TWI244757B - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

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Description

1244757 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體裝置，例如一固態成像裝置 ，其可使用在例如相機之影像輸入裝置中，且具有一層間 透鏡在相關於光電轉換部份的位置上，和製該半導體裝置 之製造方法。 【先前技術】 此一固態影像感應裝置包括、例如、一電荷耦合裝置 影像感應器（以下簡稱爲CCD )，和互補金屬氧化半導體 (CMOS )影像感應器等。這些固態影像感應裝置使用在 各種應用中、例如、數位相機，視頻相機，整合相機的行 動電話，掃瞄器，和傳真機等。由於使用此種固態影像感 應裝置的裝置已廣泛的使用，不只在於改善功能和效能、 例如、增加圖素數目、和增強光接收靈敏度方面，且在於 裝置之小型化和降低成本方面，皆有著強烈的需要。 由於固態影像感應裝置變成愈小且圖素數目增加而且 需保持低成本，每一圖素得尺寸變成愈來愈小。當圖素尺 寸降低時，光接收靈敏度，其爲固態影像感應裝置之一基 本特性’會受到破壞。因此，難以獲得具有低亮度的生動 影像圖像。因此，如何改善每一圖素的光接收靈敏度乃爲 一待解決的重要挑戰。 關於改善固態影像感應裝置的光接收靈敏度的方法方 面，日本公開異議案第2 94 5 44〇號揭示以一有機高聚合物 (2) 1244757 材料形成一微透鏡在一濾色器上的方法◦再者，曰本 專利案第1 1 -4 0 7 8 7號揭示一種用以形成所謂的層間 在一疊層構造內側在一濾色器下方和在介於光接收部 濾色器間的方法，如圖4所示。 如圖4所示，習知的固態影像感應裝置包括一光 換部份（光接收部份）22，一讀出閘極部份23，一 傳送通道24，和一通道阻止器25，其整體一起形成 素在一^半導體基底21的表面上° 一傳送電極27經由一絕緣膜26形成在CCD傳 道24上。一遮光膜29經由一層間絕緣膜28而形成 送電極27上。以硼-磷-矽石玻璃（BPSG)等形成的 平坦膜3 0和以氮化矽膜等形成的層間透鏡3 1乃形成 光膜29上。而後，以第二平坦膜32使一表面平坦。 紅綠藍（RGB )的濾色器33形成在第二平坦膜32上 微透鏡35經由一保護膜34而形成在濾色器33上以 位於光電轉換部份22上方。 另一個改善固態影像感應裝置的光接收靈敏度的 爲：日本公開專利案第2 00卜6067 8號，其揭示一具 變折射率的微透鏡，該微透鏡具有根據所施加的電壓 變折射率的特性（普克爾斯效應、pockelse effect ) 電效應）。 當固態影像感應裝置整合在一視頻相機上時，提 視頻相機側上的第f個透鏡根據發光條件而改變以使 適當的曝光。因此，經由視頻相機的透鏡而入射在固 公開 透鏡 份和 電轉 CCD -圖 送通 在傳 第一 在遮 結合 〇 -* 使其 方法 有可 而改 (光 供在 具有 態影 -5- (3) (3)1244757 像感應裝置上的光具有一由視頻相機的透鏡的膜片所改變 的角度。入射在固態影像感應裝置上的光不只是準直光， 且是對角光。因此，電極提供在微透鏡或層間透鏡上或下 方，因此，依照視頻相機的透鏡的膜片，入射光始終接收 在一光電轉換部份上。微透鏡或層間透鏡的折射率藉由施 加一電壓至微透鏡或層間透鏡而可彈性改變。在此例中， 使用於微透鏡或層間透鏡的材料爲以電光陶瓷（例如、 PLZT、LiNb03)形成的折射率可變層。PLZT爲一壓電材 料，其爲一鉛鈦鹽-鉛鉻鹽固態溶液（PbTi03-PbZr03)其 中一部份的Pb以La取代。 以下說明一般形成層間透鏡3 1的方法。 首先，如圖5A所示，預定雜質離子注入半導體基底 2 1以形成一光電轉換部份2 2，一讀出閘極部份2 3，一 CCD傳送部份24，和一通道阻止器25。 而後，一絕緣膜2 6形成在半導體基底2 1的表面上。 具有預定圖型的傳送電極2 7以達3 0 0 n m的厚度形成在絕 緣膜26上。一遮光膜29經由一層間絕緣膜28而形成 200nm厚的膜在傳送電極27上。該遮光膜29覆蓋傳送電 極27且具有一開口在光電轉換部份22上方。 其次，如圖5 B所示’具有預定磷濃度和硼濃度的 B P S G膜乃以正常壓力化學蒸氣沉積（C V D )法沉積約 600nm厚的膜在遮光膜29上。而後，在90(TC或更高溫度 的軟熔下，形成第一平坦膜3 0。 而後，如圖5C所示，以電漿CVD法形成厚度爲 (4) (4)1244757 1 2 Ο 0 n m的氮化矽膜3 6在第一平坦膜3 0上。爲了從上述 折射率可變材料形成微透鏡或層間透鏡，以（P b，l a )( Z r，T i ) Ο 3爲靶，在氣體源和流速爲A r : 1 Ο 0 s c c m和Ο 3 :1 0 seem之條件下執行濺鍍以形成PLZT膜。以下說明形 成氮化矽膜的例子。 如圖5 D所示，一正抗蝕劑施加在氮化矽膜3 6上。執 行圖型化以獲得所需的層間透鏡3 1。而後，在例如約1 6 0 °C的軟熔下，可產生具有透鏡形狀的抗蝕劑圖型3 7。 而後，如圖5 E所示，抗鈾劑圖型3 7的透鏡形狀藉由 執行以強烈各向異性的乾蝕刻而轉換到氮化矽膜3 6，以形 成層間透鏡3 1。 爲了改善層間透鏡3 1的聚光率，形成第二平坦膜3 2 以使一表面平坦，如圖4所示。第二平坦膜3 2以具有低 折射率的材料製成且覆蓋層間透鏡3 1。而後，形成濾色器 33，保護膜34，和微透鏡35以產生習知的CCD型固態影 像感應裝置。 上述用以形成層間透鏡的方法會有下列的問題1至3 〇 1 ·形成當成層間透鏡3 1的氮化矽膜3 6 —般乃藉由使 用正常壓力CVD裝置或電漿CVD裝置形成。當氮化矽膜 3 6形成膜厚爲1 Ο Ο Ο n m或更高時，此膜會遭受到因爲膜應 力而來的塑膠形變。如此會造成膜的龜裂或剝離。再者， 膜形成溫度爲2 0 0 °C或更高。在一晶圓的平面內的膜厚度 均勻性並不高。由於高溫或膜應力，在下層元件上有不良 -7- 1244757 的影響，或是層間透鏡的膜厚度變成不均勻。如此會造成 固態影響感應裝置的圖像品質受到破壞。 2 .形成在氮化矽膜3 6上的層間透鏡3 1的折射率至多 爲約2.0 °例如，當形成膜時增加氧含量下，此化合物變 成SiON且折射率降低至約K5。當視頻相機的尺寸降低時 ’需要改善聚光率（從整體入射光進入光電轉換部份的光 量百分比）和降低從影像感應裝置至光電轉換部份的距離 以支持一短瞳位置透鏡。爲了達成上述說明，必須使微透 鏡，濾色器，和層間透鏡變成更薄。爲了改善聚光率並使 層間透鏡更薄，層間透鏡的折射率必須增加。如果氮化矽 膜以習知CVD法形成時，極難形成具有高均勻性且折射 率爲2.0或更高的透明膜。 3.當藉由以如PLZT，LiNb03等電光陶瓷以濺鍍方法 製成的折射率可變材料而形成一折射率可變微透鏡或層間 透鏡時，需要形成透明電極在透鏡上方和下方，和處理用 於電壓應用的接線。如此會造成處理步驟變成相當複雜和 生產成本增加。再者，當此一折射率可變微透鏡安裝在一 固態影像感應裝置中時，在施加電壓下保持透明率和不產 生機械扭曲的條件下，透鏡的折射率可在約2.2至2 · 6的 範圍內改變。因此，相較於根據相機透鏡的膜片而使折射 率可變下，有鑒於效能和成本下，較佳的是設計用於視頻 相機的每一應用的微透鏡或層間透鏡的厚度、形狀、和折 射率等，以使當透鏡的膜片開啓時，對角光可有效的進入 光電轉換部份，以配合固態影像感應裝置所欲安裝的視頻 -8 - (6) (6)1244757 相機的設計，和生產此一微透鏡和層間透鏡。 【發明內容】 依照本發明的一觀點，本發明提供一種半導體裝置， 包含形成在一半導體基底上的一光電轉換部份，提供在該 光電轉換部份上的第一透明膜，和提供在第一透明膜上， 在相關於該光電轉換部份的位置上的一層間透鏡，其中： 該層間透鏡具有比第一透明膜高的折射率，和以兩或多種 化合物之薄膜多層構造形成的第二透明膜的上和下表面至 少之一形成有突出形狀。 在本發明的一實施例中，第二透明膜包括選自金屬化 合物和矽化合物的兩或多種化合物。 依照本發明的一觀點，本發明提供一種半導體裝置， 包含形成在一半導體基底上的一光電轉換部份，提供在該 光電轉換部份上的第一透明膜，和提供在第一透明膜上， 在相關於該光電轉換部份的位置上的一層間透鏡，其中： 該層間透鏡具有比第一透明膜高的折射率，和以濺鍍方法 形成的第二透明膜的上和下表面至少之一形成有突出形狀 〇 在本發明的一實施例中，第二透明膜包括選自金屬化 合物和矽化合物的兩或多種化合物。 在本發明的一實施例中，第二透明膜包括兩或多種化 合物。 在本發明的一實施例中，第二透明膜爲兩或多種化合 -9- (7) (7)1244757 物的薄膜多層構造。 在本發明的一實施例中，第二透明膜爲一薄膜多層構 造，其中氧化鈦層和氮化矽層交替的層疊。 在本發明的一實施例中，第二透明膜爲一薄膜多層構 造，其中氧化鈦層和氧化矽層交替的層疊。 在本發明的一實施例中，由於在光電轉換部份上的一 凹陷部份，第一透明膜具有一凹陷部份在一上表面，和該 層間透鏡以嵌合在上表面上的凹陷部份中的第二透明膜形 成以形成一突起在第二透明膜的一下表面上。 在本發明的一實施例中，具有比第二透明膜低的折射 率的第三透明膜形成在第二透明膜上。 在本發明的一實施例中，一微透鏡形成在第三透明膜 上方。 在本發明的一實施例中，第二透明膜爲一薄膜多層構 造，其中氧化鈦層和氮化矽層交替的層疊。 在本發明的一實施例中，第二透明膜爲一薄膜多層構 造，其中氧化鈦層和氧化矽層交替的層疊。 在本發明的一實施例中，由於在光電轉換部份上的一 凹陷部份，第一透明膜具有一凹陷部份在一上表面，和該 層間透鏡以嵌合在上表面上的凹陷部份中的第二透明膜形 成以形成一突起在第二透明膜的一下表面上。 在本發明的一實施例中，具有比第二透明膜低的折射 率的第三透明膜形成在第二透明膜上。 在本發明的一實施例中，一微透鏡形成在第三透明膜 -10- (8) (8)1244757 上方。 依照本發明的一觀點，本發明提供一種半導體裝置的 製造方法’包含的步驟爲：形成第一透明膜在一半導體基 底上，該半導體基底提供有一光電轉換部份；以兩或多種 化合物之薄膜多層構造形成第二透明膜在第一透明膜上， 該第二透明膜的折射率大於第一透明膜的折射率；和產生 一層間透鏡以形成一突起在第一透明膜上的第二透明膜的 上和下表面至少之一上，在相關於光電轉換部份的位置上 〇 依照本發明的一觀點，本發明提供一種半導體裝置的 製造方法，包含的步驟爲：形成第一透明膜在一半導體基 底上，該半導體基底提供有一光電轉換部份；以濺鍍方法 形成第二透明膜在第一透明膜上，該第二透明膜的折射率 大於第一透明膜的折射率；和產生一層間透鏡以形成一突 起在第一透明膜上的第二透明膜的上和下表面至少之一上 ，在相關於光電轉換部份的位置上。 在本發明的一實施例中，形成第二透明膜的步驟乃藉 由同時濺鍍兩或多種化合物以形成第二透明膜。 在本發明的一實施例中，形成第二透明膜的步驟乃藉 由循序的或重覆的層疊兩或多種化合物的薄膜以使具有--薄膜多層構造以形成第二透明膜。 以下說明由上述構造所產生本發明的效果。 依照本發明，以兩或多種化合物之薄膜多層構造形成 的第二透明膜的上和下表面至少之一形成有突出形狀。如 -11 - (9) (9)1244757 此使得形成當成層間透鏡的第二透明膜具有之膜厚度顯著 小於1 〇〇 Onm。因此，可抑制在膜中由一膜應力所引起的 龜裂或剝離。藉由循序的疊層兩或多種化合物之薄膜以使 第二透明膜具有薄膜多層構造，第二透明膜的折射率可依 照裝置所需效能而任意改變成所欲折射率。由於在層間透 鏡表面上的反射可降低，相較於單層，可改善在薄膜多層 構造中的聚光率。 替代的，第一透明膜形成在提供有至少光電轉換部份 的半導體基底上，和第二透明膜以濺鍍方法形成在第一透 明膜上。而後，第二透明膜的上和下表面至少之一形成在 光電轉換部份上，以使具有一透鏡形狀的突起，以形成該 層間透鏡。 相較於CVD法，濺鍍法可以在一較低溫度下成長一 膜，和在晶圓的平面內提供具有良好膜厚度均勻性的第二 透明膜。因此，可防止因爲在下層元件上的高溫和膜應力 或在層間透鏡之膜厚度不均勻而造成的不良影響。 第二透明膜可爲一具有選自金屬化合物和矽化合物之 所欲折射率的薄膜。替代的，藉由同時濺鍍兩或多種化合 物，或替代的，疊層兩或多種化合物薄膜，可改變折射率 。於此可使用包括氧化鈦層和氮化矽層的薄膜多層構造交 替的疊層，或包括氧化鈦層和氧化矽層的薄膜多層構造交 替的疊層。此一薄膜多層構造可鬆緩膜應力並防止一龜裂 或剝離。藉由降低在層間透鏡表面上的反射，相較於單層 構造，此薄膜多層構造亦可改善聚光率。相較於C V D法 -12- (10) 1244757 ，此濺鍍方法具有良好的膜厚度可控制性。 高可控制性產生一薄膜多層構造。 層間透鏡的突起可以蝕刻等在第二透明 處理以向上突起。替代的，藉由因爲在第一 突起和凹陷而造成在上表面凹陷部份，層間 可形成在第二透明膜的下表面上以向下突起 藉由提供具有比第二透明膜低的折射率 在第二透明膜上，表面可平坦化。藉由形成 透明膜上，可進一步改善聚光效率。 依照本發明，以兩或多種化合物之薄膜 的第二透明膜的上和下表面至少之一形成有 第二透明膜以濺鍍方法形成，而一突起提供 的上和下表面至少之一上，在光電轉換部份 間透鏡。 因此’本發明於此所述可達成的優點爲 體裝置，如固態成像裝置，其中所欲的折射 所需的效能而設計，而不會引起層間透鏡的 且其具有高均勻層間透鏡，而該層間透鏡具 率以及高品質和高效能，和提供該半導體裝 〇 由下述之說明伴隨附圖之解說，其中本 施例以說明例顯示，可更加明瞭本發明之上 ，特徵，和優點。 因此，可以一 膜的上表面上 透明膜下方的 透鏡的突起亦 〇 的第三透明膜 微透鏡在第二 多層構造形成 突出形狀，或 在第二透明膜 上，以形成層 提供一種半導 率可依照裝置 龜裂或剝離， 有所欲的折射 置的製造方法 發明之較佳實 述和其它目的 (11) (11)1244757 【實施方式】 以下說明依照本發明的半導體裝置和其製造方法的貫 施例。在下述說明中，本發明的實施例以一固態影像感應 裝置和其製造方法說明。但是’依照本發明的半導體裝置 並非只包括所謂的固態影像感應裝置，例如，其亦可包括 CCD影像感應器，CMOS影像感應器，CMD，電荷注入裝 置，雙極影像感應器，光導膜影像感應器，疊層型CCD 影像感應器，紅外線影像感應器，且包括在各種裝置中可 使用當成光接收部份或光發射部份的任何裝置’如在用於 半導體積體電路的製造方法中產生的光接收部份，如發光 二極體的發光裝置，和如液晶面板的光透射控制裝置等。 在依照本發明的半導體裝置中，第一透明膜形成在一 半導體基底上。至少一光電轉換部份提供在半導體基底上 。第二透明膜以濺鍍法形成在第一透明膜上。相較於第一 透明膜，第二透明膜具有一較高的折射率。一突起形成在 光電轉換部份上方的第二透明膜的上和下表面至少之一上 。一層間透鏡亦如上所述形成。 此半導體基底爲通常使用於產生一半導體裝置的基底 而無特別的限制。例如，可使用以如矽、鍺形成的半導體 基底或以如 SiC、GaAs、AlGaAs等的化合物半導體基底 。特別的，較佳的爲使用矽基底。此半導體基底通常會摻 雜以η型或p型雜質。此半導體基底可進一步包括一或多 個η型或ρ型井區。 在半導體基底表面上，除了光電轉換部份外（光發射 -14 - (12) (12)1244757 部份或光接收部份），包含高濃度η型或p型雜質的區可 形成當成電荷傳送區、分離區、接觸區、和通道阻止區等 。再者，於此亦可結合其它的半導體裝置或電路。 光電轉換部份可爲一光發射部份或光接收部份。光接 收部份之例包括形成在半導體基底表面上的pn接面二極 體。關於pn接面二極體方面，可依照半導體裝置所需效 能而適當的設定形成在半導體基底表面上的p型或η型雜 質層的數目和雜質層的雜質濃度。 光發射部份之例包括發光二極體。光電轉換部份可以 已知的方法形成在半導體基底表面上。此種已知方法的例 子包括以光微影或蝕刻法形成在半導體基底之所需區域上 具有開口的光罩，和藉由使用該光罩而將離子注入半導體 基底的方法。 例如，在CCD中，一傳送電極通常經由一絕緣膜而 形成在介於光電轉換部份間的半導體基底上。一遮光膜經 由該層間絕緣膜而形成在傳送電極上。傳送電極可以使用 任何可使用當成電極的材料製成，如非晶矽和矽化鎢等。 傳送電極的膜厚度並無特別的限制，且例如約爲3 〇 〇至 6 0 Onm。遮光膜的膜厚度並無特別的限制，只要該遮光膜 以具有厚度足以實質完全阻擋可見光和紅外線的材料形成 即可。此種膜例如包括金屬膜形成的膜，膜厚度約爲100 至1 0 0 Onm的合金膜如矽化鎢、鈦化鎢。絕緣膜和層間絕 緣膜可以通常使用的材料製成。此種膜之例包括電漿四乙 氧基砂（TEOS )膜、低溫氧化（LTO )膜、高溫氧化（ -15- (13) 1244757 ΗΤΟ )膜、以CVD法形成的非摻雜矽石玻璃（NGS )膜、 以旋塗法形成和應用的玻璃上旋塗（S Ο G )膜、或以C v d 法形成的氮化矽膜等單層膜；和多數上述膜的疊層膜。絕 緣膜，層間絕緣膜，透明電極，和遮光膜的厚度可爲界定 突起的厚度和形狀的因素之一，當形成在這些膜上的層間 透鏡的突起向下突出時。因此，有鑒於後述第一透明膜之 材料和厚度等，較佳的是，整體膜厚度調整成約5 00至 2 0 0 〇 n m 〇 由於存在於膜下方的突起或凹陷部份，如一傳送電極 和一遮光fl吴等’弟一透明Θ吴在光電轉換部份上的上表面具 有一凹陷部份。此上表面並非必須具有一凹陷部份，而其 亦可是平坦的。較佳的是，第一透明膜根據其材料和膜厚 度而具有約80至1〇〇%的光透射率。第一透明膜的材料可 爲如上述絕緣膜般的單層膜或疊層膜。特別的，BPSG尤 佳。此膜厚度可爲例如約1 〇 〇至2 0 0 0 n m。較佳的是，在 第一透明膜上表面上的凹陷部份的形狀和深度可適當的調 整’因爲虽形成在其上的層間透鏡的突起向下突出時，I 爲界定突起的厚度和形狀的因素之一。 絕緣膜，層間絕緣膜，傳送電極，遮光膜，和第一透 明膜可藉由適當的選擇在此技藝中已知的方法而形成，如 各種CVD法如濺鍍法、降壓CVD法、正常cVD法、和電 發C V D法’旋塗法，真空沉積法，和£ b法等。 第一透明膜以濺鍍法形成。當第一透明膜因爲在膜下 方的突起或凹陷部份而在光電轉換部份上方的上表面上具 -16- (14) (14)1244757 有一凹陷部份時，一突起形成在第二透明膜的下表面上， 且形成一向下圖出的間層◦替代的，第二透明膜的上表面 亦可爲凹陷，和一突起可以例如乾蝕刻法形成以形成向上 突出的層間透鏡。第二透明膜可在上表面和下表面上同時 具有突起。 第二透明膜必須具有比第一透明膜高的折射率。第二 透明膜可以爲金屬化合物或矽化物，如Ti02 (折射率：2.2 )，Ta02 (折射率：2.2 ) ，Zr02 (折射率：2.2 )， IT0[In203 -Sn02](折射率：2.1 ) ，IZO[In2〇3-Zn02](折 射率：2.0) ，Sb203 (折射率：2.2) ^ PZT ( PbZr〇.5Ti〇 5〇3 (折射率：2.6 ) ，SrTi03 (折射率：2.4 ) ，A1203 (折射 率：1.7) ，Si3N4(折射率：2.0) ，SiON(折射率：1.8) ，和Si 02 (折射率：1.5 )等。一薄膜可以具有所需折射率 的上述金屬化合物和矽化物之一製成。替代的，兩或多種 化合物可同時濺鍍或交替的疊層以形成一薄膜多層構造。 如此可改變折射率且可鬆緩膜應力，以防止層間透鏡的龜 裂或剝離。再者，在具有此薄膜多層構造的層間透鏡表面 上的反射亦可受到降低至如同以單層膜形成的層間透鏡， 且因此可改善聚光率。爲了達成此種薄膜多層構造，需要 膜厚度的高可控制性。藉由習知的C V D法難以達成，但 是可以濺鍍法達成。 第二透明膜可以濺鍍法以 Ti02 (折射率：2.5 )或 S 1 0 2 (折射率：1 . 5 )的單層膜形成。替代的，藉由交替的 疊層五層（膜厚度爲9 0 n m )的T i 0 2 (折射率：2.5 )和五 -17- (15) (15)1244757 層（膜厚度爲9 0 n m )的S i 0 2 (折射率：1 . 5 )，第二透明 膜亦可形成具有9 0 0 n m的膜厚度和2 . 1的折射率。當以8 吋晶圓形成此一薄膜多層構造時，在一平面上的均勻度在 9 Ο Ο η m ± 1 0 n m的範圍內。當使用正常C V D法時，其變異約 爲五分之一。再者，藉由交替的疊層五層Si3N4 (折射率： 2.0 )和五層S i 0 2 (折射率：1 . 5 ·)，可形成折射率爲1.8 的透明膜。 再者，以具有低折射率的透明材料製成的第三透明膜 可形成在以第二透明膜形成的層間透鏡上，以均勻的膜厚 度覆蓋層間透鏡表面。第二透明膜的材料可具有比形成第 二透明膜的高折射率材料低〇 · 5或更多的折射率的材料。 第三透明膜可以濺鍍法或CVD法形成當成單層膜或疊層 膜。第三透明膜可爲例如有機樹脂，具有折射率在可間光 範圍內小於約1 · 6者，特別的如氟烯共聚合物，包含氟、 全氟烷基醚共聚物、含氟之（間）丙烯酸聚合物之一或多 種型式的混合物等具有脂族環構造的聚合物。再者，氟化 物（MgF2 )可添加至這些聚合物中。 較佳的是在層間透鏡上方經由第三透明膜形成一微透 鏡。可當成濾色器，鈍化膜，保護膜，平坦膜，層間膜等 的一或多種型式的膜可以任何材料形成，而其膜厚度介於 第三透明膜和微透鏡間。此微透鏡可以任何已知的材料以 此技藝中任何已知的方法形成（可參見日本公開異議第 294 5 440號案）。較佳的是，微透鏡的形狀受處理成拱形 ，其由第三透明膜，鈍化膜，保護膜，平坦膜，層間膜等 -18- (16) 1244757 形成一平坦底表面和一突出上表面。 以下參考圖式特別說明依照本發明的半導體裝置 衣方法的貫施例1。在下述說明中的半導體裝置 C CD固態影像裝置。在下述說明中的材料和裝置可爲 在半導體裝置之製造方法中使用的材料和裝置。因此 省略對該材料和裝置之詳細說明。 圖1爲在依照本發明的CCD固態影像裝置之實方奋 的構造的橫截面圖。雖然CCD固態影像裝置具有一 個圖素’但是爲了淸楚起見，圖！只顯示一個圖素。 如圖1所示，當成半導體裝置的CCD固態影像 20包括多數光電轉換部份2，讀出閘極部份3，ccD 通道4，和通道阻止器5在半導體基底1的表面上。 電極7提供在CCD傳送通道4上，而絕緣膜6插入 〇 光電轉換部份2可爲多數pn接面二極體以矩陣 形成在半導體基底1的表面上。進入光電轉換部份2 轉換成訊號電荷。在光電轉換部份2中轉換的訊號電 由相關讀出閘極部份3而供應至提供在相關光電轉換 2之一側上（圖1之左側）的C C D傳送通道4。而後 訊號電荷傳送到電荷偵測部份（未顯示）和於此受到 。由於通道阻止器5提供於其間，因此訊號電荷並未 至在相關光電轉換部份2另一側（圖1的右側）上的 傳送通道。 一遮光膜9提供在傳送電極7上，而其間插入一 和其 爲一* 一般 於此 :例1 或多 裝置 傳送 傳送 其間 型式 的光 荷經 部份 ，此 偵測 供應 CCD 層間 -19- (17) 1244757 絕緣fe 8。ί疋供遮光膜9以防止光拽漏至傳送部份（c C D 傳送通道4 )。光電轉換部份2的末端覆蓋以遮光膜9。 非末端的光電轉換部份2的部份選擇性的向上開口。 以B P S G形成的第一平坦膜1 〇疊層在遮光膜9上當 成第一透明膜。以具有高折射率的第二透明膜形成的一層 間透鏡1 1形成在第一平坦膜1 〇上，以將其設置在每一光 電轉換部份2上。 層間透鏡1 1用以將光聚集至相關光電轉換部份2。其 上表面向上突起。用於使表面平坦的第二平坦膜1 2提供 當成第三透明膜以覆蓋層間透鏡i 1。結合紅、綠、藍的濾 色器1 3形成在第二平坦膜i 2上。一微透鏡1 5提供在濾 色器1 3上方，而其間插入以透明有機膜製成的保護膜1 4 ’藉以使其設置在每一光電轉換部份2和相關層間透鏡1 1 上。 以下說明具有上述構造的CCD固態影像裝置20。 首先，如圖2A所示，預定雜質離子注入半導體基底 1以形成一光電轉換部份（光接收部份）2，一讀出閘極部 份3，一 C C D傳送通道（傳送部份）4，和一通道阻止器 5 〇 而後，一絕緣膜6以例如熱氧化形成在半導體基底1 的表面上。以多晶矽製成且具有預定圖型的傳送電極7形 成在絕緣膜6上。一遮光膜9經由一層間絕緣膜8而形成 在傳送電極7上。該遮光膜9覆蓋傳送電極7且具有一開 口在光電轉換部份2上方。 -20- (18) (18)1244757 其次，如圖2 B所示，以正常壓力C V D法沉積B P S G 膜至膜厚度約900nm以覆蓋遮光膜9。包括在BPSG膜中 的磷和硼濃度以及後續的軟熔溫度可受到調整’以使一表 面變成平坦或在光電轉換部份2上具有一凹陷部份。在本 實施例中，磷濃度設定爲4.2wt%和硼濃度設定爲3.8wt% 。而後，在950。(：下軟熔20分鐘，可形成第一平坦膜10 〇 而後，如圖2C所示，藉由使用Si和Ti當成靶，在 〇2和Ar氣流下，以濺鍍法交替的形成90nm的Si02膜和 Ti02膜在第一平坦膜10上。因此，可形成具有高折射率 (第二透明膜16 )的透明膜，其整體膜厚度爲900nm和 折射率爲2.1。在本實施例中，兩種膜交替的濺鍍。但是 ，亦可使用Ti02單層，和亦可同時濺鍍Ti02和Ta02。 如圖2D所示，一正抗蝕劑施加在高折射率膜1 6，如 同習知技藝。執行圖型化以獲得所需的圖型。而後，在例 如約1 60 °C的軟熔下，可產生具有透鏡形狀的抗蝕劑圖型 17。 而後，如圖2E所示，抗蝕劑圖型1 7的透鏡形狀藉由 執行以強烈各向異性的乾蝕刻而轉換到高折射率膜1 6，以 形成層間透鏡1 1。在本實施例中，除了對於在光電轉換部 份2上方的部份外，執行乾蝕刻直到在下層的第一平坦膜 1 〇曝露爲止。但是，如圖2 F所示，可能停止乾蝕刻以留 下一平坦部份1 8 a在第一平坦膜1 〇上和形成層間透鏡1 8 -21 - (19) (19)1244757 爲了改舎層間透鏡1 1的聚光率，形成第二平坦膜j 2 以使一表面平坦。第二平坦膜1 2具有低的折射率且覆蓋 層間透鏡〗1。而後，一負抗蝕劑，其中具有紅、綠、藍光 譜特性的染劑散佈其間，以一光微影技術應用、曝光、和 顯影，以處理成所需圖型。因此，可形成一濾色器1 3。藉 由施加一丙烯酸樹脂（例如，熱塑丙烯酸樹脂0ptomer SS-1151 (JSR公司產品））以使具有的厚度，可 形成保護膜1 4在濾色器1 3上。而後，以已知的技術（例 如，日本公開異議案第294 5440號所說明的方法）形成微 透鏡1 5。因此，可產生如圖1所示的C c D固態影像裝置 〇 依照本發明，第一透明膜1 0形成在提供有光電轉換 部份2的半導體基底1上，和具有折射率高於第一透明膜 1 0的第二透明膜以濺鍍法形成在其上。而後，一突起形成 在光電轉換部份2上方，在第二透明膜的上和下表面至少 之一上，以形成層間透鏡1 1。在此例中，第二透明膜可爲 一具有選自金屬化合物和矽化合物之所欲折射率的薄膜。 藉由同時濺鍍兩或多種化合物，或交替的疊層兩或多種化 合物以獲得薄膜多層構造，可改變折射率。可依照裝置所 需的特性而設計所需的折射率，而不會造成層間透鏡的龜 裂或剝離，且因此可獲得具有高品質和高效能的高均勻性 層間透鏡。 如上述圖1所示，第一平坦膜（第一透明膜）1 0的上 表面可受到平坦化，和高折射率透明膜（第二透明膜）1 6 -22- (20) 1244757 的上表面可受處理以形成向上突出的内透鏡。替代的，如 圖3所示，第一平坦膜1 0的上表面可形成一凹陷部份在 光電轉換部份2上方，因此，一突起形成在高折射率透明 膜1 6的下表面上，以形成向下突出的層間透鏡1 9。 在上述實施例中，本發明應用至C C D固態影像裝置 。但是，本發明亦可應用至其它裝置，例如，其它型式的 固態影像裝置，如MOS型固態影像裝置，液晶顯示裝置 ，光接收裝置和光發射裝置（包括光電轉換部份和電光轉 換部份的光電轉換部份）。當本發明應用至這些裝置時， 藉由適當的調整層間透鏡、平坦膜、保護膜、和微透鏡的 厚度和形成條件等下，可獲得具有所需形狀的透鏡的半導 體裝置。 本發明已參考上述較佳實施例而做說明。但是，本發 明不應被解讀爲受限於這些實施例。需瞭解的是本發明的 範疇只由申請專利範圍所解釋。熟悉此項技藝的人士可根 據本發明之說明和一般技術知識而從這些特殊較佳實施例 之說明中實施等效的範疇。因此，亦需瞭解的是，此處所 引述之專利，專利申請案，和文件如其整體所述只用於參 考而已。 在半導體裝置、例如具有層間透鏡的固態影像裝置’ 和其製造方法的領域中，藉由形成第一透明膜在提供有至 少一光電轉換部份的半導體基底上，以濺鍍法形成具有比 第一透明膜高的折射率的第二透明膜，和形成一突起在光 電轉換部份上方，在第二透明膜的上和下表面至少之一上 -23- (21) (21)1244757 ，以形成一層間透鏡，則可依照裝置的所需特性而設計一 折射率，且不會造成層間透鏡的龜裂或剝離，且因此可獲 得具有所需折射率、高品質、和高效能的高均勻層間透鏡 〇 即使圖素尺寸因爲使固態影像裝置的尺寸降低而需要 降低下，圖素數目增加下，以及成本降低下，依照本發明 的固態影像裝置可改善光接收靈敏性。本發明可廣泛的應 用至各種應用，例如，數位相機，視頻相機，具有數位相 機的行動電話，掃掃瞄器，和傳真機等，且可改善效能和 降低尺寸和成本。 本發明並不限於上述之實施例，且於此仍可達成各種 改變和修飾，但其仍屬本發明之精神和範疇。因此，本發 明之精神和範疇應由下述申請專利範圍界定之。 【圖式簡單說明】 圖1爲本發明的半導體裝置的一實施例的CCD固態 成像裝置的一圖素構造的橫截面圖。 圖2A至2F爲圖1之CCD固態成像裝置的製造方法 的橫截面圖。 圖3爲本發明的半導體裝置的另一實施例的CCD固 態成像裝置的一圖素構造的橫截面圖。 圖4爲習知CCD固態成像裝置的一圖素構造的橫截 面圖。 圖5 A至5 E爲習知c c d固態成像裝置的製造方法的 -24- (22) 1244757 橫截面圖。 【主要元件之符號說明】 1 :半導體基底 2 :光電轉換部份 3 :讀出閘極部份 4 : CCD傳送通道
5 :通道阻止器 6 :絕緣膜 7 :傳送電極 8 :中間層絕緣膜 9 :遮光膜
1 0 :第一平坦膜 1 1 :中間層透鏡 1 2 :第二平坦膜 1 3 :濾色器 1 4 :保護膜 1 5 :微透鏡 1 6 :高折射率膜 1 7 :抗蝕劑圖案 1 8 :中間層透鏡 1 8 a :平坦部份 1 9 :中間層透鏡 2 0 : C C D固態影像裝置 -25- (23)1244757 21 :半導體基底 22 :光電轉換部份 2 3 :讀出閘極部份 24: CCD傳送通道 2 5 :通道阻止器
2 6 :絕緣膜 2 7 :傳送電極 2 8 :層間絕緣膜 2 9 :遮光膜 3 0 :第一平坦膜 3 1 :層間透鏡
3 2 :第二平坦膜 3 3 :濾色器 3 4 :保護膜 3 5 :微透鏡 3 6 :氮化矽膜 3 7 ·_抗鈾劑圖案 -26-

Claims (1)

  1. (1) 1244757 十、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置，包含形成在一半導體基底上的一 光®轉換部份，提供在該光電轉換部份上的第一透明膜， 和提供在第一透明膜上，在相關於該光電轉換部份的位置 上的一層間透鏡，其中： 該層間透鏡具有比第一透明膜高的折射率，和以兩或 多種化合物之薄膜多層構造形成的第二透明膜的上和下表 面至少之一形成有突出形狀。 2 ·如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中第二透 明膜包括選自金屬化合物和矽化合物的兩或多種化合物。 3· —種半導體裝置，包含形成在一半導體基底上的一 光電轉換部份，提供在該光電轉換部份上的第一透明膜， 和提供在第一透明膜上，在相關於該光電轉換部份的位置 上的一層間透鏡，其中： 該層間透鏡具有比第一透明膜高的折射率，和以濺鍍 方法形成的第二透明膜的上和下表面至少之一形成有突出 形狀。 4 ·如申請專利範圍第3項的半導體裝置，其中第二透 明膜包括選自金屬化合物和矽化合物的兩或多種化合物。 5 ·如申請專利範圍第3項的半導體裝置，其中第二透 明膜包括兩或多種化合物。 6 ·如申請專利範圍第3項的半導體裝置，其中第二透 明膜爲兩或多種化合物的薄膜多層構造。 7 ·如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中第二透 •27- (2) (2)1244757 明膜爲一薄膜多層構造，其中氧化鈦層和氮化矽層交替的 層疊。 8 ·如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中第二透 明Θ吴爲一薄膜多層構造，其中氧化鈦層和氧化砂層交替的 層疊。 9 ·如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中由於在 光電轉換部份上的一凹陷部份，第一透明膜具有一凹陷部 份在一上表面，和該層間透鏡以嵌合在上表面上的凹陷部 份中的第二透明膜形成以形成一突起在第二透明膜的一下 表面上。 1 0 .如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中具有 比第二透明膜低的折射率的第三透明膜形成在第二透明膜 上。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項的半導體裝置，其中一微 透鏡形成在第三透明膜上方。 1 2 .如申請專利範圍第6項的半導體裝置，其中第二 透明膜爲一薄膜多層構造，其中氧化鈦層和氮化矽層交替 的層疊。 1 3 ·如申請專利範圍第6項的半導體裝置，其中第二 透明膜爲一薄膜多層構造，其中氧化鈦層和氧化矽層交替 的層疊。 1 4 .如申請專利範圍第3項的半導體裝置，其中由於 在光電轉換部份上的一凹陷部份，第一透明膜具有一凹陷 部份在一上表面，和該層間透鏡以嵌合在上表面上的凹陷 -28- 1244757 突起在第二透明膜的 部份中的第二透明膜形成以形成 下表面上。 1 5 ·如申請專利範圍第 項的半導體裝置，其中具有
    項的半導體裝置，其中一微
    透鏡形成在第三透明膜上方。
    該半導體基底提 供有一光電轉換部份； 以兩或多種化合物之薄膜多層構造形成第二透明膜在 第一透明膜上，g亥第一透明膜的折射率大於第一透明膜的 折射率；和 產生一層間透鏡以形成一突起在第一透明膜上的第二 透明膜的上和下表面至少之一上，在相關於光電轉換部份 的位置上。 1 8 . —種半導體裝置的製造方法，包含的步驟爲： 形成第一透明膜在一半導體基底上，該半導體基底提 供有一光電轉換部份； 以濺鍍方法形成第二透明膜在第一透明膜上，該第二 透明膜的折射率大於第一透明膜的折射率；和 產生一層間透鏡以形成一突起在第一透明膜上的第二 透明膜的上和下表面至少之一上，在相關於光電轉換部份 的位置上。 -29 - (4) (4)1244757 ]9 .如申請專利範圍第1 8項的半導體裝置的製造方法 ，其中形成第二透明膜的步驟乃藉由同時濺鍍兩或多種化 合物以形成第二透明膜。 20.如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法 ，其中形成第二透明膜的步驟乃藉由循序的或重覆的層疊 兩或多種化合物的薄膜以使具有一薄膜多層構造以形成第
    -30-
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