專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置及其制造方法，更具體地，涉及如下的固態(tài)成像裝置及其制造方法，在該固態(tài)成像裝置的構(gòu)造中，波導(dǎo)形成于電荷生成部的上方并且中空部 (空隙部)配置在波導(dǎo)的周圍。
背景技術(shù)：
當(dāng)入射光傾斜射入固態(tài)成像裝置的單位像素的電荷生成部(受光部)時，由于雜 散光，光可能不進(jìn)入原本應(yīng)進(jìn)入的單位像素的電荷生成部，而進(jìn)入不同于該單位像素的鄰 近的單位像素的電荷生成部以被光電變換。在此情形，入射光在最初的單位像素中不能得 到有效利用，因而靈敏度降低，相鄰像素之間的成像特性(像素間串?dāng)_)劣化。有人建議了一種固態(tài)成像裝置作為對策，該固態(tài)成像裝置包括在電荷生成部聚 集入射光的中空部(空氣間隙、氣體層)，以有效利用入射光(例如，日本專利申請公開第 2008-10544號(以下稱為專利文件1)以及日本專利申請公開第2005-175072號(以下稱 為專利文件2))。其基本構(gòu)思是在層間膜中或在波導(dǎo)和層間膜之間形成中空部，利用層間 膜和中空部之間折射率的差異完全反射光線，將斜入射光引向電荷生成部，從而降低斜入 射光進(jìn)入鄰近像素的可能性。圖6和圖6A是說明專利文件1中記載的構(gòu)造的視圖。當(dāng)制造固態(tài)成像設(shè)備IX時， 首先在基板900的表面層中形成電荷生成部902，該基板900由諸如單晶硅的半導(dǎo)體材料 形成。在基板900上層疊氧化膜，改變氧化膜的成分以使蝕刻速率不同，使得蝕刻速率往上 逐漸增大，即，層疊蝕刻速率不同的層間膜(氧化膜層疊工藝)。例如，在基板900側(cè)沉積 BPTEOS膜911作為下層，由等離子CVD法形成的P-SiO膜912沉積在BPTEOS膜911上，作 為氧化膜。然后，由干蝕刻法形成溝槽(溝槽形成工藝)(圖6(1))。接下來，利用已層疊的 層間膜(BPTE0S膜911和P-SiO膜912)的蝕刻速率間的差異，僅將作為下層的BPTEOS膜 911用濕蝕刻特意加寬(選擇性溝槽加寬工藝圖6(2))。接下來，由覆蓋性差的CVD通過懸突填充(overhanging filling)形成中空部 950 (填充工藝圖6 (3))。然而，因為只使用懸突填充在中空部950會形成紋隙(線)，所 以通過HDP(高密度等離子)-CVD反復(fù)進(jìn)行回腐蝕(etch back)和沉積，將這些紋隙合攏。專利文件1還披露了形成高于上層配線的中空部950的示例，如圖6A示出的成像 裝置1Y。專利文件2中，在加工波導(dǎo)之后形成用來形成中空部的虛設(shè)膜，在去除波導(dǎo)底部 不需要的虛設(shè)膜之后填充有機(jī)介電膜，之后，選擇性蝕刻波導(dǎo)開口部的虛設(shè)膜上層的層間 膜的一部分，以露出虛設(shè)膜。例如，使用比如CF4* CCl4等含F(xiàn)(氟)或Cl(氯)的氣體作為 主要蝕刻成分，僅選擇性地蝕刻虛設(shè)膜，從而形成中空部。此外，通過選擇性地蝕刻虛設(shè)膜 形成中空部之后，利用波導(dǎo)開口部和側(cè)壁部之間的沉積速率的差異，在低溫使用P-CVD(等 離子CVD)或UV-CVD (紫外光CVD)法，在側(cè)壁部形成薄的襯墊膜，由此，使波導(dǎo)開口部的開 口合攏。在圖6A中，基板、電荷生成部(受光部)、絕緣層和中空部分別由附圖標(biāo)記920、922、930、和 950 表示。
發(fā)明內(nèi)容
專利文件1的構(gòu)造有其不足由于需要氧化膜層疊工藝、溝槽形成工藝、選擇性溝 槽加寬工藝以及填充工藝，因而工藝數(shù)量較多，成本高。專利文件2的構(gòu)造中，工藝數(shù)量與 已有技術(shù)的工藝比顯著增加，有人擔(dān)憂成其本可能和專利文件1的一樣高。工藝數(shù)量的問 題稱為問題1?？紤]到問題1，需要一種構(gòu)造，在制造包括在電荷生成部聚集入射光并有效利用入 射光的波導(dǎo)和中空部的固態(tài)成像裝置時，能將工藝數(shù)量減至小于專利文件1和2的。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括基板，在該基板中在 表面層上形成生成信號電荷的電荷生成部；覆蓋該基板的上表面的層 ’波導(dǎo)(的開口部)， 在與該電荷生成部對應(yīng)的位置形成在覆蓋該基板的上表面的層中；中空部(的開口部)，在 該波導(dǎo)的外側(cè)位置形成在覆蓋該基板的上表面的層中；透光層，形成在覆蓋該基板的上表 面的層上，使得至少該中空部氣密。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括步驟在基 板上形成覆蓋該基板的上表面的層，在該基板中在表面層上形成生成信號電荷的電荷生成 部；在覆蓋該基板的上表面的層中與該電荷生成部對應(yīng)的位置形成用于波導(dǎo)的開口部，以 及在該波導(dǎo)的外側(cè)形成用于中空部的開口部；以及在覆蓋該基板的上表面的層上形成透光 層，將該中空部的開口部的開口用該透光層密封，使該開口部氣密。由于中空部在形成波導(dǎo)的步驟中和波導(dǎo)同時形成，因而與已有技術(shù)相比，沒有必 要在形成波導(dǎo)的工藝之外再提供形成中空部的步驟。此外，由于覆蓋基板的上表面的層的 材料介于波導(dǎo)和中空部之間，因而與專利文件2相比，增加了反射面的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能以比專利文件1和2少的工藝數(shù)量制造包括波導(dǎo)和中空 部的固態(tài)成像裝置。因而，有減低成本的預(yù)期效果。此外，與專利文件2相比，讓偏離電荷生成部的光折回電荷生成部以避免漏光的 效果得以加強(qiáng)。下面詳細(xì)說明本發(fā)明如附圖所示最優(yōu)方式實施例，使本發(fā)明前述和其他目的、特 征以及優(yōu)勢更顯而易見。
圖1(1)_(2)是說明本發(fā)明實施例的對比例的圖；圖2(1)_(2)是說明第一實施例的圖；圖2A⑴-(2)是說明第一實施例的圖；圖2B(1)_(2)是說明第一實施例的圖；圖2C(1)_(3)是說明第一實施例的圖；圖2D是說明第一實施例的圖；圖3(1)_(2)是說明第二實施例的圖；圖3A(1)_(2)是說明第二實施例的圖；圖3B(1)_(2)是說明第二實施例的圖3C(1)_(2)是說明第二實施例的圖；圖3D是說明第二實施例的圖；圖4(1)_(2)是說明第三實施例的圖；圖4A⑴-(2)是說明第三實施例的圖；圖5是說明第四實施例的圖；圖5A(1)_(2)是說明第四實施例的圖；
圖5B(1)_(2)是說明第四實施例的圖；圖6(1)_(3)是說明專利文件1的構(gòu)造的圖；以及圖6A是說明專利文件1的另一構(gòu)造的圖。
具體實施例方式以下，參照圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施例。應(yīng)注意，說明材料時本應(yīng)用下標(biāo)表示的數(shù)值 可用半角數(shù)值表示，而不用下標(biāo)。說明將按以下次序進(jìn)行1、對比例及其問題2、本發(fā)明實施例的制造方法的基本構(gòu)思3、第一實施例(一個中空部，位于受光部內(nèi)側(cè)層間絕緣膜是硅氧化物膜)4、第二實施例(一個中空部，位于受光部內(nèi)側(cè)層間絕緣膜是介電常數(shù)比硅氧化 物膜的低的膜)5、第三實施例(一個中空部，位于受光部外側(cè)層間絕緣膜是硅氧化物膜)6、第四實施例(多個中空部層間絕緣膜是硅氧化物膜)(對比例及其問題)圖1是說明本發(fā)明實施例的對比例的圖。近年來，固態(tài)成像裝置中，由于像素微細(xì)化的進(jìn)展，越來越難在受光部有效聚集射 入微透鏡的光。(對比例的構(gòu)造)例如，圖1中示出的對比例的固態(tài)成像裝置IZ用于彩色成像，其中在銅配線結(jié)構(gòu) 中使用波導(dǎo)。使用銅配線結(jié)構(gòu)作為金屬配線層是為了降低配線電阻。在基板100上形成作為受光部的電荷生成部102和未圖示的轉(zhuǎn)移柵、電荷轉(zhuǎn)移部 以及像素生成部。絕緣層104形成于包括電荷生成部102的基板100上。絕緣層104用作 蝕刻停止膜。在絕緣層104上形成絕緣層110。具體地，絕緣層110包括多個層間絕緣膜(此例 中，層111至115這5層)。絕緣層110被用來形成金屬配線層120 (此例中，層121至124 這4層)。金屬配線層120具有銅配線結(jié)構(gòu)。使用波導(dǎo)140時，為抑制Cu離子擴(kuò)散引起的可 靠性的降低，在絕緣層Iio和金屬配線層120之間設(shè)置阻擋絕緣層130(此例中，層131至 134這4層)。在絕緣層110中在電荷生成部102上的一部分中形成波導(dǎo)140。例如，設(shè)置開口部 142，形成整體覆蓋該開口部142的側(cè)壁和絕緣層110的最上部(此例中，層間絕緣膜115)的襯墊膜160。換句話說，襯墊膜160是針對波導(dǎo)140形成的。而且，設(shè)置由透光材料形成 的透光層170，以填充由襯墊膜160覆蓋的開口部142并覆蓋在層間絕緣膜115上的襯墊膜 160。由于固態(tài)成像裝置IZ用于彩色成像，因而在透光層170上，在對應(yīng)于電荷生成部 102(即，開口部142)的位置，依次設(shè)置色彩分離濾光器180和微透鏡190。(對比例的問題)如圖1⑵所示，當(dāng)入射光從斜方向進(jìn)入固態(tài)成像裝置IZ的電荷生成部102時，由于雜散光，入射光可能不會進(jìn)入本應(yīng)進(jìn)入的單位像素的電荷生成部102，而進(jìn)入不同于該單 位像素的相鄰單位像素的電荷生成部被光電轉(zhuǎn)換。而且，在此例中形成阻擋絕緣層130，在最近的模擬評價中，也有數(shù)據(jù)表明，在波導(dǎo) 140內(nèi)聚集的光穿過襯墊膜160行進(jìn)至阻擋絕緣層130?？梢姡瑑H僅設(shè)置波導(dǎo)140難于保證 聚光效率。因為最初的單位像素中入射光不能得到有效利用，所以上述問題導(dǎo)致靈敏度降 低，結(jié)果，鄰近像素(像素間串?dāng)_)間的成像特性劣化。日本專利申請公開第2008_10544(以下稱為專利文件1)的構(gòu)造中，雖然中空部的 溝漕的寬度形成為大約200nm，但是如果像素繼續(xù)微細(xì)化，那么即使像素晶體管和配線也將 微細(xì)化，中空部的面積和前項工藝中形成溝槽的步驟占據(jù)的面積也還是過大。因此，恐怕這 種結(jié)構(gòu)由于布圖的問題而不能使用。日本專利申請公開第2005-175072 (以下稱為專利文 件2)的構(gòu)造中，使用比如CFjP CCl4等含F(xiàn)(氟)或Cl(氯)的氣體作為蝕刻的主要成分 選擇性地僅蝕刻虛設(shè)膜，由此形成中空部。然而，隨著像素繼續(xù)微細(xì)化，波導(dǎo)的寬高比增大， 讓人擔(dān)憂的是，蝕刻氣體不能到達(dá)波導(dǎo)底部附近的虛設(shè)膜，結(jié)果是不能形成中空部。關(guān)于像 素微細(xì)化的設(shè)計布圖的問題被稱為問題2。(本發(fā)明實施例的制造方法的基本構(gòu)思)作為上述問題的對策，本發(fā)明的實施例采用一種包括在電荷生成部聚集入射光的 中空部并且有效利用入射光的構(gòu)造。波導(dǎo)技術(shù)和中空部技術(shù)的組合增強(qiáng)了集光效率。在此 采用了一種構(gòu)造，能解決在專利文件1和2中像素微細(xì)化情形下的布圖表面的問題(問題 2)，能相對于專利文件1和2減少工藝數(shù)量?；緲?gòu)思的特征在于同時形成波導(dǎo)和中空部。即使使用常規(guī)的波導(dǎo)工藝流程，波 導(dǎo)和中空部也能同時形成，因此不必要新增工藝。此外，由于波導(dǎo)和中空部，因而反射面的 數(shù)量變成兩個以上。通過這種構(gòu)造，由于現(xiàn)在穿過并離開波導(dǎo)的光可由中空部和層間膜的 界面完全反射并被折回波導(dǎo)內(nèi)，所以可預(yù)期能提高集光效率。此外，對于如模擬結(jié)果所指出 的已穿過襯墊膜160并行進(jìn)至阻擋絕緣層130的光，由于中空部的形成，阻擋絕緣層130自 動斷開，因此該光不能逃逸，從而該光必定折回波導(dǎo)140內(nèi)。而且，由于中空部具有阻擋雜散光進(jìn)入相鄰像素的功效，因而能在彩色成像構(gòu)造 中抑制混色(色彩、亮度串?dāng)_)，還能在單色成像時抑制亮度串?dāng)_。而且，在密封中空部的開口部的開口以使開口部氣密的工藝中，形成一保護(hù)層，使 絕緣層110和波導(dǎo)140(的開口部)的壁面被該保護(hù)層覆蓋，并且將中空部(的開口部)密 封，以密封中空部(的開口部)的開口，由此可以解決問題2。具體地，在形成保護(hù)層的工 藝中，設(shè)定保護(hù)層的材料和氣體流量比、高頻功率、壓力、溫度等制造條件，使保護(hù)層在中空部的開口部的開口凸出，從而密封開口部的開口，使開口部變得氣密。優(yōu)選地，設(shè)定保護(hù)層 的材料和氣體流量比、高頻能量、壓力、溫度等制造條件，使波導(dǎo)140(的開口部)的開口在 保護(hù)層的開口凸出時不被密封。換句話說，設(shè)定保護(hù)層的材料和氣體流量比、高頻能量、壓 力、溫度等制造條件，從而在波導(dǎo)140上形成具有滿意的覆蓋率的保護(hù)層，并且在中空部引 起凸出，從而使開口部不被填充。以下，詳細(xì)說明構(gòu)造示例和制造方法的示例。(第一實施例)圖2至2D是說明第一實施例的圖。第一實施例的固態(tài)成像裝置IA的特征在于中空部呈環(huán)狀設(shè)置在電荷生成部102的內(nèi)側(cè)，硅氧化物膜用作層間絕緣膜。術(shù)語“環(huán)狀”僅 指整體上大致形成為環(huán)的狀態(tài)，該環(huán)也可以局部斷開。如圖2所示，電荷生成部102形成于由諸如單晶硅的半導(dǎo)體材料形成的基板100 的表面層中。例如，在基板100上，除電荷生成部102外，還形成構(gòu)成漂移區(qū)的擴(kuò)散層、由 多個晶體管構(gòu)成的像素信號生成部等，由電荷生成部102生成的信號電荷被運(yùn)送至該漂移 區(qū)，雖然圖中未示出。接下來，在基板100上形成絕緣層104。在絕緣層104上，從下層側(cè)依次形成由 層間絕緣膜111至115構(gòu)成的絕緣層110、在層間絕緣膜111至114內(nèi)形成的金屬配線層 120(121至124)以及設(shè)置在層間絕緣膜111至115之間的阻擋絕緣層130(131至134)。金 屬配線層120具有銅配線結(jié)構(gòu)。阻擋絕緣層130有Cu表面保護(hù)膜(以及Cu擴(kuò)散防止膜)的功能，以防止埋入絕 緣層110內(nèi)的金屬配線層120被氧化。事實上，形成金屬配線120來使其不在電荷生成部 102 上。構(gòu)成絕緣層110的層間絕緣膜111至115、金屬配線層120和阻擋絕緣層130的層 數(shù)只是例子。絕緣層110、介由絕緣層110形成的金屬配線層120和阻擋絕緣層130的層數(shù) 可增減，只要其是實現(xiàn)固態(tài)成像裝置所需的配線結(jié)構(gòu)即可。在此，使用例如硅氧化物膜SiO2作為絕緣層110 (層間絕緣膜111至115)。接下來，如圖2A所示，進(jìn)行圖案化，在面對電荷生成部102的位置形成波導(dǎo)140和 中空部150。當(dāng)像素間距為大約1. 75至1. 1 μ m間距時，形成中空部150的溝槽優(yōu)選具有小 于IOOnm的寬度。波導(dǎo)140和中空部150的平面形狀例如是八角形。當(dāng)形成波導(dǎo)140和中空部150而進(jìn)行圖案化時，例如，采用首先將抗蝕劑106涂覆 在層間絕緣膜115上并且在該抗蝕劑106的正上方配置抗蝕劑掩模來進(jìn)行曝光(接近式) 的方法。替代地，可以使用將抗蝕劑掩模從抗蝕劑106分開來投影(投影方法)的方法?？刮g劑106可以是去除被曝光部分的正型，也可以是去除未被曝光部分的負(fù)型。 在任一情形下，在已圖案化的狀態(tài)下，抗蝕劑106在對應(yīng)波導(dǎo)140的部分和對應(yīng)中空部150 的部分不存在。第一實施例和后述第三實施例不同之處在于，第一實施例在對應(yīng)于中空部 150的部分抗蝕劑106不存在的狀態(tài)進(jìn)行圖案化，從而使一個中空部150形成在電荷生成部 102的外緣的內(nèi)側(cè)。接下來，如圖2B所示，用干蝕刻法將絕緣層110(的層間絕緣膜111至115)和阻 擋絕緣層130 (131至134)開口，在波導(dǎo)140對應(yīng)的部分形成開口部142，在中空部150對應(yīng) 的部分形成開口部152。換句話說，在開口部形成工藝中，在加工波導(dǎo)140的同時形成中空部 150。應(yīng)注意，開口部142的開口尺寸大于開口部152的開口的尺寸(例如，3至5倍)。 下限“3”是從對于波導(dǎo)140確保形成側(cè)壁膜以及防止填充中空部150的溝槽的角度而規(guī)定 的；上限“5”設(shè)定得使中空部150的寬度不至于過小。如果對保持此比率的波導(dǎo)140和中 空部150應(yīng)用當(dāng)前的內(nèi)襯條件，則認(rèn)為對工藝變化幾乎沒有影響。側(cè)壁薄膜可以滿意的覆 蓋率形成在波導(dǎo)140上，能通過導(dǎo)致相對于中空部150的凸起來防止中空部150的溝槽被 填充。3至5倍只是示例，下限“3”和上限“5”只需根據(jù)基于上述詳述的制造條件和材料調(diào) iF. ο例如，在使用硅氧化物膜SiO2作為絕緣層110的情形，可考慮下述條件八氟環(huán)戊 烯C5F8、氬氣Ar、氧氣O2和一氧化碳CO的流量比為1 5 1 1，壓力設(shè)為5. 3Pa(帕斯 卡)，電源功率設(shè)為2500W，基板偏壓功率設(shè)為2000W，基板溫度設(shè)為室溫，蝕刻時間設(shè)為大 約7分鐘。因此，同時形成用于波導(dǎo)140的開口部142和用于中空部150的開口部152。接下來，如圖2C(1)所示，形成襯墊膜160，該襯墊膜160為整體覆蓋開口部142的 壁面和絕緣層Iio的最上部(此例中，層間膜115)的保護(hù)層的示例。襯墊膜160的材料優(yōu) 選是折射率比絕緣層110的高的透光材料，更優(yōu)選的是相對于絕緣層110的材料具有更大 的折射率差異的透光材料。如圖2C(3)所示，選擇材料和制造方法來使得無論使用何種材料用于襯墊膜 160，側(cè)壁膜都能以滿意的覆蓋率形成在開口部142上，并且導(dǎo)致相對于開口部152的凸起， 從而開口部152不被填充。這是為了形成中空部150，將襯墊膜160的材料無遺漏地沉積在 開口部142的壁面(側(cè)壁和底面)上，并積極利用凸出現(xiàn)象來防止襯墊膜160的材料進(jìn)入 和填充開口部152。在針對波導(dǎo)140的開口部142形成襯墊膜160作為保護(hù)膜的工藝的同 時，利用凸出現(xiàn)象密封開口部152的開口，并且保持中空部150的氣密。優(yōu)選地，波導(dǎo)140的開口部142的開口不被凸出現(xiàn)象密封。這是因為，如果開口部 142的開口被密封，那么波導(dǎo)140不能以透光層170的透光材料填充。然而，即使開口部142 的開口被密封，波導(dǎo)140的內(nèi)部僅變成氣密，作為波導(dǎo)140的功能仍得以保持。當(dāng)使用硅氧化物膜SiO2作為絕緣層110時，由例如等離子CVD法形成的氮化硅膜 P-SiN有利地用作襯墊膜160。此時，襯墊膜160的制造條件(制造方法)如下娃烷SiH4、 氨氣NH3和氮氣N2的氣流量比設(shè)為1 1 20，高頻功率設(shè)為800W，壓力設(shè)為660Pa (帕斯 卡)，溫度設(shè)在400°C，時間設(shè)為大約1. 5分鐘。接下來，如圖2D所示，形成透光層170，從而用其填充波導(dǎo)140的內(nèi)部(襯墊膜160 覆蓋的開口部142)，并且還用其覆蓋層間絕緣膜115上的襯墊膜160。換句話說，開口部 142用整體覆蓋波導(dǎo)的壁面和絕緣層110 (層間絕緣膜115)的上表面的光透襯墊層160部 分填充，其余的用構(gòu)成透光層170的材料填充，該材料不同于襯墊層160的材料。透光層170的材料的示例為例如丙烯酸高分子或氟化高分子、有機(jī)硅高分子的硅 氧烷、聚丙炔PAr等具有高透光性的材料。接下來，如圖2D所示，在用于彩色成像的情形，色彩分離濾光器180和微透鏡190 在對應(yīng)于電荷生成部102(即，開口部142)的位置依次設(shè)置在透光層170上。從而獲得第 一實施例的固態(tài)成像裝置1A。在單色成像的情形，則不需要色彩分離濾光器180。從上述說明可見，第一實施例的構(gòu)造的特征在于在基板100上形成絕緣層110之后，同時形成用于波導(dǎo)140的開口部142和用于中空部150的開口部152。在已有技術(shù)形成 用于波導(dǎo)140的開口部142的工藝中，用于中空部150的開口部152和用于波導(dǎo)140的開 口部142同時形成，因而不必要新增形成開口部152的工藝。使用襯墊膜160和絕緣層110之間的折射率差，能獲得將已穿過并離開波導(dǎo) 140 (襯墊膜160)的光由襯墊膜160和絕緣層110的界面完全反射并使其折回波導(dǎo)140內(nèi) 的預(yù)期效果。而且，襯墊膜160還有通過防止水進(jìn)入金屬配線層120來抑制腐蝕劣化的效 果，以及防止其后形成的透光層170劣化的效果。而且，由于波導(dǎo)140和中空部150，反射界面的數(shù)量成為兩個以上。借助這種構(gòu)造， 在沒有使用本實施例的情形中已穿過并離開波導(dǎo)140的光可由中空部150和絕緣層110的 界面完全反射并使其折回波導(dǎo)140，預(yù)期可增強(qiáng)聚光效率。此外，對于已穿過襯墊膜160并行進(jìn)至阻擋絕緣層130的光，阻擋絕緣層130由于 中空部150的形成而自動斷開，因此光不能逃逸，結(jié)果光肯定能折回波導(dǎo)140。而且，中空部 150具有阻擋雜散光進(jìn)入相鄰像素的功效，因而能在彩色成像構(gòu)造中抑制混色(色彩、亮度 串?dāng)_)。和專利文件2相比，本實施例具有如下特征絕緣層110介于波導(dǎo)140和中空部 150之間。由于絕緣層110介于波導(dǎo)140和中空部150之間，和專利文件2相比，反射界面 的數(shù)量增加，和專利文件2相比，讓偏離電荷生成部120的光折回電荷生成部120從而避免 漏光的效果得以加強(qiáng)。
(第二實施例)圖3至3D是說明第二實施例的圖。由2打頭的數(shù)字代表各部件，和第一實施例相 同的部件由相同的數(shù)字標(biāo)號表示。第二實施例的固態(tài)成像裝置IB的特征在于一個中空部250設(shè)置在波導(dǎo)240的周 圍，使用介電常數(shù)比硅氧化物膜SiO2的介電常數(shù)低的膜作為層間絕緣膜。“介電常數(shù)比硅氧 化物膜SiO2的介電常數(shù)低的膜”指由介電常數(shù)比硅氧化物膜SiO2的介電常數(shù)低的材料形成 的膜。如圖3所示，電荷生成部202首先形成于由例如單晶硅的半導(dǎo)體材料形成的基板 200上。例如，在基板200上，除電荷生成部202外，還形成構(gòu)成漂移區(qū)的擴(kuò)散層、由多個晶 體管構(gòu)成的像素信號生成部等，由電荷生成部202生成的信號電荷被運(yùn)送至該漂移區(qū)，雖 然圖3未示出。接下來，在基板200上形成絕緣層204。在絕緣層204上，從下層側(cè)依次形成由 層間絕緣層211至215構(gòu)成的絕緣層210、在層間絕緣膜211至214內(nèi)形成的金屬配線層 220(221至224)、設(shè)置在層間絕緣膜211至215之間的阻擋絕緣層230(231至234)。阻擋 絕緣層230起到Cu表面保護(hù)膜(以及Cu擴(kuò)散防止膜)的功能，用以防止埋入絕緣層210 內(nèi)的金屬配線層220的表面被氧化。事實上，形成金屬配線220以使其不設(shè)置在電荷生成 部202上。構(gòu)成絕緣層210的層間絕緣膜211至215、金屬配線層220和阻擋絕緣層230的層 數(shù)只是例子。絕緣層210、介由絕緣層210形成的金屬配線層220和阻擋絕緣層230的層數(shù) 可增減，只要其是實現(xiàn)固態(tài)成像裝置所需的配線結(jié)構(gòu)即可。在此，使用例如含碳氧化硅SiOC和聚丙炔PAr等介電常數(shù)比硅氧化物膜SiO2的介電常數(shù)低的材料形成的膜作為絕緣層210 (層間絕緣膜211至215)。雖然在此只列舉了 兩種材料，但是可以使用任何介電常數(shù)比硅氧化物膜SiO2的介電常數(shù)低的材料。接下來，如圖3A所示，進(jìn)行圖案化，在面對電荷生成部202的位置形成波導(dǎo)240和 中空部250。當(dāng)像素間距為大約1. 75至1. 1 μ m間距時，形成中空部250的溝優(yōu)選具有小于 IOOnm的寬度。波導(dǎo)240和中空部250的平面形狀例如是八角形。當(dāng)形成波導(dǎo)240和中空部250而進(jìn)行圖案化時，例如，首先將抗蝕劑206涂覆于層 間絕緣膜215上，去除不需要的部分。此時，如同在第一實施例，在對應(yīng)于中空部250的部 分抗蝕劑206不存在的狀態(tài)下進(jìn)行圖案化，從而使中空部250配置在電荷生成部202的外 緣的內(nèi)側(cè)。接下來，如圖3B所示，用干蝕刻法在絕緣層210(的層間絕緣膜211至215)和阻 擋絕緣層230 (231至234)開口，在波導(dǎo)240對應(yīng)的部分形成開口部242，在中空部250對應(yīng) 的部分形成開口部252。換句話說，在開口部形成工藝中，在加工波導(dǎo)240的同時形成中空 部 250。應(yīng)注意，開口部242的開口尺寸大于開口部252的開口的尺寸(例如，3至5倍)。 設(shè)定下限“3”和上限“5”的方法和第一實施例的一樣。如果對保持這個比率的波導(dǎo)240和 中空部250采用當(dāng)前的內(nèi)襯條件，則可認(rèn)為對工藝變化幾乎沒有影響。側(cè)壁膜可以滿意的 覆蓋率形成在波導(dǎo)240上，能通過導(dǎo)致相對于中空部250的凸起來防止中空部250的溝被 填充。例如，在使用含碳氧化硅SiOC為絕緣層210的情形，可考慮下述條件。八氟環(huán)丁 烷C4F8、氮氣N2和氬氣Ar的流量比為1 5 10，壓力設(shè)為6. 6Pa (帕斯卡)，電源功率設(shè) 為2000W，基板偏壓功率設(shè)為2000W，基板溫度設(shè)為室溫，蝕刻時間設(shè)為大約8分鐘。從而， 同時形成用于波導(dǎo)240的開口部242和用于中空部250的開口部252。接下來，如圖3C(1)所示，形成襯墊膜260，該襯墊膜260為整體覆蓋開口部242的 壁面和絕緣層210的最上部(此例中，層間膜215)的保護(hù)層的示例。優(yōu)選襯墊膜260的材 料是折射率比絕緣層210的高的透光材料，更優(yōu)選是相對于絕緣層210的材料具有更大的 折射率差異的透光材料。選擇材料和制造方法來使得無論使用何種材料用于襯墊膜260，側(cè)壁膜以滿意 的覆蓋率形成在開口部242上，導(dǎo)致相對于開口部242的凸起，以使開口部252不被填充。 這是為了形成中空部250，將襯墊膜260的材料無遺漏地沉積在開口部242的壁面(側(cè)壁和 底面)并積極利用凸出現(xiàn)象來防止襯墊膜260的材料進(jìn)入和填充開口部252。在針對波導(dǎo) 240的開口部242形成襯墊膜260作為保護(hù)膜的同時，保持中空部250的氣密，并利用凸出 現(xiàn)象將開口部252的開口密封。波導(dǎo)240的開口部242的開口沒有通過凸出現(xiàn)象被密封。在使用含碳硅氧化硅SiOC作為絕緣層210時，由例如等離子CVD法形成的氮化 硅膜P-SiN有利地用作襯墊膜260。此時，襯墊膜260的制造條件(制造方法)如下。硅 烷SiH4、氨氣NH3和氮氣N2的氣流量比設(shè)為1 1 20，高頻功率設(shè)為800W，壓力設(shè)為 660Pa(帕斯卡)，溫度設(shè)在400°C，時間設(shè)在大約1. 5分鐘。
接下來，如圖3D所示，形成由透光材料形成的透光層270，從而用其填充波導(dǎo)240 的內(nèi)部(由襯墊膜260覆蓋的開口部242)，并且還用其覆蓋層間絕緣膜115上的襯墊膜 160。
透光層270的材料的示例為丙烯酸高分子或氟化高分子、有機(jī)硅高分子的硅氧 烷、聚丙炔PAr等具有高透光性的材料。接下來，如圖3D所示，在用于彩色成像的情形，色彩分離濾光器280和微透鏡290 在對應(yīng)于電荷生成部202 (即，開口部242)的位置依次設(shè)置在透光層270上。從而獲得第 二實施例的固態(tài)成像裝置1B。在單色成像的情形，不需要色彩分離濾光器。第二實施例的構(gòu)造和第一實施例的構(gòu)造僅有的不同點在于絕緣層210的材料由 介電常數(shù)比硅氧化物膜SiO2的介電常數(shù)低的材料代替。形成用于波導(dǎo)240的開口部242和 用于中空部250的開口部252等的方法和第一實施例的相同。因而，第二實施例基本上承 襲了與第一實施例相同的效果而且，由于絕緣層210的介電常數(shù)比硅氧化物膜210的低，因而獲得固態(tài)成像裝 置IB的電荷生成部202的光電轉(zhuǎn)換效率得以加強(qiáng)的預(yù)期效果，以及配線遲延時間減少的效果。利用襯墊膜260和絕緣膜210之間的折射系數(shù)差異，具有由襯墊膜260和絕緣膜 210之間的界面完全反射已穿過并離開波導(dǎo)240(襯墊膜260)的光線并使其折回波導(dǎo)240 內(nèi)的預(yù)期效果。而且，襯墊膜260還具有通過防止水漏進(jìn)金屬配線層220從而抑制腐蝕劣 化的效果，以及防止其后形成的透光層270劣化的效果。在此，由于襯墊膜260的硅氮化物薄膜P-SiN和絕緣層210的含碳氧化硅SiOC之 間的折射系數(shù)差異大，所以離開波導(dǎo)240的光損失可預(yù)期被最小化。應(yīng)注意，即使在由等離 子CVD法形成的氮氧化物膜P-SiON或硅氧化物膜P-SiO2代替硅氮化物薄膜P-SiN用作襯 墊膜260的情形，層間絕緣膜210相對于含碳氧化硅SiOC的折射系數(shù)差異也能保持得很 高，因而能獲得同樣的效果。(第三實施例)圖4和4A是說明第三實施例的圖。由3打頭的數(shù)字表示各部件，和第一實施例相 同的部件由相同的數(shù)字標(biāo)號表示。第三實施例的固體攝影裝置IC的特征在于一個中空部350設(shè)置在電荷生成部 302的外側(cè)，使用硅氧化物膜作為層間絕緣膜。該構(gòu)造可同樣應(yīng)用于上述第二實施例。形成中空部350的方法基本上和第一實施例相同，但如圖4A(1)所示的工藝除外， 該工藝在進(jìn)行圖案化以形成波導(dǎo)340和中空部350時，在電荷生成部302面對的位置進(jìn)行。 具體地，在對應(yīng)中空部350的部分不存在抗蝕劑306的狀態(tài)下進(jìn)行圖案化，在電荷生成部 302的外緣的外側(cè)設(shè)置中空部350。接下來，如圖4A(2)所示，使用干蝕刻法將絕緣層310(的層間絕緣膜311至315) 和阻擋絕緣層330 (331至334)開口，以此同時形成用于波導(dǎo)340的開口部342和用于中空 部350的開口部352。由于沒有必要在形成波導(dǎo)340的工藝之外再設(shè)置形成中空部350的工藝，固態(tài)成 像裝置IC可用較少次數(shù)的工藝制造，從而減少成本。而且，絕緣層310的材料介于波導(dǎo)340 和中空部350之間，因而與專利文件2比，反射面的數(shù)量增加，讓偏離電荷生成部302的光 折回電荷生成部302的效果得以進(jìn)一步加強(qiáng)。而且，在第三實施例的固態(tài)成像裝置IC中，中空部350設(shè)置在電荷生成部302的 外緣的外側(cè)，所以相對于第一實施例的固態(tài)成像裝置1A，具有以下操作效果的差異。具體地，作為光接受部的一個示例，中空部350設(shè)置在電荷生成部302的外緣的外側(cè)，因而，原本 會漏出的低角度入射的斜光被導(dǎo)引至電荷生成部302，避免了漏光。(第四實施例)圖5至5B是說明第四實施例的圖。由400打頭的數(shù)字表示各部件，和第一實施例 相同的部件由相同的數(shù)字標(biāo)號表示。第四實施例的固體攝影裝置ID的特征在于多個中空部450呈環(huán)狀設(shè)置在波導(dǎo) 440的周圍，使用硅氧化物膜作為層間絕緣膜。換句話說，第四實施例的固體攝影裝置ID的 特征在于，相對于單個電荷生成部402設(shè)置了多個中空部450。該構(gòu)造可同樣適用于上述第 二實施例。呈環(huán)狀設(shè)置多個中空部的狀態(tài)在此僅指如平面視圖所示整體上大致形成為環(huán)的 狀態(tài)，該環(huán)也可以局部斷開。 例如，在如圖5所示的例1中，設(shè)置第一八角形中空部450_1，基本環(huán)繞矩形電荷生 成部402的外緣。第二中空部450_2設(shè)置在第一中空部450_1的外側(cè)。中空部450_2由中 空部450_21、450_22、450_23和450_24組成，分別位于電荷生成部402的四角的位置，該四 個中空部分開設(shè)置在分別和電荷生成部402的四邊相對的位置。在如圖5A所示的例2中，第一八角形中空部450_1設(shè)置在矩形電荷生成部外緣 的內(nèi)側(cè)，基本上與其內(nèi)接。第二中空部450_2設(shè)置在第一中空部450_1的外側(cè)。第二中空 部450_2由分別位于與電荷生成部402四邊相對位置的中空部450_21、450_22、450_23和 450_24組成，該四個中空部分開設(shè)置在分別和電荷生成部402的四角相對的位置。例1和例2中，第二中空部450_2沿環(huán)狀斷開，但是四個中空部450_21、450_22、 450_23和450_24如平面圖所示基本上整體呈環(huán)狀配置。這四個中空部450_21、450_22、 450_23和450_24可連接形成如同第一中空部450_1的整個環(huán)。形成多個中空部450的方法和第一實施例的相同，但如圖5B(1)所示的工藝除外， 該工藝在進(jìn)行圖案化以形成波導(dǎo)440和中空部450時，在電荷生成部402面對的位置進(jìn)行。在對應(yīng)第一中空部450_1的部分不存在抗蝕劑406的狀態(tài)下進(jìn)行圖案化，從而在 電荷生成部402的外緣的內(nèi)側(cè)設(shè)置中空部450_1。而且，在對應(yīng)環(huán)繞中空部450_1的其他中 空部450_x(中空部450_2 中空部450_21、450_22、450_23和450_24)的部分不存在抗蝕 劑406的狀態(tài)下進(jìn)行圖案化。圖5B示出圖5A所示的例2的情形。接下來，如圖5B(2)所示，使用干蝕刻法將絕緣層410 (的層間絕緣膜411至415) 和阻擋絕緣層430 (431至434)開口，以同時形成用于波導(dǎo)440的開口部442和用于中空部 450的開口部452。由于沒有必要在形成波導(dǎo)440的工藝之外再提供形成中空部450的工藝，所以固 態(tài)成像裝置ID可用較少次數(shù)的工藝制造，從而減少成本。而且，由于絕緣層410的材料介 于波導(dǎo)440和中空部450之間，因而與專利文件2比，反射面的數(shù)量增加，讓偏離電荷生成 部402的光折回電荷生成部402的效果得以進(jìn)一步加強(qiáng)。而且，在第四實施例的固態(tài)成像裝置ID中，相對于單個電荷生成部402設(shè)置了多 個中空部405，相對于第一實施例的固態(tài)成像裝置1A，具有以下操作效果的差異。具體地， 由于設(shè)置有多個中空部，所以界面數(shù)量進(jìn)一步增加，原本會漏出的、以低角度入射的斜射光 可被導(dǎo)引至作為受光部的示例的電荷生成部402，從而避免了漏光。而且，如圖5A所示，將光密密閉在中空部450_1和中空部450_21之間或在中空部450_1和中空部450_22之間， 可以防止(阻擋)光進(jìn)入鄰近像素。以上說明了本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實施例所說明 的，可以在不脫離本發(fā)明的要旨的情況下對上述實施例增添各種修改和改進(jìn)。增添了這樣 的修改和改進(jìn)的實施例也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍里。而且，上述實施例不限制根據(jù)權(quán)利要求的發(fā)明，上述實施例中的特征的組合不全部是本發(fā)明的解決手段所必要的。上述實施例包括各種階段的發(fā)明，通過對各種所批露的 構(gòu)成要素的適當(dāng)組合可得到各種發(fā)明。即使在實施例中批露的全體構(gòu)成要件中去掉某些構(gòu) 成要件，只要能獲得所述效果，去掉某些構(gòu)成要件的構(gòu)造也能得到本發(fā)明。例如，在上述實施例中，色彩分離濾光器180和微透鏡190已經(jīng)形成在透光層170 上。然而，可以不設(shè)置色彩分離濾光器180和微透鏡190。然而，應(yīng)注意，如果略去微透鏡 190，則由于只使用波導(dǎo)140實現(xiàn)導(dǎo)光，因而降低了聚光效率。而且，在上述實施例中，阻擋絕緣層130介于絕緣層110和金屬配線層120之間。 然而，如果金屬配線120層不具有銅配線構(gòu)造，則不需要阻擋絕緣層130。本申請包括在2009年2月25日遞交于日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請 JP2009-041751所涉及的主題，將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種固態(tài)成像裝置，包括基板，在所述基板中在表面層上形成生成信號電荷的電荷生成部；覆蓋所述基板的上表面的層；波導(dǎo)，在與所述電荷生成部對應(yīng)的位置形成在覆蓋所述基板的上表面的層中；中空部，在所述波導(dǎo)的外側(cè)的位置形成在覆蓋所述基板的上表面的層中；透光層，形成在覆蓋所述基板的上表面的層上，使得至少所述中空部氣密。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置， 其中所述波導(dǎo)用透光材料填充。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中所述波導(dǎo)用透光保護(hù)層部分填充，所述波導(dǎo)的其余部分由不同于所述透光保護(hù)層 的透光材料填充，所述透光保護(hù)層整體覆蓋所述波導(dǎo)的壁面以及將所述基板的上表面覆蓋 的層的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保護(hù)層由具有比覆蓋所述基板的上表面的層大的折射系數(shù)的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中覆蓋所述基板的上表面的層由具有比硅氧化物膜低的介電常數(shù)的材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中覆蓋所述基板的上表面的層包括層間絕緣膜、使用銅作為配線材料的金屬配線層 以及介于所述層間絕緣膜和所述金屬配線層之間并且抑制銅離子擴(kuò)散的絕緣膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述中空部設(shè)置在所述電荷生成部的外緣的外側(cè)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置， 其中設(shè)置多個所述中空部。
9.一種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括步驟在基板上形成覆蓋所述基板的上表面的層，在所述基板中在表面層上形成生成信號電 荷的電荷生成部；在覆蓋所述基板的上表面的層中在與所述電荷生成部對應(yīng)的位置形成用于波導(dǎo)的開 口部，以及在所述波導(dǎo)的外側(cè)形成用于中空部的開口部；在覆蓋所述基板的上表面的層上形成透光層，將所述中空部的開口部的開口用所述透 光層密封，使所述開口部氣密。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，還包括步驟 用透光材料填充所述波導(dǎo)的開口部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中將所述中空部的開口部的開口密封以使所述開口部氣密的步驟通過以下方式實 現(xiàn)形成透光保護(hù)層，以覆蓋覆蓋所述基板的上表面的層的上表面和所述波導(dǎo)的開口部的 壁面，并且在保持所述開口部氣密的同時將所述中空部的開口部的開口密封。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中形成所述保護(hù)層的步驟至少包括設(shè)定所述保護(hù)層的材料和設(shè)定氣體流量比、高頻 功率、壓力和溫度的生產(chǎn)條件之一，以使所述保護(hù)層在所述中空部的開口部的開口凸出，從而將所述中空部的開口部的開口密封，以使所述開口部氣密。
13.根據(jù)權(quán)利要11所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中形成所述保護(hù)層的步驟至少包括設(shè)定所述保護(hù)層的材料和設(shè)定氣體流量比、高頻 功率、壓力和溫度的生產(chǎn)條件之一，從而當(dāng)所述保護(hù)層在所述波導(dǎo)的開口部的開口處凸出 時，使所述波導(dǎo)的開口部的開口不被密封。
14.根據(jù)權(quán)利要11所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中所述保護(hù)層由具有比覆蓋所述基板的上表面的層大的折射系數(shù)的材料形成。
15.根據(jù)權(quán)利要9所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中形成覆蓋所述基板的上表面的層的步驟包括采用具有比硅氧化物膜低的介電常 數(shù)的材料形成覆蓋所述基板的上表面的層。
16.根據(jù)權(quán)利要9所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中形成覆蓋所述基板的上表面的層的步驟包括形成層間絕緣膜、形成使用銅作為 配線材料的金屬配線層以及在所述層間絕緣膜和所述金屬配線層之間形成抑制銅離子擴(kuò) 散的絕緣膜。
全文摘要
一種固態(tài)成像裝置及其制備方法。該固態(tài)成像裝置包括基板，在該基板中在表面層上形成生成信號電荷的電荷生成部；覆蓋該基板的上表面的層；波導(dǎo)，在與該電荷生成部對應(yīng)的位置形成在覆蓋該基板的上表面的層中；中空部，在該波導(dǎo)的外側(cè)位置形成在覆蓋該基板的上表面的層中；透光層，形成在覆蓋該基板的上表面的層上，以使至少該中空部氣密。
文檔編號H01L27/146GK101814520SQ20101012616
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
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