JP2010080648A - Solid-state imaging device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Jun Hirai
純 平井
Ichiro Murakami
一朗 村上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure sensitivity required for a pixel having low sensitivity while reliably forming a pixel having higher sensitivity than the pixel having low sensitivity. <P>SOLUTION: In this solid-state imaging device, a high sensitivity pixel (green pixel 11) which is sensitive to brightness, a low sensitivity pixel (blue pixel 14) which is less sensitive than the green pixel 11, and the like are cyclically and two-dimensionally disposed in accordance with a predetermined arrangement, and respective signal electric charges stored in each high sensitivity pixel and each low sensitivity pixel by a subject light are output as an image signal. A first flatting film 31 (embedding part 31a) made of a material having a high refractive index is formed on each light-receiving part in a plurality of high sensitivity pixels, and an interlayer dielectric made of a material having a lower refractive index than the first flatting film is formed on each light-receiving part in a plurality of low sensitivity pixels. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.

一般的な固体撮像装置では、2次元配列された複数の画素において、被写体からの入射光は、各画素に形成されたフォトダイオードにより光電変換され、信号電荷として蓄積される。   In a general solid-state imaging device, incident light from a subject is photoelectrically converted by a photodiode formed in each pixel and accumulated as a signal charge in a plurality of pixels arranged two-dimensionally.

一方、信号電荷がフォトダイオードから溢れるほど入射光量が多い画素においては、入射光量の増大に対して信号電荷がリニアリティを保ちつつ増大することができないため、この信号電荷に基づく出力信号はリニアリティを保っている光量範囲と比較して増大せずにほぼ一定となるため、フォトダイオードの飽和レベル以上の入射光量に対しては、その光学的な波長帯域の輝度を解像することができない。   On the other hand, in a pixel where the amount of incident light is so large that the signal charge overflows from the photodiode, the signal charge cannot increase while maintaining linearity as the amount of incident light increases. Therefore, the output signal based on this signal charge maintains linearity. Therefore, the luminance in the optical wavelength band cannot be resolved with respect to an incident light amount equal to or higher than the saturation level of the photodiode.

特に、チップサイズの縮小及び多画素化のために画素サイズの縮小が図られている近年の固体撮像装置においては、フォトダイオード自体の大きさも縮小されているため、入射光量に対する解像度を示す指標であるダイナミックレンジが低下している。   In particular, in recent solid-state imaging devices in which the pixel size is reduced in order to reduce the chip size and increase the number of pixels, the size of the photodiode itself is also reduced. Some dynamic range has dropped.

このダイナミックレンジを拡大する技術として、感度が高い高感度画素と感度が低い低感度画素とを1組とした画素を2次元的に配列し、高感度画素と低感度画素との各フォトダイオードから得られる各電荷を各組の画素同士で混合した後、撮影信号に変換して出力することにより、広いダイナミックレンジを得るという技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。   As a technique for expanding this dynamic range, a set of high-sensitivity pixels with high sensitivity and low-sensitivity pixels with low sensitivity are arranged two-dimensionally, and each photodiode of the high-sensitivity pixel and low-sensitivity pixel is used. A technique has been proposed in which a wide dynamic range is obtained by mixing each obtained charge with each set of pixels, and then converting and outputting it to a photographing signal (see, for example, Patent Document 1).

以下、特許文献1に記載された従来の方法について図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, the conventional method described in Patent Document 1 will be specifically described with reference to the drawings.

図6は従来の固体撮像装置の要部の平面構成を示している。図6に示すように、従来の固体撮像装置は、半導体基板の上に2次元的に配列され、感度が高い第1のフォトダイオード1と、感度が低い低感度の第2のフォトダイオード2と、各フォトダイオード1、2の垂直配列方向に沿って設けられた複数本の垂直転送部3と、該垂直転送部3の端部に隣接して設けられた水平転送部4と、該水平転送部4の端部に設けられた出力アンプ部5とを有している。   FIG. 6 shows a plan configuration of a main part of a conventional solid-state imaging device. As shown in FIG. 6, the conventional solid-state imaging device has a first photodiode 1 that is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate and has high sensitivity, and a low-sensitivity second photodiode 2 that has low sensitivity. A plurality of vertical transfer units 3 provided along the vertical array direction of the photodiodes 1 and 2, a horizontal transfer unit 4 provided adjacent to an end of the vertical transfer unit 3, and the horizontal transfer And an output amplifier section 5 provided at the end of the section 4.

各フォトダイオード1、2によって光電変換された信号電荷は、垂直転送部3と水平転送部4とを通して出力アンプ5により出力される。   The signal charges photoelectrically converted by the photodiodes 1 and 2 are output by the output amplifier 5 through the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4.

ここでは、第1のフォトダイオード1及びそれと隣接する第2のフォトダイオード2を1組とし、フォトダイオード1、2の大きさ又はフォトダイオード1、2上のそれぞれの遮光膜の開口面積を異ならせるなどすることにより、各組におけるフォトダイオード1、2の互いの感度特性を変えている。各組のフォトダイオード1、2の信号電荷は読み出し時に加算して出力される。   Here, the first photodiode 1 and the second photodiode 2 adjacent thereto are taken as one set, and the sizes of the photodiodes 1 and 2 or the opening areas of the respective light shielding films on the photodiodes 1 and 2 are made different. Thus, the sensitivity characteristics of the photodiodes 1 and 2 in each group are changed. The signal charges of the photodiodes 1 and 2 of each set are added and output at the time of reading.

このような構成によれば、感度が高い第1のフォトダイオード1は高輝度光の入射に対してすぐに飽和してしまうが、感度が低い第2のフォトダイオード2はすぐには飽和しない。さらに、入射光の輝度が低い場合は、感度が低い第2のフォトダイオード2ではほとんど検知できないが、感度が高い第1のフォトダイオード1では十分に検知することができる。従って、従来技術の固体撮像装置によると、広いダイナミックレンジを実現できる。
特開平3−117281号公報
According to such a configuration, the first photodiode 1 with high sensitivity is saturated immediately with the incidence of high-intensity light, but the second photodiode 2 with low sensitivity is not saturated immediately. Further, when the luminance of the incident light is low, the second photodiode 2 with low sensitivity can hardly be detected, but the first photodiode 1 with high sensitivity can be sufficiently detected. Therefore, according to the conventional solid-state imaging device, a wide dynamic range can be realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-117281

しかしながら、近年の固体撮像装置は、画素サイズの縮小が進み、従来技術において高感度画素を実現するために、広い開口領域又は広い面積の蓄積領域を持つフォトダイオードを構成することが困難となってきている。特に、1辺が2.0μm以下のセル構造においては、開口領域の縮小と共に感度に高低を付した場合は感度が低い画素の極端に低い感度が、暗電流及び光ショットノイズ等のS/N比を劣化させる点で問題となるため、全体のダイナミックレンジを大きくする有効な手段とはなっていない。   However, in recent solid-state imaging devices, the pixel size has been reduced, and in order to realize a high-sensitivity pixel in the prior art, it has become difficult to form a photodiode having a wide opening region or a wide storage region. ing. In particular, in a cell structure having one side of 2.0 μm or less, when the sensitivity is increased and decreased along with the reduction of the opening area, the extremely low sensitivity of the low-sensitivity pixel is low in S / N such as dark current and optical shot noise. This is a problem in terms of deteriorating the ratio, and is not an effective means for increasing the overall dynamic range.

このことから、感度が低い画素に対しても開口領域の上部に反射防止膜等を形成することが必要となってきている。従って、このような反射防止膜等が形成されて感度を高めた低感度の画素構造に対して、感度が高い画素はさらに高い感度を得られる構造を必要とする。   For this reason, it is necessary to form an antireflection film or the like on the upper part of the opening region even for pixels with low sensitivity. Therefore, in contrast to a low-sensitivity pixel structure in which such an antireflection film or the like is formed to increase sensitivity, a pixel with higher sensitivity requires a structure that can obtain higher sensitivity.

前記に鑑み、本発明は、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成できるようにすることを目的とする。   In view of the above, it is an object of the present invention to reliably form a pixel having a higher sensitivity than a pixel having a low sensitivity while ensuring a necessary sensitivity for a pixel having a low sensitivity.

前記の目的を達成するために、本発明は、固体撮像装置を、感度が高い画素の受光部の上には高屈折率膜を設け、感度が低い画素の受光部の上には低屈折率膜を設ける構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a solid-state imaging device in which a high refractive index film is provided on a light receiving part of a pixel having high sensitivity and a low refractive index is provided on the light receiving part of a pixel having low sensitivity. A film is provided.

具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、輝度に対して感度が高い複数の高感度画素と、該高感度画素よりも感度が低い複数の低感度画素とが所定の配列に従って周期的且つ2次元的に配置され、被写体光によって各高感度画素及び各低感度画素に蓄積された信号電荷のそれぞれを画像信号として出力する固体撮像装置を対象とし、複数の高感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高い材料からなる高屈折率膜と、複数の低感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高屈折率膜よりも低い材料からなる低屈折率膜とを備えていることを特徴とする。   Specifically, the solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of high-sensitivity pixels having high sensitivity to luminance and a plurality of low-sensitivity pixels having lower sensitivity than the high-sensitivity pixels periodically according to a predetermined arrangement. Targeting a solid-state imaging device that is two-dimensionally arranged and outputs, as an image signal, signal charges accumulated in each high-sensitivity pixel and each low-sensitivity pixel by subject light, each light-receiving unit in a plurality of high-sensitivity pixels A high refractive index film made of a material having a high refractive index and a low refractive index film made of a material having a refractive index lower than that of the high refractive index film formed on each light receiving portion in a plurality of low sensitivity pixels. It is characterized by having.

本発明の固体撮像装置によると、高感度画素の受光部の上には高屈折率膜が形成され、一方、低感度画素の受光部の上には低屈折率膜が形成されている。このため、高感度画素と低感度画素とを隣接して交互に配置した場合には、入射光を高感度画素の受光部に集光させる光導波路として機能するので、高感度画素における感度を確実に増大させることができる。一方、低屈折率膜を有する低感度画素は、高感度画素と面積を異ならせることなく、高感度画素よりもその感度を低くすることができる。従って、高感度画素の広い開口面積によって発生する混色を低減することが可能である。また、低感度画素は高感度画素よりも面積を小さくする必要がなくなるため、低感度画素の感度が極端に低くなることがなく、暗電流及び光ショットノイズ等によるS/N比の劣化も生じることがない。これにより、広いダイナミックレンジを実現することができる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the high refractive index film is formed on the light receiving portion of the high sensitivity pixel, while the low refractive index film is formed on the light receiving portion of the low sensitivity pixel. For this reason, when the high-sensitivity pixels and the low-sensitivity pixels are alternately arranged adjacent to each other, it functions as an optical waveguide that collects incident light on the light-receiving portion of the high-sensitivity pixels. Can be increased. On the other hand, a low-sensitivity pixel having a low refractive index film can have a lower sensitivity than a high-sensitivity pixel without making the area different from that of the high-sensitivity pixel. Therefore, it is possible to reduce the color mixture that occurs due to the wide opening area of the high sensitivity pixel. Further, since the low-sensitivity pixel does not need to have a smaller area than the high-sensitivity pixel, the sensitivity of the low-sensitivity pixel does not become extremely low, and the S / N ratio is deteriorated due to dark current, light shot noise, and the like. There is nothing. Thereby, a wide dynamic range can be realized.

本発明の固体撮像装置において、高屈折率膜はその周囲が低屈折率膜に囲まれることにより、光導波路を形成していることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the high refractive index film is surrounded by the low refractive index film to form an optical waveguide.

本発明の固体撮像装置において、各低感度画素は、半導体基板に形成された第1の光電変換領域と、該第1の光電変換領域の上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上に形成され、第1の絶縁膜よりも屈折率が高い第2の絶縁膜とを有し、低屈折率膜は第2の絶縁膜の上に形成されており、各高感度画素は、半導体基板に形成された第2の光電変換領域と、該第2の光電変換領域の上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上に形成され、第2の絶縁膜と同一の材料からなる第3の絶縁膜とを有し、高屈折率膜は第3の絶縁膜の上に形成されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each low-sensitivity pixel includes a first photoelectric conversion region formed on a semiconductor substrate, a first insulating film formed on the first photoelectric conversion region, and the first And a second insulating film having a refractive index higher than that of the first insulating film, and the low refractive index film is formed on the second insulating film. The high-sensitivity pixel is formed on the second photoelectric conversion region formed on the semiconductor substrate, the first insulating film formed on the second photoelectric conversion region, and the first insulating film. And a third insulating film made of the same material as the second insulating film, and the high refractive index film is preferably formed on the third insulating film.

このように、各低感度画素において低屈折率膜は第1の絶縁膜よりも屈折率が高い第2の絶縁膜の上に形成されているため、該第2の絶縁膜が高反射膜として機能するので、入射光の反射成分を低減することができる。このため、低感度画素において感度が極端に低下してS/N比が劣化することがない。また、高感度画素においては、第2の絶縁膜と同一の材料からなる第3の絶縁膜の上に高屈折率膜が形成されているため、製造時に、例えば低屈折率膜を半導体基板の上の全面に形成し、その後、低屈折率膜における高感度画素の受光部の上側部分のみを選択的に除去するような場合には、第3の絶縁膜を光導波路構造を形成する際のエッチングストッパとして用いることができるため、製造工程を簡略化することができる。   Thus, since the low refractive index film is formed on the second insulating film having a higher refractive index than the first insulating film in each low-sensitivity pixel, the second insulating film serves as a high reflection film. Since it functions, the reflection component of incident light can be reduced. For this reason, the sensitivity does not extremely decrease in the low-sensitivity pixel, and the S / N ratio does not deteriorate. In the high-sensitivity pixel, the high refractive index film is formed on the third insulating film made of the same material as the second insulating film. In the case where it is formed on the entire upper surface and then only the upper part of the light receiving portion of the high sensitivity pixel in the low refractive index film is selectively removed, the third insulating film is formed when the optical waveguide structure is formed. Since it can be used as an etching stopper, the manufacturing process can be simplified.

この場合に、第3の絶縁膜の膜厚は、第2の絶縁膜の膜厚よりも薄くてもよい。   In this case, the thickness of the third insulating film may be smaller than the thickness of the second insulating film.

また、この場合に、第3の絶縁膜は、各高感度画素における受光部を含む領域に形成されていることが好ましい。   In this case, it is preferable that the third insulating film is formed in a region including the light receiving portion in each high sensitivity pixel.

このようにすると、低屈折率膜をエッチングする領域に対するマスク合わせを行う際のマージンを得ることができる。   In this way, it is possible to obtain a margin when performing mask alignment for a region where the low refractive index film is etched.

また、この場合に、第3の絶縁膜は、高屈折率膜と同一の材料により形成されていることが好ましい。   In this case, the third insulating film is preferably formed of the same material as the high refractive index film.

このようにすると、第3の絶縁膜と高屈折率膜との互いの屈折率が等しくなるため、高屈折率膜と第3の絶縁膜との界面における入射光の反射成分を低減することができる。   In this case, since the refractive indexes of the third insulating film and the high refractive index film are equal to each other, it is possible to reduce the reflection component of incident light at the interface between the high refractive index film and the third insulating film. it can.

また、この場合に、高屈折率膜、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。   In this case, the high refractive index film, the second insulating film, and the third insulating film are preferably made of silicon nitride or silicon nitride oxide.

このようにすると、本発明に係る高屈折率膜、高反射膜としての第2の絶縁膜及びエッチングストッパとしての第3の絶縁膜を確実に得ることができる。   In this way, it is possible to reliably obtain the high refractive index film, the second insulating film as the high reflective film, and the third insulating film as the etching stopper according to the present invention.

本発明の固体撮像装置は、各高感度画素の上及び各低感度画素の上に形成され、被写体光のうち同一の波長帯域を有する光を集光するカラーフィルタをさらに備えていることが好ましい。   The solid-state imaging device of the present invention preferably further includes a color filter that is formed on each high-sensitivity pixel and on each low-sensitivity pixel and collects light having the same wavelength band from the subject light. .

この場合に、カラーフィルタは、緑色を透過するカラーフィルタであることが好ましい。   In this case, the color filter is preferably a color filter that transmits green.

このようにすると、人間の目に対して最も比視感度が高い波長に対して、広ダイナミックレンジを実現することができる。   In this way, a wide dynamic range can be realized for a wavelength having the highest specific visibility for human eyes.

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上部に、それぞれが第1導電型領域及び第2導電型領域が積層された複数の光電変換領域を形成する工程(a)と、複数の光電変換領域の上の全面に低屈折率膜を形成する工程(b)と、複数の光電変換領域の一部に対して、低屈折率膜を選択的に除去する工程(c)と、低屈折率膜が除去された一部の光電変換領域の上に、低屈折率膜よりも屈折率が高い高屈折率膜を形成する工程(d)とを備えていることを特徴とする。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step (a) of forming a plurality of photoelectric conversion regions each of which a first conductivity type region and a second conductivity type region are stacked on a semiconductor substrate, A step (b) of forming a low refractive index film on the entire surface of the photoelectric conversion region, a step (c) of selectively removing the low refractive index film from a part of the plurality of photoelectric conversion regions, And (d) forming a high refractive index film having a higher refractive index than the low refractive index film on a part of the photoelectric conversion region from which the low refractive index film has been removed.

本発明の固体撮像装置の製造方法によると、高感度画素の受光部の上には高屈折率膜が選択的に形成され、低感度画素の受光部の上には低屈折率膜が形成される。このため、高感度画素と低感度画素とを隣接して交互に配置した場合には、入射光を高感度画素の受光部に集光させる光導波路として機能するので、高感度画素における感度を確実に増大させることができる。一方、低屈折率膜を有する低感度画素は、高感度画素と面積を異ならせることなく、高感度画素よりもその感度を低くすることができる。従って、高感度画素の広い開口面積によって発生する混色を低減することが可能である。また、低感度画素は高感度画素よりも小さくする必要がなくなるため、低感度画素の感度が極端に低くなることがなく、暗電流及び光ショットノイズ等によるS/N比の劣化も生じることがない。これにより、広いダイナミックレンジを実現することができる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the high refractive index film is selectively formed on the light receiving portion of the high sensitivity pixel, and the low refractive index film is formed on the light receiving portion of the low sensitivity pixel. The For this reason, when the high-sensitivity pixels and the low-sensitivity pixels are alternately arranged adjacent to each other, it functions as an optical waveguide that collects incident light on the light-receiving portion of the high-sensitivity pixels. Can be increased. On the other hand, a low-sensitivity pixel having a low refractive index film can have a lower sensitivity than a high-sensitivity pixel without making the area different from that of the high-sensitivity pixel. Therefore, it is possible to reduce the color mixture that occurs due to the wide opening area of the high sensitivity pixel. In addition, since it is not necessary to make the low-sensitivity pixel smaller than the high-sensitivity pixel, the sensitivity of the low-sensitivity pixel does not become extremely low, and the S / N ratio may be deteriorated due to dark current, light shot noise, or the like. Absent. Thereby, a wide dynamic range can be realized.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、工程(a)と工程(b)との間に、半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程(e)をさらに備え、工程(c)において、絶縁膜は、低屈折率膜を除去する際に低屈折率膜のエッチングストッパとして機能することが好ましい。   The manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention further includes a step (e) of forming an insulating film on the semiconductor substrate between the step (a) and the step (b). The film preferably functions as an etching stopper for the low refractive index film when the low refractive index film is removed.

このようにすると、エッチングストッパを設ける工程を省略できるため、製造工程を簡略化することができる。   In this case, the manufacturing process can be simplified because the step of providing the etching stopper can be omitted.

この場合に、絶縁膜は、低屈折率膜よりも屈折率が高いことが好ましい。   In this case, the insulating film preferably has a higher refractive index than the low refractive index film.

このようにすると、絶縁膜は低感度画素において高反射膜として機能するため、入射光の反射成分を低減することができるので、低感度画素において感度が極端に低下してS/N比が劣化することがない。   In this case, since the insulating film functions as a high reflection film in the low sensitivity pixel, the reflection component of incident light can be reduced. Therefore, the sensitivity is extremely lowered in the low sensitivity pixel and the S / N ratio is deteriorated. There is nothing to do.

また、この場合に、絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。   In this case, the insulating film is preferably made of silicon nitride or silicon nitride oxide.

本発明の固体撮像装置の製造方法において、高屈折率膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the high refractive index film is preferably made of silicon nitride or silicon nitride oxide.

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成することができ、その結果、広いダイナミックレンジを実現することができる。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to reliably form a pixel having a higher sensitivity than a pixel having a low sensitivity while ensuring a necessary sensitivity for a pixel having a low sensitivity. A wide dynamic range can be realized.

(一実施形態)
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(One embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係るCCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置の平面構成を模式的に示している。   FIG. 1 schematically shows a planar configuration of a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、半導体基板10の主面上には、素子分離領域によって絶縁分離された画素11、12、13及び14が、例えばベイヤ(Bayer)配列となるように配置されている。   As shown in FIG. 1, pixels 11, 12, 13, and 14 that are insulated and separated by an element isolation region are arranged on a main surface of a semiconductor substrate 10 so as to have, for example, a Bayer array.

ここで、符号11は緑色(G:Green)の高感度画素を表し、符号12は緑色(G:Green)の低感度画素を表し、符号13は赤色(R:Red)の画素を表し、符号14は青色(B:Blue)の画素を表している。   Here, reference numeral 11 represents a high-sensitivity pixel of green (G), reference numeral 12 represents a low-sensitivity pixel of green (G), reference numeral 13 represents a red (R) pixel, and reference numeral Reference numeral 14 denotes a blue (B) pixel.

具体的には、高感度画素11は、輝度に対して感度が高い、すなわち光学的な波長帯域に対して感度が高く、低感度画素12は、高感度画素11と比較して感度が低い、すなわち光学的な波長帯域に対して高感度画素11よりも感度が低い。また、赤色の画素13及び青色の画素14は、赤色の低感度画素12と同一の構成を採る。   Specifically, the high-sensitivity pixel 11 has high sensitivity to luminance, that is, high sensitivity to the optical wavelength band, and the low-sensitivity pixel 12 has low sensitivity compared to the high-sensitivity pixel 11. That is, the sensitivity is lower than that of the high sensitivity pixel 11 with respect to the optical wavelength band. The red pixel 13 and the blue pixel 14 have the same configuration as the red low-sensitivity pixel 12.

なお、各画素の配列法は、ベイヤ配列に限られない。また、ベイヤ配列とする場合には、本実施形態のように、2つの緑色の画素にそれぞれ高感度画素11及び低感度画素12を設ける配列とする構成の他に、赤色、緑色及び青色(RGB)の各画素をそれぞれ高感度画素と低感度画素とに分けて配置する構成としてもよい。   Note that the arrangement method of each pixel is not limited to the Bayer arrangement. In the case of the Bayer array, as in the present embodiment, in addition to the configuration in which the high-sensitivity pixel 11 and the low-sensitivity pixel 12 are respectively provided in two green pixels, red, green, and blue (RGB ) May be divided into high-sensitivity pixels and low-sensitivity pixels, respectively.

また、図1においては、垂直転送部、水平転送部及び出力アンプ部等は図示していないが、本実施形態においても、図6に示した従来例と同様の垂直転送部、水平転送部及び出力アンプ部を有する構成であってもよく、また、他の構成であってもよい。すなわち、本発明は、固体撮像装置としてCCD型固体撮像装置に限られず、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型固体撮像装置にも適用可能であり、さらには、裏面照射型撮像装置にも適用可能である。   In FIG. 1, the vertical transfer unit, the horizontal transfer unit, the output amplifier unit, and the like are not shown, but also in this embodiment, the vertical transfer unit, the horizontal transfer unit, and the same as the conventional example shown in FIG. The configuration may include an output amplifier unit, or another configuration. That is, the present invention is not limited to a CCD solid-state imaging device as a solid-state imaging device, but can be applied to a MIS (Metal Insulator Semiconductor) solid-state imaging device, and can also be applied to a back-illuminated imaging device. .

図2に図1のII−II線における断面構成を模式的に示す。   FIG. 2 schematically shows a cross-sectional configuration taken along line II-II in FIG.

図2を参照しながら、まず、低感度画素である緑色の画素12と同等の構成を持つ青色の画素14の構成を説明する。   First, the configuration of the blue pixel 14 having the same configuration as that of the green pixel 12 that is a low-sensitivity pixel will be described with reference to FIG.

図2に示すように、例えば、n型のシリコンからなる半導体基板10の上部にp−−型領域10aが形成され、該p−−型領域10aの上部にn型領域10bが選択的に形成されることにより、光電変換領域である第1のフォトダイオード領域21Lが形成されている。また、n型領域10bと半導体基板10の表面との間にはp型領域10cが形成されている。 As shown in FIG. 2, for example, a p −− type region 10a is formed on an upper portion of a semiconductor substrate 10 made of n type silicon, and an n type region 10b is selectively formed on the p −− type region 10a. As a result, a first photodiode region 21L, which is a photoelectric conversion region, is formed. A p + type region 10 c is formed between the n type region 10 b and the surface of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10における第1のフォトダイオード領域21Lの側方の一方には第1の読み出し領域22Lを介して第1の電荷転送領域23Lが形成され、これら第1のフォトダイオード領域21L、第1の読み出し領域22L及び第1の電荷転送領域23Lにより、青色の画素14が構成される。   A first charge transfer region 23L is formed on one side of the first photodiode region 21L in the semiconductor substrate 10 via a first readout region 22L. The first photodiode region 21L, the first The blue pixel 14 is configured by the readout region 22L and the first charge transfer region 23L.

ここで、第1の読み出し領域22Lはp−−型領域10aの一部からなり、第1の電荷転送領域23Lはp−−型領域10aの上部に選択的に形成されたp型領域とその上のn型領域とからなる。 Here, the first read area 22L is p - becomes a part of the mold region 10a, a first charge transfer region 23L is p - -type region - type in the upper region 10a selectively formed p It consists of an n-type region thereon.

半導体基板10の主面上には、酸化シリコン(SiO)からなるゲート絶縁膜25が形成されており、ゲート絶縁膜25における第1のフォトダイオード領域21Lの受光部の上側部分には、ゲート絶縁膜25よりも屈折率が高い窒化シリコン(SiN)からなる反射防止膜26が形成されている。なお、反射防止膜26は、必ずしも設ける必要はない。 A gate insulating film 25 made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10, and the gate insulating film 25 has a gate above the light receiving portion of the first photodiode region 21L. An antireflection film 26 made of silicon nitride (SiN) having a refractive index higher than that of the insulating film 25 is formed. The antireflection film 26 is not necessarily provided.

さらに、ゲート絶縁膜25における第1の電荷転送領域23L及び第1の読み出し領域22Lの上側部分には、例えばポリシリコンからなる電極27が形成されている。電極27は酸化シリコンからなる絶縁膜28によりその上面及び側面を覆われており、絶縁膜28の上には、第1のフォトダイオード領域21Lの受光部の上側に開口部を持つ、例えばタングステン(W)からなる遮光膜29が形成されている。   Further, an electrode 27 made of, for example, polysilicon is formed on the upper portion of the gate insulating film 25 above the first charge transfer region 23L and the first readout region 22L. The electrode 27 has an upper surface and side surfaces covered with an insulating film 28 made of silicon oxide. On the insulating film 28, for example, tungsten (having an opening above the light receiving portion of the first photodiode region 21L). A light-shielding film 29 made of W) is formed.

反射防止膜26を含む第1のフォトダイオード領域21Lの上及び遮光膜29の上には、例えばボロン及びリンが添加されたBPSG(Boro-phospho Silicate Glass)からなる透明な層間絶縁膜30が形成されている。層間絶縁膜30の上には、該層間絶縁膜30の表面の凹凸を平坦化するための、屈折率が層間絶縁膜30よりも高い材料、例えば窒化シリコンからなる第1の平坦化膜31が形成されている。従って、層間絶縁膜30は低屈折率膜であるのに対して、第1の平坦化膜31は高屈折率膜である。   A transparent interlayer insulating film 30 made of, for example, BPSG (Boro-phospho Silicate Glass) doped with boron and phosphorus is formed on the first photodiode region 21L including the antireflection film 26 and on the light shielding film 29. Has been. On the interlayer insulating film 30, a first planarizing film 31 made of a material having a higher refractive index than the interlayer insulating film 30, for example, silicon nitride, for planarizing the unevenness of the surface of the interlayer insulating film 30 is provided. Is formed. Therefore, the interlayer insulating film 30 is a low refractive index film, while the first planarization film 31 is a high refractive index film.

第1の平坦化膜31上における第1のフォトダイオード領域21Lの受光部の上側部分には、例えば窒化シリコンからなる層内凸レンズ32が形成されている。さらに、層内凸レンズ32の上には、該層内凸レンズ32による凹凸を平坦化するための、例えばNSG(Non-doped Silicate Glass)からなる第2の平坦化膜33が形成されている。   An in-layer convex lens 32 made of, for example, silicon nitride is formed on an upper portion of the light receiving portion of the first photodiode region 21L on the first planarizing film 31. Further, a second flattening film 33 made of, for example, NSG (Non-doped Silicate Glass) is formed on the in-layer convex lens 32 to flatten the unevenness caused by the in-layer convex lens 32.

第2の平坦化膜33上における層内凸レンズ32の上側部分にはカラーフィルタ34が形成されている。青色の画素14における第1のフォトダイオード領域21Lの上方には青色のカラーフィルタ34が形成されている。カラーフィルタ34の上には、マイクロレンズ35が形成されている。このように、層内凸レンズ32及びマイクロレンズ35は、入射光を第1のフォトダイオード領域21Lに集光可能な位置に構成されている。   A color filter 34 is formed on the upper portion of the in-layer convex lens 32 on the second planarizing film 33. A blue color filter 34 is formed above the first photodiode region 21L in the blue pixel 14. A micro lens 35 is formed on the color filter 34. As described above, the in-layer convex lens 32 and the microlens 35 are configured at positions where incident light can be condensed on the first photodiode region 21L.

次に、高感度画素である緑色の画素11の構成について説明する。   Next, the configuration of the green pixel 11 which is a high sensitivity pixel will be described.

緑色の画素11には、半導体基板10のp−−型領域10aの上部に、青色の画素14との間にp型領域からなるチャネルストップ領域24を介在させてn型領域10bが形成されている。ここでも、n型領域10bと半導体基板10の表面との間にはp型領域10cが形成され、p−−型領域10a及びn型領域10bにより、光電変換領域である第2のフォトダイオード領域21Hが形成されている。 In the green pixel 11, an n-type region 10 b is formed above the p −− type region 10 a of the semiconductor substrate 10 with a channel stop region 24 made of a p + -type region interposed between the green pixel 11 and the blue pixel 14. ing. Also here, a p + -type region 10 c is formed between the n-type region 10 b and the surface of the semiconductor substrate 10, and the second photodiode as a photoelectric conversion region is formed by the p -type region 10 a and the n-type region 10 b. Region 21H is formed.

半導体基板10における第2のフォトダイオード領域21Hに対して青色の画素14と反対側の領域には読み出し領域22Hを介して電荷転送領域23Hが形成され、これら第2のフォトダイオード領域21H、第2の読み出し領域22H及び第2の電荷転送領域23Hにより、緑色の画素11が構成される。   A charge transfer region 23H is formed in the region opposite to the blue pixel 14 with respect to the second photodiode region 21H in the semiconductor substrate 10 via the readout region 22H. The green pixel 11 is configured by the read region 22H and the second charge transfer region 23H.

高感度画素でない青色の画素14との違いは、緑色の画素11において、層間絶縁膜30における第2のフォトダイオード領域21Hの受光部の上側部分に開口部30aが形成され、形成された開口部30aに、第1の平坦化膜31が埋め込まれてなる埋め込み部31aを有している点である。このように、層間絶縁膜30における第2のフォトダイオード領域21Hの受光部の上側部分の開口部30aに、層間絶縁膜30を構成する酸化シリコンよりも屈折率が高い窒化シリコンからなる第1の平坦化膜31を埋め込むことにより、第1の平坦化膜31における第2のフォトダイオード領域21Hの受光部上の埋め込み部31aが光導波路として機能する。なお、緑色の画素11における第2のフォトダイオード領域21Hの上方には緑色のカラーフィルタ34が形成されている。   The difference from the blue pixel 14 that is not a high-sensitivity pixel is that, in the green pixel 11, an opening 30a is formed in the upper portion of the light receiving portion of the second photodiode region 21H in the interlayer insulating film 30, and the formed opening 30a has a buried portion 31a in which the first planarizing film 31 is buried. As described above, the opening 30a in the upper portion of the light receiving portion of the second photodiode region 21H in the interlayer insulating film 30 has the first refractive index higher than that of the silicon oxide constituting the interlayer insulating film 30. By embedding the planarizing film 31, the embedded part 31a on the light receiving part of the second photodiode region 21H in the first planarizing film 31 functions as an optical waveguide. A green color filter 34 is formed above the second photodiode region 21H in the green pixel 11.

すなわち、本実施形態においては、緑色の画素11に入射される入射光は、マイクロレンズ35及び層内凸レンズ32によって集光され且つ回折される。さらに、第1の平坦化膜31における第2のフォトダイオード領域21Hの受光部上の埋め込み部31aは、その周囲の層間絶縁膜30よりも屈折率が高いため、第2のフォトダイオード領域21Hの受光部上の埋め込み部31aに入射された入射光は、該埋め込み部31aに閉じ込められる。この埋め込み部31aによる光閉じ込め効果は、光の回折効果よりも大きいため、第2のフォトダイオード領域21Hの受光部の感度の向上に、より大きく寄与することになる。   That is, in the present embodiment, incident light incident on the green pixel 11 is collected and diffracted by the microlens 35 and the in-layer convex lens 32. Furthermore, since the buried portion 31a on the light receiving portion of the second photodiode region 21H in the first planarization film 31 has a higher refractive index than the surrounding interlayer insulating film 30, the second photodiode region 21H has a higher refractive index. Incident light incident on the embedded portion 31a on the light receiving portion is confined in the embedded portion 31a. Since the light confinement effect by the embedded portion 31a is larger than the light diffraction effect, it greatly contributes to the improvement of the sensitivity of the light receiving portion of the second photodiode region 21H.

なお、第1の平坦化膜31における埋め込み部31aの底部とゲート絶縁膜25の間には、青色の画素14を構成する反射防止膜26と同一の材料である窒化シリコンからなるエッチングストッパ膜26aが形成されている。   Note that an etching stopper film 26 a made of silicon nitride, which is the same material as the antireflection film 26 constituting the blue pixel 14, is formed between the bottom of the buried portion 31 a and the gate insulating film 25 in the first planarization film 31. Is formed.

なお、エッチングストッパ膜26aは、必ずしも反射防止膜26と同一の材料である必要はなく、例えば層間絶縁膜31と同一の材料を用いてもよい。但し、後述するように、エッチングストッパ膜26aを反射防止膜26と同一の材料により形成すると、エッチングストッパ膜26aを独立して形成する工程を省略することができる。   Note that the etching stopper film 26a is not necessarily made of the same material as that of the antireflection film 26. For example, the same material as that of the interlayer insulating film 31 may be used. However, as will be described later, when the etching stopper film 26a is formed of the same material as the antireflection film 26, the step of forming the etching stopper film 26a independently can be omitted.

また、エッチングストッパ膜26aは、第2のフォトダイオード領域21Hの受光部又は該受光部を含む領域に形成されていることが望ましい。   The etching stopper film 26a is preferably formed in the light receiving portion of the second photodiode region 21H or a region including the light receiving portion.

以下、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図3(a)、図3(b)、図4(a)、図4(b)及び図5は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。   3A, FIG. 3B, FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 5 show cross-sectional configurations in the order of steps of a method of manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. Yes.

まず、図3(a)に示すように、p型不純物を用いたイオン注入法により、n型シリコンからなる半導体基板10の上部に、接合深さが3μm程度のp型領域10aを形成する。続いて、図1に示すように、n型不純物を用いたイオン注入法により、p型領域10aの上部に、複数のn型領域10bをアレイ状に形成する。続いて、イオン注入法により、各n型領域10bの各列の一方の側方に、p型領域及びn型領域を積層した第1の電荷転送領域23L及び第2の電荷転送領域23Hを形成する。これにより、第1の電荷転送領域23Lとn型領域10bとの間、及び第2の電荷転送領域23Hとn型領域10bとの間にそれぞれp−−型領域10aからなる第1の読み出し領域22L及び第2の読み出し領域22Hが形成される。また、イオン注入法により、各n型領域10bの他方の側方と各読み出し領域22L、22Hとの間に、p型領域からなるチャネルストップ領域24をそれぞれ形成する。さらに、各n型領域10bと半導体基板10の表面との間にp型領域10cを形成する。これにより、青色の画素14においては、p−−型領域10a及びn型領域10bにより、第1のフォトダイオード領域21Lが形成され、緑色の画素11においては、p−−型領域10a及びn型領域10bにより、第2のフォトダイオード領域21Hが形成される。 First, as shown in FIG. 3A, a p type region 10a having a junction depth of about 3 μm is formed on the semiconductor substrate 10 made of n type silicon by ion implantation using a p type impurity. To do. Subsequently, as shown in FIG. 1, a plurality of n-type regions 10b are formed in an array on the p -type region 10a by ion implantation using an n-type impurity. Subsequently, the first charge transfer region 23L and the second charge transfer region 23H in which the p type region and the n type region are stacked are formed on one side of each column of each n type region 10b by ion implantation. Form. As a result, the first read region including the p −− type region 10a is formed between the first charge transfer region 23L and the n-type region 10b and between the second charge transfer region 23H and the n-type region 10b. 22L and the second readout region 22H are formed. Further, a channel stop region 24 made of a p + -type region is formed between the other side of each n-type region 10b and each readout region 22L, 22H by ion implantation. Further, ap + type region 10 c is formed between each n type region 10 b and the surface of the semiconductor substrate 10. Thereby, in the blue pixel 14, the first photodiode region 21L is formed by the p −− type region 10a and the n type region 10b, and in the green pixel 11, the p −− type region 10a and the n type region are formed. A second photodiode region 21H is formed by the region 10b.

次に、図3(b)に示すように、半導体基板10の主面上に、熱酸化法等により、厚さが40nmの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜25を形成する。続いて、化学気相堆積(CVD)法により、ゲート絶縁膜25の上に全面にわたって、ゲート絶縁膜25を構成する酸化シリコンよりも屈折率が高い、例えばシリコン窒化膜を形成する。続いて、リソグラフィ法及びエッチング法により、シリコン窒化膜を各フォトダイオード領域21L、21Hの受光部を含む領域に残すようにパターニングすることにより、シリコン窒化膜から反射防止膜26をそれぞれ形成する。その後、ゲート絶縁膜25の上における第1の電荷転送領域23L及び第1の読み出し領域22Lの上側部分、並びに第2の電荷転送領域23H及び第2の読み出し領域22Hの上側部分に、例えばポリシリコンからなり、列方向に延びる電極27をそれぞれ形成する。その後、形成された各電極27を覆うように、酸化シリコンからなる絶縁膜28を形成し、続いて、CVD法又はスパッタ法により、反射防止膜26及び絶縁膜28を覆うように、タングステンからなる遮光膜29を形成する。さらに、形成した遮光膜29に対して、各フォトダイオード領域21L、21Hの上の反射防止膜26がそれぞれ露出するように選択的にエッチングして除去する。   Next, as shown in FIG. 3B, a gate insulating film 25 made of silicon oxide having a thickness of 40 nm is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10 by a thermal oxidation method or the like. Subsequently, for example, a silicon nitride film having a refractive index higher than that of silicon oxide constituting the gate insulating film 25 is formed on the entire surface of the gate insulating film 25 by chemical vapor deposition (CVD). Subsequently, the antireflection film 26 is formed from the silicon nitride film by patterning the silicon nitride film so as to remain in the regions including the light receiving portions of the photodiode regions 21L and 21H by lithography and etching. After that, for example, polysilicon is formed on the upper portion of the first charge transfer region 23L and the first read region 22L and the upper portion of the second charge transfer region 23H and the second read region 22H on the gate insulating film 25. Each of the electrodes 27 extending in the column direction is formed. Thereafter, an insulating film 28 made of silicon oxide is formed so as to cover each formed electrode 27, and subsequently, made of tungsten so as to cover the antireflection film 26 and the insulating film 28 by CVD or sputtering. A light shielding film 29 is formed. Further, the formed light shielding film 29 is selectively etched and removed so that the antireflection film 26 on the photodiode regions 21L and 21H is exposed.

次に、図4(a)に示すように、CVD法により、半導体基板10の上の全面に遮光膜29及び反射防止膜26を覆うように、厚さが400nmのBPSGからなる層間絶縁膜(低屈折率膜)30を形成する。その後、層間絶縁膜30に熱処理を施して該層間絶縁膜30をリフローする。これにより、層間絶縁膜30の表面は、電極27及び遮光膜29による段差に対応した凹凸形状を有し、且つ各フォトダイオード領域21L、21Hの上に凹部が形成された層内凹レンズ形状となる。   Next, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film made of BPSG with a thickness of 400 nm so as to cover the light shielding film 29 and the antireflection film 26 on the entire surface of the semiconductor substrate 10 by CVD. Low refractive index film) 30 is formed. Thereafter, the interlayer insulating film 30 is heat treated to reflow the interlayer insulating film 30. As a result, the surface of the interlayer insulating film 30 has an uneven shape corresponding to the step formed by the electrode 27 and the light shielding film 29, and has an in-layer concave lens shape in which a recess is formed on each of the photodiode regions 21L and 21H. .

次に、図4(b)に示すように、リソグラフィ法により、層間絶縁膜30の上にレジスト膜40を成膜し、続いて、第2のフォトダイオード領域21Hの受光部の上側部分を露出する開口パターンを形成する。続いて、開口パターンが形成されたレジスト膜40をマスクとして、層間絶縁膜30に対して異方性のエッチングを行って層間絶縁膜30に反射防止膜26に達する開口部30aを形成する。このとき、高感度画素である緑色の画素11においては、反射防止膜26がエッチングストッパ膜26aとして機能する。このとき、エッチングストッパ膜26aは、上部がエッチングされて元の反射防止膜26と比べてその膜厚が薄くなる。このように、本実施形態においては、高感度画素でない青色の画素14において用いられる反射防止膜26を、特に反射防止膜26を設ける必要がない高感度画素である緑色の画素11においてエッチングストッパ膜26aとして用いるため、エッチングストッパ膜26aを成膜する工程を省くことができるので、製造プロセスを簡略化することができる。   Next, as shown in FIG. 4B, a resist film 40 is formed on the interlayer insulating film 30 by lithography, and then the upper portion of the light receiving portion of the second photodiode region 21H is exposed. An opening pattern is formed. Subsequently, using the resist film 40 with the opening pattern as a mask, the interlayer insulating film 30 is subjected to anisotropic etching to form an opening 30 a reaching the antireflection film 26 in the interlayer insulating film 30. At this time, in the green pixel 11 which is a high sensitivity pixel, the antireflection film 26 functions as an etching stopper film 26a. At this time, the upper portion of the etching stopper film 26a is etched and the film thickness thereof becomes thinner than that of the original antireflection film 26. As described above, in the present embodiment, the antireflection film 26 used in the blue pixel 14 that is not a high-sensitivity pixel is used as the etching stopper film in the green pixel 11 that is a high-sensitivity pixel in which it is not particularly necessary to provide the antireflection film 26. Since it is used as 26a, the step of forming the etching stopper film 26a can be omitted, so that the manufacturing process can be simplified.

次に、図5に示すように、CVD法により、層間絶縁膜30の上に窒化シリコンからなり、層間絶縁膜30よりも屈折率が高い第1の平坦化膜(高屈折率膜)31を、層間絶縁膜30に形成された開口部30aを埋め込むように形成する。これにより、高感度画素である緑色の画素11においては、第1の平坦化膜31における開口部30aへの埋め込み部31aが入射光の光導波路構造として形成され、一方、高感度画素ではない青色の画素14及び図1に示す低感度画素である緑色の画素12においては、層内凹レンズ形状が形成される。続いて、形成された第1の平坦化膜31の表面をリフロー又は化学機械研磨(CMP)法により平坦化する。なお、本実施形態においては、反射防止膜26、エッチングストッパ膜26a及び第1の平坦化膜31には、窒化シリコン(SiN)を用いたが、窒化酸化シリコン(SiON)を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 5, a first planarizing film (high refractive index film) 31 made of silicon nitride and having a higher refractive index than the interlayer insulating film 30 is formed on the interlayer insulating film 30 by a CVD method. The openings 30a formed in the interlayer insulating film 30 are embedded. As a result, in the green pixel 11 that is a high-sensitivity pixel, the embedded portion 31a in the opening 30a in the first planarization film 31 is formed as an optical waveguide structure for incident light, while blue that is not a high-sensitivity pixel. In the pixel 14 and the green pixel 12 which is the low sensitivity pixel shown in FIG. 1, an in-layer concave lens shape is formed. Subsequently, the surface of the formed first planarization film 31 is planarized by reflow or chemical mechanical polishing (CMP). In this embodiment, silicon nitride (SiN) is used for the antireflection film 26, the etching stopper film 26a, and the first planarization film 31, but silicon nitride oxide (SiON) may be used.

続いて、CVD法により、第1の平坦化膜31の上にシリコン窒化膜を形成し、リソグラフィ法及びエッチング法により、シリコン窒化膜における各フォトダイオード領域21L、21Hのそれぞれの上方の領域に、シリコン窒化膜から断面凸状の層内凸レンズ32を形成する。ここで、表面が平坦なシリコン窒化膜から断面凸状の複数の層内凸レンズ32を形成する方法としては、例えば、シリコン窒化膜上における層内凸レンズ形成領域にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜をリフローして断面凸状に形成し、断面凸状のレジスト膜を用いてシリコン窒化膜のエッチバックを行うことにより形成することができる。   Subsequently, a silicon nitride film is formed on the first planarization film 31 by the CVD method, and the regions above the photodiode regions 21L and 21H in the silicon nitride film are formed by the lithography method and the etching method, respectively. An in-layer convex lens 32 having a convex cross section is formed from the silicon nitride film. Here, as a method of forming a plurality of in-layer convex lenses 32 having a convex cross section from a silicon nitride film having a flat surface, for example, after forming a resist film in an in-layer convex lens forming region on the silicon nitride film, the resist The film can be formed by reflowing to form a convex cross section and performing etch back of the silicon nitride film using a resist film having a convex cross section.

続いて、CVD法により、層内凸レンズ32を含む第1の平坦化膜31の上に、NSGからなる第2の平坦化膜33を形成し、その後、形成した第2の平坦化膜32の表面を平坦化する。   Subsequently, a second planarizing film 33 made of NSG is formed on the first planarizing film 31 including the in-layer convex lens 32 by CVD, and then the second planarizing film 32 formed is formed. Flatten the surface.

続いて、第2の平坦化膜33における各層内凸レンズ32の上側の領域に、有機材からなり、各色の画素と対応する光を透過するカラーフィルタ34を形成し、続いて、各カラーフィルタ34の上に、透明な有機材からなるマイクロレンズ35をそれぞれ形成する。   Subsequently, a color filter 34 made of an organic material and transmitting light corresponding to pixels of each color is formed in a region above the in-layer convex lens 32 in the second planarizing film 33, and then each color filter 34. A microlens 35 made of a transparent organic material is formed thereon.

以上の製造方法により、高感度画素である緑色の画素11においては、第2のフォトダイオード領域21Hの上側の層間絶縁膜30にのみ、第1の平坦化膜31の埋め込み部31aからなる光導波路構造が形成され、低感度画素と高感度の画素との互いの平面積が同等の本発明の固体撮像装置を得ることができる。   With the above manufacturing method, in the green pixel 11 which is a high-sensitivity pixel, the optical waveguide including the embedded portion 31a of the first planarization film 31 only in the interlayer insulating film 30 above the second photodiode region 21H. A solid-state imaging device of the present invention in which the structure is formed and the plane areas of the low-sensitivity pixels and the high-sensitivity pixels are equal can be obtained.

なお、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、上記の一実施形態に限定されず、例えば、層間絶縁膜30の表面形状を用いた第1の平坦化膜31による層内凹レンズ形状及び層内凸レンズ32を省略した構成等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。   Note that the solid-state imaging device and the method for manufacturing the same according to the present invention are not limited to the above-described embodiment. For example, the in-layer concave lens shape by the first planarization film 31 using the surface shape of the interlayer insulating film 30 and Various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention, such as a configuration in which the in-layer convex lens 32 is omitted.

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成することができ、例えばデジタルカメラ、携帯電話又は医療用カメラ向けの固体撮像装置及びその製造方法等として有用である。   The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention can reliably form pixels having higher sensitivity than pixels having low sensitivity while ensuring necessary sensitivity for pixels having low sensitivity. It is useful as a solid-state imaging device for a mobile phone or a medical camera, a manufacturing method thereof, and the like.

本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的な平面図である。1 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 図1のII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line of FIG. (a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の断面図である。(A) And (b) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の断面図である。(A) And (b) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の固体撮像装置示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体基板
10a p−−型領域
10b n型領域
10c p型領域
11 緑色の画素(高感度画素)
12 緑色の画素(低感度画素)
13 赤色の画素
14 青色の画素
21L 第1のフォトダイオード領域(第1の光電変換領域)
21H 第2のフォトダイオード領域(第2の光電変換領域)
22L 第1の読み出し領域
22H 第2の読み出し領域
23L 第1の電荷転送領域
23H 第2の電荷転送領域
24 チャネルストップ領域
25 ゲート絶縁膜
26 反射防止膜
26a エッチングストッパ膜
27 電極
28 絶縁膜
29 遮光膜
30 層間絶縁膜(低屈折率膜)
30a 開口部
31 第1の平坦化膜(高屈折率膜)
31a 埋め込み部
32 層内凸レンズ
33 第2の平坦化膜
34 カラーフィルタ
35 マイクロレンズ
40 レジスト膜
10 Semiconductor substrate 10a p −− type region 10b n type region 10c p + type region 11 Green pixel (high sensitivity pixel)
12 Green pixels (low sensitivity pixels)
13 Red pixel 14 Blue pixel 21L First photodiode region (first photoelectric conversion region)
21H Second photodiode region (second photoelectric conversion region)
22L First read region 22H Second read region 23L First charge transfer region 23H Second charge transfer region 24 Channel stop region 25 Gate insulating film 26 Antireflection film 26a Etching stopper film 27 Electrode 28 Insulating film 29 Light shielding film 30 Interlayer insulation film (low refractive index film)
30a Opening 31 First planarization film (high refractive index film)
31a Embedded portion 32 In-layer convex lens 33 Second planarizing film 34 Color filter 35 Micro lens 40 Resist film

Claims (14)

輝度に対して感度が高い複数の高感度画素と、該高感度画素よりも感度が低い複数の低感度画素とが所定の配列に従って周期的且つ2次元的に配置され、被写体光によって前記各高感度画素及び前記各低感度画素に蓄積された信号電荷のそれぞれを画像信号として出力する固体撮像装置であって、
前記複数の高感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高い材料からなる高屈折率膜と、
前記複数の低感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が前記高屈折率膜よりも低い材料からなる低屈折率膜とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of high-sensitivity pixels having high sensitivity to luminance and a plurality of low-sensitivity pixels having lower sensitivity than the high-sensitivity pixels are periodically and two-dimensionally arranged according to a predetermined arrangement, A solid-state imaging device that outputs each of signal charges accumulated in a sensitivity pixel and each of the low-sensitivity pixels as an image signal,
A high refractive index film formed on each light receiving portion in the plurality of high sensitivity pixels and made of a material having a high refractive index;
A solid-state imaging device comprising: a low refractive index film formed on each light receiving portion in the plurality of low sensitivity pixels and made of a material having a refractive index lower than that of the high refractive index film.
前記高屈折率膜は、その周囲が前記低屈折率膜に囲まれることにより、光導波路を形成し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。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the high refractive index film is surrounded by the low refractive index film to form an optical waveguide. 前記各低感度画素は、半導体基板に形成された第1の光電変換領域と、該第1の光電変換領域の上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上に形成され、前記第1の絶縁膜よりも屈折率が高い第2の絶縁膜とを有し、前記低屈折率膜は前記第2の絶縁膜の上に形成されており、
前記各高感度画素は、前記半導体基板に形成された第2の光電変換領域と、該第2の光電変換領域の上に形成された前記第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜の上に形成され、前記第2の絶縁膜と同一の材料からなる第3の絶縁膜とを有し、前記高屈折率膜は前記第3の絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
Each of the low-sensitivity pixels includes a first photoelectric conversion region formed on a semiconductor substrate, a first insulating film formed on the first photoelectric conversion region, and on the first insulating film. And a second insulating film having a refractive index higher than that of the first insulating film, and the low refractive index film is formed on the second insulating film,
Each of the high-sensitivity pixels includes a second photoelectric conversion region formed on the semiconductor substrate, the first insulating film formed on the second photoelectric conversion region, and the first insulating film. And a third insulating film made of the same material as the second insulating film, and the high refractive index film is formed on the third insulating film. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2.
前記第3の絶縁膜の膜厚は、前記第2の絶縁膜の膜厚よりも薄い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 a film thickness of the third insulating film is smaller than a film thickness of the second insulating film. 前記第3の絶縁膜は、前記各高感度画素における前記受光部を含む領域に形成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の固体撮像装置。   5. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the third insulating film is formed in a region including the light receiving portion in each of the high sensitivity pixels. 前記第3の絶縁膜は、前記高屈折率膜と同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the third insulating film is made of the same material as that of the high refractive index film. 前記高屈折率膜、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the high refractive index film, the second insulating film, and the third insulating film are made of silicon nitride or silicon nitride oxide. . 前記各高感度画素の上及び前記各低感度画素の上に形成され、前記被写体光のうち同一の波長帯域を有する光を集光するカラーフィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   2. A color filter that is formed on each of the high-sensitivity pixels and on each of the low-sensitivity pixels and collects light having the same wavelength band of the subject light. The solid-state imaging device of any one of -7. 前記カラーフィルタは、緑色を透過するカラーフィルタであることを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the color filter is a color filter that transmits green. 半導体基板の上部に、それぞれが第1導電型領域及び第2導電型領域が積層された複数の光電変換領域を形成する工程(a)と、
前記複数の光電変換領域の上の全面に低屈折率膜を形成する工程(b)と、
前記複数の光電変換領域の一部に対して、前記低屈折率膜を選択的に除去する工程(c)と、
前記低屈折率膜が除去された前記一部の光電変換領域の上に、前記低屈折率膜よりも屈折率が高い高屈折率膜を形成する工程(d)とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
A step (a) of forming a plurality of photoelectric conversion regions each of which a first conductivity type region and a second conductivity type region are stacked on a semiconductor substrate;
A step (b) of forming a low refractive index film on the entire surface of the plurality of photoelectric conversion regions;
A step (c) of selectively removing the low refractive index film with respect to a part of the plurality of photoelectric conversion regions;
And (d) forming a high refractive index film having a higher refractive index than the low refractive index film on the partial photoelectric conversion region from which the low refractive index film has been removed. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記工程(a)と前記工程(b)との間に、
前記半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程(e)をさらに備え、
前記工程(c)において、前記絶縁膜は、前記低屈折率膜を除去する際に前記低屈折率膜のエッチングストッパとして機能することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法。
Between the step (a) and the step (b),
A step (e) of forming an insulating film on the semiconductor substrate;
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein, in the step (c), the insulating film functions as an etching stopper for the low refractive index film when the low refractive index film is removed. .
前記絶縁膜は、前記低屈折率膜よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 11, wherein the insulating film has a refractive index higher than that of the low refractive index film. 前記絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項11又は12に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 11, wherein the insulating film is made of silicon nitride or silicon nitride oxide. 前記高屈折率膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the high refractive index film is made of silicon nitride or silicon nitride oxide.
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