JP2007227474A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2007227474A
JP2007227474A JP2006044335A JP2006044335A JP2007227474A JP 2007227474 A JP2007227474 A JP 2007227474A JP 2006044335 A JP2006044335 A JP 2006044335A JP 2006044335 A JP2006044335 A JP 2006044335A JP 2007227474 A JP2007227474 A JP 2007227474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
element isolation
semiconductor substrate
refractive index
pixels
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006044335A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunari Koga
一成 古賀
Shoji Tanaka
晶二 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006044335A priority Critical patent/JP2007227474A/ja
Priority to PCT/JP2006/319790 priority patent/WO2007097062A1/ja
Priority to TW095136999A priority patent/TW200733258A/zh
Publication of JP2007227474A publication Critical patent/JP2007227474A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14632—Wafer-level processed structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

【課題】入射角が大きい光が素子分離に到達することによる混色が発生し難い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１と、半導体基板に形成された受光センサ部２を有する複数の画素と、半導体基板における各画素間に形成された素子分離３と、画素と素子分離の上部に形成された絶縁膜４とを備え、絶縁膜の屈折率ｎ1と、素子分離の屈折率ｎ2の関係が、ｎ1＜ｎ2である。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、撮像領域の周辺部における集光率の改善に関する。
固体撮像装置としては、ＣＣＤ型固体撮像装置及びＭＯＳ型固体撮像装置などが知られている。ＭＯＳ型固体撮像装置の撮像領域の例を図１６Ａ、図１６Ｂに示す。図１６Ａは撮像領域の中心部、図１６Ｂは撮像領域の周辺部を示す断面図である。半導体基板４１上に複数の受光センサ部４２がマトリックス状に形成され、素子分離４３で分離されている。受光センサ部４２と複数のＭＯＳトランジスタ（図示せず）により１画素が形成され、絶縁膜４４を介して第１層の配線層４５ａ及び第２層の配線層４５ｂが形成されている。さらに平坦化層４６を介してカラーフィルタ４７が形成され、その上に各受光センサ部４２に対応したオンチップマイクロレンズ４８が形成されている。（特許文献１参照）
一般的には素子分離４３はシリコン酸化物で形成され、絶縁膜４４はシリコン酸化物、もしくはシリコン窒化物で形成される。シリコン酸化物の屈折率は約１．４、シリコン窒化物の屈折率は約２．０であるため、素子分離４３と絶縁膜４４の屈折率の関係は同等、もしくは素子分離４３の屈折率の方が小さくなっている。
この固体撮像装置においては、図１６Ａに記載された中心部と、図１６Ｂに記載された周辺部とで、オンチップマイクロレンズ４８の配置を異ならせることにより、撮像領域の周辺部の感度が中心部の感度よりも低下するシェーディングを抑制するための対策がとられている。
ここでシェーディングについて、図１７を用いて説明する。固体撮像装置においては、光学レンズ４９及び絞り５０からなる光学系５１の光学中心が、撮像領域５２の中心延長線上に配置される。そのため、射出瞳距離（射出瞳と受光センサ部の距離）が有限の場合、撮像領域５２の中心部では光Ｌ１は垂直に入射するが、撮像領域５２の周辺部では斜め方向から入射する光Ｌ２が多くなる。
現在多くの固体撮像装置では、集光率を向上させるために、各画素にオンチップマイクロレンズを備えているが、斜め方向からの入射光が多くなる撮像領域の周辺部においては、オンチップマイクロレンズによる集光中心が受光センサ部の中心からずれ、受光センサ部への集光率が低下するため感度が低下する。この感度低下は撮像領域の中心部から周辺部に向かって大きくなり、この感度低下による特性劣化がシェーディングである。このシェーディングを抑制するため、オンチップマイクロレンズずらしを行っている。
図１８は、撮像領域５２の画素部のオンチップマイクロレンズずらし構造を示す。すなわち、従来、撮像領域の全域において受光センサ部の中心と、オンチップマイクロレンズの中心が同じピッチになるように配置されていたのに対して、図１８の矢印ａに示すように、オンチップマイクロレンズ４８が、受光センサ部４２に対して撮像領域５２の中心方向にずらして配置される。これにより、撮像領域５２の周辺部においても、オンチップマイクロレンズ４８による集光中心と受光センサ部４２の中心を一致させて、集光率を高め、シェーディングを抑制することができる。この技術は特許文献２にも記載されている。
また、ＭＯＳ型固体撮像装置においては、配線層をＭＯＳトランジスタの回路の配線として利用するため、図１６Ａに示すように、配線層が複数層形成されることが多く、ＣＣＤ型固体撮像装置と比較すると、受光センサ部４２とオンチップマイクロレンズ４８との距離が長くなる。このため、オンチップマイクロレンズ４８によって集光された光が、受光センサ部４２に達成する前に配線層４５ａ、４５ｂによって遮られることが避けられず、集光率の低下が生じる。この集光率の低下は、斜め方向からの入射光が多くなる撮像領域の周辺部で顕著となり、シェーディングの原因となる。
すなわち、ＭＯＳ型固体撮像装置の場合、図１６Ａに示すように撮像領域の中心部では、入射光Ｌ１が垂直に入射されるので配線層４５ａ、４５ｂに遮られることなく受光センサ部４２に到達する。しかし、撮像領域の周辺部では、図１６Ｂに示すように、斜め方向からの入射光Ｌ２となるため、配線層４５ｂに遮られて受光センサ部４２への集光率が低下する。
これを解決するため、図１９に示すように、撮像領域の周辺部で、少なくとも受光センサ部４２から最も離れた最上層の配線層４５ｂに形成される開口部を、受光センサ部４２に対して、撮像領域の中心方向に向かって垂直、水平方向にずらして配置する方法が提案されている（特許文献３参照）。それにより、配線層４５ｂによって遮られる入射光Ｌ２を減らして、集光率の低下を抑え、シェーディングを抑制することができる。
特開２００４―２５３５６８号公報 特開平６−１４０６０９号公報 特開２００１−２３７４０４号公報
これらの方法により集光率を改善することは可能であるが、全ての入射光が受光センサ部４２のみに集まるわけではなく、配線層４５ｂに遮られなくとも素子分離４３に到達するような入射光もある。
例えば図２０Ａに示すように、入射角が小さい光Ｌ３が素子分離４３に到達した場合は、光が入射した画素に近い位置で光電変換されるので、光電変換で生成した電子は、光が入射した画素の受光センサ部に取り込むことができる。
しかし、図２０Ｂに示すように、入射角が大きい光Ｌ４が素子分離４３に到達した場合は、光が入射した画素の隣接画素に近い位置で光電変換されるので、光電変換で生成した電子は光が入射した画素の隣接画素の受光センサ部に取り込まれることとなり混色が発生する。
本発明は、入射角が大きい光が素子分離に到達することによる混色が発生し難い固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備える。
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の固体撮像装置は、前記絶縁膜の屈折率ｎ1と、前記素子分離の屈折率ｎ2の関係が、ｎ1＜ｎ2であることを特徴とする。
本発明の第２の構成の固体撮像装置は、前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＜ｎ3であり、前記素子分離の底面の形状が凹型であることを特徴とする。
本発明の第３の構成の固体撮像装置は、前記絶縁膜の屈折率ｎ1と、前記素子分離の屈折率ｎ2の関係が、ｎ1＞ｎ2であり、前記素子分離の上面の形状が凹型であることを特徴とする。
本発明の第４の構成の固体撮像装置は、前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＞ｎ3であり、前記素子分離の底面の形状が凸型であることを特徴とする。
本発明の第５の構成の固体撮像装置は、前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係がｎ2＜ｎ3であり、前記素子分離の底面が前記半導体基板の面に対して傾斜を持ち、前記傾斜は、前記複数の画素が形成する撮像領域の中心部側の底が浅く、前記撮像領域の周辺部側の底が深くなるように形成されていることを特徴とする。
本発明の第６の構成の固体撮像装置は、前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係がｎ2＞ｎ3であり、前記素子分離の底面が前記半導体基板の面に対して傾斜を持ち、前記傾斜は、前記複数の画素が形成する撮像領域の中心部側の底が深く、前記撮像領域の周辺部側の底が浅くなるように形成されていることを特徴とする。
本発明の第７の構成の固体撮像装置は、前記素子分離が複数層の屈折率の異なる物質で構成され、その一部の層が凸レンズとして作用するように構成されたことを特徴とする。
本発明の固体撮像装置においては、絶縁膜を介して素子分離に到達した入射光は、絶縁膜の屈折率ｎ1、素子分離の屈折率ｎ2、半導体基板の屈折率ｎ3、及び素子分離の形状から選ばれたいずれかの組み合わせの関係に基づく屈折により、絶縁膜側の入射角より素子分離側の出射角が小さくなり、入射光は入射した画素に近い方向に光路を変更する。
なお、光路とは主光線を意味し、以下は代表的な主光線について述べるが、上側光線、下側光線についても素子分離に到達する場合は同様のことが言える。
光路が入射した画素に近付くことにより入射した画素に近い位置で光電変換されるので、光電変換により生成した電子は、入射した画素の受光センサ部に取り込まれ易くなり混色を抑制することができる。
上記第１の構成の固体撮像装置において、前記絶縁膜をフッ素が添加したシリコン酸化物、前記素子分離がシリコン酸化物で形成された構成とすることができる。
また、前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＜ｎ3であることが好ましい。
また、前記素子分離の上面の形状が凸型であることが好ましい。
以下に本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の撮像領域を示す断面模式図である。本実施形態に係る固体撮像装置は、いわゆるＭＯＳ型固体撮像装置である。
半導体基板１上にマトリックス状に複数の受光センサ部２が形成され、素子分離３で分離されている。受光センサ部２と複数のＭＯＳトランジスタ（図示せず）により１画素が形成される。受光センサ部２の上部には、絶縁膜４を介して、第１層配線層５ａ及び第２層配線層５ｂが形成されている。配線層は２層より多い場合もある。さらに平坦化層６を介してカラーフィルタ７が形成され、その上に各受光センサ部２に対応したオンチップマイクロレンズ８が形成されている。
この撮像領域の平面構造は、図２に示すように、図１３に示した従来例と同様である。すなわち、矢印ａに示すように、オンチップマイクロレンズ８が受光センサ部２に対して撮像領域の中心方向にずらして配置される。これにより、撮像領域の周辺部においても、オンチップマイクロレンズ８による集光中心と受光センサ部２の中心を一致させて、集光率を高めることができる。また、図１に示すように、図１４に示した従来例と同様、撮像領域の周辺部で、少なくとも受光センサ部２からもっとも離れた最上層の配線層５ｂに形成される開口部は、受光センサ部２に対して、撮像領域の中心方向に向かって垂直、水平方向にずらして配置されている。
さらに、本実施形態の特徴は、絶縁膜４と素子分離３の屈折率が特定の関係になるように調整されていることである。すなわち、図３に示すように、絶縁膜４の屈折率ｎ1と素子分離３の屈折率ｎ2の関係がｎ1＜ｎ2となるような物質で構成される。図３は、入射角の大きい一部の入射光Ｌ４が絶縁膜４を介して素子分離３に到達した場合の、入射光Ｌ４の光路を示す拡大断面図である。
絶縁膜４側の入射角θ1と素子分離３側の出射角θ2の関係は、スネルの法則ｎ1ｓｉｎθ1＝ｎ2ｓｉｎθ2により、θ1＞θ2となるので、入射光Ｌ４は入射した画素に近い方向に光路を変更する。光路が入射した画素に近付くことにより、入射した画素に近い位置で光電変換されるので、光電変換により生成した電子は、入射した画素の受光センサ部に取り込まれ易くなり混色を抑制することができる。
上述のように絶縁膜４の屈折率ｎ1と素子分離３の屈折率ｎ2の関係がｎ1＜ｎ2となるためには、素子分離３として主に使用されている屈折率１．４５のシリコン酸化物を用いた場合、絶縁膜４としては、シリコン酸化物より屈折率が低い屈折率１．２のフッ素を添加したシリコン酸化物を使用すればよい。
また、他の例としては、屈折率１．４５のシリコン酸化物を絶縁膜４に使用し、シリコン酸化物より屈折率の高い屈折率２．０４のシリコン窒化物を素子分離３に使用する組み合わせを用いることもできる。
多くの場合、屈折率と誘電率は比例関係にあることから、絶縁膜４の誘電率ε1と素子分離３の誘電率ε2の関係がε1＜ε2となるような物質で構成すれば、絶縁膜４の屈折率ｎ1と素子分離３の屈折率ｎ2との間にｎ1＜ｎ2の関係が成立し、上述の効果を得て混色を抑制することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図３に示した屈折率の関係が第１の実施形態とは異なる。本実施形態における屈折率の関係は、図３に対応する部分の拡大断面図である図４に示される。
本実施形態においては、素子分離３の屈折率ｎ2と半導体基板１の屈折率ｎ3の間にｎ2＜ｎ3の関係が成り立つ。例えば、素子分離３は屈折率１．４５のシリコン酸化物で形成され、半導体基板１は屈折率４．２４のＳｉで形成される。
素子分離３側の入射角θ2と半導体基板１側の出射角θ3の関係は、スネルの法則ｎ2ｓｉｎθ2＝ｎ3ｓｉｎθ3により、θ2＞θ3となるので、入射光Ｌ４は入射した画素に近い方向に光路が変更される。その結果、光電変換により生成した電子は、入射した画素の受光センサ部に取り込まれ易くなり混色を抑制することができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図５Ａ、図５Ｂあるいは図５Ｃに示すように、素子分離の上面の形状が上方に凸となっている点が、第１の実施形態とは相違する。図５Ａ〜図５Ｃは、図３に対応する図である。
図５Ａに示すように、素子分離９ａの上面の形状を、上方に凸となった曲面形状（例えば半円形断面）とし、また、絶縁膜４の屈折率ｎ1と素子分離９ａの屈折率ｎ2の間にｎ1＜ｎ2の関係が成立するように調整することで、素子分離９ａに凸レンズの役割を持たせる。素子分離９ａに凸レンズの役割を持たせることで、図５Ａに示すＬ５のような、入射した画素から遠い地点に到達する光についても光路を変更することができる。屈折率の間に上述の関係を成立させるためには、例えば、絶縁膜４を屈折率１．２のフッ素を添加したシリコン酸化物で形成し、素子分離９ａを屈折率１．４５のシリコン酸化物で形成すればよい。
また、図５Ａのように曲面でなくとも、図５Ｂに示す台形断面の素子分離９ｂや、図５Ｃに示す三角形断面の素子分離９ｃのように、端より中心が高い構造であれば、一部レンズと同じ役割を果たすので、図５Ａに示した素子分離９ａに近い効果を得ることができる。
次に、図６を参照して、素子分離９ａの上面の形状を凸型とする方法を具体的に示す。
まず、（ａ）に示すように、半導体基板１の素子分離９ａを形成する位置に、異方性エッチングにより穴１０を形成する。次に（ｂ）に示すように、半導体基板１全体に穴１０の深さより十分厚いシリコン酸化物１１を堆積して、異方性エッチングで形成した穴１０を埋める。
次に（ｃ）に示すように、平坦化を行いシリコン酸化物１１を半導体基板１の表面と平行にする。次に（ｄ）に示すように、素子分離の位置にだけレジスト１２を乗せて等方性エッチングを行って、穴１０以外の部分のシリコン酸化物１１をエッチングし、穴１０の部分のシリコン酸化物１１が他の部分より高くなるようにする。
その後（ｅ）に示すように、レジスト１２を除去する。さらに、等方性エッチングを行って穴１０の部分のシリコン酸化物１１の上部の角を丸くすることにより、（ｆ）に示すように、上面形状が上方に凸の曲面になった素子分離９ａが形成される。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図７に示すように、素子分離１３の底面形状が凹型となっている点が、第１の実施形態とは相違する。図７は、図３に対応する図である。
図７に示すように、素子分離１３の底面形状を凹型とし、素子分離１３の屈折率ｎ2と半導体基板１の屈折率ｎ3の間にｎ2＜ｎ3の関係が成立するように調整することにより、半導体基板１に凸レンズの役割を持たせ、入射光の光路を変更することができる。屈折率の間に上述の関係を成立させるためには、例えば、素子分離１３を屈折率１．４５のシリコン酸化物で形成し、半導体基板１を屈折率４．２４のＳｉで形成すればよい。
次に、図８を参照して、素子分離１３の底面形状を凹型にする方法を具体的に示す。
まず図８（ａ）に示すように、半導体基板１の素子分離を形成する位置の端部だけに異方性エッチングを施して、半導体基板１上に溝１４を形成する。
次に（ｂ）に示すように、素子分離を形成する位置全体に異方性エッチングを行い、素子分離を形成する位置に、周囲に溝１５ａを持つ穴１５を形成する。
次に（ｃ）に示すように、等方性エッチングを行い、溝１５ａの角を丸くすることで、半導体基板１に底面が凹型形状の穴１６を形成する。
その後（ｄ）に示すように、シリコン酸化物１７を堆積して半導体基板１に形成した穴１６を埋める。さらに（ｅ）に示すように、シリコン酸化物１７の上部を平坦化することで、図７に示したような底面形状が凹型の素子分離１３を形成することができる。
なお、素子分離の底面形状を、第３の実施形態に示した図５Ｂ、５Ｃと同様の態様で凹型として、対応する部分の半導体基板１の端より中心が高い構造を形成すれば、一部レンズと同じ役割を果たすので、図７に示した実施形態に近い効果を得ることができる。
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図９に示すように、素子分離１８の上面の形状が凹型となっている点が、第１の実施形態とは相違する。図９は、図３に対応する図である。
本実施形態は、上述の実施形態とは屈折率とレンズ形状の関係を同時に逆にすることで、同じ光路変更の効果を得る構造である。図９に示すように、素子分離１８の上面の形状を凹型とし、絶縁膜４の屈折率ｎ1と素子分離１８の屈折率ｎ2の間ｎ1＞ｎ2の関係を成立させることにより、絶縁膜４に凸レンズの役割を持たせて入射光の光路を変更する。屈折率の間に上述の関係を成立させるためには、例えば、絶縁膜４を屈折率１．７５のシリコン酸化物で形成し、素子分離１８を屈折率１．４５のシリコン酸化物で形成すればよい。
次に、図１０を参照して、素子分離１８の上面形状を凹型にする方法を示す。
まず図１０（ａ）に示すように、半導体基板１の素子分離を形成する位置に異方性エッチングにより穴１９を形成し、（ｂ）に示すように、半導体基板１全体に穴１９の深さより十分厚いシリコン酸化物２０を堆積して、異方性エッチングで形成した穴１９を埋める。
次に（ｃ）に示すように、平坦化を行いシリコン酸化物２０を半導体基板１の表面と平行にする。
次に（ｄ）に示すように、穴１９以外の領域にレジスト２１を乗せ、ジスト３２を乗せて等方性エッチングを行って素子分離１９の位置のシリコン酸化物２０をエッチングして、穴１９の部分のシリコン酸化物２０が他の部分より低くなるようにする。
その後（ｅ）に示すように、レジスト２１を除去する。さらに（ｆ）に示すように、薄くシリコン酸化物を堆積することで、穴１９の部分のシリコン酸化物２０と半導体基板１の段差をなくしなめらかにつなげることにより、シリコン酸化物２０により形成された素子分離の上面形状を上に凸の形状にすることができる。
また、図１１に示すように、素子分離２２の底面の形状が凸型である構造を用いることもできる。この場合、素子分離２２の屈折率ｎ2と半導体基板１の屈折率ｎ3の間にｎ2＞ｎ3の関係を成立させることにより、素子分離２２に凸レンズの役割を持たせ、入射光の光路を変更することができる。
なお、素子分離の上面あるいは底面の形状を、第３の実施形態に示した図５Ｂ、５Ｃと同様の態様で凹型形状あるいは凸型形状として、素子分離の中心より端が高い構造を形成すれば、一部レンズと同じ役割を果たすので、図９あるいは図１１に示した実施形態に近い効果を得ることができる。
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、素子分離２３ａ、２３ｂの底面形状がプリズム形状となっている点が、第１の実施形態とは相違する。図１２Ａ、図１２Ｂは、図３に対応する図である。
図１２Ａ、図１２Ｂに示す本実施形態の素子分離２３ａ、２３ｂは、底面形状を上述の実施形態のようなレンズ形状ではなく、プリズム形状にすることで光路を変更する構造である。
図１２Ａに示す例は、素子分離２３ａの屈折率ｎ2と半導体基板１の屈折率ｎ3がｎ2＜ｎ3の関係を有する場合である。この場合は、入射した画素側の素子分離の底を浅く、隣接画素側の素子分離の底を深くすることで、入射光の光路を入射した画素側に変更することができる。素子分離２３ａは例えば屈折率１．４５のシリコン酸化物で形成され、半導体基板１は屈折率４．２４のＳｉで形成される。
図１２Ｂに示す例は逆に、素子分離２３ｂの屈折率ｎ2と半導体基板１の屈折率ｎ3がｎ2＞ｎ3の関係を有する場合である。この場合は、入射した画素側の素子分離の底を深く、隣接画素側の素子分離の底を浅くすることで、入射光の光路を入射した画素側に変更することができる。
次に、図１３を参照して素子分離２３ａの底面形状をプリズム形状にする方法を示す。
まず図１３（ａ）に示すように、半導体基板１の素子分離２３ａを形成する位置の片方の端部に異方性エッチングを施して、半導体基板１上に溝２４を形成する。
次に素子分離２３ａを形成する位置全体に異方性エッチングを施して、（ｂ）に示すように、素子分離２３ａを形成する位置に、段差を持つ穴２５を形成する。
次に等方性エッチングを行い段差の角を丸くすることで、（ｃ）に示すように、半導体基板１に底面が斜め形状の穴２６が形成される。
次に（ｄ）に示すように、シリコン酸化物２７を堆積して半導体基板１に形成した穴２６を埋める。最後に（ｅ）に示すように、シリコン酸化物２７の上部を平坦化することで、図１２Ａのような底面がプリズム形状の素子分離２３ａを形成することができる。
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の固体撮像装置の構造は、基本的には図１及び２に示した第１の実施形態と同様であるが、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、素子分離が複数種類の屈折率の異なる物質で形成されている点が、第１の実施形態とは相違する。図１４Ａ、図１４Ｂは、図３に対応する図である。
図１４Ａに示す実施形態では、素子分離２８ａの中に凸レンズの役割を持つ素子分離２８ｂを配置することにより、大きな光路変更効果を得るように構成する。例えば、絶縁膜４を屈折率ｎ1＝１．２のフッ素を添加したシリコン酸化物で形成し、素子分離２８ａを屈折率ｎ21＝１．４５のシリコン酸化物で形成し、素子分離２８ｂを屈折率ｎ22＝２．０４のシリコン窒化物で形成する。
また、図１４Ｂのように、素子分離２９ａの中にレンズの役割を果たす素子分離２９ｂを複数段形成することで、光路変更効果をより大きくすることができる。
次に、図１５を参照して、図１４Ａの構造である凸レンズの役割を持つ素子分離２８ｂが中に存在する素子分離２８ａの製造方法を示す。
まず図１５（ａ）に示すように、半導体基板１の素子分離２８ａを形成する位置に異方性エッチングにより穴３０を形成する。次に（ｂ）に示すように、素子分離の幅の半分以下の厚さのシリコン酸化物３１を半導体基板１全体に堆積する。このとき、シリコン酸化物３１の堆積の性質上、角の部分の堆積が多く、穴３０内のシリコン酸化物３１の中心に球状に近い穴３２が形成される。
次に（ｃ）に示すように、シリコン酸化物３１の上にシリコン窒化物３３を堆積してシリコン酸化物３１内の穴３２を埋める。
その後（ｄ）に示すように、シリコン窒化物３３とシリコン酸化物３１を削り半導体基板１の表面と平行に平坦化する。次に（ｅ）に示すように、穴３０の位置以外にレジスト３４を乗せ、異方性エッチングを行って穴３０の位置のシリコン酸化物３１の上面を削る。
その後、（ｆ）に示すようにレジスト３４を除去し、（ｇ）に示すように再びシリコン酸化物３５を堆積して、シリコン窒化物３３をシリコン酸化物３１、３５で囲む。最後に（ｈ）に示すように平坦化を行うことで、図１４Ａのような、凸レンズの役割を持つ素子分離２８ｂを素子分離２８ａ中に形成することができる。
本発明によれば、入射角が大きい光が素子分離に到達することによる混色が発生し難く、固体撮像装置の精度を高めるために有用である。
本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の撮像領域を示す断面図 同撮像領域の平面図 同撮像領域の素子分離付近の拡大断面図 本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の変形例の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の他の変形例の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の製造工程を示す素子分離付近の拡大断面図 本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の製造工程を示す素子分離付近の拡大断面図 本発明の第５の実施形態における固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の製造工程を示す素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における他の態様の固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 本発明の第６の実施形態における固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における他の態様の固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の製造工程を示す素子分離付近の拡大断面図 本発明の第７の実施形態における他の態様の固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における他の態様の固体撮像装置の素子分離付近の拡大断面図 同実施形態における固体撮像装置の製造工程を示す素子分離付近の拡大断面図 従来例のＭＯＳ型固体撮像装置の撮像領域の中心部を示す断面構造図 同ＭＯＳ型固体撮像装置の撮像領域の周辺部を示す断面構造図 従来例の固体撮像装置におけるシェーディングの説明に供する構造図 従来例の固体撮像装置におけるシェーディング抑制のための構成の説明に供する平面図 従来例の固体撮像装置の他の例を示す断面図 従来例の固体撮像装置において入射角が小さい入射光が素子分離に到達する場合を示す断面図 従来例の固体撮像装置において入射角が大きい入射光が素子分離に到達する場合を示す断面図
符号の説明
１、４１ 半導体基板
２、４２ 受光センサ部
３、９ａ、９ｂ、９ｃ、１３、１８、２３ａ、２３ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、４３ 素子分離
４、４４ 絶縁膜
５ａ、５ｂ、４５ａ、４５ｂ 配線層
６、４６ 平坦化層
７、４７ カラーフィルタ
８、４８ オンチップマイクロレンズ
１０、１５、１６、１９、２５、２６、３０、３２ 穴
１１、２０、２７、３１、３５ シリコン酸化物
１４、１５ａ、２４ 溝
１２、２１、３４ レジスト
３３ シリコン窒化物
４９ 光学レンズ
５０ 絞り
５１ 光学系
５２ 撮像領域

Claims (10)

  1. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記絶縁膜の屈折率ｎ1と、前記素子分離の屈折率ｎ2の関係が、ｎ1＜ｎ2であることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記絶縁膜がフッ素を添加したシリコン酸化物、前記素子分離がシリコン酸化物で形成された請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＜ｎ3である請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 前記素子分離の上面の形状が凸型である請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＜ｎ3であり、前記素子分離の底面の形状が凹型であることを特徴とする固体撮像装置。
  6. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記絶縁膜の屈折率ｎ1と、前記素子分離の屈折率ｎ2の関係が、ｎ1＞ｎ2であり、前記素子分離の上面の形状が凹型であることを特徴とする固体撮像装置。
  7. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係が、ｎ2＞ｎ3であり、前記素子分離の底面の形状が凸型であることを特徴とする固体撮像装置。
  8. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係がｎ2＜ｎ3であり、
    前記素子分離の底面が前記半導体基板の面に対して傾斜を持ち、前記傾斜は、前記複数の画素が形成する撮像領域の中心部側の底が浅く、前記撮像領域の周辺部側の底が深くなるように形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
  9. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記素子分離の屈折率ｎ2と、前記半導体基板の屈折率ｎ3の関係がｎ2＞ｎ3であり、
    前記素子分離の底面が前記半導体基板の面に対して傾斜を持ち、前記傾斜は、前記複数の画素が形成する撮像領域の中心部側の底が深く、前記撮像領域の周辺部側の底が浅くなるように形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
  10. 半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光センサ部を有する複数の画素と、前記半導体基板における前記各画素間に形成された素子分離と、前記画素と前記素子分離の上部に形成された絶縁膜とを備え、
    前記素子分離が複数層の屈折率の異なる物質で構成され、その一部の層が凸レンズとして作用するように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。
JP2006044335A 2006-02-21 2006-02-21 固体撮像装置 Withdrawn JP2007227474A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006044335A JP2007227474A (ja) 2006-02-21 2006-02-21 固体撮像装置
PCT/JP2006/319790 WO2007097062A1 (ja) 2006-02-21 2006-10-03 固体撮像装置
TW095136999A TW200733258A (en) 2006-02-21 2006-10-05 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006044335A JP2007227474A (ja) 2006-02-21 2006-02-21 固体撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007227474A true JP2007227474A (ja) 2007-09-06

Family

ID=38437118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006044335A Withdrawn JP2007227474A (ja) 2006-02-21 2006-02-21 固体撮像装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2007227474A (ja)
TW (1) TW200733258A (ja)
WO (1) WO2007097062A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009212465A (ja) * 2008-03-06 2009-09-17 Canon Inc 撮像装置及び撮像システム
JP2020113573A (ja) * 2019-01-08 2020-07-27 キヤノン株式会社 光電変換装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5269454B2 (ja) 2008-03-25 2013-08-21 株式会社東芝 固体撮像素子
US7687757B1 (en) * 2009-01-29 2010-03-30 Visera Technologies Company Limited Design of microlens on pixel array
EP3955300A1 (en) * 2020-08-11 2022-02-16 Infineon Technologies Dresden GmbH & Co . KG Device for an image sensor, image sensor for an optical camera and optical camera

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110953A (ja) * 2000-10-04 2002-04-12 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2005123449A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法
JP4075797B2 (ja) * 2003-12-25 2008-04-16 ソニー株式会社 固体撮像素子
KR100619396B1 (ko) * 2003-12-31 2006-09-11 동부일렉트로닉스 주식회사 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법
JP4432502B2 (ja) * 2004-01-20 2010-03-17 ソニー株式会社 半導体装置
JP2005251945A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置とその製造方法および固体撮像装置を用いたカメラ
JP2005353874A (ja) * 2004-06-11 2005-12-22 Renesas Technology Corp 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009212465A (ja) * 2008-03-06 2009-09-17 Canon Inc 撮像装置及び撮像システム
JP2020113573A (ja) * 2019-01-08 2020-07-27 キヤノン株式会社 光電変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007097062A1 (ja) 2007-08-30
TW200733258A (en) 2007-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7777260B2 (en) Solid-state imaging device
US7382011B2 (en) Solid-state image sensing device equipped with inner lens
US8633559B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP4939206B2 (ja) イメージセンサ及びその製造方法
TWI668849B (zh) 固體攝像元件、攝像裝置及電子裝置
JP2008270500A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2008192771A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP5808539B2 (ja) バックサイドイルミネーションｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法
US9204068B2 (en) Solid-state photodiode imaging device and method of manufacturing the same
JP2008135551A (ja) 固体撮像装置
JP5002906B2 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2007227474A (ja) 固体撮像装置
JP5409087B2 (ja) 固体撮像素子
JP2011243885A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2006332347A (ja) 層内レンズ、固体撮像素子、電子情報装置、層内レンズの形成方法および固体撮像素子の製造方法
JP2009146957A (ja) 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法
JP2008066409A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2005260067A (ja) 固体撮像装置及びカメラ
JP2006165162A (ja) 固体撮像素子
JP2005166919A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP2006060250A (ja) 固体撮像装置とその製造方法
JP2012009704A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR100967477B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP4514576B2 (ja) 固体撮像装置
JP4626255B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090512