固态图像拾取装置及其制造方法和图像拾取装置
阅读：149发布：2023-02-19
专利汇可以提供固态图像拾取装置及其制造方法和图像拾取装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且固态图像拾取装置包括衬底、布线层和 波导 。衬底提供有由多个 像素 组成的像素阵列部分，每个像素具有将入射光转换为电 信号 的光电转换器。布线层包括多条布线和 覆盖 层压 在衬底之上的多条布线的绝缘层。波导将光引导到多个像素的每个光电转换器，波导被形成在布线层中。波导被形成来具有光从其离开波导的波导出口端，使得在由波导引导的光的 波长 更长时，波导出口端和从波导接收光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。，下面是固态图像拾取装置及其制造方法和图像拾取装置专利的具体信息内容。
1.一种固态图像拾取装置，包括：
衬底，提供有由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有光电转换器，所述光电转换器将入射光转换为电信号；
布线层，包括多条布线和覆盖所述多条布线的绝缘层，所述多条布线被层压在所述衬底之上；以及
波导，用于将光引导到所述多个像素的光电转换器的每个，所述波导被形成在所述布线层中，所述波导被形成为具有光从其离开所述波导的波导出口端，使得在由所述波导引导的光的波长更长时，所述波导出口端和接收来自所述波导的光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
2.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，
其中所述波导包括用于第一颜色、第二颜色和第三颜色的像素的波导，所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色按该顺序具有变短的波长，以及
其中，将在用于所述第一颜色的像素的波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离设置为比在用于所述第二颜色的像素的波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离短，以及将在用于所述第二颜色的像素的波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离设置为比在用于所述第三颜色的像素的波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离短。
3.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，
其中所述波导包括红色像素波导、绿色像素波导和蓝色像素波导，以及
其中将所述红色像素波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离设置为比所述绿色像素波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离短，以及将所述绿色像素波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离设置为比所述蓝色像素波导的波导出口端和光电转换器的表面之间的距离短。
4.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，
其中由每个波导引导的光的波长与波导出口端和光电转换器的表面之间的距离成反比。
5.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，还包括：
微透镜，用于将入射光通过颜色滤波器引导到每个波导的光入射侧。
6.一种固态图像拾取装置，包括：
衬底，提供有由具有光电转换器的多个像素组成的像素阵列部分，所述光电转换器将入射光转换为电信号并具有相同的高度；
布线层，包括多条布线和覆盖所述多条布线的绝缘层，所述多条布线被层压在所述衬底之上；以及
波导，用于将光引导到所述多个像素的光电转换器的每个，所述波导被形成在所述布线层中，所述波导包括多个波导，所述多个波导的光入射端具有相同的高度，并且在由所述多个波导引导的光的波长更长时，所述多个波导的深度被设置得更深。
7.一种制造固态图像拾取装置的方法，包括：
在衬底上形成由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有将入射光转换为电信号的光电转换器；
在所述衬底之上形成包括多层布线和覆盖所述布线的绝缘层的布线层；以及在所述布线层中形成将光引导到所述多个像素的每个的光电转换器的波导，其中，所述波导被形成为具有光从其离开所述波导的波导出口端，使得在由所述波导引导的光的波长更长时，所述波导出口端和接收来自所述波导的光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
8.根据权利要求7所述的制造固态图像拾取装置的方法，还包括：
在在所述绝缘层中形成蚀刻终止层使得将蚀刻终止层的每个的表面设置在定义从光电转换器的表面到所述波导的下表面的高度的位置处的状态中，通过蚀刻所述绝缘层直到蚀刻终止层的预定一个来形成波导孔；以及
通过将波导材料填充在所述波导孔中来形成波导。
9.根据权利要求7所述的制造固态图像拾取装置的方法，还包括：
在于所述绝缘层中形成蚀刻终止层使得将蚀刻终止层的每个的底面设置在定义从光电转换器的表面到所述波导的下表面的高度的位置处的状态中，通过蚀刻所述绝缘层直到蚀刻终止层的预定一个并且蚀刻该蚀刻终止层来形成波导孔；以及
通过将波导材料填充在所述波导孔中来形成波导。
10.根据权利要求9所述的制造固态图像拾取装置的方法，
其中由与所述布线层中形成的布线相同的层形成的虚拟图案来形成每个蚀刻终止层。
11.根据权利要求10所述的制造固态图像拾取装置的方法，
其中所述虚拟图案具有在其上形成阻挡层的表面。
12.一种图像拾取装置，包括：
光收集光学部分，用于收集入射光；
固态图像拾取装置，用于接收由所述光收集光学部分收集的光并且执行光电转换；以及
信号处理部分，用于处理通过所述光电转换得到的信号，
其中所述固态图像拾取装置包括：衬底，提供有由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有将入射光转换为电信号的光电转换器；布线层，包括多条布线和覆盖层压在所述衬底之上的所述多条布线的绝缘层；以及波导，用于将光引导到所述多个像素的光电转换器的每个，所述波导被形成在所述布线层中，所述波导被形成为具有光从其离开所述波导的波导出口端，使得在由所述波导引导的光的波长更长时，所述波导出口端和从所述波导接收光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
固态图像拾取装置及其制造方法和图像拾取装置
技术领域
[0001] 本发明涉及固态图像拾取装置、制造固态图像拾取装置的方法和图像拾取装置。
背景技术
[0002] 响应于像素数量的增加和像素尺寸的小型化的进展，提出了使用波导结构作为用于在固态图像传感器中增加每个像素的光收集效率的装置的技术。特别地，在CMOS图像传感器中，为了在光敏二极管的光入射侧上形成金属布线，将入射光引导到光敏二极管、同时限制(confine)光并避免金属布线的波导结构正变成必要的技术。
[0003] 将对现有技术中具有波导结构的固态图像传感器的例子进行描述。
[0004] 在现有技术中的固态图像传感器中，充当光电转换器的光敏二极管被形成在由在硅衬底上形成的元件分离绝缘薄膜等分离的区域中。在与光电转换器邻接的硅衬底的上表面上，通过由二氧化硅薄膜等形成的栅极绝缘薄膜来布置传输栅极(transfer gate)电极。而且，在硅衬底的上表面上，形成由多个金属布线组成的布线层，并且布线层之间的金属布线通过通孔(穿孔(bearhole))恰当地互连。
[0006] 在相应于微透镜和光敏二极管的位置处，形成经过布线层的波导。通过嵌入具有小的光吸收属性的薄膜来形成波导。
[0007] 波导将片上透镜和光敏二极管光学地相连，并且具有将片上透镜上的入射光有效引导到光敏二极管的功能。因此，在波导中，填充了折射率比形成布线层的绝缘薄膜的材料高的材料(例如，参见日本专利申请特开No.2003-224249)。
[0008] 伴随最小化，减小了入射光的绝对量，并且也减小了检测光的光敏二极管的光接收面积。如果减小的程度对于颜色(RGB)相同，则各颜色的频谱平衡(spectral balance)与前代的频谱平衡相同，并且仅仅需要在很小的程度上改善前代的器件设计和电路设计。
[0009] 当入射光束具有相同的光量时，例如，在1.75μm□单元(cell)和1.1μm□单元的情况下，伴随最小化，1.1μm□单元中的各颜色的量子效率存在区别。不管颜色如何，进入片上透镜的光(自然光)的光量相同。因此，如果在诸如片上透镜、颜色滤波器、平面化薄膜之类的通过其引导入射光的部件中的光损失恒定，则从各颜色输出的信号与量子效率成比例，结果是各颜色的平衡(频谱平衡)可能恶化。
[0010] 存在一些关于纠正频谱平衡的报告。
[0011] 在刚好在布置片上透镜的位置下的像素和远离该位置的像素之间，入射光量是不同的。因此，将远离的像素的波导直径设置为粗(thick)(例如，参见日本专利申请特开No.2006-190766)。
[0012] 另外，在使光入射到固态图像传感器的光敏二极管的一侧上的系统中，在硅衬底上形成沟渠(trench)，沟渠的深度对于每种颜色设置不同，并且改变从沟渠的下表面到光敏二极管的距离(例如，参见日本专利申请特开No.2007-184603)。
发明内容
[0013] 存在伴随像素的小型化的频谱平衡恶化问题。
[0015] 根据本发明的实施例，提供了包括衬底、布线层和波导的固态图像拾取装置。衬底提供有由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有光电转换器。光电转换器将入射光转换为电信号。布线层包括多条布线和覆盖多条布线的绝缘层。多条布线被层压在衬底之上。波导将光引导到多个像素的每个光电转换器。波导被形成在布线层中。波导被形成来具有光从其离开波导的波导出口端，使得在由波导引导的光的波长更长时，波导出口端和从波导接收光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
[0016] 在根据本发明实施例的固态图像拾取装置中，在由波导引导的光的波长更长时，将光从其离开波导的波导出口端和接收离开波导的光的光电转换器的表面之间的距离设置得更短。所以，有可能在由于颜色的波长引起的来自波导出口端的光的扩散角的差别中调整频谱平衡。
[0017] 根据本发明的另一实施例，提供了一种制造固态图像拾取装置的方法。制造固态图像拾取装置的方法包括：在衬底上形成由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有将入射光转换为电信号的光电转换器；在衬底之上形成包括多层布线和覆盖布线的绝缘层的布线层；以及在布线层中形成将光引导到多个像素的每个的光电转换器的波导。波导被形成来具有光从其离开波导的波导出口端，使得在由波导引导的光的波长更长时，波导出口端和从波导接收光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
[0018] 在根据本发明实施例的制造固态图像拾取装置的方法中，在由波导引导的光的波长更长时，将光从其离开波导的波导出口端和接收离开波导的光的光电转换器的表面之间的距离设置得更短。所以，在由于颜色的波长引起的来自波导出口端的光的扩散角的差别中，有可能调整频谱平衡。
[0019] 根据本发明的另一实施例，提供了包括光收集光学部分、固态图像拾取装置和信号处理部分的图像拾取装置。光收集光学部收集入射光。固态图像拾取装置接收由光收集光学部分收集的光并且执行光电转换。信号处理部分处理通过光电转换得到的信号。固态图像拾取装置包括：衬底，提供有由多个像素组成的像素阵列部分，每个像素具有将入射光转换为电信号的光电转换器；布线层，包括多条布线和覆盖被层压在衬底之上的多条布线的绝缘层；以及波导，用于将光引导到多个像素的每个光电转换器，波导被形成在布线层中，波导被形成来具有光从其离开波导的波导出口端，使得在由波导引导的光的波长更长时，波导出口端和从波导接收光的光电转换器的表面之间的距离变得更短。
[0020] 在根据本发明实施例的图像拾取装置中，有可能在由于颜色的波长引起的来自波导出口端的光的扩散角的差别中调整频谱平衡。
[0021] 本发明的固态图像拾取装置可以调整频谱平衡。从而，在为更自然颜色的图像进行调整中，可以得到图像合成余量，并且可以容易地执行颜色纠正，所以可以提供得到颜色重现性能优异的图像的优点。
[0022] 通过本发明的制造固态图像拾取装置的方法，可以调整频谱平衡。从而，在为更自然颜色的图像进行调整中，可以得到图像合成余量，并且可以容易地执行颜色纠正，所以可以提供得到颜色重现性能优异的图像的优点。
[0023] 本发明的图像拾取装置，可以调整频谱平衡。从而，在为更自然颜色的图像进行调整中，可以得到图像合成余量，并且可以容易地执行颜色纠正，所以可以提供得到颜色重现性能优异的图像的优点。
附图说明
[0025] 图1是示出固态图像拾取装置的结构的第一例子的示意性横截面图；
[0026] 图2是从波导出口端到光电转换器的光路径图；
[0027] 图3是示出效率和从波导出口端到光电转换器的距离之间的关系的图形；
[0028] 图4是示出效率的倒数和从波导出口端到光电转换器的距离之间的关系的图形；
[0029] 图5A、5B是用于解释第一比较性例子的示意结构的横截面示意图以及示出效率和波长之间的关系的图形；
[0030] 图6A、6B是从微透镜到波导的入口的光路径图以及示出从波导出口端到光电转换器的效率和波长之间关系的图形；
[0031] 图7A、7B是用于解释第二比较性例子的示意结构的横截面示意图以及示出效率和波长之间的关系的图形；
[0032] 图8是示出固态图像拾取装置的结构的第二例子的示意性横截面图；
[0033] 图9A、9B是示出制造固态图像拾取装置的方法的第一例子的制造工艺横截面示意图；
[0034] 图10A、10B、10C是示出制造固态图像拾取装置的方法的第一例子的制造工艺横截面示意图；
[0035] 图11A、11B、11C是示出制造固态图像拾取装置的方法的第一例子的制造工艺横截面示意图；
[0036] 图12A、12B是示出制造固态图像拾取装置的方法的第二例子的制造工艺横截面示意图；
[0037] 图13A、13B、13C是示出制造固态图像拾取装置的方法的第二例子的制造工艺横截面示意图；
[0038] 图14A、14B是示出制造固态图像拾取装置的方法的第三例子的制造工艺横截面示意图；
[0039] 图15A、15B、15C是示出制造固态图像拾取装置的方法的第三例子的制造工艺横截面示意图；以及
[0040] 图16是示出根据本发明的第三实施例的图像拾取装置的例子的框图。
具体实施方式
[0041] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
[0042] <1.第一实施例>
[0043] (固态图像拾取装置的结构的第一例子)
[0044] 将参考图1的示意结构的横截面示意图描述根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的结构的第一例子。
[0045] 如图1所示，在衬底11上，提供了由多个像素12组成的像素阵列部分13，每个像素包括光电转换器21。光电转换器21将入射光转换为电信号。对于衬底11，例如将硅衬底用作半导体衬底。光电转换器21例如由光敏二极管形成。而且在衬底11上，通过栅极绝缘薄膜22，相邻于光电转换器21形成传输栅极电极23。
[0046] 而且，在衬底11上，形成覆盖光电转换器21、传输栅极电极23等的保护薄膜41。在保护薄膜41上，形成平面化薄膜42。
[0047] 在衬底11之上，即在平面化薄膜42上，累积多条布线32，并且形成包括覆盖多条布线32的绝缘层34的布线层31。
[0049] 绝缘层34例如由二氧化硅或低介电常数的材料形成。例如，在绝缘层由二氧化硅或基于二氧化硅(silicon-oxide-based)的材料构成的情况下，绝缘层34具有1.4至1.5的折射率。
[0050] 在布线层31中，形成波导14(14B、14G和14R)。波导14将光引导到多个像素12的光电转换器21。波导14可以部分地在平面化薄膜42中形成。作为例子，图1中，波导14R部分地形成在平面化薄膜42中。
[0051] 将详细描述波导14。
[0052] 通过将波导材料36填充到波导孔35中来形成每个波导14。波导孔35在布线层31中形成以与布线32分离。例如，如图1所示，波导材料36填充波导孔35，并且还在布线层31的绝缘层34的上部上被形成。因此，填充在波导孔35中的波导材料36充当波导14。
[0053] 另外，在波导14中，当由波导14引导的光束的波长更长时，在光从其离开波导14的波导出口端14E和接收离开的光的光电转换器21的表面之间的距离L(Lb、Lg和Lr)被设置得更短。波导出口端14E相应于波导孔35的底部。
[0054] 形成波导14的波导材料36由具有比绝缘层34的折射率高的折射率的材料形成，具体地，例如具有在可见光区域中的波长的高透射率的材料。材料的例子包括氮化硅薄膜、金刚石(diamond)薄膜、金刚石和基于有机物(organic-based)的材料的合成材料薄膜、氧化钛和基于有机物的材料的合成材料薄膜等。
[0055] 波导14由第一颜色(红色)像素波导14R、第二颜色(绿色)像素波导14G和第三颜色(蓝色)波导14B组成。第一颜色(红色)、第二颜色(绿色)和第三颜色(蓝色)的波长按上述顺序变短。例如，得到红色波长λr＝650nm、绿色波长λg＝550nm以及蓝色波长λb＝450nm。在各颜色的峰值光强度处得到这些波长。
[0056] 另外，在每个波导14之上(光入射侧)，通过覆盖波导材料36的平面化薄膜44形成颜色滤波器51。在颜色滤波器51上，形成将入射光引导到每个波导14的光入口的微透镜52。
[0057] 以这样的方式，通过每个波导14，微透镜52和光电转换器21彼此光学地连接。
[0058] 下面，将对波导出口端14E和接收从波导14离开的光的光电转换器21的表面之间的距离L进行描述。
[0059] 将经过红色滤波器51R的红光从其离开的波导14R的波导出口端14E和接收离开波导14R的光的光电转换器21的表面之间的距离设置为距离Lr。类似地，将经过绿色滤波器51G的绿光从其离开的波导14G的波导出口端14E和接收离开波导14G的光的光电转换器21的表面之间的距离设置为Lg。将经过蓝色滤波器51B的蓝光从其离开的波导14B的波导出口端14E和接收离开波导14B的光的光电转换器21的表面之间的距离设置为Lb。
[0060] 将红色像素波导14R的距离Lr设置为比绿色像素波导14G的距离Lg短。而且，将绿色像素波导14G的距离Lg设置为比蓝色像素波导14B的距离Lb短。
[0061] 作为例子，将每个光电转换器21的尺寸设置为1.1μm□，将波导14B的波导出口端14E的直径设置为460nm。在这样的情况下，例如，当设置距离Lr＝580nm时，设置Lg＝690nm以及Lb＝840nm。
[0062] 应该注意的是，在距离L(Lr、Lg和Lb)小于300nm的情况下，离开波导出口端14E的光几乎完全被光电转换器21接收，而不管进入波导14的光的波长如何。
[0063] 因此，在满足距离Lr＜300nm、距离Lg＜300nm以及距离Lb＜300nm的情况下，可以设置Lr＝Lg＝Lb的关系。
[0064] 当然，当将光电转换器21的尺寸进一步减小到小于1.1μm□时，需要减小距离L。
[0065] 下面，将参考图2描述确定距离L的例子。
[0066] 如图2所示，离开波导出口端14E的光通过衍射(diffraction)扩散，并且到达光电转换器21的表面。
[0067] 这里，用θ代表离开波导出口端14E的光的扩散角，用wf代表波导出口端4E处的波导14的半径，以及用L代表波导14的波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离。而且，用λ代表入射光的波长，以及用W代表在光电转换器21的表面上形成的点(spot)的半径。可以得到下面的关系表达式。
[0068] tanθ＝W/L＝λ/(πwf) (1)
[0069] 因此，可以将表达式(1)变换为如下形式。
[0070] wf＝λL/πW (2)
[0071] 在表达式(2)中，取决于波长λ和距离L，改变点半径W。这是因为取决于波长λ的不同而得到不同的衍射状态，并且波长λ变得更短，离开波导出口端14E的光扩散得更多。
[0072] 这里，根据表达式(2)，利用波导14的波导出口端14E的直径(2wf)作为参数来计算效率，效率是相对于距离L的每个波长λ的点直径(2W)与光电转换器21的光接收面2
积的比例。图3示出了计算的结果。在该情况下，将光电转换器21的面积设置为0.3μm。
这时，设置红色波长λr＝650nm、绿色波长λg＝550nm以及蓝色波长λb＝450nm。
积的比例。图3示出了计算的结果。在该情况下，将光电转换器21的面积设置为0.3μm。
这时，设置红色波长λr＝650nm、绿色波长λg＝550nm以及蓝色波长λb＝450nm。
[0073] 如图3所示，在波导出口端14E的直径2wf是460nm或700nm的情况下，当距离L小于300nm时，效率是1。即，从波导出口端14E离开的光完全到达了光电转换器21。
[0074] 而且，在2wf＝700nm的情况下，当设置Lr＝580nm、Lg＝690nm以及Lb＝840nm时，效率变为常数(效率1)。
[0075] 如图3所示，通过将波导出口端14E的直径(2wf)设置为参数来确定作为对于距离L每个波长λ的点直径(2W)与光电转换器21的光接收面积之间的比例的效率，可以容易地得到对于每个颜色的距离L。
[0076] 另外，在图3中示出的1.1μm□单元的情况下，在图4中示出的图形中，得到效率的倒数并且效率的倒数相应于垂直轴，以及从波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离L相应于横向轴。
[0077] 由图4中示出的各颜色的效率的倒数和对于每种颜色的距离L之间的关系，在将效率的倒数设置为常数值而距离Lr、Lg和Lb之间的关系以二次等式来近似的情况下，可以得到作为近似的下面的表达式。
[0078] 8Lr2＝6Lg2＝4Lb2 (3)
[0079] 因此，例如，当设置了距离Lr时，可以确定距离Lg和Lb。对于距离Lg或Lb，相同的结论是成立的。
[0080] 应该注意的是，通过使用表达式(2)得到的每种颜色的距离L和通过使用表达式(3)得到的每种颜色的距离L可能具有大约4％的误差程度(margin)，但是该误差程度位于半导体的制造工艺中的误差的同等范围内。因此，该误差程度不是什么重要的问题。
[0081] 在上文中，对由颜色滤波器51散射(disperse)的光是红色、绿色和蓝色光的情况进行了描述。由颜色滤波器51进行的散射不限于上述颜色，并且所散射的光可以是上述颜色的补色。另外，所期望的是对于除了红色、绿色和蓝色之外的诸如橙色和蓝绿色之类的颜色的波长，调整从波导14的波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离L。
[0083] 此外，在相同的平面上设置波导14的入射光位置并且在衬底11的相同的表面上放置光电转换器21的表面的情况下，基于波导14的深度进行规定(prescription)是可能的。即，通过从衬底11的表面和在其上放置每个波导14的入射光位置的平面之间的距离中减去距离L得到的值相应于每个波导14的深度。在该情况下，红色像素波导14R的深度最大，以及蓝色像素波导14B的深度最小。绿色像素波导14G的深度小于红色像素波导14R的深度并大于蓝色像素波导14B的深度。
[0084] 例如，在布线层31的厚度是2000nm的情况下，蓝色像素波导14B、绿色像素波导14G和红色像素波导14R的深度分别近似为1600nm至1800nm、1800nm至2000nm以及2000nm至2200nm。但是，布线32的布线层的数量、布线32的高度、绝缘层34的高度等与器件速度、功耗等有联系，所以根据装置的性能选择波导的深度。
[0085] (固态图像拾取装置的第一比较性例子)
[0086] 接下来，将参考图5描述第一比较性例子。
[0087] 如图5A所示，在第一比较性例子的固态图像拾取装置101中，除了波导14之外的结构与上面参考图1描述的固态图像拾取装置1的结构相同。因此，将仅仅描述波导14。
[0088] 在布线层31中形成的波导14是红色像素波导14R、绿色像素波导14G和蓝色像素波导14B。从每个波导14的波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离L恒定。
[0089] 例如，在第一比较性例子的固态图像拾取装置101中，将光电转换器21形成为1.4μm□，以及将波导14的每个波导出口端(底部)14E的直径形成为700nm。将每个距离L形成为580nm。
[0090] 在该情况下，如图5B所示，固态图像拾取装置101的效率在红色、绿色和蓝色的每个中是40％至45％，并且得到近似恒定的值。
[0091] 因此，不会取决于颜色而导致效率的差别。而且，在L＝580nm的情况下，不会产生由于从波导出口端14E到光电转换器21的距离L引起的效率的差别。从而，如上所述，将距离L设置为580nm。
[0092] 另外，不管颜色如何，从微透镜52到波导出口端14E的效率恒定。例如，如图6A所示，离开微透镜52的光被收集并聚焦在波导14的入口上。
[0093] 这里，用θ代表聚焦在波导14的入口上的光的入射角，用wf代表波导14的入口处的光收集点(spot)半径，以及用f代表从微透镜52到波导14的入口的距离。而且，用λ代表入射光的波长，以及用W代表到达微透镜52的表面的光的半径。如上述的表达式(2)，可以得到wf＝λf/πW的表达式(4)。实际上，入射光的半径W相应于微透镜52的半径。
[0094] 基于表达式(4)，在所收集的光的点(spot)直径和波导直径是700nm的情况下执行计算。所以，如图6B所示，在红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的情况下，从微透镜52到波导出口端14E的效率变为1或更多。因此，不管光的颜色如何，所收集到微透镜52的光被完全引导到入射光的波导14的入口。
[0095] (固态图像拾取装置的第二比较性例子)
[0096] 另一方面，如图7A所示，在第二比较性例子的固态图像拾取装置102中，除了波导14之外的结构与上面参考图1描述的固态图像拾取装置1的结构相同。因此，将仅仅描述波导14。
[0097] 在布线层31中形成的波导14是红色像素波导14R、绿色像素波导14G和蓝色像素波导14B。从波导14的波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离L恒定。
[0098] 例如，在第二比较性例子的固态图像拾取装置102中，将每个光电转换器21形成为1.1μm□，以及将波导14的波导出口端14E的直径的每个形成为460nm。将每个距离L形成为580nm。
[0099] 在该情况下，如图7B所示，在红色光(R)的波导14R、绿色光(G)的波导14G和蓝色光(B)的波导14B中，固态图像拾取装置102的效率分别是大约40％、30％和25％。从而，取决于由波导14引导的光的波长，效率变化。特别地，红色的衰减大。这是因为在光离开波导14R时红色光的扩散角大于绿色和蓝色光的扩散角，因为从微透镜52到波导14的入口的各颜色的效率相同。
[0100] 如上所述，当单元尺寸即光电转换器21的尺寸变小时，固态图像拾取装置102的效率降低，并且取决于波长，效率显著变化。
[0101] 应该注意的是，对于各个颜色，光电转换器21的光接收效率不是不同的，这是因为光电转换器21由硅组成。硅具有相应于1100nm波长的1.1eV至1.2eV的带隙能量。即，甚至具有650nm最长波长的红色光也落入光电转换器21的吸收区域内。
[0102] 另一方面，如图3所示，在固态图像拾取装置1中，当对引导红色光的波导14R的效率进行调整时，波导14R的距离Lr是580nm，波导14G的距离Lg是690nm，以及波导14B的距离Lb是840nm。这时，效率在35％处变为恒定。
[0103] 如上所述，在固态图像拾取装置1中，甚至当减小像素尺寸时，效率也可以如在第一比较性例子中具有大像素尺寸的固态图像拾取装置101中一样是恒定的。换言之，可以将由波导14引导的红色、绿色和蓝色光的光量设置为恒定。而且，通过调整引导具有更短波长的光的波导14(例如，波导14G和14B)到引导具有更长波长的光的波导14(例如，波导14R)的距离L，避免了波导14穿入(penetrate)光电转换器21的设计。
[0104] 因此，在固态图像拾取装置1中，有可能在由于颜色的光的波长引起的来自波导14的波导出口端4E的扩散角的差别中调整频谱平衡。因此，在从接收红色、绿色和和蓝色光的光电转换器21输出的信号被合成并调整来得到更自然的颜色的图像时，在图像合成中得到余量(margin)，并且可以容易地执行颜色纠正，其可以提供得到颜色再现性能优异的图像的优点。
[0105] 而且，固态图像拾取装置1具有响应于小型化的结构。因此，为了进一步的小型化，设置从波导14的波导出口端14E到光电转换器21的表面的距离L，从而使得有可能响应于下一代固态图像拾取装置的开发。从而，有可能改善下一代固态图像拾取装置的开发速度并降低其开发成本，从而可以极大降低产品所反映的成本。
[0106] (固态图像拾取装置的结构的第二例子)
[0107] 将参考图8的示意结构的横截面示意图描述根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的结构的第二例子。第二例子仅仅在波导的结构方面不同于第一例子，而其他部件与第一例子相同。
[0108] 如图8所示，在衬底11上，提供了由多个像素12组成的像素阵列部分13，每个像素包括光电转换器21。光电转换器21将入射光转换为电信号。而且在衬底11上，通过栅极绝缘薄膜22，相邻于光电转换器21形成传输栅极电极23。
[0109] 而且，在衬底11上，形成覆盖光电转换器21、传输栅极电极23等的保护薄膜41。在保护薄膜41上，形成平面化薄膜42。
[0110] 在衬底11之上，即在平面化薄膜42上，累积多条布线32，并且形成包括覆盖多条布线32的绝缘层34的布线层31。
[0111] 每条布线32由诸如铜、钨和铝之类的金属构成。例如，在布线32周围，形成阻挡金属层33。
[0112] 绝缘层34由二氧化硅或具有低介电常数的基于二氧化硅的材料形成。基于二氧化硅的材料具有1.4至1.5的折射率。
[0113] 在布线层31中，形成波导14(14B、14G和14R)。波导14将光引导到多个像素12的光电转换器21。波导14可以部分地在平面化薄膜42中形成。作为例子，在图中，波导14R部分地形成在平面化薄膜42中。
[0114] 将波导材料36通过钝化(passivation)薄膜37填充到波导孔35中来形成波导14。波导孔35在布线层31中形成以与布线32相分离。而且，还在布线层31的绝缘层34的上部形成钝化薄膜37和波导材料36。因此，填充在波导孔35中的波导材料36充当波导
14。
14。
[0115] 另外，在波导14中，当由波导14引导的光束的波长更长时，将光从其离开波导14的波导出口端14E和接收离开的光的光电转换器21的表面之间的距离L(Lb、Lg和Lr)设置得更短。波导出口端14E相应于波导孔35的底部的每个。
[0116] 波导材料36(波导14)由具有比绝缘层34高的折射率的材料形成，例如具有在可见光区域中的波长的高透射率的材料。材料的例子包括氮化硅薄膜、金刚石薄膜、金刚石和基于有机物的材料的合成材料薄膜、氧化钛和基于有机物的材料的合成材料薄膜等。
[0117] 波导14由第一颜色(红色)像素波导14R、第二颜色(绿色)像素波导14G和第三颜色(蓝色)波导14B组成。第一颜色(红色)、第二颜色(绿色)和第三颜色(蓝色)的波长以上述顺序变短。例如，设置红色波长λr＝650nm、绿色波长λg＝550nm以及蓝色波长λb＝450nm。
[0118] 另外，在每个波导14之上(光入射侧)，通过平面化薄膜44形成颜色滤波器51。在颜色滤波器51上，形成将入射光引导到波导14的光入口的微透镜52。
[0119] 以这样的方式，通过波导14，微透镜52和光电转换器21彼此光学地连接。
[0120] 而且，以与第一例子相同的方式来设置波导出口端14E和接收离开波导14的光的光电转换器21的表面之间的距离L。
[0121] 将红色像素波导14R的距离Lr设置得比绿色像素波导14G的距离Lg短。而且，将绿色像素波导14G的距离Lg设置得比蓝色像素波导14B的距离Lb短。
[0122] 作为例子，将光电转换器21的尺寸设置为1.1μm□，将波导14B的波导出口端14E的直径设置为460nm。在该情况下，例如，当设置了距离Lr＝580nm时，得到Lg＝690nm以及Lb＝840nm。
[0123] 应该注意的是，在距离L小于300nm的情况下，离开波导出口端14E的光几乎完全由光电转换器21接收，而不管进入波导14的光的波长如何。
[0124] 因此，在满足距离Lr＜300nm、距离Lg＜300nm以及距离Lb＜300nm的情况下，可以设置Lr＝Lg＝Lb。
[0125] 当然，当将光电转换器21的尺寸进一步减小到小于1.1μm□时，需要减小距离L。
[0126] 在固态图像拾取装置2中，可以得到与上述的固态图像拾取装置1相同的操作和效果。
[0127] <2.第二实施例>
[0128] (制造固态图像拾取装置的方法的第一例子)
[0129] 接下来，将参考图9至11的制造工艺横截面示意图对根据本发明的第二实施例的制造固态图像拾取装置的方法的第一例子进行描述。
[0130] 如图9A所示，在衬底11上，形成由多个像素12组成的像素阵列部分13，每个像素包括将入射光转换为电信号的光电转换器21。对于衬底11，例如，将硅衬底用作半导体衬底。例如，由光敏二极管形成光电转换器21。而且，在衬底11上，通过栅极绝缘薄膜22，相邻于光电转换器21形成传输栅极电极23。另外，还形成像素晶体管、外围电路等(未示出)。
[0131] 在衬底11上，还形成覆盖光电转换器21、传输栅极电极23等的保护薄膜41。在作为绝缘薄膜的保护薄膜41上，形成平面化薄膜42。
[0132] 之后，形成用于与衬底11、传输栅极电极23等电连接的连接孔(未示出)。在连接孔中填充诸如钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)之类的金属材料，从而形成插头(plug)。通过在平面化薄膜42的全部表面上形成填充连接孔的金属材料、然后使用化学机械抛光(CMP)方法等去除额外的金属材料，来形成插头。
[0133] 之后，形成在其中形成第一布线层的第一绝缘层34A，然后在第一布线层34A中形成布线凹槽(groove)。接下来，在布线凹槽的内表面上形成阻挡金属层33A。而且，形成在布线凹槽中嵌入的充当主要布线的低阻抗布线材料(例如，铜(Cu)和铝(Al))，然后去除额外的布线材料和阻挡金属层，以形成第一布线32(32A)。对于去除过程，例如，使用化学机械抛光。
[0134] 以这种方式，形成第一布线层31A。
[0135] 之后，在第一绝缘层34A上形成蚀刻终止层38(38A)。蚀刻终止层38A覆盖第一布线32A的上部。蚀刻终止层38A充当阻挡层来阻止铜(Cu)等的扩散，并且由诸如氮化硅(SiN)薄膜和碳化硅(SiC)薄膜之类的绝缘薄膜形成。
[0136] 接下来，形成第二绝缘层34B。例如，第二绝缘层34B由二氧化硅薄膜或低介电常数材料(碳化二氧化硅(SiOC)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氢化倍半硅氧烷(HSQ)等)薄膜形成。
[0138] 之后，通过阻挡金属层33B在布线凹槽和连接孔中嵌入主要布线材料。然后，通过化学机械抛光等去除额外的主要布线材料和阻挡金属层，从而通过阻挡金属层33B在布线凹槽中形成第二布线32(32B)以及通过阻挡金属层在连接孔中形成插头(未示出)。
[0139] 以这样的方式，形成第二布线层31B。
[0140] 而且，如在第一布线层31A上的形成的情况，在第二布线层31B上形成蚀刻终止层38(38B)。蚀刻终止层38B充当阻挡层来阻止铜(Cu)等的扩散，并且由诸如氮化硅(SiN)薄膜和碳化硅(SiC)薄膜之类的绝缘薄膜形成。
[0141] 以下，如第二布线层31B的情况，形成第三布线层31C、蚀刻终止层38(38C)、第四布线层31D和蚀刻终止层38(38D)。而且，形成绝缘层34E。
[0142] 以这样的方式，形成布线层31。
[0143] 接下来，如图9B所示，在布线层31上，形成抗蚀膜(resist film)61，以及通过光刻技术在接收第三颜色(例如，蓝色)光的光电转换器21(21B)之上(光入射方向上)形成开口部分62。
[0144] 接下来，如图10A所示，例如，将抗蚀膜61用作蚀刻掩模，并且蚀刻布线层31，从而形成波导孔35(35B)直到蚀刻终止层38A的表面。这时，从波导孔35B的底部(bottom portion)到光电转换器21(21B)的表面的距离Lb被设置为840nm。即，蚀刻终止层38A的上表面被形成为距离光电转换器21B具有840nm的高度。
[0145] 之后，去除抗蚀膜61。在图中，示出了刚好在去除抗蚀膜61之前的状态。
[0146] 接下来，如图10B所示，在布线层31上，形成抗蚀膜63，以及通过光刻技术，在接收第二颜色(例如，绿色)光的光电转换器21(21G)之上(光入射方向上)形成开口部分64。
[0147] 接下来，如图10C所示，例如，将抗蚀膜63用作蚀刻掩模，并且蚀刻布线层31，从而形成波导孔35(35G)直到平面化薄膜42的表面。因此，平面化薄膜42充当蚀刻终止层。这时，从波导孔35G的底部(bottom portion)到光电转换器21(21G)的表面的距离Lg被设置为690nm。即，平面化薄膜42的上表面被形成为距离光电转换器21G具有690nm的高度。
[0148] 之后，去除抗蚀膜63。在图中，示出了刚好在去除抗蚀膜63之前的状态。
[0149] 接下来，如图11A所示，在布线层31上，形成抗蚀膜65，以及通过光刻技术，在接收第一颜色(例如，红色)光的光电转换器21(21R)之上(光入射方向上)形成开口部分66。
[0150] 接下来，如图11B所示，例如，将抗蚀膜65用作蚀刻掩模，并且蚀刻布线层31和平面化薄膜42，从而形成波导孔35(35R)直到平面化薄膜42的中间。例如，基于蚀刻时间控制该蚀刻。这时，从波导孔35R的底部到光电转换器21(21R)的表面的距离Lr被设置为580nm。
[0151] 之后，去除抗蚀膜65。在图中，示出了刚好在去除抗蚀膜65之前的状态。
[0152] 作为上述过程的结果，如图11C所示，取决于进入波导孔35(35R、35G和35G)的光的波长，设置从波导孔35的底部(形成波导时的波导出口端)到光电转换器21的表面的距离Lr、Lg和Lb。换言之，因为光电转换器21的表面与衬底11齐平(flush)，并且从衬底11到波导14的入口的高度H恒定，所以将每个波导孔35(35R、35G和35B)的深度D设置为预定深度(H-L(Lr、Lg和Lb))。
[0153] 之后，尽管未示出，在形成固态图像拾取装置1的情况下，波导材料36被填充在波导孔35(35R、35G和35B)中，并形成在布线层31上。以这样的方式，在波导孔35中形成由波导材料36组成的波导14(14R、14G和14B)。而且，形成平面化薄膜44。
[0154] 之后，例如，在平面化薄膜44上，在相应于每个波导14(14R、14G和14B)的位置处，在波导14的光入射方向上，形成与由波导14引导的每种颜色的光相应的颜色滤波器51。然后，在颜色滤波器51上形成微透镜52。以这样的方式，形成固态图像拾取装置1。
[0155] 而且，尽管未示出，在形成固态图像拾取装置2的情况下，通过钝化薄膜37在波导孔35(35R、35G和35B)中填充波导材料36，并在布线层31上形成。以这样的方式，在波导孔35中形成由波导材料36组成的波导14(14R、14G和14B)，而且，形成平面化薄膜44。
[0156] 之后，例如，在平面化薄膜44上，在相应于每个波导14(14R、14G和14B)的位置处，在波导14的光入射方向上，形成与由波导14引导的每种颜色的光相应的颜色滤波器51。然后，在颜色滤波器51上形成微透镜52。以这样的方式，形成固态图像拾取装置2。
[0157] 例如，波导材料36具有比绝缘层34高的折射率，并且是具有在可见光区域中的波长的高透射率的材料。材料的例子包括氮化硅薄膜、金刚石薄膜、金刚石和基于有机物的材料的合成材料薄膜、氧化钛和基于有机物的材料的合成材料薄膜等。
[0158] 从而，在上述制造固态图像拾取装置的方法中，在由于颜色的波长引起的来自波导14的波导出口端4E的扩散角的差别中的频谱平衡可以被调整为恒定。结果，当从接收红色、绿色和蓝色光的光电转换器21输出的信号被合成并被调整来获得更自然颜色的图像时，在图像合成中得到余量(margin)，并且可以容易地执行颜色纠正，其可以提供得到颜色再现性能优异的图像的优点。
[0159] 而且，固态图像拾取装置具有响应于最小化的结构。因此，对于进一步的最小化，通过使用该结构，可能提高下一代固态图像拾取装置的开发速度并降低其开发成本，从而可以极大降低产品所反映的成本。
[0160] (制造固态图像拾取装置的方法的第二例子)
[0161] 接下来，将参考图12和13的制造工艺横截面示意图对根据本发明的第二实施例的制造固态图像拾取装置的方法的第二例子进行描述。
[0162] 如图12A所示，在衬底11上，形成由多个像素12组成的像素阵列部分13，每个像素包括将入射光转换为电信号的光电转换器21。对于衬底11，例如，将硅衬底用作半导体衬底。例如，由光敏二极管形成光电转换器21。而且，在衬底11上，通过栅极绝缘薄膜22，相邻于光电转换器21形成传输栅极电极23。另外，还形成像素晶体管、外围电路等(未示出)。
[0163] 在衬底11上，还形成覆盖光电转换器21、传输栅极电极23等的保护薄膜41。在作为绝缘薄膜的保护薄膜41上，形成平面化薄膜42。
[0164] 之后，形成用于与衬底11、传输栅极电极23等电连接的连接孔(未示出)。在连接孔中填充诸如钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)之类的金属材料，从而形成插头。通过在平面化薄膜42的全部表面上形成填充连接孔的金属材料、然后使用化学机械抛光(CMP)方法等去除额外的金属材料，来形成插头。这时，将从光电转换器21的表面到平面化薄膜42的表面的高度设置为等于从用于引导绿色光的波导的波导出口端到光电转换器的表面的距离。例如，在光电转换器21是1.1μm□单元的情况下，将高度设置为690nm。
[0165] 之后，形成在其中形成第一布线层的第一绝缘层(34)34A，然后在第一布线层34A中形成布线凹槽。同时，形成虚拟图案(dummy pattern)凹槽，虚拟图案凹槽充当用来形成针对绿色光的波导孔的蚀刻终止层。
[0166] 接下来，在布线凹槽和虚拟图案凹槽的内表面上形成阻挡金属层33A。而且，形成在布线凹槽和虚拟图案凹槽中嵌入的低阻抗布线材料(例如，铜(Cu)和铝(Al))，然后去除额外的布线材料和阻挡金属层，以形成第一布线32(32A)和虚拟图案71。对于去除过程，例如，使用化学机械抛光。
[0167] 以这种方式，形成第一布线层31A。
[0168] 之后，在第一绝缘层34A上形成覆盖第一布线32A的上部的扩散阻止层39(39A)。将从光电转换器21的表面到扩散阻止层39A的表面的高度设置为等于引导蓝色光的波导的波导出口和光电转换器21的表面之间的距离。例如，在光电转换器21是1.1μm□单元的情况下，将高度设置为840nm。扩散阻止层39A充当用于阻止铜(Cu)等扩散的阻挡层，并且由诸如氮化硅(SiN)薄膜和碳化硅(SiC)薄膜之类的绝缘薄膜形成。
[0169] 接下来，形成第二绝缘层34B。例如，第二绝缘层34B由二氧化硅薄膜或低介电常数材料(碳化二氧化硅(SiOC)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氢化倍半硅氧烷(HSQ)等)薄膜形成。
[0170] 接下来，通过双大马士革工艺方法等，在第二绝缘层34B中形成连接孔(未示出)和布线凹槽。同时，形成虚拟图案凹槽，虚拟图案凹槽充当用于形成针对蓝色光的波导孔的蚀刻终止层。
[0171] 之后，通过阻挡金属层33B在连接孔、布线凹槽和虚拟图案凹槽中嵌入主要布线材料。然后，通过化学机械抛光等去除额外的主要布线材料和阻挡金属层，从而通过阻挡金属层33B在布线凹槽中形成第二布线32B以及通过阻挡金属层在连接孔中形成插头(未示出)。同时，在虚拟图案凹槽中形成虚拟图案72。
[0172] 以这样的方式，形成第二布线层31B。
[0173] 而且，如在第一布线层31A上的形成的情况，在第二布线层31B上形成扩散阻止层39B。扩散阻止层39B充当用于阻止铜(Cu)等扩散的阻挡层，并且由诸如氮化硅(SiN)薄膜和碳化硅(SiC)薄膜之类的绝缘薄膜形成。
[0174] 在下文中，如第二布线层31B的情况，形成第三布线层31C、扩散阻止层39(39C)、第四布线层31D和扩散阻止层39(39D)。而且，形成绝缘层34E。
[0175] 以这样的方式，形成布线层31。
[0176] 接下来，如图12B所示，在布线层31上，形成抗蚀膜67，并且通过光刻技术在接收第三颜色(例如，蓝色)光的光电转换器21(21B)之上(光入射方向上)形成开口部分68。同时，在抗蚀膜67中，在接收第二颜色(例如，绿色)光的光电转换器21(21G)之上(光入射方向上)形成开口部分69，以及在接收第一颜色(例如，红色)光的光电转换器21(21R)之上(光入射方向上)形成开口部分70。
[0177] 接下来，如图13A所示，将抗蚀膜67用作蚀刻掩模，并且蚀刻布线层31。这时，用于形成波导孔35(35B)的蚀刻停止于虚拟图案71。而且，用于形成波导孔35(35G)的蚀刻停止于虚拟图案72，停止。用于形成波导孔35(35R)的蚀刻例如通过时间控制来停止，使得从波导孔35R的底部到光电转换器21(21R)的表面的距离Lr是840nm。
[0178] 通过干蚀刻等执行蚀刻。例如，对于布线层31的基于硅的绝缘材料的蚀刻，使用基于氟化碳(CF)的气体或基于氟化烃(CHF)的气体，并且形成含具有高挥发性的硅的化合物，由此执行蚀刻。基于硅的绝缘材料的例子包括二氧化硅薄膜、基于硅的低介电常数薄膜(例如SiOC和SiC)以及氮化硅薄膜。另一方面，通过基于CF或基于CHF的气体的等离子体(plasma)很难蚀刻诸如虚拟图案71和72之类的金属材料。因此，每个虚拟图案71和72充当蚀刻终止物。
[0179] 之后，如图13B所示，去除布线层31上的抗蚀膜67(参见图13A)。
[0180] 然后，如图13C所示，通过蚀刻去除虚拟图案71和72(参见图13C)。
[0182] 通常，形成金属布线的材料是主要布线和阻挡金属的铜(Cu)。铜相对容易被酸溶解。而且，当铜与过氧化氢水(H2O2)混合时，促进铜的氧化，并且氧化铜被酸快速地蚀刻。例如，在氢氟酸和过氧化氢水的混合溶液的情况下，得到100∶1或更多的铜与二氧化硅薄膜的选择比例。即，可以蚀刻铜而对形成绝缘层的材料几乎不产生任何影响。对于阻挡金属层33(参见图12A)，通常使用基于钽(Ta)的材料(Ta或TaN)。通过在半导体工艺中通常使用的化学溶液很难蚀刻基于钽的材料。因此，作为例子使用通过用基于SF6的气体的干蚀刻来去除阻挡金属层33的方法。但是，即使阻挡金属层33具有10nm或更少的厚度、并在波导孔35的底部附近有剩余，在引导光时仍没有问题。即，即使阻挡金属如其原样剩余，波导仍令人满意地行使功能。而且，还可以将钛(Ti)用作阻挡金属。如铜的情况，用氢氟酸和过氧化氢水的混合溶液爆炸似地蚀刻钛。
[0183] 以这种方式，取决于进入波导孔35(35R、35G和35G)的光的波长，设置从波导孔35的底部(形成波导时的波导出口端)到光电转换器21的表面的距离Lr、Lg和Lb。换言之，因为光电转换器21的表面与衬底11齐平，并且从衬底11到波导孔35的入口的高度H恒定，所以将每个波导孔35(35R、35G和35B)的深度D设置为预定深度(H-L(Lr、Lg和Lb))。
[0184] 这之后，虽然未示出，仅仅需要执行与第一例子中的那些相同的过程。
[0185] 例如，波导材料36具有比绝缘层34高的折射率，并且是具有在可见光区域中的波长的高透射率的材料。材料的例子包括氮化硅薄膜、金刚石薄膜、金刚石和基于有机物的材料的合成材料薄膜、氧化钛和基于有机物的材料的合成材料薄膜等。
[0186] 从而，在上述制造固态图像拾取装置的方法(第二例子)中，在由于颜色的波长引起的来自波导14的波导出口端4E的扩散角的差别中的频谱平衡可以被调整为恒定。所以，当从接收红色、绿色和蓝色光的光电转换器21输出的信号被合成并调整来得到更自然颜色的图像时，在图像合成中得到余量，并且可以容易地执行颜色纠正，其可以提供得到颜色再现性能优异的图像的优点。
[0187] 而且，固态图像拾取装置具有响应于小型化的结构。因此，为了进一步的小型化，通过使用该结构，有可能提高下一代固态图像拾取装置的开发速度并减小其开发成本，从而可以极大降低产品所反映的成本。
[0188] (制造固态图像拾取装置的方法的第三例子)
[0189] 接下来，将参考图14和15的制造工艺横截面示意图来对根据本发明的第二实施例的制造固态图像拾取装置的方法的第三例子进行描述。第三例子区别于第二例子仅仅在于，不形成在第二例子中使用的扩散阻止薄膜39，以及例如，在每条布线32的上表面上形成钴钨磷(CoWP)层或锰铜合金层作为阻挡层。
[0190] 如图14A所示，在衬底11上，如第二例子所述，形成由多个像素12组成的像素阵列部分13，每个像素包括将入射光转换为电信号的光电转换器21。而且，在衬底11上，通过栅极绝缘薄膜22，相邻于光电转换器21形成传输栅极电极23。另外，还形成像素晶体管、外围电路等(未示出)。
[0191] 在衬底11上，还形成覆盖光电转换器21、传输栅极电极23等的保护薄膜41。在作为绝缘薄膜的保护薄膜41上，形成平面化薄膜42。
[0192] 之后，形成用于与衬底11、传输栅极电极23等电连接的连接孔(未示出)。在连接孔中填充诸如钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)之类的金属材料，从而形成插头。
[0193] 将从光电转换器21的表面到在形成插头之后的平面化薄膜42的表面的高度设置为等于从引导绿色光的波导的波导出口端到光电转换器21的表面的距离。例如，在光电转换器21是1.1μm□单元的情况下，将高度设置为690nm。
[0194] 之后，形成在其中形成第一布线层的第一绝缘层(34)34A，然后在第一布线层34A中形成布线凹槽。同时，形成虚拟图案凹槽，该虚拟图案凹槽充当在形成针对绿色光的波导孔时的蚀刻终止层。
[0195] 将从光电转换器21的表面到第一绝缘薄膜34A的表面的高度设置为等于从引导蓝色光的波导的波导出口端到光电转换器21的表面之间的距离。例如，在光电转换器21是1.1μm□单元的情况下，将高度设置为840nm。
[0196] 接下来，在布线凹槽和虚拟图案凹槽的内表面上形成阻挡金属层33A。而且，形成在布线凹槽和虚拟图案凹槽中嵌入的低电阻布线材料(例如，铜(Cu))，然后去除额外的布线材料和阻挡金属层，以形成第一布线32(32A)和虚拟图案71。对于去除过程，例如，使用化学机械抛光。
[0197] 之后，例如，在第一布线32(32A)和虚拟图案71上形成钴钨磷(CoWP)层或锰铜合金层作为阻挡层73。
[0198] 以这种方式，形成第一布线层31A。
[0199] 接下来，形成第二绝缘层34B。例如，第二绝缘层34B由二氧化硅薄膜或低介电常数材料(碳化二氧化硅(SiOC)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氢化倍半硅氧烷(HSQ)等)薄膜形成。
[0200] 接下来，通过双大马士革工艺方法等，在第二绝缘层34B中形成连接孔(未示出)和布线凹槽。同时，形成虚拟图案凹槽，虚拟图案凹槽充当用于形成针对蓝色光的波导孔的蚀刻终止层。
[0201] 之后，通过阻挡金属层33B在连接孔、布线凹槽和虚拟图案凹槽中嵌入主要布线材料。然后，通过化学机械抛光等去除额外的主要布线材料和阻挡金属层，从而通过阻挡金属层33B在布线凹槽中形成第二布线32(32B)以及通过阻挡金属层在连接孔中形成插头(未示出)。同时，在虚拟图案凹槽中形成虚拟图案72。
[0202] 之后，在第二布线32(32B)和虚拟图案72上，形成钴钨磷(CoWP)层或锰铜合金层作为阻挡层74。
[0203] 以这样的方式，形成第二布线层31B。
[0204] 在下文中，如第二布线层31B的情况，形成第三布线层31C和第四布线层31D。而且，形成绝缘层34E。
[0205] 以这种方式，形成布线层31。
[0206] 接下来，如图14B所示，在布线层31上，形成抗蚀膜67，并且通过光刻技术在接收第三颜色(例如，蓝色)光的光电转换器21(21B)之上(光入射方向上)形成开口部分68。同时，在抗蚀膜67中，在接收第二颜色(例如，绿色)光的光电转换器21(21G)之上(光入射方向上)形成开口部分69，以及在接收第一颜色(例如，红色)光的光电转换器21(21R)之上(光入射方向上)形成开口部分70。
[0207] 接下来，如图15A所示，将抗蚀膜67用作蚀刻掩模，并且蚀刻布线层31。这时，用于形成波导孔35(35B)的蚀刻停止于虚拟图案71的阻挡层73。而且，用于形成波导孔35(35G)的蚀刻停止于虚拟图案72的阻挡层74。用于形成波导孔35(35R)的蚀刻例如通过时间控制来停止，使得从波导孔35R的底部到光电转换器21(21R)的表面的距离Lr是
840nm。
840nm。
[0208] 之后，如图15B所示，去除布线层31上的抗蚀膜67(参见图15A)。
[0209] 然后，如图15C所示，通过蚀刻去除虚拟图案71和72以及阻挡层73和74(参见图15A)。
[0210] 对于去除每个由金属材料构成的虚拟图案71和72，例如，使用允许选择性蚀刻金属材料的湿蚀刻。
[0211] 以这种方式，取决于进入波导孔35(35R、35G和35G)的光的波长，设置从波导孔35的底部(形成波导时的波导出口端)到光电转换器21的表面的距离Lr、Lg和Lb。换言之，因为光电转换器21的表面与衬底11齐平，并且从衬底11到波导孔35的入口的高度H恒定，所以将每个波导孔35(35R、35G和35B)的深度D设置为预定深度(H-L(Lr、Lg和Lb))。
[0212] 之后，尽管未示出，仅仅需要执行与第一例子中的那些相同的过程。
[0213] 这里，将对在布线32的上表面以及虚拟图案71和72的上表面上所形成的阻挡层73的形成方法进行描述。
[0214] 布线32的上表面以及虚拟图案71和72是铜布线。
[0216] 在额外的阻挡金属和铜的化学机械抛光以形成铜布线之后，引入形成选择性阻挡金属的工艺。该工艺极其容易。给定诸如钯(Pd)之类的催化剂(可以省略该工艺)，在这之后就执行无电敷镀。通过给电子或获取电子来形成无电敷镀。因此，可以在诸如铜之类的金属部分上而不在诸如二氧化硅薄膜之类的绝缘材料上得到增长。从而，可以获得仅仅在铜布线的上部上的选择性增长。由CoWP、CoWB等形成的阻挡金属固有地具有铜等的扩散阻止效果，从而不像上述第一和第二例子，不要求氮化硅(SiN)薄膜、碳化硅(SiC)薄膜等。
[0217] 所以，在上述制造固态图像拾取装置的方法中，在由于颜色的波长引起的来自波导14的波导出口端4E的扩散角的差别中频谱平衡可以被调整为恒定。所以，当从接收红色、绿色和蓝色光的光电转换器21输出的信号被合成并调整来得到更自然颜色的图像时，在图像合成中得到余量，并且可以容易地执行颜色纠正，其可以提供得到颜色再现性能优异的图像的优点。
[0218] 而且，固态图像拾取装置具有响应于小型化的结构。因此，为了进一步的小型化，通过使用该结构，有可能提高下一代固态图像拾取装置的开发速度并减小其开发成本，从而可以极大降低产品所反映的成本。
[0219] 而且，第三例子提供了两个明显的优点。
[0220] 第一，没有使用具有相对大的折射率的SiN和SiC。因此，阻止进入波导的光泄漏，这增加了到达光敏二极管的光量。所有，可以增加敏感性。
[0221] 第二，蚀刻终止物(etching stopper)的功能是有利的。由相对容易腐蚀掉的铜(Cu)形成第二例子的蚀刻终止物的表面。相反，基于钴的材料相对不太可能腐蚀。从而，在用等离子体(plasma)曝光(exposure)期间可以得到余量。
[0222] <3.第三实施例>
[0223] (图像拾取装置的结构的例子)
[0224] 将参考图16的框图对根据本发明的第三实施例的图像拾取装置的结构的例子进行描述。在图像拾取装置中，使用根据本发明实施例的固态图像拾取装置。
[0225] 如图16所示，图像拾取装置200包括图像拾取部分201中的固态图像拾取装置(未示出)。在图像拾取部分201的光收集侧上，提供形成图像的光收集光学部分202。而且，将信号处理部分203连接到图像拾取部分201，信号处理部分203具有驱动图像拾取部分201的驱动电路和对在固态图像拾取装置中经受了光电转换的信号上执行图像处理的信号处理电路。另外，可以将经受了图像处理部分203的处理的图像信号存储在图像存储部分(未示出)中。在图像拾取装置200中，可以将在上面的实施例中描述的固态图像拾取装置1或2用于固态图像拾取装置。
[0226] 本发明的图像拾取装置200使用根据本发明实施例的固态图像拾取装置1或2，所以可以调整固态图像拾取装置1和2中的频谱平衡。因此，在为更自然颜色的图像进行调整中，可以得到图像合成余量，并且可以容易地执行颜色纠正，所以可以提供得到颜色再现性能优异的图像的优点。
[0227] 另外，图像拾取装置200可以具有在其中实现图像拾取功能的模块类似(module-like)形式或单片(one-chip)形式，图像拾取功能将图像拾取部分和信号处理部分或光学系统共同封装在其中。另外，如上所述，也可以将根据本发明的固态图像拾取装置1和2应用到图像拾取装置。这里，图像拾取装置指具有照相机、图像拾取功能等的移动装置。而且，除了通常用照相机拍照时拾取图像之外，“拾取图像”的意思还广义地包括指纹检测。
[0228] 本申请包括与2009年3月12日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2009-058985中公开的主题有关的主题，其全部内容通过引用合并于此。
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