CN102893400B - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种固体摄像装置(10),多个像素被排列成二维状,该固体摄像装置具备硅层(101);多个光电二极管(111),在硅层(101)内与多个像素对应地形成,通过将入射的光进行光电变换而生成信号电荷;以及多个滤色器(122a~122c),在硅层(101)的上方与多个像素对应地形成;多个滤色器(122a~122c)分别在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是硅层(101)侧的区域的区域中,形成有折射率比滤色器(122a~122c)低的凸部(121),多个滤色器(122a~122c)分别在凸部(121)的上方与相邻的滤色器接触。

Description

固体摄像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及包括光电变换部的像素部排列成阵列状的固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
随着最近的照相机模组的小型化,从透镜到固体摄像装置的距离变短。因此,特别是朝着受光区域的外周,入射光的角度变得陡峭,灵敏度特性及混色特性恶化。
所以,作为这样的特性恶化的对策,如在专利文献1、2及3中记载,提出了在滤色器之间形成空洞或低折射率材料的技术。
例如,图13是表示专利文献1所记载的以往的固体摄像装置的构造的剖视图。在图13所示的固体摄像装置中,在各滤色器309之间设有中空部315(折射率为1),形成有将中空部315封闭的覆盖层317。
此外,图13所示的固体摄像装置在硅基板内形成有光电二极管301,在硅基板的表面侧经由层间绝缘膜305形成有多层的布线306。并且,在多层的布线306的最上层表面(在图13中,相当于最下层),经由粘接剂层308粘接着支承基板310。并且,硅基板内的光电二极管301被分离区域319分离。并且,在硅基板的背面侧,滤色器309形成在光电二极管301上方,在光电二极管301间形成有中空部315。
中空部315通过自调整形成在分离区域319上方。在斜入射光进入到各像素的情况下,如果到达滤色器309的侧面,则由于滤色器309的折射率与中空部315的折射率的差较大,所以大部分的光被反射,光被聚光到光电二极管301上。由此,能够改善灵敏度特性及混色特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2009-88415号公报
专利文献2:特开2009-111225号公报
专利文献3:特开2006-295125号公报
发明概要
发明要解决的问题
但是,在上述以往技术中,由于覆盖层不均匀地埋入到空洞部中,所以在像素之间在灵敏度特性上产生偏差。此外,存在由透过空洞部的入射光到达相邻像素而造成的串扰、或因被遮光金属反射而造成的耀光(flare)等问题。
例如,在上述专利文献1及专利文献3所记载的构造中,在滤色器上部需要有覆盖层。在使覆盖层成膜时,由于滤色器之间是空洞部,所以原理上一部分的覆盖层材料被埋入到空洞部中。并且,由于覆盖层材料会不均匀地埋入到空洞部中,因此有如下问题:在各像素之间发生灵敏度特性不匀,在像素之间、芯片之间在灵敏度特性上发生偏差。
此外,在上述专利文献1~3所记载的构造中,如上述那样,在滤色器之间形成有低折射率材料或空洞部。因此,向滤色器之间的入射光到达硅基板表面或遮光布线。
在入射光到达硅基板表面的情况下,存在由于向相邻像素的入射光的串扰而发生混色的问题。此外,在入射光到达遮光布线的情况下,存在如下问题:在遮光布线的表面上光被反射,发生高光强度且变得特别显著的耀光,画质下降。
发明内容
所以,本发明是鉴于上述问题而做出的,目的是提供一种能够实现照相机模组的小型化及像素大小的微细化、并且能够实现高灵敏度、低混色及高画质的固体摄像装置及其制造方法。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题,有关本发明的一技术方案的固体摄像装置,多个像素被排列成二维状,该固体摄像装置具备:半导体基板;多个光电变换部,在上述半导体基板内与上述多个像素对应地形成,通过将入射的光进行光电变换而生成信号电荷;以及多个滤色器,在上述半导体基板的上方与上述多个像素对应地形成;在下述区域中,形成有折射率比上述滤色器低的低折射率区域,上述区域是相邻的上述滤色器之间的区域、并且是上述半导体基板侧的区域;上述多个滤色器分别在上述低折射率区域的上方与相邻的上述滤色器接触。
由此,即使斜入射光的入射角度是高角度,也由于滤色器的侧面与低折射率区域的边界处的折射率的差,大部分的光被反射。由此,实现向相邻像素的光的漏入的减少,能够实现高聚光,因而能实现高灵敏度及低混色。此外,由于低折射率区域的上部被滤色器覆盖,所以即使在上方形成透镜,也能够减少滤色器之间的低折射率区域的形状的离差。并且,由于来自半导体基板面的反射光的大部分光被滤色器之间的低折射率区域上的滤色器吸收,所以即使是高光强度也能够减少耀光,能够实现高画质。
此外,也可以是,上述低折射率区域是包含空洞、或者折射率比上述滤色器低的材料的区域。
由此,滤色器内的入射光在滤色器与低折射率区域的边界处反射,所以能够减少向相邻像素的光的漏入,能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,上述低折射率区域包含折射率比上述滤色器低的硅氧化物。
由此,例如通过将滤色器下方的形成为平坦化膜的硅氧化膜蚀刻,能够容易地形成低折射率区域。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备形成在上述低折射率区域内的、用于将光遮挡的第一遮光部。
由此,通过第一遮光部妨碍漏入到低折射率区域中的入射光到达半导体基板,所以实现向相邻像素的光的漏入的减少,能够实现高灵敏度。此外,由于来自第一遮光部的反射光被低折射率区域上方的滤色器吸收,所以即使是高光强度也使耀光减少,能够实现高画质。并且,滤色器与光电变换部之间的距离缩短,能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,上述第一遮光部包含钨、铝、铜及钛的至少一种。
由此,妨碍向低折射率区域内的入射光到达半导体基板内,所以能够防止光入射到半导体基板内,从而减少光漏入相邻像素,能够实现高灵敏度。并且,由于能够将第一遮光部做成薄膜,所以滤色器与光电变换部之间的距离缩短,能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备形成在上述多个光电变换部之间、包含与上述多个光电变换部不同的导电型的多个杂质区域的分离部;上述低折射率区域的上述半导体基板侧的面的宽度比上述分离部的上述滤色器侧的面的宽度短。
由此,滤色器内的入射光不会漏入到半导体基板内的分离部,而到达光电变换部,所以能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备形成在上述低折射率区域与上述半导体基板之间的、将光遮挡的第二遮光部。
由此,向低折射率区域内的入射光不会到达半导体基板内,所以没有被滤色器分光的光不会储存到光电变换部中,各色灵敏度提高。此外,能够防止光入射到半导体基板内,能够减少光向相邻像素漏入。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备形成在上述低折射率区域与上述半导体基板之间的、折射率比上述滤色器高的高折射率膜。
由此,能够进一步提高光的聚光效率,能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,上述高折射率膜包含钛氧化物、硅氮化物、及钽氧化物的至少一种。
由此,能够在确保耐湿性的同时实现灵敏度提高。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备在上述多个滤色器的上方与上述多个像素对应地形成的多个透镜。
由此,改善聚光效率,能够实现灵敏度提高。
此外,也可以是,上述固体摄像装置还具备形成在上述半导体基板的下方的、检测由上述多个光电变换部生成的信号电荷的检测电路部。
由此,滤色器与光电变换部之间的距离缩短,灵敏度提高,能够实现低混色。
此外,有关本发明的一技术方案的固体摄像装置的制造方法,其是以二维状排列有多个像素的固体摄像装置的制造方法,包括:在半导体基板内,与上述多个像素对应地形成多个光电变换部的工序,该多个光电变换部通过对入射的光进行光电变换而生成信号电荷;在上述半导体基板的上方形成折射率比多个滤色器低的低折射率区域的工序;以及在上述半导体基板的上方,与上述多个像素对应地形成上述多个滤色器的工序;在形成上述低折射率区域的工序中,在下述区域中形成上述低折射率区域,上述区域是相邻的上述滤色器之间的区域、并且是上述半导体基板侧的区域;在形成上述滤色器的工序中,以在上述低折射率区域的上方使相邻的上述滤色器接触的方式形成上述多个滤色器。
由此,即使斜入射光的入射角度是高角度,也由于滤色器的侧面与低折射率区域的边界处的折射率的差,大部分的光被反射。由此,实现向相邻像素的光的漏入的减少,能够制造高灵敏度及低混色的固体摄像装置。此外,由于低折射率区域的上部被滤色器覆盖,所以即使在上方形成透镜,也能够减少滤色器之间的低折射率区域的形状的偏差。并且,由于来自半导体基板面的反射光的大部分光被滤色器之间的低折射率区域上的滤色器吸收,所以即使是高光强度也能够减少耀光,能够制造高画质的固体摄像装置。
此外,也可以是,上述固体摄像装置的制造方法还包括:在上述半导体基板的上方,在包括上述多个像素的边界的至少一部分区域中,形成用于遮挡光的遮光部的工序;在形成上述低折射率区域的工序中,在上述半导体基板的上方,以在内部中包含上述遮光部的方式形成上述低折射率区域。
由此,通过遮光部妨碍漏入到低折射率区域中的入射光到达半导体基板,所以实现向相邻像素的光的漏入的减少,能够实现高灵敏度。此外,由于来自遮光部的反射光被低折射率区域上方的滤色器吸收,所以即使是高光强度也使耀光减少,能够实现高画质。并且,滤色器与光电变换部之间的距离缩短,能够实现高灵敏度。
此外,也可以是,在形成上述低折射率区域的工序中,包括:在上述半导体基板的上方形成折射率比上述多个滤色器低的材料的工序;以及通过将所形成的上述材料构图及蚀刻、形成上述低折射率区域的工序。
由此,例如,通过将滤色器下方的形成为平坦化膜的硅氧化膜蚀刻,能够容易地形成低折射率区域。
此外,也可以是,在形成上述低折射率区域的工序中,包括:在上述半导体基板的上方形成硅的工序;通过对所形成的硅进行构图及蚀刻、在相邻的上述滤色器之间的区域中形成由上述硅构成的凸部的工序;在形成上述多个滤色器后在上述多个滤色器上形成贯通到上述凸部的孔的工序;经由上述孔将上述凸部暴露在用于除去硅的气体中来除去上述凸部除去,从而形成作为空洞的上述低折射率区域的工序。
由此,能够形成形状的偏差较少的空洞,所以能够制造高灵敏度的固体摄像装置。
发明效果
根据本发明,能够在实现照相机模组的小型化及像素大小微细化的同时,实现高灵敏度、低混色及高画质。
附图说明
图1是表示有关本发明的实施方式1的固体摄像装置的一例的电路结构图。
图2是表示有关本发明的实施方式1的像素部的结构的一例的剖视图。
图3是表示有关本发明的实施方式1的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图4是表示有关本发明的实施方式1的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图5是表示有关本发明的实施方式1的变形例的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图6是表示有关本发明的实施方式1的变形例的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图7是表示有关本发明的实施方式2的像素部的结构的一例的剖视图。
图8是表示有关本发明的实施方式2的变形例的像素部的结构的一例的剖视图。
图9是表示有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图10是表示有关本发明的实施方式2的变形例的固体摄像装置的结构的一例的剖视图。
图11是表示有关本发明的实施方式2的变形例的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图12是表示有关本发明的实施方式2的变形例的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
图13是表示以往的固体摄像装置的结构的剖视图。
具体实施方式
以下,基于附图详细地说明有关本发明的实施方式的固体摄像装置及其制造方法。另外,本发明并不限定于以下的实施方式。此外,能够在不脱离发挥本发明的效果的范围的范围内进行适当变更。进而,还能够与其他实施方式的组合。
(实施方式1)
有关本发明的实施方式1的固体摄像装置是多个像素被排列成二维状的固体摄像装置,在半导体基板的第一主面的上方具备与多个像素对应地形成的多个滤色器,在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是半导体基板侧的区域的区域中,形成有折射率比滤色器低的低折射率区域,多个滤色器分别在低折射率区域的上方与相邻的滤色器接触。
首先,使用图1对有关本发明的实施方式1的固体摄像装置的电路结构的一例进行说明。图1是表示有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10的一例的电路结构图。
有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10如图1所示,是多个像素部100被排列成阵列状的MOS(Metal Oxide Semiconductor)型的固体摄像装置。如图1所示,固体摄像装置10具备摄像区域17、垂直移位寄存器18、水平移位寄存器19和输出端21。
在摄像区域17中,以阵列状排列有多个像素部100。多个像素部100分别具备光电变换部(光电二极管)11、浮动扩散层(floating diffusion)12、转送晶体管13、放大晶体管14、复位晶体管15和选择晶体管16。
光电变换部11通过将入射光进行光电变换,生成信号电荷。由光电变换部11生成的信号电荷通过转送晶体管13转送到浮动扩散层12。
转送到浮动扩散层12的电荷被放大晶体管14放大,经由被垂直移位寄存器18控制的选择晶体管16及输出信号线20,并由水平移位寄存器19从输出端21输出。
另外,积蓄在浮动扩散层12中的剩余电荷由复位晶体管15排出,该复位晶体管15的漏极区域连接在电源线上。
虽然在图1中没有表示,但按每个像素,在各光电二极管的上方,形成使绿色光透过的绿色滤波器、使红色光透过的红色滤波器、以及使蓝色光透过的蓝色滤波器中的某一种。此外,在各滤波器的上方,形成有片内微透镜,实现聚光效率的提高。
接着,使用图2对有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10具备的像素部100的截面结构的一例进行说明。
图2是表示有关本发明的实施方式1的像素部100的结构的一例的剖视图。
有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10具备:半导体基板,具有第一主面(光入射面)和作为该第一主面的相反侧的面的第二主面;以及多个光电变换部,在半导体基板内与多个像素对应地形成,通过将从第一主面侧入射的光进行光电变换而生成信号电荷。
此外,固体摄像装置10具备检测电路部,该检测电路部形成在半导体基板的第二主面侧,检测由多个光电变换部生成的信号电荷。检测电路部包括晶体管112及多层布线114。进而,固体摄像装置10具备将多个光电变换部的各自之间、以及多个光电变换部与检测电路部之间电分离的分离部。
具体而言,如图2所示,在作为半导体基板的一例的硅层101内,形成有由n型(第一导电型)的扩散区域构成的光电二极管111、以及将积蓄在光电二极管111中的电荷读出的晶体管112。
另外,晶体管112是像素部100具备的晶体管,例如是转送晶体管13、放大晶体管14、或选择晶体管16。在图2中,作为一例,将转送晶体管13表示为晶体管112。这样,在图2的例子中,包括各种晶体管的检测电路部形成在半导体基板的下方。
光电二极管111是光电变换部的一例,从硅层101的表面延伸到背面。在多个光电二极管111彼此之间形成有分离区域120。分离区域120是分离部的一例,例如由硅氧化物等的绝缘材料构成。另外,光电二极管111相当于图1所示的光电变换部11。
另外,半导体基板的第一主面是光入射到光电二极管111的面即光入射面,在图2中是硅层101的上表面。此外,半导体基板的第二主面是与光入射面相反侧的面,在图2中是硅层101的下表面。
晶体管112使用MOS型构造,以包围扩散区域112a的方式形成有由绝缘膜构成的STI(Shallow Trench Isolation)分离区域112b,在扩散区域112a下方,经由栅极氧化膜(未图示)形成有栅极电极112c。
在栅极电极112c下方,形成有多层绝缘膜(硅氧化膜、硅氮化膜)113,在该绝缘膜113内形成多层布线114。经由多层布线114控制晶体管112。有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10从与光入射面相反侧的面取出由光电二极管111生成的信号电荷作为电信号。
进而,在多层的绝缘膜113的下方贴合着支承基板102。硅层101例如是1~5μm的薄层。因此,支承基板102例如是硅基板,承担加强的作用。由此,能够使固体摄像装置10的强度提高。
此外,有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10还在第一主面侧、即在半导体基板的上方具备与多个像素对应地形成的多个滤色器122a~122c。多个滤色器122a~122c分别在将相邻的滤色器的边界包括在内的区域中的、半导体基板的相反侧的区域中,与相邻的滤色器接触。换言之,多个滤色器122a~122c分别在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是半导体基板的相反侧的区域的区域中与相邻的滤色器接触。此外,在将相邻的滤色器的边界包括在内的区域中的半导体基板侧的区域中,形成有折射率比滤色器122a~122c低的低折射率区域。换言之,在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是半导体基板侧的区域的区域中,形成有折射率比滤色器122a~122c低的低折射率区域。
具体而言,在与形成有晶体管112的一侧的硅层101的面即第二主面相反侧的第一主面的上方,经由硅氧化膜115,以5~100nm的厚度形成有折射率比滤色器122a~122c高的作为高折射率膜的一例的硅氮化膜116。
通过设置硅氮化膜116,向光电二极管111的入射光强度增加,绿色(550nm)光的灵敏度改善约20%。像这样,也可以在低折射率区域与半导体基板之间具备折射率比滤色器122a~122c高的高折射率膜。
另外,也可以代替硅氮化膜116而具备包含钛氧化物(TiO2)、及钽氧化物(TaO)中的至少一种的高折射率膜。
此外,在硅氮化膜116的上方形成有硅氧化膜117,在硅氧化膜117上,以格子状形成有作为承担遮光的作用的第二遮光部的一例的金属膜118。在本发明的实施方式1中,作为金属膜118的材料,使用薄膜下的遮光性较高的钨材料。另外,作为金属膜118的材料,也可以使用铝或铜。此外,金属膜118的厚度是200~500nm。金属膜118形成在作为后述的低折射率区域的一例的凸部121与第一主面之间。
在金属膜118的上方有由硅氧化膜构成的绝缘膜119。绝缘膜119的厚度是300~2000nm。
进而,在绝缘膜119上,形成有折射率比滤色器122a~122c低的凸部121。具体而言,凸部121形成在分离区域120的上方,即沿着像素与像素的边界线形成。例如,凸部121形成为格子状,高度是100~500nm。
进而,在各光电二极管111上方的凸部121之间,形成有滤色器122a~122c。换言之,凸部121形成在相邻的滤色器122a~122c之间的区域中。即,在将相邻的滤色器122a~122c的边界包括在内的区域中的半导体基板侧的区域中,形成有作为低折射率区域的一例的凸部121。
此外,凸部121被滤色器122a~122c覆盖,在凸部121上部设有与相邻像素的滤色器边界。即,在将相邻的滤色器122a~122c的边界包括在内的区域中的、半导体基板的相反侧的区域中,相邻的滤色器相互接触。换言之,如图2所示,在凸部121的上方,相邻的滤色器相互接触。
另外,有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10例如是拜耳(Bayer)排列的固体摄像装置,滤色器122a是在透过光强度中蓝色光较高的蓝色滤波器,滤色器122b是在透过光强度中绿色光较高的绿色滤波器,滤色器122c是在透过光强度中红色光较高的红色滤波器。多个滤色器122a~122c与多个像素部100对应地形成。即,按每个像素形成滤色器。
各滤色器的厚度是300~1000nm,比凸部121的高度厚。凸部121在包含硅氧化物的区域中形成。或者,凸部121也可以是空洞。另外,在空洞的情况下,可以通过图5及图6所示的制造方法实现。
像这样,通过在凸部121之间埋入滤色器122a~122c、并在滤色器122a~122c的下部之间设置作为低折射率区域的凸部121,通过滤色器内的斜入射光在凸部121界面上反射。即,成为导波路构造,能够减少向相邻像素的光的漏入(串扰),能够实现高灵敏度。
另外,在本发明的实施方式1中,滤色器122a~122c的折射率是1.5~1.9左右,凸部121的折射率在硅氧化膜的情况下是约1.4,在空洞的情况下是约1。在将硅氧化膜用于凸部121的情况下,能够实现比以往增加20%的高灵敏度。此外,在将空洞用于凸部121的情况下,能够实现比以往增加40%的高灵敏度。
此外,通过在凸部121上设置滤色器122a~122c,在滤色器内吸收希望的光以外的光,所以能够降低在金属膜118上的反射的返回光的影响下与盖玻璃、透镜界面的乱反射造成的耀光(flare)。特别是,在高强度的光中有效,能够实现比以往减少20%的返回光的削减。
另外,在本发明的实施方式1中,在与形成有晶体管112的一侧的硅层101的面即第二主面相反侧的第一主面的上方,将滤色器122a~122c形成在凸部121之间。相对于此,即使在形成有晶体管112的第二主面侧的多层布线114的上方(图2的绝缘膜113的下面)上形成,也能够得到同样的效果。但是,由于多层布线114的光反射增加,所以仅能够实现比以往增加10%的高灵敏度。
进而,固体摄像装置10在多个滤色器122a~122c的上方具备按每个像素形成的多个透镜124。具体而言,在滤色器122a~122c之上,经由平坦化膜123形成有透镜124。平坦化膜123例如由有机物构成。通过设置透镜124,能够进行高聚光,能够实现比以往增加30%的高灵敏度。另外,固体摄像装置10也可以不具备透镜124。
接着,使用图3及图4对有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10的制造方法进行说明。另外,图3及图4是表示有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10的制造方法的一例的工序剖视图。
首先,如图3(a)所示,在硅基板(包括SOI(Silicon On Insulator)基板)内,通过一般的固体摄像装置的制造方法,形成光电二极管111、分离区域120、包括晶体管112的各种晶体管、多层的绝缘膜113、以及多层布线114。
接着,如图3(b)所示,将硅基板作为支承基板而粘贴到绝缘膜113上102。在本发明的实施方式中,使用粘接剂(未图示)。另外,也可以用CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械研磨)法将绝缘膜113平坦化,在等离子体中进行表面活性化,与支承基板102粘贴。
接着,如图3(c)所示,将形成有光电二极管111的硅基板进行薄化加工。例如,硅基板的厚度是2~5μm,以使光电二极管111从硅层101的表面贯通到背面的方式将硅基板的第一主面侧研磨。此时,加工到SOI基板的BOX层(硅氧化膜),留下硅层101。
接着,如图3(d)所示,在与形成有晶体管112的硅层101的面即第二主面的相反侧的第一主面的上方,层叠硅氧化膜115、硅氮化膜116、以及硅氧化膜117。例如,通过CVD(Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)法等层叠硅氧化膜115、硅氮化膜116、以及硅氧化膜117。硅氮化膜116承担减少入射光在硅层101界面上的反射的作用。
接着,如图4(a)所示,通过溅射法或CVD法使由钨构成的金属膜成膜,利用平版印刷(Lithography)法构图。在构图后,通过干式蚀刻法在分离区域120的上方形成格子状图案的金属膜118。由此,能够减少斜入射光向相邻像素漏入而防止混色发生。另外,金属膜118的宽度为0.4μm左右。
接着,如图4(b)所示,通过CVD法等使由硅氧化膜构成的绝缘膜119以覆盖金属膜118及硅氧化膜117的方式成膜。接着,如图4(c)所示,在利用平版印刷法构图后,通过干式蚀刻法在分离区域120的上方形成格子状图案的凸部121。
接着,如图4(d)所示,以成为拜耳排列的方式在凸部121之间埋入滤色器122a~122c。此外,在凸部121上方也配置滤色器122a~122c。
由此,折射率比滤色器122a~122c低的凸部121形成在滤色器122a~122c的侧方,能够形成光导波路而实现高灵敏度化。此外,在凸部121之上形成滤色器122a~122c而吸收金属膜118的反射光,能够减少耀光。
接着,如图2所示,在滤色器122a~122c上通过旋涂法形成平坦化膜123。并且,在平坦化膜123上用同样的方法涂敷有机膜,利用平版印刷法构图后进行干式蚀刻,从而形成多个透镜124。
经过以上的工序,能够制造图2所示的固体摄像装置10。
如以上这样,有关本发明的实施方式1的固体摄像装置10的特征在于,在半导体基板的上方具备按每个像素形成的多个滤色器,该多个滤色器分别在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是与半导体基板相反侧的区域的区域、例如形成透镜一侧的区域中,与相邻的滤色器接触,在半导体基板侧的区域中,形成有折射率比滤色器低的低折射率区域。
由此,即使斜入射光的入射角度是高角度,也由于滤色器侧面与低折射率区域的边界上的折射率的差,大部分的光被反射。因此,实现向相邻像素的光的漏入(串扰)的减少,通过高聚光能够实现高灵敏度。此外,低折射率区域的上方被滤色器覆盖,所以即使在上方形成透镜,也能够减少滤色器之间的低折射率区域的形状偏差。并且,由于来自半导体基板面的反射光的大部分被滤色器之间的低折射率区域的上方的滤色器吸收,所以即使是高光强度也能够减少耀光。
以上,对有关本发明的实施方式1的固体摄像装置及其制造方法进行了说明,但本发明并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨,对该实施方式实施了本领域的技术人员想到的各种变形的形态也包含在本发明的范围内。
例如,如上述那样,作为低折射率区域的一例的凸部121也可以是空洞。以下,使用图5及图6对形成有作为空洞的凸部121的固体摄像装置10的制造方法的一例进行说明。另外,图5及图6是表示有关本发明的实施方式1的变形例的固体摄像装置10的制造方法的一例的工序剖视图。
首先,到图5(a)所示的形成金属膜118为止的工序与上述图3及图4(a)所示的工序相同。接着,如图5(b)所示,使由硅氧化膜构成的绝缘膜119成膜,再利用溅射法或CVD法以100~500nm的厚度形成硅膜125。另外,绝缘膜119的厚度为100~500nm的厚度。
接着,如图5(c)所示,在利用平版印刷法将硅膜125构图后,通过干式蚀刻法在分离区域120的上方形成格子状图案的硅凸部121a。
接着,如图5(d)所示,以成为拜耳排列的方式在硅凸部121a之间埋入滤色器122a~122c。此外,在硅凸部121a之上也配置滤色器122a~122c。
接着,如图6(a)所示,在滤色器122a~122c上通过旋涂法形成平坦化膜123。并且,在平坦化膜123上通过同样的方法涂敷有机膜,在利用平版印刷法构图后进行干式蚀刻,从而形成多个透镜124。
接着,如图6(b)所示,在透镜124之间的一部分上开出到达硅凸部121a的孔126。即,在相互相邻的滤色器的接触面或接触面附近的一部分上形成孔126。
接着,如图6(c)所示,将硅凸部121a暴露在用于将硅除去的气体中而将硅凸部121a除去,从而形成空洞。具体而言,使用氟化氙(XeF)气体通过各向同性蚀刻将硅凸部121a除去。由此,形成作为空洞的凸部121。
如以上这样,折射率比滤色器122a~122c低的凸部121形成在滤色器122a~122c的侧方,形成光导波路,从而能够实现高灵敏度化。此外,由于在形成平坦化膜123及透镜124后形成作为空洞的凸部121,所以空洞形状一样,能够使各像素间的灵敏度特性的偏差成为以往的约一半。
(实施方式2)
有关本发明的实施方式2的固体摄像装置是将多个像素以二维状排列的固体摄像装置,在半导体基板的第一主面(光入射面)的上方具备与多个像素对应地形成的多个滤色器,在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是半导体基板侧的区域的区域中,形成折射率比滤色器低的低折射率区域,多个滤色器分别在低折射率区域的上方与相邻的滤色器接触。进而,在低折射率区域内,形成有用来将光遮挡的遮光部。
首先,有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的电路结构例如与图1相同。因而,这里省略说明。
接着,使用图7对有关本发明的实施方式2的固体摄像装置具备的像素部200的截面结构的一例进行说明。
图7是表示有关本发明的实施方式2的像素部200的结构一例的剖视图。另外,在图7中,对于与有关实施方式1的像素部100的结构相同的构成要素赋予相同的符号。以下,与有关实施方式1的像素部100的结构相同的点省略说明,以不同点为中心进行说明。
有关本发明的实施方式2的像素部200与有关实施方式1的像素部100相比,不同的是不具备金属膜118及绝缘膜119这一点、代替分离区域120及凸部121而具备分离区域220及低折射率区域221这一点、以及新具备遮光部227这一点。
分离区域220是包括与光电变换部(光电二极管111)不同的导电型的杂质区域的分离部的一例。在多个光电二极管111的各自之间,形成有由p型(第二导电型)构成的分离区域220。另外,光电二极管111相当于图1所示的光电变换部11。
低折射率区域221是折射率比多个滤色器122a~122c低的区域。如图7所示,在相邻的滤色器之间的区域中的半导体基板侧的区域中,形成有低折射率区域221。即,多个滤色器122a~122c分别在低折射率区域221的上方与相邻的滤色器接触。
低折射率区域221的具体的构造是:在分离区域220上方以格子状配置有由硅氧化膜构成的凸形状,高度为100~500nm。进而,在各光电二极管111上方形成有滤色器122a~122c,埋入在低折射率区域221之间。
此外,滤色器122a~122c覆盖低折射率区域221,并且在其上部设有与相邻像素的滤色器122a~122c的边界。即,相邻的滤色器122a~122c在低折射率区域221的上方相互接触。换言之,在将相邻的滤色器的边界包括在内的区域中的上部的区域中,滤色器相互接触。
另外,在低折射率区域221是空洞时也能够得到同样的效果,能够通过图11及图12所示的制造方法实现。关于低折射率区域221是空洞的结构,在之后使用图10进行说明。
像这样,在低折射率区域221之间埋入滤色器122a~122c,即,在滤色器122a~122c的下部之间设有低折射率区域221。由此,通过滤色器122a~122c内的斜入射光在低折射率区域221的界面上反射。即,成为导波路构造,能够减少向相邻像素的光的漏入(串扰),能够实现高灵敏度。
另外,在本发明的实施方式2中,滤色器122a~122c的折射率是1.5~2.0左右,低折射率区域221的折射率在硅氧化膜的情况下是约1.4。在将硅氧化膜用于低折射率区域221的情况下,在上方形成有使红色光(波长650nm)高透过的滤色器122c的光电二极管111的灵敏度能够实现比以往(在多层布线114的下方没有低折射率区域,排列有滤色器的固体摄像装置)增加25%的高灵敏度。
进而,在本发明的实施方式2中,在低折射率区域221内形成有遮光部227。因此,能够使光电二极管111与滤色器122a~122c的距离缩短,接近到比以往减少20%的距离。
此外,通过用滤色器122a~122c覆盖低折射率区域221,能够用滤色器122a~122c吸收来自硅层101及遮光部227的反射光。因此,能够减少因与装备在固体摄像装置上方的盖玻璃或透镜的界面的乱反射带来的耀光。虽然依赖于形成在低折射率区域221上部的滤色器122a~122c的膜厚,但例如在200nm厚的情况下,能够实现比以往减少30%的反射光减少。
如上述那样,在低折射率区域221内形成有遮光部227,该遮光部227是妨碍向硅层101的入射光的第一遮光部的一例。本实施方式的遮光部227具有金属膜,例如以膜厚200~500nm形成有薄膜下的光遮光性较高的钨材料。另外,也可以将铝、铜、钛等以同样的膜厚200~500nm形成而用作遮光部227。
由此,能够妨碍从滤色器漏入到低折射率区域221中的入射光到达半导体基板。因此,实现向相邻像素的光的漏入的进一步的减少,能够实现高灵敏度。
另外,在本发明的实施方式2中,在形成有晶体管112的一侧的硅层101的面即第二主面的相反侧的第一主面的上方,将滤色器122a~122c形成在低折射率区域221之间。对此,如果形成在形成有晶体管112的第二主面侧的多层布线114的上方(图7中的绝缘膜113的下面)上,也能够得到同样的效果。
即,也可以将包括多层布线114等的检测电路部和滤色器122a~122c相对于半导体基板形成在相同面侧。换言之,检测电路部也可以形成在半导体基板的上方、即光入射面侧。但是,由于多层布线114的光反射增加,所以在上方形成有使红色光(波长650nm)高透的滤色器122c的光电二极管111的灵敏度上,仅能够实现比以往增加10%的高灵敏度。
进而,如图8所示,也可以在滤色器122a~122c上方经由平坦化膜123形成透镜124。即,有关本发明的实施方式2的固体摄像装置也可以在多个滤色器122a~122c的上方具备与多个像素部200对应地形成的多个透镜124。根据该结构,能够进行进一步的高聚光,并且将低折射率区域221作为硅氧化膜、在上方形成有使红色光(波长650nm)高透过的滤色器122c的光电二极管111的灵敏度能够实现比以往增加30%的高灵敏度。
接着,使用图3及图9对有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的制造方法进行说明。另外,有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的制造方法与有关实施方式1的固体摄像装置的制造方法相比,形成硅氧化膜117为止的工序(图3)是共通的。因而,以下关于图3所示的工序省略说明。另外,图9是表示有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
在形成硅氧化膜117后,在包括多个像素的边界的至少一部分区域中形成遮光部227。具体而言,如图9(a)所示,利用溅射法或CVD法使由钨构成的金属膜成膜,利用平版印刷法构图。在构图后,用干式蚀刻法在分离区域220的上方形成遮光部227。
在本实施方式中,遮光部227在硅氧化膜117的上方的面上以格子状形成。这是为了形成为将配置成矩阵状的滤色器镶边,但也可以并不一定是格子状,只要形成在相邻的滤色器彼此的边界部周边就可以。由此,能够减少斜入射光向相邻像素的漏入。
另外,遮光部227的宽度形成得比分离区域220的宽度窄,以使其不配置在光电二极管111上方。在本实施方式中,遮光部227的宽度为0.3μm左右。
接着,如图9(b)所示,使由硅氧化膜构成的绝缘膜119以覆盖遮光部227及硅氧化膜117的方式通过CVD法等成膜。
接着,如图9(c)所示,在利用平版印刷法构图后,用干式蚀刻法在分离区域220的上方形成格子状图案的低折射率区域221。与遮光部227的图案同样,将低折射率区域221的宽度形成得比分离区域220的宽度窄,以使其不配置在光电二极管111上方。
即,低折射率区域221的半导体基板侧的面的宽度比分离区域220的滤色器侧的面的宽度、即光入射面侧的面的宽度短。另外,例如,低折射率区域221的垂直方向的截面形状实质上是矩形、梯形或三角形。
接着,如图9(d)所示,以成为拜耳排列的方式在低折射率区域221之间埋入滤色器122a~122c。此外,在低折射率区域221上方也配置滤色器122a~122c。由此,折射率比滤色器122a~122c低的低折射率区域221形成在滤色器122a~122c侧方。由此,形成斜入射光在低折射率区域221界面上反射的光导波路,能够实现高灵敏度化。此外,在低折射率区域221的上部形成滤色器122a~122c,吸收硅层101及遮光部227的反射光,从而能够减少耀光。
经过以上的工序,能够制造图7所示的固体摄像装置。
如以上这样,有关本发明的实施方式2的固体摄像装置的特征在于,在半导体基板的上方具备按每个像素形成的多个滤色器122a~122c。并且,该多个滤色器122a~122c分别在作为相邻的滤色器之间的区域、并且是与半导体基板相反侧的区域的区域、例如形成透镜124一侧的区域中,与相邻的滤色器接触。此外,在半导体基板侧的区域中,形成有折射率比滤色器低的低折射率区域221。进而,在低折射率区域221内形成有遮光部227。
由此,即使斜入射光的入射角度是高角度,也由于滤色器122a~122c侧面与低折射率区域221的边界处的折射率的差,大部分的光被反射。由此,实现向相邻像素的光的漏入(串扰)的减少,通过高聚光能够实现高灵敏度。
此外,低折射率区域221的上方被滤色器122a~122c覆盖,所以即使在上方形成透镜124,也能够减小滤色器122a~122c之间的低折射率区域221的形状偏差。并且,反射光的大部分被滤色器122a~122c之间的低折射率区域221的上方的滤色器吸收,所以即使是高光强度,也能够减少耀光。进而,由于遮光部227位于低折射率区域221内,所以能够缩短滤色器122a~122c与硅层101的距离,能够实现高灵敏度。
以上,对有关本发明的实施方式2的固体摄像装置及其制造方法进行了说明,但本发明并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨,对该实施方式实施了本领域的技术人员想到的各种变形的形态也包含在本发明的范围内。
例如,如上述那样,位于滤色器之间的低折射率区域也可以是空洞。图10是表示有关本发明的实施方式2的变形例的固体摄像装置的结构的一例的剖视图。
如图10所示,在作为相邻的滤色器122a~122c之间的区域、并且是半导体基板侧的区域的区域中,作为低折射率区域而形成有空洞221a。并且,在空洞221a内形成有用来将光遮挡的遮光部227。相邻的滤色器122a~122c在空洞221a的上方相互接触。
空洞221a的折射率约为1。在作为低折射率区域而形成有空洞221a的情况下,在上方形成有主要使红色光(波长650nm)透过的滤色器122c的光电二极管111的灵敏度能够实现比以往增加45%的高灵敏度。
以下,使用图11及图12对作为低折射率区域而形成有空洞221a的固体摄像装置的制造方法的一例进行说明。另外,图11及图12是表示有关本发明的实施方式2的变形例的固体摄像装置的制造方法的一例的工序剖视图。
首先,图11(a)所示的形成遮光部227为止的工序与上述图3及图9(a)所示的工序相同。
接着,如图11(b)所示,以10~30nm的膜厚使由硅氧化膜构成的绝缘膜228成膜,进而利用溅射法或CVD法以100~500nm的厚度形成硅膜229。
接着,如图11(c)所示,在利用平版印刷法将硅膜229构图后,用干式蚀刻法在分离区域220的上方形成格子状图案的硅凸部230。
接着,如图11(d)所示,以成为拜耳排列的方式在硅凸部230之间埋入滤色器122a~122c。此外,在硅凸部230的上部也配置滤色器122a~122c。
接着,如图12(a)所示,在滤色器122a~122c的边界区域中通过平版印刷法构图后进行干式蚀刻,从而开出到达硅凸部230的空间。即,在相互相邻的滤色器的接触面或接触面附近的一部分中形成孔126。孔126将滤色器122a~122c贯通至硅凸部230。另外,在将图11(d)所示的滤色器埋入时,也可以在像素间的边界区域中通过平版印刷来形成孔126。
接着,如图12(b)所示,使用作为用于除去硅的气体的一例的氟化氙(XeF)气体,通过各向同性蚀刻来除去硅凸部230。由此,形成空洞221a作为低折射率区域。
如以上这样,通过在滤色器122a~122c的侧方形成折射率比滤色器122a~122c低的低折射率区域221或空洞221a,形成光导波路,能够实现高灵敏度化。
此外,光电二极管111也可以是由p型的扩散区域构成的光电二极管。另外,在此情况下,分离区域220为n型的分离区域。
以上,基于实施方式对有关本发明的固体摄像装置及其制造方法进行了说明,但本发明并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨,对该实施方式实施了本领域的技术人员想到的各种变形的形态、将不同的实施方式的构成要素组合而构建的形态也包含在本发明的范围内。
例如,作为低折射率区域的低折射率材料及空洞的形成并不限定于上述说明,也可以使用其他方法形成。
此外,在上述实施方式的说明中使用的图(例如图2等)中,将各构成要素的角部及边用直线进行了记载,但根据制造上的理由,角部及边带有圆度的形态也包含在本发明中。
此外,在上述中使用的数字全部是为了具体地说明本发明而例示的,本发明并不受所例示的数字的限制。此外,晶体管等的n型及p型等是为了具体地说明本发明而例示的,通过使它们反转,也能够得到同样的结果。此外,如上所述的各构成要素的材料全部是为了具体地说明本发明而例示的,本发明并不受所例示的材料的限制。此外,构成要素间的连接关系是为了具体地说明本发明而例示的,实现本发明的功能的连接关系并不限定于此。
此外,上述固体摄像装置的结构是为了具体地说明本发明而例示的,有关本发明的固体摄像装置不需要一定具备上述结构的全部。换言之,有关本发明的固体摄像装置只要仅具备能够实现本发明的效果的最小限度的结构就可以。
同样,上述固体摄像装置的制造方法是为了具体地说明本发明而例示的,有关本发明的固体摄像装置的制造方法并不需要一定包含上述步骤的全部。换言之,有关本发明的固体摄像装置的制造方法只要仅包含能够实现本发明的效果的最小限度的步骤就可以。此外,执行上述步骤的顺序是为了具体地说明本发明而例示的,也可以是上述以外的顺序。此外,上述步骤的一部分也可以与其他步骤同时(并行)执行。
工业实用性
有关本发明的固体摄像装置起到即使将像素大小微细化也能够实现高灵敏度、低混色及高画质的效果,例如能够利用于数字照相机等的摄像装置。
符号说明
10固体摄像装置
11光电变换部
12浮动扩散层
13转送晶体管
14放大晶体管
15复位晶体管
16选择晶体管
17摄像区域
18垂直移位寄存器
19水平移位寄存器
20输出信号线
21输出端
100、200像素部
101硅层
102、310支承基板
111、301光电二极管
112晶体管
112a扩散区域
112b STI分离区域
112c栅极电极
113、119、228绝缘膜
114多层布线
115、117硅氧化膜
116硅氮化膜
118金属膜
120、220、319分离区域
121凸部
121a、230硅凸部
122a、122b、122c、309滤色器
123平坦化膜
124透镜
125、229硅膜
126孔
221低折射率区域
221a空洞
227遮光部
305层间绝缘膜
306布线
308粘接剂层
315中空部
317覆盖层

Claims (13)

1.一种固体摄像装置,多个像素被排列成二维状,该固体摄像装置具备:
半导体基板;
多个光电变换部,在上述半导体基板内与上述多个像素对应地形成,通过对入射的光进行光电变换而生成信号电荷;以及
多个滤色器,在上述半导体基板的上方与上述多个像素对应地形成;
在下述区域中形成有折射率比上述滤色器低的低折射率区域,上述区域是相邻的上述滤色器之间的区域、并且是上述半导体基板侧的区域;
上述多个滤色器分别在上述低折射率区域的上方与相邻的上述滤色器接触;
上述固体摄像装置还具备第一遮光部,该第一遮光部形成在上述低折射率区域内,用于遮挡光。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述低折射率区域是包含空洞、或者折射率比上述滤色器低的材料的区域。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置,
上述低折射率区域包括折射率比上述滤色器低的硅氧化物。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述第一遮光部包含钨、铝、铜及钛中的至少一种。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述固体摄像装置还具备分离部,该分离部形成在上述多个光电变换部之间,包括与上述多个光电变换部不同的导电型的多个杂质区域;
上述低折射率区域的上述半导体基板侧的面的宽度比上述分离部的上述滤色器侧的面的宽度短。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述固体摄像装置还具备第二遮光部,该第二遮光部形成在上述低折射率区域与上述半导体基板之间,用于遮挡光。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述固体摄像装置还具备高折射率膜,该高折射率膜形成在上述低折射率区域与上述半导体基板之间,折射率比上述滤色器高。
8.如权利要求7所述的固体摄像装置,
上述高折射率膜包含钛氧化物、硅氮化物及钽氧化物中的至少一种。
9.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述固体摄像装置还具备多个透镜,该多个透镜在上述多个滤色器的上方与上述多个像素对应地形成。
10.如权利要求1~9中任一项所述的固体摄像装置,
上述固体摄像装置还具备检测电路部,该检测电路部形成在上述半导体基板的下方,检测由上述多个光电变换部生成的信号电荷。
11.一种固体摄像装置的制造方法,其是多个像素被排列成二维状的固体摄像装置的制造方法,包括:
在半导体基板内,与上述多个像素对应地形成多个光电变换部的工序,该多个光电变换部通过对入射的光进行光电变换而生成信号电荷;
在上述半导体基板的上方形成折射率比多个滤色器低的低折射率区域的工序;以及
在上述半导体基板的上方,与上述多个像素对应地形成上述多个滤色器的工序;
在形成上述低折射率区域的工序中,
在下述区域中形成上述低折射率区域,上述区域是相邻的上述滤色器之间的区域、并且是上述半导体基板侧的区域;
在形成上述滤色器的工序中,
以在上述低折射率区域的上方使相邻的上述滤色器接触的方式形成上述多个滤色器;
上述固体摄像装置的制造方法还包括:在上述半导体基板的上方,在将上述多个像素的边界的至少一部分包括在内的区域中,形成用于遮挡光的遮光部的工序;
在形成上述低折射率区域的工序中,在上述半导体基板的上方,以在内部中包含上述遮光部的方式形成上述低折射率区域。
12.如权利要求11所述的固体摄像装置的制造方法,
在形成上述低折射率区域的工序中,包括:
在上述半导体基板的上方形成折射率比上述多个滤色器低的材料的工序;以及
通过对所形成的上述材料进行构图及蚀刻,形成上述低折射率区域的工序。
13.如权利要求11所述的固体摄像装置的制造方法,
在形成上述低折射率区域的工序中,包括:
在上述半导体基板的上方形成硅的工序;
通过对所形成的硅进行构图及蚀刻,在相邻的上述滤色器之间的区域中形成由上述硅构成的凸部的工序;
在形成上述多个滤色器之后,在上述多个滤色器上形成贯通到上述凸部的孔的工序;以及
经由上述孔将上述凸部暴露在用于除去硅的气体中来除去上述凸部,从而形成作为空洞的上述低折射率区域的工序。
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