專利名稱：光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，用于圖像輸入裝置，例如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和讀圖機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，光電轉(zhuǎn)換器件已經(jīng)結(jié)合在圖像輸入裝置，例如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和讀圖機(jī)中。這些光電轉(zhuǎn)換器件例如包括CCD圖像傳感器和非CCD圖像傳感器，例如雙極晶體管圖像傳感器、場效應(yīng)晶體管圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。在這些光電轉(zhuǎn)換器件中，光圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在用各種信號(hào)工藝處理以后，顯示在顯示設(shè)備中或記錄在記錄介質(zhì)中。
為了得到高性能的光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面的區(qū)域(像素區(qū))，即實(shí)際進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收部分的區(qū)域應(yīng)該減少，以增加光電轉(zhuǎn)換部件的數(shù)目，另外光電轉(zhuǎn)換器件的芯片大小也得以減小。 隨著更高像素密度和芯片大小的減小的發(fā)展，因?yàn)楣饨邮毡砻鎱^(qū)域減小，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件所接收的形成像素的光量減少，因此器件的靈敏度會(huì)降級(jí)。為了抑制靈敏度的降低，公知有一項(xiàng)技術(shù)在光接收表面的保護(hù)薄膜的平面上形成微型透鏡，以便在上面集中光線。 例如，在日本專利10-107238中，公開了一種固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造方法，其中披露了用深蝕刻技術(shù)形成芯片上的透鏡。在這個(gè)固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造方法中，如圖10A和10B所示，首先，在傳感器部分101和襯墊部分102上形成平面薄膜104，在傳感器部分101和襯墊部分102的上方形成濾色片103，兩者之間是平面薄膜104。隨后，在應(yīng)用透鏡材料105以后，通過光刻和熱處理步驟形成透鏡圖案106。然后，整個(gè)表面被深蝕刻107，由此形成芯片上的透鏡108，如圖IOB所示。 利用上述的方法，芯片上透鏡108的形成和襯墊部分102上方的開口的形成可以同時(shí)進(jìn)行。另外，當(dāng)芯片上透鏡108蝕刻所去掉的量與襯墊部分102上面開口蝕刻所去掉的量的差別減少時(shí)，可以降低對(duì)襯墊部分102的破壞。 伴隨著更高像素密度和芯片大小的進(jìn)一步減小的趨勢，越來越需要提供夾層透鏡，該夾層透鏡由折射率不同于相鄰層的薄膜形成。例如，在日本專利2001-94086中，公開了一種光電轉(zhuǎn)換器件，其中披露了即使當(dāng)更精細(xì)地形成光接收表面和/或在光接收表面上面形成大量的各種薄膜(，例如光屏蔽圖案和導(dǎo)線圖案)時(shí)，也能改進(jìn)聚光效率。
如圖11所示，該光電轉(zhuǎn)換器件具有在部件隔離區(qū)202上的第一導(dǎo)線圖案203，該第一導(dǎo)線圖案具有設(shè)置在位于相鄰光電轉(zhuǎn)換部件201之間的部件隔離區(qū)202上方的導(dǎo)線；覆蓋第一導(dǎo)線圖案203的第一絕緣薄膜204 ;在第一絕緣薄膜204上的第二導(dǎo)線圖案205，該第二導(dǎo)線圖案具有設(shè)置在部件隔離區(qū)202上方的導(dǎo)線；覆蓋第二導(dǎo)線圖案205的第二絕緣薄膜206;在第二絕緣薄膜206上的微型透鏡207。以兩步驟實(shí)施絕緣薄膜204和206。首先在導(dǎo)線圖案(分別為203、205)上施加預(yù)定厚度的層，以便在導(dǎo)線之間的區(qū)域(即光電轉(zhuǎn)換器件201上方的區(qū)域)形成凹入部位。然后施加額外的層，并使其上表面平面化，以便在微型透鏡207和對(duì)應(yīng)光電轉(zhuǎn)換器件201的光接受表面之間的光路徑內(nèi)形成第一和第二夾層透鏡208和209。由此由導(dǎo)線圖案203和205提供的步驟和結(jié)構(gòu)至少部分地確定了第一和第二夾層透鏡208和209的形狀。 根據(jù)日本專利11-040787，在光電轉(zhuǎn)換器件中，它具有用于轉(zhuǎn)移經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電荷的電荷轉(zhuǎn)移部分，和在電荷轉(zhuǎn)移部分的上面的轉(zhuǎn)移電極，它們之間具有絕緣薄膜，所公開的結(jié)構(gòu)是在平面薄膜上面形成上凸形夾層透鏡。 但是，根據(jù)圖ll所公開的制造方法，在絕緣薄膜上面形成弧形表面，該弧形表面形成夾層透鏡，并限制成在圖案組成部件(例如203)的上面有"山峰"和它們之間有"山谷"。因此夾層透鏡的形狀依賴于圖案的形狀，并相應(yīng)地受到限制。相應(yīng)的，根據(jù)圖案的形狀，具有理想聚光效率的夾層透鏡在一些情況下無法形成。 另外，當(dāng)由多層形成的夾層透鏡彼此合并以便改進(jìn)聚光效率時(shí)，在由多個(gè)折射率彼此不同的層之間形成的界面出現(xiàn)的光反射的概率得以提高，這是因?yàn)樾纬蓨A層透鏡的層數(shù)增加。當(dāng)引起光反射的界面數(shù)目增加時(shí)，反射次數(shù)也會(huì)增加。因此，入射到光電轉(zhuǎn)換部件的光接收表面的光量減少，結(jié)果，光電轉(zhuǎn)換器件的靈敏度會(huì)大幅度降低。另外，在具有單層導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)中，如日本專利11-040787所公開的，可以相對(duì)容易地將從透鏡到光接收部分的光路徑長度設(shè)置得較?。坏?，在具有多個(gè)導(dǎo)線層的光電轉(zhuǎn)換器件中，到達(dá)光接收部分的光路徑長度趨于增加，因此上述的技術(shù)問題必須得以克服。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)的，本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，該光電轉(zhuǎn)換器件具有夾層透鏡，并能夠在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率。 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種具有多層的光電轉(zhuǎn)換器件，包括具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層；設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部件層上方并具有第一導(dǎo)線圖案的第一導(dǎo)線層；設(shè)置在所述第一導(dǎo)線層上方并具有第二導(dǎo)線圖案的第二導(dǎo)線層；以及，設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換器件的所述層內(nèi)的透鏡層，該透鏡層具有多個(gè)位于所述光電轉(zhuǎn)換部件上方的光路徑中的凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。 因?yàn)橥ㄟ^有選擇的設(shè)置夾層透鏡的凸起形狀的曲率、厚度等，上凸形夾層透鏡可以形成為具有想要的凸起形狀，而與絕緣薄膜和/或其下形成的圖案形狀無關(guān)，夾層透鏡的聚光效率可以得到改進(jìn)，特別是，上述的結(jié)構(gòu)可以有效地應(yīng)用于具有多個(gè)導(dǎo)線層的光電轉(zhuǎn)換器件。 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，包括在具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層上方形成第一導(dǎo)線層，該第一導(dǎo)線層具有第一導(dǎo)線圖案；在所述第一導(dǎo)線層上方形成第二導(dǎo)線層，該第二導(dǎo)線層具有第二導(dǎo)線圖案；以及，在所述第二導(dǎo)線層上形成多個(gè)凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
根據(jù)本發(fā)明的制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法，可以制造出具有夾層透鏡的光電轉(zhuǎn)換器件，它可以在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率。 從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。 圖2A到2C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖3A到3C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖4A到4C是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖5A到5B是表示圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。 圖7A到7C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖8A到8C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖9A到9C是表示圖6所示第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟的示意圖。 圖IOA和IOB是表示相關(guān)固態(tài)圖像傳感設(shè)備的制造步驟的示意圖，在該設(shè)備中利
用深蝕刻技術(shù)形成芯片上透鏡。 圖11是相關(guān)光電轉(zhuǎn)換器件的橫截面圖。 圖12是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。 圖13是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。 并入和構(gòu)成說明書一部分的

了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解
釋本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施例方式
接下來，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
如圖1所示，在該實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，光電轉(zhuǎn)換部件1沿半導(dǎo)體元件13的表面形成，部件隔離區(qū)2提供在相鄰光電轉(zhuǎn)換部件1之間。另外，在半導(dǎo)體元件13上面，設(shè)置第一絕緣薄膜3。在第一絕緣薄膜3上面，按照順序形成位于部件隔離區(qū)2上方的第一圖案4、覆蓋第一圖案4的第二絕緣薄膜5、設(shè)置在部件隔離區(qū)2和第一圖案4的上方的第二圖案6和覆蓋第二圖案6的第三絕緣薄膜7。另外，在第三絕緣薄膜7上面，形成上凸形夾層透鏡8，每個(gè)上凸形的頂點(diǎn)沿著從光電轉(zhuǎn)換部件1到隨后描述的相應(yīng)微型透鏡12的方向突起(凸起形狀的頂點(diǎn)沿著入射光的方向)。夾層透鏡8安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上面(換句話說，在形成第一圖案4的組成部件之間區(qū)域和形成圖案6的組成部件之間區(qū)域的上面)。 此外，第一平面薄膜9設(shè)置在夾層透鏡8上面；在這個(gè)屏幕薄膜9上面，設(shè)置濾色片層IO，它包括濾色片，這些濾色片具有設(shè)置在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1上面的顏色；設(shè)置在濾色片層10上面的第二平面薄膜11 ;和設(shè)置在第二平面薄膜11上面的微型透鏡12。微型透鏡12安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上方。 光電轉(zhuǎn)換部件l由光電二極管或光電晶體管形成，它具有PN結(jié)或PIN結(jié)，形成這 樣一種結(jié)構(gòu)，即光線射入到由上述半導(dǎo)體結(jié)形成的耗盡層上面，在上述的耗盡層中，發(fā)生光 電轉(zhuǎn)換。 部件隔離區(qū)2通過選擇氧化的場效氧化膜形成，并設(shè)置在擴(kuò)散層用于結(jié)絕緣。具 有光電轉(zhuǎn)換部件1和部件隔離區(qū)2的半導(dǎo)體元件13例如為硅基片。 第一和第二圖案4和6充當(dāng)從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線。另夕卜，圖案4 和6最好由例如半導(dǎo)體或金屬的導(dǎo)電材料形成，該半導(dǎo)體或金屬遮擋光電轉(zhuǎn)換部件靈敏的 波長區(qū)的光線。在上述的情況下，圖案4和6還充當(dāng)光屏蔽部件，用于防止光線照射到一個(gè) 以上的光電轉(zhuǎn)換部件l。 另外，在光電轉(zhuǎn)換器件中設(shè)置襯墊部分14，充當(dāng)電極所連接的終端(連接到外部 電路，例如電源)。在形成襯墊部分14的區(qū)域上方，在夾層透鏡、濾色片和微型透鏡中設(shè)有 開口。但是，最初在襯墊部分以外的區(qū)域，最好至少形成夾層透鏡和濾色片的圖案，以便穩(wěn) 定所執(zhí)行的蝕刻步驟，從而在襯墊上方形成開口。所述開口穿透一部分第三絕緣薄膜7、一 部分第一平面薄膜9和一部分第二平面薄膜11，并通過光刻和蝕刻技術(shù)來形成。
光透射材料用作第一、第二和第三絕緣薄膜3、5和7，由此透射由光電轉(zhuǎn)換部件1 吸收的光線，并隨后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。另外，至少第三絕緣薄膜7最好由例如化學(xué)機(jī)械拋光 (以下稱為"CMP")的平面化工藝處理。 如上面所述，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，上凸形夾層透鏡8設(shè)置在第一和 第二圖案4和6上方形成的第三絕緣薄膜7。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，不同于背景技術(shù)部分所述的現(xiàn) 有技術(shù)，夾層透鏡8的凸起形狀不依賴于下面設(shè)置的第二圖案6的形狀。相應(yīng)的，夾層透鏡 8的曲率、厚度等可以設(shè)置成改進(jìn)夾層透鏡8的聚光效率。 此外，這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件并未應(yīng)用由多層合并形成的夾層透鏡，而是，夾 層透鏡由具有特定直徑和曲率的單一層形成。相應(yīng)的，形成可以改進(jìn)夾層透鏡8的聚光效 率的結(jié)構(gòu)。因此，與由多層彼此合并形成的夾層透鏡的結(jié)構(gòu)相比，具有不同折射率的界面數(shù) 目減少，結(jié)果光反射概率降低。相應(yīng)的，這個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)最好應(yīng)用到這樣一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器 件，其中存在多個(gè)導(dǎo)線層，而且光路徑長度趨于增加。 接下來，將參照?qǐng)D2A到5B描述圖1所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟。
首先，如圖2A所示，制備由硅片等制成的半導(dǎo)體元件13，部件隔離區(qū)2通過硅的局 部氧化(L0C0S)工藝等沿半導(dǎo)體元件13的表面形成。接下來，在形成光阻圖案以后，通過 執(zhí)行離子注入和熱處理，例如用作光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部件l)陰極或陽極的擴(kuò)散層沿著 半導(dǎo)體元件13的表面形成。 隨后，通過熱氧化、化學(xué)氣相淀積(CVD)、濺射、涂覆等，第一絕緣薄膜3在半導(dǎo)體 元件13上形成。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)谝唤^緣薄膜3通過CMP等平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步 驟中的構(gòu)圖精度。 接下來，在由鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銅(Cu)或主要由它們組成 的合金的金屬薄膜通過濺射、CVD、電鍍等在第一絕緣薄膜3上形成以后，位于光電轉(zhuǎn)換部 件1的光接收表面的上方的一部分金屬薄膜通過蝕刻去除，由此形成具有理想形狀的第一 圖案4。
接下來，Si0或主要由其構(gòu)成的材料的第二絕緣薄膜5通過CVD工藝形成在第一 絕緣薄膜3和第一圖案4上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)诙^緣薄膜5的表面被平面化時(shí)，可以改 進(jìn)下一步驟中的構(gòu)圖精度。 接下來，與第一圖案4相同，在Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或其合金組成的金屬薄膜通過 濺射、CVD、電鍍等形成在第二絕緣薄膜5上，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面的上方的一 部分金屬薄膜通過蝕刻去除，由此形成具有理想形狀的第二圖案6和襯墊部分14。
除了用作從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線以外，第一和第二圖案4和6每個(gè) 都充當(dāng)用于防止射入到一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光線射入到另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光屏蔽 部件。另外，第二圖案6包括用于在有效像素區(qū)之外形成光屏蔽區(qū)(光學(xué)黑體)的光屏蔽 部件，該光屏蔽區(qū)用于形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 接下來，Si0或主要由其構(gòu)成的材料的第三絕緣薄膜7通過CVD工藝形成在第二 絕緣薄膜5和第二圖案6上。 隨后，如圖2B所示，第三絕緣薄膜7的一部分表面用CMP平面化。 如圖2C所示，然后由SiN、Si0N、Si0等制成的夾層透鏡形成薄膜8'通過CVD工藝
形成在第三絕緣薄膜7上。 如圖3A所示，用于形成夾層透鏡8的蝕刻掩模20在光刻步驟中形成在夾層透鏡 形成薄膜8'上。隨后，如圖3B所示，蝕刻掩模20通過熱處理回流，以形成每個(gè)大致與夾層 透鏡8的形狀相同的凸透鏡的形狀。在這個(gè)步驟，夾層透鏡也利用掩模20在襯墊部分14 上方的開口從而形成在襯墊部分之外。 接下來，如圖3C所示，對(duì)夾層透鏡形成薄膜8'的整個(gè)表面執(zhí)行氣蝕，以使蝕刻掩 模20的凸起形狀轉(zhuǎn)移到夾層透鏡形成薄膜8'，由此形成夾層透鏡8。這一步所用的蝕刻氣 體可以是CF4、CHF3、02、Ar、He等。 隨后，如圖4A所示，為了利用光刻技術(shù)在襯墊部分14上方的第三絕緣薄膜7的一 部分中形成一個(gè)開口 ，在第三絕緣薄膜7和夾層透鏡8上形成具有開口圖案的抗蝕圖21 ; 如圖4B所示，通過光刻技術(shù)除去位于襯墊部分14上的一部分第三絕緣薄膜7。
接下來，如圖4C所示，第一平面薄膜9形成在襯墊部分14、第三絕緣薄膜7和夾層 透鏡8上，在這個(gè)第一平面薄膜9上形成濾色片層10。濾色片層IO具有與入射到下面設(shè)置 的各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光線色彩一致的色彩圖案。 如圖5A所示，在濾色片層10上，通過形成抗蝕圖案和回流形成微型透鏡12。最 后，如圖5B所示，還在襯墊部分14上面的一部分第一和第二平面薄膜9和11通過蝕刻去 掉，由此在襯墊部分14上面形成開口 。 相應(yīng)的，光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟結(jié)束，結(jié)果，形成圖1所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器 件。在這個(gè)實(shí)施例中，通過舉例描述了在光電轉(zhuǎn)換部件上方形成兩層圖案(導(dǎo)線層)的情 況；但是，這個(gè)結(jié)構(gòu)并不局限于此。當(dāng)進(jìn)一步需要導(dǎo)線層時(shí)，可以在第一和第二圖案之間設(shè) 置第三圖案。 在這個(gè)實(shí)施例中，除了夾層透鏡以外，還描述了在濾色片層10上方形成微型透鏡 (頂部透鏡)的結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)相鄰像素之間的色彩混合可以通過減小濾色片層的厚度來抑 制時(shí)，和當(dāng)上述的色彩混合程度可以接受時(shí)，可以不設(shè)置微型透鏡。
第二個(gè)實(shí)施例
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。
如圖6所示，在該實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，光電轉(zhuǎn)換部件1沿半導(dǎo)體元件13的 表面形成，部件隔離區(qū)2設(shè)置在相鄰光電轉(zhuǎn)換部件1之間。第一絕緣薄膜3形成在半導(dǎo)體 元件13上。在第一絕緣薄膜3上，按照順序形成位于部件隔離區(qū)2上方的第一圖案4、覆蓋 第一圖案4的第二絕緣薄膜5、位于部件隔離區(qū)2和第一圖案4上方的第二圖案6。另外， 在第二絕緣薄膜5和第二圖案6上，設(shè)置上凸形夾層透鏡8，每個(gè)上凸形的頂點(diǎn)沿著從光電 轉(zhuǎn)換部件1到隨后描述的相應(yīng)微型透鏡12的方向突起。夾層透鏡8安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換 部件l的上方(換句話說，在形成第一圖案4的組成部件之間區(qū)域和形成圖案6的組成部 件之間區(qū)域的上面)。 此外，第一平面薄膜9設(shè)置在夾層透鏡8和第二圖案6上；在這個(gè)屏幕薄膜9上， 設(shè)置濾色片層IO，它包括濾色片，這些濾色片包括與各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1已知的彩色圖案； 設(shè)置在濾色片層10上的第二平面薄膜11 ;和設(shè)置在第二平面薄膜11上的微型透鏡12。微 型透鏡12安排在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的上方。 在圖1所示第一個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，第三絕緣薄膜7設(shè)置在第二圖案6 和夾層透鏡8之間；但是，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，沒有設(shè)置上述的第三絕緣薄膜 7，而夾層透鏡8形成為接觸第二圖案6。 這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的其它結(jié)構(gòu)與第一個(gè)實(shí)施例相同，因此省略對(duì)其的詳 細(xì)描述。 再回到圖6，在所述第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，上凸形夾層透鏡8形成在第二 圖案6上，以便與其接觸。與先前的現(xiàn)有技術(shù)不同，夾層透鏡8可以形成想要的形狀，而與 下面的第二圖案6的形狀無關(guān)。因此通過特別地設(shè)置夾層透鏡8的曲率、厚度等，可以改變 其聚光效率。 此外，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，因?yàn)閵A層透鏡并非由多層彼此合并形成， 而且因?yàn)槿缟纤隹梢蕴貏e設(shè)置由同一層形成的夾層透鏡8的直徑和曲率，所以可以形成 改進(jìn)聚光效率的結(jié)構(gòu)。 此外，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，因?yàn)榈谌^緣薄膜7(參見圖1)并不設(shè)置 在第二圖案6和夾層透鏡8之間，而且因?yàn)閵A層透鏡8與第二圖案6相接觸，所以光電轉(zhuǎn)換 部件1和夾層透鏡8之間的距離會(huì)減少相應(yīng)于第三絕緣薄膜7的厚度的長度。因此，夾層 透鏡8的焦距可以減小。結(jié)果，因?yàn)閵A層透鏡8的焦距比數(shù)減小，亮度增加，所以光電轉(zhuǎn)換 部件1的靈敏度可以顯著改進(jìn)。 接下來，將參照?qǐng)D7A到9C描述圖6所示的第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的制造方 法。 首先，如圖7A所示，制備由硅片等制成的半導(dǎo)體元件13，部件隔離區(qū)2通過硅的局 部氧化(L0C0S)工藝等沿半導(dǎo)體元件13的表面形成。接下來，在形成光阻圖案以后，通過 執(zhí)行離子注入和熱處理，例如用作光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部件l)陰極或陽極的擴(kuò)散層沿著 半導(dǎo)體元件13的表面形成。 隨后，通過熱氧化、CVD、濺射、涂覆等，第一絕緣薄膜3形成在半導(dǎo)體元件13上。 在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)谝唤^緣薄膜3通過CMP等平面化時(shí)，可以改進(jìn)下一步驟中的構(gòu)圖精度。
接下來，在由Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或主要由它們組成的合金的金屬薄膜通過濺射、
8CVD、電鍍等形成在第一絕緣薄膜3上以后，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面上方的一部 分金屬薄膜通過蝕刻去除，由此形成具有想要形狀的第一圖案4。 接下來，Si0或主要由其構(gòu)成的材料的第二絕緣薄膜5通過CVD工藝形成在第一 絕緣薄膜3和第一圖案4上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)?shù)诙^緣薄膜5的表面被平面化時(shí)，可以改 進(jìn)下一步驟中的圖案形成精度。 接下來，與第一圖案4相同，在Al、Mo、W、Ta、Ti、Cu或主要由其合金組成的金屬薄 膜通過濺射、CVD、電鍍等形成在第二絕緣薄膜5上，位于光電轉(zhuǎn)換部件1的光接收表面上方 的一部分金屬薄膜通過蝕刻去除，由此形成具有想要形狀的第二圖案6和襯墊部分14。除 了用作從光電轉(zhuǎn)換部件1傳送電信號(hào)的導(dǎo)線以外，第一和第二圖案4和6每個(gè)都充當(dāng)用于 防止射入到一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光線射入到另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光屏蔽部件。另外， 第二圖案6包括用于在有效像素區(qū)之外形成光屏蔽區(qū)(光學(xué)黑體)的光屏蔽部件，該光屏 蔽區(qū)用于形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 如圖7B所示，由SiN、SiON、SiO等制成的夾層透鏡形成薄膜8'通過CVD工藝形成 在第二絕緣薄膜5和第二圖案6上。 如圖7C所示，蝕刻掩模20用光刻技術(shù)形成在夾層透鏡形成薄膜8'上，該掩模除
了用于形成夾層透鏡8的圖案以外，還具有露出襯墊部分14的開口圖案。 隨后，如圖8A所示，蝕刻掩模20通過熱處理回流，以形成每個(gè)大致與夾層透鏡8
的形狀相同的凸透鏡的形狀。 接下來，對(duì)夾層透鏡形成薄膜8'的整個(gè)表面執(zhí)行氣蝕，以使蝕刻掩模20的凸起形
狀轉(zhuǎn)移到夾層透鏡形成薄膜8'，由此形成如圖8B所示的夾層透鏡8。另外，與此同時(shí)，襯墊
部分14的上表面露出。這一步所用的蝕刻氣體可以是CF4、 CHF3、 02、 Ar、 He等。 接下來，如圖8C所示，第一平面薄膜9形成在襯墊部分14夾層透鏡8上。 隨后，如圖9A所示，在這個(gè)第一平面薄膜9上面，形成濾色片層10。濾色片層10
具有與入射到下面設(shè)置的各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件1的光線色彩一致的色彩圖案。 如圖9B所示，在形成第二平面薄膜11以后，在濾色片層10上面，通過形成抗蝕圖
案和回流形成微型透鏡12。最后，如圖9C所示，還通過蝕刻去掉殘留在襯墊部分14上的一
部分第一和第二平面薄膜9和11，由此在襯墊部分14上面形成開口 。 相應(yīng)的，完成了光電轉(zhuǎn)換器件的制造步驟，結(jié)果，形成圖6所示實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換 器件。 在這個(gè)實(shí)施例的制造步驟中，與第一個(gè)實(shí)施例相比，因?yàn)槭÷粤诵纬傻谌^緣薄 膜7的步驟和在襯墊部分14上方位置的第三絕緣薄膜7中形成開口的步驟，所以制造工藝 可以根據(jù)如此省略的步驟數(shù)目而得以簡化，所以制造所需的時(shí)間可以減少。
第三個(gè)實(shí)施例 圖12是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。在這個(gè)圖中， 與第一個(gè)和第二個(gè)實(shí)施例相同的附圖標(biāo)記表示具有相同功能的組成部件，所以省略對(duì)它們 的詳細(xì)描述。 如圖12所示，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，在光電轉(zhuǎn)換部件上方形成三層圖 案(第一、第二和第三圖案124、 126和128)(導(dǎo)線層)，在光電轉(zhuǎn)換部件上按照這樣的順序 形成第一絕緣層123、第一圖案124、第二絕緣層125、第二圖案126、第三絕緣層127、第三圖案128、和第四絕緣層129。各個(gè)絕緣層的表面最好用CMP等來平面化。 在最上面的導(dǎo)線層128中，包括襯墊部分14、形成光屏蔽區(qū)122(光學(xué)黑體區(qū))的
光屏蔽部件130。另外，在襯墊部分14以外，為了穩(wěn)定蝕刻步驟，在最初至少設(shè)置一個(gè)薄膜
用于形成至少一個(gè)夾層透鏡8、濾色片層IO和微型透鏡12。作為制造方法，可以使用第一
個(gè)和第二個(gè)實(shí)施例所述的方法。 至于各個(gè)絕緣薄膜的厚度，最好第四絕緣層，即在最上面導(dǎo)線層上形成的絕緣層 具有比其它絕緣層更小的厚度。各層的厚度最好很小，以便減少到達(dá)光接收部分的光路徑 長度；但是，至于夾在導(dǎo)線層之間的絕緣層，為了減小導(dǎo)線之間產(chǎn)生的寄生電容，絕緣層必 須具有一定的最小厚度。另一方面，最上面的絕緣層只需要很平，以便形成在下一步驟形成 夾層透鏡。相應(yīng)的，不必考慮寄生電容，而且為了減少光路徑長度，最上面絕緣層的厚度最 好小于比其它絕緣層。特別是，在最上面導(dǎo)線層上形成的第四絕緣層最好是400到600nm， 而其它絕緣層的厚度最好大致是700到900nm。
第四個(gè)實(shí)施例 圖13是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的示意橫截面圖。在這個(gè)圖中， 與第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)施例相同的附圖標(biāo)記表示具有相同功能的組成部件，所以省 略對(duì)它們的詳細(xì)描述。 如圖13所示，在這個(gè)實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，在最上面的導(dǎo)線層(即在最上面 的絕緣層127上)，在有效像素區(qū)內(nèi)的夾層透鏡附近不形成導(dǎo)線圖案，而僅形成襯墊部分14 和形成光屏蔽區(qū)的光屏蔽部件130。這個(gè)結(jié)構(gòu)在形成第一和第二圖案、以便充分抑制相鄰像 素之間的光線入射時(shí)非常有效。通過上述的結(jié)構(gòu)，如第二個(gè)實(shí)施例所述，在形成夾層透鏡的 同時(shí)可以露出襯墊部分14的上表面，結(jié)果簡化制造工藝。 在本實(shí)施例中，在光電轉(zhuǎn)換部件(包括光屏蔽區(qū))上方形成三層圖案，按照順序形 成第一絕緣層123、第一圖案124、第二絕緣層125、第二圖案126、和第三絕緣層127。隨后， 在光屏蔽區(qū)122形成包括光屏蔽部件130和襯墊部分14的第三圖案以后，在第三圖案上面 形成夾層透鏡8，它們之間沒有絕緣層。因此，在光屏蔽區(qū)122中，夾層透鏡和光屏蔽部件直 接接觸。各個(gè)絕緣層的表面最好用CMP等來平面化。 另外，第三絕緣層127，即在有效像素區(qū)域的最上面導(dǎo)線層內(nèi)形成的絕緣層具有比 其它絕緣層更小的厚度。各層的厚度最好很小，以便減少到達(dá)光接收部分的光路徑長度； 但是，至于夾在導(dǎo)線層之間的絕緣層，為了減小導(dǎo)線之間產(chǎn)生的寄生電容，絕緣層必須具有 一定的最小厚度。另一方面，最上面的絕緣層只需要很平，以便形成在下一步驟執(zhí)行的夾層 透鏡的形成。相應(yīng)的，不必考慮寄生電容，而且為了減少光路徑長度，最上面絕緣層的厚度 最好小于比其它絕緣層。特別是，在最上面導(dǎo)線層上形成的第三絕緣層127最好是400到 600nm，而其它絕緣層的厚度最好大致是700到900nm。 至此，已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，雖然尚未公開本發(fā)明所包括的所有結(jié)構(gòu)，但是各個(gè) 實(shí)施例可以彼此任意組合。 另外，至于光電轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明最好應(yīng)用有源像素傳感器(APS)結(jié)構(gòu)，其
中為每個(gè)像素或由像素形成的每個(gè)單位提供用于放大信號(hào)電荷的放大元件。其原因在于本 發(fā)明最好用于具有多個(gè)導(dǎo)線層的結(jié)構(gòu)中，而且此APS結(jié)構(gòu)必須具有比CCD結(jié)構(gòu)更多的導(dǎo)線。
另外，在上述的實(shí)施例中，除了夾層透鏡8以外，還描述了在濾色片層上面形成的
10微型透鏡12(頂部透鏡)。但是，當(dāng)相鄰像素之間的色彩混合可以通過減小濾色片層的厚度 來抑制時(shí)，和當(dāng)上述的色彩混合程度可以接受時(shí)，可以省略微型透鏡。 雖然已經(jīng)參照目前被認(rèn)為是優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不 局限于所公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明意欲覆蓋所附權(quán)利要求書的精神和范圍的變型和等 同物。所附權(quán)利要求書的范圍是基于涵蓋所有這種變型和等同結(jié)構(gòu)和功能的最寬泛的解 釋。
權(quán)利要求
一種具有多個(gè)像素的有源像素傳感器，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換部件(1)，設(shè)置在半導(dǎo)體元件上；放大元件，被配置為放大信號(hào)電荷，所述放大元件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體元件上；部件隔離區(qū)(2)，與所述光電轉(zhuǎn)換部件相鄰；第一絕緣薄膜(3)，設(shè)置在所述半導(dǎo)體元件上；第一圖案(4)，設(shè)置在所述第一絕緣薄膜(3)上和所述部件隔離區(qū)(2)上方；第二絕緣薄膜(5)，設(shè)置在第一圖案上；第二圖案(6)，設(shè)置在所述第二絕緣薄膜(5)上和所述部件隔離區(qū)(2)上方；夾層透鏡層(8)，包括上凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡層被設(shè)置在所述第二圖案上方；第一平面層(9)，設(shè)置在所述夾層透鏡層上；濾色片層(10)，設(shè)置在所述第一平面層上；第二平面層(11)，設(shè)置在所述濾色片層上；以及微型透鏡層(12)，包括上凸形微型透鏡，所述微型透鏡層被設(shè)置在所述第二平面層上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的有源像素傳感器，其中在一個(gè)像素的夾層透鏡和相鄰像素的夾層 透鏡之間的區(qū)域是平的，并且所述在一個(gè)像素的夾層透鏡和相鄰像素的夾層透鏡之間的區(qū) 域被設(shè)置在所述部件隔離區(qū)上方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的有源像素傳感器，其中所述濾色片層包括根據(jù)進(jìn)入到所述多個(gè)像 素中的每一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換部件的色彩而安排的色彩圖案。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的有源像素傳感器，還包括被配置成輸出來自像素的信號(hào)輸出的襯 墊部分，其中夾層透鏡層的一部分被設(shè)置在所述襯墊部分上方。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的有源像素傳感器，還包括光屏蔽部件，所述光屏蔽部件被配置為 形成光屏蔽區(qū)以便獲得基準(zhǔn)信號(hào)，其中所述濾色片層被設(shè)置為還在所述光屏蔽部件上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法。該光電轉(zhuǎn)換器件能夠在不大幅度降低靈敏度的同時(shí)改進(jìn)聚光效率，包括具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換部件層；設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部件層上方并具有第一導(dǎo)線圖案的第一導(dǎo)線層；設(shè)置在所述第一導(dǎo)線層上方并具有第二導(dǎo)線圖案的第二導(dǎo)線層；以及，設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換器件的所述層內(nèi)的透鏡層，該透鏡層具有多個(gè)位于所述光電轉(zhuǎn)換部件上方的光路徑中的凸形夾層透鏡，所述夾層透鏡的頂點(diǎn)沿遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部件層的方向突起。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101707203SQ20091025382
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者橋本榮 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社