專(zhuān)利名稱(chēng)：光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，用于圖像輸入裝置，例如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和讀圖機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，光電轉(zhuǎn)換器件已經(jīng)結(jié)合在圖像輸入裝置，例如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和讀圖機(jī)中。這些光電轉(zhuǎn)換器件例如包括CCD圖像傳感器和非CCD圖像傳感器，例如雙極晶體管圖像傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。在這些光電轉(zhuǎn)換器件中，光圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在用各種信號(hào)工藝處理以后，顯示在顯示設(shè)備中或記錄在記錄介質(zhì)中。
為了得到高性能的光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面的區(qū)域(像素區(qū))，即實(shí)際進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收部分的區(qū)域應(yīng)該減少，以增加光電轉(zhuǎn)換部件的數(shù)目，另外光電轉(zhuǎn)換器件的芯片大小也得以減小。
隨著更高像素密度和芯片大小的減小的發(fā)展，因?yàn)楣饨邮毡砻鎱^(qū)域減小，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件所接收的形成像素的光量減少，因此器件的靈敏度會(huì)降級(jí)。為了抑制靈敏度的降低，公知有一項(xiàng)技術(shù)在光接收表面的保護(hù)薄膜的平面上形成微型透鏡，以便在上面集中光線。
例如，在日本專(zhuān)利10-107238中，公開(kāi)了一種固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造方法，其中披露了用深蝕刻技術(shù)形成芯片上的透鏡。在這個(gè)固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造方法中，如圖10A和10B所示，首先，在傳感器部分101和襯墊部分102上形成平面薄膜104，在傳感器部分101和襯墊部分102的上方形成濾色片103，兩者之間是平面薄膜104。隨后，在應(yīng)用透鏡材料105以后，通過(guò)光刻和熱處理步驟形成透鏡圖案106。然后，整個(gè)表面被深蝕刻107，由此形成芯片上的透鏡108，如圖10B所示。
利用上述的方法，芯片上透鏡108的形成和襯墊部分102上方的開(kāi)口的形成可以同時(shí)進(jìn)行。另外，當(dāng)芯片上透鏡108蝕刻所去掉的量與襯墊部分102上面開(kāi)口蝕刻所去掉的量的差別減少時(shí)，可以降低對(duì)襯墊部分102的破壞。
伴隨著更高像素密度和芯片大小的進(jìn)一步減小的趨勢(shì)，越來(lái)越需要提供夾層透鏡，該夾層透鏡由折射率不同于相鄰層的薄膜形成。例如，在日本專(zhuān)利2001-94086中，公開(kāi)了一種光電轉(zhuǎn)換器件，其中披露了即使當(dāng)更精細(xì)地形成光接收表面和/或在光接收表面上面形成大量的各種薄膜(，例如光屏蔽圖案和導(dǎo)線圖案)時(shí)，也能改進(jìn)聚光效率。
如圖11所示，該光電轉(zhuǎn)換器件具有在部件隔離區(qū)202上的第一導(dǎo)線圖案203，該第一導(dǎo)線圖案具有設(shè)置在位于相鄰光電轉(zhuǎn)換部件201之間的部件隔離區(qū)202上方的導(dǎo)線；覆蓋第一導(dǎo)線圖案203的第一絕緣薄膜204；在第一絕緣薄膜204上的第二導(dǎo)線圖案205，該第二導(dǎo)線圖案具有設(shè)置在部件隔離區(qū)202上方的導(dǎo)線；覆蓋第二導(dǎo)線圖案205的第二絕緣薄膜206；在第二絕緣薄膜206上的微型透鏡207。以?xún)刹襟E實(shí)施絕緣薄膜204和206。首先在導(dǎo)線圖案(分別為203、205)上施加預(yù)定厚度的層，以便在導(dǎo)線之間的區(qū)域(即光電轉(zhuǎn)換器件201上方的區(qū)域)形成凹入部位。然后施加額外的層，并使其上表面平面化，以便在微型透鏡207和對(duì)應(yīng)光電轉(zhuǎn)換器件201的光接受表面之間的光路徑內(nèi)形成第一和第二夾層透鏡208和209。由此由導(dǎo)線圖案203和205提供的步驟和結(jié)構(gòu)至少部分地確定了第一和第二夾層透鏡208和209的形狀。
根據(jù)日本專(zhuān)利11-040787，在光電轉(zhuǎn)換器件中，它具有用于轉(zhuǎn)移經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電荷的電荷轉(zhuǎn)移部分，和在電荷轉(zhuǎn)移部分的上面的轉(zhuǎn)移電極，它們之間具有絕緣薄膜，所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)是在平面薄膜上面形成上凸形夾層透鏡。
但是，根據(jù)圖11所公開(kāi)的制造方法，在絕緣薄膜上面形成弧形表面，該弧形表面形成夾層透鏡，并限制成在圖案組成部件(例如203)的上面有“山峰”和它們之間有“山谷”。因此夾層透鏡的形狀依賴(lài)于圖案的形狀，并相應(yīng)地受到限制。相應(yīng)的，根據(jù)圖案的形狀，具有理想聚光效率的夾層透鏡在一些情況下無(wú)法形成。
另外，當(dāng)由多層形成的夾層透鏡彼此合并以便改進(jìn)聚光效率時(shí)，在由多個(gè)折射率彼此不同的層之間形成的界面出現(xiàn)的光反射的概率得以提高，這是因?yàn)樾纬蓨A層透鏡的層數(shù)增加。當(dāng)引起光反射的界面數(shù)目增加時(shí)，反射次數(shù)也會(huì)增加。因此，入射到光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面的光量減少，結(jié)果，光電轉(zhuǎn)換器件的靈敏度會(huì)大幅度降低。另外，在具有單層導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)中，如日本專(zhuān)利11-040787所公開(kāi)的，可以相對(duì)容易地將從透鏡到光接收部分的光路徑長(zhǎng)度設(shè)置得較?。坏?，在具有多個(gè)導(dǎo)線層的光電轉(zhuǎn)換器件中，到達(dá)光接收部分的光路徑長(zhǎng)度趨于增加，因此上述的技術(shù)問(wèn)題必須得以克服。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)的，本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，該光電轉(zhuǎn)換器件具有夾層透鏡，并能夠在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種具有多層的光電轉(zhuǎn)換器件，包括具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層；設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部件層上方并具有第一導(dǎo)線圖案的第一導(dǎo)線層；設(shè)置在所述第一導(dǎo)線層上方并具有第二導(dǎo)線圖案的第二導(dǎo)線層；以及，設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換器件的所述層內(nèi)的透鏡層，該透鏡層具有多個(gè)位于所述光電轉(zhuǎn)換部件上方的光路徑中的凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)有選擇的設(shè)置夾層透鏡的凸起形狀的曲率、厚度等，上凸形夾層透鏡可以形成為具有想要的凸起形狀，而與絕緣薄膜和/或其下形成的圖案形狀無(wú)關(guān)，夾層透鏡的聚光效率可以得到改進(jìn)，特別是，上述的結(jié)構(gòu)可以有效地應(yīng)用于具有多個(gè)導(dǎo)線層的光電轉(zhuǎn)換器件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，包括在具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層上方形成第一導(dǎo)線層，該第一導(dǎo)線層具有第一導(dǎo)線圖案；在所述第一導(dǎo)線層上方形成第二導(dǎo)線層，該第二導(dǎo)線層具有第二導(dǎo)線圖案；以及，在所述第二導(dǎo)線層上形成多個(gè)凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
根據(jù)本發(fā)明的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，可以制造出具有夾層透鏡的光電轉(zhuǎn)換器件，它可以在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率。
從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的部分。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
圖2A到2C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖3A到3C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖4A到4C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖5A到5B是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
圖7A到7C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖8A到8C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖9A到9C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。
圖10A和10B是表示相關(guān)固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造步驟的示意圖，在該設(shè)備中利用深蝕刻技術(shù)形成芯片上透鏡。
圖11是相關(guān)光電轉(zhuǎn)換器件的橫截面圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
并入和構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的

了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施例方式
接下來(lái)，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
如圖1所示，在該實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，光電轉(zhuǎn)換部件1沿半導(dǎo)體元件13的表面形成，部件隔離區(qū)2提供在相鄰光電轉(zhuǎn)換部件1之間。另外，在半導(dǎo)體元件13上面，設(shè)置第一絕緣薄膜3。在第一絕緣薄膜3上面，按照順序形成位于部件隔離區(qū)2上方的第一圖案4、覆蓋第一圖案4的第二絕緣薄膜5、設(shè)置在部件隔離區(qū)2和第一圖案4的上方的第二圖案6和覆蓋第二圖案6的第三絕緣薄膜7。另外，在第三絕緣薄膜7上面，形成上凸形夾層透鏡8，每個(gè)上凸形的頂點(diǎn)沿著從光電轉(zhuǎn)換部件1到隨后描述的相應(yīng)微型透鏡12的方向突起(凸起形狀的頂點(diǎn)沿著入射光的方向)。夾層透鏡8安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上面(換句話說(shuō)，在形成第一圖案4的組成部件之間區(qū)域和形成圖案6的組成部件之間區(qū)域的上面)。
此外，第一平面薄膜9設(shè)置在夾層透鏡8上面；在這個(gè)屏幕薄膜9上面，設(shè)置濾色片層10，它包括濾色片，這些濾色片具有設(shè)置在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1上面的顏色；設(shè)置在濾色片層10上面的第二平面薄膜11；和設(shè)置在第二平面薄膜11上面的微型透鏡12。微型透鏡12安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上方。
光電轉(zhuǎn)換部件1由光電二極管或光電晶體管形成，它具有PN結(jié)或PIN結(jié)，形成這樣一種結(jié)構(gòu)，即光線射入到由上述半導(dǎo)體結(jié)形成的耗盡層上面，在上述的耗盡層中，發(fā)生光電轉(zhuǎn)換。
部件隔離區(qū)2通過(guò)選擇氧化的場(chǎng)效氧化膜形成，并設(shè)置在擴(kuò)散層用于結(jié)絕緣。具有光電轉(zhuǎn)換部件1和部件隔離區(qū)2的半導(dǎo)體元件13例如為硅基片。
第一和第二圖案4和6充當(dāng)從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線。另外，圖案4和6最好由例如半導(dǎo)體或金屬的導(dǎo)電材料形成，該半導(dǎo)體或金屬遮擋光電轉(zhuǎn)換部件靈敏的波長(zhǎng)區(qū)的光線。在上述的情況下，圖案4和6還充當(dāng)光屏蔽部件，用于防止光線照射到一個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換部件1。
另外，在光電轉(zhuǎn)換器件中設(shè)置襯墊部分14，充當(dāng)電極所連接的終端(連接到外部電路，例如電源)。在形成襯墊部分14的區(qū)域上方，在夾層透鏡、濾色片和微型透鏡中設(shè)有開(kāi)口。但是，最初在襯墊部分以外的區(qū)域，最好至少形成夾層透鏡和濾色片的圖案，以便穩(wěn)定所執(zhí)行的蝕刻步驟，從而在襯墊上方形成開(kāi)口。所述開(kāi)口穿透一部分第三絕緣薄膜7、一部分第一平面薄膜9和一部分第二平面薄膜11，并通過(guò)光刻和蝕刻技術(shù)來(lái)形成。
光透射材料用作第一、第二和第三絕緣薄膜3、5和7，由此透射由光電轉(zhuǎn)換部件1吸收的光線，并隨后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。另外，至少第三絕緣薄膜7最好由例如化學(xué)機(jī)械拋光(以下稱(chēng)為“CMP”)的平面化工藝處理。
如上面所述，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，上凸形夾層透鏡8設(shè)置在第一和第二圖案4和6上方形成的第三絕緣薄膜7。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，不同于背景技術(shù)部分所述的現(xiàn)有技術(shù)，夾層透鏡8的凸起形狀不依賴(lài)于下面設(shè)置的第二圖案6的形狀。相應(yīng)的，夾層透鏡8的曲率、厚度等可以設(shè)置成改進(jìn)夾層透鏡8的聚光效率。
此外，這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件并未應(yīng)用由多層合并形成的夾層透鏡，而是，夾層透鏡由具有特定直徑和曲率的單一層形成。相應(yīng)的，形成可以改進(jìn)夾層透鏡8的聚光效率的結(jié)構(gòu)。因此，與由多層彼此合并形成的夾層透鏡的結(jié)構(gòu)相比，具有不同折射率的界面數(shù)目減少，結(jié)果光反射概率降低。相應(yīng)的，這個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)最好應(yīng)用到這樣一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件，其中存在多個(gè)導(dǎo)線層，而且光路徑長(zhǎng)度趨于增加。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D2A到5B描述圖1所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟。
首先，如圖2A所示，制備由硅片等制成的半導(dǎo)體元件13，部件隔離區(qū)2通過(guò)硅的局部氧化(LOCOS)工藝等沿半導(dǎo)體元件13的表面形成。接下來(lái)，在形成光阻圖案以后，通過(guò)執(zhí)行離子注入和熱處理，例如用作光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部件1)陰極或陽(yáng)極的擴(kuò)散層沿著半導(dǎo)體元件13的表面形成。
隨后，通過(guò)熱氧化、化學(xué)氣相淀積(CVD)、濺射、涂覆等，第一絕緣薄膜3在半導(dǎo)體元件13上形成。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)谝唤^緣薄膜3通過(guò)CMP等平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步驟中的構(gòu)圖精度。
接下來(lái)，在由鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銅(Cu)或主要由它們組成的合金的金屬薄膜通過(guò)濺射、CVD、電鍍等在第一絕緣薄膜3上形成以后，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面的上方的一部分金屬薄膜通過(guò)蝕刻去除，由此形成具有理想形狀的第一圖案4。
接下來(lái)，SiO或主要由其構(gòu)成的材料的第二絕緣薄膜5通過(guò)CVD工藝形成在第一絕緣薄膜3和第一圖案4上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)诙^緣薄膜5的表面被平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步驟中的構(gòu)圖精度。
接下來(lái)，與第一圖案4相同，在Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或其合金組成的金屬薄膜通過(guò)濺射、CVD、電鍍等形成在第二絕緣薄膜5上，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面的上方的一部分金屬薄膜通過(guò)蝕刻去除，由此形成具有理想形狀的第二圖案6和襯墊部分14。
除了用作從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線以外，第一和第二圖案4和6每個(gè)都充當(dāng)用于防止射入到一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光線射入到另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光屏蔽部件。另外，第二圖案6包括用于在有效像素區(qū)之外形成光屏蔽區(qū)(光學(xué)黑體)的光屏蔽部件，該光屏蔽區(qū)用于形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
接下來(lái)，SiO或主要由其構(gòu)成的材料的第三絕緣薄膜7通過(guò)CVD工藝形成在第二絕緣薄膜5和第二圖案6上。
隨后，如圖2B所示，第三絕緣薄膜7的一部分表面用CMP平面化。
如圖2C所示，然后由SiN、SiON、SiO等制成的夾層透鏡形成薄膜8’通過(guò)CVD工藝形成在第三絕緣薄膜7上。
如圖3A所示，用于形成夾層透鏡8的蝕刻掩模20在光刻步驟中形成在夾層透鏡形成薄膜8’上。隨后，如圖3B所示，蝕刻掩模20通過(guò)熱處理回流，以形成每個(gè)大致與夾層透鏡8的形狀相同的凸透鏡的形狀。在這個(gè)步驟，夾層透鏡也利用掩模20在襯墊部分14上方的開(kāi)口從而形成在襯墊部分之外。
接下來(lái)，如圖3C所示，對(duì)夾層透鏡形成薄膜8’的整個(gè)表面執(zhí)行氣蝕，以使蝕刻掩模20的凸起形狀轉(zhuǎn)移到夾層透鏡形成薄膜8’，由此形成夾層透鏡8。這一步所用的蝕刻氣體可以是CF4、CHF3、O2、Ar、He等。
隨后，如圖4A所示，為了利用光刻技術(shù)在襯墊部分14上方的第三絕緣薄膜7的一部分中形成一個(gè)開(kāi)口，在第三絕緣薄膜7和夾層透鏡8上形成具有開(kāi)口圖案的抗蝕圖21；如圖4B所示，通過(guò)光刻技術(shù)除去位于襯墊部分14上的一部分第三絕緣薄膜7。
接下來(lái)，如圖4C所示，第一平面薄膜9形成在襯墊部分14、第三絕緣薄膜7和夾層透鏡8上，在這個(gè)第一平面薄膜9上形成濾色片層10。濾色片層10具有與入射到下面設(shè)置的各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光線色彩一致的色彩圖案。
如圖5A所示，在濾色片層10上，通過(guò)形成抗蝕圖案和回流形成微型透鏡12。最后，如圖5B所示，還在襯墊部分14上面的一部分第一和第二平面薄膜9和11通過(guò)蝕刻去掉，由此在襯墊部分14上面形成開(kāi)口。
相應(yīng)的，光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟結(jié)束，結(jié)果，形成圖1所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)舉例描述了在光電轉(zhuǎn)換部件上方形成兩層圖案(導(dǎo)線層)的情況；但是，這個(gè)結(jié)構(gòu)并不局限于此。當(dāng)進(jìn)一步需要導(dǎo)線層時(shí)，可以在第一和第二圖案之間設(shè)置第三圖案。
在這個(gè)實(shí)施例中，除了夾層透鏡以外，還描述了在濾色片層10上方形成微型透鏡(頂部透鏡)的結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)相鄰像素之間的色彩混合可以通過(guò)減小濾色片層的厚度來(lái)抑制時(shí)，和當(dāng)上述的色彩混合程度可以接受時(shí)，可以不設(shè)置微型透鏡。
第二個(gè)實(shí)施例圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
如圖6所示，在該實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，光電轉(zhuǎn)換部件1沿半導(dǎo)體元件13的表面形成，部件隔離區(qū)2設(shè)置在相鄰光電轉(zhuǎn)換部件1之間。第一絕緣薄膜3形成在半導(dǎo)體元件13上。在第一絕緣薄膜3上，按照順序形成位于部件隔離區(qū)2上方的第一圖案4、覆蓋第一圖案4的第二絕緣薄膜5、位于部件隔離區(qū)2和第一圖案4上方的第二圖案6。另外，在第二絕緣薄膜5和第二圖案6上，設(shè)置上凸形夾層透鏡8，每個(gè)上凸形的頂點(diǎn)沿著從光電轉(zhuǎn)換部件1到隨后描述的相應(yīng)微型透鏡12的方向突起。夾層透鏡8安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上方(換句話說(shuō)，在形成第一圖案4的組成部件之間區(qū)域和形成圖案6的組成部件之間區(qū)域的上面)。
此外，第一平面薄膜9設(shè)置在夾層透鏡8和第二圖案6上；在這個(gè)屏幕薄膜9上，設(shè)置濾色片層10，它包括濾色片，這些濾色片包括與各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1已知的彩色圖案；設(shè)置在濾色片層10上的第二平面薄膜11；和設(shè)置在第二平面薄膜11上的微型透鏡12。微型透鏡12安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上方。
在圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，第三絕緣薄膜7設(shè)置在第二圖案6和夾層透鏡8之間；但是，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，沒(méi)有設(shè)置上述的第三絕緣薄膜7，而夾層透鏡8形成為接觸第二圖案6。
這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的其它結(jié)構(gòu)與第一個(gè)實(shí)施例相同，因此省略對(duì)其的詳細(xì)描述。
再回到圖6，在所述第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，上凸形夾層透鏡8形成在第二圖案6上，以便與其接觸。與先前的現(xiàn)有技術(shù)不同，夾層透鏡8可以形成想要的形狀，而與下面的第二圖案6的形狀無(wú)關(guān)。因此通過(guò)特別地設(shè)置夾層透鏡8的曲率、厚度等，可以改變其聚光效率。
此外，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，因?yàn)閵A層透鏡并非由多層彼此合并形成，而且因?yàn)槿缟纤隹梢蕴貏e設(shè)置由同一層形成的夾層透鏡8的直徑和曲率，所以可以形成改進(jìn)聚光效率的結(jié)構(gòu)。
此外，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，因?yàn)榈谌^緣薄膜7(參見(jiàn)圖1)并不設(shè)置在第二圖案6和夾層透鏡8之間，而且因?yàn)閵A層透鏡8與第二圖案6相接觸，所以光電轉(zhuǎn)換部件1和夾層透鏡8之間的距離會(huì)減少相應(yīng)于第三絕緣薄膜7的厚度的長(zhǎng)度。因此，夾層透鏡8的焦距可以減小。結(jié)果，因?yàn)閵A層透鏡8的焦距比數(shù)減小，亮度增加，所以光電轉(zhuǎn)換部件1的靈敏度可以顯著改進(jìn)。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D7A到9C描述圖6所示的第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法。
首先，如圖7A所示，制備由硅片等制成的半導(dǎo)體元件13，部件隔離區(qū)2通過(guò)硅的局部氧化(LOCOS)工藝等沿半導(dǎo)體元件13的表面形成。接下來(lái)，在形成光阻圖案以后，通過(guò)執(zhí)行離子注入和熱處理，例如用作光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部件1)陰極或陽(yáng)極的擴(kuò)散層沿著半導(dǎo)體元件13的表面形成。
隨后，通過(guò)熱氧化、CVD、濺射、涂覆等，第一絕緣薄膜3形成在半導(dǎo)體元件13上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)谝唤^緣薄膜3通過(guò)CMP等平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步驟中的構(gòu)圖精度。
接下來(lái)，在由Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或主要由它們組成的合金的金屬薄膜通過(guò)濺射、CVD、電鍍等形成在第一絕緣薄膜3上以后，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面上方的一部分金屬薄膜通過(guò)蝕刻去除，由此形成具有想要形狀的第一圖案4。
接下來(lái)，SiO或主要由其構(gòu)成的材料的第二絕緣薄膜5通過(guò)CVD工藝形成在第一絕緣薄膜3和第一圖案4上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)诙^緣薄膜5的表面被平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步驟中的圖案形成精度。
接下來(lái)，與第一圖案4相同，在Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或主要由其合金組成的金屬薄膜通過(guò)濺射、CVD、電鍍等形成在第二絕緣薄膜5上，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面上方的一部分金屬薄膜通過(guò)蝕刻去除，由此形成具有想要形狀的第二圖案6和襯墊部分14。除了用作從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線以外，第一和第二圖案4和6每個(gè)都充當(dāng)用于防止射入到一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光線射入到另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光屏蔽部件。另外，第二圖案6包括用于在有效像素區(qū)之外形成光屏蔽區(qū)(光學(xué)黑體)的光屏蔽部件，該光屏蔽區(qū)用于形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
如圖7B所示，由SiN、SiON、SiO等制成的夾層透鏡形成薄膜8’通過(guò)CVD工藝形成在第二絕緣薄膜5和第二圖案6上。
如圖7C所示，蝕刻掩模20用光刻技術(shù)形成在夾層透鏡形成薄膜8’上，該掩模除了用于形成夾層透鏡8的圖案以外，還具有露出襯墊部分14的開(kāi)口圖案。
隨后，如圖8A所示，蝕刻掩模20通過(guò)熱處理回流，以形成每個(gè)大致與夾層透鏡8的形狀相同的凸透鏡的形狀。
接下來(lái)，對(duì)夾層透鏡形成薄膜8’的整個(gè)表面執(zhí)行氣蝕，以使蝕刻掩模20的凸起形狀轉(zhuǎn)移到夾層透鏡形成薄膜8’，由此形成如圖8B所示的夾層透鏡8。另外，與此同時(shí)，襯墊部分14的上表面露出。這一步所用的蝕刻氣體可以是CF4、CHF3、O2、Ar、He等。
接下來(lái)，如圖8C所示，第一平面薄膜9形成在襯墊部分14夾層透鏡8上。
隨后，如圖9A所示，在這個(gè)第一平面薄膜9上面，形成濾色片層10。濾色片層10具有與入射到下面設(shè)置的各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光線色彩一致的色彩圖案。
如圖9B所示，在形成第二平面薄膜11以后，在濾色片層10上面，通過(guò)形成抗蝕圖案和回流形成微型透鏡12。最后，如圖9C所示，還通過(guò)蝕刻去掉殘留在襯墊部分14上的一部分第一和第二平面薄膜9和11，由此在襯墊部分14上面形成開(kāi)口。
相應(yīng)的，完成了光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟，結(jié)果，形成圖6所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件。
在這個(gè)實(shí)施例的制造步驟中，與第一個(gè)實(shí)施例相比，因?yàn)槭÷粤诵纬傻谌^緣薄膜7的步驟和在襯墊部分14上方位置的第三絕緣薄膜7中形成開(kāi)口的步驟，所以制造工藝可以根據(jù)如此省略的步驟數(shù)目而得以簡(jiǎn)化，所以制造所需的時(shí)間可以減少。
第三個(gè)實(shí)施例圖12是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。在這個(gè)圖中，與第一個(gè)和第二個(gè)實(shí)施例相同的附圖標(biāo)記表示具有相同功能的組成部件，所以省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。
如圖12所示，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，在光電轉(zhuǎn)換部件上方形成三層圖案(第一、第二和第三圖案124、126和128)(導(dǎo)線層)，在光電轉(zhuǎn)換部件上按照這樣的順序形成第一絕緣層123、第一圖案124、第二絕緣層125、第二圖案126、第三絕緣層127、第三圖案128、和第四絕緣層129。各個(gè)絕緣層的表面最好用CMP等來(lái)平面化。
在最上面的導(dǎo)線層128中，包括襯墊部分14、形成光屏蔽區(qū)122(光學(xué)黑體區(qū))的光屏蔽部件130。另外，在襯墊部分14以外，為了穩(wěn)定蝕刻步驟，在最初至少設(shè)置一個(gè)薄膜用于形成至少一個(gè)夾層透鏡8、濾色片層10和微型透鏡12。作為制造方法，可以使用第一個(gè)和第二個(gè)實(shí)施例所述的方法。
至于各個(gè)絕緣薄膜的厚度，最好第四絕緣層，即在最上面導(dǎo)線層上形成的絕緣層具有比其它絕緣層更小的厚度。各層的厚度最好很小，以便減少到達(dá)光接收部分的光路徑長(zhǎng)度；但是，至于夾在導(dǎo)線層之間的絕緣層，為了減小導(dǎo)線之間產(chǎn)生的寄生電容，絕緣層必須具有一定的最小厚度。另一方面，最上面的絕緣層只需要很平，以便形成在下一步驟形成夾層透鏡。相應(yīng)的，不必考慮寄生電容，而且為了減少光路徑長(zhǎng)度，最上面絕緣層的厚度最好小于比其它絕緣層。特別是，在最上面導(dǎo)線層上形成的第四絕緣層最好是400到600nm，而其它絕緣層的厚度最好大致是700到900nm。
第四個(gè)實(shí)施例圖13是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。在這個(gè)圖中，與第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)施例相同的附圖標(biāo)記表示具有相同功能的組成部件，所以省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。
如圖13所示，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，在最上面的導(dǎo)線層(即在最上面的絕緣層127上)，在有效像素區(qū)內(nèi)的夾層透鏡附近不形成導(dǎo)線圖案，而僅形成襯墊部分14和形成光屏蔽區(qū)的光屏蔽部件130。這個(gè)結(jié)構(gòu)在形成第一和第二圖案、以便充分抑制相鄰像素之間的光線入射時(shí)非常有效。通過(guò)上述的結(jié)構(gòu)，如第二個(gè)實(shí)施例所述，在形成夾層透鏡的同時(shí)可以露出襯墊部分14的上表面，結(jié)果簡(jiǎn)化制造工藝。
在本實(shí)施例中，在光電轉(zhuǎn)換部件(包括光屏蔽區(qū))上方形成三層圖案，按照順序形成第一絕緣層123、第一圖案124、第二絕緣層125、第二圖案126、和第三絕緣層127。隨后，在光屏蔽區(qū)122形成包括光屏蔽部件130和襯墊部分14的第三圖案以后，在第三圖案上面形成夾層透鏡8，它們之間沒(méi)有絕緣層。因此，在光屏蔽區(qū)122中，夾層透鏡和光屏蔽部件直接接觸。各個(gè)絕緣層的表面最好用CMP等來(lái)平面化。
另外，第三絕緣層127，即在有效像素區(qū)域的最上面導(dǎo)線層內(nèi)形成的絕緣層具有比其它絕緣層更小的厚度。各層的厚度最好很小，以便減少到達(dá)光接收部分的光路徑長(zhǎng)度；但是，至于夾在導(dǎo)線層之間的絕緣層，為了減小導(dǎo)線之間產(chǎn)生的寄生電容，絕緣層必須具有一定的最小厚度。另一方面，最上面的絕緣層只需要很平，以便形成在下一步驟執(zhí)行的夾層透鏡的形成。相應(yīng)的，不必考慮寄生電容，而且為了減少光路徑長(zhǎng)度，最上面絕緣層的厚度最好小于比其它絕緣層。特別是，在最上面導(dǎo)線層上形成的第三絕緣層127最好是400到600nm，而其它絕緣層的厚度最好大致是700到900nm。
至此，已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，雖然尚未公開(kāi)本發(fā)明所包括的所有結(jié)構(gòu)，但是各個(gè)實(shí)施例可以彼此任意組合。
另外，至于光電轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明最好應(yīng)用有源像素傳感器(APS)結(jié)構(gòu)，其中為每個(gè)像素或由像素形成的每個(gè)單位提供用于放大信號(hào)電荷的放大元件。其原因在于本發(fā)明最好用于具有多個(gè)導(dǎo)線層的結(jié)構(gòu)中，而且此APS結(jié)構(gòu)必須具有比CCD結(jié)構(gòu)更多的導(dǎo)線。
另外，在上述的實(shí)施例中，除了夾層透鏡8以外，還描述了在濾色片層上面形成的微型透鏡12(頂部透鏡)。但是，當(dāng)相鄰像素之間的色彩混合可以通過(guò)減小濾色片層的厚度來(lái)抑制時(shí)，和當(dāng)上述的色彩混合程度可以接受時(shí)，可以省略微型透鏡。
雖然已經(jīng)參照目前被認(rèn)為是優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，本發(fā)明意欲覆蓋所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍的變型和等同物。所附權(quán)利要求書(shū)的范圍是基于涵蓋所有這種變型和等同結(jié)構(gòu)和功能的最寬泛的解釋。
權(quán)利要求
1.一種具有多層的光電轉(zhuǎn)換器件，包括具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層；設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部件層上方并具有第一導(dǎo)線圖案的第一導(dǎo)線層；設(shè)置在所述第一導(dǎo)線層上方并具有第二導(dǎo)線圖案的第二導(dǎo)線層；以及，設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換器件的所述層內(nèi)的透鏡層，該透鏡層具有多個(gè)位于所述光電轉(zhuǎn)換部件上方的光路徑中的凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，還包括覆蓋所述第二導(dǎo)線層的第一絕緣薄膜，其中所述夾層透鏡形成在所述第一絕緣薄膜上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述夾層透鏡形成在所述第二導(dǎo)線層上，以便與其接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的光電轉(zhuǎn)換器件，還包括覆蓋所述第一導(dǎo)線層的第二絕緣薄膜，其中所述第二絕緣薄膜的厚度大于所述第一絕緣薄膜的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述第二導(dǎo)線層包括形成光屏蔽區(qū)的光屏蔽部件和連接到外部電路的襯墊部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光電轉(zhuǎn)換器件，其中至少一個(gè)所述夾層透鏡形成在襯墊部分上方的區(qū)域以外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，其中還包括形成在所述夾層透鏡上方的一層濾色片和形成在該濾色片上方的一層微型透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光電轉(zhuǎn)換器件，其中至少一個(gè)所述夾層透鏡層、濾色片層和微型透鏡層完全形成在襯墊部分上方的區(qū)域以外。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，還包括放大元件，該放大元件被配置成放大來(lái)自所述光電轉(zhuǎn)換部件的信號(hào)，其中每個(gè)放大元件對(duì)應(yīng)于多個(gè)像素中的至少一個(gè)，每個(gè)像素包含一個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換器件，其中還包括形成在所述第一導(dǎo)線層和所述第二導(dǎo)線層之間的第三導(dǎo)線層。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述夾層透鏡層和光屏蔽部件在所述光屏蔽區(qū)相互接觸。
12.一種制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，包括在具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層上方形成第一導(dǎo)線層，該第一導(dǎo)線層具有第一導(dǎo)線圖案；在所述第一導(dǎo)線層上方形成第二導(dǎo)線層，該第二導(dǎo)線層具有第二導(dǎo)線圖案；以及，在所述第二導(dǎo)線層上形成多個(gè)凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，其中所述形成多個(gè)夾層透鏡的步驟包括在所述第二導(dǎo)線層上形成透鏡形成薄膜；在所述透鏡形成薄膜上形成蝕刻掩模；處理所述蝕刻掩模，以便形成多個(gè)具有大致與待形成的夾層透鏡相同形狀的凸形結(jié)構(gòu)；以及蝕刻所述透鏡形成薄膜，以使形成的所述夾層透鏡具有大致與所述蝕刻掩模的結(jié)構(gòu)相同形狀的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，還包括在形成所述第二導(dǎo)線層之后，形成覆蓋所述第二導(dǎo)線層的絕緣薄膜的步驟，其中在形成多個(gè)凸形夾層透鏡的步驟中，所述夾層透鏡形成在所述絕緣薄膜上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，其中，在形成多個(gè)凸形夾層透鏡的步驟中，所述夾層透鏡形成在所述第二導(dǎo)線層上，以便與其接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，其中所述第二導(dǎo)線層包括連接到外部電路的襯墊部分，該方法還包括在形成多個(gè)凸形夾層透鏡的步驟的同時(shí)，露出所述襯墊部分的上表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，其中還包括在所述第一導(dǎo)線層上形成第一絕緣層；在所述第二導(dǎo)線層上形成第二絕緣層；平面化所述第一絕緣層；和平面化所述第二絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換器件及其制作方法。該光電轉(zhuǎn)換器件能夠在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率，包括具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層；設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部件層上方并具有第一導(dǎo)線圖案的第一導(dǎo)線層；設(shè)置在所述第一導(dǎo)線層上方并具有第二導(dǎo)線圖案的第二導(dǎo)線層；以及，設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換器件的所述層內(nèi)的透鏡層，該透鏡層具有多個(gè)位于所述光電轉(zhuǎn)換部件上方的光路徑中的凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1574371SQ200410047278
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者橋本榮 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社