專利名稱：固態(tài)攝像器件及其制造方法以及攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)攝像器件及其制造方法，以及攝像設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，紅外適配(IR-Fitting)技術(shù)正在向著提升圖像傳感器的高靈敏度 的方向發(fā)展。紅外適配的特征是在圖像傳感器中同時提取可見光和近紅外 光，由此實(shí)現(xiàn)圖像傳感器的高靈敏度提升。為此，除了通常的RGB像素， 圖像傳感器中存在同時提取可見光和近紅外光的像素(在下文，稱為"A像 素")。例如，在日本專利申請公開第2006-190958號(在下文，稱為專利文 件1)中描述了該技術(shù)。
在通常的圖像傳感器中，在圖像傳感器上的整個表面之上提供紅外線截 止濾波器(infrared light cutting filter )。因此，在經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換的每個像素中 僅才是取波長約為400至700nm的可見光。另一方面，對于紅外適配技術(shù)，圖 像傳感器中不提供通常的紅外線截止濾波器。除此外，因?yàn)锳像素之上沒有 提供濾色器等，所以圖像傳感器中可以提取可見光和近紅外光。另一方面， 每個RGB像素中僅選擇地提取可見光。結(jié)果，除了通常采用的濾色器外， 還需要提供選擇性截止近紅外光的濾波器。揭示了包括用于選擇性反射近紅 外光的多層膜(在下文，稱為"MLT膜，，)的固態(tài)攝像器件以實(shí)現(xiàn)該功能。 在此情況下，通過分別依次地層疊具有預(yù)定厚度的多層膜形成MLT膜。例 如在專利文件1中揭示了該固態(tài)攝像器件。
上述的MLT膜這樣來構(gòu)造，使得每個層疊膜的厚度d滿足公式d = A7 (4n)，其中X是反射光的中心波長，而n是層疊膜中相應(yīng)的一層的折射系 數(shù)。
當(dāng)具有9至11層的MLT膜由氧化硅膜和氮化硅膜形成以便反射例如具 有900nm的中心波長的光時，MLT膜的總厚度的范圍為1至1.5 (im。
另夕卜，為了在每個像素的聚光結(jié)構(gòu)(light condensing structure )內(nèi)形成 MLT膜，用于MLT膜的圖案化工藝和用于絕緣層的平坦化工藝是必要的。結(jié)果，MLT膜的增加導(dǎo)致每個像素的聚光結(jié)構(gòu)比沒有MLT膜的聚光結(jié)構(gòu)厚 約1.5至約2.5|im。
聚光結(jié)構(gòu)在厚度上的增加變得難于在每個像素上聚光。結(jié)果，引起各種 問題，例如，相鄰像素之間的顏色混合，遮蔽(shading )的變差，以及對F 值(F-value)光的靈敏度降低。特別是，同時提取可見光和紅外光的A像素 中的光量比每個RGB像素多。因此，如圖7所示，從A像素引入其相鄰像 素的顏色混合成分的影響大，這對相鄰像素造成很大的影響，例如顏色再現(xiàn) 性變差。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的問題是，由于形成MLY膜導(dǎo)致的在每個像素上膜厚度的增力。， 變得難于在每個像素上聚集光，因此引起相鄰像素之間顏色混合的問題。具 體地講，在同時提取可見光和近紅外光的A像素中的光量大于每個RGB像 素中的光量。因此，由A像素引入其相鄰像素中的顏色混合成分的影響大， 這會造成對相鄰像素的很大的影響，例如顏色再現(xiàn)性的變差。
因此，根據(jù)前述內(nèi)容，所希望的是提供一種固態(tài)攝像器件及其制造方法 以及攝像設(shè)備，該固態(tài)攝像器件以優(yōu)良的顏色再現(xiàn)性實(shí)現(xiàn)高靈敏度的提升， 而即使在形成用于吸收或者反射紅外光而透射可見光的紅外光濾波器層比 如用于選擇性截止近紅外光紅外光的MLT膜時也沒有引起顏色混合的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述的希望，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供固態(tài)攝像器件，包括 第一像素，用于接收入射光的可見光以使該可見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；第二像素， 用于接收入射光的可見光和近紅外光以使該可見光和該近紅外光中的每個 都經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；和濾色器層，以及用于吸收或者反射紅外光并且透射可見 光的紅外光濾波器層，濾色器層和紅外光濾波器層從入射到第一像素的入射 光的光路的光入射側(cè)依次形成；其中紅外光濾波器層具有開口部分，該開口 部分通過打開入射到第二像素的入射光的光路來形成；并且形成有光波導(dǎo)， 用于在通過開口部分到第二像素的方向上引導(dǎo)入射光。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，紅外光濾波器層具有開口部分，該開口部分通過 打開入射到第二像素的入射光的光路而形成，并且形成有光波導(dǎo)，用于在通 過開口部分到第二像素的方向上引導(dǎo)入射光。因此，減少了從第二像素泄漏 的顏色混合成分的影響，該第二像素用于接收可見光和近紅外光以使可見光和近紅外光的每個都經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換，因此提高了第二像素的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供制造固態(tài)攝像器件的方法，該攝像器件 具有基板和形成在基板上的第一像素，用于接收入射光的可見光以使該可
見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；第二像素，用于接收入射光的可見光和近紅外光以使該 可見光和該近紅外光中的每個經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；以及光學(xué)透明的絕緣膜，覆蓋 第一像素和第二像素。該制造固態(tài)攝像器件的方法包括步驟在除了入射到 第二像素的入射光的光路外的區(qū)域中，形成用于吸收或者反射紅外光并且透 射可見光的紅外光濾波器層，該區(qū)域位于絕緣膜上；在入射到第二像素的入 射光的光路中形成開口部分以完全延伸通過紅外光濾波器層；以及通過利用 開口部分在光學(xué)透明的絕緣膜中形成光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)用于在通過開口部分 到第二像素的方向上引導(dǎo)入射光。
在本發(fā)明的另 一個實(shí)施例中，開口部分形成在入射到第二像素的入射光 的光路中以完全延伸通過紅外光濾波器層，并且通過利用開口部分形成用于 在到第二像素的方向上引導(dǎo)入射光的光波導(dǎo)。因此，減少了從第二像素泄漏 進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響，該第二像素用于接收可見光和近紅外 光以使可見光和近紅外光中的每個經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換，并因此提高了第二像素的 靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，提供攝像設(shè)備，包括聚光部分，用于聚 集入射光；固態(tài)攝像器件，用于接收由聚光部分聚集的入射光以使如此接收 的聚集的入射光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；以及信號處理部分，用于處理通過光電轉(zhuǎn)換 獲得的信號。該固態(tài)攝像器件包括第一像素，用于接收入射光的可見光以 使該可見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；第二像素，用于接收入射光的可見光和近紅外光 以使該可見光和該近紅外光的每個都經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；以及濾色器層和用于吸 收或者反射紅外光并且透射可見光的紅外光濾波器層，濾色器層和紅外光濾 波器層從入射到第一像素的入射光的光路的光入射側(cè)依次形成，其中紅外光 濾波器層具有開口部分，該開口部分通過打開入射到第二像素的入射光的光 路來形成；并且形成光波導(dǎo)，用于在通過開口部分到第二像素的方向上引導(dǎo) 入射光。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)攝像器件用作接收 由聚光部分聚集的入射光的固態(tài)攝像器件。因此，減少了入射光從第二像素 泄漏進(jìn)入相鄰像素引起的顏色混合成分的影響，因此提高第二像素的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，減少了從第二像素泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合 成分的影響。結(jié)果，即使在形成用于吸收或者反射紅外光并且透射可見光的 紅外光濾波器層時，也能夠防止引起顏色混合的問題。因此，提供了能夠抑 制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。另外，入射光可以由光波導(dǎo)有效地聚集在第二像 素上。因此，提供了可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)攝像器件的高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，減少了從第二像素泄漏進(jìn)入相鄰像 素的顏色混合成分的影響。結(jié)果，即使在形成用于吸收或反射紅外光并且透 射可見光的紅外光濾波器層時，也能夠防止引起顏色混合的問題。因此，提 供了能夠抑制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。另外，入射光可以由光波導(dǎo)有效地聚 集在第二像素上。因此，提供可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)攝像器件的高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例，因?yàn)闇p少了從第二像素泄漏進(jìn)入相 鄰像素的顏色混合成分的影響，因此提高了第二像素的靈敏度，所以提供了 能夠獲得具有良好顏色再現(xiàn)性的高靈敏度圖像的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的示意性結(jié)構(gòu)的截面
圖2是展示根據(jù)本發(fā)明第 一 實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的修改實(shí)例的示意性 結(jié)構(gòu)的截面圖3是展示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的示意性結(jié)構(gòu)的截面
圖4A至4F分別為展示制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的方 法中的制造工藝的截面圖5是展示制造根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的方法中的制造 工藝的截面圖6是展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備的方塊圖；和
圖7是展示相關(guān)技術(shù)的固態(tài)攝像器件中的有關(guān)問題的示意性結(jié)構(gòu)截面圖。
具體實(shí)施方式
在下文，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在下文，將參照圖1的示意性結(jié)構(gòu)截面圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí) 施例的固態(tài)攝像器件。
如圖1所示，第一像素11的光接收部分21(例如，由光敏二極管構(gòu)成)、
第二像素12的光接收部分22 (例如，由光敏二極管構(gòu)成)以及第一像素11 和第二像素12的晶體管23和24等形成在半導(dǎo)體基板10上。這里，第一像 素ll接收可見光，并且第二像素12接收近紅外光和可見光。例如，如圖1 的下側(cè)所示，第一像素11由接收紅光的R (紅)像素、接收綠光的G (綠) 像素和接收藍(lán)光的B (藍(lán))像素組成。另一方面，第二像素12由接收近紅 外光和可見光的A像素組成。在固態(tài)攝像器件l中，例如，具有上述的四種 像素作為一套像素的每個像素例如在平面內(nèi)設(shè)置成矩陣。應(yīng)當(dāng)注意的是，第 一像素11可以由R像素、G像素和B像素的互補(bǔ)像素(complementary pixel) 組成，或者在可見光的區(qū)域中具有除了上述的顏色外的顏色的像素可以添加 到第一像素11。
為了提高對近紅外光的光電轉(zhuǎn)換效率，在第二像素12中，構(gòu)成光接收 部分22的光敏二極管可以較深地形成。
例如，形成多個配線層的配線31和覆蓋配線31的層間絕緣膜32形成 在第一像素11和第二像素12之上。層間絕緣膜32由傳輸近紅外光和可見 光的材料制造，例如高密度等離子體(HDP)氧化膜等。設(shè)置這些配線31 而不阻止分別入射到第一像素11和第二像素12的入射光的光路。同樣，平 坦化層間絕緣膜32的表面。
通過彼此結(jié)合例如氧化硅膜、氮化硅膜、碳化硅膜和氧化鈦膜的材料， 在上述的層間絕緣膜32上形成用于吸收或反射紅外光并且透射可見光的紅 外光濾波器層51。紅外光濾波器層51實(shí)現(xiàn)選擇性截止近紅外光的濾波器功 能。同樣，通過以分別依次層疊具有預(yù)定厚度的多個層形成的MLT膜的形 式，來形成紅外光濾波器層51。在紅外光濾波器層51中，組成該紅外光濾 波器層51的每一層按照其折射率n及其反射中心波長X來選擇。因此，紅 外光濾波器層51通過以允許要實(shí)現(xiàn)的必要反射率的層數(shù)依次層疊多個層來 形成。
盡管上述的紅外光濾波器層51通過依次層疊多個層形成，并且其厚度 根據(jù)膜的種類和膜的光學(xué)特性而變化，但是其厚度的范圍約為0.8至1.5 pm。例如，對于形成紅外光濾波器層51，厚度為100nm的氮化硅膜和厚度為 130nm的氧化硅膜交替地依次層疊，以便獲得五層氮化硅膜和四層氧化硅膜。
開口部分52選擇性地形成以完全延伸通過紅外光濾波器層51對應(yīng)于第 二像素12之上的部分或電極部分(未示出)的位置。
而且，為了平坦化形成開口部分52以完全延伸通過紅外光濾波器層51 的工藝中產(chǎn)生的不規(guī)則形狀，形成具有平坦表面的層間絕緣膜33，以便填充 在開口部分52中。層間絕緣膜33由透射近紅外光和可見光的材料制造，例 如，HDP氧化膜等。
另外，利用開口部分52形成的孔34形成在層間絕緣膜33和32中?？?34優(yōu)選形成到盡量接近具有第二像素12形成在其上的半導(dǎo)體基板10的深 度。孑L 34的形狀優(yōu)選為圓柱或者四棱柱，并且更優(yōu)選為向下截頭(downward head-cut)的圓錐或者向下截頭的棱錐。同樣，高折射系數(shù)材料35填充在孔 34中。例如，高折射系數(shù)材料35可以是有機(jī)材料如硅氧烷(siloxane),或 者無機(jī)材料如氮化硅膜。當(dāng)形成為圍繞孔34外圍的每個層間絕緣膜32和33 由氧化硅制造時，因?yàn)檠趸璧恼凵湎禂?shù)約為1.4，所以高折射系數(shù)材料35 的折射系數(shù)需要優(yōu)選為1.6或更大，且更優(yōu)選1.8或更大。
形成由有機(jī)化合物體系材料制造的高折射系數(shù)材料膜37以通過鈍化膜 36填充在孔34中，該鈍化膜36由例如厚度約為300至約1000nm的等離子 體氮化硅膜制造。在此情況下，高折射系數(shù)材料膜35由鈍化膜36和高折射 系數(shù)材料膜37組成。結(jié)果，由等離子體氮化硅膜形成鈍化膜36導(dǎo)致像素的 濕氣抵抗力(moisture resistance )提高。高折射系數(shù)材料膜3 7以這樣的方式 通過鈍化膜36填充在孔34中，由此形成光波導(dǎo)38。
而且，高折射系數(shù)材料膜37的上表面是平坦的，并且絕緣膜60形成在 高折射系數(shù)材料膜37的上表面上。同樣，濾色器層61和聚光透鏡62形成 在絕緣膜60上。濾色器層61形成在第一像素11之上，就是說，形成在入 射到第一像素11的入射光的光路上，而不形成在入射到第二像素12的入射 光的光路上。
另外，如圖2所示，折射系數(shù)比層間絕緣膜32的折射系數(shù)低的低折射 系數(shù)材料膜39可以形成在孔34的內(nèi)表面和鈍化膜36之間。
在具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)攝像器件1中，紅外光濾波器層51具有開口部分52，該開口部分52通過選擇性打開入射到第二^f象素12的入射光的光路來 形成。同樣，形成光波導(dǎo)38，用于在從開口部分52到第二像素12的方向上 引導(dǎo)入射光。因此，減少了接收從第二像素泄漏到相鄰像素的顏色混合成分 的影響，該第二像素用于接收可見光和近紅外光并且使可見光和近紅外光的 每個經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換，因此提高了第二像素12的靈敏度。另外，因?yàn)榭?4可 以以紅外光濾波器層51作為掩模通過開口部分52選擇性地形成，所以具有 可以最大限度地增加孔34的搪孔直徑(bore diameter)并且可以以自對準(zhǔn)的 方式形成孔的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，能夠最大化由光波導(dǎo)38引導(dǎo)到第二像素12的光 量。
因此，即使在形成用于吸收或者反射紅外光并且透射可見光的紅外光濾 波器層51時，從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響的減 少防止引起的顏色混合的問題。因此，具有能夠抑制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。 另外，因?yàn)槿肷涔饪梢杂晒獠▽?dǎo)38有效地聚集在第二像素12上，所以具有 能夠?qū)崿F(xiàn)高靈l丈度的優(yōu)點(diǎn)。
接下來，將參照圖3的示意性結(jié)構(gòu)截面圖來描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例 的固態(tài)攝像器件。在第二實(shí)施例的固態(tài)攝像器件2中，光波導(dǎo)提供在已經(jīng)參 照圖1描述的固態(tài)攝像器件1的第一像素11之上。
如圖3所示，與第一實(shí)施例的固態(tài)攝像器件1的情況相類似，第一像素 11的光接收部分21 (例如，由光敏二極管構(gòu)成)、第二像素12的光接收部 分22 (例如，由光敏二極管構(gòu)成)以及第一像素11和第二像素12的晶體管 23和24等形成在半導(dǎo)體基板10上。這里，第一像素ll接收可見光，并且 第二像素12接收紅外光和可見光。例如，第一像素11由三個像素組成，即 接收紅光的R (紅)像素、接收綠光的G (綠)像素和接收藍(lán)光的B (藍(lán)) 像素。另一方面，第二像素12由接收近紅外光和可見光的A像素組成。在 固態(tài)4聶像器件2中，例如，具有上述的四種像素作為一套像素的每個像素例 如在平面內(nèi)設(shè)置成矩陣。應(yīng)當(dāng)注意的是，第一^象素11可以由R像素、G像 素和B像素的互補(bǔ)像素組成，或者具有在可見光的區(qū)域中除了上述的顏色外 的顏色的像素可以添加到第一像素11。
例如，形成多個配線層的配線31和覆蓋配線31的層間絕緣膜32形成 在第一像素11和第二像素12之上。層間絕緣膜32由透射近紅外光和可見 光的材料制造，例如HDP氧化膜等。設(shè)置這些配線31而不阻止分別入射到第一像素11和第二像素12的入射光的光路。同樣，平坦化層間絕緣膜32
的表面。
通向第一像素11的方向的光波導(dǎo)41形成在上述的層間絕緣膜32中。 光波導(dǎo)41具有與上述的光波導(dǎo)38相同的結(jié)構(gòu)。例如，光波導(dǎo)41通過在形 成于第一像素11之上的孔42中填充折射系數(shù)比層間絕緣膜32的折射系數(shù) 高的材料形成。例如，光波導(dǎo)41通過由高折射系數(shù)材料制造的鈍化膜43在 孔42中填充高折射系數(shù)材料膜44形成。例如，鈍化膜43由厚度為約300 至約1000nm的等離子體氮化硅膜形成。同樣，例如，高折射系數(shù)材料膜44 由有機(jī)化合物體系材料制造。在此情況下，光波導(dǎo)41由鈍化膜43和高折射 系數(shù)材料膜44組成。結(jié)果，由等離子體氮化硅膜形成鈍化膜43導(dǎo)致像素的 濕氣抵抗力提高。高折射系數(shù)材料膜44以這樣的方式通過鈍化膜43填充在 孔42中，由此形成光波導(dǎo)41。
孔42優(yōu)選形成到盡可能接近具有第一像素11形成在其上的半導(dǎo)體基板 IO的深度?？?2的形狀優(yōu)選為圓柱或者四棱柱，并且更優(yōu)選為向下截頭的 圓錐或者向下截頭的棱錐。另外，折射系數(shù)比層間絕緣膜32的折射系數(shù)低 的材料膜(未示出)可以形成在孔42的內(nèi)表面和#/[匕膜43之間，類似于前 面參照圖2描述的光波導(dǎo)38的情況。
另外，由高折射系數(shù)材料制造的鈍化膜43和高折射系數(shù)材料膜44優(yōu)選 由都具有高耐熱性(heat resistance )的材料制造。
用于吸收或者反射紅外光而透射可見光的紅外光濾波器層51形成在層 間絕緣膜32上。形成開口部分52以完全延伸通過紅外光濾波器層51對應(yīng) 于第二像素之上的部分或者電極部分(未示出)的位置。而且，為了平坦化
在形成開口部分52以完全延伸通過紅外光濾波器層51的工藝中產(chǎn)生的不規(guī) 則形狀，具有平坦表面的層間絕緣膜33形成為填充在開口部分52中。層間 絕緣膜33由透射近紅外光和可見光的材料制造，例如HDP氧化膜等。
另外，利用開口部分52形成的孔34形成在層間絕緣膜33和32中。孑L 34優(yōu)選形成到盡可能接近具有第二像素12形成在其上的半導(dǎo)體基板10的深 度。孔34的形狀優(yōu)選為圓柱或者四棱柱，并且更優(yōu)選為向下截頭的圓錐或 者向下截頭的棱錐。同樣，高折射系數(shù)材料35填充在孔34中。例如，高折 射系數(shù)材料35可以是有機(jī)材料如硅氧烷，或者無機(jī)材料如氮化硅膜。當(dāng)形 成為圍繞孔34的外圍的每個層間絕緣膜32和33由氧化硅制造時，因?yàn)檠趸璧恼凵湎禂?shù)約為1.4，所以高折射系數(shù)材料膜35的折射系數(shù)需要優(yōu)選為 1.6或更大，且更優(yōu)選為1.8或更大。
由有機(jī)化合物體系材料制造的高折射系數(shù)材料膜37形成為通過由例如 厚度為約300至約1000nm的等離子體氮化硅膜形成的鈍化膜36填充在孔 34中。在此情況下，高折射系數(shù)材料膜35由鈍化膜36和高折射系數(shù)材料膜 37組成。結(jié)果，由等離子體氮化硅膜形成鈍化膜36導(dǎo)致像素的濕氣抵抗力 提高。高折射系數(shù)材料膜37以這樣的方式通過鈍化膜36填充在孔34中， 由此形成光波導(dǎo)38。
而且，高折射系數(shù)材料膜37的上表面是平坦的，并且絕緣膜60形成在 高折射系數(shù)材料膜37的上表面上。同樣，濾色器層61和聚光透鏡62形成 在絕緣膜60上。濾色器層61形成在第一像素11之上，就是說，形成在入 射到第一像素11的入射光的光路上，而不形成在入射到第二像素12的入射 光的光路上。
在具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)攝像器件2中，紅外光濾波器層51具有開口部 分52，該開口部分52通過選擇性打開入射到第二像素12的入射光的光路來 形成。同樣，形成用于從開口部分52到第二像素12的方向上引導(dǎo)入射光的 光波導(dǎo)38。因此，減少了從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分 的影響，該第二像素用于接收可見光和近紅外光并使可見光和近紅外光的每 個經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換，因此提高了第二像素12的靈壽丈度。另外，因?yàn)榭?4可以 以紅外光濾波器層51作為掩模通過開口部分52來形成，所以具有可最大限 度增加孔34的搪孔直徑并且孔34可以以自對準(zhǔn)方式形成的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，能 夠最大化由光波導(dǎo)38引導(dǎo)到第二像素12的光量。
因此，即使在形成用于吸收或者反射紅外光并且透射可見光的紅外光濾 波器層51時，從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響的減 少也防止引起顏色混合的問題。因此，具有能夠抑制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。 另外，因?yàn)槿肷涔饪梢杂晒獠▽?dǎo)38有效地聚集在第二像素12上，所以具有 能夠增加靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
而且，因?yàn)楣獠▽?dǎo)41形成在第一像素11的光入射側(cè)，所以也能夠改善 第一像素11中的聚光狀態(tài)。因此，進(jìn)一步抑制顏色再現(xiàn)性的變差，并且因 此能夠增加固態(tài)攝像器件的靈敏度。
接下來，將參照圖4A至4F詳細(xì)描述制造根據(jù)本發(fā)明第 一實(shí)施例的固態(tài)攝像器件的方法。
如圖4A所示，首先，利用已知制造方法，在半導(dǎo)體基板IO上形成第一 像素11的光接收部分21 (例如，由光敏二極管構(gòu)成)、第二像素12的光接 收部分22 (例如，由光敏二極管構(gòu)成)以及第一^f象素11和第二像素12的晶 體管23和24等。這里，第一像素ll接收可見光，而第二像素12接收近紅 外光和可見光。在此情況下，為了提高近紅外光的光電轉(zhuǎn)換效率，在第二像 素12中，構(gòu)成光接收部分21的光敏二極管可以4交深地形成。
接下來，形成構(gòu)成第一像素11和第二像素12的配線31，以及覆蓋配線 31的層間絕緣膜32。設(shè)置這些配線31而不阻擋分別入射到第一像素11和 第二像素12的入射光的光路。接下來，通過進(jìn)^f亍化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工 藝等平坦化覆蓋配線31的層間絕緣膜32的表面。
隨后，通過彼此結(jié)合例如氧化硅膜、氮化硅膜、碳化硅膜和氧化鈦膜的 材料，在上述的層間絕緣膜32上形成用于吸收或反射紅外光和透射可見光 的紅外光濾波器層51。紅外光濾波器層51實(shí)現(xiàn)選"^性截止近紅外光的所述 濾波器功能。同樣，以依次層疊分別具有預(yù)定厚度的多個層形成的MLT膜 的形式形成紅外光濾波器層51。在紅外光濾波器層51中，組成紅外光濾波 器層51的每個層根據(jù)其折射系數(shù)n和反射中心波長人來選擇。因此，以允 許實(shí)現(xiàn)必要反射率的層數(shù)，通過依次層疊多個層形成紅外光濾波器層51。
盡管上述紅外光濾波器層51通過依次層疊多個膜層形成，并且其厚度 根據(jù)膜的種類和膜的光學(xué)特性而變化，但是其厚度的范圍為約0.8至1.5
接下來，如圖4B所示，形成選擇性地開口以在位置上分別對應(yīng)于第二 像素12和電極(未示出)等的抗蝕劑掩模(未示出)。同樣，通過進(jìn)行干法 蝕刻工藝去除紅外光濾光器層51的不必要部分，由此形成開口部分52。
接下來，如圖4C所示，為了平坦化由用于形成開口部分52的圖案化產(chǎn) 生的不規(guī)則形狀，沉積由HDP氧化膜等形成的層間絕緣膜33，以填充在開 口部分52中。同樣，通過再次進(jìn)行CMP工藝平坦化層間絕緣膜33的表面。
接下來，如圖4D所示，選擇性地開口以在位置上僅對應(yīng)于第二像素12 的抗蝕劑掩模(未示出)形成在層間絕緣膜33上。同樣，去除層間絕緣膜 32和33形成在第二像素12之上的部分，并且在可能的情況下也去除紅外光 濾波器層51形成在第二像素12之上的部分，由此形成孔34?？?4優(yōu)選形成到盡可能接近具有第二像素12形成在其上的半導(dǎo)體基板10的深度。孔34 的形狀優(yōu)選為圓柱或者四棱柱，并且更優(yōu)選為向下截頭的圓錐或者向下截頭 的棱錐。結(jié)果，易于進(jìn)行在孔34中填充鈍化膜36和高折射系數(shù)材料膜37 的隨后的步驟。
接下來，如圖4E所示，高折射系數(shù)材料膜35填充在孔34中。例如， 高折射系數(shù)材料35可以是有機(jī)材料如硅氧烷，或者無機(jī)材料如氮化硅膜。 當(dāng)形成為圍繞孔34的外圍的層間絕緣膜32和33的每個都由氧化硅制造時， 因?yàn)檠趸璧恼凵湎禂?shù)約為1.4，所以高折射系數(shù)材料35的折射系數(shù)需要優(yōu) 選為1.6或更大，且更優(yōu)選為1.8或更大。
在此情況下，為了形成高折射系數(shù)材料膜35，在成為鈍化膜36的等離 子體氮化硅膜沉積成厚度為約300至約1000nm后，形成由有機(jī)化合物體系 材料制造的高折射系數(shù)材料膜37以填充在孔34中。結(jié)果，由等離子體氮化 硅膜形成鈍化膜36導(dǎo)致像素的濕氣抵抗力提高。高折射系數(shù)材料膜37以這 樣的方式通過鈍化膜36填充在孔34中，由此形成光波導(dǎo)38。
接下來，如圖4F所示，在平坦化高折射系數(shù)材料膜37的上表面后，在 高折射系數(shù)材料膜37的上表面上形成絕緣膜60。同樣，在絕緣膜60上形成 濾色器61和聚光透鏡62等。
另外，如圖2所示，折射系數(shù)比層間絕緣膜3 2的折射系數(shù)低的低折射 系數(shù)材料膜39可以形成在孔34的內(nèi)表面和鈍化膜36之間。
在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造方法中，開口部分52在紅外光濾波器 層51中選擇性地形成在入射到第二像素12的入射光的光路中。同樣，利用 開口部分52形成用于在到第二像素的方向上引導(dǎo)入射光的光波導(dǎo)38。因此， 減少了從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響，該第二像 素用于接收可見光和近紅外光并且使可見光和近紅外光的每個都經(jīng)受光電 轉(zhuǎn)換，因此提高了第二像素12的靈敏度。
因此，即使在形成用于吸收或者反射紅外光并且透射可見光的紅外光濾 波器層51時，從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響的減 少防止引起的顏色混合的問題。因此，具有能夠抑制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。 另外，因?yàn)槿肷涔饪梢杂晒獠▽?dǎo)38有效地聚集在第二像素12上，所以具有 能夠增加高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。
另外，因?yàn)榭?4可以以紅外光濾波器層51作為掩模通過開口部分52選擇性地形成，所以具有可以最大限度地增加孔34的搪孔直徑并且可以以自對準(zhǔn)方式形成孔34的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，能夠最大化由光波導(dǎo)38引導(dǎo)到第二像 素12的光量。接下來，將參照展示制造工藝的圖5的截面圖來描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí) 施例制造固態(tài)攝像器件的方法。第二實(shí)施例的制造方法是制造參照圖3描述 的第二實(shí)施例的固態(tài)攝像器件2的方法。如圖5所示，在完成形成層間絕緣膜32后形成參照上述第一實(shí)施例的 圖4A至4F描述的紅外光濾波器51之前，通向第一像素11的方向的光波導(dǎo) 41形成在層間絕緣膜32中。形成光波導(dǎo)41的方法與形成通向第二像素12 的光波導(dǎo)38的方法相同。例如，在通向第一像素11的方向的孔42形成在 層間絕緣膜32中后，折射系數(shù)比層間絕緣膜32的折射系數(shù)高的材料填充在 孔42中，由此形成光波導(dǎo)41。例如，在利用CVD法將成為鈍化膜43的等 離子體氮化硅膜沉積為厚度為約300至約1000nm的高折射系數(shù)材料后，由 有機(jī)化合物體系材料制造的高折射系數(shù)材料膜44形成為通過鈍化膜43填充 在孔42中。結(jié)果，由等離子體氮化硅膜形成鈍化膜43導(dǎo)致像素的濕氣抵抗 力提高。高折射系數(shù)材料膜44以這樣的方式通過鈍化膜43填充在孔42中， 由此形成光波導(dǎo)41?？變?yōu)選形成到盡可能接近具有第一像素11形成在其上的半導(dǎo)體基板10 的深度?？?2的形狀優(yōu)選為圓柱或者四棱柱，并且更優(yōu)選為向下截頭的圓 錐或者向下截頭的棱錐。結(jié)果，變得易于進(jìn)行在孔42中填充鈍化膜43和高 折射系數(shù)材料膜44的后續(xù)工藝。另外，折射系數(shù)比層間絕緣膜32的折射系 數(shù)低的材料膜(未示出)可以形成在孔42的內(nèi)表面和鈍化膜43之間，類似 于前面參照圖2描述的光波導(dǎo)38的情況。此后，進(jìn)行第一實(shí)施例中描述的工藝，由此在第二像素12之上形成光 波導(dǎo)38等。考慮到稍后制造工藝中的熱處理，作為上述的高折射系數(shù)材料的鈍化膜 43和高折射系數(shù)材料膜44優(yōu)選分別由都具有高耐熱性的材料制造。在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造方法中，在紅外光濾波器層51中，開 口部分52選擇性地形成在入射到第二像素12的入射光的光路中。同樣，用 于在到第二像素12的方向上引導(dǎo)入射光的光波導(dǎo)38利用開口部分52形成。 因此，減少了從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響，該第二像素用于接收可見光和近紅外光并且使可見光和近紅外光的每個都經(jīng) 受光電轉(zhuǎn)換，因此提高了第二像素12的靈敏度。因此，即使在形成用于吸收或者反射紅外光并且透射可見光的紅外光濾波器51時，從第二像素12泄漏進(jìn)入相鄰像素的顏色混合成分的影響的減少防止了引起顏色混合的問題。 因此，具有能夠抑制顏色再現(xiàn)性變差的優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)槿肷涔饪梢杂晒獠▽?dǎo)38有效地聚集在第二像素12上，所以具有能夠提高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)榭?4可以以紅外光濾波器層51作為掩模通過開口部分52 選擇性地形成，所以具有可最大限度地增加孔34的搪孔直徑，并且孔可以 以自對準(zhǔn)形式形成的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，能夠最大化由光波導(dǎo)38引導(dǎo)到第二像素 12的光量。而且，因?yàn)楣獠▽?dǎo)41形成在第一像素11的光入射側(cè)，所以也能夠改善 第一像素11中的聚光狀態(tài)。因此，進(jìn)一步抑制顏色再現(xiàn)性的變差，并且因 此變?yōu)槟軌蛱岣吖虘B(tài)攝像器件的靈敏度。在上述每個實(shí)施例中的紅外光濾波器層51可以是僅有可見光入射的部 分，例如，避免近紅外光入射到每個RGB像素的部分。因此，紅外光濾波 器層51可以由紅外光反射材料或紅外光吸收材料制造。在上述每個實(shí)施例中的第一像素11例如可以由R (紅)像素、G (綠) 像素和B(藍(lán))像素組成，或者可以由它們互補(bǔ)像素組成?；蛘撸哂性诳?見光區(qū)域除了上述顏色之外的顏色的像素可以添加到第 一像素11 。接下來，將參照圖6的方塊圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備。例如， 視頻攝像機(jī)、數(shù)字靜物照相機(jī)或移動電話的照相機(jī)等是已知的攝像設(shè)備。如圖6所示，攝像設(shè)備100包括提供在攝像部分101中的固態(tài)攝像器件 (未示出)。用于成像圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)102提供在攝像部分101的聚光 側(cè)。另外，信號處理部分103連接到攝像部分101，該信號處理部分103具 有用于驅(qū)動攝像部分101的驅(qū)動電路、用于將在固態(tài)攝像器件中通過光電轉(zhuǎn) 換獲得的信號處理成圖像信號的信號處理電路等。同樣，在信號處理部分103 中進(jìn)行的處理中獲得的圖像信號可以存儲在圖像存儲部分(未示出)中。在 這樣的攝像設(shè)備IOO中，對應(yīng)于上述實(shí)施例之一已經(jīng)描述的固態(tài)攝像器件1 或固態(tài)攝像器件2可以用作固態(tài)攝像器件。對應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例之一 已經(jīng)描述的固態(tài)攝像器件1或固態(tài)攝像器件2 用在固態(tài)攝像器件100中，這導(dǎo)致類似于上述每個實(shí)施例使用能夠提高顏色再現(xiàn)性和靈敏度的固態(tài)攝像器件。因此，具有在攝像設(shè)備100中可以以高靈 敏度記錄高等級的圖像的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備100的構(gòu)造不限于上述的 構(gòu)造，因此攝像設(shè)備100可以應(yīng)用于具有任何構(gòu)造的設(shè)備，只要該設(shè)備是采用固態(tài)攝像器件的攝像設(shè)備。固態(tài)攝像器件1或2等可以具有這樣的形式，其中固態(tài)攝像器件1或2 等以一個芯片的形式形成，或者可以具有類似模塊的形式，該類似模塊具有 攝像功能且其中攝像部分和信號處理部分或光學(xué)系統(tǒng)共同地封裝。另外，本 發(fā)明不僅可以應(yīng)用到固態(tài)攝像器件，而且可以應(yīng)用到攝像設(shè)備。在此情況下， 攝像設(shè)備提供實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量的效果。這里，攝像設(shè)備指具有照相機(jī)或者攝 像功能的移動設(shè)備。另外，"攝像(image pickup)"的詞義不僅指使用照相 機(jī)的通常的照相的狀態(tài)下的捕獲圖像，而且也指廣義上的指紋檢測等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在如權(quán)利要求或其等同特征的范圍 內(nèi)，根據(jù)設(shè)計需要和其它因素，可以進(jìn)行各種修改、結(jié)合、部分結(jié)合和替換。本發(fā)明包含2007年5月15日提交日本專利局的日本專利申請JP 2007-128992的相關(guān)主題，將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1、一種固態(tài)攝像器件，包括第一像素，用于接收入射光的可見光以使該可見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；第二像素，用于接收該入射光的該可見光和近紅外光以使該可見光和該近紅外光中的每個都經(jīng)受該光電轉(zhuǎn)換；濾色器層；以及紅外光濾波器層，用于吸收或者反射紅外光，并且透射該可見光；其中所述濾色器層和所述紅外光濾波器層從入射到所述第一像素的該入射光的光路的光入射側(cè)依次形成，所述紅外光濾波器層具有開口部分，該開口部分通過打開入射到所述第二像素的該入射光的光路來形成，并且形成有光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)用于在通過所述開口部分到所述第二像素的方向上引導(dǎo)該入射光。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像器件，還包括光波導(dǎo)，通向從所述紅外光濾波器層的下部到所述第一像素的方向。
3、 一種制造固態(tài)攝像器件的方法，該固態(tài)攝像器件具有基板和形成在 所述基板上的第一像素，用于接收入射光的可見光以使該可見光經(jīng)受光電 轉(zhuǎn)換；第二像素，用于接收該入射光的該可見光和近紅外光以使該可見光和 該近紅外光中的每個都經(jīng)受該光電轉(zhuǎn)換；以及光學(xué)透明的絕緣膜，覆蓋所述 第一像素和所述第二像素，所述制造固態(tài)攝像器件的方法包括步驟在除了入射到所述第二像素的該入射光的光路之外的區(qū)域中，形成用于 吸收或者反射紅外光并且透射該可見光的紅外光濾波器層，所述區(qū)域位于所 述絕緣膜上；在入射到所述第二像素的入射光的光路中形成開口部分以完全延伸通 過所述紅外光濾波器層；以及通過利用所述開口部分在所述光學(xué)透明的絕緣膜中形成用于在通過所 述開口部分到所述第二像素的方向上引導(dǎo)該入射光的光波導(dǎo)。
4、 一種攝像設(shè)備，包括 聚光部分，用于聚集入射光；固態(tài)攝像器件，用于接收由所述聚光部分聚集的該入射光以使如此接收的聚集的入射光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；以及信號處理部分，用于處理通過該光電轉(zhuǎn)換獲得的信號；其中所述固態(tài)攝像器件包括第一像素，用于接收入射光的可見光以使該可見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換； 第二像素，用于接收該入射光的該可見光和近紅外光以使該可見光和該近紅外光的每個都經(jīng)受該光電轉(zhuǎn)換； 濾色器層；以及紅外光濾波器層，用于吸收或者反射紅外光，并且透射該可見光； 所述濾色器層和所述紅外光濾波器層從入射到該第一像素的該入射光的光路的光入射側(cè)依次形成，所述紅外光濾波器層具有開口部分，該開口部分通過打開入射到所述第二像素的該入射光的光路來形成，并且形成有光波導(dǎo)，用于在通過該開口部分到所述第二像素的方向上引 導(dǎo)該入射光。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種固態(tài)攝像器件及其制造方法以及攝像設(shè)備，該固態(tài)攝像器件包括第一像素，用于接收入射光的可見光以使可見光經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；第二像素，用于接收入射光的可見光和近紅外光以使可見光和近紅外光的每個都經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換；濾色器層；以及紅外光濾波器層，用于吸收或者反射紅外光，并且透射可見光。
文檔編號H04N5/335GK101308860SQ20081009926
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者井上晉 申請人:索尼株式會社