[发明专利]固态成像装置、用于制造固态成像装置的方法和成像设备

说明书

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(step 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。