[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN108701705B - 固态成像元件及其制造方法和电子设备 - Google Patents

固态成像元件及其制造方法和电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108701705B
CN108701705B CN201780013846.0A CN201780013846A CN108701705B CN 108701705 B CN108701705 B CN 108701705B CN 201780013846 A CN201780013846 A CN 201780013846A CN 108701705 B CN108701705 B CN 108701705B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
film
solid
state imaging
imaging element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780013846.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108701705A (zh
Inventor
村田贤一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN108701705A publication Critical patent/CN108701705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108701705B publication Critical patent/CN108701705B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H10F39/8057—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/024—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/182—Colour image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/191—Photoconductor image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/87—Light-trapping means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本技术涉及能够进一步抑制上部电极中产生的膜应力对光电转换膜的影响的固态成像元件、固态成像元件的制造方法和电子设备。所述固态成像元件设有形成在半导体基板的上侧的光电转换膜和相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜。例如，本技术可以适用于固态成像元件和电子设备等。

Description

固态成像元件及其制造方法和电子设备
技术领域
本技术涉及固态成像元件、固态成像元件的制造方法和电子设备。更具体地，本技术涉及能够进一步减小上部电极中产生的膜应力对光电转换膜的影响的固态成像元件、固态成像元件的制造方法和电子设备。
背景技术
在半导体基板的上侧具有有机光电转换膜作为光电转换单元的固态成像元件中，上部电极的膜应力可能局部地集中在有机光电转换膜上。在这种情况下，存在如下的可能性：显著发生有机光电转换膜的暗电流、白缺陷等的特性波动。
为了解决这个问题，例如，公开了根据专利文献1的技术作为用于减小由上部电极给予到有机光电转换膜的膜应力的技术。专利文献1公开了一种技术，其中在有机光电转换膜上方形成的第一上部电极的外侧形成有第二上部电极，使得周边部分连接到绝缘膜，并且第二上部电极用作膜应力调整单元。利用这种配置，可以减小上部电极中产生的膜应力对有机光电转换膜的影响，并且还可以减少有机光电转换膜的暗电流和白缺陷的特性波动。
[引用文献列表]
[专利文献]
专利文献1：日本专利申请特开No.2015-56554
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，在遮光膜形成为比上部电极高的层的情况下，根据专利文献1的技术不足以减轻膜应力。
鉴于这些情况而作出了本技术，并且本技术旨在进一步减小上部电极中产生的膜应力对光电转换膜的影响。
[解决问题的方法]
根据本技术第一方面的固态成像元件包括：形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；和相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜。
根据本技术第二方面的固态成像元件的制造方法包括：在半导体基板的上侧形成光电转换膜；和相对于所述半导体基板在高于所述光电转换膜的位置处形成至少两层遮光膜。
根据本技术第三方面的电子设备包括固态成像元件，所述固态成像元件包括：形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；和相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜。
在本技术的第一至第三方面中，光电转换膜形成在半导体基板的上侧，并且至少两层遮光膜相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处。
固态成像元件和电子设备可以是独立的装置，或者可以是结合到其他装置中的模块。
[发明效果]
根据本技术的第一至第三方面，可以进一步减小上部电极中产生的膜应力对光电转换膜的影响。
注意，本技术的效果不限于本文记载的效果，并且可以包括本公开中记载的任何效果。
附图说明
图1是示意性地示出了本技术适用的固态成像元件的构成的图。
图2是示出根据固态成像元件的第一实施方案的断面构成例的图。
图3是用于说明根据第一实施方案的固态成像元件的制造方法的图。
图4是用于说明根据第一实施方案的固态成像元件的制造方法的图。
图5是示出根据固态成像元件的第二实施方案的断面构成例的图。
图6是示出根据固态成像元件的第三实施方案的断面构成例的图。
图7是示出了遮光膜的层叠结构例的图。
图8是示出了作为本技术适用的电子设备的成像装置的构成例的框图。
图9是用于说明图像传感器的使用例的图。
具体实施方式
以下是用于实施本技术的模式(在下文中称为实施方案)的说明。同时，按照以下顺序进行说明。
1.固态成像元件的一般构成例
2.固态成像元件的第一实施方案(经由密封膜具有多层遮光膜的构成例)
3.固态成像元件的第二实施方案(包括像素间遮光膜的构成例)
4.固态成像元件的第三实施方案(包括多层遮光膜但是没有任何密封膜介于遮光膜之间的构成例)
5.电子设备的适用例
<1.固态成像元件的一般构成例>
图1示意性地示出了本技术适用的固态成像元件的构成。
图1所示的固态成像元件1包括具有以二维阵列配置在例如使用硅(Si)作为半导体的半导体基板21上的像素2的像素阵列单元3以及存在于像素阵列单元3周围的周边电路单元4。周边电路单元4包括垂直驱动电路5、列信号处理电路6、水平驱动电路7、输出电路8、控制电路9等。
像素2各自包括对入射光进行光电转换的光电转换单元和多个像素晶体管。例如，像素晶体管由四个MOS晶体管形成：传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。
控制电路9接收输入时钟和指定操作模式等的数据，并且还输出诸如关于固态成像元件1的内部信息的数据。具体地，根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，控制电路9生成用作垂直驱动电路5、列信号处理电路6、水平驱动电路7等的操作的基准的时钟信号和控制信号。然后，控制电路9将所生成的时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路5、列信号处理电路6、水平驱动电路7等。
例如，垂直驱动电路5由移位寄存器形成、选择预定的像素驱动线11、供给用于驱动连接到所选择的像素驱动线11的像素2的脉冲并且以行为单位驱动像素2。具体地，垂直驱动电路5在垂直方向上以行为单位顺次地选择和扫描像素阵列单元3的各像素2，并且将基于根据各像素2的光电转换单元中接收的光量生成的信号电荷的像素信号通过垂直信号线12供给到列信号处理电路6。
列信号处理电路6针对像素2的各列设置，并且以列为单位对从一行的像素2输出的信号进行诸如去噪等信号处理。例如，列信号处理电路6进行诸如用于去除像素固有的固定模式噪声的相关双采样(CDS)以及AD转换等信号处理。
例如，水平驱动电路7由移位寄存器形成。水平驱动电路7通过顺次地输出水平扫描脉冲来顺次地选择各个列信号处理电路6，并使各个列信号处理电路6将像素信号输出到水平信号线13。
输出电路8对从各个列信号处理电路6通过水平信号线13顺次供给的信号进行信号处理，并输出处理后的信号。例如，输出电路8可以仅进行缓冲，或者可以进行黑电平控制、列变化校正、各种数字信号处理等。输入/输出端子10与外部交换信号。
具有上述结构的固态成像元件1是所谓的列AD型CMOS图像传感器，其中针对各像素列设置进行CDS和AD转换的列信号处理电路5。
<2.固态成像元件的第一实施方案>
图2是示出根据固态成像元件的第一实施方案的断面构成例的图。
注意，图2所示的像素阵列单元3是由于空间限制而导致的两个像素的像素断面结构。
半导体基板21由第一导电类型(例如，P型)的半导体区域41以及第二导电类型(例如，N型)的半导体区域42和43形成。由于在第一导电类型的半导体区域41内以像素为单位在深度方向上层叠有第二导电类型的半导体区域42和43，所以光电二极管PD1和PD2由PN结在深度方向上形成。具有半导体区域42作为电荷累积区域的光电二极管PD1是接收蓝光并进行光电转换的光电转换单元，并且具有半导体区域43作为电荷累积区域的光电二极管PD2是接收红光并进行光电转换的光电转换单元。
由对累积在光电二极管PD1和PD2中的电荷进行读取等的多个像素晶体管Tr、多个配线层44和层间绝缘膜45形成的多层配线层46形成在作为图2下侧的半导体基板21的前面侧。
另一方面，光电转换单元52经由透明绝缘膜51形成在作为图2上侧的半导体基板21的背面侧。光电转换单元52通过层叠上部电极61、光电转换膜62和下部电极63来形成，并且光电转换膜62介于上部电极61和下部电极63之间。上部电极61形成为由像素阵列单元3的所有像素共享，并且针对像素阵列单元3的各像素，分别形成下部电极63。
例如，透明绝缘膜51使用诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或氧化铪(HfO2)等材料形成为一层或多层。
例如，使用诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌或氧化铟锌等透明导电材料作为上部电极61和下部电极63的材料。上部电极61和下部电极63设计为具有例如约50nm的厚度。
光电转换膜62接收绿光并进行光电转换。在光电转换膜62中，仅对绿光有感度的材料的例子是例如喹吖啶酮系化合物(电子供给材料)和二萘嵌苯系化合物(电子接受材料)的有机材料的组合。光电转换膜62设计为具有例如约155nm的厚度。
下部电极63与贯通透明绝缘膜51的金属配线53连接，金属配线53与贯通半导体基板21的半导体区域41的导电插塞47连接。金属配线53由诸如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)等材料形成。
导电插塞47与形成在半导体区域41的前面侧的界面附近的第二导电类型(例如，N型)的半导体区域中的电荷累积部48连接。注意，尽管未在图中示出，但是导电插塞47的外周用SiO2、SiN等绝缘膜进行绝缘。
通过光电转换单元52中的光电转换生成的电荷经由金属配线53和导电插塞47传输到电荷累积部48。电荷累积部48临时累积由光电转换单元52进行光电转换的电荷，直到电荷被读出。
在像素阵列单元3的上部电极61的上侧和周边电路单元4的透明绝缘膜51的上侧形成有密封膜(保护膜)54。此外，在密封膜54上方经由其间的密封膜(保护膜)56层叠有第一遮光膜55A和第二遮光膜55B。
设定第一遮光膜55A和第二遮光膜55B各自的厚度，以利用这两个膜的总厚度实现遮光功能。如上所述，由于形成有遮光膜55并将其分成多个层，所以可以减轻在形成第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的各遮光膜55时的应力。
密封膜54和56由具有光学透明性的无机材料形成。例如，密封膜54和56由包含氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)等的单层膜或两种以上的这些膜的层叠膜形成。
如图2所示，第一遮光膜55A(第一遮光膜55A和第二遮光膜55B中较低的一个，并且更靠近光电转换单元52)在周边电路单元4的预定位置处与上部电极61连接，并且还用作用于向上部电极61施加预定偏压的金属配线。例如，诸如钨(W)、钛(Ti)、铝(Al)或铜(Cu)等对可见光具有低透过率的材料用作第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的材料，但是这个方面将在后面详细描述。
在像素阵列单元3中，在密封膜56上针对各像素形成片上透镜58。氮化硅(SiN)膜或诸如苯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物系树脂或硅氧烷系树脂等树脂材料用作片上透镜58的材料。密封膜56和片上透镜58可以由相同的材料形成。
如上所述形成的固态成像元件1是背面照射型CMOS固态成像元件，其中光从与其上形成有像素晶体管Tr的半导体基板21的前面侧相对的背面侧进入。
如图2所示，在根据第一实施方案的固态成像元件1中，遮光膜55相对于半导体基板21形成在高于光电转换膜62的位置处，并且形成有作为第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的多个层。利用这种配置，甚至在光电转换单元52的上部电极61上方形成有遮光膜55的情况下，也可以减小上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响。此外，由于上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响减小，所以还可以减少光电转换膜62的暗电流和白缺陷的特性波动。
<制造方法>
现在参照图3和图4，对图2所示的根据第一实施方案的固态成像元件1的制造方法进行说明。
首先，如图3的A所示，在光电二极管PD1和PD2之后，在半导体基板21的预定区域中形成导电插塞47等，在半导体基板21的前面侧形成包括多个像素晶体管Tr的多层配线层46。
之后，在半导体基板21的背面侧形成光电转换单元52和密封膜54。然后，在周边电路单元4中的预定位置处，在密封膜54中形成开口，使得上部电极61露出。然后，例如，通过溅射法或化学气相沉积(CVD)法形成第一遮光膜55A，以覆盖包括开口部分的密封膜54的上表面。
如图3的B所示，在像素阵列单元3和周边电路单元4的整个平面区域上形成的第一遮光膜55A中，通过蚀刻将位于像素阵列单元3中的部分连同位于第一遮光膜55A的那部分下方的密封膜54的部分一起去除。
接着，如图3的C所示，例如，通过等离子体CVD法在像素阵列单元3和周边电路单元4的整个平面区域上形成密封膜56。
接着，如图4的A所示，例如，通过溅射法或CVD法在形成的密封膜56的上表面上形成待作为第二层的遮光膜55的第二遮光膜55B。
然后，如图4的B所示，在整个表面上形成的第二遮光膜55B中，对位于像素阵列单元3中的部分进行蚀刻。之后，如图4的C所示，在像素阵列单元3和周边电路单元4的整个平面区域上再次形成密封膜56。
在图4的C之后，在像素阵列单元3中的密封膜56的上表面上针对各像素形成片上透镜58。因此，完成图2所示的固态成像元件1。
随着遮光膜55的厚度变大，遮光膜55的膜应力增加。此外，当通过蚀刻去除像素阵列单元3中的遮光膜55时，减轻了遮光膜55的膜应力。因此，遮光层形成为第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的双层结构，每层的厚度减小，并且遮光膜55的形成和蚀刻是反复进行的。因此，可以在形成遮光层时保护光电转换膜62免受大的应力。
<3.固态成像元件的第二实施方案>
图5是示出根据固态成像元件的第二实施方案的断面构成例的图。
注意，在图5中，与图2所示的第一实施方案相同的部件用与图2所使用的相同的附图标记表示，并且不再重复对它们的说明。
图5所示的第二实施方案与上述第一实施方案的不同之处在于，在作为像素阵列单元3的各像素2之间的边界的像素之间还形成有第一遮光膜55A和第二遮光膜55B，并且第一遮光膜55A和第二遮光膜55B各自还具有像素间遮光膜的功能。该构成的其他方面类似于上述第一实施方案的那些方面。
换句话说，在上述第一实施方案中，第一遮光膜55A和第二遮光膜55B在像素阵列单元3的有效像素区域的整个区域中具有开口。另一方面，在图5所示的第二实施方案中，像素阵列单元3的有效像素区域具有针对各像素的开口。
在如上所述的第二实施方案中，遮光膜55也被分成多个层，并且形成有第一遮光膜55A和第二遮光膜55B。因此，可以减小上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响。此外，由于上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响减小，所以还可以减少光电转换膜62的暗电流和白缺陷的特性波动。
<4.固态成像元件的第三实施方案>
图6是示出根据固态成像元件的第三实施方案的断面构成例的图。
注意，在图6中，与图2所示的第一实施方案相同的部件用与图2所使用的相同的附图标记表示，并且不再重复对它们的说明。
在图2所示的第一实施方案中，在第一遮光膜55A和第二遮光膜55B之间形成有密封膜56。然而，在图6所示的第三实施方案中，在第一遮光膜55A和第二遮光膜55B之间没有形成密封膜56，并且第一遮光膜55A和第二遮光膜55B在层叠结构中彼此直接连接，这与上述第一实施方案不同。第三实施方案与上述第一实施方案的不同之处还在于，第二遮光膜55B覆盖第一遮光膜55A的作为有效像素区域侧的像素阵列单元3侧的端面。该构成的其他方面类似于上述第一实施方案的那些方面。
第一遮光膜55A的有效像素区域侧的端面由第二遮光膜55B覆盖的原因在于，当对第一遮光膜55A进行蚀刻时，位于第一遮光膜55A下方的密封膜54的一部分也被去除。
在如上所述的第三实施方案中，遮光膜55也被分成多个层，并且形成有第一遮光膜55A和第二遮光膜55B。因此，可以减小上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响。此外，由于上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响减小，所以还可以减少光电转换膜62的暗电流和白缺陷的特性波动。
<遮光膜的构成例>
图7示出了可以用作第一遮光膜55A或第二遮光膜55B的单层遮光膜55的层叠结构的例子。
如图7所示，第一遮光膜55A或第二遮光膜55B可以使用诸如钨(W)或铝(Al)等一种材料形成为单层结构，或者可以使用诸如钨和钛的双层结构(W/Ti)或铝和钛的双层结构(Al/Ti)等两种材料形成为双层结构。此外，第一遮光膜55A或第二遮光膜55B可以使用诸如铝、TiN和钛的三层结构(Al/TiN/Ti)或TiN、铝、TiN和钛(TiN/Al/TiN/Ti)的四层结构等两种以上的材料形成为三层或四层结构。
至于遮光膜55的厚度，例如，在第一遮光膜55A或第二遮光膜55B由一层的钨形成的情况下，如图7所示，满足遮光功能的厚度为250nm。在第一遮光膜55A或第二遮光膜55B由一层的铝形成的情况下，厚度为108nm。以这种方式，单层遮光膜55的总厚度根据所采用的材料和所采用的材料组合而变化。
尽管第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的厚度可以相同，但是下侧的第一遮光膜55A的厚度优选地更薄。第一遮光膜55A和第二遮光膜55B之间的材料和层叠结构(层数)可以相同或不同。
<5.电子设备的适用例>
本技术不限于适用于固态成像元件。具体地，本技术可以适用于使用固态成像元件作为诸如成像装置(如数码相机、摄像机等)、具有成像功能的移动终端装置或使用固态成像元件作为图像读取器的复印机等图像捕获单元(光电转换单元)的任何电子设备。固态成像元件可以是单一芯片的形式，或者可以是通过封装成像单元和信号处理单元或光学系统形成的模块的形式并且具有成像功能。
图8是示出了作为本技术适用的电子设备的成像装置的构成例的框图。
图8所示的成像装置100包括形成有透镜等的光学单元101、具有图1所示的固态成像元件1的构成的固态成像元件(成像装置)102以及作为相机信号处理器电路的数字信号处理器(DSP)电路103。成像装置100还包括帧存储器104、显示单元105、记录单元106、操作单元107和电源单元108。DSP电路103、帧存储器104、显示单元105、记录单元106、操作单元107和电源单元108经由总线109彼此连接。
光学单元101聚集来自被写体的入射光(图像光)，并在固态成像元件102的成像面上形成图像。固态成像元件102将入射光(已经由光学单元101聚集作为成像面上的图像)的量转换成各像素的电气信号，并输出电气信号作为像素信号。该固态成像元件102可以是图1所示的固态成像元件1，即，其中遮光层被分成多层遮光膜55(第一遮光膜55A和第二遮光膜55B)而使得光电转换单元52的上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响减小的固态成像元件。
例如，显示单元105形成有诸如液晶显示器(LCD)或有机电致发光(EL)显示器等平板显示器，并显示由固态固态成像元件102形成的运动图像或静止图像。记录单元106将由固态成像元件102形成的运动图像或静止图像记录到诸如硬盘或半导体存储器等记录介质中。
当由使用者操作时，操作单元107发出关于成像装置100的各种功能的操作指令。电源单元108适宜地供给各种电源作为DSP电路103、帧存储器104、显示单元105、记录单元106和操作单元107的操作电源。
如上所述，上述实施方案中的一个或实施方案的组合适用的固态成像元件1用作固态成像元件102。因此，可以减小光电转换单元52的上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响。此外，由于上部电极61中产生的膜应力对光电转换膜62的影响减小，所以还可以减少光电转换膜62的暗电流和白缺陷的特性波动。因此，在成像装置100中也可以提高所捕获的图像的质量，该成像装置是摄像机、数码相机、用于诸如便携式电话装置等移动装置的相机模块等。
<图像传感器的使用例>
图9是示出了使用上述固态成像元件1的图像传感器的使用例的图。
例如，使用上述固态成像元件1的图像传感器可以用于如下所示的对诸如可见光、红外光、紫外光或X射线等光进行感测的各种情况。
-被构造成拍摄图像以供鉴赏活动的装置，例如，数码相机和具有相机功能的便携式装置。
-交通用装置，例如，被构造成拍摄车辆的前方、后方、周围、内部等的图像以进行诸如自动停车等安全驾驶或识别驾驶员的状况等的车载传感器、用于监视行驶车辆和道路的监视相机以及用于测量车辆间距离等的测距传感器。
-与家用电器配合使用的装置，例如，电视机、冰箱和空调，以拍摄使用者的姿态图像并根据该姿态来操作电器。
-医疗保健用装置，例如，内窥镜和用于接收血管造影用的红外光的装置。
-安保用装置，例如，用于预防犯罪的监视相机和用于个人身份认证的相机。
-美容护理用装置，例如，被构造成拍摄皮肤的图像的皮肤测量仪和对头皮进行成像的显微镜。
-运动用装置，例如，用于运动等的运动相机和可穿戴式相机。
-农业用装置，例如，用于监视田地和农作物的状况的相机。
本技术的实施方案不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本技术的范围的情况下作出各种改变。
例如，可以采用全部或一部分上述实施方案的组合。
此外，例如，在各个实施方案的上述例子中，遮光层具有第一遮光膜55A和第二遮光膜55B的双层结构。然而，遮光层可以分成三层以上的层。
例如，上述固态成像元件1是纵向分光型固态成像元件，其利用形成在半导体基板21外侧的光电转换单元52对绿色波长光进行光电转换，并利用半导体基板21内的光电二极管PD1和PD2对蓝色和红色波长光进行光电转换。代替这种纵向分光型固态成像元件，固态成像元件1还可以采用这样的构成，其中在可见光的整个波长范围内具有感度的所谓全色膜用作光电转换膜62，并且在光电转换膜62上方形成有拜耳阵列等形式的滤色器。在这种情况下，光电二极管PD1和PD2没有形成在半导体基板21中，因此，下部电极63例如可以由诸如铝、钒、金、银、铂、铁、钴、碳、镍、钨、钯、镁、钙、锡、铅、钛、钇、锂、钌或锰等金属或者其合金中的一些合金形成。
此外，在上述固态成像元件1中，形成在半导体基板21外侧的光电转换单元52对绿色波长光进行光电转换。然而，光电转换单元52可以设计成对一些其他颜色的波长的光进行光电转换。换句话说，在纵向分光型固态成像元件1中，可以适宜地切换由三个光电转换单元进行光电转换的波长光的颜色。
例如，在光电转换单元52由仅对红色具有感度的光电转换膜62形成的情况下的材料可以是包含酞菁系化合物(电子供给材料)和氟取代的酞菁系化合物(电子接受材料)的有机材料的组合。
例如，在光电转换单元52由仅对蓝色具有感度的光电转换膜62形成的情况下的材料可以是包含香豆素系化合物(电子供给材料)和噻咯系化合物(电子接受材料)的有机材料的组合。
可选择地，代替有机光电转换材料，可以采用无机光电转换材料作为光电转换膜62的材料。这种无机光电转换材料的例子包括结晶硅、非晶硅、CIGS(Cu,In,Ga,Se化合物)、CIS(Cu,In,Se化合物)、黄铜矿结构的半导体以及诸如GaAs等化合物半导体。
在上述例子中，固态成像元件1由一个半导体基板21形成。然而，固态成像元件1可以是由两个或三个半导体基板形成的层叠结构。
在上述例子的固态成像元件中，第一导电类型是P型，第二导电类型是N型，并且电子用作信号电荷。然而，本技术也可以适用于其中空穴用作信号电荷的固态成像元件。即，第一导电类型可以是N型，第二导电类型可以是P型，并且上述各个半导体区域的导电类型可以颠倒。
例如，本技术不仅可以适用于感测可见光的入射光量的分布并且根据该分布形成图像的固态成像元件，而且可以适用于诸如感测红外线、X射线、粒子等的入射量的分布并且根据该分布形成图像等的固态成像元件或者感测诸如压力或电容等其他物理量的分布并且根据该分布形成图像的广义上的指纹传感器等一般的固态成像元件(物理量分布传感器)。
此外，本技术不仅可以适用于固态成像元件，而且可以适用于具有一些其他半导体集成电路的半导体装置。
注意，本说明书中记载的有益效果仅是例子，本技术的有益效果不限于此，并且可以包括在本说明书中记载的效果以外的效果。
注意，本技术也可以体现在下面所述的构成中。
(1)一种固态成像元件，包括：
形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；和
相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜。
(2)根据(1)所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在有效像素区域的整个区域中具有开口。
(3)根据(1)所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在有效像素区域中具有针对各像素的开口，并且包括像素间遮光膜。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像元件，还包括
在所述至少两层遮光膜的各遮光膜之间的密封膜。
(5)根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在没有其他层介于其间的状态下层叠。
(6)根据(5)所述的固态成像元件，其中
所述至少两层遮光膜由两层遮光膜形成，所述两层遮光膜是所述半导体基板侧的第一遮光膜和形成于第一遮光膜的光入射侧的第二遮光膜，和
第一遮光膜的有效像素区域侧的端面由第二遮光膜覆盖。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜由两层遮光膜形成。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的固态成像元件，其中所述光电转换膜是包含有机材料的有机光电转换膜。
(9)一种固态成像元件的制造方法，包括：
在半导体基板的上侧形成光电转换膜；和
相对于所述半导体基板在高于所述光电转换膜的位置处形成至少两层遮光膜。
(10)一种电子设备，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件包括：
形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；和
相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜。
附图标记列表
1 固态成像元件
2 像素
3 像素阵列单元
21 半导体基板
41～43 半导体区域
46 多层配线层
51 透明绝缘膜
52 光电转换单元
54 密封膜
55A 第一遮光膜
55B 第二遮光膜
55 遮光膜
56 密封膜
61 上部电极
62 光电转换膜
63 下部电极
100 成像装置
102 固态成像元件

Claims (10)

1.一种固态成像元件，包括：
形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；
相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜；和
形成在像素阵列单元的上部电极的上部和侧部的保护膜，
其中所述保护膜设置在所述上部电极和所述至少两层遮光膜之间，和
其中所述至少两层遮光膜的第一遮光膜比所述至少两层遮光膜的第二遮光膜更薄。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在有效像素区域的整个区域中具有开口。
3.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在有效像素区域中具有针对各像素的开口，并且所述至少两层遮光膜还包括像素间遮光膜。
4.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括
在所述至少两层遮光膜的各遮光膜之间的密封膜。
5.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜在没有其他层介于其间的状态下层叠。
6.根据权利要求5所述的固态成像元件，其中
所述至少两层遮光膜的第一遮光膜形成在所述半导体基板侧并且所述至少两层遮光膜的第二遮光膜形成在第一遮光膜的光入射侧，和
第一遮光膜的有效像素区域侧的端面由第二遮光膜覆盖。
7.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述至少两层遮光膜全部由钨或铝形成。
8.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述光电转换膜是包含有机材料的有机光电转换膜。
9.一种固态成像元件的制造方法，包括：
在半导体基板的上侧形成光电转换膜；
相对于所述半导体基板在高于所述光电转换膜的位置处形成至少两层遮光膜；和
在像素阵列单元的上部电极的上部和侧部形成保护膜，
其中所述保护膜设置在所述上部电极和所述至少两层遮光膜之间，和
其中所述至少两层遮光膜的第一遮光膜比所述至少两层遮光膜的第二遮光膜更薄。
10.一种电子设备，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件包括：
形成在半导体基板的上侧的光电转换膜；相对于所述半导体基板形成在高于所述光电转换膜的位置处的至少两层遮光膜；和
形成在像素阵列单元的上部电极的上部和侧部的保护膜，
其中所述保护膜设置在所述上部电极和所述至少两层遮光膜之间，和
其中所述至少两层遮光膜的第一遮光膜比所述至少两层遮光膜的第二遮光膜更薄。
CN201780013846.0A 2016-03-15 2017-03-01 固态成像元件及其制造方法和电子设备 Active CN108701705B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016050965 2016-03-15
JP2016-050965 2016-03-15
PCT/JP2017/008051 WO2017159362A1 (ja) 2016-03-15 2017-03-01 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108701705A CN108701705A (zh) 2018-10-23
CN108701705B true CN108701705B (zh) 2022-11-18

Family

ID=59852259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780013846.0A Active CN108701705B (zh) 2016-03-15 2017-03-01 固态成像元件及其制造方法和电子设备

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10580814B2 (zh)
JP (1) JP6816757B2 (zh)
CN (1) CN108701705B (zh)
WO (1) WO2017159362A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017159362A1 (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
US10756132B2 (en) * 2016-03-29 2020-08-25 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2017208496A (ja) 2016-05-20 2017-11-24 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器
WO2019035252A1 (ja) * 2017-08-16 2019-02-21 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
CN110098218B (zh) * 2018-01-31 2024-11-01 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
TWI676283B (zh) * 2019-01-29 2019-11-01 同泰電子科技股份有限公司 互補式金屬氧化物半導體感光元件、其所用的防護玻璃模組及該防護玻璃模組的製法
KR20210133363A (ko) * 2020-04-28 2021-11-08 삼성디스플레이 주식회사 지문 센서와 그를 포함한 표시 장치

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728407A (zh) * 2008-10-31 2010-06-09 索尼株式会社 固态成像器件及其制造方法和电子设备
CN102184932A (zh) * 2007-12-26 2011-09-14 索尼株式会社 固态成像装置、其制造方法及成像设备
JP2011198854A (ja) * 2010-03-17 2011-10-06 Fujifilm Corp 光電変換膜積層型固体撮像素子及び撮像装置
CN102547168A (zh) * 2010-12-15 2012-07-04 索尼公司 固体摄像元件、固体摄像元件的驱动方法和电子装置
CN102713721A (zh) * 2010-01-08 2012-10-03 高通Mems科技公司 具有带图案的机械层的干涉式像素
CN102779824A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 索尼公司 固体摄像器件和电子装置
CN103403869A (zh) * 2011-03-02 2013-11-20 索尼公司 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
CN104465682A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 索尼公司 固态图像传感器、其制造方法以及电子装置
JP2015082510A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN104733484A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 索尼公司 固态成像传感器、固态成像传感器的制造方法和电子设备
CN105229791A (zh) * 2013-09-02 2016-01-06 索尼公司 固态成像元件、其制造方法和电子设备
CN105359273A (zh) * 2013-06-27 2016-02-24 索尼公司 固态成像元件、固态成像元件的制造方法以及成像装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69320113T2 (de) * 1992-05-22 1999-03-11 Matsushita Electronics Corp., Kadoma, Osaka Festkörper-Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH0645569A (ja) * 1992-05-22 1994-02-18 Matsushita Electron Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2005303273A (ja) * 2004-03-17 2005-10-27 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換膜積層型固体撮像素子
US20050206755A1 (en) 2004-03-17 2005-09-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state imaging device
JP4785433B2 (ja) 2005-06-10 2011-10-05 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP5509846B2 (ja) 2009-12-28 2014-06-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
TW201403804A (zh) * 2012-07-05 2014-01-16 Sony Corp 固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器
TWI753351B (zh) * 2013-11-29 2022-01-21 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件及電子機器
WO2017159362A1 (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102184932A (zh) * 2007-12-26 2011-09-14 索尼株式会社 固态成像装置、其制造方法及成像设备
CN101728407A (zh) * 2008-10-31 2010-06-09 索尼株式会社 固态成像器件及其制造方法和电子设备
CN102713721A (zh) * 2010-01-08 2012-10-03 高通Mems科技公司 具有带图案的机械层的干涉式像素
JP2011198854A (ja) * 2010-03-17 2011-10-06 Fujifilm Corp 光電変換膜積層型固体撮像素子及び撮像装置
CN102547168A (zh) * 2010-12-15 2012-07-04 索尼公司 固体摄像元件、固体摄像元件的驱动方法和电子装置
CN103403869A (zh) * 2011-03-02 2013-11-20 索尼公司 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
CN102779824A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 索尼公司 固体摄像器件和电子装置
CN105359273A (zh) * 2013-06-27 2016-02-24 索尼公司 固态成像元件、固态成像元件的制造方法以及成像装置
CN105229791A (zh) * 2013-09-02 2016-01-06 索尼公司 固态成像元件、其制造方法和电子设备
CN104465682A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 索尼公司 固态图像传感器、其制造方法以及电子装置
JP2015082510A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN104733484A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 索尼公司 固态成像传感器、固态成像传感器的制造方法和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
JP6816757B2 (ja) 2021-01-20
CN108701705A (zh) 2018-10-23
WO2017159362A1 (ja) 2017-09-21
US10580814B2 (en) 2020-03-03
US20200161355A1 (en) 2020-05-21
JPWO2017159362A1 (ja) 2019-01-17
US10868068B2 (en) 2020-12-15
US20190103431A1 (en) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11610924B2 (en) Solid-state imaging device capable of inhibiting peeling of fixed charge film, method of manufacturing the same, and electronic device
CN108701705B (zh) 固态成像元件及其制造方法和电子设备
US11659724B2 (en) Solid-state imaging apparatus and electronic apparatus
TWI505452B (zh) 固態成像裝置，固態成像裝置之製造方法，及電子裝備
JP6957112B2 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
US10535687B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
KR102682983B1 (ko) 촬상 소자 및 그 제조 방법 및 전자 기기
TWI742573B (zh) 固體攝像元件及其製造方法以及電子機器
US10942304B2 (en) Solid-state imaging element, manufacturing method of the same, and electronic device
CN108352395B (zh) 固态摄像装置和电子设备
TWI709235B (zh) 固體攝像元件、其製造方法及電子機器
US12015040B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus capable to protect a photoelectric conversion film

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TG01 Patent term adjustment
TG01 Patent term adjustment