专利名称：固体成像装置,其制造方法,和使用固体成像装置的相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体成像装置，制造固体成像装置的方法，和使用固体成像装置的相机。本发明特别涉及一种用于获得具有改良特性和较小尺寸的彩色固体成像装置的技术。
背景技术：
在固体成像装置中，将与红(R)、绿(G)和蓝(B)对应的光接收元件布置成例如拜耳阵列。图1是表示传统固体成像装置结构的示意性剖面图。如图1所示，固体成像装置1包括N型半导体层101，P型半导体层102，光接收元件103R、103G、和103B，绝缘层104，遮光膜105，滤色器106R、106G和106B，以及聚光镜107。
P型半导体层102形成在N型半导体层101上。光接收元件103R、103G、和103B埋在P型半导体层102内，并与绝缘层104相接触。在此，借助P型半导体层102的分隔部分将光接收元件103R、103G、和103B彼此分开并使之处于半导体层的分隔部分之间。将遮光膜105埋在绝缘层104内并使其位于P型半导体层102的分隔部分上方。
滤色器106R、106G和106B是包含细颜料颗粒的滤色器，其厚度约为1.5μm到2.0μm。颜料颗粒的直径约为0.1μm。
滤色器106R设置在绝缘层104上并且与光接收元件103R相对。同样，滤色器106G和106B也设置在绝缘层104上并分别与光接收元件103G和103B相对。聚光镜107设置在滤色器106R、106G和106B上。
当光通过聚光镜107时，滤色器106G仅透射绿光，绿光将会聚在光接收元件103G上。遮光膜105阻止已经透过滤色器106G的绿光进入光接收元件103R和103B。在此，光接收元件103R、103G和103B通过光电转换把接收到的光亮度转变成电荷，并将电荷存储在光接收元件中。
这种固体成像装置公开在，例如，日本专利申请公开第H05-6986号中，以及“固体成像装置基础”(Kotaisatsuzousoshi no kiso)中，日本科学技术出版社(Nihon Rikou Shuppannkai)，Andoh和Komobuch著，图像、信息与电视工程学会(the Institute of Image，Information and televisionengineers)编，1999年12月发行，第183-188页。
发明内容
上文中，光从很多方向进入固体成像装置。这样的话，倾斜进入固体成像装置的光(以下称为倾斜光)可能会被与预期的光接收元件不同的光接收元件接收。这将导致色分离功能、分辨率和波长灵敏度下降并且使杂波增强。
此外，需要使象素较小以便提高固体成像装置的分辨率。然而，如果上述颜料颗粒的尺寸过小超出限度，将不可避免地导致灵敏度降低和彩色不均匀。
这些问题可以通过包含滤光单元的固体成像装置得以解决，所述滤光单元能选择性地透射入射光。滤光单元包括两个λ/4多层膜，和夹在λ/4多层膜之间的绝缘层。每个λ/4多层膜包括多个介电层，介电层的光学厚度不是λ/4。
如上所述，由于是用介电多层膜构成滤光单元，所以滤光单元具有较小厚度。这样可防止倾斜光到达与预期象素相邻的象素，从而改善了色分离功能。
在此，两个λ/4多层膜中的每一个都包括第一介电层和第二介电层，其中制成第一介电层的材料与形成绝缘层的材料具有不同折射率，而制成第二介电层的材料与形成绝缘层的材料具有基本上相同的折射率。为此，使形成的第一介电层与绝缘层的主表面接触，而使形成的第二介电层与第一介电层的主表面接触，第一介电层的主表面为朝向远离绝缘层方向的面。
因此，可以按照滤光单元透射的波长确定绝缘层的光学厚度。
按照这种结构，即使当滤光单元的厚度大体上等于入射光的波长(～500nm)时，也能实现色分离。因此，滤光单元可以具有较小厚度，这在减小因倾斜光导致色分离功能下降方面产生了明显效果。
在此，绝缘层内有一个基本上垂直于绝缘层主表面延伸的通孔或槽。通孔或槽中填充有与形成第一介电层的材料相同的材料。当将绝缘层看作二维平面时，根据通孔或槽的面积与绝缘层上除通孔或槽之外的面积之比来确定滤光单元透射的波长。
按照这一结构，在绝缘层内，将折射率不同的材料交替地布置在与绝缘层主表面平行的方向上。由此产生了一个可通过入射光测得的有效折射率，该有效折射率与所述材料的折射率不同，从而可实现波长选择。用这种方式，即使当滤光单元的厚度大体上等于入射光的波长时(～500nm)也能实现色分离。因此，滤光单元可以具有较小厚度，这将在减小因倾斜光而导致色分离功能下降方面产生明显效果。此外，由于不需要多级改变整个绝缘层的厚度，所以可以简化生产工艺，和获得稳定的色分离特性。
在此，固体成像装置进一步包括多个以二维方式设置在半导体衬底内的光接收单元。为此，与多个光接收单元中的每一个单元对应的一部分绝缘层具有向内倾斜的侧表面。
按照这种结构，滤光单元能够会聚入射光。这样可以进一步防止色分离功能下降。
在此，固体成像装置进一步包括多个以二维形式设置在半导体衬底内的光接收单元。为此，可以连续改变绝缘层的光学厚度，从而使多个光接收单元中的每一个单元接收特定波长的光。
按照这种结构，可以改善滤光单元的带通特性。
在此，固体成像装置进一步包括多个以二维形式设置在半导体衬底内的光接收单元。由此，可以按两级或更多级的方式改变一部分绝缘层的厚度，该部分绝缘层是使光透射到多个光接收单元中每一个单元上的部分。
按照这种结构，绝缘层中与每个象素对应部分的厚度产生两级或多级变化。因此，使较宽波长范围的入射光进入与象素对应的光接收单元。由此，可以改善每种彩色的波长敏感度。
在此，在面向远离绝缘层方向的一个λ/4多层膜的主表面上设置吸收部件，所述主表面部分地反射入射光。在此，吸收部件是带有染料或颜料的滤色器。这种结构可以减少因介电多层膜的反射光产生的杂光。
上述问题还可以通过包含固体成像装置的相机得以解决，所述固体成像装置具有选择性透射入射光的滤光单元。滤光单元包括两个λ/4多层膜，和一个夹在λ/4多层膜之间的绝缘层。每个λ/4多层膜包括多个介电层，而且绝缘层的光学厚度不是λ/4。这种相机可在减少色分离下降的基础上获得极佳的特性。
上述问题还可以通过固体成像装置的制造方法得以解决，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元。滤光单元是通过以下处理步骤形成的，所述步骤包括在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜的第一形成步骤，所述第一λ/4多层膜由多个介电层构成；在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层的第二形成步骤；去除第一区域之外的第一绝缘层的第一去除步骤；在第一λ/4多层膜和第一绝缘层的第一区域上形成第二绝缘层的第三形成步骤；去除第二绝缘层中第二区域的第二去除步骤，所述第二区域位于第一λ/4多层膜上；和在第二绝缘层以及第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜的第四形成步骤，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
当制造用介电多层膜形成滤色器的固体成像装置时，为了实现理想的波长选择，将滤色器每一层的厚度控制在纳米级是很重要的。采用上述在最佳条件下完成的膜形成工艺，每一个形成介电多层膜的层都能得到不均匀度为+/-2％的厚度。
上述问题还可以通过固体成像装置的制造方法得以解决，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元。所述滤光单元可通过执行以下步骤形成，所述步骤包括，在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜的第一形成步骤，所述第一λ/4多层膜由多个介电层构成；用剥离法在第一λ/4多层膜的第一区域上形成第一绝缘层的第二形成步骤；用剥离法在第一λ/4多层膜的第二区域上形成第二绝缘层的第三形成步骤，其中所述第二区域与第一区域不同；和在第一绝缘层、第二绝缘层、以及第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜的第四形成步骤，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
通过用剥离法在滤光单元中形成绝缘层，可以产生更有利地控制绝缘层厚度和降低厚度不均匀度的相同效果。
上述问题还可以通过固体成像装置的制造方法得以解决，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元。所述滤光单元可通过执行以下步骤制成，所述步骤包括，在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜的第一形成步骤，所述第一λ/4多层膜由多个介电层构成；在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层的第二形成步骤；去除第一区域之外的第一绝缘层的第一去除步骤；用剥离法在第一绝缘层第一区域中的第二区域上和在第一λ/4多层膜中未形成第一绝缘层的区域上形成第二绝缘层的第三形成步骤；以及在第一绝缘层和第二绝缘层上形成第二λ/4多层膜的第四形成步骤，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
为了形成厚度按三级变化的绝缘层，通常需要三回层形成步骤。然而，按照上述制造方法，可以在将蚀刻法和剥离法相结合的基础上，仅执行两回层形成步骤便可以获得厚度按三级变化的绝缘层。因此，可以简化滤色器形成工艺。这样还可以缩短周转时间和降低制造成本。
上述问题还可以通过固体成像装置的制造方法得以解决，所述同体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元。滤光单元可通过执行以下步骤制成，所述步骤包括，在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜的第一形成步骤，所述第一λ/4多层膜由多个介电层构成；在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层的第二形成步骤；去除第一区域之外的第一绝缘层的第一去除步骤；在第一λ/4多层膜和第一绝缘层的第一区域上形成第二绝缘层的第三形成步骤，第二绝缘层用与第一绝缘层不同的材料制成；去除除了在第一绝缘层第二区域上形成的部分之外的第二绝缘层的第二去除步骤；和在第一绝缘层、第二绝缘层、以及第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜的第四形成步骤，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
为了形成厚度按三级变化的绝缘层，通常需要三回层形成步骤。然而，按照上述制造方法，可以在对两个用不同材料制成的绝缘层进行选择性蚀刻的基础上，仅执行两回层形成步骤便可以获得厚度按三级变化的绝缘层。因此，可以简化滤色器形成工艺。这样还可以缩短周转时间和降低制造成本。
上述问题还可以通过固体成像装置的制造方法得以解决，所述固体成像装置包括多个光接收单元和滤光单元，所述光接收单元以二维的形式设置在半导体衬底内，所述滤光单元选择性地透射入射光。滤光单元包括两个λ/4多层膜，和一个夹在λ/4多层膜之间的绝缘层。每个λ/4多层膜均由多个介电层构成。制造方法包括形成步骤和处理步骤，所述形成步骤是在绝缘层上对应于多个光接收单元中每一个光接收单元的区域中部形成抗蚀层(resist)，处理步骤是通过蚀刻处理该部分绝缘层，使之形成倾斜侧面。
因此，在形成步骤中，形成了具有倾斜侧面的抗蚀层。而且，在形成步骤中，通过改变曝光量形成具有倾斜侧面的抗蚀层。
固体成像装置进一步包括多个光接收单元，光接收单元以二维形式设置在半导体衬底内。在此，根据绝缘层是否具有与光接收单元对应的部分和如果绝缘层有对应部分的话，则根据该部分绝缘层的厚度和/或材料来确定由多个光接收单元中每一个单元接收的光波长。按照这种结构，可以通过包含在介电多层膜内的绝缘层的结构实现色分离。
固体成像装置进一步包括多个以二维形式设置在半导体衬底内的光接收单元。在此，与多个光接收单元中每一个对应的一部分滤光单元透射特定波长的光，而两个λ/4多层膜相对于绝缘层对称配置。
上述问题还可以通过包含滤光单元和光接收单元的固体成像装置得以解决，所述滤光单元选择性地透射入射光，所述光接收单元接收由滤光单元透射的光。滤光单元包括由多个介电层构成的λ/4多层膜。在构成λ/4多层膜的多个介电层中，离光接收单元最远的介电层由低折射率材料制成。这种结构能够防止进入滤光单元的光产生反射，由此实现高质量成像。
上述问题还可以通过包含滤光单元的固体成像装置得以解决，所述滤光单元选择性地透射入射光。滤光单元包括由多个介电层构成的λ/4多层膜，在λ/4多层膜的一个主表面上或在该λ/4多层膜内设有保护层。在此，保护层由氮化硅制成。这种结构能提高固体成像装置的可靠性和抗湿性。
固体成像装置进一步包括以二维形式设在半导体衬底内的多个光接收单元，和会聚入射光的光会聚单元。在此，与多个光接收单元中每一个光接收单元对应的那部分滤光单元透射特定的波长，而且远离多个光接收单元的滤光单元的主表面是平坦的。
按照这种结构，在每个光会聚单元和对应的光接收单元之间可以得到相同距离。因此，可以将具有相同焦距的光会聚单元用于固体成像装置，而不需考虑光接收单元接收不同波长的光。因此，可以减少构成固体成像装置的各种部件的数量，这有利于使制造固体成像装置容易和降低制造成本。
上述问题还可以通过包括多个光接收单元和一个滤光单元的固体成像装置得以解决，所述多个光接收单元以二维方式设置在半导体衬底内，所述滤光单元选择性地透射入射光。在此，滤光单元具有由多个介电层构成的λ/4多层膜，而且(i)多个光接收单元和(ii)高折射率层之间的距离落入1nm和λ的范围内，其中所述高折射率层是指在λ/4多层膜内的两个或更多个高折射率层中最靠近多个光接收单元的高折射率层。按照这种结构，滤色器和光接收元件彼此接触。这能进一步可靠地防止因倾斜光引起的色分离下降。
上述问题还可以通过包含多个单元象素的固体成像装置得以解决，所述单元象素按二维形式布置。多个单元象素中的每一个单元象素包括检测光强度的光接收单元和具有λ/4多层膜的滤光单元，所述λ/4多层膜由多个介电层构成。滤光单元透射红光、绿光和蓝光之一。在此，多个单元象素按拜耳阵列布置，用这种方式，形成方形的每四个相邻单元象素中有两个单元象素包含透射蓝光的滤光单元。
考虑其透射特性，对蓝光来说介电多层膜的半峰全宽应比红光和绿光的情况小。然而，通过采用上述设置可以扩大检测蓝光的波长范围，这可以使固体成像装置具有更高的灵敏度。
上述制造固体成像装置方法的特征在于局部改变绝缘层厚度的技术。采用这种技术，可以在制造形成在光电转换单元上的介电多层膜的过程中实现色分离，从而根据波长分离入射光。该技术并不包括用于改变已形成的层厚度的干蚀刻或湿蚀刻。而是，该技术获得了在形成层时使层厚度发生局部变化的绝缘层。因此，上述制造方法能更好地控制绝缘层的厚度，并降低绝缘层厚度的不均匀性。
上述固体成像装置，在光电转换单元之上，具有介电多层膜，其根据波长分离入射光。在此，通过包含在介电多层膜内且厚度可发生局部变化的一个介电层简单地实现色分离。这意味着，可以借助于厚度大体上等于入射光波长(～500nm)的介电多层膜实现色分离。因此，滤色器可以具有较小的厚度，而且在降低因倾斜光引起的色分离功能下降方面产生明显效果。
图1是表示传统固体成像装置结构的剖面图。
图2是表示与本发明第一实施例相关的固体成像装置结构的平面图。
图3是表示与本发明第二实施例相关的固体成像装置结构的剖面图。
图4是表示制造与本发明第二实施例相关的滤色器方法的部面图。
图5是表示制造与本发明第三实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图6是表示制造与本发明第四实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图7是表示制造与本发明第五实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图8是表示与本发明第二实施例相关的滤色器透射特性的曲线图。
图9是表示当与本发明第二实施例相关的滤色器中隔离层的光学厚度与设计值不同时看到的透射特性的曲线图。
图10是表示制造与本发明第六实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图11是表示与本发明第六实施例相关的滤色器光谱特性的曲线图。
图12展示的是表示介电多层膜的透射特性的曲线图，介电多层膜之一具有隔离层，而其他介电多层膜没有隔离层。
图13是表示制造与本发明第七实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图14是表示制造与本发明第八实施例相关的滤色器的第一制造方法的剖而图。
图15是表示制造与本发明第八实施例相关的滤色器的第二制造方法的剖面图。
图16是表示制造与本发明第九实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图17是表示制造与本发明第十实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图18是表示制造与本发明第十一实施例相关的滤色器方法的剖面图。
图19是表示制造与本发明变型例(1)有关的滤色器方法的剖面图。
图20是表示与本发明变型例(1)相关的滤色器透射特性的曲线图。
图21是表示与本发明变型例(2)相关的滤色器结构的剖面图。
图22是表示与本发明变型例(2)相关的滤色器透射特性的曲线图。
图23是表示与本发明变型例(3)相关的滤色器结构的剖面图。
图24是表示与本发明变型例(3)相关的滤色器透射特性的曲线图。
图25是表示与本发明变型例(4)相关的固体成像装置结构的剖面图。
图26是表示与本发明变型例(4)相关的滤色器透射特性的曲线图。
图27是表示与本发明变型例(5)相关的滤色器透射特性的曲线图。
图28是表示与本发明变型例(6)相关的滤色器配置的剖面图。
图29是表示多层结构的剖面图，其中低折射率材料和高折射率材料彼此交替设置，两种材料对可见光都有高穿透率。
图30是表示例如λ/4多层膜透射特性(模拟值)的曲线图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述与本发明实施例相关的固体成像装置，制造固体成像装置的方法，和相机。
第一实施例与第一实施例相关的固体成像装置，除了其滤色器结构之外，具有与传统固体成像装置(参见图1)大致相同的剖面结构。
图2是表示与第一实施例相关的固体成像装置结构的平面图。如图2所示，在与第一实施例相关的固体成像装置2中，将作为光接收单元的单元象素(阴影部分)布置成二维形式。垂直移位寄存器选择行，而水平移位寄存器选择选定行中有关象素的信号。用这种方式，可通过输出放大器(图2中未示出)输出与每个象素对应的彩色信号。驱动电路使垂直移位寄存器、水平移位寄存器和输出放大器工作。
按照第一实施例，通过介电多层膜形成滤色器，其中低折射率材料和高折射率材料交替层叠。低折射率材料的一个实例是氧化硅(SiO2)，而高折射率的一个实例是氮化硅(Si3N4)。不用说，构成介电多层膜的各层与构成固体成像装置2的各层沿同样的方向层叠。除了一层之外，构成介电多层膜的各层均具有大致相同的光学厚度。在此，将层的光学厚度表示为nd，nd是通过将表示形成该层材料的折射率n乘以表示该层厚度的d得到的乘积。
借助于这种结构，滤色器可以具有较小厚度，该厚度可以使光接收元件和遮光膜之间形成较小距离。所以，第一实施例能可靠地防止因倾斜光引起的色分离下降。
即使是当增大光会聚角以提高微透镜的光会聚效率时，第一实施例也能够产生防止色分离下降的同样效果。因此，与第一实施例相关的固体成像装置2具有良好的灵敏度。
第二实施例下面描述与本发明第二实施例相关的固体成像装置。与第二实施例相关的固体成像装置除了介电多层膜的结构之外，与第一实施例涉及的固体成像装置具有基本上相同的结构。
图3是表示与第二实施例相关的固体成像装置结构的剖面图。如图3所示，固体成像装置4包括N型半导体衬底401，P型半导体层402，光接收元件403R、403G和403B，绝缘层404，遮光膜405，滤色器406，和微透镜407。
固体成像装置4的构成方式是，在N型半导体层401上依次层叠P型半导体层402，光接收元件403R、403G和403B，能透射光的绝缘层404，遮光膜405，滤色器406，和微透镜407。
与第二实施例相关的滤色器406的特征在于该滤色器为介电多层膜，其中二氧化钛(TiO2)层406a、406c、406e和406g，以及二氧化硅(SiO2)层406b、406d和406f彼此交替层叠。
图4表示滤色器406的制造工艺。应注意，图4中并未示出遮光膜405和光接收元件403R、403G和403B，因为它们与滤色器406的制造工艺无关。如图4A所示，开始时，TiO2层406a，SiO2层406b，TiO2层406c，SiO2层406d按所述的顺序形成在绝缘层404上。这些层406a-406d是用射频(RF)溅射装置形成的。
与第二实施例相关的滤色器406具有λ/4多层结构，所述λ/4多层结构的设定中心波长λ为530nm。TiO2层406a和406c，SiO2层406b的光学厚度均为λ/4＝132.5nm，而SiO2层406d的光学厚度为150nm。
此后，如图4B所示，在SiO2层406d上的蓝色区内形成抗蚀层50。具体地说，抗蚀层50的形成方式是，将抗蚀层置于SiO2层406d上，进行热处理(预焙)，用诸如分档器(stepper)等曝光装置曝光，用诸如有机溶剂等材料显影，和再次进行热处理(后焙)。抗蚀层50的厚度为1μm。在此，蓝色区是滤光片406的一个区域，将该区域设计成能够使光接收元件403B检测到蓝光。
随后，通过蚀刻除去末被抗蚀层50覆盖的那部分SiO2层406d。更详细地说，所述蚀刻工艺是采用CF气的干蚀刻，而且是在蚀刻气是CF4的条件下进行的，气体流量是40sccm，施加的RF功率是200W，真空度是0.050Torr。
可以不用干蚀刻，而是采用利用氢氟酸或类似物的湿蚀刻，因为SiO2和TiO2对氢氟酸具有高蚀刻选择性。在这种情况下，用把带有抗蚀层50的SiO2层406d浸泡在以1∶4比例混合的氢氟酸和氟化铵溶液中5秒钟的方式，对带有抗蚀层50的SiO2层406d进行蚀刻。这样便把SiO2层406d处理成图4B中所示的状态。
接着，在用有机溶剂或类似物除去抗蚀层50后，用RF溅射装置形成图4C中所示的SiO2层。新的SiO2层的光学厚度为45nm。这意味着，SiO2层406d的蓝色区域的光学厚度为195nm，而SiO2层406d其它部分的光学厚度为45nm。
随后，在SiO2层406d的蓝色区和红色区内形成如图4D所示抗蚀层51。接着，通过蚀刻除去未被抗蚀层51覆盖的那部分SiO2层406d。蚀刻工艺之后，除去抗蚀层51。在此，红色区是滤色器406的一个区域，将该区域设计成能够使光接收元件403R检测到红光。
接下来，用RF溅射装置在蓝色、红色和绿色区域中按顺序形成如图4E所示的TiO2层406e、SiO2层406f和TiO2层406g。在此，TiO2层406e和406g，以及SiO2层406f的光学厚度均为λ/4。
用这种方式，可以制造与第二实施例相关的滤色器406。通过采用上述制造方法，获得的构成滤色器406每一层的厚度不均匀度均在+/-2％以内。因此，滤色器406可以完成高精度色分离。
第三实施例下面描述与本发明第三实施例相关的固体成像装置。与第三实施例相关的固体成像装置除了制造滤色器的方法外，与第二实施例涉及的固体成像装置具有相同的结构。下面将主要解释第三实施例中制造滤色器的方法。
图5是表示制造与第三实施例相关的滤色器的工艺。与图4相类似，图5没有示出的遮光膜等。
如图5A所示，开始时在绝缘层604上依次形成TiO2层606a，SiO2层606b，TiO2层606c，从而构成λ/4多层结构。此外，与第二实施例相类似，在TiO2层606c上的红色和绿色区域内形成厚度为2.5μm的抗蚀层60。
随后，用RF溅射装置在蓝色、红色和绿色区域内形成如图5B中所示的SiO2层606d。SiO2层606d的光学厚度为195nm。
接着，如图5C所示，用有机溶剂或类似物去除抗蚀层60。由此去除了形成在抗蚀层60上的一部分SiO2层606d，即，SiO2层606d的红色和绿色区域(剥离法)。从而，SiO2层606d的蓝色区域保留下来。
此后，如图5D所示在蓝色和绿色区域内形抗蚀层61。
接下来，如图5E所示，在蓝色、红色和绿色区域内形成SiO2层。这一新的SiO2层的光学厚度为45nm。
之后，去除抗蚀层61。由此，去除在抗蚀层61上形成的一部分SiO2层，即，SiO2层的蓝色和绿色区域。结果，如图5F所示，留下了SiO2层的红色区域。
最后，如图5G所示，在蓝色、红色和绿色区域中依次形成TiO2层606e，SiO2层606f，TiO2层606g。
以上叙述表明，与第三实施例相关的制造方法也能制造与第二实施例相关的固体成像装置。与第三实施例相关的制造方法与第二实施例涉及的制造方法能产生相同的效果。具体地说，形成的滤色器每一层的厚度不均匀度均在+/-2％以内。此外，可以制造出高尺寸精度的固体成像装置。
第四实施例下面描述与本发明第四实施例相关的固体成像装置。与第三实施例相类似，第四实施例的特征在于制造滤色器的方法。在此，与第四实施例相关的固体成像装置基本上与第二实施例涉及的固体成像装置相同，但是在以下特征上有区别。按照第二实施例，滤色器包括穿越红色和蓝色区域的SiO2层，而且SiO2层在红色和蓝色区域中分别具有不同的光学厚度。另一方面，按照第四实施例，滤色器包括穿越红色、绿色和蓝色区域的SiO2层，而且SiO2层在红色、绿色和蓝色区域内分别具有不同厚度。
图6表示制造与第四实施例相关的滤色器的方法。开始时，如图6A所示，在绝缘层704上按规定的顺序形成TiO2层706a，SiO2层706b，TiO2层706c和SiO2层706d。TiO2层706a和706c，以及SiO2层706b的光学厚度均为λ/4，而SiO2层706d的光学厚度为195nm。
随后，在SiO2层706d的绿色和蓝色区域内形成抗蚀层70。接着，如图6B中所示，通过蚀刻去除与红色区域对应的那部分SiO2层706d。该蚀刻工艺可以是采用CF气的干蚀刻，或是采用氢氟酸的湿蚀刻。
接着，用有机溶剂或类似物去除抗蚀层70，并且如图6C所示，在SiO2层706d的蓝色区域内形成抗蚀层71。
之后，如图6D所示，用RF溅射装置在所有区域上形成光学厚度为55nm的SiO2层。
接下来，用有机溶剂或类似物去除抗蚀层71。如图6E所示，由此去除形成在抗蚀层71上的一部分SiO2层(剥离法)。用这种方式，得到的SiO2层706d的光学厚度在绿色区内为250nm，在蓝色区内为195nm，而在红色区内为55nm。
随之，在SiO2层706d上依次形成TiO2层706e，SiO2层706f，TiO2层706g。由此，便制成了与第四实施例相关的滤色器。
通常，通过分别形成三个不同厚度的不同部分来制作包含在与第四实施例相关的滤色器中且光学厚度按三级变化的SiO2层706d。然而，由于采用了蚀刻法和剥离法，使得与第四实施例相关的制造方法仅包含两回层形成步骤便可形成光学厚度按三级(55nm，195nm，和250nm)变化的SiO2层706d。所以，可以缩短周转时间(TATturnaround time)，和降低生产成本。
第五实施例下面将描述与本发明第五实施例相关的固体成像装置。与第五实施例相关的固体成像装置除了滤色器的结构外，与第二实施例涉及的固体成像装置具有大体上相同的结构。
在第二实施例涉及的固体成像装置的滤色器中，SiO2层和TiO2层彼此交替设置。然而，在第五实施例涉及的固体成像装置的滤色器中，附加形成了氧化镁(MgO)层，以便调节透射光的波长。下面主要描述第五实施例中制造滤色器的方法。
图7表示制造与第五实施例相关的滤色器的方法。开始时，如图7A所示，在绝缘层804上按规定的顺序形成TiO2层806a，SiO2层806b，TiO2层806c和SiO2层806d。TiO2层806a和806c以及SiO2层806b的光学厚度均为λ/4，而SiO2层806d的光学厚度为195nm。
随后，在SiO2层806d上形成抗蚀层80，并去除与红色区域对应部分的抗蚀层80。接着，如图7B所示，通过蚀刻去除与红色区域对应的那部分SiO2层806d。
然后，如图7C所示，用RF溅射装置在所有区域上形成光学厚度为55nm的氧化镁层81。
之后，如图7D中所示，在绿色和红色区域上形成抗蚀层82，并除去与蓝色区域对应的那部分MgO层81。在此，与SiO2层706d相类似，可以借助采用CF气体的干蚀刻或采用氢氟酸的湿蚀刻去除所述部分的MgO层81。
接下来，如图7E所示，去除抗蚀层82，并如图7F所示，依次形成TiO2层806e，SiO2层806f，TiO2层806g。
所以，在绿色区域内，得到的SiO2层806d和MgO层81的光学厚度为250nm。在蓝色区域内，得到的SiO2层806d的光学厚度为195nm。在红色区域内，得到的MgO层81的光学厚度为55nm。因此，可以得到所需要的滤色器特性。
按照第五实施例，可以借助于两种不同材料(SiO2和MgO)选择性地进行蚀刻，所述材料具有彼此间按照蚀刻率确定的蚀刻选择性。因此，仅通过执行一次分别形成SiO2层806d和MgO层81的步骤，就可以形成光学厚度按三级变化的绝缘层。所以，可以缩短TAT，和降低生产成本。
性能评价下面将根据第二实施例涉及的滤色器406的透射特性给出评价结果。应注意到，其与第三实施例相关的滤色器具有相同的透射特性。图8是表示与第二实施例相关的滤色器406的透射特性曲线图。如从图8中所看到的，滤色器406能精确地把入射光分成红光、绿光和蓝光。尽管图中未示出对第四和第五实施例的评价结果，但是第四和第五实施例涉及的滤色器也同样能精确地把入射光分成红光、绿光和蓝光。
图9是表示在第二实施例涉及的滤色器406中，当SiO2层406d的光学厚度(在下文中，把夹在光学厚度为λ/4的层之间，但本身的光学厚度又不为λ/4的层称为“隔离层”)与设计值不同，例如相差0nm和+/-3nm时，观察到的透射特性曲线图。
如从图9中看到的那样，光学厚度相差3nm的隔离层会导致透射光的峰值发射波长(peak emission wavelength)发生大约10nm的变化。换句话说，如果隔离层的光学厚度与设计值相差3nm，则观察到的分成红、绿和蓝光的分色精度将极大地降低。这将使得固体成像装置不可能在实际中得以应用。为此，当形成隔离层时，需精确地控制其光学厚度。
按照本发明上述实施例涉及的制造方法，可以很精确地形成隔离层。由此可减少当隔离层的光学厚度与设计值不同时导致的波长选择特性降低，从而可防止在小尺寸固体成像装置中灵敏性降低和减小彩色不均匀度。
通常，是通过分别形成滤色器和诸如光接收元件的其它结构，然后将它们结合到一起来制造固体成像装置的。然而，按照本发明，滤色器是在制造光接收元件和类似物的晶片生产过程中同时制成的。这样可以提高生产率，并降低生产成本。
在此，只要隔离层具有合适的光学厚度，形成滤色器的层数可以大于或小于7。此外，在隔离层各侧上的层数可以相同或不同。
而且，形成滤色器406各层的材料并不限于在以上的描述中提及的TiO2、SiO2和MgO。此外还可以使用五氧化二钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(SiN)、四氮化三硅(Si3N4)、三氧化二铝(Al2O3)、氟化镁(MgF2)或氧化铪(HfO3)。
第六实施例下面将描述与本发明第六实施例相关的固体成像装置。与第六实施例相关的固体成像装置除了滤色器的制造方法之外，与第四实施例涉及的固体成像装置具有相同的结构。
图10表示与第六实施例相关的滤色器的制造方法。如图10A中所示，用RF溅射装置按规定的顺序在绝缘层904上形成TiO2层906a，SiO2层906b，TiO2层906c，SiO2层906d和TiO2层906e。TiO2层906a和906c以及SiO2层906b和906d形成λ/4多层结构。TiO2层906e是隔离层。
随后，在隔离层906e上形成抗蚀图案90，进而如图10B所示，对隔离层906e的红色区域进行蚀刻。
接着，如图10C所示，去除抗蚀图案90，之后形成抗蚀图案91，进而对隔离层906e的绿色区域进行蚀刻。
然后，如图10D所示，在隔离层906e上形成SiO2层906f，TiO2层906g，SiO2层906h和TiO2层906i。由此，便制成了滤色器。滤色器的光学厚度在蓝色区域是622nm，在红色区域是562nm而在绿色区域是542nm。
(1)光谱特性下面将描述与第六实施例相关的滤色器的光谱特性。图11表示与第六实施例相关的滤色器光谱特性的曲线图。在假设TiO2(高折射率材料)的折射率是2.5，SiO2(低折射率材料)的折射率是1.45，隔离层的光学和物理厚度在蓝色区是200nm及80nm，在红色区是50nm和20nm，在绿色区是0nm和0nm的条件下，用特征矩阵法获得光谱特性。在此，可以说，SiO2层906d和906f合在一起的光学厚度λ/2在绿色区域内起隔离层的作用。
如从图11中所能看到的，根据不同的厚度，隔离层允许不同波长的光透射。
应当注意到，高折射率材料除了TiO2之外，还可以是氮化硅，五氧化二钽、氧化锆或类似物，低折射率材料也可以是SiO2之外的材料。
(2)透射特性下面将描述介电多层膜的透射特性。图12包括的曲线表示了不包含隔离层的介电多层膜和包含隔离层的介电多层膜的透射特性。在此，图12中所示的透射特性只针对垂直入射光，是根据菲涅耳系数，在膜的对数是10和设计中心波长为550nm的条件下，用矩阵法获得的。在图12中的每个曲线中，透射率是沿着垂直轴标绘的，而进入介电多层膜的光波长是沿着水平轴标绘的。
如图12A中所示，当由氮化硅和二氧化硅构成的整个介电多层膜形成λ/4多层膜时，介电多层膜反射的波长在设计波长为中点的波长范围内。在此，当形成多层膜的低折射率和高折射率材料之间的反射率差增加时，该反射范围变得较宽。
另一方面，假设介电多层膜包括光学厚度不是λ/4的隔离层，和对称构成在隔离层上下侧的λ/4多层膜。如图12B所示，这种结构构成了透射波长在设计波长附近的滤色器，所述设计波长处于各λ/4多层膜的反射范围内。当隔离层的厚度发生变化时，滤色器透射不同峰值发射波长的光。
考虑到这一特征，用介电多层膜形成与第六实施例相关的滤色器。因此，滤色器的厚度大体上等于入射光(约为500nm)的波长。所以，第六实施例可以构成小尺寸固体成像装置，而且有效地防止了因倾斜光引起的色分离下降。
而且，根据第六实施例，可以在形成光接收元件等的晶片制作过程中形成滤色器。这样可以得到质量稳定和制造成本低的固体成像装置。
第七实施例下面将描述本发明的第七实施例。与第七实施例有关的固体成像装置除了包含在滤色器中的隔离层结构之外，与上述实施例涉及的固体成像装置具有大体上相同的结构。按照上述实施例，仅仅通过改变隔离层的厚度来调节滤色器透射的光波长。然而，按照第七实施例，通过用厚度不变的两种不同材料形成隔离层来调节滤色器透射的光波长。换句话说，按照第七实施例，沿着平行于衬底主表面的方向交替布置两种折射率不同的材料，来调节滤色器透射的光波长。
图13表示与第七实施例有关的滤色器的制造方法。开始时，如图13A所示，在绝缘层1004上形成TiO2层1006a，SiO2层1006b，TiO2层1006c，SiO2层1006d和TiO2层1006e。TiO2层1006e是隔离层。
随后，如图13B所示，在TiO2层1006e上形成抗蚀图案1000。
接着，利用抗蚀图案1000对TiO2层1006e进行蚀刻。用这种方式，在TiO2层1006e的红色区域内形成多个通孔或槽。在此，将通孔或槽设置在平行于TiO2层1006e主表面的方向上。当将TiO2层1006e的红色区域看作二维平面时，去除部分(槽)和非去除部分之间的面积比是4∶1。基于此，用下列公式定义TiO2层1006e红色区域的折射率。
((SiO2的折射率)×4/5)+((TiO2的折射率)TiO2×1/5)在此，通过蚀刻工艺将TiO2层1006e的绿色区域完全除去。
之后，在TiO2层1006e和因去除TiO2层1006e的绿色区域而暴露的一部分SiO2层1006d上依次形成SiO2层1006f，TiO2层1006g，SiO2层1006h和TiO2层1006i。这样，便制成了滤色器。
按照第七实施例，只需要很少的步骤就可制造固体成像装置。这样能缩短TAT，和降低制造成本。
第八实施例下面将描述与本发明第八实施例相关的固体成像装置。与第八实施例相关的固体成像装置具有与上述实施例涉及的固体成像装置大体上相同的结构，但是在滤色器朝着光接收元件会聚入射光这一点上不同。
图14表示与第八实施例相关的滤色器的制造工艺。如图14A所示，开始时，在绝缘层1104上形成TiO2层1106a，SiO2层1106b，TiO2层1106c，SiO2层1106d和TiO2层1106e。TiO2层1106e是隔离层。
随后，在TiO2层1106e上形成抗蚀图案1100。接着，如图14B所示，对TiO2层1106e的红色区域进行蚀刻。
接着，在TiO2层1106e上形成抗蚀图案1101。然后，如图14C所示，对TiO2层1106e的绿色区域进行蚀刻。
之后，如图14D所示，在TiO2层1106e上每个红、绿和蓝色区域的中部形成抗蚀图案1102。
接下来，如图14E所示，用光刻法和干蚀刻将TiO2层1106e的每个红、绿和蓝色区域加工成具有倾斜的侧面。
最后，去除抗蚀图案1102，并形成SiO2层1106f，TiO2层1106g，SiO2层1106h和TiO2层1106i。这样，便制成了滤色器。在此，TiO2层1106e的每个红色、绿色和蓝色区域都具有如上所述的倾斜侧面。因此，由SiO2层1106f，TiO2层1106g，SiO2层1106h和TiO2层1106i构成的每个红色、绿色和蓝色层叠区域也都具有倾斜的侧面。
借助这种倾斜侧面，通过每个红色、绿色和蓝色区域的侧面进入滤色器的的光都会聚到每个区域的中部。因此，第八实施例能够更可靠地防止因倾斜光引起的色分离下降。此外，与第八实施例相关的滤色器通过会聚入射光还能部分地起到微透镜的作用。所以，可利用具有较小厚度的微透镜得到小尺寸的固体成像装置。
下面将描述其红色、绿色和蓝色区域具有倾斜侧面的滤色器的另一制造方法。图15示出了其红色、绿色和蓝色区域具有倾斜侧面的滤色器的另一制造方法。图15所示的步骤与图14所示的步骤相同。在图15C所示的步骤之后，如图15D所示，形成抗蚀图案1203，该抗蚀图案与红色、绿色和蓝色区域相对应的各部分具有倾斜侧面。图15E和15F所示的步骤与图14E和14F中所示的步骤相同。该另一制造方法同样可以获得上述滤色器。
与上述实施例涉及的制造方法相类似，第八实施例涉及的制造方法能够得到小尺寸固体成像装置，提高生产率，和降低制造成本。
第九实施例下面将描述本发明的第九实施例。与第九实施例相关的固体成像装置除了包含在滤色器内的隔离层的形状之外，基本上与上述实施例涉及的固体成像装置具有相同结构。按照上述实施例，在每个红色、绿色和蓝色区域内，隔离层的厚度是均匀的。然而，按照第九实施例，在一种颜色区域内，隔离层的厚度可产生多级变化，由此使该滤色器区域能够透射较宽的光波带。
图16表示与第九实施例相关的滤色器的制造方法。如图16B所示，与第九实施例相关的制造方法具有利用抗蚀图案1301，通过蚀刻去除TiO2层1306e上部分蓝色区的附加步骤。由于这个附加步骤，TiO2层1306e蓝色区域的厚度可以产生两级变化。这使得滤色器能通过较宽波长范围的蓝光，因此提高了透射特性。
根据上述描述，隔离层蓝色区域的厚度产生两级变化，但第九实施例并不限于此。隔离层蓝色区域的厚度可以产生三级或更多级变化。此外，厚度产生多级变化的区域也可以在隔离层的红色或/和绿色区域。
此外，高折射率材料除了TiO2之外，还可以是氮化硅，五氧化二钽、氧化锆或类似物，低折射率材料也可以是SiO2之外的材料。
第九实施例可以得到厚度基本上等于入射光波长的小厚度滤色器。因此，可以防止因倾斜光引起的色分离下降，和得到小尺寸固体成像装置。此外，可提高生产率，和降低制造成本。
第十实施例下面将描述本发明的第十实施例。与第十实施例相关的固体成像装置具有与上述实施例涉及的固体成像装置基本相同的结构，但是不同点在于第十实施例中隔离层的厚度是连续变化的。
图17表示与第十实施例相关的滤色器的制造方法。如图17A所示，开始时，在绝缘层1404上按规定顺序形成TiO2层1406a，SiO2层1406b，TiO2层1406c，SiO2层1406d和TiO2层1406e。
随后，如图17B所示，用光刻法形成抗蚀图案1401，所述抗蚀图案1401的厚度从蓝色区域朝着绿色区域逐渐减小。关于光刻工艺使用的光掩模，随着抗蚀图案1401厚度的逐渐减小，在光掩模上形成的铬(Cr)膜的透射率产生连续变化，从而在曝光期间逐渐改变光的透射特性。
接着，对TiO2层1406e进行干蚀刻，从而如图17C所示，使它的厚度随抗蚀图案1401的形状逐渐减小。
最后，如图17D所示，在TiO2层1406e上依次形成SiO2层1406f，TiO2层1406g，SiO2层1406h和TiO2层1406i。由此，便制成了滤色器。
第十实施例能进一步提高带通特性。
第十一实施例下面将描述本发明的第十一实施例。与第十一实施例相关的固体成像装置与上述实施例涉及的固体成像装置具有大体上相同的结构，但不同点在于第十一实施例具有吸收部件，所述吸收部件吸收由滤色器反射的光。
图18表示与第十一实施例相关的滤色器的制造方法。图18A-18C中所示的步骤已经在上述实施例中说明。
如图18D所示，与第十一实施例相关的滤色器具有分别适用于TiO2层1506i上各种颜色的吸收部件1507b，1507r和1507g。用包含例如染料或颜料的滤色器可以制成吸收部件1507b，1507r和1507g。
如上所述，由介电多层膜构成的滤色器仅透射特定波长的光，并反射其他波长。由于例如在同体成像装置的表面上多次反射，反射的光可能进入错误的光接收元件。该问题可以通过第十一实施例得以解决，该实施例在滤色器上设有吸收部件。因此，第十一实施例可以减少因这种反射光导致出现的杂光。
变型例本发明并不限于上述实施例，其还包括以下变型例。
(1)根据上述实施例，滤色器的最外层总是用高折射率材料(TiO2)制成。然而，本发明并不限于此，其最外层可以用低折射率材料制成。
图19表示最外层用低折射率材料制成的滤色器的制造方法。如图19A所示，开始时，在绝缘层1604上形成TiO2层1606a，SiO2层1606b，TiO2层1606c，SiO2层1606d。
此后，如图19B和19C所示，通过蚀刻调节作为隔离层的SiO2层1606d的厚度。最后，如图19D所示，在SiO2层1606d和TiO2层1606c的绿色区域上形成TiO2层1606e，SiO2层1606f，TiO2层1606g，和SiO2层1606h。
图20是表示与该变型例相关的滤色器透射特性的曲线图。将图20与图8相比显示出蓝光和红光中每种光的峰值透射率提高到约100％，而且绿光的峰值透射率也提高到接近100％。
当与外层由高折射率的材料相比时，按照该变型例，入射光不太可能由滤色器中的最外层反射。因此，可以完成更佳的成像。而且，已经证实，用低折射率材料制成的隔离层比用高折射率材料制成的隔离层取得了更好的光谱敏感性。
(2)上述实施例没有提及保护层，但可以在面对绝缘层或微透镜的滤色器表面上或在滤色器内形成保护层。通过在这样的位置上形成保护层(例如氮化硅层)可以提高固体成像装置的可靠性和抗湿性。图21是表示与该变型例相关的滤色器的剖面图。如图21所示，在绝缘层1704上依次形成保护层1705和滤色器1706。在此，保护层1705由氮化硅制成。
图22是表示与该变型例相关的滤色器透射特性的曲线图。如从图22中所看到的，添加了保护层1705并没有导致透射特性出现明显降低。
如上所述，添加保护层能提高固体成像装置的可靠性和抗湿性。
(3)按照上述实施例，当观察其剖面时，面向微透镜的滤色器表面的成形方式总是与隔离层的表面相同。本发明并不限于此，而且包括以下变型例。
图23表示与该变型例相关的滤色器。如图23所示，在与该变型例相关的滤色器1806中，在绝缘层1804上形成彼此交替的TiO2层和SiO2层。此外，在面对微透镜的滤色器1806的表面上形成SiO2层1806g，该层的厚度根据滤色器1806的不平整表面进行调节。在此，面对微透镜的SiO2层1806g的表面是平整的。
图24是表示滤色器1806透射特性的曲线图。如从图24所看到的，尽管存在SiO2层1806g，但滤色器1806具有极佳的透射特性。
借助这种结构，可以容易地形成微透镜。所以，可以提高生产率，和降低制造成本。此外，不再需要针对每种色彩使用不同焦距的微透镜。
(4)根据上述实施例，滤色器总是形成在绝缘层上。然而，本发明并不限于此，其还包括以下变型例。
简言之，可以使形成的滤色器与光接收元件相接触。图25是表示与该变型例相关的固体成像装置结构的剖面图。
如图25所示，与该变型例相关的固体成像装置包括N型半导体衬底1901，P型半导体层1902，光接收元件1903，滤色器1906，绝缘层1904，遮光膜1905，和微透镜1907。图26是表示滤色器1906透射特性的曲线图。图26证实，与该变型例相关的滤色器1906的透射特性没有特别降低。
按照该变形例，使得形成的滤色器与光接收元件相接触。这样能够更可靠地防止因倾斜光引起的色分离下降。
在此，从半导体的表面到滤色器中高折射率层的距离可以不小于1nm，但也不大于滤色器透射的光波长。在半导体的表面和滤色器中高折射率层之间，可以设置形成滤色器的低折射率层或缓冲层。例如，当滤色器中的高折射率层是TiO2层，而低折射率层是SiO2层时，从TiO2层到光接收元件(半导体表面)的距离优选落在上述范围内。换句话说，理想的是使与光接收元件相接触的SiO2层的光学厚度落入上述范围内。
(5)按照上述实施例，滤色器的形成方式是TiO2层和SiO2层彼此交替。在这种滤色器中，TiO2层和SiO2层中的任一个均可作为隔离层。
然而，从透射率的角度考虑，更优选的是用SiO2层作为隔离层。图27是表示用TiO2层作为隔离层的滤色器透射特性曲线图。如从图27中所看到的，当隔离层是TiO2层时，蓝、绿和红光的峰值透射率没有一个达到90％。
另一方面，例如，当隔离层是SiO2层时，如从图8中所看到的，蓝、绿和红光中每一个的峰值透射率均达到95％或更高。为此，在交替层叠SiO2层和TiO2层形成的滤色器中，隔离层优选为SiO2层。
在此，隔离层的光学厚度优选不大于滤色器透射的光波长，且不小于1nm。通过在该范围内改变隔离层的光学厚度，可以将滤色器透射的峰值光波长自由设定在可见光范围内。
(6)上述实施例仅简单地指出滤色器的红、绿和蓝色区域以拜耳阵列的形式布置。下面将具体描述滤色器中红、绿和蓝色区域的理想布置。
图28表示与该变型例相关的滤色器中红、绿和蓝色区域的布置，其详细地表示了拜耳阵列的最小单元(四个象素)。可以用与在该最小单元中的相同方式，布置所有象素。如从图28中所看到的，形成拜耳阵列最小单元的四个象素中的两个象素检测蓝光，剩下的两个象素分别检测红光和绿光。
考虑其透射特性，滤色器的半峰全宽，相对于蓝光而言，要小于红光或绿光。然而，通过采用上述布置，可以加宽检测蓝光的波带，这样可使固体成像装置具有较高灵敏度。
(7)按照第七实施例，在TiO2层的红色区域形成槽，并用SiO2填充所述槽。然而，本发明并不限于此，其还可以包括以下变型例。作为一个可替代的实例，可以在TiO2层中设置凹陷部来代替槽，并用SiO2填充所述凹陷部。在这种情况下，该TiO2层区域的折射率也可以通过第七实施例中示出的公式来确定。作为另一个替换例，还可以形成同心槽。
λ/4多层结构下面将描述λ/4多层结构。
开始时，把下述多层结构中的低折射率材料和高折射率材料交替层叠。这些低折射率材料和高折射率材料对可见光来说具有高透过性。图29是表示这种多层结构的剖面图。如图29所示，多层结构20的构成方式是，将低折射率层2001和高折射率层2002交替层叠。
假设光沿着与多层结构20的叠层方向成某一角度的方向进入该多层结构20。当光穿过构成多层结构20的层2001和2002时，由于相邻的两层2001和2002具有不同折射率，所以光会在每个界面上反射。在所有界面上反射的光的总量等于整个多层结构20反射的光量。
如果在不同界面上反射的光束是同相的活，多层结构20将具有高反射特性。如果在不同界面上反射的光束为反相的话，多层结构20将仅具有低反射特性。因此，要想作为高反射覆膜使用的话，应将多层结构20设计成使界面上的反射光束为同相。
如果形成这种多层结构的每一层都具有相同的光学厚度，则多层结构将反射预定范围内(以下将称为“反射范围”)的波长，所述预定范围以波长λ作为其中点。在此，波长λ等于每层光学厚度的四倍，以下将称之为设定的中心波长。这种多层结构将称为λ/4多层结构。
图30是作为一个例子表示λ/4多层结构透射特性(模拟值)的曲线图。在图30中，进入λ/4多层结构的光波长沿水平轴标绘，而每个波长的透射率沿垂直轴标绘。在此，设定的中心波长λ是550nm，而低折射率层和高折射率层为10对。低折射率层用氧化硅制成，而高折射率层用氮化硅制成。如图30所示，在设定中心波长550nm为其中点的反射范围内，即500nm-600nm的范围内，透射率明显很低。这表明，入射光在反射范围内基本上是100％反射。
如上所述，通过改变每一层的光学厚度，可以自由确定λ/4多层结构的反射范围。此外，通过增加低折射率层和高折射率层之间折射率的差值，或是通过增加低折射率层和高折射率层的对数，可以加宽反射范围。
产业应用性本发明提供了一种固体成像装置，制造固体成像装置的方法，和采用这种固体成像装置的相机，使用所述装置、方法和相机可获得具有良好性能和较小尺寸的彩色固体成像装置。
权利要求
1.固体成像装置，包括选择性透射入射光的滤光单元，所述滤光单元包括两个λ/4多层膜，和夹在λ/4多层膜之间的绝缘层，每个λ/4多层膜包括多个介电层，和绝缘层的光学厚度不是λ/4。
2.根据权利要求1所述的固体成像装置，其中，两个λ/4多层膜中的每一个包括第一介电层，制作第一介电层的材料与形成绝缘层的材料具有不同折射率；和第二介电层，制作第二介电层的材料与形成绝缘层的材料具有大致上相同的折射率，和形成的第一介电层与绝缘层的主表面相接触，而形成的第二介电层与面向远离绝缘层方向的第一介电层主表面相接触。
3.根据权利要求1和2之一所述的固体成像装置，其中根据滤光单元透射的波长确定绝缘层的光学厚度。
4.根据权利要求1所述的固体成像装置，其中绝缘层上设有大体上垂直于绝缘层主表面延伸的通孔或槽，所述通孔或槽填充有与形成第一介电层的材料相同的材料，和当将绝缘层看作二维平面时，根据通孔或槽的面积与绝缘层上除通孔或槽之外的面积之比来确定滤光单元透射的波长。
5.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，其中对应于多个光接收单元中每一个单元的那部分绝缘层具有向内倾斜的侧表面。
6.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，其中绝缘层的光学厚度连续变化，从而使多个光接收单元中的每一个单元接收特定波长的光。
7.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，其中使光透射并到达多个光接收单元中每一个单元的那部分绝缘层的厚度产生两级或多级变化。
8.根据权利要求1所述的固体成像装置，其中在一个λ/4多层膜主表面上设置吸收部件，所述主表面朝向远离绝缘层的方向，而且主表面部分地反射入射光。
9.根据权利要求8所述的固体成像装置，其中吸收部件是包含颜料或染料的滤色器。
10.一种相机，包含固体成像装置，所述固体成像装置具有选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元包括两个λ/4多层膜，和夹在λ/4多层膜之间的绝缘层，每一个λ/4多层膜包括多个介电层，和绝缘层的光学厚度不是λ/4。
11.制造固体成像装置的方法，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元，所述滤光单元是通过执行以下步骤制成的，所述步骤包括第一形成步骤，该步骤在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜，第一λ/4多层膜由多个介电层构成；第二形成步骤，该步骤在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层；第一去除步骤，该步骤去除第一绝缘层上除第一区域之外的部分；第三形成步骤，该步骤在第一λ/4多层膜和第一绝缘层的第一区域上形成第二绝缘层；第二去除步骤，该步骤去除第二绝缘层的第二区域，第二区域位于第一λ/4多层膜上；和第四形成步骤，该步骤在第二绝缘层和第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜，第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
12.制造固体成像装置的方法，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元是通过执行以下步骤形成的，所述步骤包括第一形成步骤，该步骤在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜，第一λ/4多层膜由多个介电层构成；第二形成步骤，该步骤利用剥离法在第一λ/4多层膜的第一区域上形成第一绝缘层；第三形成步骤，该步骤利用剥离法在第一λ/4多层膜的第二区域上形成第二绝缘层，所述第二区域不同于第一区域；第四形成步骤，该步骤在第一绝缘层、第二绝缘层和第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
13.制造固体成像装置的方法，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元是通过执行以下步骤形成的，所述步骤包括第一形成步骤，该步骤在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜，第一λ/4多层膜由多个介电层构成；第二形成步骤，该步骤在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层；第一去除步骤，该步骤去除第一绝缘层上除第一区域之外的部分；第三形成步骤，该步骤利用剥离法在第一绝缘层第一区域内的第二区域上以及在未形成第一绝缘层的第一λ/4多层膜区域上形成第二绝缘层；和第四形成步骤，该步骤在第一绝缘层和第二绝缘层上形成第二λ/4多层膜，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
14.制造固体成像装置的方法，所述固体成像装置包括选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元是通过执行以下步骤形成的，所述步骤包括第一形成步骤，该步骤在半导体衬底上形成第一λ/4多层膜，第一λ/4多层膜由多个介电层构成；第二形成步骤，该步骤在第一λ/4多层膜上形成第一绝缘层；第一去除步骤，该步骤去除第一绝缘层上除第一区域之外的部分；第三形成步骤，该步骤在第一λ/4多层膜和第一绝缘层的第一区域上形成第二绝缘层，第二绝缘层由与第一绝缘层不同的材料制成；第二去除步骤，该步骤去除的是除了在第一绝缘层的第二区域上形成的部分之外的那部分第二绝缘层；第四形成步骤，该步骤在第一绝缘层、第二绝缘层和第一λ/4多层膜上形成第二λ/4多层膜，所述第二λ/4多层膜由多个介电层构成。
15.制造固体成像装置的方法，所述固体成像装置包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，和选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元包括两个λ/4多层膜，和夹在λ/4多层膜之间的绝缘层，每个λ/4多层膜由多个介电层构成，所述制造方法包括形成步骤，该步骤是在与多个光接收单元中的每一个对应的绝缘层中部形成抗蚀层；和处理步骤，该步骤是通过蚀刻处理所述部分绝缘层使之具有倾斜侧面。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其中在形成步骤中，形成具有倾斜侧面的抗蚀层。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中在形成步骤中，通过改变曝光量来形成具有倾斜侧面的抗蚀层。
18.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，其中根据绝缘层是否具有与光接收单元对应的部分和如果绝缘层具有对应部分，则根据该部分绝缘层的厚度和/或材料来确定多个光接收单元中每个单元接收的光波长。
19.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元，其中与多个光接收单元中每一个单元对应的那部分滤光单元透射特定波长的光，和两个λ/4多层膜相对于绝缘层对称构造。
20.固体成像装置，包括选择性透射入射光的滤光单元，和接收由滤光单元透射的光的光接收单元，所述滤光单元包括由多个介电层构成的λ/4多层膜，和在构成λ/4多层膜的多个介电层中，与光接收单元相距最远的介电层由低折射率材料制成。
21.固体成像装置，包括选择性透射入射光的滤光单元，滤光单元包括由多个介电层构成的λ/4多层膜，和在λ/4多层膜的一个主表面上或是在λ/4多层膜内设置保护层。
22.根据权利要求21所述的固体成像装置，其中保护层由氮化硅制成。
23.根据权利要求1所述的固体成像装置，进一步包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元；和会聚入射光的光会聚单元，其中与多个光接收单元中的每一个单元对应的那部分滤光单元透射特定的波长，和面向远离多个光接收单元方向的滤光单元主表面是平坦的。
24.固体成像装置，包括以二维形式设置在半导体衬底内的多个光接收单元；和选择性透射入射光的滤光单元，其中滤光单元具有由多个介电层构成的λ/4多层膜，和(i)多个光接收单元和(ii)高折射率层之间的距离落入1nm和λ的范围内，其中所述高折射率层是指λ/4多层膜内两个或多个高折射率层中紧靠多个光接收单元的高折射率层。
25.固体成像装置，包括设置成二维形式的多个单元象素，多个单元象素中的每个象素包括检测光强度的光接收单元；和具有λ/4多层膜的滤光单元，所述λ/4多层膜由多个介电层构成，所述滤光单元透射红光、绿光和蓝光之一，其中多个单元象素按如下方式布置成拜耳阵列形式，即，构成方形的每四个相邻单元象素中有两个单元象素包含透射蓝光的滤光单元。
全文摘要
固体成像装置包括选择性透射入射光的滤色器。滤色器包括两个λ/4多层膜，和夹在λ/4多层膜之间的绝缘层。在此，每个λ/4多层膜由多个介电层构成，而绝缘层的光学厚度不是λ/4。由于滤色器具有较小厚度，所以固体成像装置具有较小尺寸。
文档编号H01L27/146GK1717808SQ20048000142
公开日2006年1月4日 申请日期2004年9月13日 优先权日2004年1月15日
发明者稻叶雄一, 笠野真弘, 吉田真治, 山口琢己 申请人:松下电器产业株式会社