專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置和制造該固態(tài)成像裝置 的方法。
背景技術(shù)：
MOS傳感器是一種固態(tài)成像裝置，鑒于其特點，如低于CCD傳感器的 功耗，而近來得到積極的開發(fā)。在這種MOS傳感器中，與CCD傳感器不同，
的電荷而是作為電信號讀出到光接收部分附近的信號線，并且經(jīng)信號線從成 像區(qū)輸出。信號線被稱作輸出信號線，并設(shè)置在襯底之上。在輸出信號線之 外，在村底之上類似地設(shè)置為讀取電極供給信號以便初始讀出儲存在光接收 部分中的電荷的信號線，以及設(shè)置用于擦除像素中的電荷的重置信號線。這 些信號線設(shè)置于在襯底上覆蓋諸如讀取電極的元件的平化膜之上。另外，因 為在固態(tài)成像裝置中像素的數(shù)量已經(jīng)增大，所以每個像素的光接收部分和信 號線必須放置在一個很小的區(qū)域中。因此，信號線以多層方式形成在平化膜 之上，并且在某些情況下，信號線可以懸在光接收部分之上。
圖27是表示常規(guī)技術(shù)中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的示例的截面?zhèn)纫晥D。如圖27所示， 在常規(guī)的固態(tài)成像裝置中，為了防止入射光由于讀取電極造成的不規(guī)律性所 導(dǎo)致的變暗(eclipse),通過設(shè)置在覆蓋讀取電極15的平化膜11中的波導(dǎo) 20將入射光導(dǎo)向光4妾收部分1。
但是，在這種結(jié)構(gòu)中，不能避免由設(shè)置在平化膜11之上的信號線7所 導(dǎo)致的變暗，并且因而大大地削弱了設(shè)置波導(dǎo)20的優(yōu)點。另外，因為常規(guī) 的波導(dǎo)20設(shè)置成裝配在讀取電極15之間的空間，其中讀取電極15基本上 對稱地設(shè)置在光接收部分1的兩側(cè)上，所以不能調(diào)節(jié)波導(dǎo)20從而滿足設(shè)置在平化膜11之上的多個信號線7關(guān)于光接收部分1的非對稱性或者信號線7 在光接收部分l上的懸掛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種構(gòu)思來能實現(xiàn)上述目的的固態(tài)成像裝置和制造該固 態(tài)成像裝置的方法。
即，在本發(fā)明的一個方面中，固態(tài)成像裝置包括多個光接收部分，該多 個光接收部分設(shè)置在襯底中，并響應(yīng)于入射光產(chǎn)生電荷；平化層，覆蓋設(shè)置 在襯底上的預(yù)定元件以進行平化；設(shè)置在平化層之上的多條信號線；和將入 射光導(dǎo)向每個光接收部分的波導(dǎo)，該波導(dǎo)通過多條信號線之間的空間。
在本發(fā)明的另一個方面中，制造固態(tài)成像裝置的方法包括這些步驟在 設(shè)置有光接收部分的襯底上形成絕緣膜；在絕緣膜中對應(yīng)于光接收部分的位 置處形成開口；通過在開口中嵌入光透射材料而形成波導(dǎo)，使得波導(dǎo)可以將 入射光從外部導(dǎo)向光接收部分，其中，在形成開口的步驟中，在光致抗蝕劑 圖案化以形成開口期間，以前向楔形形狀形成抗蝕劑層，并且在通過蝕刻形 成開口期間轉(zhuǎn)移前向楔形形狀，使得開口具有前向楔形部分，在該前向楔形
部分中從入射光方向看去，平面形狀的大小從光入射一側(cè)的表面向光接收部 分縮小。
在本發(fā)明的另一方面，制造固態(tài)成像裝置的方法包括步驟在設(shè)置有光 接收部分的村底上形成絕緣膜；在絕緣膜中對應(yīng)于光接收部分的位置處形成 開口；和通過在開口中嵌入光透射材料而形成波導(dǎo)，使得波導(dǎo)可以將入射光 從外導(dǎo)向光接收部分，其中，在形成開口的步驟中，執(zhí)行蝕刻工藝以在蝕刻 條件下形成開口，從而通過抑制各向同性蝕刻形成前向楔形，并且由此開口 具有前向楔形部分，在該前向楔形部分中從入射光方向看去，平面形狀的大 小從光入射一側(cè)的表面向光接收部分減小。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了制造固態(tài)成像裝置的方法，其中該固態(tài) 成像裝置配置有設(shè)置在光接收部分之上的孔，該孔包括低折射率層和嵌入在 低折射率層中的高折射率層，該方法包括如下步驟形成覆蓋表面的低折射 率層；在低折射率層中形成開口；和在開口中嵌入高折射率層，多次重復(fù)所 述的步驟以形成孔。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種制造固態(tài)成像裝置的方法，其中該固態(tài)成像裝置包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分；設(shè)置在半導(dǎo)體襯
底中、之間有柵極絕緣膜的上層膜；形成在光電轉(zhuǎn)換部分的光接收區(qū)上從上
層膜延伸到柵極絕緣膜的孔；以及嵌入在孔中的波導(dǎo)，該方法包括如下步驟
在形成于上層膜中的孔中嵌入包含氬并至少構(gòu)成波導(dǎo)的一部分的第一高折
射率材料；和通過對第一高折射率材料在氫環(huán)境中進行熱處理，而從第一高 折射率材料向光電轉(zhuǎn)換部分釋放氬。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)示例的截面?zhèn)纫晥D2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例(以下稱作"實施例1")的固態(tài)成像裝置 的結(jié)構(gòu)示例的界面?zhèn)纫晥D3是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的前向楔形部分的平面形狀的具體示 例(部分1 )示意性-現(xiàn)圖4是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的前向楔形部分的平面形狀的具體示 例(部分2)示意性一見圖5是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的前向楔形部分的平面形狀的具體示 例(部分3)示意性視圖6是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的前向楔形部分的平面形狀的另一示 例(部分1)截面?zhèn)?觀圖7是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的前向楔形部分的平面形狀的另一示 例(部分1 )截面?zhèn)纫晥D8是根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D(部分1);
圖9是根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D(部分2);
圖IO是根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D(部分3);
圖ll是根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D(部分4);
圖12是根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D(部分5);
圖13A- 13K是根據(jù)本發(fā)明實施例2制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)?視圖14A- 14K是根據(jù)本發(fā)明實施例3制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)?視圖15A- 15K是根據(jù)本發(fā)明實施例4制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)纫晥D16A~ 16K是根據(jù)本發(fā)明實施例5制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)?視圖17是根據(jù)本發(fā)明實施例6的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)截面圖； 圖18是表示可能在層之間發(fā)生的問題的放大截面圖； 圖19是表示兩個相鄰層的具體直徑的示意性視圖； 圖20是表示在圖17中所示結(jié)構(gòu)中形成的孔的上層具有楔形側(cè)壁的情形 的截面圖21是表示在圖17所示結(jié)構(gòu)中孔包括三層的情形的截面圖； 圖22是表示在圖17中所示結(jié)構(gòu)中兩層的孔形成來具有楔形側(cè)壁的情形 的截面圖23A 23K是根據(jù)本發(fā)明實施例7制造固態(tài)成像裝置的方法的截面?zhèn)?視圖24是根據(jù)本發(fā)明實施例8的固態(tài)成像裝置的截面圖； 圖25A和25B是表示光進入圖24所示的固態(tài)成像裝置的波導(dǎo)的反射路 徑示意性-現(xiàn)圖26A ~ 26F是根據(jù)本發(fā)明實施例9制造圖24所示固態(tài)成像裝置的方法 的截面圖27是表示常規(guī)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的示例的截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式
下面將根據(jù)附圖描述本發(fā)明的固態(tài)成像裝置及其制造方法。 圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)示例的截面?zhèn)纫晥D。如圖 1的示例所示，在具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置中，在配置有光接收部分1 的襯底上的表面區(qū)中設(shè)置絕緣膜5，其它們間有柵極絕緣膜2，元件隔絕膜3 和SiN止擋膜(蝕刻止擋膜)4，光接收部分1起到光電二極管的功能。
絕緣膜5包括多層。絕緣膜5可以包含多種不同的材料。在絕緣膜5的 多層當中，靠下的層通過覆蓋從光接收部分1讀取信號電荷所需的讀取柵6 而具有平化上表面的功能。即，該靠下的層為平化膜。另外，信號線7以多 層方式設(shè)置在平化膜之上。信號線7設(shè)置在光接收部分1的外圍之上并且在 懸于光接收部分1之上的位置。與信號線7相連的導(dǎo)體塞8也設(shè)置在絕緣膜5中。圖l只示出了一條線，表示在絕緣膜5中包含多層。雖然在各個層之 間存在其它的界面，但在附圖中省去這些界面，因為它們對描述本發(fā)明不是 所需的。
另外，在絕緣膜5中對應(yīng)于光接收部分1的位置處設(shè)置波導(dǎo)9,波導(dǎo)9 把入射光經(jīng)多層信號線7之間的空間導(dǎo)向光接收部分1。芯片上透鏡13設(shè)置 在絕緣膜5之上，在它們之間有鈍化膜10、平化膜11和彩色濾光器12。
例如，通過在絕緣膜5中形成開口 (孔)從而從光入射方經(jīng)多層信號線 7之間的空間延伸到光接收部分1，并且通過等離子CVD (化學(xué)氣相沉積) 工藝在開口中嵌入諸如氮化硅(P-SiN)的光透射材料來形成波導(dǎo)9。當光 透射材料的折射率高于絕緣膜5時，波導(dǎo)9不僅光學(xué)連結(jié)光接收部分1到芯 片上透鏡13,而且還通過全反射入射光而提高對光接收部分1的光匯集率， 其中全反射的入射光在波導(dǎo)9和絕緣膜5之間的界面處具有大于臨界角的入 射角。
因為上述結(jié)構(gòu)，入射光可以被高效率地導(dǎo)向光接收部分1,即使多條信 號線7關(guān)于光接收部分1非對稱地設(shè)置在光接收部分1的外圍之上以及在懸 掛于光接收部分l之上的位置處，也是如此。
下面將基于附圖描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的及其制造方法。
<實施例1>
首先，描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本發(fā)明 第一實施例(以下稱作"實施例1")的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)示例的界面?zhèn)纫?圖。在圖2中，用相同的標號表示與常規(guī)固態(tài)成像裝置(參見圖27)相同的 元件。
如圖2所示，在本實施例中的固態(tài)成像裝置中，在配置有光接收部分l 的村底上設(shè)置絕緣膜5，在它們之間有柵極絕緣膜2,元件隔絕膜3和SiN 止擋膜(蝕刻止擋膜)4，光接收部分1起到光電二極管作用的作用。絕緣 膜5中嵌入了從光接收部分1讀取信號電荷所需的讀取4冊6、多層信號線7 和與信號線7相連的導(dǎo)體塞8。另外，由光透射材料組成的波導(dǎo)20設(shè)置在絕 緣膜5中對應(yīng)于光接收部分1的位置。芯片上透鏡13設(shè)置在絕緣膜5的上 表面之上，在它們之間有鈍化膜10、平化膜11和彩色濾光器12。波導(dǎo)20 由折射率高于絕緣膜5的光透射材料組成。在上述固態(tài)成像裝置中，波導(dǎo)20的形狀不同于常規(guī)固態(tài)成像裝置中波 導(dǎo)的形狀(參見圖27)。即，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)的情形。在根據(jù)本實施例 的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，波導(dǎo)具有前向楔形部分。"前向楔形部分"這一表述是指具 有楔形形狀的部分，其中從入射光方向看平面形狀的大小從絕緣膜5的光入 射面向光接收部分1逐漸減小。
前向楔形部分可以延伸貫通波導(dǎo)20，如圖2所示的示例。但是，并非總 是需要形成貫通波導(dǎo)20的前向楔形部分，前向楔形部分必須至少形成在波 導(dǎo)20的一部分中，從而從絕緣膜5的光入射表面向光接收部分1延伸。更 具體地說，前向楔形部分可以只設(shè)置在信號線7的光入射一層上，主要懸在 多層信號線7中光接收部分1之上(參見圖2中的標號A ),即只從絕緣膜5 的光入射面延伸到到達信號線7的深度，并且其它部分可以形成為以直線形 狀而非楔形形狀。
另外，理想的情形是前向楔形部分具有對應(yīng)于形成在絕緣膜5中的信號 線7的平面形狀，具體地說，具有對應(yīng)于懸在光接收部分1之上的信號線7, 而非光接收部分1的平面形狀。
下面描述波導(dǎo)20的前向楔形部分的平面形狀的具體示例。圖3 ~ 5是表 示前向楔形部分的平面形狀的具體示例示意性視圖。
下面研究光接收部分1的平面形狀為圖3中所示矩形的示例。在此情況 下，波導(dǎo)20的平面形狀可以設(shè)置成對應(yīng)于光接收部分1的矩形。但是，如 果存在懸在光接收部分1之上的信號線7，則入射光被信號線7阻擋，光到 達的表面(受光面)被縮小一定量。
出于上述原因，當在波導(dǎo)20上設(shè)置前向楔形部分時，如圖4所示，即 使前向楔形部分光入射側(cè)的開口形狀為矩形，光接收部分1 一側(cè)上的開口 20b的形狀也可以設(shè)置成對應(yīng)于懸在光接收部分1之上的信號線7的平面形 狀。通過這種方式，從開口 20a進入的光可以聚集在開口 20b上，其結(jié)果是， 允許入射光高效地到達光接收部分1。
而且，前向楔形部分不一定為有一個錐角的楔形，例如，可以是有兩個 或多個不同錐角的楔形組合。在此情況下，例如，如圖5所示，光接收部分 1側(cè)上的前向楔形部分形成為如圖4所示，而光入射側(cè)的前向楔形部分形成 來使得在光入射側(cè)上的開口 20c的形狀大于開口 20a。通過這種方式，即使 光接收部分1 一側(cè)上的前向楔形部分的開口 20a很窄，通過擴展光入射側(cè)前向楔形部分的開口 20c,也可以把大量的光導(dǎo)向光接收部分1。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的其它結(jié)構(gòu)示例的截面?zhèn)纫晥D， 其中前向楔形部分為具有兩個或多個不同錐角的楔形的組合。在附圖中，用 相同的標號表示與上述固態(tài)成^f象裝置(參見圖2)相同的元件。
如圖6所示，固態(tài)成像裝置的波導(dǎo)20可以設(shè)計成具有第一坡度20d,該 坡度20d傾斜成使波導(dǎo)20的平面形狀的大小從光入射一側(cè)向信號線71 —側(cè) 減小(參見圖6中的標號A)。除第一坡度20d之外，波導(dǎo)20具有第二坡度 20e,該坡度20e以不同于第一坡度20d的角度傾斜。但是，取代第二坡度 20e,波導(dǎo)20可以有完全不傾斜的非傾斜部分(圖中未示出)。
波導(dǎo)20的第一坡度20d具有與層疊方向(垂直方向)上彼此重疊的至 少兩條信號線7a和7b之間的位置關(guān)系相符的傾斜角度。即，根據(jù)上、下信 號線7a和7b的端部位置規(guī)定傾斜的角度。例如，如圖6所示的示例，在下 信號線7a的端部顯著地懸在光接收部分1之上的情形中，上信號線7b的端 部不懸在光接收部分1之上，因而在各個信號線的端部位置之間產(chǎn)生二維差 異，第一坡度20d的傾斜角度相對于入射光的光軸較大。
此外，第一坡度20d的傾斜角度不必對應(yīng)于信號線7a和7b的端部之間 在光接收部分1 一側(cè)的角度，并且必須根據(jù)信號線7a和7b之間的位置關(guān)系 設(shè)定。
甚至在具有前向楔形部分的波導(dǎo)20中，第一坡度20a和第二坡度20b (或非傾斜部分)如上所述地組合，通過擴大光入射方的開口，也可以^^大 量的光導(dǎo)向光接收部分l。即，在常規(guī)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(參見圖A)中，因為所 匯集的光的量減少，所以不能在光接收部分l的附近設(shè)置信號線7。但是， 如果采用包含有第一坡度20d的波導(dǎo)20的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，則可以提高光接收部 分l的光匯集效率。因此，在成像裝置中，比如MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體) 成像裝置(即CMOS傳感器等)，信號線7可以設(shè)置在光接收部分1的附近。 另夕卜，可以克服由光接收部分l面積的增大和像素電路的面積減小所導(dǎo)致的 導(dǎo)線設(shè)置受限的問題。特別是當信號線7a的端部顯著地懸在光接收部分1 之上時這種現(xiàn)象變得尤為顯著。
再如圖7所示，固態(tài)成像裝置的波導(dǎo)20可以設(shè)計成使其側(cè)壁包括第一 側(cè)面20f和第二側(cè)面20g，波導(dǎo)20的平面形狀通過第一側(cè)面20f和第二側(cè)面 20g逐漸減小。在此情況下，第一側(cè)面20f具有不同于第二側(cè)面20g的形狀。至少第一側(cè)面20f具有多個傾斜角度不同的坡度20h和20i。坡度20h和20i 可以如第一坡度20d和第二坡度20e(或非傾斜部分)地構(gòu)造。即，坡度20h 和20i中的至少一個坡度20h具有與層疊方向(垂直方向)上至少兩個彼此 重疊的信號線7a和7b之間的位置關(guān)系相符的傾斜角度，下信號線7a設(shè)置 成其端部顯著地懸在光接收部分1之上。
甚至在具有其中第一側(cè)面20f和第二側(cè)面20g如上所述組合的前向楔形 部分的波導(dǎo)20中，通過擴大光入射側(cè)的開口，也可以將大量的光導(dǎo)向光接 收部分l。即，在常規(guī)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，因為所匯集光的量減少，所以不可以 在光接收部分1的附近設(shè)置信號線7。但是，如果采用包含有第一側(cè)面20f 的波導(dǎo)20的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，則可以提高光接收部分1的光匯集效率。另外，可 以克服由于光接收部分l的面積增大和像素電路的面積減小導(dǎo)致的導(dǎo)線設(shè)置 受限的問題。特別是當信號線7a的端部顯著地懸在光接收部分1之上時。 這一現(xiàn)象變得明顯了。
下面將描述制造具有上述結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)的方法，即根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成 像裝置的方法的概述。圖8-12是圖示根據(jù)本發(fā)明制造固態(tài)成像裝置的方法 的截面?zhèn)纫晥D。此處以制造圖2所示的固態(tài)成像裝置的方法為例進行描述。
為了制造固態(tài)成像裝置，首先，如圖8所示，形成光接收部分l和讀取 柵6，然后在光接收部分1上形成SiN止擋膜4,在它們之間有柵極絕緣膜 2,在對波導(dǎo)開口的蝕刻過程中SiN止擋膜4用作蝕刻止擋膜。考慮到對波 導(dǎo)開口的蝕刻過程中的選擇率，SiN止擋膜4利用SiN形成。隨后，在柵極 絕緣膜2上形成多層信號線7、與信號線7相連的導(dǎo)體塞8，和用于嵌入這 些元件的絕緣膜5。作為絕緣膜5，可以采用氧化膜。至此階段，制造程序 基本上與常規(guī)的固態(tài)成像裝置相同。
隨后，如圖9所示，在絕緣膜5的上表面上進行光致抗蝕劑膜21的圖 案化，以形成波導(dǎo)20的開口。在此過程中，為了產(chǎn)生具有前向楔形部分的 波導(dǎo)20,形成光致抗蝕劑膜21使得通過圖案化獲得的開口具有前向楔形形 狀。前向楔形形狀可以通過通常用于形成光致抗蝕劑膜21的公知技術(shù)產(chǎn)生。 另外，可以根據(jù)將要形成的前向楔形部分的形狀規(guī)定前向楔形部分的角度 等。
形成光致抗蝕劑膜21之后，如圖IO所示，通過蝕刻形成開口 22。由此， 在絕緣膜5中對應(yīng)于光接收部分1的位置處(在光接收部分1的上方)形成開口 22。因為光致抗蝕劑膜21具有前向楔形形狀，所以當通過蝕刻形成開 口 22時，光致抗蝕劑膜21的前向楔形形狀轉(zhuǎn)移到開口 22。因此，通過蝕刻 形成的開口 22具有前向楔形部分，在該部分中乂人入射光方向看平面形狀的 大小從光入射面向光接收部分1減小。
當通過蝕刻形成開口 22時，可以設(shè)置蝕刻過程中的條件，使得前向楔 形形狀通過抑制各向同性蝕刻形成。具體地說，在蝕刻過程中，例如利用具 有較高沉積能力以抑制各向同性蝕刻的CF基氣體、如C4F8形成側(cè)壁保護膜， 使得所得的開口 22具有前向楔形。除所采用的氣體類型之外，通過適當選 擇并調(diào)節(jié)抗蝕劑的曝光條件、蝕刻氣體的流速和壓強、RF偏置電壓等，可 以抑制各向同性蝕刻，從而產(chǎn)生楔形形狀。即，通過調(diào)節(jié)蝕刻過程中的蝕刻 條件，通過蝕刻形成的開口 22具有前向楔形部分。
如上所述，在絕緣膜5中形成波導(dǎo)20的開口 22,從而通過在光致抗蝕 劑圖案化的過程中形成前向楔形抗蝕劑層，通過設(shè)置蝕刻條件以使得通過抑 制蝕刻過程中的各向同性蝕刻形成前向楔形形狀，或通過這些步驟的組合等 擁有前向楔形部分。前向楔形部分的角度、深度等可以通過調(diào)節(jié)抗蝕劑形狀、 蝕刻條件等按照需要設(shè)置。因為抗蝕劑的形狀和蝕刻條件等可以利用公知技 術(shù)調(diào)節(jié)，所以在此將省去對其詳細的描述。
形成開口 22之后，如圖11所示，在開口 22中嵌入光透射材料以形成 波導(dǎo)20。具體地說，例如通過利用高密度等離子CVD嵌入光透射材料，比 如P-SiN來形成波導(dǎo)20。在此階段，開口 22具有前向楔形部分。即，因為 前向楔形部分，開口 22的前端(頂部)較大。因此，當嵌入光透射材料時， 基團向開口 22中的供給加速，并且因而光透射材料均勻地分布在開口 22中。 而且，即使在嵌入光透射材料時沉積物附著在開口 22的前端附近，前端也 不會被沉積物阻擋，因為前端較大。因為上述原因，在具有前端楔形部分的 開口 22中，即使縱橫比很大，也可以令人滿意地嵌入光透射材料。通過在 開口 22中嵌入光透射材料形成波導(dǎo)20之后，通過回蝕刻工藝或CMP (化 學(xué)機械拋光)進行整體平化處理。
隨后，如圖12所示，通過基本上與制造常規(guī)固態(tài)成像裝置相同的過程 依次在波導(dǎo)20和絕緣膜5上形成鈍化膜10、平化膜11、彩色濾光器12和 芯片上透鏡13。由此完成固態(tài)成像裝置。
如上所述，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法中，波導(dǎo)20
1200910132130.X
具有前向楔形部分。即，對波導(dǎo)20形成的開口具有前向楔形部分，在該部 分中平面形狀的大小從光入射表面向光接收部分減小。因此，當通過在開口
22中嵌入光透射材料而形成波導(dǎo)20時，嵌入光透射材料的性質(zhì)比常規(guī)技術(shù) 有所提高。另外，開口 22的前端不被沉積物阻擋。因而，光透射材料可以 令人滿意地均勻嵌入具有高縱橫比的開口 22中。結(jié)果，在波導(dǎo)20中可以提 高光匯集效率，并且可以減少特性的改變。
另外，因為通過前向楔形部分波導(dǎo)20的入射光一側(cè)可以增大，波導(dǎo)20 的光接收部分1一側(cè)可以減小，所以可以形成具有最適合于固態(tài)成像裝置結(jié) 構(gòu)的形狀的波導(dǎo)，由此提高光的匯集能力。即，波導(dǎo)20的光入射方尺寸的 增大能夠增加進入波導(dǎo)20的光量。波導(dǎo)20在光接收部分1側(cè)尺寸的減小能 夠有效地吸收進入波導(dǎo)20的光，并且例如在傾斜方向上發(fā)射的光也^L容易 被集中到光接收部分l上。因而，光向光接收部分1匯集的能力得以提高。
另夕卜，例如，即使光接收部分1的平面形狀由于像素數(shù)量的增大而減小， 或者例如，當釆用其中信號線7等覆蓋光接收部分1以上的空間的結(jié)構(gòu)時， 開口 22的前端可以通過前向楔形部分增大，同時避免干擾信號線7等。即， 因為波導(dǎo)20和信號線7之間的距離可以通過前向楔形部分增大，所以可以 防止線路在蝕刻開口 22期間被劃傷，因而可以提高固態(tài)成像裝置的可靠性， 并且可以防止由于與信號線7的反應(yīng)產(chǎn)物而產(chǎn)生顆粒。
這些特征尤其在具有多層布線結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置中非常有效，因為為 形成波導(dǎo)20的開口 22的縱橫比隨著布線層數(shù)和像素數(shù)量的增加而增加。
另外，如本實施例中所述，例如在前向楔形部分只設(shè)置在顯著地懸在光 接收部分1之上的信號線7的光入射一側(cè)上的情況下，前向楔形部分只設(shè)置 在必要的部分上。即，其它部分可以有筆直的形狀而非楔形形狀，這在提高 光接收部分1的光匯集效率方面極為適合。
另外，如本實施例中所述，在前向楔形部分具有對應(yīng)于形成在絕緣膜5 中的信號線7的平面形狀的情況下，具體而言，信號線7懸在光接收部分1 之上的情況下，因為入射光不被信號線7阻擋，所以允許入射光高效地到達 光接收部分l,于是極為適于提高光的匯集效率。另外，因為可以防止線路 在蝕刻開口 22期間被劃傷，所以大大地提高了固態(tài)成像裝置的可靠性。
另外，在根據(jù)本實施例制造固態(tài)成像裝置的方法中，通過在光致抗蝕劑 圖案化期間形成前向楔形抗蝕劑層，通過設(shè)置蝕刻條件以使得通過抑制蝕刻過程中各向同性蝕刻以形成前向楔形部分，或通過這些步驟的組合來制備前 向楔形部分。因此，甚至當形成前向楔形部分時，也不需要增加任何特別的 步驟等，并且可以很容易地執(zhí)行對其的形成。
另外，在通過調(diào)節(jié)蝕刻條件形成前向楔形部分的情況下，可以在蝕刻期 間改變蝕刻條件。因此，甚至當前向楔形部分只部分地設(shè)置，或當組合有兩 個或多個不同錐角的形狀時，可以只通過一個蝕刻過程很容易地制造這一結(jié) 構(gòu)。
此外，本實施例中所述的固態(tài)成像裝置及其制造方法可以應(yīng)用到具有波
導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置，無論裝置的類型怎樣，例如無論是CCD(電荷耦 合器件)型還是CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)型。
在此實施例中，參考優(yōu)選示例描述了本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不 限于這一實施例。具體地說，所述的光接收部分l、波導(dǎo)20的平面形狀、多 層布線結(jié)構(gòu)等只是一種具體的示例。
<實施例2>
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例(以下稱作"實施例2")制造固 態(tài)成像裝置的方法。圖13A ~ 13K是根據(jù)本發(fā)明實施例2制造固態(tài)成像裝置 的方法的截面?zhèn)纫晥D。為了便于描述，附圖中沒有示出設(shè)置在作為基底的硅 襯底上的元件區(qū)、元件隔絕區(qū)等結(jié)構(gòu)。
在實施例2中，如圖13A所示，硅襯底111設(shè)置有執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的二極 管112、 SiN膜113、多層間膜114、第一信號線116、用于第一信號線的層 間膜115、由施加到第一布線的銅(Cu)構(gòu)成的擴散防止膜121、在第一信 號線和第二信號線之間的層間膜122、第二信號線123、由施加到第二布線 的Cu構(gòu)成的擴散防止膜131、在第二信號線和第三信號線之間的層間膜132、 第三信號線133、由施加到第三布線的Cu構(gòu)成的擴散防止膜141,和在第三 布線與設(shè)置其上的信號線之間的層間膜142。首先，如圖13B所示，為了通 過光刻形成用作波導(dǎo)的部分，進行對用作掩模的抗蝕劑層151的圖案化。在 此示例中，所有的層間膜由Si02構(gòu)成。多層間膜114具有450nm的厚度， 用于第一信號線的層間膜115具有150nm的厚度，在第一信號線和第二信號 線之間的層間膜122以及在第二信號線與第三信號線之間的層間膜132每個 分別具有200nm的厚度，并且在第三布線上的層間膜142具有300nm的厚度。信號線116、 123和133均由Cu構(gòu)成，并且每個的厚度為200nm。 Cu 擴散防止膜121和141均由SiC構(gòu)成，每個的厚度為50nm。底部的SiN膜 113具有50nm的厚度。
在對抗蝕劑層151圖案化之后，如圖13C所示，上布線層上的層間膜 142被各向同性地處理。另外，如圖13D所示，在用于形成波導(dǎo)的區(qū)域中的 層間膜通過各項異性蝕刻處理，以形成波導(dǎo)152。
在形成波導(dǎo)152之后，如圖13E所示，去除光刻中所使用的抗蝕劑層 151。隨后，如圖13F所示，沉積50nm厚的用于形成波導(dǎo)外管的金屬膜153， 并且然后，如圖13G所示，通過回蝕刻金屬膜153的整個表面，使得用于形 成外管的金屬膜153只保留在側(cè)面上。在此示例中，用鋁制作金屬膜153。 但是，也可以采用包層結(jié)構(gòu)，其中將低折射率膜用作側(cè)壁，內(nèi)側(cè)嵌入高折射 率膜。
隨后，如圖13H所示，通過高密度等離子CVD在波導(dǎo)152中嵌入絕緣 膜154。絕緣膜154是一種透射可見光的透明膜。具體地說，在此示例中釆 用普通的SiOJ莫。
在嵌入絕緣膜154之后，如圖131所示，通過CMP進行平化以去除形 成在除波導(dǎo)以外的區(qū)域中的絕緣膜154。
雖然以上描述了其中利用高密度等離子CVD在波導(dǎo)152中嵌入透明絕 緣膜154的示例，但也可以通過其它的方法嵌入透明絕鄉(xiāng)彖膜154，例如采用 涂覆法。在此情況下，如果通過涂覆法同時實現(xiàn)平化，則可以消除利用CMP 的平化過程。
以上描述了實施例2中制造固態(tài)成像裝置的方法。在后續(xù)步驟中，可以 形成芯片上透鏡，以便允許足夠量的光進入波導(dǎo)152。即，如圖13J所示， 可以在平化的透明絕緣膜154上形成SiN膜161,彩色濾光器162和芯片上 透鏡163。
在上述示例中，通過高密度等離子CVD嵌入透明絕緣膜154，并且然 后通過CMP進行平化。但是，如圖13K所示，不通過CMP進行平化，由 折射率高于嵌入的絕緣膜154的材料，例如SiN組成的膜155也可以形成于 其上，隨后，可以通過回蝕刻工藝或CMP平化膜155，使得膜155只保留 在波導(dǎo)之上，以形成凹透鏡，因而允許光在波導(dǎo)上充分地聚集。
另外，在實施例2中，雖然示例中用于形成波導(dǎo)的部分被開口之后直接形成金屬膜153示例，但是也可以在形成絕緣膜之后形成例如50nm厚的金 屬膜153。在此情況下，很容易確保波導(dǎo)和信號線之間的介電強度。
<實施例3>
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例(以下簡稱"實施例3")的制造 固態(tài)成像裝置的方法。圖14A-14K是根據(jù)本發(fā)明實施例3制造固態(tài)成像裝 置的方法的截面?zhèn)纫晥D。此處，為了便于描述，附圖中未示出設(shè)置在作為基 底的硅襯底上的元件區(qū)、元件隔絕區(qū)等的結(jié)構(gòu)。
在實施例3中，硅襯底211設(shè)置有執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的二極管212、 SiN膜 213、多層間膜214、第一信號線216、在第一信號線之間的層間膜215、由 施加到第一布線的銅(Cu)構(gòu)成的擴散防止膜221、在第一信號線和第二信 號線之間的層間膜222、第二信號線223、由施加到第二布線的Cu構(gòu)成的擴 散防止膜231、在第二信號線和第三信號線之間的層間膜232、第三信號線 233、由施加到第三布線的Cu構(gòu)成的擴散防止膜241，以及在第三布線與設(shè) 置其上的信號線之間的層間膜242。首先，如圖14A所示，為了通過光刻形 成用作波導(dǎo)的部分，進行對用作掩模的抗蝕劑層251的圖案化。層間膜和布 線的結(jié)構(gòu)與實施例2中的相同。
在對抗蝕劑層251圖案化之后，如圖14B所示，處理上布線層上的層間 膜242。具體地說，在上布線層上的層間膜242中形成開口，從而具有部分 或完全覆蓋信號線216、 223和233的大小。
形成開口之后，如圖14C所示，形成絕^J莫243，而且如圖14D所示， 對絕緣膜243進行RIE (反應(yīng)離子蝕刻)，以使得絕緣膜243只保留在開口 的側(cè)面。在此示例中，作為絕緣膜243,沉積厚度為200nm的SiN膜。
隨后，如圖14E所示，通過光刻和RIE形成波導(dǎo)，從而具有確保從信號 線216、 223和233有足夠的介電強度的距離。在圖14E中，標號252代表 抗蝕劑。
形成波導(dǎo)之后，如圖14F所示，剝離抗蝕劑252，然后，沉積5nm厚的 諸如鋁的金屬膜253以用于形成波導(dǎo)外管。隨后，如圖14G所示，通過回蝕 刻金屬膜253的整個表面，使得用于形成波導(dǎo)外管的金屬膜253只保留在側(cè) 面。也可以不采用鋁膜作為金屬膜253,而采用包層結(jié)構(gòu)，其中將低折射率 膜用作側(cè)壁，內(nèi)側(cè)嵌入高折射率膜。隨后，如圖14H所示，通過高密度等離子CVD在波導(dǎo)中嵌入絕緣膜254。 絕緣膜254是一種透射可見光的透明膜。具體地說，在此示例中采用普通的 Si。2膜。'
在嵌入絕緣膜254之后，如圖141所示，通過CMP進行平化以去除形 成在除波導(dǎo)以外的區(qū)域中的絕緣膜254 。
雖然以上描述了利用高密度等離子CVD在波導(dǎo)中嵌入透明絕緣膜254 的示例，但也可以通過其它的方法嵌入透明絕緣膜254，例如釆用涂覆法。 在此情況下，如果通過涂覆法同時實現(xiàn)平化，則可以消除利用CMP的平化 過程。
以上描述了實施例3中制造固態(tài)成像裝置的方法。在后續(xù)步驟中，可以 形成芯片上透鏡，以便允許足夠量的光進入波導(dǎo)。即，如圖14J所示，可以 在平化的透明絕緣膜254上形成SiN膜261、彩色濾光器262和芯片上透鏡 263。
在上述示例中，通過高密度等離子CVD法嵌入透明絕緣膜254，并且 然后通過CMP進行平化。但是，如圖14K所示，不進行CMP平化，由折 射率高于嵌入絕緣膜254的材料，例如SiN組成的膜255也可以形成于其上， 隨后，可以通過回蝕刻工藝或CMP平化膜255,使得膜255只保留在波導(dǎo) 之上，以形成凹透鏡，因而允許光在波導(dǎo)上被充分地聚集。
另外，在實施例3中，雖然描述了在用于波導(dǎo)的部分被開口之后直接形 成金屬膜的示例，但是也可以在形成絕緣膜之后形成例如50nm厚的金屬膜 253。在此情況下，很容易確保波導(dǎo)和信號線之間的介電強度。
<實施例4>
接下來，將描述才艮據(jù)本發(fā)明第四施例(以下筒稱"實施例4")制造固態(tài) 成像裝置的方法。圖15A ~ 15K是根據(jù)本發(fā)明實施例4制造固態(tài)成像裝置的 方法的截面?zhèn)纫晥D。此處，為了便于描述，附圖中未示出設(shè)置在作為基底的 硅村底上的元件區(qū)、元件隔絕區(qū)等的結(jié)構(gòu)。
在實施例4中，如圖15A所示，首先，在設(shè)置有執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的二極管 312和SiN膜313的硅村底311上，在對應(yīng)于將要形成在二極管312上的會 聚透鏡的區(qū)域的位置處，通過光刻進行抗蝕劑層313a的圖案化。然后通過 熱處理圓化抗蝕劑層313a,如圖15B所示。隨后，通過以相同的蝕刻率處
19理SiN膜313和抗蝕劑層313a，在二極管312上形成會聚透鏡，如圖15C 所示。
在形成會聚透鏡之后，形成作為在布線以下的層間膜的SiN膜313,形 成與擴散層和柵電極(圖中未示出)的接觸，并且形成用于第一信號線的層 間膜315、第一信號線316、由施加到第一布線的Cu構(gòu)成的擴散防止膜321、 在第一信號線和第二信號線之間的層間膜322、第二信號線323、由施加到 第二布線的Cu構(gòu)成的擴散防止膜331、在第二信號線和第三信號線之間的 層間膜332、第三信號線333、由施加到第三布線的Cu構(gòu)成的擴散防止膜 341,以及在第三布線和設(shè)置在其上的信號線之間的層間膜342。由此獲得圖 15D所示的結(jié)構(gòu)。布線和層間膜的結(jié)構(gòu)與實施例2的相同。
如圖15E所示，為了通過光刻形成用作波導(dǎo)的部分，在上述結(jié)構(gòu)上進行 對用作掩^f莫的抗蝕劑層的圖案化。隨后，利用抗蝕劑層351，對上布線層上 的層間膜342進行各向同性處理。層間膜342例如具有300nm的厚度。
另外，如圖15F所示，通過各向異性蝕刻處理在將要形成波導(dǎo)的區(qū)域中 的層間膜，以形成波導(dǎo)。
形成波導(dǎo)之后，如圖15G所示，去除光刻中所使用的抗蝕劑層351，并 且然后形成厚度為50n的鋁膜，作為用于形成波導(dǎo)外管的金屬膜353。隨后， 如圖15H所示，通過回蝕刻金屬膜353的整個表面，使得用于形成波導(dǎo)外管 的金屬膜353只保留在側(cè)面。作為金屬膜353，在本實施例中采用鋁。可以 不采用鋁膜作為金屬膜353,而采用包層結(jié)構(gòu)，其中低折射率膜用作側(cè)壁， 內(nèi)部嵌入高折射率膜。
隨后，如圖151所示，通過高密度等離子CVD在波導(dǎo)中嵌入絕緣膜354。 絕緣膜354是一種透射可見光的透明膜。具體地說，在本示例中采用普通的 Si02。
在嵌入絕緣膜354之后，如圖15J所示，通過CMP進行平化以去除形 成在波導(dǎo)以外的區(qū)域中的絕緣膜354 。
雖然以上描述了用高密度等離子CVD在波導(dǎo)中嵌入透明絕緣膜354的 示例，但也可以通過其它的方法嵌入透明絕緣膜354,例如采用涂覆法。在 此情況下，如果通過涂覆法同時實現(xiàn)平化，則可以消除利用CMP的平化過 程。
以上已經(jīng)描述了實施例4中制造固態(tài)成像裝置的方法。在后續(xù)步驟中，可以形成芯片上透鏡以使得有足夠量的光進入波導(dǎo)。即，如圖15K所示，可 以在平化的透明絕緣膜354上形成SiN膜361、彩色濾光器362和芯片上透 鏡363。
另外，雖然圖中未示出，但與實施例2和3—樣，沒有利用CMP平化 通過高密度等離子CVD嵌入的絕緣膜，也可以在其上形成由折射率高于嵌 入的絕緣膜354的材料組成的膜，并且隨后，可以使該膜只保留在波導(dǎo)之上， 由此形成將^皮組合的凹透鏡。
另外，在實施例4中，雖然已經(jīng)描述了在用于形成波導(dǎo)的部分被開口之 后直接形成金屬膜353的示例，但也可以在形成絕緣膜之后形成例如厚度為 50nm的金屬膜253。在此情況下，很容易確保波導(dǎo)和信號線之間的介電強度。
<實施例5>
接下來，將描述根據(jù)第五實施例(以下稱作"實施例5")的固態(tài)成像裝 置的制造方法。圖16A 16K是根據(jù)本發(fā)明實施例5制造固態(tài)成像裝置的方 法的截面?zhèn)纫晥D。此處，為了便于描述，附圖中未示出設(shè)置在作為基底的硅 襯底上的元件區(qū)、元件隔絕區(qū)等的結(jié)構(gòu)。
在實施例4中，已經(jīng)描述了直接在二極管312之上設(shè)置會聚透鏡的結(jié)構(gòu) 示例。如圖16A所示，會聚透鏡454可以遠離二極管412設(shè)置。在此情況下， 可以防止二極管412受到處理會聚透鏡454期間所造成的損傷的影響。在此 情況下，理想的情況是會聚透鏡454具有其中組合了凸透鏡和凹透鏡的結(jié)構(gòu)， 這與半球面鏡相比，相信提高了光的會聚能力。因此，在實施例5中將描述 這樣一種方法包括具有其中組合了凸透鏡和凹透鏡的結(jié)構(gòu)的會聚透鏡454。
在實施例5中，首先，如圖16B所示，在設(shè)置有元件和元件隔離區(qū)域(在 附圖中未示出)、在設(shè)置有執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的二極管412、 SiN膜413、多層間 膜414的硅襯底411上，通過光刻進行抗蝕劑層414a的圖案化，從而對應(yīng) 于形成在二極管412上的透鏡區(qū)域。隨后，如圖16C所示，使用抗蝕劑層 414a,各向同性地處理多層間膜414來形成凹透鏡。如圖16D所示，用于形 成凹透鏡的抗蝕劑層414a然后被剝離，并且如圖16E所示，還在其上形成 SiN膜414b。雖然用于形成透鏡的材料并不限定為SiN膜，但是該材料必需 具有高于多層間膜414的折射系數(shù)。該多層間膜在本實施例中是由Si02構(gòu)成 的。在形成SiN膜414b之后，如圖16F所示，通過CMP對SiN膜414b平 坦化。然后，如圖16G所示，通過光刻在對應(yīng)于將形成會聚透鏡的區(qū)域的位 置處對抗蝕劑層414c的圖案化。然后通過熱處理圓化抗蝕劑層414c，如圖 16H所示。隨后，通過以相同的蝕刻率處理SiN膜414b和抗蝕劑層414c， 在二極管412上形成會聚透鏡414b,如圖16I所示。
隨后，如圖16J所示，形成用于第一信號線的層間膜415。通過CMP 平化由于形成透鏡而產(chǎn)生的凸出部分，獲得形成第一信號線之前的狀態(tài)。然 后，通過進行使用雙金屬鑲嵌工藝形成Cu線路的步驟和進行形成如實施例 2或3中所述的波導(dǎo)的步驟，產(chǎn)生如圖16A所示的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)如上所述的實施例2到5，由于信號線路布圖所導(dǎo)致的對設(shè)置波導(dǎo) 的區(qū)域的限制可以被最小化，并且允許足夠量的光進入光接收部分。而且， 通過將會聚透鏡設(shè)置在波導(dǎo)和光接收部分之間，可以防止在波導(dǎo)下側(cè)反射的 光泄漏到相鄰的像素中。因此，可以提供更高敏感度的固態(tài)成像裝置。
雖然以上在實施例2-5中已經(jīng)說明了三層信號線的示例，但是本發(fā)明并 不限于三層布線。而且，雖然在實施例2-5中已經(jīng)說明了將銅用作布線的傾 斜，但是本發(fā)明當然并不限于Cu布線。
<實施例6>
接下來，將描述根據(jù)第六實施例(以下稱作"實施例6")的固態(tài)成像裝 置的制造方法。
圖17示出了應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)成像裝置(CMOS傳感器)的總體結(jié)構(gòu)。 在圖17的示例中，示出了對應(yīng)于固態(tài)成像裝置一個像素的橫截面。 在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置501中，接收入射光的光接收部分504 設(shè)置在半導(dǎo)體襯底502中的預(yù)定區(qū)域中，該預(yù)定區(qū)域由元件隔離區(qū)域503隔 離。在光接收部分504上的預(yù)定區(qū)域中，在絕緣膜508中設(shè)置有連接到以下 將要說明的信號線的讀取柵506和導(dǎo)體塞507，在它們之間有柵極絕緣膜 505。
在圖17的示例中，信號線509以兩層的方式形成(第一信號線591和 第二信號線592),并且信號線591和592與導(dǎo)體塞507相連。在頂層中的信 號線之上，彩色濾光器512設(shè)置在絕緣膜508上，在其間有鈍化膜510和平 化膜511，芯片上透鏡513設(shè)置在彩色濾光器512上對應(yīng)于光接收部分504的位置處。
孔514從光接收部分504延伸到鈍化膜510的底部，從而在光接收部分 504和芯片上透鏡513之間聯(lián)結(jié)。高折射率層(例如，由高密度等離子CVD 形成的等離子SiN膜)515具有比絕緣膜508更高的折射率(n=2.0)，其嵌 入到孔514中。標號16代表對絕緣膜(例如，Si02膜)8具有高選擇率的蝕 刻止擋膜(例如，SiN膜)。
由此構(gòu)建了具有匯集效率提高的結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置501。
在該實施例中，具體而言，孔514包括多層。
在該實施例中，例如，孔514例如包^fe兩層514A和514B。層514A的 上表面例如與由虛線表示的絕緣膜508的平化上表面平齊。層514B的上表 面例如與鈍化膜下的絕緣膜508的平化上表面平齊。
通過使用這樣的構(gòu)造，與高折射率層544嵌入形成孔543的一個深孔中 的常規(guī)結(jié)構(gòu)不同，由于孔514包括多層514A和514B，其每個都嵌有高折射 率層的SiN膜515，所以在每層514A和514B中的等離子SiN膜515的嵌入 性質(zhì)與常規(guī)等離子SiN膜的嵌入性質(zhì)相比得到了提高。因此，可以避免在等 離子SiN膜515產(chǎn)生孔洞。
由于如上所述孔514包括多層514A和514B,所以例如存在層之間^"開 的問題。
例如，當形成第二層，即層514B的抗蝕劑掩模通過光刻形成時，如果 出現(xiàn)與第一層514A沒有對準，如圖18中放大的視圖所示，在側(cè)壁上彼此豎 直連接的層514A和514B之間的結(jié)合部形成了臺階521。
當在層514A和514B之間的結(jié)合部形成臺階521,從孔514上進入的光 (在附圖中用箭頭x表示)從嵌入在其中的等離子SiN膜515前進到絕緣膜 508。根據(jù)入射角，光在臺階521折射前進到絕緣膜508中(在附圖中用箭 頭y表示)，或者在臺階521處全發(fā)射以在孔514中上前進并且從表面散射 到外部(在附圖中用箭頭z表示)。有可能的是，光再次在孔514和上層(例 如，鈍化膜510)之間的界面處全反射到孔514中。
如上所述，由于形成了臺階521,入射光對光接收部分504的匯集能力 被明顯削弱了，導(dǎo)致光匯集效率降低。
因此，在本實施例中，相鄰的層514A和514B形成為不同的直徑。即， 如圖19所示，上層514B靠下的直徑Bd小于下層514A靠上的直徑Ad。因此，可以減少光匯集效率的降低。
在此情況下，雖然臺階出現(xiàn)在結(jié)合部520處，但因為結(jié)合部520處下層 靠上的直徑較大，所以不會出現(xiàn)如圖18所示情形中的不必要的反射或折射。
為了形成上層514B從而其靠下的直徑Bd小于下層514A靠上的直徑 Ad,將掩模的直徑減小那樣的量。光刻方法中出現(xiàn)的最大偏差約為O.lpm。 因此，例如在形成上層514B的光刻過程中，控制靠下的直徑Bd來小于下 層514A靠上直徑Ad 0.2nm ( 0.1x2 )。
由此，可以防止在層514A和514B之間的結(jié)結(jié)合部520處出現(xiàn)如上所 述的臺階521。
在本實施例的固態(tài)成像裝置501中，與常規(guī)結(jié)構(gòu)不同，高折射率層沒有 嵌入在一個深孔中?？?14包括多層514A和514B，每層嵌入作為高折射率 層的SiN膜515。因而，每層514A和514B中的等離子SiN膜515的嵌入性 質(zhì)優(yōu)于常規(guī)的一層547中的等離子SiN膜的嵌入性質(zhì)。結(jié)果，可以提供一種 具有令人滿意的嵌入性質(zhì)的固態(tài)成像裝置，其中在等離子SiN膜515中不產(chǎn) 生孔洞。
靠下的直徑Bd設(shè)置得小于下層514A靠上的直徑Ad,所以在結(jié)合部520處 不會出現(xiàn)不必要的反射或折射。因而，可以提供一種光匯集效率沒有降低的 固態(tài)成像裝置。
另外，為了降低光接收部分504中的界面水平，或為了通過修補晶格中 的異常來消除白斑的產(chǎn)生，例如通過退火處理向光接收部分504供給包含在 等離子SiN膜515中的氫。在此情況下，因為孔514中的等離子SiN膜515 沒有孔洞，并且具有足夠大的體積，所以可以從等離子SiN膜515向光接收 部分504供給足夠量的氫，并且可以令人滿意地表現(xiàn)出消除白斑產(chǎn)生的效果。
另外，當在孔中出現(xiàn)孔洞時，在孔中高折射率層的遮蓋能力(覆蓋率) 不能令人滿意，并且高折射率層很容易脫離。但是在本實施例中，因為在孔 514中不產(chǎn)生孔洞，所以可以提高SiN膜515這一高折射率層在孔514中的 覆蓋率。
在上述示例中，構(gòu)成孔514的層514A和514B中的至少一個可以具有 側(cè)壁為楔形形狀的結(jié)構(gòu)。
例如，如圖20所示，在上述示例中，當形成在頂部的層514B的側(cè)壁為楔形形狀時，例如與圖17中所示的結(jié)構(gòu)相比，光可以更容易地進入孔514 中。而且等離子SiN膜在層514B中的嵌入性質(zhì)進一步得到提高。
在上述示例中，孔514包括兩層514A和514B。作為另一示例，孔514 包括三層514A、 514B和514C的結(jié)構(gòu)示出在圖21中。
在此示例中，形成層514A、 514B和514C的上表面以分別與第一信號 線591下方由虛線表示的平化絕緣膜508的上表面、第二信號線592下方由 虛線表示的平化絕緣膜508的上表面以及鈍化膜510以下的平化絕緣膜508 的上表面平齊。即，層514A、 514B和514C的上表面形成得與它們相應(yīng)得 平化絕緣膜508的上表面平齊。
其它部分與圖17所示的結(jié)構(gòu)相同。用相同的標號表示與圖17中所示相 同的元件，在此省去對它們的描述。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，層514B和514C每個具有減少的深度，在層514B和 514C每個中的等離子SiN膜515的嵌入性質(zhì)得到提高。因此，孑L514中的 嵌入性質(zhì)與圖17所示的結(jié)構(gòu)相比進一步提高。
另外，例如如圖22所示，當層514B和514C每個形成為側(cè)壁具有楔形 形狀的結(jié)構(gòu)時，如圖21所示，除了上述優(yōu)點外，還可以防止朝著芯片上透 鏡513形成的層514A、 514B和514C的直徑(靠上的直徑)逐漸減小。另 外，層514B和514C中等離子SiN膜515的嵌入性質(zhì)被提高，孑L514中的 嵌入性質(zhì)得以進一步提高。
<實施例7>
接下來，將參考圖23A 23J描述根據(jù)本發(fā)明第七實施例(以下稱作"實 施例7")制造固態(tài)成像裝置的方法的示例。
在此實施例中，將描述圖17中所示固態(tài)成像裝置的制造方法。在附圖 所示的示例中，示出了對應(yīng)于固態(tài)成像裝置的一個像素的橫截面，并且用相 同的標號表示與圖17所示相同的元件。首先，如圖23A所示，在半導(dǎo)體襯 底502中被元件隔絕區(qū)503隔離的預(yù)定區(qū)域中形成接收入射光的光接收部分 504，并在光接收部分504上形成柵極絕緣膜505。
接下來，如圖23B所示，在光接收部分504上形成讀取柵506和蝕刻止 擋膜516,在它們之間是柵極絕緣膜505。
此處，采用SiN膜作為蝕刻止擋膜516，以確保隨后當在蝕刻止擋膜516
2上的絕緣膜508中形成開口 514時對SiO2膜構(gòu)成的絕緣膜508有較高的蝕刻 選擇率。SiN膜例如可以利用低壓CVD形成。
接下來，在包括讀取柵506、蝕刻止擋膜516和元件隔絕區(qū)503的整個 表面上形成絕緣膜508,并且在絕緣膜508上還形成抗蝕劑膜(圖中未示出)。 通過公知的光刻方法對抗蝕劑膜進行圖案化以產(chǎn)生用于形成開口 541的抗蝕 劑掩模，并再由通過抗蝕劑掩模的各向異性干法蝕刻去除絕緣膜508。
然后，通過去除抗蝕劑掩模，如圖23C所示，獲得其中開口 541形成在 絕緣膜508中的結(jié)構(gòu)。
用平行板刻蝕器進行各向異性干法蝕刻，并且例如使用QFs氣、Ar氣 或02氣作為反應(yīng)氣體。當采用這些反應(yīng)氣體時，可以確保絕緣膜508和蝕 刻止擋膜516之間高的選擇率。
如上所述，因為可以確保絕緣膜508與形成在光接收部分504上的蝕刻 止擋膜516之間有高的選擇率，所以當蝕刻到達蝕刻止擋膜516時，對絕緣 膜508的蝕刻終止，因而光接收部分504的表面不受影響。另外，可以不改 變每個像素地均勻設(shè)置開口 541的深度14Ah。
因為開口 541的形成先于后面將要描述的信號線509的形成，所以與常 規(guī)情形中形成所有信號線之后再形成開口相比，可以減小開口 541的深度 14Ah。即，以很小的縱橫比形成開口 541。
隨后，如圖23D所示，在例如通過各向同性干法蝕刻去除暴露在開口 541中的蝕刻止擋膜516之后，在包含開口 541的絕緣膜508的整個表面之 上形成SiN膜515,該膜515為折射率高于絕緣膜508的高折射率層，例如 SiN膜(等離子SiN膜)15通過高密度等離子CVD形成。
作為去除蝕刻止擋膜516的各向同性蝕刻，例如可以采用利用向下流動 等離子體的化學(xué)干法蝕刻。
如上所述，因為開口 514的深度14Ah很小，所以可以在開口 541中令 人滿意地嵌入等離子SiN膜，而不會產(chǎn)生孔洞。
隨后，如圖23E所示，例如利用CMP或回蝕刻工藝，通過蝕刻到絕緣 膜508的表面來去除等離子SiN膜515。
在此階段，必須執(zhí)行通過蝕刻的去除，使得在絕緣膜508上不殘留等離 子SiN膜515。為此的原因在于，如果等離子SiN膜515留在絕緣膜508上， 則入射光就可能在等離子SiN膜515終被多次反射并進入相鄰像素中，從而影響它們。
此處，例如當?shù)入x子SiN膜515通過利用CMP蝕刻而被去除時，絕緣 膜508的上表面被平化，不剩下等離子SiN膜515。因而不必例如在形成信 號線的后續(xù)步驟中再進行平化。
由此產(chǎn)生其中嵌入有等離子SiN膜515的層514A。 隨后，如圖23F所示，形成導(dǎo)體塞507和信號線509。 首先，在絕緣膜508中的預(yù)定位置形成導(dǎo)體塞507，并在平化的絕緣膜 508上形成第一層信號線591。再在包含信號線591的整個表面之上形成絕 緣膜508,并進行平化。然后在預(yù)定位置處形成導(dǎo)體塞507，在絕緣膜508 上形成第二層信號線592。再在包含信號線592的整個表面之上形成絕緣膜 508，并平化絕緣膜508。由此，產(chǎn)生雙層線509 (第一信號線591和第二信 號線592 )。
在此實施例中，信號線509有雙層結(jié)構(gòu)。例如，當信號線509的層數(shù)增 至三層、四層、五層、六層、七層或更多時，重復(fù)上述步驟。
接下來，在絕緣膜508上形成抗蝕劑膜(圖中未示出)，并且利用光刻 將抗蝕劑膜形成為具有用于形成開口的圖案的抗蝕劑掩^^。
在此階段，考慮到光刻中的偏差(最大為0.2pm),形成用于形成開口 542的圖案，使得靠下的直徑514B小于在前面步驟中(參見圖23C)形成 的下開口 541靠上的直徑514Ad。
雖然在開口 541和542之間的直徑中存在大約0.2(mi的差異，但因為該 差異為0.2pm非常小，所以可以采用與用于形成開口 541相同的抗蝕劑掩模 圖案。即，可以只通過在光刻過程中進行控制來調(diào)節(jié)開口的直徑。
然后由通過抗蝕劑掩模的各向異性干法蝕刻去除絕緣膜508。
隨后，去除抗蝕劑掩模。由此，如圖23G所示，在絕緣膜508中形成開 口 542。
在此階段，下層514A中的等離子SiN膜515充當蝕刻止擋器。其原因 在于通過利用QF8氣體、Ar氣或02氣作為各向異性蝕刻中的反應(yīng)氣體，與 上述情形類似，可以在層514A中的等離子SiN膜515與被蝕刻的絕緣膜508 之間確保較高的選擇率。這樣不影響層514A中的等離子SiN膜515的表面。 另外，在開口之間的界面處(結(jié)合部520處)將上開口 542的靠下的直徑設(shè) 置得小于下開口 541靠上的直徑。因此，即使光刻過程中在用于形成開口 542的抗蝕劑掩模圖案與下開口 542之間沒有對準，上開口 542靠下的直徑514B 也不會從下開口 541靠上的直徑514A突出，因而防止了絕緣膜508被部分 地蝕刻。
另外，在此步驟中，因為層514A形成在前面的步驟中，所以也可以將 開口 542的深度14Bh減小一定的量。
接下來，如圖23H所示，在包含開口 542的絕緣膜508的整個表面之上 形成折射率高于絕緣膜508的高折射率層。在此步驟中，如同圖23D所示的 情形，例如SiN膜(等離子SiN膜)515通過高密度等離子CVD形成。在 此階段，因為如上所述開口 542的深度較小，所以等離子SiN膜可以令人滿 意地嵌入開口 542中。
隨后，如圖231所示，通過利用CMP或回蝕刻工藝蝕刻到絕緣膜508 的表面而去除等離子SiN膜515。與上述情形一樣，進行平化，使得等離子 SiN膜515不殘留在絕緣膜508上。
此處，例如當利用CMP通過蝕刻而去除等離子SiN膜515時，絕緣膜 508的上表面被平化，不剩下等離子SiN膜515。因而，不需要再在形成信 號線的后續(xù)步驟中進行平化。
由此產(chǎn)生被嵌入等離子SiN膜515中的層514B。層514B和下面先形成 的層514A構(gòu)成了孔514。
隨后，如圖23J所示，完整地形成鈍化膜510以覆蓋絕緣膜508和嵌入 在孔514中的等離子SiN膜515的表面，在鈍化膜510上形成平化膜511, 并在其上形成彩色濾光器512。在彩色濾光器512上對應(yīng)于光接收部分504 之上的孔514的位置處形成芯片上透鏡513。
由此制成具有圖17中所示結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本實施例中的制造成像裝置的方法，開口 541和542形成在絕緣膜 508中，等離子SiN膜515嵌入在開口 541和542每個中。通過重復(fù)多次此 步驟形成孔514。因此，與常規(guī)情形中(形成所有的信號線之后)以一個步 驟形成的開口的深度h相比，可以減小開口 541和542的深度14Ah和14Bh。 即，與常規(guī)技術(shù)相比可以形成低縱橫比的開口。
結(jié)果，當利用等離子CVD在每個開口 541和542中嵌入高折射率的等 離子SiN膜515時，可以令人滿意地進行等離子SiN膜515的嵌入。
另外，將開口 542靠下的直徑514B設(shè)置得小于在前面步驟中形成的開口 541靠上的直徑。因此，可以防止在開口 541和542之間的結(jié)合部520處 出現(xiàn)不必要的反射或折射。
在上述實施例中，至少一個開口的側(cè)壁可以形成為楔形形狀。
例如，當形成于頂部的開口 542的側(cè)壁形成為楔形形狀時，在圖23G所 示的步驟中，例如通過調(diào)節(jié)曝光條件，利用光刻方法形成開口 542的抗蝕劑 圖案，進行蝕刻以使得抗蝕劑圖案具有楔形形狀。在此階段，如果采用C4F8 氣體，則由于通過CF基沉積物形成側(cè)壁保護膜的效應(yīng)，可以很容易令人滿 意地形成楔形形狀。
另夕卜，如上所述，當通過CMP等去除絕緣膜508上的等離子SiN膜515 時，可以在一個步驟中進行絕緣膜508和等離子SiN膜505的平化。
在上述實施例中，通過形成開口的兩個單獨的步驟形成孔514。 #4居嵌 入特性、信號線的數(shù)量、深度等，可以進行形成開口的三個或多個單獨的步 驟。
當通過許多個步驟形成孔514時，每個開口中的SiN膜515的嵌入性質(zhì) 被進一步提高。
在上述實施例中，已經(jīng)描述了本發(fā)明應(yīng)用到固態(tài)成像裝置的情形。應(yīng)該 理解，本發(fā)明還可以應(yīng)用到其它的固態(tài)成像裝置，如CCD固態(tài)成像裝置。
本發(fā)明不限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)可以采用各種 其它的結(jié)構(gòu)。
<實施例8>
接下來，將描述本發(fā)明的第八實施例(以下稱作"實施例8")。本發(fā)明 的實施例8提供了一種具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置及其制造方法，其中通 過利用組合了兩種透明薄膜，即聚酰亞胺樹脂(第二高折射率材料)和等離 子氮化硅(第一高折射率材料)的波導(dǎo)，提高了波導(dǎo)的嵌入特性，防止了由 于金屬從聚酰亞胺樹脂中擴散所導(dǎo)致的白斑的增加，并且可以防止晶體管的 可靠性減弱。
圖24是根據(jù)本發(fā)明實施例8的固態(tài)成像裝置的截面圖。
圖24示出了其中將本發(fā)明應(yīng)用到CMOS圖象傳感器的示例。在由比如
Si的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底620的元件隔絕區(qū)603隔離的#4:區(qū)中，設(shè)置了
包括光電二極管l、讀取柵604等的像素晶體管。
2另外，在襯底620的上表面上設(shè)置讀取柵604的傳導(dǎo)電極(多晶硅電極)， 在它們之間有柵極絕緣膜602,并且在其上設(shè)置蝕刻止擋膜605A,在其間有 絕緣膜621。蝕刻止擋膜605A由低壓CVD形成的氮化硅膜(LP-氮化硅) 構(gòu)成。
在蝕刻止擋膜605A上設(shè)置絕緣膜606和作為上層膜的多層線608。導(dǎo) 體塞607設(shè)置在各條線608之間以及襯底620的接觸區(qū)之間，并且將各個層 中的線608相連結(jié)。絕緣膜606主要由Si02形成。
在上絕緣膜606上形成鈍化膜610,彩色濾光器612和芯片上透鏡613 設(shè)置在鈍化膜610上，在它們之間有平化膜611。
在絕緣膜606中形成從絕緣膜606的最上表面延伸到光電二極管601的 光接收區(qū)上的柵極絕緣膜602的孔606A,并且在孔606A中嵌入波導(dǎo)609。
波導(dǎo)609包括含有第一波導(dǎo)609A和第二波導(dǎo)609B的芯(波導(dǎo))，第一 波導(dǎo)609A由設(shè)置在外部的等離子氮化硅構(gòu)成，第二波導(dǎo)由嵌入在第一波導(dǎo) 609A的中空部分中的聚酰亞胺樹脂(PIQ )構(gòu)成。雖然以下將描述制造方法， 但第一波導(dǎo)609A的頂部被打開，并且通過A/v第一波導(dǎo)609A之上施加聚酰 亞胺材料，從第一波導(dǎo)609A的開口嵌入第二波導(dǎo)609B。
如下面將詳細描述的那樣，聚酰亞胺樹脂具有低于等離子氮化硅但高于
在其周邊的Si02的折射率。
此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，與由單純的等離子氮化硅構(gòu)成的波導(dǎo)相比，可以提 高嵌入特性，并且在于，因為等離子氮化硅和聚酰亞胺樹脂之間較高的粘結(jié) 性，所以可獲得優(yōu)良的光學(xué)特性。
另外，第一波導(dǎo)609A具有適中的厚度，第二波導(dǎo)609B和柵極絕緣膜 602設(shè)置在彼此相隔足夠遠的距離，使得聚酰亞胺中的雜質(zhì)金屬向光電二極 管的擴散減為最小。
而且在本實施例中，在第一波導(dǎo)609A嵌入到孔604A之后，在嵌入第 二波導(dǎo)609B之前，進行氫退火處理(在氫環(huán)境下的熱處理)，使得大量包含 在等離子氮化硅中的氫擴散到光電二極管601中。結(jié)果，光電二極管601中 的晶體缺陷減少，由此防止由白色缺陷導(dǎo)致的噪音的發(fā)生。
即，第一波導(dǎo)609A(等離子氮化硅)包含氬，并且通過在氫環(huán)境中進 行退火處理(如400。C下處理60分鐘)，加速氫向光電二極管601中的供給。 因此，由從第二波導(dǎo)609B向光電二極管601中擴散的金屬造成的晶體缺陷所導(dǎo)致的懸空鍵被氫終止，并由此減少白斑。
在此階段，通過增大第一波導(dǎo)609A相對于第二波導(dǎo)609B所占據(jù)的空 間，增大了供氫的效果，并且由于第二波導(dǎo)609B相距光電二極管601的距 離增加，減少白斑的效果得以進一步增強。另外，因為第一波導(dǎo)609A具有 高于第二波導(dǎo)609B的折射率，所以光匯集力也提高。
但是，如果第一波導(dǎo)609A的百分比過度增大，則存在由于剩余應(yīng)力而 發(fā)生脫離并因為波導(dǎo)的表面被第一波導(dǎo)609A阻擋而可能會產(chǎn)生孔洞的問題 (即，第二波導(dǎo)609B不能被嵌入)。因此，第一波導(dǎo)609A的恰當厚度例如 約為l，OOOnm。
另外，如圖24所示，蝕刻止擋膜605A是一種氮化硅膜，在通過蝕刻形
通過允許蝕刻止擋膜605A保留在除光電二極管601的光接收區(qū)以外的區(qū)域 中，還允許蝕刻止擋膜605A起氫吸收膜的作用，其在通過利用等離子氮化 硅的氫退火處理將氫擴散到光電二極管601中時防止氫進入其它區(qū)域中的晶 體管等。
即，關(guān)于通過第一波導(dǎo)609A的供氫效果，如果供給到晶體管的源/漏區(qū) 的氫過量，則加速漏極雪崩效應(yīng)，反而對晶體管的可靠性不利(熱載流子電 阻)。
因為通過低壓CVD形成的構(gòu)成蝕刻止擋膜605A的氮化硅膜(LP-氮化 硅)具有吸氬效應(yīng)，所以允許LP氮化硅膜保留在除光接收區(qū)以外的其它區(qū) 域(具體而言，覆蓋晶體管的區(qū)域)，以防氫的進入。
在此實施例中，設(shè)置在除光接收區(qū)以外的其它區(qū)域中的氮化硅膜被稱作 防氫進入膜605B,其中光接收區(qū)中氮化硅膜起蝕刻止擋膜605A的作用。
通過這種防氫進入膜605B，防止了晶體管特性由于氫的擴散造成的衰 減，并且維持了適當?shù)墓ぷ魈匦浴?br> 在晶體管的接觸區(qū)中，去除了防氫進入膜605B。但是，因為由Ti、 TiN 等構(gòu)成的阻擋金屬層設(shè)置在塞中，所以接觸區(qū)受到阻擋金屬層的吸氳效果的 保護。
另一方面，在對應(yīng)于波導(dǎo)的部分中，為了向光電二極管601中有效地供 給氫，完全地去除蝕刻止擋膜605A，并且使第一波導(dǎo)609A的等離子氮化硅 直接與柵極絕緣膜602接觸，由此獲得上述的供氫效果。此外，可以設(shè)置防氫進入膜605B以覆蓋設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的大量比 如晶體管的有源元件的所有區(qū)域(不包括導(dǎo)體塞等通過的部分)，或者可以 設(shè)置成只覆蓋特定的晶體管。
具體而言，在本實施例中，設(shè)置在接近用于波導(dǎo)的等離子氮化硅的區(qū)域 中的晶體管(如像素晶體管，如讀取柵)中，發(fā)生氫進入的可能性很大。因 此，通過使用起到防氫進入膜605B作用的氮化硅膜包圍這些區(qū)域，可以有 效地吸收氫并防止氫進入晶體管。由此，可以獲得顯著的效果。
另外，在CMOS圖象傳感器中，像素區(qū)和外圍電路區(qū)設(shè)置在同一芯片 上，氫有可能進入外圍電路區(qū)中的晶體管，雖然這種可能性與像素區(qū)中的晶 體管相比較小。因此，可以提供防氫進入膜605B以覆蓋外圍電路區(qū)域中的 晶體管。另外，蝕刻止擋膜605A和防氫進入膜605B不必在整個區(qū)域中連 續(xù)，并且可以不連續(xù)地設(shè)置。設(shè)置防氫進入膜605B的位置不限于讀取電極 604A和上層膜之間的空間，如圖24所示，而可以依據(jù)位置以直接設(shè)置在柵 極絕緣膜之上。
圖25A和25B是表示光進入波導(dǎo)的反射路徑的示意性視圖。圖25A表 示光進入第一波導(dǎo)609A的狀態(tài)，圖25B表示光進入第二波導(dǎo)609B的狀態(tài)。
首先，第一波導(dǎo)609A (等離子氮化硅膜)具有2.0的折射率n，第二波 導(dǎo)609B具有1.7的折射率n，絕緣膜606具有1.4的折射率n。
從這種折射率關(guān)系看，如圖25A所示，對于從第一波導(dǎo)609A的表面進 入并直接到達第一波導(dǎo)609A和絕鄉(xiāng)彖膜606之間的界面的光，當入射角91、
即入射角和界面的法線之間的角度ei等于或大于臨界角時，入射光在界面
處反射。
類似的，當?shù)竭_第一波導(dǎo)609A和第二波導(dǎo)609B之間的界面處的光具 有等于或大于兩個介質(zhì)的臨界角02時，發(fā)生全反射。
此處，比較ei和62時，滿足下列方程(1 )的斯涅耳(Snell)定律
na'sin0a = nb'sin9b ...... ( 1 )
其中na為介質(zhì)a的折射率，sin6a為介質(zhì)a的折射角，nb為介質(zhì)b的折射率， sin0b為介質(zhì)b的折射角。例如，當na>nb時，在0b超過90°時的0a對應(yīng)于 臨界角。
因此，從折射率關(guān)系看，因為92較大，所以如果從第一波導(dǎo)609A進入 的光具有等于或大于02的入射角，則其在與絕緣膜606和第二波導(dǎo)609B的界面處全反射并進入光電二極管601。
如圖25B所示，從第二波導(dǎo)609B進入的光在與第一波導(dǎo)609A的界面 處被折射，并移動穿過第一波導(dǎo)609A,在第一波導(dǎo)609A和絕緣膜606之間 的界面處全反射，經(jīng)第一波導(dǎo)609A進入第二波導(dǎo)609B，在另一側(cè)上與第一 波導(dǎo)609A的界面處折射，并在另一側(cè)上于第一波導(dǎo)609A和絕緣膜606之 間的界面處全反射。通過重復(fù)這種過程，光進入光電二極管601。
作為上述光傳播的條件，根據(jù)斯涅耳定律，第一波導(dǎo)609A的折射率必 須高于第二波導(dǎo)609B的折射率，并且入射角必須等于或大于第二波導(dǎo)609B 和絕緣膜606的臨界角03。
<實施例9>
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明第九實施例(以下稱作"實施例9")制造固 態(tài)成像裝置的方法的示例。
圖26A ~ 26F是實施例9的制造步驟的截面圖。
首先，如圖26A所示，在常規(guī)的制造步驟中，比如光電二極管601和讀 取柵604的各種元件形成在襯底620中。此外，柵極絕緣膜602、讀取電極 604A、下絕緣膜621等形成在村底620上。
在其上完全地形成作為蝕刻止擋膜605A和防氫進入膜605B的氮化硅 膜605?？紤]到在形成孔過程中蝕刻選擇率，使用通過低壓CVD形成的氮 化硅膜作為氮化硅膜605 。
隨后，如圖26B所示，如在常規(guī)制備步驟中，形成上層膜(包括絕緣膜 606、導(dǎo)體塞607、線路608等)。在該過程中，選擇性地去除氮化硅膜605 非必需的部分，例如通過形成用于導(dǎo)體塞607的接觸孔的步驟中使用的干法 蝕刻，并且由此形成蝕刻止擋膜605A和防氫進入膜605B。在蝕刻氮化^ 圭膜 605中，使用了比如CH2F2或CHF2的含氫有機氣體。
然后通過蝕刻上層膜形成孔606A。在該過程中，在上層膜上進行抗蝕 劑圖案化，并且通過使用蝕刻止擋膜605A作為止擋器進行各向異性干法蝕 刻來開口孔。然后，去除抗蝕劑，蝕刻止擋膜605A對應(yīng)于波導(dǎo)的部分被去 除以顯露4冊才及絕緣膜602 。
隨后，如圖26C所示，對上層膜(絕緣膜606)的上表面進行等離子 CVD以形成等離子氮化硅膜609a,并且部分等離子氮化硅嵌入到孔606A中來形成作為第一波導(dǎo)609A的部分。在此階段，在氫氣氣氛中進行退火處理， 例如，在400。C進行60分鐘。因此，氬被供給到光電二極管601。
隨后，如圖26D所示，在等離子氮化硅膜609a上施加聚酰亞胺膜609b, 并且聚酰亞胺嵌入在氮化硅膜609a的中空部分，用于形成第二波導(dǎo)609B。 聚酰亞胺是通過旋涂方法施加，以3,000rmp進行30秒。
隨后，為了確保于下層(氧化膜或氮化膜)的粘附性，在氮氣或空氣氣 氛中進行硬化處理，例如，在300到35(TC進行60分鐘。
隨后，如圖26E所示，通過使用向下流動的等離子蝕刻去除殘留在上層 膜(絕緣膜606 )上表面的等離子氮化硅膜609a以及聚酰亞胺膜609b,通 過回蝕刻工藝進行整體平化到上層膜(絕緣膜606)的上表面。氟基氣體用 于聚酰亞胺膜609b, CHF2、 Ar或02用于等離子氮化硅膜609a。
隨后，如圖26F所示，如在常規(guī)制備步驟中，依次形成鈍化膜610、平 化膜611、彩色濾光器612和芯片上透鏡613。由此完成固態(tài)成像裝置。
在該示例中的固態(tài)成像裝置及其制備方法中，可以獲得如下優(yōu)點
(1) 通過使用聚酰亞胺樹脂用于構(gòu)成波導(dǎo)的第二波導(dǎo)，可以提高波導(dǎo) 的嵌入性質(zhì)，提高光匯集能力，減少敏感特性中的變化。具體而言，在具有 多層布線結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置中，隨著布線層數(shù)和像素數(shù)量的增加，波導(dǎo)的 縱橫比增加。因此，獲得了顯著的效果。
(2) 即使聚酰亞胺樹脂用于第二波導(dǎo)，通過使用等離子氮化硅膜作為 第一波導(dǎo)和通過進行氫退火，可以防止由于從聚酰亞胺樹脂的金屬擴散所導(dǎo) 致的白斑的增加。
(3) 對于用作第一波導(dǎo)的等離子氮化硅膜的氬退火的氫供給效應(yīng)，在 晶體管區(qū)域上，用作形成孔的蝕刻止擋膜的LP-氮化硅膜吸收了氫，并且下 層中的晶體管得到了保護。因此，可以防止晶體管的可靠性(熱載流子電阻) 變差。
工業(yè)實用性
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置及其制備方法，波導(dǎo)具有前向楔形部分。即， 用于形成波導(dǎo)的開口具有前向楔形性狀，其中，平面形狀的大小從光入射側(cè) 的表面到光接收部分減小。因此，構(gòu)成波導(dǎo)的光透射材料的嵌入性質(zhì)可以得 到提高，并且對光接收部分的光匯集效率也得到提高。此外，線路可以防止被劃傷。由此，確保了固態(tài)成像裝置的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的另一種固態(tài)成像裝置，可以構(gòu)建這樣的孔，其中令人滿意 地嵌入了高折射率層。因此，與常規(guī)技術(shù)相比，孔中的高折射率層的嵌入性 質(zhì)、可涂覆性等得到顯著地提高。因此，可以提高可靠性改進的固態(tài)成像裝 置。
此外，在結(jié)合部沒有非必要的反射或折射發(fā)生，入射光可以沒有泄漏地 導(dǎo)入到光接收部分。因此，可以提供這樣的固態(tài)成像裝置，其中與常規(guī)方法 相比，光匯集效率和敏感特性得到進一步增強。
此外，在孔的多層中至少一層形成來具有楔形側(cè)壁的情形中，允許入射 光容易地進入孔中。因此，光匯集效率進一步提高了。
根據(jù)本發(fā)明另一制備固態(tài)成像裝置的方法，單個孔的深度被減小，并且 高折射率層可以令人滿意地嵌入各個開口中。因此，可以制備具有高的光匯 集效率的固態(tài)成像裝置。
此外，當上開口靠下的直徑被設(shè)定為小于下開口靠上的直徑時，由于沒 有形成可能導(dǎo)致非必要的反射或折射的臺階，所以可以制備光匯集效率和敏 感特性提高的固態(tài)成像裝置。
此外，在至少一個開口的側(cè)壁形成為楔形形狀的情形中，光可以容易地 被納入孔中。因此，光匯集效率可以進一步提高。
此外，根據(jù)本發(fā)明另一固態(tài)成像裝置及其制備方法，通過釋放含在波導(dǎo) 中設(shè)置的第一高折射率材料中的氫，得到了含氫的電轉(zhuǎn)換部分。因此，可以 減少由于金屬從波導(dǎo)向光電轉(zhuǎn)換部分的擴散所導(dǎo)致的白斑增多。因而可以提 高圖象質(zhì)量。
另外，通過用蝕刻止擋膜在除光電轉(zhuǎn)換部分的光接收區(qū)以外的區(qū)域中形 成孔，防止了氫進入除光電轉(zhuǎn)換部分以外的區(qū)域。因而，可以防止晶體管特 性的衰減。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括多個光接收部分，所述多個光接收部分設(shè)置在襯底中，并響應(yīng)于入射光產(chǎn)生電荷；平化層，覆蓋設(shè)置在所述襯底上的預(yù)定元件以進行平化；設(shè)置在所述平化層之上的多條信號線；和將入射光導(dǎo)向每個所述光接收部分的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)穿過所述多條信號線之間的空間。
2. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)包括設(shè)置在通過蝕刻設(shè)置在襯底上的絕緣層而形成的孔中的光透射材料，并且波導(dǎo)包括楔形部分，在所述楔形部分中從入射光方向看平面形狀的大小從光入射一側(cè)向光所述接收部分減小。
3. 如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)側(cè)面的一部分覆蓋所述多條信號線中至少一條線路的上表面。
4. 如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，根據(jù)所述鄰近光接收部分設(shè)置的多條信號線的位置來設(shè)置所述楔形部分。
5. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)包括第一斜坡，以及第二斜坡和不傾斜的非傾斜部分中的一個，所述第一斜坡的傾斜使得所述波導(dǎo)的平面形狀的大小從光入射一側(cè)向信號線一側(cè)逐漸減小，所述第二斜^^以不同于所述第 一斜坡的角度傾斜。
6. 如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第一斜坡具有根據(jù)所述多條信號線中至少兩條信號線之間的位置關(guān)系傾斜的角度，所述至少兩條信號線設(shè)置在不同的高度。
7. 如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述多條信號線中的至少一條信號線設(shè)置來使得其端部懸在所述光接收部分之上。
8. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)具有第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面具有不同的形狀。
9. 如權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第一側(cè)面包括具有不同傾斜角的多個斜坡。
10. 如權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述多個斜坡中至少一個斜坡具有根據(jù)與所述多條信號線中至少兩條信號線之間的位置關(guān)系的傾斜角度，所述至少兩條信號線設(shè)置在不同的高度。
11. 如權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述多條信號線中的至少一條信號線設(shè)置成其端部懸在所述光接收部分之上。
12. —種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括如下步驟在設(shè)置有光接收部分的襯底上形成絕緣膜；在所述絕緣膜中對應(yīng)于所述光接收部分的位置處形成開口；通過在所述開口中嵌入光透射材料而形成波導(dǎo)，使得所述波導(dǎo)可以將入射光從外部導(dǎo)向所述光接收部分，其中，在形成所述開口的步驟中，在光致抗蝕劑圖案化以形成開口期間，以前向的楔形形成抗蝕劑層，并且在通過蝕刻形成所述開口期間轉(zhuǎn)移前向楔形形狀，使得所述開口具有前向楔形部分，在所述前向楔形部分中從入射光方向看去，平面形狀的大小入射光一側(cè)的表面向所述光接收部分減小。
13. —種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括如下步驟在設(shè)置有光接收部分的村底上形成絕緣膜；在所述絕緣膜中對應(yīng)于所述光接收部分的位置處形成開口 ；和通過在所述開口中嵌入光透射材料而形成波導(dǎo)，使得所述波導(dǎo)可以將入射光從外部導(dǎo)向所述光接收部分，其中，在形成所述開口的步驟中，執(zhí)行蝕刻工藝以在蝕刻條件下形成所述開口，從而通過抑制各向同性蝕刻形成前向楔形形狀，并且由此所述開口具有前向楔形部分，在所述前向楔形部分中從入射光方向看去，平面形狀的大小從光入射一側(cè)的表面向所述光接收部分減小。
14. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)包括具有不同直徑的多層，并且在所述多層中的相鄰兩層中，上層靠下的直徑設(shè)置得小于下層靠上的直徑。
15. 如權(quán)利要求14所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述多層的至少一層具有楔形側(cè)壁。
16. —種制造固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置配置有設(shè)置在光接收部分之上的孔，所述孔包括低折射率層和嵌入在所述低折射率層中的高折射率層，所述方法包括如下步驟形成覆蓋表面的低折射率層；在所述低折射率層中形成開口；和在所述開口中嵌入所迷高折射率層，多次重復(fù)所述步驟以形成所述孔。
17. 如權(quán)利要求16所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，在所述多次的步驟中，在一個步驟中形成的開口靠下的直徑小于其前一步驟中形成的 開口靠上的直徑。
18. 如權(quán)利要求16所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，在所述多 次的步驟中形成的開口中，至少 一個開口形成得具有楔形側(cè)壁。
19. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述波導(dǎo)包括具有高折 射率的光透射膜，所述光透射膜嵌入在通過蝕刻具有相對低折射率的絕緣膜 而形成的孔中，所述光透射膜包括至少包含氫的第一材料部分，所述光接收 部分包含通過在氫環(huán)境下的熱處理從所述第 一材料中釋放的氪。
20. 如權(quán)利要求19所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第一材料部分包 括通過等離子化學(xué)氣相沉積形成的氮化硅。
21. 如權(quán)利要求19所述的固態(tài)成像裝置，其中，用于形成孔的蝕刻止 擋膜設(shè)置在所述光接收部分上的柵極絕緣膜的上表面上，并且所述第一材料 部分通過所述蝕刻止擋膜的開口與所述柵極絕緣膜接觸。
22. 如權(quán)利要求21所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述蝕刻止擋膜包括 通過低壓化學(xué)氣相沉積所形成的氮化硅。
23. 如權(quán)利要求21所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述蝕刻止擋膜至少 延伸到設(shè)置于光接收部分周圍的襯底中的晶體管區(qū)域之上。
24. 如權(quán)利要求19所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第一材料部分在 頂部具有開口，在所述開口中設(shè)置有第二材料部分，所述第二材料部分的折 射率低于所述第一材料部分的折射率。
25. 如權(quán)利要求24所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第二材料部分包 括合成樹脂材料。
26. 如權(quán)利要求25所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述合成樹脂材料為 聚酰亞胺樹脂。
27. —種制造固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包括設(shè)置在半 導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分；設(shè)置在所述半導(dǎo)體村底上、之間有柵極絕緣膜述柵極絕緣膜的孔；以及嵌入在所述孔中的波導(dǎo)，所述方法包括如下步驟 在形成于所述上層膜中的孔中嵌入包含氫并至少構(gòu)成所述波導(dǎo)一部分的第一高折射率材料；和通過對所述第一高折射率材料在氫環(huán)境中進行熱處理，而從所述第一高 折射率材料向所述光電轉(zhuǎn)換部分釋放氫。
28. 如權(quán)利要求27所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，通過氮化 硅的等離子氣相化學(xué)沉積來形成所述第一高折射率材料。
29. 如權(quán)利要求27所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，還包括如下步驟 在設(shè)置有所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述柵極絕緣膜的半導(dǎo)體襯底上形成蝕刻止擋膜；在所述蝕刻止擋膜上形成上層膜； 通過蝕刻所述上層膜形成孔;和 去除剩留在所述孔底部的蝕刻止擋膜。
30. 如權(quán)利要求29所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，通過氮化 硅的低壓化學(xué)氣相沉積形成所述蝕刻止擋膜。
31. 如權(quán)利要求29所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，允許構(gòu)成 所述蝕刻止擋膜的氮化硅膜剩留在除所述半導(dǎo)體襯底的光接收區(qū)以外的區(qū) 域中。
32. 如權(quán)利要求29所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，所述被允 許剩留在除所述光接收區(qū)以外的區(qū)域中的氮化硅膜被允許剩留在覆蓋至少 部分或全部設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底中的多個晶體管的區(qū)域中。
33. 如權(quán)利要求32所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，所述被允 許剩留在除所述光接收區(qū)以外的區(qū)域中的氮化硅膜被允許剩留在覆蓋至少 部分設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換部分周圍的晶體管的區(qū)域中。
34. 如權(quán)利要求所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，所述被允許剩 留在除所述光接收區(qū)以外的區(qū)域中的氮化硅膜設(shè)置在所述晶體管的柵電極 與置于所述柵電極之上的層中的信號線之間。
35. 如權(quán)利要求27所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，還包括在所述波 導(dǎo)的第一高折射率材料的頂部中形成開口 ，以及在所述開口中設(shè)置第二高折 射率材料。
36. 如權(quán)利要求35所述的制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，所述第一 高折射率材料的折射率高于所述第二高折射率材料的折射率，并且所述第二 高折射率材料的折射率高于所述上層膜的折射率。
全文摘要
通過提高構(gòu)成波導(dǎo)的光透射材料的嵌入性，提高了光會聚效率，并且確保了固態(tài)成像裝置的可靠性。一種固態(tài)成像裝置，包括光接收單元(1)，用于接收光以進行光電轉(zhuǎn)換；波導(dǎo)(20)，形成在絕緣膜5中并且由透明材料組成，其中絕緣膜5覆蓋設(shè)置有光接收單元(1)的襯底，所述波導(dǎo)(20)構(gòu)建來將入射光從外界導(dǎo)向光接收單元(1)；其中，對波導(dǎo)(20)設(shè)置有前向楔形部分，在在該前向楔形部分中從入射光方向看，平面形狀的大小從光入射一側(cè)的表面向光接收單元減小。
文檔編號H04N5/335GK101540335SQ200910132130
公開日2009年9月23日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者榎本容幸, 菰口徹哉 申請人:索尼株式會社