專利名稱：固態(tài)成像器件及攝像模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括這樣的固態(tài)成像器件的攝像模塊。
背景技術(shù)：
固態(tài)成像器件可粗略地劃分為以CCD圖像傳感器為典型的電荷轉(zhuǎn)移固 態(tài)成像器件和以CMOS圖像傳感器為典型的放大固態(tài)成像器件。與CMOS 圖像傳感器相比，CCD圖像傳感器可能需要比CMOS圖像傳感器的電源電 壓更高的電源電壓，因為CCD圖像傳感器可能需要高驅(qū)動電壓以用于信號 電荷的轉(zhuǎn)移。因此，與CCD圖像傳感器相比，在低電源供應(yīng)、功耗等方面優(yōu)于CCD 圖像傳感器的CMOS圖像傳感器被安裝在近年大量使用的移動器件上作為 固態(tài)成像器件，例如在攝像蜂窩電話和個人數(shù)字助理(PDF)上，在任何移動器件等中使用的固態(tài)成像器件隨著小型化和高分辨率而具 有減小的每像素面積。另外，作為光電轉(zhuǎn)換部件提供的光電二極管的面積隨 著像素面積減小而減小。于是，這會導(dǎo)致靈敏度等降低。因此，例如為了允 許用戶對暗物體拍攝亮圖像，本領(lǐng)域已知具有單位像素矩陣的固態(tài)成像器 件，該單位像素矩陣包括其上入射紅外光(IR)的像素以及具有用于阻擋紅 外光的內(nèi)濾光層(或者層內(nèi)IR切斷濾層)的其他彩色像素(參見日本未審 專利申請公開No. 2006-190958 )。圖1示出沒有用于阻擋紅外光的濾層的CMOS圖像傳感器，圖2示出 設(shè)置有用于阻擋紅外光的濾層的CMOS圖像傳感器。在圖1和2中，像素 僅由光電二極管(PD)示意性表示，而省略了像素晶體管以使CMOS圖像 傳感器的構(gòu)造能被清楚地理解。圖1所示的CMOS圖像傳感器1包括由以二維陣列設(shè)置的多個像素形 成的成像區(qū)域。每個像素具有作為光電轉(zhuǎn)換部件的光電二極管(PD) 3以及在半導(dǎo)體基板2的主表面上的多個像素晶體管(MOS晶體管，未示出)。具 有穿過絕緣中間層4的多個分層線(layered line ) 5的多個布線層6形成在 形成像素的半導(dǎo)體基板2的主表面上。此外，濾色器7和芯片上微透鏡8通 過平坦化層(未示出)形成于所述多個布線層6之上。圖2所示的CMOS圖像傳感器11包括由以二維陣列設(shè)置的多個像素形 成的成像區(qū)域。每個像素具有作為光電轉(zhuǎn)換部件的光電二極管(PD) 3以及 在半導(dǎo)體基板2的主表面上的多個像素晶體管(MOS晶體管，未示出)。具 有穿過絕緣中間層4的多個分層線(layered line) 5的多個布線層6形成在 形成像素的半導(dǎo)體基板2的主表面上。此外，內(nèi)濾光層(層內(nèi)IR切斷濾層) 12形成于多個布線層6上以用于其上紅外光的入射應(yīng)被阻擋的像素。換句話 說，內(nèi)濾光層12形成于紅(R)、綠(G)和藍(B)像素的每個上，但沒有 內(nèi)濾光層12形成于一個像素上(即IR像素)。填埋層13形成在其上未形成 內(nèi)濾光層12的區(qū)域，然后濾色器7和芯片上微透鏡8通過平坦化層(未示 出)形成。這里，單位像素矩陣包括四個像素，即R、 G、 B像素和IR像素。 用于IR像素的濾色器由透過可見光和紅外光的濾層形成。CMOS圖像傳感器11包括使用紅外光的IR像素，因此其靈敏度能被增 強，從而允許用戶拍攝具有合適色調(diào)的亮圖像，例如當(dāng)用戶希望拍攝暗物體 的亮照片時。發(fā)明內(nèi)容如圖2所示，與圖1所示的沒有內(nèi)濾光層12的CMOS圖像傳感器1的 距離H2相比，包括在濾色器7之下的層中的內(nèi)濾光層12的上述CMOS圖 像傳感器11具有大的從光電二極管3的光接收表面到芯片上微透鏡8的距 離Hl。距離Hl變得越大，光通過芯片上微透鏡8的收集變得越不足。因此， 穿過濾色器7并入射在目標(biāo)像素上的彩色光，尤其是傾斜光，會進入其它顏 色的相鄰像素。因此，會發(fā)生色混，器件的屬性即色彩靈敏度會降低。期望提供一種固態(tài)成像器件，其具有用于阻擋紅外光的內(nèi)濾光層，同時 抑制色混的發(fā)生，還提供一種包括這樣的固態(tài)成像器件的攝像模塊。根據(jù)本發(fā)明一實施例，4是供一種固態(tài)成像器件，其包括多個陣列像素、 內(nèi)濾光層及光阻擋側(cè)壁。所述陣列像素每個包括光電轉(zhuǎn)換部件和像素晶體 管。內(nèi)濾光層設(shè)置來阻擋紅外光，且形成得面對陣列像素中期望像素的光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面。光阻擋側(cè)壁形成于內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。根據(jù)本發(fā)明另 一實施例，提供一種包括光學(xué)透鏡系統(tǒng)和固態(tài)成像器件的攝像模塊。該固態(tài)成像器件包括多個陣列像素、內(nèi)濾光層及光阻擋側(cè)壁。所述陣列像素每個包括光電轉(zhuǎn)換部件和像素晶體管。內(nèi)濾光層設(shè)置來阻擋紅外光，且形成得面對陣列像素中期望像素的光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面。光阻擋側(cè)壁形成于內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件包括形成于內(nèi)濾光層的側(cè)壁上的具有光阻擋作用的側(cè)壁。所以，入射到每個像素上的傾斜光被內(nèi)濾光層的側(cè)壁阻擋且4皮抑制從而不會進入相鄰的像素。根據(jù)本發(fā)明實施例的攝像模塊包括固態(tài)成像器件，該固態(tài)成像器件包括具有光阻擋作用的側(cè)壁。該側(cè)壁形成于內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。所以，入射到每個像素上的傾斜光被內(nèi)濾光層的側(cè)壁阻擋且被抑制從而不會進入相鄰的像素。根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件，傾斜入射光被內(nèi)濾光層的側(cè)壁阻擋 且被抑制從而不進入相鄰的像素。因此，色混的發(fā)生能被抑制。根據(jù)本發(fā)明 實施例的攝像模塊包括以上固態(tài)成像器件，因此色混的發(fā)生能被抑制，同時 獲得高質(zhì)量圖像。


圖1是示意圖，示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)沒有阻擋紅外光的內(nèi)濾光層的CMOS 固態(tài)成像器件的示例的主要部件。圖2是示意圖，示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)設(shè)置有阻擋紅外光的內(nèi)濾光層的 CMOS固態(tài)成像器件的示例的主要部件。圖3是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的固態(tài)成像器件的整個構(gòu)造。圖4是電路圖，示出示范性單位像素的等效電路。圖5是示意圖，示出單位像素的橫截面結(jié)構(gòu)。圖6是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第 一實施例的固態(tài)成像器件的主要部件。 圖7A和7B是本發(fā)明 一 實施例中使用的濾色器的布置的示例的平面圖。 圖8是示意圖，示出由堆疊的電介質(zhì)膜形成的用于阻擋紅外光的內(nèi)濾光 層的示例，其可用于本發(fā)明的實施例中。圖9是說明圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像器件的操作。圖IO是示意圖，示出將應(yīng)用于本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件的主要部 ff的示例。圖ll是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像器件的主要部件。圖12A至12C是示意圖，示出制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像 器件的工藝的第一部分，其中圖12A、 12B和12C示出該工藝的各步驟。圖13D至圖13F是示意圖，示出制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像 器件的工藝的第二部分，其中圖13D、 13E和13F示出該工藝的在圖12的 步驟之后的各步驟。圖14G至14I是示意圖，示出制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像器 件的工藝的第三部分，其中圖14G、 14H和14I示出該工藝的在圖13的步驟 之后的各步驟。圖15是示意圖，示出制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像器件的工 藝的另一示例。圖16是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)成像器件的主要部件。圖17是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)成像器件的主要部件。圖18是示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的攝像模塊的構(gòu)造。
具體實施方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的作為固態(tài)成像器件的CMOS固態(tài)成像器 件(圖像傳感器)的整體構(gòu)造的示意圖。本實施例的固態(tài)成像器件21包括 在半導(dǎo)體基板100例如硅基板上的成像區(qū)域23、作為外圍電路的垂直驅(qū)動電 路24、列信號處理電路25、水平驅(qū)動電路26、輸出電路27、控制電路28 等。這里，在成像區(qū)域23上，具有其各自的光電轉(zhuǎn)換部件的多個像素22以 二維陣列規(guī)則地布置?；诖怪蓖叫盘?、水平同步信號和主時鐘，控制電路28產(chǎn)生用作標(biāo) 準(zhǔn)的信號(例如時鐘信號和控制信號)，該標(biāo)準(zhǔn)用于垂直驅(qū)動電路24、列信 號處理電路25、水平驅(qū)動電路26等的操作。所產(chǎn)生的信號輸入到垂直驅(qū)動電路24、列信號處理電路25、水平驅(qū)動電路26等。垂直驅(qū)動電路24包括例如移位寄存器且沿垂直方向順序地選擇性掃描 成像區(qū)域23上每行的每個像素22?；谛盘栯姾傻南袼匦盘柾ㄟ^垂直信號 線29被提供到列信號處理電路15,信號電荷響應(yīng)于每個像素的光電轉(zhuǎn)換部 件(光電二極管)31上接收的光量而產(chǎn)生。為例如像素22的每列布置列信號處理電路25。從一行中的像素22輸出 的信號經(jīng)歷信號處理，例如用于去除噪聲(即像素22中固有的固定圖案噪 聲)的CDS和信號放大。水平選擇開關(guān)(未示出)連接在列信號處理電路 25的輸出級和水平信號線30之間。水平驅(qū)動電路26包括例如移位寄存器。它通過順序輸出水平掃描脈沖 而依次選擇每個列信號處理電路25。來自各個列信號處理電路25的像素信 號被分別輸出到水平信號線30。輸出電路27對通過水平信號線30從各個列 信號處理電路25順序提供的信號進行信號處理。圖4示出以上像素22的等效電路的示例。像素22包括光電轉(zhuǎn)換部件 例如光電二極管31;以及多個像素晶體管，即MOS晶體管。所述多個MOS 晶體管包括例如轉(zhuǎn)移晶體管32、復(fù)位晶體管33、放大晶體管34和選擇晶體 管35。光電二極管31進行將光轉(zhuǎn)換成電荷(這里是電子)的光電轉(zhuǎn)換，電荷 的量依賴于所接收的光量。光電二極管31的陰極通過轉(zhuǎn)移晶體管32連接到 放大晶體管34的柵極。電連接至放大晶體管34的柵極的節(jié)點(node )被稱 為浮置擴散部分FD。浮置擴散部分FD形成于轉(zhuǎn)移晶體管32的漏極處。轉(zhuǎn)移晶體管32連接在光電二極管31的陰極和浮置擴散部分FD之間。 當(dāng)轉(zhuǎn)移脈沖cpTRG通過轉(zhuǎn)移線42施加到轉(zhuǎn)移晶體管32時，轉(zhuǎn)移晶體管32 的柵極導(dǎo)通。結(jié)果，光電二極管31的電荷被轉(zhuǎn)移到浮置擴散部分FD。復(fù)位晶體管33的漏極連接至像素電源(Vdd)線43，其源極連接至浮 置擴散部分FD。當(dāng)復(fù)位脈沖cpRST通過復(fù)位線44施加到復(fù)位晶體管33的 柵極時，復(fù)位晶體管33導(dǎo)通。在該導(dǎo)通狀態(tài)中，在來自光電二極管31的信 號電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴散部分FD之前，浮置擴散部分FD通過排出浮置擴散 部分FD的電荷到像素電源線43而被復(fù)位。放大晶體管34的柵極連接到浮置擴散部分FD，其漏極連接到像素電源 線43。放大晶體管34輸出被復(fù)位晶體管33復(fù)位之后的浮置擴散部分FD的電勢作為復(fù)位電平。此外，放大晶體管34輸出通過轉(zhuǎn)移晶體管32轉(zhuǎn)移信號 電荷之后的浮置擴散部分FD的電勢作為信號電平。此外，例如，選擇晶體管35的漏極連接到放大晶體管34的源極，其源 極連接到垂直信號線29。當(dāng)選擇脈沖tpSEL通過選擇線45施加到選擇晶體 管35的柵極時，選擇晶體管35被導(dǎo)通。當(dāng)像素22被選擇時，從放大晶體 管34輸出的信號被中繼到垂直信號線29。包括轉(zhuǎn)移線42、復(fù)位線44和選擇線45的沿橫向的布線在同一行的像素 中是共用的，并被垂直驅(qū)動電路24控制。注意，在電路結(jié)構(gòu)中，選擇晶體管35可連接在像素電源線43和放大晶 體管34的漏極之間。在上述結(jié)構(gòu)示例中，像素包括四個晶體管。作為選擇 地，通過省略選擇晶體管，像素可具有三個晶體管。圖5示出像素的主要部分的橫截面結(jié)構(gòu)。單位像素22包括光電二極管 (PD) 31和多個像素晶體管(MOS晶體管)，光電二極管(PD) 31具有第 一導(dǎo)電類型(例如n型)的電荷儲存區(qū)域45和在區(qū)域45的表面上的第二導(dǎo) 電類型(例如p型)的半導(dǎo)體區(qū)域(即p型累積層)46。光電二極管(PD ) 31和多個像素晶體管形成于半導(dǎo)體基板100的主表面上。光電二極管31用 作光電轉(zhuǎn)換部件。圖5示出多個像素晶體管中的轉(zhuǎn)移晶體管32和復(fù)位晶體 管33。轉(zhuǎn)移晶體管32包括設(shè)置為浮置擴散部分FD的n型半導(dǎo)體區(qū)域47， 光電二極管(FD) 31,和通過柵極絕緣膜形成的轉(zhuǎn)移柵電極48。復(fù)位晶體 管33包括設(shè)置為浮置擴散部分FD的n型半導(dǎo)體區(qū)域47， n型半導(dǎo)體區(qū)域 49,和通過柵極絕緣膜形成的復(fù)位柵電極50。單位像素22可通過元件分隔 區(qū)域51與相鄰像素分隔開。在其上形成像素22的半導(dǎo)體基板100上，通過絕緣中間層53形成多個 層。在本示例中，由金屬膜制成的三條線54 (541、 542和543 )形成層，制 成多個布線層55。平坦化層56形成于多個布線層55上。線54 ( 541至543 ) 可形成在除了與光電二極管(FD) 31對應(yīng)的區(qū)域以外的區(qū)域。此外，但圖 中未示出，可形成后面描述的光學(xué)元件，包括濾色器、芯片上微透鏡等。此外，在本實施例中，具有光阻擋作用的側(cè)壁形成于阻止紅外光的內(nèi)濾 光層的布置在多個布線層55上的側(cè)壁上。于是，能防止傾斜光穿過內(nèi)濾光 層入射到相鄰像素上，同時抑制色混的產(chǎn)生。接著，圖6示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS固態(tài)成像器件的主要部件的橫截面結(jié)構(gòu)。為了以簡單易懂的方式描述本發(fā)明的實施例，像素僅由 光電二極管PD表示并被示意性描述，而省略了像素晶體管。這一點將應(yīng)用 到每個后述其他實施例。如圖6所示，根據(jù)第一實施例的CMOS固態(tài)成像器件61包括以二維陣 列布置于半導(dǎo)體基板100的主表面上的多個像素22，每個具有光電二極管 (PD)31。另外，多個層通過絕緣中間層53形成于半導(dǎo)體基板100上。在 本示例中，三條分層線54 (541、 542和543 )形成多個布線層55。對應(yīng)于 期望像素，用于阻擋紅外光的內(nèi)濾光層62形成于多個布線層55上。另外， 具有光阻擋作用的側(cè)壁63形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上。此外，形成填充彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間的空間的平坦化的絕緣層， 即平坦化層64。濾色器65和芯片上微透鏡66依次形成于平坦化層64上。如圖7A所示，在該示例中，濾色器65布局為具有作為 一個單元的紅(R) 濾色器部件65R,綠(G)濾色器部件65G，藍(B )濾色器部件65B，及透 射包括紅外光的所有波長的光的濾色器部件65IR(為了方便，下文稱為紅外 光(IR)濾色器)，該單元被重復(fù)布置。對應(yīng)紅濾色器部件65R的像素是紅 (R)像素。對應(yīng)綠濾色器部件65G的像素是綠(G)像素。對應(yīng)藍濾色器 部件65B的像素是藍(B)像素。對應(yīng)紅外光濾色器部件65IR的像素是紅 外光(IR)像素。圖7B示出濾色器65的另一示例。該濾色器65包括以下布置，即，在 第一行，紅外光濾色器部件65IR,藍濾色器部件65B,紅外光濾色器部件 65IR，和紅濾色器部件65R以該順序沿水平方向重復(fù)布置。另外，在第二行， 綠濾色器部件65G，紅外光濾色器部件65IR,綠濾色器部件65G和紅外光 濾色器部件65IR以該順序沿水平方向重復(fù)布置。此外，在第三行，紅外光 濾色器部件65IR,紅濾色器部件65R，紅外光濾色器部件65IR和藍濾色器 部件65B以該順序沿水平方向重復(fù)布置。此外，在第四行，綠濾色器部件 65G,紅外光濾色器部件65IR，綠濾色器部件65G和紅外光濾色器部件65IR 以該順序沿水平方向重復(fù)布置。換言之，濾色器65設(shè)計成具有沿垂直方向 (列方向)具有第一到第四行的重復(fù)布置。上述內(nèi)濾光層62形成得對應(yīng)于三種彩色像素，即除了 IR像素以外的R 像素，G像素和B像素。如圖8所示，內(nèi)濾光層62形成為由具有不同折射 率的電介質(zhì)膜制成的堆疊膜。例如，內(nèi)濾光層62可以是堆疊的電介質(zhì)膜623 ，其中具有預(yù)定厚度的硅氧化物(Si02 )膜62和具有預(yù)定厚度的硅氮化物(SiN) 膜622交替堆疊一次以上。形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上的側(cè)壁63優(yōu)選由具有反射性以及光阻擋效 果的材料制成。在本示例中，側(cè)壁63由金屬膜形成。金屬膜可以是鎢(W) 膜、鋁(Al)膜、鈦(Ti)膜或其它金屬膜。如上所述，根據(jù)第一實施例的CMOS固態(tài)成像器件61的構(gòu)造，具有光 阻擋作用的側(cè)壁(在本示例中，由金屬膜形成的側(cè)壁63)形成于內(nèi)濾光層 62的側(cè)壁上。如圖9所示，由金屬膜形成的側(cè)壁63阻擋且防止入射到IR像 素上的光，尤其是傾斜光Ls，穿過相鄰像素上的內(nèi)濾光層62。于是，可以 阻止光到達相鄰像素。此外，穿過內(nèi)濾光層62入射到R像素、G像素和B 像素的光，特別是傾斜光Ls',被金屬膜制成的側(cè)壁63阻擋，否則傾斜光Ls' 朝向相鄰像素行進。于是，可以阻止光到達相鄰像素。結(jié)果，由于提供了內(nèi) 濾光層62,即使從光電二極管PD31的光接收表面到芯片上微透鏡66的距 離H1較大，色混現(xiàn)象的產(chǎn)生也能^皮抑制。另外，遮蔽(shading)的產(chǎn)生也 會被抑制。此外，由于側(cè)壁63由金屬膜制成，所以側(cè)壁63具有反射性。因此，傾 斜光Ls和Ls'的光線可在側(cè)壁63上被反射，然后分別入射在對應(yīng)的IR像素、 R像素、G像素和B像素的光電二極管(PD)31上?？赡艽┻^內(nèi)濾光層62 的光入射到光初始入射到的像素的光電二極管31上，從而可增加使光到達 每個像素的光電二極管31的可能性，并獲得了靈敏度的改善。因此，利用內(nèi)濾光層的優(yōu)點，可提供具有高可靠性且同時抑制色混的 CMOS固態(tài)成像器件。 '圖IO示出一示例，其中層內(nèi)透鏡被包括在具有內(nèi)濾光層的CMOS固態(tài) 成像器件中而沒有改變從光電二極管(PD )的光接收表面到芯片上微透鏡的 距離Hl。本示例的CMOS固態(tài)成像器件81包括具有其各自的光電二極管 (PD) 31的多個像素22,其以如上所述與圖6所示類似的方式以二維陣列 布置在半導(dǎo)體基板100的主表面上。包括通過絕緣中間層53堆疊的多條線 54 ( 541、 542和543 )的多個布線層55形成于基板100上。另外，由電介 質(zhì)堆疊膜制成的內(nèi)濾光層62形成于多個布線層55上。然而，上述具有光阻 擋作用的側(cè)壁63未形成在內(nèi)濾光層62上。此外，向下凸起的層內(nèi)透鏡82形成于填充彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間的空間的中間層上。換言之，向下凸起的層內(nèi)透鏡82形成得對應(yīng)于IR像素 的光電二極管31。層內(nèi)透鏡82由具有不同折射率N的第一中間層83和第 二中間層84形成。在本示例中，第一中間層83由BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃) 膜形成，第二中間層84由具有比BPSG膜更高的折射率N的氮化硅(SiN) 膜形成，由此形成向下凸起的層內(nèi)透鏡82。此外，通過平坦化層形成濾色器 65和芯片上微透鏡66。根據(jù)上述CMOS固態(tài)成像器件81的構(gòu)造，彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之 間的中間層設(shè)置有向下凸起的層內(nèi)透鏡82。因此，可增加使光到達IR像素 的光電二極管31的可能性，且能確保靈敏度的改善。此外，層內(nèi)透鏡82形 成于彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間。因此，能引入層內(nèi)透鏡而不增加從光電 二極管31的光接收表面到芯片上微透鏡66之間的距離Hl 。圖11示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS固態(tài)成^f象器件。該CMOS固 態(tài)成像器件設(shè)置有圖10所示的層內(nèi)透鏡82。在本實施例的CMOS固態(tài)成像 器件67中，內(nèi)濾光層(紅外切斷濾層)62對應(yīng)于期望像素形成在多個布線 層55和濾色器65之間。另外，具有光阻擋作用的側(cè)壁63 (在本示例中，金 屬膜形成的側(cè)壁)形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上。然后，圖10所示的向下凸 起的層內(nèi)透鏡82形成于彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間在中間層上，對應(yīng)于IR 像素的光電二極管31。層內(nèi)透鏡82包括第一中間層83(在本示例中，BPSG 膜)和具有比第一中間層83更高折射率的第二中間層84 (在本示例中，硅 氮化物膜)。CMOS固態(tài)成i象器件67的其它結(jié)構(gòu)部件與上面圖6所示的那些 相同，因此相同的附圖標(biāo)記將添加到與圖6的那些對應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件從而省略 重復(fù)描述。根據(jù)依照第二實施例的CMOS固態(tài)成像器件67的構(gòu)造，金屬膜制成的 側(cè)壁63以圖6所示的方式形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上，從而傾斜光被側(cè)壁 63阻擋且從其反射。因此，能防止光到達相鄰像素，色混能被抑制和減小， 同時增大了使光到達每個R像素、G像素、B像素和IR像素的光電二極管 31的可能性。因此，能確保靈敏度的改善。此外，向下凸起的層內(nèi)透鏡82 形成在彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間在中間層上，從而可引入層內(nèi)透鏡82而 不增加從光接收表面到芯片上微透鏡66的距離Hl。因此，可增加使光到達 IR像素的光電二極管31的可能性，并獲得靈敏度的改善。接著，作為本發(fā)明的實施例，圖12至14示出制造以上第二實施例的CMOS固態(tài)成像器件67的方法。首先，如圖12A所示，器件分隔區(qū)域(未示出)、具有光電二極管(PD) 31的多個像素22等形成于半導(dǎo)體基板100的主表面上，然后形成包括絕緣 中間層53和多條線54 ( 541、 542和543 )的多個布線層55。布線線路54 可由具有光阻擋作用的導(dǎo)電膜形成，例如Cu線或Al線。此外，由多個分層 的電介質(zhì)膜形成的內(nèi)濾光層62形成于所述多個布線層55上，對應(yīng)于除IR 像素之外的R像素、G像素和B像素。接著，如圖12B所示，光屏蔽材料膜63A (在本示例中，鎢(W)或鋁 (Al)的金屬膜)以預(yù)定膜厚形成，從而該膜可沿內(nèi)濾光層62的表面延伸。接著，如圖12C所示，光屏蔽材料膜63A經(jīng)歷回蝕工藝以在內(nèi)濾光層 62的側(cè)壁上形成光屏蔽材料膜63 (在本示例中，金屬膜形成的側(cè)壁63)。接著，如圖13D所示，具有第一折射率的第一中間層83 (在本示例中， BPSG膜)形成于基板100的整個表面(包括內(nèi)濾光層62的表面)上。形成 第一中間層83使得它能填充彼此相鄰的內(nèi)濾光層62之間的空間。因此，第 一中間層83的表面有不規(guī)則性。接著，如圖13E所示，光致抗蝕劑膜86形成于第一中間層83上，使得.第一中間層83的蝕刻速率等于抗蝕劑膜86的蝕刻速率。接著，光致抗蝕劑膜86和第一中間層83被回蝕到圖13E的虛線87所 示的高度，從而形成圖13F所示的表面平坦化的第一中間層83。接著，如圖14G所示，光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)被用來在第一中間層83上 與每個內(nèi)濾光層62對應(yīng)的位置形成抗蝕劑掩模88。當(dāng)從平面觀察時，抗蝕 劑掩模88形成得能提供比其上形成側(cè)壁63的內(nèi)濾光層62稍大的面積。然 后，如圖14H所示，通過抗蝕劑掩模88對第一中間層83進行化學(xué)干蝕刻工 藝等以各向同性地除去第一中間層83。因此，具有帶期望曲率的凹曲表面的 凹入部分89形成在內(nèi)濾光層62之間在第一中間層83上。接著，如圖141所示，具有比第一中間層83更高折射率的第二中間層 84 (在本示例中，硅氮化物(SiN)膜)形成于第一中間層83的整個上表面 上，使得凹入部分89能被其填充。然后，進行回蝕處理以形成表面平坦化 的第二中間層84。向下凸起的層內(nèi)透鏡82由第一中間層83和填充第一中間 層83的凹入部分89的第二中間層84形成。在后面的步驟中，濾色器65和芯片上微透鏡66形成于第二中間層84 上以得到圖11所示的根據(jù)第二實施例的CMOS固態(tài)成像器件67。應(yīng)注意，有其它方法用于在第一中間層83中形成凹入部分89。如圖15 所示，例如，另一方法包括步驟形成具有側(cè)壁63的內(nèi)濾光層62;形成第 一中間層83;以及利用表面的不規(guī)則性在預(yù)定溫度實施回流工藝。在該工藝 中，第一中間層83回流，具有帶期望曲率的凹曲表面的凹入部分89可形成 在內(nèi)濾光層62之間在第一中間層83上。圖16示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的CMOS固態(tài)成《象器件。本實施例的 CMOS固態(tài)成像器件94設(shè)置有對應(yīng)于期望像素形成于多個布線層55與濾色 器65之間的內(nèi)濾光層62 (IR切斷濾層)。在內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上，具有光 阻擋作用的側(cè)壁63 (在本示例中，金屬膜形成的側(cè)部);波形成。此外，CMOS 固態(tài)成像器件94包括在多個布線層55之間在沒有形成分層線54 ( 541至 543 )的中間層中由具有不同折射率的兩層形成的向下凸起的層內(nèi)透鏡95。 具體地，對應(yīng)于每個IR像素、R像素、G像素和B像素的光電二極管(PD) 31,使用絕緣中間層53在彼此相鄰的層線54之間的區(qū)域上形成向下凸起的 層內(nèi)透鏡95。 CMOS固態(tài)成像器件94的其它結(jié)構(gòu)部件與圖6所示的那些相 同，因此相同的附圖標(biāo)記將添加到與圖6的那些對應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件從而省略重 復(fù)描述。根據(jù)第三實施例的CMOS固態(tài)成像器件94，由金屬膜形成的側(cè)壁63形 成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上。因此，以與圖6所示的方式類似的方式，傾斜 光能被側(cè)壁63阻擋且從其反射。因此，阻止光到達相鄰像素，色混的發(fā)生 能被抑制和減少。此外，可增加使光到達每個R像素、G像素、B像素和IR 像素的光電二極管31的可能性，靈敏度能得到改善。此外，利用多個布線 層55之間的絕緣中間層53，每個像素設(shè)置有向下凸起形式的層內(nèi)透鏡95。 因此，可得到包括層內(nèi)透鏡的CMOS固態(tài)成像器件，其中能增大使光到達 所有像素的光電二極管的可能性，同時能防止從光電二極管31的光接收表 面至芯片上微透鏡66的距離Hl增大。圖17示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的CMOS固態(tài)成像器件。本實施例的 CMOS固態(tài)成像器件73形成得使利用折射率差異而具有光阻擋作用和反射 性的側(cè)壁74形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上。側(cè)壁74由包括具有不同折射率 的多個層的膜形成，例如兩層堆疊的膜，絕緣膜75和絕緣膜76。在本示例中，內(nèi)絕緣膜75由例如具有2.0的折射率的硅氮化物(SiN)膜形成，外絕 緣膜76由例如具有約1.4的折射率的硅氧化物膜形成。此外，與外絕緣膜 76相鄰的光透射中間層77由具有與外絕緣膜76的折射率不同的折射率的材 料制成。例如，它可由具有2.0的折射率的硅氮化物(SiN)膜形成。中間 層77可具有類似波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)包括作為包層(clad)的側(cè)壁74的外 絕緣膜76以及作為核的中間層77。入射在中間層77上的傾斜光Ls在中間 層77和側(cè)壁74的外絕緣膜76之間的邊界上被全反射，因此行進到光電二 極管31 。入射在內(nèi)濾光層62上的傾斜光Ls'在側(cè)壁74的內(nèi)絕緣膜75和外絕 緣膜76之間的邊界上被全反射，然后行進到光電二極管31。CMOS固態(tài)成像器件73的其它結(jié)構(gòu)部件與如圖6所示的那些相同，因 此，相同的附圖標(biāo)記將添加到與圖6的那些對應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件，從而省略重復(fù) 描述。根據(jù)第四實施例的CMOS固態(tài)成像器件73,具有不同折射率的多個層 (絕緣膜75和絕緣膜76 )形成的側(cè)壁74形成于內(nèi)濾光層62的側(cè)壁上。另 外，形成具有與外絕緣膜76的折射率不同的折射率的中間層77。因此，CMOS 固態(tài)成像器件73的這種構(gòu)造使傾斜光被中間層77和側(cè)壁74之間的界面或 者側(cè)壁74的絕緣膜75與絕緣膜76之間的界面阻擋且從其反射。因此，阻 止光到達相鄰像素，能抑制和減少色混的發(fā)生。此外，可增加使光到達每個 R像素、G像素、B像素和IR像素的光電二極管31的可能性，靈敏度能得 到改善。作為選擇地，第四實施例的CMOS固態(tài)成像器件73可具有利用上述圖 10和16所示的層內(nèi)透鏡82、 95等的組合的構(gòu)造。此外，在圖16和17所示的實施例中，層內(nèi)透鏡82(見圖IO)可形成 在具有側(cè)壁63 (圖16)或側(cè)壁74 (圖17)的內(nèi)濾光層62上，對應(yīng)于每個R 像素、G像素、B像素和IR像素。另外，在圖17所述的第四實施例中，可 形成層內(nèi)透鏡82和層內(nèi)透鏡95 (見圖IO和圖16)兩者。這樣的實施例的 CMOS固態(tài)成像器件包括設(shè)置有側(cè)壁63或74的內(nèi)濾光層62，側(cè)壁63或74 具有光阻擋作用。于是，可抑制和減少色混的發(fā)生。此外，可增加使光到達 每個像素的光電二極管31的可能性，靈敏度能得到改善。圖6所示的CMOS固態(tài)成像器件可根據(jù)上述圖12A至13F所示的步驟 制成。在根據(jù)上述圖14G至141所示的步驟在多個布線層55之間在絕緣中間 層53上形成層內(nèi)透鏡95之后，能根據(jù)圖12A至13F所示的步驟制造圖16 所示的CMOS固態(tài)成像器件94。圖17所示的CMOS固態(tài)成像器件73可根據(jù)圖12A至13F所示的步驟 制成。換言之，側(cè)壁74可通過在進行圖12A所示的步驟之后重復(fù)圖12B至 12C的步驟兩次來形成。在上述實施例中，例如，像素包括一個光電二極管和四個像素晶體管， 如圖4所示。然而，圖中未示出，本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于稱為像素共享型 (pixel-sharing type )的CMOS固態(tài)成像器件，其中多個光電二極管可共享 像素晶體管。圖18示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的攝像模塊的示意性構(gòu)造。本實施例的 攝像模塊110將任何上述實施例的CMOS固態(tài)成像器件117、光學(xué)透鏡系統(tǒng) 111、輸入/輸出(I/O)單元112、數(shù)字信號處理器(DSP) 113和中央處理單 元(CPU)114包括到一個單元中。另夕卜，例如，攝像^^莫塊115可僅包括CMOS 固態(tài)成像器件117、光學(xué)透鏡系統(tǒng)111和I/0單元112。此外，攝像^t塊116 可包括CMOS固態(tài)成像器件117、 1/0單元112和數(shù)字信號處理器(DSP) 113。根據(jù)本實施例的攝像模塊，可抑制相鄰像素中光學(xué)色混的產(chǎn)生，靈敏度 能得到改善，能利用紅外光拍攝暗物體的亮圖像。此外，如果根據(jù)本發(fā)明一實施例的CMOS固態(tài)成像器件應(yīng)用于成像攝 像機，則可抑制相鄰像素中光學(xué)色混的產(chǎn)生，靈敏度能得到改善，能利用紅 外光拍攝暗物體的亮圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可根據(jù)設(shè)計要求和其他因素進行各種修改、組 合、子組合和替換，只要它們在所附權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)。本發(fā)明包含與2007年6月28日向日本專利局提交的日本專利申請 JP2007-171008相關(guān)的主題，在此并入其全部內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括多個陣列像素，每個包括光電轉(zhuǎn)換部件和像素晶體管；內(nèi)濾光層，用于阻擋紅外光，所述內(nèi)濾光層形成為面對所述陣列像素中預(yù)定像素的該光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面；以及光阻擋側(cè)壁，形成于所述內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。
2. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中所述側(cè)壁由金屬膜形成。
3. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中所述側(cè)壁由具有與彼此相 鄰的所述內(nèi)濾光層之間的光透射層的折射率不同的折射率的材料制成。
4. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，還包括層內(nèi)透鏡，形成于彼此相鄰的所述內(nèi)濾光層之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，還包括多個布線層，由包括線和絕緣中間層的堆疊膜形成于所述光接收表面之 上；以及層內(nèi)透鏡，形成于所述多個布線層之間，面向所述光電轉(zhuǎn)換部件的光接 4史表面。
6. 如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像器件，其中由包括線和絕緣中間層的 堆疊膜形成的多個布線層形成于所迷光接收表面之上；且層內(nèi)透鏡形成于所述多個布線層之間，面向所述光電轉(zhuǎn)換部件的光接收 表面。
7. —種攝像模塊，包括 光學(xué)透鏡系統(tǒng)；以及 固態(tài)成像器件，包括多個陣列像素，每個包括光電轉(zhuǎn)換部件和像素晶體管； 內(nèi)濾光層，用于阻擋紅外光，所述內(nèi)濾光層形成為面對所述陣列像 素中預(yù)定像素的該光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面；以及 光阻擋側(cè)壁，形成于所述內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件。該固態(tài)成像器件包括多個陣列像素、內(nèi)濾光層和光阻擋側(cè)壁。所述多個陣列像素每個包括光電轉(zhuǎn)換部件和像素晶體管。所述內(nèi)濾光層設(shè)置來阻擋紅外光且形成得面對所述陣列像素中預(yù)定像素的該光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面。所述光阻擋側(cè)壁形成于所述內(nèi)濾光層的側(cè)壁上。
文檔編號H04N5/3745GK101335284SQ200810129298
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者后醍院弘典 申請人:索尼株式會社