專利名稱：固態成像裝置、用于制造固態成像裝置的方法和成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及固態成像裝置以及用于制造該固態成像裝置的方法，并涉及包括該固 態成像裝置的成像設備。
背景技術：
目前，已經對固態成像裝置的靈敏度的提高提出了各種建議。一種建議涉及一種 波導結構，其中直接形成在光接收單元上方的孔被填充有高折射率材料(參考日本未審查 專利申請公開號 11-121725，10-326885，以及 2005-294749)。圖5是包括波導結構的固態成像裝置的示例的示意性視圖。光接收單元(光電二 極管)52形成在由諸如硅襯底之類的半導體襯底51的裝置隔離層53隔離的區域中。傳送 柵電極55在光接收單元(光電二極管)52的左側形成在半導體襯底51的柵極絕緣膜54 上。設置了通過接觸層(導電銷)57連接至半導體襯底51的雙層布線層58。雙層布線層 58被絕緣層59覆蓋。鈍化膜(保護膜)61、平面化膜62、顏色濾波器63以及片上透鏡64 形成在絕緣層59上。在光接收單元(光電二極管)52上方形成在絕緣層59中的孔被填充有高折射率 材料層60并構成波導。注意，在圖5中，設置了在通過蝕刻在絕緣層59中形成孔的過程中 起蝕刻停止作用的蝕刻停止膜56。波導光學地將片上透鏡64連接至光接收單元(光電二極管)52。因為起波導的芯 部的作用的高折射率材料層60具有比起覆層作用的絕緣層59的折射率更高的折射率，故 可在高折射率材料層60與絕緣層59之間的界面處將具有比臨界角θ更大的入射角的入 射光全反射。因為在界面處的上述反射，入射光可被傳送至光接收單元(光電二極管)52， 并且可以提高光接收單元(光電二極管)52上的聚光效率。日本未審查專利申請公開號2005-294749提出了一種結構，其中在光接收單元一 側具有透鏡表面的內透鏡被設置在光接收單元上方，并且內透鏡由具有比周圍層的材料的 折射率更高的折射率的材料形成。根據該結構，入射光可被透鏡表面會聚并引導至光接收 單元。連接至內透鏡并設置在內透鏡上方的孔被填充有具有比孔周圍的層的材料的折射率 更高的折射率的材料，從而形成波導。因此，波導可起芯部的作用，周圍層可起覆層的作用， 而入射光可被波導的內壁反射并被引導至光接收單元。因此，可以增大入射光會聚在光接 收單元上的程度，并且可將更多的入射光引導至光接收單元中。
發明內容
已經對在光接收單元上方形成內透鏡的方法提出了各種建議。例如，已經提出了 用于通過各向同性蝕刻來形成透鏡形狀的方法以及用于通過利用硼磷硅(BPSG)玻璃以及 布線的段差(st印difference)的回流處理來形成透鏡形狀的方法。但是，這兩種方法在 控制透鏡的曲率半徑方面存在困難。另一種提出的方法包括形成透鏡形狀，并通過等離子增強化學氣相沉積(CVD)，利用諸如起透鏡材料作用的氮化物膜等的高折射率材料來填充該形狀。但是，根據該方法，因 為圖案變得更細小，并且需要去除形成在其他區域中的氮化物膜，故填充上述形狀較為困 難。此外，盡管希望內透鏡的遠離光接收單元的一個表面的形狀是平坦或凸起的，但通過蝕 刻難以形成這種表面。可以使用化學機械研磨(CMP)，但在控制研磨速率方法存在困難。因 此，難以獲得希望的透鏡形狀。此外，根據上述提出的方法，要通過光刻、蝕刻、掩埋以及平坦化這一系列步驟形 成內透鏡。因此，制造裝置的步驟數量過多，導致成本增加。希望易于控制透鏡形狀，并提供一種便于制造并顯示良好特性(例如高靈敏度) 的固態成像裝置，以及用于制造這種固態成像裝置的方法。還希望提供包括固態成像裝置 的成像設備。根據一個實施例的固態成像裝置包括光接收單元，其形成在半導體基體中并用 于執行光電轉換；絕緣層，其布置在所述半導體基體上；膜，其與所述絕緣層一起構成波導 的覆層，通過涂布技術使所述膜形成在孔的內部的外側部分，所述孔在所述光接收單元的 上方形成在所述絕緣層中；所述波導的芯部，所述芯部由具有比用于所述絕緣層的材料的 折射率以及用于通過所述涂布技術形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料構 成，所述芯部形成在所述孔的所述內部的內側部分；以及內透鏡，其與所述波導一體化，所 述內透鏡在所述孔的底部處在由所述涂布技術形成的所述膜與所述芯部之間的界面處形 成透鏡表面。根據另一實施例的一種用于制造固態成像裝置的方法包括以下步驟在其中形成 有光接收單元的半導體基體上形成絕緣層，所述光接收單元用于執行光電轉換；在所述光 接收單元的上方，在所述絕緣層中形成孔；在包括所述孔的內壁在內的所述絕緣層的表面 上，通過涂布技術形成膜，所述膜與所述絕緣層一起構成波導的覆層，所述膜具有比所述孔 的寬度充分小的厚度，以在所述孔的底部處形成具有透鏡形狀的曲面；形成由用于所述波 導的芯部的材料構成的層，所述材料具有比用于所述絕緣層的材料的折射率以及用于所述 膜的材料的折射率更高的折射率，所述層覆蓋包括所述孔的內部在內的整個表面；并且從 所述孔的所述內部之外的其他區域去除用于所述芯部的所述材料。根據另一實施例的一種成像設備包括聚光光學單元，用于使入射光會聚；固態 成像裝置，其用于接收由聚光光學單元會聚的入射光并執行光電轉換；以及信號處理單元， 其用于對通過所述固態成像裝置進行的光電轉換而獲得的信號進行處理。在該成像設備中 包括的固態成像裝置是具有前述結構的固態成像裝置。根據該固態成像裝置，因為包括芯部及覆層的波導形成在光接收單元的上方，故 入射光可被波導的外壁反射并被導引進入光接收單元。因為通過涂布技術形成了位于絕緣層中的孔的內部的外側部分中的膜，故可通過 因涂布而產生的表面張力來在孔的底部容易地形成構成透鏡表面的曲面。因為在孔的底部通過芯部與由涂布技術形成的膜之間的界面來形成透鏡表面并 且內透鏡與波導一體化，故入射光可被透鏡表面會聚并被導引進入光接收單元。因此，可以 增大光在光接收單元上會聚的程度，并且可將更多入射光引導進入光接收單元。根據用于制造上述固態成像裝置的方法，在包括孔的內壁在內的絕緣層的表面上 通過涂布技術形成與絕緣層一起構成波導覆層的膜，該膜具有比孔的寬度充分小的厚度，由此在孔的底部處形成具有透鏡形狀的曲面。因此，通過用于由涂布技術形成的膜的材料 的表面張力來形成相對于下側(光接收單元一側)具有凸起的透鏡形狀的曲面。因為由用于波導的芯部的材料構成的層(所述材料具有比用于絕緣層的材料的 折射率及用于膜的材料的折射率更高的折射率)被形成為覆蓋包括孔的內部在內的整個 表面，然后對于除孔的內部之外的其他區域去除用于芯部的材料，僅在孔的內部留下用于 芯部的材料。由此形成具有覆層(絕緣層及涂布膜)以及覆層內部的芯部的波導。因為固態成像裝置具有上述結構，故上述成像設備可將更多的入射光導引進入固 態成像裝置的光接收單元。根據本發明的實施例，通過波導及內透鏡的作用，可以提高入射光的會聚程度，并 且可將更多入射光引導進入光接收單元。因此，可以提高靈敏度。此外，因為與絕緣層一起構成波導的覆層的膜通過涂布形成，故可在波導的底部 處方便地形成用于內透鏡的透鏡形狀。因此，可便于對內透鏡的透鏡形狀的控制，并且可方 便地制造固態成像裝置。此外，可以同時形成波導及內透鏡使得彼此集成為一體，由此相較 于當分別形成波導及內透鏡的情況可減少處理步驟的數量。根據本實施例的成像設備，因為提高了固態成像裝置的靈敏度，故通過固態成像 裝置中的光電轉換可充分地獲得信號。因此，可在相對較暗的場所拍攝圖像。因此，可以實 現具有較高靈敏度并且可在相對較暗場所拍攝圖像的成像設備。
圖1是根據一個實施例的固態成像裝置的示意性剖視圖；圖2A至圖2C是示出用于制造圖1所示固態成像裝置的方法的步驟的剖視圖；圖3A及圖3B是示出用于制造圖1所示固態成像裝置的方法的步驟的剖視圖；圖4A及圖4B是示出用于制造圖1所示固態成像裝置的方法的步驟的剖視圖；圖5是包括波導的固態成像裝置的一個示例的示意性剖視圖；而圖6是示出根據一個實施例的成像設備的示意性框圖。
具體實施例方式將以下述順序詳細描述
具體實施例方式1.發明概述2.固態成像裝置的實施例3.成像設備的實施例1.發明概述包括覆層及芯部的波導形成在固態成像裝置的半導體襯底中形成的光接收單元 (光電二極管)上方。形成了在光接收單元一側(下側)具有凸透鏡表面的內透鏡。內透 鏡與波導的底部一體化。波導的覆層包括絕緣層以及對在光接收單元上方形成在絕緣層中 的孔的內壁進行涂布得到的膜。因為在涂布期間產生的表面張力，故可在波導底部方便地 形成構成內透鏡的透鏡表面的曲面。在形成波導的覆層時，在絕緣層的表面上形成與絕緣層一起構成波導覆層的膜， 該表面包括在光接收單元上方形成在絕緣層中的用于波導的孔的內壁。該膜通過涂布技術形成，并具有比孔的寬度充分小的厚度。因此，因為構成該膜的材料的表面張力，該膜在孔 的底部位置處形成曲面，該曲面界定了相對于光接收單元呈凸起的透鏡形狀。因為通過涂布技術形成了膜，故可在波導底部方便地形成用于內透鏡的透鏡形 狀，由此便于對內透鏡的透鏡形狀的控制。隨后，在包括孔的內部在內的整個結構上形成由構成波導芯部的材料(也被稱為 “芯部材料”)形成的層，該材料具有比用于絕緣層和膜的材料的折射率更高的折射率。然 后去除占據孔之外其他區域的芯部材料，使得僅在孔中留下芯部材料。因此，可以形成具有 被覆層包圍的芯部的波導。如上所述，具有由芯部與覆層之間的界面構成的透鏡表面的內透鏡被形成為與波
導一體化。因為入射光通過與波導一體化的內透鏡的透鏡表面會聚并被導引至光接收單元 中，故在光接收單元處光的會聚程度被提高，由此更多的入射光可被導引進入光接收單元。 因此，可以提高固態成像裝置的靈敏度。涂布材料被用作用于與絕緣層一起構成波導覆層的膜的材料以通過利用表面張 力來形成透鏡表面。涂布材料的示例包括旋壓(spin-on)玻璃(SOG)、無機硅氧烷、有機硅 氧烷、聚酰亞胺、聚苯并惡唑以及有機膜。因為覆層具有比芯部的折射率更低的折射率，故在考慮用于芯部的材料的折射率 的情況下對用于膜的材料進行選擇。用于覆層的材料的折射率低于用于芯部的材料的折射 率，由此與用于周圍絕緣層的材料的折射率大致相同。例如，當使用SOG作為用于膜的材料 時，由此形成的膜的折射率約為1. 40至1. 45，這接近于在周圍絕緣層中使用的TEOS形成的 氧化硅層的折射率(1.46)。具有較高折射率的各種材料被用作用于波導的芯部的材料，由此用于芯部的材料 的折射率高于用于周圍絕緣層以及覆層的膜的材料的折射率。其示例包括諸如聚酰亞胺樹 脂(折射率η = 1. 65)、聚苯并惡唑(η = 1. 7)、硅氧烷(η = 1. 5)、含TiO2的硅氧烷(η = 1. 7)以及有機樹脂(η = 1. 65)等具有相對較高折射率的樹脂；以及諸如TiO2 (η = 2. 0)及 Ta2O5(η = 2. 16)等具有相對較高折射率的金屬氧化物。與覆層的膜類似，用于波導的芯部的材料可以是涂布材料。當芯部由涂布材料形 成時，可以使用相同的涂布設備來形成覆層的膜以及芯部，并且可以連續地執行形成覆層 的膜及芯部的涂布步驟。用于波導的芯部的材料并不限于涂布材料，而可以是可填充孔的內部的任何材 料。例如，可利用原子層沉積(ALD)技術或化學氣相沉積技術(CVD)等技術通過填充孔的 內部來形成芯部。當使用硅氧烷(無機或有機硅氧烷)作為用于波導的覆層的膜的材料時，因為硅 氧烷包含大量鍵合至硅的OH基團，故可提高覆層的膜與構成周圍絕緣層及芯部的材料之 間的附著力。這并不限于硅氧烷，當在覆層的膜中使用具有反應基團的材料時，可以提高覆 層的膜與用于絕緣層及芯部的材料之間的附著力。根據目前提出的用于形成內透鏡的方法，如上所述，對透鏡曲率半徑的控制較為 困難，由此導致像素之間透鏡效果的不同以及晶片之間透鏡效果的不同。相反，根據本發明，因為在用于波導的孔的底部通過涂布膜的表面張力形成內透鏡，故可以使內透鏡的曲率半徑統一，可以使透鏡效果統一，并且可方便地控制內透鏡的形 狀。因為波導與內透鏡一體化地形成，故可以同時形成波導及內透鏡。與分別形成波 導及內透鏡的情況相比較，可以抑制界面處的反射，可以提高靈敏度，并且可以顯著減少制 造步驟。因此，可以用更少的步驟方便地制造包括波導及內透鏡的固態成像裝置。根據上述結構，可以通過改變覆層的涂布膜的厚度來改變內透鏡的曲率半徑。例 如，膜越薄，內透鏡的曲率半徑就越小。孔的外壁與絕緣層之間的可潤濕性根據涂布膜的烘焙溫度及溶劑類型等因素而 改變。這也可被用于改變內透鏡的曲率半徑。因此，因為可通過選擇涂布的厚度、烘焙溫度 以及溶劑類型來靈活地改變曲率半徑，故提高了內透鏡的設計自由度。形成覆層的涂布膜被形成為相較于孔的寬度充分薄，由此通過利用表面張力在孔 的底部處形成透鏡表面。涂布膜的厚度可以約為孔的寬度的1/10。著眼于固態成像裝置的當前及未來像素尺寸，用于波導的孔的寬度大致處于 0. 1 μ m至2 μ m的范圍內。當覆層的涂布膜的厚度被控制在Inm至IOOnm的范圍內時，涂布 膜可理想地形成在孔的內壁上，并且可形成透鏡表面而不會產生問題。當與現有技術類似通過利用段差或回流處理來形成內透鏡時，內透鏡的曲率半徑 處于特定范圍內，由此大致確定了用于使入射光會聚在光接收單元(光電二極管)上的、光 接收單元與內透鏡之間的距離。相反，根據上述結構，可以極為靈活地改變內透鏡的曲率半徑，由此可以根據內透 鏡的曲率半徑來改變內透鏡與光接收單元之間的距離。因此，也提高了用于確定內透鏡與 光接收單元之間的距離的自由度。例如，當內透鏡的曲率半徑較小時，會聚深度較大。因此，可以使用于形成波導的 孔的底部遠離光接收單元。當光接收單元遠離孔的底部時，可以進一步減小因為形成孔進 行蝕刻的過程中等離子產生的電荷對半導體基體造成的損壞。在成像設備中使用了上述固態成像裝置。因此，可以提高固態成像裝置的靈敏度， 并且可在固態成像裝置中通過光電轉換獲得充足的信號。因此，可以實現具有高靈敏度并 可在相對較暗的場所捕獲圖像的成像設備。2.固態成像裝置的實施例圖1是根據一個實施例的固態成像裝置的示意性視圖(剖視圖)。圖1是示出固 態成像裝置的一個像素的剖視圖。該實施例涉及互補金屬氧化物半導體(CMOS)型固態成
像裝置。在該固態成像裝置的像素中，執行光電轉換的光接收單元(光電二極管)2在通過 裝置隔離層3隔離的區域中形成在諸如硅襯底的半導體襯底1中。在光接收單元(光電二 極管)2的左側，傳送柵電極5形成在半導體襯底1上的柵極絕緣膜4上。三個布線層8通 過接觸層(導電銷)7連接至半導體襯底1，并被絕緣層9覆蓋。鈍化膜(保護膜)13、三原 色(紅(R)、綠(G)及藍(B))濾波器14、平面膜15以及片上透鏡16形成在絕緣層9上。在本實施例中，通過對在光接收單元2上方形成在絕緣層9中的孔(槽)的內部 進行填充來形成內透鏡。波導10包括布置在絕緣層9中的孔的內部的外側部分的膜11，以及具有比周圍絕緣層9及膜11的折射率更高折射率的芯部12，芯部12形成在膜11的內 側。波導10的覆層包括周圍絕緣層9以及對孔的內壁進行涂布的膜11。膜11優選地具有 比芯部12的折射率更低但與周圍絕緣層9的折射率相等或更高的折射率。在波導10的底部，通過芯部12與膜11之間的界面形成相對于光接收單元2 —側 (下側)凸起的曲面。該曲面構成內透鏡的透鏡表面10A。使用上述涂布材料作為用于波導10的膜11的材料。例如，可以使用無機硅氧烷、 有機硅氧烷、聚酰亞胺、聚苯并惡唑以及有機膜等。當使用涂布材料作為用于膜11的材料 時，利用在對涂布材料進行涂布時產生的表面張力，透鏡表面IOA的形狀可被傳遞至膜11 的位于孔底部處的表面。可以使用上述具有較高反射率的各種材料作為用于波導10的芯部12的材料。其 示例包括諸如聚酰亞胺樹脂(折射率η = 1. 65)、聚苯并惡唑(η = 1. 7)、硅氧烷(η =1.5), 含TiO2的硅氧烷(η = 1. 7)以及有機樹脂(η = 1. 65)等具有相對較高折射率的樹脂；以 及諸如TiO2Oi = 2. 0)等具有相對較高折射率的金屬氧化物。因為波導10內的芯部12的折射率高于周圍覆層(絕緣層9及膜11)的折射率， 故入射光在圖1所示側壁表面IOB處被波導10內的芯部12以及周圍覆層反射。因此，通 過波導10可將入射光向光接收單元2導引。例如可通過下述方法來制造本實施例的固態成像裝置。首先，與現有技術的方法類似，光接收單元(光電二極管)2形成在例如由硅構成 的半導體襯底1中，并且傳送柵電極5形成在半導體襯底1的柵極絕緣膜4上。然后，例如 形成諸如氧化硅層的絕緣層21以覆蓋傳送柵電極5。然后，例如通過等離子處理將氮化硅 膜形成在絕緣層21上，并被圖案化使得一些氮化硅膜殘留在光接收單元2上方以形成蝕刻 停止膜6 (就上述步驟可參考圖2Α)。層間絕緣膜、接觸層7以及布線層8被依次形成，并且整個結構被絕緣層覆蓋。因 此，如圖2Β所示，蝕刻停止膜6、接觸層(導電銷)7以及布線層8被絕緣層9覆蓋。然后，如圖2C所示，通過各向異性蝕刻在絕緣層9中形成將要形成波導的孔22。 例如利用C4F8、02以及Ar通過反應離子蝕刻(RIE)來進行各向異性蝕刻。在各向異性蝕刻過程中，向下形成孔22直至剛好位于蝕刻停止膜6以上或到達蝕 刻停止膜6的中央。在圖2C中，向下形成孔22到達蝕刻停止膜6的中央。可在絕緣層(例如，氧化硅層)9與蝕刻停止膜(等離子氮化硅膜)6之間確保波 導10的蝕刻選擇比率。通過涂布技術將用于形成內透鏡的膜11形成在孔22的內壁上。用于膜11的材 料的示例包括上述涂布材料，例如無機硅氧烷、有機硅氧烷、聚酰亞胺、聚苯并惡唑以及有 機膜。執行用于膜11的材料的涂布使得厚度約為Inm至lOOnm。當在孔22中形成具有 約Inm至IOOnm的厚度的薄膜時，用于膜11的材料停留在孔22的底部，并且由于在用于膜 11的材料與絕緣層9之間作用的表面張力，具有曲率半徑的形狀得以保持(參考圖3A)。然后，如圖3B所示，使孔22填充具有較高折射率的材料以形成芯部12。例如，通 過涂布技術將聚酰亞胺樹脂填充在孔22中。在該處理過程中，通過形成受控的曲率半徑， 先前形成的用于膜11的材料殘留在孔22的底部。因此，芯部12的底部具有透鏡形狀。
通過回蝕(etching back)法或化學機械研磨(CMP)來完全去除絕緣層9的表面 上用于芯部12的材料，以進行總體平坦化處理。因此，如圖4A所示，用于芯部12的材料僅 留在孔22的內部，并且通過覆層(絕緣層9及膜11)以及芯部12形成了波導10。注意，在 絕緣層9的表面上用于芯部12的材料不一定要去除。如圖4A所示，絕緣層9形成在整個表面上以掩埋絕緣層9中的波導10。然后，與現有技術的制造方法類似，如圖4B所示依次形成鈍化膜(保護膜)13、三 原色濾波器14、平面膜15以及片上透鏡16。因此，制成了圖1所示的固態成像裝置。根據本實施例，在光接收單元2 —側具有透鏡表面IOA的內透鏡被形成在光接收 單元(光電二極管)2上方，并且該內透鏡由用于波導10的芯部12的材料(S卩，具有比周 圍絕緣層9更高折射率的材料)構成。因此，入射光可被透鏡表面IOA會聚并被導引進入 光接收單元2。此外，因為覆層(絕緣層9及膜11)以及芯部12構成與內透鏡一體化的波導10， 故入射光可在波導10的側壁表面IOB處被反射并通過內透鏡被導引進入光接收單元2。因此，入射光在光接收單元2上的會聚程度可以被提高，并且更多的光可以被導 引進入光接收單元2。因此，可以提高靈敏度。根據本實施例，內透鏡形成在波導10的底部，并且由與波導10相同的材料構成， 由此與波導10 —體化。因此，可以抑制在波導的內部及內透鏡的內部由具有不同折射率的 材料構成時導致的波導與內透鏡之間的界面處的反射及干涉。因此，可以減小在波導與內 透鏡之間的界面處因反射及干涉導致的損耗，并且可提高光會聚程度。根據本實施例，因為波導10與內透鏡集成一體形成，故可以同時形成波導10及內 透鏡。相較于分別形成波導及內透鏡的情況，可以大大減少制造步驟數量，并且可通過較少 步驟方便地制造包括波導及內透鏡兩者的固態成像裝置。當用于膜11的材料包含附著至絕緣層9的成份時，也可以使膜11具有附著力增 大的功能。當存在少量反應基團時，用于膜11的材料與用于絕緣層9的材料之間的附著力 減小。但是，例如當在膜11中使用硅氧烷(無機或有機硅氧烷)時，通過熱解，鍵合至硅的 OH基團的數量增大，并且附著性得到提高。注意，上述效果并不限于硅氧烷。可在膜11中 使用包含反應基團的材料使得膜11具有類似的提高附著力的功能。在上述實施例中，如圖1所示，光接收單元(光電二極管)2形成在諸如硅襯底 的半導體襯底1中。替代地，可以使用包括半導體襯底及半導體襯底上的半導體外延層 (epitaxial layer)的半導體基體來替代上述半導體襯底，并且光接收單元(光電二極管) 可被形成在半導體外延層中。替代地，可以使用硅之外的其他半導體作為半導體基體。在上述實施例中，通過蝕刻，形成蝕刻停止膜6作為通過蝕刻在絕緣層9中形成孔 22時的停止層。但是，蝕刻停止膜并非關鍵構件，并且可不設置蝕刻停止層來形成用于波導 的孔。設置蝕刻停止膜的優點在于可將用于形成波導的孔的深度控制在特定深度。盡管本實施例涉及CMOS固態成像裝置，但本實施例也可涉及其他結構的固態成 像裝置。例如，可以設置電荷耦合(CCD)型固態成像裝置，其包括在波導的底部處與波導一 體化的內透鏡。通過該裝置也可獲得相同的效果。3.成像設備的實施例下面，將描述成像設備 實施例。
圖6是示出成像設備的實施例的示意性視圖。該成像設備可以是攝像機、數字靜態照相機或移動電話照相機等。參考圖6，成像設備500包括具有固態成像裝置(未示出)的成像單元501。通過 使入射光會聚來形成圖像的圖像形成光學系統502被設置在成像單元501的前級。包括用 于驅動成像單元501的驅動電路以及用于將已經經過固態成像裝置的光電轉換得到的信 號處理成為圖像的信號處理器電路等的信號處理單元503連接在成像單元501后方。可在 圖像存儲單元(未示了)中存儲由信號處理單元503處理得到的圖像信號。在本成像設備500中，可以使用諸如上述作為實施例描述的固態成像裝置作為該 固態成像裝置。因為成像設備500包括上述具有與波導一體化的內透鏡由此具有提高靈敏度的 固態成像裝置，故可在相對較暗環境中拍攝圖像。上述成像設備并不限于具有圖6所示結構的成像設備，而可以是具有固態成像裝 置的任何成像設備。例如，固態成像裝置可形成為單一芯部片或可與成像單元、信號處理器 單元以及光學系統等一起封裝成為模塊，由此實現圖像拍攝功能。上述成像設備可被應用于諸如照相機以及具有成像功能的便攜式應用設備等的 各種成像設備。術語“成像”包括指紋檢測。本發明并不限于上述實施例，而是在不脫離本發明的范圍的前提下可以采用各種 不同形態。本申請包含主題涉及在2009年6月10日向日本專利局遞交的日本在先專利申請 JP 2009-139352中公開的主題，現通過引用將其全部內容包含在本說明書中。本領域的技術人員應該認識到，根據設計需要和其他因素，在所附權利要求的范 圍及其等同范圍內，可以進行各種修改、結合、子結合和替換。
權利要求
一種固態成像裝置，包括光接收單元，其形成在半導體基體中并用于執行光電轉換；絕緣層，其布置在所述半導體基體上；膜，其與所述絕緣層一起構成波導的覆層，通過涂布技術使所述膜形成在孔的內部的外側部分，所述孔在所述光接收單元的上方形成在所述絕緣層中；所述波導的芯部，所述芯部由具有比用于所述絕緣層的材料的折射率以及用于通過所述涂布技術形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料構成，所述芯部形成在所述孔的所述內部的內側部分；以及內透鏡，其與所述波導一體化，所述內透鏡在所述孔的底部處在由所述涂布技術形成的所述膜與所述芯部之間的界面處形成透鏡表面。
2.根據權利要求1所述的固態成像裝置，其中，用于通過所述涂布技術形成的所述膜的所述材料為硅氧烷。
3.一種用于制造固態成像裝置的方法，包括以下步驟在其中形成有光接收單元的半導體基體上形成絕緣層，所述光接收單元用于執行光電 轉換；在所述光接收單元的上方，在所述絕緣層中形成孔；在包括所述孔的內壁在內的所述絕緣層的表面上，通過涂布技術形成膜，以在所述孔 的底部處形成具有透鏡形狀的曲面，所述膜與所述絕緣層一起構成波導的覆層，所述膜具 有比所述孔的寬度充分小的厚度；形成由用于所述波導的芯部的材料構成的層，所述材料具有比用于所述絕緣層的材料 的折射率以及用于所述膜的材料的折射率更高的折射率，所述層覆蓋包括所述孔的內部在 內的整個表面；并且從所述孔的所述內部之外的其他區域去除用于所述芯部的所述材料。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述孔的所述寬度處于0. liim至2iim的范圍內，而所述膜的厚度處于lnm至lOOnm 的范圍內。
5.根據權利要求3所述的方法，其中， 所述芯部也通過涂布技術形成。
6.根據權利要求3所述的方法，其中， 用于所述膜的所述材料為硅氧烷。
7.一種成像設備，包括聚光光學單元，用于使入射光會聚； 固態成像裝置，包括光接收單元，其形成在半導體基體中并用于執行光電轉換； 絕緣層，其布置在所述半導體基體上；膜，其與所述絕緣層一起構成波導的覆層，通過涂布技術使所述膜形成在孔的內部的 外側部分，所述孔在所述光接收單元的上方形成在所述絕緣層中；所述波導的芯部，所述芯部由具有比用于所述絕緣層的材料的折射率以及用于通過所 述涂布技術形成的所述膜的材料的折射率更高的折射率的材料構成，所述芯部形成在所述孔的所述內部的內側部分；以及內透鏡，其與所述波導一體化，所述內透鏡在所述孔的底部處在由所述涂布技術形成 的所述膜與所述芯部之間的界面處形成透鏡表面；以及信號處理單元，其用于對通過所述固態成像裝置進行的光電轉換而獲得的信號進行處理。
全文摘要
本發明涉及固態成像裝置、用于制造固態成像裝置的方法和成像設備。該固態成像裝置包括光接收單元，其形成在半導體基體中并用于執行光電轉換；絕緣層，其布置在半導體基體上；膜，其與絕緣層一起構成波導的覆層，通過涂布技術使膜形成在孔的內部的外側部分，所述孔在光接收單元上方形成在絕緣層中；波導的芯部，芯部由具有比用于絕緣層的材料的折射率以及用于通過涂布技術形成的膜的材料的折射率更高的折射率的材料構成，芯部形成在孔的內部的內側部分；以及內透鏡，其與波導一體化，內透鏡具有在所述孔的底部處在由涂布技術形成的膜與芯部之間的界面處形成的透鏡表面。
文檔編號H04N5/335GK101924114SQ20101019632
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月10日
發明者松谷弘康 申請人:索尼公司