JP2006156611A - 固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の配線層を有する固体撮像装置における、配線上に形成されたパッシベーション膜と層間絶縁膜の界面による反射光と、受光面上での反射光とのリップルを低減させて、色ムラを低減させることを目的とする。
【解決手段】 本発明は、基板に受光部１０２が配置され、前記基板上に複数の配線層（１０４〜１０８）を有し、該配線層の少なくとも一つは略平坦な第１の絶縁膜（１０７）上に配置されている固体撮像装置であって、前記第１の絶縁膜上に配置された配線層（１０８）上に、前記第１の絶縁膜と接する部分を有し、且つ該第１の絶縁膜と屈折率の異なる第２の絶縁膜（１０９）を有し、前記受光部上の少なくとも一部に、膜厚方向に２種類以上の異なる屈折率（１１２，１１３）を有する部分を含む第３の絶縁膜を有することを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は固体撮像装置に関するものであり、特に複数の配線層を有する固体撮像装置に係るものである。

近年のＣＭＯＳ技術を用いた増幅型固体撮像装置（以下、ＣＭＯＳイメージセンサ）は、微細化技術を取り入れ目覚しい発展を遂げている。このような固体撮像装置に対して、更に特性を向上させるために、以下の点に関して検討が行なわれている。

一点目として、通常のロジックプロセスがベースで暗電流が大きいためこれを低減すること、二点目として、ＭＯＳトランジスタによる増幅回路を含むことによる１／ｆノイズなどのノイズの改善である。

これらに対して、受光部が形成されている基板を水素処理することによって、暗電流の低減、１／ｆノイズの低減が行なわれている。最も効果的な方法として、水素を多く含有する膜を堆積した上での熱処理がある。水素を多く含有する膜として、プラズマＣＶＤ法で堆積された窒化シリコン（プラズマＳｉＮ）膜などが挙げられる。このような方法は、従来ＣＣＤなどで多く試みられている（特許文献１）。またＣＭＯＳイメージセンサにおける水素処理も検討されている（特許文献２）。ＣＭＯＳイメージセンサに水素処理を適用させる場合、層間膜の平坦化バラツキも合わさっていくつかの問題点が発生する。層間膜の平坦化バラツキについて簡単に述べる。

ＣＭＯＳイメージセンサでは、配線層は少なくとも２層以上用いるのが一般的である。この複数の配線層を微細に配置するためには、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などに代表される平坦化技術が用いられている。しかし、この平坦化も微視的（数μｍ〜数十μｍ）にみれば平坦であるものの、巨視的（数ｍｍ〜数十ｍｍ）にみれば、膜厚が場所ごとで異なっているのが現状である。

例えば、ＣＭＰ法で研磨した場合の層間絶縁膜の膜厚は、ＭＯＳトランジスタの配置密度などの影響をうける。つまり、ＭＯＳトランジスタの配置密度の高い周辺回路部とＭＯＳトランジスタの配置密度の低い画素部では高さが異なる。そして、その境界では徐々に膜厚が変化するため、有効画素領域においても膜厚が変化する。また、エッチバック法を用いた場合でも装置内の面内依存性が大きいため膜厚ムラが発生する。

次にＣＭＯＳイメージセンサにおいて水素処理を行なうために、水素を多く含有した膜、プラズマＳｉＮ膜を堆積した場合に生じる問題点について詳細に述べる。

第１の問題点が色のムラである。均一な白い輝度面を撮影した際、撮影された画像が場所によってすこし緑がかったり、赤みがかったりする現象である。これは、基板の受光面と受光面上の層間絶縁膜の界面およびプラズマＳｉＮ膜と層間絶縁膜界面の反射による干渉が主な原因である。これを図８を用いて詳細に説明する。

図７は従来技術によるＣＭＯＳイメージセンサの概略的な断面図である。７０１がシリコン基板、７０２が受光部となる埋め込み型のホトダイオード、７０３、７０５、７０７が層間絶縁膜、７０４、７０６、７０８が配線層、最上配線層である７０８上に暗電流低減のためのパッシベーション層としてプラズマＳｉＮ膜７０９が堆積されており、７１０がカラーフィルター、７１１がマイクロレンズである。ここで各層の屈折率の一例を以下に示す。
基板（Ｓｉ）：ｎ_Ｓｉ＝３．５〜５．２、層間絶縁膜（ＳｉＯ_２）：ｎ_Ｓｉｏ＝１．４〜１．５、パッシベーション膜（ＳｉＮ）：ｎ_ＳｉＮ＝２．０、カラーフィルター：ｎ_ｃｆ＝１．５８、マイクロレンズ：ｎ_ｍｌ＝１．５８である。

この場合、基板７０１と層間絶縁膜７０３の界面及び層間絶縁膜７０７とＳｉＮ７０９の界面での反射が大きく、この反射光（図７のｒｅｆ１，ｒｅｆ２）により干渉が発生する。特に長波長側の光で干渉が顕在化し、大きなリップルが発生してしまう。膜厚が一様であれば問題ないが、前述したように巨視的にみて膜厚がばらつくと、このリップルの位置が場所によりずれるため、色のムラとして見えてしまい、大きな問題となる。

この問題の要因は、ＳｉＮのように周りの膜と比べて高屈折率のものを使うため発生するものであるが、もうひとつはＣＭＯＳイメージセンサの層間絶縁膜厚が３〜５μｍと厚いこと、ＣＭＯＳイメージセンサで用いられるＣＭＰを代表とする平坦化工程による膜厚ムラが大きな原因となる。従って、層間絶縁膜厚が薄く、平坦化工程のないＣＣＤのような固体撮像装置にパッシベーション膜としてＳｉＮ膜を使用しても大きな問題にはならない。すなわち、この色のムラは層間絶縁膜が平坦化されているＣＭＯＳイメージセンサにおいては特に大きな問題点といえる。これを詳細に述べると、層間絶縁膜厚＝Ｌとし、反射光ｒｅｆ２の光量をＩ＿ｒｅｆ２とすると，強めあう波長は、２×Ｌ×ｎ_Ｓｉ＝ｋλ（ｋは整数）となる。Ｌ＝３．５μｍとすれば、ｋ＝１７でλ＝６０９ｎｍ、ｋ＝１８でλ＝５７６ｎｍとなる。Ｌ＝１．０μｍ程度であれば、ｋ＝５でλ＝５９２ｎｍ、ｋ＝６でλ＝４９３ｎｍとなり、緩やかなリップルとなる。層間絶縁膜が３．５から１．０μｍに薄膜化することにより、分光特性が平滑化されるため、概略約１／３程度に低減することがわかる。

このような問題点を改善するために、ＣＣＤの層内レンズ等で用いられる反射防止膜を用いることが考えられる。具体的には特許文献３で開示されている。図９はその代表的な図面である。開示されている技術によれば、層内レンズであるＳｉＮ層の上下にＳｉＯＮ膜（屈折率ｎ_ＳｉＯＮ＝１．７〜１．９）を配置することで、ＳｉＮ層と層間絶縁膜界面での反射を低減するものである。

この技術により、反射光を約３０％低減することが可能である。しかしながら、リップルの振幅は低減するものの、その分波長の短い領域に小さいリップルが出始める。また、従来技術では層内レンズ構造のみが開示されており、このような構造を作るためには、多くの工程が増加し、コストの高い固体撮像装置となってしまう。

また特許文献４には、耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性向上のためのパッシベーション膜として最上配線上にＳｉＮ膜を配置した構成が開示されている。このように、パッシベーション膜としてはＳｉＮ膜のような、一般的な層間絶縁膜と屈折率の異なる膜が用いられることがある。
特開平１０−２５６５１８号公報 特開２００１−２６７５４７号公報 特開平１１−１０３０３７号公報 特開２００１−２８４５６６号公報

上述したように、上記特許文献においては周囲の膜と屈折率の異なるパッシベーション膜としての絶縁膜を用いた場合に、パッシベーション界面での反射光と受光部表面での反射光によるリップルという技術課題に関しては見出されていなかった。

特に、特許文献４の構成では、配線上に形成されたパッシベーション膜となるＳｉＮ膜の段差によって、入射光が予期せぬ方向に屈折されるという課題に対してパッシベーション膜を平坦化する構成の開示があるが、パッシベーション膜の屈折率が層間絶縁膜と異なることによる界面での反射光と受光部表面における反射光とによるリップルという課題に関しては認識されておらず、このような構成では色のムラが発生する。

上記課題に鑑み、本発明は、基板に受光部が配置され、前記基板上に複数の配線層を有し、該配線層の少なくとも一つは略平坦な第１の絶縁膜上に配置されている固体撮像装置であって、前記第１の絶縁膜上に配置された配線層上に、前記第１の絶縁膜と接する部分を有し、且つ該第１の絶縁膜と屈折率の異なる第２の絶縁膜を有し、前記受光部上の少なくとも一部に、膜厚方向に２種類以上の異なる屈折率を有する部分を含む第３の絶縁膜を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、配線上に形成された、層間絶縁膜と屈折率の異なる絶縁膜との界面での反射光と、受光表面での反射光とによるリップルを低減させることが可能となり、ＣＭＯＳイメージセンサ固有の色のムラを低減することが可能となる。

本発明について詳細に説明する。図１は、本発明の特徴を最も良くあらわす断面構造図である。１０１がシリコン基板、１０２が受光部となる埋め込み型のホトダイオード、１０３、１０５、１０７が層間絶縁膜、１０４、１０６、１０８が配線層、最上配線層である１０８上に暗電流低減のための水素供給源となるプラズマＳｉＮ膜１０９が堆積されており、１１０がカラーフィルター、１１１がマイクロレンズである。プラズマＳｉＮ１０９はパッシベーション膜としても機能するため、基板全面に設けられるのが好ましい。

このような構成に、受光面上の少なくとも一部に膜厚方向に屈折率の異なる部分を有する構造を形成することによって、配線上に所望の目的で形成される、層間絶縁膜と異なる屈折率を有する絶縁膜を形成した構成において、ＣＭＯＳイメージセンサ固有の問題点である色のムラや感度の低下を抑制するものである。すなわち、受光面上の少なくとも一部に膜厚方向に屈折率の異なる部分を有する構造によって受光表面での反射を防止することが可能となるのである。ここで、所望の目的を満たすものとしては、水素を多く含有したプラズマＳｉＮ膜をパッシベーション層として用いた構成が、暗電流、１／ｆノイズ等を低減させることができるため好ましい。

受光面上の反射防止構造は、たとえば図１に示すように、１１２のＳｉＯ_２膜と１１３のＳｉＮ膜で構成する。ＳｉＯ_２の膜厚を２．５ｎｍ、ＳｉＮの膜厚を７０ｎｍとすると、各波長での透過率は図２に示すようになる。図中Ａの破線は反射防止構造を有さない構造、図中Ｂは前述した膜厚の反射防止構造を有する構造の場合である。

図において、たとえば波長６００ｎｍでは、Ａの透過率すなわち基板となるシリコンに取り込まれる光は入射光全体の７８％になる。これは、２２％は反射光ｒｅｆ１であることを意味する。これに対し、本発明の構造であるＢによれば、反射光が６％まで減少しているのがわかる。すなわち、リップルの原因となる反射光ｒｅｆ１が６％／２２％＝０．２７に減少するため、問題のリップルもこれと同じ割合で１／３以下に低減することができるのである。

本発明者らは、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、反射防止構造の配置位置としてプラズマＳｉＮ膜に反射防止構造をとるよりも、受光面上の反射防止構造を選択したほうが、リップルに対しては、より効果的であり、受光面上の反射防止構造と水素を多く含有するプラズマＳｉＮ膜をパッシベーション膜として積層する構造が、ＣＣＤなどで用いる構造とは異なり、ＣＭＯＳイメージセンサ固有の問題を解決する新たな効果を生み出すこと、すなわちＣＭＯＳイメージセンサにとって最適な構造であることを見出した。ここで反射防止構造とは、二つの膜（部分）の界面における入射光の反射を低減させるために挿入された構造である。

このような構造に、パッシベーション膜のプラズマＳｉＮ膜に対しても反射防止構造を付加すれば、更に色のムラを抑制することが可能となり、反射防止構造を有さないものと比較して、リップルを最大で１／５以下に低減することが可能となるのである。

このような構成を図３に示す。図１と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。プラズマＳｉＮ膜の反射防止構造となるのが１１４である。層間絶縁膜とパッシベーション膜であるＳｉＮ膜の間に、その中間の屈折率を有する膜、例えばＳｉＯＮ膜を設ける。この反射防止構造は受光部とパッシベーション部とで異なる構成となっている。たとえば１００ｎｍ程度のＳｉＯＮ膜を堆積して、ＳｉＮ膜を４００ｎｍとする。ＳｉＯＮ膜で、リップルが顕著になりやすい波長＝５００〜６００ｎｍ近傍の光を抑制するためには１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ等の膜厚が適しているが、１００ｎｍよりは３００ｎｍがリップルを抑制、すなわち色のムラを抑制するには適している。しかしながら、前述の光線の屈折を考慮するならば、１００ｎｍが有効である。

受光面上の反射防止構造の膜厚を１１２の膜厚を６ｎｍ、１１３の膜厚を４５ｎｍとした場合には、波長６００ｎｍの反射率は１０％程度に増加するが、パッシベーション膜のＳｉＮ膜に反射防止構造を採用することで、ムラの程度を先例のとおり約１／３に抑えることが可能である。これを図２のＣに示す。このような構造をとれば、入射光の波長が５５０ｎｍ以下においても光電変換素子の感度を向上させることが可能なことがわかる。また、マイクロレンズ１１１と受光面の距離が従来よりも遠くなるため、マイクロレンズの集光能力が劣化する問題を考慮するならば、ＳｉＯＮ膜は最上配線層（遮光膜）の厚さより薄いほうがよい。これらいくつかの特性を考慮するならば、例えば１００ｎｍ程度が適している。

このように、受光部上の反射防止構造と、プラズマＳｉＮ膜に設けた反射防止構造の組み合わせを選択することにより、色むらの低減と、所望の入射光波長に対する感度の向上を両立させることが可能になる。

また更に、パッシベーション膜とカラーフィルター膜との間に、それらの中間の屈折率を有する膜を設けることも効果的である。

従来技術として開示されている層内レンズにおいては、曲面側での反射は干渉に大きな影響を及ぼさない。理由は、反射面と受光面までの距離がさまざまな値をとるため、干渉をおこすような一定の位相ズレを起こさないためである。一方、周辺の膜に比べて屈折率の高いＳｉＮ膜をパッシベーション膜として使用する場合は、パッシベーション膜であるＳｉＮ膜とカラーフィルター膜との反射は、反射面と受光面の距離が面全体で等しいため、干渉を起こし、色のムラの要因となる。すなわち、パッシベーション膜としてＳｉＮ膜を用いた場合、従来の層内レンズの場合より色のムラは悪化するわけである。先にパッシベーション膜としてＳｉＮ膜に両面の反射防止構造は効果的であることを述べたが、その改善量は約３０％程度であるため、約半分に抑える程度のものである。

したがって、新たな色のムラの対策構造が必要となり、その問題点を受光部上に反射防止構造を配することによって解決するものである。

更に上述の構造に、プラズマＳｉＮが堆積される最上配線層（遮光層）を図４に示すような台形状とする構造を付加することで、最上配線層上のプラズマＳｉＮ膜による予期せぬ方向の屈折を低減できることを見出した。これは、特許文献３に開示されているＳｉＮ膜による実効開口面積の低下を解決するものである。

これを図８で説明すると、マイクロレンズを通過してきた光線Ｌ１が、最上配線層７０８の段差を覆うＳｉＮ膜で光線が予期しない方向に屈折してしまうことに起因する。すなわち、カラーフィルターから入射した光線が、より屈折率の高いプラズマＳｉＮ膜に入射することで、光線が外側に曲げられてしまうものである。これに対して、開口を広げた場合には混色や迷光が生じる。このような問題点を低減するためには、遮光位置は遮光膜の底面で決め、その位置は最適化された設計とおりの位置を維持し、予期せぬ屈折に影響の大きい上面の部分だけを開口を広げるようにすることが最適であることを見出した。すなわち、遮光膜の断面形状を台形状（配線端部をテーパ形状）にする。この結果、図４に示す光線のように、遮光位置を変えることなく予期せぬ方向への屈折を低減することが可能となる。

配線の端部が少なくともテーパを有していればその効果を有するものであるが、更にその角度は、小さければより効果的であり、屈折成分を十分に抑えるためには、以下の式を満たすことが望ましい。図５に配線とパッシベーション膜の断面図を示す。

パッシベーションの厚さをＴｐｖ、配線（遮光膜）の厚さをＴｍ３とすれば、
Ｔｍ３＞Ｔｐｖ×ｔａｎθ
加工の点も鑑みればθ＝７０〜８５度でも十分な効果が得られる。一般的にプラズマＣＶＤ法で堆積するＳｉＮ膜は、段差部に堆積した場合、図１に示すようなオーバーハングの形状ができる。このような形状でかつ最上層（遮光膜）のスペースが小さくなると図６のように埋め込まれない箇所ができてしまい、プロセス工程の薬液がこの部分に残留し、信頼性的な問題が生じる。このような不具合を低減させるためには、十分なスペースを確保する必要がある。すなわち、ＳｉＮ膜をパッシベーション膜として用いた場合、デザインルールを大きくしなければならない。

一方、ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、遮光膜といえども、通常の配線としても使用するため、デザインルールを大きくすることは大きなデメリットである。これに対し、配線端部をテーパ形状とすることは、デザインルールを変更することなく、パッシベーション膜としてプラズマＳｉＮ膜を使用することができ好ましい。

パッシベーション膜としてのＳｉＮ膜の膜厚については、保護膜としての機能を果たすために、３００ｎｍ〜４００ｎｍ以上が好ましく、暗電流、１／ｆノイズの低減効果を向上させるためにも、厚ければより有効である。

配線端部をテーパ形状にすることは、光線の屈折を抑制する効果があるが、暗電流や１／ｆノイズを低減するため従来よりも厚いプラズマ窒化膜などを堆積することができるという効果もまた奏するものである。以下実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

本実施例を図１に示す断面構造を元に説明する。画素には受光素子となるホトダイオードＰＤ、ホトダイオードから信号電荷をフローティングディフュージョン領域へ転送する転送スイッチ（Ｑ３）、信号電荷を電荷電圧変換するためのソースフォロワＭＯＳ（Ｑ１）、信号電荷をリセットするリセットＭＯＳ（Ｑ４）、画素を選択するための選択ＭＯＳ（Ｑ２）を含んでいる。各素子は、図７に示す等価回路図の結線とした。ホトダイオードは暗電流が小さい、いわゆる埋め込み型のホトダイオードである。

入射光の受光面での反射を低減させるための反射防止膜となる１１１、１１２として、１１１は膜厚２．５ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、１１２は膜厚７０ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）により形成した。１１１はホトダイオードの受光部直上の少なくとも一部にあり、電極となるポリシリコンのエッチング後、オーバーエッチにより膜厚が上記の値になるようにした。その後ＬＰ−ＣＶＤ法により１１２となるＳｉＮを堆積した。他に、ポリシリコンのエッチング後にゲート絶縁膜を除去し、新たに熱酸化により形成してもよいし、ＣＶＤ法で堆積してもよい。ＳｉＮを堆積したのち、ホトダイオードの上およびその周辺（例えば４００ｎｍ）を残し、その他の領域に形成されたＳｉＮは除去した。この理由は、第１の配線層とシリコンまたはポリシリコンを接続するコンタクトホールを形成する際に、ＳｉＮが残っているとプロセスが複雑となるためである。

また、図７のＱ３にあたる転送スイッチのゲートの一部を除いて、その他のポリシリコンの上部には、ＬＰ−ＣＶＤ法の窒化シリコン膜が残らないようにした。理由は、ＬＰ−ＣＶＤ法のＳｉＮが水素を通しにくい特性があるためである。これは、暗電流の源が、素子分離領域（本実施例においてはＬＯＣＯＳ）上のポリシリコン配線下の酸化膜と基板界面であり、この暗電流の発生源に対して、効果的にプラズマＳｉＮ膜（後に形成）による暗電流低減を行なうためである。

この後、ポリシリコン電極をマスクにＭＯＳトランジスタのソースドレイン領域を形成し、酸化シリコン膜を堆積したのち、ＣＭＰ法により平坦な層間絶縁膜を形成した。この場合、巨視的にみて膜厚が場所により異なる。このあと第２の配線層と第３の配線層を形成した。各配線層間は平坦化工程により平坦処理を施した。第３の配線層は電源配線や遮光膜として使用する最上配線層である。第３の配線層を形成後、パッシベーション膜としてプラズマＳｉＮ膜を６００ｎｍ堆積し、４００℃で水素雰囲気内、１２０分の熱処理を施した。本実施例においては４００℃で処理をしたが、最大で４５０℃程度まで熱処理することが可能である。この工程により暗電流、１／ｆノイズを大幅に低減することが可能である。パッシベーション膜を形成した後、カラーフィルター工程により、カラーフィルターおよびマイクロレンズを形成した。パッシベーション膜にプラズマＳｉＮを用いない場合に比べ、暗電流および１／ｆノイズは約５０％にまで低減させることが可能である。また、受光面上の反射防止構造を用いない構造と比較し、色のムラは１／３程度に減少した。このムラの程度は、パッシベーション膜にＳｉＯＮ（屈折率＝１．７３）膜を用いた場合と同程度である。

本実施例においては、実施例に１に対して、更にプラズマＳｉＮ膜と最上配線層間に最上配線層下の層間絶縁膜と、プラズマＳｉＮ膜界面における反射を低減させるための反射防止膜を付加した構成とした。概略的な断面図を図３に示す。本実施例においては、１１４の反射防止膜を更に付加した構成となっている。具体的には、プラズマＳｉＮ膜と層間絶縁膜となるＳｉＯ_２の屈折率の間の値を持つもので、屈折率が１．７３程度のＳｉＯＮ膜が好適に用いられる。

本実施例の構成によれば、プラズマＳｉＮ膜と、層間絶縁膜であるＳｉＯ_２界面における反射を低減させることが可能となるため、更にリップルを低減させ、色ムラを低減させることが可能となる。

本実施例においては、実施例１に対してさらに以下の点を変更して構成している。受光面上の反射防止構造を、１１１を膜厚２．７ｎｍのＳｉＯＮ膜、１１２を膜厚７０ｎｍのＳｉＮ膜とした点である。本実施例の製造方法を説明する。

電極となるポリシリコンをエッチング後にゲート絶縁膜を除去し、ＣＶＤ法により１１１となるＳｉＯＮ膜を堆積した。以降は実施例１と同様に作製した。

このような構成によれば、入射波長＝６００ｎｍにおいて、反射光が４％までに低減し、色のムラとしては１／５以下に減少した。暗電流および１／ｆノイズは、実施例１とほぼ同程度に低減させることが可能となる。これは、酸窒化シリコン膜の屈折率が基板となるシリコンの屈折率により近いためである。

本実施例においては、実施例１に対して、更に以下の点を変更し構成している。受光面上の反射防止膜構造を、１１１として６ｎｍのＳｉＯ_２、１１２として４５ｎｍのＳｉＮ膜とした。また１１２のＳｉＮ膜を堆積したのち、続けてＳｉＯ_２を１７０ｎｍ堆積し、ホトダイオードおよびその外周約４００ｎｍにホトレジストを残し、ＬＤＤ構造のためのサイドウォール形成のためのエッチバックを行った。即ち、１１１、１１２をＭＯＳトランジスタのサイドウォールに使用した。このように、反射防止構造の形成工程をＬＤＤ構造形成の工程と兼用することで工程負荷を増やさずに良好なＣＭＯＳイメージセンサを作成することができた。本実施例では、波長５５０ｎｍ以下の感度を向上させることが可能となる。

本実施例においては、実施例１に対して、更に以下の構成を付加して構成している。パッシベーション膜としてプラズマＳｉＮ膜を４００ｎｍ堆積したのち、屈折率が１．６６程度のＳｉＯＮ膜を１００ｎｍ堆積した。この後、実施例１同様にカラーフィルターを形成した。この結果、カラーフィルター界面での反射が低減され波長５５０ｎｍ以下の感度を向上させつつ、色のムラも約１／３以下に抑えることが可能となる。

本実施例においては、実施例１の構成に対して、更に以下の構成を付加して構成している。すなわち、パッシベーション膜上下に反射防止膜を設けている。パッシベーション膜となるプラズマＳｉＮ膜下のＳｉＯＮ膜の屈折率を１．７３とし、プラズマＳｉＮ膜上のＳｉＯＮ膜の屈折率を１．６６とした。プラズマＳｉＮの膜厚は４００ｎｍである。このように、ＳｉＯＮ膜でも下部膜の屈折率と上部膜の屈折率を変えることによりこの面での反射を抑制することができる。この結果、色のムラは従来技術の約１／６以下に低減させることが可能となる。

本実施例は上述の実施例に対して、更に画素サイズが微小化した場合の感度を向上させるものである。画素が微小化した場合には、図８に示したように、パッシベーション膜であるプラズマＳｉＮ膜による光線の予期せぬ方向への屈折の影響が大きくなる。本実施例においては、図３に示すとおり、遮光膜兼電源配線である最上配線層の端部をテーパ形状とした。その断面形状は略台形形状となる。最上配線層の膜厚は８００ｎｍとし、テーパ角度θは６０度とした。この結果、８００ｎｍ×ｔａｎ（９０−θ）＝４６０ｎｍとなり、屈折による感度劣化を低減させることが可能となった。パッシベーション膜に反射防止構造を有するほうが更に好ましいが、テーパ形状とするのみでもよい。

本実施例においては実施例７における、配線端部のテーパ角θを７０度とした。この結果、８００ｎｍ×ｔａｎ（９０−θ）＝２９０ｎｍとなり、感度の劣化は約６％程度にすることが可能となる。実施例６に比較して、テーパ角度を大きくしたため、最小線幅を細くでき、８００ｎｍまで加工することが可能となった。

本実施例においては、実施例７,８の構造に対して、更に、プラズマＳｉＮ膜上に、屈折率＝１．７３のＳｉＯＮ膜を形成し、その上にカラーフィルター層を設けた。本実施例においては、パッシベーション膜の上下に反射防止構造を設けたため、実施例６，７に比べて更に、混色を十分に抑制することが可能となった。

以上述べた実施例は適宜組み合わせ可能なものである。これら実施例で説明した固体撮像装置をデジタルカメラ等の撮像システムに応用した構成を説明する。

（撮像システムへの応用例）
図１０は、本発明による固体撮像装置をカメラに応用する場合の回路ブロックの例を示したものである。撮影レンズ１００２の手前にはシャッター１００１があり、露出を制御する。絞り１００３により必要に応じ光量を制御し、固体撮像装置１００４に結像させる。固体撮像装置１００４から出力された信号は信号処理回路１００５で処理され、Ａ／Ｄ変換器１００６によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部１００７で演算処理される。処理されたディジタル信号はメモリ１０１０に蓄えられたり、外部Ｉ／Ｆ１０１３を通して外部の機器に送られる。固体撮像装置１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６、信号処理部１００７はタイミング発生部１００８により制御される他、システム全体は全体制御部・演算部１００９で制御される。記録媒体１０１２に画像を記録するために、出力ディジタル信号は全体制御部・演算部で制御される記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１１を通して、記録される。

本発明のＣＭＯＳイメージセンサの一実施形態の断面構造図である。 本発明で用いた受光面上に配置された反射防止構造の透過率の比較図である。 本発明のＣＭＯＳイメージセンサの一実施形態の断面構造図である。 本発明のＣＭＯＳイメージセンサの一実施形態の断面構造図である。 本発明に用いられる配線層と配線上に設けられるパッシベーション膜の断面形状である。 配線のパターン間に空隙ができる課題を説明するための断面構造図である。 ＣＭＯＳイメージセンサの画素部の等価回路図である。 従来技術を用いたＣＭＯＳイメージセンサの断面構造図である。 従来技術であるＣＣＤに用いられた層内レンズの反射防止構造である。 本発明の固体撮像装置を撮像システムへ応用した場合のシステム図である。

符号の説明

１０１、７０１ シリコン基板
１０２、７０２ 受光部
１０３、１０５、１０７、７０３、７０５、７０７ 層間絶縁膜
１０４，１０６，１０８、７０４，７０６，７０８ 配線層
１０９、７０９ 絶縁膜（パッシベーション膜）
１１０、７１０ カラーフィルター
１１１、７１１ マイクロレンズ
１１２、１１３、１１４ 反射防止膜

Claims (14)

1. 基板に受光部が配置され、前記基板上に複数の配線層を有し、該配線層の少なくとも一つは略平坦な第１の絶縁膜上に配置されている固体撮像装置であって、
   前記第１の絶縁膜上に配置された配線層上に、前記第１の絶縁膜と接する部分を有し、且つ該第１の絶縁膜と屈折率の異なる第２の絶縁膜を有し、前記受光部上の少なくとも一部に、膜厚方向に２種類以上の異なる屈折率を有する部分を含む第３の絶縁膜を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上に形成された配線層上に、直接または前記第２の絶縁膜とは屈折率の異なる第４の絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第４の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の界面における入射光の反射を低減させる反射防止膜であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第２の絶縁膜は窒化シリコン膜であり、前記第４の絶縁膜は酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記酸窒化シリコン膜は、前記第１の絶縁膜上に形成された配線層よりも膜厚が薄いことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記第３の絶縁膜は、前記受光部での入射光の反射を低減させる反射防止膜であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記第３の絶縁膜は、前記受光部上に酸化シリコン膜と、該酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜が配置された構造であることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２の絶縁膜は窒化シリコン膜、前記第４の絶縁膜は酸窒化シリコン膜であり、前記酸化シリコン膜は、前記酸窒化シリコン膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
9. 前記第２の絶縁膜上に、少なくともカラーフィルターまたはマイクロレンズのいずれかが配置されており、前記第２の絶縁膜とカラーフィルターおよびマイクロレンズの間に、前記第２の絶縁膜とカラーフィルターまたはマイクロレンズの間の屈折率を有する膜が配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 前記第２の絶縁膜とカラーフィルターおよびマイクロレンズの間の屈折率を有する膜は酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 前記第１の配線層の端部はテーパ形状を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
12. 前記第２の絶縁膜は、前記基板に水素を供給するための膜であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
13. 基板に受光部が配置され、該受光部上に複数の配線層を有し、該配線層の少なくとも一つは略平坦な第１の絶縁膜上に配置されている固体撮像装置であって、
    前記受光部上の少なくとも一部に受光部側から酸化シリコン膜、窒化シリコン膜がこの順で配置されており、前記第１の絶縁膜上に配置された配線層上に、窒化シリコン膜が配置され、該窒化シリコン膜は、前記第１の配線層上に酸窒化シリコン膜を介して配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置へ光を結像する光学系と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。

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