固體拍攝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的固體拍攝裝置提高形成圖像的畫質(zhì)。本實施方式的固體拍攝裝置包含：設(shè)置在被半導(dǎo)體基板150的元件分離區(qū)域90包圍的單位單元區(qū)域UC內(nèi)的光電變換元件1；設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)鹊陌季€80的層間絕緣膜92；設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的與表面相對向的背面?zhèn)鹊臑V色器118；在背面?zhèn)戎性O(shè)置在濾色器118上的微透鏡117；設(shè)置在光電變換元件1和濾色器118之間的內(nèi)部透鏡31；設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的第2面?zhèn)?，與內(nèi)部透鏡31相鄰的遮光層32。
【專利說明】固體拍攝裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明的實施方式涉及固體拍攝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]CXD圖像傳感器和/或CMOS圖像傳感器等的固體拍攝裝置適用于數(shù)碼相機、視頻拍攝機或者監(jiān)視拍攝機等多樣的用途。通過單一的像素陣列取得多個色信息的單板式圖像傳感器成為主流。
[0003]近年，從半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)热∪雭碜员粩z體的光的背面照射型圖像傳感器的開發(fā)取得進展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明解決的課題是提供可提高形成圖像的畫質(zhì)的固體拍攝裝置。
[0005]實施方式的固體拍攝裝置，其特征在于，具備:光電變換元件，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板中被元件分離區(qū)域包圍的單位單元區(qū)域內(nèi)；層間絕緣膜，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的第I面?zhèn)龋季€；濾色器，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的與上述第I面相對向的第2面?zhèn)?；微透鏡，其在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)龋O(shè)置在上述濾色器上；內(nèi)部透鏡，其在相對于上述半導(dǎo)體基板的第2面的垂直方向上，設(shè)置在上述光電變換元件和上述濾色器之間；以及遮光層，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)龋谙鄬τ谏鲜霭雽?dǎo)體基板的第2面的平行方向上與上述內(nèi)部透鏡相鄰。
[0006]其他實施方式的固體拍攝裝置，其特征在于，具備:光電變換元件，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板中被元件分離區(qū)域包圍的單位單元區(qū)域內(nèi)；層間絕緣膜，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的第I面?zhèn)龋季€；濾色器，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的與上述第I面相對向的第2面?zhèn)?；微透鏡，其在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)?，設(shè)置在上述濾色器上；內(nèi)部透鏡，其在相對于上述半導(dǎo)體基板的第2面的垂直方向上，設(shè)置在上述光電變換元件和上述濾色器之間；以及遮光層，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)龋谙鄬τ谏鲜霭雽?dǎo)體基板的第2面的平行方向上與上述內(nèi)部透鏡相鄰，上述遮光層是包含SiGe的層，上述遮光層的厚度比上述內(nèi)部透鏡的厚度薄。
[0007]根據(jù)上述構(gòu)成的固體拍攝裝置，可提高形成圖像的畫質(zhì)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是固體拍攝裝置的芯片的布局的一例俯視圖。
[0009]圖2是固體拍攝裝置的構(gòu)造的一例截面圖。
[0010]圖3是像素陣列及像素陣列附近的電路構(gòu)成的等效電路圖。
[0011]圖4是第I實施方式的固體拍攝裝置的構(gòu)造的一例俯視圖。
[0012]圖5是第I實施方式的固體拍攝裝置的構(gòu)造的一例截面圖。
[0013]圖6是第I實施方式的固體拍攝裝置的制造方法的一工序的說明圖。[0014]圖7是第I實施方式的固體拍攝裝置的制造工序的一工序的說明圖。
[0015]圖8是第I實施方式的固體拍攝裝置的制造工序的一工序的說明圖。
[0016]圖9是第2實施方式的固體拍攝裝置的構(gòu)造的一例截面圖。
[0017]圖10是第3實施方式的固體拍攝裝置的構(gòu)造的一例截面圖。
[0018]圖11是第3實施方式的固體拍攝裝置的制造方法的一例的截面工序圖。
[0019]圖12是實施方式的固體拍攝裝置的變形例的說明圖。
[0020]圖13是實施方式的固體拍攝裝置的變形例的說明圖。
[0021]圖14是實施方式的固體拍攝裝置的變形例的說明圖。
[0022]圖15是實施方式的固體拍攝裝置的適用例的說明圖。
[0023]標號說明:
[0024]120:像素陣列，UC:單位單元，9:元件分離區(qū)域，1:光電二極管，2:晶體管(傳輸門)，6:浮置擴散層，31，31B:內(nèi)部透鏡，32，32A，32B:遮光層。
【具體實施方式】
[0025][實施方式]
[0026]以下，參照附圖，詳細說明本實施方式。以下的說明中，對于具有同一的功能及構(gòu)成的要素，附上同一符號，重復(fù)的說明根據(jù)需要進行。
[0027](I)第I實施方式
[0028]參照圖1至圖8，說明第I實施方式的固體拍攝裝置及其制造方法。
[0029](a)構(gòu)造
[0030]用圖1至圖5，說明第I實施方式的固體拍攝裝置的構(gòu)造。
[0031]圖1是本實施方式的固體拍攝裝置(以下，稱為圖像傳感器)的芯片的布局例的示意圖。圖2是本實施方式的圖像傳感器的構(gòu)造的示意截面圖。
[0032]如圖1及圖2，本實施方式的圖像傳感器100中，在一個半導(dǎo)體基板(芯片)150內(nèi)設(shè)置像素陣列120以及形成有用于控制像素陣列120的模擬(Analog)電路或邏輯(Logic)電路的外圍電路區(qū)域125。
[0033]像素陣列120包含多個單位單元UC。單位單元(單位單元區(qū)域)UC在像素陣列120內(nèi)矩陣狀排列。
[0034]各單位單元UC包含用于將來自被攝體的光(外部的光)變換為電氣信號的光電變換元件。一個單位單元UC包含至少一個光電變換元件。用光電變換元件形成像素。
[0035]相互相鄰的單位單元UC及相互相鄰的光電變換元件由元件分離區(qū)域(元件分離層)9分離。各單位單元UC及各光電變換元件的形成區(qū)域被元件分離區(qū)域9包圍。
[0036]光電變換元件I例如用光電二極管形成。如圖2，光電二極管(PD)I用半導(dǎo)體基板150內(nèi)的至少一個雜質(zhì)層10形成。光電二極管I將來自被攝體的光光電變換為與該光量相應(yīng)的電氣信號(電荷、電壓)。光電二極管I可以根據(jù)光量蓄積在雜質(zhì)層10內(nèi)產(chǎn)生的電荷。
[0037]半導(dǎo)體基板150內(nèi)，設(shè)置作為浮置擴散層(FD)(浮置擴散層、檢測部)6的雜質(zhì)層60。作為浮置擴散層6的雜質(zhì)層60保持經(jīng)由后述的場效應(yīng)晶體管(例如，MOS晶體管)2從光電二極管I輸出的電荷。[0038]在光電二極管I和浮置擴散層6之間，場效應(yīng)晶體管2設(shè)置在半導(dǎo)體基板150上。場效應(yīng)晶體管2的柵極電極21夾著柵極絕緣膜22，設(shè)置在半導(dǎo)體基板150內(nèi)的溝道區(qū)域上。
[0039]用單位單元UC，構(gòu)成圖像傳感器。單位單元UC根據(jù)圖像傳感器的電路構(gòu)成，除了光電二極管1、浮置擴散層6及稱為傳輸門(復(fù)位晶體管)的場效應(yīng)晶體管2，還可以包含其他構(gòu)成要素。例如，單位單元UC包含稱為放大晶體管和/或復(fù)位晶體管的場效應(yīng)晶體管，作為構(gòu)成要素。
[0040]圖3是像素陣列120及其附近的電路的電路構(gòu)成例的示圖。
[0041]像素陣列120內(nèi)矩陣狀配置的單位單元UC設(shè)置在讀出控制線TRF和垂直信號線VSL的交叉位置。
[0042]沿像素陣列120的行方向排列的多個單位單元UC與共同的讀出控制線TRF連接。沿像素陣列120的列方向排列的多個單位單元UC與共同的垂直信號線VSL連接。
[0043]例如，各單位單元UC為了控制單位單元UC及光電二極管I的工作，包含4個場效應(yīng)晶體管2、3、4、5。圖3的例中，單位單元UC所包含的4個場效應(yīng)晶體管2、3、4、5是傳輸門(讀出晶體管)2、放大晶體管3、復(fù)位晶體管4及地址晶體管5。各場效應(yīng)晶體管2、3、4、5例如是N溝道型MOS晶體管。
[0044]單位單元UC內(nèi)的各元件，例如光電二極管I及場效應(yīng)晶體管2、3、4、5如下連接。
[0045]光電二極管I的陽極例如接地。光電二極管I的陰極經(jīng)由傳輸門2的電流路徑與浮置擴散層6連接。
[0046]傳輸門2控制由光電二極管I光電變換的信號電荷的蓄積及傳輸。傳輸門2的柵極與讀出控制線TRF連接。傳輸門2的電流路徑的一端與光電二極管131的陰極連接，傳輸門2的電流路徑的另一端與浮置擴散層6連接。
[0047]放大晶體管3檢測及放大浮置擴散層6的信號(電位)。放大晶體管3的柵極與浮置擴散層6連接。放大晶體管3的電流路徑的一端與垂直信號線VSL連接，放大晶體管3的電流路徑的另一端與地址晶體管5的電流路徑的一端連接。放大晶體管3放大的信號向垂直信號線VSL輸出。放大晶體管3起到源極跟隨器的功能。
[0048]復(fù)位晶體管4使浮置擴散層6的電位(信號電荷的保持狀態(tài))復(fù)位。復(fù)位晶體管4的柵極與復(fù)位控制線RST連接。復(fù)位晶體管4的電流路徑的一端與浮置擴散層6連接，復(fù)位晶體管4的電流路徑的另一端與電源端子135連接。
[0049]地址晶體管5控制單位單元UC的活性。地址晶體管5的柵極與地址控制線ADR連接。地址晶體管5的電流路徑的一端與放大晶體管3的電流路徑的另一端連接，地址晶體管5的電流路徑的另一端與電源端子135連接。
[0050]電源端子135與漏極電源，或接地電源，或光暗(optical black)區(qū)域內(nèi)的單位單元(基準電位單元)連接。
[0051]本實施方式中，一個單位單元UC包含作為像素的一個光電二極管I的構(gòu)成稱為I像素I單元構(gòu)造。
[0052]垂直移位寄存器133與讀出控制線TRF、地址控制線ADR及復(fù)位控制線RST連接。垂直移位寄存器133控制讀出控制線TRF、地址控制線ADR及復(fù)位控制線RST的電位，以行單位控制及選擇像素陣列120內(nèi)的多個單位單元UC。垂直移位寄存器133向各控制線TRF、ADR、RST輸出用于控制各晶體管2、4、5的導(dǎo)通(on)及截止(off)的控制信號(電壓脈沖)。
[0053]AD變換電路131與垂直信號線VSL連接。AD變換電路131包含用于將來自單位單元UC的模擬信號變換為數(shù)字信號，和/或?qū)碜詥挝粏卧猆C的信號進行CDS (CorrectedDouble Sampling:相關(guān)雙采樣)處理的處理單元(PU) 132。
[0054]負載晶體管134用作垂直信號線VSL的電流源。負載晶體管134的柵極與選擇線SF連接。負載晶體管134的電流路徑的一端經(jīng)由垂直信號線VSL，與放大晶體管3的電流路徑的一端連接。負載晶體管134的電流路徑的另一端與控制線DC連接。
[0055]另外，各單位單元UC也可以不包含地址晶體管5。該場合，單位單元UC中，復(fù)位晶體管4的電流路徑的另一端與放大晶體管3的電流路徑的另一端連接。單位單元UC不包含地址晶體管5的場合，地址信號線ADR也不設(shè)置。
[0056]如2像素I單元構(gòu)造、4像素I單元構(gòu)造或者8像素I單元構(gòu)造那樣，單位單元UC也可以是一個單位單元包含2個以上的像素(光電二極管)的電路構(gòu)成。包含多個光電二極管的單位單元(多像素I單元構(gòu)造)內(nèi)，2個以上的光電二極管共有一個浮置擴散層6及復(fù)位晶體管3、放大晶體管4及地址晶體管5。包含多個光電二極管的單位單元中，對一個光電二極管設(shè)置一個傳輸門。另外，由一個像素形成的單位單元包含一個像素區(qū)域，由多個像素形成的單位單元包含多個像素區(qū)域。多像素I單元構(gòu)造的單位單元中，各像素區(qū)域由元件分離區(qū)域相互分離。像素區(qū)域在像素陣列120內(nèi)排列。
[0057]如圖1及圖2，外圍電路區(qū)域125夾著元件分離區(qū)域，以與像素陣列120相鄰的方式設(shè)置在半導(dǎo)體基板150內(nèi)。
[0058]外圍電路區(qū)域125內(nèi)，設(shè)有上述的垂直移位寄存器133那樣的控制像素陣列120的工作的電路和/或AD變換電路131那樣的處理來自像素陣列120的信號的電路。
[0059]外圍電路區(qū)域125通過元件分離區(qū)域從像素陣列120電氣分離。在用于區(qū)分外圍電路區(qū)域125的元件分離區(qū)域內(nèi)，例如埋入STI構(gòu)造的元件分離絕緣膜91。
[0060]外圍電路區(qū)域125內(nèi)的電路用場效應(yīng)晶體管7、電阻元件、電容元件等的多個元件形成。圖2中，為了圖示的簡化,僅僅表示了場效應(yīng)晶體管7。圖2中,僅僅圖示一個場效應(yīng)晶體管，但是在半導(dǎo)體基板150上，設(shè)有用于形成外圍電路的多個晶體管。
[0061]例如，外圍電路區(qū)域125內(nèi)，場效應(yīng)晶體管(例如，MOS晶體管)7設(shè)置在半導(dǎo)體基板150內(nèi)的阱區(qū)域159內(nèi)。阱區(qū)域(Well) 159內(nèi)，設(shè)有2個擴散層(雜質(zhì)層)73。這些2個擴散層73起到晶體管7的源極/漏極的功能。在2個擴散層73間的阱區(qū)域(溝道區(qū)域)表面，隔著柵極絕緣膜72設(shè)置有柵極電極71。從而，在阱區(qū)域159內(nèi)形成場效應(yīng)晶體管7。
[0062]另外，場效應(yīng)晶體管7是P溝道型還是N溝道型由設(shè)置該晶體管7的阱區(qū)域159的導(dǎo)電型及成為源極/漏極的擴散層73的導(dǎo)電型決定。
[0063]半導(dǎo)體基板150采用Si的單晶基板(體基板)，或SOI基板的外延Si層。
[0064]為了覆蓋晶體管2、7的柵極電極21、71及光電二極管I的頂面，多個層間絕緣膜92在半導(dǎo)體基板150上層疊。層間絕緣膜92例如采用氧化硅。
[0065]本實施方式的圖像傳感器100采用多層布線技術(shù)。即，在層疊的層間絕緣膜92內(nèi)，根據(jù)各布線級(以基板表面為基準的高度)設(shè)置多個布線80。各布線80通過在層間絕緣膜92內(nèi)分別埋入的插頭(plug),例如通路插頭(via plug) 81、接觸插頭CP1、CP2,與位于不同布線級的其他布線電氣連接。另外，布線80包含不與元件及電路連接的虛設(shè)(du_y)層(例如，遮光膜)。
[0066]晶體管2、7的柵極電極21、71和/或源極/漏極73、半導(dǎo)體基板150上形成的元件的端子，經(jīng)由接觸插頭CP1、CP2與層間絕緣膜92內(nèi)的布線80連接。下層的布線80和上層的布線80經(jīng)由在層間絕緣膜92內(nèi)埋入的通路插頭81，與設(shè)置在半導(dǎo)體基板150上的多個元件連接。這樣，由多層布線技術(shù)形成多個電路。
[0067]本實施方式中，形成元件的面，更具體地說，設(shè)有晶體管2、7的柵極電極21、71的半導(dǎo)體基板150的面稱為半導(dǎo)體基板150的表面(第I面)。半導(dǎo)體基板150的表面上，設(shè)有由多層布線技術(shù)形成的層間絕緣膜92及布線80。相對于半導(dǎo)體基板150的表面的垂直方向上，半導(dǎo)體基板150的與表面相對向的面(表面的相反側(cè)的面)稱為背面(第2面)。不區(qū)別半導(dǎo)體基板150的表面及背面的場合，將半導(dǎo)體基板150的表面/背面稱為半導(dǎo)體基板150的主面。
[0068]例如,通過TSV (Through Substrate Via,穿基板通路)技術(shù)在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成通路(via)(貫通通路或貫通電極)88A，以從半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)认虮趁鎮(zhèn)蓉炌ò雽?dǎo)體基板150。貫通通路88A埋入在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成的貫通孔(開口部)內(nèi)。在貫通孔的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置絕緣層98A，貫通通路88A通過絕緣層98A與半導(dǎo)體基板150電氣分離。
[0069]貫通通路88A經(jīng)由接觸插頭CP2與層間絕緣膜92內(nèi)的布線80連接。貫通通路88A經(jīng)由通過插頭88B，與設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊囊r墊(pad)(電極)99連接。襯墊99設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面上的絕緣層(平坦化層或保護膜)95上。襯墊99通過絕緣層95與半導(dǎo)體基板150電氣分離。
[0070]本實施方式中，如圖2，在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)?，例如隔著保護層(未圖示)和/或粘接層(未圖示)設(shè)置濾色器118。濾色器118設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎信c像素陣列120對應(yīng)的位置。例如，本實施方式的圖像傳感器100是單板式的圖像傳感器100。單板式的圖像傳感器通過單一的像素陣列120取得多個色信息。濾色器118具有與多個色信息對應(yīng)的多個色素膜。
[0071]微透鏡陣列117隔著保護層(未圖示)及粘接層(未圖示)在濾色器118上安裝。微透鏡陣列117隔著濾色器118設(shè)置在相對于半導(dǎo)體基板150的主面的垂直方向上與像素陣列120重疊的位置。與一個像素(光電二極管I)分別對應(yīng)的微透鏡通過2維排列，形成微透鏡陣列117。各微透鏡將來自被攝體的光向光電二極管I會聚。
[0072]本實施方式的圖像傳感器100中，微透鏡陣列117及濾色器118設(shè)置在晶體管2、7的柵極電極21，71及層間絕緣膜92設(shè)置面(表面)的相反側(cè)的半導(dǎo)體基板的面(背面)偵U。形成了元件的半導(dǎo)體基板150被層間絕緣膜92和微透鏡陣列117夾持。
[0073]來自被攝體的光經(jīng)由微透鏡陣列117及濾色器118，從半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)日丈湎袼仃嚵?20，被光電二極管I取入。
[0074]支撐基板119設(shè)置在層間絕緣膜92上。支撐基板119隔著例如保護層(未圖示)及粘接層(未圖示)，在層間絕緣膜92上層疊。支撐基板119采用例如硅基板和/或絕緣性基板。
[0075]本實施方式中，來自被攝體的光的受光面(照射面)是安裝了微透鏡陣列117的半導(dǎo)體基板150的背面。[0076]如本實施方式的圖像傳感器100那樣，來自半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊墓庹丈湎袼豂的構(gòu)造的圖像傳感器稱為背面照射型圖像傳感器。
[0077]如圖2，本實施方式的背面照射型圖像傳感器100在相對于半導(dǎo)體基板150的主面的垂直方向上，包含設(shè)置在微透鏡117和光電二極管I之間的內(nèi)部透鏡31。以與內(nèi)部透鏡31相鄰的方式，遮光層32設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)取?br>
[0078]用圖4及圖5，具體地說明本實施方式的背面照射型圖像傳感器100的內(nèi)部透鏡31及遮光層32的構(gòu)成。
[0079]圖4表示本實施方式的背面照射型圖像傳感器100中的像素陣列120的平面布局的一例。圖5表示本實施方式的背面照射型圖像傳感器100的像素陣列120的截面構(gòu)造的一例。
[0080]圖5中，為了圖示的明確化，作為單位單元UC的構(gòu)成要素，僅僅圖示光電二極管1、傳輸門2及浮置擴散層6。另外，圖5中，簡化表示了半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)鹊膶娱g絕緣膜、布線及支撐基板。
[0081]如圖4及圖5，光電二極管1、傳輸門2及浮置擴散層6設(shè)置在由雜質(zhì)層組成的元件分離層90區(qū)分的元件形成區(qū)域(有源區(qū)域)內(nèi)。
[0082]相對于半導(dǎo)體基板150的主面的垂直方向上，在與微透鏡陣列117的各微透鏡陣列117上下重疊的位置，配置光電二極管I。
[0083]光電二極管I的雜質(zhì)層10在P型的半導(dǎo)體基板(半導(dǎo)體層)150內(nèi)形成的場合，光電二極管I的雜質(zhì)層10是N型的雜質(zhì)層10。
[0084]圖5中，為了圖示的簡單化，作為光電二極管I的構(gòu)成要素，僅僅圖示了一個N型雜質(zhì)層10，而為了提高光電二極管I的特性(例如，敏感度及光電變換效率)，半導(dǎo)體基板150的深度方向上雜質(zhì)濃度不同的多個N型及P型雜質(zhì)層也可以設(shè)置在光電二極管I的形成區(qū)域(稱為光電二極管形成區(qū)域)內(nèi)。
[0085]浮置擴散層6以夾著傳輸門2與光電二極管I相對向的方式，設(shè)置在半導(dǎo)體基板150內(nèi)。光電二極管I和浮置擴散層6在傳輸門2的溝道長度方向排列。
[0086]浮置擴散層6是在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成的N型的雜質(zhì)層60。例如，作為浮置擴散層6的N型雜質(zhì)層60的雜質(zhì)濃度比光電二極管I的N型雜質(zhì)層10的雜質(zhì)濃度高。
[0087]傳輸門2在光電二極管I和浮置擴散層6之間，配置在半導(dǎo)體基板150上。
[0088]傳輸門2的柵極電極21隔著柵極絕緣膜22設(shè)置在半導(dǎo)體基板150上。作為光電二極管I的構(gòu)成要素的N型雜質(zhì)層10及作為浮置擴散層6的N型雜質(zhì)層60分別起到傳輸門132的源極及漏極的功能。半導(dǎo)體基板150內(nèi)，2個N型雜質(zhì)層10、60間的半導(dǎo)體區(qū)域成為傳輸門2的溝道區(qū)域。
[0089]半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)戎?，表面屏蔽?9設(shè)置在光電二極管I的N型雜質(zhì)層10內(nèi)。表面屏蔽層19例如是P型雜質(zhì)層。表面屏蔽層19以從傳輸門132的溝道區(qū)域離開的方式，在N型雜質(zhì)層10的表層內(nèi)形成。表面屏蔽層19的頂面與層間絕緣膜92接觸。
[0090]半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎?，背面屏蔽?8設(shè)置在半導(dǎo)體基板150內(nèi)。背面屏蔽層18也可以與N型雜質(zhì)層10相接。背面屏蔽層18是例如P型雜質(zhì)層。
[0091]通過背面及表面屏蔽層18、19，可以抑制在光電二極管I產(chǎn)生的暗電流。
[0092]如圖4及圖5，在微透鏡117和光電二極管I之間，在半導(dǎo)體基板150的背面上設(shè)置內(nèi)部透鏡31。內(nèi)部透鏡31用具有透過性的材料形成。例如，內(nèi)部透鏡31包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅及有機物等。
[0093]內(nèi)部透鏡31以與光電二極管I對應(yīng)的方式，在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎芯仃嚑钆帕?。?nèi)部透鏡31成為從微透鏡ML到光電二極管I的光的導(dǎo)波路。微透鏡ML側(cè)的內(nèi)部透鏡31的面成為平坦。微透鏡ML側(cè)的內(nèi)部透鏡31的面也可以是曲面(球面)。
[0094]例如，相對于半導(dǎo)體基板150的主面的平行方向的尺寸中，內(nèi)部透鏡的最大尺寸LI比微透鏡的最大尺寸L2小。
[0095]以在相對于半導(dǎo)體基板150的主面的平行方向上包圍內(nèi)部透鏡31的周圍的方式，設(shè)置遮光層32。遮光層32設(shè)置在相對于半導(dǎo)體基板150的表面的平行方向排列的內(nèi)部透鏡31之間。遮光層32與內(nèi)部透鏡31相鄰或鄰接。相對于半導(dǎo)體基板150的主面的垂直方向的位置中，遮光層32的微透鏡側(cè)的面的位置與內(nèi)部透鏡31的微透鏡側(cè)的面的位置一致。
[0096]本實施方式中，遮光層32用具有光(例如，可見光)吸收性質(zhì)的材料形成。
[0097]半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊墓怆姸O管I的受光面不被遮光膜32覆蓋，通過透明的內(nèi)部透鏡31開口。
[0098]遮光層32相對于元件分離層90、傳輸門2及浮置擴散層6，以在相對于半導(dǎo)體基板150的表面的垂直方向上上下重疊的方式設(shè)置。因此，遮光層32在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎校采w元件分離層90、傳輸門2及浮置擴散層6。例如，遮光層32也可以覆蓋相對于半導(dǎo)體基板150的表面的平行方向上的光電二極管I的端部。
[0099]例如，各遮光層32的平面形狀中，外周部的角形成圓角或倒角。
[0100]半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎校瑸V色器118隔著絕緣膜95設(shè)置在內(nèi)部透鏡31及遮光層32上。
[0101]單板式的圖像傳感器中，濾色器118包含多個色素膜F1、F2、F3。濾色器118包含例如紅、藍及綠的色素膜F1、F2、F3。各色素膜F1、F2、F3中，I色的色素膜以與一個單位單元UC及一個光電二極管I對應(yīng)的方式設(shè)置在濾色器118內(nèi)。各色的色素膜F1、F2、F3以具有例如拜耳圖形的布局的方式，在濾色器118內(nèi)排列。另外，濾色器118除了紅、綠及藍，也可以具有黃和/或白的濾色器。
[0102]相鄰的2個光電二極管(像素區(qū)域)中，對各光電二極管設(shè)置的色素膜F1、F2、F3的色互異。相鄰的2個色素膜的色若互異，則夾著某一個光電二極管排列的2個光電二極管的色素膜F2、F3的色，根據(jù)濾色器118的排列圖形，可能相同，也可能不同。
[0103]微透鏡陣列117中，以一個微透鏡ML與一個單位單元UC及光電二極管I對應(yīng)的方式，各微透鏡ML設(shè)置在各色素膜F1、F2、F3上。
[0104]本實施方式的圖像傳感器100中，與單位單元UC及光電二極管的內(nèi)部透鏡31相鄰設(shè)置的遮光層32吸收從其他單位單元入射的光。從而，防止來自其他單位單元側(cè)(光電二極管側(cè))的光入射某單位單元(光電二極管)內(nèi)。
[0105]本實施方式的圖像傳感器100中，遮光層(以下，也稱為吸收層)32包括半導(dǎo)體。遮光層32用例如具有硅(Si)以上的吸收系數(shù)的材料形成。
[0106]例如，遮光層32優(yōu)選幾乎沒有透過性的材料。
[0107]例如，內(nèi)部透鏡31的折射率和遮光層32的折射率優(yōu)選不同。通過內(nèi)部透鏡31和遮光層32的折射率的差異，從內(nèi)部透鏡31入射遮光層32的光在內(nèi)部透鏡31和遮光層32的界面反射，入射與內(nèi)部透鏡31對應(yīng)的光電二極管I。從而，作為單位單元UC內(nèi)(像素內(nèi))的來自被攝體的光的導(dǎo)波路的內(nèi)部透鏡31的功能提高。
[0108]遮光層32例如用SiGe (硅鍺)形成。遮光層32中采用的SiGe的光(例如，可見光)吸收系數(shù)比硅的光吸收系數(shù)大。作為遮光層32的SiGe層32可以是幾乎不含摻雜物的本征半導(dǎo)體層，也可以是包含摻雜物的N型或P型的半導(dǎo)體層(具有導(dǎo)電性的半導(dǎo)體層)。
[0109]另外，遮光層32的材料只要具有光吸收性質(zhì)，也可以用SiGe以外的半導(dǎo)體材料形成。例如，也可以用Si形成遮光層32。但是，為了提高相鄰的單位單元UC間(像素間)的遮光性，遮光層32的材料優(yōu)選是光的吸收系數(shù)大的材料，例如上述的SiGe那樣具有比Si的吸收系數(shù)大的吸收系數(shù)的材料。具有吸收可見光性質(zhì)的金屬化合物也可以用于遮光層32。
[0110]圖像傳感器中，相互相鄰的單位單元(像素)間，透過與某單位單元對應(yīng)的色素膜Fl的光OLl根據(jù)相對于圖像傳感器的光的入射角，可能侵入(漏入)相鄰的其他單位單元。來自某單位單元的非有意侵入其他單位單元的光被其他單位單元內(nèi)的光電二極管光電變換時，可能產(chǎn)生光學的串擾，在形成圖像發(fā)生混色。
[0111]隨著像素陣列的高密度化及單位單元(像素)的微細化，單位單元間及像素間的間隔變小，因此光學的串擾的影響變得顯著。
[0112]本實施方式的圖像傳感器100中，采用SiGe的遮光層32吸收從某單位單元內(nèi)向其相鄰的其他單位單元內(nèi)入射遮光層32內(nèi)的光OLl。
[0113]在相鄰的2個單位單元間串擾的光(以下，也稱為漏出光)0L1幾乎全部由遮光層32吸收，從而，從某單位單元(一方的像素)向相鄰的其他單位單元(另一方的像素)的光OLl即使從遮光層32側(cè)向其他單位單元UC內(nèi)的光電二極管I側(cè)入射，相鄰的單位單元內(nèi)的光電二極管I也幾乎沒有接受來自某單位單元的光OLl。
[0114]因此，從某單位單元朝向其他單位單元的透過濾色器的光幾乎不被其他單位單元內(nèi)的光電二極管I光電變換。
[0115]這樣，本實施方式中，可以降低圖像傳感器的光學的串擾的惡劣影響，抑制形成圖像的混色。
[0116]以上，根據(jù)本實施方式的圖像傳感器，可以提高圖像傳感器形成的圖像的畫質(zhì)。
[0117](b)制造方法
[0118]用圖6至圖8，說明第I實施方式的固體拍攝裝置(例如，圖像傳感器)的制造方法。
[0119]圖6至圖8表示本實施方式的圖像傳感器的制造方法的各工序中的像素陣列120的截面工序圖。這里，除了圖6至圖8，還適當采用圖2及圖5說明本實施方式的圖像傳感器的制造方法的各工序。
[0120]另外，本實施方式的圖像傳感器的制造方法中，后述的各構(gòu)成要素的形成順序只要確保過程的匹配性，可以適宜變更。
[0121]如圖5,采用由光刻法及RIE (Reactive 1n Etching,反應(yīng)離子蝕刻)形成的掩模(未圖示)，在半導(dǎo)體基板150內(nèi)的預(yù)定區(qū)域內(nèi)形成元件分離層9。
[0122]例如，通過離子注入，包括雜質(zhì)半導(dǎo)體層的元件分離層90根據(jù)形成的掩模，在半導(dǎo)體基板150內(nèi)的預(yù)定位置(例如，像素陣列120內(nèi))形成。
[0123]例如,如圖2, STI (Shallow Trench Isolation,淺溝槽隔離)構(gòu)造的元件分離溝，根據(jù)掩模，在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成,絕緣體通過CVD (Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)法或涂敷法，埋入元件分離溝內(nèi)。從而，STI構(gòu)造的元件分離絕緣膜91在半導(dǎo)體基板150內(nèi)的預(yù)定位置形成。
[0124]從而，像素陣列120、像素陣列120內(nèi)的單位單元區(qū)域UC及外圍電路區(qū)域125在半導(dǎo)體基板150內(nèi)被區(qū)分。
[0125]采用與用于形成元件分離層的掩模不同的掩模，在半導(dǎo)體基板內(nèi)的預(yù)定區(qū)域形成N型或P型的阱區(qū)域。
[0126]如圖2及圖6，在像素陣列120的單位單元區(qū)域UC內(nèi)及外圍電路區(qū)域125的阱區(qū)域159內(nèi)，形成包含圖像傳感器的元件。
[0127]晶體管2、7的柵極絕緣膜22、72通過例如對半導(dǎo)體基板150的熱氧化處理，在半導(dǎo)體基板150的露出面(表面)上形成。
[0128]在形成的柵極絕緣膜22、72上，通過CVD法沉積多晶硅層。然后，通過光刻法及RIE法，加工多晶硅層，使具有預(yù)定的柵極長度及預(yù)定的柵極寬度的柵極電極21、71夾著柵極絕緣膜22、72在半導(dǎo)體基板150的表面(第I面)上形成。
[0129]如圖6，像素陣列120內(nèi)，將形成的柵極電極22及抗蝕劑膜(未圖示)用作掩模，通過離子注入法在單位單元區(qū)域UC內(nèi)的光電二極管形成區(qū)域內(nèi)形成光電二極管I的N型雜質(zhì)層10。
[0130]在單位單元區(qū)域UC的浮置擴散層形成區(qū)域內(nèi)，作為浮置擴散層的雜質(zhì)層60通過離子注入，在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成。
[0131]另外，分別形成作為放大晶體管這樣的像素陣列120內(nèi)的各晶體管的源極/漏極的雜質(zhì)層(未圖示)。
[0132]在光電二極管I的N型雜質(zhì)層10的表層(露出面)中，作為表面屏蔽層19的P型雜質(zhì)層19通過離子注入在N型雜質(zhì)層10內(nèi)形成。
[0133]例如，像素陣列120內(nèi)，在用于形成光電二極管I及浮置擴散層6的離子注入執(zhí)行期間中，外圍電路區(qū)域125被抗蝕劑膜(未圖示)覆蓋。
[0134]圖2的外圍電路區(qū)域125內(nèi)的晶體管7的形成區(qū)域(N型或P型阱區(qū)域)159中，通過以柵極電極72為掩模的離子注入，作為晶體管7的源極/漏極的P型或N型的雜質(zhì)層73在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成。另外，外圍電路區(qū)域125內(nèi)的晶體管7的形成工序也可以與像素陣列120內(nèi)的晶體管的形成工序共同化。
[0135]如圖6，在形成了晶體管2的柵極電極21的半導(dǎo)體基板150的表面上，通過多層布線技術(shù)，形成包含多個層間絕緣膜92及多個布線80的多層布線構(gòu)造。層間絕緣膜92覆蓋半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)?，例如，覆蓋晶體管2的柵極電極21。
[0136]多層布線構(gòu)造的各布線級的形成工序中，如圖2，例如，用CVD法沉積硅氧化膜的層間絕緣膜92。各布線級中，對層間絕緣膜92實施CMP法的平坦化處理后，如圖2，在層間絕緣膜92內(nèi)通過光刻法及RIE法形成的接觸孔內(nèi)，埋入接觸插頭CPl或通路插頭81。
[0137]例如，包含以鋁和/或銅等為主成分的導(dǎo)電層通過濺射法在層間絕緣膜92上及插頭CP1、81上沉積。沉積的導(dǎo)電層通過光刻法及RIE法加工為預(yù)定的形狀，以與插頭CP1、81連接。從而，形成作為布線的導(dǎo)電層80。作為布線的導(dǎo)電層80的形成的同時，由相同材料組成的遮光膜及虛設(shè)層在層間絕緣膜92上形成。布線80也可以采用鑲嵌(damascene)法形成。
[0138]這樣，半導(dǎo)體基板150的多個元件1、2、7通過多層布線技術(shù)的布線連接，形成圖像傳感器的各電路。
[0139]如圖6，對半導(dǎo)體基板150的表面?zhèn)鹊淖钌蠈拥膶娱g絕緣膜92(及導(dǎo)電層)實施平坦化處理后，在最上層的層間絕緣膜92的平坦化面上，形成粘接層(未圖示)。然后，支撐基板119貼附在粘接層。從而，支撐基板119與覆蓋半導(dǎo)體基板的表面的層間絕緣膜92接
八
口 ο
[0140]例如，將支撐基板119貼附于層間絕緣膜92前，基于重新布線技術(shù)的重新布線也可以以與層間絕緣膜92內(nèi)的布線連接的方式，在最上層的層間絕緣膜92上形成。
[0141]如圖7，將支撐基板119貼附于層間絕緣膜92后，半導(dǎo)體基板150的背面通過采用CMP法、HF溶液的濕蝕刻等，選擇性地蝕刻。從而，半導(dǎo)體基板150的厚度變薄。
[0142]半導(dǎo)體基板150被研磨后，半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)戎校鳛楸趁嫫帘螌?8的P型雜質(zhì)層18，通過離子注入，在像素陣列120內(nèi)的半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成。
[0143]半導(dǎo)體基板150的背面上，形成遮光層及內(nèi)部透鏡。
[0144]如圖7,用于形成遮光層的層32Z在半導(dǎo)體基板150的背面上沉積。
[0145]例如，SiGe用于形成遮光層32Z。SiGe層32Z用CVD法或選擇的外延層形成。也可以在半導(dǎo)體基板150的背面上沉積的硅層內(nèi)，離子注入鍺而形成SiGe層32Z。另外，SiGe層32Z可以是本征半導(dǎo)體層，也可以是N型/P型的半導(dǎo)體層。SiGe層32Z也可以不包含雜質(zhì)。
[0146]如圖8，用光刻法及RIE法加工SiGe層32，在SiGe層32內(nèi)，形成使半導(dǎo)體基板150的背面露出的開口部。
[0147]在半導(dǎo)體基板150的背面上及SiGe層32上，沉積透鏡材料(例如，SiO2)。
[0148]對透鏡材料實施蝕刻(或CMP)，在由SiGe層32的側(cè)面和半導(dǎo)體基板150的背面形成的凹部內(nèi)，形成內(nèi)部透鏡31。
[0149]透鏡材料被過蝕刻的場合，內(nèi)部透鏡31的露出面(濾色器設(shè)置側(cè)的面)與SiGe層的露出面相比，向半導(dǎo)體基板150側(cè)后退。該場合，內(nèi)部透鏡31的膜厚比作為遮光層32的SiGe層32的膜厚薄。
[0150]內(nèi)部透鏡31形成后，也可以形成作為遮光膜的SiGe層32。
[0151]如圖5，內(nèi)部透鏡31上及遮光層32上，形成粘接層及作為保護膜的絕緣膜95。
[0152]在相對于半導(dǎo)體基板的主面的垂直方向上與像素陣列120重疊的位置，具有預(yù)定的色素膜的排列圖形的濾色器118在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊慕^緣膜95上形成。濾色器118內(nèi)的色素膜F1、F2、F3的排列圖形中，相鄰的色素膜F1、F2、F3的色互異。
[0153]夾著濾色器118與像素陣列120重疊的位置中，微透鏡陣列117在濾色器118上形成。
[0154]一個色素膜F1、F2、F3及一個微透鏡ML以與像素陣列120內(nèi)的一個單位單元(光電二極管)對應(yīng)的方式，在半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)刃纬伞?br>
[0155]濾色器118形成前，也可以在內(nèi)部透鏡31上及覆蓋遮光層32的絕緣膜95上，形成半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊牟季€、襯墊或金屬的遮光層。例如，金屬膜通過濺射法在絕緣膜95上沉積。沉積的金屬膜通過光刻法及RIE法加工為預(yù)定的形狀。通過加工的金屬膜，形成半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊牟季€、襯墊及金屬的遮光層。
[0156]另外，作為遮光層的SiGe層32也可能包含由內(nèi)部透鏡31、絕緣膜95或布線(金屬)引起的雜質(zhì)。
[0157]例如，濾色器118及微透鏡117形成后，將貫通通路88A埋入在半導(dǎo)體基板150內(nèi)形成的貫通孔內(nèi)。貫通通路88A也可以在濾色器118及微透鏡117形成前形成。
[0158]通過以上的工序，形成背面照射型圖像傳感器。
[0159]本實施方式的圖像傳感器的制造方法中，在光的受光面即半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)申蛐纬蓛?nèi)部透鏡31及遮光層32。本實施方式中，采用具有光吸收性質(zhì)的材料，在內(nèi)部透鏡31間形成遮光層32。
[0160]例如，從制造過程中與Si的親和性的觀點看，遮光層32優(yōu)選采用SiGe。SiGe具有比Si大的吸收系數(shù)，與Si相比，具有高效率吸收光的性質(zhì)。
[0161]透過與一方的單位單元(像素)對應(yīng)的色素膜的光從一方的單位單元內(nèi)朝向其他單位單元內(nèi)的場合，作為設(shè)置在相鄰的單位單元UC間的遮光層的SiGe層32吸收從該一方的單位單元UC內(nèi)朝向另一方的單位單元UC內(nèi)的光OLl。從而，從一方的單位單元UC朝向其他單位單元UC的光OLl即使從遮光層32側(cè)向其他單位單元UC內(nèi)的光電變換元件I側(cè)入射，也可以防止射入另一方的單位單元UC的光電變換元件。
[0162]從而，圖像傳感器的光學的串擾降低，圖像傳感器形成的圖像的混色被抑制。
[0163]以上，根據(jù)第I實施方式的固體拍攝裝置及其制造方法，可以提高畫質(zhì)。
[0164](2)第2實施方式
[0165]參照圖9，說明第2實施方式的固體拍攝裝置(例如，圖像傳感器)。另外，本實施方式中，與第I實施方式所述構(gòu)成實質(zhì)相同的構(gòu)成的說明根據(jù)需要進行。
[0166]圖9是本實施方式的圖像傳感器的截面構(gòu)造的示意截面圖。另外，圖9中，與圖5同樣，半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊膶娱g絕緣膜、布線及支撐基板的圖示簡化。
[0167]第2實施方式中，遮光層(例如，SiGe層)32A的膜厚tl比內(nèi)部透鏡31的膜厚t2薄。
[0168]SiGe層32A上，設(shè)置間隔層35。例如，間隔層35采用具有透過性的材料形成。間隔層35的折射率優(yōu)選不同于內(nèi)部透鏡31的折射率。
[0169]例如，濾色器118側(cè)的內(nèi)部透鏡31及間隔層35的面中，內(nèi)部透鏡31的面和間隔層35的面成為平坦。濾色器118側(cè)，內(nèi)部透鏡31的面和間隔層35的面之間也可以形成臺階。
[0170]從某單位單元(像素)UC入射其他單位單元UC的光的入射角的大小受到微透鏡117、濾色器118或絕緣層等半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊牟考脑O(shè)計的限制。在該設(shè)計的參數(shù)的范圍內(nèi)及遮光層32可確保吸收來自相鄰單位單元的光的范圍內(nèi)，可以使遮光層32A的厚度11變薄。
[0171]本實施方式中，可以增大濾色器側(cè)(受光面?zhèn)?中的光電二極管I的開口面積，增多從相互對應(yīng)的微透鏡/色素膜入射光電二極管I的光量。
[0172]結(jié)果，通過入射光電二極管I的光量的增加，可以提高形成圖像的畫質(zhì)。[0173]也可以不新追加間隔層35，而在膜厚tl的SiGe層32A上設(shè)置作為保護膜或粘接層的透明絕緣層95，在相鄰的內(nèi)部透鏡31間的空間內(nèi)埋入絕緣層95。另外，為了提高單位單元間的遮光性，金屬這樣的不具有透過性的材料也可以用于形成間隔層35。
[0174]另外，第2實施方式的圖像傳感器的制造方法除了僅僅追加形成間隔層的工序夕卜，與第I實施方式的圖像傳感器的制造方法實質(zhì)相同。
[0175]例如，作為制造方法之一，間隔層35在圖7所示的工序中形成的膜厚tl的SiGe層32A上形成后，與光電二極管I對應(yīng)的位置的間隔層35及SiGe層被除去。然后，在光電二極管I的對應(yīng)位置中露出的半導(dǎo)體基板150上，形成內(nèi)部透鏡31。
[0176]另外，作為不同于上述的制造方法的方法，在圖8所示的制造工序中，在內(nèi)部透鏡31及SiGe層形成后，也可以對SiGe層實施選擇性蝕刻，使SiGe層32A的膜厚tl比內(nèi)部透鏡31的膜厚t2薄。然后，在內(nèi)部透鏡31間的膜厚tl的SiGe層32上，形成間隔層35。
[0177]如上所述，第2實施方式的圖像傳感器與第I實施方式的圖像傳感器同樣，可以提高由圖像傳感器形成的圖像的畫質(zhì)。
[0178](3)第3實施方式
[0179]參照圖10及圖11，說明第3實施方式的固體拍攝裝置(例如，圖像傳感器)。另夕卜，本實施方式中，與第I及第2實施方式所述構(gòu)成實質(zhì)相同的構(gòu)成的說明根據(jù)需要進行。
[0180]圖10是本實施方式的圖像傳感器的截面構(gòu)造的示意截面圖。另外，圖10中，與圖5及圖9同樣，半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊膶娱g絕緣膜、布線及支撐基板的圖示簡化。
[0181]本實施方式中，遮光層(例如，SiGe層)32B的截面形狀具有錐體狀的形狀，遮光層32B的側(cè)面傾斜。
[0182]相對于半導(dǎo)體基板150的主面的平行方向上的SiGe層32B的尺寸DBl、DB2中，SiGe層32B的濾色器118側(cè)的尺寸DBl比SiGe層32B的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸DB2小。
[0183]根據(jù)SiGe層32B的截面形狀，內(nèi)部透鏡31A的截面形狀具有錐體狀的形狀。相對于半導(dǎo)體基板150的主面的平行方向上的內(nèi)部透鏡DA1、DA2的尺寸中，內(nèi)部透鏡31A的濾色器118側(cè)的尺寸DAl比內(nèi)部透鏡31A的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸DA2大。
[0184]SiGe層32B的濾色器118側(cè)的尺寸DBl變得比SiGe層32B的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸DB2小，結(jié)果，可以增大內(nèi)部透鏡31的濾色器118側(cè)的尺寸DAl。
[0185]其結(jié)果，相對于微透鏡ML的光電二極管I的光的受光面?zhèn)鹊拈_口面積變大，從微透鏡ML入射該微透鏡ML對應(yīng)的光電二極管I的光量增多。其結(jié)果，可以提高形成圖像的畫質(zhì)。
[0186]另外，如上述的圖9所示例，作為遮光層32的SiGe層的膜厚比內(nèi)部透鏡31的膜厚薄時，比內(nèi)部透鏡31薄的SiGe層也可以具有錐體狀的截面形狀。另外，錐體狀的內(nèi)部透鏡31B的膜厚也可以比錐體狀的SiGe層32B的膜厚薄。
[0187]另外，為了提高遮光性，也可以使SiGe層32B的濾色器118側(cè)的尺寸比SiGe層32B的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸大。
[0188]如圖10，形成錐體狀的遮光層時，根據(jù)以下的制造工序，可以在內(nèi)部透鏡31A和半導(dǎo)體基板150之間介入膜38。
[0189]用圖11說明第3實施方式的固體拍攝裝置的制造方法。另外，與第I實施方式所述制造工序共同的制造工序的說明根據(jù)需要進行。[0190]作為遮光層的SiGe層用選擇性外延生長形成時，如圖11，在內(nèi)部透鏡的形成區(qū)域內(nèi)，在半導(dǎo)體基板150的背面上形成抑制SiGe的核生長的膜(例如，SiO2) 38。然后，在遮光層32B的形成區(qū)域內(nèi)，半導(dǎo)體基板(Si)的背面露出。
[0191]通過選擇性外延生長，SiGe層32A在露出的半導(dǎo)體基板150上選擇性地結(jié)晶生長。半導(dǎo)體基板150的背面上的膜38上，SiGe的晶核幾乎不生成，在SiGe層膜38上未形成。
[0192]SiGe層32B在作為半導(dǎo)體基板150的Si基板的Si (100)面上外延生長時，SiGe層32B與Si的晶格實質(zhì)地晶格匹配，結(jié)晶生長。與SiGe層32B的半導(dǎo)體基板150的主面平行的面SI成為SiGe的(100)面，SiGe層32B的側(cè)面S2成為(111)面。SiGe層32B的結(jié)晶生長從半導(dǎo)體基板150側(cè)進行。因此，相對于SiGe層32B的頂面/底面SI傾斜的面S2在SiGe層32B的側(cè)面形成。
[0193]其結(jié)果，對SiGe層32B不進行加工就形成錐體狀的截面形狀的SiGe層32B。
[0194]這樣，作為遮光層的SiGe層32B中，SiGe層32B的濾色器118側(cè)(半導(dǎo)體基板的相反側(cè))的尺寸DBl比SiGe層32B的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸DB2小。
[0195]錐體狀的SiGe層32B通過選擇性外延生長形成后，在形成有內(nèi)部透鏡的情況下，內(nèi)部透鏡以與錐體狀的SiGe層32B的形狀匹配的方式形成。
[0196]因此，如圖10，內(nèi)部透鏡31B的濾色器118側(cè)的尺寸DAl變得比內(nèi)部透鏡31B的半導(dǎo)體基板150側(cè)的尺寸DB2大。
[0197]另外，錐體狀的SiGe層32B形成后，也可以除去膜38。
[0198]如以上的制造方法，通過用選擇性外延生長形成錐體狀的遮光層，可以在不增大制造工序的難度的情況下制造可實現(xiàn)畫質(zhì)的提高的圖像傳感器。
[0199]不同于圖11所示制造工序，也可以不采用選擇性外延生長，而采用濕蝕刻等的各向同性蝕刻或斜向的蝕刻，加工SiGe層，形成錐體狀的截面形狀的SiGe層。在不采用選擇性外延生長形成SiGe層時，在SiGe層和半導(dǎo)體基板之間，也可以形成作為針對蝕刻的阻擋層的膜(例如，SiO2膜)38。
[0200]如上所述，根據(jù)第3實施方式的固體拍攝裝置，與第I及第2實施方式同樣，可以提高圖像傳感器的畫質(zhì)。
[0201](4)變形例
[0202]參照圖12至圖14，說明實施方式的固體拍攝裝置的變形例。
[0203]另外，本變形例中，與第I至第3實施方式所述構(gòu)成實質(zhì)相同構(gòu)成的說明根據(jù)需要進行。另外，圖12及圖13中，半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊膶娱g絕緣膜、布線及支撐基板的圖示簡化。
[0204]圖12表不實施方式的圖像傳感器的一個變形例。
[0205]如圖12，也可以在內(nèi)部透鏡31和遮光層(例如，SiGe層)32的邊界，設(shè)置包括與內(nèi)部透鏡材料及SiGe不同的材料的層(以下，稱為界面層)。
[0206]例如，界面層39包括包含遮光層32所包含的構(gòu)成元素(這里是Si及Ge)的至少一個的化合物。作為具體例，界面層39采用SiGe的氧化膜、SiGe的氮化膜、SiGe的氮氧化膜、Si膜、Si的氧化膜、Si的氮化膜、Si的氮氧化膜、Ge膜、Ge的氧化膜、Ge的氮化膜，或，Ge的氮氧化膜等。
[0207]界面層39也可以是包含形成內(nèi)部透鏡31的材料的構(gòu)成元素的至少一個的化合物。另外，界面層39也可以是包含遮光層32的構(gòu)成元素的至少一個及內(nèi)部透鏡31的構(gòu)成元素的至少一個的化合物。例如，金屬膜或有機膜也可以用作界面層39。
[0208]界面層39設(shè)置在內(nèi)部透鏡31和SiGe層32之間的場合，在內(nèi)部透鏡31和界面層39之間，或，界面層39和SiGe層32之間，也可以將可反射光的材料選擇為界面層39的材料。
[0209]界面層39用具有透過性的材料形成的場合，為了在各層31、32、39的界面中產(chǎn)生光的反射，內(nèi)部透鏡31的折射率和界面層39的折射率優(yōu)選不同。
[0210]在內(nèi)部透鏡31和界面層39的界面中，通過光反射，內(nèi)部透鏡31成為從微透鏡ML到光電二極管I的導(dǎo)波路，向光電二極管I內(nèi)取入的光量增加。界面層39和SiGe層32之間，通過光反射，可以抑制從某單位單元(像素)UC向相鄰的其他單位單元UC入射光，降低圖像傳感器的光學的串擾。從而，可以提高形成圖像的畫質(zhì)。
[0211]另外，圖12中，說明了在SiGe層32的側(cè)面上設(shè)置界面層39的示例，但是，包括與界面層39相同材料的層也可以設(shè)置在SiGe層32的頂面(濾色器側(cè)的面)上。另外，為了使遮光層按單位單元(像素)分割，在元件分離區(qū)域內(nèi)，包圍遮光層(及內(nèi)部透鏡)的絕緣體也可以設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面上。
[0212]圖13表示不同于圖12的圖像傳感器的變形例。
[0213]第2實施方式中，如圖10，通過將作為遮光層的SiGe層的截面形狀設(shè)為錐體狀，增大受光面?zhèn)鹊墓怆姸O管I的開口面積。
[0214]如圖13，作為遮光層的SiGe層32X的截面形狀用光刻法及蝕刻加工為臺階狀。從而，相對于半導(dǎo)體基板150的主面的平行方向的尺寸DZl、DZ2中，也可以形成濾色器側(cè)的尺寸DZl比半導(dǎo)體基板側(cè)的尺寸DZ2小的SiGe層32X。
[0215]作為遮光層的SiGe層32X具有:具有尺寸DZl的第I部分321 ;具有比尺寸DZl大的尺寸DZ2的第2部分322。尺寸不同的2個部分321、322具有矩形狀(四角形狀)的截面形狀。
[0216]具有尺寸DZ2的第2部分322在半導(dǎo)體基板150側(cè)，設(shè)置在半導(dǎo)體基板150的背面上。具有尺寸DZl的第I部分321設(shè)置在濾色器側(cè)中第2部分322上，在相對于半導(dǎo)體基板150的主面的垂直方向上，位于具有尺寸DZ2的第2部分322和絕緣層95之間。
[0217]根據(jù)尺寸DZ1、DZ2臺階狀(急劇)變化的SiGe層32X的形狀，內(nèi)部透鏡31X的截面形狀中，內(nèi)部透鏡31Z的濾色器側(cè)的尺寸DXl變得比內(nèi)部透鏡31Z的半導(dǎo)體基板側(cè)的尺寸DX2大。
[0218]圖13所示變形例中，也與圖10的示例同樣，可以增大受光面?zhèn)鹊墓怆姸O管I的開口面積，增大光電二極管I取入的光量。
[0219]圖14表示不同于圖12及圖13的圖像傳感器的變形例。
[0220]第I至第3實施方式中，說明了作為遮光層的SiGe層32覆蓋單位單元區(qū)域內(nèi)的部分區(qū)域，更具體地說，覆蓋傳輸門的形成區(qū)域及浮置擴散層的形成區(qū)域的示例。
[0221]但是，如圖14，作為遮光層的SiGe層32若設(shè)置在單位單元UC間的邊界部，則SiGe層32也可以設(shè)置在元件分離區(qū)域內(nèi)，內(nèi)部透鏡31設(shè)置在單位單元區(qū)域UC內(nèi)。
[0222]SiGe層32沿元件分離層90的布局設(shè)置。各內(nèi)部透鏡31覆蓋半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊膯挝粏卧獏^(qū)域UC的全體。[0223]從而，可以增大半導(dǎo)體基板150的背面?zhèn)鹊墓怆姸O管I的開口面積，增大從微透鏡ML照射光電二極管I的光量。
[0224]圖12至圖14所示變形例中，也可以獲得與第I至第3實施方式實質(zhì)同樣的效果。
[0225](5)適用例
[0226]參照圖15，說明各實施方式的固體拍攝裝置的適用例。
[0227]實施方式的固體拍攝裝置(圖像傳感器)進行模塊化后，可適用于數(shù)碼相機和/或附拍攝機的便攜電話。
[0228]圖15是本實施方式的圖像傳感器的適用例的方框圖。
[0229]包含本實施方式的圖像傳感器100的拍攝機(或附拍攝機的便攜電話)900除了圖像傳感器100，例如，還包含光學透鏡部(透鏡單元)101、信號處理部(例如，DSP:Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)102、存儲部(存儲器)103、顯示部(顯示器)104及控制部(控制器)105。
[0230]圖像傳感器100將來自被攝體的光變換為電氣信號。
[0231]透鏡單元101將來自被攝體的光向圖像傳感器100會聚，使與來自被攝體的光對應(yīng)的圖像在圖像傳感器100上成像。透鏡單元101包含多個透鏡，可以機械或電氣地控制光學特性(例如，焦距)。
[0232]DSP102處理從圖像傳感器100輸出的信號。DSP102根據(jù)來自圖像傳感`器100的信號，形成與被攝體對應(yīng)的圖像(圖像數(shù)據(jù))。
[0233]存儲器103存儲來自DSP102的圖像數(shù)據(jù)。存儲器103也可以存儲從外部提供的信號及數(shù)據(jù)。存儲器103可以是在拍攝機900內(nèi)搭載的DRAM和/或閃速存儲器等的存儲器芯片，也可以是可從拍攝機900本體拆卸的存儲卡和/或USB存儲器。
[0234]顯示器104顯示來自DSP102或者存儲器103的圖像數(shù)據(jù)。來自DSPlOl或存儲器103的數(shù)據(jù)是靜止圖像數(shù)據(jù)或運動圖像數(shù)據(jù)。
[0235]控制器(控制部)105控制拍攝機內(nèi)的各構(gòu)成100-104的工作。
[0236]如上所述，實施方式的圖像傳感器100可以適用于拍攝機或附拍攝機的便攜電話。
[0237]包含本實施方式的圖像傳感器100的拍攝機900可以改善形成圖像的畫質(zhì)。
[0238]雖然說明了本發(fā)明的幾個實施方式，但是這些實施方式只是例示，而不是限定發(fā)明的范圍。這些新實施方式可以各種形態(tài)實施，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍，可以進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形是發(fā)明的范圍和要旨所包含的，也是權(quán)利要求的范圍記載的發(fā)明及其均等的范圍所包含的。
【權(quán)利要求】
1.一種固體拍攝裝置，其特征在于，具備: 光電變換元件，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板中被元件分離區(qū)域包圍的單位單元區(qū)域內(nèi)； 層間絕緣膜，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的第I面?zhèn)?，包含布線； 濾色器，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的與上述第I面相對向的第2面?zhèn)龋? 微透鏡，其在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)?，設(shè)置在上述濾色器上； 內(nèi)部透鏡，其在相對于上述半導(dǎo)體基板的第2面的垂直方向上，設(shè)置在上述光電變換元件和上述濾色器之間；以及 遮光層，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)?，在相對于上述半?dǎo)體基板的第2面的平行方向上與上述內(nèi)部透鏡相鄰， 上述遮光層是包含SiGe的層， 上述遮光層的厚度比上述內(nèi)部透鏡的厚度薄。
2.—種固體拍攝裝置，其特征在于，具備: 光電變換元件，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板中被元件分離區(qū)域包圍的單位單元區(qū)域內(nèi)； 層間絕緣膜，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的第I面?zhèn)龋季€； 濾色器，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的與上述第I面相對向的第2面?zhèn)龋? 微透鏡，其在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)龋O(shè)置在上述濾色器上； 內(nèi)部透鏡，其在相對于上述半導(dǎo)體基板的第2面的垂直方向上，設(shè)置在上述光電變換元件和上述濾色器之間；以及 遮光層，其設(shè)置在上述半導(dǎo)體基板的上述第2面?zhèn)?，在相對于上述半?dǎo)體基板的第2面的平行方向上與上述內(nèi)部透鏡相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體拍攝裝置，其特征在于， 上述遮光層是包含SiGe的層，上述半導(dǎo)體基板是Si基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的固體拍攝裝置，其特征在于， 上述遮光層的厚度比上述內(nèi)部透鏡的厚度薄。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的固體拍攝裝置，其特征在于， 上述濾色器側(cè)的上述遮光層的第I尺寸比上述半導(dǎo)體基板側(cè)的上述遮光層的第2尺寸小， 上述濾色器側(cè)的上述內(nèi)部透鏡的第3尺寸比上述半導(dǎo)體基板側(cè)的上述內(nèi)部透鏡的第4尺寸大。
【文檔編號】H01L27/146GK103515402SQ201310061506
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】大石周 申請人:株式會社 東芝