图像传感器、制造设备、制造方法和电子装置制造方法

图像传感器、制造设备、制造方法和电子装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种图像传感器、制造设备、制造方法和电子装置。该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元；以及多个区域，其每一个区域具有与半导体基板不同的折射率，形成在半导体基板的光入射的表面以及光电转换单元之间。
【专利说明】图像传感器、制造设备、制造方法和电子装置

【技术领域】
[0001 ] 本技术方案涉及图像传感器、制造设备、制造方法以及电子装置。特别地，本技术方案涉及能够提高灵敏度并且防止因反射光引起重影的图像传感器、制造设备、制造方法以及电子装置。


【发明内容】

[0002]固态成像设备包括半导体基板，以及作为相应的光接收单元的诸如光电二极管的多个光电转换单元，所述光电转换单元例如以二维排列(矩阵阵列)形成在半导体基板表面上。当光入射至每个光电转换单元时，响应于光产生信号电荷。通过传输电极将信号电荷读出为视频信号。
[0003]在具有上述构造的固态成像设备中，由于光在光电转换单元的表面和形成在光电转换单元表面上的氧化膜之间边界处的反射，从外部入射到光电转换单元的光大部分损失。光电转换单元接收到的光量不理想地减少，并且光电转换单元不能提供足够的灵敏度。
[0004]日本专利申请特开N0.2005-72097提出通过在光电转换单元的基板与绝缘膜之间的基板厚度方向上形成凹凸部分提高光电转换单元的灵敏度。
[0005]如上所述，当光在固态成像设备中反射时，灵敏度可能会变差。另外，可能会由反射光产生重影。如日本专利申请特开N0.2005-72097中所述，提出了蛾眼结构(表面凹凸结构)。但是，当保护膜和滤色器依次形成时该凹凸结构可能产生不均匀或者剥落，其可能导致性能下降以及图像传感器的良率低。
[0006]因此，希望提高图像传感器的灵敏度并且防止由反射光产生的重影。
[0007]根据本技术方案的实施例，提供一种图像传感器，包括:
[0008]光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷；
[0009]半导体基板，包括光电转换单元；以及
[0010]多个区域，其中每个区域具有与半导体基板的折射率不同的折射率，形成在半导体基板的光入射表面以及光电转换单兀之间。
[0011]该区域的每一个形成为在靠近硅基板的光入射表面的深度处具有宽的区域，并且在远离该光入射表面的深度处具有窄的区域。
[0012]该区域的每一个具有圆锥形。
[0013]满足关系nl〈n3〈n2，其中半导体基板上的膜具有折射率nl，半导体基板具有折射率n2，并且每个区域具有折射率n3。
[0014]半导体基板可由硅构成。
[0015]区域可可包含非晶硅、SiC、Si3N3和S12中的任一个。
[0016]氧化膜或者氮化膜可以形成在该半导体基板上。
[0017]该区域的每一个可具有10nm至300nm直径,并且具有400nm或更小的最深位置，最深位置的空穴浓度为lE16/cm3或更大。
[0018]该区域可根据该光电转换单元接收到的光的波长形成不同的大小。
[0019]可通过使用锥形抗蚀剂掩模或硬掩模的离子注入且通过激光退火形成该区域。
[0020]根据本技术方案的实施例，提供了一种制造图像传感器的设备，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括光电转换单元的半导体基板，该设备包括:
[0021]形成多个区域的单元，其中每个区域具有与半导体基板的折射率不同的折射率，形成在半导体基板的光入射表面以及光电转换单兀之间。
[0022]可通过使用锥形抗蚀剂掩模或硬掩模的离子注入且通过激光退火形成该区域。
[0023]根据本技术方案的实施例，提供了一种制造图像传感器的方法，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括光电转换单元的半导体基板，该方法包括:
[0024]形成多个区域，其中每个区域具有与半导体基板的折射率不同的折射率，该半导体基板形成在半导体基板的光入射表面以及光电转换单兀之间。
[0025]根据本技术方案的实施例，提供一种电子装置，包括:
[0026]光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷；
[0027]半导体基板，包括该光电转换单元，并且包括多个区域，其中每个区域具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射表面以及该光电转换单元之间；
[0028]光学部件，用于将入射光引导至该光电转换单元；以及
[0029]信号处理单元，用于处理从该光电转换单元输出的信号。
[0030]通过根据本技术方案实施例的设备和方法制造图像传感器。
[0031]根据本技术方案实施例的电子装置包括图像传感器。
[0032]根据本技术方案的实施例，可提高图像传感器的灵敏度并且防止由反射光产生的重影。
[0033]如附图所示，借助下述关于其中最佳模式实施例的详细描述，这些和其他本技术方案的目标、特征以及优点会变得更加明晰。

【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是示出成像装置构造的示意图；
[0035]图2是示出固态图像传感器构造的示意图；
[0036]图3是示出半导体封装构造的示意图；
[0037]图4是图不说明基于不同折射率的反射的不意图；
[0038]图5是图不说明基于不同折射率的反射的不意图；
[0039]图6是图示说明半导体封装制造的流程图；
[0040]图7是图示说明半导体封装制造的流程图；
[0041]图8是图示说明区域第一制造的流程图；
[0042]图9是图示说明区域第二制造的流程图；
[0043]图1OA和1B均是图示说明待制造部分像素的示意图；
[0044]图1lA和IlB均是图示说明待制造部分像素的示意图；
[0045]图12是图示说明待制造部分像素的示意图；
[0046]图13是图示说明待制造部分像素的示意图；
[0047]图14是图示说明每个光致抗蚀剂大小和布局的示意图；
[0048]图15是图示说明光致抗蚀剂的形成的示意图；
[0049]图16是图示说明待制造像素的部分的示意图；
[0050]图17是图示说明每个光致抗蚀剂大小和布局的示意图；
[0051]图18是图示说明光致抗蚀剂的形成的示意图；
[0052]图19是图示说明待制造像素的部分的示意图；
[0053]图20是图示说明虚拟层和微粒的布局的示意图；
[0054]图21是图示说明虚拟层和微粒的布局的示意图；
[0055]图22是图示说明掩模的形成的示意图；
[0056]图23是图示说明制造像素的部分的示意图；以及
[0057]图24是图示说明制造像素的部分的示意图。

【具体实施方式】
[0058]下文中，将参考附图描述本技术方案的实施例。
[0059]本技术方案的实施例将以下述顺序描述。
[0060]1.成像装置的构造
[0061]2.图像传感器的构造
[0062]3.具有不同折射率的区域
[0063]4.制造
[0064]5.制造区域的第一步骤
[0065]6.制造区域的第二步骤
[0066]成像设备的构造
[0067]下文中描述的本技术方案可应用于通常的电子装置，其中使用半导体封装的图像捕捉单元(光电转换单元)包括诸如数字静态照相机和摄像机的成像装置、诸如移动电话的具有成像功能的移动终端装置以及在图像读出单元采用成像装置的复印机。
[0068]图1是示出了根据本技术方案实施例的作为电子装置的成像装置的构造实施例的框图。图1所示的成像装置10包括:包括透镜组21的光学部件、固态图像传感器(成像设备)22、DSP (数字信号处理器)电路23、帧存储器24、显示器25、记录单元26、操作单元27以及电源28。DSP电路23、帧存储器24、显示器25、记录单元26、操作单元27以及电源28通过总线29相互连接。
[0069]透镜组21接收来自待成像物体的入射光(成像光)并且在固态图像传感器22的成像区域形成图像。固态图像传感器22把通过透镜组21在成像区域形成图像时的入射光量转换为每像素单元的电信号并且将其输出为像素信号。
[0070]DSP电路23处理来自固态图像传感器22的信号。例如，尽管细节将在下文中描述，但是固态图像传感器22具有用于检测焦点的像素，并且处理来自像素的信号来检测焦点。另外，固态图像传感器22具有用于构造被捕捉物体图像的像素，并且处理来自像素的信号使得信号扩展至帧存储器24。
[0071]显示器25由诸如液晶显示装置以及有机EL(Electro Luminescence,电致发光)显示板的平面显示器构成，并且显示动态图像或静态图像。记录单元26将由固态图像传感器22捕捉的动态图像或静态图像记录在诸如录像带和DVD(Digital Versatile Disk,数字通用光盘)的记录载体上。
[0072]操作单元27根据用户的操作发出与成像装置的各种功能相关的操作指令。电源28为诸如DSP电路23、帧存储器24、显示器25、记录单元26以及操作单元27等待供电目标提供各种合适的操作电源。
[0073]图像传感器的构造
[0074]图2是固态图像传感器22的构造示意图，并且是作为例如X-Y寻址系统成像装置中的一种的CMOS图像传感器的原理系统架构图。在此，CMOS图像传感器指的是通过采用CMOS工艺或者部分利用CMOS工艺制造的图像传感器。
[0075]图2所示的CMOS图像传感器100具有包括形成在半导体基板(未示出)上的像素阵列111以及集成在其上形成有像素阵列111的半导体基板上的外围电路的构造。外围电路构造为具有垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114和系统控制单元115。
[0076]CMOS图像传感器100还包括信号处理单元118和数据存储单元119。信号处理单元118和数据存储单元119可以布置在CMOS图像传感器100的基板上，或者可以布置在不同于CMOS图像传感器100的其它基板上。通过信号处理单元118和数据存储单元119的处理可以由外部信号处理单元进行，比如，DSP(数字信号处理器)电路或者布置在不同于CMOS图像传感器100的其它基板上的软件。
[0077]像素阵列111包括单元像素(在此之后可简单称之为“像素”)，每个像素具有用于根据接收光量而产生和累积光电荷的光电转换单兀，该光电转换单兀布置在行方向和列方向上，即以二维阵列方式布置。行方向指的是像素行方向(即，水平方向)，并且列方向指的是像素列方向(S卩，垂直方向)。
[0078]在以行和列布局的像素阵列111中，像素驱动线116沿行方向接入每个像素行，并且垂直信号线117沿列方向接入每个像素列。像素驱动线116传输用于驱动读出来自像素的信号的驱动信号。在图2中，虽然每条像素驱动线116用一条电线示出，但其不限于一条。每条像素驱动线116的一端连接至对应于垂直驱动单元112每一行的输出终端。
[0079]垂直驱动单元112由移位寄存器、地址译码器等组成，并且同时驱动像素阵列111中的每个像素或每行像素。换句话说，垂直驱动单元112和用于控制垂直驱动单元112的系统控制单元115构造了用于像素阵列111中的每个像素的驱动单元。垂直驱动单元112未示出其细节，但通常包括两个扫描系统:读出扫描系统和清除扫描系统。
[0080]读出扫描系统选择性地以行为单位扫描像素阵列111的单元像素以从这些单元像素读出信号。从单元像素读出的信号是模拟信号。清除扫描系统在读出扫描系统扫描快门速度时间前清除由读出扫描系统扫描的读出行。
[0081]通过清除扫描系统从读出行中的单元像素的光电转换单元清除不必要的电荷，因此，光电转换单元复位。通过由清除扫描系统清除(复位)不必要的电荷，来进行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作指丢弃光电荷并且开始新的曝光(开始积聚光电荷)的操作。
[0082]由读出扫描系统读出的信号对应于读出操作之前或者电子快门操作之后的光接收量。从恰在读出操作之前的读出时间或者电子快门操作的清除时间至读出操作的读出时间的时段在此称为单元像素中光电荷的曝光时间。
[0083]由垂直驱动单元112选择性扫描的像素行中的每个单元像素输出的每个信号通过每像素行的每个垂直信号线117输入至列处理单元13。列处理单元113对来自选择的每行的每个像素通过垂直信号线117输出的信号执行预定的信号处理，并且暂时保持信号处理后的像素信号。
[0084]特别地，列处理单元113执行诸如噪声消除处理的信号处理，例如，⑶S (相关双采样)处理。列处理单元113执行的CDS处理消除像素固有的固定模式噪声，诸如复位噪声和像素中放大晶体管的阈值偏差。列处理单元113可以具有除了噪声消除处理之外的AD (模拟至数字)转换功能以将模拟像素信号转换为数字信号并输出。
[0085]水平驱动单元114由移位寄存器、地址译码器等构成，并且按顺序选择对应于列处理单元113的像素行的单位电路。通过由水平驱动单元114选择性地扫描，列处理单元113中处理的像素信号按单元电路顺序输出。
[0086]系统控制单兀115由产生各种时间信号的时间发生器构成,并且基于时间发生器产生的各种时间驱动和控制垂直驱动单元112、列处理单元113以及水平驱动单元114。
[0087]信号处理单元118至少具有算术运算功能，并且执行诸如对从列处理单元113输出的像素信号进行诸如算术运算的各种信号处理。数据存储单元119为信号处理单元118中的信号处理暂时存储必要的数据。
[0088]图3是示出为构造图2所示的CMOS图像传感器100的半导体封装的基本结构的截面示意图，其中CMOS图像传感器100为采用本技术方案的成像装置。图3所示半导体封装200配置为背照型CMOS图像传感器。
[0089]如后文中将描述，具有不同折射率的区域存在于光电二极管214所在的硅表面中。尽管，该区域在图3的半导体封装200中未示出。后文叙述的图3所示的构造为示例。后文叙述的本技术方案可应用于其他构造，其中单层或者多层可添加至后述的每一层或者可以移除后述的任一层。另外，硅基板213可以是具有光电转换功能的其他半导体基板。
[0090]在图3所示的有效像素区域内的半导体封装200中，由绝缘层和金属构成的配线层212配置在支撑基板211上，并且硅基板213配置在配线层212上。支撑基板211可以由娃、环氧树脂玻璃(glass epoxy)、玻璃、塑料等构成。在娃基板213中，多个光电二极管214(光学元件)形成为在预定间隔上的每个像素的光电转换单元。
[0091]在硅基板213和光电二极管214上形成由绝缘物质构成的保护膜。在保护膜215上，用于防止光泄漏至邻近像素的遮光膜216形成在相邻的光电二极管214之间。
[0092]在保护膜215和遮光膜216上，形成为使其上形成有滤色器的区域平坦的平坦化膜217。在滤色器层218中，多个滤色器布置在每个像素中，并且例如以贝叶斯阵列(Bayerarray)排列。
[0093]在滤色器层218上，形成第一有机材料层219。第一有机材料层219由丙烯酸基树脂材料、苯乙烯基树脂材料、环氧基树脂材料等构成。在第一有机材料层219上形成微型镜头220。因此，用于收集光线至每个光电二极管214的微型镜头220形成在每个像素中。微型镜头220是无机材料层并且由SiN、S1、S1xNy (其中0〈x〈 = l，0〈y〈 = I)构成。
[0094]上述微型镜头220，与保护玻璃221通过第二有机材料层222结合。保护玻璃221不限于玻璃，但是可以是用树脂做的透明平板。在微型镜头222和保护玻璃221之间，可形成用于防止水分或杂质进入的保护膜。第二有机材料层222由与第一有机材料层219相似的丙稀酸基树脂材料、苯乙稀基树脂材料、环氧基树脂材料等构成。
[0095]具有不同折射率的区域
[0096]具有不同折射率的区域存在于包括与保护膜215接触的光电二极管214的硅基板213中。图4的左图示出了包括光电二极管214的硅基板213，以及形成在硅基板213上的保护膜215。硅基板213具有折射率n2，并且保护膜215具有折射率nl。例如，当保护膜215为氧化膜时，折射率nl为1.6至2.1。例如，硅基板213具有的折射率n2为3.4至4.2。
[0097]光从具有折射率nl的保护膜215入射至具有折射率n2的硅基板213。当光从具有不同折射率的一种材料进入另一种材料时，例如折射率nl和折射率n2，一部分光被反射。在此情况下，可能减少入射至硅基板213 (光电二极管214配置在硅基板213中)上的光的光量，降低光电二极管214的灵敏度。
[0098]在图4的右图中，横轴表示折射率并且纵轴表示深度。在图4的右图中，实线表示折射率的理想变化。保护膜215具有折射率nl，并且硅基板213具有折射率n2。理论上，折射率逐渐从折射率nl变化为折射率n2。变化用实线示出。但是，如图4右图中的虚线所示，在硅基板213和保护膜215之间边界处折射率从折射率nl突然变化至折射率n2。
[0099]当在硅基板213和保护膜215之间的边界处的折射率之间的差值A大时，它在硅基板213和保护膜215之间边界处引起反射。换句话说，在此情况下，希望折射率nl和折射率n2之间的差值小。
[0100]为了接近折射率nl逐渐变化为折射率n2的理想变化，如图5左图所示的区域301配置在硅基板213中。若干区域301配置在作为光电转换单元的光电二极管214(图5左图中未不出)和娃基板213的光入射表面(其上布置有保护膜的表面)之间。
[0101]区域301具有折射率n3，其中满足nl〈n3〈n2的关系。当保护膜215为氧化膜时，满足 nl (1.6 至 2.1)〈η3〈η2(3.4 至 4.2)的关系。
[0102]在相似于图4的右图的图5右图中，横轴表示折射率并且纵轴表示深度。在图5右图中，实线表示折射率的理想变化。至于图5左图中所示构造，如图5右图中虚线所示，保护膜215具有折射率nl，并且硅基板213的折射率逐渐从折射率n3变化为折射率n2。理想上，折射率逐渐从折射率nl变化为折射率n2。变化用实线示出。通过布置具有折射率n3的区域301，结果表明其接近于实线所表示的变化。
[0103]在硅基板213和保护膜215之间的边界，折射率从折射率nl变化为折射率n3。在硅基板213中，折射率从折射率n3变化为折射率n2。在硅基板213和保护膜215之间边界处的折射率之间的差值B为折射率nl和折射率n3之间的差值。
[0104]满足nl〈n3〈n2的关系，折射率nl和折射率n3之间的差值B小于折射率nl和折射率n2之间的差值A。因为硅基板213和保护膜215之间边界处的折射率的差引起硅基板213和保护膜215之间边界处的反射，所希望的是差值小。通过在硅基板213中布置区域301，差值变小，其中可减少硅基板213和保护膜215之间边界处反射的影响。
[0105]所希望的是，区域301的折射率n3等于折射率nl。当n3 = nl时,在娃基板213中的折射率逐渐从折射率nl(折射率n3)变为折射率n2，如图5右图的实线所示。因此可最有效地抑制硅基板213和保护膜215之间边界处的反射。
[0106]如图5左图中所示，区域301设置在硅基板213中，而不设置在保护膜215中。换句话说，保护膜215布置为使硅基板213不具有凹凸部分。相应地，当保护膜215和滤色器层218形成在硅基板213上时，可以防止硅基板213具有凹凸部分时可能产生的不均匀或者剥落。按此方法，可防止减少产量。
[0107]如图5左图中所示，每个区域301具有三角形状的截面。其每个底面位于保护膜215侧，并且其顶面位于配线层212(未示出)侧。虽然未示出，但是每个区域301配置为圆锥形。每个区域301的形状不限于圆锥形，而是可以为其他形状。例如，每个区域301可以具有预定形状的旋转形状，例如梯形。
[0108]换句话说，每个区域301在靠近硅基板213的光入射表面(在配置保护膜215的表面)的深度处具有宽的区域，并且在远离光入射表面(靠近光电二极管214)的深度处具有窄的区域。
[0109]尽管图5的左图示出了规则布置的区域301，但区域301可以不规则地布置。换句话说，区域301可以随机布置。此外，尽管图5的左图示出了区域301具有相同的高度，区域301可以具有不同的高度。区域301不仅具有不同的高度，还具有不同的底部(底表面)。
[0110]具体地，每个区域301的形状、大小、位置等都不限于图5左图中所示的，而是可以改变。
[0111]区域301配置在硅基板213和光电二极管214的边界之间，区域301以理想的大小(高度)形成以容纳其中。例如，当硅基板213和光电二极管214的边界之间的距离为500nm时，区域301最深的位置(高度)将为小于或等于400nm。
[0112]每个区域301的形状和大小也可构造为使得根据入射到硅基板213上的光的波长优化其形状和大小。例如，区域301可以构造为根据穿透滤色器层218的光的波长优化其形状和大小。当滤色器层218由RGB(红、绿、蓝)组成时，可以根据穿透R、G和B滤色器层218的光的波长优化每个区域301。
[0113]形状、大小、位置将在下述的制造方法中进一步地描述。利用锥形抗蚀剂和离子注入、金属和抗蚀剂掩模、激光等形成区域301。特别地，例如可以通过利用锥形抗蚀剂掩模或硬掩模的离子注入并且通过激光退火形成区域301。
[0114]当区域301配置在硅基板213中，形成在硅基板213上的保护膜215为氧化膜，并且该氧化膜具有1.6至2.1的折射率，形成在硅基板213中的具有不同折射率的微区域301由 a-S1、Si02、SiN 或者 SiC 构成。
[0115]保护膜215可以由氮化膜构成。或者，除了保护膜215以外，可以布置用于抑制反射的防反射膜。由于在硅基板213上配置的膜的折射率，可以适当地对区域301的构造进行相应地变化。
[0116]如下将述，区域301除了上述a-S1、Si02、SiN或者SiC外可以包含非晶硅或者
Si3N3。
[0117]制造
[0118]接着，将参考图6至9所示的流程图描述具有区域301的图像传感器的制造方法。
[0119]首先，将描述通过图6中步骤Sll至S16的流程制造像素的一部分。图1OA和1B均是示出待制造图像传感器的一部分从光入射侧看时的示意图。在此，将描述制造具有四个公用像素和区域301的背照型图像传感器的方法。下述的制造方法可应用于具有其他构造的图像传感器。本技术方案还包括改变基于制造的图像传感器定制的流程的顺序。
[0120]四个公用像素至少共用四个相邻像素中的放大晶体管、选择晶体管、复位晶体管和浮置扩散中的一个，并且光电二极管和转移晶体管安装在每个像素上。
[0121]图1OA所示的像素具有四个像素(光电二极管214-1至214-4)排列为两两共享晶体管的构造。在四个像素的中心形成浮置扩散(图11)区域。用于相邻四个像素的转移晶体管351-1至351-4布置得围绕在浮置扩散周围。
[0122]图1OA所示的像素包括光电二极管214-1至214-4共享的放大晶体管352和复位晶体管353。像素隔离区域配置在光电二极管214周围。光电二极管214-1至214-4的四个像素共享放大晶体管352、浮置扩散371 (图11)和复位晶体管353。
[0123]图1OB示出了图1OA中所示的像素沿截面A和B的截面图。P型阱层配置在光电二极管214周围作为像素隔离区域。在光电二极管214之下布置氧化膜361和硅基板362。
[0124]在步骤Sll (图6)中，通过设置SOI基板制造像素。在此，使用SOI基板和η型电荷累积层。本技术方案也可以应用在使用大块基板和P型电荷累积层的情况。
[0125]在步骤S12中，在靠近氧化膜316的硅基板213上形成底层ρ+层363作为ρ型区域。在步骤S13中，在靠近硅基板213的表面(配置氧化膜361的表面的相对表面)形成晶体管的阱。
[0126]形成ρ型区域的底层ρ+层363和P阱层通过硼离子注入和1000°C退火形成。特别地，底层P+层363的形成是通过在2.5MeV注射5E12/cm2剂量的硼使其浓度约为1E16至lE18/cm3。
[0127]在步骤S14中，形成对应于图1OA和1B中的光电二极管214的η型电荷累积区。在步骤S15中，形成ρ型像素隔离区域。
[0128]N型电荷累积区例如通过磷离子注入形成。ρ型像素隔离区域(P阱隔离)例如通过硼离子注入以及1000°c的退火形成。
[0129]在步骤S16中，形成转移晶体管351、放大晶体管352和复位晶体管353各自的栅极部分。例如通过形成CVD多晶硅膜和光刻图案化形成晶体管的栅极部分。
[0130]通过这些步骤，形成图1OA和1B所示的像素的部分。接着，通过步骤S17至S19，形成图1lA和IlB所示的像素的部分。
[0131]在步骤S17中，形成ρ型空穴累积区。如图1lB所示，空穴累积区372形成在硅基板213的光电二极管214的位置。ρ型空穴累积区例如通过硼离子注入形成。
[0132]在步骤S18中，形成η型浮置扩散(FD) 371。在步骤S19中，形成放大晶体管352和复位晶体管353各自的源极和漏极区域(ND)。
[0133]浮置扩散371、放大晶体管352和复位晶体管353的源极和漏极区域(ND)例如通过砷离子注入和1100°c的快速退火形成。
[0134]通过这些处理，形成图1lA和IlB中所示的像素的部分。接着，通过步骤S20至S23(图7)，形成图12所示的像素的部分。在步骤S20中，形成硅化物阻挡膜。在步骤S21中，形成层间绝缘膜以形成接触插塞(contact plug)。另外,在步骤S22中形成配线层。
[0135]如图12所示，通过执行这些处理，配线层212形成在转移晶体管351、放大晶体管352、复位晶体管353和浮置扩散371上。通过形成配线层212，控制转移晶体管351、放大晶体管352、复位晶体管353和浮置扩散371，从而输出每个设置的像素的信号。
[0136]在步骤S23中，形成平坦化层391和粘附层392。平坦化层391形成在配线层212上，并且粘附层392形成在平坦化层391上。平坦化层391和粘附层392的形成是为了粘附支撑基板以提供背照型结构。
[0137]接着，通过步骤S24至S27，形成图13所示的像素的部分。首先，在步骤S24中，粘附支撑基板211。具体地，如图13所示，支撑基板211粘附至粘附层392。粘附通过使用有机粘合剂或采用等离子粘合剂进行。
[0138]在步骤S25中，倒置晶片。图13示出了已经倒置的状态，并且图12中示为处于上侧的黏着层392处于下侧。在步骤S26中，移除氧化膜361和硅基板362。在步骤S27中，暴露SOI硅基板213的底层ρ+层363。
[0139]虽然在图1OB所示的像素的部分中，氧化膜361和硅基板362设置在硅基板213的下侧，在图13所示的像素的部分中，氧化膜361和硅基板362已经移除并且未被示出。在图13的上侧不出的底层P+层363被暴露的表面将成为光照射表面。
[0140]在步骤S28中，形成区域301。至于区域301的形成，将描述多种形成方法。图8是描述形成区域301的第一方法的流程图。
[0141]形成区域的第一方法
[0142]在步骤S51中，在硅基板213的边界处，执行抗蚀剂图案化以形成锥形。图14是执行形成锥形的预定图案化(registry patterning)之后的示意图，并且示出了从光照射表面观看的硅基板213。图14中，每个“PR”表示光致抗蚀剂，并且每个正方形表示每个光致抗蚀剂形成的形状、大小和位置。
[0143]每个光致抗蚀剂图案化为正方形。利用光致抗蚀剂的属性，区域301形成为圆形。相应地，如下文将述，区域301形成为具有圆锥形。虽然，这里的描述以每个光致抗蚀剂的形状为正方形继续，但每个光致抗蚀剂可以具有三角形或者圆形的形状。
[0144]每个光致抗蚀剂形成的大小和位置可以规则的，但是理想为随机的。例如，当具有同样大小的每个光致抗蚀剂被规则地图案化时，形成的区域301将具有同样的大小并且规则布置。在这种情况下，规则的图案可能呈现为例如重影。为了避免这种情况，每个图案化的光致抗蚀剂的大小和位置均不规则，而是随机的。
[0145]虽然这里的描述以每个将要图案化的光致抗蚀剂的大小和位置为随机的而继续，但其中任何一个都可以是随机的。例如，每个光致抗蚀剂的大小可能一样，但是其位置可能随机。
[0146]希望图案化的光致抗蚀剂紧密地放置。如参考图5所述，区域301配置为缓冲折射率之间的差并且抑制光在硅基板213边界处的反射。如果区域301粗糙地布置在硅基板213上，不能缓冲折射率之间的差，并且任何区域都不能抑制反射。为了防止那些，区域301图案化为区域301紧密布置。
[0147]通过转移焦点图案化光致抗蚀剂。形成图15中所示的光致抗蚀剂。图15示出了通过转移焦点图案化之后的像素的截面。
[0148]每个光致抗蚀剂具有三角或者梯形形状，其中，当从截面图看时，其底部为硅基板213的边界。当硅基板213的边界定义为下侧并且远离硅基板213的边界的方向定义为上侧时，在从底部至上部的方向，越靠近上侧，每个光致抗蚀剂越薄。如上所述，光致抗蚀剂的形状变成圆锥形。
[0149]如图15中所示，当从截面看时，光致抗蚀剂的形状基本上为圆锥形、三角形以及梯形。光致抗蚀剂的大小各异，并且光致抗蚀剂图案化为使得圆锥形的直径不同。在此，当从硅基板213的光照射侧看时，每个光致抗蚀剂的形状为四边形并且每个光致抗蚀剂的形状因此整体上为四棱锥形。但是，底表面的形状不限于四边形。例如，每个光致抗蚀剂可以图案化为具有三棱锥、圆锥形等。
[0150]按此方法，每个光致抗蚀剂通过转移焦距在空间上图案化。虽然，图15示出了所有圆锥形具有同样的高度，但其可以具有不同的高度。如后将述，高度可以改变至其上限。
[0151]在步骤S51中(图8)，如上所述，暴露底层p+层363的硅表面(光照射表面)被抗蚀剂图案化，使其具有四棱锥、三棱锥或者圆锥形。在抗蚀剂图案化时，通过转移焦距设置圆锥形。
[0152]在步骤S52中，进行离子注入。在步骤S53中，移除抗蚀剂。在步骤S54中，进行适当的退火。通过步骤S52至S54，形成图16中所示的像素的部分。
[0153]对图14和图15所示的其中每个光致抗蚀剂图案化的硅基板213，在300keV注入lE16/cm2或者更多剂量的Si离子。例如，在约400nm的深度连续不断地产生非晶形层。当离子注入的温度减退至低于室温时，通过自退火抑制晶体恢复。因此，可以以更低的能量和剂量形成非晶形层。
[0154]通过图案化每个光致抗蚀剂使硅中的非晶形层变为锥形，使得非晶形区域在深度方向减少。非晶硅的折射率为2.4至3.5，低于晶体硅的3.4至4.2的折射率。按此方法，可形成预期的具有不同折射率的微区域301。离子注入之后，通过灰化或者通过利用硫酸过氧化物混合物移除抗蚀剂。
[0155]离子注入并且移除光致抗蚀剂之后，可以设置其中形成有对应于图案化的光致抗蚀剂的区域301的硅基板213。
[0156]或者，在非晶形层形成之后，在10keV注入lE17/cm2剂量的碳、氮或者氧。在约300nm的深度，注入浓度略小于lE22/cm3的碳、氮或者氧。然后，在50keV注入5E16/cm2或者更多剂量的离子，以及在30keV注入5E16/cm2或者更多剂量的离子使得越靠近硅基板213边界，碳、氮或者氧存在的概率越大。
[0157]移除抗蚀剂后，一部分SiC、Si3N4和S12沉淀。因为SiC的折射率为2.6,Si3N4的折射率为1.3至2，以及S12的折射率为1.6至2.1，该折射率可部分减少。通过团簇离子注入，碳、氮或者氧的浓度可增加并且在靠近表面的区域可以提高通过自退火的结晶度。
[0158]按此方法，当注入离子并且移除光致抗蚀剂后，可以设置其中形成有对应于图案化的光致抗蚀剂的区域301的硅基板213。
[0159]在底层p+层中形成具有不同折射率的微区域301，该微区域301的深度浅于底p+层的空穴浓度大于等于lE16/cm3的深度(例如，约500nm)。通过形成满足条件的区域301，由于区域301的缺陷所产生的电子与空穴复合，其中光电二极管214检测产生的电子以防止暗电流和白斑。
[0160]如下文所述，按此方法形成区域301之后，进一步形成滤色器层218等。透过滤色器层218入射到光电二极管214上的光具有对应于滤色器层218的波长。考虑到穿透滤色器层218的入射光的波长，可有效抑制在硅基板213边界处的反射。
[0161]例如，当滤色器层218由RGB(红、绿、蓝)构成时，可进行图案化以设置光致抗蚀齐U，光致抗蚀剂具有使得每个区域301匹配R、G和B光的每个波长的形状。
[0162]如图17所示，布置滤色器层218，并且每个光电二极管214接收穿透滤色器层218的光。具体地，在图17中，光电二极管214-1和光电二极管214-3接收绿(Gr，Gb)光、光电二极管214-2接收红(R)光并且光电二极管214-4接收蓝(B)光。
[0163]每个光致抗蚀剂可以具有对光的波长优化的的直径。每个光致抗蚀剂的直径短于要感应的光的半波长。例如，当要感应的光具有600nm的波长时，每个光致抗蚀剂形成为具有300nm或更小的直径。
[0164]如图17所示，当各个像素(光电二极管214)将要感应的光的波长不同以优化每个像素图案的直径时，例如蓝色像素具有直径150nm，绿色像素具有直径250nm，以及红色像素具有直径300nm。
[0165]在这种情况下，每个形成在接收蓝光的光电二极管214-4的光致抗蚀剂具有150nm的直径。相似地，每个形成在接收绿光的电二极管214-1和光电二极管214-3的光致抗蚀剂具有250nm的直径。另外，每个形成在接收红光的光电二极管214-2的光致抗蚀剂具有300nm的直径。
[0166]相应地，如图17中所示，形成在各个光电二极管214的光致抗蚀剂具有不同的直径。
[0167]图18示出了沿图17所示的线剖取的截面图。在图18中，接收绿(Gr)光的光电二极管214-1处于左侧，以及接收红(R)光的光电二极管214-2处于右侧。
[0168]如上所述，每个光致抗蚀剂具有三角或者梯形的形状，其中从截面看时底面为硅基板213的边界。光致抗蚀剂形成为使得光电二极管214-1和214-2中三角形或者梯形的底面长度不同。如图18所示，接收绿光的光电二极管214-1上的光致抗蚀剂的每个直径(250nm)小于接收红光的光电二极管214-2上的光致抗蚀剂的每个直径(300nm)。
[0169]因此，通常根据图8所示的流程图中的步骤形成对应于接收光的波长的区域301。已经描述了图8所示的流程图，因此在此省略了对其中的细节的描述。
[0170]通过执行图8中所述的步骤，形成图19中所示的区域301。参考图18和19，因为接收绿光的光电二极管214-1上形成的光致抗蚀剂小于接收红光的光电二极管214-2上形成的光致抗蚀剂，如图18所示，光电二极管214-1上形成的区域301要小于光电二极管214-2上形成的区域301。
[0171]形成区域的第二方法
[0172]接着，参考图9的流程图，将描述形成区域301的第二方法。在步骤S71中，形成虚拟层。在步骤S72中，排列微粒。在步骤S73中，进行干法刻蚀。
[0173]换句话说，在形成区域301的第二方法中，形成诸如氧化膜或者树脂层的虚拟层，排列微粒，并进行干法刻蚀，从而形成锥形虚拟层掩模，这不同于形成区域301的第一方法中的抗蚀剂图案化。本 申请人:的日本专利申请特开N0.2010-239003的描述可以应用于该形成。
[0174]图20是从光照射侧看时微粒在其上排列的像素的示意图，并且图21是其截面图。如图21所示，虚拟膜51形成在硅基板213上，并且微粒502排列在其上。
[0175]如图20所示，每个微粒502的大小可以规定为随机或者相同。或者，可以根据像素的颜色定制其大小。另外，微粒502可以如图20所示随机或者规则的排列。但是，因为规则的图案可能会出现重影，所以类似于第一制造方法，希望其大小和排列方式随机。
[0176]在形成虚拟层501并且排列微粒502之后，如图22所示进行干法刻蚀以形成虚拟层501的掩模。当对没有排列微粒502的部分进行干法刻蚀时，该部分作为掩模保留。
[0177]图22所示像素的状况对应于图15所示像素的状况。可类似于用于图15中所示像素的步骤进行后续步骤。特别地，图9所示的步骤S74至S76可以相似于图8中所示的步骤S52至S54进行。
[0178]在步骤S74中，进行离子注入以形成区域301。在步骤S75中，移除虚拟掩模(虚拟层501)。在步骤S76中，进行适当地退火。
[0179]按此方法，利用虚拟层501和微粒502可形成掩模，并且通过离子注入可形成区域301。
[0180]通过第一或第二制造方法，可以在硅基板213中形成与硅基板213具有不同折射率的区域301。一旦以此方式形成区域301，它就进入到步骤S29(图7)。
[0181]在步骤S29中，保护膜215在硅基板213上形成在形成区域301的一侧。例如，保护膜215由厚度为10nm的P-TEOS形成。硅基板213的其上形成有保护膜215的表面形成为不具有凹凸部分，从而形成平坦的膜。
[0182]在步骤S30中，形成遮光膜216、平坦化膜217和微型镜头220，从而制造出背照型固态图像传感器。这些膜可以部分减少以便减少高度和步骤。
[0183]通过在硅基板213上形成与硅基板213和硅基板213上的保护膜215具有不同折射率的区域301，可以抑制由折射率差值产生的光反射。
[0184]通过抑制光反射，入射在光电二极管214上的光量得到提高以提高灵敏度。另外，通过抑制反射，可防止由反射光引起的重影。此外，因为硅基板213不具有凹凸部分，在硅基板213上可以均匀地形成膜。按此方法，可以通过抑制灵敏度的不均匀来提高产量。
[0185]根据本技术方案的本实施例不限于上述实施例，并且可在不脱离本技术方案的范围内进行变化和修改。
[0186]本技术方案可具有下述构造。
[0187](I) 一种图像传感器，包括:
[0188]光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷；
[0189]半导体基板，包括该光电转换单元；以及
[0190]多个区域，所述多个区域均具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的面以及该光电转换单元之间。
[0191](2)根据上述(I)中所述的图像传感器，其中
[0192]所述区域的每一个均形成为具有在靠近该硅基板的光入射表面的深度处面积大，并且在远离该光入射表面的深度处面积小的形状。
[0193](3)根据上述⑴和(2)所述的图像传感器，其中
[0194]该区域的每一个均具有圆锥形。
[0195](4)根据上述⑴至(3)中任一项所述的图像传感器，其中
[0196]满足关系nl〈n3〈n2，其中该半导体基板上的膜具有折射率nl，该半导体基板具有折射率n2，并且所述区域的每一个均具有折射率n3。
[0197](5)根据上述⑴至⑷任一项所述的图像传感器，其中
[0198]所述半导体基板由娃制成。
[0199](6)根据上述⑴至(5)任一项所述的图像传感器，其中
[0200]所述区域包含非晶硅、SiC, Si3N3和S12中的任一种。
[0201](7)根据上述(I)至(6)任一项所述的图像传感器，其中
[0202]氧化膜和氮化膜中的任一种形成在该半导体基板上。
[0203](8)根据上述(I)至(7)任一项所述的图像传感器，其中
[0204]所述区域的每一个均具有10nm至300nm直径,并且具有400nm或以下的最深位置，最深位置的空穴浓度为lE16/cm3或以上。
[0205](9)根据上述(I)至(8)任一项所述的图像传感器，其中
[0206]所述区域根据该光电转换单元接收到的光的波长形成为不同的大小。
[0207](10)根据上述(I)至(9)任一项所述的图像传感器，其中
[0208]该区域通过使用锥形抗蚀剂掩模和硬掩模中任一种的离子注入且通过激光退火形成。
[0209](11) 一种制造图像传感器的制造设备，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括该光电转换单元的半导体基板，该设备包括:
[0210]形成多个区域的单元，所述区域具有与所述半导体基板的折射率不同的折射率，形成在所述半导体基板的光入射的表面与所述光电转换单元之间。
[0211](12)根据上述(11)所述的制造设备，其中
[0212]该区域通过使用锥形抗蚀剂掩模和硬掩模中任一种的离子注入且通过激光退火形成。
[0213](13) 一种制造图像传感器的方法，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括该光电转换单元的半导体基板，该方法包括:
[0214]形成多个区域，其中每个区域具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单兀之间。
[0215](14) 一种电子装置，包括:
[0216]光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷；
[0217]半导体基板，包括该光电转换单元，并且包括多个区域，其中每个区域具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单元之间；
[0218]光学部件，用于将入射光引导至该光电转换单元；以及
[0219]信号处理单元，用于处理从该光电转换单元输出的信号。
[0220]本领域的技术人员应理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计需要和其它因素，可进行各种修改、结合、部分结合和替换。
[0221]相关申请的交叉引用
[0222]本申请要求2013年7月10日提交的日本优先权专利申请JP2013-144502的权益，通过引用将其全部内容结合于此。
【权利要求】
1.一种图像传感器,包括: 光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷； 半导体基板，包括该光电转换单元；以及 多个区域，其每一个区域具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单兀之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域的每一个形成为在靠近该硅基板的光入射的表面的深度处具有较大的面积，并且在远离该光入射表面的深度处具有较小的面积。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域的每一个均具有圆锥形。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 满足关系nl〈n3〈n2，其中该半导体基板上的膜具有折射率nl，该半导体基板具有折射率n2，并且每一个该区域具有折射率n3。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该半导体基板由娃制成。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域包含非晶硅、SiC, Si3N3和S12中的任一种。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 氧化膜和氮化膜中的任一种形成在该半导体基板上。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域的每一个具有10nm至300nm的直径,并且具有400nm以下的最深位置,最深位置的空穴浓度为lE16/cm3以上。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域根据该光电转换单元接收到的光的波长形成不同的大小。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中 该区域通过使用锥形抗蚀剂掩模和硬掩模中任一种的离子注入且通过激光退火形成。
11.一种图像传感器的制造设备，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括该光电转换单元的半导体基板，该设备包括: 形成多个区域的单元，每个区域具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单兀之间。
12.根据权利要求11所述的制造设备，其中 该区域通过使用锥形抗蚀剂掩模和硬掩模中任一种的离子注入且通过激光退火形成。
13.—种制造图像传感器的方法，该图像传感器包括用于把接收到的光转换为电荷的光电转换单元以及包括该光电转换单元的半导体基板，该方法包括: 形成多个区域，其每一个具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成在该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单兀之间。
14.一种电子装置，包括: 光电转换单元，用于把接收到的光转换为电荷； 半导体基板，包括该光电转换单元，并且包括多个区域，其每一个具有与该半导体基板的折射率不同的折射率，形成该半导体基板的光入射的表面以及该光电转换单元之间； 光学部件，用于将入射光引导至该光电转换单元；以及 信号处理单元，用于处理从该光电转换单元输出的信号。
【文档编号】H01L27/146GK104282706SQ201410314809
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】池田晴美 申请人:索尼公司