專利名稱：固體攝像器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠在數(shù)字靜像照相機(jī)和一體型攝像機(jī)中利用的固體攝像器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，固體攝像器件被廣泛地應(yīng)用于一體型攝像機(jī)和數(shù)字靜像照相機(jī)的攝像部等。其中，行間傳送方式CCD型固體攝像器件(以下稱IT-CCD)由于具有低噪聲特性，特別受到關(guān)注。
圖8是表示常規(guī)的IT-CCD結(jié)構(gòu)的典型示意圖。在圖8中，1是具有光電轉(zhuǎn)換功能的光電二極管，2是將信號電荷向垂直方向輸送的嵌入型溝道結(jié)構(gòu)的垂直輸送部，3是控制垂直輸送的垂直輸送柵極，4是將信號電荷向水平方向輸送的水平輸送部，5是輸出部。
圖9是表示包含圖8的光電二極管1、垂直輸送部2及垂直輸送柵極3的單位像素P的示意圖。圖9的沿A-A′線的剖面圖如圖10所示。圖10中，在硅基板11內(nèi)形成光電二極管1、垂直輸送部2。在硅基板11上形成垂直輸送柵極3。6是遮光膜，設(shè)置成使入射光不能入射到光電二極管1以外的垂直輸送部2等區(qū)域。8a、8b分別是以SiO2為主要成分的第一及第二電介質(zhì)膜，10為保護(hù)膜。在保護(hù)膜10的上部形成平坦化的有機(jī)的電介質(zhì)膜12。在有機(jī)的電介質(zhì)膜12的上部，設(shè)置由有機(jī)膜形成的透鏡7，將入射光聚光到光電二極管1。電介質(zhì)膜12兼有平坦化的作用和濾色的作用。
圖11A及圖11B表示上述現(xiàn)有固體攝像器件的制造工序。圖11A表示在形成遮光膜6、形成第二電介質(zhì)膜8b后，形成保護(hù)膜10階段中的剖面狀態(tài)。再有，第二電介質(zhì)膜8b經(jīng)過實施成膜后的熱流(FLOW)工序成為圖中所示的形狀。形成保護(hù)膜10后，如圖11B所示地形成有機(jī)電介質(zhì)膜12，進(jìn)一步形成透鏡7。
但是，在上述結(jié)構(gòu)的固體攝像器件中，存在有透鏡7的聚光不充分的情況下不能夠有效地利用入射光這樣的問題。即，入射到固體攝像器件的光，在垂直入射時通過透鏡7被有效地聚光，有效地入射到光電二極管1，但一旦入射角度偏離到垂直方向之外，就不被聚光到光電二極管1，會在遮光膜6的表面散射，因此就不能夠有效地利用入射光。
特別地，由于隨著照相機(jī)的小型化，固體攝像器件的單位像素的小型化和照相機(jī)中所使用的透鏡的出射光瞳短距離化非常明顯，因此就增加了上述問題的重要性。例如，隨著單位像素的小型化，一方面縮小作為遮光膜6開口的光電二極管開口寬度，另一方面，根據(jù)垂直柵極3的膜厚不能用開口寬度的縮小率的比例來進(jìn)行薄膜化。為此，由于開口部形成狹窄的縱孔形狀，就難于入射光的聚光。此外，照相機(jī)透鏡的出射光瞳短距離化成為向固體攝像器件的入射光的角度由垂直偏離的光的比例增加的原因，因此，難以實現(xiàn)將這些也導(dǎo)向光電二極管的入射光的有效聚光。
與此對應(yīng)，在日本特許第2869280號中公開了如下結(jié)構(gòu)，即通過在位于光電轉(zhuǎn)換部上方的光路形成部的側(cè)壁部設(shè)置低折射區(qū)域?qū)樱谷肷漭斔碗姌O側(cè)面的光或向鄰接像素侵入的光入射到光電轉(zhuǎn)換部，從而實現(xiàn)提高感光度、分辨率、像質(zhì)。專利文獻(xiàn)1中公開有了如下方法，即為了將設(shè)置氣體層作為低折射區(qū)域?qū)?，涂敷水溶性樹脂并用其它樹脂覆蓋其上部，此后通過溶解水溶性樹脂而形成氣體層(參考段落0008、段落0014、圖1)。
但是，特許第2869280號中記載的低折射區(qū)域?qū)拥慕Y(jié)構(gòu)，不能充分地在寬范圍內(nèi)將入射到光電二極管周圍上部的光聚光到光電二極管。
即，入射到光電二極管1周圍的與其它光電二極管之間的中間區(qū)域的光，由于以近似垂直于遮光膜6的角度入射，因此在遮光膜6表面產(chǎn)生反射，從而入射到這些區(qū)域的光不能聚光到光電二極管1。
此外，在特許第2869280號中記載的制造方法中，由于難以在凹凸不平的固體攝像器件表面將水溶性樹脂涂敷得薄厚均勻，因此會在凹部產(chǎn)生積液、或整個凹部被樹脂掩埋、或在凹部的一部分形成泡狀而未涂敷樹脂的區(qū)域，不容易獲得具有均勻特性的低折射區(qū)域?qū)印?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠有效地在寬范圍內(nèi)將入射到光電二極管周圍的上部的光聚光到光電二極管的固體攝像器件。
此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠容易地形成具有均勻特性的低折射區(qū)域?qū)拥墓腆w攝像器件的制造方法。
本發(fā)明涉及的固體攝像器件，包括包括以一維或二維狀排列的光電二極管組；在上述光電二極管之上形成的由透光性的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的無機(jī)電介質(zhì)膜；以及在上述無機(jī)電介質(zhì)膜中以被夾在由上述無機(jī)電介質(zhì)膜構(gòu)成的內(nèi)側(cè)側(cè)壁和外側(cè)側(cè)壁之間的狀態(tài)形成的中空層；上述中空層具有漏斗形狀，即以上述光電二極管的上部周邊部為起點(diǎn)，離上述光電二極管越遠(yuǎn)、開口越變寬。
本發(fā)明涉及的固體攝像器件的制造方法，包括在以一維或二維狀排列形成在半導(dǎo)體基板上的多個光電二極管的至少周邊部的上方，形成由無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的外壁電介質(zhì)膜的工序；在上述外壁電介質(zhì)膜上，形成由與上述外壁電介質(zhì)膜不同的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的中空形成電介質(zhì)膜的工序；蝕刻去除與上述中空形成電介質(zhì)膜的光電二極管開口部對應(yīng)的部分的工序；在上述中空形成電介質(zhì)膜和上述光電二極管開口部的上面，形成由與上述中空形成電介質(zhì)膜不同的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)壁電介質(zhì)膜的工序；在含有上述各光電二極管的單位單元的邊界外周部，蝕刻上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜直至上述中空形成電介質(zhì)膜上為止的工序；以及，將上述外壁電介質(zhì)膜及內(nèi)壁電介質(zhì)膜作為掩膜，選擇性地蝕刻被夾在上述外壁電介質(zhì)膜和內(nèi)壁電介質(zhì)膜之間的上述中空形成電介質(zhì)膜，形成中空層的工序。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的固體攝像器件，設(shè)置中空層并將電介質(zhì)膜的折射率設(shè)置為最大限度，通過利用全反射，就能夠有效地將入射光聚光到光電二極管。并且，由于中空層具有漏斗形狀，因此就能夠在寬范圍內(nèi)將入射到光電二極管周圍的上部的光有效地聚光到光電二極管。由此，可對應(yīng)伴隨固體攝像器件的單位像素的縮小而引起的光電二極管的深的縱坑狀、和由照相機(jī)透鏡的出射光瞳短距離化引起的入射角度的變化，能夠獲得優(yōu)良的攝像特性。
此外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的制造方法，就能夠均勻地形成中空層。
最好是，在本發(fā)明的固體攝像器件中，還包括CCD，與上述光電二極管鄰接配置，輸送由上述光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并存儲的電荷；遮光膜，在上述中空層的下方覆蓋上述CCD而形成，在上述光電二極管上部具有開口部；上述中空層的上述起點(diǎn)部位于上述遮光膜的開口部的內(nèi)側(cè)。
此外，最好是，位于距上述光電二極管規(guī)定距離處的上述中空層的開口，比上述遮光膜的開口部大。由此，就能夠使利用了全反射的入射光的導(dǎo)向裝置(GUIDE)在寬范圍內(nèi)發(fā)揮功能。此外，最好是，由形成上述中空層的上述無機(jī)電介質(zhì)膜構(gòu)成的上述內(nèi)側(cè)側(cè)壁及外側(cè)側(cè)壁，大致平行地形成。由此，能夠按照襯底形狀且以最大寬度獲取中空層的內(nèi)側(cè)區(qū)域，所以能夠?qū)⒕酃鈪^(qū)域最大化。此外，最好是，上述光電二極管周邊的上述遮光膜的端部，位于比上述中空層的最下部更上方的位置。由此，利用入射光引導(dǎo)裝置并擴(kuò)大光電二極管的開口，能夠提高感光度。此外，由于中空層具有臺階部，所以能夠進(jìn)一步擴(kuò)大比上述遮光膜的開口部更寬的區(qū)域中的可全反射區(qū)域。
此外，當(dāng)單位像素的微細(xì)化進(jìn)一步發(fā)展、光電二極管面位于深部位置時，中空層也可以在深部從光電二極管上部的起點(diǎn)幾乎垂直地、或以靠近一部分光電二極管中心且使其開口變狹的形狀上升，在上部其開口成為充分?jǐn)U展的形狀。即使在此情況下，也能夠有效地將在上部聚光的光通過全反射并利用導(dǎo)向裝置導(dǎo)向處于深部的光電二極管。
此外，即使中空層不是從光電二極管上部的起點(diǎn)幾乎垂直地、或以靠近一部分光電二極管中心且使其開口變狹的形狀上升而在上部其開口成為充分?jǐn)U展的形狀，由于在上部中空層開口聚光的光能夠通過全反射并利用導(dǎo)向裝置導(dǎo)向處于深部的光電二極管，所以，可充分獲得采用中空層的全反射所造成的入射光的導(dǎo)向效果。
在本發(fā)明的固體攝像器件的制造方法中，可在上述外壁電介質(zhì)膜上形成中空形成電介質(zhì)膜的工序之前，具有在比包含1個上述光電二極管的單位單元的邊界部更小的區(qū)域按規(guī)定深度蝕刻上述外壁電介質(zhì)膜，而做成比上述光電二極管的開口部更大的工序。此外，在比上述中空層的最下部位于上方的位置，形成上述光電二極管周邊的上述遮光膜的端部。
另外，在本發(fā)明的固體攝像器件的制造方法中，在形成上述外壁電介質(zhì)膜的工序之前，具有在上述多個光電二極管的周邊部上方、形成在上述光電二極管的上部具有開口部的遮光膜的工序；在形成上述外壁電介質(zhì)膜的工序中，在上述遮光膜及上述光電二極管的上部形成上述外壁電介質(zhì)膜。
此外，可以用以SiO2為主要成分的膜形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，可以用以SiN為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。此時，可以用以Cl、或F、或這兩個物質(zhì)為主要成分的氣體蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜?；蛘撸墒褂靡訡l的活性種、或F的活性種、或這兩種物質(zhì)為主要成分的氣體來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜，在上述蝕刻工序中，將放置晶片的工作臺溫度設(shè)定成大于等于50℃。
此外，可以用以SiN為主要成分的膜形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，可以用以SiO2為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。此時，可以使用以HF為主要成分的溶液蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜?；蛘?，可使用以CxHy的活性種為主要成分的氣體蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
此外，還可以用以SiO2為主要成分的膜形成上述上述外壁電介質(zhì)膜，用以SiN為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜，用SiON膜形成上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜。
此外，也可以是，上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜是石英玻璃，并且具有涂敷上述石英玻璃并進(jìn)行退火的工序?；蛘?，還可具有形成上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜后、利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)進(jìn)行平坦化的工序。
此外，可將上述中空形成電介質(zhì)膜作為導(dǎo)電膜。例如，可以用以SiO2為主要成分的膜形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，用以Si為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。此時，可以使用以鹵族元素為主要成分的氣體蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
此外，也可以用具有高熔點(diǎn)金屬成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。
再有，本發(fā)明并沒限定于CCD固體攝像器件，也適用于MOS型的固體攝像器件，能夠具有同樣的效果。即使是其它的任何結(jié)構(gòu)，對于包括具有光電轉(zhuǎn)換功能的光電二極管的固體攝像器件，也能適用本發(fā)明。
下面，參照附圖來具體說明本發(fā)明的實施方式。再有，各實施方式的固體攝像器件的整體結(jié)構(gòu)與圖8所示的現(xiàn)有例相同。在以下的參考附圖和說明中，說明與圖9所示的單位像素的區(qū)域相同區(qū)域的結(jié)構(gòu)。


圖1是表示第一實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2A～2F是表示該固體攝像器件的制造方法的剖面圖。
圖3是表示第二實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4A～4C是表示該固體攝像器件的制造方法的剖面圖。
圖5是表示第二實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)另一例子的剖面圖。
圖6是表示該固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)又一例子的剖面圖。
圖7是表示第三實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是表示現(xiàn)有的固體攝像器件概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖9是表示現(xiàn)有的固體攝像器件的單位像素的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖10是表示沿圖9中的A-A′線的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11A及圖11B是表示現(xiàn)有的固體攝像器件的制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的固體攝像器件剖面結(jié)構(gòu)的圖，且圖1是沿圖9的A-A′線的剖面結(jié)構(gòu)圖。
在圖1中，1是光電二極管、2是嵌入型溝道結(jié)構(gòu)的垂直輸送部，都被形成在硅基板11內(nèi)。在硅基板11上部形成垂直輸送柵極13。6是遮光膜，為了遮蔽來自光電二極管1以外的垂直輸送部2等區(qū)域的入射光而設(shè)置。在垂直輸送柵極3的上部，夾著遮光膜6形成以無機(jī)物質(zhì)例如SiO2為主要成分的有機(jī)電介質(zhì)膜8a、8b、8c。電介質(zhì)膜8b、8c是透光性的，分別作為內(nèi)壁、外壁形成中空層9。因此在以后的說明中，將電介質(zhì)膜8b、8c分別稱為外壁電介質(zhì)膜、內(nèi)壁電介質(zhì)膜。中空層9以光電二極管1的上部四周為起點(diǎn)、離光電二極管1越遠(yuǎn)則開口越寬而形成漏斗的側(cè)壁狀。
在內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c的上面形成保護(hù)膜10。在保護(hù)膜10的上部形成有機(jī)電介質(zhì)膜12，并進(jìn)行平坦化。在有機(jī)電介質(zhì)膜12的上部，設(shè)置由有機(jī)膜形成的透鏡7，以便將入射光聚光到光電二極管1。電介質(zhì)膜12兼有平坦化的作用和濾色的作用。
在具有以上這種結(jié)構(gòu)的第一實施方式的固體攝像器件中，在中空層9和內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c的邊界部，在內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c這一側(cè)的折射率大，此外，中空層9的介電常數(shù)是真空的介電常數(shù)1，其折射率差為最大。因此，從內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c到中空層9的邊界，根據(jù)其折射率差產(chǎn)生全反射。
設(shè)內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c的折射率為n，其全反射角θ為用cosθ＝1/n…(公式1)表示的角度。n為1.5時，根據(jù)公式1，θ為48.1°。這意味著，在內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c和中空層9的邊界處，在從連接此點(diǎn)的面到48.1°的角度范圍內(nèi)會引起全反射。由此，雖然通過透鏡7沒有將入射光直接聚光到光電二極管1的開口部，但通過在中空層9的界面產(chǎn)生的全反射來引導(dǎo)入射光，也能夠有效地聚光到光電二極管1。
此外，在特許第2869280號公開的技術(shù)中，中空層在垂直輸送柵極(輸送電極)上部成為平面，相對于入射光形成近似直角的角度，但本實施方式中，中空層9形成為漏斗的側(cè)壁狀。據(jù)此，也能夠在寬范圍內(nèi)將入射到垂直輸送柵極3上部的光聚光到光電二極管1。
此外，本實施方式中，沿外壁電介質(zhì)膜8b的形狀幾乎平行(中空層9的厚度均勻)地形成中空層9。因此，在外壁電介質(zhì)膜的形狀在外側(cè)擴(kuò)展的部分，中空層9也沿此擴(kuò)展形成。據(jù)此，就能夠最大限度地獲取用于聚光的中空層的內(nèi)壁區(qū)域，能夠進(jìn)一步提高向光電二極管聚光的效果。
再有，根據(jù)本實施方式，由于有效地將入射光導(dǎo)入到光電二極管1，使不需要的光不能進(jìn)入垂直輸送部2，所以并不一定需要遮光膜6。
作為中空層9的制造方法，可使用通過各向同性腐蝕來蝕刻去除夾在2個電介質(zhì)膜之間的另一電介質(zhì)膜的方法。下面，參照圖2A～2F來說明上述結(jié)構(gòu)的固體攝像器件的制造方法。
圖2A表示形成遮光膜6并進(jìn)一步形成外壁電介質(zhì)膜8b后、形成以SiN為主要成分的電介質(zhì)膜即中空形成電介質(zhì)膜13的狀態(tài)。形成外壁電介質(zhì)膜8b之前的工序，與現(xiàn)有的固體攝像器件的制造方法相同。通過實施成膜后熱流的工序，外壁電介質(zhì)膜8b形成如圖所示的形狀。在中空形成電介質(zhì)膜13的形成中，例如可利用等離子體或UV，并采用降低膜的形成溫度的CVD等。
如圖2B所示，構(gòu)圖光刻膠14，以便在光電二極管1的上部開口，并由此蝕刻中空形成電介質(zhì)膜13。接下來，去除光刻膠14，形成內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c并進(jìn)行平坦化，從而得到圖2C所示的狀態(tài)。接下來，如圖2D所示，形成光刻膠15的圖形，在與鄰接單位單元的邊界部蝕刻內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c，從而形成中空形成電介質(zhì)膜13的露出部13a。
接下來，如圖2E所示，去除光刻膠15，從露出部13a蝕刻并去除中空形成電介質(zhì)膜13。由此，形成中空層9。在中空形成電介質(zhì)膜13的蝕刻中，例如使用CF4或CCl4等以F(氟)或Cl(氯)為腐蝕主要成分的氣體進(jìn)行干法腐蝕，由此僅選擇地去除以SiN為主要成分的中空形成電介質(zhì)膜13。接下來，如圖2F所示，用保護(hù)膜10覆蓋全體，此后形成有機(jī)膜12和有機(jī)膜的透鏡7。
在上述制造工序中，由于利用以F或Cl為活性種的等離子體來蝕刻作為中空形成電介質(zhì)膜13的SiN膜，就能夠獲得對于各向同性、SiO2膜的充分選擇性，能夠良好地形成中空層。
此外，由于利用CVD法等成膜方法來形成SiN膜，因此，在如特許第2869280號所示的涂敷水溶性樹脂的方法中成為問題的形成膜的均勻性，這里是完全沒有問題的。
此外，作為中空形成電介質(zhì)膜13使用Si膜來替代SiN膜時，Si與F或Cl的活性種容易反應(yīng)，可以獲得更良好的蝕刻特性。這在以SiN膜夾持SiO2膜時，用HF溶液或CxHy氣體等活性種進(jìn)行蝕刻時也一樣。
此外，在蝕刻中空形成電介質(zhì)膜13時，不使用有機(jī)光刻膠，而用已構(gòu)圖的內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c來代替光刻膠。若在干法腐蝕時使用光刻膠，在蝕刻中途由光刻膠產(chǎn)生的生成物就會變?yōu)槲g刻活性種，從而使選擇性下降。根據(jù)本實施方式的技術(shù)，由于在中空形成電介質(zhì)膜13的蝕刻時沒有使用光刻膠，因此就能夠獲得良好的選擇性。此外，利用HF進(jìn)行濕法腐蝕時，也能夠防止長時間蝕刻時的光刻膠剝落等，能夠穩(wěn)定地執(zhí)行制造工序。
此外，對于用于形成上述中空層9的蝕刻而言，控制干法腐蝕時的晶片溫度是重要的。若晶片溫度為低溫時，因蝕刻產(chǎn)生的反應(yīng)生成物就會再次附著在中空層9的側(cè)壁和蝕刻室的側(cè)壁上。若反應(yīng)生成物附著在中空層9側(cè)壁上，中空蝕刻在到達(dá)規(guī)定深度之前就會停止。此外，反應(yīng)生成物若附著在蝕刻室側(cè)壁上，它們就會成為粉塵并落到晶片上，依然成為蝕刻的障礙，因此必須頻繁地對蝕刻室內(nèi)進(jìn)行清掃。為了防止這些，通過將蝕刻室內(nèi)的晶片臺溫度保持在50℃以上，就能獲得很好的效果。特別是CxHy系氣體容易再附著，因此必須進(jìn)行溫度管理。
此外，使用石英玻璃作為內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c，也可通過涂敷石英玻璃后退火來形成內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c。
此外，在形成內(nèi)壁電介質(zhì)膜8c后，也可通過CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)進(jìn)行平坦化。
(第二實施方式)參照圖3說明第二實施方式的固體攝像器件。圖3表示本實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖9的A-A′剖面。
對于圖3的各要素，與表示第一實施方式的圖1所示的要素相同的要素，付與相同的附圖標(biāo)記并簡略其說明。在本實施方式中，形成中空層16的外壁電介質(zhì)膜17a及內(nèi)壁電介質(zhì)膜17b的形狀，與第一實施方式的中空層9不同。
外壁電介質(zhì)膜17a在光電二極管1的開口部的外側(cè)、且比包含一個光電二極管的單位單元的邊界部更處于內(nèi)部的區(qū)域具有彎曲部18a、18b，在彎曲部18a、18b之間形成臺階部19。在作為漏斗狀側(cè)壁的上開口部的臺階部19中，中空層16的形狀維持固定的角度。通過形成彎曲部18a、18b，就更容易形成這種形狀。
在上述結(jié)構(gòu)中，根據(jù)在中空層16和內(nèi)壁電介質(zhì)膜17b的邊界得到的折射率差，在其邊界處就會發(fā)生全反射，具有有效地將入射光導(dǎo)向光電二極管1的功能，這與第一實施方式相同。而且，在本實施方式中，由于中空層16的漏斗上開口部的形狀一直到單位光電二極管的邊界部為止都保持固定的角度，所以能夠在更寬范圍內(nèi)將來自透鏡7的入射光導(dǎo)向光電二極管1。
具體地，由光電二極管1上方的透鏡7聚光的外部光，在光電二極管1的并行的邊界部分以近似垂直的角度入射。相對于此，按引起全反射的角度(例如第一實施方式中為48.1°)形成中空層16的區(qū)域被擴(kuò)展到更周邊區(qū)域。在這樣的周邊區(qū)域全反射的光，通過位于光電二極管1的開口部正上方附近的中空層16再次全反射，并入射到光電二極管1。即，通過從透鏡7或透鏡7的邊界區(qū)域等透鏡7以外的部分而入射的光，能夠在寬范圍內(nèi)導(dǎo)向光電二極管1。
在沒有臺階部19形狀中，在與臺階部19的下部邊界即彎曲部18a對應(yīng)的部分上部，中空層相對于基板接近于平行，針對入射光的角度不引起全反射，喪失了作為入射光的導(dǎo)向裝置的功能。但是，由于存在臺階部19，中空層16能夠保持在更寬的范圍內(nèi)引起全反射的角度，能夠在比遮光膜6的開口部更寬的范圍內(nèi)將來自透鏡7的入射光導(dǎo)向光電二極管1。
特別是CCD固體攝像器件中，由于光電二極管1的開口部面積比重復(fù)的單位像素面積小，因此能夠有效地將周邊入射光導(dǎo)向光電二極管1，對于提高感光度特性是非常有效的。
參照圖4A～4B說明本實施方式的固體攝像器件的制造方法。圖4A表示形成遮光膜6并進(jìn)一步形成外壁電介質(zhì)膜17a后、形成光刻膠20的圖形的狀態(tài)。形成外壁電介質(zhì)膜17a之前的工序，與現(xiàn)有的固體攝像器件的制造方法相同。光刻膠20的圖形形成為比光電二極管1的開口部大、且在比單位單元的邊界部小的區(qū)域具有開口。
接下來，如圖4B所示，將光刻膠20作為掩膜，將外壁電介質(zhì)膜17a蝕刻至規(guī)定的深度。并且，去除光刻膠20后，形成以SiN為主要成分的中空形成電介質(zhì)膜13。在中空形成電介質(zhì)膜13的形成中，例如可利用等離子體或UV，并采用降低膜形成溫度的SiN膜的形成方法。
此后，用圖4A～4C示出了經(jīng)過與第一實施方式的固體攝像器件的制造方法相同的工序，直到完成形成有機(jī)膜的透鏡7的工序的狀態(tài)。即，在圖4B示出的狀態(tài)之后，蝕刻中空形成電介質(zhì)膜13，以便在光電二極管1上部開口，此后，形成內(nèi)壁電介質(zhì)膜17b并進(jìn)行平坦化，并且，在鄰接內(nèi)壁電介質(zhì)膜17b的單位單元的邊界部進(jìn)行蝕刻，形成露出部。此后，從內(nèi)壁電介質(zhì)膜17b的露出部中蝕刻以SiN為主要成分的中空形成電介質(zhì)膜13，形成中空層16。接下來，用保護(hù)膜10覆蓋全體，此后，形成有機(jī)膜12和有機(jī)膜的透鏡7。
在上述例子中，只設(shè)置了1個臺階部19，但也可通過多次實施圖4A和圖4B的工序，形成設(shè)置多個臺階部的結(jié)構(gòu)。
圖5表示在本實施方式中形成多個臺階部19a、19b的例子的剖面結(jié)構(gòu)。根據(jù)此實施例，由于設(shè)置了多個臺階部19a、19b，就能夠通過全反射將入射到更寬周邊區(qū)域的光導(dǎo)向光電二極管1。
圖6表示在本實施方式中相對于周圍的外壁電介質(zhì)膜17a、光電二極管1形成在更深部位而加大形成臺階部21的例子的剖面結(jié)構(gòu)。作為相對于外壁電介質(zhì)膜17a形成在更深部位的光電二極管1的構(gòu)造，例如在外壁電介質(zhì)膜17a內(nèi)部形成多層的布線層等，也可相對于光電二極管1增高形成其絕緣層間膜，也可只是加厚形成電介質(zhì)膜。
根據(jù)本實施方式，即使在深部形成光電二極管1，由于設(shè)置了臺階部21，并設(shè)定成對于周邊入射光也產(chǎn)生全反射的角度，也能夠有效地將光導(dǎo)向光電二極管1。
再有，在本實施方式所示的圖中，與光電二極管1鄰接地形成垂直輸送部2，在其上部形成遮光膜6，但在本發(fā)明中，通過全反射將入射光有效地導(dǎo)向光電二極管1，并能將不需要的光不導(dǎo)向垂直輸送部2，所以并不一定需要遮光膜6。即使像MOS傳感器那樣鄰接電荷檢測用晶體管，或不形成遮光膜，顯而易見也能夠獲得與上述實施方式相同的效果。
(第三實施方式)參照圖7說明第三實施方式的固體攝像器件。圖7表示本實施方式的固體攝像器件的剖面結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖9的A-A′剖面。
對于圖7的各要素，與表示第一實施方式的圖1所示的要素相同的要素，付與相同的附圖標(biāo)記并簡化其說明。在本實施方式中，遮光膜22的形狀與第一實施方式的遮光膜不同。在本實施方式中，遮光膜22沒有覆蓋垂直輸送柵極3的側(cè)面，而是采取將光電二極管1的開口擴(kuò)寬的結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如果在垂直輸送柵極3的側(cè)面沒有遮光膜，由于來自這里的無效光入射，使拖尾(smear)性能劣化。與此相反，根據(jù)本實施方式，通過由中空膜9形成入射光的導(dǎo)向裝置，能夠抑制來自該部分的無效光的入射。因此，使拖尾性能不劣化，也能夠擴(kuò)大光電二極管1的開口，能夠大幅度地提高感光特性。這是由中空層9的形成與開口擴(kuò)大這兩種技術(shù)的相加效果所帶來的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，包括以一維或二維狀排列的光電二極管組；在上述光電二極管之上形成的由透光性的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的無機(jī)電介質(zhì)膜；以及在上述無機(jī)電介質(zhì)膜中以被夾在由上述無機(jī)電介質(zhì)膜構(gòu)成的內(nèi)側(cè)側(cè)壁和外側(cè)側(cè)壁之間的狀態(tài)形成的中空層；上述中空層具有漏斗形狀，即以上述光電二極管的上部周邊部為起點(diǎn)，離上述光電二極管越遠(yuǎn)、開口越變寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝像器件，還包括CCD，與上述光電二極管鄰接配置，輸送由上述光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并存儲的電荷；遮光膜，在上述中空層的下方覆蓋上述CCD而形成，在上述光電二極管上部具有開口部；上述中空層的上述起點(diǎn)部位于上述遮光膜的開口部的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝像器件，位于距上述光電二極管規(guī)定距離處的上述中空層的開口，比上述遮光膜的開口部大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項記載的固體攝像器件，由形成上述中空層的上述無機(jī)電介質(zhì)膜構(gòu)成的上述內(nèi)側(cè)側(cè)壁及外側(cè)側(cè)壁，大致平行地形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝像器件，上述光電二極管周邊的上述遮光膜的端部，位于比上述中空層的最下部更上方的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項記載的固體攝像器件，上述中空層具有臺階部。
7.一種固體攝像器件的制造方法，包括在以一維或二維狀排列形成在半導(dǎo)體基板上的多個光電二極管的至少周邊部的上方，形成由無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的外壁電介質(zhì)膜的工序；在上述外壁電介質(zhì)膜上，形成由與上述外壁電介質(zhì)膜不同的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的中空形成電介質(zhì)膜的工序；蝕刻去除與上述中空形成電介質(zhì)膜的光電二極管開口部對應(yīng)的部分的工序；在上述中空形成電介質(zhì)膜和上述光電二極管開口部的上面，形成由與上述中空形成電介質(zhì)膜不同的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)壁電介質(zhì)膜的工序；在含有上述各光電二極管的單位單元的邊界外周部，蝕刻上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜直至上述中空形成電介質(zhì)膜上為止的工序；以及，將上述外壁電介質(zhì)膜及內(nèi)壁電介質(zhì)膜作為掩膜，選擇性地蝕刻被夾在上述外壁電介質(zhì)膜和內(nèi)壁電介質(zhì)膜之間的上述中空形成電介質(zhì)膜，形成中空層的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，在形成上述外壁電介質(zhì)膜的工序之前，具有在上述多個光電二極管的周邊部上方、形成在上述光電二極管的上部具有開口部的遮光膜的工序；在形成上述外壁電介質(zhì)膜的工序中，在上述遮光膜及上述光電二極管的上部形成上述外壁電介質(zhì)膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，在上述外壁電介質(zhì)膜上形成中空形成電介質(zhì)膜的工序之前，具有在比包含1個上述光電二極管的單位單元的邊界部更小的區(qū)域按規(guī)定深度蝕刻上述外壁電介質(zhì)膜，而做成比上述光電二極管的開口部更大的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求8記載的固體攝像器件的制造方法，在比上述中空層的最下部位于上方的位置，形成上述光電二極管周邊的上述遮光膜的端部。
11.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，用以SiO2為主要成分的膜形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，用以SiN為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11記載的固體攝像器件的制造方法，使用以Cl或F或這兩種物質(zhì)為主要成分的氣體來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求11記載的固體攝像器件的制造方法，使用以Cl的活性種、或F的活性種、或這兩種物質(zhì)為主要成分的氣體來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜，在上述蝕刻工序中，將放置晶片的工作臺溫度設(shè)定成大于等于50℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，用以SiN為主要成分的膜來形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，用以SiO2為主要成分的膜來形成上述中空形成電介質(zhì)膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14記載的固體攝像器件的制造方法，使用以HF為主要成分的溶液來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14記載的固體攝像器件的制造方法，使用以CxHy的活性種為主要成分的氣體來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，用以SiO2為主要成分的膜形成上述上述外壁電介質(zhì)膜，用以SiN為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜，用SiON膜形成上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜是石英玻璃，并且包括涂敷上述石英玻璃后進(jìn)行退火的工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，包括形成上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜后、利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)進(jìn)行平坦化的工序。
20.根據(jù)權(quán)利要求7記載的固體攝像器件的制造方法，上述中空形成電介質(zhì)膜是導(dǎo)電膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求20記載的固體攝像器件的制造方法，用以SiO2為主要成分的膜形成上述外壁電介質(zhì)膜及上述內(nèi)壁電介質(zhì)膜，用以Si為主要成分的膜形成上述中空形成電介質(zhì)膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求21記載的固體攝像器件的制造方法，使用以鹵族元素為主要成分的氣體來蝕刻上述中空形成電介質(zhì)膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求7或22記載的固體攝像器件的制造方法，用具有高熔點(diǎn)金屬成分的膜來形成上述中空形成電介質(zhì)膜。
全文摘要
一種固體攝像器件，包括以一維或二維狀排列的光電二極管組(1)；在光電二極管之上形成的由透光性的無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的無機(jī)電介質(zhì)膜(8b、8c)；以及在無機(jī)電介質(zhì)膜中以被夾在由無機(jī)電介質(zhì)膜構(gòu)成的內(nèi)側(cè)側(cè)壁和外側(cè)側(cè)壁之間的狀態(tài)形成的中空層(9)；中空層具有漏斗形狀，即以光電二極管的上部周邊部為起點(diǎn)，離光電二極管越遠(yuǎn)、開口越變寬。該器件能夠在寬范圍內(nèi)將入射到光電二極管周圍的上部的光有效地聚光到光電二極管。
文檔編號H04N5/335GK1619828SQ20041009495
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者加藤良章 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社