固態(tài)成像裝置和固態(tài)成像裝置的制造方法
【專利摘要】提供了一種提供有相位差像素的后表面照射型成像裝置。在光接收層（14）上的多個陣列中形成用于積累通過對入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷的光電二極管（PD（21）），并且提供有用于控制PD（21）的電極（22）和布線（23）的布線層（13）在入射光的行進(jìn)方向上形成于光接收層（14）后方。提供了其中形成對稱對的傾斜方向的傾斜表面（29a,29b），在光接收層（14）中形成紋理結(jié)構(gòu)（28），在紋理結(jié)構(gòu)（28）中使這些傾斜表面（29a,29b）對應(yīng)于PD（21）。傾斜表面（29a,29b）使入射光具有與入射到PD的入射角相對應(yīng)的強(qiáng)度。
【專利說明】固態(tài)成像裝置和固態(tài)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和固態(tài)成像裝置的制造方法，并且具體而言涉及所謂的后表面照射型固態(tài)成像裝置，其允許光入射在后表面?zhèn)壬?，后表面?zhèn)仁桥c形成有電極和布線的表面相反的側(cè)部。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)地，CMOS成像裝置廣泛地被稱作成像裝置以安裝于數(shù)字照相機(jī)或類似物中，常規(guī)CMOS成像裝置(在下文中簡單地稱作成像裝置)具有硅基板，在其表面上形成有光電二極管(在下文中被稱作ro)，并且在硅基板上設(shè)置電極、布線等以掃描光電二極管。而且，濾色器、微透鏡等形成在電極層、布線層等上，因此來自物體的光穿過微透鏡和濾色器并且然后通過在電極與布線等之間的空間而入射于ro上。
[0003]在如上文所描述的前表面照射型成像裝置中，已知電極、布線等限制孔徑比。特別地，當(dāng)像素數(shù)量增加而縮小每個個別像素大小時，已知電極、布線等的層必須較深并且進(jìn)一步減小了孔徑比。
[0004]考慮的上文的描述，已知后表面照射型成像裝置為具有像素數(shù)目增加并不造成孔徑比減小的這樣的結(jié)構(gòu)的成像裝置(專利文獻(xiàn)I)。后表面照射型成像裝置是下面這樣的成像裝置:當(dāng)從光入射方向觀看時，其在ro的后側(cè)上提供有電極，布線等，因此穿過微透鏡和濾色器的入射光到達(dá)ro而不會被電極、布線等阻擋。因此，與前表面照射型成像裝置相比，后表面照射型成像裝置便于增加孔徑比。
[0005]而且，近年來廣泛普及的數(shù)字照相機(jī)具有焦點檢測功能，其允許自動調(diào)焦。作為焦點檢測的方法，已知所謂的相位差A(yù)F方法，其中，得到具有水平(或豎直)相位差的兩種類型的圖像，并且基于在圖像之間的距離來計算焦點位置。例如，在執(zhí)行相位差A(yù)F的數(shù)字照相機(jī)或類似物中，成像裝置被提供有一對像素，包括第一像素和第二像素，第一像素具有可能相對于光軸從左方接收光的不對稱結(jié)構(gòu)，第二像素具有從右方接收光的不對稱結(jié)構(gòu)，作為用于相位差A(yù)F中的像素(在下文中被稱作相位差像素)，并且基于這些像素的像素值來計算焦點位置。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開公開N0.2005-150463
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的問題
[0010]近年來，由于自動調(diào)焦是數(shù)字照相機(jī)或類似物的標(biāo)準(zhǔn)功能，所以希望后表面照射型成像裝置也提供有相位差像素來允許執(zhí)行相位差A(yù)F。然而,例如,相位差像素的水平不對稱的結(jié)構(gòu)由設(shè)置在ro前方的遮光膜形成，并且存在以下問題:使用遮光膜來形成相位差像素的不對稱結(jié)構(gòu)有損后表面照射型成像裝置的最初預(yù)期的性能，即，孔徑比增加。[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種后表面照射型成像裝置，其具有相位差像素，防止減小孔徑比；還提供制造這種表面照射型成像裝置的方法。
[0012]解決問題的手段
[0013]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置具有光接收層，光接收層具有多個光接收部的布置，多個光接收部積累通過對入射光的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷，并且相對于布線層形成在入射光的入射側(cè)上，布線層提供有用于控制光接收部的電極和布線。在光接收層中，形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)，其中，兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面交替地部署并且每個傾斜表面對應(yīng)于每個接收部。每個傾斜表面使入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入光接收部。
[0014]光接收層優(yōu)選地具有形成有光接收部的第一層和用于平坦化突出和凹陷結(jié)構(gòu)的第二層，并且傾斜表面優(yōu)選地是通過蝕刻第一層而形成的表面。
[0015]第一層優(yōu)選地是單晶硅層。
[0016]優(yōu)選地，蝕刻是晶體各向異性蝕刻并且傾斜表面是單晶硅層的晶體表面。
[0017]優(yōu)選地，第一層被形成為使得(100)表面朝向固態(tài)成像裝置的表面并且傾斜表面由(111)表面制成。
[0018]突出和凹陷結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由多個凹陷或突出的布置形成。
[0019]傾斜表面優(yōu)選地為四角錐形凹陷或突出的傾斜表面。
[0020]傾斜表面優(yōu)選地是三棱柱形凹陷或突出的傾斜表面。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括硅層形成步驟、光接收層形成步驟、支承基板粘附步驟、熱氧化膜圖案化步驟、蝕刻步驟以及平坦化層形成步驟。在硅層形成步驟中，熱氧化膜在熱氧化膜形成步驟中形成在硅基板上并且硅層形成在熱氧化膜上。在光接收層形成步驟，光接收部形成在硅層的暴露表面中，光接收部用于根據(jù)入射光量通過對入射光的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生信號電荷。在支承基板粘附步驟中，具有用于控制光接收部的電極和布線的布線層在布線層形成步驟中形成在硅層上，并且支承基板粘附在布線層上。在熱氧化膜圖案化步驟中，移除硅基板以暴露熱氧化膜并且以預(yù)定圖案將熱氧化膜圖案化。在蝕刻步驟中，通過將圖案化熱氧化膜用作掩模來蝕刻硅層以便在硅層中形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)，突出和凹陷結(jié)構(gòu)具有交替部署的兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面，并且設(shè)置于光接收層中使得傾斜表面中的每一個對應(yīng)于光接收部中每一個，并且使入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入光接收部。在平坦化層形成步驟中，用于平坦化突出和凹陷結(jié)構(gòu)的平坦化層形成在突出和凹陷結(jié)構(gòu)上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括熱氧化膜形成步驟、熱氧化膜研磨步驟、硅層形成步驟、光接收層形成步驟、蝕刻步驟以及平坦化層形成步驟。在熱氧化膜形成步驟中，預(yù)定圖案的凹槽在凹槽形成步驟中形成在硅基板上，并且熱氧化膜形成在硅基板的形成有凹槽的表面上。在熱氧化膜研磨步驟中，研磨熱氧化膜以暴露硅基板的表面，熱氧化膜嵌入在與凹槽相對應(yīng)的部分中。在硅層形成步驟中，硅層形成在形成有凹槽的表面上。在光接收層形成步驟中，光接收層形成在硅層的暴露表面中。光接收層具有用于積累通過入射光的光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的信號電荷的多個光接收部的布置。在蝕刻步驟中，支承基板在支承基板粘附步驟中粘附于布線層上，并且硅基板和硅層通過將形成在與凹槽相對應(yīng)的部分中的熱氧化膜的圖案用作掩模將硅基板和硅層蝕刻在一起，以便在硅層中形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)，突出和凹陷結(jié)構(gòu)具有交替部署的兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面，并且設(shè)置在光接收層中使得傾斜表面中的每一個對應(yīng)于光接收部中的每一個，并且使入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入光接收部。在平坦化層形成步驟中，用于平坦化突出和凹陷結(jié)構(gòu)的平坦化層形成在突出和凹陷結(jié)構(gòu)上。
[0023]優(yōu)選地，硅層是通過硅的外延生長而形成的單晶硅層，并且在蝕刻步驟中執(zhí)行的蝕刻步驟是晶體各向異性蝕刻。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種后表面照射型成像裝置，其包括具有不對稱結(jié)構(gòu)的相位差像素以獲得相位差信息，而不減小孔徑比(感光性)，還提供后表面照射型成像裝置的制造方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示出成像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0027]圖2是示出成像裝置的結(jié)構(gòu)的解釋視圖；
[0028]圖3是示出作為比較示例的成像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0029]圖4A是示出在硅基板上形成熱氧化膜的步驟的解釋視圖；
[0030]圖4B是示出設(shè)置單晶硅和類似物的步驟的解釋視圖；
[0031]圖4C是示出設(shè)置布線層的步驟的解釋視圖；
[0032]圖5A是示出設(shè)置支承基板的步驟的解釋視圖；
[0033]圖5B是不出移除娃基板的步驟的解釋視圖；
[0034]圖6A是示出將暴露的熱氧化膜圖案化的步驟的解釋視圖；
[0035]圖6B是示出形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)的步驟的解釋視圖；
[0036]圖7A是示出形成平坦化層和類似物的步驟的解釋視圖；
[0037]圖7B是示出形成微透鏡的步驟的解釋視圖；
[0038]圖8A是示出在硅基板的表面中設(shè)置凹槽的步驟的解釋視圖；
[0039]圖SB是示出形成熱氧化膜的步驟的解釋視圖；
[0040]圖SC是示出將熱氧化膜圖案化的步驟的解釋視圖；
[0041]圖9A是示出形成單晶硅和類似物的步驟的解釋視圖；
[0042]圖9B是示出形成平坦化層和類似物的步驟的解釋視圖；
[0043]圖1OA是示出倒置翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)的解釋視圖；
[0044]圖1OB是示出形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)的步驟的解釋視圖；
[0045]圖11是示出突出和凹陷結(jié)構(gòu)的具體實施例的解釋視圖；
[0046]圖12是從后表面(光入射方向)側(cè)觀看的突出和凹陷結(jié)構(gòu)的解釋視圖；
[0047]圖13是示出另一實施例的突出和凹陷結(jié)構(gòu)的解釋視圖；
[0048]圖14是根據(jù)從后表面?zhèn)扔^看的實施例的突出和凹陷結(jié)構(gòu)的解釋視圖；
[0049]圖15A是示出具有突出的突出和凹陷結(jié)構(gòu)的配置的解釋視圖；
[0050]圖15B是示出根據(jù)另一實施例的具有突出的突出和凹陷結(jié)構(gòu)的配置的解釋視圖；
[0051]圖16是示出在具有突出的突出和凹陷結(jié)構(gòu)與濾色器之間的對應(yīng)關(guān)系的截面圖；
[0052]圖17是示出提供抗反射膜的示例的截面圖；以及
[0053]圖18是示出形成另一實施例的微透鏡的示例的截面圖。具體實施例
[0054]如圖1和圖2所示，是后表面照射型成像裝置的成像裝置10具有層結(jié)構(gòu)，其中，布線層13、光接收層14、濾色器16和微透鏡17有序地堆疊在由例如硅制成的支承基板12上。
[0055]布線層13是下面這樣的層:其中電極22和布線23經(jīng)由層間絕緣膜24層壓，電極22每一個用于控制信號從TO21和類似物讀出，布線23包括用于放大由TO21等獲得的信號的放大器電路。當(dāng)前表面指的是相對于TO21的布線層13的側(cè)部(如在常規(guī)前表面入射型成像裝置的情況下)時，支承基板12在成像裝置10的最上部表面中，并且布線層13設(shè)置在支承基板12下方。微透鏡17設(shè)置在成像裝置10的最后表面中。來自物體的入射光從其后表面?zhèn)冗M(jìn)入成像裝置10。
[0056]光接收層14由單晶硅層26和平坦化層27構(gòu)成，光接收層14是形成有Η)21的層。單晶硅層26和平坦化層27以此次序從設(shè)置布線層13的成像裝置10的前表面?zhèn)仍O(shè)置。如果前側(cè)指的是光的入射側(cè)，則光接收層14形成在布線層13的前側(cè)上，并且布線層13形成在光接收層14的后側(cè)上。
[0057]PD21形成在與布線層13平坦地聯(lián)結(jié)的單晶硅層26中。來自物體的光從成像裝置10的后表面通過微透鏡17、濾色器16和平坦化層27進(jìn)入PD21，并且TO21通過光電轉(zhuǎn)換而以與入射于其上的光量相對應(yīng)的量產(chǎn)生信號電荷并且積累信號電荷。
[0058]單晶硅層26的后表面，即，在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面并非平坦的，而是根據(jù)TO21的布置形成為突出和凹陷結(jié)構(gòu)28。平坦化層27是用于平坦化突出和凹陷結(jié)構(gòu)28以在單晶硅層26的后表面上形成濾色器16的層，并且由例如透明樹脂材料制成。
[0059]突出和凹陷結(jié)構(gòu)28具有這樣的特定結(jié)構(gòu):抵靠成像裝置10的前表面下凹的多個凹陷28a布置在單晶硅層26的后表面中，并且每個凹陷28a形成為四面角錐體的形狀。例如,傾斜表面29a和傾斜表面29b具有對稱傾斜方向，并且交替地形成。彼此鄰接的一對傾斜表面形成一個凹陷28a。而且，凹陷28a被形成為使得構(gòu)成凹陷28a的每個傾斜表面對應(yīng)于每個PD21。
[0060]濾色器16是例如具有GBR三個顏色段的原色濾色器，并且選擇性地透射入射在微透鏡17上并且到達(dá)TO21的B、G和R顏色之一。濾色器16設(shè)置在平坦化層27的后表面上，并且顏色之一被分配給突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的每個個別凹陷28a。例如，綠色濾色器被分配給形成有傾斜表面29a的凹陷28a，并且紅色濾色器被分配給形成有傾斜表面29b的下一凹陷28a。因此，與一個凹陷28a的傾斜表面相對應(yīng)的TO21對應(yīng)于濾色器16的相同顏色，并且濾色器16的一個顏色段包括四個TO21 (參考圖2)。應(yīng)當(dāng)注意，圖1示出了沿著圖2中的線1-1所截取的截面圖。
[0061]微透鏡17設(shè)置在成像裝置10的最后表面(是光入射表面)上并且將入射光聚集到部署在對應(yīng)位置中的TO21。更具體而言，微透鏡17形成在濾色器16的后側(cè)上。微透鏡17的數(shù)目與TO21的數(shù)目相同，并且每個微透鏡17就部署在每個TO21后方。因此，四個微透鏡17設(shè)置在濾色器16的一個顏色段中。
[0062]由于相位差A(yù)F，具有如上文所描述的結(jié)構(gòu)的成像裝置10可以獲得具有水平(或豎直)相位差的圖像。這是因為在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面在突出和凹陷結(jié)構(gòu)28中。與形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的每個凹陷28a的傾斜表面相對應(yīng)的四個TO21根據(jù)傾斜表面的傾斜方面水平地(或豎直地)不對稱，這是由于凹陷28a的傾斜表面的傾斜方向的差異。因此，入射在成像裝置10上的光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入每個TO21，因此朝向彼此的一對TO21充當(dāng)相位差像素。
[0063]例如，在圖1中，具有傾斜表面29a的凹陷28a的兩個H)21a充當(dāng)相位差像素，以用于獲得具有水平相位差的圖像。同樣，與在正交于圖1的紙平面的方向定位、在具有傾斜的表面29a的凹陷28a的傾斜表面外部的其余兩個傾斜表面相對應(yīng)的TO21充當(dāng)相位差像素，以用于獲得豎直相位差。因此，成像裝置10可以獲得在兩個方向，即水平方向和豎直方向上的相位差信息。
[0064]而且，突出和凹陷結(jié)構(gòu)28形成在成像裝置10中以獲得水平和豎直相位差信息，但不包括光接收層14 (其包括布線層13、濾色器16、微透鏡17等)的成像裝置10的結(jié)構(gòu)的形狀和大小與常規(guī)后表面照射型成像裝置相同。
[0065]如圖3所示，比較示例的成像裝置41為后表面照射型，但在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面平坦地形成。而且，在成像裝置41中，遮光膜42設(shè)置在平坦化層27中以便向構(gòu)成一對像素差像素的兩個TO21的光路徑提供水平(或豎直)不對稱屬性。遮光膜42阻擋入射于充當(dāng)相位差像素的TO21上的光的部分，以在入射于每個TO21上的光中產(chǎn)生相位差。因此，盡管成像裝置41為后表面照射型，但是遮光膜42由于阻擋了入射光而引起孔徑比減小。盡管后表面照射型成像裝置具有能排除布線層13的陰影并且增加孔徑比的結(jié)構(gòu)，但是被設(shè)置用于相位差A(yù)F的遮光膜42減小了孔徑比并且因此降低了感光性。
[0066]與使用遮光膜42來產(chǎn)生相位差的成像裝置41相比，成像裝置10使用突出和凹陷結(jié)構(gòu)28在入射光中產(chǎn)生相位差，因此可以維持大約100的孔徑比，而不會損失后表面照射類型的優(yōu)點，并且獲得具有相位差A(yù)F的相位差的圖像。
[0067]接下來將描述成像裝置10的制造。首先，如圖4A所示，熱氧化膜52由硅基板51的表面中的至少一個形成。然后，如圖4B所示，單晶硅層26通過硅的外延生長而形成在熱氧化膜52上。在此時，單晶硅層26使晶體生長以便暴露(100)表面。當(dāng)單晶硅層26形成為預(yù)定厚度時，PD21通過離子植入或類似方法以預(yù)定布置形成在單晶硅層26中。
[0068]之后，如圖4C所示，電極22和布線23根據(jù)TO21的布置而設(shè)置在單晶硅層26上以形成布線層13。層間絕緣膜2被提供以用于在電極22與布線23之間的絕緣，并且電極22和布線23彼此堆疊。
[0069]當(dāng)布線層13像這樣形成在單晶硅層26上時，如圖5A所示，支承基板12粘附在布線層13的表面上。此時，粘附的支承基板12機(jī)械地研磨到預(yù)定厚度。通過像這樣設(shè)置預(yù)定厚度的支承基板12，單晶硅層26和布線層13夾在硅基板51與支承基板12之間，而不向外部暴露。
[0070]之后，如圖5B所示，在制造期間將成像裝置10顛倒使得支承基板12朝向下并且硅基板51朝向上。通過機(jī)械研磨(或濕蝕刻等)移除暴露的硅基板51，留下熱氧化膜52。
[0071]如圖6A所示，根據(jù)將形成的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28和TO21的形狀和大小使暴露的熱氧化膜52圖案化。更具體而言，熱氧化膜52留在大致與“井”記號“#”(也參考圖11)形狀的凹槽28a的底側(cè)周圍相對應(yīng)的部分中，并且移除其它部分，包括與凹陷28a的每個傾斜表面相對應(yīng)的部分等。因此，部分地暴露單晶硅層26。
[0072]之后，如圖6B所示，使用圖案化熱氧化膜52作為掩模來濕蝕刻單晶硅層26。此處執(zhí)行的單晶硅層26的蝕刻是例如使用堿性蝕刻劑的所謂的晶體各向異性蝕刻，諸如KOH(氫氧化鉀)、TMAH (四甲基氫氧化銨)、EDP (乙二胺鄰苯二酚)或N2H4.H2O (水合肼)。因此，單晶硅層26的蝕刻根據(jù)晶體各向異性而進(jìn)行，并且比暴露(100)的表面更難蝕刻的(111)表面表現(xiàn)為傾斜表面。因此，在底側(cè)中具有熱氧化膜52的多個四角錐形凹陷28a精確地形成在單晶硅層26的后表面中并且構(gòu)成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28。
[0073]如圖7A所示，在形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28后，移除用作蝕刻掩模的熱氧化膜52，并且然后將平坦化層27設(shè)置在單晶硅層26的后表面上以形成光接收層14。在平坦化層27上，根據(jù)TO21和突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的布置來形成濾色器16。而且，如圖7B所示，在濾色器16上形成微透鏡17使得一個微透鏡17對應(yīng)于每個PD21，因此完成了成像裝置10。
[0074]注意，上述實施例解釋了成像裝置10的制造方法的示例，該成像裝置10具有形成在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面中的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28，但可根據(jù)下文所描述的實施例來制造成像裝置10。
[0075]首先，如圖8A所示，在硅基板51的前表面中圖案化凹槽54。凹槽54對應(yīng)于上述實施例的圖案化熱氧化膜52 (參考圖6A)，并且根據(jù)隨后將形成的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28和TO21的布置、形狀、大小等而被形成。更具體而言，凹槽54形成為井號“#”(也參考圖11)的形狀。注意，使用抗蝕劑或光掩模來形成凹槽54。
[0076]如圖8B所示，當(dāng)在硅基板51的前表面中圖案化凹槽54時，熱氧化膜55形成在硅基板51形成有凹槽54的前表面中。熱氧化膜55不僅均勻地形成在硅基板51的前表面中而且也形成在凹槽54的內(nèi)部。注意，熱氧化膜55在凹槽54中的一部分具有預(yù)定厚度或更厚。
[0077]然后，如圖SC所示，通過CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)來移除熱氧化膜55以便暴露硅基板51的表面。在此時，熱氧化膜55保留在凹槽54中。因此，硅基板51的前表面具有使熱氧化膜55嵌入在與凹槽54相對應(yīng)的部分中的結(jié)構(gòu)。
[0078]當(dāng)如上文所描述那樣形成具有留在嵌入在與凹陷54相對應(yīng)的部分中的狀態(tài)(如圖9A所示)的熱氧化膜55的表面結(jié)構(gòu)時，通過硅的外延生長，單晶硅層26形成在熱氧化膜55的圖案的硅基板51的前表面上。而且，PD21通過離子植入或類似方法形成在單晶硅層26中。在此時，PD21的位置相對于熱氧化膜55的圖案配準(zhǔn)。
[0079]之后，如圖9B所示，布線層13和支承基板12設(shè)置在形成有TO21的單晶硅層26上。在布線層13中，電極32和布線23經(jīng)由層間絕緣膜24堆疊。支承基板12在粘附到布線層13的前表面上后機(jī)械地研磨到預(yù)定厚度。
[0080]如圖1OA所示，在設(shè)置支承基板12之后，在制造期間將成像裝置10顛倒使得硅基板51朝向上并且支承基板12朝向下。然后，如圖1OB所示，對在制造期間留有硅基板51的成像裝置10執(zhí)行晶體各向異性蝕刻，因此移除硅基板51并且使用嵌入在凹槽54中的熱氧化膜55的圖案作為掩模來蝕刻單晶硅層26。因此，突出和凹陷結(jié)構(gòu)28形成在單晶硅層26中。
[0081]在突出和凹陷結(jié)構(gòu)28形成在單晶硅層26中后，移除留在突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的最高部(參考圖11，數(shù)字56a和56b)處的熱氧化膜55的圖案。之后，形成平坦化層27、濾色器16和微透鏡17以完成成像裝置10。
[0082]如上文所描述的，由于使用凹槽54和熱氧化膜55將在后來用作單晶硅層26的晶體各向異性蝕刻中的掩模的結(jié)構(gòu)預(yù)先形成在硅基板51的前表面中，所以可在與形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的晶體各向異性蝕刻的同時移除硅基板51。這減少了移除硅基板51的步驟并且便于容易地制造成像裝置10。
[0083]注意，如圖11所示，在成像裝置10的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28中，均勻形狀的凹陷28a被布置為矩陣。因此，從熱氧化膜52、55切下與凹陷28a相對應(yīng)的矩形部分以便用作通過蝕刻單晶硅層26來形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的掩模，并且因此將熱氧化膜52、55形成為井號“#”的形狀以留在凹陷28a之間的平行最高部56和與最高部56a正交的平行最高部56b中。
[0084]如圖12所示，由于通過對單晶硅層26進(jìn)行晶體各向異性蝕刻來形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28，所以每個凹陷28a的谷線57在每個凹陷28a中在預(yù)定方向上延伸。因此，每個凹陷28a均勻地具有四角錐的形狀。
[0085]一個Η)21設(shè)置在凹陷28a的每個傾斜表面中，并且與由虛線封閉的單個凹陷28a相對應(yīng)的四個TO21組成用于獲得水平和豎直相位差的相位差像素58的單元。更具體而言，傾斜表面Al和傾斜表面A3兩者是以預(yù)定角度傾斜并且相對于凹陷28a的頂點在彼此對稱的相反方向傾斜的(111)表面，以向入射光的光路徑提供水平不對稱屬性。因此，與作為相位差像素58的四個TO21中的傾斜表面Al和傾斜表面A3相對應(yīng)的兩個TO21組成用于獲得成像裝置10的水平相位差信息的一對相位差像素。同樣。與傾斜表面A2和傾斜表面A4相對應(yīng)的兩個TO21組成用于獲得成像裝置10的豎直相位差信息的一對相位差像素。因此，在成像裝置10中，由于每個凹陷28a呈四角錐的形狀，所以與傾斜表面Al至A4相對應(yīng)的四個TO21組成相位差像素58的一個單元，以獲得成像裝置10的豎直和水平相位差信肩、O
[0086]注意，為了提供相位差A(yù)F的不對稱光路徑，在上述實施例中，具有四角錐形凹陷28a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28形成在成像裝置10中，但突出和凹陷結(jié)構(gòu)28的配置并不限于此。如上文所描述的那樣，形成四角錐形凹陷28a允許成像裝置10獲得豎直和水平相位差信息，但可通過僅使用水平(或豎直)相位差信息來執(zhí)行相位差A(yù)F。因此，可形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28以獲得水平對和豎直對之一的相位差信息。
[0087]當(dāng)僅獲得水平(或豎直)相位差(如圖13所示)時，可形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)61以便將多個三棱柱形凹陷61a布置在單晶硅層26中。為了形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)61，將熱氧化膜52,55圖案化為條紋以便保留在凹陷61a之間的平行最高部62中，并且使用條紋熱氧化膜52,55作為掩模來執(zhí)行晶體各向異性蝕刻。
[0088]如圖14所示，通過使用晶體各向異性蝕刻來形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)61，全部凹陷61a的谷線63變得平行并且每個凹陷61a具有均勻三棱柱形狀。而且，在突出和凹陷結(jié)構(gòu)61的情況下，定位在由虛線封閉的凹陷61a的部分中并且分別與傾斜表面BI和傾斜表面B2相對應(yīng)的兩個TO21組成用于在水平(或豎直)方向上獲得相位差信息的相位差像素64的單元。傾斜表面BI和傾斜表面B2分別具有與四角錐形凹陷28a的傾斜表面Al和傾斜表面A3相對應(yīng)的傾斜。
[0089]注意，在上述實施例中，通過對單晶硅層26進(jìn)行晶體各向異性蝕刻而形成具有四角錐形凹陷28a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28，但突出和凹陷結(jié)構(gòu)78的配置并不限于此。例如。如圖15A所示，具有四角錐形突出81a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)81可通過對單晶硅層26進(jìn)行晶體各向異性蝕刻而設(shè)置。在形成上文所描述的四角錐形突出81a的情況下，可圖案化熱氧化膜52使得方形部分的矩陣保留在突出81a的最高部82的位置中。
[0090]而且，如圖15B所示，當(dāng)僅獲得水平(或豎直)相位差信息時，可形成具有三棱柱形突出86a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)86。在此情況下，可圖案化熱氧化膜52、55以便保留在與突出86a的最高部87相對應(yīng)的位置中，并且可對單晶硅層26執(zhí)行晶體各向異性蝕刻。
[0091]注意，如上文所描述的，在形成具有四角錐形突出81a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)81的情況下，需要設(shè)置濾色器16使得突出81a的最高部82定位在一個顏色段的中部，如在圖16的成像裝置88中所示。另一方面，在形成具有三棱柱形突出86a的突出和凹陷結(jié)構(gòu)86的情況下，在突出69a之間的谷可定位在一個顏色段的中部，如圖1，或者每個突出69a的最高部87可定位在一個段的中部，如圖16。
[0092]注意，在上述實施例中，單晶硅層26和平坦化層27彼此接觸，但與具有平坦界面的情況相比，形成在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面中的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28有時造成更多的反射光出現(xiàn)。因此，如圖17的成像裝置所示，抗反射膜92優(yōu)選地設(shè)置在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面中。作為抗反射膜92，例如，氧化硅膜或氮化硅膜是合適的。在單晶硅層26中形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)28之后和在形成平坦化層27之前，可通過蒸鍍或類似方法形成抗反射膜92。
[0093]注意，在上述實施例中，設(shè)置微透鏡17以便對應(yīng)于每個TO21。例如，作為此替代，可相對于相位差像素的一個單元(一個凹陷28a)來設(shè)置一個微透鏡17。
[0094]注意，在成像裝置10的制造程序中，在上述實施例中，通過外延生長將單晶硅層26形成在硅基板51上，但以另一步驟制造的單晶硅基板可粘附到硅基板51上以形成單晶娃層26。
[0095]注意，在上述實施例中，突出和凹陷結(jié)構(gòu)28設(shè)置在單晶硅層26與平坦化層27之間的界面中，但在預(yù)期僅相位差A(yù)F的情況下，突出和凹陷結(jié)構(gòu)28可設(shè)置在僅相位差像素的單晶硅層26與平坦化層27之間的界面中。在成像裝置用于立體照相機(jī)中以獲得具有左右視差用于立體觀測的視差圖像(所謂的3D圖像)的情況下，向每個像素提供與成像裝置10相同的突出和凹陷結(jié)構(gòu)28便于獲得3D圖像，即使是使用具有大約100%的孔徑比的后表面照射型成像裝置。像素(PD21)和濾色器16的具體布置是任意的。
[0096]注意，在上述實施例中，多個凹陷28a布置在突出和凹陷結(jié)構(gòu)28中，但凹陷28a的數(shù)目可以是一。對于凹陷61a和突出81a和86a同樣如此。
[0097]注意，在上述實施例中，后表面照射型CMOS被描述為成像裝置，但本發(fā)明可用于包括CXD和類似物的另一后表面照射型成像裝置。
[0098]附圖標(biāo)記描述
[0099]10，41，88，91，96 成像裝置
[0100]12支承基板
[0101]13布線層
[0102]14光接收層
[0103]16濾色器
[0104]17微透鏡
[0105]21 光電二極管(PD)[0106]22 電極
[0107]23 布線
[0108]24層間絕緣膜
[0109]26單晶硅層
[0110]27平坦化層
[0111]28，61，81，86突出和凹陷結(jié)構(gòu)
[0112]28a, 61a 凹陷
[0113]29a, 29b 傾斜表面
[0114]42遮光膜
[0115]51硅基板
[0116]52, 55熱氧化膜
[0117]53支承基板
[0118]54 凹槽
[0119]56a, 56b, 62，82，87 最高部
[0120]57,63 谷線
[0121]58,64相位差像素
[0122]81a, 86a 突出
[0123]92抗反射膜
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像裝置，具有:光接收層，所述光接收層具有多個光接收部的布置，用于積累通過對入射光的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷；以及布線層，所述布線層在所述入射光的行進(jìn)方向上形成在所述光接收層后方并且形成有用于控制所述光接收部的電極和布線，所述固態(tài)成像裝置的特征在于包括: 突出和凹陷結(jié)構(gòu)，所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)具有交替部署的兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面，所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述光接收層中，使得所述傾斜表面中的每一個對應(yīng)于所述光接收部中的每一個，用于使所述入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入所述光接收部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述光接收層具有形成有所述光接收部的第一層和用于平坦化所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)的第二層；以及 所述傾斜表面是通過蝕刻所述第一層而形成的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述第一層是單晶硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述蝕刻是晶體各向異性蝕刻；以及 所述傾斜表面是所述單晶硅層的晶體表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述第一層被形成為使得(100)表面朝向所述固態(tài)成像裝置的表面并且所述傾斜表面由(111)表面制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)由多個凹陷或突出的布置形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述傾斜表面是四角錐形凹陷或突出的傾斜表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其特征在于，所述傾斜表面是三棱柱形凹陷或突出的傾斜表面。
9.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，其特征在于包括: 熱氧化膜形成步驟，用于在硅基板上形成熱氧化膜； 硅層形成步驟，用于在所述熱氧化膜上形成硅層； 光接收層形成步驟，用于在所述硅層的暴露表面中形成光接收層，所述光接收層具有多個光接收部的布置，用于積累通過對入射光的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷； 布線層形成步驟，用于在所述硅層上形成布線層，所述布線層具有用于控制所述光接收部的電極和布線； 支承基板粘附步驟，用于將支承基板粘附于所述布線層上； 熱氧化膜圖案化步驟，用于移除所述硅基板以暴露所述熱氧化膜并且以預(yù)定圖案來圖案化所述熱氧化膜； 蝕刻步驟，用于通過將所述圖案化熱氧化膜用作掩模來蝕刻所述硅層以便在所述硅層中形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)，所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)具有交替部署的兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面，并且設(shè)置于所述光接收層中使得所述傾斜表面中的每一個對應(yīng)于所述光接收部中的每一個，并且使所述入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入所述光接收部；以及 平坦化層形成步驟，用于在所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)上形成平坦化層以平坦化所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)。
10.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，其特征在于包括: 凹槽形成步驟，用于在硅基板上形成預(yù)定圖案的凹槽； 熱氧化膜形成步驟，用于在形成有所述凹槽的所述硅基板的表面上形成熱氧化膜；熱氧化膜研磨步驟，用于研磨所述熱氧化膜以暴露所述硅基板的所述表面，所述熱氧化膜嵌入在與所述凹槽相對應(yīng)的部分中； 硅層形成步驟，用于在形成有所述凹槽的所述表面上形成硅層； 光接收層形成步驟，用于在所述硅層的暴露表面中形成光接收層，所述光接收層具有多個光接收部的布置，用于積累通過對入射光的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷； 支承基板粘附步驟，用于將支承基板粘附于所述布線層上； 蝕刻步驟，用于通過將形成在與所述凹槽相對應(yīng)的所述部分中的所述熱氧化膜的圖案用作掩模來一起蝕刻所述硅基板和所述硅層，以便在所述硅層中形成突出和凹陷結(jié)構(gòu)，所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)具有交替部署的兩種類型的具有對稱傾斜方向的傾斜表面，并且設(shè)置于所述光接收層中使得所述傾斜表面中的每一個對應(yīng)于所述光接收部中的每一個，并且使所述入射光以與入射角相對應(yīng)的光量進(jìn)入所述光接收部；以及 平坦化層形成步驟，用于在所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)上形成平坦化層，用于平坦化所述突出和凹陷結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的所述固態(tài)成像裝置的制造方法，其特征在于，所述硅層是由硅的外延生長而形成的單晶硅層；以及 在所述蝕刻步驟中執(zhí)行 的所述蝕刻是晶體各向異性蝕刻。
【文檔編號】H01L27/14GK103460385SQ201280017002
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】西牧真木夫 申請人:富士膠片株式會社