CN108604590A - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

一种固体摄像装置，其具有全局快门结构，并包括：受光部(2)；布线层(6)；第一透明绝缘膜(10)，其以贯穿布线层(6)的方式设置在受光部(2)的正上方；透明保护膜(7)，其覆盖布线层(6)的上表面和第一透明绝缘膜(10)的上表面，该透明保护膜(7)的折射率比第一透明绝缘膜(10)的折射率高；第一突起部(8)，其设置在透明保护膜(7)上，该第一突起部(8)呈柱状且该第一突起部(8)的平面形状为四边形；以及第二透明绝缘膜(11)，其折射率比第一突起部(8)的折射率低。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及一种具有全局快门结构的固体摄像装置。
背景技术
图像传感器(固体摄像装置)的快门方式有从上行到下行依次进行曝光的卷帘快门方式和在所有行上同时进行曝光的全局快门方法。在CMOS型固体摄像装置中，采用卷帘快门方式的情况较多，但在具有卷帘快门结构的固体摄像装置中，当拍摄以高速移动的物体时会发生图像失真(所谓的焦平面失真)。
于是，近年来提出了一种具有全局快门结构的CMOS型固体摄像装置。在具有全局快门结构的固体摄像装置中，存储部与光电二极管彼此独立地形成在半导体衬底上，从所有光电二极管向存储部同时读出信号，然后从存储部依次读出该信号，由此能够获得无失真的图像。因此，需要识别以高速移动的物体的工业相机、高端相机等被要求具备具有全局快门结构的固体摄像装置。
另一方面，为了在不使固体摄像装置的尺寸增大的情况下获得高质量的图像，有让固体摄像装置中的每个单元(cell)尺寸缩小的趋势。然而，随着单元尺寸缩小，聚集入射光变得困难，因此需要实现即使让单元尺寸缩小也能够效率良好地聚集入射光的高灵敏度的固体摄像装置。
在专利文献1和2中记载有一种固体摄像装置，其包括设置在多个布线层的上方且覆盖受光部的上方的层内透镜和设置在层内透镜的上方的片上透镜。在这些专利文献中记载的固体摄像装置中，由片上透镜聚集到的入射光通过向上凸起的大致半球形的层内透镜进一步有效地被聚集在受光部上。
在专利文献3中记载有一种固体摄像装置，其在受光部与层内透镜之间具备贯穿多个布线层的光波导。在专利文献3中记载的固体摄像装置中，因为入射到光波导中的光在封闭于光波导中的状态下被引导到受光部，所以聚光效率得到提高。
专利文献1：日本公开专利公报特开平11-040787号公报
专利文献2：日本公开专利公报特开2006-73882号公报
专利文献3：日本公开专利公报特开2008-192951号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
在全局快门方式的固体摄像装置的半导体衬底中，用于保持电荷的存储部设置在每个受光部的附近。因此，当使单元尺寸缩小时，受光部与存储部之间的距离变得非常短。
在此，在上述专利文献1和2中记载的固体摄像装置中，由层内透镜聚集的大部分的光成为相对于受光部倾斜的倾斜光。因此，在专利文献1和2中记载的固体摄像装置中，如果使单元尺寸缩小，则有可能倾斜光的一部分直接入射到存储部而导致噪声成分增加。
在专利文献3中记载的光波导是通过暂时去除位于受光部的上方的层间绝缘膜而形成孔，然后将构成材料填埋在受光部的上方而形成的。因此，在使单元尺寸缩小时，难以形成光波导。
本发明的目的在于：鉴于上述问题，提供一种采用了全局快门方式的固体摄像装置，该固体摄像装置即使是在单元尺寸缩小的情况下，也能够保持高灵敏度且减少光学噪声。
－用以解决技术问题的技术方案－
本说明书所公开的固体摄像装置包括：衬底；多个受光部，其设置在所述衬底的上部，且进行光电转换；存储部，其与多个所述受光部中的每个受光部对应着设置在所述衬底的上部，所述存储部将由多个所述受光部中的每个受光部生成的电荷积累起来；至少一层布线层，其设置在所述衬底上，在所述布线层形成有多根金属布线；第一透明绝缘膜，其以贯穿所述布线层的方式设置在多个所述受光部的正上方且多根所述金属布线之间的区域；透明保护膜，其覆盖所述布线层的上表面和所述第一透明绝缘膜的上表面，所述透明保护膜的折射率比所述第一透明绝缘膜的折射率高；第一突起部，其在所述透明保护膜上设置为位于多个所述受光部中的每个受光部的上方，所述第一突起部呈柱状且该第一突起部的平面形状为四边形；以及第二透明绝缘膜，其设置在所述第一突起部上，所述第二透明绝缘膜的折射率比所述第一突起部的折射率低。
需要说明的是，在“平面形状为四边形”中包括在制造工序中的偏差、误差等范围内，角部的形状被倒圆的情况。
－发明的效果－
根据本说明书所公开的固体摄像装置，即使是在采用全局快门方式时单元尺寸缩小的情况下，也能够保持高灵敏度且减少光学噪声。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图2是示出参考例所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图3是对在第一实施方式和参考例所涉及的固体摄像装置中在受光部产生的电子数与在存储部产生的电子数的比率进行比较的图。
图4是从上方观看在图1中所示的固体摄像装置的钝化膜和第一突起部时的俯视图。
图5A是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法的图。
图5B是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法的图。
图5C是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法的图。
图5D是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法的图。
图6是示出第二实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图7是示出第三实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图8是从上方观看第三实施方式所涉及的固体摄像装置的钝化膜和第一突起部时的俯视图。
图9是示出在第三实施方式所涉及的固体摄像装置的受光部观测到的光的波长和光谱强度的图。
图10是示出第四实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图11A是俯视图，示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的遮光膜的平面形状。
图11B是示出入射到第一实施方式所涉及的固体摄像装置的存储部的光的强度的图。
图12A是俯视图，示出在第四实施方式所涉及的固体摄像装置的遮光膜的形状。
图12B是示出入射到第四实施方式所涉及的固体摄像装置的存储部的光的强度的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的一例即实施方式进行说明。需要说明的是，在本说明书中，“单元”意味着在固体摄像装置的摄像区域中，生成一个像素信号的区域的最小单位，并指的是设有一个受光部和一个存储部的区域，其中，该存储部将在该受光部产生的电荷积累起来。此外，单元尺寸意味着在假设单元的平面形状为正方形的情况下的单元宽度。
(第一实施方式)
图1是示出在本说明书中公开的第一实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。如图1所示，本实施方式的固体摄像装置包括：衬底1；多个受光部2，其设置在衬底1的上部且进行光电转换；存储部3，其将由多个受光部2中的每个受光部2生成的电荷积累起来；栅极部4，其使在每个受光部2通过光电转换生成的电荷转移到存储部3；至少一层布线层6，其设置在衬底1上且栅极部4的上方，并且在所述布线层6形成有多根金属布线20；遮光膜5，其布置在栅极部4与布线层6之间且在该遮光膜5的位于每个受光部2的上方的区域上形成有开口部；以及第一透明绝缘膜10，其以贯穿遮光膜5的开口部和布线层6的方式设置在受光部2的正上方且金属布线20的布线之间的区域。
作为衬底1，使用已知的半导体衬底等，例如能够使用硅衬底。受光部2具有能够将入射到的光转换成电荷的结构即可，受光部2也可以是例如在n型层上形成有p型层的光电二极管。多个受光部2在摄像区域(未图示)内例如布置成矩阵状，存储部3在行方向(在图1中的左右方向，以下称作“水平方向”)上设置在相邻的受光部2之间。例如，存储部3由衬底1内的n型层构成，在受光部2与存储部3之间形成有势垒。
如图1所示，在设置有多个布线层6的情况下，也可以在上下方向上相邻的布线层6之间以及在最下层的布线层6与遮光膜5之间分别形成有由与第一透明绝缘膜10相同的材料制成的层间绝缘膜。
根据本实施方式的固体摄像装置还包括：钝化膜(透明保护膜)7，其覆盖布线层6的上表面和第一透明绝缘膜10的上表面，该钝化膜的折射率比第一透明绝缘膜10的折射率高；第一突起部8，其设置在钝化膜7上且位于多个受光部2中的每个受光部2的上方；平坦化膜(第二透明绝缘膜)11，其设置在钝化膜7和第一突起部8上，该平坦化膜11具有平坦的上表面；以及片上透镜9，其分别设置在平坦化膜11的位于第一突起部8的上方的区域上。
钝化膜7和第一突起部8可以由彼此不同的材料制成，但也可以由同一的材料制成。在图1所示的例子中，钝化膜7和第一突起部8由同一的透明材料膜17制成。在此情况下，透明材料膜17的下部成为用于保护布线层6的钝化膜7，透明材料膜17的上部成为第一突起部8。
在本实施方式的固体摄像装置中，第一突起部8呈柱状且该第一突起部8的平面形状为四边形。此外，如图1所示，第一突起部8的纵向截面(在垂直于衬底表面的方向上的截面)为四边形。而且，第一突起部8的折射率比平坦化膜11的折射率高。
通过采用该结构，如后所述，既能够将入射到第一突起部8的光22封闭在第一突起部8中，又能够使入射到受光部2的入射光中倾斜光成分所占的比例降低。
在本实施方式的固体摄像装置中，例如第一突起部8由折射率为2.0左右的氮化硅类材料制成，平坦化膜11由折射率为1.4至1.7左右的有机材料等制成。如上所述，通过使第一突起部8与平坦化膜11之间的折射率之差增大，就能够将入射到第一突起部8的光更有效地封闭在第一突起部8中后聚集到受光部2。第一突起部8与平坦化膜11的折射率的差分Δn优选为大约0.3以上且0.6以下。
需要说明的是，钝化膜7也可以与第一突起部8一样由氮化硅类材料制成，第一透明绝缘膜也可以由折射率为1.5左右的氧化硅类材料制成。需要说明的是，氧化硅类材料是指以氧化硅为主成分的材料，在此只要具有绝缘性即可，也可以在氧化硅中含有任意的杂质等。此外，氮化硅类材料是指以氮化硅为主成分的材料，也可以含有任意的杂质等。
如图1所示，入射到本实施方式的固体摄像装置的光22由片上透镜9朝着片上透镜9的中心轴方向折射后，再入射到第一突起部8。穿过第一突起部的光22由第一突起部8聚集后，穿过钝化膜7和第一透明绝缘膜10而入射到受光部2。入射到受光部2的光24转换成电子。在该光电转换中产生的电子(电荷)通过向栅极部4施加电压而被转移到存储部3中。在存储部3中积累起来的电荷被用作图像信号并通过信号处理形成摄像图片。需要说明的是，因为本实施方式的固体摄像装置采用全局快门方式，所以对所有像素在同一时刻进行在受光部2的光电转换和电荷转移。
在进行上述光电转换之际，直接入射到存储部3的光成为噪声成分。这是因为在存储部3中也发生光电转换。遮光膜5设置在栅极部4的上方，以便防止光入射到存储部3。作为形成该遮光膜5的材料，使用钨等金属。由于钨的光吸收系数大，即使被制成薄膜也具有较高的遮光能力，因而钨作为遮光膜5的材料是优选的。
图2是示出参考例所涉及的固体摄像装置的剖视图。该固体摄像装置与图1所示的本实施方式的固体摄像装置的不同之处仅在于透明材料膜17的上部是向上凸起的大致半球形的层内透镜112。
在参考例所涉及的固体摄像装置中，从片上透镜9的周缘部入射的光122被层内透镜112更强地聚集起来。然而，如图2所示，当单元尺寸较小时，光122的焦点位置在很多情况下位于距衬底1还有较长距离的位置上。此外，在穿过层内透镜112的光122中，倾斜方向的成分变强。因此，直接入射到存储部3的倾斜光会增加。而且，倾斜度较大的光在遮光膜5的边缘部分衍射而入射到存储部3。其结果是，在参考例所涉及的固体摄像装置中噪声成分会增加。
与此相对，在本实施方式的固体摄像装置中，由于第一突起部8呈柱状且该第一突起部8的平面形状为四边形，因而将入射的光22收敛起来的力比层内透镜112弱，由此能够在将光适当地聚集到受光部2的同时减少穿过第一突起部8的光22中的倾斜成分。此外，也能够使通过遮光膜5的边缘附近的光24的倾斜度比参考例所涉及的固体摄像装置小，所以衍射光难以入射到存储部3。其结果是，在本实施方式的固体摄像装置中，能够大大地减少入射到存储部3的光，由此能够与参考例所涉及的固体摄像装置相比大幅度地降低噪声。
图3是对在第一实施方式和参考例所涉及的固体摄像装置中在受光部2产生的电子数与存储部产生的电子数的比率(＝在受光部产生的电子数/在存储部产生的电子数)进行比较的图。在图3中，参考例所涉及的固体摄像装置的结果被记作“层内透镜”，在本实施方式的固体摄像装置的结果被记作“柱状突起”。
在受光部2产生的电子数与在存储部3产生的电子数的比率被用作表示噪声大小的指标之一。该比率通常需要为2000以上。在参考例所涉及的固体摄像装置中，该比例为2865，而在本实施方式的固体摄像装置中，该比例为9541。如上所述，得知：在本实施方式的固体摄像装置中能够大幅度地减少噪声成分。
在参考例所涉及的固体摄像装置中，以使用片上透镜9和层内透镜112来将光聚集在受光部2上为目的。然而，在本实施方式的固体摄像装置中，特意采用了聚光能力较低的柱状第一突起部8以代替层内透镜112。本申请的发明人通过独自的研究发现了以下内容，即：如图3所示，在单元尺寸小的全局快门方式固体摄像装置中，第一突起部8的上述形状非常有效。
需要说明的是，在专利文献3中记载的光波导是在形成布线层6后，将第一透明绝缘膜10的位于受光部2的上方的部分去除而形成孔，然后使用高折射率材料填埋该孔而制成的。然而，由于在本实施方式的固体摄像装置上设置有存储部3，因而与一样大小的卷帘快门方式的固体摄像装置相比，在本实施方式的固体摄像装置中的受光部2上方的开口尺寸较小。因此，如果在形成布线层6之后再形成孔，则孔的纵横比变大，难以用光折射材料进行填埋。为此，在本实施方式的固体摄像装置中，特意在受光部2的正上方没有设置光波导。
根据该结构，能够充分应对单元尺寸缩小的情况，并且能够控制制造成本。
如下文所述，因为能够通过光刻处理和干蚀刻处理，在保留钝化膜7的状态下形成第一突起部8，所以与参考例所涉及的固体摄像装置相比，本实施方式的固体摄像装置既容易保护布线层6，又实现制造工艺简化。
图4是从上方观看在图1中所示的本实施方式的固体摄像装置的、钝化膜7和第一突起部8时的俯视图。在图4中，为方便起见示出了钝化膜7的轮廓，但钝化膜7实际上也在图4中的上下方向和左右方向上延伸。
第一突起部8的平面形状只要是四边形即可，并且如图4所示，也可以是在水平方向上的宽度Wx和垂直方向上的宽度Wy基本相同的正方形。近年来，片上透镜9在很多情况下通过回蚀刻处理形成，以便使水平方向上不存在间隙从而捕获尽可能多的光。在使用水平方向上不存在间隙的片上透镜9时，由于穿过片上透镜9的光的光束形状接近正方形，所以通过使第一突起部8的平面形状与光的光束形状相一致，就能够防止耦合效率的降低并且提高聚光效率。
第一突起部8的平面形状的各条边的长度都可以为单元尺寸的60％以上且80％以下。换句话说，第一突起部8的水平方向上的宽度(在图1中所示的宽度W)和垂直方向上的宽度都可以是单元尺寸的60％以上且80％以下。
由于第一突起部8的水平方向上的宽度和垂直方向上的宽度是单元尺寸的60％以上，因此能够充分地捕获由片上透镜9聚集到的光，难以发生灵敏度降低。此外，能够抑制封闭光的能力变得过大，并且容易使穿过第一突起部8后的光中的倾斜光成分减少，由此能够减少噪声。
由于第一突起部8的水平方向上的宽度和垂直方向上的宽度为单元尺寸的80％以下，因此能够确保足够的聚光能力，从而能够抑制灵敏度降低。
例如，在平坦化膜11的位于第一突起部8的上方的部分上也可以设置彩色滤光片(未图示)，该彩色滤光片选择性地使具有与多种颜色中的任一种颜色相对应的波长的光透过。在此情况下，可以是这样的：透过彩色滤光片的光的波长越长，第一突起部8的平面形状的规定方向上的宽度越大，其中，该彩色滤光片设置在第一突起部8的上方。通过采用这样的结构，能够根据像素的颜色优化灵敏度，从而能够提高固体摄像装置的灵敏度。
例如，在将第一突起部8的平面形状设定为正方形，并且设置蓝色(B)，绿色(G)和红色(R)这三种像素的情况下，如果将蓝色(B)用像素的第一突起部8的宽度设为WB，将绿色(G)用像素的第一突起部8的宽度设为WG，将红色(R)用像素的第一突起部8的宽度设为WR，则优选为WB<WG<WR。因为片上透镜9的聚光状态根据光的波长而变化，所以波长较短的蓝色光聚集在第一突起部8上的聚光范围较小，波长较长的红色光聚集在第一突起部8上的聚光范围较大。因此，通过采用上述结构，能够实现高灵敏度的固体摄像装置。
第一突起部8的高度H(参见图1)也可以为单元尺寸的5％以上且30％以下。通过将高度H设定为单元尺寸的5％以上，能够确保充分的聚光能力，并能够抑制灵敏度降低。此外，也能够确保当倾斜光入射时使该入射光折射而将该入射光引导至受光部2的能力，因此入射角特性不会降低。另一方面，通过将高度H设定为单元尺寸的30％以下，能够防止聚光能力变得过大并且防止噪声增加。
需要说明的是，作为形成第一突起部8的材料，除了使用折射率为2左右的氮化硅以外，使用折射率为1.9以上的透明的材料也能够获得与如上所述的效果相同的效果。此外，第一突起部8和与第一突起部8直接接触的部件之间的折射率之差优选为0.2以上。通过使该折射率之差为0.2以上，能够防止聚光的能力和封闭光的能力降低、灵敏度降低以及入射角特性劣化等。
－固体摄像装置的制造方法－
图5A至图5D是示出第一实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法的图。
首先，如图5A所示，通过对由硅等形成的衬底1的上部进行离子注入等，形成受光部2和与受光部2相邻的存储部3。接下来，使用已知的光刻工序、蚀刻工序，在存储部3上形成由多晶硅等制成的栅极部4。随后，在栅极部4和衬底1上形成绝缘膜之后，通过溅射和干法蚀刻等形成遮光膜5，该遮光膜5由钨等制成且在该遮光膜5的位于受光部2的上方的部分上形成有开口部。
接下来，通过已知的方法，使由氧化硅等制成的层间绝缘膜25和形成有金属布线20的布线层6交替地形成了多层。在此，以下将形成在衬底1上的绝缘膜和层间绝缘膜25的、位于受光部2的上方的部分称作第一透明绝缘膜10。
接下来，如图5B所示，通过已知的化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法形成例如由氮化硅制成的透明材料膜17，然后形成抗蚀剂掩膜30，该抗蚀剂掩膜30将透明材料膜17的位于每个受光部2上方的部分覆盖起来，该抗蚀剂掩膜30的平面形状为四边形。
接下来，如图5C所示，在通过干蚀刻去除透明材料膜17的上部后，去除抗蚀剂掩膜30，由此形成钝化膜7和第一突起部8。
随后，如图5D所示，通过旋涂方法等分别形成由透明高分子树脂等制成的平坦化膜11和片上透镜9。在形成片上透镜9以前，也可以在平坦化膜11上形成彩色滤光片。片上透镜9是在涂布透明高分子树脂后，通过光刻处理中的显影、回流处理中的球化和干法蚀刻处理而形成的。通过如上所述的方法，能够制造本实施方式的固体摄像装置。
在本实施方式的固体摄像装置中，能够将透明材料膜17的下部作为钝化膜7，并将透明材料膜17的上部作为第一突起部8，因此与设置层内透镜的情况相比，能够减少制造工序的数量，降低制造成本。
(第二实施方式)
图6是示出第二实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。以下主要对与在图1中所示的第一实施方式的不同之处进行说明。
在本实施方式的固体摄像装置中，设置有防反射膜13a和防反射膜13b，该防反射膜13a设置在最上层的布线层6与钝化膜7之间，该防反射膜13b覆盖钝化膜7的上表面和第一突起部8的上表面及侧面。
在设置呈柱状且平面形状为四边形的第一突起部8的情况下，由于平坦面多，因而在特定波长处容易发生光的干涉。
例如，在如图6所示的区间A和区间B，在特定波长处容易发生干涉，该区间A和该区间B夹在折射率之差较大的平面之间。在本实施方式的固体摄像装置中，由于在容易发生干涉的界面上设置有防反射膜13a、13b，因此能够有效地抑制在区间A和区间B发生的干涉。
在本实施方式的固体摄像装置中，例如将第一突起部的折射率设定为2左右，将第一透明绝缘膜10的折射率设定为1.5左右，将平坦化膜11的折射率设定为1.5左右，因此使用折射率为大约1.6以上且1.9以下的材料作为防反射膜13a、13b的材料，以便缩小部件之间的折射率之差。也可以是这样的：防反射膜13a、13b具有多层膜结构，例如通过将折射率为1.6左右的SiON膜和折射率为1.7左右的SiCO膜层叠起来而形成。根据该结构，部件之间的折射率的变化变得平缓，能够有效地抑制干涉的发生。其结果是，能够获得平滑的光谱特性，从而能够防止图像质量下降。
需要说明的是，也可以设置有两个防反射膜13a、13b，但只设置有其中的一者，也能够减少干涉的发生。
(第三实施方式)
图7是示出第三实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。
如在第二实施方式中说明的那样，在设置呈柱状且平面形状为四边形的第一突起部8的情况下，由于平坦面多，因而在特定波长处容易发生光的干涉。
如图7所示，在本实施方式的固体摄像装置中，在钝化膜7的下表面的、位于每个受光部2上方的区域的一部分上，形成有朝着第一透明绝缘膜10的内侧向下突出的第二突起部14。第二突起部14也可以与第一突起部8和钝化膜7一样，由折射率较高的氮化硅形成。
通过形成第二突起部14，能够减小形成在钝化膜7的下部的平面。
其结果是，在钝化膜7的下部和衬底1之间存在有如图7所示的区间C和区间D即两种长度的区间，由此使光的相位难以一致。因此，根据本实施方式的固体摄像装置，能够将特定波长处的干涉抑制到一半以下。
因为设置有第二突起部14，所以从片上透镜9入射到第一突起部8后再入射到钝化膜7的光22的聚光状态发生变化。由于透过钝化膜7后的光28变成接***行的光，因而倾斜光成分减少。因此，与未设置第二突起部14的情况相比，能够减少由遮光膜5衍射的光，由此，与第一实施方式的固体摄像装置相比，能够使由该衍射光产生的噪声降低10％以上。
图8是从上方观看在图7中所示的固体摄像装置的钝化膜7和第一突起部8时的俯视图。如图8所示，第二突起部14可以形成为当从下方观看时呈窗框形状。在设置不存在水平方向上的间隙的片上透镜9的情况下，当从衬底1的上方观看时，入射到第一突起部8和受光部2的光22、28的光束形状接近四边形。在该情况下，通过将第二突起部14制成具有四边形外形的窗框形状，就容易使第二突起部14的形状以及由第二突起14围绕的区域的形状与入射光的光束形状相一致，由此能够更有效地抑制光干涉的发生。
因此，根据本实施方式的固体摄像装置，既能够减少干涉的发生，又能够获得噪声少的图像。需要说明的是，根据固体摄像装置的设计适当地确定第二突起部14的最佳尺寸。
图9是示出在第三实施方式所涉及的固体摄像装置的受光部观测到的光的波长和光谱强度的图。在图9中，“没有突起”表示：在下述固体摄像装置中的模拟结果，该固体摄像装置为除了没有形成有第二突起部14以外，其它结构都与第三实施方式相同的固体摄像装置。“有突起”表示：在第三实施方式所涉及的固体摄像装置中的模拟结果。
如图9所示，当没有形成第二突起部14时，入射光的强度根据波长而产生了振幅。得知：相对于此，在本实施方式的固体摄像装置中，通过设置第二突起部14，使得在波长发生变化时的光谱强度的变动变得平滑。
需要说明的是，在本实施方式中，对第二突起部14的截面形状为窗框状的例子进行了说明，但如果在钝化膜7的下表面上形成有凹凸，则能够得到减少干涉的效果。
根据接收到的光的波长来对第二突起部14的深度进行优化即可，不过，在设置蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)像素的情况下，也可以配合中间波长的绿色光而设计该深度。虽然要看构成固体摄像装置的材料如何，但第二突起部14的深度如果大约为60nm以上且100nm以下，则能够得到减少干涉的效果。需要说明的是，如果第二突起部14的深度过小，则防止干涉的效果也变弱；如果第二突起部14的深度过大，则使用诸如氮化硅类材料填埋形成在第一透明绝缘膜10的上部的孔就变得困难。
(第四实施方式)
图10是示出第四实施方式所涉及的固体摄像装置的剖视图。图11A是俯视图，示出在第一实施方式所涉及的固体摄像装置中的遮光膜的平面形状。图11B是示出入射到该固体摄像装置的存储部的光的强度的图。图12A是俯视图，示出在第四实施方式所涉及的固体摄像装置中的遮光膜的形状。图12B是示出入射到该固体摄像装置的存储部的光的强度的图。
图11A和图12A分别示出相当于在图10中用虚线包围的部分的区域。图11B示出在图11A中的右侧所示的存储部的入射光强度，图12B示出了在图12A中的右侧所示的存储部的入射光强度。
如上所述，在采用包括遮光膜5的单狭缝结构的情况下，在遮光膜5的边缘部分产生衍射光24，由此，成为噪声的光会入射到存储部3。在此情况下，如图11B所示，在遮光膜5的边缘处衍射的衍射光24a和衍射光24b处于相同相位，因此它们彼此干涉，有时在存储部3中出现光强度变强的部分。
如图10和图12A所示，在本实施方式的固体摄像装置中，在遮光膜5的当俯视时面向受光部2的部分上形成有凹凸。根据该结构，由于在遮光膜5的凸部衍射的光24c和在遮光膜5的凹部衍射的光24d相位较难一致，所以能够减少干涉的发生(参照图12B)。因此，与在遮光膜5上不形成凹凸的情况相比，本实施方式的固体摄像装置能够大幅度地减少在存储部3产生的噪声。对图11B所示的结果与图12B所示的结果进行比较后得知：在本实施方式的固体摄像装置的存储部3，噪声降低了15％以上。
配合希望抑制噪声的波长来设计形成在遮光膜5上的凹凸的宽度Δd即可。如果是用于观测可见光的摄像元件，配合具有650nm左右的波长的光来设计宽度Δd即可。在本实施方式的固体摄像装置中，也可以例如为Δd＝100nm。此外，也可以考虑存储部3的边缘与遮光膜5的边缘之间的距离来将Δd设定在50nm以上且150nm以下的范围内。
综上所述，根据本说明书所公开的固体摄像装置，即使是在单元尺寸缩小的情况下，也能够保持高灵敏度且减少光学噪声。如上所述的固体摄像装置的结构可以应用于具有全局快门结构的CMOS图像传感器，但在应用于CCD传感器的情况下也能够兼顾保持高灵敏度和减少噪声。
需要说明的是，如上所述的各实施方式所涉及的固体摄像装置是本发明的实施方式之一例，可以适当地改变各个构成部件的形状、构成材料及尺寸等。此外，也可以分别将第一至第四实施方式所涉及的固体摄像装置的结构组合起来。例如，通过在第四实施方式所涉及的固体摄像装置中采用第二实施方式所涉及的固体摄像装置的防反射膜13a、13b，能够更有效地抑制光的干涉。
－产业实用性－
本公开的示例所涉及的固体成像装置能够应用于诸如各种相机、便携式设备等的摄像装置。
－符号说明－
1 衬底
2 受光部
3 存储部
4 栅极部
5 遮光膜
6 布线层
7 钝化膜
8 第一突起部
9 片上透镜
10 第一透明绝缘膜
11 平坦化膜
13a、13b 防反射膜
14 第二突起部
17 透明材料膜
20 金属布线
22、24、24a、24b、24c、24d、28、122 光
25 层间绝缘膜
30 抗蚀剂掩膜
112 层内透镜

Claims (14)

1.一种固体摄像装置，其特征在于：包括：
衬底；
多个受光部，其设置在所述衬底的上部，且进行光电转换；
存储部，其与多个所述受光部中的每个受光部对应着设置在所述衬底的上部，所述存储部将由多个所述受光部中的每个受光部生成的电荷积累起来；
至少一层布线层，其设置在所述衬底上，在所述布线层形成有多根金属布线；
第一透明绝缘膜，其以贯穿所述布线层的方式设置在多个所述受光部的正上方且多根所述金属布线之间的区域；
透明保护膜，其覆盖所述布线层的上表面和所述第一透明绝缘膜的上表面，所述透明保护膜的折射率比所述第一透明绝缘膜的折射率高；
第一突起部，其在所述透明保护膜上设置为位于多个所述受光部中的每个受光部的上方，所述第一突起部呈柱状且该第一突起部的平面形状为四边形；以及
第二透明绝缘膜，其设置在所述第一突起部上，所述第二透明绝缘膜的折射率比所述第一突起部的折射率低。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述透明保护膜和所述第一突起部由同一的透明材料膜制成，所述透明材料膜的下部为所述透明保护膜，所述透明材料膜的上部为所述第一突起部。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于：
在所述衬底上形成有多个单元，每个所述单元包括多个所述受光部中的一个受光部和对应于该受光部的一个存储部，
所述第一突起部的平面形状的各条边的长度为所述单元的尺寸的60％以上且80％以下。
4.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于：
在所述衬底上形成有多个单元，每个所述单元包括多个所述受光部中的一个受光部和对应于该受光部的一个存储部，
所述第一突起部的高度为所述单元的尺寸的5％以上且30％以下。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
还包括彩色滤光片，其设置在第二透明绝缘膜的位于所述第一突起部的上方的部分上，并选择性地使具有与多种颜色中的任一种颜色相对应的波长的光透过，
透过所述彩色滤光片的光的波长越长，该第一突起部的平面形状的规定方向上的宽度越大，该彩色滤光片设置在所述第一突起部的上方。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述布线层设置有两层以上，
在上下方向上相邻的所述布线层之间形成有由与所述第一透明绝缘膜相同的材料制成的层间绝缘膜。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述第一突起部的折射率比所述第二透明绝缘膜的折射率高，该折射率的差分在0.3以上且0.6以下的范围内。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述第一透明绝缘膜由氧化硅类材料制成，并且所述透明保护膜和所述第一突起部由氮化硅类材料制成。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
当俯视时所述第一突起部的平面形状为正方形。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述固体摄像装置还包括防反射膜，其覆盖所述第一突起部的上表面和侧面。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
在所述透明保护膜的下表面的、位于多个所述受光部中的每个受光部上方的区域的一部分上，形成有朝着所述第一透明绝缘膜的内侧向下突出的第二突起部。
12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述第二突起部形成为当从下方观看时呈窗框形状。
13.根据权利要求11或12所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述第二突起部的深度为60nm以上且100nm以下。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述固体摄像装置还包括：
栅极部，其形成在所述存储部上，使在多个所述受光部中的每个受光部生成的电荷转移到所述存储部；
遮光膜，其布置在所述栅极部与所述布线层之间，并在该遮光膜的位于多个所述受光部中的每个受光部的上方的区域上形成有开口部；以及
片上透镜，其分别设置在所述第二透明绝缘膜的位于所述第一突起部的上方的区域上。
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