固态成像装置、制造固态成像装置的方法以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种固态成像装置、制造固态成像装置的方法以及电子设备。该固态成像装置包括半导体基板、每一个均包括形成在半导体基板中的光电转换部的像素、形成在半导体基板中且分隔相邻像素的沟槽以及形成在每个像素的光电转换部之上且埋设在沟槽的至少一部分中的彩色滤光片。
【专利说明】固态成像装置、制造固态成像装置的方法以及电子设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态成像装置和制造该固态成像装置的方法。此外，本发明涉及包括固态成像装置的电子设备。
【背景技术】
[0002]在固态成像装置中，存在像素的光或电荷透入相邻像素中的情况，导致所谓的混色。为了抑制混色，已经提出了沟槽形成在像素之间以将像素彼此物理分隔且诸如金属的遮光材料埋设在沟槽中的构造(例如，见JP2011-3860A)。
【发明内容】
[0003]当遮光材料埋设在像素之间形成的沟槽中时，由遮光材料抑制与相邻像素的混色，但是由于反射或吸收会引起灵敏度下降。特别是，入射倒埋设有遮光材料的沟槽的顶表面上的光由遮光材料反射或吸收，而不入射到像素上，因此灵敏度相应地下降。
[0004]所希望的是提供一种固态成像装置以及制造该固态成像装置的方法，以便能改善灵敏度而抑制混色。此外，希望提供包括该固态成像装置的电子设备。
[0005]根据本发明的实施例，所提供的固态成像装置包括半导体基板、每一个包括形成在半导体基板中的光电转换部的像素、形成在半导体基板中且分隔相邻像素的沟槽以及形成在每个像素的光电转换部之上且埋设在沟槽的至少一部分中的彩色滤光片。
[0006]根据本发明的实施例，所提供的制造固态成像装置的方法包括:在半导体基板中形成包括在像素中的光电转换部，在半导体基板中形成分隔相邻像素的沟槽，以及在每个像素的光电转换部之上形成彩色滤光片且在沟槽的至少一部分中埋设彩色滤光片。
[0007]根据本发明实施例的电子设备包括光学系统、固态成像装置和处理固态成像装置的输出信号的信号处理电路，并且构造为其中该固态成像装置是根据本发明实施例的固态成像装置。
[0008]根据本发明实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片形成为埋设在用以彼此分隔相邻像素的沟槽的至少一部分中。结果，通过沟槽中埋设的彩色滤光片，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为沟槽中不使用诸如金属的遮光材料，所以可抑制由反射或吸收引起的灵敏度下降。
[0009]根据本发明的制造固态成像装置的方法，因为彩色滤光片形成为埋设在沟槽的至少一部分中，所以可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为彩色滤光片形成在像素的光电转换部之上且彩色滤光片形成为埋设在沟槽的至少一部分中，所以彩色滤光片可同时形成在像素的光电转换部之上和沟槽之中。
[0010]根据本发明实施例的电子设备的构造，因为该电子设备包括根据本发明实施例的固态成像装置，所以固态成像装置中可抑制混色的发生，并且可抑制灵敏度的下降。
[0011]根据上述的本发明的实施例，因为可抑制混色的发生且可抑制灵敏度的下降，所以可改善灵敏度而抑制混色。[0012]此外，根据本发明实施例的制造固态成像装置的方法，因为彩色滤光片可同时形成在像素的光电转换部之上和沟槽之中，所以，与其中遮光材料等与彩色滤光片分开地埋设在沟槽中的情况相比，可减少工艺的数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是示出根据第一实施例的固态成像装置的示意性构造图(平面图)；
[0014]图2是示出根据第一实施例的固态成像装置的主要部分的截面图；
[0015]图3A至3C是用于描述根据第一实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列和彩色滤光片阵列的示意图；
[0016]图4是示出所预期的光谱结果图像的示意图；
[0017]图5是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0018]图6是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0019]图7是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0020]图8是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0021]图9是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0022]图10是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0023]图11是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0024]图12是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0025]图13是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0026]图14是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0027]图15是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0028]图16是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0029]图17是示出制造根据第一实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0030]图18是示出根据第二实施例的固态成像装置的主要部分的截面图；
[0031]图19是示出制造根据第二实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0032]图20是示出制造根据第二实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0033]图21是示出制造根据第二实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0034]图22是示出制造根据第二实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0035]图23是示出制造根据第二实施例的固态成像装置的方法的工艺图；
[0036]图24A和24B是示出根据第三实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列和彩色滤光片阵列的示意图；
[0037]图25A和25B是示出根据第四实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列和彩色滤光片阵列的示意图；
[0038]图26A和26B是示出根据第五实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列和彩色滤光片阵列的示意图；
[0039]图27A和27B是示出根据第六实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列和彩色滤光片阵列的示意图；
[0040]图28是示出沟槽形成位置的变型例的平面图；以及
[0041]图29是示出根据第七实施例的电子设备的示意性构造图(框图)。【具体实施方式】
[0042]在下文，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。应注意，在该说明书和附图中，具有基本上相同功能和结构的构成元件用相同的附图标记表示，并且省略这些构成元件的重复描述。
[0043]在下文，将描述用于实施本发明的优选实施方式(在下文称为“实施例”)。描述将以下面的顺序进行。
[0044]1.第一实施例(固态成像装置)
[0045]2.第二实施例(固态成像装置)
[0046]3.第三实施例(固态成像装置)
[0047]4.第四实施例(固态成像装置)
[0048]5.第五实施例(固态成像装置)
[0049]6.第六实施例(固态成像装置)
[0050]7.固态成像装置的修改示例
[0051]8.第七实施例(电子设备)
[0052]〈1.第一实施例(固态成像装置)>
[0053]图1示出了根据第一实施例的固态成像装置的示意性构造图。本实施例涉及将本发明应用于CMOS型固态成像装置(CMOS成像传感器)的示例。
[0054]根据本实施例的固态成像装置I用固态成像元件构造，该固态成像元件构造为使像素部3和包括驱动电路等的周边电路部形成在诸如如图1所不的娃基板的半导体基板11上，其中很多像素2以规则方式二维设置在像素部3中，每一个像素2包括光电转换元件。
[0055]像素2包括光电转换部和像素晶体管,像素晶体管用MOS晶体管构造。作为像素晶体管，例如，提供转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的至少一个。
[0056]周边电路部构造为包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等。
[0057]例如，垂直驱动电路4用寄存器构造，并且选择像素驱动线，给选择的像素驱动线提供脉冲以驱动像素，并且驱动行单位中的像素。换言之，垂直驱动电路4在行单位中在垂直方向上按顺序选择性地扫描像素部3的像素2，并且基于每个像素2中所接收的光量而产生的信号电荷，通过垂直信号线9提供像素信号到列信号处理电路5。
[0058]例如,为像素2的每一列设置列信号处理电路5,并且对于每一个像素列,对从一行像素输出的信号输出执行诸如噪声减小的信号处理。换言之，列信号处理电路5执行用以对像素2去除特有的固定图案噪声的诸如相关双取样(CDS)的信号处理、信号放大和模拟至数字(AD)转换。水平选择开关(未示出)连接在列信号处理电路5的输出段和水平信号线10之间。
[0059]输出电路7通过水平信号线10对从列信号处理电路5顺序提供的信号执行信号处理，并且输出处理结果。输入-输出端12与外部交换信号。
[0060]接下来，根据本实施例的固态成像装置I的主要部分的截面图示出在图2中。图2示出了图1的像素部3的像素2的截面图和在图1的像素部3的外面形成的光学黑色部OPB的像素的截面图。[0061]如图2所示，N型光电转换部14形成在半导体基板11上，并且P+空穴累积区域15形成在光电转换部14之下。空穴累积区域15形成为靠近半导体基板11的下表面侧的界面。在光电转换部14之上，P+区域13从半导体基板11的上表面侧的界面形成。P型像素分隔区域16形成在相邻像素的光电转换部14之间。在半导体基板11的下表面侧，浮置扩散FD和晶体管的源漏区域17由N+半导体区域形成。
[0062]像素晶体管的栅电极19形成在半导体基板11之下，其间设有栅极绝缘膜18。例如，像素晶体管构造为包括四个晶体管，即转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管。图2左侧的栅电极19用于从光电转换部14传输电荷到浮置扩散FD，并且是转移晶体管的转移栅电极。图2右侧的栅电极19用作其它像素晶体管(复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管)的栅电极。侧壁绝缘层20形成在栅电极19的左侧和右侧。在栅电极19、侧壁绝缘层20和半导体基板11的没有形成栅电极19和侧壁绝缘层20的部分上形成自对准多晶娃化物阻挡膜(salicide blocking film) 21以覆盖下表面侧。自对准多晶娃化物阻挡膜21遮挡像素部的栅电极19和半导体基板11的表面，从而使像素部的栅电极19和半导体基板11的表面在周边电路部的晶体管等中执行自对准硅化时没有被硅化。由导体制造的插塞层22通过自对准多晶硅化物阻挡膜21中形成的接触孔连接到栅电极19。另一个插塞层22还连接到浮置扩散FD。多层互连层23形成在半导体基板11和栅电极19之下，各个互连层23由插塞层22彼此连接，并且其余部分由层间绝缘层24绝缘。互连部分用插塞层22、多层互连层23和层间绝缘层24构造。所获得的每个像素的信号可通过控制转移栅极、浮置扩散FD和放大晶体管的栅极用插塞层22和互连层23而输出。粘合剂层25形成在互连部分之下，并且支撑基板26形成在粘合剂层25之下。
[0063]同时，具有负固定电荷的绝缘膜28、绝缘层29和红(R)、绿(G)和蓝(B)三色的彩色滤光片30R、30G和30B以及芯片上透镜31以这里描述的顺序形成在半导体基板11的顶面上。红色滤光片30R形成在红像素2R上，绿色滤光片30G形成在绿像素2G上，并且蓝色滤光片30B形成在蓝像素2B上。沟槽27形成在半导体基板11的位于像素之间的部分中，使半导体基板11向内凹陷。绝缘层29和具有负固定电荷的绝缘膜28沿着沟槽27的内壁形成。
[0064]在本实施例中，彩色滤光片特别地埋设在像素之间的沟槽27中。具体而言，如图2所示，红色滤光片30R埋设在绿像素2G和红像素2R之间的沟槽27中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G和蓝像素2B之间的沟槽27中。
[0065]在光学黑色部OPB的像素中，互连部分、半导体基板11的内部和沟槽27的内壁与像素部的像素具有相同的构造。在光学黑色部OPB的像素中，蓝色滤光片30B埋设在沟槽27中，将蓝色滤光片30B、红色滤光片30R和绿色滤光片30G堆叠，并且在其上形成芯片上透镜31。
[0066]接下来，将描述根据本实施例的固态成像装置的像素的颜色阵列(color array)和彩色滤光片的设置。图3A示出了根据本实施例的固态成像装置的像素的颜色阵列图案。如图3A所示，绿像素2G在每行和每列中每隔一像素斜向地设置，并且红像素2R和蓝像素2B每隔一行和一列地设置。换言之，像素具有称为拜耳(Bayer)阵列的颜色阵列。在根据本实施例的固态成像装置中，对于具有图3A所示颜色阵列的像素2，沟槽27以格子形式形成在像素之间，如图3B所示。[0067]图3C是示出彩色滤光片设置的示意性平面图。如图3C所示，绿色滤光片30G仅形成在图3A的绿像素2G的部分上，而不形成在相邻像素之间的沟槽27中。蓝色滤光片30B不仅形成在图3A的蓝像素2B的部分上，而且形成为遍及相邻像素之间的沟槽27。红色滤光片30R不仅形成在图3A的红像素2R的部分上，而且形成在与绿像素2G相邻的沟槽27之上。换言之，在绿像素2G周围的沟槽27中，并不是埋设绿色滤光片30G，而且埋设相邻像素的彩色滤光片30R或30B。
[0068]在具有其中彩色滤光片不埋设在像素之间的构造的固态成像装置中，当光从具有高灵敏度的绿像素进入到相邻的红像素或蓝像素时，在红像素或蓝像素中会发生混色。此时，在红像素或蓝像素中，发生灵敏度光谱的边缘浮动(hem floating)(在绿色的中心波长附近灵敏度增加)。
[0069]在本实施例的构造中，因为入射在绿像素2G上的光是绿光，所以该绿光被沟槽27中的红色滤光片30R和蓝色滤光片30B遮挡，并且因此不进入相邻的红像素2R或相邻的蓝像素2B。此外，红像素2R的红光或蓝像素2B的蓝光通过沟槽27中的彩色滤光片30R和30B，并且进入绿像素2G，但是这帮助改善绿像素2G的灵敏度，因此没有问题。因为遮光材料不用在沟槽27中，所以可抑制由于反射或吸收引起的灵敏度下降。
[0070]这里，本实施例的构造所预期的光谱结果的图像示出在图4中。在图4中，水平轴表示波长(nm),并且垂直轴表示绝对灵敏度(任意单位)。如图4的箭头所示，R、G和B三色的灵敏度在中心波长附近得到预期改善，并且红(R)和蓝(B)的边缘浮动得到预期抑制。
[0071]此外，甚至在沟槽27中埋设的红色滤光片30R或蓝色滤光片30B中出现空白(void)(中空部分)时，因为彩色滤光片的折射系数(约2)大于中空部分的折射系数(1)，所以可抑制混色。此外，甚至在绿色滤光片30G略微进入沟槽27内部时，当红色滤光片30R和蓝色滤光片30B形成在沟槽27中时，也可抑制由混色引起的边缘浮动。
[0072]根据本实施例的彩色滤光片布置原则概括如下:当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中。
[0073]例如，如图2和图3所示的根据本实施例的固态成像装置可制造如下。
[0074]首先，如图5所示，将SOI基板的硅层用作半导体基板11，其中SOI基板包括硅基板41、氧化膜42和硅层。用作半导体基板11的硅层假定为N型。然后，在半导体基板11中，P+区域13靠近下表面接触氧化膜42的界面形成，并且P阱区域在靠近上表面的界面形成。例如，这些区域采用硼离子注入且在1000° C下退火形成。例如，在2.5MeV下以5X IO1Vcm2注入硼，并且杂质浓度为I X IO1Vcm3或更低，从而形成P+区域13。然后，在半导体基板11中，例如通过磷离子注入形成N型光电转换部14，并且例如采用硼离子注入和1000° C下的退火形成P型像素分隔区域16。此外，薄绝缘膜形成在半导体基板11的表面上，然后例如通过CVD技术形成多晶硅层。薄绝缘膜和多晶硅层通过光刻技术图案化，从而由此形成栅极绝缘膜18和像素晶体管的栅电极19。
[0075]接下来，如图6所示,侧壁绝缘层20形成在栅电极19的侧壁上。例如,通过减压(decompression)使TEOS膜形成为膜厚20nm,通过减压使SiN膜形成为膜厚IOOnm,然后采用CF4类气体执行干蚀刻，从而形成侧壁绝缘层20。其后，例如通过硼离子注入形成P+空穴累积区域15。此外，例如通过砷离子注入以及1100° C下的短时间退火形成N+浮置扩散FD和源漏极区域17。[0076]接下来，如图7所示，形成自对准多晶硅化物阻挡膜21，形成层间绝缘层24，并且形成插塞层22和互连层23。其后，粘合剂层25沉积在互连层23之上。
[0077]接下来，如图8所示，例如采用有机粘合剂将粘合剂层25粘合到支撑基板26。例如，硅基板可用作支撑基板26。
[0078]接下来，如图9所示，翻转整个基板，从而支撑基板26设置为向下。然后，去除SOI基板的硅基板41和氧化膜42，并且暴露P+区域13，如图10所示。
[0079]接下来，如图11所示，沟槽27形成在半导体基板11的其上形成有像素分隔区域16的部分中，其中该像素分隔区域16用光刻技术形成且为敞开的。例如，采用SF6/C4F8作为蚀刻气体对半导体基板11的硅基板进行蚀刻，从而形成沟槽27。粘合剂层25和支撑基板26在图11中没有示出。
[0080]其后，如图12所不，形成具有负固定电荷的绝缘I旲28。从而，具有负固定电荷的绝缘膜28形成在沟槽27的内壁和半导体基板11的顶表面上。
[0081]接下来，如图13所示，绝缘层29形成在从沟槽27的表面到内部的整个表面之上。例如，采用CVD设备形成厚度为50nm的氧化硅层。这里，作为绝缘层29，形成氧化硅层，但是根据需要可采用能透过光的氮化物膜和有机膜。此外，可不形成绝缘层29。
[0082]接下来，如图14所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成蓝色滤光片30B。与图2类似，从图14所示的工艺开始，所示出的截面图被分成光学黑色部OPB的像素和三种颜色的像素部的像素2R、2G和2B。此时，蓝色滤光片30B保留在光学黑色部OPB中。换言之，蓝色滤光片30B形成在光学黑色部OPB的像素和沟槽27上、蓝像素2B上、蓝像素2B和绿像素2G之间的沟槽27中、以及蓝像素2B和红像素2R之间的沟槽27中(见图3C)。即使在由于彩色滤光片的图案错位而没有完全埋设在沟槽27中，使得内部出现空白(中空部分)或开口时，也没有问题。
[0083]接下来，如图15所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成红色滤光片30R。此时，红色滤光片30R保留在光学黑色部OPB中。换言之，红色滤光片30R形成在光学黑色部OPB的像素上、红像素2R上以及红像素2R和绿像素2G之间的沟槽27中。即使在由于彩色滤光片的图案错位而没有完全埋设在沟槽27中，使得内部出现空白(中空部分)或开口时，也没有问题。
[0084]接下来，如图16所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成绿色滤光片30G。此时，红色滤光片30R保留在光学黑色部OPB中。换言之，绿色滤光片30G形成在光学黑色部OPB的像素和绿像素2G上。甚至在绿色滤光片30G延伸进入图14或15所示的工艺中产生的空白(中空部分)或开口时，也没有问题。
[0085]接下来，如图17所示，芯片上透镜31形成在彩色滤光片30B、30R和30G上。
[0086]如图2和3所示的根据本实施例的固态成像装置可如上所述进行制造。
[0087]在本实施例中，在需要遮光的光学黑色部OPB中，取代设置遮光膜(金属膜)，三种颜色的彩色滤光片30B、30R和30G设置为彼此重叠。因此，在光学黑色部OPB中不必执行形成遮光膜(金属膜)的工艺。
[0088]此外，在彩色滤光片的涂布和曝光工艺中，可能发生图案误差，但是根据本实施例的固态成像装置具有其中彩色滤光片30B和30R形成在沟槽27中的结构，因此，彩色滤光片不可能被剥离。[0089]根据本实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片30R和30B埋设在像素之间的沟槽27中。因此，通过沟槽27中的彩色滤光片30R和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不用在沟槽27中，所以还可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0090]此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽27中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽27中。结果，可防止绿光从具有高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B，并且可抑制混色导致的边缘浮动的发生。
[0091]根据本实施例的制造固态成像装置的方法，因为沟槽27形成在相邻像素之间，并且彩色滤光片30B和30R形成为埋设在沟槽27中，所以可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为彩色滤光片30B和30R形成在像素的光电转换部14之上且彩色滤光片30B和30R形成为埋设在沟槽27中，所以彩色滤光片30B和30R可同时形成在其位置上。结果，与遮光材料等与彩色滤光片分开地形成在沟槽中的情况相比，可减少工艺的数量。
[0092]另外，根据本实施例的固态成像装置的构造和制造方法，在光学黑色部OPB的像素中，三层的彩色滤光片30B、30R和30G堆积为形成遮光膜。因此，像素部的光电转换部14的彩色滤光片和光学黑色部OPB的遮光膜可同时形成，并且因此可减少工艺的数量。
[0093]〈2.第二实施例(固态成像装置)>
[0094]图18是根据第二实施例的固态成像装置的示意性构造图(截面图)。本实施例涉及将本发明应用于具有背侧照射型结构的CMOS成像传感器的示例。
[0095]在根据本实施例的固态成像装置中，特别是如图18所示，在光学黑色部OPB的像素中，彩色滤光片仅形成在沟槽27中，并且该像素覆盖有遮光膜32。像素部的三种颜色的像素2R、2G和2B与图2所示的第一实施例具有相同的结构。因此，根据本实施例的构造也满足上述的布置原则:“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”。
[0096]其余的构造与第一实施例的相同，并且可采用图1的平面图中示出的构造。
[0097]在根据本实施例的固态成像装置中，因为像素部的像素与第一实施例具有相同的构造，与第一实施例类似，入射在绿像素2G上的绿光不进入与之相邻的红像素2R或蓝像素2B，并且因此可抑制边缘浮动的发生。此外，因为遮光材料不用在沟槽27中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。
[0098]例如，根据本实施例的固态成像装置可如下面所述进行制造。
[0099]首先，执行与制造根据第一实施例的固态成像装置的方法中图5至13所示的工艺相同的工艺。然后，如图19所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成蓝色滤光片30B。在像素部的像素2R、2G和2B中，与第一实施例中图14所示的工艺类似，蓝色滤光片30B形成在蓝像素2B上、蓝像素2B和绿像素2G之间的沟槽27中、以及蓝像素2B和红像素2R之间的沟槽27中。在光学黑色部OPB中，蓝色滤光片30B埋设在沟槽27中，并且去除表面上的蓝色滤光片30B。
[0100]接下来，如图20所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成红色滤光片30R。在像素部的像素2R、2G和2B中，与第一实施例中的图15所示的工艺类似，红色滤光片30R形成在红像素2R上以及红像素2R和绿像素2G之间的沟槽27中。在光学黑色部OPB中，去除表面上的红色滤光片30R。
[0101]接下来，如图21所示，例如采用涂布装置和曝光装置形成绿色滤光片30G。在像素部的像素2R、2G和2B中，与第一实施例中的图16所示的工艺类似，绿色滤光片30G形成在绿像素2G上。在光学黑色部OPB中，去除表面上的绿色滤光片30G。
[0102]接下来，在芯片上透镜31形成在表面上后，去除光学黑色部OPB中的芯片上透镜31。此外，如图22所示，遮光膜32采用金属膜、在不损坏芯片上透镜31等的温度下形成在表面上。在光学黑色部OPB中，不形成彩色滤光片和芯片上透镜，因此遮光膜32形成在绝缘层29上。
[0103]然后，在剥离芯片上透镜31时，像素部的芯片上透镜31上的遮光膜32与芯片上透镜31—起剥离。此时，光学黑色部OPB中的遮光膜32保留在原位上。其后，如图23所示，再一次形成芯片上透镜31。在像素部中，芯片上透镜31形成在彩色滤光片30R、30G和30B上，并且在光学黑色部OPB中，芯片上透镜31形成在遮光膜32上。
[0104]如图18所示的根据本实施例的固态成像装置可如上所述来制造。
[0105]在图18至23中，蓝色滤光片30B埋设在光学黑色部OPB中的沟槽27中，但是，红色滤光片30R或绿色滤光片30G也可埋设在光学黑色部OPB中的沟槽27中。
[0106]此外，第一层至第三层的彩色滤光片30B、30R和30G可保留在光学黑色部OPB的表面上。此外，优选彩色滤光片不保留在光学黑色部OPB中的表面上，因为减小了半导体基板11和遮光膜32之间的距离，并且因此可改善遮光效果。
[0107]根据本实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片30R和30B埋设在像素之间的沟槽27中。因此，通过沟槽27中的彩色滤光片30R和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不使用在沟槽27中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0108]此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽27中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽27中。结果，可防止绿光从具有最高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B中，并且可抑制混色引起的边缘浮动的发生。
[0109]根据本实施例的制造固态成像装置的方法，因为沟槽27形成在相邻像素之间，并且彩色滤光片30B和30R形成为埋设在沟槽27中，所以可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为彩色滤光片30B和30R形成在像素的光电转换部14之上，并且彩色滤光片30B和30R形成为埋设在沟槽27中，所以彩色滤光片30B和30R可同时形成在其位置上。结果，与其中遮光材料等与彩色滤光片分开地形成在沟槽中的情况相比，可减少工艺的数量。
[0110]<3.第三实施例(固态成像装置)>
[0111]接下来，将描述根据第三实施例的固态成像装置的构造。图24A是示出根据第三实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列的平面图，而图24B是示出彩色滤光片阵列的平面图。
[0112]在本实施例中，所谓的蜂窝状阵列用作像素的颜色阵列。如图24A所示，绿像素2G每隔一像素地设置，与图3A所示的拜耳阵列类似。然而，红像素2R和蓝像素2B设置为使具有相同颜色的像素在像素的拐角处彼此连续，这与图3A所示的拜耳阵列不同。当三种颜色的彩色滤光片30R、30G和30B根据与图3A至3C相同的原则设置在像素中以及像素之间的沟槽中时，蓝色滤光片30B和红色滤光片30R形成为在像素的拐角处彼此连续，如图24B所示。根据本实施例的构造也满足上述的布置原则:“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”。
[0113]其余的沟槽与第一实施例的相同，并且可采用图1的平面图中所示的构造或图2的截面图中所示的构造。
[0114]根据本实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片30R和30B埋设在像素之间的沟槽中。因此,通过沟槽中的彩色滤光片30R和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不使用在沟槽中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0115]此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽中。结果，可防止绿光从具有最高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B中，并且可抑制混色引起的边缘浮动的发生。
[0116]<4.第四实施例(固态成像装置)>
[0117]接下来，将描述根据第四实施例的固态成像装置的构造。图25A是示出根据第四实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列的平面图，而图25B是示出彩色滤光片阵列的平面图。
[0118]在本实施例中,所谓的清除位阵列(clear bit array)用作像素的颜色阵列。如图25A所示，红像素2R和蓝像素2B每隔一行和一列地设置。在对应的行和对应的列中，重复设置红-绿-蓝-绿-红。在其它的行和列中，绿像素2G连续地设置。在该阵列的情况下，因为绿像素2G位于竖直或水平连续的位置上，所以绿色滤光片30G埋设在相应位置的像素之间的沟槽中。因此，彩色滤光片阵列具有其中绿色滤光片30G连续形成的构造，并且红色滤光片30R和蓝色滤光片30B以如图25B所示的岛状形式分散地形成。红色滤光片30R或蓝色滤光片30B埋设在红像素2R和蓝像素2B周围的每个沟槽中。根据本实施例的构造也满足上述的布置原则“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”。
[0119]其余的构造与第一实施例相同，并且可采用图1的平面图所示的构造或图2的截面图所示的构造。
[0120]根据本实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片30R、30G和30B埋设在像素之间的沟槽中。因此,通过沟槽中的彩色滤光片30R、30G和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不使用在沟槽中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0121]此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽中。结果，可防止绿光从具有最高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B中，并且可抑制混色引起的边缘浮动的发生。
[0122]<5.第五实施例(固态成像装置)>[0123]接下来，将描述根据第五实施例的固态成像装置的构造。图26A是示出根据第五实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列的平面图，而图26B是示出彩色滤光片阵列的平面图。
[0124]在本实施例中，除了三种颜色的像素2R、2G和2B外，还设置白像素2W。如图26A所示，白像素2W在每行和每列中每隔一像素设置，并且三种颜色的像素2R、2G和2B设置在白像素2W之间。三种颜色的像素2R、2G和2B的比率为1:2:1 (=红:绿:蓝)，与拜耳阵列类似。绿像素2G设置在每行和每列中的每第四个像素上，并且红像素2R和蓝像素2B设置在每隔一行和每隔一列中的每第四像素上。与上述实施例不同，绿像素2G仅在拐角处与红像素2R或蓝像素2B相邻。
[0125]没有为白像素2W设置彩色滤光片。此外，因为白像素2W在灵敏度上高于三种颜色的像素2R、2G和2B，所以具有与相邻像素(红、绿和蓝中的任何一个)相同颜色的彩色滤光片埋设在白像素2W周围的沟槽中。换言之，该构造满足上述布置原则:“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”。
[0126]如图26B所示，彩色滤光片不设置在画斜线的白像素2W的位置33处。此外，相邻像素的彩色滤光片(30R、30G和30B中的任何一个)埋设在白像素2W周围的沟槽中。在根据本实施例的颜色阵列中，因为绿像素2G彼此斜向地连续，所以绿色滤光片30G连续地形成。在图26B中，红色滤光片30R和蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与红像素2R以及绿像素2G和蓝像素2B之间的拐角处的沟槽中。因为像素的拐角在光泄漏上小于像素的周边，所以绿色滤光片30G埋设在绿像素2G周围的拐角处的沟槽中没有问题。
[0127]在图26A和26B所示的设置中，白像素2W设置为竖直或水平上彼此不相邻，但是，当白像素2W设置为竖直或水平上彼此相邻时，没有彩色滤光片埋设在相邻的白像素2W之间的沟槽中也没有问题。
[0128]其余的构造与第一实施例相同，并且可采用图1的平面图中所示的构造。
[0129]根据上面的实施例，彩色滤光片30R、30G和30B埋设在像素之间的沟槽中。因此，通过沟槽中的彩色滤光片30R、30G和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不使用在沟槽中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0130]此外，具有与另外像素2R、2G或2B相同颜色的彩色滤光片30R、30G或30B埋设在白像素2W与相邻的该另外像素之间的沟槽中。结果，可防止光从具有最高灵敏度的白像素2W渗透到另外的像素2R、2G或2B中，并且因此可抑制混色的发生。此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽中。结果，可防止绿光从具有最高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B中，并且可抑制由混色引起的边缘浮动的发生。
[0131]<6.第六实施例(固态成像装置)>
[0132]接下来，将描述根据第六实施例的固态成像装置的构造。图27A是示出根据第六实施例的固态成像装置中像素的颜色阵列的平面图，而图27B是示出彩色滤光片阵列的平面图。在本实施例中，三种颜色的像素2R、2G和2B设置为使具有相同颜色的四个像素通过两个像素竖直设置且两个像素水平设置而连续设置。当具有相同颜色的连续四个像素合并成一个时，它变为与图3A所示的拜耳阵列类似。
[0133]如图27B所示，在具有相同颜色、且彼此相邻的像素之间的沟槽中埋设相应颜色的彩色滤光片30R、30G或30B。在绿像素2G与红像素2R或蓝像素2B相邻的位置处埋设红色滤光片30R或蓝色滤光片30B。因此，根据本实施例的构造也满足上述布置原则:“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”。
[0134]根据上述实施例的固态成像装置的构造，彩色滤光片30R、30G或30B埋设在像素之间的沟槽中。因此,通过沟槽中的彩色滤光片30R、30G和30B，可防止光渗透到相邻像素中，并且可抑制混色的发生。此外，因为诸如金属的遮光材料不使用在沟槽中，所以可抑制反射或吸收引起的灵敏度下降。从而，可改善灵敏度而抑制混色。
[0135]此外，红色滤光片30R埋设在绿像素2G与相邻的红像素2R之间的沟槽中，并且蓝色滤光片30B埋设在绿像素2G与相邻的蓝像素2B之间的沟槽中。结果，可防止绿光从具有最高灵敏度的绿像素2G渗透到与之相邻的红像素2R或蓝像素2B中，并且可抑制混色引起的边缘浮动的发生。
[0136]〈7.固态成像装置的变型例〉
[0137]在上面的实施例当中，在图3、24、26和27所示的彩色滤光片布置中，蓝色滤光片30B埋设在红像素2R和蓝像素2B之间的拐角处的沟槽27中。然而，红色滤光片30R可埋设在红像素2R和蓝像素2B之间的拐角处的沟槽27中。当红色滤光片30R埋设在拐角处的沟槽27中时，红色滤光片30R可在制造固态成像装置的工艺中在蓝色滤光片30B之前形成。
[0138]在上面的实施例中，如图3B所示，其中埋设彩色滤光片的沟槽27以格子的形式形成在像素周围。在本发明中，其中埋设彩色滤光片的沟槽27优选形成在相邻像素之间的大部分区域中。例如，如图28中的平面图所示，其中埋设彩色滤光片的沟槽27可以以岛的形式形成在相邻像素之间的不包括拐角的部分中。
[0139]已经结合其中仅一种彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中的示例描述了上面的实施例。在本发明中，两种或更多种颜色的彩色滤光片可埋设在沟槽中。此时，优选至少具有低灵敏度的彩色滤光片埋设在具有高灵敏度颜色的像素和另一具有低灵敏度颜色的像素之间的沟槽中。此外，如上所述，彩色滤光片可构造为其内具有中空部分。
[0140]已经结合其中采用了红、绿和蓝的三种颜色像素和白像素的示例描述了上面的实施例。在本发明中，彩色滤光片的颜色不限于红、绿和蓝，而是可采用其它颜色的组合。在组合其它颜色的情况下，只需其构造满足上述的布置原则:“当相邻像素的颜色灵敏度存在实质差别时，具有与低灵敏度像素相同颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的沟槽中”，就可抑制混色弓I起的边缘浮动的发生。
[0141]在根据第一和第二实施例的制造工艺中，具有最高灵敏度的绿色滤光片30G形成在三种颜色的彩色滤光片30R、30G和30B之后。在组合其它颜色的情况下，优选地，在固态成像装置的制造工艺中的形成彩色滤光片的工艺中，在两种或更多种颜色的彩色滤光片当中，具有最高灵敏度颜色的彩色滤光片类似地形成在各颜色的彩色滤光片之后。
[0142]在采用白像素的第五实施例的构造中，白像素具有最高灵敏度，并且绿像素具有次高灵敏度。如上所述，当各颜色的像素灵敏度分成三个或更多个级别时，彩色滤光片的布置可基于上述布置原则根据每个像素灵敏度的级别设定。然而，在本发明中，当各颜色的像素灵敏度分成三个或更多个级别时，该布置原则不是必须在所有的像素灵敏度级别上采用。当任何其它颜色的至少一个彩色滤光片埋设在具有最高灵敏度颜色的像素和具有另外颜色的相邻像素之间的沟槽中时，就具有通过其抑制混色而引起发生边缘浮动的效果。
[0143]例如，根据本发明实施例的固态成像装置可应用于各种电子设备，例如，包括数字相机或摄像机的成像系统、具有成像功能的移动电话以及具有成像功能的其它设备。
[0144]<8.第七实施例(电子设备)>
[0145]图29是示出根据第七实施例的电子设备的示意性构造图(框图)。如图29所示，电子设备121包括固态成像装置122、光学系统123、快门装置124、驱动电路125和信号处理电路126。
[0146]光学系统123用光学透镜等构造，并且使来自物体的成像光(入射光)形成在固态成像装置122的像素部上。结果，在预定的时间内，信号电荷累积在固态成像装置122中。光学系统123可包括由多个光学透镜构造的光学透镜系统。根据本发明实施例的固态成像装置，例如，根据上面实施例的固态成像装置用作固态成像装置122。快门装置124控制固态成像装置122上的光照时间和遮光时间。驱动电路125提供驱动信号，用于控制固态成像装置122的转移操作和快门装置124的快门操作。固态成像装置122的信号转移响应于从驱动电路125提供的驱动信号(定时信号)而执行。信号处理电路126执行各种信号处理。已经经受信号处理的视频信号存储在诸如存储器的存储介质中或输出到监视器。
[0147]根据本实施例的电子设备121的构造，将根据本发明实施例的固态成像装置，例如根据上面实施例的固态成像装置，用作固态成像装置122，并且因此在固态成像装置中可改善灵敏度而抑制混色。
[0148]在本发明中，成像装置的构造不限于图29所示的构造，而是可采用图29所示构造之外的构造，只要该构造采用根据本发明实施例的固态成像装置。
[0149]另外，本发明还可构造如下。
[0150](I) 一种固态成像装置，包括:
[0151]半导体基板；
[0152]像素，每一个该像素包括形成在该半导体基板中的光电转换部；
[0153]沟槽，形成在该半导体基板中，并且该沟槽分隔相邻的像素；以及
[0154]彩色滤光片，形成在每一个该像素的该光电转换部之上且埋设在该沟槽的至少一部分中。
[0155](2)根据(I)的固态成像装置，
[0156]其中在具有最高灵敏度颜色的像素与相邻的其他颜色的像素之间的沟槽中埋设其他颜色的彩色滤光片。
[0157](3)根据(I)的固态成像装置，
[0158]其中当相邻像素的颜色灵敏度具有实质差别时，具有低灵敏度颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的该沟槽中。
[0159](4)根据(2)的固态成像装置，
[0160]其中像素的颜色阵列是拜耳阵列，并且在绿像素周围的该沟槽中埋设具有相邻像素的颜色的红色滤光片或蓝色滤光片。[0161](5)根据(2)的固态成像装置，
[0162]其中像素的颜色阵列是清除位阵列，绿色滤光片埋设在绿像素相邻的像素之间的沟槽中，并且具有相邻于该绿像素的像素的颜色的红色滤光片或蓝色滤光片埋设在绿像素不相邻的像素之间的沟槽中。
[0163](6)根据(2)或(3)的固态成像装置，
[0164]其中像素的颜色阵列包括其上不设置彩色滤光片的白像素，并且具有相邻于该白像素的像素的颜色的彩色滤光片埋设在白像素不相邻的像素之间的沟槽中。
[0165](7)根据(2)的固态成像装置，
[0166]其中在具有相同颜色且彼此相邻的像素之间的沟槽中埋设相同颜色的彩色滤光片。
[0167](8) 一种制造固态成像装置的方法，包括:
[0168]在半导体基板中形成包括在像素中的光电转换部；
[0169]在该半导体基板中形成分隔相邻像素的沟槽；以及
[0170]在每一个该像素的该光电转换部之上形成彩色滤光片，并且在该沟槽的至少一部分中埋设该彩色滤光片。
[0171](9)根据(8)的制造固态成像装置的方法，
[0172]其中该形成彩色滤光片包括:多个颜色的彩色滤光片中具有最高灵敏度颜色的彩色滤光片在形成各色的该彩色滤光片之后形成。
[0173](10)—种电子设备，包括:
[0174]光学系统；
[0175]根据(I)至(7 )任何一项的固态成像装置；以及
[0176]信号处理电路，处理固态成像装置的输出信号。
[0177]本发明不限于上面的实施例，而是在不脱离本发明要点的范围内可采用各种构造。
[0178]本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、组合、部分组合和替换。
[0179]本申请包含2012年7月12日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2012-156899中公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。
【权利要求】
1.一种固态成像装置，包括: 半导体基板； 像素，每一个该像素包括形成在该半导体基板中的光电转换部； 沟槽，形成在该半导体基板中，并且该沟槽分隔相邻的像素；以及 彩色滤光片，形成在每一个该像素的该光电转换部之上且埋设在该沟槽的至少一部分中。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置， 其中在具有最高灵敏度颜色的像素与相邻的其他颜色的像素之间的沟槽中埋设其他颜色的彩色滤光片。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置， 其中当相邻像素的颜色灵敏度具有实质差别时，具有低灵敏度颜色的彩色滤光片埋设在像素之间的该沟槽中。
4.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中像素的颜色阵列是拜耳阵列，并且在绿像素周围的该沟槽中埋设具有相邻像素的颜色的红色滤光片或蓝色滤光片。
5.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中像素的颜色阵列是清除位阵列，绿色滤光片埋设在绿像素相邻的像素之间的沟槽中，并且具有相邻于该绿像素的像素的颜色的红色滤光片或蓝色滤光片埋设在绿像素不相邻的像素之间的沟槽中。
6.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中像素的颜色阵列包括其上不设置彩色滤光片的白像素，并且具有相邻于该白像素的像素的颜色的彩色滤光片埋设在白像素不相邻的像素之间的沟槽中。
7.根据权利要求2所述的固态成像装置， 其中在具有相同颜色且彼此相邻的像素之间的沟槽中埋设相同颜色的彩色滤光片。
8.—种制造固态成像装置的方法，包括: 在半导体基板中形成包括在像素中的光电转换部； 在该半导体基板中形成分隔相邻像素的沟槽；以及 在每一个该像素的该光电转换部之上形成彩色滤光片，并且在该沟槽的至少一部分中埋设该彩色滤光片。
9.根据权利要求8所述的制造固态成像装置的方法， 其中该形成彩色滤光片包括:多个颜色的彩色滤光片中具有最高灵敏度颜色的彩色滤光片在形成各色的该彩色滤光片之后形成。
10.一种电子设备，包括: 光学系统； 固态成像装置，包括半导体基板、每一个均包括形成在该半导体基板中的光电转换部的像素、形成在该半导体基板中且分隔相邻像素的沟槽以及形成在每一个该像素的该光电转换部之上且埋设在该沟槽的至少一部分中的彩色滤光片；以及信号处理电路，处理该固态成像装置的输出信号。
【文档编号】H01L27/146GK103545329SQ201310280645
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】池田晴美, 舘下八州志 申请人:索尼公司