[发明专利]固态成像器件及其制造方法、电子设备、以及半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像器件及其制造方法、电子设备、以及半导体器 件，并具体而言涉及其中具有光电二极管的像素以矩阵形式布置在光接收 表面上的固态成像器件及其制造方法，包括该固态成像器件的电子设备， 以及半导体器件。

背景技术

在以用于区域传感器的CCD和CMOS图像传感器为代表的固态成像 元件中，在半导体衬底上形成光电二极管的光电转换部分、传递所产生的 信号的布线部分、晶体管等。该元件具有其中在光电转换部分上形成片上 透镜，并且入射光由片上透镜聚集到光电转换部分并被光电转换的结构。

最近，在固态成像元件中，对于更高解析度和更多像素的需求日益增 长。在该状况下，为了获得更高解析度而不增大芯片尺寸，需要减少每单 位像素的面积以实现更高的集成度。

但是，如果每单位像素的面积减小，则进入形成光电转换部分的光电 二极管的光量不足。尤其是，在CMOS图像传感器中，从片上透镜到光电 二极管区域的距离由于其多层布线结构而较长。因此，倾斜入射的光未到 达光电二极管区域而进入相邻的光电二极管，不仅造成传感性的降低，而 引起颜色混合和降低的解析度。

为了解决这些问题，JP-A-11-121725和JP-2000-150845公开了如下结 构：设置了在光电二极管和片上透镜之间通过利用具有低折射率的覆层材 料围绕具有高折射率的芯体材料而形成的光学波导。

为了对于光学波导采取入射角，优选地使具有低折射率的覆层材料和 具有高折射率的芯体材料的折射率之差尽可能地大。例如，具有1.5或更 小折射率的氧化硅膜广泛地用于在光电二极管上形成的光学波导的覆层部 分(低折射率部分)。另一方面，对于芯体部分(高折射率部分)，正在 对具有高折射率的氮化硅或类金刚石(DLC)的无机膜，或者硅氧烷树脂 或聚酰亚胺树脂的无机膜进行研发，JP-2007-119744和JP-2008-166677公 开了利用上述材料的固态成像器件。

作为光学波导材料，正在对硅氧烷树脂进行研发。硅氧烷树脂具有如 下结构：甲基和苯基作为侧链键合到交替键合的硅和氧的主干上。硅氧烷 树脂具有对于微孔极高的填充特性，并如果将不形成共轭系统而具有芳香 族结构的成分引入到硅氧烷的成分中则可以具有高折射率和高耐热性两 者。

作为用于涂覆的光学波导材料，可以使用对于550nm波长具有1.55 以上折射率并且可溶于γ-丁内酯或环己酮的有机溶剂的全部材料。此外， 通过在硅氧烷中散布具有高折射率比可见光波长充分小的尺寸的精细微粒 (例如，80nm以下的氧化锆或氧化钛的精细微粒)，能够在不吸收光的 情况下实现显著更高的折射率。

当将硅氧烷树脂用作光学波导的芯体部分的材料时，通过涂覆在晶片 的整个表面上形成硅氧烷。因此，还由硅氧烷膜覆盖划片区域(刻划部 分)。

将参照附图解释相继的步骤。

例如，如图15A所示，在具有晶片形状的半导体衬底110的像素区域 A1中形成像素。例如，在每个像素中，形成包括光电二极管111、扩散层 112等的晶体管，包括层间绝缘膜113、接触栓114和氧化硅的多层绝缘 膜115，包括铜的布线层116等。多层绝缘膜115设置有用于光学波导的 凹部118，形成氮化硅等的保护膜117以覆盖其内壁，并且形成硅氧烷树 脂等的第一光透射层151以填充其内侧区域。第一光透射层151在用于光 学波导的凹部118内形成具有高折射率的芯体部分151a。在第一光透射层 151上的层中，针对每个像素形成蓝色(B)、绿色(G)或红色(R)的 颜色过滤器152。在颜色过滤器上的层中，针对每个像素形成片上透镜 153a。片上透镜153a由光透射材料形成，并且在晶片的整个表面上形成该 材料的第二光透射层153。在第一光透射层上，可以在晶片的整个表面上 形成用于提高对于颜色过滤器的粘附性的使光透射的透明平坦层。

在半导体衬底110的逻辑区域A2中，形成包括扩散层121等的晶体 管，包括接触栓122和氧化硅的多层绝缘膜123，包括铜的布线层124 等。保护膜117形成在它们的整个表面上。在半导体衬底110的焊盘区域 A3中，形成焊盘电极131，并在其整个表面上形成保护膜117。将在焊盘 电极131上的该部分中的保护膜117移除以形成可外部连接的构造。