[发明专利]固态成像装置和电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置以及包括该固态成像装置的电子设备，例如相机。

背景技术

作为固态成像装置(图像传感器)，提出了CMOS固态成像装置和CCD固态成像装置等。固态成像装置用于数字静态相机、数字摄像机、包括相机的各种类型便携式终端设备例如移动电话等中。近年来，随着小型化和功耗降低，常常采用CMOS固态成像装置。另外，开发了后侧照明式CMOS固态成像装置，其中采用减薄的半导体衬底，在半导体衬底的一个表面(感光表面)侧中形成包括光电二极管的像素区域，以及在半导体衬底的与像素区域相反的另一个表面侧中安装多层布线层，该多层布线层包括多层布线。

在后侧照明式固态成像装置中，因为需要从半导体衬底的感光表面侧到感光表面侧的相反表面侧中形成的信号处理电路读取和处理信号电荷，所以将半导体衬底的厚度减薄。因此，当诸如红外光的具有长波长的光入射时，该光可容易地透射到多层布线层侧，并且在接合到多层布线层的支撑硅衬底表面或者多层布线层的布线上反射的光可入射到相邻像素的光电二极管，而发生颜色混合。另外，入射光可入射到光学黑色区域，光学黑色区域决定了设置在像素区域的有效像素区域外侧的遮蔽光学黑色水平，并且可能发生暗色化问题(darkening problem)，其中在光入射到有效像素区域的状态下将该像素区域识别为黑色。

作为抑制颜色混合的方法，日本未审查专利申请公开No.2009-259934，2005-217439和2009-158944中提出了相关技术。在日本未审查专利申请公开No.2009-259934中，通过在光电二极管和布线层之间安装红外线去除滤光膜(infrared ray cut filter film)或者遮光膜，去除透射到感光表面且在布线层上反射的红外光，并且防止发生颜色混合。

在日本未审查专利申请公开No.2005-217439中，在制造后侧照明式CMOS固态成像装置的工艺中，用于MOS晶体管的栅极电极或者有源区中的硅化物膜也保留在光电二极管区域(感光区域的相反侧)中。因此，从后表面入射的光透射到光电二极管且在布线上反射，并且防止分离的光电二极管进行光电转换。

在日本未审查专利申请公开No.2009-158944公开的固态成像装置中，形成一层布线，并且在内层透镜的上层、彩色滤光片的下层中形成去除红外线的内部滤光层。因此，改善了灵敏度，并且抑制了颜色混合的发生。

日本未审查专利申请公开No.2008-91753公开了采用单一图像传感器同时且独立获得彩色图像和红外图像的装置。

发明内容

图7示出了现有技术中的后侧照明式CMOS固态成像装置的示例。固态成像装置101包括像素区域104，其中二维排列多个像素103，像素103由减薄的硅半导体衬底102中的光电二极管PD和多个像素晶体管Tr构成。光电二极管PD从作为半导体衬底102的感光表面侧的一个表面沿着深度方向而形成。多个像素晶体管Tr形成在半导体衬底102的另一个表面上，其为感光表面侧的相反侧。在图7中，多个像素晶体管由示意性示出的包括单一栅极电极105的转移晶体管(MOS晶体管)Tr表示。多层布线层108形成在半导体衬底102的另一个表面上，在多层布线层108中经由层间绝缘层106设置多层的布线107。

例如，布线107由通过镶嵌工艺形成的铜布线和阻挡金属层构成。阻挡金属层109形成在布线107的每一层上。遮光膜112经由绝缘膜111形成在半导体衬底102的感光表面侧的一个表面上。遮光膜112形成在有效像素区域113中，但排除光电二极管PD。另外，遮光膜112形成为遮挡光学黑色区域114中像素的整个表面。而且，经由平坦化膜115形成彩色滤光片116和芯片上透镜117。

另一方面，形成有多层布线层108的半导体衬底102接合到支撑硅衬底121。在此情况下，氮化硅膜118形成在多层布线层108的表面上，并且氧化硅膜119形成在氮化硅膜118上。氧化硅膜124经由氧化硅膜122和氮化硅膜123形成在支撑衬底121上。另外，例如，多层布线层108侧的表面上的氧化硅膜119和支撑衬底121的表面上的氧化硅膜123通过等离子体接合法而接合。参考标号110表示连接表面，即接合表面。