106b可以形成为使得波导构件的与半导体基板101的相反一侧比第二互连层112b离半导体基板101的主表面102更远。在图2B中示出的步骤中，在蚀刻绝缘体104从而使蚀刻停止部件113被露出的情况下，波导构件106a和106b与各自的蚀刻停止部件113接触地布置。
波导构件106a和106b可以通过多次沉积相同材料而形成。此外，波导构件106a和106b可以通过依次沉积不同的材料形成。例如，可以形成氮化硅膜，然后可以形成具有高填充性能的有机材料，从而形成波导构件106a和106b。
至于波导构件106a和106b的材料，任何具有比绝缘体104的折射率高的折射率的材料都可以使用。在绝缘体104是氧化硅膜的情况下，波导构件106a和106b的材料的例子包括氮化硅膜和聚酰亚胺有机材料。在本实施例中，氮化硅膜的折射率大约是2.0。周围氧化硅膜的折射率大约是1.4。因此，入射在绝缘体104与波导构件106a和106b中的每一个之间的界面上的光根据斯涅尔定律反射。因此，光可以被俘获在波导构件106a和106b中。可以增加氮化硅膜中的氢的含量，从而由于氢供应的效应而能够使得来自基板的悬空键终止。因此，可以减少诸如白色缺陷的噪声。聚酰亚胺有机材料的折射率大约是1.7。聚酰亚胺有机材料的填充性能高于氮化硅膜的填充性能。考虑到诸如折射率之间的差等的光学特性与制造步骤上的好处之间的平衡，可以恰当地选择波导构件106a和106b的材料。
在图2C中，本实施例的特征在于同时形成波导构件106a和106b。当波导构件106a和106b的材料被沉积在孔105a和105b之一中时，该材料也被沉积在另一个孔中。在上述步骤中，除了例如半导体基板101的面内不均匀度的影响以外，可以形成具有实质上相同形状的波导构件106a和106b。
图3A示出形成第一平坦化膜301和遮光构件108。在波导构件106a和106b的与半导体基板101相反的一侧上形成第一平坦化膜301。第一平坦化膜301是例如氧化硅膜。然后，通过CMP对第一平坦化膜301的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。平坦化的方法并不限于CMP。可以使用诸如蚀刻或抛光等的已知方法。当在形成第一平坦化膜301之前对要形成有膜301的表面进行了平坦化的情况下，并不一定需要在形成膜301之后的平坦化。可以省略第一平坦化膜301。
在第一平坦化膜301的与半导体基板101相反的一侧形成遮光构件108。遮光构件108与遮光区域中的光电转换单元103b相关联地设置。遮光构件108反射或吸收向着光电转换单元103b行进的光。因此，反光金属或吸光有机材料适合于遮光部件108的材料。在本实施例中，遮光构件108包含铝。关于形成遮光构件108的方法，可以恰当地使用制造第一互连层112a或第二互连层112b的方法。遮光构件108可以包括在第三互连层中。具体地说，在形成遮光构件108的步骤中，可以同时形成充当焊盘或用于外围电路的互连的导电构件。遮光构件108可以充当互连。
图3B示出形成层内透镜114。在第一平坦化膜301的与半导体基板101相反的一侧上形成层内透镜114。层内透镜114与光接收区域中的光电转换单元103a相关联地设置。层内透镜114包含例如氮化硅膜。至于制造层内透镜114的方法，可以使用已知方法。
在本实施例中，如图3A所示，遮光构件108的面向半导体基板101的表面与第一平坦化膜301接触。如图3B所示，层内透镜114的面向半导体基板101的表面与第一平坦化膜301接触。换句话说，遮光构件108和层内透镜114与相同的膜(例如，第一平坦化膜301)接触地布置，该膜的与半导体基板101相反的表面被平坦化。在该布置中，当形成新膜以覆盖遮光构件108和层内透镜114时，可以减小光接收区域和遮光区域之间的水平差。
第一平坦化膜301的折射率可以低于层内透镜114的折射率。在本实施例中，充当层内透镜的氮化硅膜的折射率大约是2.0，并且充当第一平坦化膜301的氧化硅膜的折射率大约是1.46。在折射率之间的上述关系中，可以提高对倾斜入射光的灵敏度。原因如下。倾斜入射光(以箭头L1指示)没有被层内透镜114完全会聚，从而在某些情况下该光不进入波导构件106a。在图3B中，点线表示在这种情况下的光的光路。但是，由于折射率低于层内透镜114的折射率的构件被设置在层内透镜114和波导构件106a之间，因此倾斜入射光由层内透镜114会聚，然后被向光轴OP折射。在图3B中，虚线表示光轴OP。由于倾斜入射光如上所述地进入波导构件106a，所以可以提高对倾斜入射光的灵敏度。
图3C示出形成滤色器303和微透镜304。在形成遮光构件108和层内透镜114后，形成第二平坦化膜302，以便覆盖遮光构件108和层内透镜114。第二平坦化膜302是绝缘体。第二平坦化膜302是例如氧化硅膜。在必要的时候，对第二平坦化膜302的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。其后，在光接收区域中的与光电转换单元103a相关联的区域中形成滤色器303和微透镜304。滤色器303和微透镜304在必要的时候被布置。在本实施例中，在第二平坦化膜302中，不去除与第一光电转换单元103a相关联的一部分和与第二光电转换单元103b相关联的另一部分中的任意一个。
在本实施例中，在图2B中示出的步骤中，绝缘体104在光接收区域和遮光区域两者中同时被蚀刻。只要在光接收区域和遮光区域两者中同时执行蚀刻绝缘体104，就可以同时形成孔105a和105b。具体地说，使用具有对应于要形成孔105a的区域的开口和对应于要形成孔105b的区域的另一个开口的蚀刻掩模来蚀刻绝缘体104的步骤是同时形成孔105a和105b的步骤。
如果蚀刻掩模仅具有对应于要形成孔105a的区域的开口，那么将在后续蚀刻步骤中仅蚀刻对应于孔105a的绝缘体104的一部分。在该步骤中，孔105a和105b不是同时形成的。
在图2C中示出的步骤中，波导构件106a和106b的材料同时在孔105a和105b两者中被沉积。只要波导构件106a和106b的材料同时在孔105a和105b两者中被沉积，那么可以同时形成波导构件106a和106b。从形成半导体基板101中的半导体区域的步骤到形成波导构件106a和106b的步骤的所有步骤都可以在光接收区域和遮光区域中同时执行。
如果包括仅形成波导构件106a和106b之一的步骤，那么波导构件106a和106b不是同时形成的。
在形成遮光构件108后，形成第二平坦化膜302。在本实施例中，在第二平坦化膜302中，不会仅仅去除与第一光电转换单元103a相关联的部分和与第二光电转换单元103b相关联的另一部分中的一个。
现在将参考图4A到图4C说明图2B中示出的步骤中布置蚀刻停止部件113的好处。在图4A到图4C中，具有与图1到图3C中的部件相同的功能的部件以相同的附图标记表示，并且省略其详细说明。
图4A是示出根据本实施例的固态图像拾取装置100的示意性结构的平面图。示出光接收区域401、遮光区域402和外围电路区域403。在光接收区域401和遮光区域402中布置多个各自包括光电转换单元的像素。例如，可以在光接收区域401中设置1920×1080像素的阵列。布置在遮光区域402中的光电转换单元被遮挡住光。遮光区域402位于光接收区域401和外围电路区域403之间。在外围电路区域403中，布置用于固态图像拾取装置100的工作的电路。另外，用于处理来自光电转换单元的信号的信号处理电路被布置在外围电路区域403中。布置在外围电路区域403中的电路包括，例如，垂直移位寄存器、水平移位寄存器、放大器、模数转换器(ADC)和存储器。可以针对在阵列中布置的每行的光电转换单元布置放大器、ADC和存储器。
图4B和图4C是沿着图4A中的线AB、CD和EF得到的固态图像拾取装置100的示意性结构的截面图。图4B示出在图2B的步骤中布置有蚀刻停止部件113的截面。图4C示出在图2B的步骤中没有布置蚀刻停止部件113的截面。沿着线AB的截面包括设置在光接收区域401中的像素401a。沿着线CD的截面包括设置在光接收区域401中的像素401b和设置在遮光区域402中的像素402。像素401b位于比像素401a离光接收区域401的中心更远的位置。像素401b位于与设置在遮光区域402中的像素相邻的位置。沿着线EF的横截面对应于外围电路区域403。
在本实施例中，形成第一互连层112a和第二互连层112b的步骤包括平坦化。但是，在该平坦化中，光接收区域401中的绝缘体104和外围电路区域403中的绝缘体104之间会出现水平差。例如，这是由于光接收区域401和外围电路区域403之间布置的插塞的密度的不同导致的。插塞的密度是指平面中的每单位面积的插塞数量。例如，通过平坦化，可以使其中插塞的密度高的光接收区域401相对于外围电路区域403凹陷。该水平差可以是由于例如这些区域之间的互连的密度差而导致的。因此，还会导致光接收区域401中的绝缘体104和外围电路区域403附近的遮光区域402中的绝缘体104之间的水平差。
在图4B和4C中，h1表示在像素401a中半导体基板101的主表面102与绝缘体104的同半导体基板101相反的表面之间的距离，并且h2表示在遮光区域402中半导体基板101的主表面102与绝缘体104的同半导体基板101相反的表面之间的距离。如图4B和图4C所示，距离h1与距离h2不同。水平差往往不会出现在这样的像素中，该像素位于紧密地靠近遮光区域402中的像素的位置。原因在于固态图像拾取装置100的高度从外围电路区域403到光接收区域401的中心逐渐地改变。因此，在例如与包括在遮光区域402中的像素相邻的像素401b中的、半导体基板101的主表面102与绝缘体104的同半导体基板101相反的表面之间的以h3表示的距离近似地等于距离h2。
在如图4B中所示地布置蚀刻停止部件113的情况下，可以在图2B的步骤中蚀刻绝缘体104，从而使蚀刻停止部件113被露出。由于蚀刻停止部件113的蚀刻速率低，因此在蚀刻停止部件113被露出后蚀刻几乎不进行。由于蚀刻停止部件113充当孔105a和105b的各自的底部，因此在像素401a中的半导体基板101的主表面102与孔105a的底部之间的距离实质上等于在遮光区域402中的半导体基板101的主表面102与孔105b的底部之间的距离。在图4B和图4C中，z1表示在光接收区域401中的半导体基板101的主表面102与孔105a的底部之间的距离，并且z2表示在遮光区域402中的半导体基板101的主表面102与孔105b的底部之间的距离。在图4B中，距离z1近似等于距离z2。
在没有布置蚀刻停止部件113的情况下，以取决于蚀刻时间的量对绝缘体104进行蚀刻。因此，如图4C所示距离z1不同于距离z2。原因在于，上述差异反映了绝缘体104的原有的不均匀度。
如上所述，蚀刻停止部件113的布置使得光接收区域401中的距离z1(孔105a的底部的高度)与遮光区域402中的距离z2(孔105b的底部的高度)彼此近似地相等。因此，可以减小光接收区域401中的光电转换单元中产生的噪声与遮光区域402中的光电转换单元中产生的噪声之间的差，从而可以提高图像质量。
已经针对波导构件106的折射率高于绝缘体104的折射率的情况对本实施例进行了说明。波导构件106的折射率并不总是一定高于绝缘体104的折射率。例如，反光构件可以被附接到各个孔105的侧壁，然后波导构件106可以被设置在孔105中。
第二实施例
现在将参考附图说明根据本发明另一个实施例的固态图像拾取装置。图5A是根据第二实施例的固态图像拾取装置100的示意性结构的截面图。图5B是示出根据第二实施例的固态图像拾取装置100的示意性结构的平面图。具有与图1到图4C中的部件相同的功能的部件以相同的附图标记表示，并且省略详细说明。
本实施例的特征在于布置遮光构件501a到501c，使得各个构件被设置在布置在光接收区域中的相邻光电转换单元之间。除了该布置以外，第二实施例可以是与第一实施例的结构相同的结构。
如图5A所示，光电转换单元103a和光电转换单元103c布置在光接收区域中。波导构件106a与光电转换单元103a相关联地设置。波导构件106c与光电转换单元103c相关联地设置。为了方便起见，光电转换单元103c和波导构件106c由与光电转换单元103a和波导构件106a的附图标记不同的附图标记表示。但是，光电转换单元103a和103c具有相同的功能。此外，光导构件106a和106c具有相同的功能。因此，在第一实施例中的光电转换单元103a的说明和波导构件106a的说明可以适当地应用到光电转换单元103c和波导构件106c。
遮光构件501b设置在与光电转换单元103a相关联地设置的波导构件106a和与光电转换单元103c相关联地设置的波导构件106c之间。遮光构件501b设置在波导构件106a和106c之间的原因如下。当波导构件106a和106b与遮光构件501b被投射到相同平面上时，遮光构件501b被投射在波导构件106a所投射的区域和波导构件106c所投射的区域之间。遮光构件501a设置在波导构件106a与相邻于光电转换单元103a的另一个像素的光电转换单元相关联的波导构件之间。遮光构件501c设置在波导构件106c与相邻于光电转换单元103c的另一个像素的光电转换单元相关联的波导构件之间。
至于遮光构件501a到501c的材料，可以适当地使用与遮光构件108的材料相同的材料。遮光构件501a到501c的材料可以与遮光构件108的材料相同。在本实施例中，遮光构件501a到501c包含铝。遮光构件501a到501c比波导构件106a和106c布置得离半导体基板101更远。遮光构件501a到501c可以布置在与包括遮光构件108的互连层相同的互连层中。从而，可以在不增加互连形成步骤的数量的情况下形成遮光构件501a到501c。在本实施例中，遮光构件108和遮光构件501a到501c布置在第三互连层中。
图5B是示出根据本实施例的固态图像拾取装置100的示意性结构的平面图。在图5B中沿着线VA-VA得到的截面在图5A中示出。参考图5B，遮光构件501b设置在与光电转换单元103a相关联的波导构件106a和与光电转换单元103c相关联的波导构件106c之间。光电转换单元103a可以由遮光构件501a和501b以及遮光构件501d包围。换句话说，在光接收区域中遮光构件可以按格子图案布置，并且，各个光电转换单元可以设置在由遮光构件包围的区域中。布置并不限于该布置。遮光构件501b可以仅仅设置在光电转换单元103a和103c之间的区域中。遮光构件108可以被设置为完全覆盖遮光区域。因此，可以减少进入布置在遮光区域中的光电转换单元103b的光的量。
根据本实施例的固态图像拾取装置100还可以包括层内透镜114、滤色器303和微透镜304。
现在将说明形成上述的遮光构件501a至501c的方法。该方法包括与第一实施例中的图2A至2C所示的步骤相同的步骤。在图3A所示的步骤中，当形成遮光构件108时，形成在相同的互连层中包含的遮光构件501a至501c。
在本实施例中，如上所述，遮光构件501b被设置在光接收区域中的波导构件106a和106c之间。因此，可以减少进入除了波导构件106a和106c以外的区域中的光的量。至于进入除了波导构件106a和106c以外的区域中的光，光很可能进入半导体基板101中的除光电转换单元以外的区域。因此，进入除了波导构件106a和106c以外的区域中的光导致例如色混合等的噪声。从而，本实施例的好处在于，除了第一实施例的好处以外，还可以进一步减少噪声。
第三实施例
现在将参考图6说明根据本发明第三实施例的固态图像拾取装置。图6是根据本实施例的以100表示的固态图像拾取装置的示意性结构的截面图。具有与图1到图5B中的部件相同的功能的部件以相同的附图标记表示，并且省略其详细说明。
本实施例的特征在于层内透镜601的结构，该层内透镜601设置在波导构件106a的与半导体基板101相反的一侧。第一实施例中的层内透镜114是远离半导体基板101而突起的凸透镜。下文中，这种透镜被称为“向上突起的透镜”。在本实施例中，层内透镜601是向半导体基板101突起的凸透镜。下文中，这种透镜被称为“向下突起的透镜”。
现在将说明形成充当向下突起的透镜的层内透镜601的方法。该方法包括与第一实施例中的图2A至2C所示的步骤相同的步骤。在图3A所示的步骤中，当形成遮光构件108时，形成在相同的互连层中包含的遮光构件501a至501c。此时，遮光构件501a至501c按格栅图案布置。其后，形成基底构件602。基底构件602被设置为覆盖遮光构件501a至501c。因此，由于布置遮光构件501a至501c的区域和没有布置遮光构件501a至501c的区域之间的水平差而在基底构件602上产生凹凸不平。由于遮光构件501a至501c按格栅图案布置以包围各个光电转换单元，所以在基底构件602中的与光电转换单元相关联的各个区域中设置凹部。然后，在基底构件602的与半导体基板101相反的一侧沉积具有比基底构件602的折射率高的折射率的材料。可以通过上述步骤来形成充当向下突起的透镜的层内透镜601。
在层内透镜601的材料的沉积之后，在必要的时候可以对层内透镜601的与半导体基板101相反的表面进行平坦化。还可以形成滤色器303和微透镜304。
虽然针对示例性实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围应该被给予最广义的解释，以涵盖所有的这样的变型及等同的结构和功能。

Claims (18)

1.一种固态图像拾取装置，包括：
半导体基板；
在沿着半导体基板的主表面的方向上布置在半导体基板中的第一光电转换单元和第二光电转换单元；
设置在半导体基板上的第一构件，第一构件(104)是绝缘体；
设置在半导体基板上以在沿着主表面的方向上被第一构件包围或夹在中间并且与第一光电转换单元重叠的第二构件，第二构件与第一构件一起形成光波导的结构；
设置在半导体基板上以在沿着主表面的方向上被第一构件包围或夹在中间并且与第二光电转换单元重叠的第三构件，第三构件与第一构件一起形成光波导的结构；
布置在半导体基板上的多个互连层；
设置在第三构件的与半导体基板相反的一侧上的遮光构件，第三构件被置于遮光构件(108)和第二光电转换单元(103b)之间；
与第一光电转换单元相关联地设置在第二构件的与半导体基板相反的一侧上的层内透镜(114，601)；
微透镜(304)，该微透镜被与第一光电转换单元(103a)相关联地设置在层内透镜(114，601)的与半导体基板相反的一侧上；以及
设置在半导体基板上的第一膜(301)，第一膜具有第一部分和第二部分，
其中，第二构件在与主表面相交的方向上被置于第一膜的第一部分和第一光电转换单元之间，第三构件在与主表面相交的方向上被置于第一膜的第二部分和第二光电转换单元之间，并且第一膜的第二部分被置于遮光构件(108)和第三构件之间，
层内透镜位于微透镜和第二构件之间，第一膜的第一部分被置于层内透镜(114)和第二构件之间，并且第一膜的第一部分的折射率低于层内透镜的材料的折射率，
半导体基板和第二构件的与半导体基板相反的表面之间的第一距离以及半导体基板和第三构件的与半导体基板相反的表面之间的第二距离小于半导体基板和遮光构件之间的第三距离，并且
第一距离和第二距离大于半导体基板和导电构件的与半导体基板相反的表面之间的第四距离，该导电构件被包含在所述互连层中的最靠近半导体基板的互连层中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，第一构件(104)包括第一绝缘层(104a)、第二绝缘层(104c)和第三绝缘层(104e)，
其中，多个互连层(112a，112b)包括第一互连层(112a)、第二互连层(112b)和第三互连层，第一互连层(112a)被定位成比第二互连层(112b)更接近半导体基板(101)，
其中，第一绝缘层(104a)被置于半导体基板(101)和第一互连层(112a)之间，第二绝缘层(104c)被置于第一互连层(112a)和第二互连层(112b)之间，并且第三绝缘层(104e)被置于第二互连层(112b)和第一膜(301)之间，
其中，第二构件和第三构件被第二绝缘层(104c)和第三绝缘层(104e)包围，并且第二构件的材料的折射率和第三构件的材料的折射率与第二绝缘层(104c)的材料的折射率和第三绝缘层(104e)的材料的折射率不同，并且
其中，第三互连层包括遮光构件、充当焊盘的导电构件和充当电路的互连的导电构件。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括：
设置在第二构件(106a)和第一光电转换单元(103a)之间的第四构件(113)；
设置在第三构件(106b)和第二光电转换单元(103b)之间的第五构件(113)；以及
保护层(201)，该保护层具有在第四构件(113)和第一光电转换单元(103a)之间的部分，并且具有在第五构件(113)和第二光电转换单元(103b)之间的部分，
其中，第四构件与第二构件接触，并且第四构件的面积大于第二构件的朝向半导体基板的面的面积，
其中，第五构件与第三构件接触，并且第五构件的面积大于第三构件的朝向半导体基板的面的面积，
其中，第一构件(104)包括第一绝缘层(104a)和第二绝缘层(104c)，
其中，多个互连层(112a，112b)包括第一互连层(112a)和第二互连层(112b)，第一互连层(112a)被定位成比第二互连层(112b)更接近半导体基板(101)，
其中，第一绝缘层(104a)被置于半导体基板(101)和第一互连层(112a)之间，并且第二绝缘层(104c)被置于第一互连层(112a)和第二互连层(112b)之间，
其中，保护层被置于第一绝缘层(104a)和晶体管的栅电极之间，并且
其中，第二构件和第三构件被第一绝缘层(104a)和第二绝缘层(104c)包围，并且第二构件的材料和第三构件的材料与第二绝缘层(104c)的材料不同，并且第四构件的材料和第五构件的材料与第一绝缘层(104a)的材料不同。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，第一膜(301)是氧化硅膜。
5.根据权利要求1所述的装置，其中
遮光构件被与第一膜接触地布置。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括：
设置在层内透镜(601)和第二构件之间的低折射率构件(602)，该低折射率构件的折射率低于层内透镜的材料的折射率，
其中，遮光构件被布置在第一膜的第二部分和低折射率构件之间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，层内透镜是向半导体基板突起的凸透镜。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括：
设置在第一膜的与半导体基板相反的一侧上的第二膜(302)；
其中遮光构件和层内透镜(114)被布置在第一膜和第二膜之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，层内透镜是远离半导体基板突起的凸透镜。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括：
与第一光电转换单元相邻地设置的第三光电转换单元；
设置在半导体基板上以在沿着主表面的方向上被第一构件包围或夹在中间并且与第三光电转换单元重叠的波导构件，该波导构件与第一构件一起形成光波导的结构；以及
第二遮光构件，
其中，第二遮光构件被包含在与包含所述遮光构件的互连层相同的互连层中，并且设置在置于第二构件和所述波导构件之间的第一构件的一部分上。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，第二构件的材料与第三构件的材料相同。
12.根据权利要求8所述的装置，还包括：
与第一光电转换单元(103a)关联地设置在层内透镜(114，601)的与半导体基板相反的一侧上的滤色器(303)，
其中，第二膜被置于层内透镜(114)和滤色器之间。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，第二构件的材料和第三构件的材料是包含氢的氮化硅。
14.一种制造固态图像拾取装置的方法，包括：
在布置有第一光电转换单元和第二光电转换单元的半导体基板上形成绝缘体；
同时在所述绝缘体中形成第一孔(105a)和第二孔(105b)，该第一孔被置于第一光电转换单元上，该第二孔被置于第二光电转换单元上；
同时形成第一孔中的第一透明构件(106a)和第二孔中的第二透明构件(106b)，第一透明构件和第二透明构件的材料不同于所述绝缘体的材料；
在同时形成第一透明构件和第二透明构件之后，形成第一膜，该第一膜具有覆盖第一透明构件的第一部分并且具有覆盖第二透明构件的第二部分；
在第一膜的第一部分上形成层内透镜；
在第一膜的第二部分上形成遮光构件；
形成第二膜，该第二膜具有覆盖层内透镜的一部分并且具有覆盖遮光构件的另一部分；以及
在第二膜的所述一部分上形成滤色器和微透镜。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，
所述绝缘体包含自半导体基板起顺次布置的第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，使得在半导体基板上，第一互连层布置在第一绝缘层和第二绝缘层之间，并且第二互连层布置在第二绝缘层和第三绝缘层之间，
在形成第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层以及第一互连层和第二互连层之后，执行形成第一孔和第二孔，并且
在形成第一孔和第二孔的过程中，通过蚀刻来去除第一绝缘层的部分、第二绝缘层的部分和第三绝缘层的部分。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在形成遮光构件之后，执行形成层内透镜。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在形成所述绝缘体之前，在布置有第一光电转换单元和第二光电转换单元的半导体基板上形成第一蚀刻停止部件和第二蚀刻停止部件，使得第一蚀刻停止部件与第一光电转换单元重叠并且第二蚀刻停止部件与第二光电转换单元重叠；
其中，执行在半导体基板上形成所述绝缘体以覆盖第一蚀刻停止部件和第二蚀刻停止部件；并且
执行形成第一孔以暴露第一蚀刻停止部件，并且执行形成第二孔以暴露第二蚀刻停止部件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
固态图像拾取装置包括：布置有第一光电转换单元和第二光电转换单元的第一区域；设置有信号处理电路的第二区域，该信号处理电路被配置为处理来自第一光电转换单元和第二光电转换单元的信号；设置在半导体基板上的互连层；以及多个插塞，被配置为将半导体基板与互连层中包含的导电构件连接，并且
第一区域中的插塞的密度不同于第二区域中的插塞的密度。
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