[发明专利]固态成像装置及其制造方法以及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置及其制造方法，以及具备固态成像装置的相 机等电子设备。

背景技术

民用的数字摄像机或数字静态照相机一直以来主要被要求显示出被拍 摄体的细节部分的高析像力和重视便携性的设备的小型化。并且，为了实 现这些需求，对于固态成像装置，在维持图像捕获特性并缩小像素大小的 方面(图像传感器)进行了开发。但是，近年来，除继续需求高析像力和 小型化之外，对提高最低被拍摄体亮度和高速图像捕获等的需求也在变 高，并且为了实现这些需求，对于固态成像装置提高以SN比为主的综合 图像质量的期望也变高了。

已知CMOS固态成像装置有图5所示的前照式和图6所示的背照式。 如图5的示意性构成图所示，前照式固态成像装置111在半导体衬底112 上具有形成有多个单位像素116的像素区域113，每个单位像素116由作 为光电转换部的光电二极管PD和多个像素晶体管组成。图中没有示出像 素晶体管，但在图5中示出栅极电极114，以示意性地示出像素晶体管的 存在。各个光电二极管PD通过由杂质扩散层构成的元件分离区域115被 分离。经由层间绝缘层117而布置了多个布线118的多层布线层119形成 在半导体衬底112的形成有像素晶体管的表面侧。布线118形成在与光电 二极管PD的位置相对应的部分之外的部分。在多层布线层119上经由平 坦膜120而依次形成片上滤色器121和片上微透镜122。片上滤色器121 例如通过排列红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的各滤色器而构成。在 前照式固态成像装置111中，形成有多层布线层119的衬底表面被作为受 光面123，光L从该衬底表面侧入射进来。

如图6的示意性构成图所示，背照式固态成像装置131在半导体衬底 112上具有形成有多个单位像素116的像素区域113，每个单位像素116由 作为光电转换部的光电二极管PD和多个像素晶体管组成。图中没有示出 像素晶体管，但在图6中示出形成在衬底表面侧的栅极电极114，以示意 性地示出像素晶体管的存在。各个光电二极管PD通过由杂质扩散层构成 的元件分离区域115被分离。经由层间绝缘层117而布置了多个布线118 的多层布线层119形成在半导体衬底112的形成有像素晶体管的表面侧。 在背照式固态成像装置中，可以与光电二极管PD的位置无关地形成布线 118。另一方面，在半导体衬底112的光电二极管PD所面对的背面上依次 形成绝缘层128、片上滤色器121以及片上微透镜122。在背照式固态成 像装置131中，位于与形成了多层布线层以及像素晶体管的衬底表面相反 的一侧的衬底背面被作为受光面132，光L从该衬底背面侧入射进来。由 于光L不受多层布线层119的制约地入射到光电二极管PD，因此能够更 宽地取得光电二极管PD的开口而提高了灵敏度。

本申请人的开发团队成功试制开发了一种背照式CMOS固态成像装 置，该背照式CMOS固态成像装置在不丧失CMOS固态成像装置所具有 的低功耗和高速性的优点的情况下通过将像素的基本构造改变为背照型而 提高了在提高图像质量的方面作为重要因素的灵敏度并且降低了噪声。所 述开发的背照式CMOS固态成像装置具有500万个有效像素，每个像素大 小为1,75μm×1,75μm，并且以每秒60帧的速度驱动。

在现有的前照式固态成像装置中，位于形成了光电二极管PD的衬底 表面侧的上方的布线118或像素晶体管会阻碍经片上微透镜汇聚的入射 光，因此在减小像素大小和入射角变化方面还存在问题。相对于此，在背 照式固态成像装置中，通过从将硅衬底翻转了的背面侧照射光，能够增大 进入单位像素的光量，并能够抑制由光入射角改变导致的灵敏度的下降， 而不受布线118或像素晶体管的影响。

例如在专利文献1～专利文献4等中公开了背照式CMOS固态成像装 置。此外，在专利文献5中还公开了将氧化铪(HfO2)用作在背照式 CMOS固态成像装置中使用的反射防止膜的技术。

固态成像装置大致分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器 件)型固态成像装置和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)型固态成像装置。