專利名稱：固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的制造方法和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有在像素上布置的微透鏡的固態(tài)成像裝置、配備有微透鏡的固態(tài)成像裝置和具有固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
最近，已要求諸如移動電話的配備有照相機模塊的電子設(shè)備更小并更薄。因此，包括內(nèi)置有固態(tài)成像裝置的陶瓷封裝和用于密封該封裝的表面接合的玻璃片的傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)已不能滿足尺寸和厚度減小的要求。因此，已經(jīng)開發(fā)了倒裝芯片安裝的封裝結(jié)構(gòu)，其包括微透鏡陣列和直接接合到微透鏡陣列上的玻璃片。例如，提供較硬的透明材料作為保護層，以覆蓋芯片上微透鏡。這種保護層可排除對特定封裝的需求，并且可減少切割后用于單個固態(tài)成像裝置芯片的エ藝數(shù)量，從而可以簡化工藝。此外，保護層較硬且具有平坦化的表面。因此，即使灰塵沉積在保護層上，也可容易地擦拭掉灰塵而不在保護層上留下擦痕。近年來，由于固態(tài)成像裝置做得具有更小的尺寸和更高的像素密度，已經(jīng)出現(xiàn)了由光電轉(zhuǎn)換部分面積的縮小造成的靈敏度減小的問題。為解決此問題，已經(jīng)提供了在光電轉(zhuǎn)換部分上具有微透鏡的彩色固態(tài)成像裝置。在傳統(tǒng)的微透鏡結(jié)構(gòu)中，當攝像機的透鏡孔徑充分小時且當光垂直入射在彩色固態(tài)成像裝置上時，入射光將毫無問題地在光電轉(zhuǎn)換部分上匯聚。然而，當攝像機透鏡設(shè)置為接近全孔徑時，不能在光電轉(zhuǎn)換部分上匯聚的斜射光成分增多，使得彩色固態(tài)成像裝置會具有無法有效改善其靈敏度的問題。為解決此問題，已經(jīng)提出了一種固態(tài)成像裝置結(jié)構(gòu)，其具有微透鏡和設(shè)置在微透鏡上的平坦化的透明樹脂材料，從而該固態(tài)成像裝置的最上面的表面基本上是平的。圖7示意性地示出了具有這種結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)，該固態(tài)成像裝置包括濾色器和上部部件。在這種結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置中，在濾色器101上設(shè)置有平坦化層102，并且在平坦化層102上設(shè)置有微透鏡層103。此外，在微透鏡層103上設(shè)置有具有平坦化表面的透明樹脂層 104。遺憾地，如果在微透鏡層103的折射率nl和透明樹脂層104的折射率n2之間僅存在小的差異，則微透鏡層103的光匯聚功能將是不充分的。具體地，圖7中所示的具有微透鏡和平坦化樹脂膜的光收集結(jié)構(gòu)的收集效率是在微透鏡層103之上具有空氣層的傳統(tǒng)光收集結(jié)構(gòu)的收集效率的一半或更少。已經(jīng)提出了一種解決光收集性能的問題的技木，該技術(shù)提供了包括微透鏡和透明樹脂層的結(jié)構(gòu)，其中微透鏡具有比透明樹脂層的折射率高的折射率(例如，見專利文獻I)。在此結(jié)構(gòu)中，即使在光接收表面被樹脂等覆蓋時，微透鏡的聚焦性能也可保持在滿意的水平。更具體地，此技術(shù)包括采用氮化硅(SiN)通過回蝕刻エ藝來形成微透鏡。圖8A至8C示出了通過回蝕刻エ藝形成微透鏡的方法。在該回蝕刻エ藝中，如圖8A中所示，在濾色器101上形成平坦化層102。接著，例如采用氮化硅(SiN)通過等離子體CVD (化學氣相沉積)，在平坦化層102上形成光學透明的微透鏡層103膜。然后在微透鏡層103上形成抗蝕劑層105。如圖SB中所示，通過光刻把抗蝕劑層105圖案化成透鏡形狀，然后進行熱處理，從而形成圖案化的抗蝕劑。如圖SC中所示，接著采用透鏡圖案化的抗蝕劑層105作為掩模，把微透鏡層103蝕刻成透鏡形狀。此結(jié)構(gòu)中，氮化硅(SiN)膜制成的微透鏡具有約2的折射率。用來覆蓋微透鏡的透明樹脂是具有約1.5的折射率的樹脂，例如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或苯こ烯樹脂。因此，微透鏡提供了可靠的聚焦性能。在等離子體CVD中，氮化硅膜需要在充分低于有機樹脂和濾色器的耐熱溫度的溫度下被適當?shù)匦纬?。引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利申請?zhí)亻_第2003-338613號

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題然而，采用回蝕刻エ藝形成微透鏡的方法包括形成用來使濾色器頂部平坦化的透明平坦化層并在平坦化層上形成氮化硅(SiN)膜。當濾色器布置成例如綠、紅和藍的拜耳圖案時，為了改善固態(tài)成像裝置的靈敏度特性和色彩再現(xiàn)性，各濾色器需要具有針對各顏色的最佳光譜特性。因此，濾色器一般具有用于不同顔色的不同厚度。于是，通常進行利用透明平坦化層來使濾色器的頂部平坦化的エ藝，以使形成微透鏡的光刻エ藝穩(wěn)定。透明平坦化層優(yōu)選由具有耐熱性和其它性能的廉價的透明材料制成。因此，一般采用丙烯酸樹脂材料、苯こ烯樹脂材料和環(huán)氧樹脂材料。另外，為改善固態(tài)成像裝置的聚焦性能，使垂直疊層結(jié)構(gòu)薄是非常重要的。于是，期望形成更薄的平坦化層。為滿足上述要求，透明平坦化層優(yōu)選采用兼具熱塑性和熱固性的樹脂材料形成。另ー方面，諸如丙烯酸、苯こ烯和環(huán)氧樹脂材料的樹脂材料通常具有低的膜應(yīng)力。尤其是，兼具有熱塑性和熱固性的樹脂材料具有相當?shù)偷哪?yīng)力。與之對照，用于形成微透鏡層的氮化硅(SiN)膜當兼具透明性和高折射率時則容易具有高的膜應(yīng)カ。如果采用樹脂材料和膜應(yīng)カ與該樹脂材料的膜應(yīng)カ顯著不同的材料(例如SiN)來形成疊層，如圖9A中所示，可在微透鏡層103的表面上出現(xiàn)諸如褶皺或變形的問題。圖9B和9C示出了由表面褶皺和變形造成的微透鏡層103的表面缺陷。圖9D示出了微透鏡層103的無缺陷表面，用于與圖9B和9C対照。褶皺和變形出現(xiàn)在平坦化層102和微透鏡層103之間的界面處。在平坦化層102和微透鏡層103之間的界面處產(chǎn)生的褶皺和變形然后類似地被傳遞到微透鏡層103的表面。如果如上所述因為具有顯著的膜應(yīng)カ差異的疊層結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生諸如皺褶和變形的表面缺陷，則在形成透鏡圖案狀的抗蝕劑層的光刻エ藝的曝光步驟中散焦的風險會很大。這可能使晶片的面內(nèi)均勻性或芯片中的線寬均勻性降低，并且可能造成固態(tài)成像裝置的聚焦性能的下降。為解決上述問題，本發(fā)明的ー個目的是提供ー種具有良好聚焦性能的固態(tài)成像裝置、具有足夠高的靈敏度特性的固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備。技術(shù)方案
本發(fā)明的固態(tài)成像裝置包括:半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分；設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的包括有機材料層和無機材料層的疊層；以及插設(shè)有機材料層與無機材料層之間的至少ー個應(yīng)カ弛豫層。本發(fā)明的電子設(shè)備包括:上述固態(tài)成像裝置；用于把入射光引導(dǎo)至固態(tài)成像裝置的成像部分的光學系統(tǒng)；以及用于處理來自固態(tài)成像裝置的輸出信號的信號處理電路。本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括如下步驟:在半導(dǎo)體襯底中形成光電轉(zhuǎn)換部分；以及在半導(dǎo)體襯底上形成包括有機材料層和無機材料層的疊層，至少ー個應(yīng)カ弛豫層被插設(shè)在有機材料層和無機材料層之間。在固態(tài)成像裝置中和固態(tài)成像裝置的制造方法中，無機材料層和有機材料層形成在半導(dǎo)體襯底上，并且應(yīng)力弛豫層插設(shè)在無機材料層和有機材料層之間。在無機材料層和有機材料層之間存在顯著的膜應(yīng)カ差異，但是提供了應(yīng)カ弛豫層來削弱該膜應(yīng)カ差異，這成功地抑制了在各層的界面處由膜應(yīng)カ差異造成的表面缺陷。于是，固態(tài)成像裝置可具有改善的聚焦性能。本發(fā)明的電子設(shè)備配備了通過抑制表面缺陷而改善聚焦性能的固態(tài)成像裝置，使得本發(fā)明的電子設(shè)備可具有更高的靈敏度。發(fā)明效果本發(fā)明使得能夠提供ー種具有良好的聚焦性能的固態(tài)成像裝置和提供ー種具有足夠高的靈敏度特性的電子設(shè)備。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4A至4C是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置的制造エ藝的示意圖。圖至5F是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置的制造エ藝的示意圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7是示出傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖8A至8C是示出傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的制造エ藝的示意圖。圖9A是示出傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖9B和9C是示出形成在微透鏡層上的表面缺陷的示意圖，以及圖9D是示出微透鏡層的無缺陷表面的示意圖。
具體實施例方式下文中，參考下面的一些示例來描述實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式，這些示例不是意在限制本發(fā)明。描述將按下面的順序進行:1.固態(tài)成像裝置的第一實施例2.固態(tài)成像裝置的第二實施例3.固態(tài)成像裝置的第三實施例4.固態(tài)成像裝置的制造方法5.電子設(shè)備的實施例
〈1.固態(tài)成像裝置的第一實施例>下文中，描述本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的具體實施例。圖1是示意性示出作為本實施例的固態(tài)成像裝置的CCD (電荷耦合裝置)固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。盡管沒有具體示出，但是根據(jù)本實施例的CCD固態(tài)成像裝置的成像部分具有沿單個方向(垂直傳輸方向)平行形成的大量的長條狀電荷傳輸部分。在姆組相鄰的電荷傳輸部分之間的空間中，用于行像素的光電轉(zhuǎn)換部分被設(shè)置在平行于電荷傳輸部分的行中。用于每個像素的讀取柵極部分被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分行與在其一側(cè)的電荷傳輸部分之間。溝道停止部被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分行與在其另ー側(cè)的電荷傳輸部分之間，該溝道停止部防止在各光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的信號電荷泄露到其它電荷傳輸部分。圖1中所示的CXD固態(tài)成像裝置包括:半導(dǎo)體襯底11 ;在襯底11中形成的第一導(dǎo)電型區(qū)域(例如P型阱區(qū));以及在第一導(dǎo)電型區(qū)域的表面部分中形成的、每個均包括第二導(dǎo)電型區(qū)域(例如n型雜質(zhì)區(qū))的光電轉(zhuǎn)換部分12。通過光電轉(zhuǎn)換在半導(dǎo)體襯底11與各光電轉(zhuǎn)換部分12之間的pn結(jié)及附近的區(qū)域中生成信號電荷，并且信號電荷在各光電轉(zhuǎn)換部分12中存儲特定的時間段。主要由第二導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)組成的電荷傳輸部分13的每個在距光電轉(zhuǎn)換部分12的特定距離處形成。盡管沒有示出，但是第一導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)被形成在光電轉(zhuǎn)換部分12與ー個電荷傳輸部分13之間，以形成用于讀取柵極部分的可變勢壘。在光電轉(zhuǎn)換部分12與另ー電荷傳輸部分13之間，在半導(dǎo)體襯底11中深深地形成了作為溝道停止部的高濃度的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)。諸如氧化硅的絕緣層15被形成在半導(dǎo)體襯底11上。多晶硅等的電荷傳輸電極14被形成在各電荷傳輸部分13上方的絕緣層15上。通過光電轉(zhuǎn)換在光電轉(zhuǎn)換部分12處生成的信號電荷經(jīng)由讀取柵極部分被讀取到ー個電荷傳輸部分13。通過諸如4相時鐘信號的垂直傳輸時鐘信號來驅(qū)動電荷傳輸電極14，使得信號電荷沿特定方向在電荷傳輸部分13內(nèi)連續(xù)傳輸。各行的信號電荷接著被掃描入水平傳輸部分(未出)中，信號電荷例如通過2相水平時鐘信號在水平傳輸部分內(nèi)傳輸，然后作為圖像信號輸出到外部。諸如氧化硅層的絕緣層15除了形成在半導(dǎo)體襯底11上之外，還形成在電荷傳輸電極14上。由諸如鎢的難熔金屬形成的遮光層16被形成在絕緣層15上。遮光層16在各光電轉(zhuǎn)換部分12上方具有開ロ。相對于電荷傳輸電極14的段差,開ロ的周邊的設(shè)置為略靠內(nèi)。此結(jié)構(gòu)的目的是提高遮光層16對電荷傳輸部分13的遮光性能并抑制污跡。由諸如PSG (磷硅酸鹽玻璃)或BPSG (硼磷硅酸鹽玻璃)的材料制成的第一光學透明絕緣層17被設(shè)置在遮光層16上且位于半導(dǎo)體襯底11上方。第一光學透明絕緣層17在各光電轉(zhuǎn)換部分12的正上方具有凹部。凹部具有反映下面的電荷傳輸電極14和遮光層16的段差形狀的彎曲表面。在第一光學透明絕緣層17上形成第二光學透明絕緣層18，以使第一光學透明絕緣層17的凹部被第二光學透明絕緣層18填充。第二光學透明絕緣層18由折射率比第一光學透明絕緣層17的折射率高的材料制成，該材料例如為通過等離子體CVD (化學氣相沉積)生成的氮化硅(P-SiN)。第二光學透明絕緣層18具有平坦化的表面，第一光學透明絕緣層17和第二光學透明絕緣層18形成層內(nèi)透鏡。第一平坦化層19形成在第二光學透明絕緣層18上。濾色器20被設(shè)置在第一平坦化層19上。提供第一平坦化層19來使在其上形成濾色器20的第二光學透明絕緣層18的頂部平坦化。第一平坦化層19還用作其上形成的濾色器的抗反射層。第一平坦化層19優(yōu)選由廉價且具有透明性和耐熱性或其它性能的材料制成，這種材料的例子包括丙烯酸樹脂材料、苯こ烯樹脂材料和環(huán)氧樹脂材料。第一平坦化層19也可形成為諸如氮化硅(SiN)的無機材料的鈍化層(保護層)。濾色器20采用基色編碼形成，并具有通過邊界區(qū)隔開且各自呈現(xiàn)紅(R)、綠(G)和藍(B)中的任一種顏色的光學透明區(qū)。濾色器可采用補色編碼形成，在補色編碼的情形中，光學透明區(qū)的每個可呈現(xiàn)黃色(Ye)、品紅(Mg)、青色(Cy)和緑色(G)中的任ー種顏色。為了改善固態(tài)成像裝置的靈敏度特性和顔色再現(xiàn)性，濾色器20的每個需要具有最佳的光譜特性并具有針對不同顔色的不同厚度。在濾色器20上形成第二平坦化層21。形成第二平坦化層21來在針對不同顔色具有不同厚度的濾色器上提供透明的平坦層。第二平坦化層21優(yōu)選由廉價且具有透明性和耐熱性或其它性能的材料制成，丙烯酸熱固性樹脂材料、苯こ烯樹脂材料、環(huán)氧樹脂材料等優(yōu)選用來形成第二平坦化層21。當出于改善固態(tài)成像裝置的聚焦性能的目的而把垂直疊層的結(jié)構(gòu)做得薄吋，優(yōu)選采用具有熱固性和熱塑性二者的樹脂材料，例如丙烯酸樹脂材料、苯こ烯樹脂材料或環(huán)氧樹脂材料。在第二平坦化層21上形成應(yīng)カ弛豫層22。在應(yīng)カ弛豫層22上設(shè)置具有凸起的彎曲表面(透鏡表面)的微透鏡層23。例如，微透鏡層23包括通過回蝕刻エ藝形成且具有約2的折射率的氮化硅(SiN)層。入射在透鏡表面上的光被微透鏡層23匯聚且進ー步被上述的層內(nèi)透鏡進行匯聚，然后進入各光電轉(zhuǎn)換部分12。微透鏡層23形成在CCD成像器的表面上，以使得不能利用的區(qū)域形成的間隙盡量小，并使得遮光膜以上的光線能被有效地利用以進入光電轉(zhuǎn)換部分12。這增大了像素的靈敏度。提供應(yīng)カ弛豫層22來削弱上述由有機材料制成的第二平坦化層與由無機材料制成的微透鏡層23之間的膜應(yīng)カ差異。如上所述，在有機材料層與無機材料層之間存在顯著的膜應(yīng)カ差異。于是，如果由諸如SiN的無機材料制成的微透鏡層23被直接設(shè)置在由諸如樹脂材料的有機材料制成的第二平坦化層21上，則由于膜應(yīng)カ差異，會在界面處出現(xiàn)褶皺或變形。換言之，如果無機材料層和有機材料層彼此疊置，則由于膜應(yīng)カ差異，會在層之間的界面處出現(xiàn)膜形狀方面的缺陷。為解決此問題，具有圖1中所示結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置在包括有機材料層和無機材料層的疊層中具有應(yīng)カ弛豫層22，并且應(yīng)力弛豫層22具有的應(yīng)カ值不同于有機材料層的應(yīng)カ值和無機材料層的應(yīng)力值且在有機材料層的應(yīng)力值和無機材料層的應(yīng)力值之間。換言之，滿足如下關(guān)系的應(yīng)カ弛豫層被插設(shè)在無機材料層和有機材料層之間:無機材料層的應(yīng)力 > 應(yīng)カ弛豫層的應(yīng)カ > 有機材料層的應(yīng)力。如上所述，在無機材料層被形成在有機材料層上之前，具有介于有機材料層的應(yīng)力值和無機材料層的應(yīng)カ值之間的應(yīng)カ值的材料被用來形成ー層，該層具有削弱有機材料層和無機材料層之間的膜應(yīng)カ差異的功能。即使當形成包括無機材料層和有機材料層的疊層時，該層也能抑制由膜應(yīng)カ差異造成的表面缺陷。結(jié)果，抑制了諸如褶皺和變形的層界面缺陷，并且在后續(xù)的光刻エ藝中可以毫無問題地實現(xiàn)圖案化。于是，可以避免固態(tài)成像裝置的聚焦性能的下降。應(yīng)カ弛豫層21優(yōu)選由無機材料制成，并且優(yōu)選采用低溫CVDエ藝來形成這種材料的膜。具體地，例如，SiO、SiN和由組成式SiOxNy表示的硅化合物是優(yōu)選的，其中0〈X ^ I并且0〈Y彡I (下文中，此化合物SiOxNy表示為SiON)。第二平坦化層21優(yōu)選由熱塑熱固性丙烯酸材料制成，以及微透鏡層23優(yōu)選由低溫沉積的SiN膜制成。這種情況下，應(yīng)カ弛豫層22可以是低溫沉積的SiON膜，使得應(yīng)カ弛豫層22 (SiON)和微透鏡層23 (SiN)可在同一 CVDエ藝中形成，而沒有額外的エ藝，這是高度便利的。關(guān)于光學性能，應(yīng)カ弛豫層22優(yōu)選具有1.4至2.0的折射率并且還優(yōu)選具有透明性。尤其是當由SiON制成時，應(yīng)カ弛豫層22具有1.6至1.9的折射率，這可以減少SiN的微透鏡層23 (折射率:1.8至2.0)和丙烯酸樹脂的第二平坦化層21 (折射率:1.4至1.5)之間的界面反射。這使得固態(tài)成像裝置的聚焦性能得以改善。應(yīng)カ弛豫層22優(yōu)選具有-100至IOOMpa的膜應(yīng)カ。如這里所使用的,膜應(yīng)カ是采用薄膜應(yīng)カ測量系統(tǒng)(晶片翹曲測量系統(tǒng)FSM500TC (VISION公司))測量得到的值。下面示出的膜應(yīng)カ值也采用此測量系統(tǒng)進行測量。在微透鏡層23上設(shè)置具有平坦化的表面的透明樹脂層24。透明樹脂層24由具有約1.5的折射率的有機材料制成，例如丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂，或苯こ烯樹脂。當微透鏡層23由具有約2的折射率的SiN制成且透明樹脂層24由具有約1.5的折射率的有機材料制成時，在固態(tài)成像裝置中微透鏡的聚焦性能是可靠的。

盡管上述實施例已示出了形成單個應(yīng)力弛豫層的情況，但是可在有機材料層和無機材料層之間設(shè)置任意數(shù)量的應(yīng)カ弛豫層。例如，可在有機材料層和無機材料層之間設(shè)置由不同材料制成的多個應(yīng)カ弛豫層。這種情況下，可按這樣ー種方式形成各應(yīng)カ弛豫層:每對相鄰層之間的膜應(yīng)カ差異調(diào)整為較小，從而可進ー步抑制各層界面處的表面缺陷。<2.固態(tài)成像裝置的第二實施例>盡管第一實施例已示出了把本發(fā)明應(yīng)用于作為固態(tài)成像裝置的例子的C⑶固態(tài)成像裝置的情況，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于其它類型的固態(tài)成像裝置。固態(tài)成像裝置大體分類為電荷傳輸型固態(tài)成像裝置(以C⑶固態(tài)成像裝置為典型)和XY地址型固態(tài)成像裝置(以CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)固態(tài)成像裝置為典型)。這里，參考圖2描述作為XY地址型固態(tài)成像裝置的示例的CMOS固態(tài)成像裝置的剖面結(jié)構(gòu)。采用相同的附圖標記來指代與圖1中所示的第一實施例相同的特征，且省略對它們的說明。盡管沒有具體示出，但是CMOS固態(tài)成像裝置具有像素部分、垂直(V)選擇電路、S/H (采樣/保持)-CDS (相關(guān)雙采樣)電路、水平(H)選擇電路、時序發(fā)生器(TG)和其它部分，它們被安裝在單個襯底上。像素部分包括布置成矩陣的大量的単元像素(后面描述)、布置成行的地址線和布置成列的垂直信號線。來自各像素的像素信號通過垂直選擇電路被讀取到S/H&CDS電路和水平選擇電路。垂直選擇電路、S/H-CDS電路和水平選擇電路的每個基于由時序發(fā)生器生成的不同時序信號而工作。
圖2是示出CMOS固態(tài)成像裝置中的像素部分和外圍電路部分的結(jié)構(gòu)示例的剖面圖。根據(jù)本實施例的CMOS固態(tài)成像裝置具有背側(cè)照射型像素結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，入射光進入半導(dǎo)體襯底的與形成有布線層的ー側(cè)相反的側(cè)(背側(cè))。背側(cè)照射型像素結(jié)構(gòu)在微透鏡和光電ニ極管(光電轉(zhuǎn)換部分)之間不具有布線層，這増大了像素布線的靈活性并使得可以形成更微小的像素。背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置包括半導(dǎo)體襯底30和形成在半導(dǎo)體襯底30中且包括多個像素部分的有源層，每個像素部分具有把入射光轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換部分(例如，光電ニ極管)35、晶體管37和其它部件。晶體管37包括傳輸晶體管、放大晶體管、重置晶體管等，圖2中示出了一部分晶體管37。例如，硅襯底用作半導(dǎo)體襯底30。進ー步形成信號處理部分(未不出)，用于處理從各光電轉(zhuǎn)換部分35讀取的信號電荷。在半導(dǎo)體襯底30中，元件隔離區(qū)36被形成在像素部分的周邊部分處，例如被形成在于行或列方向上布置的各像素部分之間。在具有光電轉(zhuǎn)換部分35的半導(dǎo)體襯底30的前側(cè)(圖中半導(dǎo)體襯底30的下側(cè))形成布線層32。布線層32包括線33和覆蓋線33的絕緣層34。在與半導(dǎo)體襯底30相反的ー側(cè)上布線層32被設(shè)置有支撐襯底31。例如，支撐襯底31包括硅襯底。圖2中所示的CMOS固態(tài)成像裝置還包括形成在半導(dǎo)體襯底30的背面(圖中半導(dǎo)體襯底30的上側(cè))上且具有光學透明性的第一平坦化層19。在第一平坦化層19上設(shè)置濾色器20。在濾色器20上形成第二平坦化層21。在第二平坦化層21上形成應(yīng)カ弛豫層22。在應(yīng)カ弛豫層22上設(shè)置具有凸起的彎曲表面(透鏡表面)的微透鏡層23。在微透鏡層23上設(shè)置具有平坦化的表面的透明樹脂層24。形成在半導(dǎo)體襯底30的背面上的第一平坦化層19、濾色器20、第二平坦化層21、應(yīng)カ弛豫層22、微透鏡層23和透明樹脂層24可具有與上述第一實施例的CXD固態(tài)成像裝置中的那些層相同的特征。在如上構(gòu)造的背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置中，應(yīng)カ弛豫層22插設(shè)在疊層中的有機材料層與無機材料層之間，應(yīng)カ弛豫層22具有的應(yīng)カ值不同于有機材料層的應(yīng)カ值和無機材料層的應(yīng)力值并且介于有機材料層的應(yīng)力值和無機材料層的應(yīng)力值之間。根據(jù)此特征，在包括有機材料層、應(yīng)カ弛豫層22和無機材料層的疊層中可以削弱有機材料層和無機材料層之間的膜應(yīng)カ差異。因此，即使當在膜應(yīng)カ方面具有顯著差異的有機材料層和無機材料層被用來形成疊層時，也可抑制由膜應(yīng)カ差異造成的表面缺陷。如上所述，具有位于有機材料層和無機材料層之間的應(yīng)カ弛豫層的背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置可產(chǎn)生與第一實施例中的CXD固態(tài)成像裝置相同的有利效果。<3.固態(tài)成像裝置的第三實施例>盡管第二實施例已示出了背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置以作為應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的例子，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于所謂的前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置，在該裝置中，布線層設(shè)置在前側(cè)并且入射光進入布線層側(cè)。圖3是示意性示出這種前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。相同的附圖標記用來指代與圖1和2中所示的第一和第二實施例的那些特征相同的特征，且省略對它們的說明。
圖3中所示的前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置包括半導(dǎo)體襯底38和多個像素部分，該多個像素部分形成在半導(dǎo)體襯底38中且均具有把入射光轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換部分(例如，光電ニ極管)35、晶體管37和其它部件。晶體管37包括傳輸晶體管、放大晶體管、重置晶體管等，在圖3中示出了一部分晶體管37。例如，硅襯底用作半導(dǎo)體襯底38。還形成了信號處理部分(未示出)，用于處理從各光電轉(zhuǎn)換部分35讀取的信號電荷。在具有光電轉(zhuǎn)換部分35的半導(dǎo)體襯底38的前側(cè)(圖中半導(dǎo)體襯底30的上側(cè))形成布線層32。布線層32包括線33和覆蓋線33的絕緣層34。CMOS固態(tài)成像裝置還包括形成在布線層32上且具有光學透明性的第一平坦化層
19。在第一平坦化層19上設(shè)置濾色器20。在濾色器20上形成第二平坦化層21。在第二平坦化層21上形成應(yīng)カ弛豫層22。在應(yīng)カ弛豫層22上設(shè)置具有凸起的彎曲表面(透鏡表面)的微透鏡層23。在微透鏡層23上設(shè)置具有平坦化的表面的透明樹脂層24。形成在半導(dǎo)體襯底38的前側(cè)上的布線層32可具有與上述第二實施例的CMOS固態(tài)成像裝置中的布線層相同的特征。形成在布線層32上的第一平坦化層19、濾色器20、第ニ平坦化層21、應(yīng)カ弛豫層22、微透鏡層23和透明樹脂層24也可具有與上述第一實施例的CCD固態(tài)成像裝置中的那些層相同的特征。在如上構(gòu)造的前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置中，應(yīng)カ弛豫層22插設(shè)在疊層中的有機材料層與無機材料層之間，應(yīng)カ弛豫層22具有的應(yīng)カ值不同于有機材料層的應(yīng)カ值和無機材料層的應(yīng)力值并且介于有機材料層的應(yīng)力值和無機材料層的應(yīng)力值之間，因此應(yīng)力弛豫層22具有削弱有機材料層和無機材料層之間的膜應(yīng)カ差異的功能。這使得即使當形成包括無機材料層和有機材料層的疊層時也可抑制由膜應(yīng)カ差異造成的表面缺陷。因此，如上構(gòu)造的、在有機材料層和無機材料層之間具有應(yīng)カ弛豫層的前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置也可產(chǎn)生與第一實施例中的CXD固態(tài)成像裝置相同的有利效果。<4.固態(tài)成像裝置的制造方法的實施例>接下來，對本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法的實施例進行描述。下述的制造エ藝圖是濾色器和上部各層的結(jié)構(gòu)(其對于第一實施例的CCD固態(tài)成像裝置以及第二和第三實施例的CMOS固態(tài)成像裝置的光接收區(qū)是共同的)的剖面圖。制造エ藝圖和下面參考制造エ藝圖描述的制造エ藝僅示出了在光接收區(qū)中形成的濾色器和上部各層的特征，并從圖中省略了其它的特征。下文中，對圖1中示出的第一實施例的CCD固態(tài)成像裝置的制造方法進行描述，以作為固態(tài)成像裝置的制造方法的例子。首先，按照已知的方法在半導(dǎo)體襯底的主表面?zhèn)刃纬筛鞣N雜質(zhì)區(qū)。通過諸如離子注入的方法把諸如磷的n型雜質(zhì)引入諸如P型硅襯底的半導(dǎo)體襯底的主表面?zhèn)戎?，以形成作為光電轉(zhuǎn)換部分的光電ニ極管。類似地，然后引入n型或p型雜質(zhì)離子，以形成溝道停止部、傳輸溝道和其它部分。通過熱氧化物膜形成方法等在具有如上形成的元件的半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層。隨后，通過CVD等在絕緣層上形成多晶硅層等，并接著通過干法蝕刻等把多晶硅層等選擇性蝕刻成預(yù)定的圖案，以形成傳輸電扱。進ー步在傳輸電極的上表面和側(cè)表面之上形成諸如氧化硅層的絕緣層。通過CVD在絕緣層上形成諸如鎢的難熔金屬的膜，且接著對該難熔金屬的膜進行圖案化以在各光電轉(zhuǎn)換部分上方形成開ロ，從而形成遮光層。
隨后，在遮光層上和開口上方形成PSG或BPSG的第一光學透明絕緣層。然后例如通過在900°C至1000°C下進行加熱使形成的第一光學透明絕緣層回流，以在各光電轉(zhuǎn)換部分上方的第一光學透明絕緣層中形成凹部，該凹部反映下面的傳輸電極和遮光層的段差形狀且具有與光電轉(zhuǎn)換部分相同的尺寸。然后通過等離子體CVD在第一光學透明絕緣層上形成氮化硅(P-SiN)層以作為第二光學透明絕緣層。例如采用丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂、異氰酸鹽樹脂等，通過旋涂等在第二光學透明絕緣層上形成第一平坦化層。如圖4A中所示，然后在第一平坦化層上形成與相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換部分對應(yīng)的濾色器
20。接著在濾色器20上形成第二平坦化層21。通過諸如染色エ藝的已知方法來形成濾色器20。染色エ藝包括:形成樹脂材料和光敏劑的混合物的涂層，對涂層進行曝光、顯影、染色和固色，并為各種顏色重復(fù)上述エ藝，以形成濾色器20。也可采用諸如分散エ藝、印刷工藝或電沉積エ藝的其他任何方法來形成濾色器20。采用有機樹脂材料，尤其是諸如丙烯酸樹脂材料、苯こ烯樹脂材料或環(huán)氧樹脂材料的熱固性透明樹脂材料來形成第二平坦化層21。為了使第二平坦化層21薄且平，要采用的樹脂材料優(yōu)選具有熱固性和熱塑性兩種性能。更具體地，可采用諸如由富士化學エ業(yè)有限公司(FUJI CHEMICALS INDUSTRIAL C0.，LTD)制造的F0C-UV27的材料來形成第二平坦化層21。可通過包括以下步驟的エ藝來形成第二平坦化層21:通過旋涂把上述材料涂覆到濾色器20，并且在濾色器和其它部分不出現(xiàn)熱劣化的溫度下(例如200至230°C)對涂覆的材料進行幾分鐘熱固處理。如圖4B中所示，然后在第二平坦化層21上形成應(yīng)カ弛豫層22。例如，采用SiN、Si0、Si0N等通過在200至230°C下進行幾分鐘的等離子體CVD，第二平坦化層21如上所述地被形成。如圖4C中所示，在應(yīng)カ弛豫層22上形成微透鏡層23。采用例如SiN的無機材料通過在200至230°C下進行幾分鐘的等離子體CVD來形成微透鏡層23。如圖中所示，通過涂覆在微透鏡層23上形成抗蝕劑層25。通過采用光刻對抗蝕劑層25進行圖案化并使圖案化的抗蝕劑層熱固化，把抗蝕劑層25形成為透鏡形狀。通過采用i線步進器等的曝光エ藝來圖案化成透鏡形狀。具有低耐熱性的材料適宜作為用于形成抗蝕劑層25的抗蝕劑材料。例如,諸如由住友化學有限公司(Sumitomo ChemicalCompany)制造的PF1-65的材料可用作抗蝕劑材料。如圖5E中所示，采用抗蝕劑層25作為掩模，通過蝕刻エ藝把微透鏡層23形成為透鏡形狀。例如，通過采用CF4/02氣體等的等離子體干法蝕刻方法來蝕刻包括諸如SiN的無機材料的微透鏡層23。如圖5F中所示，然后在透鏡形狀的微透鏡層23上形成透明樹脂層24。通過包括如下步驟的エ藝來形成透明樹脂層24:采用旋涂或其它涂覆技術(shù)來形成有機樹脂材料等的涂層，然后在濾色器和其它部分不出現(xiàn)熱劣化的溫度下(例如200至230°C)對涂層進行幾分鐘的熱固性處理。用來形成透明樹脂層24的材料優(yōu)選具有透明性和低折射率。更具體地，可采用諸如由JSR公司制造的TT8021的材料。上述步驟使得能夠制造出具有圖1中所示的結(jié)構(gòu)的CXD固態(tài)成像裝置。
根據(jù)圖4和5中示出的步驟，背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置和前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置也可采用類似的方式被制造。在背側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置的情況下，光電轉(zhuǎn)換區(qū)和晶體管組被形成在半導(dǎo)體襯底中，然后在半導(dǎo)體襯底的與布線側(cè)相反的ー側(cè)上通過上述エ藝形成從濾色器到透明樹脂層的部分。在前側(cè)照射型CMOS固態(tài)成像裝置的情況下，光電轉(zhuǎn)換區(qū)和晶體管組被形成在半導(dǎo)體襯底中，然后在半導(dǎo)體襯底上形成布線層。隨后，通過上述エ藝在布線層上形成從濾色器到透明樹脂層的部分。上述エ藝使得能夠制造出根據(jù)上述實施例的、具有應(yīng)カ弛豫層的CMOS固態(tài)成像裝置。盡管制造方法的實施例已示出了如圖4B中所示的形成單個應(yīng)力弛豫層的情況，但是可在有機材料層和無機材料層之間設(shè)置任意數(shù)量的應(yīng)カ弛豫層。例如，可通過兩次或更多次地重復(fù)采用等離子體CVD形成SiN、Si0、Si0N等的應(yīng)カ弛豫層的步驟，來在有機材料層和無機材料層之間形成不同材料的多個應(yīng)カ弛豫層。這種情況下，可按這樣ー種方式形成應(yīng)カ弛豫層:每對相鄰層之間的膜應(yīng)カ差異調(diào)整為較小，從而可進ー步抑制每層界面處的表面缺陷。第二平坦化層可由丙烯酸熱塑熱固性材料制成，微透鏡層可由低溫沉積的SiN制成。這種情況下，應(yīng)カ弛豫層可由低溫沉積的SiON制成，從而可形成固態(tài)成像裝置而沒有額外的エ藝。該方法是高度便利的，因為能夠在同一 CVDエ藝中連續(xù)生產(chǎn)用于應(yīng)カ弛豫層的SiON層和用于微透鏡層的和SiN層。在采用抗蝕劑層回蝕刻微透鏡層的步驟中如果在微透鏡層下面沒有SiON的應(yīng)カ弛豫層，則蝕刻停止時間需要設(shè)置在特定的時限內(nèi)。這種情況下，可能會經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的變化。與之相對照，當在微透鏡層下面設(shè)置SiON的應(yīng)カ弛豫層吋，SiON層可用作蝕刻停止層以精確地停止蝕刻。于是，由SiON制成的應(yīng)カ弛豫層可減小微透鏡結(jié)構(gòu)方面的變化并改善聚焦性能?！?.電子設(shè)備的實施例〉根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置可用于形成電子設(shè)備，例如配備有固態(tài)成像裝置的照相機、配備有照相機的移動電話或任何其它配備有固態(tài)成像裝置的設(shè)備。圖6示意性地示出了作為本發(fā)明的電子設(shè)備的例子的、能夠拍攝靜止圖片的數(shù)碼靜態(tài)照相機的構(gòu)造，在該照相機中采用了固態(tài)成像裝置。根據(jù)本實施例的相機40包括光學系統(tǒng)(光學透鏡)41、固態(tài)成像裝置42、信號處理電路43和驅(qū)動電路44。上述固態(tài)成像裝置被用作固態(tài)成像裝置42。光學透鏡41把來自物體的圖像光(入射光)聚焦在固態(tài)成像裝置42的成像表面上。于是，信號電荷在固態(tài)成像裝置42的光電轉(zhuǎn)換元件中存儲一定時間段。驅(qū)動電路44供應(yīng)用于固態(tài)成像裝置42的傳輸操作的信號。固態(tài)成像裝置42響應(yīng)于從驅(qū)動電路44供應(yīng)的驅(qū)動信號(時序信號)來進行信號傳輸。信號處理電路43響應(yīng)于來自固態(tài)成像裝置42的輸出信號而進行各種信號處理操作。已經(jīng)過信號處理的視頻信號被存儲在諸如存儲器的存儲介質(zhì)中或被輸出到監(jiān)視器等。本實施例中，相機40包括相機模塊，在該相機模塊中組裝有光學透鏡41、固態(tài)成像裝置42、信號處理電路43和驅(qū)動電路44。
本發(fā)明可提供如圖6中所示的相機和包括配備有照相機的便攜式設(shè)備(例如配備有照相機模塊的移動電話)的其它設(shè)備。根據(jù)圖6中所示的構(gòu)造，光學透鏡41、固態(tài)成像裝置42、信號處理電路43和驅(qū)動電路44可組裝到具有成像功能的模塊中，或者確切地說是成像功能模塊。本發(fā)明可提供具有這種成像功能模塊的電子設(shè)備。應(yīng)該理解，上述實施例并不是意欲限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可做成各種改變和修改。附圖標記列表11，30，38半導(dǎo)體襯底12，35 光電轉(zhuǎn)換部分13電荷傳輸部分14電荷傳輸電極15絕緣層16遮光層 17第一光學透明絕緣層18第二光學透明絕緣層19第一平坦化層20，101 濾色器21第二平坦化層22應(yīng)カ弛豫層23,103 微透鏡層24,104 透明樹脂層25,105 抗蝕劑層31支撐襯底32布線層33線34絕緣層36元件隔離區(qū)37晶體管40照相機41光學系統(tǒng)(光學透鏡)42固態(tài)成像裝置43信號處理電路44驅(qū)動電路102平坦化層
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括: 半導(dǎo)體襯底； 形成在該半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分； 設(shè)置在該半導(dǎo)體襯底上的包括有機材料層和無機材料層的疊層；以及 插設(shè)在該有機材料層與該無機材料層之間的至少ー個應(yīng)カ弛豫層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中該應(yīng)カ弛豫層具有的膜應(yīng)カ不同于該有機材料層的膜應(yīng)カ和該無機材料層的膜應(yīng)カ且介于該有機材料層的膜應(yīng)カ和該無機材料層的膜應(yīng)カ之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像裝置，其中該有機材料層是平坦化層，該無機材料層是微透鏡層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中該應(yīng)カ弛豫層包括從SiO、SiN和由組成式SiOxNy表示的硅化合物中選取的至少ー種材料，其中0〈X ^ 1，0〈Y ^ I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中該應(yīng)カ弛豫層具有1.4至2.0的折射率。
6.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，包括如下步驟: 在半導(dǎo)體襯底中形成光電轉(zhuǎn)換 部分；以及 在該半導(dǎo)體襯底上形成包括有機材料層和無機材料層的疊層，并且在該有機材料層和該無機材料層之間插設(shè)至少ー個應(yīng)カ弛豫層。
7.一種電子設(shè)備,包括: 固態(tài)成像裝置，包括:半導(dǎo)體襯底、形成在該半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的包括有機材料層和無機材料層的疊層、以及插設(shè)在該有機材料層與該無機材料層之間的至少ー個應(yīng)カ弛豫層； 光學系統(tǒng)，用于把入射光引導(dǎo)至該固態(tài)成像裝置的成像部分；以及 信號處理電路，用于處理來自該固態(tài)成像裝置的輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)成像元件和固態(tài)成像元件的制造方法以提供具有優(yōu)良的光聚集性能的固態(tài)成像元件，本發(fā)明還涉及電子設(shè)備。固態(tài)成像元件包括半導(dǎo)體基體(11)和形成在半導(dǎo)體基體(11)上的光電轉(zhuǎn)換部分。固態(tài)成像元件被提供有層疊在半導(dǎo)體基體上的隔著至少一個應(yīng)力弛豫層(22)的有機材料層和無機材料層。例如，該技術(shù)可應(yīng)用于具有布置在像素上的微透鏡等的固態(tài)成像元件。
文檔編號H01L27/14GK103098213SQ20118004327
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者前田兼作, 松谷弘康, 守屋雄介 申請人:索尼公司