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TWI488291B - 固態成像裝置，其製造方法，及電子設備 - Google Patents

固態成像裝置，其製造方法，及電子設備 Download PDF

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TWI488291B
TWI488291B TW100138386A TW100138386A TWI488291B TW I488291 B TWI488291 B TW I488291B TW 100138386 A TW100138386 A TW 100138386A TW 100138386 A TW100138386 A TW 100138386A TW I488291 B TWI488291 B TW I488291B
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solid
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TW100138386A
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Inventor
Yoichi Otsuka
Akiko Ogino
Original Assignee
Sony Corp
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Description

固態成像裝置，其製造方法，及電子設備
本發明係關於一種固態成像裝置及其製造方法，以及具有該固態成像裝置之電子設備(諸如，相機)。
存在作為固態成像裝置(影像感測器)之CCD固態成像裝置或CMOS固態成像裝置。該固態成像裝置用於數位靜態相機、數位視訊攝影機及具有相機之各種攜帶型終端設備(諸如，行動電話)。
近年來，已將背表面照射型CMOS固態成像裝置用作固態成像裝以供改良敏感度。圖28展示背表面照射型CMOS固態成像裝置之主要部分的實例。背表面照射型CMOS固態成像裝置1具備經薄化之半導體基板2，其中為光電轉換單元之光電二極體PD自前表面至背表面而形成，且形成像素之複數個像素電晶體形成於前表面側上。在該圖中，該複數個像素電晶體中之每一者係由具有傳輸閘電極3之傳輸電晶體Tr1表示。安置複數個導線5的多層導線層6經由層間絕緣層4形成於半導體基板2之前表面上，且支撐基板8經由黏接層7接合至該多層導線層6。平坦化薄膜10經由一由複數個層形成的絕緣層9而形成於半導體基板2之背表面上，且晶片上彩色濾光片(下文中，稱為彩色濾光片)11及晶片上微透鏡(下文中，稱為微透鏡)12形成於平坦化薄膜10上。
另一方面，日本未審查專利申請公開案第9-8261號揭示一種固態成像裝置，其中鈍化薄膜及折射率高於上面形成之鈍化薄膜的透明介電薄膜形成於由在光電二極體上側之光阻擋層圍繞之光入射開口中。鈍化薄膜係由NSG薄膜、PSG薄膜或其類似者製成，且透明介電薄膜係由丙烯酸酯樹脂製成。在此固態成像裝置中，可在光電二極體處收集入射至鈍化薄膜之光。
為了改良光電二極體處之光收集效率，日本未審查專利申請公開案第7-45805號及日本專利第4165077號中揭示具有內建於其中之波導的固態成像裝置。
背表面照射型CMOS固態成像裝置可具有一組態，如圖29中所展示，在該組態中，光阻擋層13提供於半導體基板2之背表面側的絕緣薄膜9上，以便藉由圍繞各別像素之光電二極體PD而阻擋光進入像素之間。光阻擋層13係由(例如)金屬薄膜製成。因為圖29中之固態成像裝置14的剩餘組態與圖28中之組態相同，所以相同參考數字給予對應於圖28之部分，且將省略重複描述。
圖30至圖32展示經由圖28中之固態成像裝置1中及圖29中之具有在像素之間的光阻擋層13之固態成像裝置14中的微透鏡12入射的光束之光路徑的輪廓。在固態成像裝置1中，如圖30中所展示，當入射光束L併入光電二極體PD中愈多時，裝置之敏感度特性得以改良。然而，入射光束之一部分併入鄰近像素之光電二極體PD中，且此係色彩混合之原因。
如圖31及圖32中所展示，因為光阻擋層13安裝於固態成像裝置14中之像素之間，所以光阻擋層13防止入射光進入鄰近像素，藉此抑制色彩混合。然而，入射光束L之一部分由光阻擋層13所阻擋，且因此敏感度特性降低。敏感度及色彩混合具有取捨關係。
另外，亦考慮固態成像裝置15，其中提供光阻擋層13，使在微透鏡12下方之平坦化薄膜10或彩色濾光片11薄化，且使曲率半徑最佳化，以便適於薄化(圖32)。如圖32中所展示，因為微透鏡12與光電二極體PD之間的距離在固態成像裝置15中變短，所以入射光在橫截面方向上之擴展減少，且因此入射光併入各別像素之光電二極體PD中。因此，當使用此組態時，可改良裝置之敏感度特性及色彩混合。然而，有必要使除作用像素區域之外的區域中的步階差平坦化或充分地保證彩色濾光片之薄膜厚度的均勻性，且因此薄化具有限制。
另一方面，在固態成像裝置中，光阻擋層形成於作用像素區域中之像素之間，且光阻擋層亦安裝於用於獲得光學黑色位準之參考的像素區域(亦即，光學黑區)中。另外，已嘗試在光學黑區中之光阻擋層上形成抗眩光層以用於防止眩光。抗眩光層使用感光薄膜，且可使用(例如)彩色濾光片來形成。然而，難以直接在由金屬薄膜製成之光阻擋層上形成抗眩光層。當藉由單色光(例如，i射線)曝光金屬光阻擋層上之負型感光薄膜時，歸因於由曝光用光與自光阻擋層界面反射之光之間的干涉引起的駐波效應而不執行充分曝光，且因此抗眩光層未黏附至光阻擋層上。
大體而言，當彩色濾光片形成於像素部分中時，連同彩色濾光片之形成一起使用綠色、紅色及藍色濾光片在光學黑色B部分中形成抗眩光層。
需要提供一種固態成像裝置及一種製造方法，其能夠改良光敏感度特性(下文中，稱為敏感度特性)及遮光特性，且進一步使抗眩光層能夠形成於光學黑區中之光阻擋層上。
另外，需要提供一種具有固態成像裝置之電子設備(諸如，相機)。
根據本發明之實施例的一種固態成像裝置包括：光阻擋層，其形成於光入射側中之像素區域之作用像素區域中以便圍繞每一像素之光電轉換單元，且以延伸至光學黑區之方式形成；凹面部分，其係在對應於光電轉換單元之區域中形成以便由光阻擋層圍繞；第一折射率層，其形成於光阻擋層及凹面部分之表面上且具有相對較低之折射率；第二折射率層，其形成於第一折射率層上以便內埋於凹面部分中，且具有相對較高之折射率；及一抗眩光層，其形成於光學黑區中之第一折射率層上，其中內部光收集主體係由作用像素區域中之光阻擋層、第一折射率層及第二折射率層形成。
在根據本發明之實施例的固態成像裝置中，具有相對較低之折射率之第一折射率層形成於光阻擋層及凹面部分之表面上，且具有相對較高之折射率之第二折射率層經形成以便內埋於作用像素區域中之凹面部分中。因為內部光收集主體係由光阻擋層、第一折射率層及第二折射率層形成，所以傾斜地入射至內部光收集主體之光係在第一折射率層與第二折射率層之間的界面處反射或在光阻擋層與第一折射率層之間的界面處反射，且朝向光電轉換單元入射。在光學黑區中，第一折射率層以延伸方式形成於光阻擋層上，藉此將抗眩光層形成於第一折射率層上。因此，抗眩光層具有良好之黏著力。
根據本發明之另一實施例之固態成像裝置的製造方法包括：在光入射側中之像素區域之作用像素區域中形成一光阻擋層以便圍繞每一像素之光電轉換單元，且以延伸至光學黑區之方式形成該光阻擋層；在對應於光電轉換單元之區域中形成一凹面部分以便由光阻擋層圍繞；在光阻擋層及凹面部分之表面上形成具有相對較低之折射率之第一折射率層；在第一折射率層上形成具有相對較高之折射率之第二折射率層，以便內埋於凹面部分中；及在光學黑區中之第一折射率層上形成一抗眩光層，其中一內部光收集主體係由作用像素區域中之光阻擋層、第一折射率層及第二折射率層形成。
在根據本發明之實施例的固態成像裝置之製造方法中，具有相對較低之折射率之第一折射率層形成於光阻擋層及凹面部分之表面上，且具有相對較高之折射率之第二折射率層形成於第一折射率層上，以便內埋於凹面部分中。因為內部光收集主體係由第一折射率層及第二折射率層形成，所以傾斜地入射至內部光收集主體之光係在第一折射率層與第二折射率層之間的界面處反射或在光阻擋層與第一折射率層之間的界面處反射，且朝向光電轉換單元入射。在光學黑區中，第一折射率層以延伸方式形成於光阻擋層上，藉此將抗眩光層形成於第一折射率層上。因此，抗眩光層具有良好之黏著力。
根據本發明之又一實施例的電子設備包括：一固態成像裝置；一光學系統，其將入射光導引至固態成像裝置之一光電轉換單元；及一信號處理電路，其處理來自固態成像裝置之輸出信號。固態成像裝置係藉由上述固態成像裝置來組態。
因為根據本發明之實施例的電子設備具有固態成像裝置，所以傾斜地入射至內部光收集主體之光係在第一折射率層與第二折射率層之間的界面處反射或在光阻擋層與第一折射率層之間的界面處反射，且朝向光電轉換單元入射。在光學黑區中，第一折射率層以延伸方式形成於光阻擋層上，藉此將抗眩光層形成於第一折射率層上。因此，抗眩光層具有良好之黏著力。
根據關於本發明之實施例的固態成像裝置，可改良敏感度特性及遮光特性。此外，可在光學黑區中形成具有良好黏著力之抗眩光層。
根據關於本發明之實施例的固態成像裝置之製造方法，可製造可改良敏感度特性及遮光特性且包括在光學黑區中具有良好黏著力之抗眩光層的固態成像裝置。
根據關於本發明之實施例的電子設備，可提供具有高影像品質之能夠改良敏感度特性及遮光特性且防止眩光之電子設備。
下文中，將描述本發明之實施例。描述將按以下次序進行。
1.　第一實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
2.　第二實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
3.　第三實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
4.　第四實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
5.　第五實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
6.　第六實施例(固態成像裝置之組態實例及製造方法實例)
7.　第七實施例(固態成像裝置之組態實例)
8.　第八實施例(固態成像裝置之組態實例)
9.　第九實施例(固態成像裝置之組態實例)
10.　第十實施例(固態成像裝置之組態實例)
11.　第十一實施例(電子設備之組態實例)
1.　第一實施例
固態成像裝置之組態實例
圖1展示根據本發明之第一實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第一實施例之固態成像裝置21具有像素區域23，在該像素區域23中包括為光電轉換單元之光電二極體PD及複數個像素電晶體的複數個像素26以二維方式配置於經薄化之(例如)矽半導體基板22上。像素區域23包括作用像素區域24及所謂之光學黑區25，該光學黑區25為在作用像素區域24外部的用作光學黑色位準之參考的像素區域。
像素26可藉由光電二極體PD及複數個像素電晶體而形成為單位像素。另外，像素26可具有共用像素結構。該共用像素結構包括複數個光電二極體PD、複數個傳輸電晶體、一共用浮動擴散體及另一共用像素電晶體。該複數個像素電晶體(MOS電晶體)可藉由(例如)傳輸電晶體、重設電晶體及放大電晶體之三個電晶體來建構。另外，該複數個像素電晶體可藉由進一步包括一選擇電晶體而藉由四個電晶體來建構。在圖1中，該複數個像素電晶體係由具有傳輸閘電極27之傳輸電晶體Tr1表示。
光電二極體PD係自半導體基板22之前表面側至其背表面側而形成。像素電晶體形成於半導體基板22之前表面側上。經由層間絕緣薄膜29而安置有複數個導線層30的多層導線層31形成於半導體基板22之前表面側上，且由(例如)矽基板形成之支撐基板32接合至多層導線層31。多層導線層31及支撐基板32可經由(例如)黏接層28而彼此接合。
由單一層或複數個層形成之絕緣薄膜34形成於半導體基板22之背表面側(其為光入射側)上。在絕緣薄膜34上，形成晶片上彩色濾光片(下文中，稱為彩色濾光片)35、平坦化薄膜36及晶片上微透鏡(下文中，稱為微透鏡)37。絕緣薄膜34可形成為由(例如)氧化矽薄膜、氧化鉿薄膜或其類似者製成的抗反射薄膜。
另外，在該實施例中，光阻擋層39形成於像素區域23之作用像素區域24及光學黑區25中之絕緣薄膜34上。光阻擋層39經形成，以便圍繞作用像素區域24中之各別像素之光電二極體PD，且自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸的為同一薄膜之光阻擋層39形成於光學黑區25中之整個表面上。在作用像素區域24中，由光阻擋層39圍繞之凹面部分41形成於對應於每一光電二極體PD的區域中。舉例而言，使用諸如Al、Cu或W之單一薄膜或諸如其合金薄膜之金屬薄膜作為光阻擋層39。
具有相對較低之折射率之第一折射率層42自作用像素區域24至光學黑區25而形成於光阻擋層39及凹面部分41之表面上。舉例而言，使用氧化矽薄膜、碳氧化矽薄膜、氟化鎂薄膜、氟化鈣薄膜或其類似者作為第一折射率層42之材料。
在作用像素區域24中，折射率高於第一折射率層42之第二折射率層43形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。在此實例中，光阻擋層39經形成以內埋於第二折射率層43中且因此第二折射率層43之表面經平坦化。舉例而言，使用氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜或其類似者作為第二折射率層43之材料。亦即，關於折射率之量值相互關係，第一折射率層42低於第二折射率層43。光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層43形成內部光收集主體，以便對應於每一像素之光電二極體PD。彩色濾光片35經由平坦化薄膜40形成於第二折射率層43上。平坦化薄膜40具有低於第二折射率層43之折射率。
另一方面，在光學黑區25中，用於防止眩光之抗眩光層44形成於在整個表面上形成之光阻擋層39上。抗眩光層44係經由使用感光薄膜之曝光製程而形成。抗眩光層44可使用(例如)諸如作用像素區域24中之彩色濾光片、感光碳黑薄膜、感光鈦黑薄膜或其類似者之感光薄膜(例如，僅一藍色濾光片，或紅色、綠色及藍色濾光片之組合)。
第一折射率層42之薄膜厚度t4(光阻擋層之側壁側的薄膜厚度)較佳為50 nm或更大至200 nm以下(50 nmt4<200 nm)。對應於光電二極體PD的凹面部分底部之第一折射率層42的薄膜厚度t1為薄膜厚度t4之約1.5倍。若薄膜厚度t4如上文所述在50 nmt4<200 nm之範圍內，則可改良敏感度特性及遮光特性，且進一步在光學黑區25上形成具有良好黏著力之抗眩光層44。
在固態成像裝置21中，彩色濾光片中心及微透鏡中心較佳地以與典型狀況相同之方式朝向像素區域之中心逐漸地或根據像素區域23之邊緣的移動相對於光電二極體PD之中心以逐步方式而移位。移位量在彩色濾光片及微透鏡中可相同，或在微透鏡中可較大。在此組態之情況下，可提高敏感度，且減少色彩混合及亮度遮光之發生。
固態成像裝置之修改實例
在圖1中，儘管平坦化薄膜40形成於作用像素區域24之第二折射率層43上，但原則上可省略平坦化薄膜40且彩色濾光片35可直接形成於第二折射率層43上。
固態成像裝置之製造方法實例
圖2A至圖3C展示根據第一實施例之固態成像裝置21的製造方法實例。首先，儘管未詳細展示，但(例如)各別像素之光電二極體PD形成於矽半導體基板22之像素區域23中，且各別像素之複數個像素電晶體形成於半導體基板之前表面側上。像素形成於作用像素區域24及光學黑區25中。接下來，藉由經由層間絕緣薄膜在半導體基板22之前表面上安置複數個導線層而形成多層導線層。此後，將支撐基板(例如，矽基板)接合至多層導線層之表面，且接著經由研磨、拋光及其類似者而使半導體基板22薄化，使得光電二極體PD接近背表面。
接下來，如圖2A中所展示，由單一層或複數個層形成之絕緣薄膜34形成於半導體基板22之像素區域23中。可使用氧化矽薄膜、氧化鉿薄膜或其類似者將絕緣薄膜34形成為抗反射薄膜。接下來，在作用像素區域24及光學黑區25之整個表面上形成光阻擋層39，且經由光微影及乾式蝕刻而圖案化光阻擋層39。藉此，阻擋光進入像素之間的光阻擋層39形成於作用像素區域24中，以便圍繞光電二極體PD中之每一者且在對應於光電二極體PD中之每一者的區域中形成凹面部分41。同時，形成自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸且阻擋光進入光學黑區25之整個表面的光阻擋層39。可使用(例如)諸如Al、Cu或W之單一薄膜或諸如其合金薄膜之金屬薄膜形成光阻擋層39。光阻擋層39之薄膜厚度t2較佳為約100 nm至500 nm，以便以儘可能小之狀態達成光阻擋效應。作用像素區域24中之光阻擋層39的線寬度w1較佳等於或小於150 nm。該實施例適於具有1.5 μm2 或更小之像素大小的精細像素。
接下來，如圖2B中所展示，具有相對較低之折射率之第一折射率層42形成於作用像素區域24及光學黑區25之整個表面上，以便覆蓋光阻擋層39及凹面部分41之表面。如上文所描述，第一折射率層42可使用氧化矽薄膜、碳氧化矽薄膜、氟化鎂薄膜、氟化鈣薄膜、氟化鋰薄膜或其類似者。可使用諸如為乾式的CVD方法、濺鍍方法、離子電鍍方法及氣相沈積聚合方法之薄膜形成方法來形成此薄膜。第一折射率層42之薄膜厚度t4等於或大於50 nm至小於150 nm。
接下來，如圖2C中所展示，折射率高於第一折射率層42之第二折射率層43形成於作用像素區域24及光學黑區25中之第一折射率層42上。如上文所描述，第二折射率層43可使用氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜或其類似者。
接下來，如圖3A中所展示，將必要的樹脂層46塗佈於第二折射率層43上。塗佈樹脂層46，使得其表面實質上經平坦化。樹脂層46可使用(例如)酚醛清漆樹脂、聚苯乙烯樹脂、其共聚物樹脂或其類似者。
接下來，如圖3B中所展示，使用反應性離子蝕刻(RIE)方法或其類似者在作用像素區域24及光學黑區25中自樹脂層46之上表面完全地回蝕樹脂層46。在作用像素區域24中，具有不均勻性之第二折射率層43之表面經平坦化。或者，第二折射率層之表面的不均勻性減少。在作用像素區域24中，內部光收集主體係藉由光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層43而形成，以便對應於每一像素之光電二極體PD。另一方面，在光學黑區25中，移除整個第二折射率層43，且因此第一折射率層42曝露於前表面。藉由使用第一折射率層42作為蝕刻終點之偵測器或CMP(化學機械拋光)之拋光擋止器來執行回蝕製程。在圖3B中，回蝕第二折射率層43直至第一折射率層42之表面。在作用像素區域24中，第二折射率層43可保留在第一折射率層42上。此可應用於以下實施例。
接下來，如圖3C中所展示，在第二折射率層43之平坦化表面上形成折射率低於第二折射率層43之平坦化薄膜40。接著，在作用像素區域24中之平坦化薄膜40上形成彩色濾光片35，且在光學黑區25中之第一折射率層42上形成抗眩光層44。使用感光薄膜形成抗眩光層44，且(例如)可與形成彩色濾光片35同時地使用彩色濾光片35之藍色濾光片或在晶格形(lattice-shaped)綠色濾光片及紅色濾光晶片上的整個藍色濾光片之層壓薄膜形成抗眩光層44。此時，在作用像素區域24中之彩色濾光片及變為光學黑區25中之抗眩光層44的彩色濾光片可經由曝光及顯影而同時形成。可在與彩色濾光片形成製程分開的製程中使用感光鈦黑薄膜、感光碳黑薄膜或其類似者經由曝光及顯影而形成抗眩光層44。
接下來，經由平坦化薄膜36在作用像素區域24及光學黑區25之整個表面上形成微透鏡37。以此方式，獲得所要固態成像裝置21，其中經由相對於光阻擋層39自對準而形成對應於每一像素之光電二極體PD的內部光收集主體。
製造方法之修改實例
具有相對較低之折射率之上述第一折射率層42係使用丙烯酸酯樹脂、矽氧烷樹脂或其類似者的樹脂薄膜而形成。較低折射率可藉由將氟原子或中空矽石粒子添加至樹脂而獲得。
若選擇氮氧化矽薄膜作為第一折射率層42，則較佳使用具有高折射率之氮氧化矽薄膜藉由改變薄膜形成條件而形成第二折射率層43。
在根據第一實施例之固態成像裝置21中，內部光收集主體係藉由圍繞光電二極體PD之光阻擋層39、第一折射率層42及內埋於凹面部分41中之第二折射率層43而建構於作用像素區域24中之每一像素26的光電二極體PD上。通過微透鏡37之入射光係藉由內部光收集主體而收集且入射至光電二極體PD。因此，固態成像裝置21中之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差之遮光特性可得以改良。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。
根據該實施例之內部光收集主體共同具有波導功能及透鏡功能。將更詳細地描述內部光收集主體之光收集效應。圖4為說明波導功能的圖。如圖4中所展示，入射至第二折射率層43之光L在第二折射率層43與折射率低於該第二折射率層之第一折射率層42之間的界面處完全反射，且接著導引至光電二極體PD。入射至第二折射率層43之光L的通過該界面之光分量的一部分藉由由金屬薄膜製成的光阻擋層39來反射且導引至光電二極體PD。以此方式，藉由波導效應在光電二極體PD處收集入射光L。
圖5為說明透鏡功能的圖。當第一折射率層42與第二折射率層43之間的折射率關係為第一折射率層42<第二折射率層43時，入射光L之波面51(以虛線表示)展示於圖5中。亦即，光之波面51在入射光L進入內部光收集主體之前係平行的。在入射光L進入內部光收集主體之後，入射光在第一折射率層42中之行進速度高於在第二折射率層43中之行進速度，且因此光之波面51係彎曲的。以此方式，光之波面51歸因於基於折射率差的光之相位差而彎曲，且藉此發生透鏡操作。藉由透鏡效應在光電二極體PD處收集入射光。
接下來，歸因於曝光用光與由內部界面反射之光之間的干涉而發生的駐波效應影響光學黑區25中之抗眩光層44之黏著力。將參看圖6A及圖6B來描述此情形。將驗證(例如)負型感光樹脂層53形成於作用像素區域24及光學黑區25中之第一折射率差42上且藉由曝光用光而照射以便形成圖案的狀況。如圖6B中所展示，將(例如)鎢(W)薄膜用作光阻擋層39，(例如)氧化矽(SiO)薄膜作為第一折射率層42而形成於其上，且負型感光樹脂層53形成於其上且被曝光。使用i射線(波長(λ)：365 nm)執行曝光。氧化矽薄膜之折射率n經設定為1.47。感光樹脂層53可使用(例如)感光樹脂(用於彩色濾光片之顏料添加至其)、透明感光樹脂或其類似者而形成。
當藉由曝光用光La來照射感光樹脂層53時，歸因於自在感光樹脂層53與第一折射率層42之間的界面反射的反射光(1)與自下伏光阻擋層39反射的反射光(2)之間的干涉而在界面54中發生光強度差，且藉此發生所謂之駐波。光強度在界面54中為最低的週期T係由以下方程表示。
週期：T=λ/2n
λ：曝光用光之波長
n：第一折射率層42之折射率
若第一折射率層42之薄膜厚度為λ/2n，則界面54中之光強度係最低的。
舉例而言，在曝光用光為i射線(波長：365 nm)且第一折射率層42的氧化矽薄膜之折射率n經設定為1.47之狀況下，界面54中之光強度為最低之處的第一折射率層42之薄膜厚度t3為365/(2×1.47)=124.1 nm。
若降低界面54中之光強度，則界面54中之黏著力減少，且因此發生諸如在圖案形成於負型感光樹脂層53上時薄膜剝落之問題。
因此，為了改良形成抗眩光層44之感光樹脂層之黏著力，在上述實例中，第一折射率層42之薄膜厚度t3較佳設定為不同於λ/2n之值。
感光樹脂層之黏著力取決於感光樹脂層內部之光強度，且進一步可取決於在曝光期間在感光樹脂層中產生的光化學反應。舉例而言，感光樹脂層中之感光組份歸因於曝光而產生光自由基(其使光化學反應為鏈式反應)，且藉此樹脂層內部之組份經交聯以便黏附至基板。
因此，考慮到在維持光學黑區25中之抗眩光層44之黏著力的同時改良上述作用像素區域中之敏感度特性及遮光特性而判定第一折射率層42之薄膜厚度t3。
表1展示第一折射率層42之薄膜厚度中的敏感度特性。表1展示在將氧化矽(SiO)薄膜用作作用像素區域中之第一折射率層42且光阻擋層39之側壁側的SiO薄膜厚度t4改變(參看圖7)時相對於光之入射角的敏感度特性。將不具有第一折射率層42之樣本用作比較實例。另外，氧化矽(SiO)薄膜係藉由CVD方法而形成，且因此在對應於圖7中之光電二極體PD的凹面部分之底部中的氧化矽(SiO)薄膜之薄膜厚度t1為光阻擋層側壁之SiO薄膜厚度之薄膜厚度t4的約1.5倍。圖26將相對於SiO薄膜厚度之敏感度特性展示為表1之曲線。表1及圖26展示在敏感度在0°之入射光角度及0 nm之薄膜厚度下為1.0時的相對敏感度特性。
表2展示第一折射率層42之薄膜厚度中的遮光特性。表2展示當在將入射光之0°入射角下的敏感度特性「1.00」用作參考時在對應於圍繞像素區域之入射角的25°入射角及光阻擋層39之側壁側的SiO薄膜厚度之薄膜厚度t4下的各別敏感度特性。將不具有第一折射率層42之樣本用作比較實例。
自表1及圖26可見，若作用像素區域24中之第一折射率層(SiO薄膜)42之薄膜厚度t4大於0 nm(且較佳50 nm或更大至200 nm以下)，則與比較實例相比敏感度特性得以改良。另外，自表2可見，若作用像素區域24中之第一折射率層(SiO薄膜)42之薄膜厚度t4為50 nm或更大至200 nm以下，則與比較實例相比在25°入射角下之敏感度特性得以改良。亦即，敏感度之減少量小於相關技術中之減少量。因此，可見遮光特性得以改良。
為了改良遮光特性或色彩混合特性，如上文所描述，彩色濾光片或微透鏡根據至像素區域之邊緣的移動而移位。若移位量太大，則入射光由光阻擋層39而阻擋，且因此敏感度惡化。如表2中所展示，若敏感度相對於入射角的減少係小的，則小的移位量亦係容許的，其因此導致入射光難以由光阻擋層39阻擋的結構。
考慮到光學黑區25中之抗眩光層44之黏著力而設定作用像素區域24及光學黑區25中之第一折射率層42之共同薄膜厚度。舉例而言，在第一折射率層42由氧化矽(SiO)薄膜製成的狀況下，薄膜厚度t3經設定在除λ/2n外之在作用像素區域24中係較佳的SiO薄膜厚度(依據薄膜厚度t1)之範圍內。為了進一步藉由縮短微透鏡37與光電二極體PD之間的距離而改良敏感度特性，第一折射率層42之薄膜厚度較佳為100 nm或更小。因此，在氧化矽(SiO)薄膜之第一折射率層42中，薄膜厚度t1=t3較佳為75 nm至82 nm。
2.　第二實施例
固態成像裝置之組態實例
圖8展示根據本發明之第二實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第二實施例之固態成像裝置56具有具備像素區域23的經薄化之半導體基板22，在該像素區域23中包括光電二極體PD及複數個像素電晶體之複數個像素以二維方式配置。儘管未展示，但多層導線層形成於半導體基板22之前表面側上，且支撐基板接合至該多層導線層，如上文描述之圖1中所展示。絕緣薄膜34形成於半導體基板22之背表面上。
另外，在該實施例中，光阻擋層39形成於像素區域23之作用像素區域24及光學黑區25中的絕緣薄膜34上。光阻擋層39經形成，以便圍繞作用像素區域24中之各別像素之光電二極體PD，且自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸之為同一薄膜的光阻擋層39形成於光學黑區25中之整個表面上。在作用像素區域24中，由光阻擋層39圍繞之凹面部分41形成於對應於每一光電二極體PD之區域中。
具有相對較低之折射率之第一折射率層42自作用像素區域24至光學黑區25而形成於光阻擋層39及凹面部分41之表面上。在作用像素區域24中，具有相對較高之折射率之第二折射率層57形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。第二折射率層57係使用含有金屬微粒58之熱固性樹脂59而形成。為基底之熱固性樹脂59使用簡單之丙烯酸酯樹脂、酚醛清漆樹脂、苯乙烯樹脂、其共聚物樹脂、聚醯亞胺樹脂、矽氧烷樹脂或其類似者。金屬微粒58使用氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫或其類似者。可藉由將金屬微粒58含於樹脂59中而提高樹脂59之折射率。
因為第二折射率層57為藉由含有金屬微粒58而形成的有機薄膜，所以金屬微粒58之微小凸面結構61在經應用及形成之後經由用於平坦化之乾式蝕刻製程而形成於第二折射率層57之表面上。微小凸面結構61具有一種蛾眼結構，且充當抗反射薄膜。光阻擋層39、第一折射率層42、第二折射率層57及為抗反射薄膜之微小凸面結構61形成內部光收集主體，以便對應於每一像素之光電二極體PD。
另外，彩色濾光片35經由平坦化薄膜40而形成於微小凸面結構61之表面上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於彩色濾光片35上。
在光學黑區25中，以與第一實施例相同之方式，抗眩光層44形成於第一折射率層42上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於抗眩光層44上。
其他組態與第一實施例中描述之彼等組態相同，且將省略重複描述。在圖8中，對應於圖1中之彼等部分的部分係藉由給予其相同參考數字而展示。
固態成像裝置之製造方法實例
圖9A至圖9C展示根據第二實施例之固態成像裝置56之製造方法實例。該等圖僅展示作用像素區域24之內部光收集主體的形成，且包括光學黑區之其他組態的製造程序與第一實施例中之彼等程序相同，且因此將省略其描述。
如圖9A中所展示，在具備光電二極體PD之半導體基板22之背表面上形成平坦化薄膜34，以便在平坦化薄膜34上形成阻擋光進入像素之間的光阻擋層39。如上文所描述，光阻擋層39經形成，以便圍繞光電二極體PD中之每一者且在對應於光電二極體PD中之每一者的區域中形成凹面部分41。接下來，在光阻擋層39及凹面部分41之整個表面上形成具有相對較低之折射率之第一折射率層42。
接下來，在第一折射率層42上形成具有相對較高之折射率之第二折射率層57，以便內埋於凹面部分41中。第二折射率層57係經由旋凃含有金屬微粒58之熱固性樹脂59而形成。如上文所描述，熱固性樹脂59可使用諸如丙烯酸酯樹脂、酚醛清漆樹脂或苯乙烯樹脂、其共聚物樹脂、聚醯亞胺樹脂或其類似物之簡單樹脂。如上文所描述，金屬微粒58使用氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫或其類似者，且適當地添加至樹脂59。關於在使用熱固性樹脂59形成之後的狀態，第二折射率層57係以相對於單位像素之凹凸狀態形成。
接下來，如圖9B中所展示，在第二折射率層57上旋凃具有與用於第二折射率層57之熱固性樹脂59相同組份的熱固性樹脂層60，使得第二折射率層57之表面實質上經平坦化。此係因為第二折射率層57之上覆熱固性樹脂60及樹脂59的材料之組份彼此匹配，使得蝕刻速率彼此對應以用於第二折射率層57之平坦化，且藉此更順利地執行在後續乾式蝕刻中之平坦化製程。
接下來，如圖9C中所展示，使用(例如)反應性離子蝕刻(RIE)方法或其類似者自熱固性樹脂60之上表面完全地回蝕最上面之熱固性樹脂60。第二折射率層57之表面的不均勻性減少或第二折射率層57之表面藉由回蝕整個表面而平坦化。
另外，第二折射率層57為金屬微粒58添加至的有機薄膜。為此，在乾式蝕刻中，金屬微粒58用作蝕刻遮罩，且因此如圖9C中所展示，為有機薄膜之熱固性樹脂59之表面經移除且僅留下金屬微粒58，藉此形成微小凸面結構61。如上文所描述，結構61具有蛾眼結構，且充當抗反射薄膜。光阻擋層39、第一折射率層42、第二折射率層57及為抗反射薄膜之結構61形成內部光收集主體。
其他組態之製造程序與第一實施例中所描述之彼等程序相同。以此方式，獲得所要固態成像裝置56。
在根據第二實施例之固態成像裝置56中，如第一實施例中所描述，通過微透鏡37之入射光係藉由由光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層57形成的實質光收集主體來收集，且入射至光電二極體PD。因為充當抗反射薄膜之金屬微粒58之結構61形成於第二折射率層57之表面上，所以抑制在第二折射率層57與上覆層之間的界面處之反射，且因此可進一步改良光使用效率及內部光收集主體中之光收集效率。因此，固態成像裝置56中之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差的遮光特性可得以改良。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。另外，達成第一實施例中所描述之相同效應。
3.　第三實施例
固態成像裝置之組態實例
圖10展示根據本發明之第三實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第三實施例之固態成像裝置63具有具備像素區域23的經薄化之半導體基板22，在該像素區域23中包括光電二極體PD及複數個像素電晶體之複數個像素以二維方式配置。儘管未展示，但多層導線層形成於半導體基板22之前表面側上，且支撐基板接合至該多層導線層，如上文描述之圖1中所展示。絕緣薄膜34形成於半導體基板22之背表面上。
另外，在該實施例中，光阻擋層39形成於像素區域23之作用像素區域24及光學黑區25中的絕緣薄膜34上。光阻擋層39經形成，以便圍繞作用像素區域24中之各別像素之光電二極體PD，且自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸之為同一薄膜的光阻擋層39形成於光學黑區25中之整個表面上。在作用像素區域24中，由光阻擋層39圍繞之凹面部分41形成於對應於每一光電二極體PD之區域處。
具有相對較低之折射率之第一折射率層42自作用像素區域24至光學黑區25而形成於光阻擋層39及凹面部分41之表面上。在作用像素區域24中，具有相對較高之折射率之第二折射率層64形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。第二折射率層64係使用熱固性樹脂65形成，該熱固性樹脂65在等於或小於固化含有金屬微粒58之樹脂所在的溫度之溫度下具有熱流動力。為基底且具有熱流動力之熱固性樹脂65使用丙烯酸酯樹脂、矽氧烷樹脂或其類似者。金屬微粒58使用氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫或其類似者。可藉由將金屬微粒58含於樹脂65中而提高樹脂65之折射率。折射率低於第二折射率層64之平坦化薄膜66形成於表面經平坦化之第二折射率層64上。
光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層64形成內部光收集主體，以便對應於每一像素之光電二極體PD。另外，彩色濾光片35形成於平坦化薄膜66上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於彩色濾光片35上。在光學黑區25中，以與第一實施例相同之方式，抗眩光層44形成於第一折射率層42上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於抗眩光層44上。
其他組態與第一實施例中所描述之彼等組態相同，且將省略重複描述。在圖10中，對應於圖1之部分係藉由給予其相同參考數字而展示。
固態成像裝置之製造方法實例
圖11A至圖11C展示根據第三實施例之固態成像裝置63之製造方法實例。該等圖僅展示作用像素區域24之內部光收集主體的形成，且包括光學黑區之其他組態的製造程序與第一實施例中之彼等程序相同，且因此將省略其描述。
如圖11A中所展示，在具備光電二極體PD之半導體基板22之背表面上形成平坦化薄膜34，以便在平坦化薄膜34上形成阻擋光進入像素之間的光阻擋層39。如上文所描述，光阻擋層39經形成，以便圍繞光電二極體PD中之每一者且在對應於光電二極體PD中之每一者的區域中形成凹面部分41。接下來，在光阻擋層39及凹面部分41之整個表面上形成具有相對較低之折射率之第一折射率層42。
接下來，在第一折射率層42上形成具有相對較高之折射率之第二折射率層64，以便內埋於凹面部分41中。第二折射率層64係經由旋凃在小於固化含有金屬微粒58之樹脂所在的溫度之溫度下具有熱流動力之熱固性樹脂65而形成。一特徵係使用具有平坦化功能之材料，此係因為樹脂在小於固化樹脂所在之溫度之溫度的加熱條件下具有熱流動力，且該材料在固化樹脂所在之溫度下被熱固化。如上文所描述，熱固性樹脂65可使用諸如丙烯酸酯樹脂、酚醛清漆樹脂或苯乙烯樹脂、其共聚物樹脂、矽氧烷樹脂或其類似者之簡單樹脂。如上文所描述，金屬微粒58使用氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫或其類似者，且適當地添加至樹脂65。關於使用熱固性樹脂65形成之後的狀態，第二折射率層64經形成以便以相對於單位像素之凹凸形狀起伏(roll)。
接下來，如圖11B中所展示，對第二折射率層64(其表面以凹凸形狀起伏)執行熱處理，使得第二折射率層64藉由加熱而流動，藉此使第二折射率層64之表面實質上平坦化，且形成第二折射率層64之固化薄膜。此後，遮蔽作用像素區域24，且移除光學黑區25中之第二折射率層64。在該實施例中之第二折射率層64的平坦化製程中，樹脂層形成於上層上，且因此可不執行藉由回蝕(乾式蝕刻)或CMP(化學機械拋光)方法進行的製程。
接下來，如圖11C中所展示，形成折射率低於第二折射率層64之平坦化薄膜66。以此方式，光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層64形成內部光收集主體。
其他組態之製造程序與第一實施例中所描述之彼等程序相同。以此方式，獲得所要固態成像裝置63。
在根據第三實施例之固態成像裝置63中，如第一實施例中所描述，通過微透鏡37之入射光係藉由由光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層64形成的內部光收集主體來收集，且入射至光電二極體PD。因為充當抗反射薄膜之金屬微粒58之結構61形成於第二折射率層64上，所以抑制第二折射率層64與上覆層之間的界面處之反射，且因此可進一步改良光使用效率及內部光收集主體中之光收集效率。因此，固態成像裝置63中之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差的遮光特性可得以改良。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。另外，達成第一實施例中所描述之相同效應。
4.　第四實施例
固態成像裝置之組態實例
圖12展示根據本發明之第四實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第四實施例之固態成像裝置67對應於第三實施例之修改實例。
在根據第四實施例之固態成像裝置67中，在作用像素區域24中，使用含有金屬微粒58之熱固性樹脂65在具有相對較低之折射率之第一折射率層42上形成具有相對較高之折射率之第二折射率層64。在此狀況下之熱固性樹脂65為在等於或小於固化樹脂所處之溫度之溫度下具有熱塑性(熱流動力)的樹脂。另外，金屬微粒58之微小凸面結構61形成於第二折射率層64之表面上。微小凸面結構61具有一種蛾眼結構，且充當抗反射薄膜。光阻擋層39、第一折射率層42、第二折射率層64及為抗反射薄膜之微小凸面結構61形成內部光收集主體，以便對應於每一像素之光電二極體PD。
其他組態與第三實施例中所描述之彼等組態相同。在圖12中，對應於圖10中之彼等部分的部分係藉由給予其相同參考數字而展示，且將省略重複描述。
固態成像裝置之製造方法實例
在根據第四實施例之固態成像裝置67之製造方法中，在圖11A中所展示之製程之後，具有與具有熱塑性(熱流動力)之熱固性樹脂65相同組份之熱固性樹脂層在等於或小於固化第二折射率層64之樹脂所處的溫度之溫度下形成於第二折射率層64上。另外，自熱固性樹脂之上表面回蝕該熱固性樹脂，藉此使第二折射率層64之表面平坦化且形成表面之金屬微粒58之微小凸面結構61。此等製程類似於圖9A至圖9C中所展示之製程。其他組態及製程與第三實施例中描述之彼等組態及製程相同。
在根據第四實施例之固態成像裝置67中，通過微透鏡37之入射光係藉由由光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層64形成的實質光收集主體來收集，且入射至光電二極體PD。因為充當抗反射薄膜之金屬微粒58之結構61形成於第二折射率層64之表面上，所以抑制第二折射率層64與上覆層之間的界面處之反射，且因此可進一步改良光使用效率及內部光收集主體中之光收集效率。因此，固態成像裝置67中之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差的遮光特性可得以改良。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。另外，達成第一實施例中所描述之相同效應。
5.　第五實施例
圖13展示根據本發明之第五實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第五實施例之固態成像裝置69具有具備像素區域23的經薄化之半導體基板22，在該像素區域23中包括光電二極體PD及複數個像素電晶體之複數個像素以二維方式配置。儘管未展示，但多層導線層形成於半導體基板22之前表面側上，且支撐基板接合至該多層導線層，如上文描述之圖1中所展示。絕緣薄膜34形成於半導體基板22之背表面上。
另外，在該實施例中，光阻擋層39形成於像素區域23之作用像素區域24及光學黑區25中之絕緣薄膜34上。光阻擋層39經形成，以便圍繞作用像素區域24中之各別像素之光電二極體PD，且自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸之為同一薄膜的光阻擋層39形成於光學黑區25中之整個表面上。在作用像素區域24中，由光阻擋層39圍繞之凹面部分41形成於對應於每一光電二極體PD之區域中。
具有相對較低之折射率之第一折射率層42自作用像素區域24至光學黑區25而形成於光阻擋層39及凹面部分41之表面上。在作用像素區域24中，具有相對較高之折射率之第二折射率層70形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。第一折射率層42之折射率低於第二折射率層70之折射率。第二折射率層70之表面以凹凸形狀形成，使得對應於光電二極體PD之部分向下凸起。
另外，折射率高於第二折射率層70之第三折射率層71形成於第二折射率層70上。第三折射率層71之表面經平坦化。折射率之量值相互關係為第一折射率層42<第二折射率層70<第三折射率層71。第二折射率層70及第三折射率層71在光電二極體PD之上側處形成層內透鏡72。另外，光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層70形成內部光收集主體。
另外，彩色濾光片35經由平坦化薄膜40而形成於第三折射率層71上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於彩色濾光片35上。
在光學黑區25中，以與第一實施例相同之方式，抗眩光層44形成於第一折射率層42上，且微透鏡37經由平坦化薄膜36而形成於抗眩光層44上。
其他組態與第一實施例中所描述之彼等組態相同。在圖13中，對應於圖1中之彼等部分的部分係藉由給予其相同參考數字而展示，且將省略重複描述。
固態成像裝置之製造方法實例
圖14A至圖14C展示根據第五實施例之固態成像裝置69之製造方法實例。該等圖僅展示作用像素區域24之層內透鏡及內部光收集主體的形成，且包括光學黑區之其他組態的製造程序與第一實施例中之彼等程序相同，且因此將省略其描述。
如圖14A中所展示，在具備光電二極體PD之半導體基板22之背表面上形成平坦化薄膜34，以便在平坦化薄膜34上形成阻擋光進入像素之間的光阻擋層39。如上文所描述，光阻擋層39經形成，以便圍繞光電二極體PD中之每一者且在對應於光電二極體PD中之每一者的區域中形成凹面部分41。接下來，在光阻擋層39及凹面部分41之整個表面上形成具有相對較低之折射率之第一折射率層42。如上文所描述，第一折射率層42可使用(例如)氧化矽薄膜、碳氧化矽薄膜、氟化鎂薄膜、氟化鈣薄膜或其類似者。
接下來，在第一折射率層42上形成具有相對較高之折射率之第二折射率層70，以便內埋於凹面部分41中。可使用熱固性樹脂來形成第二折射率層70。熱固性樹脂使用丙烯酸酯樹脂。因為熱固性樹脂係藉由加熱以實質上維持不同於熱塑性樹脂之塗佈狀態的形式來固化，所以關於橫截面形狀，熱固性樹脂係以光電二極體PD側為低的且像素之間的光阻擋層39側為高的凹面形狀來形成。
接下來，如圖14B中所展示，在第二折射率層70上形成具有高於第二折射率層70之高折射率的第三折射率層71。第三折射率層71之上表面經形成以待平坦化。舉例而言，將丙烯酸酯熱塑性樹脂用作第三折射率層71之材料，且將金屬微粒添加至該樹脂。金屬微粒使用氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫或其類似者，且適當地添加至該樹脂。另外，可使用藉由將金屬微粒除熱塑性樹脂外亦添加至熱固性樹脂而獲得之材料來形成第三折射率層71。此外，可使用熱固性樹脂、氮化矽薄膜或氮氧化矽薄膜來形成第三折射率層71。在使用熱固性樹脂、氮化矽薄膜或氮氧化矽薄膜來形成第三折射率層71的狀況下，在後續製程中適當地使用回蝕或CMP製程以使第三折射率層71之上表面平坦化。
光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層70形成內部光收集主體。另外，第二折射率層70及第三折射率層71形成層內透鏡72。
接下來，如圖14C中所展示，折射率低於第三折射率層71之平坦化薄膜73形成於第三折射率層71上。此後，遮蔽作用像素區域24。自光學黑區25移除平坦化薄膜73、第三折射率層71及第二折射率層70。
其他組態之製造程序與第一實施例中所描述之彼等程序相同。以此方式，獲得所要固態成像裝置69。
在根據第五實施例之固態成像裝置69中，通過微透鏡37之入射光係由層內透鏡72及由光阻擋層39、第一折射率層42及第二折射率層70形成的內部光收集主體來收集，且入射至光電二極體PD。因此，固態成像裝置69之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差的遮光特性可得以改良。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。另外，達成第一實施例中所描述之相同效應。
6.　第六實施例
固態成像裝置之組態實例
圖15及圖16展示根據本發明之第六實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。圖15為根據該實施例之由綠色、紅色及藍色之原色系統形成的彩色濾光片75之平面圖。彩色濾光片75具有綠色、紅色及藍色係呈拜耳(Bayer)配置之組態。圖16為沿圖15中之線XVI-XVI截取之橫截面圖且展示作用像素區域24中之橫截面結構。
如圖16中所展示，根據第六實施例之固態成像裝置77具有具備像素區域23的經薄化之半導體基板22，在該像素區域23中包括光電二極體PD及複數個像素電晶體之複數個像素以二維方式配置。儘管未展示，但多層導線層形成於半導體基板22之前表面側上，且支撐基板接合至該多層導線層，如上文描述之圖1中所展示。絕緣薄膜34形成於半導體基板22之背表面上。
另外，在該實施例中，光阻擋層39形成於像素區域23之作用像素區域24及光學黑區25中之絕緣薄膜34上。光阻擋層39經形成，以便圍繞作用像素區域24中之各別像素之光電二極體PD，且自作用像素區域24中之光阻擋層39延伸之為同一薄膜的光阻擋層39形成於光學黑區25中的整個表面上。在作用像素區域24中，由光阻擋層39圍繞之凹面部分41形成於對應於每一光電二極體PD之區域中。
具有相對較低之折射率之第一折射率層42自作用像素區域24至光學黑區25而形成於光阻擋層39及凹面部分41之表面上。在作用像素區域24中，且為折射率高於第一折射率層42之第二折射率層的彩色濾光片75形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。在此實例中，彩色濾光片75之平坦化上表面高於光阻擋層39而定位且經形成。光阻擋層39、第一折射率層42及為第二折射率層之彩色濾光片75形成內部光收集主體。折射率低於彩色濾光片75之平坦化薄膜76形成於彩色濾光片75上。
另一方面，在光學黑區25中，抗眩光層44係使用(例如)彩色濾光片75而形成於第一折射率層42上。平坦化薄膜76以延伸方式形成於抗眩光層44上。
在該實施例中，因為彩色濾光片75內埋於凹面部分41中，所以可省略微透鏡。或者，在該實施例中，如藉由點劃線所註釋，微透鏡37可形成於平坦化薄膜76上。
其他組態與第一實施例中所描述之彼等組態相同。在圖16中，對應於圖1中之彼等部分的部分係藉由給予其相同參考數字而展示，且將省略重複描述。
固態成像裝置之製造方法實例
圖17A至圖17D展示根據第六實施例之固態成像裝置77之製造方法實例。該等圖僅展示作用像素區域24之內部光收集主體的形成，且包括光學黑區之其他組態的製造程序與第一實施例中之彼等程序相同，且因此將省略其描述。
如圖17A中所展示，在具備光電二極體PD之半導體基板22之背表面上形成平坦化薄膜34，以便在平坦化薄膜34上形成阻擋光進入像素之間的光阻擋層39。如上文所描述，光阻擋層39經形成，以便圍繞光電二極體PD中之每一者且在對應於光電二極體PD中之每一者的區域中形成凹面部分41。接下來，在光阻擋層39及凹面部分41之整個表面上形成具有相對較低之折射率之第一折射率層42。
接下來，使用光微影在第一折射率層42上形成第一色彩(例如，綠色)之濾光片75G，以便內埋於對應於第一色彩之凹面部分41中。
接下來，如圖17B中所展示，使用光微影形成第二色彩(例如，紅色)之濾光片75R，以便內埋於對應於第二色彩之凹面部分41中。此後，儘管未展示，但使用光微影形成第三色彩(例如，藍色)之濾光片75B，以便內埋於對應於第三色彩之凹面部分41中。
接下來，如圖17C中所展示，使用回蝕或CMP方法來使彩色濾光片75之表面平坦化。彩色濾光片75之表面係在一位置處形成以覆蓋光阻擋層39上之第一折射率層42之上表面。彩色濾光片75為第二折射率層。因此，藉由光阻擋層39、第一折射率層42及折射率高於第一折射率層42之彩色濾光片75而形成內部光收集主體。
接下來，如圖17D中所展示，在彩色濾光片75之表面上形成具有低折射率之平坦化薄膜76。在形成微透鏡之狀況下，在平坦化薄膜76上形成微透鏡37。
其他組態之製造程序與第一實施例中描述之彼等程序相同。以此方式，獲得所要固態成像裝置77。
在根據第六實施例之固態成像裝置77中，入射至彩色濾光片75之光係藉由由光阻擋層39、第一折射率層42及為第二折射率層之彩色濾光片75形成的內部光收集主體來收集，且入射至光電二極體PD。因此，固態成像裝置77中之敏感度特性得以改良，且指示作用像素區域24中之中心與周邊之間的敏感度差的遮光特性可得以改良。
在該實施例中，因為彩色濾光片75內埋於凹面部分41中，所以即使未提供微透鏡，光仍可在不引起色彩混合之情況下入射至每一像素之光電二極體PD。彩色濾光片75與光電二極體PD之間的距離可減少，亦即，在橫截面方向上達成薄化，此係因為彩色濾光片75內埋於凹面部分41中，且因此可進一步相應地改良敏感度特性。另外，甚至在提供微透鏡37之狀況下，因為微透鏡37與光電二極體PD之間的距離可減少，所以與(例如)第一實施例相比可進一步改良敏感度特性。藉由將彩色濾光片75用作第二折射率層，在橫截面方向上達成薄化，在像素部分中形成彩色濾光片時發生的問題得以解決。
在光學黑區25中，因為抗眩光層44係使用感光薄膜經由第一折射率層42而形成於光阻擋層39上，所以抗眩光層44之黏著力得以改良，且因此可形成具有高可靠性之抗眩光層44。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。另外，達成第一實施例中所描述之相同效應。
第六實施例之修改實例
固態成像裝置之組態實例
圖18展示根據第六實施例之修改實例的固態成像裝置。在根據修改實例之固態成像裝置79中，彩色濾光片75經由第一折射率層42而內埋於凹面部分41中，使得其上表面與光阻擋層39上之第一折射率層42之上表面形成一表面。
其他組態與根據第六實施例之固態成像裝置77相同。在圖18中，對應於圖16中之彼等部分的部分係藉由給予其相同參考數字而展示，且將省略重複描述。
固態成像裝置之製造方法實例
圖19A至圖19D展示根據修改實例之固態成像裝置79之製造方法實例。在此實例中，圖19A及圖19B中之製程與圖17A及圖17B中之製程相同。
接下來，如圖19C中所展示，使用回蝕或CMP方法來使彩色濾光片75平坦化，使得其上表面與光阻擋層39上之第一折射率層42之上表面形成一表面。
此後，如圖19D中所展示，在彩色濾光片75之表面上形成具有低折射率之平坦化薄膜76。在形成微透鏡之狀況下，在平坦化薄膜76上形成微透鏡37。
其他組態之製造程序與第一實施例中描述之彼等程序相同。以此方式，獲得所要固態成像裝置79。
在根據修改實例之固態成像裝置79中，彩色濾光片75經形成，使得其上表面與光阻擋層39上的第一折射率層42之上表面形成一表面。藉此，彩色濾光片75與光電二極體PD之間的距離可減少超過根據第六實施例之固態成像裝置77中減少的距離，且因此可進一步改良敏感度特性。另外，達成第六實施例中所描述之相同效應。
7.　第七實施例
固態成像裝置之組態實例
圖20展示根據本發明之第七實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。圖20僅展示作用像素區域24中之內部光收集主體之主要部分。在根據第七實施例之固態成像裝置81中，作用像素區域24中之光阻擋層39的橫截面形狀係以錐形形狀形成，使得橫截面之寬度在光之入射方向(自上側至底部)上逐漸地增加。在圖20中，內部光收集主體係藉由光阻擋層39(其橫截面具有錐形形狀)、第一折射率層42及第二折射率層43而形成。
包括光學黑區之其他組態與上述各別實施例中所描述之組態或稍後描述之實施例中所描述的組態相同，且將省略其重複描述。
在根據第七實施例之固態成像裝置81中，因為作用像素區域24中之光阻擋層39之橫截面形狀經形成為錐形，所以可減少由光阻擋層39之上表面角阻擋的入射光L之量。另外，光阻擋層39之側面為傾斜的，且因此可有效地將由光阻擋層39之側向表面所反射的光導引至光電二極體PD。
另外，若根據該實施例之光阻擋層39適用於上述實施例或稍後描述之實施例，則達成此實施例中所描述之相同效應。
8.　第八實施例
固態成像裝置之組態實例
圖21展示根據本發明之第八實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。圖21僅展示作用像素區域24中之內部光收集主體之主要部分(特定言之，自光阻擋層39之上表面看的組態)。在根據第八實施例之固態成像裝置83中，形成作用像素區域24中之內部光收集主體的光阻擋層39之對應於各別彩色像素的開口面積彼此不同。
在該實施例中，針對於每一像素之色彩而最佳化光阻擋層39之開口大小。換言之，例如，因為具有長波長之紅光難以偏轉，所以光阻擋層39之開口84R的面積增加，且因此有效地收集最初入射至像素外部的光。光阻擋層39之對應於綠色像素的開口84G之面積小於對應於紅色像素之開口84R的面積，且因此進一步在綠色像素之中心處收集光，藉此減少色彩混合之發生。對應於感測具有短波長之藍光的藍色像素之開口84B的面積小於對應於綠色像素之開口84G的面積，且因此進一步在藍色像素之中心處收集光，藉此減少色彩混合之發生。此處，光阻擋層39之對應於各別彩色像素之開口面積可分別由圖21中所展示之開口寬度Wr、Wg及Wb來界定。
根據該實施例之光阻擋層39可應用於上述各別實施例。因此，包括光學黑區之其他組態與各別實施例中描述之組態相同，且將省略其重複描述。
在根據第八實施例之固態成像裝置83中，光阻擋層39之開口面積(亦即，開口寬度)對於各別色彩而彼此不同，且因此可根據入射波長光而有效地收集光或減少色彩混合。
另外，若根據該實施例之光阻擋層39應用於上述第一至第七實施例，則達成此實施例中所描述之相同效應。
圖22A及圖22B展示內部光收集主體(特定言之，其第一折射率層42之修改實例)。
在圖22A中所展示之組態中，構成第一折射率層42之第一薄膜42a形成於作用像素區域24中之半導體基板22的背表面上。換言之，圍繞光電二極體PD之光阻擋層39形成於第一薄膜42a上。另外，構成第一折射率層42之第二薄膜42b形成於第一層42a及光阻擋層39之整個表面上，且第二折射率層43形成於第二薄膜42b上，藉此形成內部光收集主體。第一折射率層42係由兩層薄膜42a及42b形成。兩層薄膜42a及42b係使用充當抗反射薄膜之材料薄膜而形成。依據折射率之間的關係，第一折射率層42為內部光收集主體之組成元件且亦充當抗反射薄膜。
在圖22B中所展示之組態中，第一折射率層42係由第一薄膜42a及第二薄膜42b之兩層薄膜形成。在此實例中，第一折射率層42之第二薄膜42b經劃分成兩個部分且形成。亦即，構成第一折射率層42之第一薄膜42a形成於作用像素區域24中之半導體基板22的背表面上。構成第一折射率層42之第二薄膜42b1形成於第一薄膜42a上，且圍繞光電二極體PD之光阻擋層39形成於第二薄膜42b1上。第一折射率層42之第二薄膜42b2經形成，以便覆蓋光阻擋層39，且第二折射率層43形成於第二薄膜42b1及42b2上，藉此形成內部光收集主體。亦在此實例中，第一折射率層42為內部光收集主體之組成元件且亦充當抗反射薄膜。
圖23A及圖23B展示根據本發明之實施例的背表面照射型CMOS固態成像裝置之修改實例。
在圖23A中所展示之實例中，第一抗反射薄膜86形成於形成內部光收集主體的第一折射率層42與第二折射率層43之間，且第二抗反射薄膜87形成於第二折射率層43上。彩色濾光片形成於第二抗反射薄膜87上。折射率之量值相互關係為第一折射率層42<第一抗反射薄膜86<第二折射率層43。在將氧化矽薄膜(折射率約1.45)用作第一折射率層42且將氧化矽薄膜(折射率約1.9至2.0)用作第二折射率層43之狀況下，例如，較佳將氮氧化矽薄膜(折射率約1.6至2.0以下)用作抗反射薄膜86。
另外，折射率之量值關係為第二折射率層43>第二抗反射薄膜87>彩色濾光片。舉例而言，在將氮化矽薄膜(折射率約1.9至2.0)用作第二折射率層43且彩色濾光片(折射率約1.6至1.7)形成於其上之狀況下，可將以下材料薄膜用作中間抗反射薄膜87。可使用丙烯酸酯樹脂(折射率約1.5)、氧化矽薄膜(折射率約1.45)或其類似者。
在圖23B中所展示之實例中，橫截面具有矩形形狀之微透鏡88形成於為在第一折射率層42上之第二折射率層之彩色濾光片75上。
9.　第九實施例
固態成像裝置之組態實例
圖24展示根據本發明之第九實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第九實施例之固態成像裝置91係藉由在像素區域23中之半導體基板92上配置包括光電二極體PD及複數個像素電晶體之單位像素而形成。安置有複數個導線層94之多層導線層95經由層間絕緣薄膜93而形成於半導體基板92之前表面上。最上面之導線94t亦用作光阻擋層。
在作用像素區域24中，為光阻擋層之導線94t以晶格形狀形成，以便圍繞光電二極體PD。第一折射率層42形成於包括最上面之導線94t之多層導線層95的上表面上，且第二折射率層43形成於第一折射率層42上，以便內埋於凹面部分41中。另外，彩色濾光片35及微透鏡37形成於第二折射率層43之平坦化上表面上。內部光收集主體係藉由為光阻擋層之導線94t、第一折射率層42及第二折射率層43而形成。
另一方面，在光學黑區25中，為光阻擋層之導線94t形成於光學黑區25之整個表面上。第一折射率層42以延伸方式形成於為光阻擋層之導線94t上，且抗眩光層44形成於第一折射率層42上。
在根據第九實施例之固態成像裝置91中，因為由為光阻擋層之導線94t、第一折射率層42及第二折射率層43而形成的內部光收集主體經形成，以便對應於作用像素區域24中之每一像素，所以敏感度特性及遮光特性得以改良。在光學黑區25中，具有良好黏著力之抗眩光層44經由第一折射率層42而形成於為光阻擋層之導線94t上。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。
10.　第十實施例
固態成像裝置之組態實例
圖25展示根據本發明之第十實施例的固態成像裝置。根據該實施例之固態成像裝置使用背表面照射型CMOS固態成像裝置。根據第十實施例的固態成像裝置97在半導體基板98之像素區域中包括以二維方式配置之光電二極體PD，及垂直傳輸暫存器101、水平傳輸暫存器(圖中未示)及用於每一光電二極體線之輸出部分(圖中未示)。垂直傳輸暫存器101係藉由經由閘極絕緣薄膜102在傳輸通道區域上形成傳輸電極103而形成。光阻擋層105經形成，以便經由絕緣薄膜104覆蓋傳輸電極103(光電二極體PD除外)。另外，層內透鏡108係由折射率彼此不同之絕緣薄膜106及107而形成於對應於光電二極體PD之上側上。
在該實施例中，光阻擋層109係以晶格形狀形成，以便在作用像素區域中之絕緣薄膜107上圍繞光電二極體PD。光阻擋層109係由吸收光之黑色有機薄膜形成且亦用作抗眩光層。第一折射率層42形成於包括光阻擋層109之表面上，且第二折射率層43形成於第一折射率層42上，以便內埋於對應於光電二極體PD之凹面部分41中。對應於每一光電二極體PD之內部光收集主體係由光阻擋層109、第一折射率層42及第二折射率層43形成。另外，彩色濾光片35及微透鏡37形成於第二折射率層43之上表面上。
另一方面，在光學黑區中，儘管未展示，但光阻擋層105形成於傳輸電極103及光電二極體PD之整個表面上，且用於防止眩光之光阻擋層109形成於形成層內透鏡之上覆絕緣薄膜107之整個表面上。另外，在光學黑區中，金屬光阻擋層可形成於形成層內透鏡之上覆絕緣薄膜107之整個表面上，且抗眩光層可經由第一折射率層42形成於金屬光阻擋層上。
在根據第十實施例之固態成像裝置97中，因為由亦用作抗眩光層之光阻擋層109、第一折射率層42及第二折射率層43形成的內部光收集主體經形成，以便對應於作用像素區域中之每一像素，所以敏感度特性及遮光特性得以改良。在光學黑區中，用作抗眩光層之光阻擋層109形成於整個表面上。因此，可提供具有高影像品質之背表面照射型CMOS固態成像裝置。若金屬光阻擋層形成於光學黑區中，且抗眩光層經由第一折射率層形成於金屬光阻擋層上，則該抗眩光層具有良好之黏著力。
在本發明中，儘管未展示，但在第一至第九實施例中的在作用像素區域中之內部光收集主體及在光學黑區中之光阻擋層/第一折射率層/抗眩光層結構適用於背表面照射型CCD固態成像裝置。
在上述實施例中，第二折射率層可經平坦化，以便保留於作用像素區域24中之第一折射率層上，且相應地第二折射率層亦可保留於光學黑區25中之第一折射率層上。在此狀況下，在光學黑區25中，抗眩光層形成於第一折射率層上之第二折射率層上。
11.　第十一實施例
電子設備之組態實例
根據本發明之實施例的固態成像裝置適用於諸如相機系統(諸如，數位相機或視訊攝影機)、具有成像功能之行動電話或具有成像功能之其他設備的電子設備。
圖27展示根據本發明之第十一實施例的為電子設備之實例的相機。根據該實施例之相機係由能夠俘獲靜態影像或動態影像之視訊攝影機來例證。根據該實施例之相機111包括固態成像裝置112、將入射光導引至固態成像裝置112之光感測單元的光學系統113及快門裝置114。另外，相機112包括驅動固態成像裝置112之驅動電路115及處理來自固態成像裝置112之輸出信號的信號處理電路116。
固態成像裝置112使用根據上述實施例之固態成像裝置中的任一者。光學系統(光學透鏡)113使來自對象之影像光(入射光)能夠在固態成像裝置112之成像表面上形成影像。藉此，信號電荷在特定時間中累積於固態成像裝置112中。光學系統113可為由複數個光學透鏡構成之光學透鏡系統。快門裝置114控制固態成像裝置112之光照射時間週期及光阻擋時間週期。驅動電路115供應用於控制固態成像裝置112之傳輸操作及快門裝置114之快門操作的驅動信號。固態成像裝置112回應於自驅動電路115供應之驅動信號(時序信號)而傳輸信號。信號處理電路116執行各種信號處理。已經歷信號處理之影像信號儲存於諸如記憶體之儲存媒體中或輸出至監視器。
根據第十一實施例中之電子設備，在固態成像裝置中，敏感度特性及遮光特性在作用像素區域中得以改良，且具有良好黏著力之抗眩光層在光學黑區25中經由第一折射率層42形成於光阻擋層上。因此，可提供具有高影像品質之電子設備。舉例而言，可提供影像品質得以改良的相機或其類似者。
本發明含有與在2010年12月9日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2010-274895中揭示之標的相關之標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
熟習此項技術者應理解，取決於設計要求及其他因素，可存在各種修改、組合、子組合及更改，只要該等修改、組合、子組合及更改在所附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
1．．．背表面照射型CMOS固態成像裝置
2．．．經薄化之半導體基板
3．．．傳輸閘電極
4．．．層間絕緣層
5．．．導線
6．．．多層導線層
7．．．黏接層
8．．．支撐基板
9．．．絕緣層
10．．．平坦化薄膜
11．．．晶片上彩色濾光片
12．．．晶片上微透鏡
13．．．光阻擋層
14．．．固態成像裝置
15．．．固態成像裝置
21．．．固態成像裝置
22．．．半導體基板
23．．．像素區域
24．．．作用像素區域
25．．．光學黑區
26．．．像素
27．．．傳輸閘電極
28．．．黏接層
29．．．層間絕緣薄膜
30．．．導線層
31．．．多層導線層
32．．．支撐基板
34．．．絕緣薄膜
35．．．晶片上彩色濾光片
36．．．平坦化薄膜
37．．．晶片上微透鏡
39．．．光阻擋層
40．．．平坦化薄膜
41．．．凹面部分
42．．．第一折射率層
42a．．．第一薄膜
42b．．．第二薄膜
42b1．．．第二薄膜
42b2．．．第二薄膜
43．．．第二折射率層
44．．．抗眩光層
46．．．樹脂層
51．．．波面
53．．．負型感光樹脂層
54．．．界面
56．．．固態成像裝置
57．．．第二折射率層
58．．．金屬微粒
59．．．熱固性樹脂
60．．．熱固性樹脂層/上覆熱固性樹脂/最上面之熱固性樹脂
61．．．微小凸面結構
63．．．固態成像裝置
64．．．第二折射率層
65．．．熱固性樹脂
66．．．平坦化薄膜
67．．．固態成像裝置
69．．．固態成像裝置
70．．．第二折射率層
71．．．第三折射率層
72．．．層內透鏡
73．．．平坦化薄膜
75．．．彩色濾光片
75G．．．綠色濾光片
75R．．．紅色濾光片
76．．．平坦化薄膜
77．．．固態成像裝置
79．．．固態成像裝置
81．．．固態成像裝置
83．．．固態成像裝置
84B．．．開口
84G．．．開口
84R．．．開口
86．．．第一抗反射薄膜
87．．．第二抗反射薄膜
88．．．微透鏡
91．．．固態成像裝置
93．．．層間絕緣薄膜
94．．．導線層
94t．．．導線
95．．．多層導線層
97．．．固態成像裝置
98．．．半導體基板
102．．．閘極絕緣薄膜
103．．．傳輸電極
104．．．絕緣薄膜
105．．．光阻擋層
106．．．絕緣薄膜
107．．．絕緣薄膜
108．．．層內透鏡
109．．．光阻擋層
111．．．相機
112．．．固態成像裝置
113．．．光學系統
114．．．快門裝置
115．．．驅動電路
116．．．信號處理電路
L．．．光/入射光束
La．．．曝光用光
PD．．．光電二極體
t1．．．薄膜厚度
t2．．．薄膜厚度
t3．．．薄膜厚度
t4．．．薄膜厚度
Tr1．．．傳輸電晶體
w1．．．線寬度
Wb．．．開口寬度
Wg．．．開口寬度
Wr．．．開口寬度
圖1為根據本發明之第一實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖2A至圖2C為說明根據第一實施例之固態成像裝置之製造方法實例的製造程序圖(第一)。
圖3A至圖3C為說明根據第一實施例之固態成像裝置之製造方法實例的製造程序圖(第二)。
圖4為說明根據本發明之實施例的內部光收集主體之光學波導效應的圖。
圖5為說明根據本發明之實施例的透鏡效應之圖。
圖6為說明根據本發明之實施例的當抗眩光層形成於光學黑區中時在曝光期間之駐波效應的圖。
圖7為說明根據本發明之實施例的第一折射率層之薄薄膜厚度的圖。
圖8為根據本發明之第二實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖9A至圖9C為說明根據第二實施例之固態成像裝置之製造方法實例的主要部分之製造程序圖。
圖10為根據本發明之第三實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖11A至圖11C為說明根據第三實施例之固態成像裝置之製造方法實例的主要部分之製造程序圖。
圖12為根據本發明之第四實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖13為根據本發明之第五實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖14A至圖14C為說明根據第五實施例之固態成像裝置之製造方法實例的主要部分之製造程序圖。
圖15為應用於根據第六實施例之固態成像裝置的拜耳(Bayer)配置之原色濾光片的平面圖。
圖16為根據本發明之第六實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖17A至圖17D為說明根據第六實施例之固態成像裝置之製造方法實例的主要部分之製造程序圖。
圖18為根據第六實施例之修改實例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖19A至圖19D為說明根據第六實施例之修改實例的固態成像裝置之製造方法實例的主要部分之製造程序圖。
圖20為根據本發明之第七實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖21為根據本發明之第八實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖22A至圖22B為根據修改實例之內部光收集主體之主要部分的組態圖。
圖23A及圖23B為根據修改實例之固態成像裝置之主要部分的組態圖。
圖24為根據本發明之第九實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖25為根據本發明之第十實施例的固態成像裝置之主要部分的示意性組態圖。
圖26為將表1中之敏感度特性對SiO薄膜厚度說明為曲線的圖。
圖27為根據本發明之第十一實施例的電子設備之示意性組態圖。
圖28為說明相關技術中之背表面照射型CMOS固態成像裝置之實例的示意性組態圖。
圖29為說明關於參考實例之背表面照射型CMOS固態成像裝置之示意性組態圖。
圖30為說明在於像素之間不具有光阻擋層之背表面照射型CMOS固態成像裝置中的光入射狀態之圖。
圖31為說明在於像素之間具有光阻擋層之背表面照射型CMOS固態成像裝置中之光入射狀態的圖。
圖32為說明在於像素之間具有光阻擋層之另一背表面照射型CMOS固態成像裝置中之光入射狀態的圖。
21．．．固態成像裝置
22．．．矽半導體基板
23．．．像素區域
24．．．作用像素區域
25．．．光學黑區
26．．．像素
27．．．傳輸閘電極
28．．．黏接層
29．．．層間絕緣薄膜
30．．．導線層
31．．．多層導線層
32．．．支撐基板
34．．．絕緣薄膜
35．．．晶片上彩色濾光片
36．．．平坦化薄膜
37．．．晶片上微透鏡
39．．．光阻擋層
40．．．平坦化薄膜
41．．．凹面部分
42．．．第一折射率層
43．．．第二折射率層
44．．．抗眩光層
PD．．．光電二極體
t1．．．薄膜厚度
t4．．．薄膜厚度
Tr1．．．傳輸電晶體

Claims (15)

  1. 一種固態成像裝置，其包含：一光阻擋層，其形成於一光入射側上之一像素區域之一作用像素區域中以便圍繞每一像素之一光電轉換單元且以延伸至一光學黑區之一方式形成；一凹面部分，其係在對應於該光電轉換單元之一區域中形成以便由該光阻擋層圍繞；一第一折射率層，其形成於該光阻擋層及該凹面部分之表面上且具有一相對較低之折射率；一第二折射率層，其形成於該第一折射率層上以便內埋於該凹面部分中且具有一相對較高之折射率；及一抗眩光層，其形成於該光學黑區中之該第一折射率層上，其中一內部光收集主體係由該作用像素區域中之該光阻擋層、該第一折射率層及該第二折射率層而形成。
  2. 如請求項1之固態成像裝置，其中該光阻擋層係以一錐形形狀形成，使得橫截面之一寬度在一光入射方向上增加。
  3. 如請求項1之固態成像裝置，其中該光阻擋層之開口寬度對於各別色彩而彼此不同。
  4. 如請求項1之固態成像裝置，其進一步包含一第三折射率層，該第三折射率層具有高於該第二折射率層之一折射率且形成於該第二折射率層上，其中一層內透鏡係藉由該第二折射率層及該第三折射率層形成。
  5. 如請求項1之固態成像裝置，其進一步包含形成於該作用像素區域中之該第二折射率層上之一彩色濾光片。
  6. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第二折射率層係由一彩色濾光片形成。
  7. 如請求項5之固態成像裝置，其中該等像素包括該光電轉換單元及複數個像素電晶體，其中該等像素電晶體形成於一半導體基板之一前表面上，其中該光電轉換單元係自該半導體基板之該前表面至該半導體基板之一背表面而形成，且其中該固態成像裝置係藉由一背表面照射類型而組態，在該背表面照射類型中光係自該半導體基板之該背表面入射。
  8. 一種一固態成像裝置之製造方法，其包含：在一光入射側中之一像素區域之一作用像素區域中形成一光阻擋層以便圍繞每一像素之一光電轉換單元，且以延伸至一光學黑區之一方式形成該光阻擋層；在對應於該光電轉換單元之一區域中形成一凹面部分以便由該光阻擋層圍繞；在該光阻擋層及該凹面部分之表面上形成具有一相對較低之折射率之一第一折射率層；在該第一折射率層上形成具有一相對較高之折射率之一第二折射率層，以便內埋於該凹面部分中；及在該光學黑區中之該第一折射率層上形成一抗眩光層，其中一內部光收集主體係由該作用像素區域中之該光阻擋層、該第一折射率層及該第二折射率層形成。
  9. 如請求項8之固態成像裝置之製造方法，其中該光阻擋層係以一錐形形狀形成，使得橫截面之一寬度在一光入射方向上增加。
  10. 如請求項8之固態成像裝置之製造方法，其中該光阻擋層之開口寬度對於各別色彩而彼此不同。
  11. 如請求項8之固態成像裝置之製造方法，其進一步包含在該第二折射率層上形成具有高於該第二折射率層之一折射率的一第三折射率層，其中一層內透鏡係藉由該第二折射率層及該第三折射率層形成。
  12. 如請求項8之固態成像裝置之製造方法，其進一步包含在該作用像素區域中之該第二折射率層上形成一彩色濾光片。
  13. 如請求項8之固態成像裝置之製造方法，其中該第二折射率層係由一彩色濾光片形成。
  14. 如請求項12之固態成像裝置之製造方法，其中該等像素係由該光電轉換單元及複數個像素電晶體形成，其中該等像素電晶體形成於一半導體基板之一前表面上，其中該光電轉換單元係自該半導體基板之該前表面至該半導體基板之一背表面而形成，且其中該固態成像裝置係藉由一背表面照射類型而組態，在該背表面照射類型中光係自該半導體基板之該背表面入射。
  15. 一種電子設備，其包含：一固態成像裝置；一光學系統，其將入射光導引至該固態成像裝置之一光電轉換單元；及一信號處理電路，其處理來自該固態成像裝置之一輸出信號，其中該固態成像裝置為如請求項1之固態成像裝置。
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