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CN101853871B - 固态成像装置及其制造方法以及电子设备 - Google Patents

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CN101853871B CN201010145126XA CN201010145126A CN101853871B CN 101853871 B CN101853871 B CN 101853871B CN 201010145126X A CN201010145126X A CN 201010145126XA CN 201010145126 A CN201010145126 A CN 201010145126A CN 101853871 B CN101853871 B CN 101853871B
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Abstract

本发明提供固态成像装置及其制造方法以及电子设备。该固态成像装置包括：芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界；以及透镜，凹向光入射方向，每个透镜通过以遮光构件作为掩膜的自对准形成在对应的一个滤色器部件的正下方。

Description

固态成像装置及其制造方法以及电子设备
技术领域
本发明涉及固态成像装置及其制造方法以及电子设备，该电子设备例如为具有该固态成像装置的照相机。
背景技术
放大型固态成像装置已经为人所知，其代表为诸如以CMOS(互补金属氧化物半导体)等作为固态成像装置的MOS型图像传感器。电荷转移型固态成像装置也已为人所知，其代表为CCD(电荷耦合装置)图像传感器。固态成像装置被广泛用于数码相机和数码摄像机等。近年来，作为安装在移动设备(诸如，装有照相机的移动电话或PDA(个人数字助理))上的固态成像装置，从功耗的观点来看，具有低电源电压的MOS型图像传感器越来越多地被采用。
MOS固态成像装置包括单元像素，每个单元像素都具有作为光电转换器的光电二极管以及多个像素晶体管。MOS固态成像装置具有多个单元像素设置成二维阵列的像素部分(成像区域)和周边电路区域。在这种固态成像装置中，提供有多层配线层，该多层配线层具有隔着层间绝缘膜的多层配线。多个像素晶体管为MOS晶体管，并且具有转移晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管，或者为还包括选择晶体管的四个晶体管。芯片上滤色器(on-chip color filter)和重叠的芯片上微透镜(on-chip microlens)形成在光入射侧。
CCD固态成像装置具有设置成二维阵列的多个单元像素，也就是，提供有作为光电转换器的光电二极管的像素部分(成像区域)，并且具有CCD结构的垂直转移寄存器设置为对应于每个光电二极管列。CCD型固态成像装置还包括具有CCD结构的水平转移寄存器(转移来自像素部分的沿水平方向的信号电荷)、输出部分和构成信号处理电路的周边电路。在这种固态成像装置中，芯片上滤色器和重叠的芯片上微透镜形成在光入射侧。
在这种固态成像装置中，随着像素尺寸的减少，必须要改善像素的灵敏度并抑制混色。JP-A-2007-88306披露了一种MOS固态成像装置，其中层内透镜(in-layer lens)形成为与基底自对准，以改善汇聚特性。
发明内容
在上述固态成像装置中，如果进一步减小像素尺寸，则可能发生混色。混色包括芯片上滤色器中的混色、由多层配线层引起的混色以及硅中混色。随着像素尺寸的减小，由芯片上滤色器中滤色器部件的重叠引起的影响显著，因此可能发生混色并使光谱特性下降。
如图22所示，芯片上滤色器201构造为使红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色器部件201R、201G和201B不可避免地具有锥形或倒锥形的梯形形状，并且一些相邻的滤色器部件彼此重叠。芯片上微透镜202形成在芯片上滤色器201上。相邻的滤色器部件的重叠区域使光谱特性下降。如图22所示，当重叠部分被称为混色区域203时，如果一个像素节距P因像素尺寸的减小而减小，则混色区域相对于像素节距P的比率增加，则光谱特性进一步下降。
图23示出了像素节距P与混色区域203的比率之间的关系。在图23中，纵轴表示与混色区域203对应的灵敏度减小面积(％)，横轴表示像素节距P(μm)。作为参数的角是图22所示的每个滤色器部件的锥角(taper angle)θ。如果像素节距P随着锥角θ的增加而减小，则灵敏度减小面积的比率增加，并且混色增加。希望将灵敏度减小面积抑制到等于或小于10％。
希望提供即使像素尺寸减小也能够抑制混色的固态成像装置。
还希望提供电子设备，诸如包括该固态成像装置的照相机。
本发明的实施例提供固态成像装置。该固态成像装置包括：芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界；以及透镜，凹向光入射方向，每个透镜通过以遮光构件作为掩模的自对准形成在对应的一个滤色器部件的正下方。
在这种固态成像装置中，因为遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界，所以入射在各滤色器部件上的光被遮光构件反射和吸收，从而光不入射到相邻的滤色器部件上。因为凹向光入射方向的透镜分别形成在滤色器部件的正下方，所以入射光被透镜汇聚，并且不存在一部分光入射到相邻的像素上的情况。透镜通过以遮光构件作为掩模的自对准形成，从而在滤色器部件和透镜之间不存在错位。
本发明的另一个实施例提供固态成像装置。该固态成像装置包括：芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界；以及透镜，凹向光入射方向，每个透镜相对于基底层通过自对准形成在对应的一个滤色器部件的正下方。
在这种固态成像装置中，因为遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界，所以入射在各滤色器部件上的光被遮光构件反射和吸收，从而光不入射到相邻的滤色器部件上。因为透镜分别形成在滤色器部件的正下方，所以入射光被透镜汇聚，并且不存在一部分光入射到相邻的像素上的情况。
本发明的又一个实施例提供了固态成像装置的制造方法。该方法包括步骤：形成遮光构件，每个遮光构件在相邻像素之间的上部；通过以遮光构件作为掩模的自对准选择性地去除基底层；通过高密度等离子体沉积法将第一绝缘膜掩埋在去除部分中，该第一绝缘膜具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分；通过自对准，将第二绝缘膜掩埋在第一绝缘膜的述凹陷部分中，以形成凹向光入射方向的透镜；以及在相邻的遮光构件之间形成在各透镜正上方的滤色器部件，以形成芯片上滤色器。
在该固态成像装置的制造方法中，以遮光构件作为掩模选择性地去除基底层，并且通过高密度等离子体沉积法将第一绝缘膜掩埋在去除部分中。通过高密度等离子体沉积法掩埋的第一个绝缘膜具有被倾斜侧壁围绕的凹陷部分，因此，如果作为透镜构件的第二绝缘膜掩埋在凹陷部分中，则可以通过以遮光构件作为掩模的自对准形成透镜。就是说，透镜和滤色器部件可以形成为不错位。此外，因为在形成遮光构件后形成滤色器部件，所以具有遮光构件的芯片上滤色器可以形成在相邻的滤色器部件的边界。
本发明的再一个实施例提供了固态成像装置的制造方法。该方法包括步骤：选择性地去除与多个像素的光电转换器对应的基底层，以形成凹陷部分；在选择性去除的去除部分中通过高密度等离子体沉积法形成第一绝缘膜，该第一绝缘膜具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分；将第二绝缘膜掩埋在第一绝缘膜的凹陷部分中，以通过自对准形成凹向光入射方向的透镜；在各像素的光电转换器之间的表面上选择性地形成遮光构件；以及在各透镜的正上方形成被遮光构件围绕的滤色器部件，以形成芯片上滤色器。
在该固态成像装置的制造方法中，选择性去除基底层，并且通过高密度等离子体沉积法将第一绝缘膜掩埋在去除部分中。通过高密度等离子体沉积法掩埋的第一绝缘膜具有被倾斜侧壁围绕的凹陷部分，因此，如果用作透镜构件的第二绝缘膜掩埋在凹陷部分中，则相对于基底层通过自对准形成透镜。其后，形成遮光构件，并且形成被遮光构件围绕的滤色器部件，从而在相邻的滤色器部件的边界形成具有遮光构件的芯片上滤色器。
本发明的再一个实施例提供电子设备。该电子设备包括固态成像装置、将入射光引导到固态成像装置的光电转换器的光学系统和处理固态成像装置的输出信号的信号处理电路。固态成像装置具有：芯片上滤色器，该芯片上滤色器具有对应于像素形成的滤色器部件；遮光构件，形成在相邻的滤色器部件的边界，并且固态成像装置具有凹透镜，该凹透镜通过自对准形成在对应的一个滤色器部件的正下方。
在该电子设备中，在固态成像装置中遮光构件设置在相邻的滤色器部件的边界，并且透镜通过自对准分别形成在滤色器部件的正下方。通过该构造，入射在各自滤色器部件上的光被遮光构件反射和吸收，从而光不入射到相邻的滤色器部件上。此外，透射穿过滤色器部件的光被透镜汇聚，从而防止光入射到相邻的像素上。
通过根据本发明实施例的固态成像装置，即使像素尺寸减小，也可以抑制混色。
通过根据本发明实施例的固态成像装置的制造方法，可以制造得到即使像素尺寸减小也能够抑制混色的固态成像装置。
通过根据本发明实施例的电子装置，固态成像装置中的混色被抑制，从而可以提供高质量的电子设备。
附图说明
图1是示出应用于本发明各实施例的固态成像装置的示意性构造的示意图。
图2是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图3A和3B是示出根据第一实施例的固态成像装置的制造方法示例的第一套制造工艺图。
图4A和4B是示出根据第一实施例的固态成像装置的制造方法示例的第二套制造工艺图。
图5A和5B是示出根据第一实施例的固态成像装置的制造方法示例的第三套制造工艺图。
图6A和6B是示出根据第一实施例的固态成像装置的制造方法示例的第四套制造工艺图。
图7是示出根据本发明第二实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图8是示出根据本发明第三实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图9是示出根据本发明第四实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图10是示出根据本发明第五实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图11是示出根据本发明第六实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图12是示出根据本发明第七实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图13是示出根据本发明第八实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图14A和14B是示出根据第八实施例的固态成像装置的制造方法示例的第一套制造工艺图。
图15A和15B是示出根据第八实施例的固态成像装置的制造方法示例的第二套制造工艺图。
图16A和16B是示出根据第八实施例的固态成像装置的制造方法示例的第三套制造工艺图。
图17A和17B是示出根据第八实施例的固态成像装置的制造方法示例的第四套制造工艺图。
图18是应用于本发明各实施例的构造的说明图。
图19是示出根据本发明第九实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图20是示出根据本发明第十实施例的固态成像装置的主要部分的示意性构造的示意图。
图21是示出根据本发明第十二实施例的电子设备的示意性构造的示意图。
图22是在根据现有技术的固态成像装置中芯片上滤色器的主要部分的截面图。
图23是示出在根据现有技术的固态成像装置中，相对于滤色器部件的锥角，灵敏度减小面积(％)和像素节距(μm)之间关系的图线。
具体实施方式
以下，将描述实施本发明的方式(以下称为实施例)。将按下列顺序进行描述。
1、MOS固态成像装置的示意性构造示例
2、第一实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例及其制造方法示例)
3、第二实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
4、第三实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
5、第四实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
6、第五实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
7、第六实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
8、第七实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
9、第八实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例及其制造方法示例)
10、第九实施例(表面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
11、第十实施例(背面照射型MOS固态成像装置的构造示例)
12、第十一实施例(CCD固态成像装置的构造示例)
13、第十二实施例(电子设备的构造示例)
<1.MOS固态成像装置示意的构造示例>
图1示出了应用于本发明各实施例的MOS固态成像装置示例的示意性构造。如图1所示，固态成像装置1具有像素部分(所谓的图像区域)3和周边电路部分，在像素部分3中，具有光电转换器的多个像素2以二维阵列规则地设置在半导体基板(例如，硅基板)11上。每个像素2都具有用作光电转换器的光电二极管和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。例如，该多个像素晶体管可以包括转移晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三晶体管。或者，多个像素晶体管可包括四个晶体管，除了上述三个晶体管之外还包括选择晶体管。单元像素的等效电路与通常的单元像素相同，将不提供其详细说明。每个像素2可以形成单个单元像素。或者，像素2可以具有共用的像素结构。像素共用结构包括多个光电二极管、多个转移晶体管、共用的单个浮置扩散，以及交替共用的不同像素晶体管。也就是说，在共用像素中，构成多个单元像素的光电二极管和转移晶体管交替共用不同的像素晶体管。
周边电路部分有垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等。
控制电路8接收输入时钟和指示操作方式等的数据，并且输出诸如固态成像装置的内部信息的数据。也就是说，基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路8产生操作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的时钟信号或控制信号。然后，控制电路8将信号输出到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
例如，通过移位寄存器形成垂直驱动电路4。垂直驱动电路4选择像素驱动线，并将驱动像素的脉冲提供到选定的像素驱动线，以驱动各行中的像素。也就是说，垂直驱动电路4沿垂直方向顺序选择并扫描像素区域3的各行像素2，并且经由垂直信号线9将像素信号提供到对应的一个列信号处理电路，其中像素信号基于根据光电二极管(用作每个像素2的光电转换器)接收的光量而产生的信号电荷。
例如，为像素2的各列设置列信号处理电路5。对于各像素列，列信号处理电路5对从一行像素2输出的信号执行诸如消除噪音的信号处理。也就是说，列信号处理电路5执行信号处理，诸如消除像素2固有的固定图案噪声的CDS、信号放大或AD转换。在每个列信号处理电路5的输出段，提供水平选择开关(未示出)，并将其连接到一条水平信号线10。
水平驱动电路6例如由移位寄存器形成。水平驱动电路6顺序输出水平扫描脉冲以顺序选择列信号处理电路5，并且从每个列信号处理电路5输出像素信号到水平信号线10。
输出电路7对经由水平信号线10而顺序从每个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理，并输出处理过的信号。例如，可以只进行缓冲，或可以进行黑电平调整，列变化校正和各种数字信号处理。提供输入/输出端子12，以与外界交流信号。
<2.第一实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图2示出了根据本发明第一实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图2示出了固态成像装置的像素部分和周边电路部分的主要部分。根据第一实施例的固态成像装置21具有半导体基板，其中第二导电类型(例如，p型)的半导体阱区23形成在第一导电类型(例如，n型)的半导体基板(硅基板)22中。用作光电转换器的光电二极管PD和多个像素晶体管形成在p型半导体阱区23的像素区域24侧，以对应各单元像素的区域。多个像素形成为二维阵列。在图2中，多个像素晶体管以具有转移栅极电极27的转移晶体管Tr1为代表。
每个光电二极管PD具有n型半导体区域28和表面侧的p型半导体区域29。p型半导体区域也用作抑制暗电流的空穴积累区域。具有多层(在该实施例中，两层)配线32的多层配线层33隔着层间绝缘膜31形成在以二维阵列设置的像素的区域上。层间绝缘膜31例如由氧化硅膜形成。配线32例如由铜(Cu)配线形成。防止铜配线的扩散的阻挡金属膜(未显示)形成在配线32的下表面和侧表面上，并且阻挡金属膜34形成在配线32的上表面上。阻挡金属膜34由SiC、SiN或TiN等形成。在该实施例中，阻挡金属膜34由SiC膜形成。
包括阻挡金属膜34的配线32不形成在与光电二极管PD对应的部分中。红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色器部件36[36R、36G和36B]形成在多层配线层33上并对应光电二极管PD，遮光构件(light-shielding member)37分别形成在相邻的滤色器部件36的边界处。也就是说，在平面视图中，滤色器部件36R、36G及36B形成为填充在格子状的遮光构件37中。芯片上滤色器38包括被遮光构件37围绕的滤色器部件36R、36G和36B。
凹向光入射方向的第一透镜39(向下凸透镜)通过以遮光构件37作为掩模的自对准而分别形成在滤色器部件36[36R、36G和36B]的正下方。在滤色器部件36正下方的第一向下凸透镜39对应于层内透镜。在形成向下凸透镜39(将在下文中描述)时，通过以遮光构件37作为掩模的蚀刻，选择性地去除基底层以形成凹陷部分41。通过高密度等离子体(HDP)沉积法，第一绝缘膜42掩埋在凹陷部分41中。HDP沉积法是通过在溅射时积累而形成膜的沉积方法。因此，在沉积到台阶凹陷部分中时，第一绝缘膜42形成为具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分43。该倾斜侧壁具有大约45度的角。第一个绝缘膜42例如由透光氧化硅膜形成。
具有平坦化表面的第二个绝缘膜44掩埋在第一绝缘膜42的凹陷部分43中，从而第一个向下凸透镜39通过自对准形成。第二绝缘膜44是用作透镜构件的膜，并且可以由折射率比第一绝缘膜42高的透光氮化硅膜形成。
凹向光入射方向的第二透镜46(向下凸透镜)通过自对准分别形成在滤色器部件36R、36G及36B的正上方。在形成向下凸透镜46(将在下面描述)时，在通过HDP沉积方法形成具有第一向下凸透镜39的凹陷部分43的第一绝缘膜42的同时，具有预定角度的侧壁的框架状第一绝缘膜47形成在遮光构件37上。在平面视图中，第一绝缘膜47形成为具有围绕各滤色器部件36的框架形状，并且总体上具有与遮光构件37相同的格子形状。倾斜侧壁具有约45度的角。在该实施例中，具有三角形截面的框架状第一绝缘膜47形成为相对于遮光构件37自对准。具有平坦表面的第二绝缘膜48形成在由框架状第一绝缘膜47围绕的凹陷部分49中，从而形成第二向下凸透镜46。以上述同样的方式，透光第一绝缘膜47可以由氧化硅膜形成，并且用作透镜构件的透光第二绝缘膜48可以由氮化硅膜形成。
耐光膜(light resistance film)52形成为覆盖包括框架状第一绝缘膜47的遮光构件37。具体地讲，当遮光构件37由铝(Al)形成时，如果由铝制成的遮光构件37暴露于光，则遮光构件37可能被腐蚀。耐光膜52防止由铝制成的遮光构件37被腐蚀。耐光膜52例如可以由氮化硅膜形成。
遮光构件37由包括光吸收和光反射的遮光膜形成或者由反光膜形成。遮光构件37由耐热膜形成。遮光构件37优选由微加工材料的膜形成。遮光构件37可由广泛采用的铝(Al)膜或钨(W)膜等形成。遮光构件37形成在光电二极管PD之间的配线32宽度内，准确地说，在阻挡金属膜34的宽度内。
相邻透镜之间没有间隙的所谓无间隙的芯片上微透镜51形成在各向下凸透镜46上，以在各遮光构件37的三角截面的顶部处终止。
在该实施例中，对应于像素部分24的配线32由两层金属形成。随着像素的减小，为了确保敏感度，有必要使光电二极管PD和芯片上微透镜51之间的距离尽可能地短。
另一方面，包括n沟道MOS晶体管和p沟道MOS晶体管等的晶体管Tr2形成在p型半导体阱区23的周边电路部分25侧。多层配线层33也形成在周边电路部分25中，并且遮光层53形成在多层配线层33上。遮光层53与遮光构件37同时形成。
通过第一实施例的固态成像装置21，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36[36R、36G和36B]的边界，从而滤色器部件36之间的混色可以被抑制。也就是说，穿过芯片上微透镜51并入射在芯片上滤色器38上的光被形成在滤色器部件36之间的遮光构件37反射或吸收，从而光没有入射在相邻的滤色器部件36上。因此，防止了滤色器部件36之间的混色。从本质上讲，包括阻挡金属膜34的配线32设置在光电二极管PD之间的上部，从而即使遮光构件37形成在配线32的上部，遮光构件37也在配线32和阻挡金属膜34的宽度内，因此没有灵敏度降低的情况发生。
第一向下凸透镜39分别形成在滤色器部件36的正下方，并且向下凸透镜39掩埋在光电二极管PD附近。因此，从芯片上微透镜51入射的光穿过第一向下凸透镜39并入射在光电二极管PD上，从而不可能发生混色。也就是说，已经穿过滤色器部件36的光被第一向下凸透镜39汇聚，并且不存在一部分光通过配线32之间入射在相邻光电二极管PD上的情况。
第二向下凸透镜46分别形成在滤色器部件36R、36G和36B的正上方。第二向下凸透镜46汇聚从芯片上微透镜51入射到滤色器部件36上的光，并且使光入射在滤色器部件36上。因此，第二向下凸透镜46有助于汇聚和混色抑制。在该实施例中，向下凸透镜46和39设置在滤色器部件36的上方和下方，从而可以进一步抑制混色，并且可以进一步改善汇聚效率。
第一向下凸透镜39通过以遮光构件37作为掩模的自对准形成，并且第二向下凸透镜46也通过自对准形成。滤色器部件36也通过相对于遮光构件37的自对准形成。因此，不存在滤色器部件36与第一和第二向下凸透镜39和46(滤色器部件36插在第一和第二向下凸透镜39和46之间)之间的错位。如果随着像素尺寸的减小发生轻微的错位或位移，则错位或位移将影响光谱特性以及灵敏度特性等。在该实施例中，因为没有滤色器部件36、第一向下凸透镜39和第二向下凸透镜46之间的错位，所以像素尺寸的减少不影响光谱特性和灵敏度特性等。
遮光构件37设置在相邻的滤色器部件36之间，因此滤色器部件36可形成为具有较大的厚度。当滤色器部件有较大的厚度时，光谱特性得到改善。
遮光构件37被耐光膜52覆盖，从而可以防止遮光构件37退化。当遮光构件37由耐光性差的铝膜形成时，由铝制成的遮光构件37可能因为入射光而被腐蚀，并且遮光特性可能退化。即使遮光构件37由铝膜形成，由等离子体氮化硅膜形成的耐光膜52也可以防止遮光构件37被腐蚀，因此，即使在长期使用的情况下，也仍能保持遮光特性。
芯片上微透镜51形成为在相邻透镜之间没有间隙的所谓无间隙的芯片上微透镜，从而每个透镜在具有三角形截面的框架状第一绝缘膜47的顶部终止。因此，可以进一步改善入射光量的利用效率。
即使减小像素尺寸，第一实施例的固态成像装置21也可以抑制混色而获得高质量的图像。
[表面照射型MOS固态成像装置的制造方法示例]
图3A至图6B示出了根据发明第一实施例的固态成像装置21的制造方法示例。在各图中，没有示出形成光电二极管PD、像素晶体管和周边电路部分的半导体基板侧，而只示出了形成芯片上微透镜、芯片上滤色器及向下凸透镜的主要部分的截面结构。
虽然没有示出，但是在该实施例中，首先，具有光电二极管PD和像素晶体管的单元像素以二维阵列形成在半导体基板的像素部分形成区域241中。诸如逻辑电路的预定电路形成在半导体基板的周边电路部分形成区域251中。接下来，如图3A所示，多层(在该实施例中，两层)配线32和阻挡金属膜34隔着层间绝缘膜31形成，以形成多层配线层33。在该实施例中，层间绝缘膜31例如由氧化硅膜形成。各层配线32形成在光电二极管PD之间的区域上。各层阻挡金属膜34形成在包括像素部分形成区域241和周边电路部分形成区域251的整个区域之上。遮光构件材料膜37a形成在最上面的层间绝缘膜31上。遮光构件材料膜37a由诸如铝(Al)或钨(W)的金属、或者反光或吸光的膜形成。在该实施例中，采用铝膜。
接下来，如图3B所示，用作硬掩模的薄材料膜55a(在该实施例中为氧化硅膜)形成在遮光构件材料膜37a上，并且具有预定图案的抗蚀剂掩模56形成在氧化硅膜55a上。在像素部分形成区域241中，抗蚀剂掩模56的图案为保留遮光构件的部分并打开对应于光电二极管PD的部分。下面的氧化硅膜55a通过抗蚀剂掩模56而被图案化，以形成硬掩模55。接下来，遮光构件材料膜37a通过经由硬掩模55的蚀刻而被图案化。因此，遮光构件37形成在光电二极管之间的部分处。在周边电路部分形成区域251中，通过图案化，形成遮光层53。
遮光构件材料膜37a通过硬掩模55而被图案化，从而可以形成厚度大且图案精细的遮光构件37。
接下来，如图4A所示，在周边电路部分形成区域251用抗蚀剂掩模57覆盖的状态下，下面的层间绝缘膜31和阻挡金属膜34以遮光构件37作为掩模而被选择性地蚀刻，以形成有预定深度的凹陷部分41。在该实施例中，通过蚀刻第一层配线32附近而去除层间绝缘膜31和阻挡金属膜34。
接下来，如图4B所示，第一绝缘膜42(在该实施例中为氧化硅膜)通过高密度等离子体(HDP)沉积的方法掩埋在凹陷部分41中。因为有台阶，所以膜在被溅射的同时积累，并且掩埋第一绝缘膜42使得具有以预定角度倾斜(在该实施例中为约45度)的侧壁的凹陷部分43设置在各凹陷部分41的上边缘。同时，第一绝缘膜47(在该实施例中为同样的氧化硅膜)形成在遮光构件37上，以具有倾斜角约为45度的三角形截面。每个凹陷部分43的上边缘在对应的一个遮光构件37的下缘终止。在平面视图中，第一绝缘膜47以格子形状形成在遮光构件37上。因此，第一绝缘膜47形成为具有以对应于每个光电二极管PD的区域为单元的框架形状。在周边电路部分形成区域251的遮光层53上没有台阶，从而形成具有平坦化表面的第一绝缘膜42。
接下来，如图5A所示，在像素部分成形区域241中，具有平坦表面并用作透镜构件的第二绝缘膜44(在该实施例中为氮化硅膜)掩埋在第一绝缘膜42的凹陷部分43中。因此，形成第一向下凸透镜39。
接下来，如图5B所示，沿着表面具有耐光性的膜52(在该实施例中为氮化硅膜)形成为覆盖遮光构件37和具有三角形截面的叠加第一绝缘膜47。耐光膜52形成在包括周边电路部分形成区域251的整个表面上。
接下来，如图6A所示，滤色器部件36R、36G和36B分别填充在被遮光构件37围绕的部分中，即对应于光电二极管PD的部分，从而形成芯片上滤色器38。滤色器部件36可以形成为厚度等于遮光构件37的高度。滤色器部件36[36R，36G，及36B]例如可以为红(R)、绿(G)和蓝(B)的基本滤色器部件，或者为互补的滤色器部件。
在图6A的步骤中，由具有三角形截面的第一绝缘膜47围绕的凹陷部分49分别形成在滤色器部件36R、36G和36B上。
接下来，如图6B所示，用作透镜构件的第二绝缘膜48形成为掩埋凹陷部分49且被蚀刻，并且第二绝缘膜48的表面被平坦化。因此，形成第二向下凸透镜46。在该实施例中，第二绝缘膜48由氮化硅膜形成。
关于各滤色器部件36上的第二向下凸透镜46，要掩埋的第二绝缘膜48可以具有折射率不同的多个层。例如，可以形成折射率与氧化硅膜相似的UV-氮化硅膜，具有高折射率的叠加等离子体氮化硅膜和具有低折射率的叠加UV-氮化硅膜。可以采用单层氮化硅膜，但考虑到反射，优选采用三层氮化硅膜。此后，在表面上沉积光致抗蚀剂膜，并进行蚀刻以平坦化光致抗蚀剂膜的表面。
接下来，芯片上微透镜51形成在形成有第二向下凸透镜46的表面上。芯片上微透镜51形成为无间隙的芯片上微透镜，从而每个透镜的下缘在三角形截面的顶部终止。这样，获得根据第一实施例的预期的固态成像装置21。
通过该实施例的固态成像装置的制造方法，可以制造出固态成像装置21。在固态成像装置21中，滤色器部件36被遮光构件37围绕，滤色器部件36夹在通过自对准而设置在滤色器部件36上方和下方的第二和第一向下凸透镜46和39之间。也就是说，可以制造出具有精细像素的固态成像装置21，其能够抑制混色发生并且能够获得图像质量好的图像。
<3.第二实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图7示出了根据本发明第二实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图7示出了固态成像装置的像素部分的主要部分。如上所述，第二实施例的固态成像装置61构造为具有红、绿和蓝的滤色器部件36[36R、36G及36B]的芯片上滤色器38形成在多层配线层33上，并且遮光构件37分别形成在相邻的滤色器部件36的边界。第一和第二向下凸透镜39和46通过自对准形成在滤色器部件36R、36G及36B的上方和下方。芯片上微透镜51形成在芯片上滤色器38上。
在该实施例中，构成第一向下凸透镜39的第二绝缘膜44通过自对准形成为具有三角形截面。其它部分与第一实施例中所述的相同。因此，与图2对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复描述。
通过第二实施例的固态成像装置61，由具有三角形截面的第二绝缘膜44形成的第一向下凸透镜39也具有透镜的功能，从而在光电二极管PD上汇聚入射光。在该实施例中，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36[36R、36G和36B]的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。此外，与第一实施例相比，第一向下凸透镜39掩埋为靠近光电二极管PD，因此可以可靠地汇聚入射光，并且也不存在光入射到相邻像素上的情况。因此，即使像素尺寸减小，该实施例的固态成像装置61也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与第一实施例相同的效果。
<4.第三实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图8示出了根据本发明第三实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图8示出了固态成像装置的像素部分和电极焊垫部分的区域的主要部分。第三实施例的固态成像装置63构造为当遮光构件37由铝(Al)膜形成时，固态成像装置的电极焊垫部分64采用遮光构件37的铝(Al)膜来形成。也就是说，在作为最上层的第二层配线32和阻挡金属膜34形成在多层配线层33中之后，由氧化硅膜形成层间绝缘膜31a。层间绝缘膜31a对应于最上面的层间绝缘膜。此后，形成第一向下凸透镜39，并且形成由铝(Al)膜制成的遮光构件37和电极焊垫部分64。
如随后的实施例所述，遮光构件37可直接形成在最上面的阻挡金属膜34以及与阻挡金属膜34的表面在同一平面的层间绝缘膜31上。然而，在同时形成由遮光构件37的铝(Al)膜制成的电极焊垫部分64时，必须在用作电极焊垫部分64的铝膜和配线32之间预先提供氧化硅膜。在该实施例中，层间绝缘膜31a形成在最上面的阻挡金属膜34上，从而同时形成电极焊垫部分之下的氧化硅膜31a。通过在氧化硅膜31a和由碳化硅制作的阻挡金属膜34中形成接触孔65、形成铝膜以包括接触孔65并图案化该铝膜，形成电极焊垫部分64。
其它部分与第一实施例所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第三实施例的固态成像装置63，遮光构件37和电极焊垫部分64同时形成，从而可以简化制造工艺。如上所述，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。此外，与第一实施例比较，第一向下凸透镜39掩埋为靠近光电二极管PD，因此可以可靠地汇聚入射光，并且也不存在光入射到相邻像素上的情况。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置63也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与在第一实施例相同的效果。
<5.第四实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图9示出了根据本发明第四实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图9示出了固态成像装置的像素部分和周边电路部分的主要部分。第四实施例的固态成像装置67构造为多层配线层33仅包括最上面的配线层31和阻挡金属膜34，并且遮光构件37直接形成在阻挡金属膜34和与阻挡金属膜34的表面在同一平面的层间绝缘膜31a上。也就是说，在该实施例中，没有提供第一实施例中由形成在最上面的阻挡金属膜34和的遮光构件37之间的氧化硅膜形成的层间绝缘膜31a。
其它部分与第一实施例所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第四实施例的固态成像装置67，遮光构件37直接形成在阻挡金属膜34上，而不提供阻挡金属膜34和遮光构件37之间的层间绝缘膜31。由于没有提供层间绝缘膜31，所以芯片上微透镜51与光电二极管PD的光接收表面之间的距离缩短，因此可以进一步抑制混色并改善汇聚效率。如上所述，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置67也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与第一实施例中相同的效果。
<6.第五实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图10示出了根据本发明第五实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图10示出了该固态成像装置的像素部分的主要部分。第五实施例的固态成像装置68构造为使遮光构件37由具有耐光性的钨(W)膜形成，而不提供覆盖遮光构件膜元件37的耐光膜52。
其它部分与第一实施例所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第五实施例的固态成像装置68，由于没有提供覆盖遮光构件37的耐光膜，所以可以减少制造工艺的步骤数并使制造过程简化。如上所述，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置68也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与第一实施例相同的效果。
<7.第六实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图11示出了根据本发明第六实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图11示出了固态成像装置的像素部分的主要部分。第五实施例的固态成像装置69构造为使第一向下凸透镜39形成在遮光构件37的下表面之下以接近光电二极管PD(未示出)，并且滤色器部件36R、36G和36B同样地接近光电二极管PD。由于第一向下凸透镜39接近光电二极管PD，所以每个滤色器部件36R、36G和36B的厚度增加。
其它部分与在第一实施例和第四实施例中所述的相同。因此，与图2和图9对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第六实施例的固态成像装置69，滤色器部件36[36R、36G和36B]形成为靠近光电二极管PD，从而可以进一步抑制混色。由于滤色器部件36的厚度增加，所以也改善了光谱特性。如上所述，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置69也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与第一实施例和第四实施例相同的效果。
<8.第七实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图12示出了根据本发明第七实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图12示出了固态成像装置的像素部分的主要部分。第七实施例的固态成像装置71构造为：提供在滤色器部件36的边界具有遮光构件37的芯片上滤色器38，第一和第二向下凸透镜39和46通过自对准设置，而不设置芯片上微透镜52。
其它部分与在第一实施例中所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第七实施例的固态成像装置71，即使没有提供芯片上微透镜，入射光也可以通过第二和第一向下凸透镜46和49汇聚，并且通过遮光构件37可以抑制滤色器部件36之间的混色。尽管一部分入射光被遮光构件37遮蔽，但是因为遮光构件37的厚度很小，所以入射光损失微小。没有提供芯片上微透镜，所以可以简化固态成像装置的构造，并可以减少制造工艺的步骤数。
另一方面，可以看出，如果像素尺寸进一步减小，则芯片上微透镜不起作用。如果芯片上微透镜比光波长短，则光不弯曲而穿过芯片上微透镜。在该实施例中，当像素尺寸进一步减小时，不提供芯片上微透镜以使得可以省略无用的构造。
另外，可以获得与第一实施例相同的效果。
<9.第八实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图13示出了根据本发明第八实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图13示出了固态成像装置的像素部分的主要部分。第八实施例的固态成像装置73具有芯片上滤色器38(具有对应于像素形成的滤色器部件36[36R、36G和36B])以及在相邻的滤色器部件36边界的遮光构件37。在该实施例中，第一向下凸透镜39相对于基底层通过自对准分别形成在滤色器部件36的正下方，并且芯片上微透镜51形成在芯片上滤色器38上。
也就是，构造该实施例的固态成像装置73以使得在遮光构件37形成之前形成第一向下凸透镜39，然后形成遮光构件37和滤色器部件36。如上所述的第二向下凸透镜46没有形成在滤色器部件36R、36G和36B上。当遮光构件37例如由钨(W)形成时，可以不提供覆盖遮光构件37表面的耐光膜52。当遮光构件37例如由铝(Al)形成时，遮光构件37的表面优选被耐光膜52覆盖。
第一向下凸透镜39如下形成。在形成多层配线层33后，层间绝缘膜31的对应于光电二极管PD的部分通过蚀刻被选择性地去除，以形成凹陷部分41。接下来，第一绝缘膜42(在该实施例中为氧化硅膜)通过HDP沉积法掩埋在凹陷部分41中。此时，如上所述，第一个绝缘膜42形成为使得凹陷部分43具有约45度的侧壁。同时，具有约45度的倾斜表面的三角形第一绝缘膜42连续地形成在阻挡金属膜34和与阻挡金属膜34的表面在同一平面的层间绝缘31上。在平面视图中，第一绝缘膜42的凹陷部分43形成为格子形状。具有平坦表面的第二绝缘膜44(在该实施例中为氮化硅膜)掩埋在第一绝缘膜42的凹陷部分43中。因此，形成第一向下凸透镜39。也就是说，相对于具有凹陷部分41的基底层(即层间绝缘膜31)通过自对准形成第一向下凸透镜39。
其它部分与在第一实施例中所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第八实施例的固态成像装置73，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36[36R、36G和36B]的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。此外，设置第一向下凸透镜39，从而可以可靠地汇聚入射光，而不存在光入射到相邻像素上的情况。因此，即使像素尺寸减小，该实施例的固态成像装置73也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
另外，可以获得与第一实施例相同的效果。
[表面照射型MOS固态成像装置的制造方法示例]
图14A至17B示出根据第八实施例的固态成像装置73的制造方法示例。在各图中，没有示出形成光电二极管PD、像素晶体管和周边电路部分的半导体基板侧，而仅示出形成芯片上微透镜、芯片上滤色器和向下凸透镜的主要部分的截面结构。
在该实施例中，虽然没有显示，但是首先，每个都具有光电二极管PD和像素晶体管的多个单元像素以二维阵列形成在半导体基板的像素部分形成区域中。诸如逻辑电路的预定电路形成在半导体基板的周边电路部分形成区域中。
接下来，如图14A所示，多层(在该实施例中，两层)配线32和阻挡金属膜34隔着层间绝缘膜31形成，以形成多层配线层33。在该实施例中，层间绝缘膜31例如由氧化硅膜形成。各层配线32形成在光电二极管PD之间的区域上。各层阻挡金属膜34由SiC、SiN或TiN等(在该实施例中为SiC膜)形成在包括像素部分形成区域241和周边电路部分形成区域(未显示)的整个区域之上。
接下来，用作硬掩模的薄材料膜55a(在该实施例中为氧化硅膜)形成在多层配线层33的最上面的阻挡金属膜34上，并且具有预定图案的抗蚀剂掩模56形成在薄材料膜55a上。抗蚀剂掩模56的图案为打开与光电二极管PD对应的部分。通过抗蚀剂掩模56下面的氧化硅膜被图案化，以形成由氧化硅膜制成的硬掩模55。
接下来，如图14B所示，下面的阻挡金属膜34和层间绝缘膜31通过硬掩模55被选择性地蚀刻以具有预定的深度，从而形成凹陷部分41。
接下来，如图15A所示，第一绝缘膜42(在该实施例中为氧化硅膜)通过HDP沉积法掩埋在凹陷部分41中。如上所述，掩埋第一绝缘膜42以具有被约45度的侧壁围绕的凹陷部分43。在HDP沉积时，具有格子形状的第一绝缘膜42形成在阻挡金属膜34和与阻隔金属膜34的表面在同一平面的层间绝缘层31上，从而凹陷部分43同时部分地连接到凹陷部分43的侧壁。第一绝缘膜42具有三角截面并具有约45度的斜面。在平面视图中，凹陷部分43形成为格子形状。
接下来，如图15B所示，用作透镜构件的第二绝缘膜44(在该实施例中为氮化硅膜)掩埋在凹陷部分43中。因此，形成第一向下凸透镜39。掩埋在凹陷部分43中的第二绝缘膜44被均匀地平坦化，以使得第一向下凸透镜39的表面变为同一平面。第一向下凸透镜39相对于具有凹陷部分41的基底层通过自对准形成。
接下来，如图16A所示，具有预定厚度的遮光构件材料膜37a形成在第一向下凸透镜39的整个表面上。如上所述，遮光构件材料膜37a例如可以由诸如铝(Al)或钨(W)的金属膜形成。
接下来，如图16B所示，具有与即将形成的遮光构件图案对应的图案的硬掩模55形成在遮光构件材料膜37a上。遮光构件材料膜37a被选择性地蚀刻并图案化，以形成遮光构件37。
接下来，如图17A所示，形成滤色器部件36R、36G及36B以填充在被遮光构件37围绕的部分(即与光电二极管PD的对应部分(未示出))中。因此，形成芯片上滤色器38。当遮光构件37由铝(Al)膜形成时，遮光构件37的表面被耐光膜52覆盖，如链线所示。
接下来，芯片上微透镜51形成在芯片上滤色器38上。因此，获得第八实施例的预期固态成像装置73。
通过该实施例的固态成像装置的制造方法，可以制造出这样的固态成像装置73：滤色器部件36被遮光构件37围绕，并且向下凸透镜39通过自对准分别形成在滤色器部件36的正下方。也就是说，可以制造得到具有精细像素的固态成像装置73，其可以抑制混合色的发生并获得图像质量良好的图像。
在第一至第八的实施例中，如图18所示，掩埋在凹陷部分41中的第一绝缘膜42的厚度控制到第一绝缘膜42的凹部分的43的底部位置。这样，可以控制第一向下凸透镜39和光电二极管PD之间的距离H1。
<10.第九实施例>
[表面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图19示出了根据本发明第九实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是表面照射型MOS固态成像装置。图19示出了固态成像装置的像素部分的主要部分。第九实施例的固态成像装置75构造为以遮光构件37作为掩膜通过各向同性蚀刻并通过将透镜构件掩埋在被蚀刻的凹陷部分中而在滤色器部件36的正下方形成具有曲面的向下凸透镜。这种固态成像装置75应用于遮光构件37具有较大宽度W1的示例。
就是说，在该实施例中，在具有较大宽度W1的遮光构件37形成后，基底层(例如，由氧化硅膜形成的层间绝缘膜31)以遮光构件37作为掩膜通过各向同性蚀刻被选择性地去除，以形成具有弯曲底面的凹陷部分76。用作透镜构件的第二绝缘膜44(在该实施例中为氮化硅膜)掩埋在凹陷部分76中。因此，形成具有曲面的第一向下凸透镜77。接下来，如果需要，则在遮光构件37的表面被耐光膜52覆盖后，滤色器部件36R、36G和36B掩埋在被遮光构件37围绕的部分中。因此，形成芯片上滤色器38。在滤色器部件36上没有第二向下凸透镜形成。此后，芯片上微透镜51形成在芯片上滤色器38上，从面形成固态成像装置75。
其它部分与在第一实施例中所述的相同。因此，与图2对应的部分由相同的附图标记表示，并省略重复描述。
通过第九实施例的固态成像装置75，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。第一向下凸透镜39以遮光构件37作为掩膜通过自对准分别形成在滤色器部件36的下方，从而可以汇聚入射光，并且可以防止光向相邻像素漏泄。第一向下凸透镜39以遮光构件37作为掩膜通过自对准形成，从而在滤色器部件36和向下凸透镜39之间不存在错位。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置75也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
<11.第十实施例>
[背面照射型MOS固态成像装置的构造示例]
图20示出了根据本发明第十实施例的固态成像装置。该实施例的固态成像装置是背面照射型MOS固态成像装置。图20示出固态成像装置的像素部分的主要部分。第十实施例的固态成像装置81构造为使得多个单元像素以二维阵列形成在半导体基板82的与像素部分24对应的第二导电类型(例如，p型)区域中。每个单元像素包括光电二极管PD和多个像素晶体管。光电二极管PD具有基本在半导体基板82的整个区域上的沿厚度方向的n型半导体区域83以及形成在n型半导体区域83的前表面和后表面上的p型半导体区域84和85。P型半导体区域84和85也用作抑制暗电流的空穴积累区域。在附图中，多个像素晶体管以具有转移栅极电极86的转移晶体管TR1为代表。
多层(在此实施中，两层)配线89隔着层间绝缘膜88形成在半导体基板82的表面上，以形成多层配线层91。层间绝缘膜88例如由氧化硅膜形成。配线89例如由铜(Cu)配线形成。防止铜配线扩散的阻挡金属膜(未示出)形成在配线89的下表面和侧表面上，并且阻挡金属膜92形成在配线89的上表面上。阻挡金属膜92由SiC、SiN或TiN等形成。在该实施例中，阻挡金属膜92由SiC膜形成。可以不考虑光电二极管PD而形成配线89和阻挡金属膜92。例如，由硅基板等形成的支持基板93接合到多层配线层91上。
具有对应于像素形成的滤色器部件36[36R，36G，及36B]的芯片上滤色器38形成在半导体基板82的作为光接收侧的背表面上。芯片上微透镜51形成在芯片上滤色器38上。
在该实施例中，遮光构件37分别形成在相邻的滤色器部件36的边界，并且第一向下凸透镜39以遮光构件37作为掩膜通过自对准而分别形成在面对光电二极管PD的滤色器部件36的正下方。类似地，第二向下凸透镜46通过自对准形成在面对芯片上微透镜51的滤色器部件36的正上方。
就是说，在该实施例中，如上所述，遮光构件37隔着例如由氧化硅膜形成的绝缘膜93形成在半导体基板82的背表面上，并且绝缘膜93以遮光构件37作为掩膜被选择性蚀刻到给定的深度，以形成凹陷部分41。接下来，具有被约45度的侧壁围绕的凹陷部分43的第一绝缘膜42通过HDP沉积法掩埋在凹陷部分41中，并且具有平坦表面的第二绝缘膜掩埋在凹陷部分43中。因此，形成第一向下凸透镜39。在HDP沉积时，框架状第一绝缘膜47形成在遮光构件37的上表面上，以具有三角形截面并具有约45度的斜面。接下来，如果需要，形成耐光膜52以覆盖遮光构件37，并且滤色器部件36R、36G和36B形成为填充在由遮光构件37围绕的部分中。接下来，第二绝缘膜48掩埋在被滤色器部件36上具有三角形截面的框架状第一绝缘膜47围绕的凹陷部分中。因此，形成第二向下凸透镜46。第一绝缘膜42和47例如由氧化硅膜形成，并且用作透镜构件的第二绝缘膜44和48例如由氮化硅膜形成。
通过第十实施例的背面照射型固态成像装置81，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36R、36G和36B的边界。从而，可以抑制滤色器部件36之间的混色。第一向下凸透镜39和第二向下凸透镜46通过自对准形成在滤色器部件36的上方和下方，从而可以汇聚入射光，并且可以防止光向相邻的像素漏泄。第一和第二向下凸透镜39和46以遮光构件37作为掩膜通过自对准形成，从而滤色器部件36和向下凸透镜39之间不存在错位。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置81也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
在第十实施例中，尽管包括第一向下凸透镜39和芯片上滤色器38的上部构造与第一实施例相同，但是也可以采用上面描述的各实施例的构造。
<12.第十一实施例>
[CCD固态成像装置的构造示例]
下面，将描述根据本发明第十一实施例的固态成像装置。该实施例应用到CCD固态成像装置。尽管未示出，第十一实施例的CCD固态成像装置构造为第二导电类型(例如，p型)的第一半导体阱区形成在第一导电类型(例如，n型)的半导体基板(硅基板)上。形成光接收部分的光电二极管(PD)(光电转换器)以二维阵列形成在p型第一半导体阱区中。每个光电二极管具有用作电荷积累区的n型半导体区域以及用作抑制表面上的暗电流的空穴积累区的p型半导体区域。掩埋的n型转移沟道区域和p型沟道停止区域进一步形成在p型第一半导体阱区中，并且p型第二半导体阱区域形成在n型转移沟道区域的正下方。
由多个多晶硅膜形成的转移电极隔着栅极绝缘膜沿垂直方向形成在n型转移沟道区域上。遮光膜形成为覆盖除光电二极管(PD)之外的转移电极，并且由绝缘膜制成的平坦化膜还形成在遮光膜的上表面上。
在该实施例中，平坦化膜例如由氧化硅膜形成。如上面在第一实施例中所描述的，遮光构件37在平面视图中以格子形状形成在对应于基底层的平坦化膜上，以对应于即将形成的滤色器部件。第一向下凸透镜39以遮光构件37作为掩膜通过自对准对应于光电二极管(PD)而形成平坦化膜中。接下来，滤色器部件36[36R、36G和36B]形成在被遮光构件37围绕的部分中，以形成芯片上滤色器38。此外，第二向下凸透镜46分别形成在滤色器部件36上，并且芯片上微透镜51分别形成在第二向下凸透镜46上。因此，获得第十一实施例的CCD固态成像装置。
在第十一实施例的CCD固态成像装置中，如第一实施例中所述的，遮光构件37分别形成在芯片上滤色器38的滤色器部件36的边界，因此，可以抑制滤色器部件36之间的混色。此外，第一向下凸透镜39和第二向下凸透镜46通过自对准分别设置在滤色器部件36的上方和下方，从而可以汇聚入射光，并且可以防止光向相邻的像素漏泄。因此，即使减小像素尺寸，该实施例的固态成像装置81也可以抑制混色并获得图像质量高的图像。
在第十一实施例中，尽管包括第一向下凸透镜39和芯片上滤色器38的上部构造与第一实施例中的相同，但是也可以采用上述各实施例的构造。CCD固态成像装置的包括第一向下凸透镜39和芯片上滤色器38的上部构造可以以平坦化膜作为基底层通过图3A至6B的制造方法或图14A至17B的制造方法形成。
尽管在每个前述实施例的固态成像装置中，信号电荷是电子，第一导电类型是n型，并且第二导电类型是p型，但是本发明可以应用于信号电荷是空穴的固态成像装置。在这种情况下，可以颠倒半导体基板或半导体导区域的导电类型，从而p型可以是第一导电类型，n型可以是第二导电类型。
<13.第十二实施例>
[电子设备的构造示例]
根据本发明各实施例的固态成像装置可以应用于电子设备，如具有固态成像装置的照相机、具有照相机的移动设备或具有固态成像装置的各种设备。具体地讲，固态成像装置可以适用于具有紧凑的固态成像装置的照相机，该紧凑的固态成像装置具有精细的像素。
图21示出了应用于作为本发明的电子设备示例的相机的实施例。该实施例的照相机101包括：固态成像装置103；光学系统(光学透镜)102，将入射光引导到固态成像装置103的光电转换器；以及信号处理电路104，处理固态成像装置的输出信号。作为固态成像装置103，可以采用任何一个上述实施例的固态成像装置。光学系统102将来自目标物体的图像光(入射光)汇聚到固态成像装置103的成像表面上。因此，信号电荷以预定的时间积累在作为固态成像装置103的光电转换器的光电二极管中。信号处理电路104对固态成像装置103的输出信号进行各种信号处理，并且输出处理过的信号。该实施例的照相机101具有光学系统102、固态成像装置103和信号处理电路104被模块化的相机模块。
图21的构造可以形成为具有所谓的成像功能的模块，在该模块中光学系统102、固态成像装置103、信号处理电路104被模块化。也就是说，照相机的构造可以构成所谓的成像功能模块。根据本发明的实施例，可以形成包括这样成像功能模块的电子设备。
通过该实施例的电子设备，在固态成像装置中，可以抑制混色。因此，即使减小像素尺寸并且减小设备尺寸，也可以提供能够获得图像质量高的图像的高品质电子设备。
本申请包含2009年3月31日提交至日本专利局的日本优先权专利申请JP2009-088096中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其它因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (14)

1.一种固态成像装置，包括：
芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；
遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界，所述滤色器部件被所述遮光构件围绕；以及
透镜，凹向光入射方向，每个透镜通过以所述遮光构件作为掩膜的自对准形成在对应的一个所述滤色器部件的正下方。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括：
分别通过自对准形成在对应的一个所述滤色器部件的正上方的凹向光入射方向的透镜。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中在所述滤色器部件正下方的所述透镜由第一绝缘膜和第二绝缘膜形成，所述第一绝缘膜具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分，所述第二绝缘膜掩埋在所述凹陷部分中。
4.根据权利要求2所述的固态成像装置，
其中在所述滤色器部件正上方的所述透镜由第二绝缘膜和框架状第一绝缘膜形成，所述框架状第一绝缘膜形成在所述遮光构件上并且被以预定角度倾斜的侧壁围绕，所述第二绝缘膜掩埋在所述框架状第一绝缘膜中。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置，
其中形成在所述遮光构件上的所述框架状第一绝缘膜具有三角形截面，并且
无间隙的芯片上微透镜形成在所述芯片上滤色器上，以在所述三角形截面的顶部终止。
6.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中所述遮光构件被耐光膜覆盖。
7.一种固态成像装置，包括：
芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；
遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界，所述滤色器部件被所述遮光构件围绕；以及
透镜，凹向光入射方向，每个透镜相对于基底层通过以所述遮光构件作为掩模的自对准形成在对应的一个所述滤色器部件的正下方。
8.一种固态成像装置的制造方法，该方法包括如下步骤：
形成遮光构件，每个遮光构件在相邻像素之间的上部；
通过以所述遮光构件作为掩膜的自对准选择性地去除基底层；
通过高密度等离子体沉积方法将第一绝缘膜掩埋在去除部分中，该第一绝缘膜具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分；
通过以所述遮光构件作为掩模的自对准，将第二绝缘膜掩埋在所述第一绝缘膜的所述凹陷部分中，以形成凹向光入射方向的透镜；以及
在相邻的遮光构件之间形成在各所述透镜正上方的滤色器部件，以形成芯片上滤色器，所述滤色器部件被所述遮光构件围绕。
9.根据权利要求8所述的固态成像装置的制造方法，还包括：
通过高密度等离子体沉积方法将具有凹陷部分的所述第一绝缘膜掩埋在所述去除部分中的同时，在所述遮光构件上形成被以预定角度倾斜的侧壁围绕的框架状第一绝缘膜；并且
在形成所述滤色器部件后，将第二绝缘膜掩埋在所述框架状第一绝缘膜中，以通过自对准在各所述滤色器部件的正上方形成凹向光入射方向的透镜。
10.根据权利要求9所述的固态成像装置的制造方法，
其中在所述遮光构件上的所述框架状第一绝缘膜具有三角形截面，
所述方法包括这样的步骤：
在各所述滤色器部件正上方形成所述透镜之后，在各所述透镜上形成无间隙的芯片上微透镜，以在所述三角形截面的顶部终止。
11.根据权利要求9所述的固态成像装置的制造方法，还包括：
在所述遮光构件上形成所述框架状第一绝缘膜后，形成耐光膜以覆盖所述遮光构件。
12.一种固态成像装置的制造方法，该方法包括下面的步骤：
选择性地去除与多个像素的光电转换器对应的基底层，以形成凹陷部分；
从选择性去除的去除部分到配线的上部通过高密度等离子体沉积法连续地形成第一绝缘膜，以使所述第一绝缘膜具有被以预定角度倾斜的侧壁围绕的凹陷部分；
将第二绝缘膜掩埋在所述第一绝缘膜的所述凹陷部分中，以通过自对准形成凹向光入射方向的透镜；
在各所述像素的光电转换器之间的表面上选择性地形成遮光构件；以及
在各所述透镜的正上方形成被所述遮光构件围绕的滤色器部件，以形成芯片上滤色器。
13.一种电子设备，包括：
固态成像装置；
光学系统，将入射光引导到所述固态成像装置的光电转换器；以及
信号处理电路，处理所述固态成像装置的输出信号，
其中所述固态成像装置具有：
芯片上滤色器，具有对应于像素形成的滤色器部件；
遮光构件，每个遮光构件形成在相邻的滤色器部件的边界，所述滤色器部件被所述遮光构件围绕；以及
透镜，凹向光入射方向，每个透镜通过以所述遮光构件作为掩模的自对准形成在对应的一个所述滤色器部件的正下方。
14.根据权利要求13所述的电子设备，
其中在所述固态成像装置中，通过自对准分别在所述滤色器部件的正上方形成凹向光入射方向的透镜。
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