固态图像传感器的制造方法
【专利摘要】一种固态图像传感器包括具有光电转换部分的半导体层和布置于所述半导体层的第一面侧的布线结构，并从所述半导体层的第二面侧接收光。所述布线结构包括反射部分和绝缘膜，所述反射部分具有朝向所述半导体层反射从第二面向第一面透过所述半导体层的光的反射表面，所述绝缘膜位于所述反射表面与第一面之间。所述传感器包含第一介电膜和第二介电膜，第一介电膜被布置为接触第一面，第二介电膜被布置于所述绝缘膜与第一介电膜之间，并具有与第一介电膜和所述绝缘膜的折射率不同的折射率。
【专利说明】固态图像传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态图像传感器。
【背景技术】
[0002]美国专利N0.7，755，123描述了其中基板的厚度被减小以允许光电传感器容易地检测入射在后表面上的光的后侧照射成像装置。本说明书所附的图8引用了美国专利N0.7，755，123的图1C中描述的后侧照射成像装置。美国专利N0.7，755，123中描述的成像装置包括朝向光电传感器110反射入射在半导体装置基板104的后表面上并透过半导体装置基板104的后表面的光子的福射(radiation)反射器128。
[0003]但是，利用美国专利N0.7，755，123中描述的布置，作为半导体装置基板104与介电层118之间的界面(interfacial surface)的前侧106f朝向福射反射器128反射被福射反射器128朝向光电传感器110反射的光子。因此,在界面106f与福射反射器128之间发生多重反射。并且，当界面106f与辐射反射器128之间的距离在图像感测表面之上不均匀时，返回到光电传感器110的光子的量变动，由此导致灵敏度变动。
【发明内容】
[0004]本发明提供有利于提高灵敏度并消除灵敏度变动的技术。
[0005]本发明的方面之一提供一种固态图像传感器，所述固态图像传感器包括具有多个光电转换部分的半导体层和布置于所述半导体层的第一面侧的布线结构，并从所述半导体层的第二面侧接收光，其中，所述布线结构包括反射部分和绝缘膜，所述反射部分具有朝向所述半导体层反射从第二面向第一面透过所述半导体层的光的反射表面，所述绝缘膜位于所述反射表面与第一面之间，以及，所述固态图像传感器包含第一介电膜和第二介电膜，第一介电膜被布置为接触第一面，第二介电膜被布置于所述绝缘膜与第一介电膜之间，并具有与第一介电膜和所述绝缘膜的折射率不同的折射率。
[0006]从(参照附图)对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1A和图1B是示出根据第一实施例的固态图像传感器的布置的示图；
[0008]图2是示出根据第一实施例的固态图像传感器的布置的示图；
[0009]图3是示出根据第一实施例的固态图像传感器的功能的示图；
[0010]图4是例示第一面的反射率的波长依赖性的曲线图；
[0011]图5是例示反射结构部分的反射率的曲线图；
[0012]图6是例示包含反射表面的表面的反射率与反射结构部分的反射率之间的关系的曲线图；
[0013]图7是示出根据第二实施例的固态图像传感器的布置的示图；以及
[0014]图8是用于解释美国专利N0.7，755，123中描述的固态成像装置的示图。【具体实施方式】
[0015]以下将参照图1A和IB以及图2至图6描述根据本发明的第一实施例的固态图像传感器100。图1A是固态图像传感器100的沿与其图像感测表面垂直的平面获取的截面图，并且，为了简化的目的，仅示出两个像素。注意，图像感测表面是其上布置像素阵列的表面。通过排列多个像素形成像素阵列。图1B是固态图像传感器100的抗反射层114的沿与其图像感测表面垂直的平面(与图1A不同)获取的截面的放大图。图2是固态图像传感器100的沿作为与其图像感测表面平行的平面的图1A中的A-A'平面获取的截面图。固态图像传感器100可被配置为例如MOS图像传感器或CXD图像传感器。
[0016]固态图像传感器100具有半导体层101,该半导体层101具有第一面120和第二面121。例如，可通过硅基板配置半导体层101。固态图像传感器100还具有布置于半导体层101的第一面120侧的布线结构WS、以及布置于半导体层101的第二面121侧的滤色器层107。滤色器层107可包含第一滤色器107a、第二滤色器107b和第三滤色器107c (未示出)。在这种情况下，第一滤色器107a可以是蓝色滤色器，第二滤色器107b可以是绿色滤色器，而第三滤色器107c可以是红色滤色器。例如，可通过Bayer矩阵限定第一滤色器107a、第二滤色器107b和第三滤色器107c的布置。
[0017]固态图像传感器100还可具有排列于滤色器层107上的多个微透镜108。固态图像传感器100还可在半导体层101的第二面121与滤色器层107之间具有平坦化层106。例如，平坦化层106可用作滤色器层107的下层(underlying)膜。在图像感测时，光经由微透镜108变得入射在光电转换部分102上。在这种情况下，每个微透镜108被布置于半导体层101的第二面121侧，并且布线结构WS被布置于半导体层101的第一面120侧。被配置为从与其上布置布线结构的第一面侧相对的第二面侧接收光的固态图像传感器可被称为后侧照射固态图像传感器。
[0018]在半导体层101中形成多个光电转换部分102。半导体层101和每个光电转换部分102由相反导电类型的杂质半导体区域形成，并且它们形成p-n结(光电二极管)。光电转换部分102是具有与要作为信号被读出的电荷的极性相同的极性的载流子是多数载流子的区域。在半导体层101中，可形成使相邻的光电转换部分102相互隔离的元件隔离部分103。元件隔离部分103可具有导电类型与光电转换部分102的导电类型相反的杂质半导体区域和/或绝缘体。在这种情况下，绝缘体可以是LOCOS隔离、STI隔离等。
[0019]通过多个像素区域PR配置固态图像传感器100的图像感测区域，所述多个像素区域PR以格子图案(grid pattern)排列，在所述多个像素区域PR之间不形成任何间隙，并且，所述多个光电转换部分102中的每一个被布置于所述多个像素区域PR中的相应一个上。每个像素区域PR被限定为使得每个像素区域PR的面积具有通过将图像感测区域的面积除以像素的数量(光电转换部分102的数量)所获得的值。
[0020]固态图像传感器100还包含在半导体层101的第一面120上形成以读出光电转换部分102的信号的多个晶体管Tr。每个晶体管Tr包含由例如多晶硅制成的栅电极104。在图1A和图3中，没有示出形成晶体管Tr的源极、漏极、栅极氧化物膜等。当固态图像传感器100被配置为MOS图像传感器时，所述多个晶体管Tr可包含例如向浮置扩散(未示出)传送在光电转换部分102上积累的电荷所需要的传送晶体管。[0021]布线结构WS包含层叠布线部分109和层间介电膜105。层叠布线部分109可包含第一布线层、第二布线层110、第三布线层111和第四布线层112，该第一布线层包含具有反射表面140的反射部分113。层间介电膜105可由例如娃氧化物膜形成。层间介电膜105包含反射表面140与第一面120之间的部分。反射表面140朝向光电转换部分102反射透过滤色器107a、107b和107c、入射在光电转换部分102上、透过光电转换部分102、并进一步通过第一面120的光。形成层叠布线部分109的反射部分(第一布线层)113、第二布线层110、第三布线层111和第四布线层112可包含例如铝、铜和钨之一作为主要成分。
[0022]通过使用形成层叠布线部分109的布线层的一部分作为反射部分113，可避免对于形成布线部分所需要的附加层的需求。通过用形成层叠布线部分109的所述多个布线层中的与半导体层101的第一面120最靠近的第一布线层形成反射部分113,可缩短反射表面140与光电转换部分102之间的距离，由此消除杂散光。结果，可以提高灵敏度，并且可消除混色。
[0023]固态图像传感器100包含被布置为接触第一面120以消除光在第一面120上的反射的抗反射层114。抗反射层114可由例如多个介电膜形成。由于抗反射层114被包含，因此，可抑制被反射部分113朝向光电转换部分102反射的光被第一面120再次反射。由此，与没有任何抗反射层114的情况相比，可通过反射部分113向光电转换部分102返回更大量的光。
[0024]图1B示出抗反射层114的布置例子。形成抗反射层114的多个介电膜可包含被布置为接触第一面120的第一介电膜1141、以及具有与第一介电膜1141的折射率不同的折射率的第二介电膜1142。在图1B中，第一介电膜1141和第二介电膜1142相互接触，但可在第一介电膜1141和第二介电膜1142之间布置另一介电膜。第一介电膜1141和第二介电膜1142可具有比半导体层101的折射率低的折射率。第二介电膜1142可具有比第一介电膜1141的折射率高的折射率。并且，第二介电膜1142可具有比层间介电膜105的折射率高的折射率。第一介电膜1141可具有与层间介电膜105的折射率相等的折射率。第一介电膜1141和层间介电膜105的折射率可彼此相等或彼此不同。
[0025]第一介电膜1141和第二介电膜1142中的至少一个或优选两个可具有比层间介电膜105的厚度小的厚度。抗反射层114的厚度(该厚度等于或大于第一介电膜1141和第二介电膜1142的厚度之和)可比层间介电膜105的厚度小。注意，层间介电膜105的厚度指示层间介电膜105的位于第二面120与反射表面140之间的部分的厚度。第一介电膜1141和第二介电膜1142的厚度可彼此相等或彼此不同。当第二介电膜1142和第一介电膜1141具有不同的厚度时，抗反射功能的性能主要依赖于较厚膜的折射率。当第二介电膜1142的厚度被设为大于第一介电膜1141的厚度且第二介电膜1142具有比第一介电膜1141的折射率闻的折射率时，可以提闻抗反射效果。
[0026]以下将在半导体层101的厚度为3 μ m的假设下描述半导体层101的光吸收以及反射部分(第一布线层)113和抗反射层114的效果，以提供实际的例子。第二面121与第一面120之间的半导体区域对入射在第二面121上的光的吸收比(对入射在第二面121上的光之比)依赖于光的波长而不同。以下将检查其中光垂直入射在第二面121上的情况。在这种情况下，到通过第二面121的光到达第一面120为止，透过蓝色滤色器107a的450nm的波长的光线中的大多数被吸收。另一方面，透过绿色滤色器107b的550nm的波长的光线中的约87%被吸收。并且，透过红色滤色器107c的620nm的波长的光线中的约70%被吸收。此时，如图3所示，反射部分113朝向第一面120反射没有被吸收的光线116。抗反射层114可具有其中作为第一介电膜1141的IOnm厚的硅氧化物膜和作为第二介电膜1142的50nm厚的硅氮化物膜依次被布置在第一面120上的布置。图4例示在第一面120上形成抗反射层114的情况下(实曲线)和没有任何抗反射层114的情况下(虚曲线)的第一面120的反射率的波长依赖性。在图4中，横轴绘出光的波长，而纵轴绘出第一面120的反射率。
[0027]在没有任何抗反射层114的情况下，当被反射部分113的反射表面140反射的光
到达第一面120时，它被第一面120反射，并进一步被反射表面140反射。通过重复这种反
射，在反射表面140与第一面120之间发生多重反射。令λ为光的波长，d为层间介电膜
105的上表面130与反射表面140之间的距离(介质的厚度)，并且η为作为上表面130与反
射表面140之间的介质的层间介电膜105的折射率。并且，令R1为第一面120的反射率，R2
为包含反射表面140并与第一面120平行的平面的反射率，并且R为包含第一面120和反
射表面140的反射结构部分RS的反射率。由于在反射表面140与第一面120之间发生光
的多重反射，因此反射率R依赖于入、(1、11、1?1和1?2。反射率R可由下式表达:
[0028]
【权利要求】
1.一种固态图像传感器，所述固态图像传感器包括具有多个光电转换部分的半导体层和布置于所述半导体层的第一面侧的布线结构，并从所述半导体层的第二面侧接收光，其中 所述布线结构包括反射部分和绝缘膜，所述反射部分具有朝向所述半导体层反射从第二面向第一面透过所述半导体层的光的反射表面，所述绝缘膜位于所述反射表面与第一面之间，以及 所述固态图像传感器包含第一介电膜和第二介电膜，第一介电膜被布置为接触第一面，第二介电膜被布置于所述绝缘膜与第一介电膜之间，并具有与第一介电膜和所述绝缘膜的折射率不同的折射率。
2.根据权利要求1的传感器，其中，多个像素区域，所述多个像素区域以格子图案被布置，在所述多个像素区域之间没有任何间隙， 所述多个光电转换部分中的每一个被布置于所述多个像素区域中的相应像素区域中，以及 令R0为所述反射表面的反射率，并且S为在与第一面平行的平面中的一个像素区域中占据的反射表面的面积，则所述布线结构满足:
R0.S>0.25。
3.根据权利要求 1或2的传感器，满足以下中的至少一个: (1)第二介电膜的折射率比第一介电膜的折射率高； (2)第二介电膜的折射率比所述绝缘膜的折射率高； (3)第二介电膜比第一介电膜厚；以及 (4)第一介电膜和第二介电膜比所述绝缘膜薄。
4.根据权利要求1至3中任一项的传感器，其中，晶体管的栅电极形成在第一面与所述绝缘膜之间，并且第二介电膜具有位于所述栅电极与所述绝缘膜之间的部分。
5.根据权利要求4的传感器，其中，第一介电膜包括位于所述栅电极与所述半导体层之间的部分。
6.根据权利要求1至5中任一项的传感器，其中，所述半导体层包括含有绝缘体的元件隔离部分，并且第二介电膜包括位于所述元件隔离部分与所述绝缘膜之间的部分。
7.根据权利要求1至6中任一项的传感器，其中，第一介电膜和所述绝缘膜由硅氧化物制成。
8.根据权利要求1至7中任一项的传感器，其中，第二介电膜由硅氮化物制成。
9.根据权利要求1至8中任一项的传感器，其中，所述反射部分被形成为具有铝、铜和钨之一作为主要成分，并且具有比通过第一面获得的反射率高的通过所述反射表面获得的反射率。
10.根据权利要求1至9中任一项的传感器，其中，所述反射表面相对于第一面形成凹表面。
11.根据权利要求1至10中任一项的传感器，还包含被布置于第二面侧的多个滤色器， 其中，第二介电膜具有根据相应的滤色器的颜色的厚度。
【文档编号】H01L27/14GK103765584SQ201280041304
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月21日 优先权日:2011年9月1日
【发明者】加藤太朗 申请人:佳能株式会社