JP2008177362A - Solid-state imaging apparatus and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置に関し、特に、固体撮像装置が備える、入射光を分光するカラーフィルタに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device used for a digital camera or the like, and more particularly to a color filter provided in the solid-state imaging device for spectrally dividing incident light.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に使用される固体撮像装置は、半導体基板上に複数の単位画素(「受光セル」ともいう。)が2次元状に配列され、各単位画素は入射光を光電変換する光電変換部と色分離を行うカラーフィルタとを備える構造となっている。 In a solid-state imaging device used for a digital still camera, a digital video camera, or the like, a plurality of unit pixels (also referred to as “light receiving cells”) are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and each unit pixel photoelectrically converts incident light. It has a structure including a photoelectric conversion unit for conversion and a color filter for color separation.
上記のカラーフィルタは、有機の顔料や染料からなっており、このカラーフィルタにより、色分離が実現され、全ての単位画素における上記の光電変換された信号を収集することで、1枚分の撮像データを生成する事ができる(例えば、特許文献1、2又は4参照)。
The color filter is made of an organic pigment or dye. Color separation is realized by the color filter, and the photoelectric conversion signals in all unit pixels are collected to capture one image. Data can be generated (see, for example,
このような固体撮像装置には、画素部や回路部の保護のために、通常、バリア膜(「保護膜」ともいう。)としてシリコン窒化膜が形成される。そして、例えば、固体撮像装置のカラーフィルタをシリコン酸化窒化膜とシリコン窒化膜を積層して構成することで、入射光の反射を抑制することもできる(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、カラーフィルタとして、保護膜を有する多層膜干渉フィルタ(例えば、特許文献4参照)を用いた場合には(一般に、カラーフィルタは低屈折率材料と高屈折率材料の積層膜を用いて形成されるが、カラーフィルタ以外にバリア膜などの保護膜も形成される。)、保護膜がカラーフィルタの分光特性に悪影響を与える場合がある(例えば、特許文献4)。 However, when a multilayer interference filter having a protective film (see, for example, Patent Document 4) is used as the color filter (generally, the color filter is formed using a laminated film of a low refractive index material and a high refractive index material. However, in addition to the color filter, a protective film such as a barrier film is also formed.) In some cases, the protective film adversely affects the spectral characteristics of the color filter (for example, Patent Document 4).
また、カラーフィルタの設定波長とバリア膜の膜厚が適切でない場合には、いわゆる「干渉」が発生し、入射光に対する分光特性(「透過特性」ともいう。)に影響を与える。また、バリア膜の位置も分光特性に大きな影響を及ぼす。 In addition, when the set wavelength of the color filter and the film thickness of the barrier film are not appropriate, so-called “interference” occurs, which affects spectral characteristics (also referred to as “transmission characteristics”) with respect to incident light. In addition, the position of the barrier film has a great influence on the spectral characteristics.
さらに、素子の平坦化膜等をCMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いて形成する場合、膜厚ばらつきが大きくなってしまうため、分光特性もばらついてしまうという課題がある。 Further, when the planarizing film or the like of the element is formed using CMP (Chemical Mechanical Polishing), there is a problem in that the spectral characteristics vary because the film thickness variation becomes large.
そこで本発明は、カラーフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いた場合において、平坦化膜やバリア膜による干渉の影響を低減し、さらに、平坦化膜の膜厚ばらつきによる分光特性のばらつきを抑制し得るカラーフィルタを備える固体撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can reduce the influence of interference due to a planarization film or a barrier film when a multilayer interference filter is used as a color filter, and can further suppress variation in spectral characteristics due to variation in film thickness of the planarization film. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device including a color filter.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、設定波長をλとする多層膜構造のカラーフィルタ及びバリア膜を備える単位画素が2次元状に配列された固体撮像装置であって、前記カラーフィルタは、高屈折率材料又は低屈折率材料から構成され、その光学膜厚がλ/4に略等しく、前記バリア膜の光学膜厚がλ/2に略等しいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which unit pixels including a color filter having a multilayer film structure having a set wavelength λ and a barrier film are two-dimensionally arranged. The color filter is made of a high refractive index material or a low refractive index material, and its optical film thickness is substantially equal to λ / 4, and the optical film thickness of the barrier film is approximately equal to λ / 2. .
上記構成とすることで、カラーフィルタ以外のバリア膜による干渉の影響を低減することができ、カラーフィルタ以外にバリア膜を含めた場合に、トータルデバイスとして優れたカメラ100を実現することができる。
With the above configuration, the influence of interference caused by a barrier film other than the color filter can be reduced, and when the barrier film is included in addition to the color filter, the
また、前記バリア膜は、前記カラーフィルタに隣接していることを特徴とする。上記構成とすることで、屈折率が異なる材料がカラーフィルタに隣接していることにより、カラーフィルタとカラーフィルタ以外のバリア膜の間で発生する干渉に対する平坦化膜の影響を無くすことができ、優れた分光特性を実現することができる。 The barrier film is adjacent to the color filter. By adopting the above configuration, since the materials having different refractive indexes are adjacent to the color filter, it is possible to eliminate the influence of the planarizing film on the interference generated between the color filter and the barrier film other than the color filter. Excellent spectral characteristics can be realized.
また、前記バリア膜の上面および下面の少なくとも一方に、光学膜厚がλ/4に略等しい反射抑制膜が形成されていることを特徴とする。上記構成とすることで、素子の平坦化工程(CMP工程)に起因する膜厚ばらつきによる透過特性のばらつきを抑制することができる。さらに、反射抑制膜の効果により、透過率を向上させることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。 Further, a reflection suppressing film having an optical film thickness substantially equal to λ / 4 is formed on at least one of the upper surface and the lower surface of the barrier film. With the above structure, variation in transmission characteristics due to variation in film thickness due to a planarization process (CMP process) of an element can be suppressed. Furthermore, the transmittance can be improved by the effect of the antireflection film, and a highly sensitive solid-state imaging device can be realized.
また、前記バリア膜の前記カラーフィルタ側には、光学膜厚がλ/4に略等しい反射抑制膜が形成されていることを特徴とする。上記構成とすることで、素子の平坦化工程に起因する膜厚ばらつきによる分光特性のばらつきを抑制することができる。さらに、反射抑制膜をフィルタ側にのみ形成することで、さらに透過率を向上させることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。 Further, a reflection suppressing film having an optical film thickness substantially equal to λ / 4 is formed on the color filter side of the barrier film. With the above structure, it is possible to suppress variation in spectral characteristics due to film thickness variation caused by the planarization process of the element. Furthermore, by forming the reflection suppression film only on the filter side, it is possible to further improve the transmittance, and to realize a highly sensitive solid-state imaging device.
また、前記バリア膜は、前記カラーフィルタの入射光側の第1バリア膜と、前記カラーフィルタの出射光側の第2バリア膜からなり、前記第1バリア膜および前記第2バリア膜の各膜厚は等しいことを特徴とする。上記構成とすることで、カラーフィルタの対称性を向上させることが可能となり、光透過率を改善することができる。したがって、高感度な固体撮像装置を実現することができる。 The barrier film includes a first barrier film on the incident light side of the color filter and a second barrier film on the outgoing light side of the color filter, and each film of the first barrier film and the second barrier film. Thickness is equal. With the above configuration, the symmetry of the color filter can be improved, and the light transmittance can be improved. Therefore, a highly sensitive solid-state imaging device can be realized.
また、前記高屈折率材料は二酸化チタンであり、前記低屈折率材料は二酸化珪素であることを特徴とする。上記構成とすることにより、高屈折率材料と低屈折率材料の屈折率差を大きくすることができ、優れた分光特性を実現することができる。 The high refractive index material is titanium dioxide, and the low refractive index material is silicon dioxide. By setting it as the said structure, the refractive index difference of high refractive index material and low refractive index material can be enlarged, and the outstanding spectral characteristic can be implement | achieved.
また、前記バリア膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン窒化膜の持つバリア効果により高信頼性の固体撮像装置を実現することができる。さらに、バリア膜としてエッチング時のエッチングストップ膜としての機能を実現することができる。 The barrier film is a silicon nitride film. With the above configuration, a highly reliable solid-state imaging device can be realized by the barrier effect of the silicon nitride film. Furthermore, a function as an etching stop film at the time of etching can be realized as a barrier film.
また、前記反射抑制膜はシリコン酸化窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン酸化窒化膜はシリコン窒化膜よりも屈折率が低く、平坦化膜などで用いられる二酸化珪素より屈折率が大きいため、反射抑制膜として有効である。 The antireflection film is a silicon oxynitride film. With the above structure, the silicon oxynitride film has a lower refractive index than that of the silicon nitride film and is higher than that of silicon dioxide used in a planarization film and the like, and thus is effective as a reflection suppressing film.
また、前記バリア膜はシリコン酸化窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン酸化窒化膜は、シリコン窒化膜よりも平坦化膜などで用いられる二酸化珪素と屈折率差が小さいため、膜厚ばらつきによるに二酸化珪素の界面での反射率を小さくすることが可能となり、干渉の影響を低減することができる。 The barrier film is a silicon oxynitride film. With the above structure, the silicon oxynitride film has a smaller refractive index difference than that of silicon dioxide used for a planarizing film or the like than the silicon nitride film. And the influence of interference can be reduced.
また、本発明における前記カラーフィルタは、光学膜厚を同じくする2種類の誘電体層を交互に積層したλ/4膜と、λ/4膜以外の膜厚からなる絶縁体層からなり、透過対象の色が異なる第1の単位画素および第2の単位画素において、前記絶縁体層の膜厚が異なることを特徴とする。 The color filter according to the present invention includes a λ / 4 film in which two types of dielectric layers having the same optical film thickness are alternately stacked, and an insulating layer having a film thickness other than the λ / 4 film, and transmits light. In the first unit pixel and the second unit pixel having different target colors, the thickness of the insulator layer is different.
上記構成とすることにより、各単位画素におけるRGBの色分離を絶縁体層の膜厚変化のみで実現することができ、一般的なカラーフィルタと比較して薄膜化が可能となり、かつ、固体撮像装置の製造プロセスを簡略化することができる。 With the above configuration, RGB color separation in each unit pixel can be realized only by changing the film thickness of the insulator layer, and it is possible to reduce the thickness as compared with a general color filter, and solid-state imaging The manufacturing process of the device can be simplified.
なお、本発明は、上記固体撮像装置を有するカメラとして実現することもできる。 The present invention can also be realized as a camera having the solid-state imaging device.
本発明に係る固体撮像装置は、カラーフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いた場合において、バリア膜の膜厚をλ/2に設定することで平坦化膜やバリア膜による干渉の影響を低減し、さらに、バリア膜に反射抑制膜を形成することで平坦化膜の膜厚ばらつきによる特性のばらつきを抑制し得る、優れた色分離特性を実現する固体撮像装置を実現することができる。 In the case of using a multilayer interference filter as a color filter, the solid-state imaging device according to the present invention reduces the influence of interference due to a planarization film or a barrier film by setting the film thickness of the barrier film to λ / 2. Furthermore, it is possible to realize a solid-state imaging device that realizes excellent color separation characteristics that can suppress variations in characteristics due to film thickness variations in the planarization film by forming a reflection suppression film on the barrier film.
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。 Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although this invention is demonstrated using the following embodiment and attached drawing, this is for the purpose of illustration and this invention is not intended to be limited to these.
(実施の形態1)
先ず、本発明に係るデジタルスチルカメラの構成について説明する。図1は、本発明に係るデジタルスチルカメラ100の主要な機能構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the digital still camera according to the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the main functional configuration of a digital
図1に示されるように、デジタルスチルカメラ100は、レンズ101、固体撮像装置102、色信号合成部103、映像信号作成部104及び素子駆動部105を備えている。
As shown in FIG. 1, the
レンズ101は、デジタルスチルカメラ100に入射した光(入射光35)を固体撮像装置102の撮像領域上に結像させるための集光素子である。固体撮像装置102は、レンズ101によって集光された光を光電変換して色信号を生成するユニットである。素子駆動部105は、固体撮像装置102から色信号を取り出すユニットである。色信号合成部103は、固体撮像装置102から受け付けた色信号に色シェーディングを施すユニットである。映像信号作成部104は、色信号合成部103において色シェーディングが施された色信号からカラー映像信号を生成するユニットである。なお、カラー映像信号は、最終的にカラー画像データとして、RAM又はメモリカード等の記録媒体(図示せず。)に記録される。
The
図2は、本実施の形態に係る固体撮像装置102の構成の概略を示す図である。図2に示されるように、固体撮像装置102は、単位画素1、垂直シフトレジスタ2、水平シフトレジスタ3及び駆動回路5を備える。2次元状に配列された単位画素1(図2には、模式的に16個の単位画素1が示されている。)の各列を垂直シフトレジスタ2により選択し、1つの行を水平シフトレジスタ3により選択して、単位画素1毎のカラー信号を出力アンプ4から出力する。なお、駆動回路5が、垂直シフトレジスタ2、水平シフトレジスタ3及び出力アンプ4を駆動する。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the solid-
図3は、本実施の形態に係る固体撮像装置102の一部(具体的には、3個の単位画素1a、1bおよび1c)の構造を示す基板断面図である。各単位画素1a〜1cは、N型不純物が添加されたシリコンからなる基板11を基礎として形成され、以下の各層を有している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate showing the structure of a part (specifically, three
光電変換層12は、基板11にP型不純物をイオン注入することで形成したP型ウェル21と、P型ウェル21にN型不純物をイオン注入することで形成したN型領域である光電変換部22を含む。
The
金属層13は、垂直シフトレジスタ2からの配線や、信号電荷を水平シフトレジスタ3に転送する配線などがCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法などにより形成される層である。また、CVD法を利用して遮光膜24も形成され、遮光膜24の開口部にCVD法などにより、素子の平坦化のため二酸化珪素23も形成される。遮光膜24には単位画素に光を導くための開口部を有する。
The
フィルタ層14は、バリア膜であるシリコン窒化膜26、素子の平坦化のための二酸化珪素28、多層膜干渉フィルタからなるカラーフィルタ29、カラーフィルタ29の段差を平坦化するための二酸化珪素30、及びマイクロレンズ34の形成時におけるエッチバック時のバリア膜であるシリコン窒化膜32を含む。
The
なお、入射光35は、単位画素の上部から入射する光であり、マイクロレンズ34により集光され、フィルタ層14及び金属層13を経て光電変換部22に到達する。
The
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置102の分光特性について説明する。
図4(a)〜(d)は、本実施の形態に係る固体撮像装置102における各単位画素1a〜1cの分光特性を示す図である。図4(a)は、第1のバリア膜26および第2のバリア膜32の膜厚は同じ膜厚とし、カラーフィルタ29の設定波長(λ)である530nmに対する、λ/2膜の厚さを133nmとした場合の固体撮像装置102の分光特性である。
Next, spectral characteristics of the solid-
4A to 4D are diagrams illustrating spectral characteristics of the
カラーフィルタ29においては、設定波長を530nmとし、λ/4膜である二酸化チタンの膜厚が52nm、λ/4膜である二酸化珪素の膜厚が91nmである。分光後のR(Red)、G(Green)およびB(Blue)の各色の光に対応する多層干渉フィルタの構成としては、R光に対応する単位画素1bの場合は、TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)/SiO2(30nm)/TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)である。また、G光に対応する単位画素1cの場合は、TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)/SiO2(0nm)/TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)である。さらに、B光に対応する単位画素1aの場合は、TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)/SiO2(133nm)/TiO2(52nm)/SiO2(91nm)/TiO2(52nm)である。
In the
スペーサー層であるSiO2の1層のみの膜厚変化(単位画素1a(B)において133nm、単位画素1b(R)において30nm、単位画素1c(G)において0nm)でRGBの色分離を実現することができる。
RGB color separation is realized by changing the film thickness of only one layer of SiO 2 as a spacer layer (133 nm in the
なお、図4(b)〜(d)は、本実施の形態に係る固体撮像装置102における、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b及びG光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIGS. 4B to 4D are flat views of the B
図5(a)は、上記図3の固体撮像装置102において、第1のバリア膜であるシリコン窒化膜32の膜厚を133nmから50nmに変化した場合(第2のバリア膜であるシリコン窒化膜26の膜厚は133nmで変化なし。)の分光特性を示している。この場合には、シリコン窒化膜の干渉の影響によりスペクトルにリップルが影響し、優れた分光特性を実現することができない。なお、図5(b)〜(d)は、上記図5(a)と同じく、シリコン窒化膜32の膜厚を133nmから50nmに変化させた場合の、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIG. 5A shows the case where the thickness of the
以上のように、本実施の形態に係るカラーフィルタを構成することにより、特にG光の分光特性において干渉の影響を低減することができ、優れた分光特性を有する固体撮像装置を実現することができる。 As described above, by configuring the color filter according to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of interference particularly in the spectral characteristics of G light, and to realize a solid-state imaging device having excellent spectral characteristics. it can.
(実施の形態2)
図6は、本実施の形態に係る固体撮像装置202の単位画素(1a、1b、1c)の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素1a〜1cは、第2のバリア膜26および第1のバリア膜32において、反射抑制膜であるシリコン酸化窒化膜25、27、およびシリコン酸化窒化膜31、33を各バリア膜の上面と下面に形成している点で、上記実施の形態1に係る単位画素1a〜1cとは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態1と同じ内容であるため、その説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the substrate showing the structure of the unit pixels (1a, 1b, 1c) of the solid-
ここで、上記のシリコン酸化窒化膜25、27、31、33の屈折率は「1.56」である。また、これらの膜厚はすべて同じであり、カラーフィルタ29の設定波長530nmのλ/4膜の膜厚である85nmである。
Here, the refractive indexes of the
図7(a)〜(d)は、本実施の形態に係る固体撮像装置202における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を示した図である。
7A to 7D are diagrams showing the spectral characteristics of the unit pixels (1a, 1b, 1c) in the solid-
図7(a)と上記実施の形態1で示した分光特性である図4(a)とを比較すると、反射抑制膜の効果により、本実施の発明に係る固体撮像装置202の分光特性が、さらに干渉の影響を低減できていることが分かる。
When FIG. 7A is compared with FIG. 4A which is the spectral characteristic shown in the first embodiment, the spectral characteristic of the solid-
なお、図7(b)〜(d)は、上記図7(a)の構成において、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
7B to 7D show the respective flattening layers in the
ここで、二酸化珪素30は、カラーフィルタ29を平坦化する層であり、一般的にCMPを用いて形成される。CMP技術の膜厚ばらつきは、一般的に±200nm程度であるので、これらの図7(b)〜(d)を比較すれば分かるように、二酸化珪素30の膜厚が変化した場合であっても、本実施の形態における固体撮像装置202は、膜厚ばらつきの影響を低減することができる。同様に、二酸化珪素28は、遮光膜24による段差を平坦化する層であり、同様に反射抑制膜を形成することで、膜厚ばらつきの影響を低減することができる。
Here, the
(実施の形態3)
図8は、本実施の形態に係る固体撮像装置302の単位画素(1a、1b、1c)の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素1a〜1cは、第2のバリア膜であるシリコン窒化膜26が、カラーフィルタ29に隣接しているという点で、上記実施の形態1とは異なる。その他の構成要素に関しては、上記実施の形態1と同じ内容であるため、その説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the substrate showing the structure of the unit pixels (1a, 1b, 1c) of the solid-
図9(a)は、本実施の形態に係る固体撮像装置302における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を示した図である。なお、図9(b)〜(d)は、上記図8の構成において、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIG. 9A is a diagram showing the spectral characteristics of each unit pixel (1a, 1b, 1c) in the solid-
上記実施の形態1では、カラーフィルタ29とシリコン窒化膜26の間に二酸化珪素28が存在していたため膜厚ばらつきの影響があったが、図8に示す構成とすることにより、二酸化珪素からなる平坦化膜28は、遮光膜24の形成直後に成膜され、バリア膜26とカラーフィルタ29が隣接して形成されるため、CMPによる膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を無くすことが可能となる。したがって、優れた分光特性を実現することができる。
In the first embodiment, since the
(実施の形態4)
図10は、実施の形態4に係る固体撮像装置402の単位画素(1a、1b、1c)の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素1a〜1cは、第2のバリア膜26および第1のバリア膜32において、反射抑制膜としてシリコン酸化窒化膜25、27、およびシリコン酸化窒化膜31、33を各バリア膜の上面と下面に形成している点で上記実施の形態3とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態3と同じであるため、その説明は省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the substrate showing the structure of the unit pixels (1a, 1b, 1c) of the solid-
図11(a)は、本実施の形態に係る固体撮像装置402における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を示した図である。上記図10の構成とすることによっても、さらに干渉の影響を低減することができ、優れた分光特性を実現することができる。
FIG. 11A is a diagram showing the spectral characteristics of each unit pixel (1a, 1b, 1c) in the solid-
なお、図11(b)〜(d)は、本実施の形態に係る固体撮像装置402において、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIGS. 11B to 11D show the flat portions of the B
上記実施の形態3に係る図9(b)〜(d)と図11(b)〜(d)を比較すると、本実施の形態における固体撮像装置402を用いることで、二酸化珪素30の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を低減し得ることが分かる。
When FIGS. 9B to 9D and FIGS. 11B to 11D according to the third embodiment are compared, the film thickness of the
(実施の形態5)
図12は、実施の形態5に係る固体撮像装置502の単位画素(1a、1b、1c)の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素1a〜1cは、第2のバリア膜26において、反射抑制膜としてシリコン酸化窒化膜25を除去している点で、上記実施の形態4とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態4と同じ内容であるため、その説明は省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the substrate showing the structure of the unit pixels (1a, 1b, 1c) of the solid-
図13(a)は、本実施の形態に係る固体撮像装置502における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を示した図である。上記図12に示す構成とすることで、上記実施の形態4の場合の分光特性である図11(a)と比較してみると、透過帯域の幅を広げることができることがわかる。なお、図13(b)〜(d)は、本実施の形態における固体撮像装置502において、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIG. 13A is a diagram showing the spectral characteristics of each unit pixel (1a, 1b, 1c) in the solid-
図12に示す固体撮像装置502の第2のバリア膜32には反射抑制膜31、33が形成されており、反射抑制膜27とバリア膜26がカラーフィルタ29に隣接していることにより、平坦化する必要が無く、平坦化層の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を無くすことを可能としている。
したがって、本実施の形態における固体撮像装置502を用いることで、高感度かつ優れた分光特性を実現することができる。
Therefore, by using the solid-
また、図12に示す固体撮像装置502の変形例として、上記実施の形態4における図10の構造において反射抑制膜27を除去した構造(即ち、反射抑制膜25のみを形成した場合)の固体撮像装置における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を図14(a)に示す。なお、図14(b)〜(d)は、この場合のB光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
Further, as a modification of the solid-
同様に、図12に示す固体撮像装置502の変形例として、上記実施の形態4における図10の構造において、反射抑制膜25、27の両方を除去した構造(即ち、第2のバリア膜26のみを形成した場合)の固体撮像装置における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を図15(a)に示す。なお、図15(b)〜(d)は、この場合のB光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
Similarly, as a modification of the solid-
上記の変形例の両構造においては、透過帯域の幅は小さくなっているが、二酸化珪素30の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響はほとんど無いことが分かる。
In both structures of the above-described modified examples, the width of the transmission band is small, but it can be seen that the film thickness variation of the
したがって、感度を重要視する場合の用途では図11及び図13における分光特性を有する構造を採用し、単色性を求める用途では図14及び図15における分光特性を有する構造を採用すればよいことが分かる。 Therefore, the structure having the spectral characteristics shown in FIGS. 11 and 13 may be employed for applications in which sensitivity is important, and the structure having the spectral characteristics shown in FIGS. 14 and 15 may be employed for applications requiring monochromaticity. I understand.
以上、どの構造においても、二酸化珪素30の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響が低減されていることがわかる。
As described above, it can be seen that the influence of the variation in the thickness of the
(実施の形態6)
図16は、実施の形態6に係る固体撮像装置602の単位画素(1a、1b、1c)の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素1a〜1cは、レンズのエッチバック時のバリア膜が第1のバリア膜32と、反射抑制膜であるシリコン酸化窒化膜31、33からなっているのに対して、エッチング制止する膜をシリコン酸化窒化膜37のみで構成している点で、上記実施の形態4とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態4と同じ内容であるため、その説明は省略する。
(Embodiment 6)
FIG. 16 is a substrate cross-sectional view illustrating the structure of the unit pixels (1a, 1b, 1c) of the solid-
ここで、シリコン酸化窒化膜37の膜厚は、カラーフィルタ29の設定波長である530nmのλ/2膜である170nmとしている。
Here, the film thickness of the
図17(a)は、本実施の形態に係る固体撮像装置602における各単位画素(1a、1b、1c)の分光特性を示した図である。また、図17(b)〜(d)は、本実施の形態の固体撮像装置602における、B光の単位画素1a、R光の単位画素1b、G光の単位画素1cにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素30の膜厚(500nm)を、−200nm、−100nm、0nm、+100nm及び+200nmそれぞれ変化させたときの分光特性を示している。
FIG. 17A is a diagram showing the spectral characteristics of each unit pixel (1a, 1b, 1c) in the solid-
図16の構成とすることで、二酸化珪素30(n=1.46)とシリコン酸化窒化膜37(n=1.56)の屈折率差が「0.10」となり、二酸化珪素30(n=1.46)とバリア膜であるシリコン窒化膜(n=2.0)の屈折率差「0.54」よりも小さくなっているため、反射率が小さくなる。したがって、二酸化珪素30での膜厚ばらつきが分光特性に与える影響が低減される。
With the configuration of FIG. 16, the refractive index difference between the silicon dioxide 30 (n = 1.46) and the silicon oxynitride film 37 (n = 1.56) becomes “0.10”, and the silicon dioxide 30 (n = 1.46) and the silicon nitride film (n = 2.0) which is the barrier film are smaller than the refractive index difference “0.54”, so the reflectance is small. Therefore, the influence of the film thickness variation in the
したがって、本実施の形態における構造を用いることで、高感度で分光特性の優れた固体撮像装置を実現することができる。 Therefore, by using the structure in this embodiment, a solid-state imaging device with high sensitivity and excellent spectral characteristics can be realized.
なお、上記図16では示していないが、実施の形態5で示したのと同様に、シリコン酸化窒化膜からなる反射抑制膜25、27はあってもなくても構わない。
Although not shown in FIG. 16, the
本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの固体撮像装置に利用することが可能である。 The present invention can be used for solid-state imaging devices such as digital cameras and digital video cameras.
1a、1b、1c 単位画素
2 垂直シフトレジスタ
3 水平シフトレジスタ
4 アンプ
5 駆動回路
11 基板
12 光電変換層
13 金属層
14 フィルタ層
15 レンズ層
16 P型ウェル
21 P型ウェル
22 光電変換部
23 二酸化珪素
24 遮光膜
25 シリコン酸化窒化膜(膜厚:85nm)
26 シリコン窒化膜(膜厚:133nm)
27 シリコン酸化窒化膜(膜厚:85nm)
28 二酸化珪素(平坦化膜:500nm)
29 カラーフィルタ
30 二酸化珪素(平坦化膜:500nm)
31 シリコン酸化窒化膜(膜厚:85nm)
32 シリコン窒化膜(膜厚:133nm)
33 シリコン酸化窒化膜(膜厚:85nm)
34 マイクロレンズ
35 入射光
37 シリコン酸化窒化膜(膜厚:170nm)
100 デジタルスチルカメラ
102、202、302 固体撮像装置
402、502,602 固体撮像装置
1a, 1b,
26 Silicon nitride film (film thickness: 133 nm)
27 Silicon oxynitride film (film thickness: 85 nm)
28 Silicon dioxide (flattened film: 500 nm)
29
31 Silicon oxynitride film (film thickness: 85 nm)
32 Silicon nitride film (thickness: 133 nm)
33 Silicon oxynitride film (film thickness: 85 nm)
34
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記カラーフィルタは、高屈折率材料又は低屈折率材料から構成され、その光学膜厚がλ/4に略等しく、
前記バリア膜の光学膜厚がλ/2に略等しい
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which unit pixels including a color filter having a multilayer film structure having a set wavelength λ and a barrier film are two-dimensionally arranged,
The color filter is composed of a high refractive index material or a low refractive index material, and its optical film thickness is substantially equal to λ / 4.
An optical film thickness of the barrier film is substantially equal to λ / 2.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the barrier film is adjacent to the color filter.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an antireflection film having an optical film thickness substantially equal to λ / 4 is formed on at least one of the upper surface and the lower surface of the barrier film.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reflection suppressing film having an optical film thickness substantially equal to λ / 4 is formed on the color filter side of the barrier film.
前記カラーフィルタの入射光側の第1バリア膜と、
前記カラーフィルタの出射光側の第2バリア膜からなり、
前記第1バリア膜および前記第2バリア膜の各膜厚は等しい
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The barrier film is
A first barrier film on an incident light side of the color filter;
A second barrier film on the output light side of the color filter;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the film thicknesses of the first barrier film and the second barrier film are equal.
前記低屈折率材料は二酸化珪素である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The high refractive index material is titanium dioxide;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the low refractive index material is silicon dioxide.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the barrier film is a silicon nitride film.
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the reflection suppression film is a silicon oxynitride film.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the barrier film is a silicon oxynitride film.
透過対象の色が異なる第1の単位画素および第2の単位画素において、前記絶縁体層の膜厚が異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The color filter includes a λ / 4 film in which two types of dielectric layers having the same optical film thickness are alternately stacked, and an insulating layer having a film thickness other than the λ / 4 film,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the thickness of the insulator layer is different between the first unit pixel and the second unit pixel having different colors to be transmitted.
前記カラーフィルタは、高屈折率材料又は低屈折率材料から構成され、その光学膜厚がλ/4に略等しく、
前記バリア膜の光学膜厚がλ/2に略等しい
ことを特徴とするカメラ。 A camera having a solid-state imaging device in which unit pixels including a color filter that transmits light of a predetermined color of incident light and a barrier film are two-dimensionally arranged,
The color filter is composed of a high refractive index material or a low refractive index material, and its optical film thickness is substantially equal to λ / 4.
An optical film thickness of the barrier film is approximately equal to λ / 2.
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