[发明专利]固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2009年11月6向日本专利局提交的日本优先权专利申请2009-255445所公开的内容相关的主题，在此将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置，更具体而言，涉及包括红(R)色、绿(G)色和蓝(B)色滤色器的固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置。

背景技术

诸如数字视频电子装置和数码电子装置等电子装置包括例如，CCD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)图像传感器和CMOS(互补型金属氧化物硅晶体管，Complementary Metal-Oxide-Silicon Transistor)图像传感器等固体摄像器件。

这种固体摄像器件包括多个像素，这些像素按照沿水平和垂直方向的矩阵设置在半导体基板上形成光接收面。在光接收面上，对各像素设置例如光电二极管等传感器作为光电转换部。在光接收面上形成有聚光结构，所述聚光结构将目标图像的光汇聚到各像素的传感器。目标图像的光一旦被接收，即被进行光电转换，并产生信号电荷以生成像素信号。

在形成彩色图像的固体摄像器件中，形成有与各像素对应的红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色滤色器。

图20A为相关技术的固体摄像器件的像素的截面图，表示单元尺寸约为3μm的现有固体摄像器件。

用于各像素的光电二极管111被形成在半导体基板110上，并且，栅极绝缘膜和栅极电极(未图示)被形成在与光电二极管111相邻的区域上。栅极电极被控制以执行包括传输光电二极管111中累积的信号电荷的处理。

例如，例如二氧化硅的底层第一绝缘膜120a被形成在整个表面上，并覆盖形成在半导体基板110上的包括光电二极管111和栅极电极的元件，以使由栅极电极等元件导致的不平表面变得平坦。

例如，在第一绝缘膜120a上形成有例如氮化硅的第二绝缘膜120b以及例如树脂的第三绝缘膜120c。在它们上形成有例如氮氧化硅的第四绝缘膜121。

例如，在第四绝缘膜121上形成有例如氮化硅的第五绝缘膜122。

在第五绝缘膜122上对各像素形成有透射例如红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色区域中的波长的光的滤色器123。在滤色器123上形成有片上透镜124。

在用于各颜色的像素中，对像素设置的光电二极管传感器接收与各颜色对应的波长的光，获得用于形成彩色图像的像素信号。

随着半导体集成电路持续向微型化发展，固体摄像器件的聚光结构变得比以往复杂。涉及工艺变化的更精细的器件结构使通过聚光结构的光的光路变复杂。这带来了摄像过程中的颜色不均匀的问题。

颜色不均匀是由于入射光中的色平衡被破坏而导致的现象，而色平衡遭到破坏是由于形成聚光结构的膜的厚度不同而使传感器上的入射光的强度的波长依赖性变化导致的。

颜色不均匀的示例是颜色框不均匀，这发生在由于厚度变化或所谓的芯片内厚度变化，透射光的色平衡在光接收面的中央部和周边部被改变和破坏时，其中，形成聚光结构的膜中的厚度变化范围对固体摄像器件的光接收面的中央部和周边部不同。

颜色不均匀对图像数据的视场角添加颜色，因此会降低摄像器件的产率。在单元尺寸小于约3μm的一代器件中，颜色不均匀成为问题。

在单元尺寸3μm以上的老一代器件中，器件中的片上透镜和其他透镜使光弯曲，在传感器上的入射光中产生各种角分量(angularcomponents)。

图20B和图20C表示上述结构的传感器的感应强度的厚度依赖性。横轴表示高折射率膜的厚度，该膜具有与在硅半导体基板界面处反射的入射光发生干涉的界面。

如图20B所示，在上述结构的传感器中，干涉光的波峰与波谷抵消，并产生图20C中所示的厚度依赖性，即，感应强度具有小的厚度依赖性。

在具有大的单元间距的器件中，即便当高折射率膜的厚度因工艺变化而改变时，感应强度对各RGB的波长恒定，并且也不会轻易发生颜色不均匀。

图21A为单元尺寸小于约3μm的相关技术的固体摄像器件的像素的截面图。除了单元尺寸单纯地减小外，该结构与图20A所示的结构相同。

在这样结构的像素中，尽管单元间距较小，但层厚度保持相同，因此，如图21A所示，光通过该器件中的透镜时不会弯曲，并以近乎平行的光线、只具有较小的角分量的方式进入传感器。

以这种方式入射的光仅具有单一的干涉光分量，因此不同光分量不能相互抵消。