改进的固态图像传感元件,其制造方法和含其的传感器件技术

一种固态图像传感元件具有一个埋置在透明夹层绝缘层（３８）中的小透镜，透明夹层绝缘层在一个半导体衬底（３６）中形成的一个光电二极管（３１）之上，小透镜占据比光电二极管占据的区域宽的一个区域，以便在不损失生产成本的情况下使固态图像传感元件灵敏。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固态图像传感器件，特别是一种固态图像传感元件，其制造方法和装配有该固态图像传感元件的固态图像传感器件。CCD(电荷耦合器件)型的图像传感器件是固态图像传感器件的一个典型实例，并在下文描述。然而，下面的描述可适用于诸如MOS(金属氧化物半导体)型固态图像传感器件之类的另一种固态图像传感器件。附图说明图1说明了第一种现有技术的固态图像传感器件。在n型硅衬底2的表面部分中形成p型阱1，n型掺杂区3嵌套在p型阱1中。重掺杂p型掺杂区4形成在n型掺杂区3之上，重掺杂p型掺杂区4和n型掺杂区3形成p-n结作为一个光电二极管。在p型阱1中还形成n型电荷转移区5，并与光电二极管，即n型掺杂区3和重掺杂p型掺杂区4隔开。虽然图1中未示出，光电二极管沿n型电荷转移区5排列，光电二极管和n型电荷转移区5共同形成一个图像传感线路。以图像传感线路这样的方式形成重掺杂p型掺杂区6，并使光电二极管和n型电荷转移区域与相邻图像传感线路电绝缘。因此，大量光电二极管排列在p型阱1中。然而，描述仅集中在光电二极管和n型电荷转移区域中的一个。读出晶体管7与该光电二极管和n型电荷转移区5相关。具体地说，光电二极管和n型电荷转移区5之间的p型阱1的表面部分提供一个沟道区7a，沟道区7a被栅极氧化层7b覆盖。电荷转移电极7c形成在栅极氧化层7b上，并覆盖氧化硅层8。光电屏蔽层9沉积在氧化硅层8上，并在光电二极管上的光电屏蔽层9中形成开口9a。为此，携带图像的光通过开口9a入射到光电二极管上，阻挡光到n型电荷转移区5。用透明绝缘层覆盖10光电屏蔽层9，用透明材料填充开口9a。一层厚光阻材料层11叠合在透明绝缘层10上，并提供一个平坦的上表面11a。在平坦上表面上形成一个单片透镜11a，并位于光电二极管之上以便将携带图像的光聚焦在光电二极管上。厚光阻材料层11是由光阻材料溶液通过烘干构成的。单片(on-chip)透镜12也是由一片光阻材料构成的。通过金属印刷技术把光阻材料层图形化成光阻材料片，并在摄氏150度至200度对光阻材料片进行热固化。然后，将光阻材料片成型为如图所示的半球形结构。在日本专利申请公开未审查的请求(JAP)No.2-65171中公开了第二种现有技术的固态图像传感器件，图2说明了第二种现有技术的固态图像传感器件。在n型硅衬底2的一表面部分中形成一个p型阱21，一个n型掺杂区23嵌套在p型阱21中。在n型掺杂区23上形成一个重掺杂p型掺杂区24，该重掺杂p型掺杂区24和n型掺杂区23形成一个p-n结作为一个光电二极管。在p型阱21中还形成一个n型电荷转移区25，并与光电二极管隔开。光电二极管和n型电荷转移区25与其它光电二极管一起构成一个图像传感线路。以围绕图像传感线路的方式形成重掺杂p型掺杂区26，并使光电二极管和n型电荷转移区25与相邻图像传感线路电绝缘。一个读出晶体管27与该光电二极管和n型电荷转移区25相关，并由一个沟道区27a、一个在沟道区27a上的栅极氧化层27b和在栅极氧化层27b上形成的一个电荷转移电极27c构成。电荷转移电极27c被一层氧化硅层28覆盖，光电屏蔽层29覆盖在氧化硅层28上。在光电二极管上的光电屏蔽层29中形成一个开口29a，并允许携带图像的光通过开口29a入射到光电二极管上，光电屏蔽层29防止入射光到n型电荷转移区25。光电屏蔽层29被一层透明绝缘层30按分布形状覆盖，透明绝缘层30形成一个深凹穴30a。深凹穴30a位于光电二极管之上。深凹穴30a被部分地填充石英玻璃，石英玻璃片31形成一弧形上表面32。弧形上表面32形成一个嵌套在深凹穴30a中的浅凹穴。用氮化硅填充浅凹穴，氮化硅具有比石英玻璃大的折射率。为此，氮化硅部分33作为一个透镜。如图所示将透镜33的上表面平面化。单片透镜12占据光电二极管3/4和n型电荷转移区5上的宽区，并会聚落在其上的入射光。为此，光电二极管3/4对入射光的变化敏感。然而，第一种现有技术的固态图像传感器件遇到价格高这样一个问题。如前所述，单片透镜12是通过烘干固化的光阻材料形成，因此，单片透镜较脆。在第一种现有技术固态图像传感器件的制造期间，较脆的单片透镜易破碎，并降低生产率。这使得第一种现有技术固态图像传感器件的价格较高。高价的另一个原因是灰尘的严重影响。单片透镜12从光阻材料层11的平坦上表面11a凸出，并在其间形成凹槽。如果灰尘颗粒落入凹槽，很难从凹槽清除灰尘颗粒，并使产品不合格。为此，第一种现有技术的固态图像传感器件需要极高的清洁度，这种极高的清洁环境增加了第一种现有技术的固态图像传感器件的生产成本。高价格的另一个原因是复杂的封装结构。单片透镜12具有外露的曲面。如果外露的曲面与具有大折射率的透明层保持接触，单片透镜12则失去会聚功能。为此，单片透镜12需要露在空气中，或由极低折射率的材料层覆盖。制造商考虑到这种需求，并设计第一种现有技术固态图像传感器件的封壳。该封壳较复杂，并增加生产成本。第二种现有技术固态图像传感器件因透镜33的曲面被放置在石英玻璃片31内而降低了费用。然而，第二种现有技术固态图像传感器件具有低灵敏度。低灵敏度是由小透镜33产生的。浅凹穴限定透镜33，浅凹穴被限定在深凹穴30a中。深凹穴30a由在围绕开口29a的光屏蔽层29上按分布形状扩展的透明绝缘层限定，仅把光电二极管23/24露出在开口29a。n型电荷转移区25不露出给开口25。为此，透镜33仅占据光电二极管23/24上的区域，并且不能会聚落在n型电荷转移区25上的入射光。因此，在第一种现有技术固态图像传感器件和第二种现有技术固态图像传感器件之间存在一种折衷选择。因此，本专利技术的一个重要目的是提供一种生产成本低且灵敏度高的固态图像传感元件。本专利技术的另一个重要目的是提供一种制造该固态图像传感元件的方法。本专利技术的再一个重要目的是提供一种固态图像传感元件在其中作为主要部件的固态图像传感器件。根据本专利技术的一个方面，提供一种在衬底上制造的固态图像传感元件，包括一个占据衬底的一个第一区并将入射光转换成光载流子的光电转换元件，覆盖光电转换元件、由第一种透明材料形成并具有占据比第一区宽的第二区的第一凹穴的第一透明层，和设置在第一凹穴中并由折射率比第一透明材料大的第二透明材料构成的作为透镜的第二透明层。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制造固态图像传感元件的方法，包括步骤制备一个衬底；在衬底的第一区中形成一个光电转换元件；用由第一透明材料形成的第一透明层覆盖光电转换元件，在第一区的中心子区上的具有开口的第一透明层上形成一个掩膜层，各向同性地蚀刻第一透明层以形成一个第一凹穴，并用折射率比第一透明材料大的第二透明材料填充第一凹穴以形成作为透镜的一个第二透明层。根据本专利技术的再一个方面，提供一种固态图像传感器件，包括一个衬底，一个制造在衬底上的固态图像传感元件阵列，并包括分别占据该衬底的一个第一区并将入射光转换成光载流子的多个光电转换元件；一个覆盖多个光电转换元件，由第一透明材料形成并具有在多个光电转换元件之一上分别占据比第一区宽的第二区的第一凹穴的第一透明层，和分别设置在第一凹穴中并由折射率比第一透明材料大的第二透明材料形成的以便分别作为透镜的多个第二透明层，以及容纳该衬底并使透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底（３６；５１；６１；７１）上制造的固态图像传感元件（３０；５０；６０；７０），包括：一个占据所述衬底的第一区并将入射光转换成光载流子的光电转换元件（３１）；覆盖所述光电转换元件、由第一种透明材料形成并具有第一凹穴（３８ａ， ３８ｃ，３８ｄ；７４ａ）的第一透明层（３８；７４），和设置在所述第一凹穴中，并由折射率比所述第一透明材料大的第二透明材料构成以便作为透镜的第二透明层；其特征在于：容纳在所述第一凹穴（３８ａ；３８ｃ；３８ｄ；７４ａ）中的所述第二透 明层占据比所述第一区宽的第二区。

【技术特征摘要】
JP 1997-4-9 090579/971.一种在衬底(36；51；61；71)上制造的固态图像传感元件(30；50；60；70)，包括一个占据所述衬底的第一区并将入射光转换成光载流子的光电转换元件(31)；覆盖所述光电转换元件、由第一种透明材料形成并具有第一凹穴(38a，38c，38d；74a)的第一透明层(38；74)，和设置在所述第一凹穴中，并由折射率比所述第一透明材料大的第二透明材料构成以便作为透镜的第二透明层；其特征在于容纳在所述第一凹穴(38a；38c；38d；74a)中的所述第二透明层占据比所述第一区宽的第二区。2.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，其中所述第二透明层(32；53d；73a)的上表面(32a)与所述第一透明层的上表面(38b)一起形成平坦表面。3.根据权利要求2所述的固态图像传感元件，进一步包括覆盖所述平坦表面并由比所述第二透明材料硬的第三透明材料形成的第三透明层(39)。4.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，其中所述第一凹穴(38a；38d)具有大致的半球式结构。5.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，其中所述第一凹穴(53c；74a)具有大致的椭圆式结构。6.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，进一步包括与所述第二透明层(53d)一起容纳在所述第一凹穴中作为焦距调节剂的第三透明层(53a)。7.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，进一步包括形成在所述光电转换元件上并占据围绕所述第一区的第三区的光屏蔽层(34a)。8.根据权利要求7所述的固态图像传感元件，其中所述第二透明层的上表面与所述第一透明层的上表面一起形成平坦表面。9.根据权利要求8所述的固态图像传感元件，进一步包括覆盖所述平坦表面并由比所述第二透明材料硬的第三透明材料形成的第三透明层(39)。10.根据权利要求1所述的固态图像传感元件，其中所述第二透明层(63a)具有限定第二凹穴的弧形上表面(63c)。11.一种制造固态图像传感元件的方法，包括步骤a)制备衬底(36；51；61；71)；b)在所述衬底的第一区中形成光电转换元件(31)；c)用由第一透明材料形成的第一透明层(38；74)覆盖所述光电转换元件；d)在所述第一区的中心子区上具有开口(40a)的所述第一透明层上形成掩膜层(40；75)；e)各向同性地蚀刻所述第一透明层以形成第一凹穴(38a；74a)；和f)用折射率比...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川智宏，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]