固体摄像器件的制作方法

固体摄像器件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种固体摄像器件，其包括：半导体基板；多个光电二极管，它们布置在所述半导体基板中；多个绝缘膜，它们形成在所述半导体基板上，且所述多个绝缘膜具有不同材料和/或不同折射率；以及滤色器，所述滤色器以与各所述光电二极管对应的方式形成在所述多个绝缘膜上。利用本发明的固体摄像器件，能够抑制颜色不均匀。
【专利说明】固体摄像器件
[0001]本申请是申请日为2010年10月29日、发明名称为“固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置”、且申请号为201010524890.8的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉参考
[0003]本申请包含与2009年11月6向日本专利局提交的日本优先权专利申请2009-255445所公开的内容相关的主题，在此将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0004]本发明涉及固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置，更具体而言，涉及包括红(R)色、绿(G)色和蓝(B)色滤色器的固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置。
【背景技术】
[0005]诸如数字视频电子装置和数码电子装置等电子装置包括例如，(XD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)图像传感器和CMOS(互补型金属氧化物娃晶体管，Complementary Metal-Oxide-Silicon Transistor)图像传感器等固体摄像器件。
[0006]这种固体摄像器件包括多个像素，这些像素按照沿水平和垂直方向的矩阵设置在半导体基板上形成光接收面。在光接收面上，对各像素设置例如光电二极管等传感器作为光电转换部。在光接收面上形成有聚光结构，所述聚光结构将目标图像的光汇聚到各像素的传感器。目标图像的光一旦被接收，即被进行光电转换，并产生信号电荷以生成像素信号。
[0007]在形成彩色图像的固体摄像器件中，形成有与各像素对应的红(R)色、绿(G)色或蓝⑶色滤色器。
[0008]图20A为相关技术的固体摄像器件的像素的截面图，表示单元尺寸约为3 μ m的现有固体摄像器件。
[0009]用于各像素的光电二极管111被形成在半导体基板110上，并且，栅极绝缘膜和栅极电极(未图示)被形成在与光电二极管111相邻的区域上。栅极电极被控制以执行包括传输光电二极管111中累积的信号电荷的处理。
[0010]例如，例如二氧化硅的底层第一绝缘膜120a被形成在整个表面上，并覆盖形成在半导体基板110上的包括光电二极管111和栅极电极的元件，以使由栅极电极等元件导致的不平表面变得平坦。
[0011]例如，在第一绝缘膜120a上形成有例如氮化硅的第二绝缘膜120b以及例如树脂的第三绝缘膜120c。在它们上形成有例如氮氧化硅的第四绝缘膜121。
[0012]例如，在第四绝缘膜121上形成有例如氮化硅的第五绝缘膜122。
[0013]在第五绝缘膜122上对各像素形成有透射例如红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色区域中的波长的光的滤色器123。在滤色器123上形成有片上透镜124。[0014]在用于各颜色的像素中，对像素设置的光电二极管传感器接收与各颜色对应的波长的光，获得用于形成彩色图像的像素信号。
[0015]随着半导体集成电路持续向微型化发展，固体摄像器件的聚光结构变得比以往复杂。涉及工艺变化的更精细的器件结构使通过聚光结构的光的光路变复杂。这带来了摄像过程中的颜色不均匀的问题。
[0016]颜色不均匀是由于入射光中的色平衡被破坏而导致的现象，而色平衡遭到破坏是由于形成聚光结构的膜的厚度不同而使传感器上的入射光的强度的波长依赖性变化导致的。
[0017]颜色不均匀的示例是颜色框不均匀，这发生在由于厚度变化或所谓的芯片内厚度变化，透射光的色平衡在光接收面的中央部和周边部被改变和破坏时，其中，形成聚光结构的膜中的厚度变化范围对固体摄像器件的光接收面的中央部和周边部不同。
[0018]颜色不均匀对图像数据的视场角添加颜色，因此会降低摄像器件的产率。在单元尺寸小于约3 μ m的一代器件中，颜色不均匀成为问题。
[0019]在单元尺寸3μπι以上的老一代器件中，器件中的片上透镜和其他透镜使光弯曲，在传感器上的入射光中产生各种角分量(angular components)。
[0020]图20B和图20C表示上述结构的传感器的感应强度的厚度依赖性。横轴表示高折射率膜的厚度，该膜具有与在硅半导体基板界面处反射的入射光发生干涉的界面。
[0021]如图20B所示，在上述结构的传感器中，干涉光的波峰与波谷抵消，并产生图20C中所示的厚度依赖性，即，感应强度具有小的厚度依赖性。
[0022]在具有大的单元间距的器件中，即便当高折射率膜的厚度因工艺变化而改变时，感应强度对各RGB的波长恒定，并且也不会轻易发生颜色不均匀。
[0023]图21A为单元尺寸小于约3μπι的相关技术的固体摄像器件的像素的截面图。除了单元尺寸单纯地减小外，该结构与图20Α所示的结构相同。
[0024]在这样结构的像素中，尽管单元间距较小，但层厚度保持相同，因此，如图21Α所示，光通过该器件中的透镜时不会弯曲，并以近乎平行的光线、只具有较小的角分量的方式进入传感器。
[0025]以这种方式入射的光仅具有单一的干涉光分量，因此不同光分量不能相互抵消。
[0026]图21Β表示上述结构的传感器的感应强度的厚度依赖性。
[0027]由于单一分量感应强度的厚度依赖性未被抵消而仍然保留，因而如图21Β所示，感应强度随高折射率膜的厚度的变化而改变。
[0028]图22为表示视场角中心处的像素与视场角边缘处的像素之间的灵敏度比(R/G)的差相对于单元间距的图。该图已被归一化，并且纵轴表示灵敏度比的差3(相对值)。
[0029]可以通过将视场角中心处的像素与视场角边缘处的像素之间的灵敏度比(B/G)的差归一化得到相似的图。
[0030]视场角中心与边缘之间的灵敏度比的差在单元间距为3μπι以下时出现，这表明3 μ m的单元间距为临界边界。这种差异引起颜色不均匀。
[0031]为了克服颜色不均匀这一问题，JP-A-2007_242697(专利文献I)提出了这样一种结构，即，通过在高折射率膜的上面和下面形成防反射膜来抑制干涉，减小颜色不均匀。
[0032]JP-A-6-292206 (专利文献2)提出了一种包括减小光的反射的反射防止结构的器件。
[0033]JP-A-2005_142510(专利文献3)提出了这样一种结构，即，在光接收部正上方的防反射膜的厚度对各不同波长变化，以抑制反射光的强度，并因此提高光接收效率。
[0034]专利文献I的方法旨在通过减小产生导致颜色不均匀的干涉光的高折射率膜处的反射来抑制颜色不均匀。为了实现这一目的，在高折射率膜的上面和下面形成恒定厚度的防反射膜。该防反射膜的恒定厚度为:使620nm波长附近的红(R)反射光减小的厚度与使550nm波长附近的绿(G)反射光减小的厚度的平均值。
[0035]但利用这种方法不能有效地抑制颜色不均匀，原因在于该方法未考虑440nm附近的蓝(B)光波长，还由于导致颜色不均匀的干涉光对防反射膜和高折射率膜的厚度敏感。
[0036]下面将参照图21A所示的结构进行说明。图21A所示的结构表示CXD图像传感器和CMOS图像传感器等固体摄像器件的普通结构。
[0037]在半导体基板110上形成的光电二极管111的附近区域中，对各像素，诸如栅极绝缘膜和栅极电极(未图示)等元件被形成在半导体基板110上。栅极电极被控制以执行包括传输光电二极管111中累积的信号电荷的处理。
[0038]例如，例如二氧化硅的底层第一绝缘膜120a被形成在整个表面上，并覆盖在半导体基板110上形成的包括光电二极管111和栅极电极的元件，以使由栅极电极等元件导致的不平表面变得平坦。
[0039]例如，在第一绝缘膜120a上形成有例如氮化硅的第二绝缘膜120b以及例如树脂的第三绝缘膜120c。在它们上形成有例如氮氧化硅的第四绝缘膜121。
[0040]例如，在第四绝缘膜121上形成有例如氮化硅的第五绝缘膜122。
[0041]产生颜色不均匀是由于例如，半导体基板表面处反射的入射光与第四绝缘膜121和第五绝缘膜122之间的界面处的反射光的光学干涉强度的变化导致的。

【发明内容】

[0042]本发明的发明人已认识到了相关技术的固体摄像器件的问题，具体地，例如在形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中，很难抑制颜色不均匀。
[0043]根据本发明的实施例，提供一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括:半导体基板；多个光电二极管，它们布置在所述半导体基板中；多个绝缘膜，它们形成在所述半导体基板上，且所述多个绝缘膜具有不同材料和/或不同折射率；以及滤色器，所述滤色器以与各所述光电二极管对应的方式形成在所述多个绝缘膜上。
[0044]在本发明实施例的固体摄像器件中，优选地，所述多个绝缘膜具有两个以上绝缘膜。
[0045]优选地，所述多个绝缘膜至少具有第一、第二和第三绝缘膜。
[0046]优选地，所述第二绝缘膜的折射率大于所述第一绝缘膜的折射率。
[0047]优选地，所述第三绝缘膜的折射率大于所述第二绝缘膜的折射率。
[0048]优选地，用于具有红色、绿色和蓝色滤色器中任一种滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或折射率与用于具有其他滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或折射率不同。
[0049]优选地，所述固体摄像器件还可以包括多层布线，所述多层布线形成在所述滤色器与所述半导体基板的表面之间。
[0050]优选地，所述第三绝缘膜为由氮化硅制成的保护膜。
[0051]优选地，对于具有红色滤色器的像素、具有绿色滤色器的像素和具有蓝色滤色器的像素而言，所述第二绝缘膜具有不同厚度。
[0052]优选地，用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度的差为:红光波长/4-绿光波长/4。而且，用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度的差为:绿光波长/4-蓝光波长/4。
[0053]利用本发明实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
【专利附图】

【附图说明】
[0054]图1为本发明第一实施例的固体摄像器件的截面图。
[0055]图2为说明有关本发明第一实施例的固体摄像器件的颜色不均匀的图。
[0056]图3为表示本发明第一实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0057]图4Α和图4Β为说明第一实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面图。
[0058]图5Α和图5Β为说明第一实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面图。
[0059]图6为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0060]图7为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0061]图8为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0062]图9为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0063]图10为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。
[0064]图11为本发明第三实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0065]图12Α和图12Β为说明第三实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面图。
[0066]图13Α和图13Β为说明第三实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面图。
[0067]图14为本发明第四实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0068]图15为表示本发明第四实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜的厚度之间的关系的图。[0069]图16为本发明第四实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0070]图17为说明用于设计本发明第五实施例的固体摄像器件中的第三绝缘膜的厚度的方法的图。
[0071]图18为说明用于设计本发明第五实施例的固体摄像器件中的第三绝缘膜的厚度的方法的图。
[0072]图19为本发明第七实施例的电子装置的示意图。
[0073]图20A为相关技术的固体摄像器件的截面图；图20B和图20C为表示具有图20A的结构的传感器的感应强度的厚度依赖性的图。
[0074]图21A为相关技术的固体摄像器件的截面图；图21B为表不具有图21A的结构的传感器的感应强度的厚度依赖性的图。
[0075]图22为表示灵敏度相对于对红(R)、绿(G)以及蓝⑶的单元间距的图。
【具体实施方式】
[0076]在下文中，将参照附图对本发明的固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置的实施例加以说明。
[0077]按照以下的顺序进行说明。
[0078]1.第一实施例(对RGB的第二绝缘膜的厚度不同)
[0079]2.第二实施例(第二绝缘膜的厚度范围)
[0080]3.第三实施例(作为层叠绝缘膜的第二绝缘膜)
[0081]4.第四实施例(对B的第二绝缘膜的厚度与对R或G的第二绝缘膜的厚度相同)
[0082]5.第五实施例(固体摄像器件的设计方法)
[0083]6.第六实施例(固体摄像器件的设计方法)
[0084]7.第七实施例(在电子装置中的应用)
[0085]第一实施例
[0086]固体摄像器件的结构
[0087]图1为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0088]该图表示分别接收例如红色、绿色以及蓝色区域波长的红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶。
[0089]例如，红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶分别接收620nm、550nm以及440nm的波长。
[0090]对半导体基板10的各像素形成有光电二极管11，并且在与光电二极管11相邻的区域中的半导体基板10上形成有例如二氧化硅的栅极绝缘膜以及例如多晶硅的栅极电极。例如，形成有用于传输光电二极管中累积的信号电荷的晶体管。
[0091 ] 在本实施例中，将光电二极管也称为传感器，并且将光电二极管的输出强度也称为感应强度。
[0092]例如，在整个表面上形成例如二氧化硅(折射率为1.45)的底层第一绝缘膜20a，覆盖在半导体基板10上形成的包括光电二极管11和晶体管(未图示)的元件，从而使由例如晶体管的栅极电极等元件导致的不平表面变得平坦。
[0093]例如，在底层第一绝缘膜20a上形成有例如具有紫外线吸收性的氮化硅(折射率为2.0)的中间层第一绝缘膜20b。
[0094]在中间层第一绝缘膜20b上形成有例如耐热性热固性的丙烯酸树脂(heat-resistance heat-curable acrylic resin, JSS:由 JSR 公司生产)等树脂(折射率为1.5)的顶层第一绝缘膜20c，用来使厚度台阶平坦化。
[0095]底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b以及顶层第一绝缘膜20c层叠，构成第一绝缘膜20。至少形成上述第一绝缘膜20的底面部分和顶面部分的材料具有比半导体基板10的折射率小的折射率(第一折射率)。
[0096]具体地，底面部分由例如二氧化硅等材料形成，顶面部分由例如树脂等材料形成，两种材料的折射率都小于硅的半导体基板10的折射率。第一折射率的材料可以与底面部分和顶面部分的材料相同或不同。
[0097]使用例如氮氧化娃(折射率为1.6),利用等离子体CVD (Chemical VaporDeposition:化学气相淀积)等方法在第一绝缘膜20上形成一般称为防反射膜的第二绝缘膜21。
[0098]例如，在第二绝缘膜21上形成有例如氮化硅(折射率为2.0)的第三绝缘膜22作为保护膜。
[0099]在第三绝缘膜22上形成有用于各像素的透射例如红(R)色、绿(G)色或蓝⑶色区域的波长的光的滤色器(23B、23G、23R)。在滤色器(23B、23G、23R)上形成有片上透镜24。
[0100]如上所述，对在半导体基板10的光接收面上呈矩阵状设置的各像素分别形成有光电二极管11。
[0101]在半导体基板10上形成有与半导体基板10接触的多层布线(未图示)，并且对至少第一绝缘膜20的底面部分和顶面部分采用折射率小于半导体基板10的折射率的第一折射率的材料，第一绝缘膜20形成在半导体基板10上以覆盖多层布线。
[0102]折射率(第二折射率)大于第一折射率的第二绝缘膜21形成在第一绝缘膜20上。折射率(第三折射率)大于第二折射率的第三绝缘膜22形成在第二绝缘膜21上。
[0103]与各像素对应且允许红色、绿色或蓝色区域的波长的光通过的滤色器(23R、23G、23B)形成在第三绝缘膜22上。
[0104]用于具有红色、绿色和蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度不同。
[0105]具体地，例如，如图1所示，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜21分别具有不同厚度TR、TG以及TB。对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，采用共用的氮氧化硅(折射率为1.6)来形成第二绝缘膜21。
[0106]如上述构成的第二绝缘膜21在下述方面发挥作用。
[0107]在半导体基板10的表面处的反射光与在第一绝缘膜20和第二绝缘膜21的界面处的反射光以及第二绝缘膜21和第三绝缘膜22的界面处的反射光，发生光学干涉。
[0108]发生颜色不均匀是由光学干涉强度改变引起的。颜色不均匀可以通过减小光学干涉强度中的这种变化得到抑制。
[0109]在本实施例中，按下述方式确定第二绝缘膜21的厚度以减小光学干涉强度的厚度依赖性。
[0110]如上所述，如图1所示，第二绝缘膜21的表面具有台阶差，并且第三绝缘膜22使台阶差平坦化。第三绝缘膜22充分大于第二绝缘膜21的台阶差，因此能够通过提供平坦表面来吸收台阶差的负面影响。
[0111]相关技术的固体摄像器件被构成为根据例如550nm的光来优化第二绝缘膜21的厚度。然而，如上所述，该器件不足以减少颜色不均匀。
[0112]图2为说明颜色不均匀的图。该图表示红像素(R)和绿像素(G)的感应强度的厚度依赖性。
[0113]图2表示在第二绝缘膜21被设定为预定厚度值的条件下，对于用于接收550nm光的绿像素(实线a)和接收620nm光的红像素(虚线b)，感应强度相对于中间层第一绝缘膜20b的厚度的图。
[0114]可以看到，感应强度随中间层第一绝缘膜20b的厚度的改变而周期性变化，并因此可以将中间层第一绝缘膜20b设定成使感应强度最大的厚度。
[0115]另外，从图2可以看到，感应强度的相位和振幅根据波长变化。具体地，对绿像素(G)(实线a)，最大感应强度处的点X是最佳厚度，但对红像素(R)(虚线b)，X处不是最佳厚度。
[0116]因此，难以确定对绿像素(G)和红像素(R)来说都最佳的第二绝缘膜21的厚度。
[0117]在本实施例中，通过精确地估算具有3μπι以下的精细单元间距的固体摄像器件中的对各波长的光入射特性，来确定第二绝缘膜21的厚度或厚度范围。
[0118]具体地，通过基于形成固体摄像器件的膜的输入厚度和折射率计算传感部的入射光强度，来满足光特性的要求。在此，光特性的要求是减小光学干涉强度中的变化，具体地，使光学干涉强度的厚度依赖性最小。
[0119]在本实施例中，对各红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)设定第二绝缘膜21的厚度。
[0120]例如，在改变对第二绝缘膜21设定的厚度值的情况下，通过仿真确定感应强度随中间层第一绝缘膜20b的厚度在实际工艺变化范围内的改变的变化。仿真结果随后被用于设定第二绝缘膜21的厚度。
[0121]图3表示当第二绝缘膜21的厚度从40nm变化到330nm时，红像素(R)和绿像素(G)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0122]横轴表示作为工艺变化的代表示例的中间层第一绝缘膜20b的厚度。在图3中，由R和G表示的线分别为在第二绝缘膜21的厚度改变的情况下，对红像素和绿像素的绘制值(plotted values)。
[0123]中间层第一绝缘膜20b厚度的变化将改变反射光的干涉条件。从图3中可以看出，感应强度的厚度依赖性具有根据绝缘膜厚度的周期性，并且，振幅随第二绝缘膜21的厚度改变。
[0124]如图中所示，在具有精细单元间距的器件中，感应强度对厚度的响应灵敏。如图3所示，感应强度对红像素和绿像素的响应不同。具体地，需要根据入射光波长来确定第二绝缘膜21的厚度。
[0125]在图3中，期望具有恒定不变的传感器输出。恒定传感器输出意味着相对于绝缘膜中的工艺变化的恒定感应强度。
[0126]从这个角度参考该附图，当第二绝缘膜21的厚度对红像素(R)的波长优选lOOnm，对绿像素(G)的波长优选40nm时,感应强度稳定。
[0127]对于蓝像素(B)，第二绝缘膜21的优选厚度为180nm。
[0128]在本实施例中，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜21的厚度分别被设定为100nm、40nm以及180nm。
[0129]这些厚度不同于专利文献I中提出的厚度。
[0130]此外，上述结构自身不同于专利文献3中提出的结构，专利文献3中提出按波长的顺序，具体按照红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶的顺序减小厚度。
[0131]随着单元尺寸的最小化以及入射光接近相干，确定用于各波长的厚度是很重要的。
[0132]根据本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度的变化，从而抑制例如形成特别是单元间距为3μπι以下的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
[0133]固体摄像器件的制造方法
[0134]下面参照图4Α和图4Β以及图5Α和图5Β对本实施例的固体摄像器件的制造方法加以说明。
[0135]首先，如图4Α所示，例如，在硅半导体基板10上形成用于各像素的光电二极管(未图示)，并在与光电二极管相邻的区域上形成包括例如二氧化硅的栅极绝缘膜和例如多晶硅的栅极电极的晶体管以及例如上层布线(未图示)等其他元件。
[0136]然后，例如利用高密度等离子体CVD法通过覆盖晶体管和其他元件在半导体基板10的整个表面上形成例如二氧化硅的底层第一绝缘膜20a。由晶体管和上层布线等(未图示)导致的不平表面随后被平坦化。
[0137]之后，例如利用CVD法在底层第一绝缘膜20a上形成例如具有紫外线吸收性的氮化硅的中间层第一绝缘膜20b。之后，在中间层第一绝缘膜20b上涂敷例如耐热性热固性的丙烯酸树脂等树脂，形成顶层第一绝缘膜20c，以平坦厚度台阶差。
[0138]底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b以及顶层第一绝缘膜20c以这种方式层叠形成第一绝缘膜20。
[0139]之后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20上沉积厚度为180nm的氮氧化硅，形成第二绝缘膜21。
[0140]然后，如图4B所示，把保护蓝像素⑶区域和红像素(R)区域的光致抗蚀剂膜PRl图形化，并且利用采用氟气的等离子体蚀刻法来减小绿像素(G)区域中的第二绝缘膜21的厚度。
[0141]例如，第二绝缘膜21被蚀刻掉60nm，厚度减小到120nm。
[0142]除去光致抗蚀剂膜PR1，并如图5A所示，把保护蓝像素(B)区域的光致抗蚀剂膜PR2图形化，并且利用采用氟气的等离子蚀刻法来减小绿像素(G)和红像素(R)区域中的第二绝缘膜21的厚度。
[0143]例如，第二绝缘膜21被蚀刻掉80nm，使绿像素区域中的厚度减小到40nm，并使红像素(R)区域中的厚度减小到lOOnm。蓝像素⑶中的厚度保持180nm。
[0144]之后，如图5B所示，除去光致抗蚀剂膜PR2。
[0145]因此，在红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)中的第二绝缘膜21的厚度分别为100nm、40nm 以及 180nm。
[0146]接下来，例如，利用例如CVD法等方法在第二绝缘膜21上沉积氮化硅以形成作为保护膜的第三绝缘膜22。
[0147]之后，例如，对各像素形成透射红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色区域波长的光的滤色器(23B、23G、23R)，并在滤色器(23B、23G、23R)上形成片上透镜24。
[0148]利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均匀。
[0149]本实施例的固体摄像器件的制造方法仅在相关技术的制造方法上增加了干式蚀刻步骤，因此对于制造时间的影响非常有限。
[0150]增加的步骤带来的影响为全部制造步骤的1%。
[0151]在本实施例中，考虑硅半导体界面以及高折射率的中间层第一绝缘膜20b的厚度中的变化，对光学干涉强度对第二绝缘膜21厚度的依赖性进行检测。但本发明不限于此，可以适当选择用于检验光学干涉强度中的改变的膜。
[0152]另外，在图3中，小的振幅用作确定第二绝缘膜21厚度的参数。但本发明不限于此。
[0153]此外，除等离子体蚀刻外，还可以采用各种工艺来获得第二绝缘膜21所需要的厚度。
[0154]另外，本发明不限于上述结构，并且能够通过对本实施例的固体摄像器件增加各种结构来获得包括诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器等摄像器件的工艺稳定器件。
[0155]本发明也可用于具有与上述结构不同的光学系统或层结构的固体摄像器件。例如，本发明可用于具有层内透镜的结构。
[0156]无需按这种顺序包括所有的底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b、顶层第一绝缘膜20c以及第三绝缘膜22。层结构可以适当变化，只要至少底面和顶面的折射率(第一折射率)小于半导体基板的折射率的第一绝缘膜、第二折射率大于第一折射率的第二绝缘膜以及第三折射率大于第二折射率的第三绝缘膜被层叠到半导体基板上。
[0157]在这种结构中，基于有意抑制光学干涉强度的变化的仿真结果来设定第二绝缘膜的厚度。
[0158]本实施例中说明了这样的结构:在该结构中，用于具有红色、绿色以及蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度不同。
[0159]但发明不限于此，只要能够减小光学干涉强度的变化，用于具有红色、绿色以及蓝色滤色器(23R、23G、23B)中的一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的折射率可以与用于其他像素的第二绝缘膜21的折射率不同。也可以具有这样的结构，即，用于具有红色、绿色以及蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率不同。
[0160]第二实施例
[0161]固体摄像器件的结构
[0162]本实施例的固体摄像器件基本上与第一实施例的相同。[0163]图6表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm?455nm的范围内改变时，红像素(R)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0164]图7表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm?455nm的范围内改变时，绿像素(G)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0165]图8表示在第二绝缘膜21的厚度在5nm?40nm的范围内改变时，绿像素(G)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0166]图9表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm?455nm的范围内改变时，蓝像素(B)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0167]图10表示在第二绝缘膜21的厚度在5nm?40nm的范围内改变时，蓝像素(B)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0168]参照图7可以看出，对于第二绝缘膜21的不同厚度，感应强度对中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性可以分为三类。
[0169]第一类:感应强度几乎没有厚度依赖性；第二绝缘膜21的厚度为40nm。
[0170]第二类:第二绝缘膜21的厚度为80、100、250nm。
[0171]第三类:第二绝缘膜21的厚度为120、160、180、300、330nm。
[0172]在这三类中，从感应强度的稳定性看，纵轴相对横轴的变化程度在第一类中最稳定，并且稳定性按照第一类、第二类、第三类的顺序递减。
[0173]因此，对于绿像素(G)，厚度范围为45?105nm以及400?410nm的第二绝缘膜21对工艺变化稳定。
[0174]类似地，对于红像素(R)，第二绝缘膜21对工艺变化的稳定厚度的范围为70?130nm，在这个范围外，感应强度变得不稳定。为了制造对工艺变化的稳定器件，用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度范围为70nm?130nm。
[0175]另外，为了制造对工艺变化的稳定器件，用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度范围为20nm?80nm以及160nm?250nm。
[0176]通过观察相对工艺变化的20?140nm的稳定厚度范围，对全部蓝像素(B)、绿像素(G)以及红像素(R)，相对工艺变化的稳定厚度出现在60nm的范围内，并且厚度范围的最小值和最大值对各不同波长有偏差。
[0177]可以看出，相对于蓝像素(B)的稳定厚度范围20nm?80nm，应该对绿像素(G)和红像素(R)分别设定稳定厚度范围45nm?105nm和70nm?130nm。
[0178]例如，用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度与用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度差为:红光波长/4-绿光波长/4。
[0179]用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度与用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度差为:绿光波长/4-蓝光波长/4。
[0180]红光波长/4与绿光波长/4之间的差以及红光波长/4与绿光波长/4之间的差大约为25nm。可以通过对蓝像素⑶的稳定厚度范围20?80nm增加25nm来获得对绿像素(G)的优选厚度范围45?105nm。以同样的方式，可以通过对绿像素(G)的优选厚度范围45?105nm增加25nm来获得对红像素(R)的优选厚度范围70?130nm。
[0181]各颜色的优选厚度落在60nm的范围内。
[0182]在本实施例中，对蓝像素、绿像素以及红像素，第二绝缘膜21的材料相同。然而，只要可以实现与硅半导体基板的预定折射率差(例如，0.2以上)，对各颜色，第二绝缘膜21的材料可以不同。
[0183]在这种情况下，最大值与最小值偏移一个差值，该差值相当于(绿光波长/4-蓝光波长/4)与折射率的乘积。具体地，对用于绿像素(G)的厚度，厚度范围在如下范围内:蓝像素(B)厚度范围的最小值+ (绿光波长/4-蓝光波长/4)*N(用于绿像素(G)的第三绝缘膜的折射率)?绿像素(G)厚度范围的最小值+60nm。
[0184]在第二实施例中，第二绝缘膜21的厚度范围被设定为使得，例如通过允许在更广范围内设定器件变化和工艺条件，可以更广泛地限定相对工艺变化的稳定器件结构。
[0185]利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
[0186]第三实施例
[0187]固体摄像器件的结构
[0188]图11为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0189]第二绝缘膜21被构造为三层的层叠结构:底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c。
[0190]其他结构基本上与第一实施例的固体摄像器件相同。
[0191]利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
[0192]底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c可以由同种材料形成，或者采用部分或完全不同的材料形成这三层膜。例如，通过采用具有不同折射率的材料，可以对各不同颜色调整第二绝缘膜21的折射率。
[0193]固体摄像器件的制造方法
[0194]下面参照图12A和图12B以及图13A和图13B对本实施例的固体摄像器件的制造方法加以说明。
[0195]首先，如图12A所示，进行第一实施例中说明的步骤，直至形成第一绝缘膜20。
[0196]然后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20上沉积厚度为80nm的氮氧化硅，以形成底层第二绝缘膜21a。
[0197]之后，如图12B所示，把保护蓝像素⑶区域的光致抗蚀剂膜图形化，并利用采用氟气的等离子体蚀刻法除去红像素(R)和绿像素(G)区域的底层第二绝缘膜21a。
[0198]因此，80nm厚的底层第二绝缘膜21a保留在蓝像素⑶区域中。
[0199]之后，如图13A所示，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20和底层第二绝缘膜21a上沉积厚度为60nm的氮氧化硅，形成中间层第二绝缘膜21b。
[0200]其后，如图13B所示，把保护蓝像素⑶区域和红像素(R)区域的光致抗蚀剂膜图形化，并利用使用氟气的等离子体蚀刻法除去绿像素(G)区域的中间层第二绝缘膜21b。
[0201]因此，60nm厚的中间层第二绝缘膜21b保留在蓝像素(B)区域和红像素(R)区域中。在蓝像素(B)区域中，底层第二绝缘膜21a和中间层第二绝缘膜21b共同形成140nm厚的膜。[0202]之后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20和中间层第二绝缘膜21b上沉积厚度为40nm的氮氧化硅，形成顶层第二绝缘膜21c。
[0203]因此，在蓝像素(B)区域中，底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c共同形成厚度TB为180nm的膜。
[0204]在红像素(R)区域中，中间层第二绝缘膜21b和顶层第二绝缘膜21c共同形成厚度TR为IOOnm的膜。
[0205]在绿像素(G)区域中，顶层第二绝缘膜21c的厚度TG为40nm。
[0206]底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c以层叠的方式形成第二绝缘膜21。
[0207]接着，例如，利用例如等离子体CVD法等方法，在第二绝缘膜21上沉积氮化硅，形成作为保护膜的第三绝缘膜22。
[0208]之后，例如，对各像素形成透射红(R)色、绿(G)色或蓝⑶色区域的波长的光的滤色器(23B、23G、23R)，并在滤色器(23B、23G、23R)形成片上透镜24。
[0209]其他部分的制造方法基本上与第一实施例中说明的固体摄像器件的制造方法相同。
[0210]利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均匀。
[0211 ] 底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c可以由同种材料形成，或者采用部分或完全不同的材料形成这三层膜。例如，通过采用具有不同折射率的材料，可以对各不同颜色调整第二绝缘膜21的折射率。
[0212]第四实施例
[0213]固体摄像器件的结构
[0214]图14为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0215]在本实施例中，用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度TR与用于蓝像素⑶的第二绝缘膜21的厚度TB相同。用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG与用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度TR以及用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度TB不同。
[0216]例如，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜21的厚度分别被设定为 100nm、40nm 以及 lOOnm。
[0217]其他结构基本上与第一实施例的固体摄像器件相同。
[0218]图15表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm?330nm范围内改变时，蓝像素(B)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
[0219]由于蓝像素(B)的感应强度对中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性不像绿像素(G)或红像素(R)的那样大，所以在第二绝缘膜21中，可以把对蓝像素⑶的厚度TB和对红像素(R)的厚度TR设定为相同的厚度。
[0220]在本实施例中，与第三实施例中相同，第二绝缘膜21可以为多层的层叠结构，并可以对这些层采用不同的材料。这样，可以调整用于各颜色的像素的第二绝缘膜21的折射率，并且可以选择具有最佳折射率的膜的种类。
[0221]利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
[0222]除了第二绝缘膜21被形成为对红像素(R)和蓝像素(B)具有相同的厚度TR和TB之外，可以用基本上与第一实施例相同的方法制造固体摄像器件。
[0223]利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均匀。
[0224]通过以相同厚度形成用于蓝像素(B)和红像素(R)的第二绝缘膜21，可以减少处理步骤，并简化固体摄像器件的制造方法。
[0225]变形例
[0226]图16为上述第四实施例的变形例的固体摄像器件的像素的截面图。
[0227]在该实施例中，用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG与用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度TB相同。用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度TR不同于用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG以及用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度TB。
[0228]例如，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶，第二绝缘膜21的厚度分别被设定为 100nm、40nm 以及 40nm。
[0229]其他结构基本上与上述第四实施例的固体摄像器件相同。
[0230]如上所述，由于蓝像素(B)的感应强度对中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性不像绿像素(G)或红像素(R)的那样大，所以在第二绝缘膜21中，能够把对蓝像素⑶的厚度TB和对绿像素(G)的厚度TG设定为相同厚度。
[0231]利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中的颜色不均匀。
[0232]除了第二绝缘膜21被形成为对绿像素(G)和蓝像素(B)具有相同的厚度TG和TB夕卜，可以用基本上与第一实施例相同的方法制造固体摄像器件。
[0233]利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均匀。
[0234]通过以相同厚度形成用于蓝像素(B)和绿像素(G)的第二绝缘膜21，可以减少处理步骤，并可以简化固体摄像器件的制造方法。
[0235]第五实施例
[0236]固体摄像器件的设计方法
[0237]本实施例为上述实施例的固体摄像器件的设计方法。
[0238]固体摄像器件的结构与上述第一?第四实施例中所述的相同。
[0239]根据本实施例的设计方法，固体摄像器件被设计成使得，用于具有红色、绿色以及蓝色滤色器中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率不同。
[0240]该器件按如下的方式设计，以减小半导体基板10的表面处的反射光与第一绝缘膜20和第二绝缘膜21之间的界面处的反射光以及第二绝缘膜21和第三绝缘膜22之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度中的变化。
[0241]具体地，例如，按如下方式设计该器件。
[0242]下述参数被设计成使在下列方程式(I)~(3)中的由光电二极管接收到的光强度Φ2最大，并使振幅Φ最小。
[0243]用于红像素的第二绝缘膜的厚度Xr和第二折射率Nr
[0244]用于绿像素的第二绝缘膜的厚度Xg和第二折射率Ng
[0245]用于蓝像素的第二绝缘膜的厚度Xb和第二折射率Nb
[0246]从半导体基板到滤色器底部除第二绝缘膜外的所有层的厚度Xi和折射率Ni
[0247]除第二绝缘膜外包括半导体基板在内的层的层数T
[0248]利用这些参数,确定使光强度Φ2最大且使振幅Φ最小的Xr、Nr、Xg、Ng、Xb以及Nb的值。
【权利要求】
1.一种固体摄像器件，其包括: 半导体基板； 多个光电二极管，它们布置在所述半导体基板中； 多个绝缘膜，它们形成在所述半导体基板上，且所述多个绝缘膜具有不同材料和/或不同折射率；以及 滤色器，所述滤色器以与各所述光电二极管对应的方式形成在所述多个绝缘膜上。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中所述多个绝缘膜具有两个以上绝缘膜。
3.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中所述多个绝缘膜至少具有第一、第二和第三绝缘膜。
4.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其中所述第二绝缘膜的折射率大于所述第一绝缘膜的折射率。
5.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其中所述第三绝缘膜的折射率大于所述第二绝缘膜的折射率。
6.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其中用于具有红色、绿色和蓝色滤色器中任一种滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或折射率与用于具有其他滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或折射率不同。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的固体摄像器件，其还包括多层布线，所述多层布线形成在所述滤色器与所述半导体基板的表面之间。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的固体摄像器件，其中所述第三绝缘膜为由氮化硅制成的保护膜。
9.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其中对于具有红色滤色器的像素、具有绿色滤色器的像素和具有蓝色滤色器的像素而言，所述第二绝缘膜具有不同厚度。
10.根据权利要求3或9所述的固体摄像器件，其中 用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度的差为:红光波长/4-绿光波长/4，并且 用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度的差为:绿光波长/4-蓝光波长/4。
【文档编号】H01L27/146GK103646952SQ201310491573
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2010年10月29日 优先权日:2009年11月6日
【发明者】出羽恭子, 冈崎裕美, 北野良昭 申请人:索尼公司