JP2010232494A - 裏面入射型固体撮像素子 - Google Patents

裏面入射型固体撮像素子 Download PDF

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Abstract

【課題】 エタロン現象による画像劣化を抑制し、画像品質を向上可能な裏面入射型固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 この裏面入射型固体撮像素子は、裏面側に光入射面を有する半導体基板４と、半導体基板４の光入射面とは反対側の光検出面に設けられた電荷転送電極２とを備えた裏面入射型固体撮像素子において、光検出面は凹凸面を有している。光検出面が凹凸面を有していることにより、入射光の位相に対して、凹凸面で反射される光が分散した位相差を有するので、これらの干渉光同士が相殺され、エタロン現象が抑制される。したがって、この裏面入射型固体撮像素子によれば、高品質な画像を取得することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、裏面入射型固体撮像素子に関する。
ＢＴ（Ｂａｃｋ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）−ＣＣＤは、基板の光入射面側を薄膜化した裏面入射型固体撮像素子として知られている。非特許文献１によれば、ＢＴ−ＣＣＤに入射する被検出光と、入射した被検出光がＢＴ−ＣＣＤの検出側の面で反射した光との間で干渉（エタロン現象）が発生し、近赤外域の検出特性に影響する。このエタロン現象を抑制するため、同文献では、光感応領域の厚さを大きくし、更に、反射防止膜を光感応領域に設けることとしている。
「Etaloning in Back-Illuminated CCDs」, ＲＯＰＥＲ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＴＥＣＨＩＮＩＣＡＬ ＮＯＴＥ（ロパー・サイエンティフィック・テクニカルノート）、ＲＯＰＥＲ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ（ロパー・サイエンティフィック社）発行、２０００年、Ｎｏ．７
しかしながら、従来のＢＴ−ＣＣＤの解決手法は、薄膜化による検出感度の向上というＢＴ−ＣＣＤ本来の利点を犠牲にしており、画像品質の本質的な向上には至っていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、エタロン現象による画像劣化を抑制し、画像品質を向上可能な裏面入射型固体撮像素子を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係る裏面入射型固体撮像素子は、裏面側に光入射面を有する半導体基板と、半導体基板の光入射面とは反対側の光検出面に設けられた電荷転送電極とを備えた裏面入射型固体撮像素子において、光検出面は凹凸面を有していることを特徴とする。
光検出面が凹凸面を有していることにより、入射光の位相に対して、凹凸面で反射される光が分散した位相差を有するので、これらの光同士が相殺され、エタロン現象が抑制される。したがって、この裏面入射型固体撮像素子によれば、高品質な画像を取得することができる。
凹凸面は、光検出面のみに形成されていることが好ましい。すなわち、光入射面は凹凸を有していない。光入射面側に凹凸面を形成した場合、この表面において散乱が生じ、画質が劣化するためである。
凹凸面内の各凹凸のパターンは、裏面入射型固体撮像素子の各画素内において同一であることが好ましい。個々の画素における凹凸パターン（平面形状と深さ）が異なる場合には、干渉によって固定ノイズパターンが現れる可能性がある。本発明では、各画素内において凹凸パターンは同一であるため、このような固定ノイズパターンの発生を抑制することができる。なお、ここで同一とは、数学的に厳密な同一ではなく、実質的な同一を意味し、形状の寸法の誤差、或いは深さの誤差が±１０％以内であれば、パターンが同一であることとする。
本発明の裏面入射型固体撮像素子によれば、高品質な画像を取得することができる。
以下、実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子１００について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
図１は、実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子１００の斜視図である。なお、同図には、説明の便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元直交座標系が示されている。
裏面入射型固体撮像素子１００は、半導体基板の裏面側をＫＯＨ水溶液などでエッチングして薄膜化したＢＴ−ＣＣＤ（電荷結合素子）であり、エッチングされた中央領域には凹部ＴＤが形成され、凹部ＴＤの周囲には厚い枠部が存在している。凹部ＴＤの側面１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、底面１０１に対して鈍角を成して傾斜している。なお、この枠部は、エッチングによって除去し、全領域が薄膜化された裏面入射型固体撮像素子とすることも可能である。
半導体基板の薄膜化された中央領域は光感応領域（撮像領域）であり、この光感応領域に対象物からの光像Ｌが、Ｚ軸の負方向に沿って入射する。半導体基板の凹部ＴＤの底面１０１は、光入射面を構成している。光感応領域には複数の垂直シフトレジスタからなる撮像用のＣＣＤが画素として形成されている。
図２は、裏面入射型固体撮像素子１００を光入射方向とは逆側から見た底面図である。薄膜化された半導体基板の底面１０１に対応する領域には、撮像領域１０が形成されている。撮像領域１０に入射した光像は、二次元電荷像に変換され、この電荷はＹ軸の負方向に沿って転送される。撮像領域１０の電荷転送方向の終端には、水平シフトレジスタ２０が設けられており、垂直方向に転送されてきた各画素の電荷は、Ｘ軸方向に沿って順次転送される。裏面入射型固体撮像素子１００の枠部には複数の電極パッドが設けられている。
主な電極パッドは、二相の転送電圧を電荷転送電極に印加するための電極パッドＰ１Ｖ，Ｐ２Ｖ、二相の転送電圧を電荷転送電極に印加するための電極パッドＰ１Ｈ，Ｐ２Ｈ、半導体基板をグランドに接続するための電極パッドＳＳ、水平方向に転送された電荷を読み出すための電極パッドＳＧ，ＯＧ，ＯＤ，ＲＧ，ＲＤであり、出力は電極パッドＯＳから取り出すことができる。その他の電極パッドは、仕様に応じて適宜設ければよいが、本例では、水平シフトレジスタ２０への電荷転送ゲートを機能させるための電極パッドＴＧ、テスト用信号を入力するための電極パッドＩＳＶ，ＩＳＨ、これらのテスト用信号の電荷転送ゲートを機能させるための電極パッド１Ｇ１Ｖ，１Ｇ２Ｖ，１Ｇ１Ｈ，１Ｇ２Ｈを備えている。ＣＣＤの電荷転送方式としては、フレームトランスファー方式、インターライントランスファー方式、フル・フレームトランスファー方式などが知られている。このようなＣＣＤの構造は数多く知られており、特に限定されないが、一例として、フル・フレームトランスファー方式のＣＣＤについて説明する。
図３は、表面側（光入射面（裏面）とは逆側）に形成された撮像領域１０と水平シフトレジスタ２０を示す図である。なお、同図は模式的な図であり、Ｘ軸方向に延びる各転送電極の形状は長方形であって、これらの間に隙間が存在するように記載されているが、実際には、これらは重なっており、また形状も様々な形態が採用され得る。
撮像領域１０は、複数の垂直シフトレジスタｎ１〜ｎＮ（Ｎは２以上の整数）、すなわち垂直電荷転送用ＣＣＤが整列してなる。なお、実際の撮像領域は、撮像領域１０の中央領域であり、周辺の画素は必要に応じて遮光が行われている。垂直方向の画素はＹ軸に沿って並んでおり、電荷転送電極ｍ１〜ｍＭ（Ｍは２以上の整数）のぞれぞれはＸ軸に沿って延びている。電荷転送電極ｍ１〜ｍＭには、電極パッドＰ１Ｖ，Ｐ２Ｖから二相の転送電圧が印加され、電荷転送電極ｍ１〜ｍＭ直下の半導体領域に蓄積された電荷を垂直方向（Ｙ軸負方向）に転送する。なお、各垂直シフトレジスタｎ１〜ｎＮを構成する垂直ＣＣＤチャネル（半導体電荷転送領域）の間には、このＣＣＤチャネルを流れる電荷とは反対の導電型のアイソレーション領域が形成されており、アイソレーション領域は異なる画素列からの電荷の相互混合を抑制している。
垂直方向の電荷転送の最終位置には転送ゲート電極ｍＴが設けられており、電極パッドＴＧからの電圧に依存して、撮像領域１０から転送ゲート電極ｍＴの直下のポテンシャルを経て水平シフトレジスタ２０内に電荷が流れ込むことになる。水平シフトレジスタ２０は、水平方向（Ｘ軸正方向）に電荷を転送する水平電荷転送用ＣＣＤがＸ軸に沿って整列したものであり、Ｘ軸方向に延びた半導体電荷転送領域ＨＳＲの上に、電荷転送電極ｈ１〜ｈＫ（Ｋは２以上の整数）が設けられ、これらの電荷転送電極がＸ軸方向に沿って並んでいる。
電荷転送電極ｈ１〜ｈＫには、電極パッドＰ１Ｈ，Ｐ２Ｈから二相の転送電圧が印加され、電荷転送電極ｈ１〜ｈＫの直下の半導体領域に蓄積された電荷を水平方向（Ｘ軸方向）に転送する。Ｘ軸の電荷転送の最終位置には、電荷読出回路が設けられている。電荷読出回路は、電極パッドＳＧに接続された水平シフトレジスタの終端に位置する信号ゲート領域を備えている。この信号ゲート領域の隣には、ＭＯＳ−ＦＥＴ構造のトランジスタＱ１を介してフローティング・ディフュージョン領域ＦＤが設けられている。フローティング・ディフュージョン領域ＦＤは、リセットトランジスタＱ２を介してリセットドレイン電極パッドＲＤに接続され、また、出力トランジスタＱ３のゲート電極に接続されている。出力トランジスタＱ３の一方の端子は、オーバーフロードレイン電極パッドＯＤに接続され、他方は出力端子ＯＳを構成している。出力端子ＯＳには、負荷抵抗Ｒが接続される。トランジスタＱ２のゲート電極にはリセットゲート電極パッドＲＧが接続されている。
電極パッドＯＧ，ＯＤ，ＲＤには終始適当なハイレベルの電位が印加される。信号読み出し時においては、電極パッドＳＧ及び電極パッドＲＧをハイレベルとし、フローティング・ディフュージョン領域ＦＤの電位をリセット用の電極パッドＲＤのリセット電位とした後、電極パッドＲＧをローレベルとすることで、出力信号がフローティングレベルとなる。次に、電極パッドＳＧをローレベルとすることで、信号ゲート領域に一時的に蓄積されていた信号電荷が、フローティング・ディフュージョン領域ＦＤ内に流れ込み、電極パッドＯＳから取り出される出力信号が蓄積電荷量に応じた信号レベルとなる。
残りの構成は、テスト動作を行うためのものであり、電極パッドＩＳＶ，ＩＳＨからテスト信号を入力し、電極パッドＩＧ１Ｖ，ＩＧ２Ｖ，ＩＧ１Ｈ，ＩＧ２Ｈに、適当な電位を与えて、テスト動作を行う。電極パッドＩＳＶは、半導体基板に電気的に接続された電極ｍＶに接続され、電極パッドＩＧ１Ｖ，ＩＧ２Ｖは、ＣＣＤチャネル上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極ｍＧ１，ｍＧ２に接続されている。これらに適当な信号を入力して、正常である場合とは異なる出力が得られた場合には、異常であると判定する。
なお、図３における各ＣＣＤチャネルｎＮと数本の転送電極ｍＭとの交差領域が、各画素を構成している（図２１の画素ＰＩＸＥＬ参照）。
図４は、１つの画素をＸＺ平面に沿って切った当該画素の縦断面図である。



入射光Ｌは、半導体基板の裏面（光入射面）から入射する。すなわち、半導体基板は光入射面を有している。この画素は、基板表面側から順番に保護膜１、電荷転送電極２（＝図３に示した各電荷転送電極ｍ１〜ｍＭ）、絶縁層３、Ｓｉからなる半導体基板４、反射防止膜５を備えている。半導体基板４は、Ｐ型半導体基板４Ｃと、Ｐ型半導体基板４Ｃ上に形成されたＮ型半導体層４Ａと、Ｐ型半導体基板４Ｃの裏面側に形成されたアキュムレーション層４Ｄと、ＣＣＤチャネルの両側に形成されたアイソレーション領域４Ｂとを備えている。Ｐ型半導体基板４ＣとＮ型半導体層４Ａとは接触してＰＮ接合を形成しており、埋め込みチャネル型ＣＣＤが構成されている。なお、Ｎ型半導体層４Ａ（ＰＮ接合）は省略することもでき、この場合には、当該ＣＣＤは表面チャネル型ＣＣＤとして機能する。
本例では、保護膜１は、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）からなり、電荷転送電極２はポリシリコンからなり、絶縁層３はＳｉＯ２からなり、アイソレーション領域４Ｂ及びアキュムレーション層４Ｄは、共に高濃度のＰ型不純物が添加されたＳｉからなる。なお、画素においては、半導体における導電型は、Ｐ型とＮ型を入れ替えても機能する。高濃度とは不純物濃度がＰ型半導体基板４Ｃの不純物濃度よりも高いことを意味し、好適には１×１９ｃｍ３以上の濃度である。
ここで、上述の裏面入射型固体撮像素子は、半導体基板４の光入射面とは反対側の光検出面に設けられた電荷転送電極２とを備えており、光検出面（Ｎ型半導体層４ＡのＺ軸負方向の表面）は凹凸面を有している。もちろん、Ｎ型半導体層４ＡのＺ軸正方向の表面も、同様にＰ型半導体基板４ＣのＺ軸負方向の表面も、絶縁層３の両面も、電荷転送電極２の両面も、凹凸面を有している。
このように、光検出面が凹凸面を有していることにより、入射光の位相に対して、凹凸面で反射される光が、分散した位相差を有するので、これらの光同士が相殺され、エタロン現象が抑制される。したがって、この裏面入射型固体撮像素子によれば、高品質な画像を取得することができる。なお、図７は、比較例となる画素の断面を示しており、半導体基板の光検出面は平坦である。図７に示す構造は、凹凸面が形成されていない点を除いて、図４に示したものと同一である。
図４に示した実施形態では、凹凸面は、光検出面のみに形成されている。すなわち、光入射面である半導体基板４の裏面は凹凸を有しておらず、平坦である。これは、光入射面側に凹凸面を形成した場合、この表面において散乱が生じ、画質が劣化するためである。
光像Ｌが、裏面から半導体基板４に入射した場合、半導体基板４内において光電変換が行われ、キャリアが発生する。このキャリアは、電荷転送電極２の下の領域に蓄積され、転送電圧を印加することで、Ｙ軸方向に転送されていく。ここで、半導体基板４の光検出面に形成された凹凸面について説明する。
図５は、半導体基板４のみを抜き出して示す説明図である。凹部の最深部と凸部の頂点或いは頂面との間の距離をＤ１、隣接する凹部の最深部間の最短距離をＴ１とする。なお、凸部とは、凹部に対して相対的に高さを有する形状であり、平坦面に複数の凹部を形成している場合、この平坦面を凸部の頂面とする。逆に、平坦面から複数の突起が立設している場合には、凹部の最深部は平坦面となる。
本例の凹凸構造においては、距離Ｔ１は面内において等しく、形成された凹凸パターンには周期性がある。なお、距離Ｔ１は隣接する凸部間の最短距離としてもよい。光像Ｌは基板裏面から入射するが、ここで、光像Ｌのうち、実線で示される凹部の最深部の裏面側に照射される成分と、点線で示される凸部の頂点又は頂面に照射される成分について考える。これらの成分間には、距離Ｄ１に相当する光学的位相差が生じている。半導体基板４の厚み（平均）をｄ、入射光の波長をλ、シリコンの屈折率をｎ、入射角をθ、自然数をｍとすると、ｄ＝１７μｍ、λ＝８５０ｎｍ、ｎ＝４、θ＝０°、ｍ＝１６０の場合において、干渉の式（２ｎｄ／ｃｏｓθ＝ｍλ、入射角θを表面の垂線から取った場合）から、位相反転に必要な半導体基板４の厚さは、０．０６μｍ以上となる。また、干渉の抑制に有効な距離Ｄ１の範囲は、０．０６〜１μｍとすることが好ましい。
また、凹凸面内の各凹凸のパターンは、裏面入射型固体撮像素子の各画素内において同一である。個々の画素における凹凸パターン（平面形状と深さ）が異なる場合には、干渉によって固定ノイズパターンが現れる可能性がある。本発明では、各画素内において凹凸パターンは同一であるため、このような固定ノイズパターンの発生を抑制することができる。なお、ここで同一とは、数学的に厳密な同一ではなく、実質的な同一を意味し、形状の寸法の誤差、或いは深さの誤差が±１０％以内であれば、パターンが同一であることとする。
図６は、上述の裏面入射型固体撮像素子の製造方法を示す図である。
まず、Ｐ型の半導体基板４を用意する。次に、半導体基板４の表面を熱酸化し、ＳｉＯ２からなる第１絶縁層３１を形成し、続いて、第１絶縁層３１上にスパッタ法などでＳｉＮＸからなる第２絶縁層３２を形成する（図６（ａ））。更に、第２絶縁層３２を複数の開口を有するようにフォトレジストを用いてパターニングし、開口直下の第１絶縁層３１の領域を外部に露出させる（図６（ｂ））。しかる後、第２絶縁層３２をマスクとして、第１絶縁層３１の表面を選択酸化することにより、その厚みを増加させる（図６（ｃ））。次に、第２絶縁層３２をエッチングによって除去し、更に、第１絶縁層３１をエッチングによって除去する。これにより、半導体基板４の光検出面となる領域に複数の凹部ＤＰが形成される（図６（ｄ））。
なお、ＳｉＮＸのエッチング液としては高温の燐酸を用いることができ、ＳｉＯ２のエッチング液としては弗酸を用いることができるが、もちろん、ＳｉＮＸは、ＣＦ４などを用いたドライエッチングで除去することも可能である。なお、下地側にＳｉＯ２を使用しているため、多くの開口をＳｉＮＸからなる第２絶縁層３２に形成しておけば、第１絶縁層３１をウェットエッチングする際に上部の第２絶縁層３２はリフトオフして除去される。
次に、複数の凹部ＤＰが形成された領域上にマスクＲＥをパターニング形成する（図６（ｃ））。このマスクＲＥは、適当なレジストを用いてパターニングされた無機絶縁層からなることとしてもよく、液状のフォトレジスト自体で構成してもよく、ドライフィルムのようなレジストシートとしてもよい。マスクＲＥを半導体基板４に被着させた状態で、基板表面にＰ型不純物をイオン注入法又は拡散法を用いて添加してアイソレーション領域４Ｂを形成し、しかる後、熱酸化を行うことで、アイソレーション領域４Ｂ上に絶縁層３を形成する。これらの工程の順番は逆であってもよい。なお、熱酸化を行う場合にはマスクＲＥは耐熱性のある無機材料を用いるか、或いは、マスクＲＥがレジストからなる場合には、これを耐熱性のある無機材料に置換するパターニングを行っておく。
次に、マスクＲＥを除去し、更に熱酸化を行う。これにより、ＳｉＯ２からなる絶縁層３はシリコンの光検出面上にも形成され、凹部ＤＰの形状に沿ってゲート絶縁膜が形成される。この絶縁層３を介して半導体基板内部にＮ型の不純物をイオン注入し、絶縁層３の直下領域にＮ型半導体層４Ａを形成する。当初の半導体基板はＰ型半導体基板４Ｃであるため、これらの間にＰＮ接合が形成される。次に絶縁層３上にＡｌなどの金属又はポリシリコンからなる電荷転送電極２を形成し、その上にＢＰＳＧからなる保護膜１を形成する。
次に、図４に示したように、半導体基板４の裏面側に、高濃度のＰ型不純物を添加してアキュムレーション層４Ｄを形成し、続いて、アキュムレーション層４Ｄ上に反射防止膜５を形成する。反射防止膜５は、誘電体多層膜からなり、例えばＳｉ及びＧｅの酸化物を積層してなる。以上の工程により、上述の裏面入射型固体撮像素子は完成するが、実際には、隣接する電荷転送電極２が重複している構造であるため、下層の電荷転送電極２の形成後、スペーサとなる絶縁層を介して上層の電荷転送電極２を形成する。
図２１は、本例の電荷転送電極２（ｍｐ＋１〜ｍｐ＋１７・・）の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、Ｘ軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Ｙ軸方向に延びたＣＣＤチャネルｎＮ（ｎｋ＋１〜ｎｋ＋４）が示されている（但しｐ，ｋは整数）。同図の点線ＰＩＸＥＬで囲まれた領域が１つの画素に相当する。図４は、この画素におけるＡ−Ａ矢印断面図を示したものである。
また、この画素におけるＢ−Ｂ矢印断面図は、図２２に示されている。上層の電極ｍｐ＋６、ｍｐ＋８、ｍｐ＋１０の直下には、低濃度のＮ型半導体領域４Ａ’が形成されている。低濃度とは、Ｎ型半導体領域４Ａよりも低い不純物濃度を意味する。この低濃度のＮ型半導体領域４Ａ’は、Ｎ型半導体領域４Ａよりも不純物濃度が低くなるように形成される。不純物濃度の制御手法としては、これらの形成時期と不純物添加量を異ならせる方法や、絶縁層３の厚みを低濃度側で厚くしておき、これを介してイオン注入を行う方法などがある。
ここで、比較例（図７の構造）におけるエタロン現象（干渉）について説明しておく。
図８は、各波長（ｎｍ）に対する透過率（％）、反射率（％）及び吸収率（％）の関係を示すグラフである。
通常、可視光の撮像においては、干渉は大きく問題にはならないが、裏面入射型固体撮像素子において、波長が７００ｎｍの後半よりも長くなり、近赤外域に達すると、干渉によって透過率（％）、反射率（％）及び吸収率（＝ＱＥ）（％）が波長毎に大きく振動するようになる。なお、吸収率は波長の増加に伴って低下していく。このスペクトル曲線の振動現象において、数ｎｍスケールの振動成分はＳｉにおける干渉に起因し、１００ｎｍスケールの振動成分は電荷転送電極（ポリシリコン）や絶縁層（ＳｉＯ２）における干渉に起因する。近年、近赤外帯域の撮像が要望されており、このような干渉成分は低減されることが望ましい。
図９は、異なる厚み（１７．００μｍ、１７．０６μｍ）のＳｉにおける波長（ｎｍ）と量子効率（ＱＥ）（％）の関係を示すグラフである。図１０は、図９に示したグラフの部分的な拡大図である。波長の増加と共に量子効率は低下しているが、厚みの相違によって、位相反転が生じており、平均値のスペクトル変動は小さくなっている。すなわち、上述の実施形態に係る裏面入射型固体撮像素子によれば、光検出面が凹凸面を有しているため、スペクトル変動が小さくなる。
図１１は、入射光の波長（ｎｍ）と、実施形態の裏面入射型固体撮像素子（構造１）と、比較例の裏面入射型固体撮像素子（構造２）における出力（規格化された出力：最大値＝１．０）の関係を示すグラフである。実施形態では、スペクトルの振動が抑制されているのに対し、比較例ではスペクトルが大きく振動している。
図１２は、上記実施形態に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＡ）。図１３は図１２の写真の拡大写真、図１４は図１３の写真の拡大写真を示す図である。なお、凹部の深さは、０．１μｍである。パターンＡでは、円形の凹部の開口の直径は１μｍ、隣接する凹部の中心間の距離Ｔ１は２μｍ、凹部の離隔距離は１μｍである。
図１５は、上記実施形態の変形例に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＢ）。なお、凹部の深さは、０．１μｍである。パターンＢは、パターンＡよりも凹部の密度を低下させたものである。図１６は図１５の写真の拡大写真、図１７は図１６の写真の拡大写真を示す図である。パターンＢでは、円形の凹部の開口の直径は１μｍ、隣接する凹部の中心間の距離Ｔ１は３μｍ、凹部の離隔距離は２μｍである。
図１８は、上記実施形態の変形例に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＣ）。なお、凹部の深さは、０．１μｍである。パターンＣは、凹部の形状をＹ軸に沿った半円筒面形状（溝形状）としたものである。図１９は図１８の写真の拡大写真、図２０は図１９の写真の拡大写真を示す図である。パターンＣでは、ライン状の凹部の幅は１μｍ、隣接する凹部の中心間の距離Ｔ１は３μｍ、凹部の離隔距離は２μｍである。
上述のように、凹部を形成して、エタロン現象を抑制することは可能であり、これにより、エタロン現象による画像劣化を抑制し、画像品質を向上可能な裏面入射型固体撮像素子を提供することが可能となる。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、半導体材料としてはＧａＡｓやＧａＮなどの化合物半導体を用いることも可能である。また、光感応領域における画素としてはＭＯＳ型のイメージセンサのフォトダイオードを採用することも可能である。
実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子１００の斜視図である。 裏面入射型固体撮像素子１００を光入射方向とは逆側から見た底面図である。 表面側（光入射面（裏面）とは逆側）に形成された撮像領域１０と水平シフトレジスタ２０を示す図である。 １つの画素をＸＺ平面に沿って切った当該画素の縦断面図である。 半導体基板４のみを抜き出して示す説明図である。 裏面入射型固体撮像素子の製造方法を示す図である。 比較例となる画素の断面図である。 各波長（ｎｍ）に対する透過率（％）、反射率（％）及び吸収率（％）の関係を示すグラフである。 異なる厚み（１７．００μｍ、１７．０６μｍ）のＳｉにおける波長（ｎｍ）と量子効率（％）の関係を示すグラフである。 図９に示したグラフの部分的な拡大図である。 入射光の波長（ｎｍ）と、実施形態の裏面入射型固体撮像素子（構造１）と、比較例の裏面入射型固体撮像素子（構造２）における出力（規格化された出力：最大値＝１．０）の関係を示すグラフである。 実施形態に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＡ）。 図１２の写真の拡大写真を示す図である。 図１３の写真の拡大写真を示す図である。 実施形態の変形例に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＢ）。 図１５の写真の拡大写真を示す図である。 図１６の写真の拡大写真を示す図である。 実施形態の変形例に係る固体撮像素子表面の凹凸構造の電子顕微鏡写真を示す図である（凹凸のパターンＣ）。 図１８の写真の拡大写真を示す図である。 図１９の写真の拡大写真を示す図である。 電荷転送電極２の構造を説明するための撮像領域の平面図である。 図２１に示された画素におけるＢ−Ｂ矢印断面図である。
１００…裏面入射型固体撮像素子、Ｌ…入射光、１…保護膜、２…電荷転送電極、３…絶縁層、４…半導体基板、５…反射防止膜、４Ａ…Ｎ型半導体層、４Ｂ…アイソレーション領域、４Ｃ…Ｐ型半導体基板、４Ｄ…アキュムレーション層。



Claims (3)

  1. 裏面側に光入射面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の前記光入射面とは反対側の光検出面に設けられた電荷転送電極と、
    を備えた裏面入射型固体撮像素子において、
    前記光検出面は凹凸面を有していることを特徴とする裏面入射型固体撮像素子。
  2. 前記凹凸面は、前記光検出面のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の裏面入射型固体撮像素子。
  3. 前記凹凸面内の各凹凸のパターンは、前記裏面入射型固体撮像素子の各画素内において同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の裏面入射型固体撮像素子。


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