專(zhuān)利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
使用CXD和CMOS APS等作為圖像傳感器并記錄所拍攝的圖像的諸如數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等的攝像設(shè)備已經(jīng)出售了一段時(shí)間。這種圖像傳感器試圖通過(guò)增加像素的數(shù)量來(lái)提高圖像質(zhì)量。為此，構(gòu)成圖像傳感器的各像素的表面積已逐年減小，結(jié)果，圖像傳感器的受光部的表面積也減小了。受光部的表面積的減小也引起了感光度降低，因而提出了以下的圖像傳感器通過(guò)在入射面和受光部之間設(shè)置用于將光引導(dǎo)至受光部中的光導(dǎo)來(lái)改善集光特性(參見(jiàn)日本特開(kāi)平4-73532)。順便來(lái)說(shuō)，圖像傳感器由二維排列的多個(gè)像素構(gòu)成，并且這些像素包括受光部開(kāi)口的有效像素和被遮蔽的OB(光學(xué)黑體)像素。期望這些OB像素具有與有效像素相同的特性，但已知發(fā)生稱為“0B能級(jí)差”的現(xiàn)象。即，通過(guò)諸如鋁等的遮蔽構(gòu)件遮蔽OB像素，這導(dǎo)致光電二極管和遮蔽構(gòu)件之間出現(xiàn)寄生電容；這又導(dǎo)致有效像素和OB像素之間不同的表面能級(jí)(參見(jiàn)日本特開(kāi)2005-175930)。在具有如之前所述的光導(dǎo)的圖像傳感器中，OB像素通常不具有光導(dǎo)，這可能有更容易發(fā)生OB能級(jí)差的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了將光導(dǎo)也嵌入OB像素中的圖像傳感器(參見(jiàn)日本特開(kāi)2007-141873)。日本特開(kāi)2007-141873所公開(kāi)的技術(shù)是消除OB能級(jí)差的有用技術(shù)。然而，因?yàn)镺B 像素的光導(dǎo)的尺寸和有效像素的光導(dǎo)的尺寸不同，因此仍然存在殘留小程度的OB能級(jí)差的可能性。盡管作為用于消除程度小的殘留OB能級(jí)差的有效方式，日本特開(kāi)2007-141873 提到使用形狀相同的光導(dǎo)，但其沒(méi)有公開(kāi)實(shí)現(xiàn)這種方式的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠減少OB能級(jí)差的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換像素，包括第一光電轉(zhuǎn)換元件、位于所述第一光電轉(zhuǎn)換元件上方的第一配線層、在所述第一配線層之間形成的第一層間絕緣膜以及在所述第一層間絕緣膜中由第一材料形成的第一光導(dǎo)；以及遮光像素，包括第二光電轉(zhuǎn)換元件、位于所述第二光電轉(zhuǎn)換元件上方的第二配線層、在所述第二配線層之間形成的第二層間絕緣膜、在所述第二層間絕緣膜中由具有與所述第一材料不同的特性的第二材料形成的第二光導(dǎo)以及在所述第二光導(dǎo)上方形成的用于遮蔽所述第二光電轉(zhuǎn)換元件和所述第二光導(dǎo)的遮光層。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的制造方法是用于制造圖像傳感器的方法，所述圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換元件、多個(gè)配線層、在所述多個(gè)配線層之間的層間絕緣膜中形成的光導(dǎo)以及在所述多個(gè)配線層上方形成的遮光層，所述圖像傳感器具有所述光電轉(zhuǎn)換元件被所述遮光層遮蔽的遮光像素以及所述光電轉(zhuǎn)換元件未被所述遮光層遮蔽的光電轉(zhuǎn)換像素，
3所述方法包括第一步驟，用于在所述多個(gè)配線層之間形成所述層間絕緣膜；第二步驟，用于在所述第一步驟之后、在所述遮光像素的層間絕緣膜中形成所述光導(dǎo)；第三步驟，用于在所述第二步驟之后、在所述光電轉(zhuǎn)換像素的層間絕緣膜中形成所述光導(dǎo)；以及第四步驟，用于在所述第三步驟之后、在所述遮光像素和所述光電轉(zhuǎn)換像素上形成所述遮光層，其中，所述光電轉(zhuǎn)換像素的光導(dǎo)由第一材料形成，并且所述遮光像素的光導(dǎo)由具有與所述第一材料不同的特性的第二材料形成。通過(guò)以下參考附圖對(duì)典型實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是粗略地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示意性地示出圖像傳感器中的像素的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖3A是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖;3B是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3C是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3D是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3E是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3F是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3G是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖3H是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖31是示意性地示出圖像傳感器的制造方法的圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖1中的圖像傳感器包括二維排列像素的像素陣列101、用于選擇像素陣列101中的行的垂直選擇電路102、和用于選擇像素陣列101中的列的水平選擇電路104。圖像傳感器還包括讀出電路103，讀出電路103用于從垂直選擇電路102和水平選擇電路104所選擇的像素陣列101的像素中讀出信號(hào)。注意，除了圖1所示的構(gòu)成元件以外，圖像傳感器還包括例如控制電路以及用于管理垂直選擇電路102、水平選擇電路104和讀出電路103等的定時(shí)的定時(shí)生成器等。垂直選擇電路102順序選擇像素陣列101的多個(gè)行，而水平選擇電路104順序選擇像素陣列的多個(gè)列，以順序選擇構(gòu)成垂直選擇電路102所選擇的行的多個(gè)像素。像素陣列101由二維陣列形式的多個(gè)像素構(gòu)成，以提供二維圖像。圖2是示意性地示出像素陣列101中的像素的截面結(jié)構(gòu)的圖。在圖2中，201表示通過(guò)遮蔽配線層207 (后述的第三配線層)光學(xué)地遮蔽的OB像素(遮光像素)。202表示有效像素(光電轉(zhuǎn)換像素)。203表示用作光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(以下稱為“PD”)，并且將光電二極管設(shè)置在OB像素201和有效像素202的半導(dǎo)體基板內(nèi)(第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件)。204表示POLY配線層；205表示位于PD 203上方的第一配線層；206表示第二配線層；以及207表示第三配線層。利用該多個(gè)配線層，將從PD 203進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號(hào)讀出至讀出電路103，并且還供給讀出所需的電源/GND。針對(duì)OB像素和有效像素以相同的方式設(shè)置這些多個(gè)配線層(第一配線層和第二配線層)。第一至第三配線層205、206和207由鋁或銅等形成。第三配線層207是離PD 203最遠(yuǎn)的配線層，并且在OB像素中，通過(guò)在OB像素的整個(gè)表面上形成第三配線層 207(遮光層)來(lái)遮蔽PD 203。另一方面，在有效像素202中，在第三配線層207的中心部設(shè)置開(kāi)口部以使得光可以通過(guò)，并且僅遮蔽其周?chē)?。將層間絕緣膜形成在層204、205、206 和207之間(第一層間絕緣膜和第二層間絕緣膜)。層間絕緣膜212由具有低折射率的材料形成。例如，層間絕緣膜212由氧化硅膜(Si02，折射率1.46)或BPSG膜(折射率1. 46) 等形成。210表示顏色濾波器層；211表示微透鏡；以及213表示保護(hù)膜。在層間絕緣膜中形成光導(dǎo)208和209。使用具有彼此不同的介電常數(shù)的材料(即， 具有不同特性的材料)來(lái)形成OB像素201的光導(dǎo)208 (第一光導(dǎo))和有效像素202的光導(dǎo) 209(第二光導(dǎo))。有效像素202的光導(dǎo)209由具有比層間絕緣膜的折射率高的材料(第一材料)構(gòu)成。例如，光導(dǎo)209由SiN(折射率2.0)形成。針對(duì)OB像素201，第三配線層207 也位于光導(dǎo)208上方，因此，PD 203和遮蔽配線層(第三配線層)207之間的寄生電容與有效像素202的寄生電容不同。在SiN(相對(duì)介電常數(shù)大約為7 9)用于光導(dǎo)的情況下，該差異特別顯著。因此，OB像素201的光導(dǎo)208由具有比有效像素202的光導(dǎo)209低的折射率的材料(第二材料)形成。與光導(dǎo)209的組成不同并且折射率較低的SiN是最佳的。然而，也可以使用其它材料(例如，310則相對(duì)介電常數(shù)大約為2.5))。此外，基于光導(dǎo)208或 209的形狀，可以不使用單一材料、而使用多種材料來(lái)形成光導(dǎo)208。例如，在SiN用作光導(dǎo)208的材料的情況下，SiN的組成在中途變化，結(jié)果使用具有不同介電常數(shù)的兩種類(lèi)型的 SiN?，F(xiàn)在基于圖3A 31說(shuō)明前述的圖像傳感器的制造方法。首先，如圖3A所示，在OB像素201和有效像素202中，均形成層間絕緣膜212以從POLY配線層204覆蓋至第二配線層206 (第一步驟)。接著，如圖所示，在要形成光導(dǎo)208的OB像素201的區(qū)域中的層間絕緣膜中使用光刻法和蝕刻處理來(lái)形成槽。然后，如圖3C所示，使用諸如等離子CVD等的方法在光導(dǎo)208內(nèi)累積嵌入材料(第二步驟)。如之前所述，盡管期望使用具有低介電常數(shù)的組成的SiN，但是可以使用SiON或復(fù)合材料等。接著，如圖3D所示，使用諸如CMP或回蝕等的方式從光導(dǎo)208以外的區(qū)域去除額外的SiN。接著，如圖3E所示，以與圖:3B所示的步驟相同的方式，在要形成光導(dǎo)209的有效像素202的區(qū)域中的層間絕緣膜中，使用光刻法和蝕刻處理來(lái)形成槽。此時(shí)，優(yōu)選使用抗蝕劑等保護(hù)光導(dǎo)208(未示出)。然后，如圖3F所示，使用諸如等離子CVD等的方法在光導(dǎo) 209內(nèi)累積嵌入材料(第三步驟)。針對(duì)嵌入光導(dǎo)209中的第一材料，選擇具有比嵌入光導(dǎo) 208中的第二材料高的介電常數(shù)的材料。期望使用具有較高的介電常數(shù)的組成的SiN。接著，如圖3G所示，使用諸如CMP或回蝕等的方式從光導(dǎo)208和209以外的區(qū)域去除額外的 SiN和抗蝕劑等。接著，如圖3H所示，形成作為最上層并且用作遮光層的第三配線層207(第四步驟)。這里，在OB像素201的整個(gè)表面上形成最上層的第三配線層207，因此，OB像素201 處于永久遮蔽狀態(tài)。同時(shí)，針對(duì)有效像素202，使得最上層的配線層開(kāi)口以允許光進(jìn)入光導(dǎo)209。最后，如圖31所示，在第三配線層207上形成保護(hù)層213，然后在保護(hù)層213上形成顏色濾波器層210和微透鏡211。以這種方式制造圖像傳感器使得在OB像素201的光導(dǎo)208和有效像素202的光導(dǎo)209中嵌入具有不同介電常數(shù)的材料。選擇材料使得可以在OB像素201和有效像素202 中實(shí)現(xiàn)相似程度的寄生電容，從而可以減少OB能級(jí)差。將基于圖4詳細(xì)說(shuō)明將上述圖像傳感器應(yīng)用在用作攝像設(shè)備的數(shù)字照相機(jī)中的例子。在圖4中，901表示在圖像傳感器905上形成被攝體的光學(xué)圖像的透鏡部；通過(guò)透鏡驅(qū)動(dòng)單元902進(jìn)行變焦控制、調(diào)焦控制和光圈控制等。903表示由快門(mén)驅(qū)動(dòng)單元904控制的機(jī)械快門(mén)。905表示將由透鏡部901形成的被攝體圖像輸出為圖像信號(hào)的圖像傳感器， 而906表示對(duì)從圖像傳感器905輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行各種校正、并進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮等的攝像信號(hào)處理電路。907表示將各種定時(shí)信號(hào)輸出至圖像傳感器905和攝像信號(hào)處理電路906 的定時(shí)生成電路；909表示進(jìn)行各種計(jì)算并整體控制攝像設(shè)備的控制電路；以及908表示用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。910表示用于記錄至記錄介質(zhì)911或者從記錄介質(zhì)911讀出的記錄介質(zhì)控制I/F單元；911表示用于記錄或讀出圖像數(shù)據(jù)的諸如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的可移除記錄介質(zhì)；以及912表示用于顯示各種信息或所拍攝圖像等的顯示單元。接著，將說(shuō)明如上所述配置的數(shù)字照相機(jī)在拍攝時(shí)的操作。當(dāng)接通主電源時(shí)，也接通控制系統(tǒng)的電源，此外，也接通至諸如攝像信號(hào)處理電路 906等的攝像系統(tǒng)電路的電源。之后，當(dāng)按下釋放按鈕(未示出)時(shí)，提取從焦點(diǎn)檢測(cè)單元 914輸出的信號(hào)的高頻成分，并且控制電路909進(jìn)行關(guān)于是否聚焦于被攝體的計(jì)算。之后， 通過(guò)透鏡驅(qū)動(dòng)單元902驅(qū)動(dòng)透鏡部901，并判斷透鏡部901是否聚焦；如果判斷為透鏡部 901未聚焦，則在再次驅(qū)動(dòng)透鏡部之后進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)。然后，在將透鏡部確認(rèn)為處于聚焦之后，開(kāi)始攝像操作。當(dāng)攝像操作結(jié)束時(shí)，從圖像傳感器905輸出的圖像信號(hào)在攝像信號(hào)處理電路906中經(jīng)過(guò)圖像處理，然后通過(guò)控制電路909寫(xiě)入存儲(chǔ)器908中。在控制電路909的控制下，經(jīng)由記錄介質(zhì)控制I/F單元910將存儲(chǔ)器908中所累積的數(shù)據(jù)記錄在諸如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的可移除記錄介質(zhì)911中。也可以經(jīng)由未示出的外部I/F單元將數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)等，然后可以在計(jì)算機(jī)中對(duì)圖像進(jìn)行編輯。盡管已經(jīng)參考典型實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的典型實(shí)施例。所附權(quán)利要求書(shū)的范圍符合最寬的解釋?zhuān)园羞@類(lèi)修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。本申請(qǐng)要求于2009年4月2日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)2009-090485的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括光電轉(zhuǎn)換像素，包括第一光電轉(zhuǎn)換元件、位于所述第一光電轉(zhuǎn)換元件上方的第一配線層、在所述第一配線層之間形成的第一層間絕緣膜以及在所述第一層間絕緣膜中由第一材料形成的第一光導(dǎo)；以及遮光像素，包括第二光電轉(zhuǎn)換元件、位于所述第二光電轉(zhuǎn)換元件上方的第二配線層、在所述第二配線層之間形成的第二層間絕緣膜、在所述第二層間絕緣膜中由具有與所述第一材料不同的特性的第二材料形成的第二光導(dǎo)以及在所述第二光導(dǎo)上方形成的用于遮蔽所述第二光電轉(zhuǎn)換元件和所述第二光導(dǎo)的遮光層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料具有不同的介電常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二材料的介電常數(shù)比所述第一材料的介電常數(shù)低。
4.一種用于制造圖像傳感器的方法，所述圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換元件、多個(gè)配線層、 在所述多個(gè)配線層之間的層間絕緣膜中形成的光導(dǎo)以及在所述多個(gè)配線層上方形成的遮光層，所述圖像傳感器具有所述光電轉(zhuǎn)換元件被所述遮光層遮蔽的遮光像素以及所述光電轉(zhuǎn)換元件未被所述遮光層遮蔽的光電轉(zhuǎn)換像素，所述方法包括第一步驟，用于在所述多個(gè)配線層之間形成所述層間絕緣膜；第二步驟，用于在所述第一步驟之后、在所述遮光像素的層間絕緣膜中形成所述光導(dǎo)；第三步驟，用于在所述第二步驟之后、在所述光電轉(zhuǎn)換像素的層間絕緣膜中形成所述光導(dǎo)；以及第四步驟，用于在所述第三步驟之后、在所述遮光像素和所述光電轉(zhuǎn)換像素上形成所述遮光層，其中，所述光電轉(zhuǎn)換像素的光導(dǎo)由第一材料形成，并且所述遮光像素的光導(dǎo)由具有與所述第一材料不同的特性的第二材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料具有不同的介電常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二材料的介電常數(shù)比所述第一材料的介電常數(shù)低。
全文摘要
圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換像素，包括進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換元件、和在位于光電轉(zhuǎn)換元件上方的層間絕緣膜中由第一材料形成的光導(dǎo)；以及遮光像素，包括進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換元件、在位于光電轉(zhuǎn)換元件上方的層間絕緣膜中由與第一材料不同的第二材料形成的光導(dǎo)、以及在光導(dǎo)上方形成的遮光層。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102388456SQ20108001573
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者岸隆史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社