固体摄像器件、电子装置以及该固体摄像器件的制造方法

专利名称：固体摄像器件、电子装置以及该固体摄像器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及例如CMOS图像传感器或CXD图像传感器等固体摄像器件，还涉及包含 该固体摄像器件的电子装置以及该固体摄像器件的制造方法。
背景技术：
人们已经开发了例如互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和电荷耦合器 件(CCD)图像传感器等固体摄像器件。固体摄像器件配置为，光电二极管(光电转换元件) 设置在半导体基板的表面，当光入射到光电二极管时，根据光电二极管产生的信号电荷获 得图像信号。另外，对于具有上述配置的固体摄像器件，在先技术提出了改善光学特性的各 种配置(例如，参考未经审查的日本专利申请公开文本2000-150846和2004-273791)。图26显示了未经审查的日本专利申请公开文本2000-150846中所述固体摄像器 件的示意性配置剖面图。此文献中的固体摄像器件100包括光接收部101和设置在其周边 的周边电路部102，光接收部101包括一维或二维布置在半导体基板103表面的多个光电转 换元件104。另外，固体摄像器件100具有隔着层间膜111和布线105设置在光接收部101 上的微透镜108和/或滤色器107。而且，包括层间膜111、蚀刻阻挡层112、保护膜113以 及布线106的布线层设置在周边电路部102的半导体基板103上。此外，关于未经审查的日本专利申请公开文本2000-150846所述的固体摄像器件 100，光接收部101的布线层厚度di设定为小于周边电路部102的布线层厚度dc，从而可以 改善微透镜108的聚光效果并避免滤色器107的混色问题。另外，图27显示了未经审查的日本专利申请公开文本2004-273791中所述的固体 摄像器件的周边电路部和传感器部间边界附近的示意性剖面图。在该文献所述的固体摄像 器件150中，多层布线层161 163夹着平坦膜层165层叠在周边电路部151的基板160 上，该层叠层的表面高度向着传感器部152阶梯式递减。根据此配置，可减少周边电路部 151和传感器部152之间边界处高度的急剧变化，传感器部152上的预定上层164的膜厚度 在传感器部152的整个表面上几乎是均勻的，这利于改善光学特性。如上所述，未经审查的日本专利申请公开文2000-150846和2004-273791提出了 在传感器部和周边电路部之间边界处形成高度差的技术方案。在未经审查的日本专利申请 公开文2004-273791中，该技术应用于通过铝(Al)布线工艺制造的固体摄像器件。该技术 还能应用于通过铜(Cu)布线工艺制造的固体摄像器件。图28并非在先技术，而是发明人遇到的示例性问题。图28描述了当上述技术方 案应用于通过铜(Cu)布线工艺制造的固体摄像器件时，该固体摄像器件的配置的剖面图。
4而且，图28显示了固体摄像器件200为CMOS图像传感器情况下的配置实例。固体摄像器件200设有半导 体基板201和布线层部，该布线层部包括金属膜205 和遮光层206，金属膜205和遮光层206之间设有层间绝缘层203和覆盖膜204。而且，固 体摄像器件200具有钝化膜207、滤色器层208和片上透镜层209。布线层部、钝化膜207、 滤色器层208和片上透镜层209依次层叠在半导体基板201上。并且，图28显示了由五层 布线层IMT 5MT组成布线层部的例子。另外，固体摄像器件200包括半导体基板201上的传感器部区域220和周边电路 区域230，该周边电路区域230例如包括垂直驱动电路和水平驱动电路。包括用作光电转换 元件的光电二极管202和像素晶体管(M0S晶体管未图示)的多个像素240 二维布置在传 感器部区域220的半导体基板201的表面上。另外，传感器部区域220包括实际输出图像信号的有效像素区域221和实际不输 出图像信号的无效像素区域222。传感器部区域220还包括输出黑电平基准信号的光学黑 区(后文中称为OPB区域)223。而且，无效像素区域222和OPB区域223设置在有效像素 区域221周边的合适位置。接着，在固体摄像器件200中，传感器部区域220中布线层部220a的厚度设定为 小于周边电路区域230中布线层部230a的厚度。于是在传感器部区域220和周边电路区 域230之间的边界处形成高度差部分210。但是，在上述配置的固体摄像器件200中，OPB区域223中的遮光层206布置在布 线层2MT上方，因此很难充分减少光电二极管202和片上透镜209之间的距离。因此，相关 技术中的固体摄像器件200并不能充分改善光电二极管202的光学灵敏度。

发明内容
本发明提供一种固体摄像器件、其制造方法以及包含该固体摄像器件的电子装 置，其中，从该固体摄像器件的入射光侧的表面到像素的距离减小，从而提高灵敏度。本发明的固体摄像器件包括半导体基板，其上具有多个光电二极管，该半导体基 板包括第一布线部、第二布线部和第三布线部；在所述半导体基板上的第一布线层，该第一 布线层包括多个金属膜并延伸过所有所述布线部；以及在所述第一布线层上的第二布线 层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第二布线部。本发明的固体摄像器件的制造方法包括下述步骤在具有第一布线部、第二布线 部和第三布线部的半导体基板的所述第三布线部中形成多个光电二极管；在所述半导体 基板上形成第一布线层，该第一布线层包括多个金属膜并延伸过所有所述布线部；以及在 所述第一布线层上形成第二布线层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第二布线 部。本发明的电子装置包括光学系统；和从所述光学系统接收光的固体摄像器件， 所述固体摄像器件包括半导体基板，其上具有多个光电二极管，该半导体基板包括第一布 线部、第二布线部和第三布线部；在所述半导体基板上的第一布线层，该第一布线层包括多 个金属膜并延伸过所有所述布线部；以及在所述第一布线层上的第二布线层，该第二布线 层延伸过所述第一布线部和所述第二布线部。本领域技术人员在阅读了下面的附图及详细说明后将很容易理解本申请的其它系统、方法、特征和优点。应当理解，在本发明的揭示范围及随附的权利要求保护范围内，所 有此类其它系统、方法、特征和优点都被包含在说明书中。


图1是第一实施例的固体摄像器件的示意性配置图；图2是沿图1所示的II-II线的剖面图；
图3是显示第一实施例中组成固体摄像器件的各个区域与高度差部分和凹部之 间位置关系的图；图4是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图5是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图6是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图7是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图8是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图9是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图10是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图11是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图12是解释第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图13是第二实施例的固体摄像器件的示意性配置剖面图；图14是解释第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图15是解释第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图；图16是显示了第二实施例的固体摄像器件中无效像素区域附近的涂覆膜形状的 示意性剖面图；图17是显示了无效像素区域未设有凹部情况下无效像素区域附近的涂覆膜形状 的示意性剖面图；图18是变化例1的固体摄像器件中OPB区域的示意性配置图；图19是比较例的固体摄像器件中OPB区域的示意性配置图；图20是高度差部分位于变化例1的固体摄像器件中OPB区域情况下的示意性配 置图；图21是高度差部分位于变化例2的固体摄像器件的无效像素区域和OPB区域之 间边界处时的配置图；图22是高度差部分位于第一实施例的固体摄像器件的无效像素区域和OPB区域 之间边界处时的配置图；图23是高度差部分位于变化例3的固体摄像器件的周边电路区和OPB区域之间 边界处时的配置图；图24是变化例4的固体摄像器件的有效像素区域中凹部的配置图；图25是第三实施例的电子装置的示意性配置图；图26是相关技术中固体摄像器件的示意性配置图；图27是相关技术中固体摄像器件的示意性配置图；且图28是通过铜布线工艺制造的固体摄像器件的示意性配置图，该固体摄像器件在传感器部和周边电路部之间边界处具有高度差。
具体实施例方式下面参照附图以下述顺序来说明本发明实施例的固体摄像器件和包括该固体摄 像器件的电子装置的配置示例。而且，本发明并不限于下述示例。1.固体摄像器件的基本配置示例2.包括光波导层的固体摄像器件的配置示例3.包括本发明实施例固体摄像器件的电子装置的一种配置示例1.第一实施例固体摄像器件的配置图1说明了本发明第一实施例的固体摄像器件的示意性配置。在此实施例中，固 体摄像器件10为CMOS图像传感器。固体摄像器件10主要包括设置在半导体基板11上的 传感器部区域20 (像素阵列区域)和设置在传感器部区域20周边的周边电路区域30。传感器部区域20包括输出图像信号的有效像素区域21、不输出图像信号的无效 像素区域22和输出黑电平基准信号的OPB区域23。而且，无效像素区域22和OPB区域23 设置在有效像素区域21周边的适当位置处。无效像素区域22和OPB区域23的设置位置 可根据器件的特性而改变。此外，如稍后所述，多个像素40以二维阵列的形式布置在传感 器部区域20中半导体基板11的表面上。虽然未在附图中显示，周边电路区域30例如包括垂直驱动电路、列信号处理电 路、水平驱动电路、输出电路和控制电路等。垂直驱动电路例如包括移位寄存器，该移位寄存器沿垂直方向(例如图1所示的y 方向)逐行地依次选择性地扫描传感器部区域20的各像素。接着，基于各像素的光电二极 管接收的光量所产生的信号电荷的像素信号被施加到列信号处理电路。列信号处理电路例 如设置为，针对像素行，根据来自OPB区域23中各行像素的信号对从一行像素输出的信号 执行诸如去除噪声和放大信号等信号处理。水平驱动电路例如包括移位寄存器，依次输出 水平扫描脉冲，以预定次序在多个列信号处理电路中选择预定的列信号处理电路，然后输 出像素信号。输出电路将来自各列信号处理电路的信号依次输出到预定的信号处理电路。 而且，控制电路根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟来控制上述各电路。图2显示了本实施例的固体摄像器件10的示意性配置剖面图。而且，图2是沿着 图1所示的II-II线的剖面图，也是传感器部区域20和周边电路区域30之间边界周边的 剖面图。固体摄像器件10具有半导体基板11、布线层部21a、23a、和30a、钝化膜51、滤色 器层52和片上透镜层53。而且，布线层部21a、23a、和30a、钝化膜51、滤色器层52和片上 透镜层53依次层叠在半导体基板11上。半导体基板11 (基板)例如由硅基板形成，包括光电二极管41和像素晶体管(M0S 晶体管未图示)的多个像素40 二维布置在该半导体基板11的表面上。钝化膜51例如由氮化硅(SiN，折射率为2.0)形成，该材料的折射率比后文所述的 形成层间绝缘层42的二氧化硅(SiO2,折射率1. 45)等材料的折射率高。滤色器52例如由含有着色剂的光致抗蚀剂形成。此外，片上透镜53例如由二氧化硅(SiO2)形成。在此实施例中，片上透镜53设置在无效像素区域22中。但如果滤色器 52有聚光功能，则无效像素区域22中可以不设置片上透镜53。此外，在此实施例中，如图3所示，半导体基板11上的布线层部2la、23a、和30a的 膜配置按照组成固体摄像器件10的区域不同而不同。在此处描述各区域中的布线层部的 膜配置。关于此实施例所说明的示例，如稍后所述，布线层部由五层布线层IMT 5MT组成。 但是本发明并不限于此，布线层的数目可以根据例如用途和规格适当改变。传感器部区域20中有效像素区域21和无效像素区域22的布线层部21a由包含 金属膜44的布线层IMT和包含金属膜45的布线层2MT形成。布线层2MT隔着覆盖膜43 和层间绝缘层42层叠在布线层IMT上。另外，布线层IMT隔着层间绝缘层42设于半导体 基板11上，在布线层2MT和钝化膜51之间从布线层2MT侧起设有覆盖膜43和层间绝缘层 42。而且，在布线层部21a中，分别组成布线层IMT和2MT的金属膜44和45设在不会 阻挡光通过片上透镜53入射到光电二极管41的位置。具体地，金属膜44和45位于片上 透镜53和光电二极管41彼此相对的区域之外的位置。 另外，在此实施例中，凹部57位于有效像素区域21和无效像素区域22中布线层 部21a的表面上。凹部57位于相邻的金属膜45之间。而且，凹部57的深度到位于布线层 IMT上的覆盖膜43。传感器部区域20中OPB区域23上的布线层部23a由包含金属膜44的布线层1MT、 包含金属膜45的布线层2MT、包含遮光层49的布线层3MT和包含遮光层50的布线层4MT 形成。布线层IMT 4MT依次层叠在半导体基板11上。而且，在布线层部23a中，在各布线层之间从下布线层侧起设有覆盖膜43和层间 绝缘层42。此外，布线层IMT隔着层间绝缘层42位于半导体基板11上，在布线层4MT和 钝化膜51之间从布线层4MT侧起设有覆盖膜43和层间绝缘层42。而且，在布线层部23a 中，分别组成布线层IMT和2MT的金属膜44和45位于光电二极管41上方区域之外的位置 处。周边电路区域30上的布线层部30a具有包含金属膜44的布线层1MT、包含金属膜 45的布线层2MT、包含金属膜46的布线层3MT和包含金属膜47的布线层4MT。此外，布线 层部30a具有包含金属膜48的布线层5MT。在布线层部30a中，布线层IMT 5MT依次层 叠在半导体基板11上。而且，在布线层部30a中，在各个布线层之间从下布线层侧起设有覆盖膜43和层 间绝缘层42。此外，布线层IMT隔着层间绝缘层42位于半导体基板11上，层间绝缘层42 位于布线层5MT和钝化膜51之间。在各区域的上述布线层部中，金属膜44 48和遮光层49 50例如由铜(Cu)或 铝(Al)形成。而且，当金属膜44 48和遮光层49 50由铜(Cu)形成时，例如由氮化钛 (TiN)形成的防扩散膜(未图示)优选地位于各膜附近。可通过设置防扩散膜来防止铜扩 散到层间绝缘层42。在本实施例中，布线层3MT的遮光层49和布线层4MT的遮光层50的配置(形状、 尺寸、膜厚度等)是相同的。遮光层49和50可以由覆盖OPB区域23的整个表面的金属膜 形成，或者通过将线形金属膜布置为栅格形状而形成。也可以用未施加信号脉冲的布线，即不使用的布线作为遮光层。层间绝缘层42例如由二氧化硅(SiO2)形成。覆盖膜43例如由碳化硅(SiC)形 成。覆盖膜43位于各布线层上，用作蚀刻阻挡层。在设有覆盖膜43的情况下，易于控制形 成各布线层中的高度差部分和凹部的蚀刻步骤。而且，在此实施例所示的配置示例中，覆盖 膜43布置在传感器部区域20中的所有布线层上。但本发明并不限于此，覆盖膜43还可以 布置在预定布线层上，或者也可以不包含覆盖膜43。如上所述，在本实施例的固体摄像器件10中，分别位于周边电路区域30、0PB区域 23以及有效像素区域21和无效像素区域22上的布线层部30a、23a、和21a的膜配置彼此 不同。此外，布线层部30a、23a、和21a的膜厚度依次减小。因此，由于周边电路区域30和OPB区域23的布线层部的厚度差，第一高度差部分 55位于两个区域之间边界附近。此外，同样由于OPB区域23和无效像素区域22的布线层 部的厚度差，第二高度差部分56位于两个区域之间边界附近。另外，在此实施 例中，凹部57 位于有效像素区域21和无效像素区域22中布线层部21a的表面。S卩，在固体摄像器件10中，多个高度差部分布置为，各布线层部的表面高度在从 周边电路区域30到传感器部区域20的有效像素区域21的方向逐渐降低。此外，凹部57 位于有效像素区域21中。在此，图3显示了本实施例的固体摄像器件10的各组成区域、第一高度差部分55 和第二高度差部分56以及凹部57之间的位置关系。图3是固体摄像器件10的示意性上 表面配置图，第一高度差部分55和第二高度差部分56以及凹部57由虚线表示。在此实施例中，如图3所示，第一高度差部分55位于沿着传感器部区域20的外围 部分附近。第二高度差部分56围绕着有效像素区域21。此外，多个凹部57以预定间隔二 维布置在由第二高度差部分56围绕的有效像素区域21和无效像素区域22中。而且，在图 3所示的例子中，凹部57的开口形状是方形。但是本发明并不限于此，凹部57的开口形状 例如可以是圆形或多边形，或者凹部57形成为凹槽。此外，在此实施例中，第一高度差部分55的高度差(距离、厚度)在30nm到5000nm 之间，第二高度差部分56的高度差(距离、厚度)在IOOnm到IOOOnm之间，每一凹部的深 度在50nm到500nm之间。固体摄像器件的制造方法接下来参考图4 12描述本实施例的固体摄像器件10的制造方法。图4 12 显示了固体摄像器件10的制造方法中各步骤之后的膜形成状态。而且，图4 12显示了 传感器部区域20和周边电路区域30之间边界周边的示意性剖面图。首先，在半导体基板11表面上的传感器部区域20中二维形成包括光电二极管41 和像素晶体管(未图示)的多个像素40。之后，通过诸如溅射法等方法在半导体基板11上 依次形成层间绝缘层42、金属膜44 (布线层IMT的膜厚度在IOOnm到IOOOnm之间)和覆盖 膜43。此外，通过诸如溅射法等方法在布线层IMT表面的覆盖膜43上依次形成层间绝缘 层42、金属膜45 (布线层2MT的膜厚度在50nm到500nm之间)和覆盖膜43。图4显示了 上述步骤之后的膜形成状态。随后，通过诸如溅射法等技术在布线层2MT表面的覆盖膜43上依次形成层间绝缘 层42、包括金属膜46和遮光层49的布线层3MT以及覆盖膜43。此外，通过诸如溅射法等方法在布线层3MT表面的覆盖膜43上依次形成层间绝缘层42、包括金属膜47和遮光层50 的布线层4MT以及覆盖膜43。图5显示了上述步骤之后的膜形成状态。布线层3MT或4MT 的膜厚度都在50nm到500nm之间。接着，通过诸如溅射法等方法在布线层4MT表面的覆盖膜43上依次形成层间绝缘 层42和金属膜48 (布线层5MT的膜厚度在50nm到6000nm之间)。此外，在此实施例中，通 过诸如溅射法等方法在金属膜48 (布线层5MT)上形成层间绝缘层42。图6显示了上述步 骤之后的膜形成状态。在此实施例中，通过上述步骤在半导体基板11上形成各布线层部。
接着，用抗蚀剂等对周边电路区域30进行掩模，通过例如干式蚀刻或湿式蚀刻等 对布线层部一侧的表面进行蚀刻。以此方式，从作为最上层的层间绝缘层42起蚀刻位于传 感器部区域20上的布线层部。之后，当一定厚度的层间绝缘层42留在布线 层4MT表面的 覆盖膜43上时，结束蚀刻。或者，可以在到达覆盖膜43时才结束蚀刻，即不剩有层间绝缘 层42。图7显示了上述蚀刻步骤之后的膜形成状态。通过该步骤，在传感器部区域20 (0ΡΒ 区域23)和周边电路区域30之间的边界处形成高度差(距离、厚度)在30nm到5000nm之 间的第一高度差部分55。随后，用抗蚀剂等对周边电路区域30和OPB区域23进行掩模，通过例如干式蚀刻 或湿式蚀刻等对布线层部一侧的表面进行蚀刻。以此方式，从作为最上层的层间绝缘层42 起蚀刻位于无效像素区域22和有效像素区域21上的布线层部。接着，当一定厚度的层间绝 缘层42留在布线层2MT表面的覆盖膜43上时，结束蚀刻。或者，可以在到达覆盖膜43时才 结束蚀刻，即不剩有层间绝缘层42。图8显示了上述蚀刻步骤之后的膜形成状态。通过该 步骤，在OPB区域23和无效像素区域22之间的边界处形成高度差(距离、厚度)在IOOnm 到IOOOnm之间的第二高度差部分56。此后，用抗蚀剂等对有效像素区域21和无效像素区域22中光电二极管41上方 区域之外的区域进行掩模，通过例如干式蚀刻或湿式蚀刻等对布线层部一侧的表面进行蚀 亥IJ。随后，对掩模开口部分的区域(光电二极管41上方的区域)进行蚀刻。接着，当蚀刻 到达布线层IMT表面的覆盖膜43时，结束蚀刻。图9显示了上述蚀刻步骤之后的膜形成状 态。通过该步骤，在有效像素区域21和无效像素区域22的光电二极管41上方的区域中形 成深度在50nm到500nm之间的凹部57。而且，在形成凹部57时，当一定厚度的层间绝缘 层42留在布线层IMT表面的覆盖膜43上时，结束蚀刻。在此实施例中，如上所述，在预定 位置处形成第一高度差部分55、第二高度差部分56和凹部57。接着，使用诸如化学气相沉积(CVD)等方法，在具有第一高度差部分55、第二高度 差部分56和凹部57的布线层部上形成钝化膜51。此时，在传感器部区域20和周边电路 区域30的整个表面上形成钝化膜51。另外，钝化膜51的厚度为，使得凹部57被钝化膜51 填满，有效像素区域21中钝化膜51的表面平坦。图10显示了在上述步骤之后的膜形成状 态。随后，将例如由含有着色剂的光致抗蚀剂构成的滤色器材料涂在钝化膜51上，然 后进行曝光和显影处理。以此方式，在无效像素区域22和有效像素区域21上的预定位置 处形成滤色器52。图11显示了在上述步骤之后的膜形成状态。如上所述，在本实施例的配置中，两个高度差部分设置为各布线层部的表面高度 从周边电路区域30向有效像素区域21方向逐渐减小。因而，在形成滤色器52的步骤中，在钝化膜51上涂覆滤色器材料时，在各高度差部分附近堆积的滤色器材料的量减少。从而， 涂在有效像素区域21的滤色器材料厚度均勻，确保滤色器52平坦。接着，将片上透镜材料涂覆在滤色器层52上。同样地，在此步骤中，在各个高度差 部分附近堆积的片上透镜材料减少，涂覆在有效像素区域21上的片上透镜材料厚度均勻。随后，对片上透 镜材料的膜表面进行图形化，在有效像素区域21和无效像素区域 22中的光电二极管41上方形成具有预定形状的片上透镜53。图12显示了在上述步骤之 后的膜形成状态。在此实施例中，通过上述步骤制造固体摄像器件10。在本实施例的固体摄像器件10中，如上所述，有效像素区域21和无效像素区域22 中布线层部21a的厚度设定为小于OPB区域23中布线层部的厚度。因此，在本实施例的固 体摄像器件10中，有效像素区域21中片上透镜53和光电二极管41之间的距离比图28中 的距离更小。即，在此实施例中，从入射光侧表面到有效像素区域21的像素40的光路距离 被进一步缩短，光路上的光散射面也减小。因此，本实施例可进一步改善诸如灵敏度等像素 特性。此外，在本实施例的固体摄像器件10中，在从周边电路区域30到传感器部区域20 的有效像素区域21之上的各布线层部表面上设置有多个高度差部分(第一高度差部分55 和第二高度差部分56)。这种配置具有以下效果。参见图28所示的固体摄像器件200，其也增加周边电路区域230和传感器部区域 220之间边界处的高度差，以减小片上透镜209和光电二极管202之间的距离。但是，如果 两个区域之间的高度差增加，那么在通过涂覆法形成滤色器层208或片上透镜层209时，将 产生诸如涂刷不均勻或结构不平坦的问题。在此情况下，将会产生涂覆材料的平坦度降低 和光学特性变差的问题。另一方面，如上所述，本发明的固体摄像器件10设置多个高度差部分，使得布线 层部的表面高度从周边电路区域30向传感器部区域20的有效像素区域21阶梯式递减。在 此情况下，各高度差部分的高度差变小，能够避免通过涂覆法形成滤色器层52或片上透镜 层53时产生上述问题，从而可以防止光学特性不好。此外，在此实施例中，当凹部57设于有效像素区域21和无效像素区域22中布线 层部21a的表面时，光电二极管41上方区域中布线层2MT上的覆盖膜43被去除。因此在 本实施例中，能够进一步防止光学特性不好。2.第二实施例固体摄像器件的配置图13显示了第二实施例的固体摄像器件的示意性剖面配置。并且，在图13中，与 上述第一实施例(图2和12)相同的配置以相同的附图标记表示。固体摄像器件60具有半导体基板11、布线层部21a、23a和30a、钝化膜61、光波导 层62、滤色器层52和片上透镜层53。布线层部2la、23a和30a、钝化膜61、光波导层62、滤 色器层52和片上透镜层53依次层叠在半导体基板11上。并且，组成本实施例的固体摄像 器件60的各区域与上述第一实施例(图1)的各区域相同。在本实施例中，除钝化膜61和光波导层62的配置之外，其它配置与上述第一实施 例的配置(图2和12)相同。因此，下面只说明钝化膜61和光波导层62。钝化膜61由与上述第一实施例中形成钝化膜51相同的材料形成。具体地，钝化膜61例如由氮化硅(SiN:折射率为2. 0)等折射率比形成层间绝缘层42的二氧化硅(SiO2 折射率为1.45)等高的材料形成。而且，在上述第一实施例的配置中，钝化膜51的膜厚度大，有效像素区域21和无 效像素区域22中布线层部21a的表面上的凹部57由钝化膜51填充。但是，在此实施例中， 如图13所示，钝化膜61的膜厚度小，钝化膜61设置为覆盖布线层部21a、23a和30a的表 面。因此在本实施例中，凹部位于钝化膜61的表面上。并且，钝化膜61的膜厚度例如约为 0. 5 μ m0光波导层62位于钝化膜61上，其厚度填满位于钝化膜61表面上的凹部。可以使 用例如折射率比形成层间绝缘层42的二氧化硅(SiO2 折射率为1. 45)等高的材料形成光 波导层62。例如，可以使用硅氧烷树脂、聚酰亚胺树脂等材料形成光波导层62。此外，对于 形成光波导层62的材料，上述树脂材料可包括诸如氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化 锆、氧化锌、氧化铟和氧化铪等金属氧化物微粒。在此情况下，光波导层62的折射率较高。固体摄像器件的制造方法接下来参考图14和15简单说明本实施例的固体摄像器件60的制造方法。并且， 图14和15仅仅显示了不同于第一实施例(图4 图12)的固体摄像器件10的上述制造 方法的步骤。首先，参考图4 9，以类似于第一实施例的步骤在布线层部的预定位置处形成第 一高度差部分55、第二高度差部分56和凹部57 (参见图9)。随后，以诸如CVD法等在所得 的布线层部上形成钝化膜61。此时，钝化膜61形成于传感器部区域20和周边电路区域30 的整个表面上，该钝化膜61的膜厚度足以覆盖布线层部的表面。图14显示了上述步骤之 后的膜形成状态。接着，将形成光波导层62的材料涂覆到钝化膜61上。以此方式，涂覆材料填充到 凹部57中，在有效像素区域21中形成具有平坦表面的光波导层62。图15显示了上述步骤 之后的膜形成状态。此后，参考图11 12，以类似于第一实施例的步骤在光波导层62上形成滤色器层 52和片上透镜层53。在此实施例中，通过上述步骤形成固体摄像器件60。在此实施例中，如上所述，在布线层部的表面上形成第一高度差部分55、第二高度 差部分56和凹部57，此外，具有高折射率的光波导层62位于光电二极管41上方区域中。 因此，在此实施例中，可获得与第一实施例相同的技术效果，另外，固体摄像器件60还具有 其它优良的光学特性。此外，在此实施例中，与第一实施例一样，也在无效像素区域22中布线层部21a的 表面上形成凹部57。在此实施例中，例如也通过使用上述配置来获得下面的技术效果。图16显示了此实施例中将形成光波导层62的材料涂覆到布线层部21a时涂覆膜 的形状。另外，图17显示了无效像素区域22的布线层部21a表面上不设置凹部57的情况， 以及在涂覆形成光波导层62的材料时涂覆膜的形状。对于图17所示的配置，无效像素区 域22不包括用于吸收在第二高度差部分56附近堆积的涂覆材料的部分。因此，如图17所 示，直到无效像素区域22和有效像素区域21之间的边界附近，涂覆膜的表面才平坦。另一方面，如此实施例中所示，在凹部57位于无效像素区域22中布线层部21a表 面上的情况下，在第二高度差部分56处堆积的涂覆膜的一部分被凹部57吸收(填入凹部
1257中)。由此，对于此实施例的配置，如图16所示，到涂覆膜表面变平坦之前的区域al小 于图17所示的区域a2。因此，在此实施例中，无效像素区域22变小。在这一点上，为了进一步改善上述技术效果，可将凹部57形成为凹槽。在此情况下，由于凹部57对涂覆材料的吸收量增加，所以到涂覆膜表面变平坦之前的区域将进一步 减小。在此情况下，可以仅将无效像素区域22中的凹部57形成为凹槽，也可以将无效像素 区域22和有效像素区域21表面的所有凹部57都形成为凹槽。变化例1在上述第一和第二实施例的例子中，布线层3MT的遮光层49和布线层4MT的遮光 层50设定为具有相同配置(形状、尺寸、膜厚度等)，但本发明并不限于此。在变化例1中， 说明了布线层3MT的遮光层和布线层4MT的遮光层设定为具有不同配置的配置示例。图18显示了本示例固体摄像器件的OPB区域23的示意性膜配置。而且，为了简 化说明，图18仅仅显示了布线层2MT 4MT的膜配置。在此例子中，在从OPB区域23到无效像素区域22的方向上，布线层3MT的遮光层 65的长度大于布线层4MT的遮光层66的长度。即，在此例子中，远离入射光侧的遮光层65 的长度大于靠近入射光侧的遮光层66的长度。而且，在无效像素区域22侧，布线层3MT的 遮光层65的末端部分比布线层4MT的遮光层66的末端部分更靠近无效像素区域22。通过采用上述配置可获得下述技术效果。在此为便于比较，在从OPB区域23到无 效像素区域22的方向上，布线层3MT的遮光层比布线层4MT的遮光层短(比较例)。图19 显示了比较例的OPB区域23的膜配置。此外，在该比较例中，在无效像素区域22侧，布线 层4MT的遮光层68的末端部分比布线层3MT的遮光层67的末端部分更靠近无效像素区域 22。对于比较例的配置，当光从相对于OPB区域23和无效像素区域22之间边界附近 的遮光层68表面倾斜的方向入射时，入射光没有被遮光层67和68反射，而是入射到OPB 区域23中的布线层2MT上(参见图19所示的实线箭头)。在此情况下，OPB区域23在边 界附近的遮光性不好。另一方面，对于变化例1的配置，即使光从相对于遮光层66的表面倾斜的方向入 射，光也会被布线层3MT的遮光层65反射(参见图18所示的实线箭头)，入射光几乎不会 到达OPB区域23中的布线层2MT。因此，通过将OPB区域23中的遮光层设定为变化例1的 配置，可改进在OPB区域23边界附近的遮光性。此外，对于变化例1的配置，还可以得到以下优点。对于变化例1中的OPB区域 23，在从OPB区域23到无效像素区域22的方向上，布线层4MT的遮光层66的长度小于布 线层3MT的遮光层65的长度。因此，在OPB区域23中，在布线层3MT的遮光层65上的层 间绝缘层42区域中存在不具有布线层4MT的遮光层66的区域。因此，对于变化例1的配 置，可以在层间绝缘层42未设有布线层4MT的遮光层66的区域中形成另一高度差部分，图 20就显示了这样的一个配置示例。图20显示了一个示例，在布线层3MT的遮光层65上方区域中，在层间绝缘层42 不具有布线层4MT的遮光层66的区域中形成一个高度差部分70。但是本发明并不限于此， 可在不具有布线层4MT的遮光层66的区域中形成多个高度差部分。在采用上述配置时，可 在从周边电路区域30到有效像素区域21的布线层部的表面上形成更多的高度差部分，于是各高度差部分的高度差都变小。因此，在此情况下，可进一步减少在各个高度差部分附近 堆积的涂覆材料量。因此，可进一步改善涂覆滤色器层52或片上透镜层53时涂覆膜的平 坦度。变化例2在上述第一和第二实施例所示的例子中，无效像素区域22和OPB区域23之间边 界处的第二高度差部分56的高度差表面和无效像素区域22中的布线层部21a的表面之间 的角约为90度。但本发明不限于此，第二高度差部分的高度差表面和无效像素区域22中 布线层部21a的表面之间的角可以超过90度。即，第二高度差部分可为锥形。在变化例2 中将说明这样的配置示例。图21显示了变化例2的固体摄像器件中无效像素区域22和OPB区域23之间边 界处第二高度差部分的示意性剖面配置。而且，在图21中，为简化说明，仅在布线层部上显 示例如滤色器层52或片上透镜层53等的涂覆膜76。
可通过例如在蚀刻步骤中使布线层部上掩模的末端部分相对于掩模表面倾斜预 定角度，形成这种锥形的第二高度差部分75。在第二高度差部分75为锥形时，可获得下述技术效果。在此，图22显示了上述实 施例中无效像素区域22和OPB区域23之间边界处第二高度差部分56的示意性配置剖面 图。对于上述实施例的配置，在将预定的涂覆膜76涂覆到布线层部时，在第二高度差部分 56附近会堆积一定量的涂覆材料。因此，上述实施例的无效像素区域22有一些需要使涂覆 膜76平坦化的区域。另一方面，对于此例子的配置，第二高度差部分75为锥形。因此，在涂覆涂覆材料 时，涂覆材料在第二高度差部分75附近的流动可变得更顺利。从而，如图21所示，可以减 少涂覆材料在第二高度差部分75附近的堆积量。因此，涂覆膜76变平坦之前的区域减小。 艮口，在此例子中，可进一步减小无效像素区域22的区域。而且，周边电路区域30和OPB区域23之间边界处的第一高度差部分55也可采用 这种锥形高度差部分。变化例3在上述第一和第二实施例的例子中，高度差部分位于传感器部区域20(0PB区域 23)和周边电路区域30之间的边界处以及OPB区域23和无效像素区域22之间的边界处。 但本发明并不限于此，例如，高度差部分可位于OPB区域23中布线层部23a的表面，布线层 部23a的表面高度向着无效像素区域22的方向阶梯式减小，在变化例3中就说明了这样一 个配置示例。图23是此例子OPB区域23和周边电路区域30之间边界附近的示意性剖面图。而 且，图23显示了这样一个示例，除了位于OPB区域23和周边电路区域30之间边界处厚度 在15nm到2500nm之间的高度差部分81外，在OPB区域23中布线层部23a的表面上还设 有厚度在15nm到2500nm之间的另一高度差部分82。但本发明并不限于此，可在OPB区域 23中布线层部23a的表面上设置至少两个高度差部分。在此例子中，在另一高度差部分82位于OPB区域23中布线层部23a的表面上的 情况下，可在从周边电路区域30到有效像素区域21的各布线层部的表面上设置更多的高 度差部分，于是，各高度差部分的高度差进一步减小。因此，在此例子中，可进一步改善涂覆滤色器层52或片上透镜层53时涂覆膜的平坦度。变化例4 在上述第一和第二实施例所述的配置中，布线层IMT上的覆盖膜43留在光电二极 管41上方的区域中，但本发明并不限于此。在有效像素区域21中形成凹部57时，可通过 蚀刻去除布线层IMT上的覆盖膜43。图24显示了上述配置的一个示例(变化例4)。图24显示了位于一个光电二极 管41上的膜配置的示意性剖面配置。而且，图24显示了将变化例4的配置应用到上述第 二实施例的固体摄像器件的情况。然而，变化例4的配置也可应用到第一实施例的固体摄 像器件。在此例子中，例如在有效像素区域21中通过蚀刻形成凹部85时，当具有一定膜厚 度的层间绝缘层42留在光电二极管41上时，结束蚀刻。因此，可去除光电二极管41上方 区域中布线层IMT上的覆盖膜43。之后，以类似于第二实施例的方式，在凹部85上依次层 叠钝化膜86、光波导层87、滤色器层52和片上透镜层53。对于此例子中的固体摄像器件，光电二极管41上方区域中没有覆盖膜43。因此， 可进一步改善光学特性。另外，在上述变化例1 4中，各配置可单独应用于上述第一和/或第二实施例， 但本发明并不限于此。上述变化例1 4的配置也可适当地合并使用。在第一和第二实施例以及变化例1 4中，固体摄像器件中具有遮光层的OPB区 域23位于传感器部区域20中，但本发明并不限于此。同样，本发明的固体摄像器件中具有 遮光层的OPB区域23也可以位于周边电路区域30中，可获得同样的技术效果。此外，在第一和第二实施例以及变化例1 4中，固体摄像器件具有覆盖膜43，但 本发明并不限于此。本发明的固体摄像器件也可以没有覆盖膜43，可获得同样的技术效果。 在此情况下，有效像素区域21中不必设置凹部57。另外，在上述第二实施例中，在固体摄像器件中凹部57位于无效像素区域22中， 但本发明并不限于此。在从周边电路区域30到有效像素区域21的多个高度差部分足以确 保涂覆到有效像素区域21中布线层部21a的涂覆膜平坦时，无效像素区域22中不必设置 凹部57。3.第三实施例本发明实施例的上述固体摄像器件可应用于电子装置，例如应用于具有固体摄像 器件的相机、带有相机的便携装置以及具有固体摄像器件的其它装置等。在第三实施例中， 说明了这种电子装置的示例，即采用了本发明实施例固体摄像器件的相机。图25显示了此实施例相机的示意性配置。此实施例的相机90具有光学系统 91 (光学透镜)、固体摄像器件92和信号处理电路93。光学系统91在固体摄像器件92的成像表面形成来自物体的图像光(入射光)的 影像。然后，信号电荷在固体摄像器件92的光电二极管(光电转换元件)中累积预定时间。 任一上述实施例和变化例的固体摄像器件都可应用于固体摄像器件92。之后，信号处理电 路93对来自固体摄像器件92的输出信号进行各种信号处理，然后输出该信号。而且，此实施例的相机90不仅可单独用作相机，还可以用作光学系统91、固体摄 像器件92和信号处理电路93经模块化的相机模块。具体地，此实施例的模块化的相机90可应用于具有相机的便携装置等，例如应用于具有相机模块的蜂窝电话。在此实施例的电子装置中，固体摄像器件的像素特性非常好，其灵敏度差异和颜 色差异都被降低。本 领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利 要求及其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
权利要求
一种固体摄像器件，其包括半导体基板，其上具有多个光电二极管，该半导体基板包括第一布线部、第二布线部和第三布线部；在所述半导体基板上的第一布线层，该第一布线层包括多个金属膜并延伸过所有所述布线部；以及在所述第一布线层上的第二布线层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第二布线部。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其还包括在所述第二布线层上的第三布线层， 该第三布线层延伸过所述第一布线部，并包括多个金属膜。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，每一所述布线层都包括绝缘层。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第一布线层的表面到所述第二布线 层的表面的距离在IOOnm到IOOOnm之间。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第一布线层和所述第二布线层中的 至少一个布线层包括覆盖膜。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第一布线部是周边电路区域，所述第 二布线部是光学黑区域，所述第三布线部是像素区域。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，其还包括在所述第三布线部上所述金属膜之间 的多个凹部。
8.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第一布线层直接位于所述基板上。
9.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第二布线层直接位于所述第一布线层上，所述第三布线层直接位于所述第二布线层上。
10.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述每一布线层都由覆盖层和绝缘层隔开。
11.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述第二布线层包括靠近所述第三布线 层并包括遮光膜的上层和靠近所述第一布线层并包括遮光膜的下层，其中，所述下层中的所述遮光膜比所述上层中的所述遮光膜更靠近所述第一布线部和所述 第二布线部之间的边界。
12.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第一布线层中的所述金属膜不位于 所述半导体基板的所述光电二极管上方。
13.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述各布线层的膜厚度从所述第三布线 层向所述第一布线层依次减小。
14.如权利要求13所述的固体摄像器件，其中，所述第二布线层和所述第一布线层之 间的膜厚度差在所述第一布线部和所述第二布线部之间的边界附近形成第一高度差部分。
15.如权利要求13所述的固体摄像器件，其中，所述第三布线层和所述第二布线层之 间的膜厚度差在所述第二布线部和所述第三布线部之间的边界附近形成第二高度差部分。
16.如权利要求15所述的固体摄像器件，其中，所述第二高度差部分为锥形。
17.如权利要求7所述的固体摄像器件，其中，光波导层形成于所述凹部上。
18.一种固体摄像器件的制造方法，其包括以下步骤在具有第一布线部、第二布线部和第三布线部的半导体基板的所述第三布线部中形成 多个光电二极管；在所述半导体基板上形成第一布线层，该第一布线层包括多个金属膜并延伸过所有所 述布线部；以及在所述第一布线层上形成第二布线层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第 二布线部。
19.如权利要求18所述的方法，其还包括以下步骤在形成所述第一布线层之后，在所 述第三布线部上方的所述第一布线层中的所述金属膜间形成多个凹部。
20.如权利要求19所述的方法，其还包括以下步骤在所述凹部上方形成光波导层。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述光波导层形成到所述凹部表面的钝化膜上。
22.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二布线层包括多个遮光膜。
23.一种电子装置，其包括光学系统；和从所述光学系统接收光的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括半导体基板，其上具有多个光电二极管，该半导体基板包括第一布线部、第二布线部和 第三布线部；在所述半导体基板上的第一布线层，该第一布线层包括多个金属膜并延伸过所有所述 布线部；以及在所述第一布线层上的第二布线层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第二 布线部。
24.如权利要求23所述的电子装置，其中，每一所述布线层均包括绝缘层。
25.如权利要求23所述的电子装置，其中，所述第二布线层的厚度在IOOnm和IOOOnm 之间。
26.如权利要求23所述的电子装置，其中，所述第一布线层和所述第二布线层中的至 少一个布线层包括覆盖膜。
全文摘要
本发明涉及一种固体摄像器件、电子装置以及该固体摄像器件的制造方法。该固体摄像器件包括半导体基板，其上具有多个光电二极管，该半导体基板包括第一布线部、第二布线部和第三布线部；在所述半导体基板上的第一布线层，该第一布线层包括多个金属膜并延伸过所有所述布线部；以及在所述第一布线层上的第二布线层，该第二布线层延伸过所述第一布线部和所述第二布线部。本发明的固体摄像器件和电子装置能够大幅度提高光学灵敏度。
文档编号H01L27/146GK101887899SQ20101016178
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月4日 优先权日2009年5月12日
发明者水田恭平, 糸长总一郎 申请人:索尼公司