专利名称：固态成像装置、用于制造固态成像装置的方法和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态成像装置以及用于制造该固态成像装置的方法，并涉及包括该固 态成像装置的成像设备。
背景技术：
目前，已经对固态成像装置的灵敏度的提高提出了各种建议。一种建议涉及一种 波导结构，其中直接形成在光接收单元上方的孔被填充有高折射率材料(参考日本未审查 专利申请公开号 11-121725，10-326885，以及 2005-294749)。图5是包括波导结构的固态成像装置的示例的示意性视图。光接收单元(光电二 极管)52形成在由诸如硅衬底之类的半导体衬底51的装置隔离层53隔离的区域中。传送 栅电极55在光接收单元(光电二极管)52的左侧形成在半导体衬底51的栅极绝缘膜54 上。设置了通过接触层(导电销)57连接至半导体衬底51的双层布线层58。双层布线层 58被绝缘层59覆盖。钝化膜(保护膜)61、平面化膜62、颜色滤波器63以及片上透镜64 形成在绝缘层59上。在光接收单元(光电二极管)52上方形成在绝缘层59中的孔被填充有高折射率 材料层60并构成波导。注意，在图5中，设置了在通过蚀刻在绝缘层59中形成孔的过程中 起蚀刻停止作用的蚀刻停止膜56。波导光学地将片上透镜64连接至光接收单元(光电二极管)52。因为起波导的芯 部的作用的高折射率材料层60具有比起覆层作用的绝缘层59的折射率更高的折射率，故 可在高折射率材料层60与绝缘层59之间的界面处将具有比临界角θ更大的入射角的入 射光全反射。因为在界面处的上述反射，入射光可被传送至光接收单元(光电二极管)52， 并且可以提高光接收单元(光电二极管)52上的聚光效率。日本未审查专利申请公开号2005-294749提出了一种结构，其中在光接收单元一 侧具有透镜表面的内透镜被设置在光接收单元上方，并且内透镜由具有比周围层的材料的 折射率更高的折射率的材料形成。根据该结构，入射光可被透镜表面会聚并引导至光接收 单元。连接至内透镜并设置在内透镜上方的孔被填充有具有比孔周围的层的材料的折射率 更高的折射率的材料，从而形成波导。因此，波导可起芯部的作用，周围层可起覆层的作用， 而入射光可被波导的内壁反射并被引导至光接收单元。因此，可以增大入射光会聚在光接 收单元上的程度，并且可将更多的入射光引导至光接收单元中。
发明内容
已经对在光接收单元上方形成内透镜的方法提出了各种建议。例如，已经提出了 用于通过各向同性蚀刻来形成透镜形状的方法以及用于通过利用硼磷硅(BPSG)玻璃以及 布线的段差(st印difference)的回流处理来形成透镜形状的方法。但是，这两种方法在 控制透镜的曲率半径方面存在困难。另一种提出的方法包括形成透镜形状，并通过等离子增强化学气相沉积(CVD)，利用诸如起透镜材料作用的氮化物膜等的高折射率材料来填充该形状。但是，根据该方法，因 为图案变得更细小，并且需要去除形成在其他区域中的氮化物膜，故填充上述形状较为困 难。此外，尽管希望内透镜的远离光接收单元的一个表面的形状是平坦或凸起的，但通过蚀 刻难以形成这种表面。可以使用化学机械研磨(CMP)，但在控制研磨速率方法存在困难。因 此，难以获得希望的透镜形状。此外，根据上述提出的方法，要通过光刻、蚀刻、掩埋以及平坦化这一系列步骤形 成内透镜。因此，制造装置的步骤数量过多，导致成本增加。希望易于控制透镜形状，并提供一种便于制造并显示良好特性(例如高灵敏度) 的固态成像装置，以及用于制造这种固态成像装置的方法。还希望提供包括固态成像装置 的成像设备。根据一个实施例的固态成像装置包括光接收单元，其形成在半导体基体中并用 于执行光电转换；绝缘层，其布置在所述半导体基体上；膜，其与所述绝缘层一起构成波导 的覆层，通过涂布技术使所述膜形成在孔的内部的外侧部分，所述孔在所述光接收单元的 上方形成在所述绝缘层中；所述波导的芯部，所述芯部由具有比用于所述绝缘层的材料的 折射率以及用于通过所述涂布技术形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料构 成，所述芯部形成在所述孔的所述内部的内侧部分；以及内透镜，其与所述波导一体化，所 述内透镜在所述孔的底部处在由所述涂布技术形成的所述膜与所述芯部之间的界面处形 成透镜表面。根据另一实施例的一种用于制造固态成像装置的方法包括以下步骤在其中形成 有光接收单元的半导体基体上形成绝缘层，所述光接收单元用于执行光电转换；在所述光 接收单元的上方，在所述绝缘层中形成孔；在包括所述孔的内壁在内的所述绝缘层的表面 上，通过涂布技术形成膜，所述膜与所述绝缘层一起构成波导的覆层，所述膜具有比所述孔 的宽度充分小的厚度，以在所述孔的底部处形成具有透镜形状的曲面；形成由用于所述波 导的芯部的材料构成的层，所述材料具有比用于所述绝缘层的材料的折射率以及用于所述 膜的材料的折射率更高的折射率，所述层覆盖包括所述孔的内部在内的整个表面；并且从 所述孔的所述内部之外的其他区域去除用于所述芯部的所述材料。根据另一实施例的一种成像设备包括聚光光学单元，用于使入射光会聚；固态 成像装置，其用于接收由聚光光学单元会聚的入射光并执行光电转换；以及信号处理单元， 其用于对通过所述固态成像装置进行的光电转换而获得的信号进行处理。在该成像设备中 包括的固态成像装置是具有前述结构的固态成像装置。根据该固态成像装置，因为包括芯部及覆层的波导形成在光接收单元的上方，故 入射光可被波导的外壁反射并被导引进入光接收单元。因为通过涂布技术形成了位于绝缘层中的孔的内部的外侧部分中的膜，故可通过 因涂布而产生的表面张力来在孔的底部容易地形成构成透镜表面的曲面。因为在孔的底部通过芯部与由涂布技术形成的膜之间的界面来形成透镜表面并 且内透镜与波导一体化，故入射光可被透镜表面会聚并被导引进入光接收单元。因此，可以 增大光在光接收单元上会聚的程度，并且可将更多入射光引导进入光接收单元。根据用于制造上述固态成像装置的方法，在包括孔的内壁在内的绝缘层的表面上 通过涂布技术形成与绝缘层一起构成波导覆层的膜，该膜具有比孔的宽度充分小的厚度，由此在孔的底部处形成具有透镜形状的曲面。因此，通过用于由涂布技术形成的膜的材料 的表面张力来形成相对于下侧(光接收单元一侧)具有凸起的透镜形状的曲面。因为由用于波导的芯部的材料构成的层(所述材料具有比用于绝缘层的材料的 折射率及用于膜的材料的折射率更高的折射率)被形成为覆盖包括孔的内部在内的整个 表面，然后对于除孔的内部之外的其他区域去除用于芯部的材料，仅在孔的内部留下用于 芯部的材料。由此形成具有覆层(绝缘层及涂布膜)以及覆层内部的芯部的波导。因为固态成像装置具有上述结构，故上述成像设备可将更多的入射光导引进入固 态成像装置的光接收单元。根据本发明的实施例，通过波导及内透镜的作用，可以提高入射光的会聚程度，并 且可将更多入射光引导进入光接收单元。因此，可以提高灵敏度。此外，因为与绝缘层一起构成波导的覆层的膜通过涂布形成，故可在波导的底部 处方便地形成用于内透镜的透镜形状。因此，可便于对内透镜的透镜形状的控制，并且可方 便地制造固态成像装置。此外，可以同时形成波导及内透镜使得彼此集成为一体，由此相较 于当分别形成波导及内透镜的情况可减少处理步骤的数量。根据本实施例的成像设备，因为提高了固态成像装置的灵敏度，故通过固态成像 装置中的光电转换可充分地获得信号。因此，可在相对较暗的场所拍摄图像。因此，可以实 现具有较高灵敏度并且可在相对较暗场所拍摄图像的成像设备。
图1是根据一个实施例的固态成像装置的示意性剖视图；图2A至图2C是示出用于制造图1所示固态成像装置的方法的步骤的剖视图；图3A及图3B是示出用于制造图1所示固态成像装置的方法的步骤的剖视图；图4A及图4B是示出用于制造图1所示固态成像装置的方法的步骤的剖视图；图5是包括波导的固态成像装置的一个示例的示意性剖视图；而图6是示出根据一个实施例的成像设备的示意性框图。
具体实施例方式将以下述顺序详细描述
具体实施例方式1.发明概述2.固态成像装置的实施例3.成像设备的实施例1.发明概述包括覆层及芯部的波导形成在固态成像装置的半导体衬底中形成的光接收单元 (光电二极管)上方。形成了在光接收单元一侧(下侧)具有凸透镜表面的内透镜。内透 镜与波导的底部一体化。波导的覆层包括绝缘层以及对在光接收单元上方形成在绝缘层中 的孔的内壁进行涂布得到的膜。因为在涂布期间产生的表面张力，故可在波导底部方便地 形成构成内透镜的透镜表面的曲面。在形成波导的覆层时，在绝缘层的表面上形成与绝缘层一起构成波导覆层的膜， 该表面包括在光接收单元上方形成在绝缘层中的用于波导的孔的内壁。该膜通过涂布技术形成，并具有比孔的宽度充分小的厚度。因此，因为构成该膜的材料的表面张力，该膜在孔 的底部位置处形成曲面，该曲面界定了相对于光接收单元呈凸起的透镜形状。因为通过涂布技术形成了膜，故可在波导底部方便地形成用于内透镜的透镜形 状，由此便于对内透镜的透镜形状的控制。随后，在包括孔的内部在内的整个结构上形成由构成波导芯部的材料(也被称为 “芯部材料”)形成的层，该材料具有比用于绝缘层和膜的材料的折射率更高的折射率。然 后去除占据孔之外其他区域的芯部材料，使得仅在孔中留下芯部材料。因此，可以形成具有 被覆层包围的芯部的波导。如上所述，具有由芯部与覆层之间的界面构成的透镜表面的内透镜被形成为与波
导一体化。因为入射光通过与波导一体化的内透镜的透镜表面会聚并被导引至光接收单元 中，故在光接收单元处光的会聚程度被提高，由此更多的入射光可被导引进入光接收单元。 因此，可以提高固态成像装置的灵敏度。涂布材料被用作用于与绝缘层一起构成波导覆层的膜的材料以通过利用表面张 力来形成透镜表面。涂布材料的示例包括旋压(spin-on)玻璃(SOG)、无机硅氧烷、有机硅 氧烷、聚酰亚胺、聚苯并恶唑以及有机膜。因为覆层具有比芯部的折射率更低的折射率，故在考虑用于芯部的材料的折射率 的情况下对用于膜的材料进行选择。用于覆层的材料的折射率低于用于芯部的材料的折射 率，由此与用于周围绝缘层的材料的折射率大致相同。例如，当使用SOG作为用于膜的材料 时，由此形成的膜的折射率约为1. 40至1. 45，这接近于在周围绝缘层中使用的TEOS形成的 氧化硅层的折射率(1.46)。具有较高折射率的各种材料被用作用于波导的芯部的材料，由此用于芯部的材料 的折射率高于用于周围绝缘层以及覆层的膜的材料的折射率。其示例包括诸如聚酰亚胺树 脂(折射率η = 1. 65)、聚苯并恶唑(η = 1. 7)、硅氧烷(η = 1. 5)、含TiO2的硅氧烷(η = 1. 7)以及有机树脂(η = 1. 65)等具有相对较高折射率的树脂；以及诸如TiO2 (η = 2. 0)及 Ta2O5(η = 2. 16)等具有相对较高折射率的金属氧化物。与覆层的膜类似，用于波导的芯部的材料可以是涂布材料。当芯部由涂布材料形 成时，可以使用相同的涂布设备来形成覆层的膜以及芯部，并且可以连续地执行形成覆层 的膜及芯部的涂布步骤。用于波导的芯部的材料并不限于涂布材料，而可以是可填充孔的内部的任何材 料。例如，可利用原子层沉积(ALD)技术或化学气相沉积技术(CVD)等技术通过填充孔的 内部来形成芯部。当使用硅氧烷(无机或有机硅氧烷)作为用于波导的覆层的膜的材料时，因为硅 氧烷包含大量键合至硅的OH基团，故可提高覆层的膜与构成周围绝缘层及芯部的材料之 间的附着力。这并不限于硅氧烷，当在覆层的膜中使用具有反应基团的材料时，可以提高覆 层的膜与用于绝缘层及芯部的材料之间的附着力。根据目前提出的用于形成内透镜的方法，如上所述，对透镜曲率半径的控制较为 困难，由此导致像素之间透镜效果的不同以及晶片之间透镜效果的不同。相反，根据本发明，因为在用于波导的孔的底部通过涂布膜的表面张力形成内透镜，故可以使内透镜的曲率半径统一，可以使透镜效果统一，并且可方便地控制内透镜的形 状。因为波导与内透镜一体化地形成，故可以同时形成波导及内透镜。与分别形成波 导及内透镜的情况相比较，可以抑制界面处的反射，可以提高灵敏度，并且可以显著减少制 造步骤。因此，可以用更少的步骤方便地制造包括波导及内透镜的固态成像装置。根据上述结构，可以通过改变覆层的涂布膜的厚度来改变内透镜的曲率半径。例 如，膜越薄，内透镜的曲率半径就越小。孔的外壁与绝缘层之间的可润湿性根据涂布膜的烘焙温度及溶剂类型等因素而 改变。这也可被用于改变内透镜的曲率半径。因此，因为可通过选择涂布的厚度、烘焙温度 以及溶剂类型来灵活地改变曲率半径，故提高了内透镜的设计自由度。形成覆层的涂布膜被形成为相较于孔的宽度充分薄，由此通过利用表面张力在孔 的底部处形成透镜表面。涂布膜的厚度可以约为孔的宽度的1/10。着眼于固态成像装置的当前及未来像素尺寸，用于波导的孔的宽度大致处于 0. 1 μ m至2 μ m的范围内。当覆层的涂布膜的厚度被控制在Inm至IOOnm的范围内时，涂布 膜可理想地形成在孔的内壁上，并且可形成透镜表面而不会产生问题。当与现有技术类似通过利用段差或回流处理来形成内透镜时，内透镜的曲率半径 处于特定范围内，由此大致确定了用于使入射光会聚在光接收单元(光电二极管)上的、光 接收单元与内透镜之间的距离。相反，根据上述结构，可以极为灵活地改变内透镜的曲率半径，由此可以根据内透 镜的曲率半径来改变内透镜与光接收单元之间的距离。因此，也提高了用于确定内透镜与 光接收单元之间的距离的自由度。例如，当内透镜的曲率半径较小时，会聚深度较大。因此，可以使用于形成波导的 孔的底部远离光接收单元。当光接收单元远离孔的底部时，可以进一步减小因为形成孔进 行蚀刻的过程中等离子产生的电荷对半导体基体造成的损坏。在成像设备中使用了上述固态成像装置。因此，可以提高固态成像装置的灵敏度， 并且可在固态成像装置中通过光电转换获得充足的信号。因此，可以实现具有高灵敏度并 可在相对较暗的场所捕获图像的成像设备。2.固态成像装置的实施例图1是根据一个实施例的固态成像装置的示意性视图(剖视图)。图1是示出固 态成像装置的一个像素的剖视图。该实施例涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)型固态成
像装置。在该固态成像装置的像素中，执行光电转换的光接收单元(光电二极管)2在通过 装置隔离层3隔离的区域中形成在诸如硅衬底的半导体衬底1中。在光接收单元(光电二 极管)2的左侧，传送栅电极5形成在半导体衬底1上的栅极绝缘膜4上。三个布线层8通 过接触层(导电销)7连接至半导体衬底1，并被绝缘层9覆盖。钝化膜(保护膜)13、三原 色(红(R)、绿(G)及蓝(B))滤波器14、平面膜15以及片上透镜16形成在绝缘层9上。在本实施例中，通过对在光接收单元2上方形成在绝缘层9中的孔(槽)的内部 进行填充来形成内透镜。波导10包括布置在绝缘层9中的孔的内部的外侧部分的膜11，以及具有比周围绝缘层9及膜11的折射率更高折射率的芯部12，芯部12形成在膜11的内 侧。波导10的覆层包括周围绝缘层9以及对孔的内壁进行涂布的膜11。膜11优选地具有 比芯部12的折射率更低但与周围绝缘层9的折射率相等或更高的折射率。在波导10的底部，通过芯部12与膜11之间的界面形成相对于光接收单元2 —侧 (下侧)凸起的曲面。该曲面构成内透镜的透镜表面10A。使用上述涂布材料作为用于波导10的膜11的材料。例如，可以使用无机硅氧烷、 有机硅氧烷、聚酰亚胺、聚苯并恶唑以及有机膜等。当使用涂布材料作为用于膜11的材料 时，利用在对涂布材料进行涂布时产生的表面张力，透镜表面IOA的形状可被传递至膜11 的位于孔底部处的表面。可以使用上述具有较高反射率的各种材料作为用于波导10的芯部12的材料。其 示例包括诸如聚酰亚胺树脂(折射率η = 1. 65)、聚苯并恶唑(η = 1. 7)、硅氧烷(η =1.5), 含TiO2的硅氧烷(η = 1. 7)以及有机树脂(η = 1. 65)等具有相对较高折射率的树脂；以 及诸如TiO2Oi = 2. 0)等具有相对较高折射率的金属氧化物。因为波导10内的芯部12的折射率高于周围覆层(绝缘层9及膜11)的折射率， 故入射光在图1所示侧壁表面IOB处被波导10内的芯部12以及周围覆层反射。因此，通 过波导10可将入射光向光接收单元2导引。例如可通过下述方法来制造本实施例的固态成像装置。首先，与现有技术的方法类似，光接收单元(光电二极管)2形成在例如由硅构成 的半导体衬底1中，并且传送栅电极5形成在半导体衬底1的栅极绝缘膜4上。然后，例如 形成诸如氧化硅层的绝缘层21以覆盖传送栅电极5。然后，例如通过等离子处理将氮化硅 膜形成在绝缘层21上，并被图案化使得一些氮化硅膜残留在光接收单元2上方以形成蚀刻 停止膜6 (就上述步骤可参考图2Α)。层间绝缘膜、接触层7以及布线层8被依次形成，并且整个结构被绝缘层覆盖。因 此，如图2Β所示，蚀刻停止膜6、接触层(导电销)7以及布线层8被绝缘层9覆盖。然后，如图2C所示，通过各向异性蚀刻在绝缘层9中形成将要形成波导的孔22。 例如利用C4F8、02以及Ar通过反应离子蚀刻(RIE)来进行各向异性蚀刻。在各向异性蚀刻过程中，向下形成孔22直至刚好位于蚀刻停止膜6以上或到达蚀 刻停止膜6的中央。在图2C中，向下形成孔22到达蚀刻停止膜6的中央。可在绝缘层(例如，氧化硅层)9与蚀刻停止膜(等离子氮化硅膜)6之间确保波 导10的蚀刻选择比率。通过涂布技术将用于形成内透镜的膜11形成在孔22的内壁上。用于膜11的材 料的示例包括上述涂布材料，例如无机硅氧烷、有机硅氧烷、聚酰亚胺、聚苯并恶唑以及有 机膜。执行用于膜11的材料的涂布使得厚度约为Inm至lOOnm。当在孔22中形成具有 约Inm至IOOnm的厚度的薄膜时，用于膜11的材料停留在孔22的底部，并且由于在用于膜 11的材料与绝缘层9之间作用的表面张力，具有曲率半径的形状得以保持(参考图3A)。然后，如图3B所示，使孔22填充具有较高折射率的材料以形成芯部12。例如，通 过涂布技术将聚酰亚胺树脂填充在孔22中。在该处理过程中，通过形成受控的曲率半径， 先前形成的用于膜11的材料残留在孔22的底部。因此，芯部12的底部具有透镜形状。
通过回蚀(etching back)法或化学机械研磨(CMP)来完全去除绝缘层9的表面 上用于芯部12的材料，以进行总体平坦化处理。因此，如图4A所示，用于芯部12的材料仅 留在孔22的内部，并且通过覆层(绝缘层9及膜11)以及芯部12形成了波导10。注意，在 绝缘层9的表面上用于芯部12的材料不一定要去除。如图4A所示，绝缘层9形成在整个表面上以掩埋绝缘层9中的波导10。然后，与现有技术的制造方法类似，如图4B所示依次形成钝化膜(保护膜)13、三 原色滤波器14、平面膜15以及片上透镜16。因此，制成了图1所示的固态成像装置。根据本实施例，在光接收单元2 —侧具有透镜表面IOA的内透镜被形成在光接收 单元(光电二极管)2上方，并且该内透镜由用于波导10的芯部12的材料(S卩，具有比周 围绝缘层9更高折射率的材料)构成。因此，入射光可被透镜表面IOA会聚并被导引进入 光接收单元2。此外，因为覆层(绝缘层9及膜11)以及芯部12构成与内透镜一体化的波导10， 故入射光可在波导10的侧壁表面IOB处被反射并通过内透镜被导引进入光接收单元2。因此，入射光在光接收单元2上的会聚程度可以被提高，并且更多的光可以被导 引进入光接收单元2。因此，可以提高灵敏度。根据本实施例，内透镜形成在波导10的底部，并且由与波导10相同的材料构成， 由此与波导10 —体化。因此，可以抑制在波导的内部及内透镜的内部由具有不同折射率的 材料构成时导致的波导与内透镜之间的界面处的反射及干涉。因此，可以减小在波导与内 透镜之间的界面处因反射及干涉导致的损耗，并且可提高光会聚程度。根据本实施例，因为波导10与内透镜集成一体形成，故可以同时形成波导10及内 透镜。相较于分别形成波导及内透镜的情况，可以大大减少制造步骤数量，并且可通过较少 步骤方便地制造包括波导及内透镜两者的固态成像装置。当用于膜11的材料包含附着至绝缘层9的成份时，也可以使膜11具有附着力增 大的功能。当存在少量反应基团时，用于膜11的材料与用于绝缘层9的材料之间的附着力 减小。但是，例如当在膜11中使用硅氧烷(无机或有机硅氧烷)时，通过热解，键合至硅的 OH基团的数量增大，并且附着性得到提高。注意，上述效果并不限于硅氧烷。可在膜11中 使用包含反应基团的材料使得膜11具有类似的提高附着力的功能。在上述实施例中，如图1所示，光接收单元(光电二极管)2形成在诸如硅衬底 的半导体衬底1中。替代地，可以使用包括半导体衬底及半导体衬底上的半导体外延层 (epitaxial layer)的半导体基体来替代上述半导体衬底，并且光接收单元(光电二极管) 可被形成在半导体外延层中。替代地，可以使用硅之外的其他半导体作为半导体基体。在上述实施例中，通过蚀刻，形成蚀刻停止膜6作为通过蚀刻在绝缘层9中形成孔 22时的停止层。但是，蚀刻停止膜并非关键构件，并且可不设置蚀刻停止层来形成用于波导 的孔。设置蚀刻停止膜的优点在于可将用于形成波导的孔的深度控制在特定深度。尽管本实施例涉及CMOS固态成像装置，但本实施例也可涉及其他结构的固态成 像装置。例如，可以设置电荷耦合(CCD)型固态成像装置，其包括在波导的底部处与波导一 体化的内透镜。通过该装置也可获得相同的效果。3.成像设备的实施例下面，将描述成像设备 实施例。
图6是示出成像设备的实施例的示意性视图。该成像设备可以是摄像机、数字静态照相机或移动电话照相机等。参考图6，成像设备500包括具有固态成像装置(未示出)的成像单元501。通过 使入射光会聚来形成图像的图像形成光学系统502被设置在成像单元501的前级。包括用 于驱动成像单元501的驱动电路以及用于将已经经过固态成像装置的光电转换得到的信 号处理成为图像的信号处理器电路等的信号处理单元503连接在成像单元501后方。可在 图像存储单元(未示了)中存储由信号处理单元503处理得到的图像信号。在本成像设备500中，可以使用诸如上述作为实施例描述的固态成像装置作为该 固态成像装置。因为成像设备500包括上述具有与波导一体化的内透镜由此具有提高灵敏度的 固态成像装置，故可在相对较暗环境中拍摄图像。上述成像设备并不限于具有图6所示结构的成像设备，而可以是具有固态成像装 置的任何成像设备。例如，固态成像装置可形成为单一芯部片或可与成像单元、信号处理器 单元以及光学系统等一起封装成为模块，由此实现图像拍摄功能。上述成像设备可被应用于诸如照相机以及具有成像功能的便携式应用设备等的 各种成像设备。术语“成像”包括指纹检测。本发明并不限于上述实施例，而是在不脱离本发明的范围的前提下可以采用各种 不同形态。本申请包含主题涉及在2009年6月10日向日本专利局递交的日本在先专利申请 JP 2009-139352中公开的主题，现通过引用将其全部内容包含在本说明书中。本领域的技术人员应该认识到，根据设计需要和其他因素，在所附权利要求的范 围及其等同范围内，可以进行各种修改、结合、子结合和替换。
权利要求
一种固态成像装置，包括光接收单元，其形成在半导体基体中并用于执行光电转换；绝缘层，其布置在所述半导体基体上；膜，其与所述绝缘层一起构成波导的覆层，通过涂布技术使所述膜形成在孔的内部的外侧部分，所述孔在所述光接收单元的上方形成在所述绝缘层中；所述波导的芯部，所述芯部由具有比用于所述绝缘层的材料的折射率以及用于通过所述涂布技术形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料构成，所述芯部形成在所述孔的所述内部的内侧部分；以及内透镜，其与所述波导一体化，所述内透镜在所述孔的底部处在由所述涂布技术形成的所述膜与所述芯部之间的界面处形成透镜表面。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，用于通过所述涂布技术形成的所述膜的所述材料为硅氧烷。
3.一种用于制造固态成像装置的方法，包括以下步骤在其中形成有光接收单元的半导体基体上形成绝缘层，所述光接收单元用于执行光电 转换；在所述光接收单元的上方，在所述绝缘层中形成孔；在包括所述孔的内壁在内的所述绝缘层的表面上，通过涂布技术形成膜，以在所述孔 的底部处形成具有透镜形状的曲面，所述膜与所述绝缘层一起构成波导的覆层，所述膜具 有比所述孔的宽度充分小的厚度；形成由用于所述波导的芯部的材料构成的层，所述材料具有比用于所述绝缘层的材料 的折射率以及用于所述膜的材料的折射率更高的折射率，所述层覆盖包括所述孔的内部在 内的整个表面；并且从所述孔的所述内部之外的其他区域去除用于所述芯部的所述材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述孔的所述宽度处于0. liim至2iim的范围内，而所述膜的厚度处于lnm至lOOnm 的范围内。
5.根据权利要求3所述的方法，其中， 所述芯部也通过涂布技术形成。
6.根据权利要求3所述的方法，其中， 用于所述膜的所述材料为硅氧烷。
7.一种成像设备，包括聚光光学单元，用于使入射光会聚； 固态成像装置，包括光接收单元，其形成在半导体基体中并用于执行光电转换； 绝缘层，其布置在所述半导体基体上；膜，其与所述绝缘层一起构成波导的覆层，通过涂布技术使所述膜形成在孔的内部的 外侧部分，所述孔在所述光接收单元的上方形成在所述绝缘层中；所述波导的芯部，所述芯部由具有比用于所述绝缘层的材料的折射率以及用于通过所 述涂布技术形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料构成，所述芯部形成在所述孔的所述内部的内侧部分；以及内透镜，其与所述波导一体化，所述内透镜在所述孔的底部处在由所述涂布技术形成 的所述膜与所述芯部之间的界面处形成透镜表面；以及信号处理单元，其用于对通过所述固态成像装置进行的光电转换而获得的信号进行处理。
全文摘要
本发明涉及固态成像装置、用于制造固态成像装置的方法和成像设备。该固态成像装置包括光接收单元，其形成在半导体基体中并用于执行光电转换；绝缘层，其布置在半导体基体上；膜，其与绝缘层一起构成波导的覆层，通过涂布技术使膜形成在孔的内部的外侧部分，所述孔在光接收单元上方形成在绝缘层中；波导的芯部，芯部由具有比用于绝缘层的材料的折射率以及用于通过涂布技术形成的膜的材料的折射率更高的折射率的材料构成，芯部形成在孔的内部的内侧部分；以及内透镜，其与波导一体化，内透镜具有在所述孔的底部处在由涂布技术形成的膜与芯部之间的界面处形成的透镜表面。
文档编号H04N5/335GK101924114SQ20101019632
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月10日
发明者松谷弘康 申请人:索尼公司