TW201027727A - Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus - Google Patents

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Takeshi Yanagita
Keiji Mabuchi
Susumu Inoue
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Description

201027727 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種固態成像器件、一種用於製造其之方 法及一種電子裝置。 【先前技術】 固態成像器件基本上分為以CMOS(互補金屬氧化物半導 體）影像感測器為代表之放大固態成像器件及以Ccd(電荷 耦合器件）影像感測器為代表之電荷轉移固態成像器件。 此等類型的固態成像器件普遍地應用於數位靜態相機及數 位攝影機。近些年來’從低電源電壓及低功率消耗之觀點 觀之’該等CMOS影像感測器經常被用作安裝於行動裝置 (例如，配備相機之行動電話或PDA(個人數位助理））上之 固態成像器件。 所謂背照式CMOS影像感測器（其中光從一相對一具有一 多重佈線層之側之基板之一背側射入）已經被建議作為固 態成像器件（例如，見曰本未審查專利申請公開案第2〇〇3_ 31785號），且現已在開發中。 圖10繪示一根據一相關技術之該背照式CM〇s固態成像 益件之實例。圖1 〇係一成像區之一主要部分之一橫截面 圖。在圖ίο中，一矽部分（對應於一半導體基板）112之被入 射光L照射之該側上之一表面係一背表面U2B，且一相對 側上之表面為一前表面U2A。 在該背照式CMOS固態成像器件U1中，將包含用作為諸 光電轉換元件之諸光二極體PD及複數個像素電晶體之複數 141178.doc 201027727 個像素排詩”部分112中。該等像素電晶體之諸間極 電極121及122係形成於該矽部分m之該前表面112A側。 亦形成一包含經由一層間絕緣膜124而設置之複數個佈線 層125之多重佈線層126及一支撐基板m。該乡重佈線層 126及該支撑基板127係經由_接合層128而接合。將該石夕 部分112所包含之一 p型半導體區129設置於該石夕部分ιΐ2盘 :層間絕緣膜13〇之間之一介面之該背表面U2B。諸晶載 ¥色濾光器131及諸晶載透鏡132係形成於該層間絕緣膜 130上。參考數字133代表一單元像素。 、 該等光二極體PD之每一者包含一 p型半導體區113、一用 作為一電荷聚積區之η型半導體區114及一具有一相對較低 雜質濃度之η·半導體區115。該等區113至115係以此順序從 該Ρ型矽部分112之該前表面112Α侧至該背表面U2B側而設 置。該η·半導體區115延伸至該等像素電晶體之一形成區下 方（圖10為上方）。 在該矽部分112中，n型源極/汲極區117、118及119係形 成於該前表面112Α侧上，且經由一閘極絕緣膜形成該等閘 極電極121及122，藉此形成複數個像素電晶體。該複數個 像素電晶體可為下列三種電晶體：一轉移電晶體；一重設 電晶體；及一放大電晶體。或者，可藉由添加一選擇電晶 體而使用四種電晶體。 在該CMOS固態成像器件111中，入射光l從圖1 〇之上側 (從該背表面112B側）射入，該等晶載透鏡132折射該入射 光[以聚焦於該等光二極體PD之上，且在諸彩色成份被該 141178.doc 201027727 等晶載彩色渡光器131分離後射入該等光二極體ρ〇 ^ —旦 接收到該入射光L，該等光二極體即於其上執行光電轉 換。 已射入該等像素133之間之一界線附近之該入射光[穿過 該等晶載透鏡132之間之一界線附近，並射入該矽部分 112。在該等晶載透鏡132之間之該界線附近，光穿過時未 將其充分折射’且對處於該狀態下之該光執行光電轉換。 由於在該等像素133之間之該界線附近分離該等光二極體 PD，因此藉由在該等光二極體pD之間執行光電轉換所產 生之諸光電子依據機率射入該等光二極體PD之任一者。 例如’由穿過一綠色（G)晶載彩色濾光器之光所產生之 諸光電子在理論上應射入該G晶載彩色濾光器下之該光二 極體PD ’但實際上卻以特定之機率射入一相鄰之紅色（尺) 或藍色（Β)晶載彩色濾光器下之該光二極體。與光所穿 過之該晶載彩色濾光器對應之該像素與其中偵測到之諸光 電子之該像素不同，此一現象稱作「彩色混合」，該彩色 混合破壞彩色之再現性。 當光傾斜地射入時，該彩色混合為明顯。依據一角度， 傾斜地穿過該晶載彩色濾光器之一邊緣之光可能射入一相 鄰像素之該光二極體PD。 如圖8所繪示，一相關技術利用一置於該等像素133之間 之光屏蔽金屬141，以抑制該彩色混合，該光屏蔽金屬ι41 經放置以叙入該層間絕緣膜13 0。一圖9中之放大圖緣示該 光屏蔽金屬141附近之區域ιχβ如圖9所緣示，一二氧化梦膜 141178.doc -6 - 201027727 142係形成於該矽部分112上方，一含有八丨或…之光屏蔽金 屬係形成於該膜之上，隨後執行圖案化以產生該像素間光 屏蔽金屬141。此外，以一氮化矽（siN)膜143覆蓋該光屏 蔽金屬141以進行鈍化及光譜調整，且一包含一二氧化石夕 (si〇2)膜或一有機膜之平坦化膜144係形成於該氮化矽膜 143之上。該等晶載彩色濾光器131、一有機平坦化層145 及該等晶載透鏡132係形成於該平坦化膜144之上。 在許多情況下，該CMOS固態成俸器件1U之一像素單元 包含一有效像素部分之外之一光學黑色（〇pB)部分。以一 金屬層（光屏蔽金屬）覆蓋該0PB部分，且將其屏蔽以偵測 一黑色位準。在除本0PB部分之外之有效像素部分中，該 光屏蔽金屬在該等像素之該等光二極體PD1方開放，並覆 蓋該等像素間之該等部分。因此，阻擋該等像素之間之入 射光L以抑制彩色混合。 另一方面，日本未審查專利申請公開案第2〇〇5 3477〇9 號揭示一種背照式CM0S固態成像器件，該器件具有一組 態，該組態包含一隔離對應於一鄰近彼此之諸晶載透鏡之 間之無效區之形成於諸光二極體之間之一區域之元件。日 本未審查專利申請公開案第2006_丨9653號亦揭示一種背照 式CMOS固態成像器件’該器件具有一組態，該組態包含 -形成於諸像素之間及一0PB部分中之金屬光屏蔽膜。該 金屬光屏蔽膜具有一固定電位。 【發明内容】 在包含屏蔽圖8所繪示之諸像素之間之諸區域之該光屏 14II78.doc 201027727 蔽金屬141之該CMOS固態成像器件中，隨著該等像素變 小，靈敏度不利地降低至小於諸像素之諸開口與一像素間 光屏蔽膜之一面積比率。該靈敏度之降低由下列兩種現象 引起。 一現象係由一光屏蔽金屬所造成之一靜電屏蔽效應。在 一般情況下，在一平面圖中觀察屏蔽諸像素之間之諸區域 之該光屏蔽金屬時，其具有一規則格栅圖案。由於該光屏 蔽金屬係一導體，因此射至其上之入射光引起靜電屏蔽。 即，該光之一電場之變化使得諸電子在該光屏蔽金屬中移 動並吸收光旎，而且穿過該等像素開口之該光在該等開口 較小時被減弱。特定言之，若在諸較小像素中，該等像素 之一開口寬度為3 μπι或更小，可見光之波長則相當大，且 發生由可見光之靜電屏蔽所造成之損耗。 另一現象係一可見光之繞射效應。若該等像素之該開口 寬度為3 μιη或更小，可見光之該波長則相當大，而一可見 光之繞射效應亦相當大，使得一諸晶載透鏡之光聚焦效應 不足。特定言之’前者之降低尤為明顯。 该光屏蔽金屬141反射向其施用之光之一絕大部分。由 於該像素間光屏蔽金屬141具有一規則格柵圖案，因此經 反射之諸光束互相干擾，且在經—相機透鏡或類似物反射 後返回。右該等干擾光束經反射且返回，則在許多情況下 產生明顯可見之諸規則錯誤信號。 上文已描述有關該背照式CMOS固態成像器件中之該光 屏蔽金屬之諸問題，但是在使用較小尺寸之諸像素時，相 141178.doc • 8 - 201027727 同問題亦出現於一 CCD固態成像器件中。 需要提供一種能夠提高諸小像素中之靈敏度及減少諸錯 誤信號之固態成像器件及一種用於製造該固態成像器件之 方法。 亦需要提供一種包含該固態成像器件之電子裝置（例 如，一相機）。 一根據一本發明之實施例之固態成像器件包含一其中排 列包含諸光電轉換元件之複數個像素之有效像素部分，其 中；及一置於該有效像素部分並屏蔽該等像素之間之諸區 域之非導電性像素間光屏蔽膜。 使用此組態，由於該像素間光屏蔽膜係由一非導體所構 成’向該像素間光屏蔽膜所施用之光未被反射而被該像素 間光屏蔽膜吸收。即便使用較小尺寸之諸像素，該非導電 性像素間光屏蔽膜亦可抑制該像素間光屏蔽膜中之一靜電 屏蔽效應。 一根據一本發明之實施例用於製造一固態成像器件之方 法包含在一有效像素部分及一光學黑色部分之上形成一非 導電性像素間光屏蔽膜；及在形成該非導電性像素間光屏 蔽膜後在該光學黑色部分中之該像素間光屏蔽膜上方形成 一導電性光屏蔽膜之諸步驟。 一根據一本發明之實施例用於製造—固態成像器件之方 法包含在-光學黑色部分中形成一導電性光屏蔽膜；及在 形成該導電性光屏蔽膜後在一有效像素部分中形成一非導 電性像素間光屏蔽膜（該導電性光屏蔽膜與該非導電性像 141178.doc -9- 201027727 素間光屏蔽膜係位於同一高度）之諸步驟。 使用此方法，由於该有效像素部分中之該像素間光屏蔽 膜係由一非導體所構成’因此向該像素間光屏蔽膜施用的 光未被反射而疋被該像素間光屏蔽膜吸收。該非導電性像 素間光屏蔽膜抑制-靜電屏蔽效應。由於該光學黑色部分 中之該光屏蔽膜係由-導體所構成，因此可以可靠地執行-光屏蔽。 . -根據-本發明之實施例的電子裝置包含一固態成像器 件，一經組態以將入射光引至該固態成像器件的光學系參 統，及一經組態以處理該固態成像器件之諸輸出信號的信 號處理電路。該固態成像器件包含一其中排列包含諸光電 轉換元件之複數個像素的有效像素部分，及一置於該有效 像素。卩为並屏蔽該等像素之間之諸區域的非導電性像素間 光屏蔽膜。 使用此包含具有該非導電性像素間光屏蔽膜之該固態成 像器件的組態，在該像素間光屏蔽膜中不發生光的反射， 從而可防止—成像透鏡與該固態成像器件之間的_ 根據該上述之固態成像器件，可提高諸小像素的靈敏 度。亦可抑制諸錯誤信號。 · 根據該上述方法，可製造一具有諸小像素靈敏度經提高 及諸錯誤信號經抑制的固態成像器件。 根據該上述電子裝置，即便在該固態成像器件中使用較 寸之諸像素時’亦可提高靈敏度，且亦可抑制諸錯誤 h號。因此，可提供一微型化之高品質電子裝置。 J41178.doc -10- 201027727 【實施方式】 圖1繪示一根據一本發明之實施例之CMOS固態成像器件 之一示意組態。如圖1所繪示，此實施例之該固態成像器 件1包含一半導體基板（例如’ 一碎基板）、一像素單元（一 所謂成像區）3(其中在該半導體基板上二維規則排列包含諸 光電轉換元件之複數個像素2)，及一周邊電路單元。該像 素單元3包含一有效像素部分（一所謂有效成像區）3 a及一 定位於該有效像素部分3A之外之所謂光學黑色（opb)部分 (一所謂光學黑色區）3B(圖1之陰影部分）。該opb部分3B偵 測一黑色位準，且被一光屏蔽膜所覆蓋。該等像素2包含 用作為諸光電轉換元件之諸光二極體（PD)及複數個像素電 曰曰體（所謂MOS電晶體）。該複數個像素電晶體可為下列三 種電晶體：一轉移電晶體；一重設電晶體；及一放大電晶 體或者’可藉由添加一選擇電晶體而使用四種電晶體。 一單几像素之一等效電路與一般情況相同。 φ 忒周邊電路單元包含一垂直驅動電路4、諸行信號處理 電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7及一控制電路8。 該控制電路8接收一輸入時脈及資料以控制一操作模式 及La該固態成像器件^之内部資訊之輸出資料。更具體 言之，該控制電路8產生諸時脈信號，並依據諸垂直同步 k號、諸水平同步信號及一主時脈控制作為該垂直驅動電 路4、忒等行信號處理電路5及該水平驅動電路6等之諸操 作之參照之信號。隨後，該控制電路8將該等信號輸入至 該垂直驅動電路4、該等行信號處理電路5及該水平驅動電 141178.doc 201027727 路6等。 ^垂直驅動電路4包含—移位暫存器或類似物 :素驅動線，供應諸脈衝以驅動諸像素至該 = 素驅動線，並以列單元形式驅動該等像素體^像 該垂直驅動電路4按垂直方向以列單元形式依次 Π該像素單元3中之各自像素2,並基於根據用=: 各自像素2之諸光電轉換元件之該等光 之#夕軲县私拽體PD$接收到 之先之數量所產生之信號電荷，經由諸垂直信號線9 該等仃信號處理電路5供應諸像素信號。 ” ° 將該等行信號處理電路5置於該等像素2之該等各 而且該等行信號處理電路5之每—者在諸像素行之諸單元 中以列之形式對該等像素2所輪出之信號執行信號處理(例 如’去雜訊)。更具體言之’該等行信號處理電路5執抑 號處理，例如CDS(相關性雙取樣），以移除該等像素2、^ 號放大及AD(類比數位）轉換中特有之—固定圖案雜訊 將一水平選擇開關（未繪示）連接於該行信號處理電路$及一 水平信號線1〇之間的同時，即為該行信號處理電路$之諸 輸出階段提供一水平選擇開關。 該水平驅動電路6包含一移位暫存器或類似物，藉由依 次輸出諸水平掃描脈衝依次選擇該等各自行信號處理電路 5並允許該等各自行乜號處理電路5向該水平信號線1〇輸 出諸像素信號。 該輸出電路7經由該水平信號線10對該等各自行信號處 理電路5依次供應之該等信號執行信號處理，隨後輸出該 141178.doc -12- 201027727 等仡號例如’該輸出電路7僅在一些情況下執行缓衝， 並在其他If况下執行黑色位準調整、行變化校正及各種數 位4s 3^處理。輪入/ 山从， 荆八/輸出終端12將諸信號傳輸至外部及從 外部接收諸信號。 第一實施例 固態成像|§件之例示性組態 圖2繪不一根據一本發明之第一實施例之固態成像器件 21。根據此實施例之該固態成像器件21應用於一背照式 CMOS固態成像器件。圖2繪示一圖丨所繪示之該像素單元3 之該有效像素部分3A之主要部分。圖2中，一被入射光照 射之矽部分22之一表面係一背表面22B，且該相對表面係 一前表面22A。 在根據該第一實施例之該固態成像器件2丨中，在一矽部 分（對應於一半導體基板）22中以二維矩陣圖案排列並形成 包含用作為諸光電轉換元件之諸光二極體PD之複數個像素 及複數個像素電晶體。該碎部分22係一第一導電型（此實 施例中為p型）矽部分。該等像素電晶體之閘極電極3丨及32 係形成於該矽部分22之該前表面22A側上。一包含經由一 層間絕緣膜34設置之複數個佈線層35之多重佈線層36亦係 形成於此◊此外，一支撲基板37經由一接合層38接合至該 多重佈線層36。 諸晶載彩色濾、光器41及諸晶載透鏡42經由一層間絕緣膜 40依次形成於該梦部分22之該背表面2 2B側上。將一包含 於該妙部分22之p型半導體區30係設置於該石夕部分22與該 141178.doc •13· 201027727 層間絕緣膜4G之間之—介面之該背表面22b。提供該p型半 導體區3 0係用於抑制暗電流。 該等光一極體PD之每一者包含—p型半導體區23、—用 作為-電何聚積區之第二導電型之n型半導體區24及一與 該η型半導體區24相比，具有一相對較低濃度之η·半導體 區25。該等半導體區23至25依此順序設置於從該ρ型矽部 分22之該前表面22Α側至該背表面22Β側間。該η-半導體區 25延伸至該等像素電晶體一形成區下方（圖2為上方）。 複數個源極/汲極區27、28及29係形成於在該矽部分Μ 之該前表面22Α側上，且於經由一閘極絕緣膜成對形成之 該等源極/汲極區之間係形成該等閘極電極31及32，從而 形成複數個像素電晶體。該複數個像素電晶體可為下列三 種電晶體：一轉移電晶體；一重設電晶體；及一放大電晶 體。或者，可藉由添加一選擇電晶體而使用四種電晶體。 在圖2繪示之該實例中，作為代表’該光二極體pD、該源 極/汲極區27及該閘極電極31組成一轉移電晶體Trl。該源 極/汲極區27用作為一浮動擴散（FD) ^其他諸源極/汲極區 28及29及該閘極電極32組成一電晶體Tr2。注意僅將電晶 體Tr2作為代表繪示’因為所有放大電晶體、重設電晶體 及選擇電晶體均具有相同之組態。 在此责照式CMOS固態成像器件中，入射光l從圖2中相 對該多重佈線層36之上側（從該背表面22B側）射入，被該 等晶載透鏡42折射以聚焦於該等光二極體pd之上，並在諸 彩色成份被該等晶載彩色濾光器41分離後射入該等光二極 141178.doc -14- 201027727 體PD。一旦接收到入射光L，該等光二極體即於其上執行 光電轉換。 在此實施例中，一屏蔽該等相鄰之像素2之間（下文簡稱 諸像素之間）之諸區域之像素間光屏蔽膜43係由一非導體 所構成。在此實施例中，該非導電性像素間光屏蔽膜43係 形成於該等晶載彩色遽光器W下方之該層間絕緣膜4〇中。 然而，提供該OPB部分3B(間圖υ的同時，如同一般情況， 參 藉由使用一金屬層形成該ΟΡΒ部分3Β(於下文描述）之一光 屏蔽膜。該ΟΡΒ部分3Β用於偵測一黑色位準，並因此必須 具有一足夠之光屏蔽性能，例如，一百萬分之一之透射 率。因此，將一金屬層用於該〇ρΒ部分3Β。執行像素間光 屏蔽以抑制彩色混合，任何光屏蔽性能亦因此相應地產生 一效應。例如，在許多情況下，該光透射率可為幾分之 —— 〇 在此，「諸像素之間」意指「諸光二極體PD之間」，且 • 亦意指該等晶載彩色濾光器41之一界線。該等光二極體？1) 之該入射側（背表面22B侧）受該等像素電晶體Trl及Tr2之陣 列影響較小，因而可以為大體上之正方形。因此，如圖3 所繪示，該像素間光屏蔽膜43可形成為一格柵圖案。在圖 3中，一虛線44代表該等像素2之一界線，參考符號d代表 一像素尺寸，參考符號％代表該等像素之—開口之—寬 度，即該像素間光屏蔽膜43之一開口 45之一開口寬度。 在此，如一般分類，將一具有一與石墨（導電率1〇6 S/m)相同或更大之導電率之材料歸類為一導體，將一具有 141178.doc -15- 201027727 ::石墨(導電^。-6—)相同或更小之導電率之 為一絕緣體，而將—具有中間值之材料歸__ 員 =非導體定義為除導體外之任何事物，即—絕緣體及 ::二^之導電率等同於一長度為心橫戴面心 mm之導體在電阻為1 Ω時之電流。 該非導電性像素間光屏蔽膜4 3較佳地由_吸收可見光 非導電性材料（例如，一非晶矽膜）所構成。或者，可將— 多晶矽、鍺、氮化鎵、碲化鎘、砷化鎵或磷化銦半導體 膜，一具有一非導電性結構之碳膜；一黑色阻擋有機膜或 類似物；或一使用於一太陽能電池中之有機光電轉換膜用 作為該非導電性像素間光屏蔽膜43。任何材料之非導電性 膜具有一吸收可見光（而非反射光）之性能。若將一有機膜 用作為該像素間光屏蔽膜43，則其上之層間絕緣膜較佳地 為一有機平坦化膜。 在像素小型化趨勢中，此實施例可應用於一包含具有一 3 μιη或更小開口寬度w之諸小像素之固態成像器件。此 外，此實施例亦可應用於具有一約1.4 μηι或更小開口寬度 w之諸更小像素。 像素間光屏蔽膜之例示性組態 圖4Α及圖4Β繪示根據此實施例之該固態成像器件21之 該有效像素部分3Α及該ΟΡΒ部分3Β之諸光屏蔽膜之諸實 例。在一圖4Α所繪示之第一實例中，由一非導體（例如， 一非晶矽膜）所構成之該像素間光屏蔽膜43係形成於該層 間絕緣膜40中之該有效像素部分3Α與該ΟΡΒ部分3Β之上。 141178.doc -16- 201027727 此外，一由一導體（例如，一金屬膜）所構成之光屏蔽膜46 係形成於對應於該OPB部分3B之該像素間光屏蔽膜43上方 之整個OPB部分3B之上。該像素間光屏蔽膜43及由一金屬 膜所構成之該光屏蔽膜46經由該層間絕緣膜40形成。該 OPB部分3B中之該光屏蔽膜46可由一鎢（W)或鋁（A1)金屬 膜所構成。將該層間絕緣膜40之一上表面平坦化。該等晶 載彩色濾光器41及該等晶載透鏡42係形成於該經平坦化之 層間絕緣膜40之上。 若該像素間光屏蔽膜43亦係形成於該OPB部分3B中，則 該像素間光屏蔽膜43較佳地形成於用於opb之該金屬光屏 蔽媒46下方。此係因為，為了適當地屏蔽諸像素間之諸區 域使其不受傾斜光之照射’更為有效之方法係讓該像素間 光屏蔽膜43更靠近該矽部分22。用於opb之該光屏蔽膜46 可疋位於s亥上側’因為該光屏蔽膜46以其粗糙圖案覆蓋數 十至數千個像素。 ❹ 在一圖4B所繪示之第二實例中，該像素間光屏蔽膜43並 未形成於該OPB部分3B侧上。即一由一非導體（例如，一 非晶矽膜）所構成之該像素間光屏蔽膜43係形成於該有效 像素部分3A之對應區。此外，由一導體（例如，一金屬膜） 所構成用於OPB之該光屏蔽膜46係形成於該整個〇pB部分 3B之上，使得該光屏蔽膜46係與該像素間光屏蔽膜43位於 同一南度。該有效像素部分3八中之該像素間光屏蔽膜43及 用於OPB之該光屏蔽膜μ與上述情況一樣係形成於該層間 絕緣媒4〇中。該等晶載彩色濾光器似該等晶載透鏡42係 141178.doc •17· 201027727 形成於該經平坦化之層間絕緣膜40之上。 用於製造固態成像器件之方法之實例 下文對一根據此實施例之用於製造該固態成像器件之方 法進行描述，尤其是一用於形成該像素間光屏蔽膜43及用 於OPB之該光屏蔽膜46之方法之一實例。 描述該製造方法（對應於圖4A所繪示之該組態）之一第一 實例。首先，一由一二氧化矽膜或類似物所構成之第一層 - 間絕緣膜401(間圖4A)係形成於該矽部分22之該背表面22B 之上。在該第一層間絕緣膜401之上，由一非導體（例如， 馨 一非晶矽膜）所構成之該像素間光屏蔽膜43係形成於該有 效像素部分3A及該OPB部分3B上方。隨後，形成一由一二 氧化矽膜或類似物所構成之第二層間絕緣膜4〇2(見圖 4A)。在經平坦化之該第二層間絕緣膜4〇2之上，由一導體 (例如’一 W或A1金屬膜）（此實例中為一 w膜）所構成用於 OPB之該光屏蔽膜46係形成於整個0PB部分3B之上。隨 後，形成一由一二氧化矽膜或類似物所構成之第三層間絕 緣膜403(間圖4A)，將該第三層間絕緣膜4〇3之該上表面平⑩ 化隨後在其上形成該等晶載彩色渡光器4 1及該等晶载 透鏡42。如此，得到一形成之固態成像器件21。 描述該製造方法（對應於圖4B所繪示之該組態）之一第二 實例。首先’如圖5A所緣示’一由一二氧化石夕膜或類似物‘ 所構成之第一層間絕緣膜4〇1係形成於該矽部分22之該背 表面22B之上。隨後，由_·Α1金屬膜（此實例中為w膜） 所構成之該光屏蔽膜46係形成於該第-層間絕緣膜401之 141178.doc -18· 201027727 整個上表面之上’且執行選擇性蝕刻，使得用於OPB之該 光屏蔽膜46如圖5B所繪示僅餘留於該〇pB部分犯中。 隨後’一非導體（例如，一非晶矽膜）係形成於該有效像 素部分3A中之該第一層間絕緣膜4〇1及用於opB之該光屏 蔽膜46之該完整表面之上。隨後，執行選擇性蝕刻，使得 由非晶石夕膜所構成之該像素間光屏蔽膜43如圖5C所繪示 僅形成於該有效像素部分3 A之對應區中。 在進行該非晶矽膜之該選擇性蝕刻後，一作為該非晶矽 膜之部分之侧壁43a餘留於用於OPB之該光屏蔽膜46之一 端之一階狀部分（見區域A)。用於opb之該光屏蔽膜46係 寬圖案，因此僅在區域A具有一階狀部分。因此，在可 方便地移除此階狀部分之該非晶矽膜之該側壁43 a。 若形成由非晶矽所構成之該像素間光屏蔽膜43，隨後形 成用於OPB之該光屏蔽膜46，則每個像素如區域B所示存 在該像素間光屏蔽膜43之一階狀部分。此外，該等階狀部 分靠近彼此》在此情況下，很難移除形成於該像素間光屏 蔽膜43之該等階狀部分之諸鎢（w)側壁（諸餘留物）。 隨後，一由一二氧化矽膜或類似物所構成之第二層間絕 緣膜402係形成於包含該有效像素部分3A及該opb部分3B 之該整個表面之上。隨後，如圖5D所繪示將該第二層間絕 緣膜402之該上表面平坦化。 隨後’如圖5E所繪示，該等晶載彩色濾光器41及該等晶 載透鏡42係形成於該第二層間絕緣膜4〇2之上，從而得到 一形成之固態成像器件21。 141178.doc -19- 201027727 在根據該第一實施例之該固態成像器件21中，該有效像 素部分3A中之該像素間光屏蔽膜43係由一半導體（例如， 一非晶碎膜）所構成。使用此組態，該像素間光屏蔽膜43 吸收對該像素間光屏蔽膜43所施用之可見光，且該可見光 之反射得到抑制。因此，發生於相關技術中之現象（即被 一像素間光屏蔽膜所反射之光藉由被一相機透鏡或類似物 反射而返回）可得到抑制，從而減少由於干擾所導致之常 規及明顯之諸錯誤信號。此外，由於該像素間光屏蔽膜43 係由一非導體所構成，因此不發生在該像素間光屏蔽膜43 係由一導體所構成時所發生之靜電屏蔽。因此，即便在像 素小型化趨勢中該開口寬度…變得更小，仍可防止穿過一 開口之光由於靜電屏蔽而變弱。 在該非導電性像素間光屏蔽膜43中（不用於在一金屬光 屏蔽膜中）’可見光從其中穿過，但是與無該像素間光屏 蔽膜的情況相比，明顯地抑制了彩色混合。另一方面，由 一導體所構成（例如’一金屬膜）用於OPB之該光屏蔽膜46 能夠可靠地阻擋可見光及偵測一黑色位準。 如上文所述，在根據該第一實施例之該固態成像器件21 中，即便使用較小尺寸之諸像素（尤其當該等像素之該開 口寬度為3 μιη或更小時），亦可抑制由於靜電屏蔽所造成 之靈敏度之降低。因此，可提供一種具有經減少錯誤信號 及經抑制彩色混合之高靈敏度背照式CM〇s固態成像器 件。 另外，如圖4 A所繪示之該第一實例所示，用於〇pB之該 141178.doc 201027727 光屏蔽媒46在該OPB部分3B中係形成於該像素間光屏蔽膜 43上方。若將該像素間光屏蔽膜43置於用於之該光屏 蔽膜46下方，則該像素間光屏蔽膜43靠近該矽部分從 而可以得到一傾斜光之屏蔽效應，並可抑制彩色混合。 • 如圖撕憎示之該第：實朗示，若該像相光屏蔽膜 • 43及用於〇PB之該光屏蔽膜46係形成於同—高度，則該像 ，間光屏蔽膜43靠近於該等晶載彩色濾光器41。此條^提 φ ^穿越該等晶載彩色濾光器41之傾斜光之-像素間屏蔽效 應，從而抑制彩色混合。另外，在諸晶載彩色渡光器彻 成時，較不可能發生-基極不平之情況，因此在該等晶載 彩色濾光器41中不會發生水平之差異。此外，該等光二極 體PD與該等晶載透鏡42之間之距離短於二者在圖4A所緣 示之該第-實例中之距離，其有效提高對該等光二極體叩 之光聚焦效率。 在用於製造該固態、成像器件之該方法之該第二實例中， ❿形成用於OPB之該光屏蔽膜46，隨後形成該像素間光屏蔽 膜43。使用此方法，一用於〇pB之光屏蔽材料未餘留於該 像素間光屏蔽膜43之諸階狀部分之諸側壁上，其防止不良 之靈敏度。此係因^，由於用於〇pB之該光屏蔽膜46具有 沣糙圖案□而在用於〇pB之該光屏蔽膜^在該像素間 光屏蔽膜43之前形成時，較不可能產生由一細緻圖案所形 成之諸階狀部分’因而可方便地移除餘留於用於OPB之該 光屏蔽膜46之該階狀部分之該側壁上之該像素間光屏蔽族 43材料。 141178.doc -21 - 201027727 另一方面，若先形成該像素間光屏蔽膜43，隨後形成用 於OPB之該光屏蔽膜46，則在該等各自像素中之該像素間 光屏蔽膜43上產生小的諸階狀部分，因而很難完全移除之 後所形成之用於OPB之該光屏蔽材料。若用於qpb之今_光 屏蔽膜46材料餘留於該像素間光屏蔽膜43之一階狀部分 上，則相應像素之靈敏度變為不良。 第二實施例 固態成像器件之例示性組態 圖6繪示一根據一本發明之第二實施例之固態成像器件 5 1。根據此實施例之該固態成像器件5丨應由於該背照式 CMOS固態成像器件。圖6繪示該像素單元3之該有效像素 部分3A之一主要部分。在圖6中’如同圖1，該矽部分22之 被入射光L照射之一表面係该背表面22B，而相對面係該前 表面22A » 在根據該第二實施例之固體成像器件51中，該層間絕緣 膜40係形成於該矽部分22之該背表面22B之上，該非導電 性像素間光屏蔽膜43係形成於該層間絕緣膜4〇之上，且該 等載彩色滤光41係直接地形成於未被平坦化之該像素 間光屏蔽膜43之上。該等晶載透鏡42係形成於該等晶載彩 色遽光器41之上。雖然未繪示’但是用於opB之該導電性 光屏蔽膜46係形成於該OPB部分3B。 在該第二實施例中，若在該有效像素部分3A與該〇pB部 分3B之間存在一階狀部分，則無法在其上順利地施用—彩 色濾光器阻擋，因而在該等晶載彩色濾光器4丨形成期間， 141178.doc -22- 201027727 可月b發生被稱作輝紋之不規則應用。出於此原因，該像素 間光屏蔽膜43如圖4B所繪示應與用於opb之該光屏蔽膜46 係形成於同一高度，而非形成於該OPB部分3b中。在此情 況下’該等晶載彩色濾光器41及該像素間光屏蔽膜43係靠 近彼此，其提高（尤其是）傾斜光之像素間光屏蔽能力。 除上述幾點之外，組態係與上文參考圖2所描述之組態 相同’因此與圖2中相應之該等部分均由該等相同之參考 數字代表，且省略諸重複描述。 在根據該第二實施例之該固態成像器件5 j中，該像素間 光屏蔽膜43係由一半導體所構成，因此該像素間光屏蔽膜 43所吸收對該像素間光屏蔽膜43所施用之光，且該光之反 射得到抑制。在該像素間光屏蔽膜43中，一靜電屏蔽效應 亦得到抑制。因此，如同該第一實施例，可防止彩色混 合’即便使用較小尺寸之諸像素’亦可提高靈敏度並降低 諸錯誤信號。 在該背照式固態成像器件中，根據此實施例之該組態 (其中該像素間光屏蔽膜43係由一非導體所構成）有效。在 一前照式CMOS固態成像器件中，藉由使用一非導體形成 該像素間光屏蔽膜毫無意義。此係因為在該前照式類型 中，光穿過一佈線層（當然由一導體所構成）射入。因此， 即便最上層上之該像素間光屏蔽膜係由一半導體所構成， 靜電屏蔽亦發生於置於其下之該佈線層。另外，在該前照 式類型中，該像素間光屏蔽膜在許多情況下亦用作為一包 含一電源線之佈線層。 141178.doc -23- 201027727 第三實施例 固態成像器件之例示性組態 一根據一本發明之實施例之固態成像器件可應用於一 CCD固態成像器件。雖然、未緣示，但是該CCD固態成像器 件包含複數個光接收單元、一對應於該等各自光接收單元 之諸行的CCD結構垂直轉移暫存器、一 CCD結構水平轉移 暫存器及一輸出單元。該等光接收單元包含形成於一半導 體基板作為諸光電轉換元件的諸光二極體。藉由經由一閘 極絕緣膜按電荷轉移方向將複數個轉移電極排列於一同頻 區來形成該等垂直及水平轉移暫存器。每一光接收單元與 該垂直轉移暫存器中對應於該光接收單元之該轉移電極組 成一單元像素。 一像素單元包含一有效像素部分及一偵測一黑色位準之 OPB部分。一像素間光屏蔽膜係以一格柵圖案形成於該有 效像素部分及該OPB部分上方’而一用於OPB之光屏蔽膜 則係形成於該整個OPB部分上方。在該光屏蔽膜上方，經 由一平坦化膜形成諸晶載彩色濾光器及諸晶載彩色透鏡。 在此實施例中，該像素間光屏蔽膜係由上述非導體所構 成，而用於OPB之該光屏蔽膜則由一導體（例如，一金屬 膜）所構成。該像素間光屏蔽膜及用於OPB之該光屏蔽膜之 該等組態可為圖4A及圖4B所繪示之組態。 在根據該第三實施例之該固態成像器件中，即在該CCD 固態成像器件中，該像素間光屏蔽膜係由—半導體所構 成’因此該像素間光屏蔽膜吸收施加於該像素間光屏蔽膜 141178.doc •24· 201027727 之光，且抑制該光之反射。此外，抑制該像素間光屏蔽膜 中之一靜電屏蔽效應。因此，如同第一實施例，可防止彩 色混合，即便使用較小尺寸之諸像素，亦可提高靈敏度， 並可減少諸錯誤信號。 第四實施例 電子裝置之例示性組態 根據本發明之該等上述實施例之該固態成像器件可應用 @ 於諸電子裝置’例如一包含一固態成像器件之相機、一配 備一相機之行動裝置及其他包含一固態成像器件之裝置。 根據此實施例之該電子裝置作為一基本組態包含一固態 成像器件、一用於將入射光引至該固態成像器件之光學系 統’及一用於處理該固態成像器件之諸輸出信號之信號處 理電路。根據該等上述實施例，將該等固態成像器件之任 何者用作為該固態成像器件。 圖7緣示一實施例，其中將該固態成像器件應用於一相 φ 機’該相機係一根據此實施例之該電子裝置之實例。一根 據此實施例之相機61包含一光學透鏡組（光學系統）62、一 固態成像器件63、一DSP(數位信號處理器）64、一訊框記 憶體65、一 CPU(中央處理單元）66、一顯示器件67、一記 錄器件68、一操作系統69，及一電源系統70。在此等器件 中，該DSP 64、該訊框記憶體65、該CPU 66、該顯示器件 67、該記錄器件68、該操作系統69，及該電源系統70連接 於一共同匯流排線71。 該光學透鏡組62將影像光（入射光）從一實體引至該固態 H1178.doc •25· 201027727 成像器件63之-成像表面（像素陣列單元：像素單元）。根 據該等上述實施例之該等固態成像器件之任何者應用於該 像素成像器件63。該固態成像器件63將藉由該光學透鏡組 62聚焦於該成像表面之影像光轉化為諸像素之諸單元内之 諸電子信號。該DSP 64控制該固態成像器件〇，接收來自 其中之諸信號’並產生諸影像信號。該訊框記憶體“係一 暫時儲存該DSP 64中處理之諸影像信號之記憶體。 該顯示器件67將諸影像信號輸出作為該Dsp㈠之一處理 結果顯示。該記錄器件68將該等影像信號記錄於一磁帶、 一磁碟、一光碟或類似物。該操作系統69用於操作該相 機。該電源系統70供應電力以驅動該固態成像器件〇。該 CPU 66控制該等器件之操作。 在根據本發明之此實施例之該固態成像器件63中，一具 有一規則圖案之像素間光屏蔽膜之反射係數很低，其減少 由於該像素間光屏蔽膜所反射之光在該光學透鏡組62上之 投射及該經發射之光之干擾所發生之諸規則錯誤影像。根 據此實施例之該固態成像器件63係高度靈敏，因此該Dsp 64能夠產生具有經減少雜訊之諸影像信號。 根據此實施例之該電子裝置可為一包含經模組化之該光 學系統62、§亥固態成像器件63、該DPS 64、該CPU 66、該 訊框記憶體65及該電源系統70之相機模組形式。 此實施例可組成一以一行動電話為代表、包含該相機模 組之配備相機之行動裝置。 此外’根據該實施例之該電子裝置可由一具有該上述模 141178.doc -26- 201027727 組化成像功能之模組(-所謂成像功能模組)組成。此實施 例可组成一包含該成像功能模組之電子裝置。 根據該第四實施例，在該電子裝置（例如，該相機川 中’即便在該固態成像器件中使用尺寸較小之諸像素，亦 可提高靈敏度及抑制諸錯誤信號，並因此可提供一微型化 之南品質電子裝置。
本申請案含有與於2_㈣月31日在日本專利局申請之 日本優先專财請㈣靡㈣物所揭示内容相關之標 的，該專利中請之完整内容以引用的方式併人本文中。 熟習該技術者應瞭解，依據諸設計要求及其他諸因素， 只要在該等附加申請或其中之該等等效物之範圍内，即可 發生各種修改、組合、次組合及變化。 【圖式簡單說明】 圖1繪示一根據一本發明之實施例之固態成像器件之一 示意組態； 。圖2繪示一根據一本發明之第一實施例之CMOS固態成像 器件之一主要部分之一組態； 圖3繪不一根據—本發明之實施例之非導電性像素間光 屏蔽膜之一平面圖； 圖4A及圖4B繪示根據一本發明之實施例之—像素間光 屏蔽膜及一用於OPB之光屏蔽膜之諸組態之諸實例. 圖5A至圖5E係繪示一根據一本發明之實施例形成一像 素間光屏蔽膜及一用於OPB之光屏蔽膜之—程序的諸橫截 面圖； 141178.doc -27· 201027727 圖6繪示—根據一本發明之第二實施例之CMOS固態成像 器件之一主要部分之一組態； 圖7'續·示一根據一本發明之第四實施例用作為一電子裝 置之相機之一示意組態； 圖8*♦示一根據一相關技術之CMOS固態成像器件之一實 例之一主要部分之一組態； 圖示圖8所繪示之區域a之一放大橫截面圖；及 圖10繪示一根據一相關技術之CMOS固態成像器件之另 一實例之一主要部分之一組態。 【主要元件符號說明】 1 固態成像器件 2 像素 3 像素單元 3A 有效像素部分 3B 光學黑色部分 4 垂直驅動電路 5 行信號處理電路 6 水平驅動電路 7 輸出電路 8 控制電路 9 垂直信號線 10 水平信號線 12 輸入/輸出端 21 固態成像器件 141178.doc 201027727 參 參 22 矽部分 22A 前表面 22B 背表面 23 P型半導體區 24 η型半導體區 25 η-半導體區 27 源極/沒極區 28 源極/没極區 29 源極/波極區 30 Ρ型半導體區 31 閘極電極 32 閘極電極 34 像素間光屏蔽膜 35 佈線層 36 多重佈線層 37 支樓基板 38 接合層 40 層間絕緣膜 41 晶載彩色濾光器 42 晶載透鏡 43 像素間光屏蔽膜 43a 側壁 45 開口 46 用於ΟΡΒ之光屏蔽膜 141178.doc -29- 201027727 51 固態成像器件 61 相機 62 光學透鏡組 63 固態成像器件 64 DSP(數位信號處理器） 65 訊框記憶體 66 CPU(中央處理單元） 67 顯示器件 68 記錄器件 69 操作系統 70 電源系統 71 匯流排 111 背照式CMOS固態成像器件 112 矽部分 112A 前表面 112B 背表面 113 P型半導體區 114 η型半導體區 115 η-半導體區 117 π型源極/ >及極區 118 η型源極/没極區 119 η型源極/没極區 121 閘極電極 122 閘極電極 141178.doc -30- 201027727 124 125 126 127 128 129 ' 130 131 參 132 133 141 142 143 144 145 401 ❿ 402
403 A B D L
Trl
Tr2 層間絕緣膜 佈線層 多重佈線層 支撐基板 接合層 P型半導體區 層間絕緣膜 晶載彩色濾光器 晶載透鏡 像素 光屏蔽金屬 二氧化矽膜 氮化矽膜 平坦化膜 有機平坦化層 第一層間絕緣膜 第二層間絕緣膜 第三層間絕緣膜 區域A 區域B 像素尺寸 入射光 像素電晶體 像素電晶體 開口寬度 141178.doc -31 -

Claims (1)

  1. 201027727 七、申請專利範圍： 1. 一種固態成像器件，其包括： -有效像素部分’其中排列包含諸光電轉換元件之複 數個像素；及 非導電性像素間光屏蔽膜，其係置於該有效像素部 刀中，並且屏蔽該等像素之間之諸區域。 2·如請求項1之固態成像器件， 八中該有效像素部分包含包含該等光電轉換元件及像 素電BB體之該等像素，及一置於該等像素上方之導電性 佈線層，及 八中以來自與該佈線層相對之一側之入射光照射該等 光電轉換元件。 3.如請求項1之固態成像器件， 其中該等像素之一開口寬度為3 μΓη或更小。 4·如請求項丨之固態成像器件， • 其中該像素間光屏蔽膜包含一非晶矽膜、一多晶矽 膜、一鍺膜、一氮化鎵膜、一碲化鎘膜、一砷化鎵膜、 一磷化銦膜、一非導電性結構之碳膜、一黑色光阻膜及 一有機光電轉換膜之任一者。 5.如請求項1之固態成像器件，進一步包括： 一光學黑色部分’ 一導電性光屏蔽膜係置於該光學黑 色部分中， 其中該光學黑色部分中之該導電性光屏蔽膜係形成於 該非導電性像素間光屏蔽膜上方。 141178.doc 201027727 6·如請求項1之固態成像器件，進一步包括： 一光學黑色部分’ 一導電性光屏蔽膜係置於該光學黑 色部分中， 其中該非導電性像素間光屏蔽膜與該導電性光屏蔽膜 係形成於同一高度。 7·如請求項1之固態成像器件，進一步包括： 一絕緣膜；及 形成於該絕緣膜上之諸彩色濾光器， 其中該非導電性像素間光屏蔽膜係形成於該絕緣膜 中。 8.如請求項〗之固態成像器件，進一步包括： 諸彩色濾光器’其等與該非導電性像素間光屏蔽膜接 觸， 其中該非導電性像素間光屏蔽膜係形成於一絕緣膜 9. 種用於製4 —固態成像器件之方法，該方法包括下列 步驟： 於-有效像素部分及一光學黑色部分上方形纟一非導 電性像素間光屏蔽膜；及 在形成該非導電性像素間光屏蔽膜之 色部分中，於該像素間光屏蔽膜上方形成4電t:; 蔽膜。 該方法包括下列 1 〇. —種用於製造一固態成像器件之方法 步驟： 141178.doc 201027727 在光學黑色部分中形成一導電性光屏蔽膜；及 成〜導電性光屏蔽膜之後，，於一有效像素部分中 与導電性像素間光屏蔽膜，該導電性光屏蔽膜與 l非導電性像素間光屏蔽膜係位於同一高度。 • U.==求項9或請求項10之方法，其中該像素間光屏蔽膜 非日日碎膜、一多晶石夕膜、一錯膜、一氮化嫁膜、 -碲化鎘膜、一砷化鎵膜、一磷化銦膜、一非導電性結 構之炭膜、一黑色光阻膜及一有機光電轉換膜之任一 者。 12. —種電子裝置，其包括： 一固態成像器件； 一光學系統，其經組態以將入射光引至該固態成像器 件；及 一信號處理電路，其經組態以處理該固態成像器件之 諸輸出信號， # 丨中該固態成像器件包含-於其中排列包含諸光電轉 換元件之複數個像素的有效像素部分及一置於該有效像 素部分並且屏蔽該等像素之間之諸區域的非導電性像素 間光屏蔽膜。 ' 13,如請求項12之電子裝置， 其中該固態成像器件之該有效像素部分包含： 包含該等光電轉換元件及像素電晶體之該等像素；及 一置於該等像素上方之導電性佈線層，及 其中 以來自於該佈線層相對之—側 之入射光照射該等 141178.doc 201027727 光電轉換元件。 14.如請求項12之電子裝置， 其中該固態成像器件中之該像素間光屏蔽膜包含— 晶矽膜、一多晶矽膜、一鍺膜、一氮化鎵臈、—碲化^ 膜、一砷化鎵膜、一磷化銦膜、一非導電性結構之碳 膜、一黑色光阻膜及一有機光電轉換膜之任一者。 15.如請求項12之電子裝置， 其中該固態成像器件包含一光學黑色部分，一導電性 光屏蔽膜係置於該光學黑色部分中。 141178.doc -4^
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