专利名称：光电转换设备和制造光电转换设备的方法
技术领域：
实施例的一个公开方面涉及光电转换设备和制造光电转换设备的方法。
背景技术：
具有焦点检测功能的数码摄像机和数字照相机在通常使用中已变得普及。在这些照相机中采用CCD类型和CMOS类型的光电转换设备。提出了以下光电转换设备在其中结合用以根据作为一个焦点检测方法的光瞳分割相位差方法来执行焦点检测的像素。日本专利公开No. 2009-109965公开了以下光电转换设备其中结合用于焦点检测的像素，其中每个像素都是通过使用遮光膜相对于光来屏蔽光电转换元件的一部分而被提供的。然而，日本专利公开No. 2009-109965不包括关于确定用于焦点检测的像素的特征的遮光膜布置的讨论。遮光膜的布置从准确执行焦点检测的观点来说是重要的
发明内容
·实施例的一个公开方面提供一种遮光膜的布置，以准确执行焦点检测，以及提供制造遮光膜的方法。根据实施例，提供了光电转换设备，包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件，光电转换元件具有光接收表面；以及多个布线层，用以读取由光电转换元件提供的信号，其中，光电转换设备进一步包括遮光膜，该遮光膜覆盖光电转换元件的一部分并具有被放置得比多个布线层中的最下方布线层的下表面更接近以下平面的下表面该平面包括光电转换元件的光接收表面并与光接收表面平行。根据另一实施例，提供了制造光电转换设备的方法，所述光电转换设备包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件；以及多个布线层，用以读取由光电转换元件提供的信号，所述方法包括以下步骤形成覆盖光电转换元件的绝缘膜；在绝缘膜中形成接触孔；在接触孔中形成接触插头；在绝缘膜中形成槽，槽覆盖光电转换元件的一部分；以及在槽中形成不透明膜。根据又一实施例，提供了制造光电转换设备的方法，所述光电转换设备包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件；以及多个布线层，用以读取由光电转换元件提供的信号，所述方法包括以下步骤形成覆盖光电转换元件的第一绝缘膜；形成覆盖第一绝缘膜的不透明膜；对不透明膜进行图案化以形成覆盖光电转换元件的一部分的遮光膜；形成覆盖遮光膜的第二绝缘膜；以及在第二绝缘膜上形成多个布线层中的最下方布线层。本公开内容的更多特征将会根据参照附图对示范性实施例的以下描述而变得清
/E. o
图I是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的剖视图。
图2A是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图2B是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图2C是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图2D是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图2E是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图2F是用以说明根据第一实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图3A是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的电路图。图3B是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的平面图。
图4A是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的平面图。图4B是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的平面图。图5A是用以说明根据第二实施例的光电转换设备的剖视图。图5B是用以说明根据第二实施例的光电转换设备的修改的剖视图。图6是用以说明根据第三实施例的光电转换设备的剖视图。图7A是用以说明根据第三实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图7B是用以说明根据第三实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图7C是用以说明根据第三实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图7D是用以说明根据第三实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图7E是用以说明根据第三实施例的制造光电转换设备的方法的剖视图。图8A是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的剖视图。图SB是用以说明根据第一实施例的光电转换设备的剖视图。
具体实施例方式根据一个实施例的光电转换设备包括多个焦点检测像素和布置在所述焦点检测像素上方的多个布线层，每个焦点检测像素都包括光电转换元件。光电转换设备还包括遮光膜，遮光膜覆盖光电转换元件的一部分并且具有比多个布线层中的最下方布线层的下表面更接近光电转换元件的表面的下表面。在存在如此布置的遮光膜的情况下，在接近光电转换元件表面的位置处进行光瞳分割，从而可以增加焦点检测的准确性。根据其它实施例，提供了制造光电转换设备的方法，光电转换设备包括每个都包括光电转换元件的多个焦点检测像素、以及多个布线层。根据一个实施例的制造方法包括以下步骤形成覆盖光电转换元件的绝缘膜；在绝缘膜中形成接触孔；在接触孔中形成接触插头；在绝缘膜中形成槽，槽覆盖光电转换元件的一部分；以及在槽中形成不透明膜。根据其它实施例的制造方法包括以下步骤形成覆盖光电转换元件的第一绝缘膜，形成覆盖第一绝缘膜的不透明膜，对不透明膜进行图案化以形成覆盖光电转换元件的一部分的遮光膜，形成覆盖遮光膜的第二绝缘膜，以及在第二绝缘膜上形成多个布线层中的最下方布线层。通过这些制造方法，可以容易地形成使得能够高度准确地执行焦点检测的遮光膜。在实施例的以下描述中，把从半导体衬底的表面朝向半导体衬底内部的方向定义成向下方向，把与该方向相反的方向定义成向上方向。进一步地，布线层包括多个布线图案。因此，也可以把布线层的上表面和下表面分别称为布线图案的上表面和下表面。第一实施例
下面将参照图I至4B描述根据第一实施例的光电转换设备。首先，参照图3A和3B描述根据第一实施例的光电转换设备中的图像拾取区域和像素电路。图3A是一个像素的电路图。根据第一实施例的光电转换设备中的用于图像拾取的像素和用于焦点检测的像素中的每个像素具有图3A中示出的电路配置。以下描述是在图3A中晶体管是N型MOSFET并且信号载流子(电荷载流子)是电子的情况下进行的。参照图3A，像素301包括作为光电转换元件的光电二极管(在下文中称作“PD”)302以及多个晶体管。多个晶体管包括传送晶体管303、复位晶体管304、放大晶体管305、以及选择晶体管306。传送晶体管303把来自32 (PD 32连接到传送晶体管303的源极)的信号载流子传送给连接到传送晶体管303的漏极的浮置扩散部分(在下文中称作“FD部分”)。图3A中的节点308是FD部分的节点。节点308包括传送晶体管303的漏极、放大晶体管305的栅极电极、以及复位晶体管304的源极。放大晶体管305输出取决于FD部分的电势的信号，即，取决于信号载流子的信号。选择晶体管306连接到信号线307，选择晶体管306控制输出来自放大晶体管305的信号的时刻。复位晶体管304把FD部分的电势复位。换言之，复 位晶体管304排出已经传送到FD部分的信号载流子。在此实施例中，信号拾取像素和焦点检测像素中的每个具有上述像素电路。光电转换元件不限于光电二极管，它可以是例如光门(photogate)。进一步地，多个光电转换元件可以共用多个晶体管。因此，电路配置可以可选地改变为例如使用不包括选择晶体管的像素电路、或者使用P型MOSFET作为放大晶体管。图3B是包括用于图像拾取的像素和用于焦点检测的像素的光电转换设备的示意性平面图。图像拾取区域320包括以二维图案布置的每个都具有图3A中示出的电路的像素301。在图像拾取区域320中，图像拾取像素301a和焦点检测像素301b布置在XY方向上。在一行(X方向)中和一列(Y方向)中布置焦点检测像素301b,该一行和一列在图像拾取区域320的中心处交叉。换言之，焦点检测像素301b布置为十字形。然而，可以可选地改变焦点检测像素301b的布置。在图3B中，分别与图像拾取像素301a和焦点检测像素301b对应地布置用于向光电转换元件聚集光的光学元件，即，此实施例中的微透镜324a和微透镜324b。图像拾取像素301a中的光电转换元件具有光接收表面323。焦点检测像素301b具有具有开口 321的遮光膜322。把遮光膜322标注成阴影线区域。焦点检测像素301b中的光电转换元件也具有与图像拾取像素301a中的光电转换元件的光接收表面323类似的光接收表面，但是焦点检测像素301b中的光接收表面部分地覆盖有遮光膜322。通过使用如上所述布置的焦点检测像素301b获得用于相位差测量的光瞳分割图像信号来执行焦点检测。通过使用除了焦点检测像素301b以外的图像拾取像素301a获得用于在创建图像时使用的信号。下面将参照图I描述焦点检测像素301b中的遮光膜。图I是根据第一实施例的光电转换设备的一部分的示意性剖视图，该部分包括焦点检测像素30ib中的传送晶体管和ro。光电转换设备包括其中布置有ro和传送晶体管的半导体衬底103。半导体衬底103具有表面S，它可以包括N型硅半导体衬底的基体材料部分101和在基体材料部分101上形成的半导体区域102。半导体衬底可以进一步包括外延层。半导体区域102可以是基体材料部分101的一部分或通过离子注入形成的N型半导体区域。在此实施例中，半导体区域102是通过离子注入形成的P型半导体区域。ro包括用于累积信号载流子的N型半导体区域105、以及在N型半导体区域105上布置的P型半导体区域106。PD的表面(即，其光接收表面)与半导体衬底103的表面S平行并包括在表面S中。传送晶体管具有在栅极绝缘膜109上布置的栅极电极108。传送晶体管的源极与半导体区域105成为整体，传送晶体管的漏极与N型半导体区域107成为整体。N型半导体区域107作为所谓的FD部分。在半导体区域107的较接近半导体衬底103的表面S的那一侧上，布置杂质浓度比半导体区域107高的半导体区域110以便导通到接触插头115。通过元件隔离区域104把每个都包括和FD部分的各元件彼此隔离。通过STI (浅槽隔离)方法或LOCOS (硅局部氧化)方法形成元件隔离区域104。可以在和FD部分上(SP，在表面S上)布置与栅极绝缘膜109成为整体的绝缘膜或单独绝缘膜。栅极绝缘膜109或单独绝缘膜由例如二氧化硅制成。在上述元件上方，从半导体衬底103的表面S开始依次设置绝缘膜111至114。绝缘膜ill由氮化硅制成，围绕接触插头115设置，以及布置成覆盖ro的光接收表面。绝缘膜112至114由二氧化硅制成和充当所谓的层间绝缘膜。绝缘膜112至114被布置在半导体衬底103与最下方布线层之间、在相邻布线层之间、以及在最上方布线层上。在绝缘膜 114上方，例如，从半导体衬底103的表面S看，依次设置由氮氧化硅制成的防反射膜130和由氮化硅制成的保护膜131。在保护膜131上方，从半导体衬底103的表面S看，依次布置由有机树脂制成的平坦化膜132、滤色器133、由有机树脂制成的平坦化膜134、以及微透镜135。还可以在保护膜131与平坦化膜132之间布置另一防反射膜。在绝缘膜111至114中的相邻两个之间布置多个布线层、接触插头以及通孔插头。连接到半导体衬底103中的元件的接触插头115在其侧向表面处被绝缘膜111和绝缘膜112环绕。接触插头115的上表面在与绝缘膜112的上表面相同的高度。此处，术语“高度”意味着自半导体衬底103的表面S起的高度(S卩，距离)。把连接到接触插头115的第一布线层118设置在接触插头115和绝缘膜112上。第一布线层118的下表面124在与绝缘膜112的上表面相同的高度。表述“相同的高度”包括基本上相同高度的情形，例如，高度彼此不同的量对应于制造半导体设备(即，光电转换设备)时的误差的情形。把连接到第一布线层118的通孔插头116布置在绝缘膜113中。进一步地，连接到通孔插头116的第二布线层119被设置在绝缘膜113上并覆盖有绝缘膜114。在多个布线层之中把第一布线层118设置得最接近半导体衬底103的表面S。换言之，布线层118是多个布线层之中的最下方布线层。在如此构建的焦点检测像素30ib中，在ro上设置覆盖ro的一部分的遮光膜120。遮光膜120由不透明膜形成并由例如有机材料(比如黑树脂)、无机材料(比如碳化硅)、或者金属材料(比如钨)制成。不透明膜只要透射率低可以是任何类型的膜，它可以是并非完全不透明的。此实施例表示不透明膜由作为金属材料的一个示例的钨制成的情形。在遮光膜120中形成开口 121，在开口 121中未阻挡进入ro的光。遮光膜120具有较接近ro侧的下表面122和在与ro远离的那一侧上的上表面123。把遮光膜120放置得比多个布线层之中放置得最接近半导体衬底103的表面S的布线层118更接近半导体衬底103的表面S。因而，把遮光膜120布置在比布置得最接近半导体衬底103表面S的布线层118低的位置处。更具体地，遮光膜120的下表面122比布线层118的下表面124更接近半导体衬底103的表面S。在提供如此布置的遮光膜120的情况下，在接近光电转换元件的表面的位置处进行光瞳分割，从而可以增加焦点检测的准确性。此处，表述“高”和“低”意味着把半导体衬底103的表面S定义成基础时的相对高度(在向上方向上更高)。下面将参照图8A和8B描述遮光膜120的高度。图8A和8B是示例了作为光电转换元件的PD、遮光膜120、微透镜801和802、以及焦点检测像素301b中的入射光束803至808的示意性剖视图。此处，通过相同的附图标记标注与图I相同的组件，略去这些组件的描述。首先参照两个微透镜801和802描述适用于焦点检测像素的焦点位置。微透镜以与像素的一对一关系不仅布置在焦点检测像素301b中，而且布置在图像拾取像素301a中。图8A中的微透镜801的焦点Fl位于遮光膜120附近，图8B中的微透镜802的焦点F2放置得比图8A中的微透镜801的焦点更远离遮光膜120。在图8A和8B中，示例了来自两个分割射出光瞳区域中一个分割射出光瞳区域的光束803、805和807(形成图像A)、以及来自两个分割射出光瞳区域中另一分割射出光瞳区域的光束804、806和808 (形成图像B)。通过比较图像A和图像B，可以获得用于在焦点检测中使用的信号。在光束803至808中，通过阴影线表示的光束804至806入射在上，而未通过阴影线表示的光束803、807和808 未入射在上。如从图8A和SB所见，可以阻挡形成图像A的光束，可以允许形成图像B的光束进入图8A (其中微透镜的聚焦点更接近遮光膜120)中的H)。此处，当遮光膜120远离半导体衬底103的表面S时，导致期望的光通过衍射展开，减少入射到ro上的光的量。进一步地，通常，多个布线层中的布线图案或多个布线层中的一个限定入射到光电转换元件上的光。如果把遮光膜120放置在限定用于入射光的开口的布线层上方，即，如果把遮光膜120放置得远离半导体衬底103的表面S，则在把光束分开时或在把光束分开之后来自相邻像素的杂散光更容易混合到相关像素中。相应地，由于无用信息的混合，减少了对于焦点检测必需的信息，或者焦点检测的准确性恶化。通过如图I中所示把遮光膜120布置得比最下方布线层118更接近半导体衬底103的表面S，可以在最下方布线层118工作用来减少来自相邻像素的杂散光的情况下把光束分开。换言之，衍射光未被最下方布线层118遮蔽并且避免成为到相邻像素中的杂散光。如从图8A与8B之间的比较所见，当遮光膜120远离半导体衬底103的表面S时，微透镜的焦点位置也将要远离半导体衬底103的表面S。换言之，必需增加微透镜的曲率。然而，制造微透镜的通常方法难以增加微透镜的曲率。为此，如图I中所示，要把遮光膜120放置得接近半导体衬底103的表面S，S卩，比作为最接近半导体衬底103的布线层的布线层118更接近半导体衬底103的表面S。进一步地，图像拾取像素的微透镜可被设计成使得微透镜的焦点位于的光接收表面上。因而，通过把遮光膜120布置得比最接近半导体衬底103的布线层118更接近半导体衬底103的表面S，与图像拾取像素的微透镜相同的微透镜也可用于焦点检测像素，而不使焦点检测的准确性恶化。要注意，在图I中，遮光膜120的上表面123基本上位于与布线层118的下表面、接触插头115的上表面、以及绝缘膜112的上表面相同的高度。在此实施例中，表述“基本上相同的高度”包括高度之间相差的量对应于制造中的误差的情形。下面将参照图2A至2F描述制造图I中示出的光电转换设备的一部分的方法，该部分包括焦点检测像素301b。图2A至2F各自是图I中示出的光电转换设备中的焦点检测像素301b的剖视图。通过相同的附图标记标注图2A至2F中的与图I对应的组件，略去这些组件的描述。首先，如图2A中所示，准备包括在其中形成的各种元件的半导体衬底。虽然此处在半导体衬底103中只形成ro和传送晶体管，但还在半导体衬底103中形成像素晶体管、构成除了像素区域中以外电路的晶体管等(虽然未示出)。在图2A中示出的半导体衬底103上形成都覆盖元件的绝缘膜201和绝缘膜202。绝缘膜201由氮化硅制成，它后来成为绝缘膜111。绝缘膜201是通过例如等离子体CVD(化学气相沉积)方法或低压等离子体CVD方法形成的。绝缘膜201具有遵照栅极电极108等的形状的表面。绝缘膜202由氮化硅或BPSG (硼磷硅玻璃)制成，它后来成为绝缘膜112。此处，通过例如等离子体CVD方法形成绝缘膜202。通过例如CMP (化学机械抛光)方法使绝缘膜202的表面平坦化(图2B)。接下来，如图2C中所示，在绝缘膜202上形成光阻材料图案203。光阻材料图案203是通过把光阻材料膜图案化成预定图案而形成的。光阻材料图案203具有开口 204。在这种状态中，在光阻材料图案203用作掩模的情况下在绝缘膜202上进行蚀刻。在绝缘膜201上进一步进行蚀刻以形成用于图I中示出的接触插头115的接触孔。因而，绝缘膜·202成为具有图2D中示出的接触孔207的绝缘膜206。绝缘膜201可以在蚀刻绝缘膜202时充当蚀刻停止物。在蚀刻的完成之后，去除光阻材料图案203。在图2C的步骤之后，在绝缘膜206上形成光阻材料图案208。光阻材料图案208具有开口 209以形成图I中示出的遮光膜120。进一步地，光阻材料图案208填充用于图I中示出的接触插头115的接触孔207。在使用光阻材料图案208作为掩模的情况下在绝缘膜206上进行蚀刻，从而形成槽210，如图2E中所示，在槽210中要形成遮光膜120。绝缘膜206成为具有图2E中示出的槽210的绝缘膜112。在此实施例中，控制用以形成槽210的蚀刻以使得通过蚀刻形成的槽210比接触孔207浅。换言之，稍后形成的接触插头115的上表面与下表面之间的距离比遮光膜120的上表面与下表面之间的距离长。在蚀刻的完成之后,去除光阻材料图案208。在图2E中，在半导体衬底103的表面S通过接触孔207暴露的区域中形成用于与接触插头115相连的半导体区域110。半导体区域110是通过在使用绝缘膜112作为掩模的情况下进行离子注入形成的。此处，通过使用可以形成n型半导体区域的砷或磷进行离子注入。可以在图2C中形成接触孔之后通过使用光阻材料图案203进行该离子注入。在图2E的步骤之后，形成构建接触插头115和遮光膜120的金属膜。更具体地，例如通过CVD形成由钨制成的金属膜以覆盖绝缘膜112的上表面并填充接触孔207和槽210。随后，通过CMP方法或蚀刻方法去除覆盖绝缘膜112的上表面的额外金属膜，从而形成接触插头115和遮光膜120。在此状态中，接触插头115、遮光膜120、以及绝缘膜112的各上表面包括在基本上相同的平面中。此后，通过通用半导体工艺形成布线层、绝缘膜、以及插头，从而形成图I中示出的光电转换设备。当然，在上述制造方法中，金属膜、接触插头、以及布线层中的每个除了主要构成它的金属层之外还包括屏障金属。进一步地，虽然在此实施例中在同一步骤中(在同样时刻)执行形成接触插头115的步骤和形成遮光膜120的步骤，但可以在不同时刻执行这些步骤。如上所述，根据此实施例的制造光电转换设备的方法可以形成使得能够高度准确地执行焦点检测的遮光膜。下面将参照图4A和4B描述遮光膜120的平面布局。图4A是图I中示出的光电转换设备的示意性平面图。图4A的示意性平面图是投影到当从与表面S垂直的上部看半导体衬底103的表面S时的任意平面的视图。图4A示例了形成I3D的半导体区域105、栅极电极108、遮光膜120、形成FD的半导体区域107、以及布线层119。把栅极电极108布置在半导体区域105与半导体区域107之间，以与半导体区域107重叠的关系布置布线层119。以与半导体区域105重叠的关系布置遮光膜120。进一步地，以与栅极电极108的至少一部分重叠的关系布置遮光膜120。此外，以与半导体区域107的至少一部分重叠的关系布置遮光膜120。事实上，遮光膜120布置在半导体区域105、栅极电极108、以及半导体区域107的一部分上方。换言之，把遮光膜120布置成从半导体区域105上方的位置延伸以便在栅极电极108和半导体区域107的一部分之上。上述布置可以减少除了预定光以外的光(杂散光)向光电转换元件和半导体区域107中的混合。把接触插头115布置在半导体区域107中。为此，要把遮光膜120不布置成在半导体区域107的整个表面上方延伸。更有益地，要把遮光膜120不布置在半导体区域107上方。这是为了避免接触插头115与遮光膜120之间的电连接。如表面S中所查看的，由遮光膜120的外边缘限定的区域的面积大于由构成ro的 半导体区域105的四个侧401至404限定的区域的面积。通过把遮光膜120这样布置成大于半导体区域105，可以减少除了预定光以外的光(杂散光)混合到光电转换元件中。进一步地，使遮光膜120和布线层119彼此重叠。这种布置可以进一步避免无用光进入半导体区域107。在图4A中，遮光膜120中的开口 121的中心从半导体区域105的中心偏移。在图4A中，通过至少三个侧边401至403限定半导体区域105。如上可见,半导体区域105的外边缘是由也是栅极电极108的一个侧边的侧边404、以及三个侧边401至403限定。此处，通过位置0标注这四个侧边环绕的区域的中心，S卩，半导体衬底103的表面S中的半导体区域105的中心。进一步地，在图4A中，位置A标注遮光膜120的开口 121的中心。位置0和位置A彼此偏移。通过距离Xl标注偏移的量。此外，相对于限定表面S中的半导体区域105的一个侧边，例如，侧边401，位置A与侧边401之间的距离比位置0与侧边401之间的距离短。当光电转换元件ro是矩形时，例如，把位置A布置成使得在矩形的四个侧边中的相对两个侧边之间，位置A与两个侧边中的一个侧边之间的距离比位置0与该一个侧边之间的距离短。换句话说，位置0以与距离Xl和距离X2之和对应的距离远离侧边401，位置A以距离X2远离侧边401。通过这种布置，可以使得光瞳分割图像入射在光电转换元件上。此处，术语“距离”意味着通过最短路线把位置0或位置A和某一个侧边互连的线段的长度。此外，在限定开口 121的侧边中，把限定开口 121的较接近位置0的边缘的侧边405布置在位置0处或比位置0更接近侧边401。此布置使得光瞳分割图像能够入射在光电转换元件上。在成对的焦点检测像素中，以相对于与栅极电极108的沟道宽度方向平行的线段呈线对称关系布置每个都具有图4A中示出的布置的那些像素。可替选地，在图4A中示出的布置中，把开口 121布置成使得位置A与侧边404之间的距离比位置0与侧边404之间的距离短。下面将参照图4B描述图4A中示出的遮光膜的修改。图4B是与图4A对应的示意性平面图。通过同样附图标记标注与图4A中的组件相同的图4B中的组件，略去这些组件的描述。图4B在遮光膜和其中开口的形状方面与图4A不同。在图4B中，遮光膜406具有开口 407。不同于图4A中的开口 121，开口 407并非被遮光膜120完全环绕。可以把开口407称为遮光膜406的两个部分之间的缝隙或间隔。在此修改中，通过作为以下区域的中心的位置B标注开口 407的中心该区域被作为遮光膜120的两个部分的外边缘的两个侧边408和409以及半导体区域105的两个侧边402和403环绕。与图4A中的位置A类似地，位置B也相对于位置O偏移，通过距离Xl标注偏移的量。其它关系与图4A中的关系类似。因而，在如在此修改中的缝隙状开口 407的情形中，可以把由半导体区域105和遮光膜406这二者的外边缘环绕的区域的中心作为开口的中心。换言之，开口可以不被遮光膜完全环绕。在图4A和4B中，遮光膜可以按每个像素设置，或者可以形成为在相邻像素上方延伸，即，它可以与相邻像素中的遮光膜成为整体。在后者情形中，可以提供具有较高遮光性能的遮光膜。用于实践实施例的制造方法不限于第一实施例中描述的制造方法。例如，可以在 接触孔207之前形成槽210，或者可以在接触孔207中形成插头之后形成槽210。虽然以上在第一实施例中描述了焦点检测像素，但在图像拾取像素中不包括遮光膜。制造图像拾取像素的方法也可以按照通用半导体工艺进行。第二实施例下面将参照图5A和5B描述根据第二实施例的光电转换设备。图5A是根据第二实施例的光电转换设备的示意性剖视图，该视图对应于图I。通过同样附图标记标注与图I中的组件相同的图5A中的组件，略去这些组件的描述。图5A在遮光膜的结构方面与图I不同。虽然在图I中把遮光膜120设置在绝缘膜112的上部中，但图5A中的遮光膜501形成为穿透绝缘膜505的状态。因而，遮光膜501的一部分的底表面503存在于包括绝缘膜111的上表面的平面中。进一步地，遮光膜501的上表面504存在于包括绝缘膜505的上表面和布线层118的下表面124的平面中。使用把遮光膜501放置得比图I的结构更接近的光接收表面的这种布置，可以减少除了预定光以外的光的混合。进一步地，使用该布置，遮光膜501的侧向表面506可以反射光，可以更容易引导经过遮光膜501中的开口 502的光以进入PD。可以通过部分地修改第一实施例中的上述制造方法形成图5A的结构。更具体地，在图2D的步骤中，绝缘膜206被蚀刻到比第一实施例中的上述制造方法中的深度更大的深度。例如，蚀刻绝缘膜206直到绝缘膜111实际上充当蚀刻停止物。因而，在绝缘膜206中形成开口而非图2E中示出的槽210。在图2E的步骤之后，以与第一实施例中的类似的方式执行制造方法。作为结果，可以获得图5A的结构。因为包括充当蚀刻停止物的绝缘膜111，所以可以准确控制蚀刻的深度。进一步地，充当蚀刻停止物的绝缘膜111的存在可以减少对ro施加的蚀刻损坏。图5B示例了图5A的结构的修改。图5B是与图5A对应的示意性剖视图。通过同样附图标记标注与图5A中的组件相同的图5B中的组件，略去这些组件的描述。图5B与图5A的不同之处在于前者包括绝缘膜515。把绝缘膜515设置在遮光膜511与绝缘膜505之间。绝缘膜515由例如氮化硅制成，它可以确保栅极电极108与遮光膜511之间和与遮光膜515之间的绝缘。进一步地，绝缘膜515可以抑制遮光膜511的金属向半导体衬底103中的扩散。可以以与图5A的结构的制造方法类似的方式形成图5B的结构，除了以下点之外。在(替代图2E中示出的槽210)形成的开口的内表面上方形成氮化硅膜之后，如图2F中所示出的那样执行形成金属膜的步骤。作为结果，可以形成图5B的结构。或者，可以在开口和氮化硅膜之后形成接触孔。可以可选地选择制造方法的步骤的次序。第三实施例下面将参照图6描述根据第三实施例的光电转换设备。图6是根据第三实施例的光电转换设备的示意性剖视图，该视图对应于图I。通过同样附图标记标注与图I中的组件相同的图6中的组件，略去这些组件的描述。图6在绝缘膜和遮光膜的结构方面与图I不同。在图6中，遮光膜603具有开口 604。遮光膜603具有遵照下面的结构的形状(SP， 此处栅极电极108的形状)的下表面605和上表面606。遮光膜603的上表面606覆盖有绝缘膜607。遮光膜603的下表面605比放置得最接近表面S的布线层118的下表面124更接近半导体衬底103的表面S。进一步地，遮光膜603的上表面606未存在于包括接触插头115的上表面或布线层118的下表面124的平面中，把它放置得比该平面更接近表面S。使用这种布置，遮光膜603可以通过良好控制性能使光瞳分割图像的预定光入射到ro上。下面将参照图7A至7E描述用于制造图6中示出的光电转换设备的一部分的方法，该部分包括焦点检测像素。图7A至7E各自是图6中示出的光电转换设备中的焦点检测像素的剖视图。通过同样附图标记标注与图6中的组件对应的图7A至7E中的组件，略去这些组件的描述。也略去与图2A至2F中的步骤相同的步骤的描述。首先，如图7A中所示，制备包括其中形成的各种元件的半导体衬底。图7A的步骤与图2A的步骤类似。随后，如图7A中所示，通过例如CVD方法形成由氮化硅制成并且覆盖表面S和栅极电极108的绝缘膜701。如在其它实施例中那样，可以在表面S上设置由二氧化娃制成的绝缘膜(未示例),该绝缘膜与栅极绝缘膜109成为整体或与其分开。在该情形中，把绝缘膜(未示例)布置在绝缘膜701与表面S之间。进一步地，通过CVD方法形成由二氧化硅制成并且覆盖绝缘膜701的绝缘膜702。此处，绝缘膜701的折射率在半导体区域105与绝缘膜702的折射率之间以使得它可以以后充当防反射膜。随后形成由钨制成并覆盖绝缘膜702的金属膜703。此处，绝缘膜701、绝缘膜702和金属膜703的相应上表面具有遵照结构比如栅极电极108的形状。绝缘膜701、绝缘膜702和金属膜703的相应上表面的不均匀性依次逐渐减小。换言之，绝缘膜702的上表面具有较小的不均匀性，这归因于例如栅极电极108的水平差，以及具有比绝缘膜701的上表面更缓和的形状。接下来，在金属膜703上形成图7B中示出的光阻材料图案704。光阻材料图案704具有开口 705。与要形成开口的遮光膜的区域(即，要去除遮光膜的区域)对应地放置开口705。在使用光阻材料图案704作为用于金属膜703的图案化的掩模的情况下在金属膜703上进行蚀刻，从而形成遮光膜603。此处，因为把绝缘膜702设置在金属膜703的下方，所以缓和了归因于栅极电极108的不均匀性。因此，在图7B的步骤中，绝缘膜702的上表面变得相对较缓和并且可以轻松去除金属膜703。如果不存在绝缘膜702，则存在以下可能性在绝缘膜701的覆盖栅极电极108的侧向壁的侧向壁上可能无法完全去除无用金属膜703。无用金属膜703的存在会引起泄漏等，以及会减小产量。换言之，可以通过如在此实施例中那样形成绝缘膜702来抑制由无用金属膜703的存在引起的产量减小。此外，绝缘膜702 (第二绝缘膜)可以在执行金属膜703的图案化时充当蚀刻停止物。因此，绝缘膜702的存在可以减小对ro和绝缘膜701施加的蚀刻损坏。当绝缘膜701经受蚀刻时，绝缘膜701的厚度改变。绝缘膜701后来成为绝缘膜111以能够充当ro的光接收表面上的防反射膜。虽然防反射膜的厚度是在考虑光学特性的情况下设置的，但如果通过蚀刻改变了膜厚度则光学特性降级。因而，绝缘膜702的存在可以有助于维持预定光学特性。接下来，如图7C中所示出的，形成绝缘膜708 (第一绝缘膜)以覆盖绝缘膜702和遮光膜603。绝缘膜708例如由二氧化硅制成并通过CVD方法形成。在绝缘膜708上形成光阻材料图案(未示出)，在使用该光阻材料图案作为掩模的情况下蚀刻绝缘膜708和绝缘膜702。此后，暴露出的绝缘膜701通过蚀刻被去除。随后去除光阻材料图案。通过上述步骤，形成绝缘膜607、绝缘膜602、以及绝缘膜111，这些膜包括穿透它们的接触孔710，如图7D中所示。 进一步地，在接触孔710下面形成半导体区域110并向接触孔710中填充金属，从而形成接触插头115。这些步骤可以根据与图2D和2F中示出的半导体工艺类似的半导体工艺执行，因此略去这些步骤的详细描述。随后通过通用半导体工艺形成布线层、绝缘膜以及插头，从而形成图6中示出的光电转换设备。虽然在此实施例中形成绝缘膜701和绝缘膜702这二者，即，绝缘膜111和绝缘膜602这二者，但可以在不形成绝缘膜702的情况下以较大厚度形成绝缘膜701。在这种情形中，绝缘膜701也充当蚀刻停止物以减小对ro施加的蚀刻损坏。作为替选方案，可以在不形成绝缘膜701的情况下以较大厚度形成绝缘膜702。作为根据以上实施例中的任何实施例的光电转换设备到图像拾取系统的应用实例，下面将描述结合相关的光电转换设备的照相机。此处，照相机的概念不仅包括主要用于拍摄的装置，而且还包括具有拍摄功能作为辅助功能的装置(如，个人计算机或便携式终端)。照相机包括根据以上实施例中的一个实施例的光电转换设备、以及用于处理从光电转换设备输出的信号的信号处理单元。信号处理单元可以包括例如A/D转换器和用于处理从A/D转换器输出的数字数据的处理器。虽然根据一个实施例的光电转换设备可以只包括焦点检测像素301b，但更有益的是光电转换设备额外地还包括图像拾取像素。通过根据实施例的光电转换设备，由于在接近光电转换元件的表面的位置处进行光瞳分割，所以可以增加焦点检测的准确性。此外，通过根据实施例的制造方法，可以形成使得能够高度准确地执行焦点检测的遮光膜。虽然参照示范性实施例描述了本公开内容，但要理解，本公开内容不限于公开的示范性实施例。所附权利要求的范围要被赋予最广泛的解释以涵盖所有这种修改以及等同结构和功能。
权利要求
1.一种光电转换设备，包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件，所述光电转换元件具有光接收表面；以及多个布线层，用以读取由所述光电转换元件提供的信号， 其中，所述光电转换设备还包括遮光膜，所述遮光膜覆盖所述光电转换元件的一部分并且具有放置为比所述多个布线层的最下方布线层的下表面更接近以下平面的下表面该平面包括所述光电转换元件的光接收表面并与所述光接收表面平行。
2.如权利要求I所述的光电转换设备，其中，所述遮光膜具有开口，以及 所述开口的中心相对于所述光电转换兀件的光接收表面的中心偏移。
3.如权利要求I所述的光电转换设备，其中，把所述最下方布线层的下表面和所述遮光膜的上表面放置在相同高度。
4.如权利要求I所述的光电转换设备，其中，所述光电转换设备包括用于与所述最下方布线层相连的接触插头，以及 把所述接触插头的上表面和所述遮光膜的上表面放置在相同高度。
5.如权利要求4所述的光电转换设备，其中，所述接触插头的上表面与下表面之间的距离比所述遮光膜的上表面与下表面之间的距离长。
6.如权利要求I所述的光电转换设备，其中，所述焦点检测像素包括被配置成读取输出信号的传送晶体管，以及 所述遮光膜从所述光电转换元件的一部分上方的位置延伸到所述传送晶体管的栅极电极的至少一部分上方的位置。
7.如权利要求6所述的光电转换设备，其中，在所述传送晶体管的漏极上方不存在遮光膜。
8.如权利要求I所述的光电转换设备，其中，所述光电转换设备还包括多个图像拾取像素，每个图像拾取像素都具有光接收表面。
9.如权利要求8所述的光电转换设备，其中，所述光电转换设备还包括设置在所述多个图像拾取像素和所述多个焦点检测像素中的微透镜。
10.一种图像拾取系统，包括 如权利要求I至9中任一项所述的光电转换设备，以及 至少一个信号处理单元，被配置成处理由所述光电转换元件提供的相应输出信号以执行所述光电转换设备的焦点检测，并且被配置成处理由图像拾取像素提供的相应输出信号以生成图像信号。
11.一种制造光电转换设备的方法，所述光电转换设备包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件；以及多个布线层，用以读取由所述光电转换元件提供的输出信号，所述方法包括以下步骤 形成覆盖所述光电转换元件的绝缘膜； 在所述绝缘膜中形成接触孔； 在所述接触孔中形成接触插头； 在所述绝缘膜中形成槽，所述槽覆盖所述光电转换元件的一部分；以及 在所述槽中形成不透明膜。
12.如权利要求11所述的制造光电转换设备的方法，进一步包括在所述绝缘膜上形成所述多个布线层中的最下方布线层的步骤。
13.如权利要求11所述的制造光电转换设备的方法，其中，在所述接触孔中形成接触插头的步骤和在所述绝缘膜中形成槽的步骤是在同一步骤中执行的。
14.一种制造光电转换设备的方法，所述光电转换设备包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件；以及多个布线层，用以读取由所述光电转换元件提供的信号，所述方法包括以下步骤 形成覆盖所述光电转换元件的第一绝缘膜； 形成覆盖所述第一绝缘膜的不透明膜； 对所述不透明膜进行图案化以形成覆盖所述光电转换元件的一部分的遮光膜； 形成覆盖所述遮光膜的第二绝缘膜；以及 在所述第二绝缘膜上形成所述多个布线层中的最下方布线层。
15.如权利要求14所述的制造光电转换设备的方法，其中，所述第一绝缘膜在形成所述遮光膜的步骤中充当蚀刻停止物。
全文摘要
一种光电转换设备和制造光电转换设备的方法，该光电转换设备包括多个焦点检测像素，每个焦点检测像素都包括光电转换元件，光电转换元件具有光接收表面；以及多个布线层，用以读取由光电转换元件提供的信号，光电转换设备还包括遮光膜，该遮光膜覆盖光电转换元件的一部分并且具有放置为比多个布线层的最下方布线层的下表面更接近以下平面的下表面该平面包括光电转换元件的光接收表面并与光接收表面平行。
文档编号H01L27/146GK102800683SQ201210159758
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月22日 优先权日2011年5月27日
发明者田村清一, 石川麻由, 加藤爱子, 板桥政次, 桥本浩平 申请人:佳能株式会社