JP2005268643A - 固体撮像素子、カメラモジュール及び電子機器モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられた固体撮像素子、好ましくは裏面照射型固体撮像素子において、光照射面56に半導体基板32と屈折率を異にした2層膜による反射防止膜41、あるいは膜厚方向で屈折率分布を有する1層膜による反射防止膜を形成して成る。
【選択図】 図2
Description
図5の曲線Cは、膜厚500nmのプラズマシリコン窒化(PSiN)膜と、膜厚5000nmのシリコン酸化(SiO)膜と、膜厚50nmのシリコン窒化(SiN)膜と、膜厚15nmのシリコン酸化(SiO)膜を順次下から堆積した4層膜構造の反射防止膜の分光特性を示す。曲線Cから分かるように、4層膜による反射防止膜の分光特性は、短い周期で上下するリップルのある分光特性となり、その積分値(光電変換効率の積分値)が感度になることから、感度をみると下方にシフトする。
図5の曲線Bは、膜厚500nmのプラズマシリコン窒化(PSiN)膜と、膜厚50nmのシリコン窒化(SiN)膜と、膜厚15nmのシリコン酸化(SiO)膜を下から順次堆積した3層膜構造の反射防止膜の分光特性である。これは、4層膜による反射防止膜より粗い周期で上下する分光特性となっている。
本発明は、併せて、シェーディング、隣接画素への光学的な混色を低減した固体撮像素子、小型のセンサとレンズモジュールの実現を可能にした固体撮像素、カメラモジュール及び電子機器モジュールを提供するものである。
本発明の固体撮像素子の好ましい実施の形態としては、裏面照射型に形成し、その裏面の光照射面に上記1層膜による反射防止膜を形成するようになす。
本発明に係る電子機器モジュルールは、固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、固体撮像素子を上記した本発明の反射防止膜を有する固体撮像素子の何れかで構成することを特徴とする。
この場合のカラーフィルタとしては、固体撮像素子側または光学レンズ系側に設けることができる。
また、本発明における固体撮像素子では、光照射面に、膜厚方向に屈折率分布を有する1層膜による反射防止膜を形成することにより、反射防止効率が向上し光電変換効率が向上する。
裏面照射型固体撮像素子の裏面の光照射面に反射防止膜を形成することにより、光電変換効率が向上し、裏面照射型固体撮像素子の感度をより向上することができる。
本発明に係る電子機器モジュールによれば、上記固体撮像素子を備えることにより、感度向上し、シェーディング、隣接画素への光学的な混色を低減し、さらに小型の電子機器モジュールを実現することができる。
本実施の形態に係る裏面照射型のCMOS固体撮像素子31は、図1に示すように、第1導電型のシリコン半導体基板32に第2導電型の半導体領域からなる画素分離領域33を形成し、この画素分離領域33で区画された各画素領域内に第2導電型半導体領域で囲われるように、光電変換部となるフォトダイオード34と、このフォトダイオード34に蓄積された信号電荷を読み出すための所要数のMOSトランジスタ35を形成して構成さる。画素分離領域33は、基板32の表面から裏面に至ように深さ方向に形成される。MOSトランジスタ35は基板32の表面側に形成され、フォトダイオード34は一部MOSトランジスタ35の下方に延びるように基板32の裏面側に延在して形成される。
半導体基板の表面上には、例えばシリコン酸化膜等による層間絶縁膜38を介して多層の配線層39が形成され、層間絶縁膜38上に例えばシリコン基板による支持基板40が接合される。半導体基板の裏面の光照射面56には、本発明の反射防止膜41が形成され、の反射防止膜41上にオンチップカラーフィルタ42を介してオンチップレンズ43が形成される。
図4Bでは、シリコン基板裏面の光照射面56上にシリコン酸化(SiO)膜66、シリコン酸化窒化(SiON)膜67を順次堆積させて2層膜の反射防止膜411を構成する。
図4Cでは、シリコン基板裏面の光照射面56上にシリコン酸化窒化(SiON)膜66、シリコン窒化(SiN)膜67を順次堆積させて2層膜の反射防止膜411を構成する。
シリコン酸化窒化膜は、窒素Nの組成比で屈折率が変わり、窒素Nの組成比が多くなるにつれて屈折率が大きくなる。膜66、67は、光照射面56から屈折率の小さい膜の順に堆積される。
2層膜による反射防止膜411の形成は、特に裏面照射型のCMOS固体撮像素子であるために、多層の配線層の制約を受けずに形成可能となる。
本実施の形態の固体撮像素子31では、基板裏面に臨むフォトダイオード34が画素領域全体に形成されるので、フォトダイオード34の開口が100%になり、光電変換効率の更なる向上が得られ、高感度の固体撮像素子が得られる。
また、シェーディングと光学的混色を従来の表面照射型のCMOS固体撮像素子と同等まで許容すれば、撮像領域周辺での入射角を大きくとることができ、いわゆる出射瞳距離を短くすることができ、固体撮像素子とレンズを一体化して1つのデバイスとして構成した小型モジュール(例えばカメラモジュール、電子モジュール等)の実現を可能にする。 さらに2層膜による反射防止膜411を有することで、製造工程の削減、及び工程削減によるコストダウンを図ることができる。
そして、本実施の形態においては、裏面側のアキュミュレーション層の面、すなわち裏面側の光照射面87に前述した本発明に係る例えば2層膜の反射防止膜411、あるいは1層膜の反射防止膜422が形成される。
光照射面の最上層であるオンチップレンズと光電変換するシリコン面が近づくことにより、撮像面内の入射角の違いに起因するシェーディングと、隣接画素への光学的な混色を低減することができる。
また、シェーディングと光学的混色を従来の表面照射型のCMOS固体撮像素子と同等まで許容すれば、撮像領域周辺での入射角を大きくとることができ、いわゆる出射瞳距離を短くすることができ、固体撮像素子とレンズを一体化して1つのデバイスとして構成した小型モジュール(例えばカメラモジュール、電子モジュール等)の実現を可能にする。
Claims (22)
- 半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にした2層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にし且つ膜厚方向に屈折率分布を有する1層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記半導体基板の裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像素子。 - 半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記半導体基板の裏面側の光照射面に前記半導体基板と屈折率の異なる膜により構成された反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、多結晶シリコンから選ばれた2層膜で形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜から選ばれた2層膜で形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の2層膜で形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 前記シリコン酸化膜の膜厚を25nm以下(0を含まず)とし、前記シリコン窒化膜の膜厚を40nm〜60nmとした
ことを特徴とする請求項7記載の固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、前記光照射面とカラーフィルタまたはオンチップレンズとの間に形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、前記光照射面とカラーフィルタまたはオンチップレンズとの間に形成されている
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子。 - 前記反射防止膜が、前記光照射面とカラーフィルタまたはオンチップレンズとの間に形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子。 - 固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にした2層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とするカメラモジュール。 - 固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にし且つ膜厚方向に屈折率分布を有する1層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とするカメラモジュール。 - 前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項13記載のカメラモジュール。 - 前記固体撮像素子は、前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項14記載のカメラモジュール。 - 固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の光照射面に前記半導体基板と屈折率の異なる膜により構成された反射防止膜が形成されている
ことを特徴とするカメラモジュール。 - 固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にした2層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする電子機器モジュール。 - 固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、半導体基板に光電変換部と、該光電変換部の信号電荷を読み出す手段が設けられ、光照射面に前記半導体基板と屈折率を異にし且つ膜厚方向に屈折率分布を有する1層膜による反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする電子機器モジュール。 - 前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項18記載の電子機器モジュール。 - 前記固体撮像素子は、前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の面を光照射面とした
ことを特徴とする請求項19記載の電子機器モジュール。 - 固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、前記固体撮像素子は、半導体基板の表面側に各画素の光電変換部における電荷蓄積領域及び信号電荷の読み出し動作を行う素子が形成され、
前記裏面側の光照射面に前記半導体基板と屈折率の異なる膜により構成された反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする電子機器モジュール。
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