CN103928479B - 固态成像设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了固态成像设备及其制造方法。本发明提供了一种固态成像设备，其具有在各滤色器周围提供的中空部并且实现了对于各滤色器的剥离的阻止。该固态成像设备在半导体基板上设置有多个光接收部，该固态成像设备包含与多个光接收部中的每一个对应地布置的多个滤色器；以及在多个滤色器中的每一个周围形成的中空部，其中，滤色器中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分。
Description
技术领域
本发明涉及诸如CCD传感器和CMOS传感器的固态成像设备（固态图像感测装置），以及该固态成像设备的制造方法。
背景技术
如下这样的固态成像设备的技术是期望的，即该固态成像设备提高了对于光接收部的光聚集效率，并且更高效地使入射光尤其通过锐角聚集至光接收部。例如，近年来，具有如下结构的固态成像设备被提出，在该结构中，在对应于光接收部的周边的区域中形成中空部，并且通过使用在该中空部的边界表面上的反射来提高对于光接收部的光聚集效率（例如，参见日本专利申请特开No.2010-4018中的图23）。
具体而言，在日本专利申请特开No.2010-4018中，公开了如下技术，该技术在各滤色器之间形成上述中空部，各滤色器在各光接收部的上部部分中与各光接收部对应地设置，如图23中所示。关于更多细节，在日本专利申请特开No.2010-4018的图23中，示出R、G和B的滤色器，它们是所谓的基色系统的滤色器，并且中空部被形成为围绕R和B的滤色器的周边。
但是，根据以上描述的日本专利申请特开No.2010-4018中的技术，已经存在如下情况，即在固态成像设备的制造过程中的清洁步骤、固态成像设备的热冲击测试等中发生滤色器（具体地，R和B的滤色器）的剥离。
本发明提供了如下的一种固态成像设备，该固态成像设备可抑制在各滤色器之间设置有中空部的固态成像设备中的各滤色器的剥离，并且提供了该固态成像设备的制造方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，在半导体基板的一个表面上具有多个光接收部的固态成像设备包括多个滤色器，该多个滤色器被与多个光接收部中的每一个对应地布置；以及在多个滤色器中的每一个周围形成的中空部，其中多个滤色器中的每一个具有接触多个滤色器中的相邻的一个或多个滤色器的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是作为根据本发明的第一实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的各滤色器的俯视平面图。
图2A和2B是图1中示出的区域A的放大示图。
图3A、3B、3C、3D和3E是示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的制造方法的一个示例的示意图。
图4是作为根据本发明的第二实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的各滤色器的俯视平面图。
图5是作为根据本发明的第三实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的各滤色器的俯视平面图。
图6是作为根据本发明的第四实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的各滤色器的俯视平面图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
（第一实施例）
首先，以下将描述本发明的第一实施例。
图1是作为根据本发明的第一实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的滤色器5至7中的每一个的俯视平面图。这里，在图1中作为一个示例示出9个像素的配置，其中在每个像素中设置第一滤色器5、第二滤色器6和第三滤色器7中的任一滤色器。第一滤色器5例如是绿色（G）滤色器，第二滤色器6例如是红色（R）滤色器，第三滤色器7例如是蓝色（B）滤色器。具体而言，在图1所示的示例中，所谓的Bayer（拜尔）阵列的示例被示出为滤色器的阵列。但是，在本实施例中，配置并不限于图1所示的模式，并且还可以是滤色器的其它阵列。
如图1所示，在多个滤色器5到7中的每一个周围形成中空部（空气间隙）9。在此情况下，多个滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且该周边的全部周界不都被中空部9包围。换句话说，可以说多个滤色器5到7中的每一个具有在中空部分周围的其它周边部分。关于更多细节，在图1中所示的示例中，多个滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的拐角区域。另外，从提高对于每个像素中设置的光接收部的光聚集效率的角度看，希望中空部9的宽度是0.1μm或更小。
图2A和2B是图1中所示的区域A的放大示图。
图2A示出如下情况，其中位于左下部的第三滤色器7与在右方向上相邻的第一滤色器5之间的边界线X长于中空部9的宽度的1/2的长度Y。
另外，图2B示出如下情况，其中，位于左下部的第三滤色器7与在右方向上相邻的第一滤色器5之间的边界线X等于中空部9的宽度的1/2的长度Y。在此情况中，如图2B中所示，第三滤色器7等导致与其它滤色器点接触。
具体而言，为了使得位于左下部的第三滤色器7被形成为在拐角区域中与另一滤色器接触，需要对与在右方向等上相邻的滤色器相接触的边界线X进行控制以使之长于中空部的宽度的1/2的长度Y。概括而言，多个滤色器5到7中的每一个与至少在垂直方向和水平方向中的一个方向上相邻的滤色器之间的边界线（长度X）需要满足长于中空部9的宽度的1/2的长度（长于长度Y）的条件。在本实施例中，多个滤色器5到7中的每一个被形成为满足该条件。
图3A至3E是示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的制造方法的一个示例的示意图。这里，在本实施例中，图3A至3E中所示的固态成像设备的截面对应于图1中所示的I到I’的截面。
首先，以下将描述图3A。
首先，在半导体基板SB的表面（上表面）上例如以二维矩阵形式形成多个光接收部1。这里，半导体基板SB是例如硅基板，并且光接收部1是例如光电转换元件（光电二极管）。
随后，在半导体基板SB的上表面上形成多层布线结构MI。此多层布线结构MI是通过例如在半导体基板SB的上表面上顺序形成第一层间绝缘层3a、第一布线层2a、第二层间绝缘层3b、第二布线层2b、第三层间绝缘层3c、第三布线层2c以及第四层间绝缘层3d而产生的。另外，在图3A中所示的示例中，第四层间绝缘层3d的上表面被平坦化，但是可以不被平坦化。这里，第一层间绝缘层3a至第四层间绝缘层3d被共同称为“层间绝缘层3”，并且第一布线层2a至第三布线层2c被共同称为“布线层2”。另外，布线层2可通过所谓的镶嵌过程（在底涂层的层间绝缘层3中形成凹槽并且在该凹槽中嵌入变为布线层2的金属层的方法）形成，或者可通过所谓的蚀刻方法（在底涂层的层间绝缘层3上形成金属层、然后蚀刻该金属层以形成图案的技术）形成。另外，层间绝缘层3被由无机材料（例如，硅氧化物、硅氮化物或者硅氮氧化物）形成。在本实施例中，层间绝缘层3应由硅氧化物形成。
随后，在多层布线结构MI上形成第一平坦化层4。此第一平坦化层4被由有机材料（例如，丙烯酸树脂系）形成。
随后，通过使用光刻法在第一平坦化层4的上表面上形成作为多个滤色器的第一滤色器5、第二滤色器6和第三滤色器7。这里，滤色器5到7中的每一个被设置在光接收部1中的每一个之上，以便对应于光接收部1中的每一个，并且由有机材料（例如，丙烯酸树脂系）形成。另外，在图3A中所示的示例中，滤色器5到7中的每一个被形成为具有大致相同的膜厚度，但是可形成为具有彼此不同的膜厚度。
随后，如图3B所示，在滤色器5到7中的每一个的上表面上形成在滤色器5到7中的每一个之间的边界部中开口的光致抗蚀剂8。此光致抗蚀剂8的开口宽度为0.1μm或更小。在图1所示的俯视平面图中，此光致抗蚀剂8在形成滤色器5到7中的每一个的区域上形成，而没有在形成中空部9的区域（具体而言，变为开口的区域）上形成。因此，光致抗蚀剂8在图1中所示的区域B（具体而言，在该区域中不存在开口）中形成。
随后，如图3C中所示，通过使用光致抗蚀剂8作为掩模的蚀刻来去除未被掩模覆盖的部分中的滤色器5到7中的每一个以及第一平坦化层4。具体而言，滤色器5到7中的每一个之间的边界部等被去除。由此，在滤色器5到7中的每一个之间形成中空部（空气间隙）9。这里，中空部9的宽度为0.1μm或更小。另外，光致抗蚀剂8在图1中所示的区域B等中形成，因此不在那里形成中空部9。
随后，如图3D所示，通过灰化去除光致抗蚀剂8。
随后，如图3E所示，首先在包含滤色器5到7中的每一个的上表面的整个表面上形成第二平坦化层10。此第二平坦化层10起到密封层的作用，该密封层密封中空部9的开口区域。另外，第二平坦化层10由有机材料（例如，丙烯酸树脂系）形成。
接下来，在第二平坦化层10的上表面上、在滤色器5到7中的每一个之上、与各光接收部1相对应地形成微透镜11。此微透镜11由有机材料（例如，丙烯酸树脂系）形成。
顺便提及，在图3中所示的示例中提供第二平坦化层10，但是本实施例并不局限于此模式，并且以10和11所示的结构例如可被成整体地形成为微透镜。
固态成像设备（固态图像传感装置）100是通过图3A至3E的上述步骤产生的，其中具有各光接收部1的多个像素被布置为例如二维矩阵形式。
在第一实施例中，如图1中所示，滤色器5到7中每一个具有与滤色器中的相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。
这样的配置即使在固态成像设备的制造过程中的清洁步骤中、固态成像设备的热冲击测试等中仍可防止滤色器5到7中的每一个剥离，这是因为该滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分。
（第二实施例）
接下来，以下将描述本发明的第二实施例。
图4是作为根据本发明的第二实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的滤色器5到7中的每一个的俯视平面图。顺便提及，在图4中，与图1中所示的那些配置相似的配置被用相同的附图标记指示。图4所示的根据第二实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域与图1中所示的根据第一实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域不同。
如图4所示，在多个滤色器5到7中的每一个周围形成中空部9。在此情况下，滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。另外，从提高对于每个像素中设置的光接收部的光聚集效率的观点看，希望中空部9的宽度为0.1μm或更小。
根据第二实施例的固态成像设备的制造方法的一个示例与图3中所示的类似。在此情况下，在本实施例中，图3A至3E中所示的固态成像设备的截面对应于图4中所示的II到II’的截面。
当图3中所示的固态成像设备的制造方法应用于本实施例时，在图3B中所示的形成光致抗蚀剂8的步骤中，在形成图4中所示的滤色器5到7中的每一个的区域上形成光致抗蚀剂8，而没有在形成中空部9的区域（具体地，其变为开口）上形成光致抗蚀剂8。
还在第二实施例中，如图4所示，滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。具体而言，周边的全部周界不都被中空部9围绕。
这样的配置即使在固态成像设备的制造过程中的清洁步骤中、固态成像设备的热冲击测试等中仍可防止滤色器5到7中的每一个剥离，这是因为该滤色器5到7中的每一个具有与滤色器的相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分。
（第三实施例）
接下来，以下将描述本发明的第三实施例。
图5是作为根据本发明的第三实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的滤色器5到7中的每一个的俯视平面图。顺便提及，在图5中，与图1中所示的那些配置相似的配置被用相同的附图标记指示。图5所示的根据第三实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域与分别在图1和图4中所示的根据第一实施例和第二实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域不同。
如图5所示，在多个滤色器5到7中的每一个周围形成中空部9。在此情况下，滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。另外，从提高对于每个像素中设置的光接收部的光聚集效率的观点看，希望中空部9的宽度为0.1μm或更小。
根据第三实施例的固态成像设备的制造方法的一个示例与图3中所示的类似。在此情况下，在本实施例中，图3A至3E中所示的固态成像设备的截面对应于图5中所示的III到III’的截面。
当图3中所示的固态成像设备的制造方法应用于本实施例时，在图3B中所示的形成光致抗蚀剂8的步骤中，在形成图5中所示的滤色器5到7中的每一个的区域上形成光致抗蚀剂8，而没有在形成中空部9的区域（具体地，其变为开口）上形成光致抗蚀剂8。
还在第三实施例中，如图5所示，滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。
这样的配置即使在固态成像设备的制造过程中的清洁步骤中、固态成像设备的热冲击测试等中仍可防止滤色器5到7中的每一个剥离，这是因为该滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分。
（第四实施例）
接下来，以下将描述本发明的第四实施例。
图6是作为根据本发明的第四实施例的固态成像设备（固态图像感测装置）的一个配置的滤色器5到7中的每一个的俯视平面图。顺便提及，在图6中，与图1中所示的那些配置相似的配置被用相同的附图标记指示。图6所示的根据第四实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域与分别在图1、图4和图5中所示的根据第一实施例到第三实施例的固态成像设备中的形成中空部9的区域不同。
如图6所示，在多个滤色器5到7中的每一个周围形成中空部9。在此情况下，滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。另外，从提高对于每个像素中设置的光接收部的光聚集效率的观点看，希望中空部9的宽度为0.1μm或更小。
根据第四实施例的固态成像设备的制造方法的一个示例与图3中所示的类似。在此情况下，在本实施例中，图3A至3E中所示的固态成像设备的截面对应于图6中所示的IV到IV’的截面。
当图3中所示的固态成像设备的制造方法应用于本实施例时，在图3B中所示的形成光致抗蚀剂8的步骤中，在形成图6中所示的滤色器5到7中的每一个的区域上形成光致抗蚀剂8，而没有在形成中空部9的区域（具体地，其变为开口）上形成光致抗蚀剂8。
还在第四实施例中，如图6所示，滤色器5到7中的每一个具有与滤色器中的相邻的一个或多个滤色器相接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。换句话说，周边的全部周界不都被中空部9围绕。
这样的配置即使在固态成像设备的制造过程中的清洁步骤中、固态成像设备的热冲击测试等中仍可防止滤色器5到7中的每一个剥离，这是因为该滤色器5到7中的每一个具有与相邻的一个或多个滤色器接触的一周边部分。
（其它实施例）
另外，如下情况也是可接受的，即在图3所示的固态成像设备（固态图像感测装置）100中，例如在多层布线结构MI（层间绝缘层）3和第一平坦化层4之间、在各光接收部1之上、与各光接收部1对应地提供内部透镜（内层透镜）。作为一个示例，例如在由硅氮化物形成的层间绝缘层上提供凸内部透镜。因此，固态成像设备可通过在其中提供内部透镜并且使得该内部透镜与微透镜11相组合来提高对于各光接收部1的光聚集效率。
此外，如下情况也是可接受的，即在图3所示的固态成像设备（固态图像感测装置）100中，例如在层间绝缘层3中、在各光接收部1之上、与各光接收部1对应地提供波导（光波导）。作为一个示例，此波导由例如硅氮化物形成。因此，固态成像设备可通过在其中提供波导来提高对于各光接收部1的光聚集效率。
应指出，上述实施例仅仅是本发明可被如何实现的示例，并且本发明的技术范围不应被该实施例严苛地解释。换句话说，在不背离本发明的技术概念或主要特征的情况下，本发明可被以各种方式实现。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。
Claims (6)
1.一种固态成像设备，所述固态成像设备在半导体基板的一个表面上具有多个光接收部，所述固态成像设备包括：
多个滤色器，该多个滤色器在半导体基板之上形成，并且与所述多个光接收部中的每一个对应地布置；以及
在所述多个滤色器中的各滤色器之间的边界部分中形成的中空部，其中
所述多个滤色器中的每一个具有与所述多个滤色器中的相邻的一个或更多个滤色器接触的一周边部分，并且具有在该中空部周围的其它周边部分。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述中空部的宽度为0.1μm或更小。
3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述多个滤色器中的相邻的滤色器之间的边界线等于或者长于所述中空部的宽度的1/2。
4.根据权利要求1所述的固态成像设备，进一步包括：
密封所述中空部的开口区域的密封层。
5.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述多个滤色器中的每一个具有与所述多个滤色器中的相邻的一个或多个滤色器接触的拐角区域。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的固态成像设备，进一步包括：
在所述多个滤色器中的每一个之上、与所述多个光接收部中的每一个对应地形成的微透镜。
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