CN103928480A - 固态图像拾取设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了固态图像拾取设备及其制造方法。当在各滤色器之间形成中空部时，为了实现具有较窄宽度的中空部的形成，在半导体基板的上表面上形成多个光接收部，在半导体基板之上形成与各光接收部对应的多个滤色器，在各滤色器上形成光致抗蚀剂，在光致抗蚀剂的侧表面上形成侧壁，以及通过至少使用该侧壁作为掩模执行蚀刻来在各滤色器之间形成中空部。

Description

固态图像拾取设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及诸如CCD传感器和CMOS传感器的固态图像拾取设备（固态图像拾取元件），以及该固态图像拾取设备的制造方法。
背景技术
对于固态图像拾取设备，用于增加对于光接收部的光收集效率的技术、尤其是用于更高效地收集具有锐角入射角的光的技术已经被期待。例如，日本专利特开No.2006-295125已经提出了一种具有如下结构的固态图像拾取设备，在该结构中，在等同于光接收部的圆周的区域中形成中空部，由此利用中空部的界面上的反射来增加对于光接收部的光收集效率。
具体而言，日本专利特开No.2006-295125公开了用于在各滤色器之间形成上述中空部的技术，各滤色器被以与各光接收部对应地方式设置在各光接收部之上。
更具体而言，根据日本专利特开No.2006-295125，对于上述中空部的形成，首先，在滤色器形成膜上形成感光树脂层，然后将该感光树脂层选择性地曝光以由此形成包含该感光树脂层的光致抗蚀剂。然后，执行使用该光致抗蚀剂作为掩模的蚀刻在滤色器形成膜中形成凹槽，由此形成多个滤色器，并且还在各滤色器之间形成中空部。
但是，由于光致抗蚀剂的曝光限界（即，当对光致抗蚀剂进行显影时最小图案带来的限制），在缩小光致抗蚀剂的开口宽度方面受到限制。根据上述日本专利特开No.2006-295125的技术，在缩小各滤色器之间形成的中空部的宽度方面也受到限制。例如，根据上述日本专利特开No.2006-295125的技术，难以形成宽度为约0.1μm的中空部。因此，当难以缩小各滤色器之间形成的中空部的宽度时，每个像素的由滤色器所占据的面积变得小，从而发生关于光接收部使得光检测灵敏度下降的问题。
发明内容
本发明针对上述问题被提出，并且旨在提供一种固态图像拾取设备的制造方法，该方法实现了在各滤色器之间形成中空部时形成具有较窄宽度的中空部。本发明还旨在提供一种固态图像拾取设备，在该固态图像拾取设备中，在各滤色器之间形成具有较窄宽度的中空部。
本发明的固态图像拾取设备的制造方法包括与各光接收部对应地在半导体基板之上形成相互接触的多个滤色器的过程，在该多个滤色器之上形成具有开口的光致抗蚀剂的过程，在该光致抗蚀剂的侧表面上形成侧壁的过程，以及通过至少使用该侧壁作为掩模执行蚀刻来在各滤色器之间形成中空部的过程。
本发明的另一种固态图像拾取设备的制造方法是用于制造如下固态图像拾取设备的方法，在该固态图像拾取设备中，多个光接收部被设置在半导体基板的上表面上，该方法包括与各光接收部对应地在半导体基板之上形成相互接触的多个滤色器的过程，在该多个滤色器上形成硬掩模的过程，在该硬掩模上形成具有第一开口的抗蚀剂图案的过程，对该抗蚀剂图案进行热处理以形成具有第二开口的蚀刻掩模的过程，该第二开口的宽度小于该第一开口的宽度，使用该蚀刻掩模作为掩模执行第一蚀刻以在该硬掩模中形成开口的过程，至少使用该硬掩模作为掩模执行第二蚀刻以在各滤色器之间形成开口的过程，以及形成覆盖在各滤色器之间形成的开口以在各滤色器之间形成空气间隙的盖层的过程。
本发明的固态图像拾取设备具有在半导体基板之上形成并且对应于各光接收部的多个滤色器、在该多个滤色器之上形成的光致抗蚀剂、以及以如下方式形成的侧壁，该侧壁的一端接触光致抗蚀剂的侧表面，其中在各滤色器之间形成中空部，并且该中空部与该侧壁中的与该一端相对的另一端对齐地形成。
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是示出根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的示意性结构的示例的俯视图。
图2A至2H是示出根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
图3A至3G是示出根据本发明的第二实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
图4A和4B是示出根据本发明的第三实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
图5A和5B是示出根据本发明的第四实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
图6A至6J是示出根据本发明的第五实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
图7是示出图6E中所示的固态图像拾取设备中的两个像素的配置的放大示图。
图8A至8H是示出根据本发明的第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。
具体实施方式
下文，参照附图描述实行本发明的各方面（实施例）。
第一实施例
首先，描述本发明的第一实施例。
图1是示出根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的示意性结构的示例的俯视图。
根据此实施例的固态图像拾取设备100具有图像拾取区域110和除图像拾取区域之外的周边区域120。
图像拾取区域110是在其中以二维矩阵形状设置像素111的区域。每个像素111可包含在半导体基板上形成的光电转换部、包含布线层和层间绝缘层的布线结构、滤色器、微透镜等。例如，在此实施例中，图像拾取区域110的像素111以所谓的拜尔（Bayer）图案被布置。在此情况中，例如，在像素行112a和像素行112c中，从左侧起依次布置具有绿色（G）滤色器的像素（下文被称为“绿色像素”）、具有红色（R）滤色器的像素（下文被称为“红色像素”）、绿色像素、红色像素和绿色像素。在此情况中，在像素行112b中，例如，从左侧起依次布置具有蓝色（B）滤色器的像素（下文被称为“蓝色像素”）、绿色像素、蓝色像素、绿色像素和蓝色像素。
尽管此实施例中描述了其中图像拾取区域110的像素111被以拜尔布置方式布置的示例，但是本发明并不局限于此方面，并且其它布置也是可接受的。此外，此实施例描述了其中包含RGB的所谓的基于原色的滤色器被应用作为滤色器类型的示例，但是，本发明并不局限于此方面，并且例如，所谓的基于互补色的滤色器也是可接受的。
周边区域120包含周边电路部分的遮光滤色器121、极板电极（padelectrode）122等。
接下来，参照图2A至2H描述根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100-1的制造方法中的每一个过程。
图2A至2H是示出根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。图2A至2H中所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的II-II截面的示意图。
首先，描述图2A。
首先，在半导体基板（下文也被简称为基板）SB的前表面（上表面）上例如以二维矩阵形状形成多个光接收部21。这里，基板SB是例如硅基板，并且光接收部21是例如光电转换元件（光电二极管）。
随后，在基板SB上形成多层布线结构MI。此多层布线结构MI是通过例如在基板SB上依次形成第一层间绝缘层23a、第一布线层22a、第二层间绝缘层23b、第二布线层22b、第三层间绝缘层23c、第三布线层22c以及第四层间绝缘层23d而产生的。在图2A中所示的示例中，第四层间绝缘层23d的上表面被平坦化，但是可以不被平坦化。更具体而言，第四层间绝缘层23d的上表面可以是凹凸的。这里，第一层间绝缘层23a至第四层间绝缘层23d被共同称为“层间绝缘层23”，并且第一布线层22a至第三布线层22c被共同称为“布线层22”。布线层22可通过所谓的镶嵌方法（包括在作为底层的层间绝缘层23中形成凹槽并然后在该凹槽中嵌入用作布线层22的金属层的方法）形成，或者可通过所谓的蚀刻方法（用于在作为底层的层间绝缘层23上形成金属层、然后通过蚀刻对该金属层进行图案形成的技术）形成。例如，层间绝缘层23被由无机材料（诸如，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23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24。此第一平坦化层24由例如丙烯酸树脂系的有机材料形成。
随后，通过使用光刻法在第一平坦化层24上形成第一滤色器25、第二滤色器26和第三滤色器27。这里，滤色器25到27中的每一个被与光接收部21中的每一个对应地设置在光接收部21之上，并且例如由丙烯酸树脂系的有机材料形成。这里，如图2A中所示，滤色器25到27被形成为相互接触。在图2A中所示的示例中，滤色器25到27被形成为具有大致相同的膜厚度，但是可形成为具有不同的膜厚度。
随后，在滤色器25到27上形成第二平坦化层28。此第二平坦化层28例如由丙烯酸树脂系的有机材料形成。
然后，如图2B所示，使用光刻法在第二平坦化层28上形成在滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域中具有开口的光致抗蚀剂29。这里，例如，光致抗蚀剂29包含耐200℃或更高温度的耐热材料。例如，光致抗蚀剂29包含对于波长为400nm到700nm的光的透射率为80%或更高的材料。在本发明的描述中，各滤色器的边界区域指的是在各滤色器的膜厚度方向上的各滤色器相互接触的表面。更具体而言，在滤色器被以某一滤色器的端部与另一滤色器的端部重叠且覆盖该另一滤色器的该端部的方式形成的情况中，相邻滤色器的端部相互重叠且覆盖的区域不被包含在本发明的边界区域中。
然后，如图2C所示，例如使用CVD方法在包含光致抗蚀剂29的侧表面和上表面的全部表面上方形成氧化物膜30。氧化物膜30例如由硅氧化物形成，并且膜形成温度为约200℃。
然后，如图2D所示，使用各向异性干蚀刻方法对氧化物膜30进行蚀刻（回蚀（etch back）），以便留下光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜来形成包含氧化物膜的侧壁31。在此情况中，如图2D所示，侧壁31被形成为不覆盖滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域。例如，当回蚀氧化物膜30时使用的气体是诸如CF4的碳氟化合物气体和Ar气体的混合气体。其流率分别是12[sccm]和400[sccm]。作为碳氟化合物气体，可使用除CF4之外的其它碳氟化合物气体（诸如C2F6）。对于稀有气体，可使用除Ar之外的Ne、Kr、Xe等。根据需要可添加其它气体。尽管在图2所示的示例中示出如下示例，其中通过仅留下在光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜30来形成侧壁31，但是此实施例不限于此。例如，通过留下光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜30并且还留下在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30来形成侧壁31。通过如上所述地还留下在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30，根据作为后续过程的图2E中所示的蚀刻过程中的蚀刻率的选择比，可必然仅在滤色器25到27中的每一个之间形成中空部（空气间隙）32。
随后，如图2E所示，通过使用光致抗蚀剂29和侧壁31（或者留下在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30和侧壁31）作为掩模进行蚀刻，去除未被掩模覆盖的部分中的第二平坦化层28、滤色器25到27中的每一个以及第一平坦化层24。更具体而言，滤色器25到27中的每一个的边界部等被去除。由此，在滤色器25到27中的每一个之间形成中空部32。在此实施例中，使用干蚀刻作为图2E所示的蚀刻。此干蚀刻适当地是具有高指向性的方法。作为其蚀刻条件，侧壁31以及滤色器25到27中的每一个的蚀刻率的选择比适当地高。例如，用于干蚀刻的气体是氧气、一氧化碳气体和氮气。其流率分别为5[sccm]、80[sccm]和40[sccm]。附加地，可添加稀有气体（例如，Ar）。
氧化物膜30的膜厚度可根据要形成的中空部32的宽度被适当地设定。
然后，如图2F所示去除侧壁31（当在图2D的过程中氧化物膜30被留在光致抗蚀剂29的上表面上时，该氧化物膜30也与侧壁31一起被去除）。
然后，如图2G所示，在包含光致抗蚀剂29的上表面和第二平坦化层28的上表面的全部表面上方形成第三平坦化层33。第三平坦化层33用作覆盖中空部32的开口区域的盖层。对于第三平坦化层33，可使用例如无机材料（例如，硅氧化物或硅氮化物）和例如丙烯酸树脂系的有机材料。在此实施例中，由有机材料形成第三平坦化层33。
然后，如图2H所示，在各光接收部21的上部区域中在第三平坦化层33上形成与各光接收部21对应的微透镜34。例如，此微透镜34由丙烯酸树脂系的有机材料形成。
通过经由上文所述的图2A至2H的过程，制成根据此实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100-1。在此实施例中，使用光刻法形成滤色器25到27中的每一个，但是本发明不限于此。
在第一实施例中，首先，在滤色器25到27中的每一个之上形成在滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域中具有开口的光致抗蚀剂29。然后，在光致抗蚀剂29的侧表面上形成不覆盖滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域的侧壁31。此后，通过至少使用侧壁31作为掩模进行蚀刻来去除滤色器25到27中的每一个的边界部，以在滤色器25到27中的每一个之间形成中空部32。
根据此配置，通过使用在光致抗蚀剂29的侧表面上形成的侧壁31作为掩模进行蚀刻来形成中空部32，因此可形成具有较窄宽度（例如，约0.1μm）的中空部32。因此，每个像素的滤色器所占据的面积可增大，从而光接收部21导致的光检测灵敏度可增加。
第二实施例
接下来，描述本发明的第二实施例。
图3A至3G是示出根据本发明的第二实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。在图3A至3G中，与图2A至2H中所示的那些配置相同的配置被用相同的附图标记指示。图3A至3B所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的III-III截面的示意图。
尽管图3A与第一实施例中的图2A相同，但是首先描述图3A。
首先，在基板SB的前表面（上表面）上以例如二维矩阵形状形成多个光接收部21。这里，基板SB是例如硅基板，并且光接收部21是例如光电转换元件（光电二极管）。
随后，在基板SB上形成多层布线结构MI。此多层布线结构MI是通过例如在基板SB上依次形成第一层间绝缘层23a、第一布线层22a、第二层间绝缘层23b、第二布线层22b、第三层间绝缘层23c、第三布线层22c以及第四层间绝缘层23d而产生的。在图3A中所示的示例中，第四层间绝缘层23d的上表面被平坦化，但是可以不被平坦化。更具体而言，第四层间绝缘层23d的上表面可以是凹凸的。这里，第一层间绝缘层23a至第四层间绝缘层23d被共同称为“层间绝缘层23”，并且第一布线层22a至第三布线层22c被共同称为“布线层22”。布线层22可通过所谓的镶嵌方法（包括在作为底层的层间绝缘层23中形成凹槽并然后在该凹槽中嵌入用作布线层22的金属层的方法）形成，或者可通过所谓的蚀刻方法（用于在作为底层的层间绝缘层23上形成金属层、然后通过蚀刻对该金属层进行图案形成的技术）形成。例如，层间绝缘层23由无机材料（诸如，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23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24。此第一平坦化层24由例如丙烯酸树脂系的有机材料形成。
随后，通过使用光刻法在第一平坦化层24上形成第一滤色器25、第二滤色器26和第三滤色器27。这里，滤色器25到27中的每一个被与光接收部21中的每一个对应地设置在光接收部21之上，并且例如由丙烯酸树脂系的有机材料形成。这里，如图3A中所示，滤色器25到27被形成为相互接触。在图3A中所示的示例中，滤色器25到27被形成为具有大致相同的膜厚度，但是可形成为具有不同的膜厚度。
随后，在滤色器25到27上形成第二平坦化层28。此第二平坦化层28例如由丙烯酸树脂系的有机材料形成。
然后，类似于第一实施例中的图2B，如图3B中所示，使用光刻法在第二平坦化层28之上形成在滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域中具有开口的光致抗蚀剂29。这里，例如，光致抗蚀剂29包含耐200℃或更高温度的耐热材料。例如，光致抗蚀剂29包含对于波长为400nm到700nm的光的透射率为80%或更高的材料。
然后，类似于第一实施例中的图2C，如图3C所示，例如使用CVD方法在包含光致抗蚀剂29的侧表面和上表面的全部表面上方形成氧化物膜30。氧化物膜30例如由硅氧化物形成，并且膜形成温度为约200℃。
然后，类似于第一实施例中的图2D，如图3D所示，使用各向异性干蚀刻方法对氧化物膜30进行回蚀，以便留下光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜来形成包含氧化物膜的侧壁31。在此情况中，如图3D所示，侧壁31被形成为不覆盖滤色器25到27中的每一个的边界部的上部区域。例如，回蚀氧化物膜30时使用的气体是CF4和Ar。其流率分别是12[sccm]和400[sccm]。尽管在图3所示的示例中示出如下示例，其中在仅留下在光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜30的情况下形成侧壁31，但是此实施例不限于此。例如，在留下光致抗蚀剂29的侧表面（侧壁）上的氧化物膜30并且还留下在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30情况下形成侧壁31。通过如上所述地还留下在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30，根据作为后续过程的图3E中所示的蚀刻过程中的蚀刻率的选择比，可必然仅在滤色器25到27中的每一个之间形成中空部32。
随后，类似于第一实施例中的图2E，如图3E所示，通过使用光致抗蚀剂29和侧壁31（或者留在光致抗蚀剂29的上表面上的氧化物膜30和侧壁31）作为掩模进行蚀刻，去除未被掩模覆盖的部分中的第二平坦化层28、滤色器25到27中的每一个以及第一平坦化层24。更具体而言，滤色器25到27中的每一个的边界部等被去除。由此，在滤色器25到27中的每一个之间形成中空部32。在此实施例中，使用干蚀刻作为图3E所示的蚀刻。此干蚀刻适当地是具有高指向性的方法。作为其蚀刻条件，侧壁31以及滤色器25到27中的每一个的蚀刻率的选择比适当地高。例如，用于干蚀刻的气体是氧气、一氧化碳气体和氮气。其流率分别为5[sccm]、80[sccm]和40[sccm]。
氧化物膜30的膜厚度可根据要形成的中空部32的宽度被适当地设定。
然后，如图3F所示，在包含光致抗蚀剂29的上表面（或者，当在图3D的过程中在光致抗蚀剂29的上表面上留下氧化物膜30时，氧化物膜30的上表面）的全部表面上方形成第三平坦化层33。第三平坦化层33用作密封中空部32的开口区域的盖层。对于第三平坦化层33，可使用例如无机材料（诸如，硅氧化物或硅氮化物）和例如丙烯酸树脂系的有机材料。在此实施例中，由有机材料形成第三平坦化层33。
然后，如图3G所示，在各光接收部21的上部区域中在第三平坦化层33上形成与各光接收部21对应的微透镜34。例如，此微透镜34由丙烯酸树脂系的有机材料形成。
通过经由上文所述的图3A至3G的过程，制成根据此实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100-2。在此实施例中，使用光刻法形成滤色器25到27中的每一个，但是本发明不限于此。
根据第二实施例，通过使用在光致抗蚀剂29的侧表面上形成的侧壁31作为掩模进行蚀刻来形成中空部32，因此可形成具有较窄宽度（例如，约0.1μm）的中空部32。因此，每个像素的滤色器所占据的面积可增大，从而光接收部21导致的光检测灵敏度可增加。
此外，在第二实施例中，由于第一实施例中的图2F中所示的侧壁31的去除过程未被执行，因此在根据第二实施例的固态图像拾取设备100-2中形成侧壁31。更具体而言，在根据第二实施例的固态图像拾取设备100-2中，侧壁31以如下方式形成，即该侧壁的一端接触光致抗蚀剂29的侧表面，并且该中空部32与该侧壁31中的与该一端相对的另一端对齐地形成。
第三实施例
接下来，描述本发明的第三实施例。
图4A和4B是示出根据本发明的第三实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。在图4A和4B中，与图2A至2H中所示的那些配置相同的配置被用相同的附图标记指示。图4A和4B所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的IV-IV截面的示意图。
描述图4A。
在图4A中，由于基板SB和其它组件的配置与第一实施例中的图2A的那些相同，因此描述被省略。
如图4A所示，在基板SB的前表面（上表面）上形成多个光接收部21，在基板SB上形成多层布线结构MI’。与图2A所示的多层布线结构MI相比，在图4A中所示的多层布线结构MI’中，在层间绝缘层23中在各光接收部21之上形成与各光接收部21对应的光导（光学光导）35。作为示例，此光导35由例如硅氮化物形成。在图4A所示的示例中，尽管在各光接收部21和光导35之间存在绝缘层23（第一层间绝缘层23a），但是此实施例不局限于此实施例。例如，穿透层间绝缘层23以接触各光接收部21的光导35可被设置在层间绝缘层23中。通过如上所述地设置光导35，对于各光接收部21的光收集效率可被增加。
随后，在多层布线结构MI’上（在层间绝缘层23和光导35上）形成第一平坦化层24。
随后，例如，通过使用光刻法在第一平坦化层24上形成作为多个滤色器的第一滤色器25、第二滤色器26和第三滤色器27。这里，滤色器25到27中的每一个被与光接收部21中的每一个对应地设置在各光接收部21之上。这里，如图4A中所示，滤色器25到27中的每一个被形成为相互接触。在图4A中所示的示例中，滤色器25到27中的每一个被形成为具有大致相同的膜厚度，但是可形成为具有不同的膜厚度。
随后，在滤色器25到27中的每一个上形成第二平坦化层28。
此后，通过经由第一实施例中的图2B至2H的过程，制成图4B中所示的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100-3。
根据第三实施例，由于执行第一实施例中的图2B至2E的每个过程，因此可获得与第一实施例相同的操作和效果。更具体而言，可形成具有较窄宽度（例如，约0.1μm）的中空部32。因此，每个像素的滤色器所占据的面积可增大，从而光接收部21导致的光检测灵敏度可增加。
第四实施例
接下来，描述本发明的第四实施例。
图5A和5B是示出根据本发明的第四实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的示意图。在图5A和5B中，与图3A至3G中所示的那些配置相同的配置被用相同的附图标记指示。图5A和5B所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的V-V截面的示意图。
描述图5A。
在图5A中，由于基板SB和其它组件的配置与第二实施例中的图3A的那些相同，因此描述被省略。
如图5A所示，在基板SB的前表面（上表面）上形成多个光接收部21，在基板SB上形成多层布线结构MI’。与图3A所示的多层布线结构MI相比，在图5A中所示的多层布线结构MI’中，在层间绝缘层23中在各光接收部21之上形成与各光接收部21对应的光导（光学光导）35。例如，此光导35由硅氮化物形成。在图5所示的示例中，尽管在各光接收部21和光导35之间存在绝缘层23（第一层间绝缘层23a），但是此实施例不局限于此实施例。例如，穿透层间绝缘层23以接触各光接收部21的光导35可被设置在层间绝缘层23中。通过如上所述地设置光导35，对于各光接收部21的光收集效率可被增加。
随后，在多层布线结构MI’上（在层间绝缘层23和光导35之上）形成第一平坦化层24。
随后，例如，通过使用光刻法在第一平坦化层24上形成作为多个滤色器的第一滤色器25、第二滤色器26和第三滤色器27。这里，滤色器25到27中的每一个被与光接收部21中的每一个对应地设置在各光接收部21之上。这里，如图5A中所示，滤色器25到27中的每一个被形成为相互接触。在图5A中所示的示例中，滤色器25到27中的每一个被形成为具有大致相同的膜厚度，但是可形成为具有不同的膜厚度。
随后，在滤色器25到27中的每一个上形成第二平坦化层28。
此后，通过经由第二实施例中的图3B至3G中的每一个过程，制成图5B中所示的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100-4。
根据第四实施例，由于执行第二实施例中的图3B至3E的每个过程，因此可获得与第二实施例相同的操作和效果。更具体而言，可形成具有较窄宽度（例如，约0.1μm）的中空部32。因此，每个像素的滤色器所占据的面积可增大，从而光接收部21导致的光检测灵敏度可增加。
此外，在第四实施例中，由于第一实施例中的图2F中所示的侧壁31的去除过程未被执行，因此在根据第四实施例的固态图像拾取设备100-4中形成侧壁31。更具体而言，在根据第四实施例的固态图像拾取设备100-4中，侧壁31以如下方式形成，即该侧壁的一端接触光致抗蚀剂29的侧表面，并且该中空部32与该侧壁31中的与该一端相对的另一端对齐地形成。
第五实施例
接下来，参照图6A至6J描述根据本发明的第五实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100的制造方法中的每一个过程。
图6A至6J是示出根据本发明的第五实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的截面示图。图6A至6J中所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的VI-VI截面的示意图。
在图6A至6J中，在上述实施例的描述中说明的布线层和层间绝缘膜的说明被省略。
在图6A所示的过程中，首先，例如，以二维矩阵形状在基板SB的前表面（上表面）上形成多个光接收部41。
随后，使用光刻法在绿色像素形成区域的光接收部41上形成绿色滤色器45。
然后，在图6B中所示的过程中，使用光刻法在蓝色像素形成区域的光接收部41上形成蓝色滤色器46。
随后，使用光刻法在红色像素形成区域（图1中所示的像素行112a和像素行112c的红色像素的形成区域）的光接收部41上形成红色滤色器（图6中未示出）。这里，多个滤色器中的每个滤色器被形成为相互接触。例如，每个滤色器由诸如丙烯酸树脂的有机材料形成。
在图6A和6B所示的实例中，蓝色滤色器46和红色滤色器（图6中未示出）在绿色滤色器45形成之后被形成，但是该过程的顺序可改变以形成各滤色器。因此，在此实施例中，对应于多个光接收部41中的各光接收部的多个滤色器在基板SB之上形成。
然后，在图6C所示的过程中，在包含绿色滤色器45、蓝色滤色器46和红色滤色器（图6D中未示出）的各滤色器上形成硬掩模48。此硬掩模48使用例如低温等离子CVD方法形成，并且例如包含诸如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物的无机材料。在此情况中，硬掩模48的膜形成温度适当地在150℃到220℃的范围中。由于硬掩模48在后续过程中未被去除并且保留，因此，不允许固态图像拾取设备100的灵敏度特性降低的具有高透射率的材料是所希望的。
然后，在图6D所示的过程中，使用光刻法在硬掩模48上形成具有第一开口51的抗蚀剂图案49，该第一开口在各滤色器的边界部的上部区域中开口。这里，第一开口51的宽度被定义为W1。作为形成抗蚀剂图案49的抗蚀剂的材料，例如，提及诸如酚醛清漆树脂、聚苯乙烯树脂或者丙烯酸树脂的有机材料。作为用于形成抗蚀剂图案49的抗蚀剂，用于微透镜的形成的抗蚀剂是适当的，这是因为抗蚀剂图案49在后续过程中被加热和流体化。
然后，在图6E所示的过程中，通过分两个阶段热处理抗蚀剂图案49来形成具有第二开口55的蚀刻掩模53，该第二开口55的宽度小于第一开口51的宽度。蚀刻掩模53是用于干蚀刻硬掩模48以及硬掩模48之下的各滤色器的边界部的掩模。
下文，描述对于抗蚀剂图案49执行的两阶段热处理。
首先，在热处理的第一阶段中，通过施加等于或者高于图6D中所示的抗蚀剂图案49的软化点的温度，抗蚀剂图案49被加热和流体化以形成第二开口55，该第二开口55的宽度W2小于第一开口51的宽度W1（W2<W1）。由于通过加热和流体化的热处理可形成图6中所示的小于光刻法实现的分辨率线宽度（W1）的线宽度（W2），因此可使得要在后续过程中以及在后续过程之后形成的中空部的宽度小。当空气间隙的宽度相对于一个像素的尺寸大时，入射到光接收部41的光减少，这成为使得固态图像拾取设备100的灵敏度特性恶化的因素。因此，重要地是使空气间隙的宽度小。
随后，在热处理的第二阶段中，施加高于热处理的第一阶段的温度的温度，由此加速抗蚀剂的交联反应，并且使抗蚀剂稳定。
如上所述，蚀刻掩模53是用于干蚀刻硬掩模48以及硬掩模48之下的各滤色器的边界部的掩模。当将该蚀刻掩模布置在要被蚀刻的材料的表面上并且执行各向异性蚀刻（诸如，干蚀刻）时，已知蚀刻之后的形状受蚀刻掩模的倾斜表面影响。具体而言，这是因为入射到要被蚀刻的材料的蚀刻物包含在撞击蚀刻掩模的倾斜表面之后反射的蚀刻物。因此，当蚀刻掩模53的端部倾斜时，蚀刻进行方向受蚀刻掩模53的倾斜影响，从而蚀刻斜向下地进行。因此，如图6E所示，当相互面对的蚀刻掩模53具有倾斜表面时，蚀刻形状根据倾斜度减缩，从而可能出现如下问题，即滤色器不能被分离并且蚀刻在蚀刻中途停止。
图7是其中图6E中所示的两个像素的配置被放大的截面示图。
在此实施例的情况中，为了解决上述问题，蚀刻掩模53被以如下方式形成，即图7中所示的在蚀刻掩模53的端部处的倾斜表面上的切线与硬掩模48的上表面（前表面）上的切线形成的角度（θ1）是76°或更大。
然后，在图6F中所示的过程中，通过使用蚀刻掩模53作为掩模来进行蚀刻（第一蚀刻），在硬掩模48中在各滤色器的边界部的上部区域中形成开口57。开口57反映开口55。例如，硬掩模48的蚀刻通过使用碳氟化合物气体（诸如GF4）、碳氟化合物气体和氧气的混合气体或者碳氟化合物气体、氧气和氮气的混合气体作为蚀刻气体来执行。
然后，在图6G所示的过程中，通过使用硬掩模48（进一步，蚀刻掩模53）作为掩模进行蚀刻（第二蚀刻），在各滤色器的边界部中形成开口59。开口59反映开口57。例如，在硬掩模48和滤色器的选择比被充分地保证的条件下，滤色器的蚀刻（第二蚀刻）是使用氧气、一氧化碳气体和氮气的混合气体作为蚀刻气体来形成的。与执行滤色器的蚀刻（第二蚀刻）同时地去除蚀刻掩模53。这里，由于除了开口57的区域之外的滤色器被硬掩模48覆盖，因此可防止除了开口59的区域之外的滤色器在图6G中所示的蚀刻过程中被损坏。
然后，在图6H所示的过程中，在包含硬掩模48的上表面的全部表面上形成盖层61以覆盖开口59，由此在各滤色器之间形成中空部63。盖层61例如是使用低温等离子CVD方法形成，并且包含无机材料（诸如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物）。在此情况中，盖层61的膜形成温度适当地在150℃到220℃的范围内。希望硬掩模48和盖层61包含相同材料或者具有相同折射率的材料。当硬掩模48和盖层61的材料彼此不同时，在许多情况中，折射率彼此不同。因此，在硬掩模48和盖层61之间的界面上发生反射，这可成为使得固态图像拾取设备100的灵敏度特性恶化的因素。
然后，在图6I和6J所示的过程中，微透镜69在盖层61上形成为与各像素的滤色器对应。
在微透镜69形成时，首先，如图6I所示，在盖层61上形成包含有机材料的有机层65，然后在有机层65上形成包含有机材料的透镜形状部分67。此后，通过透镜形状部分67来对有机材料65进行蚀刻，从而形成图6J的微透镜69，该微透镜69具有遵循透镜形状部分67的凸形状的凸表面。
当在此实施例中图6J中所示的斜射光a入射到微透镜69时，光例如透过微透镜69、盖层61和硬掩模48，然后透过滤色器（诸如绿色滤色器45）。光a被分成在滤色器的侧壁（在图6J所示的示例中，绿色滤色器45和空气间隙63的界面）上反射的光以及在侧壁上折射而没有反射的光，并且斜射光a难以入射到与之相邻的其它光接收部41。然后，当斜射光a难以入射到与之相邻的其它光接收部41时，从斜射光a产生的颜色混合变得难以发生。
在根据此实施例的固态图像拾取设备的制造方法中，在各滤色器上形成硬掩模48，并且在硬掩模48上形成具有第一开口51的抗蚀剂图案49。第一开口51在各滤色器的边界部的上部区域中。然后，抗蚀剂图案49被进行热处理以由此形成具有第二开口55的蚀刻掩模53，该第二开口55的宽度小于第一开口51的宽度。然后，使用蚀刻掩模53作为掩模的第一蚀刻被执行以在硬掩模48中形成开口57。开口57在各滤色器的边界部的上部区域中。然后，至少使用硬掩模48作为掩模的第二蚀刻被执行以在各滤色器之间形成开口59。此后，覆盖开口59的盖层61被形成以在各滤色器的边界部中形成中空部63。
根据固态图像拾取设备的该制造方法，例如日本专利特开No.2006-295125中所描述的用于去除形成的硬掩模以便形成滤色器的过程以及执行整个表面的回蚀或者化学机械抛光（CMP）以便去除滤色器的上表面的过程不是必需的。因此，对滤色器进行构图时的过程的数量的增加可被抑制，从而可确保制造成本降低以及确保生产率。
此外，根据固态图像拾取设备的该制造方法，在滤色器的边界部之外的部分中的上部部分被硬掩模覆盖的状态中执行蚀刻以在各滤色器之间形成中空部，中空部可在各滤色器之间适当地生成，同时避免对滤色器造成损坏。
第六实施例
接下来，描述本发明的第六实施例。
示出根据第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的示意性结构的俯视图与示出图1中所示的根据第一实施例的固态图像拾取设备100的示意性结构的俯视图相同。
接下来，参照图8A至8H描述根据本发明的第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100的制造方法中的每一个过程。
图8A至8H是示出根据本发明的第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）的制造方法的示例的截面示图。图8A至8H中所示的截面示图是示出图1中所示的像素行112b中的VIII-VIII截面的示意图。在图8A至8H中，与第五实施例中的图6A至6J中的那些配置相同的配置被用相同附图标记指示。在图8A至8H中，类似于图6A至6J中那样，在上述实施例的描述中说明的布线层和层间绝缘膜的说明被省略。
在图8A所示的过程中，首先，例如，以二维矩阵形状在基板SB的前表面（上表面）上形成多个光接收部41。
随后，使用光刻法在绿色像素形成区域的光接收部41上形成绿色滤色器45。
然后，使用光刻法在蓝色像素形成区域的光接收部41上形成蓝色滤色器46。
随后，使用光刻法在红色像素形成区域（图1中所示的像素行112a和像素行112c的红色像素的形成区域）的光接收部41上形成红色滤色器（图8中未示出）。这里，各滤色器被形成为相互接触。例如，各滤色器由诸如丙烯酸树脂的有机材料形成。各滤色器的厚度（即，各滤色器的上表面高度）彼此不同。
因此，在此实施例中，对应于多个光接收部41中的各光接收部的多个滤色器在基板SB之上形成。
然后，在包含绿色滤色器45、蓝色滤色器46和红色滤色器（图8中未示出）的各滤色器上形成平坦化层71。此平坦化层71对于各滤色器的厚度（即，各滤色器的上表面高度）彼此不同并且在各滤色器之间存在水平差异的情况是有效的。更具体而言，当各滤色器之间的水平差异未被平坦化时，存在如下可能性，即要在后续过程中形成的硬掩模未被平坦化，并且要在后续过程中形成的蚀刻掩模等没有被正常形成。因此，设置平坦化层71是有效的。对于平坦化层71，具有高透射率的材料是希望的，并且包含例如有机材料（诸如，丙烯酸树脂、酚醛清漆树脂或聚苯乙烯树脂）。
在上述示例中，蓝色滤色器46和红色滤色器（图8中未示出）在绿色滤色器45形成之后被形成，但是该过程的顺序可改变以形成各滤色器。
然后，在图8B所示的过程中，在平坦化层71上形成硬掩模48。此硬掩模48使用例如低温等离子CVD方法形成，并且例如包含诸如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物的无机材料。在此情况中，硬掩模48的膜形成温度适当地在150℃到220℃的范围中。由于硬掩模48在后续过程中未被去除并且保留，因此，不允许固态图像拾取设备100的灵敏度特性降低的具有高透射率的材料是所希望的。
然后，在图8C所示的过程中，使用光刻法在硬掩模48上形成具有第一开口51的抗蚀剂图案49，该第一开口在各滤色器的边界部的上部区域中开口。这里，第一开口51的宽度被定义为W1。作为用于形成抗蚀剂图案49的抗蚀剂的材料，例如，提及诸如酚醛清漆树脂、聚苯乙烯树脂或者丙烯酸树脂的有机材料。作为用于形成抗蚀剂图案49的抗蚀剂，用于微透镜的形成的抗蚀剂是适当的，这是因为抗蚀剂图案49在后续过程中被加热和流体化。
然后，在图8D所示的过程中，通过分两个阶段热处理抗蚀剂图案49来形成具有第二开口55的蚀刻掩模53，该第二开口55的宽度小于第一开口51的宽度。蚀刻掩模53是用于干蚀刻硬掩模48以及硬掩模48之下存在的各滤色器的边界部的掩模。
下文，描述对于抗蚀剂图案49执行的两阶段热处理。
首先，在热处理的第一阶段中，通过施加等于或者高于图8C中所示的抗蚀剂图案49的软化点的温度，抗蚀剂图案49被加热和流体化以形成第二开口55，该第二开口55的宽度W2小于第一开口51的宽度W1（W2<W1）。由于通过加热和流体化的热处理可形成图8C中所示的小于光刻法实现的分辨率线宽度（W1）的线宽度（W2），因此可使得要在后续过程中以及在后续过程之后形成的中空部的宽度小。当中空部的宽度相对于一个像素的尺寸大时，入射到光接收部41的光减少，这成为使得固态图像拾取设备100的灵敏度特性恶化的因素。因此，重要地是使空气间隙的宽度小。
随后，在热处理的第二阶段中，施加高于热处理的第一阶段的温度的温度，由此加速抗蚀剂的交联反应，并且使抗蚀剂稳定。
还在此实施例的情况中，类似于上述第五实施例中的情况，蚀刻掩模53被以如下方式形成，即图7中所示的在蚀刻掩模53的端部处的倾斜表面中的切线与硬掩模48的上表面（前表面）上的切线形成的角度（θ1）是76°或更大。
然后，在图8E中所示的过程中，通过使用蚀刻掩模53作为掩模来进行蚀刻（第一蚀刻），在硬掩模48中在各滤色器的边界部的上部区域中形成开口57。开口57反映开口55。例如，硬掩模48的蚀刻被使用碳氟化合物气体（诸如GF4）、碳氟化合物气体和氧气的混合气体或者碳氟化合物气体、氧气和氮气的混合气体作为蚀刻气体来执行。
然后，在图8F所示的过程中，通过使用硬掩模48（进一步，蚀刻掩模53）作为掩模进行蚀刻（第二蚀刻），在平坦化层71中在各滤色器的边界部的上部区域中并且在各滤色器之间中形成开口59。开口59反映开口57。例如，在硬掩模48和平坦化层71以及滤色器的选择比被充分地保证的条件下，此平坦化层71和滤色器的蚀刻（第二蚀刻）是使用氧气、一氧化碳气体和氮气的混合气体作为蚀刻气体来形成的。与执行此平坦化层71和滤色器的蚀刻（第二蚀刻）同时地去除蚀刻掩模53。这里，由于除了开口59的区域之外的平坦化层71和滤色器被硬掩模48覆盖，因此可防止除了开口59的区域之外的平坦化层71和滤色器在图8F中所示的蚀刻过程中被损坏。
然后，在图8G所示的过程中，在包含硬掩模48的上表面的全部表面上形成盖层61以覆盖开口59，由此在各滤色器之间形成中空部63。盖层61例如是使用低温等离子CVD方法形成，并且包含无机材料（诸如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物）。在此情况中，盖层61的膜形成温度适当地在150℃到220℃的范围内。希望硬掩模48和盖层61包含相同材料或者具有相同折射率的材料。
然后，在图8H所示的过程中，微透镜69在盖层61上形成为与各像素的滤色器对应。在微透镜69形成时，首先，如图8H所示，在盖层61上形成包含有机材料的有机层65，然后在有机层65上形成包含有机材料的透镜形状部分67。此后，通过透镜形状部分67来对有机层65进行蚀刻，从而形成图8H的微透镜69，该微透镜69具有遵循透镜形状部分67的凸形状的凸表面。
根据此实施例的固态图像拾取设备的制造方法，展示了与上述的根据第一到第五实施例的固态图像拾取设备的制造方法相同的操作和效果。更具体而言，可在各滤色器之间适当地形成空气间隙，同时抑制对滤色器进行构图时的过程的数量增加。
其它实施例
此外，在上述的根据第一到第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100中，可在多层布线结构（层间绝缘层23）和第一平坦化层24之间设置对应于各光接收部21的内部透镜（内层透镜）。作为一个示例，例如设置包含硅氮化物的凸内部透镜。因此，通过设置内部透镜以由此组合地使用内部透镜和微透镜34，对于各光接收部21的光收集效率可被增加。
在上述的根据第一到第六实施例的固态图像拾取设备（固态图像拾取装置）100中，在滤色器25到27中的每一个上形成第二平坦化层28，但是可不形成第二平坦化层28。
在增强本发明时上述本发明的各实施例简单地描述了具体实施例，但是，本发明的技术范围不限于此。更具体而言，在不背离本发明的技术概念或主要特征的情况下，本发明可被在多个方面增强。
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 (17)

1.一种固态图像拾取设备的制造方法，在该固态图像拾取设备中，在半导体基板上设置多个光接收部，该方法包括：
与各光接收部对应地在半导体基板之上以相互接触方式形成多个滤色器；
在多个滤色器之上形成具有开口的光致抗蚀剂；
在光致抗蚀剂的侧表面上形成侧壁；以及
通过至少使用侧壁作为掩模执行蚀刻来在各滤色器之间形成中空部。
2.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，进一步包括形成覆盖中空部的盖层。
3.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，光致抗蚀剂包含耐200℃或更高温度的耐热材料。
4.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，光致抗蚀剂包含对于波长为400nm到700nm的光的透射率为80%或更大的材料。
5.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，在侧壁形成中，在包含光致抗蚀剂的侧表面和上表面的全部表面上形成氧化物膜，然后使用各向异性干蚀刻方法对氧化物膜进行蚀刻，以便留下光致抗蚀剂的侧表面上的氧化物膜以形成侧壁。
6.根据权利要求5所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，在侧壁形成中，还留下在光致抗蚀剂的上表面上的氧化物膜。
7.根据权利要求5所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，在形成中空部的蚀刻中使用的气体是氧气、一氧化碳气体和氮气，以及在氧化物膜的蚀刻中使用的气体是碳氟化合物气体和氩气。
8.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，进一步包含在多个滤色器中的每个滤色器之上与各光接收部对应地形成微透镜。
9.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备的制造方法，进一步包含在半导体基板之上与多个光接收部中的各光接收部对应地形成光导，其中，
多个滤色器被形成在多个光导之上。
10.一种固态图像拾取设备的制造方法，在该固态图像拾取设备中，在半导体基板的上表面上设置多个光接收部，该方法包括：
与各光接收部对应地在半导体基板之上以相互接触的方式形成多个滤色器；
在多个滤色器上形成硬掩模；
在硬掩模上形成具有第一开口的抗蚀剂图案；
对抗蚀剂图案进行热处理以形成具有第二开口的蚀刻掩模，第二开口的宽度小于第一开口的宽度；
使用蚀刻掩模作为掩模执行第一蚀刻以在硬掩模中形成开口；
至少使用硬掩模作为掩模执行第二蚀刻以在各滤色器之间形成开口；以及
形成覆盖在各滤色器之间形成的开口以在各滤色器之间形成空气间隙的盖层。
11.根据权利要求10所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，通过第二蚀刻，与各滤色器之间的开口的形成同时地去除蚀刻掩模。
12.根据权利要求10所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，硬掩模和盖层包含相同材料或者具有相同折射率的材料。
13.根据权利要求10所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，硬掩模和盖层包含硅氧化物、硅氮化物或者硅氮氧化物。
14.根据权利要求10所述的固态图像拾取设备的制造方法，进一步包含在多个滤色器和硬掩模之间形成平坦化层，其中，
通过第二蚀刻，在各滤色器之间形成开口，并且在所述平坦化层中也形成开口。
15.根据权利要求10所述的固态图像拾取设备的制造方法，其中，蚀刻掩模被与硬掩模的上表面接触地形成，
并且，蚀刻掩模的侧壁与硬掩模相接触的端部的倾斜表面上的切线与硬掩模的上表面形成的角度为76°或更大。
16.一种固态图像拾取设备，在该固态图像拾取设备中，在半导体基板的上表面上设置多个光接收部，该固态图像拾取设备包括：
在半导体基板之上形成的与各光接收部对应的的多个滤色器；
在多个滤色器上形成的光致抗蚀剂；以及
侧壁，侧壁被形成为使得侧壁的一端接触光致抗蚀剂的侧表面，
中空部在各滤色器之间形成，并且该中空部与该侧壁中的与该一端相对的另一端对齐地形成。
17.一种固态图像拾取设备的制造方法，在该固态图像拾取设备中，在半导体基板的上表面上设置多个光接收部，该方法包括：
在半导体基板之上与各光接收部对应地形成多个滤色器；
在多个滤色器上形成光致抗蚀剂；以及
以使得侧壁的一端接触光致抗蚀剂的侧表面的方式形成侧壁，以及
在各滤色器之间形成中空部，并且该中空部与该侧壁中的与该一端相对的另一端对齐地形成。
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